JPH06237242A - 光フィルタとその透過波長制御方法及びこれを用いた 光受信器 - Google Patents

光フィルタとその透過波長制御方法及びこれを用いた 光受信器

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JPH06237242A
JPH06237242A JP5044694A JP4469493A JPH06237242A JP H06237242 A JPH06237242 A JP H06237242A JP 5044694 A JP5044694 A JP 5044694A JP 4469493 A JP4469493 A JP 4469493A JP H06237242 A JPH06237242 A JP H06237242A
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optical
wavelength
control
transmission
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Hiroshi Onaka
寛 尾中
Hideyuki Miyata
英之 宮田
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光フィルタと、その透過波長制御方法及びこれ
を用いた光受信器に関し、光通信システムの大容量化へ
の障害を解決する光フィルタの構成を提案する。 【構成】等間隔で光周波数多重された複数の光信号の中
から、所望の光周波数の信号を選択受信する光フィルタ
において、所要帯域内で単峰性の透過帯域特性１０を有
し、透過帯域の所望の減衰量の半値幅が多重化された光
信号のチャンネル間隔の２倍程度以下となる特性を持つ
第１の光フィルタ１と、周期的な透過特性２０を有し、
そのＦＳＲ（フリー・スペクトラル・レンジ）の１／２
の奇数倍が多重化された光信号のチャンネル間隔に相当
する第２の光フィルタ２とを有し、第１のフィルタ１の
透過帯域と第２の光フィルタ２の透過ピークを一致させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（目次） 産業上の利用分野 従来の技術（図２２、図２３） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例（図１乃至図２１） 発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、光周波数多重された複
数の光信号の中から、所望の光周波数の信号を選択受信
する光フィルタと、その透過波長制御方法及びこれを用
いた光受信器に関する。
【０００３】近年、飛躍的な情報量の増加に伴い、大容
量の通信システムが必要になってきた。大容量の通信シ
ステムとしては光通信システムが最も有望で、現在では
2.488Gb/s の光通信システムが実用化されている。
【０００４】しかし情報量の増加に伴い光通信システム
の更なる大容量化が望まれている。光通信システムの大
容量化の方法としては、伝送速度の高速化（ＴＤＭ）、
並びにＦＤＭ、ＷＤＭのような多重化が考えられる。
【０００５】伝送速度の高速化は送信、受信側の電子回
路の高速化が必要で現在では数十Gb/sが限界だと考えら
れている。
【０００６】一方、光ファイバの広帯域性を用いるＦＤ
Ｍ、ＷＤＭのような多重化は、ある程度の伝送速度の高
速化と併用すれば数十乃至数百Gb/sの大容量化が可能と
なる。又光カプラ、光フィルタを用い多重・分離が光領
域で簡単に行えるため電子回路に対する負担が少なく将
来有望なシステムである。
【０００７】ＦＤＭ、ＷＤＭの光受信器では多重化され
た信号の中から所望の光周波数のチャンネルを選択し受
信する。この選択の方法としては、光フィルタを用い光
領域でフィルタリングを行うのが最も簡易である。
【０００８】但し、光フィルタには幾つかの種類、特性
があり受信器の光フィルタの設計においては、システム
要求を満足し、且つ現実的で、簡易、信頼度等を考慮し
た光フィルタの選択を行う必要がある。
【０００９】
【従来の技術】従来の光信号の波長多重の例として例え
ば１９９２年電子情報通信学会春季大会予稿集Ｂ−９８
７に記載された、「光ファイバアンプを使用した1.55ｎ
ｍ帯波長多重2.4Gb/伝送実験」と題する技術がある。
【００１０】ここでは２つの光信号をカプラで多重化
し、伝送路に送り、受信側では再び伝送路を介して到来
する多重化光信号を２つのフィルタからそれぞれ抽出再
生する実験データが示されている。
【００１１】又、この論文では互いに 8.8ｎｍの波長間
隔のある２つの信号を受信側で１６デシベル(db)の差を
もってそれぞれフィルタから抽出再生することができた
ということが報告されている。
【００１２】しかしながらこの論文で報告される技術で
は波長間隔が８．８ｎｍであり今後の更なる多重化及び
高速化に対しては、ここに示される技術がそのまま適用
できるものではない。
【００１３】更に他の公知技術として雑誌 Electronics
Letters（15Th MARCH 1990 Vol.26No.6 ）に記載され
た技術がある。この第２の公知技術においては１００チ
ャンネルの光ＦＤＭ伝送の例が示されている。
【００１４】即ち１００チャンネルの光信号を多重化
し、且つ受信側においてこれを分離再生する技術が報告
されている。しかしながらこの技術において使用されて
いる光フィルタとしてはマッハツェンダー干渉計を７段
従属接続したものが使われ、且つ各段のマッハツェンダ
ー干渉計上に設けられたヒータを各々制御することによ
り、所望の光周波数に対してチューニングを行う技術が
採用されている。
【００１５】このように雑誌Electronics Letters に記
載された技術では１００チャンネルの多重化及び分離を
行っているが、光フィルタとして７段のマッハツェンダ
ー干渉計を使用しているために装置が大型化し、且つ同
調のための制御が複雑であるという問題がある。
【００１６】狭帯域の透過特性を有する光フィルタは、
波長多重／周波数多重通信における波長選択フィルタと
しての機能以外に、光増幅器から発生するＡＳＥ（Ampl
ified Spontaneous Emission）ノイズの除去のために重
要な素子である。
【００１７】狭帯域光フィルタとしては誘電体多層膜や
マッハツェンダー干渉計、ファブリ・ペロー干渉計等の
光干渉計を用いた構成が従来用いられている。ここで誘
電体多層膜は構造的に安定で既に実用化されているが、
半値全幅が１ｎｍ以下の狭帯域の透過特性を得ることが
難しい。
【００１８】一方ファブリ・ペロー干渉計は１ｎｍ以下
の狭帯域な透過特性は容易に得られるものの構造的に不
安定な点が問題であった。
【００１９】この不安定性を取り除くために、光ファイ
バを用いた小型のファブリ・ペロー干渉計が提案されて
いる。即ち、図２２はかかる光ファイバを用いた小型の
ファブリ・ペロー干渉計の構造を示すものである。
【００２０】図２２に示されるようにファイバ端面に高
反射率のミラーとなる鏡面コーティングを設け、これら
の間隙に光共振器を構成している。又透過ピーク波長を
制御するためにＰＺＴを用いて間隙の間隔を微小に制御
している。又、U.S.P.4,861,136 にも同様構成の光共振
器が開示されている。
【００２１】かかる構成の場合小型のため振動衝撃には
比較的強く、実験室環境で静かに使用する場合には問題
がないものの、筐体に軽く触れるだけで透過ピーク波長
が大きく揺らぐことが観察されている。
【００２２】又、ＰＺＴにはヒステリシスがあり制御が
難しいこと、ＰＺＴ自身の信頼度が不充分なこと或いは
可動部分を付加した上でファイバ間の間隙を安定に維持
するのは難しいこと等、長期的な信頼性に疑問がありこ
の構成で実際の通信装置へ適用するのは困難な状況であ
る。
【００２３】このような不安定性を取り除くためにバル
ク材料で構成された共振器を用いれば良く、石英ガラス
等が共振器の材料として用いられている。
【００２４】例えば図２３に示すような並行平板のガラ
ス基板に高反射膜を施し、これを光共振器として用いる
