DE69724521T2

DE69724521T2 - Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, optisches Kommunikationssystem unter Verwendung desselben, und Verfahren zur Regelung der Wellenlänge desselben

Info

Publication number: DE69724521T2
Application number: DE69724521T
Authority: DE
Inventors: Majima Ohta-ku Masao
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: JPH09331107A; DE69724521D1; EP0813272A2; EP0813272B1; US6104516A; EP0813272A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit variabler bzw. veränderlicher Wellenlänge bzw. eine einstellbare Lichtquelle, die einen Laser verwendet, und insbesondere eine Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge bzw. eine einstellbare Lichtquelle, die einen Halbleiterlaser (der nachstehend als LD abgekürzt ist) verwendet, ein optisches Kommunikationsnetzwerk, dass die Lichtquelle verwendet, und ein Wellenlängensteuerungsverfahren zur Steuerung der Wellenlänge von abgegebenen Licht aus der Lichtquelle.
Verwandte Stand der Technik
Die Untersuchung und Entwicklung einer Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge wurde stetig als eine wichtige Schlüsselvorrichtung in den Gebieten von Multiplexkommunikationen mit Wellenlängenunterteilung, optischen Messungen usw. vorangetrieben. Beispielsweise wurde die Untersuchung und Entwicklung eines mit einer einzigen Wellenlänge betreibbaren Halbleiterlasers (LD) wie eine Laserdiode mit verteilter Rückkopplung (DFB-LD, distributed feedback laser diode) und eine Laserdiode mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR-LD, distributed Bragg reflector diode) unterstützt. Ein Beispiel dafür ist nachstehend beschrieben.
7 zeigt ein Blockschaltbild einer Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge, die eine DFB-LD mit zwei Elektroden (Zwei-Elektroden-DFB-LD) verwendet. Die Lichtquelle weist ein Zwei-Elektroden-DFB-LD-Modul 701, eine Stromquelle mit zwei Ausgängen 702, eine Temperatursteuerungseinrichtung 203 und ein Wellenlängensteuerungssystem #4 (703) auf.
Das Zwei-Elektroden-DFB-LD-Modul 701 ist eine Vorrichtung, in der deren Strominjizierungselektrode in zwei Abschnitte unterteilt und die Wellenlänge von deren abgegebenen Licht durch Steuerung eines in die Vorrichtung injizierten Stroms gesteuert werden kann. Ein Beispiel dafür ist in der Druckschrift "Journal of Electronics Letters", Band 22, Nummer 22, Seite 1153–1154 offenbart. In diesem Beispiel befindet sich die Laserwellenlänge in einem Bereich von 1556 nm bis 1558 nm, weshalb ein in der Wellenlänge veränderlicher Bereich von etwa 2 nm erzielt wird. Weiterhin bieten gegenwärtig einige Hersteller eine Vorrichtung als ein Modul für den Untersuchungsgebrauch an. Das Zwei-Elektroden-DFB-LD-Modul 701 ist konstruiert, indem die vorstehend beschriebene Zwei-Elektroden-DFB-LD zusammen mit ein optisches Kopplungssystem, einem optischen Isolator, einer optischen Glasfaser, ein Peltier-Element, ein Thermistor usw. zusammengestellt sind. Da die Laserwellenlänge der Zwei-Elektroden-DFB-LD aufgrund einer Änderung in der Umgebungstemperatur sich verschiebt, wird die Vorrichtungstemperatur der Zwei-Elektroden-DFB-LD durch das Peltier-Element und den Thermistor gesteuert, und auf diese Weise wird eine Änderung in der Laserwellenlänge aufgrund der Temperaturänderung gesteuert. Der optische Isolator verhindert die Rückkehr von Licht in die Zwei-Elektroden-DFB-LD und stabilisiert somit die Laserwellenlänge der Zwei-Elektroden-DFB-LD.
Weiterhin ist die Zwei-Ausgangs-Stromquelle 702 eine elektrisches Stromquelle, die zwei unabhängige Ausgänge aufweist. Die Ausgangsströme der Stromquelle 702 werden durch ein Stromsteuerungssignal eingestellt, dass von außen (d. h. von den Wellenlängensteuerungssystem #4) zugeführt wird. Die Temperatursteuerungseinrichtung 203 bewirkt, dass ein Strom in den Kanister (der in dem Zwei-Elektroden-DFB-LD-Modul angeordnet ist) und misst die Temperatur durch Erfassung einer Spannung zwischen den Thermistoranschlüssen. Die Temperatursteuerungseinrichtung 203 steuert weiterhin das Peltier-Element (das ebenfalls in dem Zwei-Elektroden-DFB-LD-Modul angeordnet ist) an, das Wärmeerzeugungs- und Wärmeabsorptions-Eigenschaften aufgrund eines darin injizierten Stroms derart aufweist, dass die gemessene Temperatur eine Soll-Temperatur erreicht. Das Peltier-Element kann die Temperatur eines Kühlblechs, an dem die Zwei-Elektroden-DFB-LD angebracht ist, erhöhen oder verringern. Die Soll-Temperatur kann in der Soll-Temperatur-Steuerungseinrichtung oder durch Verwendung eines Temperatursteuerungssignal von außerhalb eingestellt werden. Weiterhin wird eine Differenz zwischen der Soll-Temperatur und der gemessenen Temperatur als Temperatursteuerungsüberwachungssignal ausgegeben. In diesen Beispielen ist die Soll-Temperatur intern eingestellt. Das Wellenlängensteuerungssystem #4 (703) steuert die zwei Ausgangs-Stromquelle 702 durch Verwendung der Stromsteuerungssignals und steuert die Wellenlänge des Zwei-Elektroden-DFB-LD-Moduls 701.
8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle, die eine DFB-LD verwendet. Die Lichtquelle besteht aus einem Ein-Elektroden-DFB-LD-Moduls 201, einer Stromquelle 202, einer Temperatursteuerungseinrichtung 203 und einem Wellenlängensteuerungssystem #5 (801).
Das Ein-Elektroden-DFB-LD-Modul 201 ist eine Vorrichtung, die gegenwärtig als ein Modul von verschiedenen Herstellern erhältlich ist. Da die Vorrichtung lediglich eine einzelne Elektrode aufweist, kann deren Laserwellenlänge durch einen darin injizierten Stromlichts stark verändert werden. Das Änderungsverhältnis der Laserwellenlänge in Bezug auf den injizierten Strom ist gering, etwa 0,08 nm/mA, und der Lichtausgang wird ebenfalls mit Erhöhung des injizierten Stroms variiert. Daher liegt der in der Wellenlänge veränderliche Bereich aufgrund des Stroms in der Größenordnung von 0,1 nm. Aus diesem Grund wird in diesem Beispiel die Wellenlänge durch Veränderung einer Temperaturänderung verändert. Beispielsweise beträgt das Änderungsverhältnis in der Wellenlänge in Bezug auf die Temperatur etwa 0,08 nm/°C, weshalb ein in der Wellenlänge veränderlicher Bereich in der Größenordnung von 1 nm erreicht werden kann.
Das DFB-LD-Modul 201 ist durch Zusammensetzen der vorstehend beschriebenen DFB-LD zusammen mit dem optischen Kopplungssystem, dem optischen Isolator, der optischen Glasfaser, dem Peltier-Element, dem Thermistor usw. aufgebaut. Beispielsweise beträgt in einer DFB-Laserdiode, die durch Fujitsu Limited unter FLD150F2KP (Markenname) hergestellt wird, deren Schwellwert 20 mA, deren Durchlass-Spannung 1,1V (IF = 30 mA), beträgt ein Standardwert von deren Spitzenlaserwellenlänge 1550 nm und beträgt ein Maximum von deren Spektralhalbbreite 0,2 nm. Diese ist eine Lichtemittiervorrichtung mit einer Einzelmodenglasfaser. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Kennlinien dieses lichtemittierenden Elements gemessen und die in 9A und 9B gezeigten Kennlinien erhalten. 9A zeigt die Kennlinie der Laserwellenlänge in Bezug auf die Temperatur, und 9B zeigt die Kennlinie der Laserwellenlänge in Bezug auf den zugeführten Strom. Aus den Messergebnissen geht hervor, dass die Wellenlängen in einem Bereich mit einer Breite von 2 nm durch die Temperatursteuerung zwischen 15°C und 35°C variiert werden kann und dass die Wellenlänge in einem Bereich mit einer Breite von 0,35 nm durch die Stromsteuerung zwischen 30 mA und 70 mA variiert werden kann.
