Optical signal generation apparatus and method for adjusting |
|||||||
申请号 | JP2010543724 | 申请日 | 2008-12-26 | 公开(公告)号 | JP4985853B2 | 公开(公告)日 | 2012-07-25 |
申请人 | 富士通株式会社; | 发明人 | 茂昭 関口; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | シングルモードレーザと、 前記シングルモードレーザの共振器とは別の共振器を構成し、前記シングルモードレーザからの出力光の一部を反射して前記シングルモードレーザへ戻す反射鏡と、 前記シングルモードレーザと前記反射鏡との間に設けられた強度変調器と、 前記シングルモードレーザと前記反射鏡との間に設けられ、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差を調整するための位相調整器とを備えることを特徴とする光信号発生装置。 前記反射鏡を透過した光が入射する位置に設けられ、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる周波数変調を強度変調に変換する波長フィルタを備えることを特徴とする、請求項1記載の光信号発生装置。 前記シングルモードレーザと前記反射鏡との間に設けられた光増幅器を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光信号発生装置。 前記シングルモードレーザが、分布帰還型レーザ又は波長可変レーザであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記強度変調器が、電界吸収型変調器であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記シングルモードレーザ、前記位相調整器、前記強度変調器のうち2つ以上が同一基板上に形成されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記シングルモードレーザからの出力光の一部を受光する第1モニタフォトディテクタと、 前記シングルモードレーザからの出力光の一部を透過又は反射するモニタ用波長フィルタと、 前記シングルモードレーザからの出力光の一部を、前記モニタ用波長フィルタを介して受光する第2モニタフォトディテクタとを備えることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記反射鏡を透過した光が入射する位置に設けられ、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる周波数変調を強度変調に変換する波長フィルタと、 前記波長フィルタを介して出力される光の一部を受光する第3モニタフォトディテクタとを備えることを特徴とする、請求項7記載の光信号発生装置。 前記第1モニタフォトディテクタ及び前記第2モニタフォトディテクタのうち少なくとも1つが、前記シングルモードレーザ、前記位相調整器、前記強度変調器のいずれかと同一基板上に形成されていることを特徴とする、請求項7記載の光信号発生装置。 前記第1モニタフォトディテクタ、前記第2モニタフォトディテクタ及び前記第3モニタフォトディテクタのうち少なくとも1つが、前記シングルモードレーザ、前記位相調整器、前記強度変調器のいずれかと同一基板上に形成されていることを特徴とする、請求項8記載の光信号発生装置。 前記強度変調器による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差がビットレートに応じた周波数差になるように前記位相調整器を制御する制御回路を備えることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記反射鏡を透過した光が入射する位置に設けられ、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる周波数変調を強度変調に変換する波長フィルタを備え、 前記制御回路が、前記波長フィルタを介して出力される光の消光比が所望の消光比になるように前記位相調整器を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項11記載の光信号発生装置。 前記反射鏡を透過した光が入射する位置に設けられ、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる周波数変調を強度変調に変換する波長フィルタを備え、 前記シングルモードレーザの発振波長と前記波長フィルタの動作波長とを合わせる第1の制御を行なうとともに、前記波長フィルタを介して出力される光の消光比が最大となるように前記位相調整器を制御する第2の制御を行なう制御回路を備えることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記制御回路が、前記周波数差が所望の周波数差でなく、かつ、極大でない場合に、前記周波数差が所望の周波数差となるように前記位相調整器を制御する一方、前記周波数差が極大である場合に、消光比が大きくなるように前記強度変調器を制御する第3の制御を行なうように構成されていることを特徴とする、請求項13記載の光信号発生装置。 前記制御回路が、前記周波数差が所望の周波数差である場合に、前記波長フィルタを介して出力される光の消光比が所望の消光比以上になるように前記強度変調器を制御する第4の制御を行なうように構成されていることを特徴とする、請求項14記載の光信号発生装置。 