WO2004068660A1

WO2004068660A1 - 波長ロック装置および波長ロック方法

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Publication number: WO2004068660A1
Application number: PCT/JP2003/000779
Authority: WO
Inventors: Motohisa Nakamura; Hiroyuki Iwata
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-12

Abstract

本発明は，レーザダイオード（ＬＤ）の経年変化に伴う波長ドリフトによる誤ロックを回避でき，かつ，狭い波長間隔でも波長をロックできる波長ロック装置および波長ロック方法を提供する。波長ロック装置は，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化する第１エタロンの透過率に基づいてＬＤの波長を制御する第１制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化し，該周期が第１エタロンの周期より短い第２エタロンの透過率に基づいてＬＤの発振波長を制御する第２制御部と，入力された温度に基づいてＬＤの発振波長を制御する第３制御部とを備えている。第１制御部により，第１ロック波長を含む第１波長引き込み範囲内のＬＤの波長が第１ロック波長にロックされる。次に，第３制御部により，第１ロック波長に対応するＬＤの温度が，目標波長を含む，第２制御部の目標波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定される。次に，第２制御部により，目標波長引き込み範囲内のＬＤの波長が目標波長にロックされる。

Description

明細書波長ロック装置および波長ロック方法技術分野

本発明は，レーザダイォ一ドを含む半導体レーザの発振波長をロックする波長ロック装置および波長ロック方法に関し，特に，入力される光信号の透過率が周期的に変ィ匕し，その周期が異なる 2つエタ口ンを使用して発振波長をロックする波長ロック装置および波長ロック方法に関する。背景技術

近年, SONET/ SDH (Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy) システムや WD M (Wavelength Division Multiplex) システムのように，レーザ光により情報を伝送する光通信システムが普及してきている。このような光通信システムでは，レ一ザ光の発生に半導体レーザ，特にレーザダイオード（L D ： Laser Diode) が多く用いられる。そして，レーザ光は，所定の波長（発振波長）となるように制御される。

L Dから出力されるレーザ光を所定の波長に制御するために，波長を固定（口ヅク）する波長ロック方式が種々考えられている。

このような波長ロック方式の 1つに，単調な波長特性を有する波長検出フィル夕を用いて波長をロックするものがある。この方式では，レ一ザ光の波長と透過するレーザ光のパワー（電力）とが線形関係を有するフィル夕が用いられ，フィル夕の透過光のパワーに基づいて波長が求められる。そして，求められる波長が目標の波長となるように，波長制御が実行される。 L Dは，その温度によって波長が変化するので，波長制御は L Dの温度を調整することにより行われる。しかし，フィル夕の透過光の検出には，光ダイォ一ド（P D ： Photo Diode) が使用され，この P Dの出力電流が小さい領域に，ロックしたい波長が含まれている場合には，ロックする波長の精度が落ちるという問題がある。

また，ロックしたい波長の精度を向上させるためには，波長に対する透過パヮ一の傾き（変化率）の小さなフィル夕が用いられるが，このようなフィル夕を用いると，広い波長帯域において波長をロックできないという問題もある。

別の波長口ック方式として，周期的な波長特性を有する波長検出フィル夕を用いて波長をロックするものがある。この方式では， L Dの出力光のパワー（電力）とエタロンフィル夕を透過させた光のパワーとの比（エタロン透過比）が求められ，このエタロン透過比が所定の値となる波長に，波長がロックされる。

しかし， L Dの温度に対する波長特性は経年変化によりドリフト（波長ドリフト）する。図 6は， L Dの温度一波長特性およびその経年変化によるドリフトの様子を示している。 L Dの温度に対する波長特性は，直線の傾きは変ィ匕しないものの，時間の経過に伴いシフトし，同じ温度であっても，時間の変化に伴い対応する波長が変ィ匕する。たとえば，温度 Tにおける波長は時間の経過に伴い波長 I からえ' に変化する。このドリフト量は， 2 5年で 2 0 0 p m (ピコメートル）程度であるが，数 G H z〜数百 GH zの周波数で伝送される光信号にとつては大きな変動となる。

L Dの作動（運用）時にドリフトが発生しても，波長ロック装置によりドリフトに追従した波長ロック制御が行われるので，ドリフトの発生は問題とならない。しかし，非運用（非作動）時にもドリフトは発生し，この場合，次に運用する際に，ドリフト後の特性の従って L Dの波長がロックされるので，誤った波長に口ックされるおそれがある。また，波長間隔が狭くなると誤ロックの可能性は増加する。

さらに別の方式としては，単調な波長特性を有する波長検出フィル夕と周期的な波長特性を有する波長検出フィル夕とを組み合わせ，波長をロヅクする方式もある。しかし，この方式は高価であり，また，単調な波長特性を有する波長検出フィル夕のみを用いるものと同様に，広い波長帯域で波長をロックできないという問題がある。

