(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信用の出力すべき発振周波数の設定されている光源から出力される被変調光を一定の角速度の変調信号で振幅変調した光信号に変換して出力する外部変調器と、
前記光信号をその波長変化に応じた遅延時間を前記角速度に対する位相差として示す分散光信号に変換する分散発生器と、
前記分散光信号に局部発振光源から出力される局部発振光信号を混合して光電変換し、前記位相差を示すエンベロープを現す電気信号に変換する光電変換部と、
前記変調信号の周波数の信号を抽出するバンドパスフィルタに前記電気信号を通すと共に該電気信号に前記変調信号をミキサで混合し、該混合信号をローパスフィルタに通して前記位相差に対応する位相差成分信号を出力する位相差検出器と、
該位相差成分信号の基準レベルとの差を温度制御信号として出力する比較器と、
該温度制御信号に基づいて前記光源の発振周波数を制御する温度制御回路と、を含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源の周波数安定化装置において、
前記局部発振光源は、前記局部発振光信号の温度変化を補償するための温度調整回路及び出力パワー調整回路により制御されていることを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源の周波数安定化装置において、
前記局部発振光信号の一部を電気信号に変換して前記温度調整回路及び前記出力パワー調整回路に帰還させる終端受光器を更に含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重（以後ＷＤＭと記す）光通信用光源における、光源周波数の、確度と安定度を上げるための、ＷＤＭ光源の周波数安定化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野でも、伝送量の増大化が求められている。この伝送量の増大に対処するため、従来は、光ファイバの対数を増やす空間多重や、電気領域での多重（周波数分割多重、時分割多重）等の方策が取られてきた。しかし、この方策のみでは、急激な伝送量増大要求への対処が難しいため、近年ＷＤＭ光通信技術の開発が進められている。このＷＤＭ光通信では、波長の異なるＷＤＭ光源を用いて、１本の光ファイバ上に複数の独立した伝走路を構成できるため、急激な伝送量増大要求への対処も可能になってくる。但し、ＷＤＭ光源の光源周波数の、確度と安定度を上げる技術が不可欠になってくる。この目的を達成するために、例えば「現場環境下におけるマッハツェンダ型フィルタを用いた光源周波数安定化特性」：坂本、織田他：ＮＴＴ：９７年信学会Ｂ−１０−２１６等の技術が提案されている。この技術では、マッハツェンダ型フィルタの呈する複数の透過周波数のピーク点にＷＤＭ光源の複数の光源周波数を固定させる方法をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような最新の技術にも以下に記すような解決すべき課題が、まだ、残されていた。
１．マッハツェンダ型フィルタは、理論的には、透過周波数域と阻止周波数域が櫛歯状に等周波数間隔で複数個繰り返す特性を有している。しかし厳しい仕様を求められた場合に、製造上の誤差や、偏波依存性等によって目標周波数からずれることもあり得る。したがって、複数の透過周波数のピーク点とＷＤＭ光源の複数の光源周波数がずれる可能性もある。
【０００４】
２．マッハツェンダ型フィルタの、上記櫛の歯状の特性による制約から、光源周波数を自由に選択することができない。
【０００５】
３．マッハツェンダ型フィルタの呈する複数の透過周波数のピーク点に、ＷＤＭ光源の複数の光源周波数を導くために、フィルタのヒータ電源に正弦波電源を印加してディザリングする必要がある。従って、場合によっては、周辺機器への温度変化の影響について、配慮を要することも起こり得る。ここで言う、ディザリングとは、マッハツェンダ型フィルタの櫛歯状の特性を一定の周期に従って振らせることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
〈構成１〉
光通信用の出力すべき発振周波数の設定されている光源から出力される被変調光を一定の角速度の変調信号で振幅変調した光信号に変換して出力する外部変調器と、上記光信号をその波長変化に応じた遅延時間を上記角速度に対する位相差として示す分散光信号に変換する分散発生器と、上記分散光信号に局部発振光源から出力される局部発振光信号を混合して光電変換し、上記位相差を示すエンベロープを現す電気信号に変換する光電変換部と、上記変調信号の周波数の信号を抽出するバンドパスフィルタに上記電気信号を通すと共に該電気信号に上記変調信号をミキサで混合し、該混合信号をローパスフィルタに通して上記位相差に対応する位相差成分信号を出力する位相差検出器と、該位相差成分信号の基準レベルとの差を温度制御信号として出力する比較器と、該温度制御信号に基づいて上記光源の発振周波数を制御する温度制御回路とを含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【０００７】
