DE69301523T2

DE69301523T2 - Licht-Quelle mit umschaltbarer Wellenlänge

Info

Publication number: DE69301523T2
Application number: DE69301523T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Shiozawa
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1993-11-03
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2013-11-04
Also published as: JPH06196785A; DE69301523D1; CA2102270C; AU5046193A; CA2102270A1; EP0596463A1; JPH0783154B2; US5394418A; EP0596463B1; AU671490B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit umschaltbarer Wellenlänge oder Wellenlängenumschaltlichtquelle zur Verwendung in optischen Komxnunikationssystemen u.dgl. und insbesondere eine Wellenlängenumschaltlichtquelle zum schnellen Umschalten der Wellenlänge des Ausgangslichts.
Bekannte Beispiele für optische Kommunikationssysteme, die ein schnelles Umschalten der Wellenlänge des Ausgangslichts erfordern, sind z.B. das optische Paketübertragungsnetz, das beschrieben ist in "wavelength-addressed optical network using an ATM cell-based access scheme" (von N. Shimosaka et al.), "Conference on Cptical Fiber Communication/International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communication, Technical Digest Series, Volume 4 (1993), 5. 49 - 50".
Bei diesem System muß die Wellenlänge der Lichtquelle umgeschaltet werden, und die veränderte Wellenlänge muß innerhalb der Schutzzeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Paketen verbleibt, stabilisiert werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, verwendet die Anordnung, die in dieser Literaturstelle beschrieben ist, eine Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge, die aus zwei Halbleiterlasern besteht, und einen optischen Schalter zum selektiven Liefern des Ausgangslicht des einen oder des anderen der beiden Halbleiterlaser.
Da sich im übrigen die Schwingungswellenlänge eines Halbleiterlasers bei Temperaturschwankungen ändert und demzufolge diese Temperaturschwankungen kompensiert werden müssen, erfordert die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge, die in dieser Literaturstelle beschrieben ist, entweder eine Temperaturkompensationsschaltung für jeden Halbleiterlaser oder eine Konstanttemperaturvorrichtung, in der mehrere Halbleiterlaser untergebracht sind, und ist mit dem Problem behaftet, daß sich die Abmessungen der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge mit der Anzahl der verwendeten Wellenlängen vergrößern würden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge bereitzustellen, deren Abmessungen sich auch dann kaum vergrößern, wenn sich der verwendete Wellenlängenbereich vergrößert.
Erfindungsgemäß wird eine Wellenlängenumschaltlichtquelle zum Ändern der Wellenlänge des Ausgangslichts entsprechend einem Wellenlängenfestlegungssignal und einem Wellenlängenumschaltsignal, die beide von außen zugeführt werden, bereitgestellt mit:
einer Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge, deren Schwingungswellenlänge sich entsprechend einem Wellenlängensteuersignal ändert;
einer Lichtverzweigung zum Verzweigen des Ausgangslichts der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge in zwei Strahlen, von denen einer als Ausgangslicht nach außen geführt wird und der andere zum Einfallen auf einen optischen Resonator gebracht wird;
wobei der optische Resonator eine periodische Wellenlängenübertragungscharakteristik aufweist;
einem optischen Detektor zum Ermitteln der Leistung des Ausgangslicht des optischen Resonators und Abgeben eines Wertes, der dieser Leistung entspricht;
einer Einrichtung zum Ausgaben eines ersten Wellenlängensteuersignals, das proportional dem Restbetrag der Subtraktion des Ausgangswertes des optischen Detektors von einem festen Wert ist;
einer Wellenlängensteuereinrichtung zum Abgeben eines zweiten Wellenlängensteuersignals, das für das Schwingen der Lichtquelle mit optischer Wellenlänge mit einer festgelegten Wellenlänge entsprechend dem Wellenlängenfestlegungssignal und dem Wellenlängenumschaltsignal erforderlich ist; und
einer Addierereinrichtung zum Addieren des ersten Wellenlängensteuersignals und des zweiten Wellenlängensteuersignals, um das Wellenlängensteuersignal abzugeben.
Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen ausgeführt.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Wellenlängenübertragungscharakteristik des optischen Resonators gemäß Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration der Wellenlängensteuerschaltung 108 gemäß Fig. 1 darstellt;
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration der Konstantstromschaltung gemäß Fig. 2 darstellt; und
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine weitere mögliche Konfiguration der Wellenlängensteuerschaltung 108 darstellt.
Nachstehend wird eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform aus einer Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101; einer Lichtverzweigung 102 zum Verzweigen des Ausgangslichts der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge in zwei Strahlen, von denen einer als Ausgangslicht nach außen geführt wird; einem optischen Resonator 103, dem das andere der Ausgangslichte der Lichtverzweigung 102 zugeführt wird, zum Liefern von übertragenem Licht; einer Temperatursteuervorrichtung 104 zum Aufnehmen des optischen Resonators 103; einem optischen Detektor 105 zum Abgeben einer Spannung, die die Leistung des übertragenen Lichts anzeigt; einem Operationsverstärker 106 zum Abgeben, als ersten Wellenlängensteuerstrom, eines Stroms, der proportional dem Restbetrag der Subtraktion des Ausgangsbetrags des optischen Detektors von einer festen Referenzspannung ist; einer Wellenlängensteuerschaltung 108 zum Abgeben eines zweiten Wellenlängensteuerstroms entsprechend einem Wellenlängenumschaltsignal 100-1 und einem Wellenlängenfestlegungssignal 100-2, die beide von außen zugeführt werden; und einem Addierer 107 zum Addieren des ersten Wellenlängensteuerstromsignals und des zweiten Wellenlängensteuerstromsignals, um der Lichtquelle 101 mit veränderlicher Wellenlänge das Additionsergebnis als Wellenlängensteuerstrom zuzuführen.
Die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 gibt Schwingungslicht mit einer Wellenlänge ab, die dem Wellenlängensteuerstrom entspricht, der vom Addierer 107 zugeführt wird. Als eine solche Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge kann z.B. ein DFB-Halbleiterlaser oder Haibleiterlaser mit verteilter Rückkopplung verwendet werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, hat ein DFB-Halbleiterlaser die Eigenschaft, daß sich bei einer Erhöhung des Injektionsstroms seine Schwingungswellenlänge vergrößert.
Das Schwingungslicht aus der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 wird von der Lichtverzweigung 102 in zwei Strahlen verzweigt, von denen einer als Ausgangslicht nach außen emittiert wird und der andere zum Einfallen auf den optischen Resonator 103 gebracht wird.
Als der optische Resonator 103 kann z.B. ein Fabry- Perot-Etalon verwendet werden, der eine periodische Wellenlängenübertragungscharakteristik hat, wie in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 stellt die horizontale Achse die Wellenlänge des Eingangslicht und die vertikale Achse das relative Volumen der Erfassungsspannung zur Zeit der Erfassung der übertragenen Lichtleistung mit einem optischen Detektor dar. Als ein solcher optischer Resonator 103 kann auch ein optischer Mach- Zehnder-Resonator verwendet werden. Dieser optische Resonator 103 ist in der Temperatursteuervorrichtung 104 untergebracht und wird auf einer konstanten Temperatur gehalten. Wenn, wie aus Fig. 2 hervorgeht, die Wellenlänge des Eingangslichts sich ändert, ändert sich die Ausgangsspannung des optischen Detektors an den steigenden und fallenden Teilen der Übertragungscharakteristik wesentlich. Die Intensität dieses übertragenen Lichts wird vom optischen Detektor 105 in eine Spannung umgewandelt.
