(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を出射するレーザダイオードと；
該レーザダイオードの温度を制御するペルチェ素子と；
該ペルチェ素子を駆動する駆動手段と；
前記信号光を分岐する第１光分岐手段と；
該第１光分岐手段で分岐された信号光を更に分岐する第２光分岐手段と；
該第２光分岐手段で分岐された一方の信号光の光路に挿入された、波長に応じて透過率が連続的に増加する部分を有する第１光フィルタと；
前記第２光分岐手段で分岐された他方の信号光の光路に挿入された、波長に応じて透過率が連続的に減少する部分を有する光フィルタと；
前記第１光フィルタの前記部分を透過した信号光を検出する第１光検出器と；
前記第２光フィルタの前記部分を透過した信号光を検出する第２光検出器と；
前記第１及び第２光検出器の出力を互いに比較し、差分電圧を前記駆動手段に出力する比較器と；
前記第１光検出器及び第２光検出器の出力のいずれか一方を増幅する増幅手段と；
を具備したことを特徴とする光波長安定化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザダイオードの発光波長（発振波長）を安定化する光波長安定化システムに関する。
【０００２】
光増幅器はその特性上、光を増幅する際に必要な光波長以外の光も同時に増幅してしまう。不要な光は信号光の雑音成分となり信号光のＳ／Ｎ劣化を招くことになり、これにより受信レベルの劣化又はエラーレートフロアを発生させる。
【０００３】
この問題を解決するため、従来は光増幅器の後段に光波長フィルタを設けてＳ／Ｎ劣化防止を図っている。光波長フィルタは帯域が狭いほど不要な光をカットするので有効であるが、そのためにはレーザの中心波長と光波長フィルタの中心波長を精度良く合わせる必要がある。
【０００４】
【従来の技術】
レーザの波長を安定化させる１つの方法として、レーザダイオード（ＬＤ）の精度を向上することが考えられる。この場合ＬＤのコストが上昇してしまうので、ＬＤのばらつきはある程度許容し、外部からＬＤの発光波長を安定化するいくつかの方法が提案されている。
【０００５】
従来技術の１つとして、ＬＤの発光波長に影響するＬＤチップの温度変化を抑えるため、サーミスタでＬＤチップの温度を検出して、検出温度に応じてペルチェ素子を駆動し、ＬＤチップの温度を一定に保つ自動温度制御方法（ＡＴＣ方法）が知られている。他の従来技術としては、レーザダイオードの駆動電流を制御して発光波長の安定化を図る自動電流制御方法（ＡＣＣ方法）が挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来方法では、直接レーザの発光波長を検出していないため、（１）ＡＴＣ回路の安定性が悪い場合、（２）ＬＤ駆動電流の安定性が悪い場合、（３）ＬＤ劣化によりＬＤチップ温度は一定でも発光波長がシフトする場合等に、Ｓ／Ｎ劣化による受信レベルの劣化を引き起こし、最悪の場合光通信が不通になるという問題がある。
【０００７】
故に本発明の目的は、レーザダイオードの発光波長を所望の値に維持する光波長安定化システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、信号光を出射するレーザダイオードと；該レーザダイオードの温度を制御するペルチェ素子と；該ペルチェ素子を駆動する駆動手段と；前記信号光を分岐する第１光分岐手段と；該第１光分岐手段で分岐された信号光を更に分岐する第２光分岐手段と；該第２光分岐手段で分岐された一方の信号光の光路に挿入された、波長に応じて透過率が連続的に増加する部分を有する第１光フィルタと；前記第２光分岐手段で分岐された他方の信号光の光路に挿入された、波長に応じて透過率が連続的に減少する部分を有する光フィルタと；前記第１光フィルタの前記部分を透過した信号光を検出する第１光検出器と；前記第２光フィルタの前記部分を透過した信号光を検出する第２光検出器と；前記第１及び第２光検出器の出力を互いに比較し、差分電圧を前記駆動手段に出力する比較器と；前記第１光検出器及び第２光検出器の出力のいずれか一方を増幅する増幅手段と；を具備したことを特徴とする光波長安定化システムが提供される。