また，エキシマレ一ザの波長制御方式として，特許第 2 6 4 9 3 5 7号公報に記載の波長制御装置がある。発明の開示本発明は，半導体レーザの経年変ィ匕に伴う波長ドリフトによる誤ロックを回避でき，かつ，狭い波長間隔でも波長をロックできる波長ロック装置および波長口ック方法を提供する。

本発明の第 1の側面による波長口ック装置は，半導体レーザの発振波長をロックする波長ロック装置であって，入力光の透過率が波長に対して周期的に変ィ匕する第 1エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，第 1口ック波長を含む波長引き込み範囲内の波長を該第 1口ック波長にロックする第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変ィ匕し，その周期が前記第 1エタ口ンの周期よりも短い第 2エタロンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，目標波長を含む波長引き込み範囲内の波長を前記目標波長にロックする第 2制御部と，入力された温度に基づいて前記半導体レ一ザの発振波長を制御し，前記発振波長を，前記第 1制御部によりロックされた前記第 1口ヅク波長から前記第 2制御部の前記波長引き込み範囲内の波長に変ィ匕させる第 3制御部と，を備えている。

本発明の第 1の側面による波長口、ソク方法は，入力光の透過率が波長に対.して周期的に変化する第 1エタ口ンの前記透過率に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化し，該周期が前記第 1エタ口ンの周期より短い第 2ェ夕ロンの前記透過率に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 2制御部と，入力された温度に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 3制御部とを備えた波長ロック装置による波長ロック方法であって，前記第 3制御部により，前記半導体レーザの温度を，前記第 1制御部の第 1口ック波長を含む第 1波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，前記第 1制御部により，前記第 1波長引き込み範囲内の波長を前記第 1ロック波長にロックし，前記第 3制御部により，前記第 1ロック波長に対応する前記半導体レーザの温度を，前記第 2制御部の目標波長を含む目標波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，前記第 2制御部により，前記目標波長引き込み範囲内の波長を前記目標波長にロックするものである。

本発明の第 1の側面によると，第 1制御部により，第 1ロック波長を含む第 1 波長引き込み範囲内の波長が第 1ロヅク波長にロックされる。続いて，第 3制御部により，第 1ロック波長に対応する半導体レーザの温度が，第 2制御部の目標波長を含む目標波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定される.。その後，第 2制御部により，目標波長引き込み範囲内の波長が目標波長に口ックされる。本発明の第 1の側面によると，まず，第 2エタロンよりも周期が長い第 1エタ 5 ロンにより，半導体レーザの波長が第 1ロック波長にロックされる。第 1エタ口ンが長い周期を有することから，半導体レーザに経年変化による波長ドリフトが発生しても，半導体レーザの発振波長を第 1口ック波長に誤ることなくロックすることができる。次に，周期の短い第 2エタロンにより，半導体レーザの発振波長が目標波長にロックされる。したがって，波長間隔が狭い場合であっても，目 10 標となる波長に半導体レ一ザの発振波長をロックすることができる。

好ましくは，前記第 1エタロンの前記波長引き込み範囲または前記周期が，前記半導体レーザの経年変化による波長ドリフト量以上である。これにより，波長ドリフトの発生量を問わず，発振波長を第 1ロック波長にロックできる。

さらに好ましくは，前記第 3制御部は，前記半導体レーザの起動時に，前記半 „ . 15 導体レーザの初期温度に基づいて，前記半導体レーザの発振波長を，前記第 1口ック波長を含む前記第 1エタロンの波長引き込み範囲内の波長に制御する。本発明の第 2の側面による波長口ック装置は，半導体レーザの発振波長を口ックする波長ロヅク装置であって，入力光の透過率が波長に対して周期的に変ィ匕する第 1エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，

20 第 1口ック波長を含む波長引き込み範囲内の波長を該第 1口ック波長にロックする第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化し，その周期が前記第 1エタ口ンの周期の整数分の 1である第 2エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，少なくとも，前記第 1ロック波長を含む第 1波長引き込み範囲および目標波長を含む目標波長引き込み範囲を有し，前記

25 第 1波長引き込み範囲内の波長を前記第 1ロック波長にロックし，前記目標波長弓 Iき込み範囲内の波長を前記目標波長にロックする第 2制御部と，入力される温度に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，前記第 1制御部により口ックされた後，前記第 2制御部により口ックされた前記第 1口ック波長で発振する前記半導体レーザの温度を変化させて，前記半導体レ一ザの発振波長を，少なくとも，前記第 1ロック波長から前記目標波長引き込み範囲内の波長に変化させる第 3制御部と，を備えている。

