JP3304294B2 - 標準波長光発生装置 - Google Patents
標準波長光発生装置Info
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- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度波長多重ネ
ットワークシステムにおいて、基準波長クリッドに準拠
した標準波長の単一モード連続光を低コストで簡易に発
生させる装置に関する。
ットワークシステムにおいて、基準波長クリッドに準拠
した標準波長の単一モード連続光を低コストで簡易に発
生させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長多重ネットワークシステムでは、絶
対波長が校正された基準波長グリッドに標準波長光源を
安定化することが重要である。従来においては、標準波
長光源としては、波長制御可能な単一モード発振する分
布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）が挙げられてお
り、また、このＤＦＢ−ＬＤの標準波長を安定化する方
法としては、図７に示すモノクロメータを利用する方法
が提案されている。
対波長が校正された基準波長グリッドに標準波長光源を
安定化することが重要である。従来においては、標準波
長光源としては、波長制御可能な単一モード発振する分
布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）が挙げられてお
り、また、このＤＦＢ−ＬＤの標準波長を安定化する方
法としては、図７に示すモノクロメータを利用する方法
が提案されている。
【０００３】図７においては、従来のモノクロメータの
概略ブロック図を示しており、フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）である光源１からスリット２、ミラー３を介して回
転ステージの回折格子４にて所望のスペクトルを得てお
り、ミラー５、スリット６及びレンズ７にて平行光線を
得て出力している。すなわち、モノクロメータは、絶対
確度の高い波長弁別機能を有するもので、指定波長にモ
ノクロメータを設定し、弁別されるレーザ光強度が最大
となるようにレーザ発振波長を制御して標準波長光を得
るものである。
概略ブロック図を示しており、フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）である光源１からスリット２、ミラー３を介して回
転ステージの回折格子４にて所望のスペクトルを得てお
り、ミラー５、スリット６及びレンズ７にて平行光線を
得て出力している。すなわち、モノクロメータは、絶対
確度の高い波長弁別機能を有するもので、指定波長にモ
ノクロメータを設定し、弁別されるレーザ光強度が最大
となるようにレーザ発振波長を制御して標準波長光を得
るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す如きモノクロメータを用いて標準波長を安定化する
装置においては、その波長弁別機能がグレーティングに
よる回折角の波長依存性を利用しているために、長い光
路長の光学系が必要となって、装置が大型化している。
示す如きモノクロメータを用いて標準波長を安定化する
装置においては、その波長弁別機能がグレーティングに
よる回折角の波長依存性を利用しているために、長い光
路長の光学系が必要となって、装置が大型化している。
【０００５】また、波長安定化確保のためには、光学系
を機械的に堅固にする必要があり、このため極めて高剛
性のフレームが必要となる。
を機械的に堅固にする必要があり、このため極めて高剛
性のフレームが必要となる。
【０００６】また、発振波長の制御に当っては、二つの
波長の差分を採りこの差を無くすようフィードバックさ
せることが通常行なわれるが、スペクトルのピークでの
差分はとりにくく、このため指定波長の近傍で発振波長
を低周波数（５〜１０ｋＨｚ）で変調している。しか
し、この変調は強度変調成分として重畳されることにな
り、伝送システムではこの強度変調はクロック抽出時等
で雑音による障害を発生させるおそれがある。
波長の差分を採りこの差を無くすようフィードバックさ
せることが通常行なわれるが、スペクトルのピークでの
差分はとりにくく、このため指定波長の近傍で発振波長
を低周波数（５〜１０ｋＨｚ）で変調している。しか
し、この変調は強度変調成分として重畳されることにな
り、伝送システムではこの強度変調はクロック抽出時等
で雑音による障害を発生させるおそれがある。
【０００７】なお、上述のモノクロメータにおいて、回
折格子を高速に回転すれば、波長変調しない良質な連続
単色光を発生させるサンプルサーボ型の波長制御装置を
構成することは可能である。しかし、回折格子はディス
クと異なり回転数に大きな制限があるためサンプリング
周期を小さくするのにも限界が生じ、サンプルサーボが
機能しないという問題もある。
