JP5459067B2 - 波長制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、局所発振光の波長を信号光の波長に合わせて調節することができる波長制御装置及び制御方法に関する。
近年の通信回線容量の増大により、光通信網において単一波長あたりのビットレート上昇の要求が高まっている。しかしながら、４０Ｇｂｉｔ/秒や、さらに１００Ｇｂｉｔ/秒といった高速回線信号を単一波長で伝送するためには、従来の強度変調/直接検波方式を採用しても十分な伝送特性を得るのが困難である。このため、新たにデジタルコヒーレント方式が採用されようとしている。デジタルコヒーレント方式では、直接検波では不要であった、局所発振光源がコヒーレント光受信器内に搭載される。この局所発振光源が出力する局所発振光の波長を、伝送された信号光の波長と同一、あるいは一定の波長差に制御することが極めて重要になる。
例えば、ホモダイン検波の場合を仮定すると、信号光と局所発振光の波長は、ほぼ同一の波長になるように制御される必要がある。一般的には、信号光と局所発振光の波長差が±１０ｐｍ程度以内の範囲でなければ、適切な信号処理が不可能となる。また、波長ずれを検出する際の信号処理の負荷は大きいので、信号光と局所発振光との波長関係はできる限り安定していることが望ましい。しかしながら、信号光及び局所発振光の光源として、非常に安定に制御されたレーザを用いたとしても、通常、それぞれの光源において±２０ｐｍ程度の波長変動が発生し、両者を合わせると最も大きい場合では、±４０ｐｍの波長変動が発生してしまう。
上記のような実情から、コヒーレント光受信器に備えられた局所発振光源から出力される光の波長を、高精度で制御するための技術が提案されている。例えば、特許文献１は、周波数可変光源から出力された光（局所発振光）と被測定光源から出力された光（信号光）とが合成された光信号の周波数と、局所発振光の周波数とに基づいて、信号光の周波数を高精度に測定する測定装置が開示されている。このような測定装置を使用することにより、局所発振光の波長を、信号光の波長に追従させるように調整することができる。
しかしながら、上記の測定装置はファブリー・ペロー・エタロン共振器を用いており、当該共振器は、周波数可変光源及び周波数基準光源から出力される光の干渉を防ぐために所定の大きさが必要である。したがって、当該測定装置を有するコヒーレント光受信器は大型化しなければならないという問題があった。また、高精度な周波数制御を行うために、大きな共振器を平行に保たなければならない等の問題があった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、単純な構成にすることにより、コンパクトでありながら、高精度な波長制御を可能にする波長制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の第１の観点に係る波長制御装置は、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、
前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱部と、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出部と、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出部と、
前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御部と、
前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする。
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、
前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱部と、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出部と、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出部と、
前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御部と、
前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の第２の観点に係る制御方法は、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、加熱部と、第１の波長検出部と、第２の波長検出部と、電力制御部と、出力部と、を有する波長制御装置が実行する制御方法であって、
前記加熱部が、前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱工程と、
前記第１の波長検出部が、前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出工程と、
前記第２の波長検出部が、前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出工程と、
前記電力制御部が、前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御工程と、
前記出力部が、前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力工程と、
を備えることを特徴とする。
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、加熱部と、第１の波長検出部と、第２の波長検出部と、電力制御部と、出力部と、を有する波長制御装置が実行する制御方法であって、
前記加熱部が、前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱工程と、
前記第１の波長検出部が、前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出工程と、
