(57)【要約】【課題】複雑で高価な回路構成を用いることなく、温度制御から波長制御へ制御ループを、安定して容易に切替可能とする。【解決手段】波長誤差検出回路３と温度誤差検出回路２とを別個に設け、これら誤差検出回路からの波長誤差信号３Ｓまたは温度誤差信号２Ｓのいずれか一方を制御切替回路４で切り替えて、定常誤差除去回路５へ入力することにより、温度制御素子１２を駆動する。【選択図】  図１
2010010177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザユニットの温度を示す温度モニタ信号と、前記レーザユニットの光出力の波長を示す波長モニタ信号とに基づいて、前記レーザユニットの温度制御素子を駆動制御することにより、前記レーザユニットの光出力の波長を制御する光波長制御回路であって、
前記レーザユニットの起動動作時の初期設定として、第１の光出力設定値に応じた光出力設定信号を前記レーザユニットへ出力することにより前記光出力を設定するとともに、第１の温度設定値に応じた温度設定信号、および第１の波長設定値に応じた波長設定信号をそれぞれ出力する起動制御回路と、
前記温度設定信号と前記温度モニタ信号との誤差を示す温度誤算信号を出力する温度誤差検出回路と、
前記波長設定信号と前記波長モニタ信号との誤差を示す波長誤算信号を出力する波長誤差検出回路と、
前記温度誤差信号と前記波長誤差信号とを入力とし、前記起動動作時には前記温度誤差信号を制御誤差信号として選択出力し、前記起動動作後の定常動作時には前記波長誤差信号を前記制御誤差信号として選択出力する制御切替回路と、
前記誤差制御信号を積分することにより、前記誤差制御信号に含まれる定常誤差を除去した温度制御素子制御信号を出力する定常誤差除去回路と、
前記温度制御素子制御信号に応じて前記温度制御素子を駆動する温度制御素子駆動回路と
を備えることを特徴とする光波長制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光波長制御回路において、
前記起動制御回路は、前記初期設定後から前記定常動作の開始までの間に、第２の温度設定値に応じた温度設定信号を出力するとともに、第２の光出力設定値に応じた光出力設定信号を前記レーザユニットへ出力することにより前記光出力を設定することを特徴とする光波長制御回路。
【請求項３】
請求項１に記載の光波長制御回路において、
前記起動制御回路は、前記初期設定後から前記定常動作の開始までの間に、前記波長誤差信号がゼロとなるように前記温度設定信号の温度設定値を調整することを特徴とする光波長制御回路。
【請求項４】
請求項２に記載の光波長制御回路において、
前記起動制御回路は、前記第２の温度設定値および前記第２の光出力設定値を設定した後から前記定常動作の開始までの間に、前記波長誤差信号がゼロとなるように前記温度設定信号の温度設定値を調整することを特徴とする光波長制御回路。
【請求項５】
レーザユニットの温度を示す温度モニタ信号と、前記レーザユニットの光出力の波長を示す波長モニタ信号とに基づいて、前記レーザユニットの温度制御素子を制御することにより、前記レーザユニットの光出力の波長を制御する光波長制御方法であって、
前記レーザユニットの起動動作時の初期設定として、第１の光出力設定値に応じた光出力設定信号を前記レーザユニットへ出力することにより前記光出力を設定するとともに、第１の温度設定値に応じた温度設定信号、および第１の波長設定値に応じた波長設定信号をそれぞれ出力する起動制御ステップと、
前記温度設定信号と前記温度モニタ信号との誤差を示す温度誤算信号を出力する温度誤差検出ステップと、
前記波長設定信号と前記波長モニタ信号との誤差を示す波長誤算信号を出力する波長誤差検出ステップと、
前記温度誤差信号と前記波長誤差信号とを入力とし、前記起動動作時には前記温度誤差信号を制御誤差信号として選択出力し、前記起動動作後の定常動作時には前記波長誤差信号を前記制御誤差信号として選択出力する制御切替ステップと、
前記誤差制御信号を積分することにより、前記誤差制御信号に含まれる定常誤差を除去した温度制御素子制御信号を出力する定常誤差除去ステップと、
前記温度制御素子制御信号に応じて前記温度制御素子を駆動する温度制御素子駆動ステップと
を備えることを特徴とする光波長制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光波長制御方法において、
