(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを入射する２光束干渉計と、
この２光束干渉計の出力側に配置され分岐して出力される光ビームを受光する第１および第２の光・電気変換手段と、
これらの光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとる演算手段と、
この比から波長のずれを検出するずれ検出手段
とを具備することを特徴とする出力監視制御装置。
【請求項２】
損失波長特性の１周期に相当する間隔としてのフリー・スペクトラル・レンジを所望の光周波数としたマッハツェンダ回路と、
このマッハツェンダ回路に光ビームを入射したときその出力側から分岐して出力される光ビームをそれぞれ受光する第１および第２のフォトダイオードと、
これらのフォトダイオードの出力電流の和と第１のあるいは第２のフォトダイオードの出力電流の比をとる演算手段と、
この比から波長のずれを検出するずれ検出手段
とを具備することを特徴とする出力監視制御装置。
【請求項３】
前記ずれ検出手段の検出結果を基にして波長を所望の値に保持することを特徴とする請求項１または請求項２記載の出力監視制御装置。
【請求項４】
前記演算手段による第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和の演算結果の増減を判別する増減判別手段と、
この増減判別手段の判別結果から前記２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出するレベル変動検出手段
とを具備することを特徴とする請求項１記載の出力監視制御装置。
【請求項５】
前記演算手段による第１および第２のフォトダイオードの出力電流の和の演算結果の増減を判別する増減判別手段と、
この増減判別手段の判別結果から前記マッハツェンダ回路の出力する光のレベル変動を検出するレベル変動検出手段
とを具備することを特徴とする請求項２記載の出力監視制御装置。
【請求項６】
前記フリー・スペクトラル・レンジをＩＴＵグリッドと同一の周期としたことを特徴とする請求項２記載の出力監視制御装置。
【請求項７】
各波長の光信号をパラレルに送出する光送信手段と、
この光送信手段の送出した各波長の光信号を波長分割多重するアレイ導波路格子からなるマルチプレクサと、
このマルチプレクサから出力される波長分割多重された光信号を伝送する光伝送路と、
この光伝送路の途中に適宜配置されたアレイ導波路格子を備えたノードと、
前記光伝送路を前記ノードを経由して送られてきた光信号を入力し各波長の光信号に分離するアレイ導波路格子からなるデマルチプレクサと、
このデマルチプレクサによって分離された各波長の光信号を受信する光受信機とを備え、
前記アレイ導波路格子の少なくとも一部は、アレイ導波路格子によって分離された光信号を入力する２光束干渉計と、この２光束干渉計の出力側に配置され分岐して出力される光ビームを受光する第１および第２の光・電気変換手段と、これらの光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとる演算手段と、この比から波長のずれを検出するずれ検出手段と、このずれ検出手段の検出結果を基にしてアレイ導波路格子に入射する光ビームの波長を制御する波長制御手段を具備する
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項８】
前記演算手段による第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和の演算結果の増減を判別する増減判別手段と、
この増減判別手段の判別結果から前記２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出するレベル変動検出手段
とを具備することを特徴とする請求項７記載の光通信システム。
【請求項９】
前記２光束干渉計はマッハツェンダ回路であり、前記演算手段は前記第１および第２の光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとることを特徴とする請求項７記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記マッハツェンダ回路は導端路型干渉計であることを特徴とする請求項２記載の出力監視制御装置。
【請求項１１】
前記マッハツェンダ回路は導端路型干渉計であることを特徴とする請求項９記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光源の出力を監視する波長監視回路およびこの波長監視回路を使用した光通信システムに係わり、詳細にはレーザ光の波長の変動や出力の変動を監視したり波長や出力レベルを所望の値に保持するための波長監視回路および光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットをはじめとする情報通信の急速な普及と共に、ネットワークのトラヒックが急激に増加している。これに伴い基幹回線網やアクセス網の大容量化の要求が高まっている。この要求に応えるために、光ファイバに複数の波長の異なる信号を多重するＷＤＭ（wavelength division multiplex：波長分割多重伝送方式）による光ファイバ通信の技術が使われている。また、更なる通信容量の大容量化を目指して、通過する波長範囲の拡大、チャネル波長数の増加、チャネル波長間隔の狭隙化についての技術開発が進み、ＤＷＤＭ（dense wave division multiplexing：高密度波長分割多重通信方式）すなわち、ネットワークの幹線などで使われる多重度の高い波長分割多重方式の研究開発が活発に行なわれている。このような技術開発には、信号光として使用されるレーザ光の波長の安定化が求められる。
【０００３】