Die Stromquelle 202 ist eine Einzelausgangsstromquelle. Ihr Ausgangsstrom kann durch die interne Einstellung oder durch das von außerhalb zugeführte Stromsteuerungssignal gesteuert werden. In diesem Beispiel wird die interne Einstellung durchgeführt. Die Temperatursteuerungseinrichtung 203 ist dieselbe wie diejenige gemäß 7. In diesem Beispiel wird die Spannung zwischen den Thermistoranschlüssen aus dem DFB-LD-Modul 201 durch die Temperatursteuerungseinrichtung 203 erfasst, und das Temperatursteuerungsüberwachungssignal wird durch das Wellenlängensteuerungssystem #5 erkannt. Zusätzlich dazu gibt das Wellenlängensteuerungssystem #5 das Temperatursteuerungssignal aus, durch das das DFB-LD- Modul 201 auf der Grundlage des Temperatursteuerungsüberwachungssignals auf eine gewünschte Wellenlänge eingestellt wird. Dementsprechend wird die Temperatureinstellung durch Steuerung der Temperatursteuerungseinrichtung 203 unter Verwendung des Temperatursteuerungssignals von außen (d. h. aus dem Wellenlängensteuerungssystem #5) durchgeführt. Das Wellenlängensteuerungssystem #5 (801) steuert auf diese Weise die Temperatursteuerungseinrichtung 203 durch Verwendung des Temperatursteuerungssignals und steuert die Laserwellenlänge des DFB-LD-Moduls 201. Demgegenüber überwacht das Wellenlängensteuerungssystem #5 (801) den Zustand der Temperatursteuerung durch Verwendung des Temperatursteuerungsüberwachungssignals aus dem DFB-LD-Modul 201.
Die vorstehend beschriebenen in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquellen weisen jedoch die nachstehend beschriebenen Nachteile auf.
Zunächst ist der Nachteil des Beispiels beschrieben, dass die Zwei-Elektroden-DFB-LD verwendet. Diese Vorrichtung wurde lediglich zu Versuchzwecken hergestellt, so dass deren Herstellungsprozess für ein Massenproduktion noch nicht eingeleitet worden ist, weshalb deren Kosten hoch sind. Die Lage für andere in der Wellenlänge veränderliche Mehrelektroden-LDs wie Drei-Elektroden-DFB-LD und Drei-Elektroden-DBR-LD ist dieselbe. Daher wurde, obwohl diese Vorrichtungen einen in der Wellenlänge veränderlichen Bereich mit einer Breite von 2 nm aufweisen, die Bereitstellung dieser Vorrichtungen mit ausreichend stabilen Kennlinien (Charakteristiken) noch nicht erzielt.
Der Nachteil des Beispiels, das die Temperatursteuerung verwendet, ist nachstehend beschrieben. Im allgemeinen ist das Ansprechen eines Temperatursteuerungssystems langsam. Dasselbe gilt ebenfalls für das Temperatursteuerungssystem des LD-Moduls, in dem die Temperatur durch den Thermistor erfasst wird und die Temperatur durch das Peltier-Element gesteuert wird. Insbesondere ist es schwierig, diese Steuerung innerhalb einer Sekunde in einen stabilen Bereich zu bringen. Weiterhin ist bei Verkürzung der Einstellzeit der Steuerung das Auftreten eines Überschwingens sehr wahrscheinlich. Wenn eine derartige Vorrichtung als Lichtquelle in Multiplexkommunikationen mit Wellenlängenunterteilung mit engen Intervallen zwischen den Kanälen verwendet wird, ist das Auftreten eines Übersprechens während des Änderns der Wellenlänge sehr wahrscheinlich.
Ein Wellenlängenänderungsverfahren ist in der folgenden Druckschrift beschrieben: "Technical Report of IEICE", OCS92-88(1993-03), Seiten 25 bis 30.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in der Wellenlänge veränderliche oder einstellbare Lichtquelle bereitzustellen, in der eine Stromsteuerung mit schnellem Ansprechen und einem engen in der Wellenlänge veränderlichen Bereich mit einer Temperatursteuerung mit langsamen Ansprechen und einem breiten in der Wellenlänge veränderlichen Bereich kombiniert ist, weshalb der in der Wellenlänge veränderliche Bereich mit einer Breite von der Größenordnung von 1 nm selbst dann erzielt wird, wenn eine Ein-Elektroden-DFB-Laserdiode verwendet wird und die für den Wellenlängenänderungsvorgang erforderliche Zeit verkürzt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den beigefügten Patentansprüchen 1 bis 15 definiert.
Der Erfinder der in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Erfindung hat erdacht, dass es möglich ist, die Temperatursteuerung beispielsweise in einem Laser, der seine Laserwellenlänge durch die Stromsteuerung steuert, nicht nur für die Unterdrückung von Einflüssen der Änderung in der Umgebungstemperatur aufgrund der Wärmeerzeugung in dem Laser und einer Änderung in der Außentemperatur zu verwenden, sondern ebenfalls seine Steuerung der Änderung der Laserwellenlänge zu verwenden, und dass somit die Wellenlängensteuerung flexibel durchgeführt werden kann. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die auf der Grundlage dieses Konzepts erfunden wurde, wird die folgende in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle bereitgestellt:
Diese in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist, weist eine erste Steuerungseinheit zur kontinuierlichen Steuerung einer Laserwellenlänge des Lasers mit einer kurzen Ansprechzeit und eine zweite Steuerungseinheit zur kontinuierlichen Steuerung der Laserwellenlänge des Lasers mit einer Ansprechzeit auf, die länger als die Ansprechzeit der Wellenlängensteuerung durch die erste Steuerungseinheit ist. Die zweite Steuerungseinheit steuert die Laserwellenlänge zur Änderung der Laserwellenlänge.
Die Ansprechzeit gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet nicht eine Zeitdauer (Zeitperiode), während der eine tatsächliche Steuerung durchgeführt wird, sondern bedeutet eine Zeitdauer, die für eine Steuerung zu der Zeit erforderlich ist, wenn diese Steuerung durch die Steuerungseinheit durchgeführt wird. Weiterhin bedeutet durchweg in der Beschreibung eine kontinuierliche Steuerung der Laserwellenlänge oder eine kontinuierliche Steuerung durch die Steuerungseinheit nicht nur eine Steuerung, in der der Steuerungswert exakt kontinuierlich geändert wird, sondern ebenfalls eine Steuerung, bei der eine Reihe von Änderungen in dem Steuerungswert in kleinen Schritten durchgeführt wird (Dieser kleine Schritt ist ein Schritt mit einer derartig kleinen Größe, dass selbst dann, wenn die Wellenlänge des Lichts bei diesem kleinen Schritt geändert wird, eine Empfängerseite, die das Licht empfängt, das Licht kontinuierlich ohne Abschwächung des Lichts ohne eine Änderung oder Durchführung eines Nachverfolgungsvorgangs (tracking operation) empfangen kann).
