(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される電流に応じてキャビティモードの波長を変える位相制御領域、供給される電流に応じて共振ピークを変える波長制御領域、および、閾値以上の電流が供給されると、前記キャビティモードおよび前記共振ピークに一致する波長でレーザを発振する出力制御領域を含む波長可変レーザと、
送信対象の信号に対応してゲートのオン／オフを切り替えて、前記波長可変レーザから入力されるレーザを変調して光信号を出力する変調器と、
前記変調器から入力される光信号の波長群を波長帯域毎に分類する複数のフィルタを含むアレイ導波路回折格子と、
発振波長を切り替える旨の指示が入力されると、変更前の発振波長とキャビティモードがフィルタの中心波長で一致している状態から、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで前記キャビティモードを該フィルタの中心波長から前記アレイ導波路回折格子のフィルタ間の交点近傍の波長に変更し、続いて、前記波長制御領域に供給する電流の値を変更することで前記共振ピークを変更先の波長に設定した後、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで、変更先の波長で前記キャビティモードをフィルタの中心波長に一致させる制御回路と、
を有する光通信システム。
【請求項２】
変調器を介してアレイ導波路回折格子と接続される波長可変レーザであって、
供給される電流に応じて、キャビティモードの波長を変える位相制御領域と、
供給される電流に応じて、共振ピークを変える波長制御領域と、
閾値以上の電流が供給されると、前記キャビティモードおよび前記共振ピークに一致する波長でレーザを発振する出力制御領域と、
発振波長を切り替える旨の指示が入力されると、変更前の発振波長とキャビティモードがフィルタの中心波長で一致している状態から、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで前記キャビティモードを該フィルタの中心波長から前記アレイ導波路回折格子のフィルタ間の交点近傍の波長に変更し、続いて、前記波長制御領域に供給する電流の値を変更することで前記共振ピークを変更先の波長に設定した後、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで、変更先の波長で前記キャビティモードをフィルタの中心波長に一致させる制御回路と、
を有する波長可変レーザ。
【請求項３】
変調器を介してアレイ導波路回折格子と接続され、供給される電流に応じてキャビティモードの波長を変える位相制御領域、供給される電流に応じて共振ピークを変える波長制御領域、および、閾値以上の電流が供給されると、前記キャビティモードおよび前記共振ピークに一致する波長でレーザを発振する出力制御領域を含む波長可変レーザの波長切替方法であって、
発振波長を切り替える旨の指示が入力されると、変更前の発振波長とキャビティモードが前記アレイ導波路回折格子に含まれるフィルタの中心波長で一致している状態から、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで前記キャビティモードを該フィルタの中心波長から前記アレイ導波路回折格子のフィルタ間の交点近傍の波長に変更し、
前記キャビティモードの波長の位置を変更した後、前記波長制御領域に供給する電流の値を変更することで前記共振ピークを変更先の波長に設定し、
前記共振ピークを変更先の波長の位置に設定した後、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで、変更先の波長で前記キャビティモードを前記アレイ導波路回折格子に含まれるフィルタの中心波長に一致させる、波長切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム、波長可変レーザおよび波長切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長可変レーザと周回性ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：アレイ導波路回折格子）を組み合せた波長スイッチは、レーザの波長を変更することで周回性ＡＷＧの出力ポートを切り替えている。レーザの波長は波長可変レーザの波長制御端子に供給する電流の値を変えることによって切り替えられるが、切り替え前後の波長によっては所望の波長に切り替わる間に別の波長が発生する。この別の波長が他の出力ポートのクロストークとなって、ビット誤りを発生させてしまう可能性がある。この問題を、図１１および図１２を参照して説明する。
【０００３】
図１１に示すように、波長可変レーザ６１から発振波長λＡのレーザが変調器６２に入力されると、送信対象の信号に対応して変調器６２で変調された光信号が周回性ＡＷＧ６５で波長ルーティングされた後、出力ポート５１から出力される。また、波長可変レーザ６３から発振波長λＢのレーザが変調器６４に入力されると、送信対象の信号に対応して変調器６４で変調された光信号が周回性ＡＷＧ６５で波長ルーティングされた後、出力ポート５２から出力する。波長可変レーザはパラメータ制御により一定間隔で波長が離散的に切り替わる仕組みになっている。