図１１は特定の波長のレーザ光源から複数の波長のレーザ光を取得するために使用されるアレイ導波路回折格子の一般的な構成を表わしたものである。アレイ導波路回折格子１１は、図示しない基板上に形成された１本または複数本の入力導波路１２と、複数本からなる出力導波路１３と、異なった曲率でそれぞれ一定方向に曲がったチャネル導波路アレイ１４と、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４を接続する入力側スラブ導波路１５と、チャネル導波路アレイ１４と出力導波路１３を接続する出力側スラブ導波路１６とによって構成されている。入力導波路１２から入射した多重信号光は、入力側スラブ導波路１５によってその進路を広げる。そしてチャネル導波路アレイ１４にそれぞれ等位相で入射する。入射光強度については入力側スラブ導波路１５の各入射位置で等しくはなく、中央部ほど強度が強く、ほぼガウス分布となっている。
【０００４】
チャネル導波路アレイ１４では、これを構成する各アレイ導波路の間に一定の光路長差が設けられていて、光路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されている。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光には一定間隔ずつの位相差が付けられて出力側スラブ導波路１６に到達するようになっている。実際には波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾く。この結果、波長によって出力側スラブ導波路１６と出力導波路１３の界面上の異なった位置に光が結像（集光）する。波長に対応したそれぞれの位置に出力導波路１３が配置されているので、出力導波路１３からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００５】
ところでこのようなアレイ導波路回折格子１１の中心波長は温度変化による導波路材料の屈折率の変化に非常に敏感である。このため、出力導波路１３から出力される波長を監視してこれが変動しないように温度の制御を行う必要がある。
【０００６】
図１２は従来提案された出力監視制御装置の一例を表わしたものである。特開平１１−３１８５９号公報に開示されたこの装置で、レーザダイオード２０から出力されたレーザ光２１はカットフィルタ２２を通過してビームスプリッタ２３に入射する。ビームスプリッタ２３によって透過した光２４は図示しない測定装置や通信装置に入力されて安定した波長の光として使用される。ビームスプリッタ２３によって反射した光ビーム２５は、光バンドパスフィルタ２６に入射する。この光バンドパスフィルタ２６は光ビーム２５と垂直に配置されている。このため入射した光ビーム２５はその一部が透過光２７として第１のフォトダイオード２８1に入射すると共に、残りの光が反射光２９としてビームスプリッタ２３を透過して第２のフォトダイオード２８2に入射する。
【０００７】
これら第１および第２のフォトダイオード２８1、２８2の受光出力３１1、３１2は出力比算出手段３２に入力されて出力比が算出される。これによって得られたモニタ信号３３は波長制御手段３４に入力される。波長制御手段３４は、この出力比が所定の値に保持されるようにレーザダイオード２０の発光波長を制御する。発光波長の制御はレーザダイオード２０の駆動電流を変化させたり周囲温度を変化させることによって行う。
【０００８】
図１３は、この提案の装置による各部の信号レベルを表わしたものである。同図（ａ）は図１２に示したカットフィルタ２２の遮断後の周波数特性を表わしており、同図（ｂ）は図１２に示した光バンドパスフィルタ２６の透過波長特性を示している。このようにカットフィルタ２２が波長λ1よりもわずかに短波長側から長波長側の光のみを透過するようにしているので、第１のフォトダイオード２８1の受光レベルは図１３（ｄ）のようになり、第２のフォトダイオード２８2の受光レベルは図１３（ｅ）のようになる。したがって、これらのフォトダイオード２８1、２８2の出力比を所望の値に設定することでレーザダイオード２０の発光波長を制御することができることになる。
【０００９】
図１４は、図１２に示した提案に類似した他の装置を示したものである。この図１４で図１２と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。特開２０００−０２２２５９号公報に開示されたこの装置ではレーザダイオード２０から出力されたレーザ光２１を、光軸に対して傾斜した干渉光フィルタ４１に入射させ、透過光４２を第１のフォトダイオード２８1に入射させると共に、反射光４３を第２のフォトダイオード２８2に入射するようにしている。
【００１０】
これら第１および第２のフォトダイオード２８1、２８2の受光出力４４1、４４2は出力比算出手段３２に入力されて出力比が算出される。これによって得られたモニタ信号４５は波長制御手段３４に入力され、出力比が所定の値に保持されるようにレーザダイオード２０の発光波長の制御が行われる。
【００１１】
一方、図１５はエタロンを使用して波長の監視制御を行う従来提案された装置の要部を示したものである。ここでエタロンとは２面の高反射フィルタを向きあわせて配置したものであり、一種のファブリ・ペロー干渉計である。特開２０００−２２３７６１号公報に開示された図１５に示した装置では、レーザダイオード２０から出力されたレーザ光２１を第１のビームサンプラ５１で分岐してわずかに角度の異なる２つの分岐光５２、５３を得ている。これらの分岐光５２、５３はエタロン５４に入射し、第１および第２のフォトダイオード５５1、５５2で受光され、互いに、波長−透過率特性の位相の異なる特性が得られる。演算部５６では波長−透過率特性を正規化し、交互に直線性の良い波長−透過率曲線を用いて基準波長からの波長変化分を算出する。
【００１２】
一方、第１のビームサンプラ５１の透過光５７は第２のビームサンプラ５８に入射して、同様にわずかに角度の異なる２つの分岐光６１、６２が得られる。一方の分岐光６１はそのまま第３のフォトダイオード５５3で受光される。他方の分岐光６２はスロープフィルタ６４を経て第４のフォトダイオード５５4で受光される。演算部５６ではスロープフィルタ６４の波長−透過率から入射光の基準波長を得る。そしてこの基準波長と波長変化分とを加算することで、入射光としてのレーザ光２１の正確な波長を得るようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような各種の提案の出力監視制御装置で、図１２および図１４に示した装置では２つのフォトダイオード２８1、２８2の受光出力３１1、３１2の比を所定の値に設定することでレーザ光の波長を制御している。したがって、図１３の（ｄ）および（ｅ）に示したように互いの受光出力３１1、３１2を示す特性曲線が相補的で互いに逆向きの傾斜を有する局部的な領域に対応する極限した波長領域でのみレーザ光の波長の制御が可能であるという問題があった。図１２および図１３の例で示せば、カットフィルタ２２を使用して図１３の（ａ）に示すように制御可能な波長領域をλ1よりも長波長側に制限している。これよりも短波長側を含めてしまうと同一の比をとる波長が２箇所存在することになって、特定の波長に制御することができないからである。