前記制御回路が、前記強度変調器に供給される変調信号に重畳して前記変調信号のビットレートよりも遅いディザ信号を供給し、前記ディザ信号に基づいて、前記第2の制御を行なうように構成されていることを特徴とする、請求項13〜15のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記制御回路が、前記ディザ信号に基づく前記位相調整器の制御を完了した後、前記強度変調器に対する前記ディザ信号の供給を停止する制御を行なうように構成されていることを特徴とする、請求項16記載の光信号発生装置。 前記シングルモードレーザからの出力光の一部を受光する第1モニタフォトディテクタと、 前記シングルモードレーザからの出力光の一部を透過又は反射するモニタ用波長フィルタと、 前記シングルモードレーザからの出力光の一部を、前記モニタ用波長フィルタを介して受光する第2モニタフォトディテクタとを備え、 前記制御回路が、前記第1モニタフォトディテクタ及び前記第2モニタフォトディテクタからの信号に基づいて前記位相調整器又は前記強度変調器を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項11〜17のいずれか1項に記載の光信号発生装置。 前記反射鏡を透過した光が入射する位置に設けられ、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる周波数変調を強度変調に変換する波長フィルタと、 前記波長フィルタを介して出力される光の一部を受光する第3モニタフォトディテクタとを備え、 前記制御回路が、前記第1モニタフォトディテクタ、前記第2モニタフォトディテクタ及び前記第3モニタフォトディテクタからの信号に基づいて前記位相調整器又は前記強度変調器を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項18記載の光信号発生装置。 シングルモードレーザと、前記シングルモードレーザの共振器とは別の共振器が構成されるように、前記シングルモードレーザからの出力光の一部を反射して前記シングルモードレーザへ戻す反射鏡とを配置するとともに、前記シングルモードレーザと前記反射鏡との間に強度変調器及び位相調整器を配置し、 前記位相調整器を用いて、前記強度変調器による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差を調整することを特徴とする光信号発生装置の調整方法。 |
||||||
说明书全文 | 本発明は、光信号発生装置及びその調整方法に関する。 10Gb/s以上の高速で長距離伝送を行なうためには、強度変調によるon状態とoff状態のコントラスト(消光比)だけでなく、位相状態、即ち、周波数(波長)の時間変化(チャープ)も重要になる。 また、光ファイバにおける散乱を補償するために、部分的周波数変調信号を生成するように構成された光信号源と、部分的周波数変調信号を実質的振幅変調信号に変換するように構成された波長フィルタとを備える光ファイバ通信システムが提案されている。 ところで、まず、直接変調レーザを用いるもの[図17(A)参照]では、直接変調によって、レーザ内部でのキャリア密度が変化し、信号のオン/オフに対応して出力波長(出力周波数)が変化して、部分的周波数変調信号が生成されることになる。 また、素子構造を決めると、部分的周波数変調信号の振幅(周波数変調振幅)が決まってしまう。 一方、最適な周波数変調振幅は変調信号のビットレートに依存する。 このため、変調信号のビットレート(変調ビットレート)に応じて最適な周波数変調振幅を設定し、素子構造を決めてしまうと、異なる変調ビットレートに対応することができない(即ち、変調ビットレートに対する自由度がない)。 次に、外部位相変調器を用いるもの[図17(B)参照]では、位相変調信号の傾きが周波数変調信号となるため、所望の周波数変調波形を得るために、外部位相変調器を駆動する信号として、絶えず電圧が変化し続ける位相変調信号を用いて、部分的周波数変調信号を生成することになる。 次に、波長可変レーザを用いるもの[図17(C)参照]では、波長可変レーザの波長制御端子に、高速に周波数変調信号を供給して、部分的周波数変調信号を生成することになる。 また、上述のいずれの構成においても、周波数変調と強度変調とを独立に制御することができない。 このため、光信号発生装置は、シングルモードレーザと、シングルモードレーザの共振器とは別の共振器を構成し、シングルモードレーザからの出力光の一部を反射してシングルモードレーザへ戻す反射鏡と、シングルモードレーザと反射鏡との間に設けられた強度変調器と、シングルモードレーザと反射鏡との間に設けられ、強度変調器による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差を調整するための位相調整器とを備えることを要件とする。 光信号発生装置の調整方法は、シングルモードレーザと、シングルモードレーザの共振器とは別の共振器が構成されるように、シングルモードレーザからの出力光の一部を反射してシングルモードレーザへ戻す反射鏡とを配置するとともに、シングルモードレーザと反射鏡との間に強度変調器及び位相調整器を配置し、位相調整器を用いて、強度変調器による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差を調整することを要件とする。 