特開 2023-115435 光集積回路、及び光送信モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023115435

(43)【公開日】2023-08-21

(54)【発明の名称】光集積回路、及び光送信モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20230814BHJP

   H04B 10/564 20130101ALI20230814BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 C

H04B10/564

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022017636

(22)【出願日】2022-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】安田 有輝

(72)【発明者】

【氏名】石坂 哲男

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 知幸

(72)【発明者】

【氏名】野川 謙太

(72)【発明者】

【氏名】石井 俊雄

【テーマコード（参考）】

2K102

5K102

【Ｆターム（参考）】

2K102BD02

2K102CA00

2K102CA21

2K102DC07

2K102DC08

2K102EA21

2K102EA25

2K102EB01

2K102EB10

2K102EB16

2K102EB20

2K102EB22

2K102EB23

5K102AA13

5K102AA68

5K102AD01

5K102MA01

5K102MB02

5K102MC12

5K102MD01

5K102MD03

5K102MD07

5K102MH02

5K102MH13

5K102MH22

5K102PB01

5K102PB18

5K102PH02

5K102PH31

5K102PH50

5K102RD28

(57)【要約】

【課題】消費電力の増大とチャネル間のパワーばらつきが抑制された光集積回路と、これを用いた光送信モジュールを提供する。
【解決手段】光送信モジュールは、光変調器を含む光集積回路と、前記光集積回路のパワー状態を制御するコントローラと、前記光変調器に入射する光を出力する光源に電流を供給する電流供給回路と、を備え、前記光集積回路は、ｎ段（ｎは２以上の整数）のツリー構造に接続された複数のマルチプレクサを含む光合波器と、前記光合波器の入力に接続される２＾ｎ個の光変調器と、前記複数のマルチプレクサの各々の入力と出力に接続される光検出器とを有し、前記コントローラは、前記複数のマルチプレクサの各々について、前記光検出器で得られたモニタ値に基づいて前記電流供給回路を制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ段（ｎは２以上の整数）のツリー構造に接続された複数のマルチプレクサを含む光合波器と、前記光合波器の入力に接続される２＾ｎ個の光変調器と、前記複数のマルチプレクサの各々の入力と出力に接続される光検出器と、を有する光集積回路と、
前記光集積回路のパワー状態を制御するコントローラと、
前記光変調器に入射する光を出力する光源に電流を供給する電流供給回路と、
を備え、
前記コントローラは、前記複数のマルチプレクサの各々について、前記光検出器で得られたモニタ値に基づいて前記電流供給回路を制御する、
光送信モジュール。

【請求項2】

前記コントローラは、メモリとプロセッサを含み、
前記メモリは、前記複数のマルチプレクサの各々のパワー状態の適正を判定する判定情報を保存し、
前記プロセッサは、前記判定情報を参照して前記モニタ値が適正範囲内にあるか否かを判断し、前記適正範囲を逸脱する場合に、制御対象のマルチプレクサへの入射光に対応する光源への電流供給を調整する、
請求項１に記載の光送信モジュール。

【請求項3】

前記コントローラは、メモリとプロセッサを含み、
前記メモリは、前記複数のマルチプレクサの各々の合波比率を保存し、
前記プロセッサは、制御対象のマルチプレクサの前記合波比率が維持されるように、前記制御対象のマルチプレクサへの入射光に対応する光源への電源供給を調整する、
請求項１に記載の光送信モジュール。

【請求項4】

前記メモリは、前記光変調器の入力に接続される第２光検出器の第２モニタ値の適正を判定するための第２判定情報を保存し、
前記プロセッサは、前記第２判定情報を参照して前記第２モニタ値が適正範囲内にあるかを判断した後に、前記複数のマルチプレクサの各々のパワー状態の適否を判定する、
請求項２または３に記載の光送信モジュール。

【請求項5】

温度測定部、
をさらに備え、
前記メモリは、温度ごとの判定情報を保存し、
前記プロセッサは、前記温度測定部で測定された温度情報と、前記メモリに保存された前記温度ごとの判定情報とを参照して、前記モニタ値が適正範囲内にあるか否かを判断する、
請求項２～４のいずれか１項に記載の光送信モジュール。

【請求項6】

ｎ段（ｎは２以上の整数）のツリー構造に接続された複数のマルチプレクサを含む光合波器と、
前記光合波器の入力に接続される２＾ｎ個の光変調器と、
前記複数のマルチプレクサの各々の入力と出力に接続される光検出器と、を有する光集積回路。

【請求項7】

前記光変調器の入力に接続される２＾ｎ個の第２光検出器、
を有する請求項６に記載の光集積回路。

【請求項8】

前記光変調器に入射する光を出力する２＾ｎ個の光源、
を有する請求項６または７に記載の光集積回路。

【請求項9】

前記マルチプレクサは、Ｙ型光カプラ、マルチモード干渉カプラ、または方向性結合器である、請求項６～８のいずれか１項に記載の光集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光集積回路、及び光送信モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

