JPH10319359A

JPH10319359A - 波長可変フィルタの波長ロック方式、波長ロック装置および波長多重通信ネットワーク

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Publication number: JPH10319359A
Application number: JP9139225A
Authority: JP
Inventors: Masao Majima; 正男真島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: EP0878925A2; US6188499B1; JP3559683B2; EP0878925A3

Abstract

(57)【要約】【課題】波長ロックの性能を低下させず、波長ロック後
の波長シフトを増大可能とする波長ロック方式である。【解決手段】波長可変フィルタ１１４の透過スペクトル
のピーク波長を、フィルタの動作状態を制御する制御信
号を操作して光源の波長に追従制御する波長ロック方式
である。バイアス補正回路１１１は、誤差信号を用いて
帰還制御する波長ロック制御系内の帰還制御系で生成さ
れる操作信号を検出し、その値を基に、操作信号の絶対
値を所定の値以下に保つ様に、波長可変フィルタ１１１
の動作状態を制御する操作信号を含む制御信号のバイア
ス成分を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重通信ネッ
トワークなどの光受信器の受信波長を光源の波長に追従
させるように制御する波長ロック方式、波長ロック装
置、およびそれを用いた波長多重通信ネットワークに関
する。

【０００２】

【従来の技術】波長多重通信は、１つの伝送路内に独立
した多数のチャンネルをもつことができる。よって、波
長多重通信は、フレーム同期等の時間軸上での多重化が
不要なため、各チャンネルの伝送速度を一致させる必要
がなく、映像、音声などの異質の情報を一元的に統合し
て扱う為にネットワークの柔軟性が求められるマルチメ
ディア通信にも適している。

【０００３】波長多重通信ネットワークの一例として
は、各端局が１組の波長可変な光送信器と波長可変な光
受信器を持つシステムがある。その物理的トポロジーは
スター型が用いられることが多い。ここでは、各端局は
光ファイバによりスターカプラと接続され、各端局の光
送信器からの光信号は、スターカプラにより自端局も含
んで各端局の光受信器に分配される。この際、送信する
端局は、光送信器の波長可変光源の波長を通信に使われ
ていない波長（チャンネル）に合わせる一方、受信する
端局は、光受信器の波長可変フィルタの透過スペクトル
の中心波長（以下、単に波長可変フィルタの波長とも呼
ぶ）を受信する波長に一致させて信号を受信する。この
システムで利用できる波長範囲は、光送信器及び光受信
器の波長可変範囲から決まり、また、チャンネルの波長
間隔は光受信器の波長可変フィルタの透過スペクトルの
幅から決まってこの幅が狭い程チャンネルの波長間隔を
小さくできる。

【０００４】ところで、光送信器の波長可変光源として
は波長可変半導体レーザ（以下、半導体レーザをＬＤと
も呼ぶ）を用いることができる。システムで利用できる
波長範囲を広げるべくこのＬＤの波長可変幅を広げるた
めの研究が進められているが、現時点で実用レベルのも
のは、多電極のＤＢＲ（distributed Bragg reflecto
r）型やＤＦＢ（distributed feedback）型のものであ
り、その波長可変幅は数ｎｍである。一例としては、電
子情報通信学会技術報告ＯＱＥ（Optical and Quantum
Electronics）８９〜１１６ページ，“三電極長共振器
λ／４シフトＭＱＷ−ＤＦＢレーザ”に記載のものが挙
げられる。

【０００５】一方、波長可変フィルタとしては、ファブ
リペロ共振器型のものを用いることができる。波長可変
幅は数１０ｎｍ、透過スペクトル幅は０．１ｎｍ程度の
ものが実用レベルになっている。一例としては、会議予
稿ＥＣＯＣ(Europian Conference on Optical Communic
ation)'90-605, "A field-worthy, high-performance,
tunable fiber Fabry-Perot filter"に記載のものを挙
げることができる（以下、ファイバファブリペロ共振器
型フィルタをＦＦＰと呼ぶ）。

【０００６】上に述べた様に、システムで利用できる波
長範囲は、光送信器及び光受信器の波長可変幅から決ま
り、また、光受信器の波長可変フィルタの透過スペクト
ルの幅が狭い程チャンネルの波長間隔を小さくできるの
であるが、チャンネルの波長間隔を狭くすることによ
り、システムで利用できる波長範囲を決める波長可変幅
が同じでも多くのチャンネルをとることができる。ただ
し、チャンネルの波長間隔を、波長可変ＬＤや波長可変
フィルタの波長のドリフトによる変動幅以下の間隔にす
るためには、制御によりドリフトの影響を抑えなければ
ならない。その為に光送信器の波長制御と光受信器の波
長制御が行なわれる。

【０００７】光送信器の波長制御方式としては、特開平
８−１６３０９２号公報に記載の方式がある。この方式
は、送信を早く開始した順に各光送信器の送信波長を波
長軸上の長波長側（あるいは短波長側）に一定の波長間
隔△λで配置するもので（以下、この様に一定の波長間
隔△λで配置された状態を定常状態と呼ぶ）、絶対的あ
るいは相対的な波長基準を必要としない。ここで、各光
送信器は自身の送信波長と長波長側の隣接波長との波長
間隔を検出し、それに基づいて送信波長を帰還制御して
一定の波長間隔位置に保持する。波長間隔の検出は、光
送信器内の波長可変フィルタの波長掃引によって行う。
尚、波長配置において最も長波長側（あるいは短波長
側）にある波長で発光する光送信器は、光送信器内の波
長可変ＬＤの最長波長を保持する。

【０００８】以下、光送信器の波長制御の動作の具体例
を図７を用いて説明する。（ａ）〜（ｅ）は、ある端局
が発光を開始し、定常状態になり、そして、他の端局が
発光を停止し、再び定常状態になる様子を示している。
図７中、λmax、λminはそれぞれ波長多重通信系の利用
波長範囲の長波長端、短波長端である。△λは制御によ
り保持される波長間隔である。また、λmarは波長可変
ＬＤ及び波長可変フィルタの波長設定のマージンである
（この方式では波長の絶対値の校正を行わないためマー
ジンが必要になる）。このマージンにより、実際の利用
波長範囲はλmin＋λmar〜λmax−λmarとなる。

