(57)【要約】【課題】量産体制を確立することができ且つ制御機構の簡便なＤＦＢ−ＬＤを用いて、ＤＷＤＭシステム用として十分に使用可能であり且つｍｓのオーダの高速波長切替が可能な広帯域の波長可変光源を提供する。【解決手段】同一の温度制御下にある複数の分布帰還型半導体レーザと、複数の分布帰還型半導体レーザからの出力光を１つの導波路に導く光合波器で構成されている分布帰還型半導体レーザアレイにおいて、分布帰還型半導体レーザ２１の注入電流量を制御する手段と、発振波長を測定する手段を具備し、分布帰還型半導体レーザの波長の粗調整を温度を調整することで行い、温度または光の波長がある範囲内に入った後は、測定した発振波長を発振目標値に近付けるように注入電流量を制御することにより波長の微調整を行う。【選択図】図８
2008103766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の温度制御下にある複数の分布帰還型半導体レーザと、複数の分布帰還型半導体レーザからの出力光を１つの導波路に導く光合波器で構成されている分布帰還型半導体レーザアレイにおいて、
分布帰還型半導体レーザの注入電流量を制御する手段と、発振波長を測定する手段とを具備し、
分布帰還型半導体レーザの波長の粗調整を温度を調整することで行い、温度または光の波長がある範囲内に入った後は、測定した発振波長を発振目標値に近付けるように注入電流量を制御することにより波長の微調整を行う
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザアレイ。
【請求項２】
前記注入電流量を制御する応答速度は、前記温度を調整する応答速度より速い応答速度にする
ことを特徴とする請求項１記載の分布帰還型半導体レーザアレイ。
【請求項３】
前記波長の微調整において発振光の波長を目標値に近づけるように制御されている注入電流量を、注入電流量の目標値に近づけるように分布帰還型半導体レーザの温度を制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載の分布帰還型半導体レーザアレイ。
【請求項４】
光出力パワーを制御する手段と、光出力パワーを測定する手段とを具備し、
注入電流を制御する応答速度よりも速い応答速度で光出力パワーを一定に保つように光出力パワーを制御する
こと特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の分布帰還型半導体レーザアレイ。
【請求項５】
入力光に対して、利得が光入力パワーに依存し、光入力パワーが大きくなるほど利得が小さくなるため、注入電流量変化による光出力パワーの変動を抑える手段を具備する
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の分布帰還型半導体レーザアレイ。
【請求項６】
分布帰還型半導体レーザアレイの代わりに単体の分布帰還型半導体レーザを用いる
ことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の分布帰還型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを用いた高速波長切替が可能な広帯域波長可変光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、伝送容量の大容量化を実現するには、多くの波長チャンネルを狭い間隔で高密度に多重するＤＷＤＭ（高密度波長分割多重）伝送が必要であり、多くの波長チャンネルを発信できる波長可変光源が必要である。このＤＷＤＭ伝送に必要な波長可変光源としては、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）、分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）、外部共振型半導体レーザ、面発光レーザ等がある。この中でＤＦＢ−ＬＤは単一縦モードで発信すること、また、他のレーザと比較して製造が容易で信頼性が高く、波長の制御方法も容易であるという利点があるため、現在、光通信システムに多く用いられている。
【０００３】
ＤＦＢ−ＬＤは、温度制御によって３ｎｍ程度の波長を制御することができる。最近、このＤＦＢレーザを複数個アレイ上に配置して広帯域の波長可変光源として用いることが報告されている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
ＤＦＢ−ＬＤを用いたアレイの構成図を図１に示す。１０はＬＤ電流源、１１はＮ個のＤＦＢ−ＬＤ、１２はサーミスタよりなりＤＦＢ−ＬＤ１１の温度をモニタするＬＤ温度モニタ、１３はＤＦＢ−ＬＤの温度を調節するＬＤ温度調節器、１４はペルチェ素子よりなり、ＬＤ温度モニタ１２がモニタする温度に基づきＬＤ温度調節器を制御するＬＤ温度制御回路、１５は光カプラよりなり、各ＤＦＢ−ＬＤ１１から出力された光を合波する光合波器、１６は利得素子、１７は利得素子電流源である。