本発明の第 2の側面による波長口ック方法は，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化する第 1エタ口ンの前記透過率に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化し，該周期が前記第 1エタ口ンの周期の整数分の 1である第 2エタ口ンの前記透過率に基づいて該半導体レ一ザの発振波長を制御する第 2制御部と，入力された温度に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 3制御部とを備えた波長ロック装置による波長ロック方法であって，前記第 3制御部により，前記半導体レーザの温度を，前記第 1制御部および前記第 2制御部の共通の第 1ロック波長を含む第 1波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，前記第 1制御部により，前記第 1波長引き込み範囲内の波長を前記第 1口ヅク波長にロックし，前記第 2 制御部により，前記波長を第 1ロック波長にロックし，前記第 3制御部により，前記第 1口ヅク波長に対応する前記半導体レーザの温度を，該第 1ロヅク波長に隣接する第 2口-ック波長を含む， .前記第 2制御部の第 2波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，前記第 2制御部により，前記第 2波長引き込み範囲内の波長を前記第 2ロック波長にロックするものである。

本発明の第 2の側面によると，第 1の側面と同様の作用効果を得ることができるとともに，第 1ロック波長が,第 1制御部および第 2制御部で共通であるので，第 1制御部から第 2制御部への制御の移行の際に，第 3制御部による制御を介することなく，速やかに移行することができる。また，目標となるロック点に移行するまでに隣接する口ヅク点を経由して移行するので，半導体レーザを安定して動作させることができる。図面の簡単な説明

図 1は，本発明の一実施の形態によるマルチ波長口ック装置を備えた光送信装置の構成を示すブロック図である。

図 2は，第 1エタ口ン透過比の波長特性および第 2エタ口ン透過比の波長特性を示すグラフである。図 3は，第 1の波長ロック方法の処理フローを示すフローチャートである。

図 4は，ロヅク点が一致する第 1エタ口ン透過比および第 2エタ口ン透過比の波長特性を示すグラフである。

図 5は，第 2の波長ロック方法の処理フローを示すフローチャートである。

図 6は， LDの温度一波長特性およびその経年変化によるドリフトの様子を示す。発明を実施するための最良の形態

図 1は，本発明の一実施の形態によるマルチ波長口ヅク装置を備えた光送信装置の構成を示すブロック図である。

この光送信装置は，波長ロッカ内蔵レーザダイオード（波長ロッカ内蔵 LD) 1，第 2波長ロッカ 2, 制御部 3, および力ブラ 4を有する。

波長ロッカ内蔵 LD 1は，レーザ光（光信号）を発生する半導体レ一ザの一例としてのレーザダイオードチヅプ（LDチヅプ） 1 1, サーミス夕 12，ベルチェ（peltiert) 素子 13 ,· ·.および第 1波長口ヅ力 1.4を有する。第 1波長口ヅカ，： 14は，エタロン（第 1エタロン） 101, フォトダイオード（PD) 102, 103, およびスプリヅ夕（たとえばハーフミラ一） 104を有する。第 2波長ロヅカ 2は，エタロン（第 2エタロン） 21， PD 22， 23, およびスプリヅ夕（たとえばハーフミラー） 24を有する。

制御部 3は，自動温度コントローラ（AT C ： Automatic Temperature Controller) 3 1·, 自動周波数コントローラ（A F C ： Automatic Frequency Controller) 32, 33, 除算器 34, 35, 抵抗/電圧変換器 36 , アナログ /ディジタル変換器（A/D変換器） 37，ディジタル/アナログ変換器 (D/ A変換器） 38, メモリ 39，およびセレクタ 40を有する。

この光送信装置のうち，マルチ波長ロック装置は，サーミス夕 12, ペルチェ素子 13，第 1波長ロヅ力，第 2波長ロヅ力，および制御部 3から構成される。

ペルチェ素子 13は， LDチップ 1 1に取り付けられ， LDチヅプ 1 1の温度を調整する。 LDチップ 1 1は，図 6の LD温度—波長特性に示すように，温度に応じて異なる波長（周波数）の光信号を前端面の出力端子（図 1の右側端子）および後端面のモニタ端子（図 1の左側端子）から出力する。したがって， LD チップ 11は，ペルチェ素子 13により調整された温度に対応する周波数（波長）の光信号を出力端子およびモニタ端子から出力する。

出力端子から出力された光信号は，力ブラ 4を介して，光ファイバ 5へ出力されるとともに，その一部（たとえば出力端子のパワーの 10分の 1) は力ブラ 4 から第 2波長ロッカ 2に与えられる。モニタ端子から出力された光信号は，第 1 波長ロヅカ 14に与えられる。なお，光ファイバ 5は，たとえば受信装置，中継装置等に接続され，受信装置等に光信号を伝送する。