構成が考えられる。この図２３の構成は可動部分がなく
高い安定性が期待できる。しかしながら透過ピーク波長
の制御が困難であることが問題である。
【００２５】更に、狭帯域光フィルタは、送信光源の波
長と光フィルタの透過波長を一致させて使用する必要が
ある。しかしながら送信光源となるレーザーダイオード
にも問題が存在する。
【００２６】即ち、送信光源であるレーザーダイオード
の発振波長はバラツキが大きく、経年変化に伴い波長の
変動が生ずる可能性がある。このため狭帯域光フィルタ
を使用した光通信装置の実用化には装置の起動時に、光
フィルタの透過波長を制御して送信光源の波長と一致さ
せ、次いで光源の波長変動に対して、光フィルタの透過
波長域を追従させる自動起動制御が必要となる。
【００２７】しかしながら従来はこのような狭帯域な光
フィルタを使用する光通信装置自体はなく且つ光フィル
タの透過波長域を光源の波長変動に対して自動追従させ
るという技術も存在していなかった。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、従来
の光通信システムに存在する大容量化への障害を解決す
べく新規な光フィルタの構成を提案することを目的とす
る。且つ、光源となるレーザダイオード（ＬＤ）の波長
変動に正しく追従するように、光フィルタの波長透過特
性を自動制御できる光フィルタの透過波長制御方法を提
供することを目的とする。更に、かかる新規な光フィル
タ及びその透過波長制御方法を採用する光受信器を提供
することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光フィ
ルタは、等間隔で光周波数多重された複数の光信号の中
から、所望の光周波数の信号を選択受信するため、所要
帯域内で単峰性の透過帯域特性を有し、この透過帯域の
所望の減衰量の半値幅が多重化された光信号のチャンネ
ル間隔の２倍程度以下となる特性を持つ第１の光フィル
タと、周期的な透過特性を有し、そのＦＳＲ（フリー・
スペクトラル・レンジ）の１／２の奇数倍が多重化され
た光信号のチャンネル間隔に相当する第２の光フィルタ
とを有し、第１のフィルタの透過帯域と第２の光フィル
タの透過ピークが一致するように構成される。
【００３０】更に、請求項２及び３の発明では、上記第
２の光フィルタをシリコン（Ｓｉ）で構成したファブリ
・ペロー共振器であり、別の態様ではＧａＡｓで構成し
たファブリ・ペロー共振器である。
【００３１】請求項４の発明では、上記ファブリ・ペロ
ー共振器は、基板上にＳｉ／ＳｉＯ2 を積層堆積して反
射鏡を形成し、この反射鏡上にシリコン（Ｓｉ）を堆積
させて構成したファブリ・ペロー共振器とする。
【００３２】又、請求項６の発明では、前記第１の光フ
ィルタは、誘電体多層膜で構成されている。
【００３３】請求項６の発明の光受信器は、第１の光フ
ィルタ及び第２の光フィルタを有する光フィルタとこの
光フィルタの制御パラメータを変化させる制御回路を有
し、この制御回路が、光フィルタの透過波長のピーク
が、所望の光信号の波長となるように前記第１の光フィ
ルタ及び／又は第２の光フィルタを制御するように構成
される。
【００３４】請求項７の発明では、前記制御回路は、第
１の光フィルタ及び／又は第２の光フィルタの温度安定
化のための温度制御を行う回路を有する。
【００３５】又請求項８の発明では、前記第２の光フィ
ルタをシリコン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペロー共
振器とし、これに加熱体を設け、前記制御回路は、この
加熱体に流れる電流を制御するように構成している。
【００３６】請求項９の発明では前記第２の光フィルタ
（２）をシリコン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペロー
共振器とし、該ファブリ・ペロー共振器自体に電流を流
し加熱させ、前記制御回路（３、４）は、該ファブリ・
ペロー共振器に流れる電流を制御する。
【００３７】請求項１０の発明では、前記第２の光フィ
ルタ（２）をシリコン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペ
ロー共振器とし、該ファブリ・ペロー共振器に加熱体及
び該ファブリ・ペロー共振器の電気抵抗を測定する手段
を設け、該電気抵抗を測定する手段により測定される電
気抵抗の大きさに応じ、前記制御回路（３、４）は、該
加熱体に流れる電流を制御する。
【００３８】請求項１１の発明の制御方法は、光フィル
タの透過波長を掃引しながら最大値となる光受信入力を
検出し、該光受信入力の波長に該光フィルタの透過波長
を固定する。
【００３９】請求項１２の発明では、上記制御方法にお
いて、前記光受信入力が検出されなくなった時点で、前
記光フィルタの透過波長の固定を解除し、前記掃引を繰
り返し、再び光受信入力が検出された時点で光フィルタ
の透過波長を固定する。
【００４０】請求項１３に従う発明方法では、前記光受
信入力の波長に前記光フィルタの透過波長を固定した
後、ＡＦＣにより、発振源の波長変動に追従させる。
【００４１】請求項１４の発明の光受信器では、光フィ
ルタと、この光フィルタの透過波長を制御するパラメー
タを変化させる制御回路及び光フィルタの制御パラメー
タを記憶する記憶回路有し、この制御回路は、光フィル
タの透過波長のピークが、所望の光信号の波長となるよ
うに制御し、光受信入力が検出されている場合は、その
透過波長の固定を行い、且つ一定時間毎に現在の制御パ
ラメータを前記記憶回路に記憶書き換えし、光受信入力
が検出されなくなった場合は、記憶回路の書き換えを停
止し、記憶回路に記憶されている制御パラメータで再
び、光受信入力が検出されるまで該光フィルタをフリー
ランニングさせる。
【００４２】更に、請求項１５の光受信器は、前記光フ
ィルタのフリーランニングが一定時間行われた後に、再
び波長掃引を行うようにする。
【００４３】請求項１６に従う光受信器は、請求項９の
透過波長制御を行う光受信器に更に、前記第１の光フィ
ルタ及び／又は第２の光フィルタの前段に光検出部を設
け、起動時に、光検出部により受光信号の有無を検出
し、前記制御回路は、この受光信号が検出されない場合
は、信号が検出されるまで待機状態として波長掃引を休
止し、受光信号が検出された場合は、透過波長の固定を
行うようにしている。
【００４４】請求項１７の光受信器は、光フィルタと、
この光フィルタの制御パラメータを変化させる制御回路
と、ＡＦＣ制御回路を有する。そして、この制御回路
は、光フィルタの透過波長を掃引しながら光受信入力を
検出し、この光受信入力が最大値となる時点で波長掃引
を停止し、光受信入力の波長に光フィルタの透過波長を
固定し、ＡＦＣ制御回路は、光フィルタの透過波長の固
定後、発振源の波長の変動に追従するように固定された
透過波長を変更制御する。
【００４５】更に、請求項１８の光受信器は、前記ＡＦ
Ｃ制御回路が、低周波発振器と同期検波回路を有し、こ
の該低周波発振器からの微小変調信号と該同期検波回路
の誤差信号出力を加算出力し、その力により、前記光フ
ィルタの透過波長の変更制御を行う。
【００４６】
【作用】第１の光フィルタは所定波長帯域内で単峰性の
透過帯域特性を有している。更にこの透過帯域の所望の
減衰量の半値幅が多重化された光信号のチャンネル間隔
の２倍程度以下となるような特性を有している。
【００４７】そしてかかる第１の光フィルタの特性と周
期的な透過特性を持ちそのＦＳＲ（Free Spectoral Ran
ge）の１／２の奇数倍が多重化された光信号のチャンネ
ル間隔に相当する第２の光フィルタの特性とが重ねられ
ている。
【００４８】従って第１の光フィルタの透過帯域と第２
の光フィルタの透過ピークは一致する。これにより等間
隔で光周波数多重された複数の光信号の中から所望の光
周波数の信号を選択受信することが可能である。更に本
発明に従うと、光フィルタ透過波長のピークのが選択す
る所望の信号の波長と一致するように制御している。
【００４９】これにより光受信器の起動時光フィルタの
透過周波数を掃引することが可能である。光周波数の掃
引によって容易に所望の光信号の光周波数と光フィルタ