〈構成２〉
構成１に記載の光源の周波数安定化装置において上記局部発振光源は、上記局部発振光信号の温度変化を補償するための温度調整回路及び出力パワー調整回路により制御されていることを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【０００８】
〈構成３〉
構成２に記載の光源の周波数安定化装置において、上記局部発振光信号の一部を電気信号に変換して上記温度調整回路及び上記出力パワー調整回路に帰還させる終端受光器を更に含むことを特徴とする光源の周波数安定化装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態について具体例を用いて詳細に説明する。
〈具体例１の構成〉
光通信用の被変調光を出力する複数の光源の出力から光スイッチを用いて一つの被変調光を選択して受け入れる。この選択された被変調光を外部変調器を用いて任意に設定された一定の角速度の変調波信号で振幅変調する。この振幅変調された光信号を、受け入れてから出力するまでの遅延時間に、波長依存性がある分散発生器に送る。この分散発生器の出力する光信号を光電変換部で電気信号に変換する。ここで分散発生器に入力する光信号と、前記分散発生器から出力する光信号の位相差を検出することによってその波長を測定することができる。この位相差検出は、分散発生器の出力する振幅変調された光信号を光電変換部で電気信号に変換してエンベロープを取り出し、このエンベロープと上記変調波信号とを比較することによって検出される。
【００１０】
ここで、光電変換部は、各チャネル毎に出力される被変調光と異なる波長の局部発振光信号を出力する局部発振光源を備え、この局部発振光信号を自己が受け入れて光電変換する光信号に混合する。この混合された出力光を入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を持つ受光器で光電変換する。その結果、上記自己が受け入れて光電変換する光信号と上記局部発振光信号との乗算信号を生成させることができる。即ち上記局部発振光信号の振幅を大きくすることによって上記乗算信号を大きくすることができる。即ち、上記自己が受け入れて光電変換する光信号を等価的に光増幅することができる。
【００１１】
図１は、具体例１によるＷＤＭ光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
図より、具体例１によるＷＤＭ光通信用光源は、ＣＨ１〜ＣＨｎまでｎ個の光源基板と、光スイッチ１と、外部変調器２と、分散発生器３と、光電変換部４と、位相差検出器Ｐと、比較器Ｒとを備える。
【００１２】
ＣＨ１〜ＣＨｎまでｎ個の光源基板は、それぞれ１個のチャネルを形成する光信号発生部分である。更に、各チャネルを形成する光源基板毎に、それぞれ、１個の光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）と、１個の温度制御回路（ＴＥＣ１〜ＴＥＣｎ）と、１個のカプラ（Ａ１〜Ａｎ）を備える。
【００１３】
光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）は、各チャネルに相当する波長λでそれぞれ発振するレーザダイオードである。即ち、光通信用の被変調光を出力する部分である。
温度制御回路（ＴＥＣ１〜ＴＥＣｎ）は、後に、具体例の動作の項で詳細に説明する制御信号によって、光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）の発振周波数を変化させる部分である。
【００１４】
カプラ（Ａ１〜Ａｎ）は、各チャネル毎に被変調光Ｅｃの一部を分離して取り出す部分である。
光スイッチ１は、上記ＣＨ１〜ＣＨｎまでｎ個の光源基板によって形成されるｎ個のチャネルのうちから１個のチャネルを選択するスイッチである。
【００１５】
外部変調器２は、ＣＨ１〜ＣＨｎまでｎ個の光源基板が形成するチャネルの被変調光Ｅｃの一部を受け入れ、任意に設定された一定の角速度のマーカ信号Ｅｍで振幅変調する部分である。一例としてニオブ酸リチウム単結晶等から構成される。
