特許 7581986 光送信機および可変光フィルタの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】光送信機および可変光フィルタの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/40 20130101AFI20241106BHJP

   H04B 10/079 20130101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H04B10/40

H04B10/079 190

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021039962

(22)【出願日】2021-03-12

(65)【公開番号】P2022139531

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2023-11-30

(73)【特許権者】

【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】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】富岡 威泰

(72)【発明者】

【氏名】安田 秀一

【審査官】赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１２９２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１３３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１４２９５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０５４６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００１８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３６５１６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／４０

Ｈ０４Ｂ １０／０７９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光変調器と、
前記光変調器の出力側に設けられ、制御電圧に対応する周波数の光を透過する可変光フィルタと、
前記可変光フィルタにおいて発生する光損失を検出する検出部と、
前記検出部により検出される光損失が所定の閾値より小さくなる、前記制御電圧の範囲の幅を算出する幅算出部と、
前記可変光フィルタの近傍の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサにより検知される温度に基づいて前記制御電圧を調整する調整部と、
前記光損失が前記閾値以上になったときに、前記制御電圧を、ゼロより大きく且つ前記幅の２分の１以下の範囲内で決められる所定量だけシフトさせる補正部と、
を備える光送信機。

【請求項2】

前記補正部は、前記制御電圧を前記幅の２分の１だけシフトさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。

【請求項3】

前記補正部は、前記可変光フィルタの近傍の温度が上昇しているか下降しているかに対応する方向に、前記制御電圧を前記所定量だけシフトさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。

【請求項4】

前記調整部が前記制御電圧を調整したことに起因して前記光損失が前記閾値以上になったときには、前記補正部は、前記調整部が前記制御電圧をシフトさせた方向と逆方向に前記制御電圧を前記所定量だけシフトさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。

【請求項5】

前記検出部は、前記可変光フィルタの入力光の強度を検知する第１の受光器および前記可変光フィルタの出力光の強度を検知する第２の受光器を備える
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の光送信機。

【請求項6】

制御電圧に対応する周波数の光を透過する可変光フィルタを制御する制御方法であって、
前記可変光フィルタにおいて発生する光損失を検出し、
前記光損失が所定の閾値より小さくなる制御電圧の範囲の幅を算出し、
前記光損失が前記閾値以上になったときに、前記制御電圧を、ゼロより大きく且つ前記幅の２分の１以下の範囲内で決められる所定量だけシフトさせる
ことを特徴とする可変光フィルタの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光送信機および光送信機に実装される可変光フィルタを制御する方法に係わる。

【背景技術】

【0002】

高出力かつ高い光信号対雑音比を実現する光送信機は、たとえば、レーザ光源、光変調器、光増幅器、および可変光フィルタを備える。この場合、光変調器は、レーザ光源の出力光をデータ信号で変調して光信号を生成する。光増幅器は、光変調器により生成される光信号を増幅する。可変光フィルタは、光増幅器の出力側に設けられ、指定された周波数の光を透過させるように制御される。

【0003】

可変光フィルタの透過周波数は、例えば、ディザ信号を利用するフィードバック系で制御される。この場合、可変光フィルタの透過周波数を制御する制御電圧にディザ信号が重畳される。ディザ信号は、データレートと比較して十分に周波数の低い低周波信号により実現される。ここで、制御電圧にディザ信号が重畳されると、可変光フィルタの出力光がディザ信号の周波数成分を含むことになる。したがって、可変光フィルタの出力光に含まれるディザ信号の周波数成分をモニタすることで、可変光フィルタの状態を制御できる。一例としては、可変光フィルタの出力光に含まれるディザ信号の周波数成分を最小化することで、可変光フィルタの透過周波数が目標値に近づく。

【0004】

なお、波長可変フィルタの透過スペクトルの中心波長を受信光の波長にトラッキングする方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、ディザ信号を用いて波長可変光バンドパスフィルタを制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。さらに、光チューナブルフィルタの入力側および出力側に設けられる光パワー検出器を用いてその光チューナブルフィルタの中心波長を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平６－１０２５５５号公報

【文献】特開２０１７－１４７６２２号公報

【文献】米国特許公開２０１０／０１４２９５６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の光送信機の出力を安定させるためには、常時、ディザ信号を利用するフィードバック制御を行うことが好ましい。ところが、可変光フィルタに印加する制御電圧にディザ信号が重畳されると、光送信機の出力が変動し、伝送特性が劣化してしまう。例えば、出力光信号の光スペクトラムの変動（または、チルト）が発生し、伝送特性が悪くなる。なお、近年では、送信データの大容量化に伴い、ボーレートが高くなり、また、シンボル毎に送信されるビット数も多くなっている。このため、ディザ信号に起因する出力の変動を抑制することは、さらに重要になってきている。