In einer derartigen Lichtquelle kann die Steuerung unter Verwendung der ersten Steuerungseinheit durchgeführt werden, wenn die Laserwellenlänge schnell geändert werden muss, und die Steuerung kann unter Verwendung der zweiten Steuerungseinheit durchgeführt werden, wenn die Laserwellenlänge langsam geändert werden kann. Insbesondere kann in einem Fall, in dem ein in der Wellenlänge veränderlicher Bereich durch die Steuerung der zweiten Steuerungseinheit breiter als ein in der Wellenlänge veränderlicher Bereich durch die Steuerung der ersten Steuerungseinheit ist, eine Lichtquelle mit einem breiten in der Wellenlänge veränderlichen Bereich und einer kurzen Ansprechzeit für die Wellenlängenänderung erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung kann einen Aufbau annehmen, in dem die zweite Steuerungseinheit eine derartige Steuerung durchführt, dass das Änderungsausmaß der Laserwellenlänge durch die erste Steuerungseinheit durch das Änderungsausmaß der Laserwellenlänge durch die zweite Steuerungseinheit ersetzt wird. Insbesondere wird nach einer schnellen Änderung der Laserwellenlänge beispielsweise zu längeren Wellenlänge hin durch die erste Steuerungseinheit die Steuerung der Änderung der Laserwellenlänge zu längeren Wellenlängen hin durch die zweite Steuerungseinheit durchgeführt, wohingegen die Steuerung der Änderung der Wellenlänge zu längeren Wellenlängen hin durch die erste Steuerungseinheit aufgehoben wird. Die Steuerung der Änderung der Wellenlänge zu kürzeren Wellenlängen hin wird in ähnlicher Weise durchgeführt. In Bezug auf die Steuerung, in der das Änderungsausmaß der Wellenlänge, die durch die erste Steuerungseinheit ausgeführt wird, durch das durch die zweite Steuerungseinheit bewirkte Änderungsausmaß der Wellenlänge ersetzt wird, ist dies nicht auf eine Steuerung beschränkt, in der das Änderungsausmaß der Wellenlänge durch die erste Steuerungseinheit zu 100 durch das Änderungsausmaß der Wellenlänge durch die zweite Steuerungseinheit ersetzt ist. Das Änderungsausmaß der Wellenlänge durch die zweite Steuerungseinheit kann größer oder kleiner als das Änderungsausmaß der Wellenlänge durch die erste Steuerungseinheit sein, in Abhängigkeit von der Situation. Die erstere Situation (ein größerer Fall) ist beispielsweise ein Fall, in dem nach einer prompten Änderung der Wellenlänge weiter langsam zu der selben Seite hin geändert wird. Die letztere Situation (ein kleinerer Fall) ist beispielsweise ein Fall, in dem, nach dem die Wellenlänge prompt und ausreichend geändert worden ist, eine Überschwingungsänderung der Laserwellenlänge auf eine Soll-Wellenlänge zurückgeführt wird. In dem Fall, dass eine 100%-ige Ersetzung ausgeführt wird und die Rückführungsrate der Wellenlängensteuerung durch die erste Steuerungseinheit auf deren ursprünglichen Zustand dieselbe wie eine Ersetzungsrate der Wellenlängensteuerung durch die erste Steuerungseinheit mit der Wellenlängensteuerung durch die zweite Steuerungseinheit ist, verbleibt die Wellenlänge im wesentlichen unverändert während des gesamten Ersatzprozesses, obwohl die Steuerung zur Änderung der Wellenlänge durch die zweite Steuerungseinheit ausgeführt wird. Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls derartig vorstehend beschriebene Konstruktionen.
Da nach Änderung der Laserwellenlänge durch die erste Steuerungseinheit das Änderungsausmaß der Wellenlänge durch die durch die zweite Steuerungseinheit ausgeführte Wellenlängenänderung ersetzt wird, ist ebenfalls ein promptes Ansprechen möglich, wenn ein Bedarf zur schnellen Änderung der Laserwellenlänge erneut auftritt.
Die folgenden spezifischeren Strukturen können ebenfalls angewendet werden. Der Laser kann ein Halbleiterlaser sein. Die erste Steuerungseinheit kann eine Stromsteuerungseinheit zur Steuerung eines dem Halbleiterlaser zugeführten Stroms sein. Die zweite Steuerungseinheit kann eine Temperatursteuerungseinheit zur Steuerung der Temperatur des Halbleiterlasers sein.
Verschiedene Konstruktionen können als Struktur zur Steuerung der zwei Steuerungseinheiten angewandt werden, und eine derartige Struktur kann durch Verwendung einer analogen Operations- oder Arithmetikschaltung aufgebaut werden.
Weiterhin können eine Wellenlängenplatzierungserfassungseinheit zur Erfassung des Platzierungszustands von Wellenlängen auf einer Übertragungsleitung, zu der von dem Laser abgegebenes Licht aufgegeben wird, bereitgestellt werden, und die erste Steuerungseinheit und die zweite Steuerungseinheit können ihre eigenen Steuerungen auf der Grundlage der aus der Wellenlängenplatzierungserfassungseinheit erhaltenen Wellenlängenplatzierungsinformationen jeweils ausführen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt Zeitverläufe zur Steuerung der Laserwellenlängen einer in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle.
2 zeigt eine Darstellung der Struktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einer in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Darstellung der Struktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel einer in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Darstellung der Struktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für eine in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G zeigen jeweils Darstellungen zur Beschreibung des Betriebs einer gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausgeführten Wellenlängensteuerung.
6 zeigt ein Blockschaltbild der Strukturen eines Multiplexkommunikationsnetzwerks mit Wellenlängenunterteilung gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Darstellung der Strukturen einer ersten in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik.
8 zeigt eine Darstellung der Strukturen einer in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik.
9A zeigt einen Graphen einer Kennlinie von Temperatur gegenüber Wellenlängen einer Einzelelektroden-DFB-LD.
9B zeigt einen Graphen der Kennlinien von Strom gegenüber Wellenlängen einer Einzelelektroden-DFB-LD.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
1 zeigt Zeitverläufe der durch die in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Wellenlängensteuerung. In 1 ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen und ist auf der Ordinate das Verschiebungsausmaß der Laserwellenlänge aufgetragen. In dem oberen Teil von 1 ist eine Wellenlängenverschiebung durch einen Strom gezeigt, in dem mittleren Teil ist die Wellenlängenverschiebung durch die Temperatur gezeigt, und in dem unteren Teil ist die Wellenlängenverschiebung durch Strom plus Temperatur (d. h. eine Summe der Wellenlängenverschiebung durch den Strom und der Wellenlängenverschiebung durch die Temperatur) gezeigt. Die Wellenlängensteuerung für die Wellenlängenverschiebung ist nachstehend als Wellenlängenverschiebungssteuerung bezeichnet. In einem Beispiel von 1 werden drei Wellenlängenverschiebungssteuerungen ausgeführt, die durch #1, #2 und #3 angegeben sind. Das Bezugszeichen T11 bezeichnet einen Zeitpunkt, zu dem die Wellenlängenverschiebungssteuerung #1 gestartet wird, das Bezugszeichen T12 bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem die Wellenlängenverschiebung durch die Wellenlängenverschiebungssteuerung #1 beendet ist, und das Bezugszeichen T13 bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem die Steuerung der Wellenlängenverschiebungssteuerung #1 beendet ist. Gleichermaßen geben T21, T22 und T23 jeweils Zeitpunkte in Bezug auf die Wellenverschiebungssteuerung #2, und geben T31, T32 und T33 jeweils Zeitpunkte in Bezug auf die Wellenlängenverschiebungssteuerung #3 an. Das Bezugszeichen λS1 gibt das Wellenlängenverschiebungsausmaß an, dass in der Wellenlängeverschiebungssteuerung #1 erzielt wird. Gleichermaßen geben die Bezugszeichen λS2 und λS3 jeweils die Wellenlängenverschiebungsausmaße an, die in den Wellenlängenverschiebungssteuerungen #2 und #3 erzielt werden. λImax gibt einen Maximalwert eines Bereichs der Wellenlängenverschiebung an, die durch die Steuerung des Stroms erreicht werden kann.
2 zeigt den Aufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für eine in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Lichtquelle weist ein Einzelelektroden-DFB-LD-Modul 201, eine Stromquelle 202, eine Temperatursteuerungseinrichtung 203 und ein Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) auf.
In dem DFB-LD-Modul 201 ist die vorstehend beschriebene Einzelelektroden-DFB-LD zusammen mit einem optischen Kopplungssystem, einem optischen Isolator, einem optischen Glasfaser, ein Peltier-Element, ein Thermistor usw. untergebracht. Da die Laserwellenlängen der Einzelelektroden-DFB-LD aufgrund einer Änderung in der Umgebungstemperatur sich verschiebt, wird die Vorrichtungstemperatur der Einzelelektroden-DFB-LD durch das Peltier-Element und den Thermistor gesteuert. Der optische Isolator fängt die Rückkehr von Licht zu der Einzelelektroden-DFB-LD ab und stabilisiert somit die Laserwellenlänge der Einzelelektroden-DFB-LD.