したがって、光信号発生装置及びその調整方法によれば、動的波長チャープが小さく、簡易、かつ、実用的な構成で、強度変調とは独立に、強度変調による信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)を調整できるため、波形劣化を抑制して伝送距離を伸ばすことができ、異なる変調ビットレートにも対応できるという利点がある。 10 集積デバイス 20 レーザ共振器 21 別の共振器 100 半導体基板 110 シングルモードレーザ 120 位相調整器 130 光増幅器 140 強度変調器 210 反射鏡 220 波長フィルタ 300,301 モニタ回路 310 第1ビームスプリッタ 320 第1モニタPD 以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光信号発生装置及びその調整方法について説明する。 本実施形態にかかる光信号発生装置は、例えば光ファイバ通信システムにおける光送信器として用いられ、図1に示すように、シングルモードレーザ110と、位相調整器120と、光増幅器130と、強度変調器140と、反射鏡210と、波長フィルタ220とを備える。 本実施形態では、図1に示すように、シングルモードレーザ110、位相調整器120、光増幅器130、強度変調器140は、この順番で同一基板(半導体基板;例えばn型InP基板)100上に形成され、光学的に接続されており、集積デバイス10を構成している。 そして、この集積デバイス10の端面(出力光が出射される側の端面;ここでは強度変調器140の端面)に反射鏡210として反射膜が設けられている。 ここで、シングルモードレーザ110は、例えば通信用半導体レーザであり、ここでは分布帰還型(DFB:distributed feedback)レーザである。 この反射鏡210と、シングルモードレーザ110の出力光が出射される側とは反対側に設けられた反射鏡(図示せず)とによって、シングルモードレーザ110の共振器(レーザ共振器)20とは別の共振器21が構成される。 このため、本光信号発生装置は、レーザ共振器20と、別の共振器21とからなる複合共振器を備えることになる。 本実施形態では、位相調整器120は、強度変調器140による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)を調整するために用いられる。 強度変調器140は、例えば量子井戸導波路構造に例えば電圧を印加して吸収係数を変化させて強度変調を行なう半導体電界吸収型変調器であって、シングルモードレーザ110と反射鏡210との間に設けられている。 つまり、レーザ共振器20とは別の共振器21の内部に強度変調器140が設けられている。 ここでは、強度変調器140の挿入損失は5dBである。 つまり、強度変調器140は消光していない状態で5dBの損失を持っている。 このように、本実施形態では、直接変調方式でなく、外部変調方式としているため、動的波長チャープが小さい。 このように構成されている光信号発生装置では、強度変調器140による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)は、位相に応じて変化することになる。 このため、信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)は、位相調整器120によって調整できることになる。 この波長フィルタ220は、強度変調器140による強度変調に応じて生じる周波数変調(周波数変調波形;周波数変調成分)を強度変調(強度変調波形)に変換する機能を有する。 なお、波長フィルタ220に入力される光信号の強度変調成分(強度変調波形)は、波長フィルタ220による影響を受けず、波長フィルタ220の前後で変わらない。 また、波長フィルタ220の透過帯域は、波長多重通信で用いられるチャンネルのいずれかに一致している。 なお、ここでは、波長フィルタ220として、透過型のフィルタを用いているが、反射型のフィルタを用いても良い。 本実施形態にかかる光信号発生装置は、上述のように構成されるため、以下のように動作する。 このように構成することで、本光信号発生装置(集積デバイス)は、シングルモードレーザ110が持つレーザ共振器20とは別に、シングルモードレーザ110から反射鏡210までのもう1つの共振器21を持ち、これはシングルモードレーザ110とは別の共振周波数及びしきい値電流を持つこととなる。 これらの2つの共振器20,21からなる複合共振器は、共振周波数の変化及びしきい値電流の変動による内部キャリア密度の変化によって、発振周波数が変動することになる。 つまり、図2に示すように、複合共振器(集積デバイス10)の発振周波数は、位相に応じて変動することになる。 なお、図2中、実線Aは信号オン状態(変調器による消光なし)の周波数変動を示しており、実線Bは信号オフ状態(変調器によって消光なしの場合に対して5dB消光)の周波数変動を示している。 また、図2では、シングルモードレーザ110の発振周波数(周波数変動0GHz)に対してどのくらい発振周波数が変動したかを示しており、周波数変動の値(GHz)は、周波数が高くなった場合をプラスの値とし、周波数が低くなった場合をマイナスの値としている。 つまり、強度変調器140に印加する信号を変化させ、強度変調器140によって強度変調を行なうと、シングルモードレーザ110に戻る光の位相と強度が変化し、これによって、信号オン状態と信号オフ状態とで発振周波数が変化する。 つまり、周波数変調が行なわれる。 また、図2に示すように、信号オン状態の発振周波数と信号オフ状態の発振周波数は、それぞれ、位相に応じて変化する。 