の透過周波数を一致させることができる。更に、光受信
器の起動後は、ＡＦＣにより、発振源の波長変動に追従
するように制御される。
【００５０】
【実施例】図１は、受信側に本発明の光受信器を備えた
光通信装置の全体構成例を示すブロックダイヤグラムで
ある。この実施例においてはチャンネル１乃至チャンネ
ル１６の１６のチャンネルが波長多重される例である。
【００５１】従って送信側２１には１６の各チャンネル
に対応してレーザダイオード２３及び変調器２４が備え
られている。レーザダイオード２３の光出力は変調器２
４において各チャンネル信号Ｓ1 〜Ｓ 16 により変調さ
れカプラ２５に導かれる。カプラ２５は各々の変調器２
４からの出力を多重化してファイバに出力する。
【００５２】カプラ２５の出力の一部はレーザダイオー
ド（ＬＤ）安定化回路２５１を通してレーザーダイオー
ド２３に帰還されレーザーダイオードのバイアス電流を
制御して発光パワーを一定にする。カプラ２５からの出
力はファイバを介して受信側のカプラ２７に入力する。
更に途中光増幅器２６が備えられファイバ光伝送路途中
で減衰した光パワーを増幅する。光増幅器２６は、例え
ばエルビウム（Er）ドーブ光ファイバにより実現するこ
とが出来る。
【００５３】受信側２２において、カプラ２７の出力は
１６のチャンネル対応に備えられたフィルタ回路２８に
分岐される。各フィルタ回路２８の出力である受光信号
は更にＯ／Ｅ変換器２９に導かれ、電気信号に変換され
て１６の各チャンネル対応の受信信号として出力され
る。
【００５４】ここでフィルタ回路２８が本発明によって
特徴付けられる。１６個のフィルタ回路２８の構成は基
本的に同一であるがフィルタの透過周波数がそれぞれ異
なっている。これにより１６個の受光信号が多重分離さ
れ、それぞれ抽出される。
【００５５】フィルタ回路２８は図２の本発明のフィル
タ構成の概念図に示されるように第１の光フィルタ１及
び第２の光フィルタ２を有している。そしてそれぞれの
光フィルタは制御回路３及び４によって制御される。
【００５６】図２（１）において、第１の光フィルタ１
には、光ファイバを通過した等間隔で光多重されている
複数の光信号が入力する。この第１の光フィルタ１は所
要の帯域内で単峰性の透過帯域特性、即ち図２（２）に
おいて透過特性１０として示されている、を有してい
る。
【００５７】更に第１の光フィルタ１はその透過帯域の
所望の減衰量の半値幅が多重化された光信号のチャンネ
ル間隔３０の２倍程度以下となる特性を持つ。
【００５８】一方、第２の光フィルタ２の透過特性２０
は周期的なピークを有し、その隣接するピーク間の距離
はＦＳＲ（Free Spectoral Range）と呼ばれる。このＦ
ＳＲについては、例えば先に例示した公知資料であるＵ
ＳＰ4,861,136 或いは1970年に発行されたPrinciple Op
tics（第４版）において説明されている。
【００５９】そして図２（２）に示される例では、第２
のフィルタ２のＦＳＲの１／２が多重化された光信号の
チャンネル間隔に相当するように構成されている。
【００６０】又、図３には多重化された光信号のチャン
ネル間隔と第２の光フィルタ２のＦＳＲの関係の他の例
が示されている。即ち、図３において、図２（２）と同
様に１０で示されるのが第１の光フィルタの透過特性で
あり、更に２０は第２の光フィルタの透過特性を示して
いる。
【００６１】第１の光フィルタ１の透過特性１０は、図
３に示されるように単峰性の透過帯域特性であり、その
透過帯域の所望の減衰量の半値幅が多重化された光信号
のチャンネル間隔３０の２倍程度以下となっている。
【００６２】図３から明らかなように本実施例では、Ｆ
ＳＲの１／２の奇数倍、即ち３／２倍が多重化された光
信号のチャンネル間隔３０に相当するように第２の光フ
ィルタ２の透過特性２０が選択されている。
【００６３】図１乃至図３に示す本発明の実施例におい
ては、チャンネル数１６の波長多重に加えて、伝送速度
Ｂは 2.5Gb/sであり光増幅器２６は３０ｎｍの帯域幅を
持つものとしている。
【００６４】更に第１の光フィルタ１は誘電体多層膜フ
ィルタであって、その半値全幅は、0.5 ｎｍである。第
２の光フィルタ２はそのＦＳＲが１００GHZ であり、屈
折率ｎ= 1.5 の石英ガラスでファブリ・ペロー共振器を
構成している。
【００６５】従ってＦＳＲ＝１００GHZ の時ＦＳＲ＝ｃ
／（２ｎＬ）から共振器長Ｌは１mmである。又伝送速度
Ｂ＝２．５Gb/sであるので信号光のスペクトラム広がり
を考慮すると、第２の光フィルタ２の透過帯域幅（３dB
ダウン）は１０GHZ 程度である。
【００６６】従ってフィネスＳ（ＦＳＲと３dBダウン点
の透過帯域幅との比）はＦ＝１０となる。このような光
フィルタ１及び２の条件を組合せた時のチャンネル間隔
は１５０GHZ である。
【００６７】即ち、チャンネル間隔はチャンネル間スト
ロークを満足するために隣接するチャンネルに対して１
９dB以上の減衰量が必要になる（隣接する２つのチャン
ネルから−１９dBの漏れ込みがあると総量として−１６
dBのチャンネル間ストロークとなるため）。
【００６８】この必要減衰量が１９dB以上との条件から
次のようにしてチャンネル間隔を求めている。
【００６９】第１にＮ±２のチャンネルは光フィルタ１
によってのみ抑圧される。光フィルタ１は半値全幅＝
0.5ｎｍで透過特性はローレンツカーブを描くとすると
透過ピークに対して２０dB減衰させる幅（本来１９dB以
上であるが簡単のため２０dBとする）は、 ０．５ｎｍ×１０＝５ｎｍ
【００７０】これを半値半幅にすると５ｎｍ÷２＝2.5
ｎｍ（光周波数では約３１２GHZ ）よってチャンネル間
隔を約１５０GHZ とするとＮ±２以降のチャンネルでは
２０dBの減衰が得られる。
【００７１】更にＮ±１のチャンネルは光フィルタ１及
び２の組合せによって抑圧される。Ｎ±１のチャンネル
は光フィルタ２の最も減衰量の大きいところに位置させ
るので光フィルタ２のＦＳＲ＝１００GHZ 、Ｆ＝１０か
ら光フィルタ２によりＮ±１が減衰する量ＣＲは以下の
式１で求められる。
【００７２】 CR（dB）＝−10 log｛１＋４〔（F / π）SIN （πS / FSR ）〕2 ｝（式１） Ｆ：フィネス Ｓ：透過ピークとの周波数差
【００７３】ここでＦ＝１０、Ｓ＝ＦＳＲ／２であるの
で上記式１に代入すると次の式２となる。
【００７４】 −10 log｛１＋４〔（10 /π）SIN （π/ 2 ）〕2 ｝＝−16.2(dB) （式２） よって光フィルタ２でＮ±１が減衰する量は１６．２dB
となる。
【００７５】Ｎ±１のチャンネルが光フィルタ１によっ
て抑圧される量はＮ±２の場合と同様に考えると８．３
dBとなる。
【００７６】よってＮ±１のチャンネルが光フィルタ１
及び２によって抑圧される量は、１６．２＋８．３＝２
４．５dBである。
【００７７】上記をまとめるとＮ±２は光フィルタ１に
より２０dB減衰、光フィルタ２により０dB減衰、従って
計２０dBの減衰となる。
【００７８】Ｎ±１は光フィルタ１により８．３dB減
衰、光フィルタ２により１６．２dB減衰、従って計２
４．５dB減衰となる。
【００７９】これらの計算によりチャンネル間隔１５０
GHZ 、光フィルタ１（半値全幅＝０．５ｎｍ）、光フィ
ルタ２（ＦＳＲ＝１００GHZ 、Ｆ＝１０）の組合せで必
要とするチャンネル間クロストーク減衰量を確保するこ
とが可能である。
【００８０】ここで、図１乃至図３の実施例の第２の光
フィルタ２として採用される好ましい光フィルタは、本
発明に従えば、石英ガラスに代えシリコン（Ｓｉ）を用
いて構成されたファブリ・ペロー干渉計である。
【００８１】本発明フィルタの別の実施例として、Ｇａ
Ａｓを用いて構成されるファブリ・ペロー干渉計とする
ことも可能である。
【００８２】Ｓｉ及びＧａＡｓは高い屈折率を有し、屈
折率の温度依存性が大きく、温度を調節することで透過
波長を大きく可変させることができる。従って本発明に
従う光フィルタの実施例としてＳｉあるいはＧａＡｓを
光フィルタ用ファブリ・ペロー干渉計に適用しているの
で次のような特徴を有する。
【００８３】（１）屈折率の温度依存性が大きく温度を
可変することで容易に透過波長の調整、制御ができる。