【０００４】
上述した状態から、波長可変レーザ６１のレーザで伝送する光信号の出力ポートを出力ポート５１から出力ポート５３に切り替えるために、波長可変レーザ６１に供給する電流値を変更すると、レーザの発振波長がλＡからλＣに切り替わる途中で波長λＢの信号が発生して出力ポート５２に漏れてしまう。図１２に示すように、出力ポート５２では、変調器６４から出力される波長λＢの信号（白い長方形）に変調器６２から出力される波長λＢの信号（ハッチングで示す長方形）がクロストークとなって混合する。クロストークにより０レベルの信号が１レベルの信号に変動してしまうと、受信側でビット誤りを起こすことになる。波長スイッチの一例が非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Toru Segawa, et al., "All-optical wavelength-routing switch with monolithically integrated filter-free tunable wavelength converters and an AWG"， OPTICS EXPRESS, 1 March 2010, Vol. 18, No. 5, pp.4340-4345
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１には、静的なクロストークは−２２ｄＢ以下になると述べられているが、波長を切り替える際（動的）のクロストークについては考慮されていない。また、入出力ポートを増やすと、波長の切り替えが複数の波長可変レーザで同時に起きたとき、ポート数に比例して、クロストークの起きる可能性が高くなるという問題もある。現状では、波長切り替え時のクロストークは特に考慮されておらず、クロストーク低減策は講じられていない。
【０００７】
本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、レーザの発振波長を切り替える際に発生するクロストークを低減可能にした光通信システム、波長可変レーザおよび波長切替方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の光通信システムは、
供給される電流に応じてキャビティモードの波長を変える位相制御領域、供給される電流に応じて共振ピークを変える波長制御領域、および、閾値以上の電流が供給されると、前記キャビティモードおよび前記共振ピークに一致する波長でレーザを発振する出力制御領域を含む波長可変レーザと、
送信対象の信号に対応してゲートのオン／オフを切り替えて、前記波長可変レーザから入力されるレーザを変調して光信号を出力する変調器と、
前記変調器から入力される光信号の波長群を波長帯域毎に分類する複数のフィルタを含むアレイ導波路回折格子と、
発振波長を切り替える旨の指示が入力されると、変更前の発振波長とキャビティモードがフィルタの中心波長で一致している状態から、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで前記キャビティモードを該フィルタの中心波長から前記アレイ導波路回折格子のフィルタ間の交点近傍の波長に変更し、続いて、前記波長制御領域に供給する電流の値を変更することで前記共振ピークを変更先の波長に設定した後、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで、変更先の波長で前記キャビティモードをフィルタの中心波長に一致させる制御回路と、
を有する構成である。
【００１０】
また、本発明の波長可変レーザは、変調器を介してアレイ導波路回折格子と接続される波長可変レーザであって、
供給される電流に応じて、キャビティモードの波長を変える位相制御領域と、
供給される電流に応じて、共振ピークを変える波長制御領域と、
閾値以上の電流が供給されると、前記キャビティモードおよび前記共振ピークに一致する波長でレーザを発振する出力制御領域と、
発振波長を切り替える旨の指示が入力されると、変更前の発振波長とキャビティモードがフィルタの中心波長で一致している状態から、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで前記キャビティモードを該フィルタの中心波長から前記アレイ導波路回折格子のフィルタ間の交点近傍の波長に変更し、続いて、前記波長制御領域に供給する電流の値を変更することで前記共振ピークを変更先の波長に設定した後、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで、変更先の波長で前記キャビティモードをフィルタの中心波長に一致させる制御回路と、
を有する構成である。
【００１２】
