(57)【要約】  【課題】  信号光の波長に追尾する機能を有しながら、波長可変光フィルタ内の温度変動を補償し、高い精度で波長検出を行うこと。  【解決手段】  ディザリングにより目標透過位置を間欠的に制御し、その間欠制御を行う間、参照テーブルにより前記目標透過位置に対応する選択波長を算出してそれを指定波長とし、その指定波長が温度変化に拘わらず維持されるように、前記所定時間間隔を細分する時間間隔で温度を取得してその温度に対応する新たな目標透過位置を前記参照テーブルから再度導出し、透過位置が該新たな目標透過位置に一致するように逐次透過位置制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変光フィルタの光ビーム透過位置を所定時間間隔毎に微小変動させながら前記光ビームの透過光強度を検出してその最大値と最小値との差異が最小となるように前記微少変動の中心透過位置としての目標透過位置を間欠的に制御し、
特定温度で取得した前記波長可変光フィルタの透過位置と選択波長との関係を記載した参照テーブルを予め用意し、前記間欠制御を行う間、前記波長可変光フィルタ近傍の温度と前記目標透過位置とに基づき前記参照テーブルから前記目標透過位置に対応する選択波長を算出してそれを指定波長とし、
温度変化に拘わらず該指定波長を前記波長可変光フィルタが維持するように、前記所定時間間隔を細分する時間間隔で前記波長可変光フィルタ近傍の温度を取得し、該取得した温度に対応する新たな目標透過位置を前記参照テーブルから再度導出し、透過位置が該新たな目標透過位置に一致するように逐次透過位置制御することを特徴とする波長可変光フィルタ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の波長可変光フィルタ制御方法において、
前記所定時間間隔の細分は、前記所定時間間隔を少なくとも２分割以上にすることを特徴とする波長可変光フィルタ制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の波長可変光フィルタ制御方法において、
前記波長可変光フィルタ近傍の温度と前記目標透過位置とに基づき前記参照テーブルから前記目標透過位置に対応する選択波長を算出するときは、前記目標透過位置に対応する選択波長を前記参照テーブルから名目選択波長として算出し、検出した前記温度と前記参照テーブルを取得したときの特定温度との差に前記波長可変光フィルタの温度係数を乗じたものを前記名目選択波長に加算して、前記選択波長を算出することを特徴とする波長可変光フィルタ制御方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の波長可変光フィルタ制御方法において、
前記波長可変光フィルタ近傍の温度を取得し、該取得した温度に対応する新たな目標透過位置を前記参照テーブルから再度導出するときは、検出した前記波長可光フィルタ近傍の温度と参照テーブルを取得したときの特定温度との差に光フィルタの温度係数を乗じたものを前記指定波長から減算して補償波長とし、該補償波長に対応する透過位置を前記新たな目標透過位置として前記参照テーブルから導出することである、ことすることを特徴とする波長可変光フィルタ制御方法。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の波長可変光フィルタ制御方法のいずれか１つを実施するための波長可変光フィルタ装置であって、
前記光ビームの前記透過位置を制御することにより前記選択波長が制御される前記波長可変光フィルタと、
前記波長可変光フィルタにおける前記光ビームの前記透過位置を微小変動させる手段と、
前記波長可変光フィルタを透過した前記光ビームの前記透過光強度を検出する手段と、
前記波長可変フィルタの近傍の前記温度を計測する手段と、
前記温度と前記透過位置と前記透過位置での前記選択波長との関係が記載された前記参照テーブルからなるテーブル手段と、
演算処理を行う手段と、
を備えたことを特徴とする波長可変光フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム等で利用される波長可変光フィルタ制御方法およびその方法を実施するための波長可変光フィルタ装置に係り、特に波長可変光フィルタの選択波長が信号光ビームの波長に追尾する機能を有しながら、その波長可変光フィルタ内の温度変動を補償し、波長検出確度の高い波長可変光フィルタ制御方法および波長可変光フィルタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長多重光通信システム（ＷＤＭシステム）において、波長多重された信号を分離抽出する手段として波長可変（バンドパス波長可変）光フィルタ（例えば特許文献１，２）が利用されている。高密度に多重された光信号に対しては狭帯域波長可変光フィルタを用いているので、厳密に信号光ビームの波長（キャリアの波長）と波長可変光フィルタの透過中心波長とを一致させる必要がある。なお、この波長可変光フィルタは以下では単に「光フィルタ」とよぶ場合がある。
