JPH09331107A - 波長可変光源及びその波長制御方法及び波長多重通信ネットワーク - Google Patents

波長可変光源及びその波長制御方法及び波長多重通信ネットワーク

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JPH09331107A
JPH09331107A JP8149143A JP14914396A JPH09331107A JP H09331107 A JPH09331107 A JP H09331107A JP 8149143 A JP8149143 A JP 8149143A JP 14914396 A JP14914396 A JP 14914396A JP H09331107 A JPH09331107 A JP H09331107A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答は速いが波長可変範囲が狭い電流制御
と、波長可変範囲は広いが応答が遅い温度制御を組み合
わせて、単電極のＤＦＢ−ＬＤを用いて、ｎｍオーダの
波長可変範囲をもち、波長可変動作の所要時間の短い波
長可変光源を提供することにある。 【解決手段】 半導体レーザを光源とする波長可変光源
であって、半導体レーザの発光波長をシフトする手段と
して、半導体レーザの注入電流によるもの（以下、電流
制御と呼ぶ）と半導体レーザの取付けられたヒートシン
クの温度によるもの（以下、温度制御と呼ぶ）を備えた
波長可変光源及び波長のシフト制御方法において、ま
ず、電流制御により波長をシフトさせ、その後その波長
シフト量を電流制御によるものから温度制御によるもの
に置き換えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ（以
下、ＬＤと呼ぶ）を用いた波長可変光源、及びその波長
制御方法、さらにそれを用いた波長多重通信ネットワー
クに関する。
【０００２】
【従来技術】波長可変光源は、波長多重通信、光計測等
で、重要な素子として益々研究開発のピッチが急展開し
ている。例えば、ＤＦＢ(distributed feedback)-Ｌ
Ｄ、ＤＢＲ(distributed Bragg reflector)-ＬＤ等の単
一波長動作のＬＤを用いたものの研究開発が進められて
いる。以下、その一例を述べる。
【０００３】図７は２電極ＤＦＢ−ＬＤを用いた波長可
変光源のブロック図の例である。２電極ＤＦＢ−ＬＤモ
ジュール７０１、２出力電流源７０２、温度コントロー
ラ２０３、波長制御系＃４（７０３）により構成され
る。
【０００４】２電極ＤＦＢ−ＬＤはＤＦＢ−ＬＤの電流
注入電極を２つに分割し、その電流を制御することによ
り、光出力の波長を変化させるデバイスである。Electr
onics Letters'誌、第２２巻、第２２号、１１５３−１
１５４頁にその一例が示されている。この例では発光波
長１５５６ｎｍ〜１５５８ｎｍ帯で約２ｎｍの波長可変
範囲を実現している。また、現在では、一部のメーカが
モジュールとして研究用途に販売している。２電極ＤＦ
Ｂ−ＬＤモジュール７０１は前述の２電極ＤＦＢ−ＬＤ
を、光結合系、光アイソレータ、光ファイバ、ペルチェ
素子、サーミスタ等とともにパッケージに実装したもの
である。この２電極ＤＦＢ−ＬＤは環境温度の変化によ
り発光波長がずれるので、ペルチェ素子とサーミスタと
により２電極ＤＦＢ−ＬＤの素子温度を制御し、光アイ
ソレータは２電極ＤＦＢ−ＬＤへの戻り光を遮断し、２
電極ＤＦＢ−ＬＤの発光波長を安定にするためのもので
ある。
【０００５】また、出力電流源７０２は２つの独立した
出力をもつ電流源である。出力電流は、外部（波長制御
系＃４）から入力される電流制御信号により設定され
る。温度コントローラ２０３は、サーミスタ（２電極Ｄ
ＦＢ−ＬＤモジュール内にある）に電流を流し、その端
子間電圧を検出して温度を測定し、目標温度になるよう
に、電流による発熱吸熱現象を有するペルチェ素子（２
電極ＤＦＢ−ＬＤモジュール内にある）を駆動する。ペ
ルチェ素子は２電極ＤＦＢ−ＬＤを搭載しているヒート
シンクの温度を増減できる。なお、目標温度は温度コン
トローラ内部で設定することも、外部からの温度制御信
号で設定することもできる。また、目標温度と測定温度
の差を温度制御モニタ信号として出力する。本例では目
標温度の設定は内部で行う。波長制御系＃４（７０３）
は２出力電流源を電流制御信号により制御し、２電極Ｄ
ＦＢ−ＬＤモジュール７０１の波長を制御する。
【０００６】図８はＤＦＢ−ＬＤを用いた波長可変光源
の例である。単電極のＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１、
電流源２０２、温度コントローラ２０３、波長制御系＃
５（８０１）により構成される。
【０００７】単電極のＤＦＢ−ＬＤは現在、数社からモ