Die Ausgangsspannung des optischen Detektors 105 wird dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 106 zugeführt. Dagegen wird der positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers mit einer festen Referenzspannung versorgt. Diese Referenzspannung ist auf einen Pegel eingestellt, der dem Mittelpunkt zwischen dem höchsten Pegel und dem niedrigsten Pegel der in Fig. 2 dargestellten Charakteristik der Eingangswellenlänge und der Ausgangsspannung des optischen Detektors entspricht. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3;, λ&sub4;, ..,. die den Schnittpunkten zwischen dieser Referenzspannung und den steigenden Teilen der Wellenlängen-Ausgangsspannungscharakteristik entsprechen, die Schwingungswellenlängen, auf die die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 einzustellen ist. Der Operationsverstärker 106 liefert als den ersten Wellenlängensteuerstrom einen Strom eines Wertes, der proportional dem Restbetrag der Subtraktion der Ausgangsspannung des optischen Detektors von der Referenzspannung ist. Dieser erste Wellenlängensteuerstrom wird einem der Eingangsanschlüsse des Addierers 107 zugeführt.
Nachstehend wird ein Fall beschrieben, bei dem die Schwingungswellenlänge der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 auf die Wellenlänge λ&sub2; gemäß Fig. 2 eingestellt wird, wenn ein Stromwert i(λ&sub2;), der bewirken soll, daß die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 mit der Wellenlänge λ2 schwingt, dem zweiten Eingangsanschluß des Addierers 107 als der zweite Wellenlängensteuerstrom von der Wellenlängensteuerschaltung 108 zugeführt wird. Somit gibt die Wellenlängensteuerschaltung 108 als den zweiten Wellenlängensteuerstrom einen Strom des Wertes ab, bei dem die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 mit der Wellenlänge λ2 schwingt, wenn der erste Wellenlängensteuerstrom auf Null gebracht wird.
Wenn in diesem Fall die Schwingungswellenlänge der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 durch eine Temperaturschwankung vergrößert wird, vergrößert sich die Ausgangsspannung des optischen Detektors, wie aus Fig. 2 hervorgeht, und vom Operationsverstärker 106 wird ein negativer Strom geliefert. Infolgedessen verringert sich der Wellenlängensteuerstrom, der am Ausgang des Addierers 107 vorhanden ist, und die Schwingungswellenlänge der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 wird kleiner. Wenn umgekehrt die Schwingungswellenlänge der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 kleiner wird, verringert sich die Ausgangsspannung des optischen Detektors 105, der Wellenlängensteuerstrom vergrößert sich, und die Schwingungswellenlänge der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 wird größer. Auf diese Weise wird die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 bei λ&sub2; stabilisiert.
Die Wellenlängensteuerschaltung 108 wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Wie Fig. 3 dargestellt, besteht die Wellenlängensteuerschaltung 108 aus zwei Stromquellen 202 und 203, von denen eine den zweiten Wellenlängensteuerstrom liefert, wenn die andere in einem heißen Bereitschaftszustand ist, und aus einer Steuerschaltung 201. Die Steuerschaltung 201 schaltet entsprechend dem Wellenlängenumschaltsignal 100-1, das von außen zugeführt wird, über Signalleitungen 206 und 207 die Stromquelle, die sich im heißen Bereitschaftszustand befindet, in einen aktiven Zustand und die andere Stromquelle, die sich im aktiven Zustand befindet, in den heißen Bereitschaftszustand. Die Steuerschaltung 201 versorgt entsprechend dem Wellenlängenfestlegungssignal 100-2, das von außen zugeführt wird, ferner die im heißen Bereitschaftszustand befindliche Stromquelle mit einer Vorspannung, die zum Schwingen der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 mit der festgelegten Wellenlänge erforderlich ist.
Es wird nun angenommen, daß die Stromquelle 202 in einem aktiven Zustand und die Stromquelle 203 in einem heißen Bereitschaftszustand ist. Dann versorgt die Stromquelle 202 den Addierer 107 mit einem bereits eingestellten Konstantstrom, z.B. mit i(λ&sub2;), wie oben erwähnt. Und wenn ein Wellenlängenfestlegungssignal, das die Wellenlänge λ2 anzeigt, über eine Signalleitung 100-2 zugeführt wird, versorgt die Steuerschaltung 201 die im heißen Bereitschaftszustand befindliche Stromquelle 203 über eine Signalleitung 205 mit einer Vorspannung, um zu bewirken, daß der Strom i(λ&sub2;) abgegeben wird, der erforderlich ist, um die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge 101 mit der Wellenlänge λ2 entsprechend diesem Wellenlängenfestlegungssignal schwingen zu lassen. Wenn danach das Wellenlängenumschaltsignal 100-1 der Steuerschaltung 201 zugeführt wird, schaltet die Stromquelle 202 in den heißen Bereitschaftszustand um, und die Stromquelle 203 nimmt den aktiven Zustand an, um dem Addierer 107 den Strom i(λ&sub2;) zuzuführen.