【００１４】
また、λ1よりも長波長側に制限しているといっても図で、光バンドパスフィルタ２６の透過率が最低となったり反射率が最高となる波長λ3以降の制御を行うことができない。もちろん、光バンドパスフィルタ２６の特性を選択することで、２つの波長λ1、λ3の範囲をある程度大きく取ることは可能である。しかしながらこれらの波長範囲を大きく取ると、相対的に光バンドパスフィルタ２６の透過率あるいは反射率を示す曲線の傾きが緩やかになり、波長が単位量変化したときの２つのフォトダイオード２８1、２８2の受光出力３１1、３１2の差が微少となる。これにより、波長を所望の値に制御するための精度が劣化することになる。
【００１５】
したがって、従来のこのような装置では図１１に示したようなアレイ導波路回折格子等の手段によって広い波長範囲で光信号の波長を個々に制御しようとすると、幾つもの波長帯域について独自の構成の出力監視制御装置を必要とした。したがって、このための開発に時間を要するだけでなく、これらの出力監視制御装置のコストダウンが困難であるといった問題があった。
【００１６】
一方、図１５に示したエタロンを使用して波長の監視制御を行う装置ではこのような問題が生じず、比較的広範囲の波長に高精度に適用可能である。しかしながら、図１５に示したこの提案では２つの第１のビームサンプラ５１、５８を使用し、これに伴ってその他の部品の数も増加する。したがって、装置が大型化するだけでなくコストダウンが困難になるという問題がある。
【００１７】
そこで本発明の目的は、１つの装置で比較的広範囲の波長に高精度に適用可能でしかも装置の構成を簡略化することのできる出力監視制御装置および光通信システムを提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、多くの波長に対して基本的に同一の構成で対応することのできる出力監視制御装置および光通信システムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、（イ）光ビームを入射する２光束干渉計と、（ロ）この２光束干渉計の出力側に配置され分岐して出力される光ビームを受光する第１および第２の光・電気変換手段と、（ハ）これらの光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとる演算手段と、（ニ）この比から波長のずれを検出するずれ検出手段とを出力監視制御装置に具備させる。
【００２２】
すなわち請求項１記載の発明では、２光束干渉計から分岐して出力される光ビームを第１および第２の光・電気変換手段でそれぞれ受光するようにしている。第１および第２の光・電気変換手段の変換出力は波長によって周期的に変動するが、これらの和が波長に係わらず一定していることを利用して、和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとることで波長のずれを検出することにしている。第１および第２の光・電気変換手段の変換出力は周期的な変動を示すので、比較的広範囲の波長あるいは多波長に対して基本的に同一構成の出力監視制御装置を使用することができる。
【００２３】
請求項２記載の発明では、（イ）損失波長特性の１周期に相当する間隔としてのフリー・スペクトラル・レンジを所望の光周波数としたマッハツェンダ回路と、（ロ）このマッハツェンダ回路に光ビームを入射したときその出力側から分岐して出力される光ビームをそれぞれ受光する第１および第２のフォトダイオードと、（ハ）これらのフォトダイオードの出力電流の和と第１のあるいは第２のフォトダイオードの出力電流の比をとる演算手段と、（ニ）この比から波長のずれを検出するずれ検出手段とを出力監視制御装置に具備させる。
【００２４】
すなわち請求項２記載の発明では、損失波長特性の１周期に相当する間隔としてのフリー・スペクトラル・レンジ（ＦＳＲ：Free Spectral Range）を所望の光周波数としたマッハツェンダ回路を用意して、このマッハツェンダ回路から分岐して出力される光ビームを第１と第２のフォトダイオードに別々に受光させ、演算手段でこれらのフォトダイオードの出力電流の和と第１のあるいは第２のフォトダイオードの出力電流の比をとることにしている。第１および第２のフォトダイオードの出力電流は波長によって周期的に変動するが、これらの和が波長に係わらず一定していることを利用して、和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとることで波長のずれを検出しこれを用いて波長を制御することができる。
【００２５】
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の出力監視制御装置で、ずれ検出手段の検出結果を基にして波長を所望の値に保持することを特徴としている。
【００２６】
すなわち請求項３記載の発明では、ずれが無くなるように、あるいはずれが一定値となるように制御することで波長を所望の値に設定する。
【００２７】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の出力監視制御装置で、（イ）演算手段による第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和の演算結果の増減を判別する増減判別手段と、（ロ）この増減判別手段の判別結果から２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出するレベル変動検出手段とを更に具備することを特徴としている。
【００２８】