【０００９】ある端局が発光を開始する前には４つのチ
ャンネル（波長をλc1〜λc4で示す）が使用されてお
り、λc1を起点に△λ間隔で長波長側から順に並んでい
るとする。起点となっているλc1は長波長側の隣接波長
が無いため、この波長で発光している光送信器内の波長
可変ＬＤの波長可変範囲の長波長端にある。但し、波長
設定誤差のためλmaxとは一致せず、λmax−λmar〜λm
axの範囲にある（図７（ａ））。

【００１０】この状態において発光を開始する端局は短
波長端から△λの範囲に他のチャンネルが無いことを確
認した後、短波長端で発光を開始する（波長をλc5で示
す）。波長設定誤差のためλc5はλmin〜λmin＋λmar
の範囲にある（図７（ｂ））。このλc5は、長波長側の
△λの範囲に他のチャンネルが無いことを確認しつつ長
波長側にシフトしていき（以下、詰め寄りと呼ぶ）、λ
c4と△λの波長間隔になった後はこの波長間隔を保持す
る。これで定常状態になる（図７（ｃ））。

【００１１】ここで、λc3のチャンネルを使用していた
端局が発光を停止すると、λc2とλc4の波長間隔は２×
△λになり、定常状態でなくなる（図７（ｄ））。こう
なると、λc4、λc5は上記詰め寄りと同じ方法で徐々に
長波長側にシフトしていき（各光送信器は、例えば、常
に長波長側の△λの範囲に他のチャンネルがあるかない
かをモニターしている）、λc2とλc4の波長間隔が△λ
になった後はこの波長間隔を保持する。これで再び定常
状態になる（図７（ｅ））。

【００１２】一方、光受信器の波長制御方式としては、
選択した受信波長に光受信器の波長可変フィルタの波長
をロックさせるものがある（以下、波長ロック系とも呼
ぶ）。波長ロック系の方式としては、波長可変フィルタ
の波長の微小変調と同期検波を用いる方式が知られてい
る。以下、その概要を説明する。

【００１３】図８は従来の波長ロック系の構成図であ
る。波長ロック系は、光分岐器１０１、光受光素子１０
２、増幅器１０３、正弦波発振器１０４、同期検波器１
０５、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０６、ＰＩＤ制御
回路１０７、スイッチ１０８、減衰器１０９、加算器＃
１（１１０）、波長可変フィルタ１１４、波長可変フィ
ルタ駆動回路１１５から構成される。

【００１４】波長ロックの原理について説明する。正弦
波発振器１０４の正弦波を波長可変フィルタ１１４の駆
動信号に重畳することにより、波長可変フィルタ１１４
の波長は正弦波に合わせて微小変調される。この状態
で、外部（受信部）からのバイアス信号を制御すること
で波長可変フィルタ１１４の透過スペクトルのスロープ
を受信波長に合わせた場合、波長可変フィルタ１１４の
透過光強度には正弦波が信号成分として含まれる。

【００１５】この透過光強度の正弦波成分と正弦波発振
器１０４の正弦波の位相は、波長可変フィルタ１１４の
波長（透過スペクトルのピーク）と受信波長の位置関係
に従って反転する。仮に波長ロック系内で信号を反転す
る要素が無いとすれは、波長可変フィルタ１１４の波長
が受信波長に対して短波長側にある場合は、上記２つの
信号の位相関係は同相になり、波長可変フィルタ１１４
の波長が受信波長に対して長波長側にある場合は、上記
２つの信号の位相関係は逆相になる。同期検波器１０５
の出力は、２つの入力信号の位相が同相の場合はプラス
になり、２つの入力信号の位相が逆相の場合はマイナス
になる。同期検波器１０５のこの出力信号の低周波成分
（ＬＰＦ１０６で得られる）が０になるように、ＰＩＤ
制御回路１０７は、これから出力される駆動回路１１５
用の操作信号を調整し帰還制御を行うことにより、波長
可変フィルタ１１４の波長を受信波長にロックすること
ができる。

【００１６】波長ロックのためには、波長可変フィルタ
１１４の波長を受信波長付近に先ず設定することが必要
である。この動作は、外部（受信部）からのロックＯＮ
／ＯＦＦ信号をＯＦＦにして上記操作信号を用いた帰還
制御を停止させた状態で、外部（受信部）からのバイア
ス信号を調整して行う。そしてこの調整後、ロックＯＮ
／ＯＦＦ信号をＯＮにして、前述の波長ロック動作を行
わせる。

【００１７】この波長ロック方式が記載されている文献
としては、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ誌、
第２６巻、第２５号、２１２２〜２１２３頁，“Passiv
ely temperature-compensated fiber fabry-perot filt
er and its application in wavelength division mult
iple access computer network ”がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光受信器の波長ロック方式には次のような問題があっ
た。前述の光送信器の波長制御方式においては、光送信
器の波長は詰め寄り動作により送信中でも大きく変化す
る。そのため、光受信器の波長可変フィルタ１１４の波
長もロック動作により大きく変化する。一方、前述の波
長ロック系の従来技術では、ロック後の波長可変フィル
タ１１４の波長シフトは同期検波器１０５、ＰＩＤ制御
回路１０７などから成る帰還制御系からの操作信号によ
り行われる。従って、ロック後の波長可変フィルタ１１
４の波長シフト量を大きくするためには、帰還制御系の
利得の増加および操作信号の出力範囲の拡大が必要にな
る。

【００１９】図９にその様子を示す。光送信器の波長制
御方式として、前述の特開平８−１６３０９２号公報記
載の方式を用いた場合の例である。定常状態期間＃１、
＃２、＃３の間に２つの詰め寄り期間＃１、＃２がある
とし、その時の操作信号と波長可変フィルタの波長との
時間変化を示している。操作信号は波長可変フィルタの
波長とともに増大している。