【0007】

本発明の１つの側面に係わる目的は、可変光フィルタを備える光送信機から出力される光信号の特性を改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の１つの態様に係わる光送信機は、光変調器と、前記光変調器の出力側に設けられ、制御電圧に対応する周波数の光を透過する可変光フィルタと、前記可変光フィルタにおいて発生する光損失を検出する検出部と、前記検出部により検出される光損失が所定の閾値より小さくなる、前記制御電圧の範囲の幅を算出する幅算出部と、前記可変光フィルタの近傍の温度を検知する温度センサと、前記温度センサにより検知される温度に基づいて前記制御電圧を調整する調整部と、前記光損失が前記閾値以上になったときに、前記制御電圧を、ゼロより大きく且つ前記幅の２分の１以下の範囲内で決められる所定量だけシフトさせる補正部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

上述の態様によれば、可変光フィルタを備える光送信機から出力される光信号の特性が改善する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係わる光送信機の一例を示す図である。

【図2】可変光フィルタの特性の一例を示す図である。

【図3】可変光フィルタを制御するための制御情報の一例を示す図である。

【図4】許容電圧幅を算出する方法の一例を示す図である。

【図5】温度に基づく制御電圧のフィードフォワード制御の一例を示す図である。

【図6】フィードフォワード制御における誤差の蓄積により光損失が増加するケースの一例を示す図である。

【図7】図６に示すケースにおいて発生する制御電圧の誤差を訂正する方法の一例を示す図である。

【図8】フィードフォワード制御における誤差の蓄積により光損失が増加するケースの他の例を示す図である。

【図9】図８に示すケースにおいて発生する制御電圧の誤差を訂正する方法の他の例を示す図である。

【図10】事前準備の一例を示すフローチャート（その１）である。

【図11】事前準備の一例を示すフローチャート（その２）である。

【図12】可変光フィルタの制御電圧を決定するフィードフォワード制御の一例を示すフローチャート（その１）である。

【図13】可変光フィルタの制御電圧を決定するフィードフォワード制御の一例を示すフローチャート（その２）である。

【図14】フィードフォワードで制御電圧を調整する構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係わる光送信機の一例を示す。本発明の実施形態に係わる光送信機１は、例えば、光トランシーバ内に実装される。この場合、光トランシーバは、光伝送装置の中に実装される。

【0012】

光送信機１は、ドライバ１１、レーザ光源（TLA：Tunable Laser Assembly）１２、光変調器１３、光増幅器（EDF：Erbium-Doped Fiber）１４、励起光源（Pump）１５、可変光フィルタ（TOF：Tunable Optical Filter）１６、受光器ＰＤ１、受光器ＰＤ２、温度センサ１７、およびプロセッサ２０を備える。なお、光送信機１は、図１に示していない他の素子または回路を備えてもよい。

【0013】

ドライバ１１は、指定される変調方式に従って送信データから駆動信号を生成する。レーザ光源１２は、プロセッサ２０により指定された周波数の連続光を生成する。光変調器１３は、レーザ光源１２により生成される連続光を駆動信号で駆動することにより光信号を生成する。光増幅器１４は、光変調器１３から出力される光信号を増幅する。励起光源１５は、光増幅器１４に励起光を供給する。

【0014】

可変光フィルタ１６は、プロセッサ２０により指定された周波数の光を透過させる。受光器ＰＤ１は、光増幅器１４の出力光を電気信号に変換する。即ち、受光器ＰＤ１は、可変光フィルタ１６の入力光を電気信号に変換する。受光器ＰＤ２は、可変光フィルタ１６の出力光を電気信号に変換する。なお、受光器ＰＤ１および受光器ＰＤ２は、それぞれ、例えば、フォトダイオードにより実現される。温度センサ１７は、可変光フィルタ１６の近傍の温度を検知する。

【0015】

プロセッサ２０は、制御プログラムを実行することにより、光送信機１の動作を制御する。この実施例では、プロセッサ２０は、制御プログラムを実行することにより、ドライバ制御部２１、ＴＬＡ制御部２２、ＡＢＣ制御部２３、入力モニタ２４、Ｐｕｍｐ制御部２５、出力モニタ２６、温度モニタ２７、ＴＯＦ制御部２８の機能を提供する。なお、制御プログラムは、プロセッサ２０の内部に保存されてもよいし、プロセッサ２０の外部に保存されてもよい。また、プロセッサ２０は、メモリ２９を備える。メモリ２９は、プロセッサ２０に内蔵されていてもよいし、プロセッサ２０に接続されていてもよい。