Weiterhin ist restliche Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel in etwa der selbe wie der Aufbau der in 8 dargestellten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Jedoch unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel davon dahingehend, dass das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) den Ausgangsstrom der Stromquelle 201 steuert. Das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) ist mit einer CPU, einem Speicher usw. versehen und steuert die Laserwellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 durch Ausgabe eines Stromsteuerungssignals und eines Temperatursteuerungssignals. Weiterhin sind in dem Speicher des Wellenlängensteuerungssystems #1 (204) Änderungsgrößen des Temperatursteuerungssignals und des Stromsteuerungssignals, die für eine gegebene Wellenlängenverschiebung erforderlich sind, Vorgangsprozessoren und Zeitverläufe zur Durchführung des Wellenlängensteuerungsvorgangs gemäß diesem Ausführungsbeispiel und dergleichen gespeichert. Es sei hier angenommen, dass die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 zu längeren Wellenlängen hin sich verschiebt, wenn der Strom ansteigt und wenn die Temperatur ansteigt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Wellenlängensteuerungsvorgang in der Wellenlängenverschiebungssteuerung in zwei Stufen unterteilt. Anfänglich wird das Stromsteuerungssignal aus den Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) der Stromquelle 202 zugeführt, und die Wellenlänge des Einzelelektroden-DFB-LD-Moduls 201 wird auf der Grundlage des Stromsteuerungssignals verschoben (diese Periode (Zeitdauer) ist nachstehend als erste Periode bezeichnet). Dann führt die Temperatursteuerungseinrichtung 203 den Peltier-Ansteuerungsstrom den Peltier-Element in dem Einzelelektroden-DFB-LD-Modul 201 auf der Grundlage des Temperatursteuerungssignals aus dem Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) zu, um die Laserwellenlänge der DFB-LD zu verschieben, und diese Wellenlängenverschiebung ersetzt allmählich das durch das vorhergehende Stromsteuerungssignal verursachte Wellenlängenverschiebungsausmaß (diese Periode ist nachstehend als zweite Periode bezeichnet).
Dabei wird die Länge der ersten Periode durch das Wellenlängenverschiebungsausmaß und die für das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) zur Steuerung der Stromquelle 202 erforderlichen Zeit bestimmt, wobei die Länge dieser Periode angenähert gleich 0,001 bis 1 Sekunde beträgt. Die Länge der zweiten Periode wird durch das Wellenlängenverschiebungsausmaß und die für die Temperatursteuerungseinrichtung 203 zur Steuerung der Temperatur des DFB-LD-Moduls 201 auf eine eingestellte Temperatur erforderliche Zeit bestimmt. Diese Länge reicht von der Größenordnung einer Sekunde bis zu der Größenordnung einer Minute. Die Stromgröße aus der Stromquelle 202 erreicht einen vorbestimmten Wert I0 bei Abschluss jeder Wellenlängenverschiebungssteuerung. Dabei ist der Strom I0 ein Injizierungsstrom zu dem Zeitpunkt, wenn das DFB-LD-Modul 201 sich in seinem oszillierten Zustand befindet. Gemäß 1 ist die Einstellung einer Wellenlänge vor und nach der Wellenlängenverschiebungssteuerung in der Mitte des in der Wellenlänge veränderlichen Bereichs der DFB-LD platziert, die durch die Stromsteuerung erzielt werden kann.
Gemäß 1 wird die Wellenlängenverschiebungssteuerung zur Verschiebung der Laserwellenlängen der DFB-LD zu längeren Wellenlängen hin dreimal durchgeführt. In der Wellenlängenverschiebungssteuerung #2 wird die Wellenlängenverschiebungssteuerung zu dem Zeitpunkt T11 gestartet und wird zu dem Zeitpunkt T13 beendet. Die Wellenlängen des DFB-LD-Moduls 201 wird um λSI zu längeren Wellenlängen hin durch diese Wellenlängenverschiebungssteuerung #1 verschoben. Während einer Zeitdauer von dem Zeitpunkt T11 bis zu dem Zeitpunkt T12 erhöht das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) den Ausgangsstrom der Stromquelle 202 und verschiebt die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 um λS1 zu längeren Wellenlängen hin. Dann führt das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) während einer Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt T12 und dem Zeitpunkt T13 die Stromsteuerung einer allmählichen Verringerung des Ausgangsstroms der Stromquelle 202 und die Temperatursteuerung der Erhöhung der eingestellten Temperatur der Temperatursteuerungseinrichtung 203 gleichzeitig durch. Die Steuerung wird allmählich durchgeführt. Als Ergebnis wird während der Zeitdauer zwischen Zeitpunkt T12 und dem Zeitpunkt T13 die Laserwellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 durch die Stromsteuerung um λS1 zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben, während λS1 durch die Temperatursteuerung zu längeren Wellenlängen hin verschoben wird. Als Ergebnis wird die Wellenlänge bei λS1 beibehalten, die durch die Wellenlängenverschiebung zu längeren Wellenlängen hin während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt T11 bis zu dem Zeitpunkt T12 erreicht wird. Bei Abschluss der Wellenlängenverschiebungssteuerung #1 wird die Wellenlänge um λS1 zu längeren Wellenlängen hin verschoben, wird die Temperatur des DFB-LD-Moduls 201 erhöht und wird der Strom zu dem Wert I0 vor der Steuerung zurückgeführt.
Derselbe Vorgang wird jeweils in der Wellenlängenverschiebungssteuerung #2 und der Wellenlängenverschiebungssteuerung #3 ausgeführt, und die Wellenlängen werden jeweils um λS2 und λS3 zu längeren Wellenlängen hin verschoben (dabei ist das in der Wellenlängenverschiebungssteuerung #2 erhaltene Wellenlängenverschiebungsausmaß gleich zu dem Maximalwert λImax der Wellenlängenverschiebung zu längeren Wellenlängen hin, der durch die Stromsteuerung erreicht werden kann). Die für die Wellenlängenverschiebungssteuerung erforderliche Zeit steigt mit ansteigen des Wellenlängenverschiebungsausmaßes an. Da gemäß 1 λS2 > λS1 > λS3 gilt, gelten daher die folgenden Beziehungen: (T22 – T21) > (T12 – T11) > (T32 – T31) und (T23 – T22) > (T13 – T12) > (T33 – T32)
Nachdem die Wellenlängenverschiebungssteuerung dreimal durchgeführt wird, wird die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 zu längeren Wellenlängen hin um das folgende Ausmaß verschoben: λs1 + λs2 + λs3
Die Laserwellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 kann über einen breiten in der Wellenlänge veränderlichen Bereich geändert werden, der durch die Temperatursteuerung erreicht werden kann, indem die Wellenlängenverschiebungssteuerung wiederholt wird. Weiterhin kann die Wellenlängenverschiebung ebenfalls in kurzer Zeit in einem engen in der Wellenlänge veränderlichen Bereich durchgeführt werden, der durch die Stromsteuerung erreicht werden kann. Das Wellenlängensteuerungssystem #2 (204) verschiebt nämlich die Laserwellenlänge der DFB-LD in kurzer Zeit durch Zufuhr des Stromsteuerungssignals zu der Stromquelle 202 entsprechend einem gewünschten Wellenlängenverschiebungsausmaß, erhöht dann das Temperatursteuerungssignal, während allmählich das Stromsteuerungssignal verringert wird, wobei die Laserwellenlänge beibehalten wird, und behält somit die Wellenlängenverschiebung bei. Dieser Vorgang ist derselbe in jeder der Wellenlängenverschiebungssteuerungen #1 bis #3.