【００８４】ファブリ・ペロー干渉計において、透過ピ
ークの変化量は次の式３で与えられる。 Δf ＝−(C /
λ) ・[ α＋(1 / n) ・ dn / dT ] （式３）
【００８５】更に本発明の光フィルタの特徴を理解する
ために表１にファブリ・ペロー干渉計の材料に多用され
ている石英ガラス、ＢＫ−７とＳｉにおける温度掃引係
数（GHZ ／℃）の比較を示す。但し、表の数値はλ＝１
５５２nmの場合である。
【００８６】Ｓｉの場合には石英ガラスの５倍以上、Ga
Asの場合は６倍以上の効率を有している。
【表１】
【００８７】Ｓｉを材料に用いた場合には１２．５℃程
度、GaAsを用いた場合は、10.2℃程度の温度可変で１フ
リンジ（ＦＳＲ）の周波数可変が可能であるのに対し
（透過ピークは周期的であり、１フリンジ分の波長掃引
幅があれば十分である）、石英ガラスの場合は６４．５
℃、ＢＫ−７の場合には５７．５℃もの温度可変幅が必
要であり現実的ではない。
【００８８】ファブリ・ペロー干渉計の温度は０．０１
℃程度の精度で制御することは容易である。このため、
８〜９GHZ ／℃と大きい温度係数を持つ場合でも透過ピ
ークの中心周波数の値はフリーランニングで８０〜９０
MHZ 程度と十分な値に安定化することができる。
【００８９】（２）熱伝導率が高く（Ｓｉは石英ガラス
の約１００倍）、温度掃引特性が優れている。 （３）光学的に等方であり、偏光依存性（複屈折性）が
無い。
【００９０】（４）光通信に使用する1.3 、1.5 μｍ帯
で透明なため、高いフィネスが得られる。 （５）材料が安定で容易に入手でき安価である。
【００９１】（６）材料にある程度の電気伝導性があ
り、不純物濃度を適当に調整された材料を用いることで
共振器自体を温度制御のためのヒータとすることが可能
である。
【００９２】図４は、かかる特徴を生かした光フィルタ
自体をヒータとして温度制御する場合の模式図である。
即ち、第２の光フィルタ２の端面に電極を設け、温度制
御回路５から電流を供給する。
【００９３】６は温度センサーであり、これによって検
知される光フィルタの温度と基準温度とを温度制御回路
５において比較し、基準温度との差がなくなるように電
流を制御することにより光フィルタ２の温度を一定に
し、屈折率の温度依存性をコントロールする。
【００９４】なお図４では光フィルタ２についてのみ温
度制御を行っているが、光フィルタ１についても温度制
御を同様の構成により行うことが可能である。
【００９５】シリコンＳｉの真性抵抗率は約４K Ω m
（室温）であるが、Ｐ型若しくはＮ型になるドーパント
を添加することによりほぼ任意の抵抗率を得ることがで
きる。従って、光フィルタの大きさを、例えば５mm角で
厚さ０．５mmとする場合、図５に示すようにシリコンバ
ルク材料の両端に電極２０１を形成し、５Ω程度の抵抗
を得ようとする場合は、Ｒ＝ρ・l/S ( Ｒは抵抗、ρは
抵抗率、S は面積、l は長さ）の関係から約０．２５Ω
ｍの抵抗率を持つＳｉを使用すればよい。
【００９６】Ｓｉの抵抗率は温度に対し指数関数的に変
化するが図４の如く制御回路ループを構成することによ
って問題はない。
【００９７】（７）更にＳｉはＬＳＩ等に多用されてお
り、さまざまな手法を用いて加工を施すことが可能であ
る。例えば透明基板上にＳｉ／ＳｉＯ2 を積層構造にし
て堆積した高反射膜ミラーを構成し、次に共振器となる
Ｓｉを堆積し、その上にＳｉ／ＳｉＯ2 の高反射膜ミラ
ーを堆積するようなプロセスを採ることが可能である。
このため研磨等の加工を行うことなしに大量生産が可能
である。
【００９８】ここで既に述べたように第２の光フィルタ
２のように狭帯域な光フィルタは送信光源の波長と光フ
ィルタの透過波長を一致させて使用する必要があるが、
送信光源（ＬＤ）の発振波長はバラツキが大きく、又経
年変化に伴い波長の変動が生ずる可能性がある。
【００９９】このため狭帯域光フィルタを使用した光通
信装置の実用化には装置の起動時に光フィルタの透過波
長を制御して送信光源の波長と一致させ、次いで光源の
波長変動に対して光フィルタの透過波長域を追従させる
自動起動及び追従制御が必要となる。
【０１００】図６は、かかる装置の起動時の狭帶域光フ
ィルタの透過波長設定と、光源の波長変動に対する追従
について説明する図である。
【０１０１】即ち、図６（１）において波長Ａである光
源からの光信号６０を透過するために光フィルタの透過
帯域６１を掃引して波長Ａにその帯域の中心を設定する
（図６（２））。
【０１０２】更に、光源の経年変化により、光源波長Ａ
がＢに移動する場合には、光フィルタの透過帯域中心を
移動先波長Ｂに追従させることが必要である。
【０１０３】図７〜図２０は、かかる装置起動時の光フ
ィルタの透過帯域の設定と、光源波長の変動に追従する
ための本発明の制御方法とそれを採用した本発明の光受
信器の構成例のブロックダイヤグラムとその動作フロー
を示す図である。
【０１０４】尚、以降の説明において、同一又は類似の
ものには同一の数字及び記号を付している。
【０１０５】図７及び図８は、本発明の光受信器の第一
の構成例を示すブロックダイヤグラムである。更に、図
示の都合上図７及び図８は、ブロックダイヤグラムをそ
れぞれ（その１）、（その２）に分割して示している。
【０１０６】尚、図において、図１で説明した１６チャ
ンネルの内、各チャンネルは透過帶域のみ異なり、構成
は同一であるので一のチャンネルに対する構成のみを図
示している。更に、図において、太線は光信号、細線は
電気信号を示している。
【０１０７】光伝送路により送られた光信号は、光カプ
ラ２７により分配され、第１の光フィルタ１に入力す
る。光フィルタ１の出力光は、次いで第２の光フィルタ
２に入力する。
【０１０８】光フィルタ１及び２は、図２及び３にによ
り説明した、透過特性を持つものであり、それぞれ図１
１に示すようなモジュールで構成されている。又、第１
の光フィルタ１は、誘電体多層膜で構成されたフィルタ
で、第２の光フィルタ２は、前記したＳｉファブリ・ペ
ロー型フィルタである。
【０１０９】図１１のモジュールについて説明すると、
１１０が光フィルタであり、金属性のフォルダ１１１に
収納保持されている。これが金属性のステム１１２介し
てペルチェ素子１１３上に固定される。ペルチェ素子１
１３の裏面には、放熱板１１５が付いており、ペルチェ
素子１１３から発生する熱を外部に放熱させる。
【０１１０】光ファイバ１１８からの入力光信号は、レ
ンズ１１６により光フィルタ１１０に平行光線として入
射し、光フィルタ１１０を透過し、透過光信号（波長選
択された光）となる。この透過光信号はレンズ１１７に
より集光され、再び光ファイバ１１９に導かれるように
構成される。
【０１１１】光フィルタ１１０で波長選択されない光
は、光フィルタ１１０で透過されずに反射される。この
反射光が入力ファイバに入射され、逆方向に伝播しない
ように光フィルタ１１０は、入出力ファイバ１１８、１
１９を結んだ直線から僅かに傾けた角度（数度）に固定
されている。
【０１１２】更に、光フィルタ１１０を収めたフォルダ
１１１には、温度センサ１１２がとりつけられ、その近
傍の温度を検出する。
【０１１３】図７、図８に戻り、第２の光フィルタ２を
透過した光信号は、カプラ１５により分岐されそれぞ
れ、高速光信号を受信する光／電気変換回路２９及び識
別再生回路３０よりなる主信号の受信部と、後に説明す
る光フィルタ２の透過波長制御や送信側から送られてく
る監視・制御信号のモニタ用の低速光信号を受信する光
／電気変換回路１６に入力する。
【０１１４】温度制御回路３１、D/A 変換回路３２及び
A/D 変換回路３３は、図１のフィルタ回路２８の制御回
路３に対応するものである。温度制御回路３１には、図
１１の構成の光フィルタ１のモジュールのペルチェ素子
１１３及び温度センサ１１２が接続される。
【０１１５】同様に、温度制御回路４１、D/A 変換回路
４２及びA/D 変換回路４３は、図１のフィルタ回路２８
の制御回路４に対応するものである。温度制御回路４１
には、図１１の構成の光フィルタ２のモジュールのペル
チェ素子１１３及び温度センサ１１２が接続される。
【０１１６】ここで、図１１のモジュール構成に代え、