前記第２の波長検出部が、前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出工程と、
前記電力制御部が、前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御工程と、
前記出力部が、前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、コンパクトで高精度な波長制御を可能にする波長制御装置及び制御方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る波長制御装置１００は、コヒーレント光受信器１の１つの構成要素である。本実施形態のコヒーレント光受信器１は、波長制御装置１００と、局所発振光３を出力する局所発振光源３００と、コヒーレント光受信器１が受信した信号光２を分岐する光タップ２０１と、局所発振光３を分岐する光タップ２０２と、を有する。
波長制御装置１００は、光タップ２０１により分岐された信号光２と、光タップ２０２により分岐された局所発振光３とを受け付ける。そして、波長制御装置１００は、局所発振光３の波長の値と信号光２の波長の値とが一定の差を保つように、局所発振光３の波長を制御する。
以下、図面を参照して波長制御装置１００について詳細に説明する。
以下、図面を参照して波長制御装置１００について詳細に説明する。
波長制御装置１００は、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２と、波長調整用ヒータ１０３と、光モニタ１０４、１０５、１０６、１０７と、波長検出回路１０８、１０９と、ヒータ制御回路１１０と、レーザ波長調整回路１１１と、温度制御回路１１２と、から構成される。
非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２と、波長調整用ヒータ１０３は、一つのＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）基板上に形成され、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２は、波長調整用ヒータ１０３を共有する。また、温度制御回路１１２は、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２と、波長調整用ヒータ１０３と、光モニタ１０４、１０５、１０６、１０７と、を含む。
非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２と、波長調整用ヒータ１０３は、一つのＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）基板上に形成され、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２は、波長調整用ヒータ１０３を共有する。また、温度制御回路１１２は、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２と、波長調整用ヒータ１０３と、光モニタ１０４、１０５、１０６、１０７と、を含む。
光タップ２０１により分岐された信号光２の一部は、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の入力ポート１０１１に入射される。また、光タップ２０２により分岐された局所発振光３の一部は、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の入力ポート１０２１に入射される。
非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２は、それぞれ２つの導波路を有し、入力ポート１０１１、１０２１から入射された光信号を、光信号の波長に基づいて、所定の程度、出力ポート１０１２、１０１３、１０２２、１０２３から出力する。以下、入力ポート１０１１、１０２１から入射された光信号の強度に対する、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２を透過した（出力ポート１０１２、１０１３、１０２２、１０２３から出力された）光信号の強度の値を「フィルタ透過率」という。例えば、非対称マッハツェンダフィルタ１０１は、出力ポート１０１２から出力される光信号について、図２（実線）に示す周期的なフィルタ透過特性を有し、出力ポート１０１３から出力される光信号について、図３に示すフィルタ透過特性を有する。また、非対称マッハツェンダフィルタ１０２は、出力ポート１０２２から出力される光信号について、図４に示す周期的なフィルタ透過特性を有し、出力ポート１０２３から出力される光信号について、図５（実線）に示すフィルタ透過特性を有する。なお、「図２（実線）のフィルタ透過率」＋「図３のフィルタ透過率」＝１の関係を満たし、「図４のフィルタ透過率」＋「図５（実線）のフィルタ透過率」＝１の関係を満たす。
波長調整用ヒータ１０３は、ヒータ制御回路１１０から供給される電力により、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の導波路の一部を加熱する。加熱された部分は屈折率が変化し、この部分での光の伝搬速度が低下することにより、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の一方の導波路を通過する光信号の位相と他方の導波路を通過する光信号の位相がずれ、出力ポートが変化する。これにより、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２のフィルタ透過特性が変化する。
光モニタ１０４、１０５、１０６、１０７は、出力ポート１０１２、１０１３、１０２２、１０２３から伝送された光の強度を検出する。光モニタ１０４〜１０７は、例えば、フォトダイオードから構成される。