Vorstehend wurde das Beispiel zur Verschiebung der Laserwellenlänge zu längeren Wellenlängen hin beschrieben, jedoch ist der Vorgang ebenfalls derselbe, wenn die Wellenlänge zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben werden soll. Weiterhin ist der Vorgang selbst dann derselbe, wenn die Wellenlänge abwechselnd zu kürzeren Wellenlängen hin und zu längeren Wellenlängen hin verschoben werden soll. Wenn beispielsweise eine Anweisung zur Verschiebung der Wellenlänge um λS4 zu kürzeren Wellenlängen hin darauffolgend zu der Wellenlängenverschiebungssteuerung #1 gegeben wird, verschiebt das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) die Wellenlängen von λS1 zu λS4 in kurzer Zeit, indem das Stromsteuerungssignal zugeführt wird, das eine Verringerung des Stroms auf einen gegebenen Strom bewirkt, der Stromquelle 202 zugeführt wird, und verringert dann das Temperatursteuerungssignal, während allmählich das Stromsteuerungssignal erhöht wird, so dass die Laserwellenlänge auf den Wert von λS1 bis λS4 beibehalten wird. In diesem Fall ist ebenfalls der Wert des Stroms aus der Stromquelle 202 zu der DFB-LD hin, der durch das Stromsteuerungssignal während der Oszillation auf dem Wellenlängenwert von λS1 bis λS4 bewirkt wird, gleich einem ursprünglichen Wert des Stroms aus der Stromquelle 202 während der Oszillation auf der ursprünglichen Wellenlänge, und der Peltier-Ansteuerungsstrom weist eine Stromgröße entsprechend den Wellenlängenwert von λS1 bis λS4 auf.
Weiterhin kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, obwohl ein Beispiel für die Wellenlängenverschiebung innerhalb kurzer Zeit unter Verwendung eines kostengünstigen Einzelelektroden-DFB-LD-Moduls beschrieben worden ist, jeder normale Halbleiterlaser (LD) ebenfalls durch Aufbau und Betrieb dieser normalen LD in ähnlicher Weise wie gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden, falls die Laserwellenlänge dieser normalen LD durch Zufuhr eines Stroms und Einstellung der Temperatur geändert werden kann.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 veranschaulicht den Aufbau einer in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel weist ein Einzelelektroden-DFB-LD-Modul 201, eine Stromquelle 202, eine Temperatursteuerungseinrichtung 203, ein Wellenlängensteuerungssystem #2 (301), ein Proportionalverstärker 302, einen Integralverstärker #1 (303), einen Integralverstärker #2 (304), einen Subtrahierer 305, eine Referenzspannungsquelle 306 und einen Addierer 307.
Das DFB-LD-Modul 201, die Stromquelle 202 und die Temperatursteuerungseinrichtung 203 sind dieselben wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2. Das Wellenlängensteuerungssystem #2 (301) ist in etwa derselbe wie das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) gemäß 2. Obwohl das Wellenlängensteuerungssystem #1 (204) direkt die Stromquelle 202 und die Temperatursteuerungseinrichtung 203 steuert, steuert das Wellenlängensteuerungssystem #2 (301) indirekt die Stromquelle 202 und die Temperatursteuerungseinrichtung 203 durch eine analoge Arithmetikschaltung.
Der Proportionalverstärker 302, der Integralverstärker #1 (303), der Integralverstärker #2 (304), der Subtrahierer 305, die Referenzspannungsquelle 306 und der Addierer 307 bilden die analoge Arithmetikvorrichtung (Arithmetikschaltung) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem es sich um einen wichtigen Abschnitt handelt. Der Proportionalverstärker 302 ist ein Verstärker, dessen Band sich von Gleichstrom bis zu der Größenordnung von einigen MHz erstreckt. Der Verstärkungsfaktor des Proportionalverstärkers 302, dem das Wellenlängensteuerungssignal zugeführt wird, ist derart eingestellt, dass das Wellenlängensteuerungssystem #2 (301) die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 auf einen vorbestimmten Wert steuern kann. Der Integralverstärker #1 (303) ist ein Verstärker, der derart ausgelegt ist, dass dessen Integrierzeit sich in der Größenordnung von 0,1 bis 1 Sekunde befindet, wobei das Wellenlängensteuerungssignal diesem zugeführt wird und dessen Ausgang den selben Wert wie der Ausgang des Proportionalverstärkers 302 nach Verstreichen der Integrierzeit erreicht. Der Integrierverstärker #2 (304) ist ein Integrierer, dessen Integrierzeit dieselbe wie diejenige des Integrierverstärkers #1 (303) ist. Sein Verstärkungsfaktor ist derart ausgelegt, dass das Wellenlängensteuerungssystem #2 (301) die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 auf einen vorbestimmten Wert steuern kann. Das Wellenlängensteuerungssignal wird dem Integrierverstärker #2 (304) zugeführt, und der Integrierverstärker #2 (304) gibt das Temperatursteuerungssignal zu der Temperatursteuerungseinrichtung 203 aus. Weiterhin subtrahiert der Subtrahierer 305 eine Spannung an dessen negativen (–) Eingangsanschluss von einer Spannung an dessen positiven (+) Eingangsanschluss und gibt sein Ergebnis aus. Der Ausgang des Proportionalverstärkers 302 wird dem positiven Eingangsanschluss des Subtrahierers 305 zugeführt, und der Ausgang des Integrierverstärkers 1 (303) wird dem negativen Eingangsanschluss des Subtrahierers 305 zugeführt. Die Referenzspannungsquelle 306 dient zur Beibehaltung des Ausgangsstroms der Stromquelle 202 über einen vorbestimmten Strom I0. Der Addierer 307 addiert die Ausgänge der Referenzspannungsquelle 306 und des Subtrahierers 305, d. h. die Spannungen an dessen zwei Eingangsanschlüssen, und gibt sein Ergebnis zu der Stromquelle 202 als das Stromsteuerungssignal aus.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Steuerungen der Stromquelle 202 und der Temperatursteuerungseinheit 203 während der Wellenlängenverschiebungssteuerung nicht direkt durch das Wellenlängensteuerungssystem durchgeführt, während der Zeitverlauf gemessen wird, sondern werden durch das Stromsteuerungssignal und das Temperatursteuerungssignal ausgeführt, die aus dem Wellenlängensteuerungssignal aus dem Wellensteuerungssystem #2 (301) durch den analogen Betrieb in der elektrischen Schaltung erzeugt werden.
Das Wellenlängensteuerungssystem #2 (301) führt die Wellenlängenverschiebungssteuerung durch Erhöhung (oder Verringerung) des Wellenlängensteuerungssignals und darauffolgender Beibehaltung von dessen Wert auf einen konstanten Wert durch. Ein Fall, in dem das Wellenlängensteuerungssignal erhöht wird und die Wellenlänge vergrößert bzw. verlängert (zu längeren Wellenlängen hin verschoben) wird, ist nachstehend beschrieben.
Wenn das Wellenlängensteuerungssignal erhöht wird, erhöht sich der Ausgang des Proportionalverstärkers 302, woraufhin das Stromsteuerungssignal sich erhöht und die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 sich vergrößert. Gleichzeitig damit steigen die Ausgänge des Integrierverstärkers #1 (303) und des Integrierverstärkers #2 (304) allmählich an, verringert sich das Stromsteuerungssignal allmählich und erhöht sich das Temperatursteuerungssignal allmählich. Als Ergebnis wird die vorhergehende Verschiebung der Wellenlänge zu längeren Wellenlängen hin (Vergrößerung der Wellenlänge) durch die Stromsteuerung allmählich mit der Wellenlängenverschiebung durch die Temperatursteuerung ersetzt. Nachdem die Integrierzeiten der Integrierverstärker #1 (303) und des Integrierverstärkers #2 (304) verstrichen sind, nimmt das Stromsteuerungssignal die Ausgangsspannung der Referenzspannungsquelle 306 an und wird der Ausgangsstrom der Stromquelle 202 auf I0 beibehalten. Demgegenüber wird das Temperatursteuerungssignal um die Größe entsprechend der Wellenlängenverschiebung erhöht.
Da die für das Betriebsbeispiel gemäß 1 äquivalente Wellenlängenverschiebungssteuerung durch den analogen Vorgang gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, kann ein einfacheres Wellenlängensteuerungssystem verwendet werden. Weiterhin ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Beispiel beschrieben, bei dem das Wellenlängensteuerungssystem #2 (301) nicht das Temperatursteuerungsüberwachungssignal überwacht, worin ein Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht, jedoch kann die Temperatursteuerung genauer durch Durchführung eines Überwachungs- und Rückkopplungsvorgangs ausgeführt werden. Jede Temperatursteuerung kann angewandt werden.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Ein viertes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel werden die in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle und das Verfahren zur Steuerung der Wellenlängenänderung, die gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, auf ein Wellenlängensteuerungssystem angewandt, das in einem Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk verwendet wird.