そして、信号オン状態と信号オフ状態とで、位相変化に対する発振周波数の変動幅が異なるため、図3に示すように、信号オン状態と信号オフ状態との間の発振周波数差(周波数変調振幅)は位相に応じて変動することになる。 また、図3に示すように、位相変化に対する周波数変調振幅の大きさの変化は、強度変調器140による消光比に応じて異なる。 このため、位相調整器120及び強度変調器140の制御を適切に行なうことで、所望の周波数変調振幅が得られることになる。 なお、図3中、縦軸の周波数変調振幅の値(GHz)は、信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた値である。 したがって、反射鏡210を透過した光(光信号)は周波数変調成分(周波数変調光)を含み、この周波数変調光は、波長フィルタ220を透過する際に、波長フィルタ220によって強度変調光に変換され、本光信号発生装置の出力光として出力される。 また、波長フィルタ220の透過特性は、図5(A),図5(B)に示すように、周波数に対して山型の特性になっている。 また、波長フィルタ220の透過特性のスロープ中央付近に、シングルモードレーザ110の発振周波数が合わされている。 一方、位相を0.5π程度からπ程度までの範囲でずらす場合は、図5(A)に示すように、信号オフ状態の場合に波長フィルタ220に入力される光の波長よりも、信号オン状態の場合に波長フィルタ220に入力される光の波長の方が、波長フィルタ220をより多く透過することになる。 この場合、強度変調器140によって生成され、波長フィルタ220に入力される強度変調波形[入力波形;図5(A)中、点線で示す]に波長フィルタ220によって変換されて生成される強度変調波形が重ね合わされ、互いに強めあい、これが出力される強度変調波形[出力波形;図5(A)中、実線で示す]となるため、大きな出力消光比が得られる。 ここで、図4は、波長フィルタ220を透過した後の光信号の消光比(波長フィルタ220を介して出力される光信号の消光比;出力消光比)と、強度変調器140による消光比及び位相との関係を示している。 このように、シングルモードレーザ110の発振周波数と波長フィルタ220の動作波長(ここでは波長フィルタ220の透過特性のスロープ中央付近の周波数)を合わせた状態で、位相調整器120及び強度変調器140を制御することで、所望の周波数変調振幅及び所望の消光比が得られることになる。 特に、本実施形態では、制御回路400は、強度変調器140による強度変調に応じて生じる信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)が、所望の周波数差(周波数変調振幅)になるように位相調整器120を制御するように構成されている。 また、制御回路400は、波長フィルタ220を介して出力される光の消光比(出力消光比)が所望の値になるように位相調整器120を制御するように構成されている。 ここでは、制御回路400は、シングルモードレーザ110を一定電流条件で駆動(起動)し、強度変調器140を消光比1dB,ビットレート10Gbpsで駆動(起動)し、光増幅器130を駆動(起動)する(ステップS10)。 そして、制御回路400は、集積デバイス10の温度(素子駆動温度)を制御する(ステップS20、S30)。 具体的には、制御回路400は、シングルモードレーザ110の発振波長(発振周波数)と波長フィルタ220の動作波長(動作周波数)とが等しいか否かを判定し(ステップS20)、この結果、等しい場合(YESルート)は、後述の第2の制御(ステップS40〜S70)へ進み、等しくない場合(NOルート)は、温度を再設定して、集積デバイス10の温度を制御する(ステップS30)。 次に、制御回路400は、強度変調器140を矩形波電気信号(変調信号)で駆動して強度変調を与えた状態で、位相調整器120を駆動して、波長フィルタ220を透過した後の光信号の消光比(出力消光比)が最大となるように位相調整器120を制御する(第2の制御;ステップS40〜S70)。 本実施形態では、図4中、0.7π付近に位相を調整する。 この第2の制御を行なうことによって、大きな出力消光比が得られる領域(図4中、右側の高い山)において(本実施形態では位相シフト量0.5π程度からπ程度までの範囲で)、所望の周波数変調振幅や所望の消光比にするための制御を行なえるようにしている。 なお、第2の制御は、これに限られるものではなく、制御回路400は、周波数変調振幅が所望の符号で絶対値が最大となるように位相調整器120を制御するようにしても良い。 本実施形態では、周波数変調振幅の値を、信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差としているため、所望の符号はプラスである。 このため、図3中、0.7π付近に位相を調整することになる。 具体的には、制御回路400は、まず、初期設定が済んでいるかどうかを判定し(ステップS40)、初期設定が済んでいる場合(YESルート)は、後述の第3の制御(ステップS80〜S110)へ進み、初期設定が済んでいない場合(NOルート)は、ステップS50へ進み、波長フィルタ220を透過した後の光信号の消光比(出力消光比)が最大であるか否かを判定する。 この結果、出力消光比が最大であると判定した場合(YESルート)は、初期設定を終了して(ステップS70)、後述の第3の制御(ステップS80〜S110)へ進み、出力消光比が最大でないと判定した場合(NOルート)は、位相調整器120を制御して位相を調整する(ステップS60)。 本実施形態では、第2の制御は、初期設定時(装置立ち上げ時)のみ行なうこととし、繰り返し行なわないようにするために、出力消光比が最大であると判定されたら、初期設定終了フラグを立てるようにしている。 