シリコン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペロー共振器自
体に電流を流して、加熱させて温度制御を行うことも可
能である。更に、ファブリ・ペロー共振器の電気抵抗を
測定する手段を設け、温度センサ１１２に代え、これを
温度測定手段として用いてファブリ・ペロー共振器の温
度制御を行うようにすることも可能である。
【０１１７】図１２は、温度制御回路３１及び温度制御
回路４１に共通の構成例を示すブロックダイヤグラムで
ある。比較器３１０は、D/A 変換回路３２又は４２から
の設定温度制御電圧とA/D 変換回路３３又は４３に入力
される制御温度モニタ信号との比較を行いその差に対応
した信号を出力する。
【０１１８】比較回路３１０からの出力信号に対し、Ｐ
ＩＤ制御回路３１１により系の周波数応答特性に応じ位
相補償が行われる。位相補償された信号は、加算回路３
１２の一の端子に入力される。加算回路３１２には温度
制御回路４１においては、その他方の端子に「ＡＦＣ誤
差信号＋低周波変調信号」の合成信号が入力され、ＰＩ
Ｄ制御回路３１１の出力と加算する。
【０１１９】ここで、加算回路３１２の「ＡＦＣ誤差信
号＋低周波変調信号」の合成信号は、光フィルタ２に対
する温度制御信号をフィードバック制御のために使用さ
れる。従って、これを使用しない温度制御回路３１にお
いては、加算回路３１２の「ＡＦＣ誤差信号＋低周波変
調信号」の合成信号が入力される端子は、ＧＮＤに接続
される。
【０１２０】加算回路３１２の出力は、定電流源３１３
によりその大きさに対応する電流に変換される。その電
流により光フィルタモジュール（図１１）のペルチェ素
子１１０を駆動する。一方、光フィルタモジュールの温
度センサー１１２の検出信号を増幅器３１４により増幅
し、直線化回路３１５を経てA/D 変換回路３３又は４３
に入力される制御温度モニタ信号とする。
【０１２１】再び、図７、図８に戻り、温度制御回路３
１は、D/A 変換回路３２からの設定温度制御電圧に対応
した温度に光フィルタ１を制御すべくペルチェ素子１１
４にペルチェ駆動電流を流す。これにより、光フィルタ
１は所定温度に保たれ、従って、その透過波長も所定値
に保たれる。
【０１２２】又、温度センサ１１２の出力は、温度制御
回路３１によりA/D 変換回路３３に制御温度モニタ信号
として入力される。又、温度制御回路３１の定電流源３
１３からペルチェ素子駆動電流の一部がモニタ電流とし
てA/D 変換回路３３に導かれる。そして、A/D 変換回路
３３の出力がＣＰＵ１０に取り込まれ温度制御状態が監
視される。
【０１２３】同様に、温度制御回路４１は、D/A 変換回
路４２からの設定温度制御電圧に対応した温度に光フィ
ルタ２を制御すべくペルチェ素子１１４にペルチェ駆動
電流を流す。これにより、光フィルタ２は所定温度に保
たれ、従って、その透過波長も所定値に保たれる。
【０１２４】又、温度センサ１１２の出力は、温度制御
回路４１によりA/D 変換回路４３に制御温度モニタ信号
として入力される。又、温度制御回路４１の定電流源３
１３からペルチェ素子駆動電流の一部がモニタ電流とし
てA/D 変換回路４３に導かれる。そして、A/D 変換回路
４３の出力がＣＰＵ１０に取り込まれ温度制御状態が監
視される。
【０１２５】ここで、ＣＰＵ１０は、光フィルタ１及び
光フィルタ２の透過波長制御を行うものである。ＲＯＭ
１２は、ＣＰＵ１０による制御シーケンスを記憶する不
揮発メモリであり、ＲＡＭ１１は、制御に必要なデータ
等を設定するために一時記憶するメモリである。
【０１２６】Ｉ／Ｏ１３は、図示しない外部に設置され
た監視装置からの要求に応じ、受信器の動作状態を監視
装置に転送したり、監視装置からの動作状態を設定する
ための外部入出力部である。
【０１２７】尚、ＣＰＵ１０と、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１
１、D/A 変換回路３２、４２及びＩ／Ｏ１３等とは独立
パスにより接続しているが、より好ましい場合は、共通
バスにより接続される。
【０１２８】更に、図８において、A/D 変換回路５５
は、光／電気変換回路１６によって電気信号に変換され
た、光フィルタ２の透過波長制御や送信側から送られて
くる監視・制御信号のモニタ用の低速光信号に対応する
電気信号をA/D 変換し、ＣＰＵ１０に入力するための回
路である。
【０１２９】Ｉ／Ｏ１４は、外部装置からの制御信号に
より、ＡＦＣの誤差信号の入断制御を行う出力ポート
（ＡＦＣ回路５４のスイッチのオン／オフ制御であるか
ら１ビットでよい）である。後に説明する光フィルタの
自動起動制御を行う場合等に使用する。
【０１３０】Ｉ／Ｏ１４、ＡＦＣ制御回路５４及び光／
電気変換回路１６は、ＡＦＣ（自動周波数制御回路）を
構成するものであり、光フィルタ２の透過波長（周波
数）の中心と送信光源（レーザダイオード）の発振波長
（周波数）のずれを検出し、そのずれが０となるように
帰還制御を行う。
【０１３１】図１３は、ＡＦＣ制御回路５４の構成例で
ある。ＡＦＣ制御回路５４は、増幅器５４１、同期検波
回路５４２、ローパスフィルタ５４３、ＰＩＤ回路５４
４、低周波発振器５４５、加算回路５４６及びスイッチ
回路５４７を有して構成されている。又、図１４は、Ａ
ＦＣ制御を説明する図である。
【０１３２】Ｉ／Ｏ１４を通して送られるＡＦＣのオン
／オフ制御信号によりスイッチ回路５４７がオン／オフ
される。スイッチ回路５４７がオンとされると、誤差信
号に低周波発振器５４５からの信号が加算回路５４６に
おいて、重畳され、光フィルタ２を制御するための温度
制御回路４２の加算回路３１２（図１２参照）に入力す
る。
【０１３３】従って、低周波発振器５４５からの信号周
波数で光フィルタ２の透過波長を微小に変動させる（図
１４(1) 参照）。もし、図１４(2)(a)のように透過波長
の中心と信号光の波長とがずれると、光フィルタ２の左
のスロープにより、図１４(2)(b)のような強度変調がか
かった信号が得られる。図１４(3) のように逆の関係に
あると、光フィルタ２の左のスロープにより、図１４
(2)(b)とは逆位相の強度変調がかかった信号( 図１４
(3)(b)) の信号が得られる。
【０１３４】光フィルタ２の透過中心と送信光の波長が
一致する場合( 図１４(3)(a)) は、光フィルタ２の両肩
のスロープの影響により、図１４(3)(b)に示すような両
波整流型の強度変調信号が検出される。
【０１３５】これらの強度変調信号と発振器５４５の信
号を同期検波回路５４２で同期検波（掛け算に相当）す
る。理解の容易のため、低周波発振器５４５の信号を方
形波に波形変換している。この方形波の立ち上がりと検
出信号の０クロス点を一致するように図示しない位相調
整器で位相調整を行い掛け算する。尚、ＰＩＤ回路５４
４では系全体の位相補償を行う。
【０１３６】従って、図１４(2) の場合は、信号(b) と
方形波(c) の半周期毎が同符号となりそれらの掛け算と
なるため、どの時間でも同期検波回路５４２の出力は正
となる (図１４(2)(d)) 。この信号をローパスフィルタ
５４３を通過させ、余分な高周波成分を除去すると誤差
信号となる (図１４(2)(e)) 。
【０１３７】一方、図１４(3) の場合は、半周期毎がそ
れぞれ異符号となるため (図１４(3)(b)(c))、これらを
掛け算した同期検波回路５４２の出力は、どの時間でも
負となる (図１４(3)(d)) 。それをローパスフィルタ５
４３に通すと負の誤差信号が得られる (図１４(4)(e))
。
【０１３８】更に、図１４(4) の場合は、同期検波回路
５４２の出力は、半周期毎に符号が反対で大きさの等し
い波形となる。従って、これをローパスフィルタ５４３
に通すとその出力は０となる (図１４(4)(e)) 。
【０１３９】以上のように、光フィルタ２の温度制御電
圧に低周波信号を重畳させ、検出信号と元の低周波信号
を適当な位相関係で同期検波し、ローパスフィルタ５４
３を通過させると、上記のような各状態に応じた誤差信
号が得られる。この信号の０クロス点は光フィルタ２の
透過波長のピークに一致しているため（同期検波出力は
