JP3139435B2 - レーザダイオード光波長制御装置 - Google Patents

レーザダイオード光波長制御装置

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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
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    • H01S5/06837—Stabilising otherwise than by an applied electric field or current, e.g. by controlling the temperature

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信に
おいて用いられるレーザダイオ一ド等の発光素子の光波
長を制御する光波長制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムにおいて、多チャンネル
の波長多重伝送を行なう場合、個々のレーザダイオード
の発娠中心波長を制御する事は非常に重要である。レー
ザダイオードの発振中心波長を制御する方法の一つは、
ダイオード素子の温度を変えることである。ペルチェ効
果素子は、それ自体に流す電流の向き及び大きさによっ
てその温度が上昇したり降下したりするため、この効果
を用いてレーザダイオードの波長制御を行うことができ
る。
【０００３】この方法は、現在レーザダイオードの波長
制御において多く用いられている。この例として、特開
平８−３７３３４に示されている図３を用いて説明す
る。レーザーダイオードＬＤ４２放射光は、狭帯域帯域
の光ハイパスフィルタ４６及び光ローパスフイルタ５１
に入る。このとき、フィルタのチューニング波長は、目
的とする光中心波長λを挟むように設定されている。
【０００４】そして、光ハイパスフィルタ４６フィルタ
および光ローパスフイルタ５１を通過した放射光は、そ
れぞれフォトダイオードＰＤ１０、１１によって電気信
号に変換される。今、何らかの原因で光中心波長が、長
波長側にずれたとすると、光ハイパスフイルタ４６側の
フォトダイオードＰＤ１０の電位は上昇し、ローパスフ
ィルタ５１側のフォトダイオードＰＤ１１の電位は降下
する。この変化を比較器５６により検出して、温度調整
回路５８を動作させペルチェ効果素子４１の温度を上げ
（または下げ）て、光波長を短波長領域に戻す。
【０００５】逆に光波長が短波長側にずれたときには、
ハイパスフィルタ４６側のフォトダイオードＰＤ１０の
電位は降下し、ローパスフイルタ５１側のフォトダイオ
ードＰＤ１１の電位は上昇する。この変化を比較器５６
により検出し、温度調整回路５８を動作させペルチェ効
果素子４１の温度を下げ（または上げ）て、光波長を長
波長側に戻す。このようにして、レーザダイオードの波
長制御を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たレーザーダイオード光波長制御装置は、何らかの原因
（電源投入時など）において、光中心波長が、光ローパ
スフィルタまたは光ハイパスフィルタの外側に大きくず
れた場合、フォトダイオードの出力が無くなることによ
り比較器５６の出力は不定となり、制御不能となる欠点
がある。また、上述したレーザーダイオードの波長制御
装置は、その制御不能の状態から制御可能な光波長へ復
帰する手段を待たない問題がある。
【０００７】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、光中心波長が、光ローパスフィルタまたは光ハイ
パスフィルタの外側に大きくずれた場合でも、制御可能
な光波長へ復帰し、制御不能な状態とならないフォトダ
イオード光波長制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
レーザダイオード光波長制御装置において、レーザダイ
オードと、このレーザダイオードから放射されるレーザ
光を複数の分岐レーザ光に分岐するレーザ光分岐手段
と、前記分岐レーザ光おのおのに対応して設けられた、
特定の光波長のレーザ光を第１の透過光として透過させ
る第１の光フィルタ，第１の光フィルタより長波長側の
光波長のレーザ光を第２の透過光として透過させる第２
の光フィルタ，および第１の光フィルタより短波長側の
光波長のレーザ光を第３の透過光として透過させる第３
の光フィルタと、この第１の光フィルタ，第２の光フィ
ルタ，及び第３の光フィルタ毎におのおの設けられ、前
記第１の透過光，前記第２の透過光および前記第３の透
過光を電気信号に変換し、それぞれ第１のアナログ電
圧，第２のアナログ電圧および第３のアナログ電圧とし
て出力するフォトダイオードと、前記第１のアナログ電
圧の値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、こ
のデジタル値を記憶するメモリと、メモリに記憶された
デジタル値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａコンバータ
と、前記第２のアナログ電圧と前記第３のアナログ電圧
との比較結果を増幅して、出力信号として出力する比較
増幅器と、前記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧の値をリフ
ァレンスとして前記出力信号の電圧値との差を増幅し、
増幅結果を制御信号として出力する差動増幅器と、前記