【０００５】
上記文献ではＤＦＢ−ＬＤ１１は１６個配置されている。各ＤＦＢ−ＬＤの発振波長は同一温度下で３ｎｍ程度ずれるように設定する。ＬＤ電流源１０より一つのＤＦＢ−ＬＤ１１に対して電流を注入する。各ＤＦＢ−ＬＤ１１の出力光は光合波器１５によって一つの光導波路に導かれる。その後、半導体光増幅器（ＳＯＡ）によって光出力パワーを上げる。ＤＦＢ−ＬＤ１１の温度はＬＤ温度モニタ１２により検出され、ＬＤ温度制御回路１４により制御されるＬＤ温度調節器１３により、通常、所望の温度に調節される。
【０００６】
ＤＦＢ−ＬＤ１１の発振波長を切り替えるには以下の方法で行う。このＤＦＢ−ＬＤアレイは４７ｎｍ程度の波長を変化させることができる。４７ｎｍ波長の波長可変範囲を１６分割して、３ｎｍ程度異なる波長の光をそれぞれのＤＦＢ−ＬＤ１１から発振させる。それぞれのＤＦＢ−ＬＤ１１における上記の波長変化は温度調整により行う。この方法により４７ｎｍの波長可変範囲をカバーすることができる。
【０００７】
上記文献では、光合波器１５に光カプラを用いている為、所望の波長の光を発振させるＤＦＢ−ＬＤ１１を選択して電流を注入する。ここで、光合波器１５の他に、ＭＥＭＳ−ＳＷ（Micro Electro-mechanical system）等による光セレクタを用いてＤＦＢ−ＬＤ１１の出力光を一つ選択する方法も報告されている（例えば、非特許文献２）。
【０００８】
ＤＦＢ−ＬＤにおける発振波長を変える方法としては、温度を変化させることで波長を変化させる方法の他に、ＤＦＢ−ＬＤへの活性層への注入電流量を変化させることで発振波長を変化させる方法が報告されている。例えば、特許文献１では、ＤＦＢ−ＬＤの発振波長を変化させる際に温度調節を行うが、注入電流量の調整も併用することで高速に波長を変化させる。特許文献２では、ＤＦＢ−ＬＤの発振光をアセチレン吸収線に調整するために、注入電流量を制御している。
【特許文献１】特開平９−３３１１０７号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４８７７号公報
【非特許文献１】H. Oohashi, et al, 2001 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials Onference Proceedings, FB1-2, 2001
【非特許文献２】B. Pezeshki, et al, IEEE Photon. Tecnol. Lett., vol. 14, pp. 1557-1559, 2002
【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、上記の波長可変光源には次のような問題点があった。
【００１０】
ＤＢＲ−ＬＤについては高速な波長切替は実現可能であるが、活性層領域の他に反射領域、位相領域に注入する電流も同時に制御する必要がある為、制御系が複雑になるという問題点がある。外部共振型半導体レーザ、面発光レーザについては、波長切替を高速で行える手段としてＭＥＭＳによる波長切替機構が提案されているが、波長切替速度が数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ程度と限界がある。
【００１１】
ＤＦＢ−ＬＤを複数実装したＤＦＢ−ＬＤアレイであるが、波長調整をＤＦＢ−ＬＤの温度を調節することで行う為、波長切替時間に数１０秒を要する。
【００１２】
注入電流を制御して波長を調整する方法では、高速な波長変化を実行することができるが、注入電流量で制御できる波長範囲はサブｎｍのオーダと限られているため、広帯域の波長可変光源として用いることはできない。
【００１３】
本発明の目的は、量産体制を確立することができ、且つ、制御機構の簡便なＤＦＢ−ＬＤを用いて、ＤＷＤＭシステム用として十分に使用可能であり、且つ、ｍｓのオーダの高速波長切替が可能な広帯域の波長可変光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では前記目的を達成するため、請求項１では、ＤＦＢ−ＬＤアレイにおいて注入電流で制御できない波長範囲の調整を温度調整で行い、注入電流で制御可能な範囲内に波長が収束した後は、注入電流調整での波長調整を行うことで、高速波長切替、及び、広帯域の波長可変光源を実現する。現在、全てを温度で波長調整を行っているＤＦＢ−ＬＤアレイよりも、高速な波長切替が実現できる。
【００１５】
ＤＦＢ−ＬＤにより、注入電流をΔＩだけ変えたときの発振周波数（波長）の変化Δｆの測定結果は以下の通りである。
【００１６】
【数１】
2008103766.tif 000003
【００１７】