第 2波長口ッカ 2では，カプラ 4からの光信号がスプリッ夕 24により 2つに分けられ，一方は第 2エタロン 21を介して PD 22に入力され，他方は PD2 3に直接入力される。 PD 22および 23は，入力された光信号を電気信号に変換して除算器 35に与える。

除算器 35は， PD 22および 23の電気信号のパワー比（電力比：たとえば PD 23の出力電力値を PD 22の出力電力値で除算した値）を求め，求めたパワ一比を AFC 33.に与える。したがって， AFC33には，力プラ.4の出力光のパワー（電力）と第 2エタロン 21を介した出力光のパワー（電力）との比（すなわち第 2エタロン 21の透過率）が入力される。この比は，エタ口ン透過比（第 2エタロン透過比）とも呼ばれる。

第 1波長ロヅカ 14では，モニタ端子からの光信号がスプリヅ夕 104により 2つに分けられ，一方は第 1エタロン 101を介して PD 102に入力され，他方は PD 103に直接入力される。 PD 1◦ 2および 103は，入力された光信号を電気信号に変換して除算器 34に与える。

除算器 34は， PD 102および 103の電気信号のパワー比（電力比：たとえば PD 103の出力電力値を PD 102の出力電力値で除算した値）を求め，求めたパワー比を AFC 34に与える。したがって， AFC34には，モニタ端子のパワー（電力）と第 1エタロン 101を介した出力光のパヮ一（電力）との比（すなわち第 1エタロンの透過率：以下「第 1エタロン透過比」という。）が入力される。

LDチップ 11の温度と出力される光信号の波長との関係は経年変化によりドリフト（波長ドリフト）する（図 6参照)。ドリフト量は一定温度において， 25 年で 200 pm (ピコメートル）程度である。すなわち，図 6のグラフは，縦軸方向に 25年で約 200pm シフトする。ただし，グラフの傾き，すなわち温度に対する波長の変化率は一定に保たれる。

第 1エタロン 101として，波長引き込み範囲（すなわち 1周期の波長範囲）が， LDチップ 11の使用期間（たとえば数年または数十年）のドリフト量を含むような長周期のものが使用されることが好ましい（後述する図 2上段のグラフ参照)。一方，第 2ェ夕ロン 21は，狭い波長間隔で LDチヅプ 11の波長を精密に制御できるように，第 1ェ夕ロン 101よりも周期の短いものが使用される（図 2下段のグラフ参照)。

LDチップ 11には， LDチップ 11の温度を計測するサーミス夕 12も取り付けられている。このサ一ミス夕 12は，計測した LDチヅプ 11の温度を抵抗値として抵抗/電圧変換器 36に与える。抵抗/電圧変換器 36は，サ一ミス夕 12から与えられた抵抗値を電圧値（アナログ値）に変換して ATC31および A/D変換器 37に与える。

八/"0変換器37は，抵抗 Z電圧変換器 36から与えられた電圧値（アナログデータ）をディジタルデータに変換し，メモリ 39に記憶する。すなわち，メモリ 39には， LDチップ 11の温度に対応する電圧値が記憶される。この電圧値は， D/A変換器 38によりアナログデータに変換された後， ATC31に読み込まれる。

メモリ 39には，後述する温度差 ΔΤ (≥ 0) に対応する電圧値もあらかじめ記憶されている。この温度差 ΔΤは，後述するように，第 1波長ロヅカ 14により ϋヅクされる波長え 1に対応する温度 T 1と，第 2波長ロヅカ 2の波長引き込み範囲に含まれる波長（すなわち目標波長の近傍の波長）人 2に対応する温度 T 2との差である。

制御部 3では， ATC31または AFC32もしくは 33による制御信号が，セレクタ 40により選択され，選択された制御信号がペルチェ素子 13に入力される。セレクタ 40の制御信号の選択は， ATC31または AFC32もしくは 33により行われてもよいし，図示しない他の制御装置により行われてもよい。 ATC31は，抵抗 Z電圧変換器 36から与えられる電圧値およびメモリ 39 に記憶された電圧値（温度差 ΔΤに対応する電圧値を含む。）の双方またはいずれか一方に基づいてペルチヱ素子 13を制御する。

AFC32は，除算器 34から与えられる第 1エタロン透過比が所定の値（すなわちロックすべき波長に対応する透過比）となるようにペルチェ素子 13を制御する。 AFC33は，除算器 35から与えられる第 2エタロン透過比が所定の値（すなわちロックすべき波長に対応する透過比）となるようにペルチェ素子 1 3を制御する。