すなわち請求項４記載の発明では、入力する光ビームの強さが変わらなければ第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和が一定になるという前提を利用し、もしこれらの和が増減するようであれば２光束干渉計の出力する光のレベルが変動しているものとして光のレベル変動を検出することにしている。請求項１記載の出力監視制御装置では第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和を必須のものとして求めているので、これを用いて簡単に２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出し、これを一定にする等の制御が可能になる。
【００２９】
請求項５記載の発明では、請求項２記載の出力監視制御装置で、（イ）演算手段による第１および第２のフォトダイオードの出力電流の和の演算結果の増減を判別する増減判別手段と、（ロ）この増減判別手段の判別結果からマッハツェンダ回路の出力する光のレベル変動を検出するレベル変動検出手段とを更に具備することを特徴としている。
【００３０】
すなわち請求項５記載の発明では、入力する光ビームの強さが変わらなければ第１および第２のフォトダイオードの出力電流の和が一定になるという前提を利用し、もしこれらの和が増減するようであればマッハツェンダ回路の出力する光のレベルが変動しているものとして光のレベル変動を検出することにしている。請求項２記載の出力監視制御装置では第１および第２のフォトダイオードの出力電流の和を必須のものとして求めているので、これを用いて簡単にマッハツェンダ回路の出力する光のレベル変動を検出し、これを一定にする等の制御が可能になる。
【００３１】
請求項６記載の発明では、請求項２記載の出力監視制御装置で、フリー・スペクトラル・レンジをＩＴＵグリッドと同一の周期としたことを特徴としている。
【００３２】
すなわち請求項６記載の発明では、損失波長特性の１周期に相当する間隔としてのフリー・スペクトラル・レンジをＩＴＵ（International Telecommunication Union：国際電気通信連合）で定めたＩＴＵグリッド（grid）と等しくなるように装置の設計を行うことで規格に対応した処理を可能にしている。
【００３３】
請求項７記載の発明では、（イ）各波長の光信号をパラレルに送出する光送信手段と、（ロ）この光送信手段の送出した各波長の光信号を波長分割多重するアレイ導波路格子からなるマルチプレクサと、（ハ）このマルチプレクサから出力される波長分割多重された光信号を伝送する光伝送路と、（ニ）この光伝送路の途中に適宜配置されたアレイ導波路格子を備えたノードと、（ホ）光伝送路をノードを経由して送られてきた光信号を入力し各波長の光信号に分離するアレイ導波路格子からなるデマルチプレクサと、（へ）このデマルチプレクサによって分離された各波長の光信号を受信する光受信機とを備えた光通信システムで、（ト）アレイ導波路格子の少なくとも一部は、アレイ導波路格子によって分離された光信号を入力する２光束干渉計と、この２光束干渉計の出力側に配置され分岐して出力される光ビームを受光する第１および第２の光・電気変換手段と、これらの光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとる演算手段と、この比から波長のずれを検出するずれ検出手段と、このずれ検出手段の検出結果を基にしてアレイ導波路格子に入射する光ビームの波長を制御する波長制御手段を具備させることを特徴としている。
【００３４】
すなわち請求項７記載の発明では、アレイ導波路格子を使用して波長分割多重伝送方式等により通信を行う光通信システムにおいて、アレイ導波路格子の少なくとも一部に対応させて請求項１記載の発明のような波長制御手段を具備させることで、効率的で信頼性のある通信を実現している。
【００３５】
請求項８記載の発明では、請求項７記載の光通信システムで、（イ）演算手段による第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和の演算結果の増減を判別する増減判別手段と、（ロ）この増減判別手段の判別結果から２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出するレベル変動検出手段とを更に具備することを特徴としている。
【００３６】
すなわち請求項８記載の発明では、請求項７記載の光通信システムで第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和をとることに着目して、請求項４記載の発明のように２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出するようにしている。
【００３７】
請求項９記載の発明では、請求項７記載の光通信システムで、２光束干渉計はマッハツェンダ回路であり、演算手段は第１および第２の光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとることを特徴としている。
【００３８】
すなわち請求項９記載の発明では、請求項７記載の光通信システムで、２光束干渉計および演算手段をそれぞれマッハツェンダ回路と、第１および第２の光・電気変換手段の変換出力の和と第１および第２の光・電気変換手段の変換出力のいずれかの出力との比をとることに具体化したものである。
【００３９】
請求項１０および請求項１１記載の発明では、マッハツェンダ回路は導端路型干渉計であることを特徴としている。マッハツェンダ回路は導端路型干渉計に限定する必要はないが、入力端だけでなく出力端も回路の同じ側の端部に配置された導端路型干渉計を使用することで、モジュールの小型化に貢献することができる。また、入出力端の光路差をＲ状に屈曲した箇所で得るようにしているため、入力端と出力端を素子を構成する基板の異なった側に配置する構成のものと比べると、素子の小型化を図ることができる。このため、１つのウエハから製造できる素子の収量増を図ることができ、コストの低減に寄与することになる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
【００４１】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００４２】
第１の実施例
【００４３】