光モニタ１０４は、出力ポート１０１２から出力される光の強度Ｉ１１を検出し、光モニタ１０５は、出力ポート１０１３から出力される光の強度Ｉ１２を検出し、光モニタ１０６は、出力ポート１０２２から出力される光強度Ｉ２２を検出し、光モニタ１０７は、出力ポート１０２３から出力される光強度Ｉ２１を検出する。
そして、光モニタ１０４、１０５は、検出した光の強度Ｉ１１及びＩ１２を波長検出回路１０８に通知し、光モニタ１０６、１０７は、検出した光の強度Ｉ２１及びＩ２２を波長検出回路１０９に通知する。
光モニタ１０４は、出力ポート１０１２から出力される光の強度Ｉ１１を検出し、光モニタ１０５は、出力ポート１０１３から出力される光の強度Ｉ１２を検出し、光モニタ１０６は、出力ポート１０２２から出力される光強度Ｉ２２を検出し、光モニタ１０７は、出力ポート１０２３から出力される光強度Ｉ２１を検出する。
そして、光モニタ１０４、１０５は、検出した光の強度Ｉ１１及びＩ１２を波長検出回路１０８に通知し、光モニタ１０６、１０７は、検出した光の強度Ｉ２１及びＩ２２を波長検出回路１０９に通知する。
波長検出回路１０８、１０９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される。波長検出回路１０８が有するＲＡＭは、図２（実線）に示すフィルタ透過特性を示す式等を格納する。また、波長検出回路１０９が有するＲＡＭは、図５（実線）に示すフィルタ透過特性を示す式等を格納する。これらのフィルタ透過特性を示す式は、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の温度に基づいて決定されるものである。非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の温度は、後述する温度制御回路１１２による設定温度と、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給する投入電力とから求められる。
波長検出回路１０８、１０９は、光モニタ１０４〜１０７から受け付けた光の強度から、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２を通過した光信号のフィルタ透過率を求め、当該フィルタ透過率を非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の温度により決定されたフィルタ透過特性を示す式に適用することにより、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２を通過した光の波長を検出する。
波長検出回路１０８、１０９は、光モニタ１０４〜１０７から受け付けた光の強度から、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２を通過した光信号のフィルタ透過率を求め、当該フィルタ透過率を非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の温度により決定されたフィルタ透過特性を示す式に適用することにより、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２を通過した光の波長を検出する。
具体的には、非対称マッハツェンダフィルタ１０１を通過した光（ここでは、出力ポート１０１２に出力される光とする）の波長を以下のように求める。
まず、波長検出回路１０８は、温度制御回路１１２による設定温度と、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給する投入電力とから、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の温度を求める。そして、当該温度に対応する非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性の式を求める。ここでは、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性の式は図２（実線）を示す式であるとする。
波長検出回路１０８は、光モニタ１０４が通知した光の強度Ｉ１１と光モニタ１０５が通知した光の強度Ｉ１２との和を求め（Ｉ１＝Ｉ１１＋Ｉ１２）、当該和Ｉ１に対する光モニタ１０４が通知した強度を求める。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の出力ポート１０１２におけるフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１を求める。そして、求めたフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１から、図２（実線）のフィルタ透過特性を示す式を参照して波長を求める。例えば、出力ポート１０１２におけるフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１が“ａ１”であったとすると、信号光の波長は“λ１”と求められる。
まず、波長検出回路１０８は、温度制御回路１１２による設定温度と、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給する投入電力とから、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の温度を求める。そして、当該温度に対応する非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性の式を求める。ここでは、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性の式は図２（実線）を示す式であるとする。