分散発生器３は、外部変調器２から振幅変調された光信号Ｅｏを受け入れて、例えば、チャープドファイバブラッググレーティング（以後ＣＦＢＧと記す）等を用いて波長分散させる部分である。この構成の詳細については、具体例の動作の項で併せて説明する。
【００１６】
光電変換部４は、分散発生器３から、波長分散された光信号Ｅｄを受け入れて、上記被変調光Ｅｃとは異なる波長の局部発振光信号Ｅｅを混合する。この混合された光信号Ｅｄ＋Ｅｅを入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を備える受光器８で光電変換する。その結果局部発振光信号Ｅｅと、波長分散された光信号Ｅｄとの乗算信号Ｅｓを生成させる部分である。この光電変換部４はカプラＢと、局部発振光源５と、温度調整回路６と、出力パワー調整回路７と、受光器８とから構成される。
【００１７】
カプラＢは、上記分散発生器３から波長分散された光信号を受け入れて、後に説明する局部発振光信号Ｅｅを混合する部分である。
局部発振光源５は、上記被変調光Ｅｃとは異なる波長の局部発振光信号Ｅｅを出力する光源である。通常バック光をフォトダイオードでモニタするレーザダイオードが用いられる。
温度調整回路６と出力パワー調整回路７は、上記局部発振光源５の出力の温度による変化を補償する回路である。
【００１８】
受光器８は、入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を備えるフォトダイオードである。カプラＢから、波長分散された光信号Ｅｄと局部発振光信号Ｅｅを混合した信号Ｅｄ＋Ｅｅを受け入れて光電変換し、前記局部発振光信号Ｅｅと、前記分散された光信号Ｅｄとの乗算信号Ｅｓを生成させる部分である。
この乗算信号Ｅｓを生成させる原理については後に動作の説明の中で図を用いて詳細に説明する。
増幅器９は、光電変換部４が変換した電気信号を増幅する部分である。
【００１９】
位相差検出器Ｐは、上記各チャネル毎に光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）の発振周波数を安定化させるため、制御信号を得る部分である。更に、バンドパスフィルタＢＰＦ１と、ミキサＭＩＸ１と、ローパスフィルタＬＰＦ１を備える。
【００２０】
バンドパスフィルタＢＰＦ１は、上記乗算信号Ｅｓのみを抽出する帯域通過フィルタである。
ミキサＭＩＸ１は、バンドパスフィルタＢＰＦ１の出力に、上記外部変調器２で変調波信号として用いたマーカ信号Ｅｍを混合（掛け算）する部分である。
【００２１】
ローパスフィルタＬＰＦ１は、ミキサＭＩＸ１が出力する、角速度が２倍になった成分と、直流成分を受け入れて、直流成分のみを通過させる部分である。
比較器Ｒは、ローパスフィルタＬＰＦ１の出力を受け入れて、予め各チャネルごとに定められた基準電圧と比較する部分である。その結果は制御信号として各チャネルの温度制御回路（ＴＥＣ１〜ＴＥＣｎ）に帰還される。
【００２２】
〈具体例１の動作〉
図１において、各チャネル毎にｎ個の光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）が、それぞれ波長（λ１〜λｎ）の被変調波を発振している。この被変調波の一部が、カプラ（ＣＰＬ１〜ＣＰＬｎ）によって分離されて、光スイッチ１に送られる。この光スイッチ１は、特定のチャネルの被変調光Ｅｃを選択して外部変調器２へ送る。動作説明の前提条件としてチャネルをＣＨ１に固定して以下の説明を行う。外部変調器２は、このＣＨ１の被変調波を変調波信号（以後マーカ信号Ｅｍと記す）で振幅変調して振幅変調された光信号Ｅｏを分散発生器３へ送る。分散発生器３は、この振幅変調された光信号Ｅｏに対し、波長に応じた遅延を発生させる。
【００２３】
ここで被変調光Ｅｃとマーカ信号Ｅｍを次式で表す。
Ｅｃ＝Ａｃ・ＣＯＳωｃＴ    …（１式）
Ｅｍ＝Ａｍ・ＣＯＳωｍＴ    …（２式）
更に、振幅変調された光信号Ｅｏは、（１式）、（２式）より
Ｅｏ＝Ａｃ（１＋Ｋ・ＣＯＳωｍＴ）ＣＯＳωｃＴ    …（３式）
と表される。ここでＡｃ、Ａｍは、それぞれ被変調光Ｅｃの振幅、マーカ信号Ｅｍの振幅を表し、ωｃ、ωｍは、それぞれ被変調光Ｅｃの角速度、マーカ信号Ｅｍの角速度を表している。更に、Ｔは時間を、Ｋは変調率を、それぞれ表している。
【００２４】
分散発生器３の構成及び原理について図を用いて説明する。
図２は、分散発生器の説明図である。
（ａ）は分散発生器の構成を示す図である。（ｂ）は、その特性を示す図であり、横軸に波長λ、縦軸に遅延時間Ｔｄを表している。
分散発生器３（図１）は、サーキュレータ２１とＣＦＢＧ２２を備える。サーキュレータ２１は、例えば図のようにＡ、Ｂ、Ｃの３開口を所持している場合、開口Ａに入力された光信号は、開口Ｂに出力され、開口Ｂに入力された光信号は、開口Ｃに出力されるように、いわゆる交通整理をするデバイスである。