この式において、右辺第１項は活性層の屈折率が注入電流量により変化した分であり、ｍｓオーダ以下の高速で発振波長が変化する。右辺第２項は注入電流量を変化させることで、ＤＦＢ−ＬＤの温度が変化して、その温度変化に相当する発振波長の変化を示している。この項は温度変化を介しているため、ｓｅｃオーダで変化する。この波長変化量はＤＦＢ−ＬＤの構造によって多少変わるが、特許文献１では第１項の係数が−１ＧＨｚ／ｍＡと報告されており、注入電流を変化させることで波長変化を高速に行うことができることが確認できる。
【００１８】
請求項２のＤＦＢ−ＬＤアレイでは、注入電流量を制御する応答速度を、温度を調整する応答速度より速くすることにより、複数の負帰還制御を両立させる。
【００１９】
請求項１、２のＤＦＢ−ＬＤアレイでは、発振波長が所望の波長になるように注入電流量を制御するため、注入電流量が大きい状態、または小さい状態で発振波長が目標波長に一致する可能性がある。注入電流量が大きい時は、消費電力が大きい及び素子劣化を加速させる欠点がある。一方、注入電流量が小さい時は、光ＳＮ特性が悪くなる欠点がある。このため、注入電流量はある適度な値に固定した方が良い。本発明の請求項３では、注入電流量をある値に調整するために、ＤＦＢ−ＬＤ温度を調整することで実現する。
【００２０】
請求項１〜３のＤＦＢ−ＬＤアレイでは、注入電流を変化させるため波長可変光源からの出力パワーも変化する。本発明の請求項４では、波長可変光源からの出力に利得素子を入れ、出力パワーが一定になるように利得を制御する。利得の制御は、注入電流制御よりも早い応答速度で制御を行うことで実現する。
【００２１】
請求項５では、請求項４の利得素子の代わりに、利得が入力パワーに依存する素子を用いる。入力パワーが大きい時に利得が小さい利得素子を用いることで、注入電流量変化による光出力パワー変動を抑える。請求項４と比較して利得素子の制御回路が不要な分だけ簡単な構成になり、波長可変光源の出力パワーが一定になる。
【００２２】
請求項６では、請求項１乃至５と同じ波長制御方法を単体のＤＦＢ−ＬＤが行う。現在温度で波長調整を行っている単体ＤＦＢ−ＬＤよりも高速な波長切替が実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載のＤＦＢ−ＬＤアレイによれば、注入電流により制御できない波長範囲を温度制御により制御するため、より広範囲で、尚且つ、高速波長切替可能な波長可変光源を実現できる。さらに、注入電流制御により波長の調整を高速に行うことができる為、各ＤＦＢ−ＬＤの動作温度にばらつきがあっても良く、ＤＦＢ−ＬＤの製造の困難さを低減させることができ、安価にＤＦＢ−ＬＤアレイを実現することができる。
【００２４】
また、請求項２記載のＤＦＢ−ＬＤ２１アレイによれば、注入電流量を制御する応答速度を、温度を調整する応答速度より速くすることにより、複数の負帰還制御を両立させることができる。
【００２５】
また、請求項３記載のＤＦＢ−ＬＤ２１アレイによれば、注入電流で波長を制御することにより高速な波長切替が実現できるが、長い時間スケールで、注入電流量をある一定の量に調整することができる為、ＤＦＢ−ＬＤアレイの消費電力の低減、素子劣化の抑圧、光学特性の改善を行うことができる。
【００２６】
また、請求項４記載のＤＦＢ−ＬＤアレイによれば、光出力パワーを一定にすることができる為、光通信システムに適した光源を実現することができる。
【００２７】
また、請求項５記載のＤＦＢ−ＬＤアレイによれば、光出力パワーを一定にすることができる為、光通信システムに適した光源を実現することができる。
【００２８】
また、請求項６記載のＤＦＢ−ＬＤによれば、波長の微調整を注入電流により制御を行う為、現状のＤＦＢ−ＬＤよりも波長切替の高速化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。
【００３０】
図２は本発明の第１の参考例を示している。図２において、２０はＬＤ電流源、２１はＮ個のＤＦＢ−ＬＤ、２２はＤＦＢ−ＬＤ２１の温度をモニタするＬＤ温度モニタ、２３はＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を調節するＬＤ温度調節器、２４はＬＤ温度モニタ２２がモニタする温度に基づきＬＤ温度調節器２３を制御するＬＤ温度制御回路、２５は各ＤＦＢ−ＬＤ２１から出力された光を合波する光合波器、２６は光分波器、２７は光分波器２６の波長をモニタする波長モニタ、２８はＬＤ電流源２０を制御するＬＤ電流制御回路である。
【００３１】