図１は、本発明の第１の実施例における出力監視制御装置の構成を示したものである。出力監視制御装置１０１は、レーザ光源１０２と、これから出射されるレーザ光１０３を入力する２光束干渉計としてのマッハツェンダ回路１０４と、このマッハツェンダ回路１０４から２方向に分岐して出力される一方のレーザビームとしての第１の光ビーム１０５1を受光する第１のフォトダイオード１０６1と、第２の光ビーム１０５2を受光する第２のフォトダイオード１０６2と、これらのフォトダイオード１０６1、１０６2の受光出力１０７1、１０７2を演算する演算回路１０８と、この演算回路１０８の演算結果１０９を入力する波長制御回路１１１を備えている。波長制御回路１１１から出力される制御信号１１２はレーザ光源１０２に入力され、その波長の制御が行われる。波長の制御は、レーザ光源１０２を構成する図示しないレーザダイオードの駆動電流を変化させたりその周囲温度を変化させることによって行うことができる。
【００４４】
なお、この図１では導端路型干渉計型のマッハツェンダ回路１０４を使用している。本発明で使用されるマッハツェンダ回路１０４は導端路型干渉計に限る必要はないが、導端路型干渉計を使用した場合には、図１１に示したような入力端と出力端が異なった端部に配置されたものと比べると、入力端だけでなく出力端も回路の同じ側の端部に配置された導端路型干渉計を使用することで、モジュールの小型化に貢献することができる。また、入出力端の光路差をＲ状に屈曲した箇所で得るようにしているため、入力端と出力端を素子を構成する基板の異なった側に配置する構成のものと比べると、素子の小型化を図ることができる。
【００４５】
図２は、第１および第２のフォトダイオードの受光によって出力される電流と演算回路の演算内容の関係を説明するためのものである。第１のフォトダイオード１０６1の受光出力１０７1としての電流値は、光周波数が変化すると、損失波長特性の１周期に相当する間隔としての所定の周期フリー・スペクトラル・レンジ（以下、単にＦＳＲという。）の正弦波としての変化を示す。第２のフォトダイオード１０６2の受光出力１０７2としての電流値も位相が１８０度ずれた形で同様の変化を示す。ここで本実施例では、周期ＦＳＲがＩＴＵ（International Telecommunication Union：国際電気通信連合）で定めたＩＴＵグリッド（grid）と等しくなるように装置の設計を行っている。
【００４６】
第１のフォトダイオード１０６1の受光出力１０７1と第２のフォトダイオード１０６2の受光出力１０７2の位相が１８０度ずれているので、これらの電流値をそれぞれＩPD1、ＩPD2として表わすと、これらの和はいずれの光周波数においても常に等しくなる。
【００４７】
演算回路１０８は、これら電流値ＩPD1、ＩPD2の和と第１のフォトダイオード１０６1の受光出力の電流値ＩPD1との比Ａを演算する。これは次の（１）式で表わすことができる。
【００４８】
【数１】
0003654170.tif 000002
【００４９】
この値Ａが常に所定の値となるように制御信号１１２をレーザ光源１０２に入力することで、レーザ光源１０２の出力する波長を所望の値に制御することができる。ここで２つの電流値ＩPD1、ＩPD2は１周期以上の長さで周期的に変化する。したがって、従来の技術と異なり広範囲な波長の範囲で所望の波長に設定することが可能になる。すなわち、たとえばレーザ光源１０２の温度をｔ1度近傍に調整することで、光周波数ｆ1近傍のレーザ光１０３を出力させ、これを光周波数ｆ1あるいはその近傍の所定の光周波数に保持させることができる。また、この温度をｔ1度とは異なる他のｔ2度近傍にレーザ光源１０２の温度を調整することで、他の光周波数ｆ2近傍のレーザ光１０３を出力させ、これを光周波数ｆ2あるいはその近傍の他の所定の光周波数に保持させることができることになる。
【００５０】
特に、図２に示した電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線の傾きが急峻となっている任意の位置に制御対象となる光周波数を設定すると、高精度の波長制御が可能になる。たとえば図２で波長λ1を制御対象となる波長とする。波長λ1に対応する電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線上の点を動作点１２１、１２２とする。また、波長λ1から僅かにΔλだけ長波長側の波長（λ1＋Δλ）における電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線上の点を動作点１２３、１２４とする。
【００５１】
この場合、波長λ1から波長（λ1＋Δλ）に変動すると、前記した（１）式の値Ａは２つの動作点１２１、１２３の電流値の差をΔＰとするとき、ΔＰ／（ＩPD1＋ＩPD2）となる。電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線の傾きが急峻となっている場所では差ΔＰが比較的大きな値をとるので、波長λ1の近傍にレーザ光１０３を高精度に合わせ込むことができる。
【００５２】
また、この図２の４つの動作点１２１〜１２４から明らかなように、（１）式以外に各種の式を作成して波長の制御が可能になる。たとえば（１）式の分子の電流値ＩPD1の代わりにもう１つの電流値ＩPD2を使用しても波長の変動を検出することができ、所定の波長に合わせ込む制御が可能になる。
【００５３】
なお、図２で示されるように正弦波の１周期ＦＳＲについて考えると、２つの動作点１２１、１２２と全く同一の電流値ＩPD1、ＩPD2を有する点は更に２点１２５、１２６存在する。これらは波長が周期ＦＳＲの２分の１だけずれた点である。しかしながらこれらの２点１２５、１２６の場合には、波長がΔλだけ増加あるいは減少した際の（１）式の分子としての電流値ＩPD1の符号の正負が逆になる。したがって、演算結果が異なることになり、正弦波の１周期ＦＳＲ分の波長の範囲内で制御対象の波長の特定が可能になる。
【００５４】
図３は、電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線の複数周期分を表わしたものである。縦軸は電流値ＩPD1、ＩPD2のピーク値をそれぞれ“１”とした電流値を表わしており、横軸は光周波数を表わしている。既に説明したように電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線は正弦波であり、複数周期を連続する。したがって、ある光周波数ｆ0のときと光周波数に対する電流の比ｄＩ／ｄｆおよび電流値が等しくなる光周波数ｆｎは次の（２）式の通りとなる。
