JP3996683B2 - レーザ周波数制御システム、レーザ周波数制御方法、信号処理システム、および信号処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおけるレーザ周波数制御システム、光コンポーネントの周波数応答を制御するレーザ周波数制御システム、レーザ周波数を制御するレーザ周波数制御方法、光コンポーネントの周波数応答を制御するレーザ周波数制御方法、光伝送システムにおける信号処理システム、および光伝送システムにおける信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第５，３４７，３９２号からは、空洞にディザをかけ、その空洞が切り替えられるときの出力強度の変動を監視することによって、可調共振空洞変調器の応答をロックすることを知ることができる。このロック処理は、さらにディザを行うことなく、ランダムデータ列のみを用いても可能である。
【０００３】
低周波のディザ信号を送信光信号に重畳して、例えば、ノイズの監視、あるいは誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）の抑制といった、様々な目的に用いることはよく知られている。米国特許第５，３７３，３８５号（ダーシーおよびウッドワードによる）は、低周波ディザによる光搬送波の周波数変調を開示している。この周波数変調は、光伝送システムにおける誘導ブリユアン散乱を低減させるよう機能し、マルチパス妨害が引き起こすノイズを減少させることができる。
【０００４】
原理的には、ディザ信号を用いて、受動的な周波数基準となるような特定狭帯域光素子、あるいは色分散補償器を、送信信号の動作波長にロックすることが必要な場合、そのディザ信号を光素子に印加して、周波数に対する応答を変化させたり、または、例えば、レーザ源を直接変調することによって、光素子の上流にディザ信号を印加することができる。
【０００５】
この周波数ディザの行われた信号が狭帯域デバイスを通過するときに、小変調電流がレーザに印加されて、光振幅を変調する場合（また、周波数変調をも生じさせる場合）、周波数に対する応答勾配が、結果的にＦＭからＡＭへの復調となる。レーザ出力周波数と狭帯域デバイスの応答曲線との間の相対アライメントが変化すると、勾配が有限なところで、ＦＭからＡＭへの復調が起こる。勾配が急であればあるほど、ＦＭが大きく復調される。
【０００６】
通常、正弦波ディザ変調を用いて、単に同期させて復調信号を検出し、また、ゼロ基本波の状態にロックすることにより、システムを狭帯域素子の中心にロックさせることができる。これは、印加されたディザ変調信号と同相の監視信号の部分を、同期させて検出することによって行われる。
【０００７】
そこで、ディザ変調信号と同相の、検出されたエラー信号を０方向にもっていくように、レーザの出力周波数、または、狭帯域素子の応答を調整することができる。エラーを０方向にもっていくことによって、狭帯域素子の応答曲線のピークにロックすることが可能となる。
【０００８】
図１は、公知の光伝送システムの概略ブロック図である。図１において、レーザ１は、光出力を生成し、それが外部変調器２へ送られ、続いて狭帯域フィルタ３へと供給される。このレーザ出力の制御は、その温度およびレーザ電流を制御することによってなされる。レーザ温度および／またはバイアス電流は、フィードバック・ループにより制御される。
【０００９】
このフィードバック・ループには、低域通過フィルタ機能を有する光電変換器４、狭帯域フィルタ３の監視出力とレーザに施されたディザ変調を示す信号とを比較する位相感知比較器５がある。ディザ発生器６は、レーザ電流を変調してレーザを直接変調するのに適したディザを生成する。
【００１０】
位相感知比較器５は、狭帯域フィルタ３から出力される監視信号の部分（ディザ発生器６の出力と同相）を検出するよう動作する。狭帯域フィルタ３の出力端に現れる、ディザの振幅を示すエラー信号は、温度補償発生器７ａにフィード・バックされる。この温度補償発生器７ａは、レーザ温度および／またはバイアス電流を制御し、それによって、レーザの出力周波数を制御する。
【００１１】
位相感知比較器５の出力端におけるエラー信号は、レーザの動作周波数における、フィルタ３の応答勾配を示す。温度補償発生器７ａは、レーザ温度および／またはバイアス電流を調節し、それによってレーザ出力の周波数も調整するよう動作して、レーザの出力周波数をフィルタの曲線勾配が０になる点、すなわち、応答曲線のピークに移動して、エラー信号を０に減少させる。
【００１２】
レーザ周波数を安定させる方法の一例として、注入電流を直接変調し、出力に５０ＭＨｚの周波数変調を起こして、それを、ファブリ・ペロー・エタロンを介して出力するものがある。そして、この注入電流は、周波数エラー信号に基づいて制御され、レーザ周波数がエタロンの共鳴振動数にロックされる。これは、リー（Ｌｅｅ）らによる、「直接変調レーザの周波数安定化」（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６１（９），１９９０年９月、２４７８〜２４８０頁）に開示されている。
【００１３】
図２は、図１に類似した構成を示しており、そこでは、エラー信号が、可調フィルタ２３のピーク周波数を制御する応答制御手段８へ送られ、レーザの出力周波数と一直線上にピーク周波数が保持されるようになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のレーザ周波数制御システムや、ディザ発生源の下流に位置するディザの振幅の検出に依存するノイズ監視システム、または他の監視システムにおける精度不良の原因の一つに、このディザと同じ周波数で他に振幅変調源が発生しうるということがある。特に、半導体レーザの多くは、直接変調されるときに、ＦＭだけではなくＡＭをも発生する。
【００１５】
これによって、上述のレーザ周波数制御システムには、「整合残存エラーがある」ことを意味するエラーが生じる。これは、レーザ生成によるＡＭを打ち消すような復調ＦＭに対する応答中に、十分な勾配を有する点では、エラーが０となるためである。勾配が最も急なところで、発生したＡＭが最大復調ＦＭより大きければ、レーザ周波数制御システムはロック処理を行なわない。
【００１６】
また、ディザを、制御用ではなく監視用として用いる場合、レーザによって発生されたＡＭは、監視結果に定常的なエラーを引き起こすという問題がある。
【００１７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記従来の方法およびシステムを改良することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の構成を備える。
本発明の第１の態様によれば、光伝送システムにおけるレーザの周波数を制御するレーザ周波数制御システムであって、このレーザの光出力は光素子を通過し、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御システムは、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせる手段と、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出する検出手段と、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定する決定手段と、上記直交する部分に基づいて上記レーザの周波数を制御する制御手段とを備えるレーザ周波数制御システムが提供される。
【００１９】