また、本発明の波長切替方法は、変調器を介してアレイ導波路回折格子と接続され、供給される電流に応じてキャビティモードの波長を変える位相制御領域、供給される電流に応じて共振ピークを変える波長制御領域、および、閾値以上の電流が供給されると、前記キャビティモードおよび前記共振ピークに一致する波長でレーザを発振する出力制御領域を含む波長可変レーザの波長切替方法であって、
発振波長を切り替える旨の指示が入力されると、変更前の発振波長とキャビティモードが前記アレイ導波路回折格子に含まれるフィルタの中心波長で一致している状態から、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで前記キャビティモードを該フィルタの中心波長から前記アレイ導波路回折格子のフィルタ間の交点近傍の波長に変更し、
前記キャビティモードの波長の位置を変更した後、前記波長制御領域に供給する電流の値を変更することで前記共振ピークを変更先の波長に設定し、
前記共振ピークを変更先の波長の位置に設定した後、前記位相制御領域に供給する電流の値を変更することで、変更先の波長で前記キャビティモードを前記アレイ導波路回折格子に含まれるフィルタの中心波長に一致させるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発振波長の切り替え時のクロストークが低減し、ビット誤りの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の光通信システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す波長可変レーザの一構成例を示す平面模式図である。
【図３】発振制御および波長制御を説明するための図である。
【図４】波長可変レーザの発振原理を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態における波長切り替えの動作手順を示すフローチャートである。
【図６】位相制御および波長制御を説明するための図である。
【図７】図５に示すフローチャートのステップに対応した説明図である。
【図８】図５に示すフローチャートのステップ１０１の処理を詳しく説明するための図である。
【図９】第２の実施形態における波長切り替えの動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】第１および第２の実施形態のいずれかの実施形態における波長可変レーザの別の構成例を示すブロック図である。
【図１１】波長可変レーザと周回性ＡＷＧを組み合せた波長スイッチの一構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示した波長スイッチの問題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
本実施形態は、波長可変レーザの波長を変更する際、波長をダイレクトに変更するのではなく、波長変更過程の信号がＡＷＧフィルタでの損失が大きくなる経路を通るようにしながら波長を変更するものである。
【００１７】
本実施形態の光通信システムの構成を説明する。図１は本実施形態の光通信システムの一構成例を示すブロック図である。図２は図１に示す波長可変レーザの一構成例を示す平面模式図である。
【００１８】
図１に示すように、光通信システムは、波長可変レーザ１１−１〜１１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、変調器１２−１〜１２−ｎと、ＡＷＧ１３と、受信器１４−１〜１４−ｎと、波長可変レーザ１１−１〜１１−ｎを制御する制御回路１５とを有する。なお、図１に示す構成例では、ＡＷＧ１３の入力ポートおよび出力ポートの数が同じであるが、入力ポートおよび出力ポートの数が異なっていてもよい。また、図１に示す波長可変レーザ１１−１〜１１−ｎのそれぞれに対して、制御回路１５が実行する制御は同様であるため、以下では、波長切替の制御対象の波長可変レーザの符号を単に「１１」と表記し、その波長可変レーザ１１に接続される変調器の符号を単に「１２」と表記して説明する。
【００１９】
変調器１２は、送信対象の信号に相当する入力信号に対応して、ゲートのオン／オフを切り替えて、波長可変レーザ１１から入力されるレーザを変調して光信号を生成し、光信号をＡＷＧ１３に送信する。ただし、変調器１２は、ゲートがオフの状態でも、波長可変レーザ１１から出力されるレーザを完全に遮断することができず、低レベルの光信号がＡＷＧ１３側に漏れ出てしまう性質がある。
【００２０】
ＡＷＧ１３は、一定の周波数間隔（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）で、変調器１２から受信する光信号の波長群を所定の波長帯域毎に分類する複数のＡＷＧフィルタを備えた周回性ＡＷＧである。
【００２１】
波長可変レーザ１１は、図２に示すように、出力制御領域２１と、位相制御領域２２と、波長制御領域２３とを有する。図３（ａ）は出力制御領域における発振制御を説明するための図であり、図３（ｂ）は波長制御領域における波長制御を説明するための図である。図３（ａ）の横軸は出力制御領域に供給される電流の値を示し、縦軸は光出力のパワーを示す。
【００２２】