【０００３】
通常のＷＤＭシステムでは、信号光ビームの波長を標準化されたグリッドに合わせることが推奨されている。この標準化に準拠したシステムであれば、グリッドを識別することにより予め光フィルタの透過中心波長を設定することで、目的の波長の信号光ビームを抽出することができる。しかし、実際には、グリッド波長との偏差が許容されていることから、信号光ビームの波長と光フィルタの透過中心波長との差異が生じる。この差異は目的の波長の信号光ビームの抽出効率を劣化させ、抽出信号を受信した場合のＳ／Ｎ比をひいては劣化させる。このため、この波長の差異をできるだけ低減することが望まれている。
【０００４】
このため、種々の波長トラッキング技術が提案されている。図５はその典型例の一つの波長可変光フィルタ装置である。光フィルタ５１は、例えば、光ビームを透過する誘電体多層膜からなる光フィルタであって、透過位置を制御することによりその光フィルタ５１の選択波長を可変にできるようになっている。このような光フィルタ５１は、特定温度下での透過位置と選択波長との関係を記載した参照テーブルが光フィルタ制御回路５２に予め取得されていて、光フィルタ５１近傍の温度を取得すれば、指定した波長に対して最適の透過位置を当該温度に対応して修正して算出し、光フィルタ制御回路５２によりそこに透過位置を自動で透過位置決めして、常に指定した透過中心波長を実現できるようになっている。詳しくは、入力光の一部を分岐部５３で分岐して波長監視装置５４により信号光の波長を取得し、その情報をもとに光フィルタ制御回路５２により該波長に対応した透過位置を求め、さらに温度によりその透過位置を修正して最適制御されている。但し、波長監視装置５４の絶対波長と参照テーブルの絶対波長が一致することがこのような最適制御が実現できる条件である。
【０００５】
また、図６に、参照テーブルをもたないより簡易な波長トラッキング法を適用した波長可変光フィルタ装置の構成示す。信号光ビームの波長に光フィルタ５１の透過中心波長が一致する（最適波長）とき透過光強度が最大になることを考慮すると、光フィルタ５１の透過中心波長をある中心波長の前後に変動させる（ディザリング）ときに生じる透過光出力の変動の振幅（最大値と最小値との差異）は、中心波長が最適波長に一致するときに最小となる。
【０００６】
そこで、このような光フィルタ５１の中心波長を変動させる指示（ディザリング動作指示）を出し、分岐部５７で分岐し光検出器５８で検出した出力光の変動の振幅を取り込むようディザリング制御回路５５を配置し、光フィルタ５１の透過位置を制御する位置制御回路５６にこのディザリング制御回路５５からディザリング動作指示を取り込む。従って、ディザリング制御回路５５に中心波長を指定すれば、それに対応した透過光の出力偏差（前記変動の振幅）を得ることができるので、その出力偏差が最小となる中心波長を検知すれば、光フィルタ５１の最適化が可能である。得られた出力偏差が波長ずれに相当するので、その出力偏差に適当な利得係数を乗じて中心透過位置制御に負帰還させると、最適化のための閉ループを形成することができる。
【特許文献１】特開平６−２８１８１２号公報
【特許文献２】特許第３１９８２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５に示す波長可変光フィルタ装置の波長監視装置５４は高コストであるばかりでなく、得られた結果を波長制御を対象とする全てのモジュールに送信しなければならない。このため、波長数が多くなると、モジュールと波長の管理が膨大となり、運用コストを大幅に上昇させるという欠点があった。
【０００８】
また、図６に示す簡易型の波長可変光フィルタ装置では、光フィルタ５１の透過中心波長を高確度に指定することはできないので、温度変化による光フィルタ５１の透過中心波長の変動を光フィルタ制御回路５２Ａにより補償しようとすると、透過位置に対する波長変化の平均値を用いなければならない。しかし、このような方法では、図７に示すように、透過位置と波長の関係は線形ではなく不均一性をもつので最適波長を制御することが困難である。
【０００９】
すなわち、例えば、絶対波長制御ができる場合には、ある温度Ｔでの最適波長をＥで与えている状態で温度変動がΔＴだけ加わった（Ｔ＋ΔＴ）場合、波長変動の温度係数をｋとすると、透過位置補償量は温度変動による波長変動ｋΔＴを考慮してＦで与えられ、従って、変動後の温度（Ｔ＋ΔＴ）でＧ点に移行することで指定波長を保持することができる。