ｆｎ＝ｆ0±ｎＦＳＲ    ……（２）
ただし、整数ｎは周期の数をいう。
【００５５】
たとえば周期ＦＳＲを５０ＧＨｚ（ギガヘルツ）とし、光周波数ｆ0を任意のＩＴＵグリッド波長に設定する。すると５０ＧＨｚのＩＴＵ間隔の光周波数ｆ1、ｆ2、……で電流値ＩPD1、ＩPD2が同一の値を示すようになり、任意のＩＴＵ波長での動作が可能になる。
【００５６】
以上、発信周波数の変化を演算回路１０８で検出して波長制御回路１１１がこの変化を無くす方向で制御することで所望の波長あるいは発信周波数に固定する制御を説明した。本実施例ではレーザ光１０３の出力が変動したときも、実施例の出力監視制御装置を使用することで、レーザ光の出力変動を補正することができる。すなわち、レーザ光源１０２から出射されるレーザ光１０３の出力が変動することで第１および第２のフォトダイオード１０６1、１０６2の受光出力１０７1、１０７2が変動すると、電流値ＩPD1、ＩPD2の和が増減する。したがって、（１）式の分母を算出した過程でその変動をチェックし、これを一定値に保持することで出力レベルの変動の判別と出力変動の補正が可能になる。
【００５７】
第２の実施例
【００５８】
以上説明した第１の実施例ではレーザ光源１０２から１つの波長のレーザ光源を出力する場合のその監視および制御について説明した。本実施例の出力監視制御装置はこのような１つの波長だけでなく複数の波長に対応させた汎用性の高い装置である。したがって、これを複数組用意してそれぞれ別々の波長に対応させることで高密度波長分割多重通信方式等の光通信システムの制御に対応することができる。これを本発明の第２の実施例として次に説明する。
【００５９】
図４は本発明の第２の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたものである。この光通信システムで、送信側に配置された図示しないＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）装置に接続された光送信機２０１から送り出された波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号は光マルチプレクサ（ＭＵＸ）２０２で多重された後、ブースタアンプ２０３で増幅されて光伝送路２０４に送り出される。光マルチプレクサ２０２は、図１１に示したようなアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：arrayed waveguide）で構成されている。多重化された光信号２０５はインラインアンプ２０６で適宜増幅された後、プリアンプ２０７を経て光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）２０８で元の波長λ1〜λNに分離され、光受信機２０９で受信されるが、その途中の光伝送路２０４に適宜の数のノード（ＯＡＤＭ）２１１1〜２１１Mが配置されている。これらのノード２１１1〜２１１Mでは、所望の波長の光信号が入出力されることになる。
【００６０】
図５は、ノードの構成の概要を示したものである。ここでは第１のノード２１１1を示しているが、第２〜第Ｍのノード２１１2〜２１１Mも原理的には同一の構成となっている。図１に示した光伝送路２０４は、第１のノード２１１1の入力側アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）２２１に入力されて波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号に分波され、各波長λ1〜λNごとに設けられた２入力２出力の光スイッチ２２２1〜２２２Nによって、それぞれの波長λ1〜λNの光信号をノード側受信部２２６に取り込む（drop）と共に、ノード側送信部２２４から送信した光信号を挿入する（Add）。２入力２出力の光スイッチ２２２1〜２２２Nの出力側はそれぞれに対応して設けられたアッテネータ（ＡＴＴ）２２７1〜２２７Nによってゲインを調整された後に出力側アレイ導波路回折格子２２８に入力されるようになっている。出力側アレイ導波路回折格子２２８は入力側アレイ導波路回折格子２２１と逆の構成の素子であり、波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号を多重して光伝送路２０４に光信号２０５として送り出すことになる。
【００６１】
このように図５に示した第１のノード２１１1を始めとして、図４に示した第２〜第Ｍのノード２１１2〜２１１Mおよび光マルチプレクサ２０２ならびに光デマルチプレクサ２０８は共にアレイ導波路回折格子を使用している。したがって、光信号２０５のチャネル数Ｎが多くなる要請の下で、アレイ導波路回折格子の出力側スラブ導波路１６（図１１参照）から多チャネルで取り出される各レーザ光の波長の安定化や出力レベルの監視が重要となる。このため、図４に示すようにこれら各２１１1〜２１１Mおよび光送信機２０１には、これらに対応してそれぞれ出力監視制御装置２３１1〜２３１Mおよび２３１Sが取り付けられている。
【００６２】
図６は、この第２の実施例で使用される出力監視制御装置の構成の概要を表わしたものである。ここでは出力監視制御装置２３１1の例を示すが、他の出力監視制御装置２３１2〜２３１Mおよび２３１Sも構成はこれと実質的に同一である。
【００６３】
出力監視制御装置２３１1は、第１の実施例におけるマッハツェンダ回路１０４（図１参照）と同一構成の第１〜第Ｎのマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nを備えており、それぞれが図５に示した入力側アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）２２１からモニタ用に出力される波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号２４１1〜２４１Nのうちの対応するものを入力するようになっている。第１〜第Ｎのマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nの出力側には、それぞれ図１に示したと同一構成の第１および第２のフォトダイオード１０６1、１０６2が配置されており、これらの受光出力はそれぞれ対応する第１〜第Ｎの演算回路１０８1〜１０８Nに入力されて先の実施例と同様の演算が行われるようになっている。