【００２５】
ＣＦＢＧ２２は、光ファイバのコア部分に、長さ方向に回折格子状に、微小間隔で屈折率の大きな部分と小さな部分を連続繰り返しで、多数形成した特種な光ファイバである。サーキュレータ２１の開口Ｂに、このＣＦＢＧ２２を接続する。更にこのＣＦＢＧ２２の回折格子状の、微小間隔は、開口Ｂから遠ざかるに従って大きくする。
【００２６】
以上の構成による分散発生器３の開口Ａに、波長λ１、λ２（λ１＜λ２）の、２つの光信号が入力されたと仮定する。その時、開口Ｂから、ＣＦＢＧ２２に出力されたλ１、λ２、２つの光信号は、ＣＦＢＧ２２中に形成された回折格子状の部分によって反射される。この回折格子状の、微小間隔は、開口Ｂから遠ざかるに従って大きくなるため、波長λ１の信号に比較して、波長λ２の信号がより遅延して開口Ｂに戻る。この波長と遅延時間の関係を示した図が（ｂ）である。波長λが大きくなるにつれて遅延時間Ｔｄが大きくなることを示している。
【００２７】
従って、振幅変調された光信号Ｅｏ（３式）が、サーキュレータ２１を通ると以下に示す波長分散された信号Ｅｄになる。
Ｅｄ＝Ａｃ｛１＋Ｋ・ＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝ＣＯＳωｃＴ…（４式）
ここでθ１は、ＣＦＢＧ２２の中で発生した遅延時間に起因する絶対位相であり次式で表される。ここでは上記前提条件により波長はλ１なので、
θ１＝２π・Ｔｄ／λ１    …（５式）
即ち、遅延時間Ｔｄに起因する絶対位相θ１だけエンベロープが遅延したのと等価になる。
【００２８】
分散発生器３の構成及び原理についての説明を終了したので再度、図１に戻って具体例１の動作についての説明を続ける。
分散発生器３で波長分散された光信号Ｅｄ（４式）は、光電変換部４へ送られる。
カプラＢは、分散発生器３から、波長分散された光信号Ｅｄを受け入れる。同時に被変調光Ｅｃと異なる波長の局部発振光信号Ｅｅを受け入れて両者を混合する。この混合された光信号Ｅｄ＋Ｅｅを受光器８で光電変換して前記局部発振光信号Ｅｅと、上記波長分散された光信号Ｅｄとの乗算信号Ｅｓを生成させる。
Ｅｅを以下のように定める。
Ｅｅ＝Ａｅ・ＣＯＳωｅＴ    …（６式）
ここでＡｅは、局部発振光信号の振幅を表し、ωｅは、局部発振光信号の角速度を表している
【００２９】
次に図を用いて、光電変換部４が、混合された光信号Ｅｄ＋Ｅｅから乗算信号Ｅｓを生成させる原理について説明する。
図３は、光電変換部の動作原理説明図である。
図３より受光器８は、入力光信号と出力電気信号の間に非線形特性を備えるフォトダイオードである。通常この入出力特性は、２次曲線で近似される。
従って、受光器８に、混合された光信号Ｅｄ＋Ｅｅを入力すると出力からは（Ｅｄ＋Ｅｅ）２に比例した電気信号が得られる。
【００３０】
ここでＥｄ≪Ｅｅと置くと次式が成立する。
0004008617.tif 000002
（７式）に上記（４式）と（６式）を代入して整理すると、図３より次式が得られる。
（Ｅｄ＋Ｅｅ）２＝（１／２）Ａｅ２（ＣＯＳ２ωｅＴ＋１）＋Ａｅ・Ａｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝ＣＯＳ（ωｅ＋ωｃ）Ｔ＋Ａｅ・Ａｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝ＣＯＳ（ωｅ−ωｃ）Ｔ    …（８式）
【００３１】
（８式）第１項において、受光器８（図１）の周波数特性は、ＣＯＳ２ωｅＴの角速度が大きすぎて追随できないので振幅（１／２）Ａｅ２の直流レベルが現れる。同様に第２項、第３項においても受光器８（図１）の周波数特性は、ＣＯＳ（ωｅ＋ωｃ）Ｔ、及びＣＯＳ（ωｅ−ωｃ）Ｔの角速度が大きすぎて追随できない。従って第２項及び第３項は、それぞれ搬送波ＣＯＳ（ωｅ＋ωｃ）ＴのエンベロープＡｅ・Ａｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝と、搬送波ＣＯＳ（ωｅ−ωｃ）ＴのエンベロープＡｅ・Ａｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝が現れる。
【００３２】
従って受光器８（図１）の出力Ｅｓは、次式で近似される。
Ｅｓ＝直流成分＋Ｃ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）    …（９式）
ここでＣはエンベロープＡｅ・Ａｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝の振幅Ａｅ・Ａｃに比例する常数である。