【００１０】
しかしながら、前記したような平均値（この場合は線形近似による）を利用する場合には、波長変動の補償はＨ点であたえられるので、変動後の温度では状態はＩに移行し、指定波長をはずして中心波長が設定されてしまうことになる。
【００１１】
本発明の目的は、コスト高を招くことなく、光フィルタの透過中心波長の温度変化を補償しながら信号光ビームの波長をトラッキングできるようにして、波長検出確度を高めた波長可変光フィルタ制御方法および波長可変光フィルタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１にかかる発明の波長可変光フィルタ制御方法は、波長可変光フィルタの光ビーム透過位置を所定時間間隔毎に微小変動させながら前記光ビームの透過光強度を検出してその最大値と最小値との差異が最小となるように前記微少変動の中心透過位置としての目標透過位置を間欠的に制御し、特定温度で取得した前記波長可変光フィルタの透過位置と選択波長との関係を記載した参照テーブルを予め用意し、前記間欠制御を行う間、前記波長可変光フィルタ近傍の温度と前記目標透過位置とに基づき前記参照テーブルから前記目標透過位置に対応する選択波長を算出してそれを指定波長とし、温度変化に拘わらず該指定波長を前記波長可変光フィルタが維持するように、前記所定時間間隔を細分する時間間隔で前記波長可変光フィルタ近傍の温度を取得し、該取得した温度に対応する新たな目標透過位置を前記参照テーブルから再度導出し、透過位置が該新たな目標透過位置に一致するように逐次透過位置制御することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の波長可変光フィルタ制御方法において、前記所定時間間隔の細分は、前記所定時間間隔を少なくとも２分割以上にすることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の波長可変光フィルタ制御方法において、前記波長可変光フィルタ近傍の温度と前記目標透過位置とに基づき前記参照テーブルから前記目標透過位置に対応する選択波長を算出するときは、前記目標透過位置に対応する選択波長を前記参照テーブルから名目選択波長として算出し、検出した前記温度と前記参照テーブルを取得したときの特定温度との差に前記波長可変光フィルタの温度係数を乗じたものを前記名目選択波長に加算して、前記選択波長を算出することを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載の波長可変光フィルタ制御方法において、前記波長可変光フィルタ近傍の温度を取得し、該取得した温度に対応する新たな目標透過位置を前記参照テーブルから再度導出するときは、検出した前記波長可光フィルタ近傍の温度と参照テーブルを取得したときの特定温度との差に光フィルタの温度係数を乗じたものを前記指定波長から減算して補償波長とし、該補償波長に対応する透過位置を前記新たな目標透過位置として前記参照テーブルから導出することである、ことすることを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４に記載の波長可変光フィルタ制御方法のいずれか１つを実施するための波長可変光フィルタ装置であって、前記光ビームの前記透過位置を制御することにより前記選択波長が制御される前記波長可変光フィルタと、前記波長可変光フィルタにおける前記光ビームの前記透過位置を微小変動させる手段と、前記波長可変光フィルタを透過した前記光ビームの前記透過光強度を検出する手段と、前記波長可変フィルタの近傍の前記温度を計測する手段と、前記温度と前記透過位置と前記透過位置での前記選択波長との関係が記載された前記参照テーブルからなるテーブル手段と、演算処理を行う手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、波長可変光フィルタ装置自身が持っている特定温度における透過位置と波長との関係を記載した参照テーブルを使って信号光ビームの波長を独自で認識し、さらにこの参照テーブルを使用して波長可変光フィルタの透過中心波長の温度変化を補償しながら信号光の波長をトラッキングできるので、波長検出確度の高い光フィルタ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図２は、本発明の波長可変光フィルタ装置の基本機能を説明するブロック図である。まず、ディザリングによる最適透過位置の決定について以下に述べる。
【００１５】