また、本発明において、レーザ振幅変調は、レーザ電流を直接変調することによって行われる。素子は狭帯域フィルタが好ましい。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザ下流の光素子の周波数応答を制御するレーザ周波数制御システムであって、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御システムは、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせる手段と、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出する検出手段と、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定する決定手段と、上記直交する部分に基づいて上記光素子の周波数応答を制御する制御手段とを備えるレーザ周波数制御システムが提供される。
【００２１】
また、本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザの周波数を制御する制御方法であって、このレーザの光出力は光素子を通過し、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該制御方法は、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせるステップと、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出するステップと、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定するステップと、上記直交する部分に基づいて上記レーザの周波数を制御するステップとを備える制御方法が提供される。
【００２２】
さらに、本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザ下流の光素子の周波数応答を制御する制御方法であって、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該制御方法は、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせるステップと、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出するステップと、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定するステップと、上記決定された部分に基づいて上記光素子の周波数応答を制御するステップとを備える制御方法が提供される。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、光伝送システムにおいてレーザの下流の信号を処理し、そのレーザの出力に施された周波数変調の効果を判定する信号処理システムにおいて、上記信号中に存在し、上記施された周波数変調に属する振幅変調を決定する手段と、上記施された周波数変調にほぼ位相が直交する上記振幅変調の部分を決定する手段とを備える信号処理システムが提供される。
【００２４】
また、本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザの下流の信号を処理し、そのレーザの出力に施された周波数変調の効果を判定する信号処理方法において、上記信号中に存在し、上記施された周波数変調に属する振幅変調を決定するステップと、上記施された周波数変調にほぼ位相が直交する上記振幅変調の部分を決定するステップとを備える信号処理方法が提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明をより良く理解できるように、また、本発明が、どのようにして実施されるのかについて、例を用いて説明するため、以下、図面を用いて発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図３を用いて、本発明に係る改善された構成を説明する。本発明は、（印加された変調電流、および、その結果としての振幅変調に対して）ＦＭ変調の位相が、変調周波数とともに変動するという事実を利用している。半導体レーザは、一般的に直流から高周波まで、印加された電流変調と光出力の強度（振幅変調）との間に、無視できる位相差を呈する。
【００２７】
これによって、半導体レーザを、かなりの高データ速度による直接変調に用いたり、直流までのスペクトル成分を有するデータ・パターンで用いることができるようになる。反対に、周波数変調特性は、情報帯域幅に渡って変化する。中〜高周波数（例えば、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）では、レーザ周波数が駆動電流とともに増加する。これは、ホール密度の増加による屈折率の減少が主に影響するからである。直接変調されたレーザでは、通常、このキャリヤ効果ＦＭが、主なチャープ・メカニズムとなる。
【００２８】
直流および低周波数では、レーザの熱膨張によって生じるもう１つのＦＭメカニズムの影響を受けて、周波数が駆動電流とともに減少する。高周波数では、熱慣性のせいで、この影響がなくなり、位相が同相へと変化する。従って、低周波数では、これら２つの影響が逆相になっている。
【００２９】
状態図の下半分では、４つの異なった周波数に対する熱効果が示されている。曲線は、周波数が変化するにつれて、ベクトルの先端がたどる経路を示している。低周波数では、位相は、キャリヤ効果成分の位相からほぼ１８０゜離れ、高周波数では、位相が、キャリヤ効果成分の位相から９０゜離れる。図から分かるように、熱効果の大きさは、周波数が増加するにつれて小さくなる。
【００３０】
全ＦＭ出力は、これら２つの成分のベクトル和である。このことが、２つの周波数に対して示されている。広い周波数範囲に渡って、周波数変調に直交する、かなりのベクトル和の成分が存在する。図３では、ベクトル和がどの程度右側に伸びているかが、直交成分の強度を示すことになる。
【００３１】
変調周波数は、ベクトル和の直交成分の大きさが最大となるように選ぶのがよい。通常、キャリヤ密度の変動およびレーザ素子中の熱特性によって異なるが、数１０から数１００ｋＨｚにおいて最大値が得られる。これらは、使用する特定の装置構成によって変わる。さらに、直交信号の大きさは、レーザのＦＭ／ＡＭ係数が違えば変わる。
【００３２】
それでも、これらが影響して、制御ループにおいてオフセット・エラーが生じることはない。それは、このループが単に０エラーに安定するためである。施した変調に対して、直交する部分のみを検出し、使用することによって、不必要なＡＭによって生じるオフセット・エラーを減少させたり、あるいは除去することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４は、本発明の他の実施の形態に係るレーザ周波数制御システムを概略的に示す図である。このレーザ周波数制御システムは、レーザ１の周波数を制御するのに用いられる。このレーザ１は光信号を出力し、出力された光信号は、素子３２を通過する。素子３２は、狭帯域フィルタ、あるいは、それに相当するもので、例えば、狭帯域周波数応答や狭帯域吸収ガス・セルを有するファイバ・グレーティング分散補償器である。この素子の応答の勾配が急であればあるほど、また、そのピークが急峻であればあるほど、レーザの周波数制御を精度良く行うことができる。
【００３４】
レーザ周波数制御システム３３は、振幅変調決定手段３５、施した周波数変調に直交する部分を識別する識別手段３６、この直交部分に基づいてレーザの出力周波数を制御する制御手段３７を含んでいる。好ましくは、この制御手段３７は、直交成分を０方向にもっていくよう構成して、レーザ周波数を、素子３２の周波数応答のピークにロックするようにする。この直交成分を、強いて０でない特定の値にすることによって、既知の勾配の１点にロックするように構成することもできる。これは、頭頂部が平坦な応答を有するフィルタの片側にロックするのに有用である。