レーザダイオードに密着されて設けられて温度調整する
温度調整素子と、この温度調整素子の温度調整を前記制
御信号により行う温度調整回路とを具備することを特徴
とする。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザダイオード光波長制御装置において、前記第１の光
フィルタ，前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィ
ルタが少なくとも光ローパスフィルタ、光ハイパスフィ
ルタおよび光バンドパスフィルタのいずれかであること
を特徴とする。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載のレーザダイオード光波長制御装置におい
て、前記温度調整素子がペルチェ素子であることを特徴
とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に
よるフォトダイオード光波長制御装置の構成を示すブロ
ック図である。この図において、１１はレーザダイオー
ドであり、放射レーザ光Ｒを放射する。１０は光分岐手
段（たとえば光カプラ）であり、放射レーザ光Ｒの調整
時に、レーザダイオード１１から出力された放射レーザ
光Ｒをレーザ光Ｒ１、レーザ光Ｒ２およびレーザ光Ｒ３
に３分岐する。
【００１２】４は光ローパスフィルタであり、分岐され
て入力されるレーザ光Ｒ１を目標とする波長λ1以下の
波長の調整光Ｐ１として出力する。５は狭帯域な光バン
ドパスフィルタあり、分岐されて入力されるレーザ光Ｒ
２を目標とする中心波長λの調整光Ｐ２にチューニング
して出力する。６は光ハイパスフィルタであり、分岐さ
れて入力されるレーザ光Ｒ３を目標とする波長λ2以上
の波長の調整光Ｐ３として出力する。
【００１３】１はフォトダイオードであり、調整光Ｐ１
を光電変換してアナログ電圧値Ｅ１として比較増幅器１
４へ出力する。２はフォトダイオードであり、調整光Ｐ
２を光電変換してアナログ電圧値Ｅ２としてＡ／Ｄコン
バータ７へ出力する。３はフォトダイオードであり、調
整光Ｐ３を光電変換してアナログ電圧値Ｅ３として比較
増幅器１４へ出力する。
【００１４】Ａ／Ｄコンバータ７は、アナログ電圧値Ｅ
２をデジタル信号Ｓ１へ変換してＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏ
ｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）８へ書き込む。ＲＯＭ８はＡ／
Ｄコンバータ７から入力されるデジタル信号値Ｓ１を記
憶する。９はＤ／Ａコンバータであり、放射レーザ光Ｒ
の波長調整時にＲＯＭ８からデジタル信号値Ｓ１を読み
出す。また、Ｄ／Ａコンバータ９は、読みだしたデジタ
ル信号Ｓ１をアナログ信号Ａ１に変換してオペアンプ１
５の正相入力端子（＋）へ出力する。
【００１５】比較増幅器１４は、アナログ電圧値Ｅ１と
アナログ電圧値Ｅ３との値を比較し、比較結果を所定の
増幅度により増幅し、増幅結果としてアナログ信号Ａ２
をオペアンプ１５の逆相入力端子（−）へ出力する。オ
ペアンプ１５は、アナログ信号Ａ１とアナログ信号Ａ２
との電圧差を求め、この電圧差を増幅する。また、オペ
アンプ１５は、前記増幅結果として出力信号Ｔを温度調
整回路１３へ出力する。
【００１６】温度調整回路１３は、入力される出力信号
Ｔの大きさと極性とにより対応する値を演算し、演算結
果の電圧値として制御信号ＳＧを温度調節素子１２へ出
力する。温度調節素子１２は、レーザーダイオード１１
に密着して設けられており、入力される制御信号ＳＧに
基づき電流値の大きさおよび極性が制御され、この結
果、温度が制御されている。また、温度調節素子１２
は、レーザーダイオード１１の温度を調整し、レーザー
ダイオード１１の放射レーザ光Ｒの発信周波数を制御す
る。
【００１７】次に、図１および図２を参照し、一実施形
態の動作例を説明する。図２は、一実施形態の動作を説
明する光波長と光出力パワーとの関係を示す図である。
例えば、何らかの原因で、放射レーザ光Ｒの光中心波長
λが長波長側の波長λ2にずれたとする。このとき、光
波形のピークは、光ハイパスフィルタ６の方を通過する
波長にあるため、フォトダイオード３の出力するアナロ
グ電圧値Ｅ３は増加し、逆に、光ローパスフィルタ４の
方を通過する波長が少ないため、フォトダイオード１の
出力するアナログ電圧値Ｅ１は降下する。
【００１８】このアナログ電圧値Ｅ１とアナログ電圧値
Ｅ３との変化は、比較増幅器１４により検出される。そ
の結果によって、比較増幅器１４の出力するアナログ信
号Ａ２は、降下（あるいは上昇）する。すなわち、ここ
で、温度調節素子１２に流す電流の方向が定まる。
【００１９】そして、予め、光バンドパスフィルタ５か
ら出力される調整光Ｐ２は、フォトダイオード２により
アナログ電圧値Ｅ２へ変換され、基準値としてＲＯＭ８
へ書き込まれている。この値は、調整時にフォトダイオ
ード２から出力される電圧が最大となるように設定され
たものであり、すなわち目標とする中心波長λに制御さ
れた状態のリファレンス値に他ならない。そして、この
リファレンス値であるアナログ信号Ａ１は、オペアンプ
１５の正相入力端子（＋）へ出力される。
【００２０】そして、オペアンプ１５は、正相入力端子
（＋）と逆相入力端子（−）とに入力されるアナログ値
の電圧差を増幅する。すなわち、比較増幅器１４の出力
するアナログ電圧値Ａ２は、オペアンプ１５の逆相入力
端子（−）に接続され、正相入力端子（＋）へ入力され
るリファレンス値の電圧と比較される。
【００２１】つまり、オペアンプ１５は、出力信号Ｔが
