(57)【要約】【課題】光送信モジュール製造時の調整（位置合わせ）を容易にする。【手段】ＬＤ１０１と、ＬＤ１０１の出射光を受光するＰＤ１０５と、ＬＤ１０１とＰＤ１０５との間の出射光の光路上に配置されて、その透過光の偏光面の回転角が光波長依存性を有する偏光角可変偏光子１０７と、偏光角可変偏光子１０７とＰＤ１０５との間の出射光の光路上に配置される検光子１０９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＤと、前記ＬＤの出射光をモニタするＰＤと、前記ＬＤと前記ＰＤとの間の光路上に配置されて、その透過光の偏光面の回転角が光波長依存性を有する偏光角可変偏光子と、前記偏光角可変偏光子と前記ＰＤとの間の光路上に配置される検光子とを備えることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光送信モジュールにおいて、前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面の角度は、前記検光子の偏光面の角度と一致していることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項３】
ＬＤと、前記ＬＤの出射光をモニタし、当該出射光の強度に対応した光電流を生成するＰＤと、前記ＬＤと前記ＰＤとの間の光路上に配置されて、その透過光の偏光面の回転角が光波長依存性を有する偏光角可変偏光子と、前記偏光角可変偏光子と前記ＰＤとの間の光路上に配置される検光子とを備える光送信モジュールの前記出射光の波長変化を検知する方法であって、
前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面を回転させ、前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面の角度を、前記検光子の偏光面の角度と一致させる第１の工程と、
前記偏光角偏光子を透過する光の偏光面の回転に必要な電力に基づいて、前記ＬＤの発光波長の変化量を得る第２の工程とを有する光送信モジュールの出射光の波長変化を検知する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光送信モジュールの出射光の波長変化を検知する方法において、
前記第１の工程は、前記偏光角可変偏光子に設けた電磁石に供給される電流に応じて前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面を回転させるものであり、
前記第２の工程は、前記電磁石に供給される電流に基づいて、前記ＬＤの発光波長の変化量を得るものである光送信モジュールの出射光の波長変化を検知する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光送信モジュールの出射光の波長変化を検知する方法において、
前記偏光角可変偏光子はファラデー回転子である光送信モジュールの出射光の波長変化を検知する方法。
【請求項６】
ＬＤと、前記ＬＤの出射光をモニタし、当該出射光の強度に対応した光電流を生成するＰＤと、前記ＬＤと前記ＰＤとの間の光路上に配置されて、その透過光の偏光面の回転角が光波長依存性を有する偏光角可変偏光子と、前記偏光角可変偏光子と前記ＰＤとの間の光路上に配置される検光子とを備える光送信モジュールの前記出射光の劣化を検知する方法であって、
第一の時点で、前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面を回転させてその角度を、前記検光子の偏光面の角度と一致させて、前記ＰＤの第一の光電流を得る第１の工程と、
第二の時点で、前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面を回転させてその角度を、前記検光子の偏光面の角度と一致させて、前記ＰＤの第二の光電流を得る第２の工程と、
前記第一の光電流と前記第二の光電流とを比較して光送信モジュールの出射光の劣化を検知する第３の工程とを有する光送信モジュールの出射光の劣化を検知する方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光送信モジュールの出射光の劣化を検知する方法において、
前記第１及び第２の工程は、前記偏光角可変偏光子に設けた電磁石に供給される電流に応じて前記偏光角可変偏光子を透過する光の偏光面を回転させるものである光送信モジュールの出射光の劣化を検知する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光送信モジュールの出射光の劣化を検知する方法において、