ジュールとして市販されているデバイスである。単電極
であるため、電流で大きく波長を変えることはできな
い。電流に対する波長の変化率は０．００８ｎｍ／ｍＡ
と小さく、また、電流の増加に伴い光出力も変化するた
め、電流による波長可変範囲は０．１ｎｍのオーダであ
る。そこでこの例では温度によって波長を変えている。
因みに、温度に対する波長の変化率は０．０８ｎｍ／℃
であり、ｎｍオーダの波長可変範囲を得ることが可能で
ある。
【０００８】ＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１は上記ＤＦ
Ｂ−ＬＤを、光結合系、光アイソレータ、光ファイバ、
ペルチェ素子、サーミスタ等とともにパッケージに実装
したものである。例えば、富士通製ＤＦＢレーザダイオ
ードＦＬＤ１５０Ｆ２ＫＰでは、閾値電流２０ｍＡ，順
電圧１.１Ｖ（ＩF＝３０ｍＡ），ピーク発振波長の標準
値１５５０，スペクトル半値幅最大０.２ｎｍ，とあ
り、シングルモードファイバ付き発光素子である。本発
明者はこの発光素子の特性を測定し、図９（ａ）に温度
に対する発光波長特性を、図９（ｂ）に供給電流に対す
る発光波長特性を得た。この測定結果によれば、温度制
御で温度１５〜３５℃によって２ｎｍ、電流制御で電流
３０〜７０ｍＡによって０.３５ｎｍの範囲で制御でき
ることがわかる。
【０００９】また、電流源２０２は１出力の電流源であ
る。この出力電流は、内部設定あるいは外部から入力さ
れる電流制御信号により制御できる。本例では内部設定
で行う。温度コントローラ２０３は、図７のものと同じ
である。本例ではＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１からの
サーミスタ端子間電圧を温度コントローラ２０３で検出
し、温度制御モニタ信号を波長制御系＃５で認識すると
共にそのモニタ信号からＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１
が希望の波長となる温度制御信号を出力する。従って、
温度設定は外部（波長制御系＃５）からの温度制御信号
で行う。波長制御系＃５（８０１）は温度コントローラ
２０３を温度制御信号により制御し、ＤＦＢ−ＬＤモジ
ュール２０１の波長を制御する。一方、ＤＦＢ−ＬＤモ
ジュール２０１からの温度制御モニタ信号により、波長
制御系＃５（８０１）は温度制御の状態を監視してい
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
波長可変光源には次のような問題があった。
【００１１】まず、２電極ＤＦＢ−ＬＤを用いたものに
ついて述べる。このデバイスは試作段階のものであり、
量産のための製造工程が確立されておらず、高価であ
る。他の多電極波長可変ＬＤ（３電極ＤＦＢ−ＬＤ、３
電極ＤＢＲ−ＬＤ等）についても同様である。従って、
２ｎｍの波長可変範囲を有するとしても、安定した特性
品の供給には充分ではない。
【００１２】次に、温度制御を用いたものについて述べ
る。一般に温度制御系の応答は遅い。サーミスタで温度
を検出し、ペルチェ素子で温度を制御するＬＤモジュー
ルの温度制御系も同様である。具体的にはその制御を１
秒以内に整定させることは難しい。また、制御の整定時
間の短縮に伴い、オーバーシュートも発生する。狭い間
隔の波長多重通信の光源として用いた場合には、波長可
変時に混信が生ずることになる。
【００１３】本発明の目的は、応答は速いが波長可変範
囲が狭い電流制御と、波長可変範囲は広いが応答が遅い
温度制御を組み合わせて、単電極のＤＦＢ−ＬＤを用い
て、ｎｍオーダの波長可変範囲をもち、波長可変動作の
所要時間の短い波長可変光源を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、半導体レーザを光源とする波長可変光
源で、半導体レーザの発光波長をシフトする手段とし
て、半導体レーザの注入電流によるもの（以下、「電流
制御」と呼ぶ）と半導体レーザの取付けられたヒートシ
ンクの温度によるもの（以下、「温度制御」と呼ぶ）を
備え、波長のシフト制御において、まず、電流制御によ
り波長をシフトさせ、その後その波長シフト量を電流制
御によるものから温度制御によるものに置き換える。
【００１５】前記の電流制御と温度制御の動作はアナロ
グ演算回路により行う場合もある。
【００１６】前記の構成に波長配置検出系を備え、そこ
から得られる波長配置情報をもとに波長シフトを行う場
合もある。
【００１７】前記の構成の波長可変光源を、複数の端局
で構成され、送信を行う端局の光ノードに波長が割り当
てられる波長多重通信ネットワークの光送信器に用い、
波長配置において隣接する波長との間隔を一定に保つ場
合もある。
【００１８】［作用］本出願に係わる発明によれば、電
流値は波長のシフト制御の前後で一定であり、温度制御
による広い波長可変範囲で、電流制御による波長可変範