リファレンス電圧と同一の値となるようにレーザダイオ
ード１１の温度を変化させ、レーザダイオード１１の放
射レーザ光Ｒの波長が所定の周波数λとなるように負帰
還をかけるものである。この結果、温度調節素子１２に
流す電流の大きさおよび極性が定まる。
【００２２】そして、レーザダイオード１１は、周囲の
温度変化、自身の発熱による温度変化などの影響による
光波長のバラツキを補正され、常に安定なした周波数で
放射レーザ光ＰＯを出力する。また、光中心波長が短波
長側にずれた（λ→λ1）場合も同様なフィードバック
の動作が行われ、レーザダイオード１１の光周波数は、
補正される。
【００２３】上述したように光ハイパスフィルタ６およ
び光ローパスフィルタ４を広帯域のものにしたことによ
り、レーザダイオード１１の光波長が目的の値より大き
くずれた場合でも、比較増幅器１４の出力は不定となら
ず、常に光波長制御を行うことが可能である。同時に、
目標とする光波長λにチューニングされた狭帯域のバン
ドパスフィルタ５から出力される調整光Ｐ２の強度の値
をＲＯＭ８に記憶させておき、常にそのレベルになるよ
う帰還をかけることにより、光中心波長を波長λとして
安定的に捉えることができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、広帯域の光ハイパスフ
ィルタ、光ローパスフィルタおよび狭帯域のバンドパス
フィルタを設け、光波長が目的の値より大きくずれた場
合でも、比較増幅器の出力が不定とならず、狭帯域のバ
ンドパスフィルタから出力されるレーザ光の強度の値を
メモリに記憶させておき、常にそのレベルになるよう帰
還をかけることにより光波長の調整を行うため、レーザ
ダイオードの周囲の温度変化および経年変化によらず常
に目標とする光中心波長を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるレーザダイオード
光波長制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の一実施形態によるレーザダイオード
光波長制御装置の動作を説明する光波長と光出力強度の
関係を示す図である。
【図３】 従来例によるレーザダイオード光波長制御装
置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２、３ フォトダイオード（ＰＤ） ４ 光ローパスフィルタ ５ 光バンドパスフィルタ ６ 光ハイパスフィルタ ７ Ａ／Ｄコンバータ ８ ＲＯＭ ９ Ｄ／Ａコンバータ １０ 光分岐手段 １１ レーザダイオード １２ 温度調節素子 １３ 温度調整回路 １４ 比較増幅器 １５ オペアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/06 - 5/0687

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザダイオードと、 このレーザダイオードから放射されるレーザ光を複数の
    分岐レーザ光に分岐するレーザ光分岐手段と、 前記分岐レーザ光おのおのに対応して設けられた、特定
    の光波長のレーザ光を第１の透過光として透過させる第
    １の光フィルタ，第１の光フィルタより長波長側の光波
    長のレーザ光を第２の透過光として透過させる第２の光
    フィルタ，および第１の光フィルタより短波長側の光波
    長のレーザ光を第３の透過光として透過させる第３の光
    フィルタと、 この第１の光フィルタ，第２の光フィルタおよび第３の
    光フィルタ毎におのおの設けられ、前記第１の透過光，
    前記第２の透過光および前記第３の透過光を電気信号に
    変換し、それぞれ第１のアナログ電圧，第２のアナログ
    電圧および第３の アナログ電圧として出力するフォトダ
    イオードと、前記第１の アナログ電圧の値をデジタル値に変換するＡ
    ／Ｄコンバータと、 このデジタル値を記憶するメモリと、 メモリに記憶されたデジタル値をアナログ電圧に変換す
    るＤ／Ａコンバータと、前記第２のアナログ電圧と前記第３のアナログ電圧と の
    比較結果を増幅して、出力信号として出力する比較増幅
    器と、 前記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧の値をリファレンスと
    して前記出力信号の電圧値との差を増幅し、増幅結果を
    制御信号として出力する差動増幅器と、 前記レーザダイオードに密着されて設けられて温度調整
    する温度調整素子と、 この温度調整素子の温度調整を前記制御信号により行う
    温度調整回路と を具備することを特徴とするレーザダイオード光波長制
    御装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の光フィルタ，前記第２の光フ
    ィルタ及び前記第３の光フィルタが少なくとも光ローパ
    スフィルタ、光ハイパスフィルタおよびバンドパスフィ
    ルタのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の
    レーザダイオード光波長制御装置。
  3. 【請求項３】 前記温度調整素子がペルチェ素子である
    ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ
    ダイオード光波長制御装置。
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