【0016】

ドライバ制御部２１は、ドライバ１１を制御する。例えば、ドライバ１１は、ドライバ制御部２１から与えられる指示に基づいて駆動信号の波形を調整する。ＴＬＡ制御部２２は、レーザ光源１２を制御する。例えば、レーザ光源１２は、ＴＬＡ制御部２２により指定される周波数の連続光を生成する。ＡＢＣ制御部２３は、光変調器１３のバイアスを制御する。

【0017】

入力モニタ２４は、受光器ＰＤ１の出力信号を利用して光増幅器１４の出力光の強度をモニタする。すなわち、入力モニタ２４は、可変光フィルタ１６の入力光の強度をモニタできる。Ｐｕｍｐ制御部２５は、励起光源１５から出力される励起光の強度を調整することで光増幅器１４の出力光の強度を制御する。一例としては、Ｐｕｍｐ制御部２５は、光増幅器１４の出力光の強度が一定のレベルに保持されるように励起光源１５を制御する。このとき、Ｐｕｍｐ制御部２５は、入力モニタ２４によるモニタ結果を参照してもよい。

【0018】

出力モニタ２６は、受光器ＰＤ２の出力信号を利用して可変光フィルタ１６の出力光の強度をモニタする。温度モニタ２７は、温度センサ１７の出力信号を利用して可変光フィルタ１６の近傍の温度をモニタする。

【0019】

ＴＯＦ制御部２８は、可変光フィルタ１６の透過周波数を制御する。このとき、ＴＯＦ制御部２８は、入力モニタ２４、出力モニタ２６、温度モニタ２７のモニタ結果に基づいて可変光フィルタ１６の透過周波数を制御する。例えば、ＴＯＦ制御部２８は、温度モニタ２７のモニタ結果を参照することにより、可変光フィルタ１６の近傍の温度に基づいて可変光フィルタ１６の透過周波数を制御できる。また、ＴＯＦ制御部２８は、入力モニタ２４および出力モニタ２６のモニタ結果を参照することにより、可変光フィルタ１６において発生する光損失に基づいて可変光フィルタ１６の透過周波数を制御できる。

【0020】

なお、受光器ＰＤ１、入力モニタ２４、受光器ＰＤ２、出力モニタ２６は、可変光フィルタ１６において発生する光損失を検出する検出部の一例である。また、光増幅器１４の出力光の強度が一定のレベルに保持されるケースでは、光損失を検出する検出部は、受光器ＰＤ２および出力モニタ２６を用いて実現され得る。

【0021】

ＴＯＦ制御部２８は、幅算出部２８ａ、調整部２８ｂ、および補正部２８ｃを備える。調整部２８ｂは、上述したように、可変光フィルタ１６の近傍の温度に基づいて可変光フィルタ１６の透過周波数を調整する。幅算出部２８ａおよび補正部２８ｃについては後で説明する。

【0022】

ＴＯＦ制御部２８は、可変光フィルタ１６の透過周波数を制御するための制御電圧を算出する。なお、ＴＯＦ制御部２８と可変光フィルタ１６との間には、不図示のデジタル／アナログ変換器および電圧生成回路が設けられる。この場合、ＴＯＦ制御部２８は、算出した制御電圧を表すデジタル信号を出力する。デジタル／アナログ変換器は、このデジタル信号をアナログ信号に変換する。電圧生成回路は、アナログ信号が表す制御電圧を生成する。そして、この制御電圧が可変光フィルタ１６に印加される。ここで、可変光フィルタ１６の透過周波数は、印加される制御電圧に応じて変化するものとする。したがって、ＴＯＦ制御部２８は、制御電圧を調整することで可変光フィルタ１６の透過周波数を制御できる。

【0023】

図２は、可変光フィルタ１６の特性の一例を示す。可変光フィルタ１６は、図２（ａ）に示すように、透過帯の中心周波数が光信号のスペクトラムの中心周波数と一致するように制御される。ここで、可変光フィルタ１６の透過帯の中心周波数は、制御電圧に応じて変化する。よって、ＴＯＦ制御部２８は、透過帯の中心周波数が光信号のスペクトラムの中心周波数と一致するように制御電圧を調整する。

【0024】

図２（ｂ）は、制御電圧と可変光フィルタ１６の出力光の強度との関係を示す。なお、可変光フィルタ１６の入力光の周波数および強度は、一定であるものとする。また、可変光フィルタ１６の出力光の強度は、図１に示す受光器ＰＤ２により検出される。

【0025】

制御電圧が目標電圧に調整されているときは、可変光フィルタ１６における光損失は最小である。即ち、可変光フィルタ１６の出力光の強度は最大である。また、制御電圧が目標電圧からシフトすると、可変光フィルタ１６における光損失は増加する。図２（ｂ）に示す例では、制御電圧が目標電圧からΔＶだけシフトすると、可変光フィルタ１６における光損失はΔＬだけ増加する。したがって、制御電圧が目標電圧からシフトすると、可変光フィルタ１６の出力光の強度は低下する。