出力制御領域２１は、図３（ａ）に示すように、供給される電流の値がある閾値以上になると、レーザを発振させる。位相制御領域２２は、供給される電流の値に応じて、キャビティモードの波長を変える。波長制御領域２３は、供給される電流の値に応じて、共振ピークの位置を変え、共振ピークに近いキャビティモードの波長を選択することで、発振波長を変える。図３（ｂ）に示すグラフは、選択可能な発振波長の一例としてλ１〜λ９を示し、また、波長選択のために、波長制御領域２３に供給する電流として、電流値Ｉ１（横軸）および電流値Ｉ２（縦軸）の２種類の電流値を用いて制御する場合を示している。２種類の電流値を用いるのは、２つの共振ピークを制御するためである。
【００２３】
制御回路１５は、発振波長の設定または切替の指示が入力されると、発振波長が指定された波長になるように出力制御領域２１、位相制御領域２２および波長制御領域２３に供給する電流の値を制御する。制御回路１５は、専用の論理回路が形成された半導体集積回路であってもよく、プログラムを格納するメモリおよびプログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含む構成であってもよい。
【００２４】
ここで、モード選択機構を備えた波長可変レーザにおける、一般的な発振原理を説明する。図４は、波長可変レーザの発振原理を説明するための図であり、発振波長をλ３からλ５に変更する場合を示す。
【００２５】
発振波長をλ３に設定する場合、出力制御領域２１に閾値以上の電流値を供給し、位相制御領域２２および波長制御領域２３のそれぞれに予め決められた電流値を供給する。波長制御領域２３は２つの電流値を使って２つの共振ピークを制御する。これにより、図４（ａ）に示すように、共振ピーク１と共振ピーク２が一致した波長λ３に最も近いキャビティモードでレーザが発振する。続いて、発振波長をλ３からλ５に変更する場合、図４（ｂ）に示すように、波長制御領域２３に供給する電流値を変更することで、共振ピーク１、２を移動させ、波長λ５のキャビティモード近辺で共振ピーク１および共振ピーク２を一致させると、レーザが波長λ５で発振する。
【００２６】
次に、本実施形態の光通信システムにおいて、制御回路１５による波長切り替えの動作を説明する。ここでは、発振波長をλ４からλ６に変更する場合とする。本実施形態では、波長可変レーザ１１とＡＷＧ１３が、波長可変レーザのキャビティモードと周回性ＡＷＧのＡＷＧフィルタの中心波長とが一致することが可能な組み合わせであるものとする。
【００２７】
図５は本実施形態における波長切り替えの動作手順を示すフローチャートである。図６は位相制御および波長制御を説明するための図である。図７は図５に示すフローチャートのステップに対応した説明図である。図８は図５に示すフローチャートのステップ１０１の処理を詳しく説明するための図である。
【００２８】
はじめに、制御回路１５は、発振波長をλ４に設定する旨の指示が入力されると、図４（ａ）で説明したようにして、出力制御領域２１に閾値以上の電流値を供給し、位相制御領域２２および波長制御領域２３のそれぞれに予め決められた電流値を供給することで、波長λ４でキャビティモード、共振ピーク１および共振ピーク２を一致させる。
【００２９】
図８（ａ）は波長λ４のキャビティモードで共振ピーク１と共振ピーク２が一致した状態を示す。図８（ｂ）は、ＡＷＧ１３の１つのＦＳＲにおいて、波長群が複数の帯域に分類された状態の一部を示す模式図である。図８（ａ）および図８（ｂ）を参照すると、波長λ４、λ５、λ６でキャビティモードがＡＷＧフィルタの中心波長に位置しており、波長λ４でキャビティモード、共振ピーク１および共振ピーク２が一致していることがわかる。
【００３０】
発振波長をλ４からλ６に変更する旨の指示が入力されると、制御回路１５は、位相制御領域２２に供給する電流の値を調整し、キャビティモードをＡＷＧフィルタの中心波長からずらして、損失が大きい波長の位置に変更する（ステップ１０１）。損失が大きい波長の位置とは、図８（ｂ）に示すように、隣接するＡＷＧフィルタの境界近傍の領域である。図６では、制御回路１５が位相制御領域２２に供給する電流の値（位相制御電流値）を変化させることで、波長がλ４からλ４’に変化したことを表している。図７（ａ）はキャビティモードの位置が変化していることを示す。このようにして、キャビティモードがＡＷＧフィルタの損失が大きい波長の位置に変更される。
【００３１】
続いて、制御回路１５は、波長制御領域２３に供給する電流値を調整し、共振ピーク１および共振ピーク２を所望の波長近辺となるように変更する（ステップ１０２）。ここでは、波長λ６が所望の波長に相当する。図６は、制御回路１５が波長制御領域２３に供給する電流の値（波長制御電流値）として、波長制御電流値Ｉ２を変えずに、波長制御電流値Ｉ１を大きくすることで、波長がλ４’からλ６’に変化したことを表している。波長制御電流Ｉ１を変更することで、共振ピーク１、２が波長λ６の近辺に移動する。図７（ｂ）は、波長λ６で共振ピーク１および共振ピーク２が一致している状態を示す。なお、共振ピークが移動する際、途中で共振ピーク１、２が重なって発振する波長があるが、ＡＷＧフィルタの中心波長からずれていて損失が大きいため、クロストークは問題にならないほど小さい。