【００１０】
上述した構成に代えて、レーザダイオードを駆動する駆動手段に比較器の出力を入力し、第１及び第２光検出器の検出値に応じて駆動手段によりレーザダイオードを駆動するようにしてもよい。
【００１１】
他の代替案としては、レーザダイオードの位相制御領域を駆動する駆動手段を設け、この駆動手段に比較器の出力を入力するようにしてもよい。また、レーザダイオードのバックパワーを第１及び第２光フィルタに入力するように、システムを構成してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。各実施形態の説明において、実質的に同一構成部分については全ての図面に渡り同一符号を付して説明する。
【００１３】
図１を参照すると、本発明第１実施形態のブロック図が示されている。レーザダイオード（ＬＤ）２はペルチェ素子４上に搭載されている。ペルチェ素子４に流す電流の方向により、ペルチェ素子４は吸熱又は発熱し、ＬＤ２の温度を制御する。
【００１４】
ＬＤ２から出射された信号光は光カプラ６により２つに分岐される。光カプラ６の分岐比は適当に定めることができる。光カプラ６により分岐された分岐光は、次いで光フィルタ８を透過してフォトダイオード（ＰＤ）により検出される。
【００１５】
光フィルタ８は、例えば図２に示すような透過特性を有している。即ち、ＬＤ２の目標とする発光波長をλ0 とすると、本実施形態では光フィルタ８の透過率が連続的に増加する部分８ａを使用する。
【００１６】
或いは、透過率が連続的に減少する部分を使用するようにしてもよい。よって、光フィルタ８は、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ或いはハイパスフィルタのいずれであってもよい。
【００１７】
ＰＤ１０により光フィルタ８を透過した光パワーが電流値として検出される。ＰＤ１０の出力電流はプルダウン抵抗１２により電圧に変換され、比較器１４に入力される。
【００１８】
比較器１４では、ＰＤ１０の出力電圧と基準電圧Ｖ0 と比較し、その差分電圧をペルチェ素子４の駆動回路１６に入力する。即ち、図１に示した閉ループ制御により、比較器１４の出力が０Ｖとなるようにペルチェ素子４を駆動する。
【００１９】
図３を参照すると、駆動回路１６の詳細が示されている。即ち、駆動回路１６はコレクタが正電源＋Ｖに接続されたトランジスタ１８と、コレクタが負電源−Ｖに接続されたトランジスタ２０とを直列接続して構成される。トランジスタ１８，２０のベースには比較器１４の出力電圧が入力され、トランジスタ１８，２０のエミッタはペルチェ素子４に接続されている。
【００２０】
図２から、ＰＤ１０で検出される光出力により、ＬＤ２の発光波長λ0 が決定される。図４に示すように、ＬＤ２の発光波長とその温度とは概略比例関係にある。
【００２１】
ＰＤ１０の出力電圧が基準電圧Ｖ0 より大きい場合、図２よりＬＤ２の発光波長が求める波長よりも長いので、図４の関係からＬＤ２の温度を下げるように制御すればよい。
【００２２】
即ち図３の駆動回路において、比較器１４の出力が正となるので、トランジスタ１８がＯＮとなり、ペルチェ素子４に矢印Ａ方向の電流が流れて、ペルチェ素子４は吸熱する。これにより、ＬＤ２が比較器１４の出力に応じて冷却される。
【００２３】
反対に、ＬＤ２の発光波長が目標波長よりも短い場合には、比較器１４からは負電圧が出力される。これにより、トランジスタ２０がＯＮとなり、ペルチェ素子４には矢印Ｂ方向の電流が流れて、ペルチェ素子４は発熱する。
【００２４】
これにより、ＬＤ２は比較器１４の出力に応じて加熱され、発光波長が目標波長に近付くように長くなる。以上の動作を繰り返して、ＬＤ２の発光波長が目標波長に一致するように制御される。
【００２５】
図５を参照すると、本発明第２実施形態のブロック図が示されている。本実施形態ではＬＤ２のバックパワーを利用する。ＬＤ２のバックパワーはハーフミラー２２で２つに分岐される。