囲内の短時間の波長シフトを行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］以下、図面を用いて本発明の第１実施
形態について詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明の波長可変光源の波長制御の
タイミング・チャートである。図の横軸に時間、縦軸に
波長のシフト量をとっている。上から順に、電流による
波長シフト、温度による波長シフト、電流＋温度（電流
と温度による波長シフトの和）による波長シフトを示し
ている。時系列的に波長シフトが３回行われた様子を示
す。以下、波長シフトのための波長制御を波長シフト制
御と呼ぶ。この図の例では、＃１、＃２、＃３の３回の
波長シフト制御が行われている。Ｔ１１は波長シフト制
御＃１が開始した時刻、Ｔ１２は波長シフト制御＃１の
波長シフトが終了した時刻、Ｔ１３は波長シフト制御＃
１の制御が終了した時刻である。同様に、Ｔ２１、Ｔ２
２、Ｔ２３は波長シフト制御＃２に関する時刻、Ｔ３
１、Ｔ３２、Ｔ３３は波長シフト制御＃３に関する時刻
である。λＳ１は波長シフト制御＃１での波長シフト量
である。同様に、λＳ２、λＳ３は波長シフト制御＃
２、波長シフト制御＃３に対する波長シフト量である。
λＩｍａｘは電流による波長シフトの最大値である。
【００２１】図２は本発明の波長可変光源の第１実施形
態の構成図である。単電極のＤＦＢ−ＬＤモジュール２
０１、電流源２０２、温度コントローラ２０３、波長制
御系＃１（２０４）により構成される。
【００２２】このＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１は前述
の単電極ＤＦＢ−ＬＤを、光結合系、光アイソレータ、
光ファイバ、ペルチェ素子、サーミスタ等とともにパッ
ケージに実装したものである。この単電極ＤＦＢ−ＬＤ
は環境温度の変化により発光波長がずれるので、ペルチ
ェ素子とサーミスタとにより単電極ＤＦＢ−ＬＤの素子
温度を制御し、また光アイソレータは単電極ＤＦＢ−Ｌ
Ｄへの戻り光を遮断し、単電極ＤＦＢ−ＬＤの発光波長
を安定にするためのものである。
【００２３】また、他の構成も従来例の説明で用いた図
８とほぼ同じ構成であるが、電流源２０１の出力電流を
波長制御系＃１（２０４）が制御する点が異なる。波長
制御系＃１（２０４）はＣＰＵ、メモリー等を備え、電
流制御信号と温度制御信号を出力することにより、ＤＦ
Ｂ−ＬＤモジュール２０１の波長を制御する。また波長
制御系＃１（２０４）のメモリーには、所定の波長シフ
トに必要な温度制御信号の変化量及び電流制御信号の変
化量、さらには本実施形態の波長制御動作を行うための
動作手順、タイミング等が記憶されている。なお、ＤＦ
Ｂ−ＬＤモジュール２０１の波長は、電流の増加および
温度の上昇とともに長波長側にシフトするものとする。
【００２４】本実施形態では、波長シフト制御の波長制
御動作は２段階に分れる。まず、波長制御系＃１（２０
４）から電流源２０２に電流制御信号を供給し、その電
流制御信号に基づいて単電極のＤＦＢ−ＬＤモジュール
２０１の波長をシフトさせ（以下、この期間を第１期と
呼ぶ）、続いて先の電流制御信号による波長シフト分を
波長制御系＃１（２０４）からの温度制御信号により温
度コントローラ２０３から単電極のＤＦＢ−ＬＤモジュ
ール２０１内のペルチェ素子にペルチェ駆動電流を供給
してＤＦＢ−ＬＤの発光波長をシフトする波長シフトに
徐々に置き換える（以下、この期間を第２期と呼ぶ）。
【００２５】ここで、第１期の長さは、波長シフト量、
波長制御系＃１（２０４）が電流源２０２を制御するの
に必要な時間で決められ、０．００１〜１秒程度であ
る。また、第２期の長さは、波長シフト量、温度コント
ローラ２０３がＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の温度を
設定温度に制御する時間で決められる。秒から分オーダ
の時間である。電流源２０２からの電流は各波長シフト
制御の終了後では一定値Ｉｏになっている。ここで、電
流ＩｏはＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１が発光状態にあ
るときの注入電流である。尚、図１では波長シフト制御
前後での波長の設定は、電流による波長可変範囲に対し
て中央になっている。
【００２６】図１ではＤＦＢ−ＬＤの発光波長を長波長
側にシフトさせる波長シフト制御が３回行われている。
波長シフト制御＃１は時刻Ｔ１１に波長シフト制御を開
始し、時刻Ｔ１３に終了している。この波長シフト制御
＃１によりＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波長はλＳ
１だけ長波長側にシフトする。時刻Ｔ１１〜時刻Ｔ１２
の間に、波長制御系＃１（２０４）は電流源２０２の出