Nachstehend wird die Konfiguration und der Betrieb der Konstantstromquellen 202 und 203 mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Da die beiden Stromquellen die gleiche Konfiguration haben, wird nur die Stromquelle 202 beschrieben.
Wenn die Stromquelle 202 gemäß Fig. 4 vom heißen Bereitschaftszustand in den aktiven Zustand umgeschaltet wird, liefert eine Signalleitung 204 ein Signal, das von einem nied rigen auf einen hohen Pegel übergeht, und dieses Signal wird über einen Anschluß A und einen Widerstand R1 dem Basisanschluß eines Schalttransistors Q1 zugeführt. Der Basisanschluß eines anderen Schalttransistors Q2 wird dagegen über einen Inverter 401 und einen Widerstand R2 mit einem Signal versorgt, das von einem hohen auf einen niedrigen Pegel übergeht. Infolgedessen wird der Transistor Q1 ein- und der Transistor Q2 ausgeschaltet. Zu dieser Zeit ist am Basisanschluß eines weiteren Transistors Q3 eine Vorspannung Vc eingestellt, die der gewünschten Schwingungswellenlänge entspricht, wobei diese Vorspannung zugeführt worden ist, als die Konstantstromquelle 202 im heißen Bereitschaftszustand war. An eine Signalleitung 208-1 wird über die Transistoren Q1 und Q3 ein Strom abgebenen, der der gewünschten Schwingungswellenlänge entspricht, und dieser Strom wird dem Addierer 107 gemäß Fig. 1 zugeführt.
Wenn als nächstes das Signal von der Signalleitung 204 von einem hohen auf einen niedrigen Pegel übergeht und die Stromquelle 202 den heißen Bereitschaftszustand annimmt, wird der Transistor Q1 aus- und der Transistors Q2 eingeschaltet. Wenn dann der Strom über die Transistoren Q2 und Q3 zwischen den Stromquellen +VDD und +VSS fließt, wird dem Addierer 107 gemäß Fig. 1 kein Ausgangsstrom der Stromquelle 202 zugeführt, und wie bereits festgestellt, wird eine Vorspannung entsprechend der zu verwendenden Wellenlänge, wenn diese Stromquelle 202 das nächste Mal einen aktiven Zustand annimmt, über die Signalleitung 206 am Basisanschluß des Transistors Q3 eingestellt.
Somit sind bei dieser bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform nicht mehr als ein optischer Resonator und ein Komparator für dessen Temperaturabhängigkeitsstabilisierungsmechanismus erforderlich, auch wenn ein großer Wellenlängenbereich verwendet wird, was den Vorteil mit sich bringt, daß die Hardware-Dimensionen sich nicht vergrößern.
Fig. 5 zeigt eine zweite denkbare Konfiguration der Wellenlängensteuerschaltung 108. Was die Konfiguration gemäß Fig. 5 von der Konfiguration gemäß Fig. 3 unterscheidet, ist zunächst, daß eine Konstantstromquelle 204, die ständig einen festen Stromwert ausgibt, hier neu vorhanden ist und daß zweitens die Ausgangsstromwerte der Stromquellen 202a, 203a gemäß Fig. 5 um den Ausgangsstromwert der Konstantstromquelle 204 kleiner sind als die der Stromquellen 202 und 203 gemäß Fig. 3. Wenn die Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3;, λ&sub4;, .. gemäß Fig. 2 als die Schwingungswellenlängen der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge verwendet werden sollen, ist es für die Wellenlängensteuerschaltung gemäß Fig. 3 erforderlich, daß nicht nur die im aktiven Zustand befindliche Stromquelle, sondern auch die im heißen Bereitschaftszustand befindliche Stromquelle mindestens einen Strom zu liefern, der der Wellenlänge λ&sub1; entspricht. Bei der Wellenlängensteuerschaltung gemäß Fig. 5 dagegen wird der Stromwert, der der Wellenlänge λ&sub1; entspricht, von der Konstantstromquelle 204 zugeführt, und die Stromquellen 202a und 203a müssen lediglich den Stromwert liefern, der der Differenz zwischen der gewünschten Wellenlänge und der Wellenlänge λ&sub1; entspricht, so daß diese Schaltung weniger Leistung aufnimmt als die Schaltung gemäß Fig. 3.