複数のチャネルで光通信を行う光送受信モジュールでは、異なるチャネルの光信号を合分波するために、アレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）が用いられることが多い（たとえば、特許文献１参照）。アレイ導波路間に波長間隔に応じた光路長差を与えることで、波長の異なる多数のチャネルを合分波することができる。波長の異なる複数のチャネルで通信する場合、波長特性によってチャネル間でパワーのばらつきが生じるため、初期的にチャネルごとのパワー調整が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第７６９７５８０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＡＷＧは、単一の素子で多数のチャネルを合分波できるが、挿入損失が大きい。大量のデータ通信を扱う光送信モジュールでは、通信距離の拡張とともに、消費電力の低減が求められており、光部品で生じる損失の抑制は技術課題のひとつである。一方、チャネル間のパワーばらつきが初期的に調整されていても、経時劣化により、個々のチャネルでパワーレベルが劣化する。チャネルごとの経時劣化の補償については、これまであまり考慮されてこなかった。一般的には、事前に経時劣化分を推定して、光出力パワーを高く設定することが考えられる。しかし、経時劣化を見越した光出力パワーの設定は、低消費電力の要請と相反する。

【0005】

ひとつの側面では、消費電力の増大とチャネル間のパワーばらつきが抑制された光集積回路と、これを用いた光送信モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態では、光送信モジュールは、
ｎ段（ｎは２以上の整数）のツリー構造に接続された複数のマルチプレクサを含む光合波器と、前記光合波器の入力に接続される２＾ｎ個の光変調器と、前記複数のマルチプレクサの各々の入力と出力に接続される光検出器と、を有する光集積回路と、
前記光集積回路のパワー状態を制御するコントローラと、
前記光変調器に入射する光を出力する光源に電流を供給する電流供給回路と、
を備え、
前記コントローラは、前記複数のマルチプレクサの各々について、前記光検出器で得られたモニタ値に基づいて前記電流供給回路を制御する。

【発明の効果】

【0007】

消費電力の増大とチャネル間のパワーばらつきが抑制された光集積回路と、これを用いた光送信モジュールが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の光集積回路の基本構成を示す模式図である。

【図2】図１の光集積回路の変形例である。

【図3】２段ツリー構造の光合波器を用いた光集積回路の模式図である。

【図4】３段ツリー構造の光合波器を用いた光集積回路の模式図である。

【図5】実施形態の光送信モジュールの模式図である。

【図6】メモリ内の判定情報の一例を示す図である。

【図7A】光送信モジュールにおけるパワー制御のフローチャートである。

【図7B】図７Ａに続くパワー制御のフローチャートである。

【図7C】図７Ｂに続くパワー制御のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下で、図面を参照して実施形態の具体的な構成を説明する。以下の記載は、発明の技術思想を具体化する構成例を示すものであり、特段の断りがない限り、技術思想を以下の記載に限定するものではない。同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する場合がある。

【0010】

＜光集積回路の構成＞
図１は、実施形態の光集積回路１０の基本構成を示す模式図である。実施形態の光送信モジュールの構成と動作を示す前に、光送信モジュールで使用される光集積回路について説明する。光集積回路１０では、複数のチャネルを合波する光合波器１５を、ｎ段（ｎは２以上の整数）のツリー構造に接続された複数のマルチプレクサＭＵＸで構成する。ツリー構造のマルチプレクサＭＵＸで光合波器１５を形成することで、ひとつのＡＷＧを用いる構成よりも損失を低減する。また、ツリー構造に含まれる各マルチプレクサＭＵＸの出力光と入力光のパワーをモニタすることで、チャネルごとにパワーが劣化する位置を特定し、必要最低限のパワー補償を可能にする。

【0011】

光集積回路１０は、基板１０１上に設けられた光合波器１５を有する。光合波器１５はｎ段（ｎは２以上の整数）のトーナメントツリー構造を有する。ツリーの根元を１段目のマルチプレクサＭＵＸとする。以下、ツリーの末端に向かって２段目、３段目、…、（ｎ－１）段目、ｎ段目とする。各段に含まれるマルチプレクサＭＵＸの数は、２＾（ｎ－１）である。１段目のマルチプレクサＭＵＸの数は、２＾（１－１）＝１であり、１つである。このマルチプレクサをＭＵＸ（１，１）と表記する。カッコ内の最初の数字がｎ段のツリーの段数、２番目の数字が、その段に含まれる何個目のマルチプレクサであるかを示す。

【0012】

ツリーの２段目には、２個（２＾（２－１）＝２）のマルチプレクサが含まれる。２段目のマルチプレクサをＭＵＸ（２，１）、及びＭＵＸ（２，２）と表記する。以下同様にｎ段目のマルチプレクサを、ＭＵＸ（ｎ，１）、ＭＵＸ（ｎ，２）、…、ＭＵＸ（ｎ，２^(n-1)－１）、ＭＵＸ（ｎ，２^(n-1)）と表記する。

【0013】

多段ツリーのｎの値は、光集積回路１０に形成されるチャネルの数で決まる。チャネルの数は、光集積回路１０に設けられる光変調器（図中で「ＭＯＤ」と表記）１３の数によって決まる。光変調器１３の数が２＾ｎ個のときに、ｎ段のマルチプレクサＭＵＸのツリーが形成される。光集積回路１０には、光変調器１３－１から１３－２＾ｎが設けられている。