折格子を高速に回転すれば、波長変調しない良質な連続
単色光を発生させるサンプルサーボ型の波長制御装置を
構成することは可能である。しかし、回折格子はディス
クと異なり回転数に大きな制限があるためサンプリング
周期を小さくするのにも限界が生じ、サンプルサーボが
機能しないという問題もある。
【０００８】本発明は、上述の問題に鑑み、従来のよう
な長い光路長と高剛性フレームを必要とせずにコンパク
トで、また低雑音であり回折格子も回転させない標準波
長光発生装置の提供を目的とする。
な長い光路長と高剛性フレームを必要とせずにコンパク
トで、また低雑音であり回折格子も回転させない標準波
長光発生装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。単一モード波長可
変半導体レーザ光源と、この光源からの光を透過し回転
角度に対して線形に変化する透過中心波長を有するディ
スク型の透過型光フィルタと、このフィルタをクロック
に同期させて一定速度で回転させるサーボモータと、指
定波長と等しい透過中心波長を与える１回転周期内の時
刻ｔ＝ｔ0 を検出し、その時刻を基準とした前後の時刻
ｔ＝ｔ0 −τ、ｔ0 ＋τで透過光の強度をサンプリング
し、その差を演算回路により導出し、その差に比例した
電圧を、前記単一モード波長可変半導体レーザ光源の発
振波長と指定波長との誤差信号として発生して、誤差を
打ち消すよう前記単一モード波長可変半導体レーザ光源
を制御する負帰還制御信号を発生するよう前記クロック
に同期して動作する回路と、を有することを特徴とす
る。
発明は、次の発明特定事項を有する。単一モード波長可
変半導体レーザ光源と、この光源からの光を透過し回転
角度に対して線形に変化する透過中心波長を有するディ
スク型の透過型光フィルタと、このフィルタをクロック
に同期させて一定速度で回転させるサーボモータと、指
定波長と等しい透過中心波長を与える１回転周期内の時
刻ｔ＝ｔ0 を検出し、その時刻を基準とした前後の時刻
ｔ＝ｔ0 −τ、ｔ0 ＋τで透過光の強度をサンプリング
し、その差を演算回路により導出し、その差に比例した
電圧を、前記単一モード波長可変半導体レーザ光源の発
振波長と指定波長との誤差信号として発生して、誤差を
打ち消すよう前記単一モード波長可変半導体レーザ光源
を制御する負帰還制御信号を発生するよう前記クロック
に同期して動作する回路と、を有することを特徴とす
る。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】ＤＦＢ−ＬＤの発振波長を制御す
るに当って、ディスク型フィルタによる透過波長を利用
する。このディスク型フィルタは、通過する光ビームの
透過ピーク波長が角度位置に線形に依存させられるとい
う特性を有し、したがって、一定回転速度にてディスク
型フィルタを回転させた場合には、透過ピーク波長は時
間に対し図１に示すように変化する。
るに当って、ディスク型フィルタによる透過波長を利用
する。このディスク型フィルタは、通過する光ビームの
透過ピーク波長が角度位置に線形に依存させられるとい
う特性を有し、したがって、一定回転速度にてディスク
型フィルタを回転させた場合には、透過ピーク波長は時
間に対し図１に示すように変化する。
【００１２】ディスク型フィルタを電気信号に同期させ
て回転させると、時間軸に対する透過ピーク波長の、時
間軸は波長軸に置き変えられ、このときの透過光強度を
オシロスコープ波形（時間波形）は光スペクトルを表
す。
て回転させると、時間軸に対する透過ピーク波長の、時
間軸は波長軸に置き変えられ、このときの透過光強度を
オシロスコープ波形（時間波形）は光スペクトルを表
す。
【００１３】この波長軸上にあって例えば差分をとるべ
き適当な二以上の基準光源を考えるとき、この基準光源
はこの等価的な波長軸上で校正でき、校正された波長軸
では指定された波長λ0 と一致する透過ピーク長を与え
る回転周期内の相対的な時刻ｔ0 を導出することができ
る。時間波形は、ディスク型フィルタの透過特性ρ
（λ，θ）と入射光の例えばローレンツ型等のプロファ
イルｕ（λ）及び回転角θ＝ωｔを用いると次式［数
１］を表わすことができる。
き適当な二以上の基準光源を考えるとき、この基準光源
はこの等価的な波長軸上で校正でき、校正された波長軸
では指定された波長λ0 と一致する透過ピーク長を与え
る回転周期内の相対的な時刻ｔ0 を導出することができ
る。時間波形は、ディスク型フィルタの透過特性ρ
（λ，θ）と入射光の例えばローレンツ型等のプロファ
イルｕ（λ）及び回転角θ＝ωｔを用いると次式［数
１］を表わすことができる。
【数１】
【００１４】この場合、λは波長、ωｔのｔは１回転周
期内の相対的時刻である。一方、ＤＦＢ−ＬＤのスペク
トルをみるに、ディスク型フィルタの半値幅に比べて極
めて狭いので、delta 関数を用いるとδ（λ−λX ）と
書くことができ、上記［数１］の積分を実行すると、フ
ィルタを通過した光の強度の時間波形はフィルタの通過