【００２０】しかし、帰還制御系では、利得の大きさは
制御精度とトレードオフの関係にあり、また、操作信号
の出力範囲の拡大はロック外れの可能性の増大、応答特
性の改善の支障となる。

【００２１】よって、本出願に係わる発明の目的は、波
長ロックの性能（制御精度、ロック動作安定性、応答特
性など）を低下させず、波長ロック後の波長シフトを増
大可能とすることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為の
本発明の波長ロック方式は、波長可変フィルタ（ＦＦ
Ｐ、ＤＦＢやＤＢＲ型の半導体レーザ構造のフィルタな
ど）の透過スペクトルのピーク波長を、フィルタの動作
状態を制御する制御信号を操作して光源の波長に追従制
御する波長ロック方式であって、波長可変フィルタの波
長と光源の波長のずれに関係する誤差信号を用いて前記
制御信号を帰還制御する波長ロック制御系内の帰還制御
系で生成される操作信号を検出し、その値を基に前記波
長可変フィルタの動作状態を制御する操作信号を含む制
御信号のバイアス成分を補正するバイアス補正手段を用
い、前記操作信号の絶対値を所定の値（Ｖ１）以下に保
つために、前記波長可変フィルタの動作状態を制御する
制御信号のバイアス成分を補正することを特徴とする。
これにより、波長ロック系の制御性能（制御精度、ロッ
ク動作安定性、応答特性など）を良好に維持したまま、
波長ロック範囲を拡大できる。

【００２３】より具体的には以下の様にもできる。前記
制御信号を操作して波長可変フィルタの電圧印加状態、
電流注入状態、温度状態の少なくとも１つを制御するこ
とで波長可変フィルタの透過スペクトルのピーク波長を
光源の波長に追従制御する。

【００２４】前記の制御信号のバイアス成分の補正動作
において、前記の操作信号の絶対値が所定の値（Ｖ１）
以上になった場合、操作信号の絶対値がＶ１より小さい
所定の値（例えば、０）になるようにバイアス成分の補
正を行う。

【００２５】前記の制御信号のバイアス成分の補正動作
において、前記の操作信号の絶対値が所定の値（Ｖ１）
以上になった場合、所定の値だけバイアス成分を増加あ
るいは減少させて、操作信号の絶対値をＶ１以下に保
つ。これにより、操作信号の変化を監視しながらバイア
ス補正をする必要がないので、バイアス補正の処理を簡
易にすることができる。

【００２６】また、上記目的を達成する為の本発明の波
長ロック装置は、波長可変フィルタの透過スペクトルの
ピーク波長を、フィルタの動作状態を制御する制御信号
を操作して光源の波長に追従制御する波長ロック装置で
あって、波長可変フィルタの波長と光源の波長のずれに
関係する誤差信号を用いて前記制御信号を帰還制御する
波長ロック制御系内の帰還制御系で生成される操作信号
を検出し、その値を基に前記波長可変フィルタの動作状
態を制御する操作信号を含む制御信号のバイアス成分を
補正するバイアス補正手段を備え、前記操作信号の絶対
値を所定の値（Ｖ１）以下に保つために、前記波長可変
フィルタの動作状態を制御する制御信号のバイアス成分
を補正する様に構成されていることを特徴とする。

【００２７】波長ロック装置全体を制御する制御手段
（波長ロック制御のＯＮ／ＯＦＦや波長可変フィルタの
動作状態を波長ロック制御が開始できる状態にもって来
たりする）とは別にバイアス補正回路を備え、バイアス
補正動作を行う様にすれば、波長ロック系の制御回路の
処理の負担を低減できる。勿論、波長ロック装置全体を
制御する制御手段が前記バイアス補正手段の機能を備え
る様にしてもよい。これによれば、波長ロック装置に新
たな構成要素を加える必要がなくなる。

【００２８】また、上記目的を達成する為の本発明の波
長多重通信ネットワークは、通信中に光送信器の波長が
変化し、それを受ける光受信器の波長ロック方式とし
て、本発明の波長ロック方式を用いることを特徴とす
る。これにより、波長間隔の狭間隔化、波長シフト速度
の高速化が可能となる。

【００２９】

【作用】本出願に係わる発明によれば、受信波長が大き
くシフトした場合、波長可変フィルタの波長シフトはバ
イアス補正信号で行われ、操作信号の絶対値を所定の値
以下に保つことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的な実施例を用いて説明する。

【００３１】［第１実施例］本発明では、波長ロック開
始後の大きな受信波長シフトをフィルタ駆動回路用のバ
イアス信号を補正ないし更新することにより行う。第１
実施例では、デジタル制御を用いたバイアス補正回路を
波長ロック系に備える。以下、図１、図２、図３を用い
て詳細に説明する。

【００３２】まず、図面について説明する。図１は本発
明の波長ロック系の第１実施例の構成図である。波長ロ
ック系は、光分岐器１０１、受光素子１０２、増幅器１
０３、正弦波発振器１０４、同期検波器１０５、ＬＰＦ
１０６、ＰＩＤ制御回路１０７、スイッチ１０８、１１
２、減衰器１０９、加算器＃１（１１０）、バイアス補
正回路１１１、加算器＃２（１１３）、波長可変フィル
タ１１４、波長可変フィルタ駆動回路１１５、波長制御
系＃１（１１６）から構成される。

【００３３】光分岐器１０１は波長可変フィルタ１１４
の透過光を光受信器の受信部と波長ロック系に分配す
る。受光素子１０２は光分岐器１０１からの光信号を電
気信号に変換する。増幅器１０３はその電気信号を増幅
する。正弦波発振器１０４は波長ロック用の変調信号を
発生する。この変調信号は、波長可変フィルタ１１４と
して前述のＦＦＰを用いた場合にはｋＨｚオーダの周波
数が好適に用いられる。受光素子１０２と増幅器１０３
の帯域の上限はこの正弦波の周波数以上、信号の伝送速
度の数１０分の１以下の範囲に設定される（ｋＨｚのオ
ーダからＭＨｚのオーダが好適に用いられる）。