【0026】

図３は、可変光フィルタ１６を制御するための制御情報の一例を示す。図３（ａ）は、制御電圧／周波数変換テーブルの一例を示す。制御電圧／周波数変換テーブルには、制御電圧と可変光フィルタ１６の透過帯の中心周波数との関係を表す情報が格納されている。したがって、可変光フィルタ１６の透過帯の中心周波数が指定されると、ＴＯＦ制御部２８は、制御電圧／周波数変換テーブルを参照することにより、可変光フィルタ１６に印加すべき制御電圧を決定できる。例えば、光送信機１が、中心周波数が１９３．２０ＴＨｚの光信号を送信するときは、可変光フィルタ１６の透過帯の中心周波数を１９３．２０ＴＨｚに設定することが要求される。この場合、制御電圧／周波数変換テーブルを参照することにより、制御電圧＝１０．４５Ｖが得られる。

【0027】

図３（ｂ）は、温度変化／補正値変換テーブルの一例を示す。温度変化／補正値変換テーブルには、可変光フィルタ１６の近傍の温度と制御電圧の補正値との関係を表す情報が格納されている。なお、可変光フィルタ１６の透過特性は、温度に依存する。この場合、初期設定において可変光フィルタ１６における光損失を最小化しても、その後に可変光フィルタ１６の近傍の温度が変化すると、可変光フィルタ１６における光損失が大きくなることがある。よって、光送信機１は、温度変化に起因する可変光フィルタ１６の透過特性の劣化を補償する機能を備える。なお、図３（ｂ）に示す「温度変化」は、初期設定においては、基準温度（例えば、２５℃）からの差分を表す。また、後述する調整シーケンスが定期的に実行されるときは、「温度変化」は、前回の調整シーケンスが実行されたときの温度からの変化を表してもよい。

【0028】

ＴＯＦ制御部２８は、温度センサ１７を利用して可変光フィルタ１６の近傍の温度をモニタする。そして、この温度が変化したときは、ＴＯＦ制御部２８は、温度変化／補正値変換テーブルを参照することにより、対応する補正値を取得する。例えば、可変光フィルタ１６の近傍の温度が２度上昇したときは、ＴＯＦ制御部２８は、温度変化／補正値変換テーブルを参照することにより、補正値＝－０．１６Ｖを得る。この場合、ＴＯＦ制御部２８は、制御電圧を０．１６Ｖだけ低下させる。この結果、温度変化に起因する可変光フィルタ１６の透過特性の劣化が補償され、光損失が小さい状態が保持される。

【0029】

なお、制御電圧／周波数変換テーブルおよび温度変化／補正値変換テーブルに格納する情報は、例えば、可変光フィルタ１６のベンダにより提供される。或いは、測定により制御電圧／周波数変換テーブルおよび温度変化／補正値変換テーブルに格納する情報を取得してもよい。

【0030】

次に、光送信機１において可変光フィルタ１６を制御する手順について説明する。尚、図３（ａ）に示す制御電圧／周波数変換テーブルおよび図３（ｂ）に示す温度変化／補正値変換テーブルは、プロセッサ２０がアクセス可能なメモリ（例えば、メモリ２９）に保存されているものとする。

【0031】

＜事前準備＞
ＴＯＦ制御部２８は、可変光フィルタ１６の制御を開始する前に、許容電圧幅を算出する。ここで、許容電圧幅の算出においては、許容損失を表す閾値が使用される。

【0032】

図４は、許容電圧幅を算出する方法の一例を示す。なお、この実施例では、光増幅器１４の出力光の強度が一定のレベルに保持されているものとする。すなわち、可変光フィルタ１６の入力光の強度は一定である。よって、受光器ＰＤ１および入力モニタ２４により検知される入力強度は一定である。なお、以下の記載では、可変光フィルタ１６の入力光の強度を「ＰＤ１」と呼ぶことがある。また、可変光フィルタ１６の出力光の強度を「ＰＤ２」と呼ぶことがある。

【0033】

ＴＯＦ制御部２８は、目的周波数に対応する制御電圧を特定する。目的周波数は、例えば、レーザ光源１２から出力される連続光の周波数に相当する。そして、ＴＯＦ制御部２８は、可変光フィルタ１６の近傍の温度に基づいて制御電圧を補正する。なお、以下の記載では、温度センサ１７により検知される可変光フィルタ１６の近傍の温度を「モニタ温度」と呼ぶことがある。

【0034】

一例として、目的周波数が１９３．２５ＴＨｚであり、モニタ温度が２７．５℃であるものとする。この場合、まず、図３（ａ）に示す制御電圧／周波数変換テーブルを参照することにより、制御電圧として「１０．６５Ｖ」が得られる。また、モニタ温度は、基準温度（ここでは、２５℃）よりも２．５度高い。よって、温度変化／補正値変換テーブルを参照することにより、下式の通り補正値が算出される。
補正値＝（－０．１６）＋{（－０．２４）－（－０．１６）}×０．５＝－０．２０