ペルチェ素子 13は， ATC31または AFC32もしくは 33の制御に従つて LDチップ 11の温度を調整する。この温度調整により， LDチヅプ 11の光信号の発振波長（発振周波数）が制御される。

このような構成を有するマルチ波長口ヅク装置による 2つの波長口ヅクの方法 (第 1および第 2の波長口ヅク方法）について以下に説明する。

(1)第 1の波長ロック方法

第 1の波長ロック方法は，相対的に長い周期（長周期）の第 1エタロン 10.1 を有する第 1波長ロヅカ 14により波長をロックした後，この時の LDチップ 1 1の温度を差分値 Δ Tだけ変化させて波長を目標波長 λ g近傍に変移させた後，相対的に短い周期（短周期）の第 2エタロン 21を有する第 2波長ロヅ力により波長をロックするものである。

図 2は，第 1エタ口ン透過比の波長特性および第 2エタ口ン透過比の波長特性を示すグラフである。上段のグラフが第 1エタロン透過比の.波長特性を，下段のグラフが第 2エタ口ン透過比の波長特性を，それぞれ示している。

図 2上段のグラフに示すように， A点から B点までの 1周期が波長引き込み範囲であり， LDチヅプ 11の波長がこの範囲に含まれる場合に， LDチヅプ 11 の波長は， AFC32の波長制御によりロック点 L 1の波長; I 1にロヅクされる。この波長引き込み範囲は，前述したように， LDチップ 11の使用期間のドリフト量以上の範囲を有することが好ましい。たとえば， LDチップ 11が 25年間使用されるならば，波長引き込み範囲は 200pm以上に設定される。これにより， LDチヅプ 11が絰年変化によりドリフトしても，波長をロック点 L 1に口ヅクすることができ，隣接するロック点 L 2等の他のロヅク点に誤ってロックすることが防止される。

一方，図 2下段のグラフに示すように，第 2ェ夕ロン 21の波長引き込み範囲は，第 1エタロン 101のものより小さく，より狭い波長間隔で正確な波長ロヅクが可能である。

図 3は，第 1の波長ロック方法の処理フローを示すフローチャートである。まず，光送信装置の起動時（LDチヅプ 11の立ち上げ時）に， LDチップ 1 1の発振波長が第 1波長口ッカ 14の波長引き込み範囲内に含まれるように， L Dチップ 11の初期温度（TOとする。）が AT C 31により制御される（S 1)。すなわち， AT C 31は，メモリ 39に記憶された初期温度に対応する電圧値を D/A変換器 38を介して読み出し， LDチヅプ 11がこの初期温度 TOとなるようにペルチヱ素子 13を制御する。この初期温度 TOに対応する電圧値は，最初の起動時には，メモリ 39にあらかじめ記憶されたものが使用され，それ以降は，後述するように，前回の運用中に 1日 1回または運用停止直前に，サーミス夕 12から与えられた抵抗値を電圧値に変換しメモリ 39.に記憶したものが使. 用される。

なお，この初期温度に対応する波長（λ 0とする。）は，経年変化によりドリフトするが，前述したように長周期の第 1波長ロヅカ 14の波長引き込み範囲内に含まれる。また， ATC31による制御時，セレクタ 40は， AT C 31の制御信号をペルチヱ素子 13に与えるように設定されている。

ATC31による温度制御 (こより， LDチップ 11の波長が入 0で安定した後，セレクタ 40は AFC 32の制御信号を選択するように設定され，第 1波長ロヅ力 14および AFC32による制御に切り替えられる。

すなわち， AFC32は，除算器 34の第 1エタロン透過比に基づいて， LD チップ 11の光信号の波長がロック点 L1の波長え 1となるように制御する（S 2)。これにより， LDチップ 11の光信号の波長はえ 1に設定される。

ATC31は，この時の LDチップ 11の温度 (T 1とする。）に対応する電圧値を，サーミス夕 12から抵抗/電圧変換器 36を介して取得するとともに，温度差 ΔΤに対応する電圧値をメモリ 39から D/A変換器 38を介して読み出す。そして， ATC31は，温度 T 1に温度差厶 Tを加算（または減算）した T1+ AT (または T1一 ΔΤ) を求める。 ΔΤを加算するか減算するかの選択は，波長を大きくするか小さくするかに基づいて行われる。一般に，波長を大きくする (すなわち周波数を小さくする）場合には厶 T (>0) が T 1から減算され，波長を小さくする（すなわち周波数を大きくする）場合には ΔΤが T 1に加算される