ＤＦＢ−ＬＤ２１は活性層領域に回折格子を形成した半導体レーザであり、活性層に電流を注入することにより単一縦モードの光を発信できるレーザである。１．５μｍ帯の光を発信する場合にはＩｎＧａＡｓＰ系半導体を用いる。光合波器２５は複数の経路から出力される光を一つの経路にまとめる素子であり、光カプラ、ＡＷＧ（Array Waveguide Grating）等を用いることができる。光分波器２６は、一つの経路から入力される光を複数の経路に分岐する素子であり、光カプラ、ハーフミラー、ビームスプリッタ等が用いられる。波長モニタ２７は入力光の波長を測定する装置または素子である。ＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、光分波器２６、波長モニタ２７間の光の経路では、光導波路、光ファイバ、空間系等を伝達する。ＬＤ温度調節器２３はＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を調節する素子または装置であり、ペルチェ素子等が用いられる。図２ではＬＤ温度調節器２３で温度調整を行っている範囲が、ＤＦＢ−ＬＤ２１の部分であるが、ＤＦＢ−ＬＤ２１の他に光合波器２５、光分波器２６、波長モニタ２７も含める場合もある。ＬＤ温度モニタ２２はＬＤ温度調節器２３で調節を行ったＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を測定する素子または装置であり、サーミスタ等が用いられる。光分波器２６、波長モニタ２７の部分にＬＤ温度調節器２３とは別の温度調節器を用いる場合もある。ＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ温度モニタ２２は、一つのケースに実装する場合が多い。また、同じケースに光分波器２６、波長モニタ２７を含める場合もある。ＬＤ電流源２０はＤＦＢ−ＬＤ２１に電流を供給する装置であり、選択した１つのＤＦＢ−ＬＤ２１に電流を注入する。ＬＤ電流制御回路２８は、ＬＤ電流源２０がＤＦＢ−ＬＤ２１に注入する電流量を制御する装置であり、波長モニタ２７で検出した発振光の波長から算出した量の電流を注入する。ＬＤ温度制御回路２４はＬＤ温度調節器を制御する装置である。
【００３２】
以下、構成部品の詳細及び動作原理について説明する。Ｎチャンネルの波長可変光源を実現する場合には、Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１を用いる。各ＤＦＢ−ＬＤの発振波長が各チャンネルの波長に対応する。この時、各ＤＦＢ−ＬＤ２１が出来るだけ同一温度で所望のチャンネルの波長を発振できるようなＤＦＢ−ＬＤ２１を実装する。複数のＤＦＢ−ＬＤ２１の中で発振するＤＦＢ−ＬＤ２１は１つのみであり、ＬＤ電流源２０より発振させるＤＦＢ−ＬＤ２１を選択して注入電流を流す。ＤＦＢ−ＬＤ２１の発振光が合波器２５により一つの経路にまとめられた後、光分波器２６によって発振光の一部が分岐される。分岐された光は波長モニタ２７によって波長の測定に用いられる。この波長モニタ２７では、全てのチャンネルの波長を測定する必要があり、また、光パワーが異なっても波長が測定できる機構である必要がある。光通信に用いられる光の波長はＩＴＵグリッドで定められており、５０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、２００ＧＨｚ間隔となっているため、ここの波長モニタ２７としてファブリーペローエタロンフィルタを用いる方法が一例としてあげられる。ファブリーペローエタロンフィルタを用いる波長モニタ２７の方法をあげると、全光パワーと、ファブリーペローエタロンフィルタの透過パワーの比を検出する方法、透過中心波長の異なる２種類のファブリーペローエタロンフィルタの透過出力の差を検出する方法等がある。ここで実際に発振している光の波長と、発振させたい目標波長とのずれを検出して、そのずれを負帰還制御により注入電流量を変えることで制御を行う。ここで、注入電流量と波長シフト量との関係は、式(１)で示した通りであり、注入電流量を調整することで発振波長を調整することができる。
【００３３】
図２では、発振波長の測定のため分波器２６で発振光の一部を分岐して波長検出する構成を示している。発振波長の測定方法としては、図２の他に光合波器の変わりにＮ×２光カプラを用いる方法、ＤＦＢ−ＬＤ２１と光合波器の間で光分波器２６を入れて発振光を抽出する方法、ＤＦＢ−ＬＤ２１において合波器２５とは反対側にも発振光を出しその光の波長を測定する方法等がある。後者二つの場合には、波長モニタ２７をＮ個分準備するか、モニタ用のＮ個の経路を一つに束ねて図２と同一の波長モニタを用いる。波長モニタ２７をＮ個分準備する場合には特定の波長を検出できる波長モニタで良い。
【００３４】
ＤＦＢ−ＬＤ２１の温度調整は、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ温度制御回路２４によって行う。ＬＤ温度モニタ２２ではサーミスタ等が用いられ、サーミスタの抵抗値を検出することでＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を測定することができる。ＬＤ温度調節器２３にはペルチェ素子等が用いられる。ペルチェ素子への印加電圧または印加電流を変えることで、ＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を調節することができる。ＬＤ温度制御回路２４では、ＬＤ温度調節器２３を通してＤＦＢ−ＬＤ温度を制御する機器であり、ＬＤ温度調節器２３に一定の電圧を印加する制御（一定電圧制御）、またはＬＤ温度モニタ２２で測定した温度から負帰還制御を行い一定温度に保持する制御（一定温度制御）を行う。