【0035】

そして、この補正値を制御電圧／周波数変換テーブルから得られた制御電圧に加算することにより、可変光フィルタ１６に印加すべき制御電圧ＶＣが得られる。すなわち、制御電圧ＶＣとして「１０．４５Ｖ」が得られる。

【0036】

ＴＯＦ制御部２８は、上述のようにして算出した制御電圧ＶＣを可変光フィルタ１６に印加する。なお、制御電圧ＶＣが印加されると、図４に示すように、可変光フィルタ１６の光損失がほぼ最小になる。

【0037】

続いて、ＴＯＦ制御部２８の幅算出部２８ａは、可変光フィルタ１６の光損失をモニタしながら制御電圧をスイープする。例えば、幅算出部２８ａは、制御電圧を０．１Ｖずつシフトさせながら、それぞれに制御電圧に対して光損失を算出する。ここで、可変光フィルタ１６の光損失は、可変光フィルタ１６の入力光の強度ＰＤ１および可変光フィルタ１６の出力光の強度ＰＤ２を用いて下式により算出される。
光損失＝１０×log１０（ＰＤ１／ＰＤ２）

【0038】

そして、幅算出部２８ａは、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨと一致する制御電圧を検出する。具体的には、幅算出部２８ａは、制御電圧をＶＣから低下させてゆき、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨと一致するときの制御電圧（最小制御電圧ＶＬ）を検出する。また、幅算出部２８ａは、制御電圧をＶＣから増加させてゆき、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨと一致するときの制御電圧（最大制御電圧ＶＨ）を検出する。そして、最小制御電圧ＶＬと最大制御電圧ＶＨとの差分を計算することにより許容電圧幅Ｗが得られる。なお、算出された許容電圧幅Ｗは、メモリ２９に保存される。

【0039】

閾値ＴＨは、光送信機１において許容される可変光フィルタ１６の光損失の最大値（すなわち、許容損失）を表す。よって、許容電圧幅Ｗは、可変光フィルタ１６の光損失が許容損失より小さくなる制御電圧の変動範囲を表す。

【0040】

＜フィードフォワード制御＞
図５は、温度に基づく制御電圧のフィードフォワード制御の一例を示す。この例では、可変光フィルタ１６の入力光の強度（即ち、ＰＤ１）は、一定であるものとする。また、ＴＯＦ制御部２８の調整部２８ｂは、定期的に、制御電圧を調整する調整シーケンスを実行するものとする。さらに、前回の調整シーケンスが実行されたときのモニタ温度がＴ１であったものとする。そして、前回の調整シーケンスにおいて、調整部２８ｂは、制御電圧をＶ１に調整している。この結果、可変光フィルタ１６の出力光の強度はＰ１である。また、可変光フィルタ１６の光損失はＬ１である。

【0041】

この後、可変光フィルタ１６の近傍の温度が低下し、次の調整シーケンスの実行時のモニタ温度がＴ２であるものとする。ここで、可変光フィルタの透過特性は、温度に依存して変化する。このため、仮に、制御電圧がＶ１のまま保持されると、可変光フィルタ１６の出力光の強度はＰ１からＰ２に低下し、可変光フィルタ１６の光損失はＬ１からＬ２に増加する。そこで、調整部２８ｂは、温度変化に起因する光損失の増加を補償するように制御電圧を調整する。具体的には、下式に基づいて新たな制御電圧が算出される。
新制御電圧＝旧制御電圧＋補正値
補正値＝（現在のモニタ温度－前回のモニタ温度）×単位温度当たりの補正値の変化量

【0042】

図３（ｂ）に示す実施例では、単位温度当たりの補正値の変化量は０．０８Ｖである。よって、例えば、前回の調整シーケンスの実行時のモニタ温度が２６℃であり、現在のモニタ温度が２４．５℃であるケースでは、「１．５度」に「０．０８Ｖ／度」を乗算することで、補正値＝＋０．１２Ｖが得られる。この場合、新たな制御電圧Ｖ２は、旧制御電圧Ｖ１に「＋０．１２」を加算することで得られる。

【0043】

このように、調整部２８ｂは、制御電圧をＶ１からＶ２に更新する。そして、更新された制御電圧が可変光フィルタ１６に印加される。よって、可変光フィルタ１６の出力光の強度はＰ２からＰ３になり、可変光フィルタ１６における光損失はＬ２からＬ３に減少する。なお、調整部２８ｂは、上述の調整シーケンスを定期的に実行する。したがって、小さい光損失が維持される。