力電流を増加させ、ＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波
長をλＳ１だけ長波長側にシフトさせる。続いて、時刻
Ｔ１２〜時刻Ｔ１３の間に、波長制御系＃１（２０４）
は電流源２０２の出力電流を徐々に減少させる電流制御
と温度コントローラ２０３の設定温度の上昇制御を同時
に行う。この制御は徐々に行われる。その結果、この時
刻Ｔ１２〜時刻Ｔ１３の期間内に、ＤＦＢ−ＬＤモジュ
ール２０１の発光波長は電流により短波長側にλＳ１シ
フトし、温度により長波長側にλＳ１シフトし、結果的
に時刻Ｔ１１〜時刻Ｔ１２に長波長側にシフトした波長
λＳ１と同じ波長を維持する。波長シフト制御＃１が終
了すると、波長はλＳ１長波長側にシフトし、ＤＦＢ−
ＬＤモジュール２０１の温度は上昇し、電流は制御前の
値Ｉｏになる。
【００２７】波長シフト制御＃２、波長シフト制御＃３
でも同様の動作が行われ、波長はそれぞれλＳ２、λＳ
３だけ長波長側にシフトする（波長シフト制御＃２での
波長シフト量は、電流による波長シフトの長波長側への
最大値λＩｍａｘとした）。波長シフト制御に要する時
間は波長シフト量が増加すれば長くなる。従って、図１
によればλＳ２＞λＳ１＞λＳ３としたため、 （Ｔ２２−Ｔ２１）＞（Ｔ１２−Ｔ１１）＞（Ｔ３２−Ｔ３１）、 （Ｔ２３−Ｔ２２）＞（Ｔ１３−Ｔ１２）＞（Ｔ３３−Ｔ３２）、 である。
【００２８】３回の波長シフト制御により、ＤＦＢ−Ｌ
Ｄモジュール２０１の波長は、 λＳ１＋λＳ２＋λＳ３ だけ長波長側にシフトする。
【００２９】波長シフト制御を繰り返すことにより、Ｄ
ＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波長を、温度による広い
波長可変範囲内で変化させることができる。また、電流
による狭い波長可変範囲内で波長シフトを短時間で行う
ことができる。即ち、波長制御系＃１（２０４）は希望
の波長シフト量に応じた電流制御信号を電流源２０２に
供給して短時間にＤＦＢ−ＬＤの発光波長をシフトし、
その発光波長を維持しつつ電流制御信号を徐々に減少し
て温度制御信号を増加させ、その波長シフトを維持す
る。この動作は波長シフト制御＃１〜＃３とも同様であ
る。
【００３０】上記実施形態では、波長シフトを長波長側
にシフトする例を示したが、短波長側にシフトする場合
も、上記と同様である。また、短波長側、長波長側とに
交互にシフトしても上記動作は同様である。例えば、波
長シフト制御＃１の次に、希望波長を短波長側にλＳ４
だけシフトする指示があった場合、まず波長制御系＃１
（２０４）は、所定の電流に減少する電流制御信号を電
流源２０２に供給して短時間にλＳ１−λＳ４にシフト
し、次に徐々に電流制御信号を上昇し温度制御信号を減
少して、波長λＳ１−λＳ４の値に維持・持続する。こ
の場合も波長λＳ１−λＳ４の値の電流制御信号による
電流源２０２からのＤＦＢ−ＬＤへの電流値は当初の電
流値と同一であり、ペルチェ駆動電流が波長λＳ１−λ
Ｓ４の値に応じた電流である。
【００３１】また上記実施形態では、ローコストの単極
のＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１を用いた短時間の波長
シフトの例を示したが、一般の半導体レーザ（ＬＤ）の
発光波長を印加電流と設定温度により可変できるもので
あるならば、本実施形態と同様に構成し動作することが
できるので、上記実施形態に示した構成に限られるもの
ではない。
【００３２】［第２実施形態］以下、図面を用いて本発
明の第２実施形態について詳細に説明する。
【００３３】図３は本発明の波長可変光源の第２実施形
態の構成図である。本実施形態の構成は、単電極のＤＦ
Ｂ−ＬＤモジュール２０１、電流源２０２、温度コント
ローラ２０３、波長制御系＃２（３０１）、比例増幅器
３０２、積分増幅器＃１（３０３）、積分増幅器＃２
（３０４）、減算器３０５、基準電圧源３０６、加算器
３０７により構成される。
【００３４】ＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１、電流源２
０２、温度コントローラ２０３は第１実施形態の図２と
同一のものである。波長制御系＃２（３０１）は図２の
波長制御系＃１（２０４）とほぼ同じ機能のものであ
る。波長制御系＃１（２０４）が電流源２０２と温度コ
ントローラ２０３を直接制御するのに対し、波長制御系
＃２（３０１）はアナログ演算回路を介して間接的に制
御する。
【００３５】比例増幅器３０２、積分増幅器＃１（３０
３）、積分増幅器＃２（３０４）、減算器３０５、基準
電圧源３０６、加算器３０７は本実施形態の核となるア
ナログ演算器を構成する。比例増幅器３０２は帯域がＤ
Ｃ〜ＭＨｚオーダの増幅器である。また波長制御信号が
入力される増幅率は波長制御系＃２（３０１）が、ＤＦ
Ｂ−ＬＤモジュール２０１の波長を所定の値に制御でき