前記起動制御ステップは、前記初期設定後から前記定常動作の開始までの間に、第２の温度設定値に応じた温度設定信号を出力するとともに、第２の光出力設定値に応じた光出力設定信号を前記レーザユニットへ出力することにより前記光出力を設定するステップを含むことを特徴とする光波長制御方法。
【請求項７】
請求項５に記載の光波長制御方法において、
前記起動制御ステップは、前記初期設定後から前記定常動作の開始までの間に、前記波長誤差信号がゼロとなるように前記温度設定信号の温度設定値を調整するステップを含むことを特徴とする光波長制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光波長制御方法において、
前記起動制御回路は、前記第２の温度設定値および前記第２の光出力設定値を設定した後から前記定常動作の開始までの間に、前記波長誤差信号がゼロとなるように前記温度設定信号の温度設定値を調整することを特徴とする光波長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長制御技術に関し、特にレーザユニットから得られる光出力の波長を安定制御するための光波長制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光送信技術の進展に伴い、各種の小型光送信装置が開発されている。個々の光送信波長を特定の波長に制御し、これらを合波することで、大容量が得られるＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）通信においても、小型送受信装置の適用が進められ、ＸＦＰ（10Gbit/s small Form-factor Pluggable）やＳＦＰ（Small Form-factor Pluggable）といった光トランシーバのように、スロットに挿抜する形態の小型プラガブルデバイスにおいても、波長モニタ機能付きの光源を導入し、高い波長安定度を実現した上で、波長多重度を向上させる動きが強まっている。
【０００３】
これまで、大型装置においては、波長モニタ機能が一般的に用いられてきたが、ここでは十分な回路スペースがあり、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の信号処理回路を用いた制御が可能であった。今後、ＸＦＰやＳＦＰといった光トランシーバで、大型装置と同様の機能を実現するには、光部品側だけでなく、光波長制御回路側の小規模化が必要となる。
【０００４】
このような小型光トランシーバで用いる光波長制御回路では、次のような問題がある。第１の問題は、光出力の振幅を制御する制御ループが閉じない場合、誤差信号が振り切れてしまう点にある。このため、温度制御から波長制御への安定的な切り替えが困難となり、例えば、波長モニタ信号が周期的な場合、所望な波長でなく、異なった波長に安定化してしまう危険がある。また、第２の問題は、波長安定化制御精度を高めることが困難であるという点にある。
【０００５】
この際、ＤＳＰ等の信演算処理回路を用いて、制御切替のスタート時に定常誤差をリセットした状態から切り替え後の制御をスタートさせる等の処置をとることが考えられる。しかし、ＤＳＰ等の信演算処理回路が必要となるため、部品価格が上昇し制御が複雑になるだけでなく、性能的にも現在主流のＸＦＰやＳＦＰといった小型光トランシーバに搭載することが困難である。
【０００６】
また、第１の問題については、装置の周囲環境に応じて制御を決定し、さらに制御決定後、実際の制御へ移る際に、周囲の状況や回路の応答特性に応じて遅延時間を生成するような付加的な機能を搭載することが考えられる（以下、関連技術１という。例えば、特許文献１など参照）。
【０００７】
一方、第２の問題については、波長モニタ信号と波長設定信号の波長制御誤差信号をＬＤ波長制御回路に導入することが考えられる（以下、関連技術２という。例えば、特許文献２など参照）。
また、光源素子の温度センサで検出した検出温度を用いた温度フィードバック制御系の制御回路を兼用して、光源素子の出力波長ズレ検出器からのモニタ出力を用いた出力波長フィードバック制御系を構成する技術が提案されている（以下、関連技術３という。例えば、特許文献３など参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２４３２９号公報
【特許文献２】特開２００４−５５９７４号公報
【特許文献３】特開２００３−１９８０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような光波長制御の関連技術については、それぞれ以下のような問題点があった。