【００３５】
図４には、周波数変調適用手段３４も示されている。この周波数変調適用手段３４は、識別手段３６にも供給を行って、この識別手段３６がレーザ変調に直交する部分を得るようにしている。
【００３６】
レーザ変調は、レーザの光出力より決定することができる。しかし、それには、光電変換が必要であるが、この変換がハードウエアのコストを高くする。これは、図８において、素子３２がレーザと共存していない場合に必要となる。印加された変調信号とレーザ出力との間に、ほとんど位相推移がなければ（通常、顕著な直交成分がある最適周波数範囲において、このようになる）、レーザに印加された変調信号を用いてレーザ変調を示す方が、より便利である。
【００３７】
実施の形態３
図５は、図４の構成について、その一例を示す。図５において、光素子はフィルタ３として示されている。光路中には、外部変調器２もある。ディザ発生器６は、レーザ電流を変調し、それによって、レーザ出力が振幅および周波数変調されるようにしている。レーザ出力の周波数はまた、温度制御手段７でオフセット状態に調節される。
【００３８】
この温度制御手段７は、位相感知比較器５の出力に低域通過フィルタをかけて得られたエラー信号を受信する。このエラー信号は、レーザ電流に施された変調に直交するフィルタ３の出力上の、振幅変調の量に比例する直流値を有している。温度制御手段７は、レーザ１の周波数を調節して、エラーを０方向に減らしたり、所定値に減少させるよう動作する。施した変調に直交する部分を検出するには、その変調の位相を、位相推移（−Π／２位相推移）手段９を用いて推移させる。この位相推移手段９からの出力は、位相感知比較器５に印加される。
【００３９】
位相推移手段９は、位相ロックループによって実現できる。位相ロックループは、同期検出を行い、その結果を積分する。積分された結果は、出力を０にするようフィード・バックされる。単一の周波数や、十分に狭い帯域に対して、出力は入力に直交する。この積分機能によって、位相ロックループは、狭い範囲の周波数の平均直交値を示す出力を生成することができる。
【００４０】
このような狭い範囲の周波数では、わずかに異なる位相推移を経た、異なるスペクトル成分によるエラーが生じる。しかしながら、位相ロック処理は、そのようなエラーの総計を強制的に０にすることができ、その結果、平均直交出力を生成する。
【００４１】
上述のように、レーザ出力における周波数変調は、フィルタ３の応答に勾配があるため、いくらか振幅変調を起こす。この振幅変調の量は、光電変換手段４によって検出される。光電変換手段（通常は、ＰＩＮダイオード）４は、関連する電気増幅段とともに、顕著な低域通過のフィルタ効果を有する。
【００４２】
実施の形態４．
ディザ発生器６によって施された変調は、制御ループをもっと簡単かつ安価に構成できるようにするため、比較的低周波数でなければならない。様々な異なる目的にディザを適用することができるので、そのディザに含まれる周波数範囲がある。従って、図６に示すように、ディザが位相推移手段９に入力される前段階に、狭帯域フィルタ１０を設けるようにしても良い。
【００４３】
選択された周波数範囲は、施された変調について良好な直交ＦＭ成分が得られるような範囲でなけばならない。これは、１０ｋＨｚから数１００ｋＨｚの範囲にあることになる。この範囲から狭帯域のみが選択された場合、直交条件をより正確に設定できることから、位相感知比較器５の動作が増強される。
【００４４】
実施の形態５．
図７に別の例を示す。図７において、ディザ発生器６からの直交出力は、直接、位相感知比較器５に供給される。これにより、位相ロック・ループといった位相推移手段、および、その前段に位置するフィルタが不要となる。このディザ発生器６は、正弦波あるいは方形波ディザを生成する発振器でもよい。この場合、高速発振器を分割することによって、簡単に直交信号を生成することができる。
【００４５】
一方、ディザ発生器６は、より複雑なデータ・パターンを生成するものでもよい。例えば、ミラー符号化された２進パターンが変調に適しており、この場合、適当な周波数範囲に渡るスペクトルを有する、このデータ・パターンに直交する信号を生成できたり、あるいは、データ・パターンの１つの主スペクトル線に直交する、デューティが５０％の正弦波または方形波信号を生成することができる。短波長パターンを使用する場合には、直交信号を取り出すことができるような、十分な主スペクトル線がなければならない。
【００４６】
実施の形態６．
図８は、本発明に係る別の実施の形態を概略的に示す。図８に示す実施の形態は、以下の点で、図４の実施の形態と異なる。すなわち、制御手段６７が、レーザ１の出力周波数の代わりに、素子３２の周波数応答を調節するようになっている。この実施の形態でも、周波数変調適用手段３４によって、レーザ１にディザが施される。
【００４７】
同様に、制御手段６７もまた、施したレーザ変調に直交する、決定した振幅変調の部分に応じて動作できる。この制御手段６７は、素子３２の周波数応答を調節して、直交成分を０方向に減少させるよう動作する。これにより、素子の周波数応答を、レーザ１の出力周波数にロックすることが可能となる。
上記すべての場合において、レーザ出力の周波数変動は非常に少なく、通常は、数ＧＨｚとなる。
【００４８】
実施の形態７．
図９において、応答制御手段８は、図８における制御手段６７の機能を行う。この応答制御手段８は、可調フィルタ２３を駆動して、位相感知比較器５から出力される直交成分、またはエラー信号を０方向に減らす。実際には、このような制御手段は、ディジタル・マイクロプロセッサで実現できる。同様に、温度補償発生器７ａ（図１参照）も、適当な制御アルゴリズムを実行する蓄積プログラムを有するディジタル・マイクロプロセッサで実現できる。
【００４９】
位相感知比較器５は、従来のアナログ回路、または、原理的にはマイクロプロセッサやディジタル信号プロセッサで、ディジタル形式で実現できる。
【００５０】
光素子、または、レーザの下流における信号中の振幅変調を決定する手段は、レーザ周波数制御システムやレーザの近くに配置する必要はない。従って、レーザから離れた位置にあるフィルタを、レーザの周波数制御に用いることができる。さらに、レーザから離れたところに位置する可調フィルタを、離れた位置にあるレーザに施したディザを用いて、上記のレーザ周波数制御システムに基づいて制御するようにしてもよい。この場合、離れたフィルタへの入力をタップ出しすることによって、遠隔におけるレーザ振幅変調を示す信号を取り出すのが好ましい。この信号は、図５との関連で説明したように、位相推移の後、直交検出器に入力される。
【００５１】
なお、その他の変形例については、請求の範囲を逸脱しない限りにおいて可能である。本発明は、特にレーザ周波数制御システムに適用できるが、他の用途については、ディザ信号を他の目的に用いたり、レーザ１や光路中にある他の素子がもたらす不要なＡＭをフィルタで除くのが好ましい場合に可能である。
【００５２】
さらに、当業者に明らかなように、上記の好適な特性は、相互に組み合わせたり、本発明の他の態様と組み合わせてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、レーザ変調によって振幅および周波数変調が生じるが、ＦＭ変調の位相は、変調周波数によって変化するのに対して、生成されたＡＭは、周波数に対して無視できる位相差を示す、という事実に基づいてなされたものである。すなわち、広範囲な周波数に渡って、ディザ変調の結果出力される「不要な」ＡＭ部分に直交する、レーザ出力としてのＦＭ変調成分が存在し、この範囲の周波数でレーザを変調することで、また、この直交する成分だけを検出することによって、不要なＡＭに起因する、検出したディザ振幅中のエラーを減少させたり、除去することができる。