波長検出回路１０８は、光モニタ１０４が通知した光の強度Ｉ１１と光モニタ１０５が通知した光の強度Ｉ１２との和を求め（Ｉ１＝Ｉ１１＋Ｉ１２）、当該和Ｉ１に対する光モニタ１０４が通知した強度を求める。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の出力ポート１０１２におけるフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１を求める。そして、求めたフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１から、図２（実線）のフィルタ透過特性を示す式を参照して波長を求める。例えば、出力ポート１０１２におけるフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１が“ａ１”であったとすると、信号光の波長は“λ１”と求められる。
一方、非対称マッハツェンダフィルタ１０２を通過した光（ここでは、出力ポート１０２３に出力される光とする）の波長は以下のように求める。
まず、波長検出回路１０９は、温度制御回路１１２による設定温度と、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給する投入電力とから、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の温度を求める。そして、当該温度に対応する非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性の式を求める。ここでは、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性の式は図５（実線）を示す式であるとする。
波長検出回路１０９は、光モニタ１０６が通知した光の強度Ｉ２２と光モニタ１０７が通知した光の強度Ｉ２１との和を求め（Ｉ２＝Ｉ２１＋Ｉ２２）、当該和Ｉ２に対する光モニタ１０７が通知した強度を求める。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の出力ポート１０２３におけるフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２を求める。そして、求めたフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２から、図５（実線）のフィルタ透過特性を示す式を参照して波長を求める。例えば、出力ポート１０２３におけるフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２が“ｂ０”であったとすると、局所発振光の波長は“λdef2”と求められる。
まず、波長検出回路１０９は、温度制御回路１１２による設定温度と、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給する投入電力とから、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の温度を求める。そして、当該温度に対応する非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性の式を求める。ここでは、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性の式は図５（実線）を示す式であるとする。
波長検出回路１０９は、光モニタ１０６が通知した光の強度Ｉ２２と光モニタ１０７が通知した光の強度Ｉ２１との和を求め（Ｉ２＝Ｉ２１＋Ｉ２２）、当該和Ｉ２に対する光モニタ１０７が通知した強度を求める。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の出力ポート１０２３におけるフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２を求める。そして、求めたフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２から、図５（実線）のフィルタ透過特性を示す式を参照して波長を求める。例えば、出力ポート１０２３におけるフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２が“ｂ０”であったとすると、局所発振光の波長は“λdef2”と求められる。
また、波長検出回路１０８は、ヒータ制御回路１１０に、現在の信号光２のフィルタ透過率“ａ１”の情報を送る。
ヒータ制御回路１１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及び電力制御回路から構成される。ヒータ制御回路１１０のＲＡＭはマッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過率の基準値“ａ０”を格納する。基準値“ａ０”は、図２（実線）のフィルタ透過特性を示す式において、信号光２の基準となる波長の値“λdef1”に対応する値である。信号光２の波長の変動が検出される前は、局所発振光３の波長は、信号光２の波長が“λdef1”であるとして、信号光２の波長“λdef1”と一定の差を保つ値“λdef2”に設定されている。
フィルタ透過率より求める値“λ１”が“λdef1”からずれているということは、なんらかの理由により信号光２の波長が変動していることを示す。局所発振光３の波長は、信号光２の基準となる波長“λdef1”に対して一定の値を保つように設定されているので、信号光２の波長が“λ１”に変わると、信号光２と局所発振光３との波長差が一定ではなくなってしまう。そこで、ヒータ制御回路１１０は、波長調整用ヒータ１０３に供給する電力Ｐを調節して、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２のフィルタ透過特性を変化させる。これにより、波長検出回路１０９は、信号光２の波長“λ１”と上記の一定の値を保つ局所発振光３の波長を求めることになり、求められた波長に基づいてレーザ波長調整回路１１１が局所発振光３の波長を変更させる。具体的には、ヒータ制御回路１１０は、波長が変動した信号光２が、波長“λdef1”の信号光２フィルタ透過率“ａ０”を有するように、波長調整用ヒータ１０３に供給する電力を制御する。すなわち、ヒータ制御回路１１０は、波長“λ１”の信号光２のフィルタ透過率“ａ１”を、基準値“ａ０”となるように、波長調整用ヒータ１０３に供給する電力Ｐを制御する。