特性を反映したものとなる。
期内の相対的時刻である。一方、ＤＦＢ−ＬＤのスペク
トルをみるに、ディスク型フィルタの半値幅に比べて極
めて狭いので、delta 関数を用いるとδ（λ−λX ）と
書くことができ、上記［数１］の積分を実行すると、フ
ィルタを通過した光の強度の時間波形はフィルタの通過
特性を反映したものとなる。
【００１５】図２は時間波形の例を示しており、半値幅
０．５ｎｍのローレンツ型フィルタを用いた場合、発振
波長λX ＝λ0 、λ0 ＋０．１（ｎｍ）の二つのレーザ
光に対する波形を示す。掃引速度は２ｎｍ／ｍｓで、２
５ｉｎｃｈのディスクを１５００ｒｐｍ程度の回転によ
って得られる速度である。したがって、図３の如く、基
準時刻ｔ0 から等間隔にずれた時刻ｔ＝τ、−τにてゲ
ートをかけることにより前掲式による光出力Ｐ1 ，Ｐ2
をサンプリングすることにより、光強度はローレンツ型
フィルタの場合、次式［数２］にて表わせる。
０．５ｎｍのローレンツ型フィルタを用いた場合、発振
波長λX ＝λ0 、λ0 ＋０．１（ｎｍ）の二つのレーザ
光に対する波形を示す。掃引速度は２ｎｍ／ｍｓで、２
５ｉｎｃｈのディスクを１５００ｒｐｍ程度の回転によ
って得られる速度である。したがって、図３の如く、基
準時刻ｔ0 から等間隔にずれた時刻ｔ＝τ、−τにてゲ
ートをかけることにより前掲式による光出力Ｐ1 ，Ｐ2
をサンプリングすることにより、光強度はローレンツ型
フィルタの場合、次式［数２］にて表わせる。
【数２】
【００１６】この場合、Δλはフィルタの半値幅、λX
はＬＤの発振波長、ωはディスクの回転角速度、ａはデ
ィスク型フィルタの透過ピーク波長の単位角度に対する
変化量である。したがって、サンプリングされた光出力
差は次式［数３］となる。
はＬＤの発振波長、ωはディスクの回転角速度、ａはデ
ィスク型フィルタの透過ピーク波長の単位角度に対する
変化量である。したがって、サンプリングされた光出力
差は次式［数３］となる。
【数３】
【００１７】波長差が十分小さい場合は、光出力差は略
波長差に比例し、符号は波長のずれの方向を示してい
る。
波長差に比例し、符号は波長のずれの方向を示してい
る。
【００１８】図４は、図２に示す特性の場合の光出力差
を波長のずれの関数としてプロットした誤差曲線であ
り、適当にゲート時刻を定めることにより基準時間（こ
こでｔ＝０）近傍で直線的な誤差信号を得ることがで
き、波長制御が可能であることが判明する。この制御領
域（ダイナミックレンジ）としては、τ＝０．１ｍｓの
時±０．２ｎｍであり、この範囲で波長を極めて精密に
制御することができ、フィルタの半値幅より大幅に小さ
い。
を波長のずれの関数としてプロットした誤差曲線であ
り、適当にゲート時刻を定めることにより基準時間（こ
こでｔ＝０）近傍で直線的な誤差信号を得ることがで
き、波長制御が可能であることが判明する。この制御領
域（ダイナミックレンジ）としては、τ＝０．１ｍｓの
時±０．２ｎｍであり、この範囲で波長を極めて精密に
制御することができ、フィルタの半値幅より大幅に小さ
い。
【００１９】図５は、制御時の各信号チャートであり、
サンプリングはディスク回転毎に行なわれ、サンプリン
グ時間としては１０Ｈｚ〜２００Ｈｚによる周期が利用
可能である。このことはディスクの回転速度が６００ｒ
ｐｍ〜３００００ｒｐｍにて利用されることは対応させ
ている。サンプリングした出力Ｐ1 ，Ｐ2 は前式［数
２］にて演算され、そして［数３］の式よりＰ1 −Ｐ2
のずれ量が時間幅、方向が符号として表わされ、この出
力信号からＬＤの発振波長制御信号Ｖが発生され、サン
プリングの１周期内ではこの制御信号をホールドする。
制御信号の急激な変化によるＬＤの雑音励起を防止する
ため、適当な回路により平滑化される。ディスクの回転
速度を十分高くしてサンプリング周期を短くすることに
より、レーザの発振波長のドリフトを抑圧したサンプル
サーボによる波長制御が可能である。
サンプリングはディスク回転毎に行なわれ、サンプリン
グ時間としては１０Ｈｚ〜２００Ｈｚによる周期が利用
可能である。このことはディスクの回転速度が６００ｒ
ｐｍ〜３００００ｒｐｍにて利用されることは対応させ
ている。サンプリングした出力Ｐ1 ，Ｐ2 は前式［数
２］にて演算され、そして［数３］の式よりＰ1 −Ｐ2
のずれ量が時間幅、方向が符号として表わされ、この出
力信号からＬＤの発振波長制御信号Ｖが発生され、サン
プリングの１周期内ではこの制御信号をホールドする。
制御信号の急激な変化によるＬＤの雑音励起を防止する
ため、適当な回路により平滑化される。ディスクの回転
速度を十分高くしてサンプリング周期を短くすることに
より、レーザの発振波長のドリフトを抑圧したサンプル
サーボによる波長制御が可能である。
【００２０】ディスク型フィルタの特性、時間波形、ゲ
ート信号、制御信号等については、上述のとおりであ
り、これを具体的にブロック化したものが図６の構造で
ある。図６において、ＤＦＢ−ＬＤ１０の出力はアイソ