【００５４】
例えば、レーザが生成する不要なＡＭ量は、デバイスにより、また、時間により変化するため、それが、検出されたディザ振幅から除去されない限り、補償することは困難であるから、上記エラーを減少させることや除去することは、特に、不要なＡＭ量が変わるときに有用である。
【００５５】
また、本発明によれば、レーザの振幅変調と決定された振幅変調との比較を行う位相感知比較手段を備えることで、レーザ変調に起因する、検出された変調部分を他の部分と切り離すことができる。
【００５６】
本発明によれば、位相感知比較手段への入力の前に、レーザの振幅変調または検出された振幅変調を示す信号を、他の変調に対して位相推移させる手段を備えることで、レーザ変調とほぼ位相が直交する部分を得ることができる。
【００５７】
本発明によれば、位相感知比較手段への入力用に直交信号を出力して、位相推移を行うよう動作するディザ発振器を備えることで、位相推移手段が不要となり、構成を簡単にすることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、選択された周波数帯を抽出し、この選択した周波数帯を、検出された振幅変調の部分より区別する手段を備えることが、特にレーザ変調が広範囲の周波数に渡る場合、有用である。そして、位相感知比較手段は、それが、周波数の制限された範囲で動作する場合、より良い結果を生む。周波数を選択するフィルタは、この位相感知比較手段へのいずれかの入力側に設置するか、双方の入力側に設置できる。
【００５９】
本発明によれば、通過した部分を監視する代わりに、素子によって除去された入力信号の部分を決定する手段を備えることによって、制御ループに対する帯域幅を改善することができ、特に、その素子が、信号電力の内、通過するより除去する量が多くなるよう構成された狭帯域フィルタの場合、帯域幅を良好に改善できる。また、この素子が３ポート・フィルタの場合、除去された信号を直接、測定することができる。
【００６０】
本発明によれば、レーザ振幅と位相の直交した検出部分を最大にするようレーザ振幅を決定することで、制御ループ内のノイズを最小にする効果が得られ、従って、レーザ変調の検出精度も向上する。
【００６１】
さらに、本発明によれば、制御手段が、レーザの周波数と光素子の周波数応答との一定の関係を維持するよう動作することで、ある素子を他の素子に対してロックするという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザの周波数制御を行う、従来の光伝送システムを概略的に示す図である。
【図２】 可調フィルタの応答が制御される、同様な光伝送システムを示す図である。
【図３】 レーザによって出力された周波数変調のベクトル和がどのように周波数とともに変化するかを示す位相図である。
【図４】 レーザ周波数制御システムがレーザの周波数を制御する、本発明の実施の形態を示す図である。
【図５】 図４の実施の形態をより詳細に示す図である。
【図６】 図４の実施の形態について、別の例を概略的に示す図である。
【図７】 図４の実施の形態について、さらに別の例を概略的に示す図である。
【図８】 可調素子の制御を示す、本発明のもう１つの実施の形態を概略的に示す図である。
【図９】 図８の実施の形態について可能な例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ、２…外部変調器、３…フィルタ、４…光電変換器および低域通過フィルタ、５…位相感知比較器、６…ディザ発生器、７…温度制御手段、７ａ…温度補償発生器、８…応答制御手段、９…位相推移手段、１０…狭帯域フィルタ、２３…可調フィルタ、３２…素子、３３…レーザ周波数制御システム、３４…周波数変調適用手段、３５…振幅変調決定手段、３６…識別手段、３７，６７…制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおけるレーザ周波数制御システム、光コンポーネントの周波数応答を制御するレーザ周波数制御システム、レーザ周波数を制御するレーザ周波数制御方法、光コンポーネントの周波数応答を制御するレーザ周波数制御方法、光伝送システムにおける信号処理システム、および光伝送システムにおける信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第５，３４７，３９２号からは、空洞にディザをかけ、その空洞が切り替えられるときの出力強度の変動を監視することによって、可調共振空洞変調器の応答をロックすることを知ることができる。このロック処理は、さらにディザを行うことなく、ランダムデータ列のみを用いても可能である。
【０００３】
低周波のディザ信号を送信光信号に重畳して、例えば、ノイズの監視、あるいは誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）の抑制といった、様々な目的に用いることはよく知られている。米国特許第５，３７３，３８５号（ダーシーおよびウッドワードによる）は、低周波ディザによる光搬送波の周波数変調を開示している。この周波数変調は、光伝送システムにおける誘導ブリユアン散乱を低減させるよう機能し、マルチパス妨害が引き起こすノイズを減少させることができる。
【０００４】
原理的には、ディザ信号を用いて、受動的な周波数基準となるような特定狭帯域光素子、あるいは色分散補償器を、送信信号の動作波長にロックすることが必要な場合、そのディザ信号を光素子に印加して、周波数に対する応答を変化させたり、または、例えば、レーザ源を直接変調することによって、光素子の上流にディザ信号を印加することができる。
【０００５】
この周波数ディザの行われた信号が狭帯域デバイスを通過するときに、小変調電流がレーザに印加されて、光振幅を変調する場合（また、周波数変調をも生じさせる場合）、周波数に対する応答勾配が、結果的にＦＭからＡＭへの復調となる。レーザ出力周波数と狭帯域デバイスの応答曲線との間の相対アライメントが変化すると、勾配が有限なところで、ＦＭからＡＭへの復調が起こる。勾配が急であればあるほど、ＦＭが大きく復調される。
【０００６】
通常、正弦波ディザ変調を用いて、単に同期させて復調信号を検出し、また、ゼロ基本波の状態にロックすることにより、システムを狭帯域素子の中心にロックさせることができる。これは、印加されたディザ変調信号と同相の監視信号の部分を、同期させて検出することによって行われる。
【０００７】
そこで、ディザ変調信号と同相の、検出されたエラー信号を０方向にもっていくように、レーザの出力周波数、または、狭帯域素子の応答を調整することができる。エラーを０方向にもっていくことによって、狭帯域素子の応答曲線のピークにロックすることが可能となる。
【０００８】
図１は、公知の光伝送システムの概略ブロック図である。図１において、レーザ１は、光出力を生成し、それが外部変調器２へ送られ、続いて狭帯域フィルタ３へと供給される。このレーザ出力の制御は、その温度およびレーザ電流を制御することによってなされる。レーザ温度および／またはバイアス電流は、フィードバック・ループにより制御される。
【０００９】
このフィードバック・ループには、低域通過フィルタ機能を有する光電変換器４、狭帯域フィルタ３の監視出力とレーザに施されたディザ変調を示す信号とを比較する位相感知比較器５がある。ディザ発生器６は、レーザ電流を変調してレーザを直接変調するのに適したディザを生成する。
【００１０】
位相感知比較器５は、狭帯域フィルタ３から出力される監視信号の部分（ディザ発生器６の出力と同相）を検出するよう動作する。狭帯域フィルタ３の出力端に現れる、ディザの振幅を示すエラー信号は、温度補償発生器７ａにフィード・バックされる。この温度補償発生器７ａは、レーザ温度および／またはバイアス電流を制御し、それによって、レーザの出力周波数を制御する。