【００６４】
第１〜第Ｎのマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nには、波長λ1〜λNのそれぞれ異なった光信号が入力される。したがって、第１の実施例の図２で説明したようにそれぞれの波長に対応した周期ＦＳＲとなるようにこれらのマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nの調整が予め行われている。このような調整は、たとえばマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nの基板温度をそれぞれに適した温度に制御することによって実現することができる。したがって、第１〜第Ｎのマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nに対応する第１〜第Ｎの演算回路１０８1〜１０８Nは、それぞれ対応する波長λ1〜λNの光信号を特定してその電流値ＩPD1、ＩPD2の和と第１のフォトダイオード１０６1の受光出力の電流値ＩPD1との比Ａを演算することができる。
【００６５】
第１〜第Ｎの演算回路１０８1〜１０８Nから出力されるそれぞれの演算結果１０９1〜１０９Nは波長制御回路２５１に入力されて、波長のずれの検出結果を基にして入力側アレイ導波路回折格子２２１に対する波長の制御が行われることになる。なお、第１〜第Ｎの演算回路１０８1〜１０８Nでそれぞれの電流値ＩPD1、ＩPD2の和を求めるので、この結果を波長制御回路２５１に入力することで、波長λ1〜λNの光信号それぞれの信号レベルの増減のチェックおよび信号レベルを一定にする制御も可能である。
【００６６】
図７は、この第２の実施例で使用される入力側アレイ導波路回折格子における出力側スラブ導波路の端部近傍を示したものである。通常の出力側スラブ導波路は図１１に示した出力側スラブ導波路１６のようにその出力端に出力導波路１３のみが接続されている。本実施例の出力側スラブ導波路２６１は、その出力側の中央付近に本来の出力導波路２６２を配置し、その両隣に所定の間隔を置いて１対のモニタ用出力導波路２６３、２６４を配置している。これらのモニタ用出力導波路２６３、２６４のうちで不良品でない方を選択して、これらを分岐させて図５に示した第１〜第Ｎのマッハツェンダ回路１０４1〜１０４Nに接続している。
【００６７】
第１の変形例
【００６８】
図８は、第２の実施例で示した出力側スラブ導波路の端部近傍の変形例としての第１の変形例を示したものである。この第１の変形例の出力側スラブ導波路２６１Ａは、波長λ1〜λNに対応するＮ本の出力導波路２６２と、１本のモニタ用出力導波路２７１を配置している。このためこの変形例では、入力側アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）２２１等の１つのアレイ導波路回折格子から１つのモニタ出力を得るようにしており、これを用いてそのアレイ導波路回折格子から出力される波長λ1〜λNの光信号の全体的な波長制御を行うようになっている。
【００６９】
第２の変形例
【００７０】
図９および図１０は、本発明の出力監視制御装置を構成する制御回路の要部を収容したパッケージを第２の変形例として示したものである。このうち図９はその内部構造を上から見たものであり、図１０は内部構造を側方から見たものである。マッハツェンダ回路１０４の入力側にはレーザ光を入射するための光ファイバ３０１が接続されている。図１に示した第１および第２のフォトダイオード１０６1、１０６2はフォトダイオード用サブマウント３０２に実装されて、マッハツェンダ回路１０４の出力側に配置されている。このフォトダイオード用サブマウント３０２はフォトダイオード用配線基板３０３に取り付けられており、ここから外部に受光出力を取り出すための４本の信号線３０５が引き出されている。
【００７１】
マッハツェンダ回路１０４の下にはこれよりも僅かに面積の小さな銅板３０６が配置されており、更にその下には、パッケージ本体３０７の底部に下端部を取り付けたペルチェ素子３０８が配置されている。銅板３０６の表面には図示しない溝が切られていて、この部分に小型のサーミスタの温度検出部分３０９が埋め込まれている。サーミスタの温度検出部分３０９から引き出された２本のリード線３１１、３１２とペルチェ素子３０８の駆動用制御線３１３、３１４は駆動用サブマウント３１５に接続されており、ここから４本の制御線３１７が外部に引き出されている。
【００７２】
この第２の変形例ではマッハツェンダ回路１０４の特に温度制御を行う必要のある基板部分を覆うような形で銅板３０６を配置しこの箇所をペルチェ素子３０８で温度制御しているので、この部分を均一な温度とすることができる。しかも銅板３０６にサーミスタの温度検出部分３０９を２本のリード線３１１、３１２の一部と共に埋め込んでいるので、これらのリード線３１１、３１２の部分から外部の温度が温度検出部分３０９に伝達する不具合を効果的に抑えることができる。
【００７３】
この第２の変形例の４本の信号線３０５および４本の制御線３１７は、パッケージ本体３０７の外部の図示しない回路部分に接続されており、光ファイバ３０１を伝送されるレーザ光の波長が所定の値になるような制御が行われるようになっている。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１および請求項３記載の発明によれば、２光束干渉計から分岐して出力される光ビームを第１および第２の光・電気変換手段でそれぞれ受光しこれらの変換出力の和等を使用して波長のずれを検出するので、簡単な構成で波長のずれの検出や波長を一定にする制御が可能になる。また、第１および第２の光・電気変換手段の変換出力は周期的な変動を示すので、比較的広範囲の波長あるいは多波長に対して基本的に同一構成の出力監視制御装置を使用することができるので、その量産効果によって装置のコストダウンを図ることができる。
【００７５】