光フィルタ２の一時微分の信号である：図１４(5) 参
照) 、この信号を用いて、光フィルタ2 の波長を制御す
ることができる。
【０１４０】この方法の問題は、低周波信号を重畳し、
光フィルタ２を強制的に変動させるため、この影響が主
信号に影響を与えることと同時に、低周波信号の周波数
より低い変動成分しか追従出来ないことである。
【０１４１】このため、低周波信号の変調指数（変調の
深さ＝振り幅）は、主信号の劣化が問題無く、且つ光フ
ィルタの制御信号のＳＮが十分得られる範囲（振り幅が
大きい程、誤差信号のＳＮは良くなる）に設定される。
又変調周波数は、予想される変動幅より十分高い周波数
で、光フィルタや電気回路が十分応答する周波数に設定
される。
【０１４２】図９及び図１０は、光受信器の第２の構成
例のブロックダイヤグラムである。図７及び図８と同様
に、図示の都合上図９及び図１０は、ブロックダイヤグ
ラムをそれぞれ（その１）、（その２）に分割して示さ
れている。
【０１４３】図９及び図１０に示される光受信器の第２
の構成例は、図７及び図８に示される第１の構成例と基
本構成は同じであるが、第１の構成例と異なって、ＡＦ
Ｃの帰還部分が、光フィルタ２の温度を制御回路に導か
れずに、光フィルタ２を電圧駆動制御するように構成さ
れている。
【０１４４】即ち、電圧駆動制御のために駆動電圧発生
回路５１、D/A 変換回路５２及びA/D 変換回路５３を備
えている。D/A 変換回路５２及びA/D 変換回路５３は、
他の変換回路３２等と同様にＣＰＵ１０に接続されてい
る。
【０１４５】図１５は、駆動電圧発生回路５１の一構成
例であり、加算回路１５１と定電圧源１５２を有する。
加算回路１５１には、D/A 変換回路５２からの駆動制御
電圧とＡＦＣ回路５４からの「ＡＦＣ誤差信号＋低周波
変調信号」が入力される。そしてこれらの信号を加算し
て出力する。
【０１４６】加算回路１５１の出力は、定電圧源１５２
を駆動して、その出力に対応した電圧出力を発生させ
る。定電圧源１５２からの電圧出力は、A/D 変換回路５
３に駆動電圧モニタ信号として入力されるとともに、光
フィルタ２を電圧駆動するために光フィルタ２に導かれ
る。そして、光フィルタ２は、電圧に応じた透過波長に
制御される。
【０１４７】図１６は、このようにその透過波長が電圧
により制御されることが可能な光フィルタの構成例であ
り、例えば１９９１年電子通信学会春季全国大会予稿集
Ｂ−４９４に紹介されるファブリ・ペロー可変波長フィ
ルタである。
【０１４８】図１６において、LiNbO3基板の両面に反射
膜１６１を形成して共振器を構成する。更に図のように
光導波路１６２が形成され、その光導波路１６２を挟ん
で設けられる電極間に制御電圧１６３が与えられるよう
に構成される。
【０１４９】次に、図１７乃至図２０は、送信側の信号
源（レーザダイオード）の波長変動に対応すべく、図７
乃至図１０により説明した第一、第二の光受信器構成に
おいて、光フィルタ２の透過波長を制御する本発明の方
法に従う動作フローである。
【０１５０】具体的には、通信装置の起動時に光フィル
タ２の透過波長を制御して送信光源の波長と一致させる
制御並びに光源の波長変動に対して光フィルタ２の透過
波長を追従させる制御を行う動作フローである。
【０１５１】尚、かかる動作は、図７乃至図１０の光受
信器において、本発明に従う光フィルタ２を制御する場
合にのみに限定はされない。光受信器における一般の光
フィルタの透過波長を制御する場合にも適用されるもの
である。図１７は本発明に従う自動起動制御のための動
作フローである。
【０１５２】なお以下説明する動作フローに対応する制
御プログラムは図７及び図９のＲＯＭ１２にＣＰＵ１０
の制御シーケンスとして予め記憶されている。 従って
起動に際してはＣＰＵ１０がＲＯＭ１２からこの処理プ
ログラムを読み込んで一定の処理を行う。
【０１５３】図１７に戻り、まず光フィルタの制御パラ
メータを初期値に設定する（ステップＳ１）。
【０１５４】この初期値設定においては、先ず送信側の
発振源（レーザダイオード）の波長に対応して、光フィ
ルタ１及び光フィルタ２の透過波長が所定値となるよう
に対応する温度が選択される。光フィルタ１、２の温度
がそれぞれ選択された温度になるように温度制御回路３
１、４１にそれぞれD/A 変換回路３２及びD/A 変換回路
４２を通して信号がＣＰＵ１０から送られる。
【０１５５】次に、受光信号の有無が確認される（ステ
ップＳ２）。初期設定した光フィルタ１及び光フィルタ
２の透過波長と発振源（レーザダイオード）の波長とが
一致すると、A/D 変換器３３及びA/D 変換器４３から出
力がＣＰＵ１０に入力される。ＣＰＵ１０はこれを確認
して、受光信号の有無を確認する（ステップＳ３）。
【０１５６】受光信号が存在すると、追従制御ルーチン
（ステップＳ７）に移行する。追従制御ルーチン（ステ
ップＳ７）においては、ＣＰＵ１０は再びＲＯＭ１２か
ら処理プログラム中の追従制御プログラムを読出し、こ
のプログラムに従って制御を行う。
【０１５７】即ち、ＣＰＵ１０は、A/D 変換回路３３及
び４３からの光受信入力に対応したディジタル信号を受
ける。ＣＰＵ１０ではディジタル信号により入力された
光受信入力レベルから送信側発振源の波長がどのように
変動しているかを判定する。
【０１５８】ＣＰＵ１０は、送信側発振源の変動した波
長に追従すべく、図６（３）において説明したように光
フィルタ２の透過波長を移動させる新たな制御量に対応
する信号をD/A 変換回路４２を通して温度制御回路４１
に導く。
【０１５９】尚、ここで光フィルタ２の透過波長のみ移
動制御しているのは、図２において説明したように、光
フィルタ１は誘電体多層膜フィルタであり、そのの透過
波長の変動できる大きさは小さい。一方、光フィルタ２
は、ファブリ・ペロー共振器により構成し、その通過波
長は容易に制御可能だからである。
【０１６０】上記の処理によって追従制御が行われる。
そして追従制御の過程においてA/D変換器４３から光受
信入力に対応する信号が出力されなくなるとＣＰＵ１０
は、それを検知し、処理は初期値の設定（ステップＳ
１）に戻される。追従制御の可能範囲を越えて、送信側
の発振源の波長が変動しているからである。
【０１６１】再び図１７に戻り、初期値設定後、光受信
入力の確認（ステップＳ３）において、受光信号が確認
されない場合には、次に光フィルタの波長をΔＦずつ変
化する掃引制御を行う。（ステップＳ４）
【０１６２】即ち、初期値として設定した光フィルタ２
の通過波長が送信側発振源の波長と一致していないた
め、図６(1) 、(2) で説明したように、光フィルタ２の
通過波長をΔＦずつ変化して、発振源の波長を探るため
の掃引を行う。
【０１６３】ＣＰＵ１０は、ΔＦを変化させるための制
御量を求め、これが光フィルタ２に対して、制御可能範
囲内であるか否かを判断する（ステップＳ５）。
【０１６４】そして制御可能範囲であるという判断する
と、前記したように温度制御回路４１により光フィルタ
２の波長をΔＦ変動し、光受信入力が確認（ステップＳ
３）さるまで、掃引を繰り返す。
【０１６５】掃引の繰り返しによっても光受信入力が確
認できず、制御可能範囲を越えると光受信入力の未確認
の処理を行い、アラーム信号を発する（ステップＳ
６）。
【０１６６】図１８は追従制御ルーチンをハード装置に
より行うための動作フローである。即ち、図１７の追従
制御ルーチン（ステップＳ７）に代わり、ＡＦＣを行う
べく制御する（ステップＳ３１）。
【０１６７】これは、図７及び図９において、Ｉ／０１
４を通して、ＡＦＣをオンとする制御信号をＡＦＣ回路
５４に送り、そのスイッチ回路５４７（図１３）をオン
とすることにより可能である。即ち、図１８の動作フロ
ーのステップＳ３において光受信入力が確認されると図
示しない外部監視装置からＩ／Ｏ１４にＡＦＣをＯＮと
する制御信号が送られる。
【０１６８】これによりスイッチ回路５４７がＯＮとさ
れると、先に図１３及び図１４を用いて、ＡＦＣ回路５
４について説明したフィードバック制御動作により、発
振源の波長変動に追従すべく光フィルタ２の通過波長の
制御が行われる。
【０１６９】ここで光フィルタの透過波長を可変する制