【００１１】
位相感知比較器５の出力端におけるエラー信号は、レーザの動作周波数における、フィルタ３の応答勾配を示す。温度補償発生器７ａは、レーザ温度および／またはバイアス電流を調節し、それによってレーザ出力の周波数も調整するよう動作して、レーザの出力周波数をフィルタの曲線勾配が０になる点、すなわち、応答曲線のピークに移動して、エラー信号を０に減少させる。
【００１２】
レーザ周波数を安定させる方法の一例として、注入電流を直接変調し、出力に５０ＭＨｚの周波数変調を起こして、それを、ファブリ・ペロー・エタロンを介して出力するものがある。そして、この注入電流は、周波数エラー信号に基づいて制御され、レーザ周波数がエタロンの共鳴振動数にロックされる。これは、リー（Ｌｅｅ）らによる、「直接変調レーザの周波数安定化」（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６１（９），１９９０年９月、２４７８〜２４８０頁）に開示されている。
【００１３】
図２は、図１に類似した構成を示しており、そこでは、エラー信号が、可調フィルタ２３のピーク周波数を制御する応答制御手段８へ送られ、レーザの出力周波数と一直線上にピーク周波数が保持されるようになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のレーザ周波数制御システムや、ディザ発生源の下流に位置するディザの振幅の検出に依存するノイズ監視システム、または他の監視システムにおける精度不良の原因の一つに、このディザと同じ周波数で他に振幅変調源が発生しうるということがある。特に、半導体レーザの多くは、直接変調されるときに、ＦＭだけではなくＡＭをも発生する。
【００１５】
これによって、上述のレーザ周波数制御システムには、「整合残存エラーがある」ことを意味するエラーが生じる。これは、レーザ生成によるＡＭを打ち消すような復調ＦＭに対する応答中に、十分な勾配を有する点では、エラーが０となるためである。勾配が最も急なところで、発生したＡＭが最大復調ＦＭより大きければ、レーザ周波数制御システムはロック処理を行なわない。
【００１６】
また、ディザを、制御用ではなく監視用として用いる場合、レーザによって発生されたＡＭは、監視結果に定常的なエラーを引き起こすという問題がある。
【００１７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記従来の方法およびシステムを改良することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の構成を備える。
本発明の第１の態様によれば、光伝送システムにおけるレーザの周波数を制御するレーザ周波数制御システムであって、このレーザの光出力は光素子を通過し、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御システムは、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせる手段と、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出する検出手段と、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定する決定手段と、上記直交する部分に基づいて上記レーザの周波数を制御する制御手段とを備えるレーザ周波数制御システムが提供される。
【００１９】
また、本発明において、レーザ振幅変調は、レーザ電流を直接変調することによって行われる。素子は狭帯域フィルタが好ましい。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザ下流の光素子の周波数応答を制御するレーザ周波数制御システムであって、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御システムは、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせる手段と、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出する検出手段と、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定する決定手段と、上記直交する部分に基づいて上記光素子の周波数応答を制御する制御手段とを備えるレーザ周波数制御システムが提供される。
【００２１】
また、本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザの周波数を制御する制御方法であって、このレーザの光出力は光素子を通過し、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該制御方法は、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせるステップと、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出するステップと、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定するステップと、上記直交する部分に基づいて上記レーザの周波数を制御するステップとを備える制御方法が提供される。
【００２２】
さらに、本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザ下流の光素子の周波数応答を制御する制御方法であって、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該制御方法は、上記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせるステップと、上記光素子の出力に現れる振幅変調を検出するステップと、上記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、上記検出された振幅変調の部分を決定するステップと、上記決定された部分に基づいて上記光素子の周波数応答を制御するステップとを備える制御方法が提供される。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、光伝送システムにおいてレーザの下流の信号を処理し、そのレーザの出力に施された周波数変調の効果を判定する信号処理システムにおいて、上記信号中に存在し、上記施された周波数変調に属する振幅変調を決定する手段と、上記施された周波数変調にほぼ位相が直交する上記振幅変調の部分を決定する手段とを備える信号処理システムが提供される。
【００２４】
また、本発明の他の態様によれば、光伝送システムにおいてレーザの下流の信号を処理し、そのレーザの出力に施された周波数変調の効果を判定する信号処理方法において、上記信号中に存在し、上記施された周波数変調に属する振幅変調を決定するステップと、上記施された周波数変調にほぼ位相が直交する上記振幅変調の部分を決定するステップとを備える信号処理方法が提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明をより良く理解できるように、また、本発明が、どのようにして実施されるのかについて、例を用いて説明するため、以下、図面を用いて発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図３を用いて、本発明に係る改善された構成を説明する。本発明は、（印加された変調電流、および、その結果としての振幅変調に対して）ＦＭ変調の位相が、変調周波数とともに変動するという事実を利用している。半導体レーザは、一般的に直流から高周波まで、印加された電流変調と光出力の強度（振幅変調）との間に、無視できる位相差を呈する。