4 zeigt ein Aufbau gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel für eine in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle. Es sind ein Einzel-Elektroden-DFB-LD-Modul 201, eine Stromquelle 202, eine Temperatursteuerungseinrichtung 203, ein Wellenlängensteuerungssystem #2 (401) und ein Wellenlängenplatzierungserfassungssystem 402 angeordnet. Der restliche Aufbau mit Ausnahme des Wellenlängensteuerungssystem #3 (401) und des Wellenlängenplatzierungserfassungssystems 402 ist derselbe wie derjenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2.
Das Wellenlängensteuerungssystem #3 (401) justiert das Stromsteuerungssignal und das Temperatursteuerungssignal auf der Grundlage der Wellenlängenplatzierungsinformationen und steuert die Wellenlänge des DFB-LD-Moduls 201. Der Aufbau gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist derselbe wie derjenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass ein Eingangsanschluss für die Wellenlängenplatzierungsinformation bereitgestellt ist und die Laserwellenlänge des DFB-LD-Moduls 201 auf der Grundlage der Wellenlängenplatzierungsinformationen gesteuert wird.
Das Wellenlängenplatzierungserfassungssystem 402 erfasst die Wellenlängenplatzierung auf einer Übertragungsleitung in dem Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk und führt die Wellenlängenplatzierungsinformationen dem Wellenlängensteuerungssystem #3 (401) zu. Das Wellenlängenplatzierungserfassungssystem 402 kann ein optisches Filter wie ein Glasfaser-Fabry-Perot-Filter, dessen Übertragungswellenlänge durch eine Spannungssteuerung dafür gesteuert werden kann, ein Steuerungssystem dafür und ein optisches Erfassungssystem beispielsweise aufweisen. Das Wellenlängenplatzierungserfassungssystem 402 wobbelt seine Übertragungswellenlänge, wenn die daran angelegte Steuerungsspannung durch das Wellenlängensteuerungssystem #3 (401) gewobbelt wird, und erfasst die Wellenlängenplatzierung anhand der zeitlichen Platzierung einer Impulsfolge elektrischer Signale (entsprechend der Platzierung in der Wellenlänge der Laserwellenlängen auf der Übertragungsleitung), die aus dem optischen Erfassungssystem zugeführt werden.
5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G veranschaulichen jeweils die Vorgänge der Wellenlängensteuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Auf der Abszisse ist die Wellenlänge aufgetragen, und Positionen auf vertikalen Linien, die sich entlang der Ordinate erstrecken, geben die Platzierung der Wellenlängen an. Eine Reihe von sieben Zuständen sind gezeigt und die Steuerungsweisen sind in 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G veranschaulicht. In jedem Vorgang sind die Wellenlängensteuerung durch den Strom (die Stromsteuerung) und die Wellenlängensteuerung durch die Temperatur (die Temperatursteuerung) veranschaulicht. In 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G ist λ0 eine Wellenlänge der in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle in einem optischen Knoten, bei dem es sich um einen im weiteren Verlauf beschriebenen Objektknoten handelt, sind λA1, λA2 und λB jeweils Wellenlängen von in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquellen in anderen optischen Knoten, die ebenfalls später beschrieben sind, und es Δλ ein Kanalintervall zwischen benachbarten Wellenlängen in einem Wellenlängen und Verteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk.
6 zeigt ein Aufbau des Wellenlängenunterteilungsmultiplexkommunikationsnetzwerks. Gemäß 6 bilden optische Knoten 601, 602 und 603, Anschlussstationen 611, 612 und 613, eine Sternkupplung 620 und optische Glasfaser 631, 632, 633, 641, 642 und 643 des Kommunikationsnetzwerks. Jeder optische Knoten weist einen optischen Sender 651, einen optischen Empfänger und eine Leistungsteilungseinrichtung 653 auf. Der optische Sender 651 weist die in 4 veranschaulichte in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle auf. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 6 lediglich drei Knoten gezeigt, jedoch können mehr Anschlussstationen und optische Knoten in dem Netzwerk gemäß 6 angeordnet sein.
Die Anschlussstation 611 führt eine Kommunikation mit einer anderen Anschlussstation über den optischen Knoten 601 aus. Ein optisches Signal aus dem optischen Sender 651 des optischen Knotens 601 wird zu der Sternkupplung 620 über die optische Glasfaser 631 gesendet, wird in Abschnitte (leistungs-) unterteilt, die durch die optische Glasfaser 641, 642 und 643 gesendet werden und erreicht die optischen Knoten einschließlich ihres eigenen optischen Knoten 601. Das optische Signal aus dem optischen Sender 651 wird zu der optischen Glasfaser 631 ausgegeben und das optische Signal aus der optischen Glasfaser 641 wird in der Leistungsunterteilungseinrichtung 653 in der Leistung geteilt und dem optischen Sender 651 und dem optischen Empfänger 652 zugeführt. Es gilt dasselbe in Bezug auf andere Endgerätestationen und optischen Knoten.
λ1, λ2 und λ3 sind Wellenlängen der in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquellen der optischen Sender 651 der optischen Knoten 601, 602 und 603. In dem Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk emittiert lediglich der optische Knoten, der eine Kommunikation durchführt, Licht und verwendet den Wellenlängenbereich des Wellenlängenmultiplexes. Zur wirksamen Verwendung dieses Wellenlängenbereichs erfasst das Wellenlängensteuerungssystem #3 (401) der in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle in jedem optischen Knoten das Wellenlängenintervall zwischen seiner eigenen Wellenlänge und einer dazu benachbarten Wellenlänge durch Verwendung des Wellenlängenplatzierungserfassungssystem 402 und behält sein Wellenlängenintervall bei Δλ bei. Wenn das Wellenlängenintervall zu der benachbarten Wellenlänge mit längerer Wellenlänge gemessen wird, werden Laserwellenlängen bei dem Intervall von Δλ gegenüber der Seite mit längerer Wellenlänge in der Reihenfolge von Emissionsstartzeitpunkten platziert oder angeordnet.
Die Kommunikation durch jede Anschlussstation und jeden optischen Knoten in dem in 6 veranschaulichten Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk, insbesondere ein Beispiel für die Steuerungsvorgänge jedes optischen Knotens und der Laserwellenlänge der in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle (gemäß 4) in dem optischen Sender jedes Knoten ist unter Bezugnahme auf 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G beschrieben.
5A zeigt einen stationären Zustand. Es sei angenommen, dass, wenn die in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle in dem optischen Knoten, der der zu beschreibenden Objektknoten ist, die Oszillation beginnt, bereits zehn Wellenlängen (einschließlich λA1, λA2 und λB) auf der Übertragungsleitung der optischen Glasfaser 641 bis 643 bei dem Wellenlängenintervall von Δλ von der Seite mit längerer Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich vorhanden sind. Dieser in der Wellenlänge veränderliche optische Sender emittiert Licht einer elften Wellenlänge (diese elfte Wellenlänge dieses in der Wellenlänge veränderlichen optischen Senders ist durch λ0 bezeichnet), und behält das Wellenlängenintervall zwischen der elften Wellenlänge und der benachbarten Wellenlänge λA1 bei Δλ bei. Die Steuerung zur Beibehaltung des Wellenlängenintervalls während des stationären Zustands wird lediglich durch die Stromsteuerung aus der Stromquelle 202 für das DFB-LD-Modul 201 durchgeführt, da das Wellenlängenverschiebungsausmaß während des stationären Zustands klein ist.