るように設計されている。積分増幅器＃１（３０３）は
積分時間が秒オーダの増幅器であり、波長制御信号が入
力され、積分時間経過後は比例増幅器３０２の出力と同
じ値になるように設計されている。積分増幅器＃２（３
０４）は積分増幅器＃１（３０３）と積分時間が同じ積
分器である。この増幅率は波長制御系＃２（３０１）が
ＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波長を所定の値に制御
できるように設計されている。また波長制御信号が入力
され、温度コントローラ２０３へ温度制御信号を出力す
る。また、減算器３０５は＋入力端子の電圧から−入力
端子の電圧を減算し出力する。＋入力端子には比例増幅
器３０２の出力が、−入力端子には積分増幅器＃１（３
０３）の出力が入力され、その差を出力する。基準電圧
源３０６は電流源２０２の出力電流を一定値電流Ｉｏに
バイアスするためのものである。加算器３０７は、基準
電圧源３０６出力と減算器３０５の出力との２つの入力
端子の電圧を加算し、電流制御信号として電流源２０２
に出力する。
【００３６】本実施形態では波長シフト制御での電流源
２０２と温度コントローラ２０３の制御を波長制御系が
タイミングを測りながら直接行うのではなく、波長制御
系＃２（３０１）からの波長制御信号を電気回路のアナ
ログ演算により電流制御信号と温度制御信号を生成して
行う。
【００３７】波長制御系＃２（３０１）は、波長制御信
号を増加（あるいは減少）させ、その後一定値に保つこ
とで波長シフト制御を行う。波長制御信号を増加させ、
波長を長波長側にシフトさせる場合について説明する。
【００３８】波長制御信号が増加すると、比例増幅器３
０２の出力が増加し、それにより電流制御信号が増加
し、ＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波長が長波長側に
シフトする。同時に積分増幅器＃１（３０３）、積分増
幅器＃２（３０４）の出力は徐々に増加していき、電流
制御信号は徐々に減少し、また、温度制御信号は徐々に
増加する。この結果、先の波長の長波長側のシフトは、
電流制御によるものから温度制御によるものに置き換え
られて行く。積分増幅器＃１（３０３）、積分増幅器＃
２（３０４）の積分時間経過後、電流制御信号は基準電
圧源３０６の出力電圧になり、電流源２０２の出力電流
はＩｏに保たれる。一方、温度制御信号は波長シフト分
高くなる。
【００３９】本実施形態では、アナログ演算により図１
の動作例と同等な波長シフト制御を実現するので、波長
制御系としてより簡単なものを用いることができる。ま
た、第１実施形態と異なり波長制御系＃２（３０１）は
温度制御モニタ信号を監視していない例を示している
が、この点は監視してフィードバックして正確に温度制
御するのか、又は監視せずに温度制御するのかの相違で
あり、いずれでもよい。
【００４０】［第３実施形態］以下、図面を用いて本発
明の第３実施形態について詳細に説明する。
【００４１】本実施形態は、波長多重通信ネットワーク
に用いる波長制御方式に、本発明の波長可変光源及び波
長可変制御方法を適用したものである。
【００４２】図４は本発明の波長可変光源の第３実施形
態の構成図である。単電極のＤＦＢ−ＬＤモジュール２
０１、電流源２０２、温度コントローラ２０３、波長制
御系＃３（４０１）、波長配置検出系４０２により構成
される。波長制御系＃３（４０１）、波長配置検出系４
０２以外は第１実施形態の図２と同じである。
【００４３】波長制御系＃３（４０１）は波長配置情報
をもとに電流制御信号、温度制御信号を調整し、ＤＦＢ
−ＬＤモジュール２０１の波長を制御する。波長配置情
報の入力端子とそれをもとにＤＦＢ−ＬＤモジュール２
０１の波長を制御すること以外は第１実施形態と同じで
ある。
【００４４】波長配置検出系４０２は波長多重通信ネッ
トワークの伝送路上の波長配置を検出し、その波長配置
情報を波長制御系＃３（４０１）に伝える。この波長配
置検出系４０２は、具体例を示すと、ファイバファブリ
ペロー・フィルタと呼ばれる電圧制御により透過波長を
制御できる光フィルタと、その制御系、および光検出系
で構成できる。波長制御系＃３（４０１）からの制御電
圧の掃引によりこの透過波長を掃引し、光検出系からの
電気信号のパルス列の時間配置から波長配置を検出す
る。
【００４５】図５は本実施形態の波長制御の動作を示し
ている。横軸に波長をとり、縦線の位置で波長配置を示
している。一連の７つの状態を示し、制御の様子を示し
ている。各動作において、電流による波長制御（電流制
御）と温度による波長制御（温度制御）の状態が記載さ
れている。図中、λＯは動作説明の対象となる後述の光
ノードの波長可変光源の波長、λＡ１、λＡ２、λＢは
後述の説明で用いる他の光ノードの波長可変光源の波
長、Δλはこの波長多重通信ネットワークのチャンネル
間隔である。