光フィルタ１の透過中心波長λは、透過位置と光フィルタ１の温度により一意に決まる。はじめに、透過位置を「初期値」として指定すると透過位置決め機構部２を介して光フィルタ１の透過位置が定まるが、光フィルタ１の温度は任意である。この温度は、基準温度Ｔ0とそれからのずれとしての温度変動との和とし加算部３で加算される。これらの初期値による透過位置と温度との入力に対する出力としての光フィルタ１の透過中心波長λは、信号光波長λ0と通常は偏差を持ち、その波長誤差（λ0−λ）を減算部４で処理し位置誤差検出部５で透過位置誤差を検出し、それに適当な利得を乗じて加算部６において透過位置の目標に負帰還をかければ、透過中心波長λを信号光波長λ0に一致させることができる。
【００１６】
ここで、波長誤差（λ0−λ）を検出する手段には、ディザリングが利用できる。ディザリングとは、目標波長λ0を中心波長とし、それに透過位置偏差（ディザリング偏差）ΔＮを正弦波的[例えばΔＮsin（ωｔ）]に加算部７で加えて透過位置を変動させ、それに対する光出力偏差（出力変動の振幅＝最大値と最小値との差異）を取得する一連の方法により、中心波長にオフセットを加えて光出力偏差が最小となる透過位置を検出できるようにしたものである。この光出力偏差が最小となる透過位置と、設定されている目標透過位置との偏差が波長誤差（λ0−λ）に相当する。そこで、この偏差を誤差出力として加算部６において指定透過位置Ｎに負帰還すれば、透過位置決めにより定まる目標透過位置で透過中心波長λと信号光波長λ0とを一致させることができる。
【００１７】
ところが、以上のように定めた最適条件は、時間とともに変動する温度により崩れる。しかし、ディザリングによる最適透過位置制御の直後に加算部６で得られる目標透過位置を抽出して現在目標波長算出部９に取り込み、そのときに取得する加算部３からの光フィルタ１近傍の温度と合わせて、格納部８に予め格納された特定温度と選択波長と透過位置の関係を記載した参照テーブルおよび光フィルタの温度係数を参照しながら、現在目標波長検出部９で信号光波長（現在目標波長）を割り出し、当該温度に応じた新たな透過位置を最適透過位置算出部１０で算出して負帰還することができる。
【００１８】
具体的には、光フィルタ１の透過中心波長λは、図３に示すように、温度Ｔに対してほぼ線形に変化する。そこで、いま単位温度当りの中心波長変化量ｋで光フィルタ１の温度係数ｋを定義する。
【００１９】
さて、光フィルタ１が図４に示すような透過中心波長λに対する透過位置Ｎの関係を有するとする。図４は温度ＴがＴ0、Ｔ0＋ΔＴ、Ｔ0＋ΔＴ*の３種の場合を示した。ここでは一般性を損なわないために、透過位置Ｎと波長λの線形関係は多少崩れているとする。温度係数ｋはどの波長でもほぼ同じであるので、このような関係は温度変化があってもそのまま維持される。一般に光フィルタ１の温度が上昇するとその光フィルタ１の共振器層の厚みは増大するので透過中心波長λも増大するとすると、透過位置と波長の関係は、図４に示すように、温度上昇とともに右側（波長の増大する方向）に平行移動する。すなわち、温度ＴがＴ0のときの曲線Ｐ１を格納部８の参照テーブルに格納しておくと、Ｔ0＋ΔＴのときの曲線Ｐ２、Ｔ0＋ΔＴ*のときの曲線Ｐ３は、その温度と温度係数ｋにより求まる。
【００２０】
ここで、ある温度Ｔ（＝Ｔ0＋ΔＴ）で最適の目標透過位置がＮであったとする。透過位置がＮであるとき参照テーブルを取得したときの温度Ｔ＝Ｔ0での名目波長λｎを与える点をＡとすると、温度がＴ＝Ｔ0＋ΔＴでは状態はＢに移行するので、この温度での透過位置Ｎの透過中心波長はλT＝λｎ＋ｋΔＴと計算される。
【００２１】
また、この波長λTを、ディザリングで最適透過位置制御を行う間、信号光波長λ0として記憶し、定期的（間欠的に行うディザリングの時間間隔を２分割以上に細分した時間間隔）に光フィルタ１の温度を取得して、参照テーブルおよび温度係数ｋを参照しながら最適透過位置を求めることにより、それを新たな温度における新たな目標透過位置として透過位置決めの設定を逐次変更する。
【００２２】
この温度変化における目標透過位置の決定について、同様に図４を使って説明する。いま、温度がＴ＝Ｔ0＋ΔＴのとき、上記のように信号光波長はλTであることがわかっている。ここで、温度がＴ＝Ｔ0＋ΔＴからＴ＝Ｔ0＋ΔＴ*に上昇したとする。このときは、状態ＢからＣに移行すれば、光フィルタ１の透過中心波長は、新たな温度Ｔ＝Ｔ0＋ΔＴ*でもλTに維持しておくことができる。新たな状態Ｃにおける透過位置Ｎｔは、温度Ｔ＝Ｔ0からの温度偏差ΔＴ*に対応する中心波長変化ｋΔＴ*を求め、そのときの名目波長（補償波長）をλT*＝λT−ｋΔＴ*と求め、その波長λT*に対応する透過位置Ｎｔを参照テーブルから求め、それを新たな目標透過位置として透過位置補正することにより実現できる。このような透過位置制御により、光フィルタ１近傍に温度変動があっても常に正しく透過中心波長の設定を維持することが可能となる。