そして、初期設定終了フラグが立っているか否かによって初期設定が済んでいるか否かを判定するようにしている。 具体的には、制御回路400は、周波数差が所望の値(例えば5GHz)と等しいか否かを判定する(ステップS80)。 この判定の結果、周波数差が所望の値(例えば5GHz)と等しくない場合(NOルート)は、さらに、周波数差(Δf)が極大であるか否かを判定する(ステップS90)。 ここでは、周波数差(Δf)が極大であるか否かを判定するために、以下のような制御を行なう。 このような制御は、図8のフローチャートに示すような手順で行なわれる。 なお、図8のフローチャートに示す処理は、図6のステップS90で行なわれる処理である。 一方、ステップA10でΔfの変化幅が所定の値よりも大きいと判定した場合(NOルート)、あるいは、ステップA20で所望のΔfと現在のΔfとの差の絶対値が所定の値よりも小さいと判定した場合(NOルート)は、さらに、所望のΔfに近づいたか否かを判定する(ステップA30)。 次に、図6に示すように、制御回路400は、周波数差が所望の値(例えば5GHz)である場合に、波長フィルタ220を介して出力される光信号の消光比が所望の値(例えば10dB)以上になるように強度変調器140を制御する(第4の制御;ステップS110、S120)。 この結果、出力消光比が所望の値(例えば10dB)よりも小さいと判定した場合(NOルート)は、ステップS110へ進み、強度変調器140に供給される変調信号の振幅電圧(変調器駆動振幅電圧)を増加させる。 つまり、周波数差が所望の値(例えば5GHz)と等しく、かつ、波長フィルタ220を透過した後の光信号の消光比が所望の値(例えば10dB)よりも小さい場合、強度変調器140に供給される変調信号の振幅電圧(変調器駆動振幅電圧)を増加させる。 一方、出力消光比が所望の値(例えば10dB)以上であると判定した場合(YESルート)は、起動完了フラグをセットし(ステップS130)、ステップS20へ戻り、上述の第1、第3、第4の制御を繰り返し行なう。 これにより、周波数差(周波数変調振幅)が所望の値(例えば5GHz)と等しく、かつ、出力消光比が所望の値(例えば10dB)以上の光信号が、波長フィルタ220を介して出力されることになる。 したがって、本実施形態にかかる光信号発生装置及びその調整方法によれば、動的波長チャープが小さく、簡易、かつ、実用的な構成で、強度変調とは独立に、強度変調による信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)を調整できるため、波形劣化を抑制して伝送距離を伸ばすことができ、異なる変調ビットレートにも対応できるという利点がある。 つまり、周波数変調量(周波数差;周波数変調振幅)と強度変調量(消光比)を任意に設定でき、かつ、動的波長チャープが小さいため、波長フィルタ透過後の光信号として、異なる変調ビットレートに対しても伝送距離が伸びる光信号を、簡易な構成で得ることができるという利点がある。 本実施形態にかかる光信号発生装置は、上述の第1実施形態のものに対し、図9に示すように、駆動回路410,420,430,440、及び、モニタ回路300,301を備える点が異なる。 なお、図9では、上述の第1実施形態のもの(図1参照)と同一のものには同一の符号を付している。 ここで、第1ビームスプリッタ310は、例えばウェッジ角の入った石英板である。 第2ビームスプリッタ350は、例えば石英板である。 そして、第1ビームスプリッタ310によって分岐された出力光の一部を第1モニタPD320によって検出し、第1ビームスプリッタ310によって分岐された出力光の一部のうちモニタ用波長フィルタ330を透過した光を第2モニタPD340によって検出するようになっている。 つまり、第1モニタPD320によって、シングルモードレーザ110からの出力光(ここでは波長フィルタ220が設けられている信号出力側と反対側に出力される光)の一部を受光するようになっている。 また、シングルモードレーザ110からの出力光(ここでは波長フィルタ220が設けられている信号出力側と反対側に出力される光)の一部はモニタ用波長フィルタ330を透過し、第2モニタPD340によって、モニタ用波長フィルタ330を透過した光を受光するようになっている。 また、第2ビームスプリッタ350は、集積デバイス10の信号出力側に設けられた波長フィルタ220の出力側に配置されている。 また、第2ビームスプリッタ350によって分岐された光が出力される側に第3モニタPD360が配置されている。 そして、第2ビームスプリッタ350によって分岐された出力光の一部を第3モニタPD360によって検出するようになっている。 つまり、第3モニタPD360によって、波長フィルタ220を透過した光信号の一部を受光するようになっている。 そして、本実施形態では、制御回路400は、第1モニタPD320、第2モニタPD340及び第3モニタPD360からの信号に基づいて、各駆動回路(ドライブ回路)410,420,430,440を介して、シングルモードレーザ110、位相調整器120、光増幅器130、強度変調器140及び集積デバイス10の温度を制御するように構成されている。 ここでは、第1モニタPD320、第2モニタPD340及び第3モニタPD360からの検出信号は制御回路400に入力され、制御回路400からの制御信号は、各駆動回路410,420,430,440へ出力され、各駆動回路410,420,430,440からの駆動信号がシングルモードレーザ110、位相調整器120、光増幅器130、強度変調器140及びペルチェコントローラ(波長調整手段)450へ出力されるようになっている。 