【0014】

光変調器１３－１、１３－２、…、１３－２＾ｎ（以下、適宜「光変調器１３」と総称する）に対応して、２＾ｎ個の光源１１－１、１１－２、…、１１－２＾ｎ（以下、適宜「光源１１」と総称する）が設けられてもよい。光源１１は必ずしも光集積回路１０の内部に設けられる必要はなく、後述するように、外付けの光源アレイを用いてもよい。この例では、光源１１にレーザダイオードを用いており、「ＬＤ１」、「ＬＤ２」、…「ＬＤ（２＾ｎ）」と表記された２＾ｎ個の光源１１が、基板１０１に集積されている。

【0015】

図１で、光変調器１３で変調された光信号が通る各段のマルチプレクサＭＵＸを、先頭のＭＵＸ（１，１）に向かって横方向に接続するラインを「レーン」と呼んでもよい。光合波器１５がｎ段のツリー構造を有する場合、１番目から２＾ｎ番目までのレーンが、ツリーの根元のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）に向かって延びる。

【0016】

光合波器１５を構成する各マルチプレクサＭＵＸの入力と出力に、光検出器ＰＤが接続されている。１段目のＭＵＸ（１，１）の出力に接続される光検出器を、ＰＤ（１，１）と表記する。ＰＤ（１，１）は、マルチプレクサＭＵＸ（１，１）の出力光の一部を取り出して、そのパワーをモニタする。２段目のマルチプレクサＭＵＸ（２，１）とＭＵＸ（２，２）の出力、すなわち、１段目のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）の２つの入力に、ＰＤ（２，１）、ＰＤ（２，２）がそれぞれ接続されて、ＭＵＸ（２，１）とＭＵＸ（２，２）の出力光のパワーをモニタする。以下同様に、ｎ段目のマルチプレクサＭＵＸ（ｎ，１）、ＭＵＸ（ｎ，２）、…、ＭＵＸ（ｎ，２^(n-1)－１）、ＭＵＸ（ｎ，２^(n-1)）の出力に、ＰＤ（ｎ，１）、ＰＤ（ｎ，２）、…、ＰＤ（ｎ，２^(n-1)－１）、ＰＤ（ｎ，２^(n-1)）がそれぞれ接続されて、対応するマルチプレクサの出力光パワーをモニタする。

【0017】

光合波器１５に入力される各チャネルのパワーがモニタされてもよい。ｎ段のツリーで構成される光合波器１５の入力段、すなわち、光変調器１３の出力段を、（ｎ＋１）段目とする。光変調器１３－１、１３－２、…、１３－(２^n－１)、１３－(２＾ｎ)の出力に、ＰＤ（ｎ＋１，１）、ＰＤ（ｎ＋１，２）、…、ＰＤ（ｎ＋１，２^(n-1)－１）、ＰＤ（ｎ＋１，２^(n-1)）がそれぞれ接続されて、対応する光変調器１３の出力光のパワーをモニタする。

【0018】

光変調器１３の入力段のパワーをモニタしてもよい。この場合、光変調器１３の入力段を（ｎ＋２）段目とする。光変調器１３－１、１３－２、…、１３－(２^n－１)、１３－(２＾ｎ)の入力に、ＰＤ（ｎ＋２，１）、ＰＤ（ｎ＋２，２）、…、ＰＤ（ｎ＋２，２^(n-1)－１）、ＰＤ（ｎ＋２，２^(n-1)）がそれぞれ接続される。光変調器１３の入力に接続される光検出器ＰＤを「第２光検出器」と呼んで、光合波器１５の各マルチプレクサＭＵＸの入出力に接続される光検出器ＰＤと区別してもよい。

【0019】

光集積回路１０は、たとえばシリコンフォトニクス技術で形成することができる。各光変調器１３と、光合波器１５に含まれる各マルチプレクサＭＵＸを、シリコン細線導波路で形成してもよい。各光変調器１３は、用いられる変調方式に応じて、マッハツェンダ干渉計型の光導波路をネスト状に接続した構成を有していてもよい。

【0020】

各マルチプレクサＭＵＸは、Ｙ字光カプラ、マルチモード干渉（ＭＭＩ:Multi-Mode Interference）カプラ、方向性結合器等であってもよい。Ｙ字光カプラを用いる場合、Ｙ字光カプラの出力導波路にタップ等を設けて、出力光の一部を抽出して光検出器ＰＤでパワーをモニタしてよい。２入力２出力ＭＭＩカプラを用いる場合、２つの出力ポートの分岐比を制御して、一方の出力ポートを主信号の出力に用い、他方の出力ポートをモニタ用に用いてもよい。この場合、モニタ用の出力ポートに対応する光検出器ＰＤを接続して出力パワーをモニタしてもよい。方向性結合器を用いる場合も、出力側の結合比を制御して、一方の出力側導波路を主信号の出力に用い、他方の出力側導波路に光検出器ＰＤを接続してもよい。

【0021】

各光検出器ＰＤから出力される電気信号は、光集積回路１０に電気的に接続されたプロセッサに入力され、チャネル間の光パワーのばらつきが最小、または許容範囲内におさまるように制御される。プロセッサによる光パワーの制御については、図５以降を参照して後述する。

【0022】

複数チャネルの合波にＡＷＧを用いるかわりに、多段のツリー構造の光合波器１５を用いることで、ひとつのＡＷＧを用いるよりも損失を小さくできる。各マルチプレクサＭＵＸの挿入損失はＡＷＧと比較して非常に小さく、光合波器１５全体としても、ＡＷＧよりも損失を小さくすることができる。また、各マルチプレクサＭＵＸの出力と入力で光パワーをモニタすることで、どのレーンのどの部分で光パワーが劣化したかを特定して、必要最低限のパワー補償を実施できる。