【0044】

＜誤差訂正＞
上述のように、調整部２８ｂは、温度に基づくフィードフォワード制御を定期的に実行して制御電圧を調整する。ただし、このフィードフォワード制御では、図３（ｂ）に示す温度変化／補正値変換テーブルを使用する近似演算が行われる。このため、各調整シーケンスにおいて誤差が発生し得る。

【0045】

図６は、フィードフォワード制御における誤差の蓄積により光損失が増加するケースの一例を示す。この例では、各調整シーケンスの実行時の温度がＴ１、Ｔ２、・・・、Ｔｎと変化するものとする。例えば、光送信機１の初期設定時にモニタ温度がＴ１であるものとする。また、受光器ＰＤ２の出力光の強度で表される可変光フィルタ１６の透過特性はＰＤ２（Ｔ１）である。そして、可変光フィルタ１６の光損失特性は、Ｌ（Ｔ１）で表される。この場合、制御電圧Ｖ１が印加されると、可変光フィルタ１６における光損失はＬ１である。

【0046】

次の調整シーケンスの実行時の温度はＴ２である。この場合、可変光フィルタ１６の透過特性はＰＤ２（Ｔ１）からＰＤ２（Ｔ２）に変化し、可変光フィルタ１６の光損失特性はＬ（Ｔ１）からＬ（Ｔ２）に変化する。このとき、可変光フィルタ１６の光損失を最小化するためには、制御電圧はＶｘに調整されるべきである。すなわち、モニタ温度がＴ１からＴ２に変化したときの補正値は、Ｖｘ－Ｖ１であることが好ましい。ところが、フィードフォワード制御においては、誤差が発生することがある。この実施例では、モニタ温度および温度変化／補正値変換テーブルに基づいて算出される補正値が、理想的な補正値より大きくなっている。この結果、新たな制御電圧の算出結果はＶ２である。

【0047】

この後、調整部２８ｂは、上述の調整シーケンスを定期的に実行する。このとき、各調整シーケンスにおいて、同様の誤差が発生するものとする。すなわち、各調整シーケンスにおいて、算出される補正値が理想的な補正値より大きいものとする。この場合、誤差が蓄積し、やがて、制御電圧の調整後における可変光フィルタ１６の光損失が許容損失（即ち、閾値ＴＨ）より大きくなってしまう。

【0048】

図６に示す実施例では、ｎ回目の調整シーケンスの実行時にモニタ温度がＴｎである。このとき、透過特性はＰＤ２（Ｔｎ）であり、光損失特性はＬ（Ｔｎ）である。そして、調整シーケンスを実行することにより制御電圧がＶｎに調整されると、可変光フィルタ１６の光損失Ｌｎが閾値ＴＨより大きくなってしまう。なお、Ｖｙは、モニタ温度がＴｎであるときの理想的な制御電圧を表している。

【0049】

このように、各調整シーケンスにおける制御電圧の補正値が誤差を含むケースでは、その誤差が蓄積することにより、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨより大きくことがある。よって、光送信機１は、この問題を解決または緩和する機能を備える。

【0050】

図７は、図６に示すケースにおいて発生する制御電圧の誤差を訂正する方法の一例を示す。この例では、前回の調整シーケンスにおいて制御電圧がＶｍに調整されている。そして、今回の調整シーケンスにおいて制御電圧がＶｎに調整される。このとき、可変光フィルタ１６における光損失はＬｍからＬｎに変化する。すなわち、制御電圧を調整することで可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨを越えている。この場合、ＴＯＦ制御部２８の補正部２８ｃは、図４を参照して説明した許容電圧幅Ｗに基づいて制御電圧を補正する。なお、許容電圧幅Ｗは、予め幅算出部２８ａにより算出されてメモリ２９に保存されている。

【0051】

図７に示す実施例において、モニタ温度がＴｎであるときに制御電圧をＶｙに設定すると、可変光フィルタ１６の光損失が最小になるものとする。すなわち、Ｖｙは、モニタ温度がＴｎであるときの目標制御電圧である。また、制御電圧をＶｚに設定すると、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨまで増加するものとする。

【0052】

制御電圧を調整することで可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨを越えたときは、補正部２８ｃは、許容電圧幅Ｗの２分の１だけ制御電圧をシフトさせる。ここで、各調整シーケンスにおいて発生する誤差は小さく、その誤差が累積することで可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨを越えるものとする。この場合、調整シーケンスを実行することで光損失が閾値ＴＨを越えたときの制御電圧Ｖｎと、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨと一致する制御電圧（図７では、Ｖｚ）との差分は小さいと考えられる。他方、可変光フィルタ１６の光損失が閾値ＴＨと一致する制御電圧（図７では、Ｖｚ）と、可変光フィルタ１６の光損失が最小になる目標制御電圧（図７では、Ｙｙ）との差分は、ほぼ許容電圧幅Ｗの２分の１である。したがって、調整シーケンスによって光損失が閾値ＴＨを越えたときに許容電圧幅Ｗの２分の１だけ制御電圧をシフトさせると、補正後の制御電圧は、光損失が閾値ＴＨより小さくなる制御電圧範囲のほぼ中心に設定される。すなわち、補正後の制御電圧は、目標制御電圧Ｖｙに近くなる。この結果、可変光フィルタ１６の光損失が小さくなる。