【００３４】同期検波器１０５は、増幅器１０３からの
信号と正弦波発振器１０４からの信号の位相の比較を行
う。同相の場合は正の信号を、逆相の場合は負の信号を
出力する。掛け算器による方式、あるいは入力の一方を
ゲート信号とし他方をＯＮ／ＯＦＦさせる方式等があ
る。ＬＰＦ１０６は同期検波器１０５の出力を平滑化す
る。これにより、変調と同期検波を用いた波長ロック方
式の誤差信号（波長可変フィルタ１１４の波長と受信光
の波長との誤差に対応する信号）が生成される。ＬＰＦ
１０６のカットオフ周波数は変調信号である正弦波の周
波数の１０分の１以下に設定されることが多い。

【００３５】ＰＩＤ制御回路１０７は比例要素Ｐに積分
要素Ｉと微分要素Ｄを付加したもので、整定時間（ロッ
クの安定時間）が短く、偏差（到達点と目標点との差
異）の小さい帰還制御が可能である。ＰＩＤ制御回路１
０７では入力される誤差信号を基に操作信号が生成され
る。各制御要素Ｐ、Ｉ、Ｄの値は制御対象（この場合は
ＦＦＰの波長のＬＤ光源の波長へのロック系）に対して
最適化される。

【００３６】スイッチ１０８はＰＩＤ制御回路１０７か
らの操作信号の加算器＃１（１１０）への入力をＯＮ／
ＯＦＦする。ＯＦＦ状態ではスイッチ１０８の入力は開
放、出力はＧＮＤに接続される。ＯＮ／ＯＦＦ制御は波
長制御系＃１（１１６）により行われる。減衰器１０９
は正弦波発振器１０４の変調信号の振幅を減衰させる。
これは波長可変フィルタ１１３の波長変調の振幅を微小
にするためである。バイアス補正回路１１１は入力され
る操作信号を基にバイアス補正信号を生成する。その内
部構成については図２で説明する。加算器＃１（１１
０）は３つの入力信号を加算する。３つの入力信号の
内、１つはスイッチ１０８からの操作信号であり、１つ
は加算器＃２（１１３）からの信号であり、もう１つは
減衰器１０９からの変調信号である。

【００３７】スイッチ１１２はバイアス補正回路１１１
からのバイアス補正信号の加算器＃２（１１３）への入
力をＯＮ／ＦＦする。ＯＦＦ状態ではスイッチの入力は
開放、出力はＧＮＤに接続される。このＯＮ／ＯＦＦ制
御は波長制御系＃１（１１６）により行われる。加算器
＃２（１１３）は２つの入力信号を加算する。２つの入
力信号の内、１つはスイッチ１１２からのバイアス補正
信号であり、もう１つは波長制御系＃１（１１６）から
のバイアス信号である。

【００３８】波長可変フィルタ１１４としては従来例の
項で挙げたＦＦＰが好適に用いられる。波長可変フィル
タ駆動回路１１５は電圧制御型電圧源である。波長ロッ
ク系の加算器＃１（１１０）の信号が入力され、それに
比例した電圧信号を波長可変フィルタ１１４に出力す
る。

【００３９】波長制御系＃１（１１６）は波長ロック制
御系の動作を制御するものであり、ＣＰＵ、メモリー、
デジタル入出力、アナログ入出力等で構成される。これ
らを１チップ上に集積したワンチップ・マイコンを用い
て波長制御系＃１（１１６）を構成することも可能であ
る。メモリーには所定の透過波長シフトに必要な電気制
御信号の変化量、後述の波長ロック動作を行なう為の動
作手順、タイミング等が記憶されている。波長制御系＃
１（１１６）は、波長ロック系の増幅器１０３の信号が
アナログ入力に入力され、受信波長の選択、波長ロック
開始時の初期波長設定に用いられる。デジタル出力はロ
ックＯＮ／ＯＦＦ信号としてスイッチ１０８、１１２に
出力される。アナログ出力はバイアス信号として加算器
＃２（１１３）に出力される。

【００４０】図２はバイアス補正回路１１１の構成図で
ある。基準電圧源２０１、絶対値回路２０２、トリガー
回路２０３、制御回路＃１（２０４）から構成される。
基準電圧源２０１は、バイアス補正回路１１１がバイア
ス補正を開始する操作信号の基準電圧Ｖ１を与える。絶
対値回路２０２は波長ロック制御系のＰＩＤ制御回路１
０７からの操作信号が入力され、その絶対値を出力す
る。

【００４１】トリガー回路２０３は２つのアナログ入力
と１つのデジタル出力を備える。アナログ入力には絶対
値回路２０２からの操作信号の絶対値と基準電圧源２０
１からの基準電圧Ｖ１が入力され、操作信号の電圧の絶
対値がＶ１より大きくなったときに、デジタル出力にト
リガー信号を出力する。

【００４２】制御回路＃１（２０４）は後述する動作を
行なう様にプログラムされたワンチップ・マイコンで構
成され、デジタル入力、アナログ入出力等を備える。デ
ジタル入力にはトリガー回路２０３からのトリガー信号
が入力され、アナログ入力には波長ロック系のＰＩＤ制
御回路１０７からの操作信号が入力されてこれにより操
作信号の極性と絶対値を知る。アナログ出力はバイアス
補正信号として、波長ロック系のスイッチ１１２に出力
される。制御回路＃１（２０４）はトリガー信号が入力
されると、アナログ入力の操作信号が０になるようにバ
イアス補正信号を増減させる。操作信号がプラスの場合
はバイアス補正信号を増加させ、操作信号がマイナスの
場合はバイアス補正信号を減少させる。操作信号が０に
なった後は、次にトリガー信号が入力されるまで、アナ
ログ出力を保持する。