【００２７】
これによって、半導体レーザを、かなりの高データ速度による直接変調に用いたり、直流までのスペクトル成分を有するデータ・パターンで用いることができるようになる。反対に、周波数変調特性は、情報帯域幅に渡って変化する。中〜高周波数（例えば、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）では、レーザ周波数が駆動電流とともに増加する。これは、ホール密度の増加による屈折率の減少が主に影響するからである。直接変調されたレーザでは、通常、このキャリヤ効果ＦＭが、主なチャープ・メカニズムとなる。
【００２８】
直流および低周波数では、レーザの熱膨張によって生じるもう１つのＦＭメカニズムの影響を受けて、周波数が駆動電流とともに減少する。高周波数では、熱慣性のせいで、この影響がなくなり、位相が同相へと変化する。従って、低周波数では、これら２つの影響が逆相になっている。
【００２９】
状態図の下半分では、４つの異なった周波数に対する熱効果が示されている。曲線は、周波数が変化するにつれて、ベクトルの先端がたどる経路を示している。低周波数では、位相は、キャリヤ効果成分の位相からほぼ１８０゜離れ、高周波数では、位相が、キャリヤ効果成分の位相から９０゜離れる。図から分かるように、熱効果の大きさは、周波数が増加するにつれて小さくなる。
【００３０】
全ＦＭ出力は、これら２つの成分のベクトル和である。このことが、２つの周波数に対して示されている。広い周波数範囲に渡って、周波数変調に直交する、かなりのベクトル和の成分が存在する。図３では、ベクトル和がどの程度右側に伸びているかが、直交成分の強度を示すことになる。
【００３１】
変調周波数は、ベクトル和の直交成分の大きさが最大となるように選ぶのがよい。通常、キャリヤ密度の変動およびレーザ素子中の熱特性によって異なるが、数１０から数１００ｋＨｚにおいて最大値が得られる。これらは、使用する特定の装置構成によって変わる。さらに、直交信号の大きさは、レーザのＦＭ／ＡＭ係数が違えば変わる。
【００３２】
それでも、これらが影響して、制御ループにおいてオフセット・エラーが生じることはない。それは、このループが単に０エラーに安定するためである。施した変調に対して、直交する部分のみを検出し、使用することによって、不必要なＡＭによって生じるオフセット・エラーを減少させたり、あるいは除去することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４は、本発明の他の実施の形態に係るレーザ周波数制御システムを概略的に示す図である。このレーザ周波数制御システムは、レーザ１の周波数を制御するのに用いられる。このレーザ１は光信号を出力し、出力された光信号は、素子３２を通過する。素子３２は、狭帯域フィルタ、あるいは、それに相当するもので、例えば、狭帯域周波数応答や狭帯域吸収ガス・セルを有するファイバ・グレーティング分散補償器である。この素子の応答の勾配が急であればあるほど、また、そのピークが急峻であればあるほど、レーザの周波数制御を精度良く行うことができる。
【００３４】
レーザ周波数制御システム３３は、振幅変調決定手段３５、施した周波数変調に直交する部分を識別する識別手段３６、この直交部分に基づいてレーザの出力周波数を制御する制御手段３７を含んでいる。好ましくは、この制御手段３７は、直交成分を０方向にもっていくよう構成して、レーザ周波数を、素子３２の周波数応答のピークにロックするようにする。この直交成分を、強いて０でない特定の値にすることによって、既知の勾配の１点にロックするように構成することもできる。これは、頭頂部が平坦な応答を有するフィルタの片側にロックするのに有用である。
【００３５】
図４には、周波数変調適用手段３４も示されている。この周波数変調適用手段３４は、識別手段３６にも供給を行って、この識別手段３６がレーザ変調に直交する部分を得るようにしている。
【００３６】
レーザ変調は、レーザの光出力より決定することができる。しかし、それには、光電変換が必要であるが、この変換がハードウエアのコストを高くする。これは、図８において、素子３２がレーザと共存していない場合に必要となる。印加された変調信号とレーザ出力との間に、ほとんど位相推移がなければ（通常、顕著な直交成分がある最適周波数範囲において、このようになる）、レーザに印加された変調信号を用いてレーザ変調を示す方が、より便利である。
【００３７】
実施の形態３
図５は、図４の構成について、その一例を示す。図５において、光素子はフィルタ３として示されている。光路中には、外部変調器２もある。ディザ発生器６は、レーザ電流を変調し、それによって、レーザ出力が振幅および周波数変調されるようにしている。レーザ出力の周波数はまた、温度制御手段７でオフセット状態に調節される。
【００３８】
この温度制御手段７は、位相感知比較器５の出力に低域通過フィルタをかけて得られたエラー信号を受信する。このエラー信号は、レーザ電流に施された変調に直交するフィルタ３の出力上の、振幅変調の量に比例する直流値を有している。温度制御手段７は、レーザ１の周波数を調節して、エラーを０方向に減らしたり、所定値に減少させるよう動作する。施した変調に直交する部分を検出するには、その変調の位相を、位相推移（−Π／２位相推移）手段９を用いて推移させる。この位相推移手段９からの出力は、位相感知比較器５に印加される。
【００３９】
位相推移手段９は、位相ロックループによって実現できる。位相ロックループは、同期検出を行い、その結果を積分する。積分された結果は、出力を０にするようフィード・バックされる。単一の周波数や、十分に狭い帯域に対して、出力は入力に直交する。この積分機能によって、位相ロックループは、狭い範囲の周波数の平均直交値を示す出力を生成することができる。
【００４０】
このような狭い範囲の周波数では、わずかに異なる位相推移を経た、異なるスペクトル成分によるエラーが生じる。しかしながら、位相ロック処理は、そのようなエラーの総計を強制的に０にすることができ、その結果、平均直交出力を生成する。
【００４１】
上述のように、レーザ出力における周波数変調は、フィルタ３の応答に勾配があるため、いくらか振幅変調を起こす。この振幅変調の量は、光電変換手段４によって検出される。光電変換手段（通常は、ＰＩＮダイオード）４は、関連する電気増幅段とともに、顕著な低域通過のフィルタ効果を有する。
【００４２】
実施の形態４．
ディザ発生器６によって施された変調は、制御ループをもっと簡単かつ安価に構成できるようにするため、比較的低周波数でなければならない。様々な異なる目的にディザを適用することができるので、そのディザに含まれる周波数範囲がある。従って、図６に示すように、ディザが位相推移手段９に入力される前段階に、狭帯域フィルタ１０を設けるようにしても良い。
【００４３】
選択された周波数範囲は、施された変調について良好な直交ＦＭ成分が得られるような範囲でなけばならない。これは、１０ｋＨｚから数１００ｋＨｚの範囲にあることになる。この範囲から狭帯域のみが選択された場合、直交条件をより正確に設定できることから、位相感知比較器５の動作が増強される。
【００４４】
実施の形態５．
図７に別の例を示す。図７において、ディザ発生器６からの直交出力は、直接、位相感知比較器５に供給される。これにより、位相ロック・ループといった位相推移手段、および、その前段に位置するフィルタが不要となる。このディザ発生器６は、正弦波あるいは方形波ディザを生成する発振器でもよい。この場合、高速発振器を分割することによって、簡単に直交信号を生成することができる。