【0053】

なお、制御電圧をシフトさせた後の制御電圧が図７に示す範囲Ｗ内に入っていれば、制御電圧をシフトさせない場合と比較して、光損失が小さくなる。よって、制御電圧をシフトさせる量は、許容電圧幅Ｗの２分の１に限定されるものではなく、ゼロより大きく且つ許容電圧幅Ｗの２分の１以下の範囲内で決められる所定量であればよい。ただし、この実施例では、補正部２８ｃによる制御電圧のシフト量を許容電圧幅Ｗの２分の１として例示することとする。

【0054】

図７に示す例では、調整シーケンスにおいて制御電圧がＶｎに設定されたときに、光損失が閾値ＴＨを越えている。そうすると、補正部２８ｃは、制御電圧ＶｎをＷ／２だけシフトさせる。この結果、制御電圧はＶｅに補正される。このとき、下記（１）式に従って補正後の制御電圧Ｖｅが得られる。
Ｖｅ＝Ｖｎ＋{Ｗ／２×ＦＦＰ×（－１）} ・・・・・（１）

【0055】

ＦＦＰは、調整シーケンスにおけるフィードフォワード制御の極性を表す。すなわち、ＦＦＰは、フィードフォワード制御で制御電圧を増加させたか減少させたかを表す。具体的には、フィードフォワード制御で制御電圧を増加させたときには、ＦＦＰは「＋１」であり、フィードフォワード制御で制御電圧を減少させたときには、ＦＦＰは「－１」である。図７に示す例では、調整部２８ｂが制御電圧をＶｍからＶｎに増加させているので、「ＦＦＰ＝＋１」が得られる。また、調整シーケンスで制御電圧を調整することに起因して光損失が閾値ＴＨを超えた場合、光損失を閾値ＴＨより小さくするためには、調整シーケンスでの制御電圧の変化の方向と逆方向に制御電圧をシフトさせる必要がある。したがって、上記（１）式においてＦＦＰに「－１」が乗算される。

【0056】

この結果、目標制御電圧Ｖｙに近い制御電圧Ｖｅが得られる。したがって、可変光フィルタ１６の光損失（図７では、Ｌｅ）はほぼ最小化される。この後、調整部２８ｂにより通常の調整シーケンスが繰り返される。

【0057】

図８は、フィードフォワード制御における誤差の蓄積により光損失が増加するケースの他の例を示す。図６に示すケースと同様に、このケースでも、各調整シーケンスの実行時の温度がＴ１、Ｔ２、・・・、Ｔｎと変化する。ただし、図８に示すケースでは、各調整シーケンスによる制御電圧のシフト幅が不十分である。

【0058】

例えば、モニタ温度がＴ１からＴ２に変化し、可変光フィルタ１６における光損失特性がＬ（Ｔ１）からＬ（Ｔ２）に変化した場合、光損失を最小化するためには、制御電圧はＶｘに調整されるべきである。すなわち、補正値は、Ｖｘ－Ｖ１であることが好ましい。ところが、この実施例では、調整部２８ｂにより算出された補正値が、理想的な補正値より小さい。この結果、新たな制御電圧の算出結果はＶ２である。

【0059】

この後、調整部２８ｂは、上述の調整シーケンスを定期的に実行する。このとき、各調整シーケンスにおいて同様の誤差が発生する。そうすると、誤差が蓄積により、可変光フィルタ１６の光損失が許容損失（即ち、閾値ＴＨ）より大きくなってしまう。

【0060】

図８に示す実施例では、ｎ回目の調整シーケンスの開始時において、制御電圧は、前回の調整シーケンスによりＶｍに設定されている。他方、モニタ温度が変化してＴｎとなったため、透過特性はＰＤ２（Ｔｎ）であり、光損失特性はＬ（Ｔｎ）である。この場合、制御電圧Ｖｍに対応する光損失Ｌｍが閾値ＴＨより大きくなってしまう。なお、Ｖｙは、モニタ温度がＴｎであるときの理想的な制御電圧を表している。

【0061】

図９は、図８に示すケースにおいて発生する制御電圧の誤差を訂正する方法の他の例を示す。この例では、前回の調整シーケンスにおいて制御電圧がＶｍに調整されている。そして、今回の調整シーケンスの開示時に、可変光フィルタ１６における光損失が測定される。このとき、光損失Ｌｍが閾値ＴＨを越えている。この場合、補正部２８ｃは、制御電圧をＷ／２だけシフトさせる。