【００２６】
ハーフミラー２２の反射光は光フィルタ８に入力され、その透過光は図１に示した第１実施形態と同様にＰＤ１０により検出される。比較器１４ではＰＤ１０の出力電圧と基準電圧Ｖ0 が比較され、この差分電圧に基づいて駆動回路１６がペルチェ素子４を上述した第１実施形態と同様に駆動する。
【００２７】
一方、ハーフミラー２２の透過光は自動パワー制御回路（ＡＰＣ）２４に入力され、ＬＤ２の出力パワーが所定レベルとなるようにＬＤ２がフィードバック制御される。
【００２８】
図６を参照すると、本発明第３実施形態のブロック図が示されている。本実施形態では、ＬＤ２から出射された信号光は光カプラ６で２つに分岐され、分岐光は更に光カプラ２６で２つに分岐される。
【００２９】
一方の分岐光は第１光フィルタ２８を透過して、第１フォトダイオード３０により検出される。他方の分岐光は第２光フィルタ３２を透過して、第２フォトダイオード３４により検出される。
【００３０】
図７に示されているように、光フィルタ２８は透過率が連続して増加する部分２８ａを使用し、光フィルタ３２は透過率が連続して減少する部分３２ａを使用する。第１及び第２光フィルタ２８，３２の関係は上述した関係と逆であってもよい。
【００３１】
よって、第１及び第２光フィルタ２８，３２としては、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタのいずれをも使用することができる。
第１ＰＤ３０の出力はプルダウン抵抗３６により電圧に変換されて比較器１４に入力される。同様に、第２ＰＤ３４の出力はプルダウン抵抗３８により電圧に変換され、比較器１４に入力される。比較器１４の出力に応じて駆動回路１６がペルチェ素子４を駆動する。
【００３２】
即ち、第１ＰＤ３０の出力が第２ＰＤ３４よりも大きい場合には、図７よりＰＤ２の発光波長が目標波長λ0 よりも長いことが判明する。よって、図３に示した駆動回路でトランジスタ１８がＯＮとなり、ペルチェ素子４に矢印Ａ方向の電流が流れて、ペルチェ素子４を吸熱する方向に駆動する。これにより、ＬＤ２は比較器１４の出力に応じて冷却され、ＬＤ２の発光波長が目標波長に近付くように制御される。
【００３３】
反対に、ＬＤ２の発振波長が目標波長λ0 より短い場合には、比較器１４の出力は負となり、図３の駆動回路でトランジスタ２０がＯＮとなる。これにより、ペルチェ素子４には矢印Ｂ方向の電流が流れて、ペルチェ素子４を加熱する方向に駆動する。その結果、ＬＤ２が比較器１４の出力に応じて加熱され、ＬＤ２の発光波長を目標波長λ0 に近づけるように制御する。
【００３４】
図６に示した第３実施形態の変形例として、モニタ光として図５の第２実施形態に示したようにＬＤ２のバックパワーを利用してもよい。この場合には、光カプラ６を省略することができる。
【００３５】
図８を参照すると、本発明の第４実施形態のブロック図が示されている。本実施形態では、駆動回路４０により比較器１４の出力に応じてＬＤ２の駆動電流を制御する。
【００３６】
即ち、ＬＤ２の発光波長と駆動電流との関係は、図９に示すように概略比例関係にある。よって、比較器１４の出力が正の場合には、図７よりＬＤ２の発光波長が目標波長λ0 よりも長いので、ＬＤ２の駆動電流が小さくなるように駆動回路４０を制御する。
【００３７】
反対に、比較器１４の出力が負の場合には、ＬＤ２の発光波長が目標波長λ0 よりも短いので、ＬＤ２の駆動電流が増加するように駆動回路４０を制御する。
図８に示した第４実施形態の変形例として、モニタ光として図５に示した第２実施形態のようにＬＤ２のバックパワーを利用するようにしてもよい。この場合には、光カプラ６を省略することができる。
【００３８】
図１０を参照すると、本発明の第５実施形態のブロック図が示されている。本実施形態は、目標とする光波長λ0 が図７の２つの曲線２８ａ，３２ａの交点にない場合である。
【００３９】