以上の結果、振幅Ａｅの大きい局部発振光信号Ｅｅを波長分散された光信号Ｅｄに混合することによって実質的に波長分散された光信号Ｅｄを増幅したのと同様の効果を得ることができる。
【００３３】
再度図１に戻って具体例１の動作説明を続ける。
上記受光器８の出力Ｅｓ（９式）は、更に、増幅器９で増幅されて位相差検出器Ｐ１に送られる。この増幅器９の出力Ｅａは、上記（９式）から直流成分がカットされて、
Ｅａ＝Ｄ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）    …（１０式）になる。
【００３４】
この増幅器９の出力Ｅａを受け取ったバンドパスフィルタＢＰＦ１は、上記マーカ信号Ｅｍの角速度ωｍの正弦波のみ抽出する。バンドパスフィルタＢＰＦ１を通過した電気信号は、上記Ｅａ（１０式）に近似される信号である。θ１は、分散発生器３で、ＣＨ１の光信号に発生する遅延時間を絶対位相で表した値であり、θ１＝２π・Ｔｄ／λ１の関係が成立する。
【００３５】
ミキサＭＩＸ１は、バンドパスフィルタＢＰＦ１から受け入れた上記Ｅａ＝Ｄ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）（１０式）に近似される信号とマーカ信号Ｅｍ＝ＡｍＣＯＳωｍＴを混合（掛け算）する。その結果、ＣＯＳ（２ω１ｔ＋θ１）とＣＯＳθの２成分を主成分として出力する。ここで振幅は、説明を簡単にするため振幅調整して１に正規化してあるものとする。上記２つの主成分を受け入れたローパスフィルタＬＰＦ１は、ＣＯＳθ１のみ通過させる。このＣＯＳθ１は直流に近似されたレベル信号であり、そのレベルの大小は、ＣＨ１の光信号の波長λ１の遅延時間Ｔｄ１に依存している。
【００３６】
比較器Ｒ１は、このレベル信号を受け入れて予め定められている基準電圧Ｖｒ１と比較する。この基準電圧Ｖｒ１は、遅延時間Ｔｄ１（図２（ｂ））に相当するレベル信号の値、つまりＣＯＳθ１＝ＣＯＳ（２π・Ｔｄ１／λ１）に設定される。もし比較器Ｒ１が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Ｖｒ１よりも小さい時（図２（ｂ）のａ点）、制御信号を温度制御回路ＴＥＣ１に送って、光源ＬＤ１の発振周波数を下げ、波長λ１をΔλ増加させるように制御する。その結果遅延時間Ｔｄ１はΔＴｄ増加して図２（ｂ）のｃ点に向かう。もし比較器Ｒ１が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Ｖｒ１よりも大きい時（図２（ｂ）のｂ点）、制御信号を温度制御回路ＴＥＣ１に送って、光源ＬＤ１の発振周波数を上げ、波長λ１をΔλ減少させるように制御する。その結果遅延時間Ｔｄ１はΔＴｄ減少して図２（ｂ）のｃ点に向かう。
その結果、ＣＨ１の光源ＬＤ１の光信号出力の波長は、自動的にλ１に制御される。
【００３７】
実際の実験値として、ＣＨ１（λ１；１．５５μｍ）で、重畳信号発生回路の周波数を１００ＭＨｚ、分散発生器３の分散特性、約１０００ｐＳｅｃ／ｎｍ、でλ１が１ｐｍ変化した時に比較器Ｒ１の出力変動、約１０ｍＶを得た。
【００３８】
同様にして、光スイッチ１を切り換えることによって他のＣＨ２〜ＣＨｎまでの光源（ＬＤ２〜ＬＤｎ）の波長も、それぞれ自動的に（λ２〜λｎ）に制御される。
以上の説明は、波長分割多重光源について説明したが、この適用範囲は、波長分割多重光源に限定されるものではない。ｎ＝１の場合であっても上記と全く同様に適用可能である。
【００３９】
また、以上の説明は、分散発生器３（図１）としてサーキュレータ２１（図２）とＣＦＢＧ２２（図２）を備える構成に限定して説明したが、この構成に限定されるものではない。波長分散特性を持つ素子であれば良く、例えば光通信ネットワーク中で発生する、波長分散を補償するために用いられる、分散補償用ファイバで構成することも可能である。
【００４０】
更に、上記説明では受光器８（図１）の入出力特性を入力光信号振幅に対して、その２乗に比例する電気信号を出力する、いわゆる２乗特性に限定して説明した。しかし本発明は、この２乗特性に限定されるものではない。上記波長分散された光信号Ｅｄの振幅Ａｄと上記局部発振光信号Ｅｅの振幅Ａｅを乗算した値Ａｄ・Ａｅの振幅を持つ成分を出力するものであればよい。即ち３乗特性であっても４乗特性であってもよい。
【００４１】
〈具体例１の効果〉
以上説明したように、上記構成を備えることにより、以下の効果を得た。
１．分散発生器３によって発生する遅延時間に基づいて光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）の出力波長（λ１〜λｎ）を制御しているため、光源の波長を櫛歯状にとびとびに選択する必要がなくなり、連続的、かつ任意に選択することが可能になる。
【００４２】