【００３５】
負帰還制御がＬＤ温度制御とＬＤ注入電流制御との両方を行っているが、これらの複数の負帰還制御を両立させる為には、各負帰還制御の応答速度を、ＬＤ温度制御の整定時間（Ｔｔ）、ＬＤ電流制御の整定時間（Ｔｉ）とすると、Ｔｔ＞Ｔｉとなるように設定する。ここで整定時間とは、ステップ応答が定常値の±５％以内の範囲に落ち着くまでに要する時間のことを呼び、速応性と収束性の両方を示すパラメータである。ペルチェ素子による温度制御の整定時間はｓｅｃオーダである一方、注入電流制御の整定時間はｍｓｅｃオーダで行うことができる。
【００３６】
ＬＤ注入電流の負帰還制御を開始すると、波長モニタで検出した波長をもとにｍｓｅｃオーダで瞬時に発振波長を所望の波長に調整することができる。しかしながら（１）式によると、注入電流値を変えることで、ＬＤ温度もｓｅｃオーダでゆっくりと変化する。ＤＦＢ−ＬＤ２１の温度はＬＤ温度モニタ２２とＬＤ温度調節器２３により多少温度制御されているが、応答速度が遅いため温度制御しきれない分もあり、ＤＦＢ−ＬＤ２１の温度の変化に対する発振波長の変化が生じる。このＤＦＢ−ＬＤ２１の温度変化による発振波長の変化に対しては、ｍｓｅｃオーダの高速で波長モニタ２７から注入電流へと負帰還制御を行っているため、常に所望の波長に波長調整されている状態になる。以上の機構により高速な波長切替が実現できる。
【００３７】
図２に示すような光合波器２５の代わりに光セレクタを用いてチャンネルを選択する構成もある。光セレクタには、Ｎ×１の光スイッチが用いられ、ＰＬＣ−ＴＯＳＷ（熱光学効果による屈折率変化を用いた、光導波路基板上に作製されたスイッチ）、ＭＥＭＳ（Micro electro-Mechanical System）によるスイッチ等を用いることができる。この時電流は、１つのＤＦＢ−ＬＤ２１のみに注入しても良いし、全てのＤＦＢ−ＬＤ２１に注入してもよい。
【００３８】
ここで、ＤＦＢ−ＬＤアレイに実装する各ＤＦＢ−ＬＤ２１の同一温度下における発振波長の目標発振波長からのずれの許容範囲について述べる。同一温度下における発振波長が目標発振波長からずれていても、注入電流を調整することにより高速に波長調整を行うことが出来るため、多少ずれていても良い利点がある。注入電流量で５０ｍＡ程度制御できる場合、４０ＧＨｚ程度の範囲内であれば、ｍｓｅｃオーダでの高速な波長調整が可能になる。その為、ＤＦＢ−ＬＤアレイに実装するＤＦＢ−ＬＤ２１の発振波長の目標発振波長からのずれの許容量が±２０ＧＨｚ以内と大きくとることができる。ＤＷＤＭ用に用いる波長可変光源の目標発振波長からのずれの許容範囲を±２．５ＧＨｚ以内とすると、注入電流制御無しでは±２．５ＧＨｚ以内のＤＦＢ−ＬＤを実装しなければならないが、注入電流制御を組み合わせることにより、±２０ＧＨｚ以内と許容範囲が大幅に広がる。このＤＦＢ−ＬＤの発振波長の許容範囲の大幅な改善により、光源製造の負担を軽減でき、安価に波長可変光源を作製することが可能になる。
【００３９】
以上述べたように図２の構成にすることで、ｍｓｅｃオーダで高速に波長切替が行えるＮチャンネルの波長可変光源が実現できる。Ｎチャンネルの選び方は、１００ＧＨｚ間隔でも、２００ＧＨｚ間隔でも可能であり、また、ＩＴＵグリッド上の任意のチャンネルを不等間隔に選択することも可能である。さらに、図２の構成にすることで、波長可変光源の製造の簡易化を行うことができる。
【００４０】
図３は本発明第２の参考例を示している。Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、光分波器２６、波長モニタ２７、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ電流源２０、ＬＤ電流制御回路２８、ＬＤ温度制御回路３４から構成される。本発明第１の参考例を説明する図２とは、ＬＤ温度制御回路が異なり、ＬＤ温度制御回路３４においては、注入電流の量を考慮している点が異なる。
【００４１】
第１の参考例ではＬＤ温度が一定になるように、または、ＬＤ温度調節器２３に一定電圧を印加するように制御を行っていた。図３では波長から負帰還制御を行った注入電流量をある値（注入電流量の目標値）に近づけるようにＬＤ部分の温度調整を行う。ここで負帰還制御がＬＤ温度制御とＬＤ注入電流制御との両方を行っているが、これらの複数の負帰還制御を両立させる為には、各負帰還制御の整定時間を、ＬＤ温度制御の整定時間（Ｔｔ）、ＬＤ注入電流制御の整定時間（Ｔｉ）とすると、Ｔｔ＞Ｔｉとなるように制御を行う。ペルチェ素子の温度制御の整定時間はｓｅｃオーダであるのに対し、注入電流制御の整定時間ｍｓｅｃオーダにすることで、両者の負帰還制御が実現する。
【００４２】