5B veranschaulicht einen Zustand, in dem die Emission der Wellenlänge λA1 auf der Seite der längeren Wellenlänge der Wellenlänge λ0 gestoppt ist und somit die Wellenlänge von λ0 verschoben wird, um das Wellenlängenintervall zwischen dieser Wellenlänge und der Wellenlänge λA2 auf Δλ zu bringen. Diese Wellenlängenverschiebung wird während der ersten Zeitdauer der Wellenlängenverschiebungssteuerung durchgeführt, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Beispielsweise wird die Wellenlänge durch die Stromsteuerung zu längeren Wellenlängen hin verschoben, so dass der Strom zwischen den Zeitpunkten T11 und T12 steuert, zwischen den Zeitpunkten T21 und T22 usw. steuert, und die Temperatursteuerung ist konstant unverändert.
5C zeigt einen quasi-stationären Zustand, indem die zweite Zeitdauer der Wellenlängenverschiebungssteuerung gestartet wird, so wie die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T12 und T13, zwischen den Zeitpunkten T22 und T23 usw. Die Temperatur wird allmählich angehoben und gleichzeitig wird der Stromwert allmählich zu dem ursprünglichen wert I0 zurückgeführt. Da das Wellenlängenintervall zwischen λ0 der eigenen Anschlussstation und der Wellenlänge λA2 der benachbarten Anschlussstation durch das Wellenlängenplatzierungserfassungssystem 402 gemessen wird, kann das Wellenlängensteuerungssystem #3 (401) die Steuerung durchführen, ohne dass es Einzelheiten der Laserwellencharakteristiken des DFB-LD-Moduls 201 in Bezug auf Strom und Temperatur vorab weiß.
Das Ersetzen der Stromsteuerung mit der Temperatursteuerung wird durchgeführt, wie es nachstehend beschrieben ist. Die Erfassung der Wellenlängenplatzierung und der Wellenlängensteuerung (in diesem Fall die Ersetzung der Stromsteuerung mit der Temperatursteuerung) werden wiederholt, bis der Stromwert I0 erreicht. In jeder Wellenlängensteuerung wird der Strom um einen kleinen Wert Is verringert und wird die eingestellte Temperatur um einen kleinen Wert Ts erhöht. Das Wellenlängenverschiebungsausmaß des DFB-LD-Moduls 201 in Bezug auf Is ist etwa gleich dem Wellenlängenverschiebungsausmaß des DFB-LD-Moduls 201 in Bezug auf Is. Wenn das Wellenlängenplatzierungserfassungssystem die Tatsache erfasst, dass das Wellenlängenintervall zu der benachbarten Wellenlänge eng wird, wird keine Temperatursteuerung durchgeführt und wird der Strom um Is durch die Stromsteuerung während der nächsten Wellenlängensteuerung verringert. Wenn im Gegensatz dazu das Wellenlängenintervall zu der benachbarten Wellenlänge breiter wird, wird keine Stromsteuerung ausgeführt und wird die eingestellte Temperatur durch Ts durch die Temperatursteuerung während der nächsten Wellenlängensteuerung erhöht.
5D veranschaulicht erneut den stationären Zustand, in dem die Laserwellenlänge des optischen Senders jedes Knotens stabil beibehalten wird, so wie die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T13 und T21, zwischen den Zeitpunkten T23 und T31 usw. gemäß 1. Die Situation ist dieselbe wie diejenige gemäß 5A mit der Ausnahme, dass die benachbarte Wellenlänge λA2 ist und die Laserwellenlänge der eigenen Anschlussstation eine zehnte Wellenlänge ist. In diesem Zustand wird das Wellenlängenintervall zu der benachbarten Wellenlänge auf der Seite mit längerer Wellenlänge bei Δλ durch die Stromsteuerung beibehalten.
5E zeigt einen Zustand, in dem die Oszillation bei λB auf der Seite mit längerer Wellenlänge von λA2 gestoppt wird und die Wellenlänge λA2 zu längeren Wellenlängen hin verschoben wird. Somit ist dies der Zustand, in dem die Wellenlänge von λ0 ebenfalls zu längeren Wellenlängen hin derart verschoben wird, dass das Wellenlängenintervall zu λA2 auf Δλ gebracht wird. Diese Wellenlängenverschiebung wird während der ersten Zeitdauer in der Wellenlängenverschiebungssteuerung durchgeführt. Die optischen Sender der jeweiligen optischen Knoten, deren Laserwellenlänge jeweils λ0 und λA2 sind, verschieben nämlich ihre Wellenlängen zu längeren Wellenlängen hin durch die Stromsteuerung und behalten die Temperatursteuerung konstant bei.
5F zeigt den quasi-stationären Zustand, in dem die optischen Sender der jeweiligen Knoten, deren Laserwellenlänge jeweils λ0 und λA2 sind, allmählich ihre Temperaturen erhöhen und gleichzeitig ihre Stromwerte auf den ursprünglichen Wert I0 zurückführen. Der Wellenlängenänderungssteuerungsvorgang des optischen Senders jeden optischen Knotens ist derselbe wie der stationäre Zustand gemäß 5C mit der Ausnahme, dass ihre Wellenlängen jeweils achte und neunte Wellenlängen sind, und eine kleine Wellenlängensteuerung durch die Stromsteuerung beibehalten wird.
5G veranschaulicht den stationären Zustand, in dem der Vorgang durch die Stromsteuerung ausgeführt wird, so dass das Wellenlängenintervall zwischen der Laserwellenlänge des optischen Senders jedes Knotens und seiner benachbarten Wellenlänge auf das Wellenlängenintervall von Δλ beibehalten wird, ähnlich zu den in 5A und 5B veranschaulichten Fällen.
Da das Wellenlängenintervall Δλ angenähert 0,04 nm ist und das Verhältnis der Änderung der Wellenlänge in Bezug auf den Strom des DFB-LD-Moduls angenähert 0,08 nm/mA beispielsweise ist, können die Wellenlängenverschiebungen gemäß 5B und 5E durch den Strom erzielt werden, was ausreichend durch die Stromsteuerung erreicht werden kann. Daher kann die für die Wellenlängenverschiebung erforderliche Zeit verkürzt werden, und die Zeitdauer eines Zustands, in dem das Wellenlängenintervall länger als Δλ ist, kann verkürzt werden. Weiterhin wird der variierte Strom auf den ursprünglichen Wert während des stationären Zustands zurückgeführt, so dass das Gerät unmittelbar auf eine nächste Wellenlängenverschiebung reagieren kann.
Weiterhin ist das Änderungsverhältnis der Wellenlänge in Bezug auf die Temperatur des DFB-LD-Moduls etwa 0,08 nm/°C. Da die Temperatur sicher über einen Bereich von etwa 20°C geändert werden kann, kann ein in der Wellenlänge veränderlicher Bereich von etwa 1,6 nm durch die Temperatursteuerung erreicht werden.
Wenn die in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung in den vorstehend beschriebenen Wellenlängensteuerungssystem verwendet wird, kann ein Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk mit etwa 40 (vierzig) Kanälen ausgebaut werden, ohne dass kostspielige in der Wellenlänge veränderliche Mehrelektroden-LD verwendet werden müssen.
[Weitere Ausführungsbeispiele]
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein Einzelelektrode-DFB-LD-Modul als die LD (Laserdiode) der in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle verwendet, jedoch ist es möglich, andere LDs zu verwenden, deren Temperatur geändert werden kann. Beispielsweise können an einem passiven Bereich angewandte Heizungen verwendet (Heaters on Passive Region Employed (HOPE) DBR-LD)" (Japanese Academy of Electronics Information Communications, Autumnal Meeting 1992, Lecture No. C-149) verwendet werden. Diese LD ist eine DBR-LD mit einer Heizungselektrode, die an deren Wellenlängensteuerungsbereich gebildet ist. In der vorstehenden Beschreibung wurde beschrieben, dass der Stromwert I0 vor und nach der Wellenlängenverschiebungssteuerung konstant ist, jedoch ist es möglich, diesen Wert I0 in Abhängigkeit von der Situation der Temperatursteuerung zu ändern. Beispielsweise ist es möglich ein Steuerungsverfahren durchzuführen, bei dem der Stromwert I0 mit Anstieg der Temperatur erhöht wird, um die Lichtausgangsleistung des DFB-LD-Moduls auf eine konstante Intensität beizubehalten.