２．仮に、各構成部分の精度誤差によって、光源（ＬＤ１〜ＬＤｎ）の出力波長（λ１〜λｎ）間に、遅延時間誤差が発生しても、比較器（Ｒ１〜Ｒｎ）に印加する基準電圧を個別に調整することによって、容易にその誤差を吸収することができるようになる。
【００４３】
３．従来例に記した、マッハツェンダ型フィルタを必要としなくなったため、ディザリングに要する温度制御を必要としなった。その結果周辺機器への温度変化による悪影響が無くなる。
【００４４】
４．従来例に比して、高価な構成部分を必要としないため、装置の低価格化推進に役立つ。
５．受光器が受け入れる光信号の振幅は、局部発振光信号Ｅｅによって実質的に光増幅されるために波長制御の精度が大幅に向上する。
【００４５】
〈具体例２の構成と動作〉
図４は、具体例２によるＷＤＭ光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
図より、具体例２によるＷＤＭ光通信用光源は、ＣＨ１〜ＣＨｎまでｎ個の光源基板と、光スイッチ１と、外部変調器２と、分散発生器３と、光電変換部２４と、位相差検出器Ｐと、比較器Ｒとを備える。
具体例１との差異のみについて説明する。
【００４６】
光電変換部２４は、受光器８と、カプラＢと、局部発振光源２５と、温度調整回路２６と、出力パワー調整回路２７と、終端受光器２８から構成される。
温度調整回路２６と出力パワー制御回路２７は、局部発振光源２５の出力の温度による変化を補償する回路である。
【００４７】
具体例１では、局部発振光源５（図１）は、通常バック光をフォトダイオードでモニタするレーザダイオードが用いられる。具体例２では、カプラＢの終端に光フィルタ及び終端受光器２８を備える。この光フィルタ及び終端受光器２８によって出力光Ｅｅを直接モニタして、その出力電圧を温度調整回路２６と、出力パワー調整回路２７へ帰還させる構成をとる。
その他の構成動作は、具体例１の構成動作と全く同様なので説明を割愛する。
【００４８】
〈具体例２の効果〉
カプラＢの終端部に終端受光器２８を備えて出力光を直接モニタして、その出力電圧を温度調整回路２６と、出力パワー調整回路２７へ帰還させる構成をとることにより以下の効果を得る。
１．レーザダイオードのトラッキングエラーよる影響を受けることなく安定したパワーを供給することが可能になる。
２．その結果ＷＤＭ光源波長をより一層安定化させることができる。
【００４９】
〈具体例３の構成〉
具体例１に備える位相差検出器Ｐ１（図１）では、比較器Ｒ１（図１）への出力ＣＯＳθ１の振幅（具体例１の説明では１に正規化して説明した）が、入力信号Ｅａ＝Ｄ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）（１０式）の振幅Ｄに比例している。この状態では、振幅Ｄが温度変化等によって変化した場合に直接ＣＯＳθ１の振幅変動となつて出力される。即ち、外部変調器２（図１）、分散発生器３（図１）、光電変換部４（図１）での振幅変動によって比較器Ｒ１の出力が変動し、ＷＤＭ光源波長の安定化を阻害する。具体例３は、この弊害除去を目的として、π／２ハイブリット２分岐回路と２個のミキサを備え、入力信号の振幅に依存しない位相差検出器を構成する。
【００５０】
図５は、具体例３によるＷＤＭ光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
図より、具体例３によるＷＤＭ光通信用光源は、ＣＨ１の光源基板と、外部変調器２と、分散発生器３と、受光器８と、増幅器９と、位相差検出器３１と、比較器Ｒ１とを備える。
【００５１】
ＣＨ１の光源基板は、１個のチャネルを形成する光信号発生部分である。この光源基板は、光源ＬＤ１と、カプラＡ１を備える。
【００５２】
光源ＬＤ１は、ＣＨ１に相当する波長λ１で発振するレーザダイオードである。即ち、光通信用の被変調光を出力する部分である。
温度制御回路ＴＥＣ１は、制御信号によって、光源ＬＤ１の発振周波数を変化させる部分である。
【００５３】
カプラＡ１は、ＣＨ１の被変調光Ｅｃの一部を分離して取り出す部分である。
外部変調器２は、ＣＨ１の光源基板が形成するチャネルの被変調光Ｅｃの一部を受け入れ、任意に設定された一定の角速度のマーカ信号Ｅｍで振幅変調する部分である。一例としてニオブ酸リチウム単結晶等から構成される。
分散発生器３は、外部変調器２から振幅変調された光信号Ｅｏを受け入れて、例えば、分散補償用ファイバや、チャープドファイバブラッググレーティング（以後ＣＦＢＧと記す）等を用いて波長分散させる部分である。
【００５４】
受光器８は、分散発生器３から、波長分散された光信号Ｅｄを受け入れて光電変換するフォトダイオードである。
増幅器９は、受光器８が変換した電気信号を増幅する部分である。