【0023】

光合波器１５で、ｎ段のツリー構造に含まれるマルチプレクサＭＵＸの数は、２＾ｎ－１個である。ｎの値が大きい場合、ＡＷＧと比較して基板１０１の面積が大きくなるように見えるが、ＡＷＧも導波路数が増えると、各導波路間に光路長差を与えるための面積が必要であり、合波に必要な面積に大きな違いはない。各マルチプレクサＭＵＸはシリコンフォトニクス技術を用いて形成される微細な構成であり、２＾ｎ個の光変調器１３または光源１１のアレイが設けられる領域の範囲内で、ｎ段のマルチプレクサツリー構造を形成することができる。

【0024】

図２は、図１の変形例である光集積回路１０Ａの模式図である。光集積回路１０Ａは、光源１１－１から１１－２＾ｎが基板１０１の外部に設けられることを除いて、光集積回路１０と同じ構成である。光合波器１５は、ｎ段（ｎは２以上の整数）のツリー状に接続された複数のマルチプレクサＭＵＸを含み、各マルチプレクサＭＵＸの出力と入力に、光検出器ＰＤが接続されている。

【0025】

複数の光源１１－１、１１－２、…、１１－(２^n－１)、１１－(２＾ｎ)は、レーザアレイとして形成されてもよい。各光源１１から出射された各波長の光は、レンズファイバによって光集積回路１０Ａの対応する光導波路に入射されてもよい。あるいは、基板１０１上にスポットサイズコンバータを設けて、光ファイバの端面を基板１０１の端面に接続し、スポットサイズコンバータを介して基板１０１上の光導波路と接続してもよい。

【0026】

光集積回路１０Ａでは、ひとつのＡＷＧを用いる構成と比較して、全体の光損失が低減されている。また各マルチプレクサの出力と入力で光パワーをモニタすることで、光パワーが劣化した箇所を特定することができ、必要最低限のパワー補償で、チャネル間のパワーばらつきを抑制することができる。

【0027】

図３は、２段ツリー構造の光合波器１５Ｂを用いた光集積回路１０Ｂの模式図である。光集積回路１０Ｂは、光合波器１５Ｂと、光変調器１３－１、１３－２、１３－３、及び１３－４を有し、４つのチャネルが合波される。この例では、基板１０１上に、光源１１－１、１１－２、１１－３、１１－４が集積されているが、基板１０１の外部に光源アレイを設けてもよい。

【0028】

２段（ｎ＝２）のツリー構造で用いられるマルチプレクサＭＵＸの数は、３個（２＾２－１＝３）である。１段目のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）の出力にＰＤ（１，１）が接続され、２段目のマルチプレクサＭＵＸ（２，１）とＭＵＸ（２，２）の出力に、それぞれＰＤ（２，１）とＰＤ（２，２）が接続されている。

【0029】

光変調器１３－１、１３－２、１３－３、及び１３－４の出力に、ＰＤ（３，１）、ＰＤ（３，２）、ＰＤ（３，３）、及びＰＤ（３，４）がそれぞれ接続され、光合波器１５Ｂの入力段で光パワーがモニタされる。光変調器１３－１、１３－２、１３－３、及び１３－４の入力に、第２光検出器として、ＰＤ（３，１）、ＰＤ（３，２）、ＰＤ（３，３）、及びＰＤ（３，４）が接続されてもよい。

【0030】

３つのマルチプレクサＭＵＸ（１，１）、ＭＵＸ（２，１）、及びＭＵＸ（２，２）のそれぞれの光損失は小さく、光合波器１５Ｂ全体の光損失も小さい。４つのチャネルのいずれかで光パワーが劣化したときに、どのチャネルのどの部分で光パワーが劣化したかを特定することができ、必要最低限のパワー補償で、チャネル間のパワーばらつきを最小、または許容範囲内に制御することができる。

【0031】

図４は、３段ツリー構造の光合波器１５Ｃを用いた光集積回路１０Ｃの模式図である。光集積回路１０Ｃは、光合波器１５Ｃと、光変調器１３－１から１３－８を有し、８つのチャネルを合波する。この例では、基板１０１上に、光源１１－１から光源１１－８が集積されているが、基板１０１の外部に光源アレイを設けてもよい。

【0032】

３段（ｎ＝２）のツリー構造で用いられるマルチプレクサＭＵＸの数は、７個（２＾３－１＝７）である。１段目のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）の出力にＰＤ（１，１）が接続され、２段目のマルチプレクサＭＵＸ（２，１）とＭＵＸ（２，２）の出力に、ＰＤ（２，１）とＰＤ（２，２）がそれぞれ接続されている。３段目のマルチプレクサＭＵＸ（３，１）、ＭＵＸ（３，２）、ＭＵＸ（３，３）、及びＭＵＸ（３，４）の出力に、ＰＤ（３，１）、ＰＤ（３，２）、ＰＤ（３，３）、及びＰＤ（３，４）がそれぞれ接続されている。

