JP3559683B2

JP3559683B2 - 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: JP3559683B2
Application number: JP13922597A
Authority: JP
Inventors: 正男真島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: JPH10319359A; EP0878925A3; US6188499B1; EP0878925A2

Description

【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（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型やＤＦＢ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｅｅｄｂａｃｋ）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（ＯｐｔｉｃａｌａｎｄＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）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（ＥｕｒｏｐｉａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）’９０−６０５， ”Ａｆｉｅｌｄ−ｗｏｒｔｈｙ，ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｕｎａｂｌｅｆｉｂｅｒＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｆｉｌｔｅｒ”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〜λｍａｘ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）、λｃ４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１０２、増幅器１０３、正弦波発振器１０４、同期検波器１０５、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，“Ｐａｓｓｉｖｅｌｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｆｉｂｅｒｆａｂｒｙ−ｐｅｒｏｔｆｉｌｔｅｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｃｏｍｐｕｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋ ”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１１４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（ＦＦＰ、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１０３、正弦波発振器１０４、同期検波器１０５、ＬＰＦ１０６、ＰＩＤ制御回路１０７、スイッチ１０８、１１２、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。ＬＰＦ１０６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１０７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（１１０）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１０７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２０１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。Ｔ２、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１０ＧＨｚ）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Ｖ１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２０２、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１０７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〜Ｔ１５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（４０２）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、ＰＩＤ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（６０１）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）ＤＢＲ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
１０６ＬＰＦ
１０７ＰＩＤ制御回路
１０８、１１２スイッチ
１０９減衰器
１１０加算器＃１
１１１バイアス補正回路
１１３加算器＃２
１１４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＃１
２０１基準電圧源
２０２絶対値回路
２０３トリガー回路
２０４制御回路＃１
４０１極性判定回路
４０２制御回路＃２
６０１波長制御系＃２

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。