Claims

1. Wellenlängenumschaltlichtquelle zum Ändern der Wellenlänge des Ausgangslichts entsprechend einem Wellenlängenfestlegungssignal (100-2) und einem Wellenlängenumschaltsignal (100-1), die beide von außen zugeführt werden, mit:

einer Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge (101), deren Schwingungswellenlänge sich entsprechend einem Wellenlängensteuersignal ändert;

einer Lichtverzweigung (102) zum Verzweigen des Ausgangslichts der Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge in zwei Strahlen, von denen einer als Ausgangslicht nach außen abgeführt wird und der andere zum Einfallen auf einen optischen Resonator (103) gebracht wird;

wobei der optische Resonator eine periodische Wellenlängenübertragungscharakteristik aufweist;

einem optischen Detektor (105) zum Erfassen der Leistung des Ausgangslichts des optischen Resonators und zum Abgeben eines Wertes, der dieser Leistung entspricht;

einer Einrichtung (106) zum Abgeben eines ersten Wellenlängensteuersignals, das proportional dem Restwert der Subtraktion des Ausgangswertes des optischen Detektors von einem festen Wert (Vref) ist;

einer Wellenlängensteuereinrichtung (108) zum Abgeben eines zweiten Wellenlängensteuersignals, das für das Schwingen der optischen Wellenlängenlichtquelle mit einer gewünschten Wellenlänge entsprechend dem Wellenlängenfestlegungssignal und dem Wellenlängenumschaltsignal erforderlich ist; und

einer Addierereinrichtung (107) zum Addieren des ersten Wellenlängensteuersignals und des zweiten Wellenlängensteuersignals, um das Wellenlängensteuersignal abzugeben.

2. Wellenlängenumschaltlichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Wellenlängensteuereinrichtung (108) aufweist:

zwei Stromquellen (202, 203) und

eine Steuerschaltung (201), die eine der beiden Stromquellen in einen aktiven Zustand versetzt, um zu bewirken, daß das zweite Wellenlängensteuersignal zugeführt wird, und die andere in einen heißen Bereitschaftszustand entsprechend dem Wellenlängensteuersignal versetzt und einen Ausgangsstromwert entsprechend dem Wellenlängenfestlegungssignal in der Stromquelle im heißen Bereitschaftszustand einstellt.

3. Wellenlängenumschaltlichtquelle nach Anspruch 2, wobei der optische Resonator (103) in einer Temperatursteuervorrichtung (104) untergebracht ist, dessen Inneres auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

4. Wellenlängenumschaltlichtquelle nach Anspruch 3, wobei der optische Resonator (103) ein Fabry-Perot-Etalon ist.

5. Wellenlängenumschaltlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wellenlängensteuereinrichtung (108) ferner mit einer Konstantstromquelle (204) versehen ist, die immer einen festen Stromwert liefert und als das zweite Wellenlängensteuersignal einen Strom ausgibt, der aus der Addition des Ausgangsstromwerts der Stromquelle in dem aktiven Zustand und dem festen Stromwert resultiert.

6. Wellenlängenumschaltlichtquelle nach Anspruch 5, wobei der optische Resonator (103) in einer Temperatursteuervorrichtung (104) untergebracht ist, dessen Inneres auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

7. Wellenlängenumschaltlichtquelle nach Anspruch 6, wobei der optische Resonator (103) ein Fabry-Perot-Etalon ist.