御パラメータが高速に変化させることができる場合には
上記したような制御ルーチンを高速にループさせること
により装置の交換や特性調査による光信号の切断、接続
による受光信号の断続が生じても作業者には自動起動制
御を意識させずに通常の装置と同様な操作性を与えるこ
とができる。
【０１７０】しかし光フィルタの制御パラメータが温度
等高速に変化させることのできない手段の場合には、一
瞬でも接続が途絶えてしまうとその都度、自動起動制御
を行うことになり装置の保守に無駄な時間が取られてし
まう恐れがある。
【０１７１】例えば自動起動制御時に光フィルタの波長
可変域内の全領域を掃引するのに１分間かかるとすると
作業者は測定保守等のために数秒間光を遮断しただけで
再び受光信号が復帰するまでに１分近く待たされるとい
う問題が生ずる。
【０１７２】そこで図１９のフローに示すように自動起
動処理が終了し、一端ＡＦＣによる波長追従を開始した
後は受光信号の有無に応じてＡＦＣのＯＮ／ＯＦＦを自
動的に行えばこの問題は解決される。
【０１７３】自動起動処理が終了し、光受信入力の有無
を常にＣＰＵ１０を経由して図示しない外部監視装置が
確認する（ステップＳ１０）。
【０１７４】そして光受信入力がある場合にはＡＦＣを
ＯＮとし（ステップＳ１２）、光フィルタの現在の制御
パラメータをＲＡＭ１１のデータテーブルに一定時間毎
に書き込む（ステップＳ１３）。
【０１７５】一方、ステップＳ１１において光受信入力
がないと判断されると、タイマーがリセットされ（ステ
ップＳ１４）同時にデータテーブルへの書込みが禁止さ
れる（ステップＳ１５）。そしてＡＦＣはＯＦＦ状態と
される（ステップＳ１６）。
【０１７６】次いでデータテーブル内の制御パラメータ
をＡＦＣがＯＦＦとなる前の状態に設定する（ステップ
Ｓ１７）。更に、タイマーが所定の時間内であるか否か
が判断される（ステップＳ１８）。
【０１７７】タイマーが所定の時間内である場合には更
に始めに戻り、光受信入力の有無の確認が行われる。
（ステップＳ１０）タイマーが所定時間を越えている場
合には自動起動ルーチンにジャンプする（ステップＳ１
９）。自動起動ルーチンに移ると先に説明した図１７の
初期値設定が行われる（ステップＳ１）。
【０１７８】図１９に示したような動作フローにより送
信光源の波長変動が大きく、長時間信号入力がない場合
にＡＦＣのロックレンジを外れてしまう場合や、送信装
置を交換し、送信波長が変化した場合等であっても一定
時間経過後は自動起動ルーチンに移される。従っていつ
までも信号待ちの状態が続き起動制御を行うことができ
なくなるということがない。
【０１７９】図２０は、２つのパラメータ例えば、温度
制御と電圧制御を組み合わせた場合の制御の動作フロー
の一例を示す。特に、複数の制御パラメータを持つ光フ
ィルタにおいて、制御パラメータを組み合わせることに
より、波長追従範囲を広げることが可能である。
【０１８０】なお図２０においては、制御パラメータ１
によりＡＦＣ制御を行っていることを想定している。ま
ずＡＦＣループを閉じた状態（ＡＦＣをＯＮとした状
態）で制御パラメータ１の値を測定する（ステップＳ２
０）。
【０１８１】次いで最適値（制御の初期値である）と測
定した制御パラメータ１の現在の制御値とを比較し、そ
の差の絶対値と符号を求める（ステップＳ２１）。
【０１８２】次いである値（良好に制御できる範囲内と
なる値）に設定した域値と比較する（ステップＳ２
２）。制御値が域値を越えた場合にはその大きさと特性
に応じて制御パラメータ２の値を変更させる。即ち絶対
値に対し域値が大きい場合（ステップＳ２３）は、更に
制御パラメータは制御有効範囲内かどうかを判断する
（ステップＳ２４）。制御有効範囲内である場合には制
御パラメータ２を１ステップ分増加して処理は終わる
（ステップＳ２５）。
【０１８３】更に、ステップＳ２４で制御パラメータ２
は制御の有効範囲内でないと判断されると、制御パラメ
ータ２の上限値を設定する（ステップＳ２８）。次いで
アラーム信号を発出する（ステップＳ２９）。
【０１８４】一方、ステップＳ２３において域値に対し
絶対値の値が大きい、即ち測定値と最適制御値との間が
域値を越えている場合には制御パラメータ２は制御有効
範囲内か否かが判断される（ステップＳ３０）。制御パ
ラメータ２が制御有効範囲内である場合には制御パラメ
ータ２を１ステップ分減少させる（ステップＳ３１）。
【０１８５】制御パラメータ２が制御有効範囲内を越え
ている場合には制御パラメータ２の下限値を設定する
（ステップＳ３３）。次いでアラーム信号を発出する
（ステップＳ３４）。
【０１８６】ここで波長追従の別の手法として図１３に
示した同期検波法による波長追従制御（ＡＦＣ）におい
て、制御の開始時は変調信号である低周波信号５４５の
振幅を十分大きく取り、次いで何らかの誤差信号が同期
検波器回路５４２から得られる制御電圧の範囲に変調振
幅を狭めていく。その後通常のＡＦＣ制御に移行してい
くという方法も考えられる。
【０１８７】この場合にはフィネスの比較的低い光干渉
計を用いた光フィルタの制御に特に有効である。
【０１８８】更に別の方法として図２１に示すように光
フィルタ１乃至２を透過しない位置に光検出器２１１を
設置し、この光検出器２１１による光受光入力の有無に
より自動起動を開始する方式が考えられる。
【０１８９】即ち、図２１ではファイバを通して送られ
た受光信号を半透過ミラー２１０によりフィルタ１また
２の手前において光検出器２１１に導くようにしてい
る。そしてこの方法では光信号が到来していない時に波
長掃引を中止することが可能であり、光フィルタの波長
制御パラメータが温度であることなどを理由に、頻繁に
波長掃引を行いたくない場合には特に有効である。
【０１９０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば現実で
簡易な光フィルタで高密度多重された信号を選択受信す
ることが可能となり高信頼で低コストな光通信システム
を実現することができる。
【０１９１】更に本発明に従えば安定なファブリ・ペロ
ー干渉計型の狭帯域光フィルタが無調整で実現できる。
更に本発明によって狭帯域光フィルタの自動起動制御及
びレーザダイオードの波長変動に有効に追従出来る制御
が可能になり、現行の光通信装置と同様の操作法を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光通信装置の全体図である。
【図２】本発明の光フィルタ構成の概念図である。
【図３】本発明の光フィルタ構成における透過特性の他
の一例を示す図である。
【図４】光フィルタの温度制御を説明する図である。
【図５】本発明に従うフィルタ１、２の実施例である。
【図６】発振源の波長に対する波長掃引及び波長追従を
説明する図である
【図７】本発明を採用した光受信器の第一の構成例（そ
の１）を示す図である。
【図８】本発明を採用した光受信器の第一の構成例（そ
の２）を示す図である。
【図９】本発明を採用した光受信器の第二の構成例（そ
の１）を示す図である。
【図１０】本発明を採用した光受信器の第二の構成例
（その２）を示す図である。
【図１１】本発明に従う光フィルタのモジュール構成を
説明する図である。
【図１２】温度制御回路３１、４１の構成例を示す図で
ある。
【図１３】ＡＦＣ制御回路５４の構成例を示す図であ
る。
【図１４】ＡＦＣ制御回路５４のＡＦＣ動作を説明する
図である。
【図１５】駆動電圧発生回路５１の構成例を示す図であ
る。
【図１６】電圧駆動可能な光フィルタの構成例を示す図
である。
【図１７】本発明の波長制御の動作を説明するフロー
（その１）である。
【図１８】本発明の波長制御の動作を説明するフロー
（その２）である。
【図１９】本発明の波長制御の動作を説明するフロー
（その３）である。
【図２０】本発明の波長制御の動作を説明するフロー
（その４）である。
【図２１】追従制御のための光受信器の他の構成例を示
す図である。
【図２２】従来の光フィルタの構成例（その１）を示す
図である。
【図２３】従来の光フィルタの構成例（その２）を示す
図である。
【符号の説明】