【００４５】
一方、ディザ発生器６は、より複雑なデータ・パターンを生成するものでもよい。例えば、ミラー符号化された２進パターンが変調に適しており、この場合、適当な周波数範囲に渡るスペクトルを有する、このデータ・パターンに直交する信号を生成できたり、あるいは、データ・パターンの１つの主スペクトル線に直交する、デューティが５０％の正弦波または方形波信号を生成することができる。短波長パターンを使用する場合には、直交信号を取り出すことができるような、十分な主スペクトル線がなければならない。
【００４６】
実施の形態６．
図８は、本発明に係る別の実施の形態を概略的に示す。図８に示す実施の形態は、以下の点で、図４の実施の形態と異なる。すなわち、制御手段６７が、レーザ１の出力周波数の代わりに、素子３２の周波数応答を調節するようになっている。この実施の形態でも、周波数変調適用手段３４によって、レーザ１にディザが施される。
【００４７】
同様に、制御手段６７もまた、施したレーザ変調に直交する、決定した振幅変調の部分に応じて動作できる。この制御手段６７は、素子３２の周波数応答を調節して、直交成分を０方向に減少させるよう動作する。これにより、素子の周波数応答を、レーザ１の出力周波数にロックすることが可能となる。
上記すべての場合において、レーザ出力の周波数変動は非常に少なく、通常は、数ＧＨｚとなる。
【００４８】
実施の形態７．
図９において、応答制御手段８は、図８における制御手段６７の機能を行う。この応答制御手段８は、可調フィルタ２３を駆動して、位相感知比較器５から出力される直交成分、またはエラー信号を０方向に減らす。実際には、このような制御手段は、ディジタル・マイクロプロセッサで実現できる。同様に、温度補償発生器７ａ（図１参照）も、適当な制御アルゴリズムを実行する蓄積プログラムを有するディジタル・マイクロプロセッサで実現できる。
【００４９】
位相感知比較器５は、従来のアナログ回路、または、原理的にはマイクロプロセッサやディジタル信号プロセッサで、ディジタル形式で実現できる。
【００５０】
光素子、または、レーザの下流における信号中の振幅変調を決定する手段は、レーザ周波数制御システムやレーザの近くに配置する必要はない。従って、レーザから離れた位置にあるフィルタを、レーザの周波数制御に用いることができる。さらに、レーザから離れたところに位置する可調フィルタを、離れた位置にあるレーザに施したディザを用いて、上記のレーザ周波数制御システムに基づいて制御するようにしてもよい。この場合、離れたフィルタへの入力をタップ出しすることによって、遠隔におけるレーザ振幅変調を示す信号を取り出すのが好ましい。この信号は、図５との関連で説明したように、位相推移の後、直交検出器に入力される。
【００５１】
なお、その他の変形例については、請求の範囲を逸脱しない限りにおいて可能である。本発明は、特にレーザ周波数制御システムに適用できるが、他の用途については、ディザ信号を他の目的に用いたり、レーザ１や光路中にある他の素子がもたらす不要なＡＭをフィルタで除くのが好ましい場合に可能である。
【００５２】
さらに、当業者に明らかなように、上記の好適な特性は、相互に組み合わせたり、本発明の他の態様と組み合わせてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、レーザ変調によって振幅および周波数変調が生じるが、ＦＭ変調の位相は、変調周波数によって変化するのに対して、生成されたＡＭは、周波数に対して無視できる位相差を示す、という事実に基づいてなされたものである。すなわち、広範囲な周波数に渡って、ディザ変調の結果出力される「不要な」ＡＭ部分に直交する、レーザ出力としてのＦＭ変調成分が存在し、この範囲の周波数でレーザを変調することで、また、この直交する成分だけを検出することによって、不要なＡＭに起因する、検出したディザ振幅中のエラーを減少させたり、除去することができる。
【００５４】
例えば、レーザが生成する不要なＡＭ量は、デバイスにより、また、時間により変化するため、それが、検出されたディザ振幅から除去されない限り、補償することは困難であるから、上記エラーを減少させることや除去することは、特に、不要なＡＭ量が変わるときに有用である。
【００５５】
また、本発明によれば、レーザの振幅変調と決定された振幅変調との比較を行う位相感知比較手段を備えることで、レーザ変調に起因する、検出された変調部分を他の部分と切り離すことができる。
【００５６】
本発明によれば、位相感知比較手段への入力の前に、レーザの振幅変調または検出された振幅変調を示す信号を、他の変調に対して位相推移させる手段を備えることで、レーザ変調とほぼ位相が直交する部分を得ることができる。
【００５７】
本発明によれば、位相感知比較手段への入力用に直交信号を出力して、位相推移を行うよう動作するディザ発振器を備えることで、位相推移手段が不要となり、構成を簡単にすることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、選択された周波数帯を抽出し、この選択した周波数帯を、検出された振幅変調の部分より区別する手段を備えることが、特にレーザ変調が広範囲の周波数に渡る場合、有用である。そして、位相感知比較手段は、それが、周波数の制限された範囲で動作する場合、より良い結果を生む。周波数を選択するフィルタは、この位相感知比較手段へのいずれかの入力側に設置するか、双方の入力側に設置できる。
【００５９】
本発明によれば、通過した部分を監視する代わりに、素子によって除去された入力信号の部分を決定する手段を備えることによって、制御ループに対する帯域幅を改善することができ、特に、その素子が、信号電力の内、通過するより除去する量が多くなるよう構成された狭帯域フィルタの場合、帯域幅を良好に改善できる。また、この素子が３ポート・フィルタの場合、除去された信号を直接、測定することができる。
【００６０】
本発明によれば、レーザ振幅と位相の直交した検出部分を最大にするようレーザ振幅を決定することで、制御ループ内のノイズを最小にする効果が得られ、従って、レーザ変調の検出精度も向上する。
【００６１】
さらに、本発明によれば、制御手段が、レーザの周波数と光素子の周波数応答との一定の関係を維持するよう動作することで、ある素子を他の素子に対してロックするという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザの周波数制御を行う、従来の光伝送システムを概略的に示す図である。
【図２】 可調フィルタの応答が制御される、同様な光伝送システムを示す図である。
【図３】 レーザによって出力された周波数変調のベクトル和がどのように周波数とともに変化するかを示す位相図である。
【図４】 レーザ周波数制御システムがレーザの周波数を制御する、本発明の実施の形態を示す図である。
【図５】 図４の実施の形態をより詳細に示す図である。
【図６】 図４の実施の形態について、別の例を概略的に示す図である。
【図７】 図４の実施の形態について、さらに別の例を概略的に示す図である。
【図８】 可調素子の制御を示す、本発明のもう１つの実施の形態を概略的に示す図である。
【図９】 図８の実施の形態について可能な例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ、２…外部変調器、３…フィルタ、４…光電変換器および低域通過フィルタ、５…位相感知比較器、６…ディザ発生器、７…温度制御手段、７ａ…温度補償発生器、８…応答制御手段、９…位相推移手段、１０…狭帯域フィルタ、２３…可調フィルタ、３２…素子、３３…レーザ周波数制御システム、３４…周波数変調適用手段、３５…振幅変調決定手段、３６…識別手段、３７，６７…制御手段
Claims (23)