【００４３】図３は本実施例の波長ロック系の動作の説
明図である。図３は操作信号、バイアス補正信号、波長
可変フィルタ１１４の波長の時間変化を示している。こ
こでは、従来技術の項で述べた光送信器の波長の制御方
式を適用したネットワークでの動作例を示す。受信系が
受信している光送信器の波長（以下、受信波長とも呼
ぶ。波長ロック系により波長可変フィルタ１１４がロッ
クされる波長である）は、図３に示す時間内で２回、詰
め寄りを行っている。その動作は、定常状態期間（受信
波長が大きくシフトせず、微動している）＃１、詰め寄
り期間（受信波長が大きくシフトする）＃１、定常状態
期間＃２、詰め寄り期間＃２、定常状態期間＃３の順に
変化している。図３中、Ｔ１、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ１２は受
信波長の動作が変化するタイミングを示している。Ｔ
２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１、
Ｔ１３はバイアス補正動作のタイミングを示している。

【００４４】以上の図面を用いて本実施例の動作につい
て説明する。尚、波長ロック制御系の動作は波長制御系
＃１（１１６）によって制御される。本実施例は、従来
の波長ロック系にバイアス補正機構を加えたものであ
る。まず、通常の波長ロック動作について説明する。

【００４５】・波長ロック開始以前の動作波長制御系＃１（１１６）はロックＯＮ／ＯＦＦ信号を
ＯＦＦし、スイッチ１０８、１１２をＯＦＦ状態にして
いる。波長可変フィルタ１１４の波長は波長制御系＃１
（１１６）からのバイアス信号のみにより制御される
（図示例では正弦波発振器１０４の微小な変調信号も重
畳されているが、これも切るようにしてもよいが、何れ
にせよこの場合の制御には重要ではない）。波長制御系
＃１（１１６）は増幅器１０３の出力を監視しながらバ
イアス信号を調整し、受信波長近傍に波長可変フィルタ
１１４の波長を合わせる。ここまでのステップは送信を
開始する送信側とのやり取りとの関係で種々の態様を取
り得るが、本発明にとっては重要ではないので、受信波
長近傍に波長可変フィルタ１１４の波長を合わせたとし
て話を進める。

【００４６】・波長ロック開始直後の動作波長制御系＃１（１１６）はロックＯＮ／ＯＦＦ信号を
ＯＮし、スイッチ１０８、１１２をＯＮ伏態にする。こ
れにより波長ロック制御が開始され、受信波長と波長可
変フィルタ１１４の波長のずれが検出され、それに基づ
いて操作信号による波長可変フィルタ１１４の波長の追
従が行われ、受信波長に波長可変フィルタ１１４の波長
がロックされる。この操作は従来例の項で説明した動作
と基本的に同じである。

【００４７】続いて、本発明の特徴であるバイアス補正
動作について、図３に示す例で説明する。送信側からの
受信波長の動作は、時刻Ｔ１までの定常状態期間（波長
が大きくシフトせず、微動している）＃１、時刻Ｔ１〜
Ｔ６までの詰め寄り期間（波長が大きくシフトする）＃
１、時刻Ｔ６〜Ｔ７までの定常状態期間＃２、時刻Ｔ７
〜Ｔ１２までの詰め寄り期間＃２、時刻Ｔ１２以降の定
常状態期間＃３の順に変化している。

【００４８】定常状態期間＃１では、受信波長の波長変
動量は小さく、波長ロック制御系の操作信号の絶対値は
Ｖ１以下になっている。このため、波長ロックは操作信
号のみにより行われる。

【００４９】詰め寄り期間＃１では、受信波長は長波長
側にシフトしその波長変動量（△λ、例えば１０ＧＨ
ｚ）は大きい。このため、この動作の途中で波長ロック
制御系の操作信号がＶ１以上になり、本発明の特徴であ
るバイアス補正動作が行われる。Ｔ１〜Ｔ２までの受信
波長の波長シフトにより、操作信号は時刻Ｔ２でＶ１に
達する。ここで、Ｖ１はバイアス補正動作が開始される
操作信号の大きさであり、バイアス補正回路１１１の基
準電圧源２０１により与えられる。この間は、バイアス
補正信号は一定値を保持する。

【００５０】操作信号がＶ１に達すると、バイアス補正
回路１１１内のトリガー回路２０３がトリガー信号を発
生させ、制御回路＃１（２０４）はその出力であるバイ
アス補正信号の増加を開始する（この場合の操作信号Ｖ
１はプラスであるのでバイアス補正信号の増加が行なわ
れる）。制御回路＃１（２０４）はバイアス補正信号増
加中にもＰＩＤ制御回路１０７からの操作信号を監視し
ており、操作信号が０になった時刻Ｔ３にバイアス補正
信号の増加を停止し、その値を保持する。

【００５１】このＴ２からＴ３までの期間が１回のバイ
アス補正動作のサイクルである。１回のバイアス補正動
作でのバイアス補正信号の増加分（図３中のＶ２）は、
バイアス補正動作期間（Ｔ２〜Ｔ３）内の受信波長の波
長シフトによる操作信号の増加分にＶ１（Ｖ１になった
操作信号を０にする為の分）を加えた値になる。例え
ば、Ｔ２〜Ｔ３間の期間をＴ１〜Ｔ２間の半分とした場
合は、補正動作期間（Ｔ２〜Ｔ３）内の受信波長の波長
シフトはＴ１〜Ｔ２間の波長シフトの半分であるのでそ
の波長シフトによる操作信号の増加分は０．５Ｖ１とな
り、Ｖ２はＶ１の１．５倍となる。尚、ここで受信波長
の詰め寄り期間での波長変化速度は一定とした。

【００５２】Ｔ４〜Ｔ５間でも同様のバイアス補正動作
が行われる。Ｔ５〜Ｔ６間では操作信号がＶ１に達する
前に受信波長の波長シフトが停止するため、バイアス補
正信号はＴ５での値が保持される。

【００５３】定常状態期間＃２では、受信波長の波長変
動量は小さく、波長ロック制御系の操作信号はＶ１以下
になっている。よって、バイアス補正信号は一定値に保
たれて波長ロック制御はＰＩＤ制御回路１０７からの操
作信号のみにより行われる。

【００５４】詰め寄り期間＃２では、詰め寄り期間＃１
と同様なバイアス補正動作が行われる。詰め寄り期間＃
１との違いは動作開始時Ｔ７の時点で操作信号が０でな
いこと、動作終了時Ｔ１２に操作信号がＶ１に達するこ
とである。