この温度 Tl+ΔΤ (Τ 1-ΔΤ) は，第 2波長ロヅカ 2に与えられる初期波長 λ 2に対応する温度である。

ここで，第 1エタ口ン透過比の特性および目標波長はあらかじめ判明しているので，両者から ΔΤはあらかじめ求めることができ，したがって，上述したように厶 Τの値（対応する電圧値）は，メモリ 39にあらかじめ記憶しておくことができる。また， LDチップ 11の温度一波長特性が経年変化によりドリフトしても，温度一波長特性のグラフの傾き（すなわち温度に対する波長の変化率）は一定である。したがって，ドリフトしても， ΔΤの値は変化せず一定である。これにより， LDチップ 11を显度 Τ l+.ΔΤ (T 1 -ΔΤ) にすることに.より， . L. Dチップ 11の波長を目標波長 λ g近傍の波長 λ 2にして，目標波長人 gを含む第 2波長口ッカ 2の波長引き込み範囲にすることができる。

ATC31は， LDチップ 11が温度 T 1 +ΔΤ (T l-ΔΤ) となるようにペルチェ素子 13を制御する（S3)。これにより， LDチップ 11の温度は T 1 +厶 T (T1—厶 T) となり，光信号の波長は入 2となる。

その後，セレクタ 40は， AFC 33の制御信号を選択するように設定ざれ，第 2波長口ヅカ 2および A F C 33による制御に切り替えられる。 AFC33は，除算器 35からの第 2エタロン透過比に基づいて， LDチップ 11の波長が目標口ヅク点 Lgの波長 λ§となるようにペルチェ素子 13を制御する（S4)。これにより， LDチヅプ 11の光信号の波長は目標波長え gに制御される。

その後，運用停止時または運用中の 1日に 1回，サ一ミス夕 12により計測された LDチップ 11の温度（抵抗値）が電圧値としてメモリ 39に記憶される。この記憶された電圧値は，前述したように，次回の運用の際の LDチヅプ 11の初期温度を設定に使用される。このように，長周期の第 1波長ロヅカ 1 4により，絰年ドリフトによる誤ロヅクのない波長口ヅクが可能になる。また，第 1波長ロヅカ 1 4は，経年ドリフトを考慮するため，大きな波長間隔（たとえば 1 0 0 GH z以上の間隔）でしか波長をロヅクできないが，短周期の第 2波長ロヅカ 2を使用することにより，より狭い波長間隔で正確な波長口ックが可能となる。

また，エタロンを使用する波長口ヅカは複数のロック点を有するため，第 1波長ロッカ 1 4の適当なロック点を選ぶことにより，第 2波長ロヅカ 2において任意の口ヅク点に波長を安定化できる。

なお， A T C 3 1から A F C 3 2または 3 3への制御の移行や A F C 3 2または 3 3から A T C 3 1への制御の移行等の A T C— A F C間の制御の移行は，セレク夕 4 0の選択制御と同様に，図示しない制御装置により制御されてもよいし， A T C 3 1または A F C 3 2もしくは 3 3により制御されてもよい。以下の第 2 の波長ロック方法における制御の移行についても同様である。 .

( 2 ) 第 2の波長ロック方法

第 1波長ロッカ 1 4の周期と第 2波長ロッ力.2の周期の比が整数比になるように，両波長口ヅカを組み合わせることができる。つまり，必要な波長間隔の第 2エタロンに対し，その整数倍の波長間隔の第 1エタロンを用いることができる。なお，第 1の波長ロック方法と同様，第 1波長ロッカ 1 4として，その波長引き込み範囲が経年ドリフト量より長いものが用いられる。

この組み合わせによると，第 1波長ロヅカ 1 4と第 2波長ロヅカ 2のロック点のうち，波長が一致するロック点が存在する。図 4は，ロック点 L 1がー致する第 1エタ口ン透過比および第 2エタ口ン透過比の波長特性を示すグラフである。上段のグラフが第 1エタ口ン透過比の波長特性を，下段のグラフが第 2エタロン透過比の波長特性を，それそれ示している。

第 2の波長口ック方法は，このような特性を有する 2つの波長口ッカを用いて， L Dチップ 1 1の発振波長を徐々に目標波長に近づけて行くものである。図 5は，第 2の波長口ック方法の処理フロ一を示すフロ一チヤ一トである。

まず，光送信装置の起動時（L Dチヅプ 1 1の立ち上げ時）に，第 1波長ロヅ力 1 4および第 2波長口ヅカ 2の共通の口ヅク点 L 1近傍の波長に対応する初期温度（TOとする。）で温度制御が実行される（S 11)。

すなわち， ATC31は，メモリ 39に記憶された初期温度 TOに対応する電圧値を D/A変換器 38を介して読み出し， LDチヅプ 11がこの初期温度 TO となるようにペルチヱ素子 13を制御する。