例えば、波長調整用ヒータ１０３に供給する電力Ｐの変化量ΔＰとし、フィルタ透過率の差を“ａdiff（＝ａ０−ａ１）”とすると、供給する電力の変化量ΔＰを、ＰＩＤ制御に基づいて、
ΔＰ＝Ａ・ａdiff＋Ｂ・∫ａdiffｄｔ＋Ｃ・ｄａdiff／ｄｔ＋Ｄ
と設定する。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、任意の定数である。
ΔＰ＝Ａ・ａdiff＋Ｂ・∫ａdiffｄｔ＋Ｃ・ｄａdiff／ｄｔ＋Ｄ
と設定する。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、任意の定数である。
供給される電力Ｐが現在供給されている電力より増加すると、波長調整用ヒータ１０３は、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の導波路をさらに加熱し、これにより光信号の位相がずれ、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性が、例えば、図２の実線から図２の点線に示すように変化する。これにより、波長“λ１”の信号光２のフィルタ透過率は基準値“ａ０”となる。
そして、電力Ｐが増加すると、波長調整用ヒータ１０３は、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の導波路も加熱するので、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性は、図５の実線から図５の点線に示すように変化する。
レーザ波長調整回路１１１は、例えば、ＣＰＵ及びＲＡＭから構成される。レーザ波長調整回路１１１は、波長検出回路１０９から受け取った波長の値に基づいて、局所発振光源３００が発振する局所発振光３の波長を指定する信号を送出する。
なお、局所発振光源３００に指定する波長は、以下のように求められる。
まず、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性が変化すると、波長調整用ヒータ１０３を共有する非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性も変化する。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性は信号光２の変動に追従して変化する。例えば、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性が、図２の実線から図２の点線に示すように変化すると、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性も図５の実線から図５の点線に示すように変化する。この場合、局所発振光３の波長に変動はなく、非対称マッハツェンダフィルタ１０２を通過した光信号（出力ポート１０２３へ出力された光信号）の波長が“λdef2”であったとすると、波長検出回路１０９は、フィルタ透過率“ｂ０”に対応する波長を“λ２”と求め、レーザ波長調整回路１１１に通知する。
まず、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性が変化すると、波長調整用ヒータ１０３を共有する非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性も変化する。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性は信号光２の変動に追従して変化する。例えば、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性が、図２の実線から図２の点線に示すように変化すると、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性も図５の実線から図５の点線に示すように変化する。この場合、局所発振光３の波長に変動はなく、非対称マッハツェンダフィルタ１０２を通過した光信号（出力ポート１０２３へ出力された光信号）の波長が“λdef2”であったとすると、波長検出回路１０９は、フィルタ透過率“ｂ０”に対応する波長を“λ２”と求め、レーザ波長調整回路１１１に通知する。
レーザ波長調整回路１１１は、局所発振光源３００が発振する局所発振光３の波長を“λ２”と指定する信号を送出し、局所発振光源３００は、波長“λ２”の局所発振光３を出力する。
温度制御回路１１２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びペルチェ素子から構成される。温度制御回路１１２は、ヒータ制御回路１１０と協働して、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の温度を一定に保つ機能を備える。これにより、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２のフィルタ透過特性を安定させることができる。また、温度制御回路１１２が制御する温度と、波長調整用ヒータへの投入電力をモニタすることで、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の温度がわかり、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の初期的なフィルタ透過特性をモニタすることができる。すなわち、図２乃至図５のフィルタ透過特性のどのスロープを使用するかをモニタすることができる。
以下、波長制御装置１００が行う、局所発振光３の波長制御の動作について説明する。
信号光２の基準となる波長を“λdef1”、局所発振光３の基準となる波長を“λdef2”とし、波長制御装置１００は、信号光２と局所発振光３との波長差“λshift（＝λdef1−λdef2）”が一定になるように、局所発振光３の波長を制御する。信号光２の波長が“λdef1”、局所発振光３の波長が“λdef2”の場合、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給している電力をＰ、波長調整用ヒータ１０３の温度をＴとする。