関連技術１については、部品点数が増加するだけでなく、制御が複雑になり、小型化が困難になる問題がある。さらに、遅延時間の設定条件によっては、切り替え制御がうまくいかず、所望の波長に安定化できない懸念があるほか、そもそも、遅延時間中は波長モニタ信号が不安定になり、結果として出力波長が不安定になるという問題がある。
【００１０】
関連技術２については、光波長制御回路において、サーミスタを用いたＬＤ温度モニタと波長制御誤差信号とを比較することで、ＬＤ波長を制御することになる。しかしながら、波長制御誤差信号を用いてＬＤ部分の温度制御素子を直接制御しておらず、波長の安定化精度がサーミスタの温度検出精度によって制限されてしまう。また、波長フィルタ等の波長弁別素子を用いて波長モニタ信号を検出する場合は、サーミスタを用いた場合と比較して、温度に換算して10倍以上の精度で容易に検出することが可能であり、波長制御機能を搭載した光送信器では、この精度が必要な場合もある。しかし、必要な高い波長安定化精度を実現するためには、波長制御誤差信号で直接、温度制御素子を制御する必要があるが、この場合は、第１の問題で説明したような、温度制御の切り替えが不安定になるという問題が発生しやすい。
【００１１】
関連技術３については、温度フィードバック制御系と出力波長フィードバック制御系の双方で、偏差演算回路とＰＩＤ回路を共通化しているため、これら制御系のＰＩＤパラメータを独立して最適化することができず、それぞれの制御で高い安定性が得られないという問題点があった。また、温度センサからの検出温度と出力ズレ検出器からのモニタ出力をマルチプレクサにより切替制御し、温度フィードバック制御系と出力波長フィードバック制御系の２つの制御を適切に行うため、目標値設定回路が２つの入力を切り替えられるようなセレクタ構成を有している。したがって、制御切替時には、このような多数の切替回路をほとんど同時に切り替える必要があるが、ハードウェア的にもソフトウェア的にも容易なことではなく、結果的には全体として複雑で規模の大きい回路となってしまう。また、波長ずれ検出器のモニタ出力を用いて波長制御時の目標値設定を与えているため、任意の波長に精密な波長調整を行うことができない可能性もある。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、複雑で高価な回路構成を用いることなく、温度制御から波長制御へ制御ループを、安定して容易に切り替えることが可能な光波長制御回路および光波長制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明にかかる光波長制御回路は、レーザユニットの温度を示す温度モニタ信号と、レーザユニットの光出力の波長を示す波長モニタ信号とに基づいて、レーザユニットの温度制御素子を駆動制御することにより、レーザユニットの光出力の波長を制御する光波長制御回路であって、レーザユニットの起動動作時の初期設定として、第１の光出力設定値に応じた光出力設定信号をレーザユニットへ出力することにより光出力を設定するとともに、第１の温度設定値に応じた温度設定信号、および第１の波長設定値に応じた波長設定信号をそれぞれ出力する起動制御回路と、温度設定信号と温度モニタ信号との誤差を示す温度誤算信号を出力する温度誤差検出回路と、波長設定信号と波長モニタ信号との誤差を示す波長誤算信号を出力する波長誤差検出回路と、温度誤差信号と波長誤差信号とを入力とし、起動動作時には温度誤差信号を制御誤差信号として選択出力し、起動動作後の定常動作時には波長誤差信号を制御誤差信号として選択出力する制御切替回路と、誤差制御信号を積分することにより、誤差制御信号に含まれる定常誤差を除去した温度制御素子制御信号を出力する定常誤差除去回路と、温度制御素子制御信号に応じて温度制御素子を駆動する温度制御素子駆動回路とを備えている。
【００１４】