【００３２】
その後、制御回路１５は、位相制御領域２２に供給する電流値を調整し、図７（ｃ）に示すように、キャビティモードをＡＷＧフィルタの中心波長のλ６になるように変更する（ステップ１０３）。
【００３３】
本実施形態によれば、発振波長の切り替え時に出力されるレーザの損失が大きいので、クロストークを低減させ、ビット誤りが起こるのを防ぐことができる。また、レーザ出力を制御することでクロストークを低減させているので、クロストーク低減策のための部品を新たに追加する必要がなく、製造コストを抑制できる。
【００３４】
さらに、本実施形態のように、波長可変レーザに周回性ＡＷＧを組み合わせた波長スイッチを含む光通信システムでは、周回性ＡＷＧにおいて、発振波長の切り替えに伴って出力ポートが切り替わる際、他の出力ポートへのクロストークを低減させることができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
本実施形態は、波長可変レーザの出力パワーをオフまたはレーザ発振のための電流を閾値よりも小さくすることで、クロストークの原因となる信号をほぼゼロにしてから波長変更を行い、波長変更が完了した後に波長可変レーザの出力パワーをオンまたはレーザ発振のための電流を閾値以上にするものである。
【００３６】
本実施形態の光通信システムの構成については、第１の実施形態と同様なため、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、第１の実施形態と異なる点を詳細に説明する。
【００３７】
本実施形態の光通信システムにおいて、制御回路１５による波長切り替えの動作を説明する。図９は本実施形態における波長切り替えの動作手順を示すフローチャートである。
【００３８】
制御回路１５は、波長切り替えの指示が入力されると、出力制御領域２１への電流の供給を停止する（ステップ２０１）。続いて、制御回路１５は、波長制御領域２３に供給する電流の値を変更することで、発振波長が変更先の波長（所望の波長）になるようにする（ステップ２０２）。具体的には、制御回路１５は、波長制御領域２３に供給する電流の値を変更することで共振ピーク１、２の位置を変え、発振波長の変更先の波長でキャビティモード、共振ピーク１および共振ピーク２を一致させる。その後、制御回路１５は、出力制御領域２１への電流の供給を再開する（ステップ２０３）。
【００３９】
図９のフローチャートに示すステップ２０１では、レーザの発振を停止する方法として、制御回路１５が出力制御領域２１への電流の供給を停止する場合で説明したが、制御回路１５は出力制御領域２１に供給する電流の値を閾値より小さくする制御を行ってもよい。また、この場合、ステップ２０３でレーザの発振を再開させる際、制御回路１５は、出力制御領域２１に供給する電流の値を閾値以上にする制御を行えばよい。
【００４０】
本実施形態によれば、クロストークの原因となる信号がほぼゼロになるので、クロストークの防止効果がさらに向上する。
【００４１】
なお、第１および第２の実施形態では、制御回路１５を波長可変レーザ１１とは別に設ける場合で説明したが、制御回路１５が波長可変レーザ１１に設けられていてもよい。図１０は図１に示した制御回路が波長可変レーザに設けられている場合の一例を示すブロック図である。図１０に示す波長可変レーザ１６に、制御部２４が設けられている。制御部２４は制御回路１５と同様な構成であり、その詳細な説明を省略する。この場合、図１に示した光通信システムにおいて、制御回路１５が設けられていなくてよい。
【００４２】
また、第２の実施形態では、光通信システムが周回性ＡＷＧを有する場合で説明したが、変調器１２の後に接続される構成は周回性ＡＷＧに限らず、クロストークが問題になる構成が変調器１２の後に接続された光通信システムに、第２の実施形態を適用することが可能である。第２の実施形態では、モード選択機構を備えた波長可変レーザの他に、供給される電流の値により連続的に波長が変わる波長可変レーザを用いることもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１１、１６    波長可変レーザ
１２    変調器
１３    ＡＷＧ
１４    受信器
１５    制御回路
２１    出力制御領域
２２    位相制御領域
２３    波長制御領域
２４    制御部
【図１】
0005632337.tif 000002
【図２】
0005632337.tif 000003
【図３】
0005632337.tif 000004
【図４】
0005632337.tif 000005
【図５】
0005632337.tif 000006
【図６】
0005632337.tif 000007
【図７】
0005632337.tif 000008
【図８】
0005632337.tif 000009
【図９】
0005632337.tif 000010
【図１０】
0005632337.tif 000011
【図１１】
0005632337.tif 000012
【図１２】
0005632337.tif 000013