信号光２が何らかの理由により波長が変動して“λdef1”から“λ１”に変動した場合、波長制御装置１００は、以下に示すように、局所発振光３の波長を、“λ１”と一定の差“λshift”を有する“λ２（＝λ１−λshift）”に変更させる。
信号光２の基準となる波長を“λdef1”、局所発振光３の基準となる波長を“λdef2”とし、波長制御装置１００は、信号光２と局所発振光３との波長差“λshift（＝λdef1−λdef2）”が一定になるように、局所発振光３の波長を制御する。信号光２の波長が“λdef1”、局所発振光３の波長が“λdef2”の場合、ヒータ制御回路１１０が波長調整用ヒータ１０３に供給している電力をＰ、波長調整用ヒータ１０３の温度をＴとする。
信号光２が何らかの理由により波長が変動して“λdef1”から“λ１”に変動した場合、波長制御装置１００は、以下に示すように、局所発振光３の波長を、“λ１”と一定の差“λshift”を有する“λ２（＝λ１−λshift）”に変更させる。
まず、コヒーレント光受信器１が信号光２を受信すると、信号光２は光タップ２０１により分岐され、非対称マッハツェンダフィルタ１０１の入力ポート１０１１に入射される。
入射された信号光２は非対称マッハツェンダフィルタ１０１の２つの導波路を通過し、出力ポート１０１２、１０１３から光モニタ１０４、１０５へ出力される。光モニタ１０４は出力ポート１０１２から出力される光の強度Ｉ１１を検出し、光モニタ１０５は、出力ポート１０１３から出力される光の強度Ｉ１２を検出する。そして、光モニタ１０４、１０５はそれぞれの強度の値を波長検出回路１０８に通知する。
波長検出回路１０８は、光モニタ１０４が通知した光の強度Ｉ１１と光モニタ１０５が通知した光の強度Ｉ１２との和Ｉ１（＝Ｉ１１＋Ｉ１２）を求め、光モニタ１０４を通過した光のフィルタ透過率Ｉ１１／Ｉ１を求める。求めたフィルタ透過率が“ａ１”であったとすると、信号光２の波長は、フィルタ透過特性の式（図２実線を表す式）に基づいて、基準となる波長“λdef1”からずれた“λ１”と求められる。波長検出回路１０８は、フィルタ透過率が“ａ１”及び求めた信号光２の波長“λ１”をヒータ制御回路１１０に通知する。
ヒータ制御回路１１０は、波長“λ１”の信号光２のフィルタ透過率“ａ１”を、基準値“ａ０”となるように、波長調整用ヒータ１０３に供給する電力Ｐを制御する。例えば、供給する電力をＰからＰ＋ΔＰに変更する。電力が増やされると、波長調整用ヒータ１０３の温度はＴからＴ＋ΔＴに上がり、非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２の、波長調整用ヒータ１０３により加熱される一方の導波路の屈折率が大きくなる。これにより、フィルタ透過率の差“ａdiff”を補償するように、非対称マッハツェンダフィルタ１０１のフィルタ透過特性は横方向に“λdiff”ずれて、図２の実線から図２の点線に変化する。
一方、コヒーレント光受信器１の局所発振光源３００が出力する局所発振光３は光タップ２０２により分岐され、非対称マッハツェンダフィルタ１０２の入力ポート１０２１に入射される。
入射された局所発振光３は非対称マッハツェンダフィルタ１０２の２つの導波路を通過し、出力ポート１０２２、１０２３から光モニタ１０６、１０７へ出力される。光モニタ１０６は出力ポート１０２２から出力される光の強度Ｉ２２を検出し、光モニタ１０７は、出力ポート１０２３から出力される光の強度Ｉ２１を検出する。そして、光モニタ１０６、１０７はそれぞれの強度の値を波長検出回路１０９に通知する。
波長検出回路１０９は、光モニタ１０６が通知した光の強度Ｉ２２と光モニタ１０７が通知した光の強度Ｉ２１との和Ｉ２（＝Ｉ２１＋Ｉ２２）を求め、光モニタ１０７を通過した光のフィルタ透過率Ｉ２１／Ｉ２を求める。ここで、ヒータ制御回路１１０が供給する電力を変更する前（電力Ｐ）の場合、すなわち、波長調整用ヒータ１０３の温度がＴであった場合は、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性は図５の実線である。したがって、求めたフィルタ透過率が“ｂ０”ならば、局所発振光３の波長は“λdef2”である。しかし、ヒータ制御回路１１０が電力ΔＰ＋Ｐを波長調整用ヒータ１０３に供給し、波長調整用ヒータ１０３の温度がΔＴ＋Ｔとなると、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過特性は、信号光２の波長のずれの分“λdiff”だけ横方向にずれて図５の点線に示すように変化する。この場合、フィルタ透過率“ｂ０”に対応する波長は“λ２（＝λdef2＋λdiff）”と求められる。λdiff＝λ１−λdef1であるので、λ１−λ２＝λdef1−λdef2＝λshiftとなり、信号光２に対して一定の差“λshift”を保った局所発振光３の波長を求めることができる。すなわち、非対称マッハツェンダフィルタ１０１に入射される信号光２の波長が“λdef1”からずれていても、フィルタ透過率を基準値“ａ０”に一定に保つように制御すると、非対称マッハツェンダフィルタ１０２のフィルタ透過率は基準値“ｂ０”で一定に制御しておけば、局所発振光３の波長は自動的に信号光２の波長に追随することになる。波長検出回路１０９は、求めた局所発振光３の波長“λ２”をレーザ波長調整回路１１１に通知する。
そして、レーザ波長調整回路１１１は、局所発振光３の波長を“λ２”と指定する信号を送出し、局所発振光源３００は、波長“λ２”の局所発振光３を出力する。
本実施形態によれば、局所発振光３の波長と信号光２の波長を１つの波長調整用ヒータと関連づけて制御しているので、局所発振光３の波長を信号光２の波長に対して極めて安定に制御することができる。また、一つのＰＬＣ素子にて相対関係の完全に安定した二つの非対称マッハツェンダフィルタ１０１、１０２を利用できる構成とすることにより、極めて単純なデバイス構成となり、系の安定化、低コスト化が実現することができる。