Vorstehend wurde beschrieben, dass das DFB-LD-Modul Charakteristiken derart aufweist, dass die Wellenlänge sich zu längeren Wellenlängen hin verschiebt, wenn der Strom ansteigt und wenn die Temperatur ansteigt, jedoch kann die vorliegende Erfindung unter Verwendung einer LD mit anderen Charakteristiken umgesetzt werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde beschrieben, dass die Laserwellenlänge vor und nach der Wellenlängenverschiebungssteuerung auf die Mitte des in der Wellenlänge veränderlichen Bereichs eingestellt wird, der durch den Strom erzielt werden kann, jedoch kann diese Laserwellenlänge auf jede Stelle in dem in der Wellenlänge veränderlichen Bereich eingestellt werden. Beispielsweise kann, wenn die in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Wellenlängensteuerungssystem verwendet wird, in dem die Wellenlänge ausschließlich zu längeren Wellenlängen hin verschoben wird, die Laserwellenlänge vor und nach der Wellenlängenverschiebungssteuerung auf den Rand mit der kürzesten Wellenlänge des in der Wellenlänge veränderlichen Bereichs eingestellt werden, der durch die Stromsteuerung erzielbar ist, um einen Wellenlängenbereich zu verbreitern, über den die Laserwellenlänge schnell verschoben werden kann.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Zeitdauer (die erste Zeitdauer) der Wellenlängenverschiebung durch die Stromsteuerung klar von der Zeitdauer (der zweiten Zeitdauer) des Ersetzens der Stromsteuerung durch die Temperatursteuerung getrennt, jedoch ist es möglich, ein Steuerungssystem anzuwenden, in denen diese Zeitdauern nicht klar voneinander getrennt sind. Insbesondere ist es möglich ein Steuerungssystem anzuwenden, in dem die erste Zeitdauer einer nächsten Wellenlängenverschiebungssteuerung während der zweiten Zeitdauer einer vorhergehenden Wellenlängenverschiebungssteuerung gestartet wird.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Laserwellenlängen des Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerks von dem Rand mit der längsten Wellenlänge bis zu kürzeren Wellenlängen hin des Wellenlängenbereichs platziert, jedoch kann ein anderes Verfahren der Wellenlängenplatzierung verwendet werden. Beispielsweise können die Wellenlängen von dem Rand mit der kürzesten Wellenlänge des Wellenlängenbereichs platziert werden.
Weiterhin wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das erste Ausführungsbeispiel als die in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle verwendet, jedoch kann die in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in ähnlicher Weise verwendet werden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine kostengünstige in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle mit einer kurzen Ansprechzeit und einem breiten in der Wellenlänge veränderlichen Bereich bereitzustellen. Weiterhin ist bei dem Steuerungsverfahren der in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle die Wellenlängenverschiebungssteuerung durch die Stromsteuerung, in der die Wellenlängen in kurzer Zeit verändert werden kann, mit der Wellenlängenverschiebungssteuerung kombiniert, die durch die Temperatursteuerung ausgeführt wird, um die Stromsteuerung aufzuheben, und eine Datenkommunikation kann zwischen vielen Endgerätestationen in einem Wellenlängenunterteilungs-Multiplexkommunikationsnetzwerk mit einem kostengünstigen Aufbau durchgeführt werden.
In einer in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenlängensteuerung unter Verwendung einer Vielzahl von Steuerungssystem durchgeführt, wenn die Wellenlänge eines Lasers, insbesondere eines Halbleiterlasers zu steuern ist. Wellenlängensteuerungscharakteristiken der jeweiligen Steuerungssysteme unterscheiden sich voneinander, und die Wellenlängensteuerung kann flexibel durch Kombinieren dieser Charakteristiken ausgeführt werden. Insbesondere ist eine der vielen Steuerungssysteme eine Stromsteuerungseinheit zur Steuerung eines dem Halbleiterlaser zugeführten Stroms und ist eine andere davon eine Temperatursteuerungseinheit zur Steuerung der Temperatur des Halbleiterlasers. In dem Aufbau kann die Wellenlängenverschiebung mit einer schnellen Ansprechzeit, die in einem durch die Stromsteuerung erreichbaren in der Wellenlänge veränderlichen Bereich erzielt werden kann, über einen breiten in der Wellenlänge veränderlichen Bereich ausgeführt werden, der durch die Temperatursteuerung erreichbar ist.

Claims

Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge, mit einem Laser (201), einer ersten Steuerungseinrichtung (204; 301; 401) zur kontinuierlichen Steuerung einer Laserwellenlänge des Lasers mit kurzer Ansprechzeit, und einer zweiten Steuerungseinrichtung (203; 204; 301; 401) zur kontinuierlichen Steuerung der Laserwellenlänge des Lasers mit einer Ansprechzeit, die länger als die Ansprechzeit der durch die erste Steuerungseinrichtung ausgeführten Wellenlängensteuerung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, eine derartige Steuerung durchzuführen, dass die Größe der durch die erste Steuerungseinrichtung ausgeführten Laserwellenänderung teilweise oder vollständig durch die Größe der durch die zweite Steuerungseinrichtung ausgeführten Laserwellenänderung ersetzt wird, während die Größe der durch die erste Steuerungsgröße ausgeführten Laserwellenänderung beibehalten wird.
Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge nach Anspruch 1, wobei der Laser einen Halbleiterlaser aufweist.
Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge nach Anspruch 2, wobei die erste Steuerungseinrichtung eine Stromsteuerungseinrichtung zur Steuerung eines dem Halbleiterlaser zugeführten Stroms aufweist.
Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zweite Einrichtung eine Temperatursteuerungseinrichtung zur Steuerung der Temperatur des Halbleiterlasers aufweist.
Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin mit einer analogen Arithmetikschaltung (302 bis 307) zur Steuerung der ersten Steuerungseinrichtung und der zweiten Steuerungseinrichtung.
Lichtquelle mit veränderlicher Wellenlänge nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Wellenlängenpositionierungserfassungseinrichtung (402) zur Erfassung der Positionierung von Wellenlängen auf einer Übertragungsleitung, zu der Ausgabelicht des Lasers hin ausgegeben wird, wobei die erste Steuerungseinrichtung und die zweite Steuerungseinrichtung jeweils Steuerungen auf der Grundlage von durch die Wellenlängenpositionierungserfassungseinrichtung erfassten Wellenlängenpositionierungsinformationen durchführen.
Optisches Kommunikationsnetzwerk zur Durchführung einer Kommunikation unter Verwendung von Licht, wobei das Netzwerk eine Übertragungsleitung zum Senden von Licht dadurch, und eine in der Wellenlänge veränderlichen Lichtquelle zur Ausgabe von Licht zu der Übertragungsleitung aufweist, wobei die Lichtquelle aufweist: einen Laser (201), eine erste Steuerungseinrichtung (204; 301; 401) zur kontinuierlichen Steuerung einer Laserwellenlänge des Lasers mit kurzer Ansprechzeit, und eine zweite Steuerungseinrichtung (203; 204; 301; 401) zur kontinuierlichen Steuerung der Laserwellenlänge des Lasers mit einer Ansprechzeit, die länger als die Ansprechzeit der durch die erste Steuerungseinrichtung ausgeführten Wellenlängensteuerung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, eine derartige Steuerung durchzuführen, dass die Größe der durch die erste Steuerungseinrichtung ausgeführten Laserwellenänderung teilweise oder vollständig durch die Größe der durch die zweite Steuerungseinrichtung ausgeführten Laserwellenänderung ersetzt wird, während die Größe der durch die erste Steuerungsgröße ausgeführten Laserwellenänderung beibehalten wird.
Optisches Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 7, wobei der Laser einen Halbleiterlaser aufweist.
Optisches Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 8, wobei die erste Steuerungseinrichtung eine Stromsteuerungseinrichtung zur Steuerung eines dem Halbleiterlaser zugeführten Stroms aufweist.
Optisches Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Einrichtung eine Temperatursteuerungseinrichtung zur Steuerung der Temperatur des Halbleiterlasers aufweist.
Optisches Kommunikationsnetzwerk nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiterhin mit einer analogen Arithmetikschaltung (302 bis 307) zur Steuerung der[TEXT FEHLT]