また、本発明にかかる光波長制御方法は、レーザユニットの温度を示す温度モニタ信号と、レーザユニットの光出力の波長を示す波長モニタ信号とに基づいて、レーザユニットの温度制御素子を制御することにより、レーザユニットの光出力の波長を制御する光波長制御方法であって、レーザユニットの起動動作時の初期設定として、第１の光出力設定値に応じた光出力設定信号をレーザユニットへ出力することにより光出力を設定するとともに、第１の温度設定値に応じた温度設定信号、および第１の波長設定値に応じた波長設定信号をそれぞれ出力する起動制御ステップと、温度設定信号と温度モニタ信号との誤差を示す温度誤算信号を出力する温度誤差検出ステップと、波長設定信号と波長モニタ信号との誤差を示す波長誤算信号を出力する波長誤差検出ステップと、温度誤差信号と波長誤差信号とを入力とし、起動動作時には温度誤差信号を制御誤差信号として選択出力し、起動動作後の定常動作時には波長誤差信号を制御誤差信号として選択出力する制御切替ステップと、誤差制御信号を積分することにより、誤差制御信号に含まれる定常誤差を除去した温度制御素子制御信号を出力する定常誤差除去ステップと、温度制御素子制御信号に応じて温度制御素子を駆動する温度制御素子駆動ステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、温度設定および波長設定を独立して自由に設定することが可能となり、レーザユニットの起動動作における温度制御ループから波長制御ループへの制御ループの切替時に、誤った波長へ制御するリスクを低減できるとともに、切替時に生ずるノイズを最小限に抑えることができ、安定した制御ループの切り替えを実現することが可能となる。また、所望の設定温度や設定波長に安定した波長制御が可能となる。また、波長変化に対して変化幅の大きい波長モニタ出力に基づいて、温度制御素子を駆動制御することができ、高い精度で光出力の波長制御を行うことが可能となる。さらに、安定した切替制御と高い波長制御精度を実現する波長制御回路を、ＤＳＰなどの複雑で高価な回路構成を用いることなく、小型で低コストに構成でき、レーザユニットを含む光送信機や光送受信器を小型で低コストに構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［実施形態の構成］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態にかかる光波長制御回路について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる光波長制御回路の構成を示すブロック図である。
この光波長制御回路は、レーザ１１、温度制御素子１２、温度モニタ１３、波長モニタ１４を備えた波長モニタ機能付きのレーザユニット１を制御する制御回路である。
【００１７】
レーザユニット１については、レーザ１１として単一軸モードで発振する一般的な半導体レーザを用いているものでもよく、温度制御素子１２としてペルチェ素子を用いているものでよい。波長モニタ１４については、レーザ１１の前方出力光あるいは後方出力光を、ファブリーペローエタロン等の波長フィルタを透過させた後の光をフォトダイオード（以下、ＰＤという）で受光し、そのＰＤのフォトカレントを波長モニタ信号１Ｂとして出力するものを用いてもよい。また、温度モニタ１３については、レーザ１１の温度に応じて抵抗成分が変化するサーミスタでよい。
【００１８】
ここで、レーザ１１は定常状態において、光出力モニタＰＤ（図示せず）のフォトカレントが一定となるように、レーザ１１のバイアス電流が制御され、光出力信号１Ｓについて一定の光出力が得られるようにする状態を考える。よって、波長モニタ１４は、この光出力一定制御下において、光出力で規格化されたモニタ信号を出力することになる。
【００１９】
図１の光波長制御回路は、主な回路部として、温度誤差検出回路２、波長誤差検出回路３、制御切替回路４、定常誤差除去回路５、温度制御素子駆動回路６、ＭＰＵ（Micro processor unit／起動制御回路）７、メモリ８を備えている。
【００２０】
波長誤差検出回路３は、波長モニタ１４から出力される波長モニタ信号１ＢとＭＰＵ７から、ＭＰＵ７に内蔵のあるいは外部のＤＡＣ（Digital Analog Converter）（図示せず）を経由して出力される波長設定信号７Ｂとの差を検出し、この差に比例した波長誤差信号３Ｓを出力する。制御切替回路４で波長制御が選択されている場合、この波長誤差信号３Ｓが制御誤差信号４Ｓとなり、定常誤差除去回路５および温度制御素子駆動回路６を経由してレーザユニット１の温度制御素子１２を制御することになる。
【００２１】
この波長誤差検出回路３は、一般的なオペアンプを用いた差動増幅回路等で構成するものでよい。ここで、最終的な波長制御の差動増幅回路のゲインとしては、波長制御の定常誤差をなくすために、一般的には非常に大きなゲインが用いられる。本実施形態では、定常誤差除去回路５で定常誤差を除去しているため、非常に大きなゲインを用いる必要がなくなる。このため、波長誤差検出回路３の差動増幅回路のゲインとして、実際の波長制御ループにもよるが、例えば１倍から１０倍程度の比較的小さいゲインを設定することができる。これにより、波長制御ループが閉じていない場合も波長誤差信号３Ｓが振り切れることなく所定範囲内の値に保持することができ、安定した波長制御を実現することが可能となる。