ＬＤ温度を注入電流値が目標値になるように制御する利点は以下の通りである。注入電流で波長を制御すると、注入電流が大きくなりすぎた状態、または小さくなりすぎた状態で目標波長に収束する可能性がある。注入電流が大きすぎると消費電力が大きいだけでなく、素子の劣化を早める原因となる。また、注入電流が小さすぎると、光出力パワーが弱く、光ＳＮ特性も悪くなる。その為、長期間使用する場合には、注入電流をある適度な量に調整した方が良い。図３の構成にすると、注入電流量が大きくなった状態または小さくなった状態で目標波長に収束しても、ＬＤ温度を調整することにより長い時間スケールで注入電流量をある値に調整することができるので、消費電力、素子劣化を抑えること及び良い光学特性を得ることができるのである。
【００４３】
図４は本発明第３の参考例を示している。Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、光分波器２６、波長モニタ２７、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ電流源２０、ＬＤ電流制御回路２８、ＬＤ温度制御回路２４、利得素子４０、利得素子制御回路４３、利得素子電流源４２、パワーモニタ４１から構成される。
【００４４】
本発明第１の参考例を示す図２とは、利得素子４０、利得素子制御回路４３、利得素子電流源４２、パワーモニタ４１が追加された点が異なる。利得素子４０は、ＤＦＢ−ＬＤ２１より発振された光を増幅または減衰する素子であり、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、光減衰器等が用いられる。利得素子４０は電流を供給することで作動するが、電流量を変えることで利得量を変化させることのできるものを用いる。利得素子４０に電流を供給するのが利得素子電流源４２である。ここで利得素子４０が電圧供給で作動する素子であれば、利得素子電流源４２の代わりに利得電圧源を用いる。また、利得素子電流源４２からの電流供給量を調整するのが利得素子制御回路４３である。パワーモニタ４１は光分波器２６によって分離した光のパワーを測定する素子または装置であり、フォトダイオード（ＰＤ）等により測定できる。
【００４５】
以下に動作方法を説明する。ＤＦＢ−ＬＤアレイから出力される光の一部を光分波器２６により抽出して、ＤＦＢ−ＬＤアレイから出力される光のパワーを測定する。利得素子制御回路４３では、測定された光パワーが目標値に近づくように利得素子４０の電流量を負帰還制御を行う。図４の構成では、ＤＦＢ−ＬＤ２１への注入電流量を制御して波長の調整を行っているため、利得素子４０を一定出力パワー制御で作動させることで、ＤＦＢ−ＬＤ２１からの出力パワーが常に一定になる。
【００４６】
ここでは、利得素子制御、温度制御、ＬＤ注入電流制御と三つの負帰還制御を行っている。これらの負帰還制御をお互いに影響を及ぼさずに行う必要があるため、各負帰還制御の整定時間を、利得素子制御の整定時間（Ｔａ）、ＬＤ温度制御の整定時間（Ｔｔ)、ＬＤ注入電流制御の整定時間（Ｔｉ）とすると、Ｔｔ＞Ｔｉ＞Ｔａとなるように制御を行う。ペルチェ素子の温度制御の整定時間はｓｅｃオーダ、注入電流制御の整定時間をｍｓｅｃオーダとして、利得素子制御の整定時間をサブｍｓｅｃオーダ以下にする必要がある。
【００４７】
図４では光パワーの測定のために分波器２６で発振光の一部を分岐してパワー測定する構成を示している。光パワーの測定方法としては、図４の他にＤＦＢ−ＬＤ２１と光合波器２５の間に光分波器２６を挿入し、発振光を抽出する方法、光合波器２５の変わりにＮ×２光カプラを用いる方法、ＤＦＢ−ＬＤ２１において合波器２５とは反対側に発振光を出しその光のパワーを測定する方法がある。いずれの場合でも、利得素子４０で光パワーを制御する前に光パワーを測定する場合には、入力光パワーから必要な利得を算出して利得素子電流源４２を制御する必要がある。
【００４８】
図４の構成では下の利点がある。図２、３の構成では注入電流量を変えて波長の制御を行う為、光出力パワーも注入電流量に応じて変化する。しかし、光通信用のＤＷＤＭ伝送用に用いるためには光出力パワーが一定である必要がある。図４のように行うことで、一定の光出力パワーを得ることができる。
【００４９】
図５は本発明第４の参考例を示している。Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、光分波器２６、波長モニタ２７、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ電流源２０、ＬＤ電流制御回路２８、ＬＤ温度制御回路２４、飽和特性利得素子５０、利得素子電流源５１から構成される。第１の参考例を示す図２とは飽和特性利得素子５１、利得素子電流源５１が追加された点が異なる。飽和特性利得素子５０は、入力光の強度により利得が変化する素子であり、入力光強度が大きいときは利得量は小さく、入力光強度が小さいときは利得量が大きくなる素子である。光半導体アンプ（ＳＯＡ）を利得飽和領域で動作させる場合、このような飽和特性を示す。利得素子電流源５１は、飽和特性利得素子５０を駆動するための電流源であり、一定電流制御で駆動させる。