温度制御により， LDチップ 11の温度が初期温度 TOで一定になると，第 1 波長ロヅカ 14を用いた AFC32による波長制御が実行される（S 12)。これにより， LDチヅプ 11はロック点 L 1の発振波長 λ 1で安定して動作する。続いて，第 2波長口ヅカ 2を用いた AF C 33による波長制御が実行される（ S 13)。ロック点 L 1は第 1波長ロヅカ 14と第 2波長ロヅカ 2で共通であるので, 波長制御が切り替えに AT C 31による制御を介する必要がなく，また，波長制御は短時間で安定して移行する。

次に，ロック点 L 1と目標口ヅク点 Lgは必ずしも一致しないので，現在の口ック点 L 1に隣接するロック点（目標ロック点に近い方のロヅク点） L2に移行するために， ATC31による温度制御が実行される（S 14)。

すなわち， . ATC31は，波長差え 2— λΐに対応する温度差 Δ.Τ.を.，.サ.一ミス夕 12により計測された LDチヅプ 11の温度（波長入 1で動作中の LDチヅプ 11の温度であり， Τ 1とする。）に加算（または減算）し，温度 Τ 1+ΔΤ (または T 1—厶 Τ) により温度制御を実行する。

温度差 ΔΤの値（ΔΤに対応する電圧値）は，第 2エタロン透過比の周期があらかじめ判明しているので，この周期に対応する値としてあらかじめ求めておくことができ，したがって，メモリ.39にあらかじめ記憶しておくことができる。これにより， LDチップ 11の温度は Τ 1+ΔΤ (Τ 1-ΔΤ) となり，発振波長はえ 2またはその近傍の波長になる。

続いて，第 2波長ロヅカ 2を用いた AFC33による波長御が実行され（S 15), LDチップ 11は，ロック点 L 2の発振波長; 2で安定して動作する。発振波長が目標波長え gとなるまで，ステップ S 14および S 15の処理が繰り返される（S 16)。

この第 2の方法によると， L Dチップ 11が徐々に目標波長に近づけられるので， LDチップ 11を安定した状態で目標波長に近づけて行くことができる。なお，波長え 1と目標波長入 gとが等しい場合もある。この場合には， A T C 3 2の温度制御による波長え 1から人 2への波長制御や波長え 2から λ 3への波長制御等は不要となる。

このように，本実施の形態によると，第 1および第 2の方法ともに， L Dチヅプの経年ドリフトの影響を受けることなく，発振波長を目標波長にロックさせることができるとともに，狭い波長間隔での波長口ックも行うことができる。また，エタロンを使用するので，装置を安価に構成することができる。産業上の利用の可能性

本発明は，光通信システムの光送信装置，光信号発生装置等に利用することができる。

本発明によると， L Dチップの経年変ィ匕による波長ドリフトが生じても，波長を誤ることなくロックすることができるとともに，狭波長間隔で波長をロックすることもできる。また，エタロン波長口ヅカを使用するので，装置を安価に構成することができる。.

Claims

請求の範囲

1 . 半導体レ一ザの発振波長をロックする波長ロック装置であって，

入力光の透過率が波長に対して周期的に変化する第 1エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，第 1ロヅク波長を含む波長引き込み範囲内の波長を該第 1ロック波長にロックする第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化し，その周期が前記第 1エタ口ンの周期よりも短い第 2エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，目標波長を含む波長引き込み範囲内の波長を前記目標波長にロックする第 2制御部と，

入力された温度に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，前記発振波長を，前記第 1制御部によりロックされた前記第 1ロック波長から前記第 2 制御部の前記波長引き込み範囲内の波長に変化させる第 3制御部と，

を備えている波長ロック装置。

2 . 請求の範囲第 1項において，

前記第 1エタ口ンの前記波長引き込み範囲または前記周期が，前記半導体レ一ザの経年変化による波長ドリフト量以上である，波長ロック装置。

3 . 請求の範囲第 1項において，

前記第 3制御部は，前記半導体レ一ザの起動時に，前記半導体レーザの初期温度に基づいて，前記半導体レーザの発振波長を，前記第 1ロック波長を含む前記第 1エタ口ンの波長引き込み範囲内の波長に制御する，波長口ック装置。

4 . 請求の範囲第 1項において，

前記第 3制御部は，前記第 1口ヅク波長に対応する前記半導体レーザの温度に，前記第 1口ック波長と前記第 2制御部の波長引き込み範囲内の波長との差分に対応する温度差を加算し，または，前記温度から前記温度差を減算した結果の温度に基づいて，前記発振波長を前記第 1口ヅク波長から前記第 2制御部の波長引き込み範囲内の波長に変化させる，