【００２２】
同様に、温度誤差検出回路２は、温度モニタ１３から出力される温度モニタ信号１ＡとＭＰＵ７から、ＭＰＵ７に内蔵のあるいは外部のＤＡＣ（図示せず）を経由して出力される温度設定信号７Ａとの差を検出し、この差に比例した温度誤差信号２Ｓを出力する。制御切替回路４で温度制御が選択されている場合、この温度誤差信号２Ｓが制御誤差信号４Ｓとなり、定常誤差除去回路５および温度制御素子駆動回路６を経由してレーザユニット１の温度制御素子を制御することになる。
【００２３】
この温度誤差検出回路２は、一般的なオペアンプを用いた差動増幅回路等で構成するものでよい。ここで、最終的な波長制御の差動増幅回路のゲインとしては、温度制御の定常誤差をなくすために、一般的には非常に大きなゲインが用いられる。本実施形態では、定常誤差除去回路５で定常誤差を除去しているため、非常に大きなゲインを用いる必要がなくなる。このため、温度誤差検出回路２の差動増幅回路のゲインとして、実際の波長制御ループにもよるが、例えば１倍から１０倍程度の比較的小さいゲインを設定することができる。これにより、温度制御ループが閉じていない場合も温度誤差信号２Ｓが振り切れることなく所定範囲内の値に保持することができ、安定した温度制御を実現することが可能となる。
【００２４】
制御切替回路４は、一般的なアナログスイッチでよい。ただし、後に説明するように、レーザユニット１の起動時には、波長制御ではなく温度制御を行う必要があるため、制御切替回路４は電源非投入時には温度誤差検出回路２が選択されるように調整する。すなわち、温度誤差信号２Ｓと制御誤差信号４Ｓがノーマリークローズドとなる。
【００２５】
定常誤差除去回路５は、制御切替回路４からの制御誤差信号４Ｓを積分出力することにより、温度制御および波長制御で生じる定常誤差を除去する回路である。前述したように、温度制御と波長制御のいずれの場合でも、それぞれの温度誤差検出回路２および波長誤差検出回路３でのゲインとして比較的小さいゲインを設定しているが、これにより生じる定常誤差を、制御切替回路４の先の共通の定常誤差除去回路５を導入することで抑制し、レーザユニット１の動作温度環境にかかわらず、安定した温度制御、あるいは波長制御を実施することができる。
【００２６】
図２は、定常誤差除去回路の構成例である。定常誤差除去回路５としては、オペアンプＡＭＰ、容量素子Ｃ、および基準電圧Ｖｓを用いた図２のような一般的な積分回路でよく、部品点数の少ない回路構成で、定常誤差を除去することができる。
このようにアナログ回路で定常誤差除去回路５を構成する場合、制御ループが閉じていないときには制御誤差信号が振り切れてしまう。しかしながら、本発明の光波長制御回路の場合、制御切替回路４によって、波長誤差制御または温度誤差制御のいずれか一方に必ず接続されるので、レーザユニット１の起動直後を除いて、制御ループが閉じていない場合はなくなるため、その後の通常動作時に制御誤差信号４Ｓが振り切れることはなく、安定した切り替え制御が可能となる。
【００２７】
温度制御素子駆動回路６は、定常誤差除去回路５からの温度制御素子制御信号５Ｓに応じた電流値あるいは電圧値を有する温度制御素子駆動信号６Ｓを生成し、レーザユニット１の温度制御素子１２へ出力することにより、温度制御素子１２を駆動する。
【００２８】
ＭＰＵ７は、その内部あるいはメモリ８に保存されているプログラムを読み込んで動作することにより、光波長制御回路の各部を制御する。具体的には、レーザユニット１のレーザ１１に対する光出力設定や駆動制御、温度誤差検出回路２に対する温度設定信号７Ａの出力制御、波長誤差検出回路３に対する波長設定信号７Ｂの出力制御、制御切替回路４に対する入力切替制御などの制御処理を行う。
【００２９】
［実施形態の動作］
次に、図３および図４を参照して、本発明の一実施形態にかかる光波長制御回路の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる光波長制御回路のレーザユニット起動動作を示すフローチャートである。図４は、光出力および波長の動作特性図である。
【００３０】