【0033】

光変調器１３－１、１３－２、１３－３、１３－４、１３－５、１３－６、１３－７、及び１３－８の出力に、ＰＤ（４，１）、ＰＤ（４，２）、ＰＤ（４，３）、ＰＤ（４，４）、ＰＤ（４，５）、ＰＤ（４，６）、ＰＤ（４，７）、及びＰＤ（４，８）がそれぞれ接続され、光合波器１５Ｃの入力段で光パワーがモニタされる。光変調器１３－１、１３－２、１３－３、１３－４、１３－５、１３－６、１３－７、及び１３－８の入力に、第２光検出器としてＰＤ（５，１）、ＰＤ（５，２）、ＰＤ（５，３）、ＰＤ（５，４）、ＰＤ（５，５）、ＰＤ（５，６）、ＰＤ（５，７）、及びＰＤ（５，８）がそれぞれ接続されてもよい。

【0034】

７つのマルチプレクサＭＵＸのそれぞれの光損失は小さく、光合波器１５Ｃ全体の光損失も小さい。８つのチャネルのいずれかで光パワーが劣化したときに、どのチャネルのどの部分で光パワーが劣化したかを特定することができ、必要最低限のパワー補償で、チャネル間のパワーばらつきを最小、または許容範囲内に制御することができる。

【0035】

４段ツリー構造の光合波器も同様に、１５個（２＾４－１＝１５）のマルチプレクサＭＵＸをツリー状に接続して形成される。１６個の光変調器１３が設けられ、１６チャネルが合波される。隣接する２つの光変調器の出力が、４段目の対応するマルチプレクサＭＵＸの２つの入力に接続される。段数が多くなっても、各マルチプレクサＭＵＸの損失は小さく、１６本のアレイ導波路に光路長差を与えたＡＷＧと比較して、損失を抑制することができる。

【0036】

＜光送信モジュールの構成と動作＞
図５は、実施形態の光送信モジュール１００の模式図である。光送信モジュール１００は、光合波器１５を備えた光集積回路１０と、光集積回路１０のパワー状態を制御するコントローラ２０と、光源１１に電流を供給する電流供給回路２８とを有する。光送信モジュール１００は、温度測定部２４を備えていてもよい。

【0037】

図５では、図示の便宜上、光集積回路１０に含まれるｋ番目のレーンに着目し、その他のレーンの図示を省略しているが、図１と同じ基本構成を有する。光合波器１５においても、光変調器１３－ｋの出力に接続されるｎ段目のマルチプレクサＭＵＸ（ｎ，Ｒ（ｋ／２））と、１段目のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）のみを図示し、途中の段を省略している。ここでＲ（）は、整数への切り上げ関数である。

【0038】

ｋ番目の光源１１－ｋからの出力光は、光変調器１３－ｋで入力データ信号により変調される。光変調器１３－ｋの入力光パワーは、ＰＤ（ｎ＋２，ｋ）によってモニタされ、光変調器１３－ｋの出力光パワーは、ＰＤ（ｎ＋１，ｋ）によってモニタされる。光変調器１３－ｋの出力は、ｎ段目のマルチプレクサＭＵＸ（ｎ，Ｒ（ｋ／２））の一方の入力に接続され、最終的には、１段目のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）で、他のすべてのチャネルの光信号と合波される。ｎ段目のマルチプレクサＭＵＸ（ｎ，Ｒ（ｋ／２））の出力光パワーは、ＰＤ（ｎ，Ｒ（ｋ／２））によってモニタされる。１段目のマルチプレクサＭＵＸ（１，１）の出力光パワーは、ＰＤ（１，１）によってモニタされる。途中の各段でも、各マルチプレクサＭＵＸの入力と出力が対応のＰＤによってモニタされる。

【0039】

コントローラ２０は、プロセッサ２１とメモリ２３を含む。メモリ２３は、各ＰＤから出力されるモニタ値が規定範囲内にあるかどうかを判定するための判定情報２５を保存する。規定範囲は、各ＰＤの検出値が取り得る適正範囲を示し、電圧値で記述されていてもよいし、基準電圧値に対する相対値で記述されていてもよい。温度測定部２４を用いる場合は、メモリ２３は、各ＰＤのモニタ値の規定範囲を、温度ごとに対応付けて保存してもよい。温度測定部２４は必須ではないが、温度情報を用いない場合は、判定情報２５のマージンが広く設定されるので、制御の精度が若干下がる場合がある。温度測定部２４を用いる場合は、広い温度範囲にわたって精度よくパワーばらつきを抑制することができる。

【0040】

すべてのＰＤのモニタ値は、プロセッサ２１に入力される。入力されたモニタ値は、一時的にメモリ２３の一時記憶領域に保存されてもよい。プロセッサ２１はメモリ２３内の判定情報２５を参照して、各ＰＤのモニタ値が規定範囲内にあるか否かを判断する。あるＰＤのモニタ値が規定範囲を逸脱した場合、プロセッサ２１は電流供給回路２８を制御して、着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内になるまで、対応する光源１１に供給される電流値を制御する。