【００５５】定常状態期間＃３では、期間の始めＴ１２
で操作信号がＶ１に達しているため、バイアス補正動作
がまず行われる。バイアス補正回路１１１でバイアス補
正信号が増加され、その結果操作信号は０に近づく。操
作信号はＴ１３で０になりバイアス補正動作は終了す
る。その後は定常状態期間＃１、＃２と同様である。

【００５６】尚、受信波長が定常状態期間にあっても、
その微動により操作信号がＶ１に達した場合にはバイア
ス補正動作が行われ、操作信号は０になる。また、Ｖ１
は本発明の波長ロック制御系内の操作信号の最大値を規
定する。この値としては、波長が大きくシフトしない
（例えば、波長可変フィルタの透過スペクトルの半値幅
の数倍程度まで）通常の波長ロック制御系の最大操作信
号程度（例えば１００ｍＶオーダからＶオーダ）が適切
である。

【００５７】以上に説明したように、バイアス補正動作
により、操作信号はＶ１以下のまま、受信波長の大きな
波長シフトに対し、波長可変フィルタ１１４の波長を受
信波長にロックすることができる。尚、上の説明の詰め
寄り期間で受信波長は常に増加するので操作信号はプラ
スのＶ１に達したが、もし受信波長が減少して操作信号
がマイナスのＶ１に達した場合には、上記構成のバイア
ス補正回路１１１はこれを検出してバイアス補正信号を
減少させ操作信号の絶対値を０に持って来る。

【００５８】本実施例においては、バイアス補正動作は
波長ロック制御系に備えられたバイアス補正回路により
行われるため、波長制御系の構成に大きな負担をかける
ことがない。

【００５９】［第２実施例］第２実施例も第１実施例と
同様に、デジタル制御を用いたバイアス補正回路を波長
ロック系に備える。但し、バイアス補正回路の構成が異
なり、また、それに伴い、バイアス補正動作も異なる。
以下、図４、図５に沿って、その違いを中心に説明す
る。尚、波長ロック系の構成は第１実施例と同じである
ので、それに関する説明は省略する。

【００６０】図４はバイアス補正回路１１１の本実施例
での構成図である。基準電圧源２０１、絶対値回路２０
２、トリガー回路２０３、極性判定回路４０１、制御回
路＃（４０２）から構成される。基準電圧源２０１、絶
対値回路２０２、トリガー回路２０３は第１実施例の図
２のものと同じであるので、ここではその説明は省略す
る。

【００６１】極性判定回路４０１は、入力された波長ロ
ック制御系のＰＩＤ制御回路１０７からの操作信号の極
性を判定し、それによりデジタルの極性判定信号を出力
する。従って、第１実施例のようにＰＩＤ制御回路１０
７から操作信号がそのまま制御回路＃（４０２）に入力
されることはない。仮にここでは、極性判定信号は、入
力されるアナログ信号である操作信号の極性がプラスの
場合は“Ｈ”、マイナスの場合は“Ｌ”とする。

【００６２】制御回路＃２（４０２）は２つのデジタル
入力、１つのアナログ入力、１つのアナログ出力を備え
る。２つのデジタル入力には、トリガー回路２０３から
のトリガー信号と、極性判定回路４０１からの極性判定
信号が入力される。アナログ入力には基準電圧源２０１
からのＶ１が入力される。アナログ出力は図１の加算器
１１３に出力される。

【００６３】初期状態（波長ロック系の電源投入時）で
は、制御回路＃２（４０２）のアナログ出力は０Ｖに保
持されている。トリガー信号が入力されると、極性判定
信号に応じてアナログ出力を増減させる。極性判定信号
が“Ｈ”の場合（操作信号の極性がプラス）は、アナロ
グ出力を一定のＶ１だけ増加させ、極性判定信号が
“Ｌ”の場合（操作信号の極性がマイナス）は、アナロ
グ出力を一定のＶ１だけ減少させる。この増減は一定時
間内に行われ、次のトリガー信号が入力されるまで、増
減されたアナログ出力は保持される。

【００６４】図５は第２実施例の波長ロック系の動作の
説明図である。操作信号、バイアス補正信号、波長可変
フィルタ１１４の波長の時間変化を示している。第１実
施例の波長ロック系の動作の説明図である図３との違い
は、詰め寄り期間にある。バイアス補正信号の一回の増
加量或は減少量は固定値Ｖ１であり、また、操作信号
は、バイアス補正動作毎に０にはなっていない。図５
中、Ｔ１、Ｔ７、Ｔ８、Ｔ１５は受信波長の動作が変化
するタイミングを示している。Ｔ２〜Ｔ６、Ｔ９〜Ｔ１
５はバイアス補正動作のタイミングを示している。

【００６５】以上の図面を用いて本実施例のバイアス補
正動作について説明する。本実施例では、１つのトリガ
ー信号に対するバイアス補正量が固定値Ｖ１（プラスま
たはマイナス）となる。このため、バイアス補正動作中
（例えば、図５中のＴ２〜Ｔ３間）に受信波長がシフト
した場合は、その受信波長のシフト分の操作信号の変化
分は補正されない。このためバイアス補正動作後（例え
ば図５のＴ３）も操作信号は必ずしも０にはならない。
バイアス補正動作開始後に受信波長の波長シフトが無い
場合（図５のＴ１５からＴ１６間）には、バイアス補正
動作後の操作信号は０になる。

【００６６】受信波長の大きな波長シフトによる上記一
定時間内での操作信号の変化率よりバイアス補正動作で
のバイアス補正信号の変化率（この一定時間分のＶ１）
を大きくすることで、このような方式でも、操作信号の
絶対値をＶ１以下に保つことが可能である。