１ 第１の光フィルタ ２ 第２の光フィルタ １０ 光フィルタ１の透過特性 ２０ 光フィルタ２の透過特性 ３０ 光チャンネル間隔 ３ 光フィルタ１を制御する制御回路 ４ 光フィルタ２を制御する制御回路 ３１、４１ 温度制御回路 ３２、４２ D/A 変換器 ３３、４３、５５ A/D 変換器 ５４ ＡＦＣ制御回路 １６、２９ 光／電気変換回路
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/02

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光周波数多重された複数の光信号の中か
    ら、所望の光周波数の信号を選択受信する光フィルタに
    おいて、 所要帯域内で単峰性の透過帯域特性（１０）を有し、該
    透過帯域の所望の減衰量の半値幅が多重化された光信号
    のチャンネル間隔の２倍程度以下となる特性を持つ第１
    の光フィルタ（１）と、 周期的な透過特性（２０）を有し、そのＦＳＲ（フリー
    ・スペクトラル・レンジ）の１／２の奇数倍が該多重化
    された光信号のチャンネル間隔に相当する第２の光フィ
    ルタ（２）とを有し、 該第１のフィルタ（１）の透過帯域と該第２の光フィル
    タ（２）の透過ピークが一致するように構成したことを
    特徴とする光フィルタ。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第２の光フィルタ（２）をシリコン（Ｓｉ）で構成
    したファブリ・ペロー共振器であることを特徴とする光
    フィルタ。
  3. 【請求項３】 請求項１において、 前記第２の光フィルタ（２）をＧａＡｓで構成したファ
    ブリ・ペロー共振器であることを特徴とする光フィル
    タ。
  4. 【請求項４】 請求項２において、 基板上にＳｉ／ＳｉＯ2 を積層堆積して反射鏡を形成
    し、該反射鏡上にシリコン（Ｓｉ）を堆積させて構成し
    たファブリ・ペロー共振器とすることを特徴とする光フ
    ィルタ。
  5. 【請求項５】 請求項１において、 前記第１の光フィルタ（１）を、誘電体多層膜で構成し
    たことを特徴とする光フィルタ。
  6. 【請求項６】 請求項１の光フィルタと、 該光フィルタの第１の光フィルタ（１）及び／又は第２
    の光フィルタ（２）の制御パラメータを変化させる制御
    回路（３、４）を有し、 該制御回路（３、４）は、該第１の光フィルタ（１）及
    び／または第２の光フィルタ（２）の透過波長のピーク
    が、所望の光信号の波長となるように制御するように構
    成したことを特徴とする光受信器。
  7. 【請求項７】 請求項６において、 前記制御回路（３、４）は、第１の光フィルタ（１）及
    び／又は第２の光フィルタ（２）の温度安定化のための
    温度制御を行う回路を有することを特徴とする光受信
    器。
  8. 【請求項８】 請求項７において、 前記第２の光フィルタ（２）を請求項２に記載のシリコ
    ン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペロー共振器とし、こ
    れに加熱体を設け、前記制御回路（３、４）は、該加熱
    体に流れる電流を制御するように構成したことを特徴と
    する光受信器。
  9. 【請求項９】 請求項７において、 前記第２の光フィルタ（２）を請求項２に記載のシリコ
    ン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペロー共振器とし、該
    ファブリ・ペロー共振器自体に電流を流し加熱させ、前
    記制御回路（３、４）は、該ファブリ・ペロー共振器に
    流れる電流を制御するように構成したことを特徴とする
    光受信器。
  10. 【請求項１０】 請求項７において、 前記第２の光フィルタ（２）を請求項２に記載のシリコ
    ン（Ｓｉ）で構成したファブリ・ペロー共振器とし、該
    ファブリ・ペロー共振器に加熱体及び該ファブリ・ペロ
    ー共振器の電気抵抗を測定する手段を設け、該電気抵抗
    を測定する手段により測定される電気抵抗の大きさに応
    じ、前記制御回路（３、４）は、該加熱体に流れる電流
    を制御するように構成したことを特徴とする光受信器。
  11. 【請求項１１】 光フィルタの透過波長を掃引しながら
    最大値となる光受信入力を検出し、該光受信入力の波長
    に該光フィルタの透過波長を固定するように構成したこ
    とを特徴とする光フィルタの透過波長制御方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記光受信入力が検出されなくなった時点で、前記光フ
    ィルタの透過波長の固定を解除し、前記掃引を繰り返
    し、再び光受信入力が検出された時点で光フィルタの透
    過波長を固定するように構成したことを特徴とする光フ
    ィルタの透過波長制御方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１１において、 前記光受信入力の波長に前記光フィルタの透過波長を固
    定した後、ＡＦＣにより、発振源の波長変動に追従させ
    るように構成したことを特徴とする光フィルタの透過波
    長制御方法。
  14. 【請求項１４】 光フィルタ（２）と、該光フィルタの
    透過波長を制御するパラメータを変化させる制御回路
    （４）及び該光フィルタ（２）の制御パラメータを記憶
    する記憶回路（１１）有し、 該制御回路（４）は、該光フィルタ（２）の透過波長の
    ピークが、所望の光信号の波長となるように制御し、 光受信入力が検出されている場合は、該透過波長の固定
    を行い、且つ一定時間毎に現在の制御パラメータを該記
    憶回路（１１）に記憶書き換えし、 該光受信入力が検出されなくなった場合は、該記憶回路
    （１１）の書き換えを停止し、該記憶回路（１１）に記
    憶されている制御パラメータで再び、光受信入力が検出
    されるまで該光フィルタ（２）をフリーランニングさせ
    るように構成したことを特徴とする光受信器。
  15. 【請求項１５】 請求項１３において、 前記光フィルタのフリーランニングが一定時間行われた
    後に、再び波長掃引を行うようにしたことを特徴とする
    光受信器。
  16. 【請求項１６】 請求項１１の透過波長制御方法を行う
    光受信器において、 前記第１の光フィルタ（１）及び／又は第２の光フィル
    タ（２）の前段に光検出部（３１）を設け、 起動時に、該光検出部（３１）により受光信号の有無を
    検出し、 前記制御回路（３、４）は、該受光信号が検出されない
    場合は、信号が検出されるまで待機状態として波長掃引
    を休止し、受光信号が検出された場合は、透過波長の固
    定を行うようにしたことを特徴とする光受信器。
  17. 【請求項１７】 光フィルタ（２）と、 該光フィルタ（２）の制御パラメータを変化させる制御
    回路（４）と、 ＡＦＣ制御回路（５４）を有し、 該制御回路（４）は、該光フィルタ（２）の透過波長を
    掃引しながら光受信入力を検出し、該光受信入力が最大
    値となる時点で波長掃引を停止し、該光受信入力の波長
    に該光フィルタの透過波長を固定し、 該ＡＦＣ制御回路（５４）は、該光フィルタの透過波長
    の固定後、発振源の波長の変動に追従するように該固定
    された透過波長を変更制御するように構成したことを特
    徴とする光受信器。
  18. 【請求項１８】 請求項１７において、 該ＡＦＣ制御回路（５４）は、低周波発振器（５４５）
    と同期検波回路（５４２）を有し、該低周波発振器（５
    ４５）からの微小変調信号と該同期検波回路（５４２）
    の誤差信号出力を加算出力し、該加算出力により、前記
    光フィルタの透過波長の変更制御を行うように構成した
    ことを特徴とする光受信器。
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