【００５０】
光出力パワーは注入電流量により決まるため、注入電流制御の速度で光パワーが変動する。飽和特性を示す飽和特性利得素子５０は、この高速に変動する光パワーに追随しなければならず、応答速度が注入電流制御よりも高速になる必要がある。光増幅器は応答速度がｎＳオーダと高速であるためこのために用いることができる。
【００５１】
図５の構成にすることで、以下の利点がある。利点は本発明第３の参考例と同様に、注入電流量が変化しても一定の光出力パワーを得ることができる。さらに、図４のように、利得素子５１の負帰還制御が必要でなくなるため、図４よりも簡単な構成で実現できる利点がある。
【００５２】
次に、第５の参考例における高速な波長変化を行うことのできるＤＦＢ−ＬＤアレイを説明する。
【００５３】
図６は、本参考例の説明を行う為に、注入電流量と発振波長との関係を示したものである。本発明第１の参考例を示す図２では、Ｎチャンネルの波長可変光源を実現するために、Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１を用いた。この各ＤＦＢ−ＬＤ２１における注入電流量と発振波長との関係を示したのが図６（ａ）である。しかし、注入電流量を１００ｍＡ程度制御できる場合、注入電流で制御できる波長可変範囲は約８０ＧＨｚとなる。その為、５０ＧＨｚ間隔の波長可変光源を実現する場合、注入電流を制御する方法で１個のＤＦＢ−ＬＤ２１につき２チャンネル発振させることができる。
【００５４】
図６（ｂ）は、この方法を用いた場合の各ＤＦＢ−ＬＤ２１における注入電流量と発振波長との関係を示したものである。このような方法を用いることにより、少ない数のＤＦＢ−ＬＤ２１でより多くのチャンネルを発振できる波長可変光源を構築することができる。
【００５５】
図７は本発明の第６の参考例を示している。Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ電流源２１、ＬＤ温度制御回路２４、ＬＤ電流値記録装置７０から構成される。図７は、本発明第１の参考例を説明する図２から波長モニタで検出した発振波長を注入電流量に負帰還制御を行う箇所を省き、その代わりにＬＤ電流値記録装置７０が追加された点が異なる。図７では各ＤＦＢ−ＬＤ２１における各チャンネルを発振させる注入電流値をあらかじめ測定しておき、その注入電流量をＬＤ電流値記録装置７０に保存しておく。チャンネルを切り替える時には、電流値は保存されている注入電流値を読み出し、その値をＬＤ電流源２１に送ることで、その値の電流量をＤＦＢ−ＬＤ２１に注入する。本構成では、注入電流の負帰還制御回路を省くことができ、簡単な構成で高速な波長可変光源を実現できる。
【００５６】
図７の構成において、さらに同一温度下における各ＤＦＢ−ＬＤ２１の発振波長の目標波長からのずれの許容範囲を狭くすること、及び、実際に発振する光の目標波長からのずれの許容範囲を広くすることにより、各ＤＦＢ−ＬＤに対して同一の注入電流量を設定することも可能になる。
【００５７】
図８は本発明の第１の実施形態を示している。Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ２１、光合波器２５、光分波器２６、波長モニタ２７、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ電流源２０、ＬＤ電流制御回路２８、ＬＤ温度制御回路２４、判別回路８０から構成される。
【００５８】
本発明第１の参考例を説明する図２との違いは、図２では波長の調整に注入電流制御のみを用いていたのに対し、図８では波長の調整において粗調整に温度調整を用い、微調整に注入電流による調整を用いている点が異なる。図８で新たに加わっている判別回路８０は、粗調整から微調整へ切り替えるか否かを判別する回路である。
【００５９】
図８の構成の詳細を述べる。各ＤＦＢ−ＬＤ２１は約４００ＧＨｚ間隔で実装する。ＤＦＢ−ＬＤ２１は４００ＧＨｚの範囲では温度制御により調整することができる。所望の波長に調整する場合、まず、ＬＤ温度調節器２３によりＤＦＢ−ＬＤの温度の調整を行い、波長の粗調整を行う。この時、ＬＤ温度モニタ２２によってＤＦＢ−ＬＤ２１温度を検出しながら調整する方法、または、波長モニタ２７によって出力光の波長を検出しながら調整する方法どちらの方法でも良い。図８では、温度モニタ２２よりＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を検出しながら調整する方法を示している。通常、ペルチェ素子の整定時間は数ｓｅｃオーダと時間がかかるが、ＰＩ制御等によりサブｓｅｃオーダの整定時間に改善することができる。ＬＤ温度モニタにおいて目標とする温度範囲内、または、波長モニタ２７において目標とする波長範囲内に収まっているか否かは判別回路８０にて判別する。