前記偏光角可変偏光子はファラデー回転子である光送信モジュールの出射光の劣化を検知する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長距離光通信で用いられる光送信モジュール及びその出射光の波長変化又は劣化を検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長距離光通信で用いられる光送信モジュールは、長期的に光パワーが安定している必要がある。そこで、光送信モジュールは、その光源である半導体レーザダイオード（ＬＤ）の出射光をフォトダイオード（ＰＤ）でモニタすることによって光パワーの変化を検知する。その変化に応じて、ＬＤ駆動電流を増減することによって光パワーの安定を図る。さらに、光波長分割多重による大容量光通信では、複数の波長の光信号を一本の光ファイバで伝送するため、光波長の安定性も必要とされる。
【０００３】
光送信モジュールの稼働中の経時変化等にともなって、ＬＤの光パワーの低下が検知された場合、光送信モジュールは、ＬＤ駆動電流を増やして光パワーを安定させるが、このことによってＬＤの発熱は大きくなり、ＬＤの出射光の光波長は長光波長側にシフトすることがある。そこで、光波長分割多重通信に用いる光送信モジュールは、そのＬＤの出射光の光パワーと光波長の両方をモニタし、これらが所定の値となるように調整する機能が必要である。
【０００４】
この課題に対して、ＬＤの出射光の光路上に、貫通孔を有する光波長選択フィルタを設けて、前記貫通孔を通過した光を第１のＰＤで受光し、前記光波長選択フィルタを透過した光を第２のＰＤで受光し、第１のＰＤで光パワーの変化をモニタし、第２のＰＤで所定の波長範囲の光パワーの変化をモニタする機能を備えた光送信モジュールが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
また、ＬＤの一端からの出射光の光路上にその透過率に光波長依存性を有する光学フィルタを設け、その透過光をＰＤでモニタすることによって光波長の変化を検知し、ＬＤの他端からの出射光の光路上に電界吸収型変調器を配置して透過する光によって生じる光電流をモニタすることによって光パワーの変化を検知する光送信モジュールが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−２０９３１７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、ＬＤの出射光を、光波長選択フィルタに設けられた貫通孔を通過する光と、光波長選択フィルタを透過する光とに分岐させて、それぞれを別のＰＤで受光させる構成であるため、複数のＰＤが必要となり、また、光軸調整が複雑で製造コストが高くなる。さらに、貫通孔を通過した光をモニタすることによって光パワーの増減は検知できるが、光波長選択フィルタを透過する光をモニタすることによって、所定の光波長範囲の光パワーの増減を検知できても、光波長の変化を精度良く検出することはできないという機能的な問題が挙げられる。
【０００７】
また、特許文献２においては、ＬＤとファイバの間に電界吸収型変調器を配置する必要があり、したがって、ＬＤと光ファイバとの光結合に損失が生じることが避けられない。この損失を補うためには、ＬＤ電流を増やす、電界吸収型変調器と光ファイバの間に増幅手段を追加するなどの処置が必要となり、コスト増加や、光波長変化の原因となるＬＤのさらなる温度上昇を招く原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光送信モジュールは、ＬＤと、前記ＬＤの出射光をモニタするＰＤと、前記ＬＤと前記ＰＤとの間の光路上に配置されて、その透過光の偏光面の回転角が光波長依存性を有する偏光角可変偏光子と、前記偏光角可変偏光子と前記ＰＤとの間の光路上に配置される検光子とを備える。ＬＤの出射光は、光路上に配置された偏光角可変偏光子によって偏光面の回転角を与えられて検光子を透過してＰＤに入射する。偏光角可変偏光子を透過したＬＤの出射光の偏光面の角度と、検光子の偏光面の角度との位置関係によって検光子を透過して前記ＰＤに入射する光パワーが変わる。このとき、ＰＤがＬＤの出射光を最も多く受光できるように、すなわち、偏光角可変偏光子を透過したＬＤの出射光の偏光面の角度が検光子の偏光面の角度と一致する位置関係に配置する。この状態でＰＤが受光して検知する初期の光パワーを初期値Ｐ０とする。