【００４６】図６は波長多重通信ネットワークの構成図
である。図において、光ノード６０１、６０２、６０
３、端局６１１、１６２、６１３、スターカプラ６２
０、光ファイバ６３１、６３２、６３３、６４１、６４
２、６４３で構成される。光ノードはさらに、光送信器
６５１、光受信器６５２、光分岐器６５３により構成さ
れる。図４の波長可変光源は光送信器６５１の構成部品
となっている。図を簡略化するため３ノード分の構成を
示しているが、実際には更に多数の端末と光ノードがあ
ってもよい。
【００４７】端局６１１は光ノード６０１を介して他の
端局と通信を行う。光ノード６０１の光送信器６５１か
らの光信号は光ファイバ６３１を経てスターカプラ６２
０に到達し、そこで光ファイバ６４１、６４２、６４３
に分配され、光ノード（自分も含む）に到達する。光送
信器６５１からの光信号は光ファイバ６３１に出力さ
れ、光ファイバ６４１からの光信号は、光分岐器６５３
で分割され、光送信器６５１、光受信器６５２に入力さ
れる。他の端局、光ノードについても同様である。
【００４８】λ１、λ２、λ３はそれぞれ光ノード６０
１、６０２、６０３内の光送信器６５１内の波長可変光
源の波長である。
【００４９】この波長多重通信ネットワークでは、送信
を行う光ノードのみが発光し、波長多重の波長範囲を利
用する。この波長範囲を有効に利用するために、各光ノ
ードの波長可変光源の波長制御系＃３（４０１）は自局
の波長と隣接する一方の波長の波長間隔を波長配置検出
系４０２により検出し、その間隔をΔλに維持する。波
長間隔を長波長側の隣接波長とする場合には、発光を開
始した順に長波長側からΔλの間隔で並ぶ。
【００５０】以下、図６に示す波長多重通信ネットワー
クにおける各端局と各光ノードによる通信、特に各光ノ
ード及び各ノードの光送信器内の図４に示す波長可変光
源の発光波長の制御動作の一例を図５を用いて説明す
る。
【００５１】図５（１）は定常状態を示している。説明
の対象となる光ノードの波長可変光源が発光を開始する
ときには、既に１０個の波長（λＡ１、λＡ２、λＢを
含む）が光ファイバ６４１〜６４３の伝送路上に波長範
囲の長波長端からΔλの波長間隔で並んでいる。この波
長可変光送信器は１１番目の波長として発光し（この波
長可変送信器の波長をλＯとする）、隣接するλＡ２と
Δλの波長間隔を維持している。この定常状態における
波長間隔維持のための制御は波長シフト量が小さいので
電流源２０２からＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１への電
流制御のみで行われる。
【００５２】図５（２）は波長λＯの長波長側にあるλ
Ａ１が発光を停止し、そのためλＯはλＡ２との波長間
隔をΔλにするため長波長側に波長をシフトしている状
態を示している。この波長のシフトは上述の第１又は第
２実施形態で説明した波長シフト制御の第１期で行われ
る。例えば、図１の時刻Ｔ１１〜Ｔ１２，Ｔ２１〜Ｔ２
２等の電流制御により波長を長波長側にシフトさせ、温
度制御は一定を保つ。
【００５３】図５（３）は波長シフト制御の第２期に入
り、例えば、図１の時刻Ｔ１２〜Ｔ１３，Ｔ２２〜Ｔ２
３等の準定常状態を示している。温度を徐々に上昇させ
ながら、電流値を徐々にもとの値Ｉｏに戻す。自局のλ
Ｏと隣接局の波長となるλＡ２との波長間隔は波長配置
検出系４０２により測定されているため、波長制御系＃
３（４０１）はＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の電流に
対する波長特性、温度に対する波長特性を予め詳細に知
ることなくこの制御を行うことができる。
【００５４】電流制御から温度制御への置き換えは以下
のようにして行う。波長配置検出と波長制御（この場合
は電流制御から温度制御への置き換え）が、電流値Ｉ0
になるまで繰り返し行われる。各波長制御では電流が微
小量ＩS減少され、設定温度が微小量ＴS増加される。Ｉ
Sに対するＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波長シフト
量とＴSに対するＤＦＢ−ＬＤモジュール２０１の波長
シフト量は同程度である。波長配置検出により隣接波長
との波長間隔が狭くなった場合には、次に行われる波長
制御での温度制御は行われず、電流制御は電流をＩS減
少される。逆に、隣接波長との波長間隔が広くなった場
合には、次に行われる波長制御での電流制御は行われ
ず、温度制御は設定温度をＴS増加する。
【００５５】図５（４）は再び定常状態、例えば、図１
の時刻Ｔ１３〜Ｔ２１，Ｔ２３〜Ｔ３１等に示す各ノー
ドの光送信器の発光波長が安定に維持される状態を示し
ている。隣接波長がλＡ２になっていること、１０番目
になっていること以外は図５（１）と同じである。ま
た、この状態で電流制御によって長波長側の隣接波長と
Δλの波長間隔を維持している。