ＬＤ温度モニタ２２によりＤＦＢ−ＬＤ２１の温度を検出して制御を行う場合には、所望の波長を発振する動作温度を事前に測定をしておき、その値または粗調整の目標温度範囲を記録媒体に保存しておく。判別回路８０にて目標温度範囲または目標波長範囲に収束したことを判別すると、注入電流制御を開始する。注入電流制御とは、第１の参考例で述べたように温度を固定して注入電流の調整のみで波長制御を行う方法または第２の参考例で述べたように注入電流の調整で波長制御を行い、同時に温度調整により長い時間スパンで注入電流を目標値に近づける方法である。どちらの方法を用いても、注入電流制御に切り替えた後、ｍｓｅｃオーダで瞬時に目標とする波長に調整することができる。粗調整から微調整へ切り替える条件となる温度範囲の一例であるが、注入電流量で調整できる波長範囲が±４００ＧＨｚ程度であれば、目標温度の±４℃の範囲になる。通常、ペルチェ素子等での温度制御は整定時間がｓｅｃオーダであるが、±４℃の範囲内に収束することはサブｓｅｃオーダで実現できる。上記温度範囲内に温度が収束すれば、注入電流制御に切り替えることによりｍｓオーダで目標値に波長を調整することが実現できる。
【００６０】
粗調整から微調整への切り替えの判別方法について説明する。粗調整における温度の制御において、目標温度への調整を行う際に、応答速度をできるだけ早く設計する必要があるが、オーバーシュートを粗調整の目標温度範囲内に収めておくことが望ましい。これは、粗調整から微調整へ切替る判別の際に、ＬＤ温度モニタ２２で検出した温度が目標温度範囲内に入っているか否かを判別するだけでよく、判定方法が簡単になる。逆にオーバーシュートが粗調整の目標範囲外になる場合には、微調整から粗調整への元に戻す切替機構が必要になる。前記の例の±４℃の粗調整目標範囲は比較的広い目標範囲であるため、制御回路の設計が容易に行える。波長モニタ２７を用いて粗調整を行う場合も同じように行う。
【００６１】
図８で示す構成にすると、以下の利点がある。1つのＤＦＢ−ＬＤ２１につき４００ＧＨｚの波長範囲で発振することができる為、複数のＤＦＢ−ＬＤ２１を用いることで非常に広範囲の波長範囲、または、非常に多くの波長チャンネルで発振することができる。さらに、温度調整のみでは、波長調整に数ｓｅｃ程度と非常に時間がかかるのに対し、粗調整のみを温度調整で行い、微調整を注入電流制御で行うことで、サブｓｅｃオーダの波長切替速度と改善を行うことができる。
【００６２】
図９は本発明の第２の実施形態を示している。図９では、１個ＤＦＢ−ＬＤ２１、光分波器２６、波長モニタ２７、ＬＤ温度モニタ２２、ＬＤ温度調節器２３、ＬＤ電流源２０、ＬＤ電流制御回路２８、ＬＤ温度制御回路２４、判別回路８０から構成される。本発明第１の実施形態を示す図８とは、ＤＦＢ−ＬＤ２１が１個であること、光合波器２５がないことが異なる。
【００６３】
波長切替の方法は第１の実施形態と同様であり、まず波長の粗調整をＬＤ温度調節器２３により温度を調整する。その後、ＤＦＢ−ＬＤの温度または波長が一定範囲に収束されると判別回路８０で収束された事を確認して、注入電流制御による微調整を開始する。このような第１の実施形態と同様の機構により、単体のＤＦＢ−ＬＤ２１において約４００ＧＨｚの範囲の波長切替時間をサブｓｅｃオーダに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来例のＤＦＢ−ＬＤアレイを示す構成図
【図２】第１の参考例のＤＦＢ−ＬＤアレイの構成図
【図３】第２の参考例のＤＦＢ−ＬＤアレイの構成図
【図４】第３の参考例のＤＦＢ−ＬＤアレイの構成図
【図５】第４の参考例のＤＦＢ−ＬＤアレイの構成図
【図６】（ａ）第１の参考例における注入電流量と発振波長との関係を示した図  （ｂ）第５の参考例における注入電流量と発振波長との関係を示した図
【図７】第６の参考例のＤＦＢ−ＬＤアレイの構成図
【図８】第１の実施形態のＤＦＢ−ＬＤアレイの構成図
【図９】第２の実施形態のＤＦＢ−ＬＤの構成図
【符号の説明】
【００６５】
１０、２０…ＬＤ電流源、１１、２１…ＤＦＢ−ＬＤ、１２、２２…ＬＤ温度モニタ、１３、２３…ＬＤ温度調節器、１４、２４…ＬＤ温度制御回路、１５、２５…光合波器、１６、４０…利得素子、１７、４２、５１…利得素子電流源、２６…光分波器、２７…波長モニタ、２８…ＬＤ電流制御回路、３４…ＬＤ温度制御回路、４１…パワーモニタ、４３…利得素子制御回路、５０…飽和特性利得素子、７０…ＬＤ電流値記録装置、８０…判別回路。
【図１】
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【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】
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【図９】
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