【０００９】
ある期間、光送信モジュールを実用に供した後、ＰＤの出力電流によってモニタする光パワーが、初期値Ｐ０から変化したことを検知した場合、ＰＤが受光する光パワーが極大となるように、すなわち偏光角可変偏光子を透過したＬＤの出射光の偏光面の角度が検光子の偏光面の角度と一致するように、偏光角可変偏光子の偏光面の回転角を調整する。この調整の結果、ＰＤが受光する光パワーがΔＰだけ回復してＰ１まで戻った場合、ΔＰは偏光面の回転角が経時的に変化したため遮られていた光パワーといえる。このとき偏光面の回転角は光波長に依存しているため、偏光面の回転角の変化量から発光波長の変化量が得られる。したがって前記調整に要した供給電力から発光波長の変化量を検出することができる。また、前記Ｐ１と初期値Ｐ０に差が存在する場合、Ｐ１とＰ０の差は光波長変化に依存しない光パワーの劣化量として検出できる。
【００１０】
本発明において、偏光角可変偏光子の偏光面の回転角は磁界の印加により調整することができ、この場合、ファラデー回転子を偏光角可変偏光子として用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＬＤの出射光の光パワーおよび光波長の変化を一つのＰＤでモニタできるため製造時の調整（位置合わせ）が容易である。さらに、ＬＤの一端からの出射光のみをモニタするため、ＬＤの他端からの出射光に損失を与えず、光ファイバへの結合効率を損なわない。したがって低コストで精度良く光パワーと光波長をモニタし安定した光信号を出射する光送信モジュールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る光送信モジュールの構成を示す図である。ＬＤ１０１の一端から出射される光はファイバ１０３に結合し、この出射光を前方光とする。ＬＤ１０１の前方光が出射する端と反対の端から出射する光を後方光とする。後方光の光軸上にＰＤ１０５を配置する。ＬＤ１０１とＰＤ１０５との間の後方光の光軸上に、その透過光の偏光面の回転角に光波長依存性を有する偏光角可変偏光子１０７を配置する。偏光角可変偏光子１０７は、ファラデー回転子１１１を備える。さらに偏光角可変偏光子１０７とＰＤ１０５との間の後方光の光軸上に検光子１０９を配置する。
【００１３】
前記後方光は、偏光角可変偏光子１０７を透過する際にファラデー回転角を与えられてその偏光面が回転した後、検光子１０９を透過してＰＤ１０５に入射する。偏光角可変偏光子１０７および検光子１０９は、前記後方光が最も多く透過できるように、偏光角可変偏光子１０７を透過した後方光の偏光面の角度と検光子１０９の偏光面の角度が一致する位置関係に配置して固定される。このときに偏光角可変偏光子１０７は、後方光の光軸に添って所定の磁界を印加する。磁界を印加するために偏光角可変偏光子１０７は、ファラデー回転子１１１の周囲にコイル１１３を備える。前記コイルに供給される電流に応じてファラデー回転子１１１が生じるファラデー回転角が変わる。図１は、光軸と同軸の円筒状に導線が巻かれて、その内径部分にファラデー回転子１１１を配置したコイル配置例であるが、コイル１１３の形状や配置は光軸方向に磁界を生じれば何でもよく図示配置例に限定しない。
【００１４】
図１に示した光送信モジュールにおいて、ＰＤ１０５が受光して検知する光パワーを初期値Ｐ０とする。前記光送信モジュールを実用に供して後、ＰＤ１０５の光電流をモニタすることによって、光パワーの経時的な変化を検知する。変化を検知した場合、偏光角可変偏光子１０７を透過した後方光の偏光面の角度と検光子１０９の偏光面の角度が一致して、すなわちＰＤ１０５が受光する光パワーが極大となるように、偏光角可変偏光子１０７に加える磁界の強度を変化させてファラデー回転角を調整する。すなわち磁界強度を調整することによって、後方光の波長の経時的変化によって生じた偏光面の角度の変化をキャンセルする。前記磁界強度に対応したコイルへの供給電流を検知することによって、前記波長の経時的な変化を検出できる。
【００１５】
ファラデー効果による旋光度α(rad)は、磁場の強さＨ(A/m)、偏光が通過する物質の長さをL(m)として、α=VHLで表される。ここでＶ(rad/A)はベルデ定数で光波長によって変わる。通常動作時の光波長をw1(nm)、経時変化後の光波長をw2(nm)、ベルデ定数の光波長依存性をa(rad/A・nm)、通常動作時の磁界強度をH1(A/m)とすると、通常動作時におけるファラデー回転角は、α１＝V(H1)Lで表される。また、経時変化により光波長が変化した場合のファラデー回転角は、α2＝(a(w2)-(w1))+V)(H1)Lとなる。前記光波長が経時変化をした後のファラデー回転角α2を通常の値α1へ戻すのに必要な磁界は、H2=V(H1)/a((w2)-(w1))+V)(H1)となる。