図３に示すように、光波長制御回路は、（１）制御開始ステップにおいて、ＭＰＵ７により、まず、レーザユニット１の温度、波長、光出力について、適切な設定値、ここでは第１の温度設定、第１の波長設定、および第１の光出力設定をメモリ８からそれぞれ読み込み、これに設定値に応じた温度設定信号７Ａ、波長設定信号７Ｂ、および光出力設定信号７Ｃを、それぞれ温度誤差検出回路２、波長誤差検出回路３、およびレーザ１１に対して出力する（ステップ１００）。この際、温度制御素子１２およびレーザ１１はまだ駆動していない状態とする。
【００３１】
続く（２）温度制御素子駆動開始ステップにおいて、光波長制御回路は、温度誤差検出回路２により、温度モニタ１３からの温度モニタ信号１Ａと温度設定信号７Ａで設定された第１の温度設定との誤差を検出し、この誤差を示す温度誤差信号２Ｓを制御切替回路４により選択して定常誤差除去回路５へ出力する。これにより、温度モニタ１３、温度誤差検出回路２、制御切替回路４、定常誤差除去回路５、温度制御素子駆動回路６、および温度制御素子１２という温度制御ループにより、温度制御素子１２の制御を開始する。
【００３２】
この際、制御切替回路４は、事前に温度誤差検出回路２が定常誤差除去回路５へ接続されるように制御ループを切替制御するが、温度誤差検出回路２がノーマリークローズドとなる構成とすることで、レーザユニット１の起動時において、ＭＰＵ７などによる特別な設定が不要となる。ここでは、光出力がＯＦＦの状態で、レーザ１１の初期の動作波長を決めるレーザ温度が一定値に制御される。
【００３３】
レーザユニット１の起動動作時、定常誤差除去回路５から出力される温度制御素子制御信号５Ｓは、最大値あるいは最小値に張り付いた状態から制御が開始される。この際、温度モニタ１３としてサーミスタを用いた場合、その抵抗変化を電圧に変換した温度モニタ信号１Ａは、図５のように、温度に対して単調減少する形となり、不連続な点はない。このため、起動動作時における波長制御が暴走することなく、所望する第１の温度設定にフィードバック制御されることになる。
【００３４】
この後、光波長制御回路は、（３）レーザ駆動開始ステップにおいて、ＭＰＵ７でレーザユニット１を制御して、第１の光出力設定値に基づきレーザ１１の駆動を開始する（ステップ１０２）。第１の温度設定および第１の光出力設定を、起動動作後の定常動作時における設定値とする場合には、この後、図３の（６）制御切替ステップへ移行すればよい。
【００３５】
一方、起動時の波長変化量を小さくするために、（４）第２の温度設定ステップへ移行し、ＭＰＵ７により、第２の温度設定をメモリ８から読み込んで、温度設定信号７Ｂにより温度誤差検出回路２に対して出力することにより、温度設定を第１の温度設定から第２の温度設定へ変更し（ステップ１０３）、その後、（５）第２の光出力設定ステップで、ＭＰＵ７により、第２の光出力設定をメモリ８から読み込んで、光出力設定信号７Ｃによりレーザ１１に対して設定する（ステップ１０４）ようにしてもよい。これにより、温度設定を変更した後、光出力を変更することができ、起動時の波長変化量を小さくすることができる。
【００３６】
半導体レーザは、一般的に駆動バイアス電流に対して、光波長が長波長化するので、バイアスの高いときの設定となる第２の温度設定は、第１の温度設定よりも低い温度を用いる。この際、（６）制御切替ステップ時に、（７）定常動作ステップで動作させる所望の波長に引き込むことが可能となるように、第２の温度設定の設定値を決定する。具体的には、図６に示すように、光出力波長に対して周期的な波長モニタ信号特性を示す場合、制御したいスロープのあるキャプチャーレンジ内に温度設定する。これにより、制御切替前に最終的な制御温度付近に制御されることになるので、制御切替前後での温度制御素子制御信号５Ｓの収束値は近い値となり、安定した切替制御が可能となる。
【００３７】
さらに、（６）制御切替ステップの前に、（５’）温度設定調整ステップとして、波長誤差検出回路３から出力される波長誤差信号３ＳをＭＰＵ７で監視して、波長誤差信号３Ｓがなるべくゼロになるように、温度設定信号７Ａの値を調整するステップ（ステップ１０７）を導入してもよい。この際、温度制御が行われていることから、（５’）温度設定調整ステップで温度設定信号７Ａを調整しても、安定制御されている限り、温度誤差信号２Ｓがゼロのまま保持されている。
【００３８】
このため、温度誤差信号２Ｓと波長誤差信号３Ｓとがほとんど同一の値となり、制御切り替え時の光出力および光波長ノイズ（ばたつき）が極めて小さな値に抑制される。
図３では、（５’）温度設定調整ステップにより温度設定を微調整した後で（６）制御切替ステップを実施した場合の波長変動の様子を示しているが、（６）制御切替ステップの時点で、前述した関連技術で述べたような波長モニタ信号、すなわち出力波長自体のふらつきは極めて小さくなる。