まず、上述の第1実施形態において制御回路400によって行なわれる第1の制御[即ち、シングルモードレーザ110の発振波長(発振周波数)と波長フィルタ220の動作波長(動作周波数)とを合わせる制御]は、第1モニタPD320及び第2モニタPD340からの信号から得られる波長情報に基づいてペルチェコントローラ450を制御することによって行なうようになっている。 つまり、制御回路400は、第1モニタPD320及び第2モニタPD340からの信号に基づいて、図11に示すように、モニタ用波長フィルタ330の透過特性のスロープ中央部分に、シングルモードレーザ110の発振波長を合わせるようにしている。 これにより、シングルモードレーザ110の発振波長(発振周波数)と波長フィルタ220の動作波長(動作周波数)とが合わされることになる。 次に、上述の第1実施形態において制御回路400によって行なわれる第2の制御[即ち、波長フィルタ220を透過した後の光信号の出力消光比が最大となるようにするための制御]は、第3モニタPD360からの信号に基づいて位相調整器120を制御することによって行なうようになっている。 次に、上述の第1実施形態において制御回路400によって行なわれる第4の制御[即ち、周波数差が所望の値(例えば5GHz)である場合に、波長フィルタ220を介して出力される光信号の消光比が所望の値(例えば10dB)以上になるようにする制御]は、第3モニタPD360からの信号に基づいて強度変調器140を制御することによって行なうようになっている。 具体的には、制御回路400は、図10のフローチャートに示すような制御(光信号発生装置の制御方法;駆動方法)を行なう。 本実施形態では、制御回路400は、シングルモードレーザ110を一定電流条件で駆動(起動)し、強度変調器140を消光比1dB,ビットレート10Gbpsで駆動(起動)し、光増幅器130を駆動(起動)する(ステップB10)。 そして、制御回路400は、第2モニタPD340からの信号(直流成分;平均周波数)と第1モニタPD320からの信号(直流成分;平均周波数)との比[第2モニタPD340からの信号(直流成分)/第1モニタPD320からの信号(直流成分)]の値(第1モニタ値)が第1設定値と等しいか否かを判定する(ステップB20)。 なお、第1設定値は、シングルモードレーザ110の発振波長が波長フィルタ220の動作波長と合っているときの第1モニタ値である。 この結果、等しくない場合(NOルート)は、温度を再設定して、ペルチェコントローラ450を制御して集積デバイス10の温度(素子駆動温度)を制御し(ステップB30)、等しい場合(YESルート)は、後述の第2の制御(ステップB40〜B70)へ進む。 本実施形態では、制御回路400は、まず、初期設定が済んでいるかどうかを判定し(ステップB40)、初期設定が済んでいない場合(NOルート)は、ステップB50へ進み、第3モニタPD360からの信号(交流成分;強度変動幅)と第3モニタPD360からの信号(直流成分;平均強度)との比[第3モニタPD360からの信号(交流成分)/第3モニタPDからの信号(直流成分)]の値(第3モニタ値;規格化した出力消光比の値)が最大であるか否かを判定する。 この結果、最大でない場合(NOルート)は、位相調整器120を制御して位相を調整し(ステップB60)、最大である場合(YESルート)は、初期設定を終了して(ステップB70)、後述の第3の制御(ステップB80〜B110)へ進む。 次に、制御回路400は、周波数差(周波数変調振幅)が所望の値(例えば5GHz)でなく、かつ、周波数差が極大でない場合に、周波数差が所望の値(例えば5GHz)となるように位相調整器120を制御する一方、周波数差が極大である場合に、消光比が大きくなるように強度変調器140を制御する(第3の制御;ステップB80〜B110)。 本実施形態では、制御回路400は、第2モニタPD340からの信号(交流成分;周波数変動幅)と第1モニタPDからの信号(直流成分;平均周波数)との比[第2モニタPD340からの信号(交流成分)/第1モニタPD320からの信号(直流成分)]の値(第2モニタ値;規格化した周波数変調振幅の値)が第2設定値と等しいか否かを判定する(ステップB80)。 なお、第2設定値は、周波数変調振幅が所望の値(例えば5GHz)と等しいときの第2モニタ値である。 この判定の結果、第2モニタ値が第2設定値と等しくない場合(NOルート)は、さらに、第2モニタ値が極大であるか否かを判定する(ステップB90)。 そして、第2モニタ値が第2設定値と等しくなく、第2モニタ値が極大でない場合(NOルート)は、位相調整器120を制御して位相調整を行なって周波数変調振幅を調整する(ステップB100)。 また、第2モニタ値が第2設定値と等しくなく、第2モニタ値が極大である場合(YESルート)は、強度変調器140に供給される変調信号の振幅を増大させる制御を行なって消光比を大きくする(ステップB110)。 次に、制御回路400は、周波数差が所望の値(例えば5GHz)である場合に、波長フィルタ220を介して出力される光信号の消光比が所望の値(例えば10dB)以上になるように強度変調器140を制御する(第4の制御;ステップB110、B120)。 この結果、第3モニタ値が第3設定値よりも小さいと判定した場合(NOルート)は、ステップB110へ進み、強度変調器140に供給される変調信号の振幅電圧(変調器駆動振幅電圧)を増大させる制御を行なって、波長フィルタ220を透過した後の光信号の消光比(出力消光比)を大きくする。 なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。 つまり、周波数変調量(周波数差;周波数変調振幅)と強度変調量(消光比)を任意に設定でき、かつ、動的波長チャープが小さいため、波長フィルタ透過後の光信号として、異なる変調ビットレートに対しても伝送距離が伸びる光信号を、簡易な構成で得ることができるという利点がある。 本実施形態にかかる光信号発生装置は、上述の第2実施形態のものに対し、上述の第2実施形態における第2の制御[波長フィルタ220を介して出力される光信号の出力消光比が最大となるようにする制御]を、ディザ信号に基づいて行なうようになっている点が異なる(図16参照)。 なお、本実施形態では、集積デバイス10は光増幅器130を備えないものとし、位相調整器120と強度変調器140の配置を変えている。 また、説明の便宜上、基板100、反射鏡210、駆動回路410、420は省略している。 さらに、モニタ用波長フィルタ330としては図15に示すような透過特性を有するエタロンフィルタを用いる。 なお、ここでは、ディザ信号を5kHzにしているが、これに限られるものではなく、より高速であっても、より低速であってもよい。 ただし、第1,第2モニタPD320,340からの出力を直流成分と交流成分とに分ける際の遮断周波数以下の周波数とするのが望ましい。 ところで、本実施形態では、上述の第2実施形態における第2の制御を、ディザ信号に基づいて行なうようにしているが、これは以下の理由による。 この場合、例えば図14に示すように、周波数シフト(信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差)が大きければ、消光比に対して、周波数シフトは単調増加である。 図14に示すように、ディザ信号を印加した場合の周波数シフトと変調信号を印加した場合の周波数シフトは、位相に対して、同様の傾向になっている。 つまり、位相を変化させた場合、ディザ信号の信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差と、変調信号の信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差とは、符号が一致した状態で絶対値が同様に変化する。 また、変調信号の信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差が所望の符号で絶対値が最大であれば、波長フィルタ220を介して出力される光信号の出力消光比も最大となる。 このため、ディザ信号の信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差が所望の符号で絶対値が最大であれば、波長フィルタ220を介して出力される光信号の出力消光比が最大となる。 したがって、本実施形態では、上述の第2実施形態における第2の制御[波長フィルタ220を介して出力される光信号の出力消光比が最大となるようにする制御]における出力消光比が最大であるか否かを、ディザ信号の信号オン状態の周波数から信号オフ状態の周波数を引いた周波数差が所望の符号で絶対値が最大であるか否かによって判定するようにしている。 ところで、具体的には、制御回路400は、上述の第2実施形態における第2の制御として、図16のフローチャートに示すような制御を行なう。 本実施形態では、図15に示すように、ディザ信号がオン状態の時とディザ信号がオフ状態の時とで、モニタ用波長フィルタ330の透過率が異なるため、第1モニタPD320及び第2モニタPD340によって検出される信号(直流成分)によって、ディザ信号がオン状態の時の周波数[ここでは変調信号がオン状態の時の周波数とオフ状態の時の周波数の平均周波数(中心周波数)]と、ディザ信号がオフ状態の時の周波数[ここでは変調信号がオン状態の時の周波数とオフ状態の時の周波数の平均周波数(中心周波数)]をモニタすることができる。 この結果、最大でない場合(NOルート)は、位相調整器120を駆動して位相を調整する(ステップC60)。 一方、最大である場合(YESルート)は、初期設定を終了して(ステップC70)、第3の制御へ進む。 つまり、最大値を得たところで、このシーケンスを終了する。 なお、ここでは、第2の制御を終了する際にディザ信号の供給を停止するようにしているが、これに限られるものではなく、第2の制御を終了した後もディザ信号の供給を停止しなくても良い。 ただし、この場合、光信号に対してノイズとなるおそれがあるため、第2の制御を終了した後にはディザ信号の供給を停止することが望ましい。 したがって、本実施形態にかかる光信号発生装置及びその調整方法によれば、上述の第2実施形態の場合と同様に、動的波長チャープが小さく、簡易、かつ、実用的な構成で、強度変調とは独立に、強度変調による信号オン状態と信号オフ状態との間の周波数差(周波数変調振幅)を調整できるため、波形劣化を抑制して伝送距離を伸ばすことができ、異なる変調ビットレートにも対応できるという利点がある。 つまり、周波数変調量(周波数差;周波数変調振幅)と強度変調量(消光比)を任意に設定でき、かつ、動的波長チャープが小さいため、波長フィルタ透過後の光信号として、異なる変調ビットレートに対しても伝送距離が伸びる光信号を、簡易な構成で得ることができるという利点がある。 例えば、上述の各実施形態では、半導体基板100としてn型InP基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えばGaAs基板などの他の半導体基板であっても良いし、p型半導体基板であっても良く、このような場合も同様の効果を奏する。 