また請求項２、請求項３、請求項６、請求項１０記載の発明によれば損失波長特性の１周期に相当する間隔としてのＦＳＲを所望の光周波数としたマッハツェンダ回路を用意して、このマッハツェンダ回路から分岐して出力される光ビームを第１と第２のフォトダイオードに別々に受光させ、演算手段でこれらのフォトダイオードの出力電流の和と第１のあるいは第２のフォトダイオードの出力電流の比をとることにしているので、簡単な構成で波長のずれの検出や波長を一定にする制御が可能になる。また、第１および第２のフォトダイオードの出力電流は周期的な変動を示すので、比較的広範囲の波長あるいは多波長に対して基本的に同一構成の出力監視制御装置を使用することができるので、その量産効果によって装置のコストダウンを図ることができる。
【００７６】
更に請求項４記載の発明によれば、入力する光ビームの強さが変わらなければ第１および第２の光・電気変換手段の変換後の電気信号の信号レベルの和が一定になるという前提を利用し、もしこれらの和が増減するようであれば２光束干渉計の出力する光のレベルが変動しているものとして光のレベル変動を検出するので、簡単に２光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出し、これを一定にする等の制御が可能になる。
【００７７】
また請求項５記載の発明によれば、入力する光ビームの強さが変わらなければ第１および第２のフォトダイオードの出力電流の和が一定になるという前提を利用し、もしこれらの和が増減するようであればマッハツェンダ回路の出力する光のレベルが変動しているものとして光のレベル変動を検出するので、簡単にマッハツェンダ回路の出力する光のレベル変動を検出し、これを一定にする等の制御が可能になる。
【００７８】
更に請求項７〜請求項９および請求項１１記載の発明によれば、アレイ導波路格子を使用して波長分割多重伝送方式等により通信を行う光通信システムにおいて、アレイ導波路格子の少なくとも一部に対応させて請求項１記載の発明のような波長制御手段を具備させることで、効率的で信頼性のある通信を実現することができる。また、波長の制御のための回路装置が各波長について同一の構成となっており量産性があるのでシステムを安価に実現できるだけでなく部品の管理や保守が簡単になる。
【００７９】
また請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の光通信システムで特別な回路を付加することなく光束干渉計の出力する光のレベル変動を検出することができる。
【００８０】
更に請求項１０または請求項１１記載の発明によれば、入力端だけでなく出力端も回路の同じ側の端部に配置された導端路型干渉計を使用することで、モジュールの小型化に貢献することができる。また、入出力端の光路差をＲ状に屈曲した箇所で得るようにしているため、入力端と出力端を素子を構成する基板の異なった側に配置する構成のものと比べると、素子の小型化を図ることができる。このため、１つのウエハから製造できる素子の収量増を図ることができ、コストの低減に寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における出力監視制御装置の構成を示した概略構成図である。
【図２】第１および第２のフォトダイオードの受光によって出力される電流と演算回路の演算内容の関係を示した説明図である。
【図３】電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線の複数周期分を表わした説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。
【図５】第２の実施例の光通信システムに使用されるノードの構成の概要を示したブロック図である。
【図６】第２の実施例で使用される出力監視制御装置の構成の概要を表わしたブロック図である。
【図７】第２の実施例で使用される入力側アレイ導波路回折格子における出力側スラブ導波路の端部近傍を示した要部平面図である。
【図８】出力側スラブ導波路の端部近傍の変形例としての第１の変形例を示した平面図である。
【図９】本発明の第２の変形例における出力監視制御装置を構成する制御回路の要部を収容したパッケージの内部を示す平面図である。
【図１０】第２の変形例におけるパッケージの内部を示す側面図である。
【図１１】従来のアレイ導波路回折格子の全体的な構成を表わした平面図である。
【図１２】従来提案された出力監視制御装置の一例を表わしたブロック図である。
【図１３】図１２に示した提案の装置による各部の信号レベルを表わした各種波形図である。
【図１４】図１２に示した提案に類似した他の装置を示したブロック図である。
【図１５】エタロンを使用して波長の監視制御を行う従来提案された装置の要部を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１０２  レーザ光源
１０３  レーザ光
１０４  マッハツェンダ回路
１０６1  第１のフォトダイオード
１０６2  第２のフォトダイオード
１０８  演算回路
１１１、２５１  波長制御回路
２０１  光送信機
２０２  光マルチプレクサ
２０８  光デマルチプレクサ
２０９  光受信機
２１１  ノード
２２１  入力側アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
２３１  出力監視制御装置
２６１、２６１Ａ  出力側スラブ導波路
２６２  出力導波路
２６３、２６４、２７１  モニタ用出力導波路
【図１】
0003654170.tif 000003
【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】
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【図８】
0003654170.tif 000010
【図９】
0003654170.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
0003654170.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
0003654170.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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