【００３９】
なお、（５’）温度設定調整ステップについては、（３）レーザ駆動開始ステップまでの起動動作後から、６）制御切替ステップまでの間に実行すればよい。したがって、図３の（４）第２の温度設定ステップおよび（５）第２の光出力設定ステップを実行しない場合、（３）レーザ駆動開始ステップの後に（５’）温度設定調整ステップを実行してもよい。
【００４０】
（６）制御切替ステップの後、温度モニタ１３によるレーザ１１の波長制御から、波長モニタ１４による波長制御に切り替わり、（７）定常動作ステップに移行する（ステップ１０７）。なお、制御系の切替タイミングについては、特別な条件はなく、温度制御開始直後に発生する温度モニタ信号１Ａのオーバーシュートやアンダーシュートが収束し、温度制御が安定した状態になった時点で切り替えを行えばよい。この際、温度モニタ信号１Ａや温度誤差信号２ＳをＭＰＵ７で監視して適正範囲になった時点を切替タイミングとしてもよく、ＭＰＵ７で温度制御の開始からの経過時間を計時し、開始から所定切替時間だけ経過した時点を切替タイミングとしてもよい。
【００４１】
（７）定常動作ステップでは、波長誤差検出回路３により、波長モニタ１４からの波長モニタ信号１Ｂと波長設定信号７Ｂで設定された温度設定との誤差を検出し、この誤差を示す波長誤差信号３Ｓを制御切替回路４により選択して定常誤差除去回路５へ出力する。これにより、波長モニタ１４、波長誤差検出回路３、制御切替回路４、定常誤差除去回路５、温度制御素子駆動回路６、および温度制御素子１２という波長制御ループにより、温度制御素子１２の制御を開始する（ステップ１０６）。
【００４２】
図５は、レーザユニットの構成を示すブロック図である。図６は、レーザユニットの他の構成を示すブロック図である。
レーザユニット１としては、図５に示す通常タイプと、図６に示す帯域制限タイプがある。通常タイプでは、レーザ１１の光出力信号１Ｓとは別個に、光出力モニタ１６と波長弁別素子１５に出力されている。波長モニタ１４は、波長弁別素子１５で弁別された光出力から波長を検出し、光出力モニタ１６は、レーザ１１からの光出力信号１Ｓから出力レベルを検出する。これにより、光出力波長に依存せず、一定の光出力が得られる。
【００４３】
一方、帯域制限タイプは、レーザ１１の前方に配置した光フィルタで光変調帯域を制限する機能を有し、この光フィルタを波長モニタ用の波長弁別素子１５として利用している。波長モニタ１４は、波長弁別素子１５で弁別された光出力から波長を検出し、光出力モニタ１６は、レーザ１１からの光出力から出力レベルを検出する。
図６の帯域制限タイプの場合は、光出力モニタ信号が一定になるように、レーザ１１のバイアス電流を制御した場合でも、前方の光フィルタの影響で、光波長設定によって、光出力強度が変化するので、起動時の光出力の挙動は異なる。
【００４４】
図７には、両者に共通する光波長の挙動とともに、それぞれの光出力の挙動の一例が示されている。
通常タイプでは、光出力設定を上昇させることで、単調に光出力が上昇し、温度設定を変化させるときの光出力変化はない。これに対して、帯域制限タイプでは、光出力設定を上昇させる場合に生じる光出力波長変化の影響で、光出力上昇を光フィルタでの透過損失の上昇で打ち消す効果が発生するなどして、大きな光出力変化がなく、温度設定を変化させるときに、光フィルタの影響だけが見えることから、大きな光出力強度変化が発生するという挙動を示すことがある。
【００４５】
本発明では、温度設定および波長設定を独立して自由に設定できることから、通常タイプおよび帯域制限タイプのいずれの場合でも、本実施例のような起動方法が適用可能であり、トータルの波長変化を抑制できるとともに、（６）制御切替ステップ時の波長変化や切り替えノイズを低減することも可能となる。
【００４６】
［実施形態の効果］
このように、本実施形態では、温度誤差検出回路２と波長誤差検出回路３とを別個に設け、これら誤差検出回路からの温度誤差信号２Ｓまたは波長誤差信号３Ｓのいずれか一方を制御切替回路４で切り替えて、定常誤差除去回路５へ入力することにより、温度制御素子１２を駆動している。
【００４７】
このため、ＭＰＵ７から温度設定および波長設定を独立して自由に設定することが可能となり、波長誤差信号３Ｓまたは温度誤差信号２Ｓは、制御切替回路４の状態、すなわち制御ループの開閉にかかわらず一定範囲の値とすることができる。したがって、レーザユニット１の起動動作における温度制御ループから波長制御ループへの制御ループの切替時に、誤った波長へ制御するリスクを低減できるとともに、切替時に生ずるノイズを最小限に抑えることができ、安定した制御ループの切り替えを実現することが可能となる。