位相差検出器３１は、上記光源ＬＤ１の発振周波数を安定化させるため、制御信号を得る部分である。更に、その内部にバンドパスフィルタＢＰＦ１と、π／２ハイブリット２分岐回路３２と、ミキサＡ１とミキサＢと、アナログ演算器３３を備える。
【００５５】
バンドパスフィルタＢＰＦ１は、マーカ信号の周波数帯、即ちＣＯＳωｍＴのみを通過させる帯域通過フィルタである。
π／２ハイブリット２分岐回路３２は、上記マーカ信号の周波数帯、即ちＣＯＳωｍＴの入力を受け入れて相互にπ／２位相の異なる２信号、ＣＯＳωｍＴと、ＳＩＮωｍＴを出力する回路である。通常同軸ケーブルやストリップ線路を用いて構成される。
ミキサＡ１とミキサＢは、２信号掛け算器である。
【００５６】
ローパスフィルタＬＰＦ１とローパスフィルタＬＰＦ２は、それぞれミキサＡ１とミキサＢの出力を受け入れてその低域成分のみを出力する低域通過フィルタである。
アナログ演算器３３は、ローパスフィルタＬＰＦ１とローパスフィルタＬＰＦ２の出力を受け入れて所定のアナログ演算を行う回路である。この詳細については、後に動作の項で図を用いて説明する。
比較器Ｒ１は、位相差検出器３１の出力を受け入れて、予めＣＨ１に定められた基準電圧Ｖｒ１と比較する部分である。その結果を制御信号として温度制御回路ＴＥＣ１に帰還する部分である。
【００５７】
〈具体例３の動作〉
図５において、ＣＨ１の光源ＬＤ１が、波長λ１の被変調光Ｅｃを発振している。この被変調光Ｅｃの一部が、カプラＡ１によって分離されて、外部変調器２へ送られる。外部変調器２は、このＣＨ１の被変調光Ｅｃをマーカ信号Ｅｍで振幅変調して振幅変調された光信号Ｅｏを分散発生器３へ送る。分散発生器３は、この振幅変調された光信号Ｅｏを波長分散させる。
【００５８】
ここで被変調光Ｅｃとマーカ信号Ｅｍを次式で表す。
Ｅｃ＝Ａｃ・ＣＯＳωｃＴ    …（１式）
Ｅｍ＝Ａｍ・ＣＯＳωｍＴ    …（２式）
更に、振幅変調された光信号Ｅｏは、（１式）、（２式）より
Ｅｏ＝Ａｃ（１＋Ｋ・ＣＯＳωｍＴ）ＣＯＳωｃＴ    …（３式）
と表される。ここでＡｃ、Ａｍは、それぞれ被変調光Ｅｃの振幅、マーカ信号Ｅｍの振幅を表し、ωｃ、ωｍは、それぞれ被変調光Ｅｃの角速度、マーカ信号Ｅｍの角速度を表している。更に、Ｔは時間を、Ｋは変調率を、それぞれ表している。
【００５９】
この振幅変調された光信号Ｅｏ（３式）が分散発生器３へ送られる。
分散発生器３の構成及び原理については、具体例１と全く同様なので説明を割愛して、その結果を用いる。
振幅変調された光信号Ｅｏ（３式）が、分散発生器３を通ると以下に示す波長分散された信号Ｅｄになる。
Ｅｄ＝Ａｃ｛１＋Ｋ・ＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝ＣＯＳωｃＴ…（４式）
【００６０】
ここでθ１は、分散発生器３の中で発生した遅延時間に起因する絶対位相であり次式で表される。ＣＨ１の波長はλ１なので、
θ１＝２π・Ｔｄ／λ１    …（５式）
即ち、遅延時間Ｔｄに起因する絶対位相θ１だけエンベロープが遅延したのと等価になる。
【００６１】
分散発生器３で波長分散された光信号Ｅｄ（４式）は、受光器８へ送られる。受光器８の周波数特性は、ＣＯＳωｃＴの角速度が大きすぎて追随できないので搬送波ＣＯＳωｃＴのエンベロープＡｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝のみが現れる。
【００６２】
従って受光器８の出力Ｅｓは、次式で近似される。
Ｅｓ＝直流成分＋Ｃ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）    …（９式）
ここでＣはエンベロープＡｅ・Ａｃ｛１＋ＫＣＯＳ（ωｍＴ＋θ１）｝の振幅Ａｅ・Ａｃに比例する常数である。
このＥｓは、増幅器９で直流カットされ、かつ増幅され、さらにバンドパスフィルタＢＰＦ１を通過して次式となる。
Ｅａ＝Ｄ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）    …（１０式）
このＥａがπ／２ハイブリット２分岐回路３２へ送られる。
以下に図を用いて位相差検出器３１の動作について説明する。
【００６３】
図６は、具体例３の原理説明図である。
π／２ハイブリット２分岐回路３２〜アナログ演算器３３に至る信号演算の流れについて説明した図である。
図６より、π／２ハイブリット２分岐回路３２が、バンドパスフィルタＢＰＦ１を通過した信号Ｅａ（１０式）を受け入れて、相互にπ／２位相の異なる２信号
Ｅｈ＝Ｈ・ＳＩＮ（ωｍ＋θ１）    …（１１式）と、
Ｅｉ＝Ｈ・ＣＯＳ（ωｍ＋θ１）    …（１２式）を出力する。
【００６４】
Ｅｈ（１１式）は、ミキサＡでマーカ信号Ｅｍ（２式）を掛け算され、