【００５６】図５（５）はλＡ２の長波長側にあるλＢ
が発光を停止し、λＡ２が長波長側にシフトする。その
ためλＯはλＡ２との波長間隔をΔλにするため長波長
側に波長をシフトしている状態を示している。この波長
のシフトは波長シフト制御の第１期で行われる。即ち、
発光波長λＯ、λＡ２を有する各ノードの光送信器は電
流制御により波長を長波長側にシフトさせ、温度制御は
一定を保つ。
【００５７】図５（６）は準定常状態を示し、発光波長
λＯ、λＡ２を有する各ノードの光送信器は温度を徐々
に上昇させながら、電流値を徐々にもとの値Ｉｏに戻す
動作を行ない、波長が８，９番目になっている以外の各
ノードの光送信器の可変波長制御動作は図５（３）と同
じく定常状態で、電流制御で微小な波長制御を維持して
いる。
【００５８】図５（７）は定常状態を示し、図５（１）
（４）に示したときと同様に、各ノードの光送信器の発
光波長はそれぞれ波長間隔Δλを維持するように、電流
制御による動作を行なう。
【００５９】波長間隔Δλは例えば０.０４ｎｍ程度で
あり、ＤＦＢ−ＬＤモジュールの電流に対する波長変化
率は０.００８ｎｍ／ｍＡであるので、図５（２）、
（５）の波長シフトは電流による制御で十分可能である
電流によって波長をシフトさせるため、波長シフトに要
する時間を短くすることができ、Δλ以上の波長間隔に
なっている状態の期間を短くすることができる。そし
て、変化した電流は定常状態の間にもとの値に戻るの
で、次の波長シフトにも迅速に対応することができる。
【００６０】また、ＤＦＢ−ＬＤモジュールの温度に対
する波長変化率は０.０８ｎｍ／℃である。２０℃程度
の温度を変えることは十分可能であるので、１.６ｎｍ
の波長可変範囲を得ることができる。
【００６１】本発明の波長可変光源をこの波長制御方式
に用いれば、高価な多電極波長可変ＬＤを用いることな
く、４０チャンネル程度の波長多重通信ネットワークが
可能になる。
【００６２】［その他の実施形態］上記実施形態では、
波長可変光源に用いるＬＤとして、単電極のＤＦＢ−Ｌ
Ｄモジュールを挙げたが、素子の温度を可変できる他の
ＬＤを用いることも可能である。一例としては、１９９
２年電子情報通信学会秋季大会、講演番号Ｃ−１４
９，”受動導波路加熱型（ＨＯＰＥ）ＤＢＲレーザ”が
ある。このＬＤは、ＤＢＲ−ＬＤの波長制御領域に加熱
電極を付けたものである。波長シフト制御前後での電流
値Ｉｏを一定として説明したが、このＩｏを温度制御の
状態によって変えることも可能である。一例を挙げるな
らば、ＤＦＢ−ＬＤモジュールの光出力を一定に保つた
めに、温度の上昇に伴って電流値Ｉｏを増加させる制御
方法も可能である。
【００６３】ＤＦＢ−ＬＤモジュールの特性として、電
流の増加、温度の上昇に伴い、波長が長波長側にシフト
する特性を例として説明したが、他の特性においても本
発明を実施することは可能である。
【００６４】第１実施形態において、波長シフト制御前
後での波長の設定は、電流による波長可変範囲に対して
中央になっているとして説明したが、波長可変範囲のど
こにあっても構わない。一例を挙げるならば、長波長側
のみに波長がシフトする波長制御方式に本発明の波長可
変光源を用いる場合には、波長シフト制御前後での波長
の設定を、電流による波長可変範囲の短波長端にするこ
とにより、迅速に波長シフトできる波長範囲を広くする
ことができる。
【００６５】第１実施形態において、電流制御による波
長シフトの期間（第１期）と、電流制御の温度制御への
置き換えの期間（第２期）を明確に分離したが、この２
つ期間を明確に分けない制御方式も可能である。具体的
には、前の波長シフト制御の第２期の途中で次の波長シ
フト制御の第１期が始まる制御方式も可能である。
【００６６】第３実施形態において、波長多重通信ネッ
トワークの波長配置が波長範囲の長波長端から短波長側
に並べられるとしたが、他の並べ方も可能である。例え
ば、波長配置の短波長端から並べることも可能である。
【００６７】また、上記実施形態では、波長可変光源と
して第１実施形態で用いたものを使用したが、第２実施
形態の波長可変光源を用いることも可能である。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本出願に係わる発
明によれば、短い応答時間と広い波長可変範囲をもつ波
長可変光源を安価に提供することができる。また、波長
可変光源の可変波長制御方法によれば、短時間で波長可
変できる電流制御による波長シフト制御とその電流制御
を相殺するように温度制御による波長シフト制御とを組
み合わせて、ローコストな構成の波長多重通信ネットワ
ークシステムで多数の端末間のデータ通信を可能とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波長可変光源の波長制御のタイミング
・チャートである。
【図２】本発明の波長可変光源の第１実施形態の構成図
である。