【0041】

上述のように、ｎ段のツリー構造の光合波器１５の入力段、すなわち光変調器１３の出力段を、（ｎ＋１）段目とする。また、光変調器１３の入力段を（ｎ＋２）段目とする。プロセッサ２１は、光源１１に最も近い（ｎ＋２）段目のＰＤ（ｎ＋２，ｋ）の出力値から順に調べて、光源１１の光量を制御する。（ｎ＋２）段目から順にパワーを調整することで、ツリーの上位側でターゲット範囲を逸脱するＰＤが存在しても、少なくともそのＰＤよりも下位側での光パワーの劣化は調整されていることになる。

【0042】

（ｎ＋１）段目に含まれるすべてのＰＤについても、モニタ値が規定範囲内にあるかどうかが順次判断され、規定範囲外の場合に、対応する光源１１の光量が調整される。（ｎ＋１）段目のＰＤのモニタ値に基づいて、いずれかの光源１１に供給する電流値が調整された場合、（ｎ＋２）段目のＰＤのモニタ値、すなわち対応する光変調器１３への入力光のパワーが変わる。（ｎ＋２）段目のＰＤのモニタ値の適切な規定範囲が変わるので、メモリ２３内の判定情報２５に記述されている（ｎ＋２）段目の対応するＰＤの規定範囲の値が更新されることが望ましい。また、（ｎ＋１）段目は、光合波器１５への入力段なので、同じマルチプレクサＭＵＸに入力される隣接するレーンとの透過特性を考慮して光源１１の光量が調整されるのが望ましい。

【0043】

ｎ段目から１段目までは、光合波器１５の各マルチプレクサＭＵＸの特性に基づいて、光源１１の電流値が制御される。隣接するレーン間で扱う波長が異なるので、透過特性も異なる。各マルチプレクサＭＵＸの合波比率は、レーン間の透過比に応じて設定されている。たとえば、第１レーンと第２レーンの透過比が１：２の場合、プロセッサ２１は、対応する光源１１－１と光源１１－２のパワー比が２：１となるように電流量を制御する。なお各マルチプレクサＭＵＸの特性の経時変動は無視できるものとする。ここで、経時変動とは、経年劣化、温度変化等に起因するパワー等の特性の変動をいう。

【0044】

図６は、判定情報２５の一例である判定テーブル２６を示す。判定テーブル２６は、温度Ｔと対応付けて、（ｎ＋２）段目の各ＰＤのモニタ値の規定範囲と、（ｎ＋１）段目の各ＰＤのモニタ値の規定範囲と、各マルチプレクサＭＵＸの合波比率と、各光源１１の自動パワー制御（ＡＰＣ：Automatic Power Control）のターゲット値とを保存する。

【0045】

温度Ｔ１のときの（ｎ＋２）段目の各ＰＤのモニタ値の規定範囲は、Ｖ１（ｎ＋２，ｋ）と表される。ｋは１から２＾ｎまでの整数である。この欄には（ｎ＋２）段目に含まれる２＾ｎ個のＰＤのそれぞれの規定範囲Ｖ１が記述されている。温度Ｔ１のときの（ｎ＋１）段目の各ＰＤのモニタ値の規定範囲は、Ｖ１（ｎ＋１，ｋ）と表される。ｋは１から２＾ｎまでの整数である。この欄には、（ｎ＋２）段目に含まれる２＾ｎ個のＰＤのそれぞれの規定範囲Ｖ１が記述されている。

【0046】

温度Ｔ１のときの各マルチプレクサＭＵＸの合波比率は、Ｒ１（ｍ，ｋ）で表される。ｎ段のツリー構造には２＾ｎ－１個のマルチプレクサＭＵＸが含まれるので、２＾ｎ－１個の合波比率Ｒ１が記述されている。ｍは１からｎまでの整数、ｋの範囲はｍの値によって変わる。具体的には、ｍ段目のｋは、１から２＾(m-1)までの整数である。ＡＰＣターゲット値Ｐ１（ｋ）は、２＾ｎ個の光源１１－１から１１－２＾ｎに対応して設定されている。したがって、２＾ｎ個のＡＰＣターゲット値Ｐ１が記述されている。

【0047】

温度Ｔ２に対応して、（ｎ＋２）段目の各ＰＤの規定範囲Ｖ２（ｎ＋２，ｋ）、（ｎ＋１）段目の各ＰＤの規定範囲Ｖ２（ｎ＋１，ｋ）、各マルチプレクサＭＵＸの合波比率Ｒ２（ｍ，ｋ）、及び、ＡＰＣターゲット値Ｐ２が、同様に記述されている。温度Ｔ３の時も同様である。温度Ｔのステップサイズは、光送信モジュール１００が使用される環境に応じて適切に設定されており、１℃ごと、２℃ごと、５℃ごと、１０℃ごと、のように設定され得る。温度情報を用いない場合は、温度情報のカラムがなくなり、（ｎ＋２）段目の各ＰＤの規定範囲Ｖ（ｎ＋２，ｋ）と（ｎ＋１）段目の各ＰＤの規定範囲Ｖ（ｎ＋１，ｋ）が広く設定される。

【0048】

図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、プロセッサ２１で実行されるパワー制御のフローチャートである。この制御フローの前提として、光送信モジュール１００は起動状態にある。起動状態というのは、立ち上がり直後を除く運用状態にあることをいう。図７Ａ～７Ｃの制御は、運用中に定期的または連続的に、繰り返し行われる。もうひとつの前提は、各光変調器１３と各マルチプレクサＭＵＸの温度特性、及び波長特性は、あらかじめ測定され既知であることである。図６の判定テーブルに記述される合波比率は、事前に取得された温度特性と波長特性に基づいて設定されている。