Ｘ＝（Ａｍ・Ｈ／２）｛ＳＩＮ（２ωｍＴ＋θ１）＋ＳＩＮθ１｝…（１３式）に変換される。同様にしてＥｉ（１２式）は、ミキサＢでマーカ信号Ｅｍ（２式）を掛け算され、
Ｙ＝（Ａｍ・Ｈ／２）｛ＣＯＳ（２ωｍＴ＋θ１）＋ＣＯＳθ１｝…（１４式）に変換される。
【００６５】
ローパスフィルタＬＰＦ１は、Ｘ（１３式）を受け入れて、その低域成分、
ＸＬ＝Ｆ・ＳＩＮθ１    …（１５式）を得る。
同様にしてローパスフィルタＬＰＦ２は、Ｘ（１４式）を受け入れて、その低域成分、
ＹＬ＝Ｆ・ＣＯＳθ１    …（１６式）を得る。
【００６６】
アナログ演算器３３は、ＸＬ（１５式）とＹＬ（１６式）から、
Ｆ＝（ＸＬ２＋ＹＬ２）１／２    …（１７式）を得る。
ＹＬ（１６式）とＦ（１７式）から、
ＹＬ／Ｆ＝ＣＯＳθ１    …（１８式）を得る。
【００６７】
ここで留意すべき事項は、以下の通りである。
（１８式）では、光源基板ＣＨ１〜位相差検出器３１に至る間の信号表現に用いられた振幅常数、例えばＡｃ、Ａｍ、Ｈ、Ｄ等の全てが消去されている。レベル信号の大小はＣＯＳθ１のみによって表されている。
即ち、（１８式）は、光源基板ＣＨ１〜位相差検出器３１に至る間で温度変化等の要因等によって振幅常数に変動があっても測定結果ＣＯＳθ１には影響を及ぼさないことを意味している。
以上で位相差検出器３１の動作説明を終了したので、再度図５に戻って具体例３の動作説明を継続する。
【００６８】
比較器Ｒ１は、このレベル信号ＣＯＳθ１を受け入れて予め定められている基準電圧Ｖｒ１と比較する。この基準電圧Ｖｒ１は、既に具体例１において説明したように遅延時間Ｔｄ１（図２（ｂ））に相当するレベル信号の値、つまりＣＯＳθ１＝ＣＯＳ（２π・Ｔｄ１／λ１）に設定される。もし比較器Ｒ１が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Ｖｒ１よりも小さい時（図２（ｂ）のａ点）、制御信号を温度制御回路ＴＥＣ１に送って、光源ＬＤ１の発振周波数を下げ、波長λ１をΔλ増加させるように制御する。その結果遅延時間Ｔｄ１はΔＴｄ増加して図２（ｂ）のｃ点に向かう。
【００６９】
もし比較器Ｒ１が受け入れたレベル信号が、この基準電圧Ｖｒ１よりも大きい時（図２（ｂ）のｂ点）、制御信号を温度制御回路ＴＥＣ１に送って、光源ＬＤ１の発振周波数を上げ、波長λ１をΔλ減少させるように制御する。その結果遅延時間Ｔｄ１はΔＴｄ減少して図２（ｂ）のｃ点に向かう。
その結果、ＣＨ１の光源ＬＤ１の光信号出力の波長は、自動的にλ１に制御される。
【００７０】
上記説明では、ＣＨ１のみに限定して説明したが本発明はこの具体例に限定されるものではない。即ち、具体例１と同様にＣＨ１〜ＣＨｎまでｎ個の光源基板を備え、光スイッチによってｎ個のチャネルのうちから１個のチャネルを選択する構成にして、その選択されたチャネル毎に比較器Ｒ１に加える基準電圧を切り換える構成にしてもよい。
更に、受光器８に代えて具体例１の光電変換部４（図１）を備える構成にしてもよい。
【００７１】
〈具体例３の効果〉
以上説明したように位相差検出器３１を備えることにより以下の効果を得る。
１．光源基板ＣＨ１〜位相差検出器３１に至る間で温度変化等の要因等によって振幅常数に変動があっても測定結果ＣＯＳθ１には影響を及ぼさなくなる。
２．その結果ＷＤＭ光源波長をより一層安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】具体例１によるＷＤＭ光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
【図２】分散発生器の説明図である。
【図３】光電変換部の動作原理説明図である。
【図４】具体例２によるＷＤＭ光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
【図５】具体例３によるＷＤＭ光通信用光源の安定化装置のブロック図である。
【図６】具体例３の原理説明図である。
【符号の説明】
１  光スイッチ
２  外部変調器
３  分散発生器
４  光電変換部
５  局部発振光源
６  温度調整回路
７  出力パワー調整回路
８  受光器
９  増幅器
Ａ１  カプラ
Ｂ  カプラ
ＢＰＦ１  バンドパスフィルタ
Ｃｈ１〜Ｃｈｎ  光源基板
ＬＤ１〜ＬＤｎ  光源
ＬＰＦ１  ローパスフィルタ
ＭＩＸ１  ミキサ
Ｐ  位相差検出器
Ｒ  比較器
ＴＥＣ１〜ＴＥＣｎ  温度制御回路
Ｖｒ１〜Ｖｒ２  基準電圧
【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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