【００６７】本実施例においても、第１実施例と同様
に、バイアス補正動作は波長ロック制御系に備えられた
バイアス補正回路１１１により行われるため、波長制御
系に大きな負担をかけることがない。また、本実施例に
おいては、バイアス補正回路１１１の制御回路＃２（４
０２）で行う処理が、操作信号を監視しながらこれの絶
対値が０になるようにバイアス補正信号を増減するので
はなく１つのトリガー信号に対して常に固定値Ｖ１（プ
ラスまたはマイナス）のバイアス補正をするだけでよい
ので、第１実施例の制御回路＃１（２０４）より簡易で
ある。他の点については第１実施例と同じである。

【００６８】［第３実施例］以下、図６を用いて本発明
の第３実施例について説明する。本実施例では、波長ロ
ック系を制御する波長制御系が、波長ロック制御系から
の操作信号に基づきバイアス補正動作を行う。動作につ
いては第１実施例あるいは第２実施例と同じであるの
で、ここではその説明は省略し、構成についてのみ説明
する。

【００６９】図６に波長ロック系の構成図を示す。第１
実施例の図１との相異点は、バイアス補正回路１１１、
スイッチ１１２、加算器＃１（１１３）が無いこと、Ｐ
ＩＤ制御回路１０７からの操作信号が波長ロック系の外
部の波長制御系に入力されることである。

【００７０】波長制御系＃２（６０１）は第１実施例の
波長制御系＃１（１１６）に操作信号を入力するアナロ
グ入力を加えたものである。また、波長制御系＃２（６
０１）内部のマイクロプロセッサにより、上記の波長制
御系としての処理に加え、バイアス補正動作の処理も行
う。操作信号の最大値となるＶ１はマイクロプロセッサ
内に記憶されており、バイアス補正は波長制御系＃２
（６０１）からのバイアス信号自体を変化させて行う。

【００７１】他の構成要素については第１実施例とまっ
たく同様である。本実施例においては、波長制御系が多
少複雑になるが、波長ロック系内部に新たな構成要素を
必要としない。

【００７２】［第４実施例］第４実施例は、受信系に本
発明の波長ロック方式を用いた波長多重通信ネットワー
クに関するものである。従来例で説明した波長多重通信
ネットワークにおいて、チャンネル間の波長間隔、詰め
寄り等における波長シフトの速度（波長の単位時間当た
りの変化量）は重要な性能である。

【００７３】本発明の波長ロック方式は、ロックの性能
（制御精度、応答時間等）を劣化させずに、大きな波長
シフトに対応させることができる。ロックの制御精度は
波長間隔および１波長当たりの信号伝送速度を決める要
因の１つであり、応答時間は波長シフトの速度を決める
要因の１つである。本発明の波長ロック方式をこの波長
多重通信ネットワークの受信系に用いることにより、波
長間隔の狭間隔化、波長シフト速度の高速化が可能とな
り、多重度の高密度化、信号伝送の高速化、任意の端局
が送信を開始してから別の端局が送信可能となるまでの
時間の短縮化などが可能となる。

【００７４】［その他の実施例］上記実施例では、波長
可変フィルタとしてＦＦＰを想定して説明したが、波長
可変フィルタとしてＤＦＢやＤＢＲの半導体レーザ構造
を有する単電極或は複数電極のフィルタを用いることも
できる。この場合は、操作信号で操作される波長可変フ
ィルタ駆動回路からのフィルタの動作状態を制御する信
号は電流信号としてフィルタの導波路の少なくとも一部
に注入されて、上記の如き波長ロック制御を行なう。或
は、波長可変フィルタが温度コントローラ（電流による
発熱吸熱現象を有するペルチェ素子など）を含んでいた
り、ＤＢＲ−ＬＤの波長制御領域に加熱電極を付けたも
の（例えば、１９９２年電子情報通信学会秋季大会、講
演番号Ｃ−１４９，“受動導波路加熱型（ＨＯＰＥ）Ｄ
ＢＲレーザ”）を用いたりして、ここに波長可変フィル
タ駆動回路から信号を入れてフィルタの温度を制御して
波長をロックしてもよい。或は、応答特性を考慮して、
操作信号に基づく制御信号は電流信号としてフィルタに
電極を介して入れ（変調信号分の制御信号も電流信号と
して同様に入れてもよい）、バイアス補正されたバイア
ス信号は温度コントローラなどへの制御信号として入力
させてもよい。或は、この逆でもよい。

【００７５】また、バイアス補正回路の構成例として、
図２、図４の２つの例を示したが、入力される波長可変
フィルタ駆動回路用の操作信号の絶対値を一定値以下に
抑えるために、その出力を調整する機能を備えるなら
ば、他の構成でもよい。

【００７６】また、第１実施例において、バイアス補正
動作は操作信号の絶対値が０になるまで行うとしたが、
絶対値がＶ１の以下の適当な値でバイアス補正動作が終
了するようにすることも可能である。

【００７７】同様に、第２実施例において、１回のバイ
アス補正動作でのバイアス補正信号の変化量の絶対値を
Ｖ１としたが、Ｖ１以下の適当な値で動作が終了するよ
うにすることも可能である。

【００７８】また、波長ロック系の構成例として、図１
の例を示したが、操作信号の絶対値の大きさを検出し、
それを一定値以下に抑える機能を備えるならば、他の構
成でもよい。例えば、バイアス補正回路１１１とスイッ
チ１１２の位置関係は逆でもよい。また、加算器＃１
（１１０）と加算＃２（１１３）を１つにまとめてもよ
い。

【００７９】また、波長ロックのための変調信号として
正弦波を用いたが、位相情報をもつ他の信号を用いるこ
とも可能である。このような信号としては、例えば、矩
形波が挙げられる。

【００８０】更に、波長ロック方式として、微小変調と
同期検波を用いる方式を示したが、他の方式を用いるこ
とも可能である。例えば、波長ロック制御が適用される
波長可変フィルタとの波長差が一定になるように制御さ
れた２つの波長可変フィルタ（一方は短波長側、他方は
長波長側にあり、波長差は波長可変フィルタの透過スペ
クトルの半値幅程度）の透過光強度の差信号を０に保つ
様に操作信号の絶対値を制御して波長ロックする方式が
ある。

【００８１】また、波長ロック系に波長可変フィルタの
透過光の情報を分配する方式として、光分岐器により光
信号レベルで分配する方式を示したが、電気信号レベル
で分配してもよい。