【0049】

図７Ａで、（ｎ＋２）段目のＰＤのモニタ値を調べる。ここで、各ＰＤと光源（ＬＤ）１１は、ｋとｍという変数を用いて特定される。ｍは、ツリーの頂上からの段数を表し、１からｎ＋２までの整数である。ｎは、上述のとおり、マルチプレクサＭＵＸで構成されるツリーの段数であり、２以上の整数である。ｋは、ｍ段に含まれるＰＤの番号である。光合波器１５の内部では、ｋの値の範囲はｍの値によって変わるが、（ｎ＋２）段目と（ｎ＋１）段目では、ｋは１から２＾ｎまでの整数である。

【0050】

まず、ｋに値「１」を設定し、ｍに「ｎ＋２」を設定する（Ｓ１１）。すなわち、（ｎ＋２）段目の１つ目のＰＤに着目する。温度測定部２４から現在の温度ｔを取得する（Ｓ１２）。取得した温度に基づいて、メモリ２３からｍ段目、ｋ個目（初回ループではｎ＋２段目の１個目）のＰＤの規定範囲を読み取り（Ｓ１３）、着目しているｍ段目、ｋ個目のＰＤのモニタ値が規定範囲内にあるか否かを判断する（S１４）。

【0051】

ＰＤのモニタ値が規定範囲内にない場合は（Ｓ１４でＮＯ）、ｍ段目、ｋ個目のＰＤに対応する光源（ＬＤ）１１のＡＰＣターゲット値を変更する（Ｓ１５）。ＡＰＣターゲット値の変更のステップサイズは適宜設定されており、モニタ値が規定範囲よりも小さいときは、光源１１に供給する電流値を１ステップ上げる。着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内になるまでＳ１４とＳ１５を繰り返す。

【0052】

着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内のときは（Ｓ１４でＹＥＳ）、ｋの値を１だけインクリメントし（Ｓ１６）、インクリメントしたｋの値が２＾ｎを超えるかどうかを判断する（Ｓ１７）。ｋの値が２＾ｎ以下であれば（Ｓ１７でＮＯ）、ステップＳ１３に戻って、Ｓ１３からＳ１７を繰り返す。ｋの値が２＾ｎを超えると（Ｓ１７でＹＥＳ）、着目しているｎ＋２段目に含まれるすべてのＰＤのモニタ値を調べたことになり、図７Ｂの処理に進む。

【0053】

図７Ｂの処理は、図７ＡのノードＡから続く処理である。図７Ｂでは（ｎ＋１）段目のＰＤのモニタ値を調べる。ｋに値「１」を設定し、ｍに「ｎ＋１」を設定して（Ｓ２１）、（ｎ＋１）段目の１つ目のＰＤに着目する。メモリ２３から現在の温度ｔでのｍ段目、ｋ個目（初回ループではｎ＋１段目の１個目）のＰＤの規定範囲を読み取り（Ｓ２２）、着目しているｍ段目、ｋ個目のＰＤのモニタ値が規定範囲内にあるか否かを判断する（S２３）。

【0054】

ＰＤのモニタ値が規定範囲内にない場合は（Ｓ２３でＮＯ）、ｍ段目、すなわちｎ＋１段目、ｋ個目のＰＤに対応する光源（ＬＤ）１１のＡＰＣターゲット値を、対応するマルチプレクサＭＵＸの合波比率に基づいて変更する（Ｓ２４）。メモリ２３内の判定情報２５または判定テーブル２６に含まれるＭＵＸ比率は、各マルチプレクサＭＵＸの波長特性または温度特性に基づいて設定されている。たとえば、着目しているＰＤのレーンと、同じマルチプレクサＭＵＸの入力に接続される隣接レーンの透過比率が１：２のときは、ＭＵＸの合波比率は２：１に設定されている。この合波比率が維持されるように、着目する光源１１のＡＰＣターゲット値を変更する。着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内になるまでＳ２３とＳ２４を繰り返す。

【0055】

着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内のときは（Ｓ２３でＹＥＳ）、ＡＰＣターゲット値の変更の有無を判断する（Ｓ２５）。ＡＰＣターゲット値が変更されている場合は（Ｓ２５でＹＥＳ）、ｍ＋１段目、すなわち（ｎ＋２）段目のｋ個目のＰＤの規定範囲を更新する（Ｓ２６）。（ｎ＋１）段目のｋ個目のＰＤのモニタ値に基づいて対応する光源１１の光量が調整された場合、対応する光変調器１３への入力光パワーが変化して、（ｎ＋２）段目のＰＤの規定範囲が変わるからである。その後、ｋの値を１だけインクリメントする（Ｓ２７）。

【0056】

ＡＰＣターゲット値に変更がない場合は（Ｓ２５でＮＯ）、直接ステップＳ２７に進んで、ｋの値をインクリメントする。次に、インクリメントされたｋの値が２＾ｎを超えるかどうかを判断する（Ｓ２８）。ｋの値が２＾ｎ以下であれば（Ｓ２８でＮＯ）、ステップＳ２２に戻って、Ｓ２２からＳ２８を繰り返す。インクリメント後のｋの値が２＾ｎを超えると（Ｓ２８でＹＥＳ）、着目しているｎ＋１段目に含まれるすべてのＰＤのモニタ値を調べたことになり、図７Ｃの処理に進む。