また、定常誤差除去回路５により、ある一定の誤差信号に対し、動作環境に応じて異なる温度制御素子駆動信号が出力されるので、所望の設定温度や設定波長に安定した波長制御が可能となる。
【００４８】
特に、定常誤差除去回路５については、制御切替回路４の前段、例えば温度誤差検出回路２および波長誤差検出回路３と制御切替回路４との間にそれぞれ個別に設けた場合には、個々の定常誤差除去回路５での積分作用に起因して、波長誤差信号３Ｓと温度誤差信号２Ｓの変化に遅れが生じる。このため、この変化遅れにより波長誤差信号３Ｓと温度誤差信号２Ｓに誤差が生じ、制御ループ切替時にノイズが発生する原因となる。
これに対して、本実施形態では、定常誤差除去回路５が制御切替回路４の後段に配置されているため、定常誤差除去回路５における積分作用に起因した制御誤差信号４Ｓの変化遅れが、制御切替回路４での制御ループの切り替えに影響することはなくなり、切替時に生ずるノイズを最小限に抑えることができ、安定した制御ループの切り替えを実現することが可能となる。
【００４９】
また、定常誤差除去回路５で定常誤差が除去されるため、温度誤差検出回路２や波長誤差検出回路３において、非常に大きなゲインを用いる必要がなくなる。このため、これらゲインとして比較的小さいゲインを設定することができる。これにより、温度制御ループや波長制御ループが閉じていない場合も、温度誤差信号２Ｓや波長誤差信号３Ｓが振り切れることなく所定範囲内の値に保持することができ、安定した温度制御を実現することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態では、レーザユニット１の起動動作後、温度制御ループから波長制御ループへ制御ループを切り替えているため、波長変化に対して変化幅の小さい温度モニタ出力を用いるのではなく、波長変化に対して変化幅の大きい波長モニタ出力に基づいて、温度制御素子１２を駆動制御することができる。したがって、高い精度で光出力信号１Ｓの波長制御を行うことが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態では、ＤＳＰ等を用いた高度な制御を必要とせず、一般的な小型で安価なアナログ部品で構成することができる。このため、安定した切替制御と高い波長制御精度を実現する波長制御回路を、小型で低コストに構成でき、レーザユニットを含む光送信機や光送受信器を小型で低コストに構成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の利用分野として、光伝送装置、ネットワーク装置における光送受信装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光波長制御回路の構成を示すブロック図である。
【図２】定常誤差除去回路の構成例である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光波長制御回路のレーザユニット起動動作を示すフローチャートである。
【図４】光出力および波長の動作特性図である。
【図５】レーザユニットの構成を示すブロック図である。
【図６】レーザユニットの他の構成を示すブロック図である。
【図７】光出力および光波長の挙動例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１…レーザユニット、１１…レーザ、１２…温度制御素子、１３…温度モニタ、１４…波長モニタ、１５…波長弁別素子、１６…光出力モニタ、１Ａ…温度モニタ信号、１Ｂ…波長モニタ信号、１Ｓ…光出力信号、２…温度誤差検出回路、２Ｓ…温度誤差信号、３…波長誤差検出回路、３Ｓ…波長誤差信号、４…制御切替回路、４Ｓ…制御誤差信号、５…定常誤差除去回路、５Ｓ…温度制御素子制御信号、６…温度制御素子駆動回路、６Ｓ…温度制御素子駆動信号、７…ＭＰＵ、７Ａ…温度設定信号、７Ｂ…波長設定信号、７Ｃ…光出力設定信号、８…メモリ。
【図１】
2010010177.tif 000003
【図２】
2010010177.tif 000004
【図３】
2010010177.tif 000005
【図４】
2010010177.tif 000006
【図５】
2010010177.tif 000007
【図６】
2010010177.tif 000008
【図７】
2010010177.tif 000009