【図３】本発明の波長可変光源の第２実施形態の構成図
である。
【図４】本発明の波長可変光源の第３実施形態の構成図
である。
【図５】本発明の波長可変光源の第３実施形態での波長
制御の動作説明図である。
【図６】本発明による波長多重通信ネットワークの構成
図である。
【図７】波長可変光源の従来例（その１）の構成図であ
る。
【図８】波長可変光源の従来例（その２）の構成図であ
る。
【図９】単電極ＤＦＢ−ＬＤの温度／波長特性と電流／
波長特性とを示すグラフである。
【符号の説明】
２０１ ＤＦＢ−ＬＤモジュール ２０２ 電流源 ２０３ 温度コントローラ ２０４ 波長制御系＃１ ３０１ 波長制御系＃２ ３０２ 比例増幅器 ３０３ 積分増幅器＃１ ３０４ 積分増幅器＃２ ３０５ 減算器 ３０６ 基準電圧源 ３０７ 加算器 ４０１ 波長制御系＃３ ４０２ 波長配置検出系 ６０１、６０２、６０３ 光ノード ６１１、６１２、６１３ 端局 ６２０ スターカプラ ６３１、６３２、６３３、６４１、６４２、６４３ 光
ファイバ ６５１ 光送信器 ６５２ 光受信器 ６５３ 光分岐器 ７０１ ２電極ＤＦＢ−ＬＤモジュール ７０２ ２出力電流源 ７０３ 波長制御系＃４ ８０１ 波長制御系＃５
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/06 10/04

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体レーザの発光波長を注入電流によ
    りシフトする電流制御手段と半導体レーザの温度を変化
    して発光波長をシフトする温度制御手段とを備えた波長
    可変光源において、 まず前記電流制御手段により前記発光波長を所定の波長
    シフト量シフトさせ、その後前記電流制御手段による前
    記波長シフト量を前記温度制御手段による前記波長シフ
    ト量に置き換える制御を行うことを特徴とする波長可変
    光源。
  2. 【請求項２】 半導体レーザの発光波長をシフトする手
    段としての半導体レーザの注入電流による電流制御手段
    と半導体レーザの温度による温度制御手段とを備えた半
    導体レーザを光源とする波長可変光源において、 前記発光波長のシフト制御について、まず前記電流制御
    手段により波長をシフトさせ、その後その波長シフト量
    を前記電流制御手段によるものから前記温度制御手段に
    よるものに置き換えることを特徴とする波長可変光源。
  3. 【請求項３】 前記電流制御手段と前記温度制御手段の
    動作をアナログ演算回路により行うことを特徴とする請
    求項１又は２に記載の波長可変光源。
  4. 【請求項４】 伝送路中の波長配置を検出する波長配置
    検出系を備え、前記波長配置検出系から得られる波長配
    置情報をもとに前記波長のシフト制御を行うことを特徴
    とする請求項２又は３に記載の波長可変光源。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載の波長可変光源の波長制
    御方法であって、前記発光波長の波長シフト制御につい
    て、まず前記電流制御手段により波長をシフトさせ、そ
    の後その波長シフト量を前記電流制御手段によるものか
    ら前記温度制御手段によるものに置き換えることを特徴
    とする波長制御方法。
  6. 【請求項６】 半導体レーザの発光波長を注入電流によ
    りシフトする電流制御手段と半導体レーザの温度を変化
    して発光波長をシフトする温度制御手段とを備えた波長
    可変光源の波長制御方法において、 まず前記電流制御手段により前記発光波長を所定の波長
    シフト量シフトさせ、その後前記電流制御手段による前
    記波長シフト量を前記温度制御手段により置き換えるこ
    とを特徴とする波長可変光源の波長制御方法。
  7. 【請求項７】 光ノードにより光通信を行う複数の端局
    で構成され、送信を行う端局の光ノードに波長が割り当
    てられる波長多重通信ネットワークの光送信器に請求項
    ２、３又は４に記載の波長可変光源を用いた波長制御方
    法おいて、 前記波長多重通信ネットワークの波長配置において隣接
    する波長との間隔を一定に保つことを特徴とする波長可
    変光源の波長制御方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の波長可変光源を用いた
    ことを特徴とする波長多重通信ネットワーク。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載の波長可変光源の波長制
    御方法を用いた波長多重通信ネットワーク。
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