波長ロック装置。 . 半導体レ一ザの発振波長をロックする波長ロヅク装置であって，

入力光の透過率が波長に対して周期的に変化する第 1エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，第 1ロヅク波長を含む波長引き込み範囲内の波長を該第 1ロック波長にロヅクする第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変化し，その周期が前記第 1エタ口ンの周期の整数分の 1である第 2エタ口ンの前記透過率に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，少なくとも，前記第 1ロック波長を含む第 1波長引き込み範囲および目標波長を含む目標波長引き込み範囲を有し，前記第 1波長引き込み範囲内の波長を前記第 1口ック波長にロックし，前記目標波長引き込み範囲内の波長を前記目檫波長にロックする第 2制御部と，

入力される温度に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御し，前記第 1 制御部により口ックされた後，前記第 2制御部によりロックされた前記第 1.口. ヅク波長で発振する前記半導体レ一ザの温度を変化させて，前記半導体レ一ザの発振波長を，少なくとも，前記第 1ロック波長から前記目標波長引き込み範囲内の波長に変化させる第 3制御部と，

を備えている波長ロック装置。 . 請求の範囲第 5項において，

前記第 1エタ口ンの前記波長引き込み範囲または前記周期が，前記半導体レ一ザの経年変化による波長ドリフト量以上である，

波長ロック装置。 . 請求の範囲第 5項において，

前記第 3制御部は，前記半導体レーザの起動時に，前記半導体レーザの初期温度に基づいて，前記半導体レーザの発振波長を，前記第 1ロック波長を含む前記第 1エタロンの波長引き込み範囲内の波長にする，波長ロック装置。 . 請求の範囲第 5項において，

前記第制御部は，前記第 1波長引き込み範囲と前記目標波長引き込み範囲との間に，少なくとも 1つの，第 2ロック波長を含む第 2波長引き込み範囲をさらに有し，該第 2波長引き込み範囲内の波長を前記第 2口ック波長にロックし，

前記第 3制御部は，前記発振波長を，前記第 1ロック波長から前記第 2波長弓 Iき込み範囲内の波長に変化させた後，前記第 2制御部により口ヅクされた前記第 2ロック波長から前記目標波長引き込み範囲内の波長に変化させる，波長ロック装置。 . 請求の範囲第 6項において，

前記第 3制御部は，前記第 1口ック波長に対応する前記半導体レーザの温度に，前記第 1口ック波長と前記目標波長引き込み範囲内の波長との差分に対応する温度差を加算し，または，前記温度から前記温度差を減算した結果の温度に基づいて，前記発振波長を前記第 1口ック波長から前記目標波長引き込み範囲内の波長に変化させる，

波長ロック装置。 0 . 入力光の透過率が波長に対して周期的に変化する第 1エタロンの前記透過率に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変ィ匕し，該周期が前記第 1エタ口ンの周期より短い第 2エタ口ンの前記透過率に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 2制御部と，入力された温度に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 3制御部とを備えた波長ロック装置による波長ロック方法であって，前記第 3制御部により，前記半導体レーザの温度を，前記第 1制御部の第 1 口ック波長を含む第 1波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，前記第 1制御部により，前記第 1波長引き込み範囲内の波長を前記第 1口ック波長にロックし，

前記第 3制御部により，前記第 1口ヅク波長に対応する前記半導体レーザの温度を，前記第 2制御部の目標波長を含む目標波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，

前記第 2制御部により，前記目標波長引き込み範囲内の波長を前記目標波長にロックする，

波長ロック方法。 1 . 入力光の透過率が波長に対して周期的に変化する第 1エタロンの前記透過率に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する第 1制御部と，入力光の透過率が波長に対して周期的に変ィ匕し，該周期が前記第 1エタ口ンの周期の整数分の 1である第 2エタ口ンの前記透過率に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 2制御部と，入力された温度に基づいて該半導体レーザの発振波長を制御する第 3制御部とを備えた波長ロック装置による波長ロック方法であつて，

前記第 3制御部により，前記半導体レーザの温度を，前記第 1制御部および前記第 2制御部の共通の第 1ロック波長を含む第 1波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，

前記第 1制御部により，前記第 1波長引き込み範囲内の波長を前記第 1口ツク波長にロックし，

前記第 2制御部により，前記波長を第 1ロック波長にロックし，前記第 3制御部により，前記第 1口ヅク波長に対応する前記半導体レーザの温度を，該第 1ロック波長に隣接する第 2ロック波長を含む，前記第 2制御部の第 2波長引き込み範囲内の波長に対応する温度に設定し，

前記第 2制御部により , 前記第 2波長引き込み範囲内の波長を前記第 2ロヅク波長にロックする，

波長ロック方法。