【００８２】また、波長多重通信ネットワークの光送信
器の波長制御方式として、各光送信器の波長を、送信を
早く開始した順に長波長側（あるいは短波長側）に一定
の波長間隔△λで配置する方式を示したが、例えば、光
受信器が波長可変フィルタの波長をロックさせた後、送
信側の波長がふらついてその受信波長が大きくシフトす
る他の波長制御方式を用いることも可能である。

【００８３】

【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、波長ロックの性能を劣化させずに、受信波
長の大きな波長シフトに対応させることができ、波長多
重数が多い波長多重ネットワークなどを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の波長ロック系の第１実施例の構
成図である。

【図２】図２は第１実施例のバイアス補正回路の構成図
である。

【図３】図３は第１実施例の動作の説明図である。

【図４】図４は本発明の波長ロック系の第２実施例のバ
イアス補正回路の構成図である。

【図５】図５は第２実施例の動作の説明図である。

【図６】図６は本発明の波長ロック系の第３実施例の構
成図である。

【図７】図７は光送信器の波長制御の動作の説明図であ
る。

【図８】図８は従来の波長ロック系の構成図である。

【図９】図９は従来の波長ロック系の動作の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０１光分岐器１０２受光素子１０３増幅器１０４正弦波発振器１０５同期検波器１０６ＬＰＦ１０７ＰＩＤ制御回路１０８、１１２スイッチ１０９減衰器１１０加算器＃１１１１バイアス補正回路１１３加算器＃２１１４波長可変フィルタ１１５波長可変フィルタ駆動回路１１６波長制御系＃１２０１基準電圧源２０２絶対値回路２０３トリガー回路２０４制御回路＃１４０１極性判定回路４０２制御回路＃２６０１波長制御系＃２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長可変フィルタの透過スペクトルのピー
ク波長を、フィルタの動作状態を制御する制御信号を操
作して光源の波長に追従制御する波長ロック方式であっ
て、波長可変フィルタの波長と光源の波長のずれに関係
する誤差信号を用いて前記制御信号を帰還制御する波長
ロック制御系内の帰還制御系で生成される操作信号を検
出し、その値を基に前記波長可変フィルタの動作状態を
制御する操作信号を含む制御信号のバイアス成分を補正
するバイアス補正手段を用い、前記操作信号の絶対値を
所定の値（Ｖ１）以下に保つために、前記波長可変フィ
ルタの動作状態を制御する制御信号のバイアス成分を補
正することを特徴とする波長ロック方式。
【請求項２】前記制御信号を操作して波長可変フィルタ
の電圧印加状態、電流注入状態、温度状態の少なくとも
１つを制御することで波長可変フィルタの透過スペクト
ルのピーク波長を光源の波長に追従制御することを特徴
とする請求項１記載の波長ロック方式。
【請求項３】前記のバイアス成分の補正動作において、
前記の操作信号の絶対値が所定の値（Ｖ１）以上になっ
た場合、操作信号の絶対値がＶ１より小さい所定の値に
なるようにバイアス成分の補正を行うことを特徴とする
請求項１または２に記載の波長ロック方式。
【請求項４】前記のバイアス成分の補正動作において、
前記の操作信号の絶対値が所定の値（Ｖ１）以上になっ
た場合、所定の値だけバイアス成分を増加あるいは減少
させて、操作信号の絶対値をＶ１以下に保つことを特徴
とする請求項１または２に記載の波長ロック方式。
【請求項５】波長可変フィルタの波長の変調及びこの変
調信号と波長可変フィルタの透過光の同期検波を用いて
波長ロックすることを特徴とする請求項１乃至４の何れ
かにに記載の波長ロック方式。
【請求項６】波長可変フィルタの透過スペクトルのピー
ク波長を、フィルタの動作状態を制御する制御信号を操
作して光源の波長に追従制御する波長ロック装置であっ
て、波長可変フィルタの波長と光源の波長のずれに関係
する誤差信号を用いて前記制御信号を帰還制御する波長
ロック制御系内の帰還制御系で生成される操作信号を検
出し、その値を基に前記波長可変フィルタの動作状態を
制御する操作信号を含む制御信号のバイアス成分を補正
するバイアス補正手段を備え、前記操作信号の絶対値を
所定の値（Ｖ１）以下に保つために、前記波長可変フィ
ルタの動作状態を制御する制御信号のバイアス成分を補
正する様に構成されていることを特徴とする波長ロック
装置。
【請求項７】波長ロック装置全体を制御する制御手段が
前記バイアス補正手段の機能を備えることを特徴とする
請求項６記載の波長ロック装置。
【請求項８】前記制御信号を操作して波長可変フィルタ
の電圧印加状態、電流注入状態、温度状態の少なくとも
１つを制御することで波長可変フィルタの透過スペクト
ルのピーク波長を光源の波長に追従制御することを特徴
とする請求項６または７に記載の波長ロック装置。
【請求項９】前記バイアス補正手段は、前記の操作信号
の絶対値が所定の値（Ｖ１）以上になった場合、操作信
号の絶対値がＶ１より小さい所定の値になるようにバイ
アス成分の補正を行う様に構成されていることを特徴と
する請求項６、７または８に記載の波長ロック装置。
【請求項１０】前記バイアス補正手段は、前記の操作信
号の絶対値が所定の値（Ｖ１）以上になった場合、所定
の値だけバイアス成分を増加あるいは減少させて、操作
信号の絶対値をＶ１以下に保つ様に構成されていること
を特徴とする請求項６、７または８に記載の波長ロック
装置。
【請求項１１】変調と同期検波を用いて波長ロックする
様に構成されていることを特徴とする請求項６乃至１０
の何れかにに記載の波長ロック装置。
【請求項１２】波長多重通信ネットワークおいて、通信
中に光送信器の波長が変化し、それを受ける光受信器の
波長ロック方式として、請求項１乃至５の何れかに記載
の波長ロック方式を用いることを特徴とする波長多重通
信ネットワーク。