なお、上記波長制御装置１００において、適切な制御目標を設定することにより、信号光２に対して、局所発振光３を同一波長として、ホモダイン検出系とすることも可能であり、一定の波長差を与えることで、中間周波数を用いるヘテロダイン検出系とすることもできる。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、
前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱部と、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出部と、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出部と、
前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御部と、
前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする波長制御装置。
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、
前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱部と、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出部と、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出部と、
前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御部と、
前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする波長制御装置。
（付記２）
前記第１の波長検出部は、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度の和と、一方の導波路から出力された光信号の強度との比（以下、「第１の透過率」という）と、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付ける光信号の波長との関係を示す情報を有し、
前記第１の透過率を求め、前記情報を参照して、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出し、
前記第２の波長検出部は、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度と、一方の導波路から出力された光信号の強度との比（以下、「第２の透過率」という）と、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付ける光信号の波長との関係を示す情報を有し、
前記第２の透過率を求め、前記情報を参照して、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する
ことを特徴とする付記１に記載の波長制御装置。
前記第１の波長検出部は、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度の和と、一方の導波路から出力された光信号の強度との比（以下、「第１の透過率」という）と、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付ける光信号の波長との関係を示す情報を有し、
前記第１の透過率を求め、前記情報を参照して、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出し、
前記第２の波長検出部は、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度と、一方の導波路から出力された光信号の強度との比（以下、「第２の透過率」という）と、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付ける光信号の波長との関係を示す情報を有し、
前記第２の透過率を求め、前記情報を参照して、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する
ことを特徴とする付記１に記載の波長制御装置。
（付記３）
前記電力制御部は、前記第１の光信号の基準となる波長の値を記憶し、当該波長の値と、前記第１の検出部が検出した波長の値との差を求め、当該差が小さくなるように前記加熱部に供給する電力を制御する
ことを特徴とする付記１又は２に記載の波長制御装置。
前記電力制御部は、前記第１の光信号の基準となる波長の値を記憶し、当該波長の値と、前記第１の検出部が検出した波長の値との差を求め、当該差が小さくなるように前記加熱部に供給する電力を制御する
ことを特徴とする付記１又は２に記載の波長制御装置。
（付記４）
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、加熱部と、第１の波長検出部と、第２の波長検出部と、電力制御部と、出力部と、を有する波長制御装置が実行する制御方法であって、
前記加熱部が、前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱工程と、
前記第１の波長検出部が、前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出工程と、
前記第２の波長検出部が、前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出工程と、
前記電力制御部が、前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御工程と、
前記出力部が、前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、加熱部と、第１の波長検出部と、第２の波長検出部と、電力制御部と、出力部と、を有する波長制御装置が実行する制御方法であって、
前記加熱部が、前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱工程と、