レータ１１を介してスプリッタ１２により一部分岐さ
れ、波長制御用トラッキングジェネレータ部１３に入力
される。この場合、ＤＦＢ−ＬＤ１０としては、多電極
型の分布帰還レーザが適用でき、回折格子部のキャリア
密度を制御して選択波長を制御すると共に他の部分で位
相補償を行なうもので、モノリシック構造で３０ｎｍ程
度の可変範囲を有する。
ート信号、制御信号等については、上述のとおりであ
り、これを具体的にブロック化したものが図６の構造で
ある。図６において、ＤＦＢ−ＬＤ１０の出力はアイソ
レータ１１を介してスプリッタ１２により一部分岐さ
れ、波長制御用トラッキングジェネレータ部１３に入力
される。この場合、ＤＦＢ−ＬＤ１０としては、多電極
型の分布帰還レーザが適用でき、回折格子部のキャリア
密度を制御して選択波長を制御すると共に他の部分で位
相補償を行なうもので、モノリシック構造で３０ｎｍ程
度の可変範囲を有する。
【００２１】波長制御用トラッキングジェネレータ部１
３に入力されたスプリッタ１２の分岐光はコリメート光
に変換され、このコリメート光路中にて透過ピーク波長
が掃引されたディスク型フィルタ１４を配置する。この
ディスク型フィルタ１４はＤＣサーボモータ１５により
駆動されるが、このモータ駆動に当って回転位相安定化
のためにクロック発生器１６のクロックをＰＬＬ回路１
７により位相同期させて駆動する。
３に入力されたスプリッタ１２の分岐光はコリメート光
に変換され、このコリメート光路中にて透過ピーク波長
が掃引されたディスク型フィルタ１４を配置する。この
ディスク型フィルタ１４はＤＣサーボモータ１５により
駆動されるが、このモータ駆動に当って回転位相安定化
のためにクロック発生器１６のクロックをＰＬＬ回路１
７により位相同期させて駆動する。
【００２２】ディスク型フィルタ１４の透過光は、フォ
トダイオード（ＰＤ）１８に入力されて電気信号に変換
され、この電気信号はゲート回路１９にてゲートをかけ
サンプリングが行なわれる。サンプリングに当っては、
基準波長に相当する時刻ｔ0 をディスク型フィルタ１４
に記載されたマークを基準に算出し、この基準時刻の前
後にて二つのゲートを設定する。このゲートを開くこと
によりサンプリングされた二つの透過光に当る電気信号
の差を導出するため、ロジック回路２０が備えられる。
このロジック回路２０では、光出力差Ｐ1 −Ｐ2 が計算
される。このとき、図５に示すように、光出力差の絶対
値をパルス幅に、方向を符号に置換えたパルスとして出
力する。
トダイオード（ＰＤ）１８に入力されて電気信号に変換
され、この電気信号はゲート回路１９にてゲートをかけ
サンプリングが行なわれる。サンプリングに当っては、
基準波長に相当する時刻ｔ0 をディスク型フィルタ１４
に記載されたマークを基準に算出し、この基準時刻の前
後にて二つのゲートを設定する。このゲートを開くこと
によりサンプリングされた二つの透過光に当る電気信号
の差を導出するため、ロジック回路２０が備えられる。
このロジック回路２０では、光出力差Ｐ1 −Ｐ2 が計算
される。このとき、図５に示すように、光出力差の絶対
値をパルス幅に、方向を符号に置換えたパルスとして出
力する。
【００２３】なお、ＡＤ変換器２１は、ディジタル処理
のためであり、二つのサンプリング間の時間遅延の遅延
補償をアナログより容易に行なっている。また、ＤＡ変
換器２２は、アナログ変換により波長可変のレーザダイ
オードに対する制御信号を発生させる。この制御信号
は、クロックにて次のタイミング信号が入力されるまで
保持される。積分回路２３は、ステップ関数的に変化す
る制御信号を平滑するためであり、回路定数はサンプリ
ングの時間間隔やＬＤの特性に応じて最適化される。こ
の制御信号にてＤＦＢ−ＬＤ１０を制御することにより
基準波長グリッドに準拠した標準波長の連続単色光を得
ることができる。
のためであり、二つのサンプリング間の時間遅延の遅延
補償をアナログより容易に行なっている。また、ＤＡ変
換器２２は、アナログ変換により波長可変のレーザダイ
オードに対する制御信号を発生させる。この制御信号
は、クロックにて次のタイミング信号が入力されるまで
保持される。積分回路２３は、ステップ関数的に変化す
る制御信号を平滑するためであり、回路定数はサンプリ
ングの時間間隔やＬＤの特性に応じて最適化される。こ
の制御信号にてＤＦＢ−ＬＤ１０を制御することにより
基準波長グリッドに準拠した標準波長の連続単色光を得
ることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、長
い光路長やそれによる高剛性フレームを要することなく
基準波長グリッドに準拠した任意の良質な連続単色光を
低コストで小型の装置により得ることができる。
い光路長やそれによる高剛性フレームを要することなく
基準波長グリッドに準拠した任意の良質な連続単色光を
低コストで小型の装置により得ることができる。
【図１】回転角度に対して線形に変化する透過中心波長
を有するディスク型の透過型光フィルタの掃引特性を説
明する図。