【００１６】
具体的な数値例を示すと、素子厚0.5mm、ベルデ定数0.05rad/A、ファラデー回転角の光波長依存性1deg/nmの場合、ＬＤの出射光の波長が1nm経時変化したとき、ファラデー回転角を元の値に戻すために必要な磁界はおよそ700A/mであり、この磁界を実現するためには巻き数2000のコイルに350mAの電流を供給すればよい。
【００１７】
前記の方法で、光波長の経時変化によるファラデー回転角の変化を調整した結果、ＰＤ１０５が受光する光パワーがΔＰだけ回復して最大受光パワーＰ１まで戻った場合、ΔＰはファラデー回転角が変化して後方光の偏光面の角度が変わり、検光子に遮られていた光パワーといえる。ファラデー回転角は光波長に依存しているため、ファラデー回転角の変化量から光波長変化量が得られる。すなわちファラデー回転角の変化量をキャンセルするのに必要としたコイルへの供給電流に基づいて光波長の変化量が得られる。また、調整後の光パワーＰ１が光パワーの初期値Ｐ０よりも小さい場合、Ｐ１とＰ０の差は、光波長の変化とは関係がないＬＤから出射光の光パワーの劣化量として検出できる。
【００１８】
図２は本発明の実施の形態に係る光送信モジュールの出射光の波長変化又は劣化を検知する方法を実施するための構成を示す図である。図２に示すように、ＰＤ１０５が受光する光パワーに応じて出力する光電流を検知しながら、コイル１１３に流す電流を調整する偏光角可変偏光子駆動部２０１を備える。コイルに流す電流を調整することによってファラデー回転子に印加される磁界の強さを調整する。ファラデー回転子は印加される磁界強度が変化すると偏光面の回転角度が変化する。ＬＤ出射光の光波長が変化することにともなって変化した偏光面の回転角度を印加する磁界の強度を調整することによってキャンセルする。すなわちＰＤが受光する光パワーをモニタして、ファラデー回転子を透過した後のＬＤ出射光の偏光面の角度が検光子の偏光面の角度と一致するように偏光面の回転角度を調整する。このキャンセルを行うのに要したコイルへの供給電流に基づいて制御部２０３は、光波長の変化量を得る。制御部２０３は、光波長を所定の値に調整するために、ＬＤの温度を調整する。そこで制御部２０３はＴＥＣ２０５を駆動するＴＥＣ駆動部２０７に信号を出力する。
【００１９】
制御部２０３は、第一の時刻に、前記偏光面の回転角度を調整した結果、ＰＤが受光した光に応じて出力される光電流と、第二の時刻に、前記偏光面の回転角度を調整した結果、ＰＤが受光する光に応じて出力される光電流とを比較してその差からＬＤから出射する光の劣化を検知する。出射光の劣化が検知された場合、制御部２０３は所定の光電流が得られるようにＬＤ駆動部２０９に信号を出力し、ＬＤ駆動部２０９はＬＤ駆動電流を調整する。
【００２０】
制御部２０３は、コイルへの供給電流を光波長変化量に換算する機能のほかに、記憶機能、検出した光電流および光波長の変化量に応じて光送信モジュールの外部へアラームを発出する機能などを有する例も考えられる。また、ＬＤおよびファラデー回転子にサーミスタを設置して温度に関する信号を制御部に入力し、制御部２０３は印加電流を光波長変化に換算する際にファラデー回転子の温度を参考として用いることによって換算精度を高くすることも考えられる。偏光角可変偏光子としてファラデー回転子を用いる例について述べたが、電界の印加で偏光角が変わる液晶を偏光角可変偏光子として用いることも可能であり、ファラデー回転子に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光送信モジュールの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態に係る光送信モジュールの出射光の波長変化又は劣化を検知する方法を実施するための構成を示す図
【符号の説明】
【００２２】
１０１  ＬＤ
１０３  光ファイバ
１０５  ＰＤ
１０７  偏光角可変偏光子
１０９  検光子
１１１  ファラデー回転子
１１３  コイル
２０１  偏光角可変偏光子駆動部
２０３  制御部
２０５  ＴＥＣ
２０７  ＴＥＣ駆動部
２０９  ＬＤ駆動部
【図１】
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【図２】
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