上述の各実施形態のように集積型素子を構成する場合には、各機能領域の電気的アイソレーションを得るのにp型領域の抵抗が大きいことを利用できるため、p型半導体基板の方が好ましい。 また、上述の各実施形態では、シングルモードレーザ110はDFBレーザであり、その波長制御には素子温度制御を用いることを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。 例えば、DBRレーザであっても良いし、波長可変レーザであっても良い。 波長可変レーザをシングルモードレーザとして用いる場合、波長制御には温度の代わりに波長可変レーザの波長制御機構を用いても良い。 波長可変レーザは、TDA−DFBレーザ、SG−DBRレーザのような集積型波長可変レーザ(半導体集積型波長可変レーザ)であっても良いし、外部共振器レーザであっても良い。 ただし、集積型波長可変レーザの方が、小型化が可能である点で好ましい。 また、上述の各実施形態では、シングルモードレーザの出力側に、位相調整器120、光増幅器130、強度変調器140がこの順序で配置されているが、これに限られるものではなく、この順序は入れ替わっても良い。 この場合も同様の効果が得られる。 ただし、強度変調器の後段に半導体光増幅器を配置する場合、半導体光増幅器のパターン効果が生じないように光強度をある程度以下にすること、半導体光増幅器の駆動電流を高くしておくことなどの配慮が必要である。 また、例えば、光増幅器は設けなくても良い。 ただし、例えばシングルモードレーザ110に波長可変レーザを用いた場合には、光出力及び効率が低下するおそれがある。 また、光増幅器130は利得を5dBとしているが、利得が5dBでなくても同様の効果が得られる。 また、上述の各実施形態では、強度変調器140は電界吸収型変調器としているが、これに限られるものではなく、例えばマッハツェンダ型などの他の変調器構造であっても良い。 ただし、マッハツェンダ型のような長い変調器では、レーザに戻るまでの時間が長くなるため、周波数変調の動作ビットレートが制限されるおそれがある。 また、上述の各実施形態では、帯域通過フィルタ220は誘電体多層膜であり、図5(A),図5(B)に示すような透過特性を持つものとしているが、これに限られるものではなく、周波数に対して急峻に透過率が変化する透過特性を持つものであれば良く、例えば回折格子などによって構成されるフィルタを用いても良い。 また、単共振器でなく、エタロンのような周期的な透過特性を持つものを用いても良く、この場合、波長可変レーザと組み合わせることで複数の波長での動作が可能となる。 また、上述の各実施形態では、シングルモードレーザ110、位相調整器120、光増幅器130、強度変調器140の全てが同一基板上に集積されている場合を例に挙げているが、これに限られるものではなく、シングルモードレーザ、位相調整器、光増幅器、強度変調器のうち2つ以上が同一基板上に形成されていれば良い。 つまり、シングルモードレーザ、位相調整器、光増幅器、強度変調器のうちのいくつか、もしくは全部が単独の素子として形成されていても良い。 ただし、レーザ110出力端と反射鏡210までの距離が長くなるため、光が戻るまでの時間が長くなり、周波数変調の動作ビットレートが制限される。 また、本実施形態では、光増幅器を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば光増幅器を備えないものとして構成しても良い。 この場合、シングルモードレーザ、位相調整器、強度変調器のうち2つ以上が同一基板上に形成されていれば良い。 また、上述の各実施形態では、起動完了フラグがセットされた状態でも、制御を続行する場合を例に挙げているが、これに限られるものではなく、一定制御に切り替えても良い。 ただし、その場合には素子の経時劣化による状態変化が十分小さいことが必要となる。 また、上述の各実施形態では、集積デバイス10から出力される光信号の波長(シングルモードレーザ110の発振波長)を波長フィルタ220の動作波長(透過波長)に合せるように集積デバイス10の温度を制御しているが、これに限られるものではなく、波長フィルタ220の透過波長を温度などによって制御して光信号の波長に合せるようにしても良い。 ただし、この場合、光信号の波長は波長多重通信のチャンネルに適合しない場合がある。 また、上述の各実施形態では、第1ビームスプリッタ310はウェッジ角の入った石英板としているが、これに限られるものではなく、他のビームスプリッタであっても良く、この場合も同様の効果が得られる。 また、上述の各実施形態では、第1ビームスプリッタ310、第1モニタPD320、モニタ用波長フィルタ330、第2モニタPD340は、シングルモードレーザ110の信号出力側と反対側の出力側に配置されているが、これに限られるものではない。 この場合、第3ビームスプリッタによって分岐された光が出力される位置に配置される、第1モニタPD310、あるいは、モニタ用波長フィルタ330及び第2モニタPD340、あるいは、第1ビームスプリッタ310、第1モニタPD320、モニタ用波長フィルタ330、第2モニタPD340は、第3ビームスプリッタも含めて、同一半導体基板100上に集積したものとして構成しても良いし、その一部又は全部を独立の素子として構成しても良い。 ただし、その一部又は全部を独立の素子として構成する場合、シングルモードレーザ110から反射鏡210までの距離が長くなり、光がシングルモードレーザ110に戻ってくるまでの時間が長くなり、周波数変調の動作ビットレートが制限されてしまうため、少なくとも第3ビームスプリッタは同一半導体基板100上に集積されていることが好ましい。 |