- 光伝送システムにおけるレーザの周波数を制御するレーザ周波数制御システムであって、このレーザの光出力は光素子を通過し、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御システムは、
前記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせる手段と、前記光素子の出力に現れる振幅変調を検出する検出手段と、
前記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、前記検出された振幅変調の部分を決定する決定手段と、
前記直交する部分に基づいて前記レーザの周波数を制御する制御手段とを備えることを特徴とするレーザ周波数制御システム。 - レーザ電流を直接変調して前記周波数変調を行うことを特徴とする請求項１記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記決定手段は、前記レーザの振幅変調と前記決定された振幅変調との比較を行う位相感知比較手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ周波数制御システム。
- さらに、前記位相感知比較手段への入力の前に、前記レーザの振幅変調または前記検出された振幅変調を、他の変調に対して位相推移させる手段を備えることを特徴とする請求項３記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記周波数変調を施す手段は、ディザ発振器を備え、この発振器は、前記位相感知比較手段への入力用に直交信号を出力して、前記位相推移を行うよう動作することを特徴とする請求項４記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記決定手段は、選択された周波数帯を抽出し、この選択した周波数帯を前記検出された振幅変調の部分より区別する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記検出手段は、前記光素子によって排除された入力信号の一部に基づいて動作することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記検出手段は、レーザから離れた位置にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記周波数変調の周波数は、直交部分が最大となるよう決定されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記制御手段は、前記レーザの周波数と前記光素子の周波数応答との一定の関係を維持することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のレーザ周波数制御システム。
- レーザと、このレーザの下流に位置する光素子と、このレーザの周波数を制御する請求項１記載のレーザ周波数制御システムとを備えることを特徴とする光伝送システム。
- 光伝送システムにおいてレーザ下流の光素子の周波数応答を制御するレーザ周波数制御システムであって、この光素子の出力振幅は、
入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御システムは、前記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせる手段と、前記光素子の出力に現れる振幅変調を検出する検出手段と、
前記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、前記検出された振幅変調の部分を決定する決定手段と、
前記直交する部分に基づいて前記光素子の周波数応答を制御する制御手段とを備えることを特徴とするレーザ周波数制御システム。 - 前記制御手段は、前記光素子の周波数応答の中心周波数を、前記レーザの中心周波数にロックすることを特徴とする請求項１２記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記光素子は、狭帯域フィルタ機能を実行することを特徴とする請求項１２または１３記載のレーザ周波数制御システム。
- 前記光素子は、分散補償特性を有することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載のレーザ周波数制御システム。
- 光伝送システムにおいてレーザの周波数を制御する制御方法であって、このレーザの光出力は光素子を通過し、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御方法は、
前記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせるステップと、
前記光素子の出力に現れる振幅変調を検出するステップと、
前記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、前記検出された振幅変調の部分を決定するステップと、
前記直交する部分に基づいて前記レーザの周波数を制御するステップとを備えることを特徴とするレーザ周波数制御方法。 - レーザを備える光伝送システムにおける情報送信方法において、このレーザが、請求項１６記載の制御方法で制御されることを特徴とする情報送信方法。
- 光伝送システムにおいてレーザ下流の光素子の周波数応答を制御する制御方法であって、この光素子の出力振幅は、入力周波数および入力振幅に依存し、当該レーザ周波数制御方法は、
前記レーザに変調を施して、このレーザの光出力に周波数変調と振幅変調を生じさせるステップと、
前記光素子の出力に現れる振幅変調を検出するステップと、
前記レーザの光出力中の振幅変調にほぼ位相が直交する、前記検出された振幅変調の部分を決定するステップと、
前記決定された部分に基づいて前記光素子の周波数応答を制御するステップとを備えることを特徴とするレーザ周波数制御方法。 - レーザと、このレーザの下流に位置する光素子とを備える光伝送システムにおける情報送信方法において、この光素子は、請求項１８記載の制御方法で制御されることを特徴とする情報送信方法。
- 請求項１６記載の制御方法でレーザを制御することによって、光伝送システムにおいて、このレーザの周波数と、このレーザの下流に位置する光素子の周波数応答との一定の関係を維持することを特徴とするレーザ周波数維持方法。
- 請求項１８記載の制御方法で光素子を制御することによって、光伝送システムにおいて、レーザの周波数と、このレーザの下流に位置する前記光素子の周波数応答との一定の関係を維持することを特徴とするレーザ周波数維持方法。
- レーザの出力に周波数変調が施され、光学的伝送システムにおいてレーザの下流の信号を処理する信号処理システムであって、
前記信号中に存在し、前記施された周波数変調に属する振幅変調を決定する手段と、
位相がほぼ直交する振幅変調の成分に基づいて、前記施された周波数変調成分に対する信号配分を復活する手段とからなり、前記信号は、施された周波数変調の効果をレーザ出力に示すことを特徴とする信号処理システム。 - レーザの出力に周波数変調が施され、光学的伝送システムにおいてレーザの下流の信号を処理する信号処理方法であって、
前記信号中に存在し、前記施された周波数変調に属する振幅変調を決定するステップと、
前記施された周波数変調に対してほぼ位相が直交する振幅変調の成分を決定するステップと、
位相がほぼ直交する振幅変調の成分に基づいて、前記施された周波数変調成分に対する信号配分を復活するステップとからなり、前記信号は、施された周波数変調の効果をレーザ出力に示すことを特徴とする信号処理方法。
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