【0057】

図７Ｃの処理は、図７ＢのノードＢから続く処理である。図７Ｃでは、ｎ段目から１段目まで順にＰＤのモニタ値を調べる。ｋに値「１」を設定し、ｍに「ｎ」を設定して（Ｓ３１）、ｍ段目、ｋ個目のＰＤに着目する。ｍの値はｎから１までの整数である。現在の温度ｔでのｍ段目、ｋ個目（初回ループではｎ段目の１個目）のＰＤの規定範囲をメモリ２３から読み取り（Ｓ３２）、着目しているｍ段目、ｋ個目のＰＤのモニタ値が規定範囲内にあるか否かを判断する（S３３）。

【0058】

ＰＤのモニタ値が規定範囲内にない場合は（Ｓ３３でＮＯ）、ｍ段目、ｋ個目のマルチプレクサＭＵＸ（ｍ，ｋ）への入射光を出力した光源（ＬＤ）１１のＡＰＣターゲット値を、対応するマルチプレクサＭＵＸの合波比率に基づいて変更する（Ｓ３４）。着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内になるまでＳ３３とＳ３４を繰り返す。

【0059】

着目しているＰＤのモニタ値が規定範囲内のときは（Ｓ３３でＹＥＳ）、ＡＰＣターゲット値の変更の有無を判断する（Ｓ３５）。ＡＰＣターゲット値が変更されている場合は（Ｓ３５でＹＥＳ）は、光量が調整された光源１１の出射光が通るレーンの（ｎ＋２）段目から（ｍ＋１）段目までのすべてのＰＤの規定範囲を更新する（Ｓ３６）。ｍ段目のＰＤのモニタ値に基づいて対応する光源１１の光量が調整された場合、対応する光変調器１３への入射光のパワーが変わり、ひとつ前の段のＰＤまでの適切な規定範囲が変わるからである。その後、ｋの値を１だけインクリメントする（Ｓ３７）。

【0060】

ＡＰＣターゲット値が維持されている場合は（Ｓ３５でＮＯ）、直接ステップＳ３７に進んで、ｋの値をインクリメントする。次に、インクリメントしたｋの値が、２＾(m-1)を超えるか否かを判断する（Ｓ３８）。ｋの値が２＾(m-1)以下であれば（Ｓ３８でＮＯ）、ステップＳ３２に戻って、Ｓ３３からＳ３８を繰り返す。ｋの値が２＾(m-1)を超えると（Ｓ３８でＹＥＳ）、着目しているｍ段目のすべてのＰＤのモニタ値を調べたことになる。この場合、ｍの値を１だけデクリメントし（Ｓ３９）、デクリメントされたｍの値がゼロになったか否かを判断する（Ｓ４０）。ｍの値がゼロでない場合（Ｓ４０でＮＯ）、判断すべき段数がまだ残っていることを意味するので、ｋの値を１に設定し（Ｓ４２）、ステップＳ３２からＳ４０を繰り返す。デクリメント後のｍの値がゼロの場合（Ｓ４０でＹＥＳ）、判断すべきツリーの段が他にないことを意味する。この場合、図７Ａの（ｎ＋２）段目に戻って処理を繰り返すために、ｋの値がゼロ以下か否かを判断する（Ｓ４１）。プロセッサ２１が正常に動作する場合、ｋの値は必ず１以上の整数なので（Ｓ４１でＮＯ）、処理はノードＣから図７Ａに戻って、Ｓ１１からの処理を繰り返す。ｋの値がゼロ以下になったときは（Ｓ４１でＹＥＳ）、処理を終了する。

【0061】

このパワー制御方法により、パワーが劣化した箇所を特定し、必要最低限のパワー補償を行うので、消費電力の増大を抑制して、チャネル間のパワーばらつきを抑制することができる。また、ツリー構造のマルチプレクサＭＵＸによる挿入損失はＡＷＧよりも小さいので、この点でも消費電力の増大を抑制することができる。実施形態の光集積回路１０（または１０Ａから１０Ｃ）を用いることで、上述したレーンごとのパワー制御が可能になる。

【0062】

本開示は特定の構成例に基づいて記載されているが、本開示は上述した構成例に限定されない。図５では、基板１０１に光源１１を集積しているが、外付けの光源アレイに対して、図７Ａ～図７Ｃのパワー制御を行ってもよい。メモリ２３に保存される判定情報は、図６の例に限定されず、温度ごとに各ＰＤの規定範囲がリストされていてもよいし、関数として記述されていてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 光集積回路
１１、１１－１、１１－２、…、１１－２＾ｎ 光源
１３、１３－１、１３－２、…、１３－２＾ｎ 光変調器
１５ 光合波器
２０ コントローラ
２１ プロセッサ
２３ メモリ
２４ 温度測定部
２５ 判定情報
２６ 判定テーブル
２８ 電流供給回路
１００ 光送信モジュール
１０１ 基板
ＭＵＸ マルチプレクサ
ＰＤ 光検出器
ＰＤ（ｎ＋２，１）、ＰＤ（ｎ＋２，２）、…ＰＤ（ｎ＋２，２＾ｎ） 第２光検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】