【００２３】
なお、図２において「初期波長設定」とは、例えばネットワークマネージャから通知される信号光波長の設定であり、その初期波長を初期値として入力すると参照テーブルと温度係数ｋと温度から最適透過位置算出部１０で最適透過位置を最初に決定し、これを目標透過位置として最適透過位置制御を開始することが可能となる。
【実施例１】
【００２４】
図１に、ディスク型波長可変光フィルタ２１について以上説明した制御を行う波長可変光フィルタ装置の実施例１を示す。光フィルタ２１は、１／４波長バンドパス光フィルタの基本構造を踏襲する誘電体多層膜からなる光フィルタであって、中心部の１／２波長共振器層の厚みが円周に沿って変化していることにより選択波長が変化していることを特徴としている。ファイバコリメータ２２、２３とプリズムミラー２４，２５を使ったコ字形状の折りたたみ光ビームの経路を利用することにより、光フィルタ２１の面にその光ビームを垂直に入射させる光学系を構成できる。
【００２５】
光フィルタ２１は透過する場所により透過する光ビームの中心波長（選択波長）を制御することが可能である。透過する場所を制御するためには適当なロータリーアクチュエータ２６（例えば、ＤＣサーボモータや超音波モータなど）を用いて光フィルタ２１を回転させ、また、透過場所を決定するために、光フィルタ２１のディスクの周縁部に付与したマーク２１ａを透過位置センサ２７で検出している。マーク２１ａのマーク検出信号は、９０度位相がずれたＡ、Ｂ相と、１回転で１つのパルスとなるＺ層という３種類の信号から成り、それらをカウンタ回路２８で論理演算処理することにより、光フィルタ２１における光ビームの透過位置を検出することができる。検出した透過位置はデジタル値としてデータバス２９を介して取得される。
【００２６】
光フィルタ２１を透過した光（透過中心波長λ）は分岐部３０で分岐され、モニターポート３１に導かれた成分はフォトダイオード等の光検出器３２に入力されて電気信号に変換される。変換された電気信号は増幅器３３を介してアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３４及びデータバス２９を介して取得される。また、光フィルタ２１近傍の温度は、温度センサ３５により取得される。例えば、温度センサ３５としてサーミスタを利用した場合には、抵抗−電圧変換部３６で抵抗値を電圧に変換した後アナログ・デジタル変換器３７でデジタル化した後、演算処理により温度を決定する。
【００２７】
上記透過位置や温度補償の演算処理は、データバス２９上のＣＰＵ３８およびランダムアクセスメモリ３９、不揮発性メモリ４０等のハードウェアリソースを使って行われる。４１はロータリアクチュエータ２６のドライバであり、図２の光フィルタ２１の透過位置決め機構部２の一部として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の波長可変光フィルタ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の波長可変光フィルタ装置の原理を説明するブロック図である。
【図３】波長可変光フィルタの透過中心波長と温度との関係を示す特性図である。
【図４】透過中心波長と透過位置との関係から信号光波長を算出する方法の説明図である。
【図５】透過位置制御により透過中心波長を制御する従来の光フィルタ装置のブロック図である。
【図６】透過位置制御により透過中心波長を制御するためディザリングによる従来の光波長可変フィルタ装置のブロック図である。
【図７】透過中心波長と透過位置との関係から信号光波長を算出する方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１：光フィルタ
２：位置決め機構
３：加算点
４：減算点
５：位置誤差検出部
６、７：加算点
８：格納部
９：現在目標波長算出部
１０：最適透過位置算出部
２１：ディスク型光フィルタ
２２、２３：ファイバコリメータ
２４，２５：プリズムミラー
２６：ロータリアクチュエータ
２７：位置センサ
２８：カウンタ回路
２９：データバス
３０：分岐部
３１：モニタポート
３２：光検出器
３３：増幅器
３４：アナログ・デジタル変換器
３５：温度センサ
３６：抵抗−電圧変換部
３７：アナログ・デジタル変換器
３８：ＣＰＵ
３９：ＲＡＭ
４０：不揮発性メモリ
４１：ドライバ
【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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