前記第１の波長検出部が、前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出工程と、
前記第２の波長検出部が、前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出工程と、
前記電力制御部が、前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御工程と、
前記出力部が、前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
１ コヒーレント光受信器
１００ 波長制御装置
１０１、１０２ 非対称マッハツェンダフィルタ
１０１１、１０２１ 入力ポート
１０１２、１０１３、１０２２、１０２３ 出力ポート
１０３ 波長調整用ヒータ
１０４、１０５、１０６、１０７ 光モニタ
１０８、１０９ 波長検出回路
１１０ ヒータ制御回路
１１１ レーザ波長調節回路
１１２ 温度制御回路
２ 信号光
３ 局所発振光
２０１、２０２ 光タップ
３００ 局所発振光源
１００ 波長制御装置
１０１、１０２ 非対称マッハツェンダフィルタ
１０１１、１０２１ 入力ポート
１０１２、１０１３、１０２２、１０２３ 出力ポート
１０３ 波長調整用ヒータ
１０４、１０５、１０６、１０７ 光モニタ
１０８、１０９ 波長検出回路
１１０ ヒータ制御回路
１１１ レーザ波長調節回路
１１２ 温度制御回路
２ 信号光
３ 局所発振光
２０１、２０２ 光タップ
３００ 局所発振光源
Claims (4)
- ２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、
２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、
前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱部と、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出部と、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出部と、
前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御部と、
前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする波長制御装置。 - 前記第１の波長検出部は、
前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度の和と、一方の導波路から出力された光信号の強度との比（以下、「第１の透過率」という）と、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付ける光信号の波長との関係を示す情報を有し、
前記第１の透過率を求め、前記情報を参照して、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出し、
前記第２の波長検出部は、
前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度と、一方の導波路から出力された光信号の強度との比（以下、「第２の透過率」という）と、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付ける光信号の波長との関係を示す情報を有し、
前記第２の透過率を求め、前記情報を参照して、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の波長制御装置。 - 前記電力制御部は、前記第１の光信号の基準となる波長の値を記憶し、当該波長の値と、前記第１の検出部が検出した波長の値との差を求め、当該差が小さくなるように前記加熱部に供給する電力を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長制御装置。 - ２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第１の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第１のマッハツェンダフィルタと、２つの導波路を有し、当該２つの導波路のうち一方の導波路の端部より第２の光信号を受け付け、当該光信号の波長に基づいて所定の光信号を前記２つの導波路から出力する第２のマッハツェンダフィルタと、加熱部と、第１の波長検出部と、第２の波長検出部と、電力制御部と、出力部と、を有する波長制御装置が実行する制御方法であって、
前記加熱部が、前記第１のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、前記第２のマッハツェンダフィルタが有するいずれか一方の導波路の一部と、を加熱する加熱工程と、
前記第１の波長検出部が、前記第１のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第１のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第１の波長検出工程と、
前記第２の波長検出部が、前記第２のマッハツェンダフィルタの２つの導波路から出力された光信号の強度に基づいて、前記第２のマッハツェンダフィルタが受け付けた光信号の波長を検出する第２の波長検出工程と、
前記電力制御部が、前記第１の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記加熱部に供給する電力を制御することにより加熱する量を調節する電力制御工程と、
前記出力部が、前記第２の波長検出部が検出した波長に基づいて、前記第２の光信号の波長を指示する信号を出力する出力工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
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