を有するディスク型の透過型光フィルタの掃引特性を説
明する図。
【図２】単一モードＬＤ光のディスクフィルタ透過強度
波形図。
波形図。
【図３】指定波長の前後にゲート信号を発生させて透過
光強度のサンプリングを説明する図。
光強度のサンプリングを説明する図。
【図４】トラッキングジェネレータにより発生する誤差
信号特性を説明する図。
信号特性を説明する図。
【図５】サンプリングから平滑された制御信号を発生さ
せるまでの過程を説明するタイムチャート。
せるまでの過程を説明するタイムチャート。
【図６】本発明の具体的回路ブロックを説明する図。
【図７】従来の標準波長光発生装置において、ＬＤの波
長変調によりエタロンの透過ピークにＬＤの発振波長を
合わせる方法を説明する図。
長変調によりエタロンの透過ピークにＬＤの発振波長を
合わせる方法を説明する図。
１０ 単一モード波長可変ＬＤ（ＤＦＢ−ＬＤ） １４ 可変透過光ディスク型フィルタ １５ ＤＣサーボモータ １９ ゲート回路 ２０ ロジック回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 (56)参考文献 特開 平３−72686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−244185（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−98283（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67832（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170587（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−157780（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−199779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−93385（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−295182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−24202（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265722（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−5661（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−33003（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−37147（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−126201（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭46−29294（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平９−502838（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 26/00 H04B 10/00 - 10/06 H04J 14/00 - 14/02
Claims (1)
- 【請求項１】 単一モード波長可変半導体レーザ光源
と、 この光源からの光を透過し回転角度に対して線形に変化
する透過中心波長を有するディスク型の透過型光フィル
タと、 このフィルタをクロックに同期させて一定速度で回転さ
せるサーボモータと、 指定波長と等しい透過中心波長を与える１回転周期内の
時刻ｔ＝ｔ0 を検出し、その時刻を基準とした前後の時
刻ｔ＝ｔ0 −τ、ｔ0 ＋τで透過光の強度をサンプリン
グし、その差を演算回路により導出し、その差に比例し
た電圧を、前記単一モード波長可変半導体レーザ光源の
発振波長と指定波長との誤差信号として発生して、誤差
を打ち消すよう前記単一モード波長可変半導体レーザ光
源を制御する負帰還制御信号を発生するよう前記クロッ
クに同期して動作する回路と、 を有する標準波長光発生装置。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29836197A JP3304294B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 標準波長光発生装置 |
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1997
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