例えば、目標とする光波長λ0 が２つの曲線２８ａと３２ａの交点より長波長側にずれた場合には、図１０に示すように第２ＰＤ３４の出力をアンプ４２で所定倍率の増幅を行い、ＬＤ２の発光波長が目標波長λ0 に一致したときに比較器１４の出力が０となるようにＬＤ駆動電流を制御し、波長の安定化を図っている。
【００４０】
目標波長λ0 が図７で２つの曲線２８ａと３２ａの交点より短波長側にある場合には、第１ＰＤ３０の出力をアンプで増幅する。また、第１ＰＤ３０及び第２ＰＤ３４の出力を共にアンプで増幅するようにしてもよい。
【００４１】
図１０に示した第５実施形態の変形例として、モニタ光として図５に示した第２実施形態のようにＬＤ２のバックパワーを利用するようにしてもよい。この場合には、光カプラ６を省略することができる。
【００４２】
図１１を参照すると、本発明の第６実施形態ブロック図が示されている。本実施形態は、ＬＤ２の位相制御領域４４に流す駆動電流をモニタ光のパワーに応じてフィードバック制御する。ＬＤ２のバックパワーをモニタ光として利用している。
【００４３】
ＬＤ２の発光波長は、位相制御領域４４に電流を注入することにより変化させることができる。ＬＤ２の発光波長とＬＤ位相制御電流との関係は図１２に示すように概略比例関係にある。
【００４４】
よって比較器１４の出力が正の場合には、図７よりＬＤ２の発光波長が目標波長λ0 より長波長側にずれているので、位相制御電流を減少するように駆動回路４６を制御する。これにより、ＬＤ２の発光波長が目標波長λ0 に近付く方向に制御される。
【００４５】
一方、比較器１４の出力が負の場合には、ＬＤ２の発光波長が目標波長λ0 より短波長側にずれているので、位相制御電流を増加するように駆動回路４６を制御し、ＬＤ２の発光波長を目標波長λ0 に近付ける。
【００４６】
本実施形態の変形例として、図８の第４実施形態に示したように、ＬＤ２のフォワードパワーを利用するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように構成したので、レーザダイオードの発光波長をモニタすることにより、発光波長を目標波長に一致させることができるという効果を奏する。これにより、レーザダイオードの発光波長の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態ブロック図である。
【図２】発光波長とフィルタ透過後の検出出力との関係を示す図である。
【図３】ペルチェ素子の駆動回路を示す図である。
【図４】発光波長とＬＤ温度との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態ブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態ブロック図である。
【図７】光フィルタを２つ使用する場合の発光波長とフィルタ透過後の検出出力の関係を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態ブロック図である。
【図９】発光波長とＬＤ駆動電流との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施形態ブロック図である。
【図１１】本発明の第６実施形態ブロック図である。
【図１２】発光波長とＬＤ位相制御電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
２  ＬＤ
４  ペルチェ素子
６，２６  光カプラ
８，２８，３２  光フィルタ
１０，３０，３４  ＰＤ
１４  比較器
【図１】
0003681447.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003681447.tif 000008
【図８】
0003681447.tif 000009
【図９】
0003681447.tif 000010
【図１０】
0003681447.tif 000011
【図１１】
0003681447.tif 000012
【図１２】
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