【0062】

ただし、図８～図９に示すケースでは、今回の調整シーケンスを実行する前に既に光損失が閾値ＴＨを越えている。よって、この場合、補正部２８ｃは、下記（２）式に従って制御電圧Ｖｅを得る。
Ｖｃ＝Ｖｎ＋{Ｗ／２×ＦＦＰ} ・・・・・（２）

【0063】

なお、このケースでは、調整シーケンスによる制御電圧の調整が行われる前に光損失が閾値ＴＨを超えているので、ＦＦＰは、モニタ温度の変化に基づいて判定される。たとえば、図３（ｂ）に示す温度変化／補正値変換テーブルによれば、現在のモニタ温度が前回の調整シーケンスの実行時のモニタ温度より高ければ、補正値は負の値である。よって、現在のモニタ温度が前回の調整シーケンスの実行時のモニタ温度より高いときは、ＦＦＰは「－１」である。一方、現在のモニタ温度が前回の調整シーケンスの実行時のモニタ温度より低いときは、ＦＦＰは「＋１」である。

【0064】

この結果、目標制御電圧Ｖｙに近い制御電圧Ｖｅが得られる。したがって、可変光フィルタ１６の光損失はほぼ最小化される。この後、調整部２８ｂにより通常の調整シーケンスが繰り返される。

【0065】

なお、調整シーケンスを実行する周期が長くないときは、図７に示すＶｚとＶｎとの差分、及び、図９に示すＶｚとＶｍとの差分は十分に小さくなる。そうすると、光損失が閾値ＴＨを超えたときに制御電圧をＷ／２だけシフトさせれば、補正後の制御電圧は、光損失が閾値ＴＨより小さくなる制御電圧範囲のほぼ中心に設定される。すなわち、補正後の制御電圧は、目標制御電圧Ｖｙに近くなる。この結果、可変光フィルタ１６の光損失がほぼ最小化される。

【0066】

また、上述の実施例では、光損失が閾値ＴＨを超えたときに補正部２８ｃが制御電圧をＷ／２だけシフトさせるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、光損失が閾値ＴＨを超えたときの制御電圧と、光損失を最小化する制御電圧との差分は、Ｗ／２より少しだけ大きくなることがある。図７に示すケースでは、光損失が閾値ＴＨを超えたときの制御電圧Ｖｎと、光損失を最小化する制御電圧Ｖｙとの差分は、Ｗ／２より大きい。また、図９に示すケースでは、光損失が閾値ＴＨを超えたときの制御電圧Ｖｍと、光損失を最小化する制御電圧Ｖｙとの差分は、Ｗ／２より大きい。したがって、光損失が閾値ＴＨを超えたときに、補正部２８ｃは、制御電圧をＷ／２より少しだけ大きくシフトさせてもよい。さらに、光損失が閾値ＴＨを超えたときに、制御電圧をＷ／２より少しだけ小さくシフトさせても、光損失を十分に小さくできる。すなわち、光損失が閾値ＴＨを超えたときに制御電圧を約Ｗ／２だけシフトさせれば、光損失の抑制において十分な効果が得られる。

【0067】

閾値ＴＨは、予め決定される。ここで、閾値ＴＨを小さくすると光損失は小さくなる。ただし、制御電圧の補正が頻繁に行われるので、出力光の強度が振動することになる。すなわち、出力光がディザ成分を含むことになる。一方、閾値ＴＨを大きくすると、ディザ信号は抑制されるが、可変光フィルタ１６の光損失が大きくなりやすい。したがって、閾値ＴＨは、これらの要因を考慮して適切に決定することが好ましい。

【0068】

図１０～図１１は、事前準備の一例を示すフローチャートである。事前準備では、図４に示す許容電圧幅Ｗが決定される。なお、閾値ＴＨは予め設定されているものとする。

【0069】

Ｓ１において、ＴＯＦ制御部２８は、図３（ａ）に示す制御電圧／周波数変換テーブルを参照し、目的周波数に対応する制御電圧を決定する。目的周波数は、光送信機１が送信する光信号のキャリア周波数であり、予め指定される。

【0070】

Ｓ２において、ＴＯＦ制御部２８は、モニタ温度を取得する。モニタ温度は、可変光フィルタ１６の近傍の温度を表す。また、モニタ温度は、温度センサ１７により検知され、温度モニタ２７によりモニタされる。

【0071】

Ｓ３において、ＴＯＦ制御部２８は、モニタ温度に基づいて補正値を算出する。モニタ温度と補正値との対応関係は、予め作成されて図３（ｂ）に示す温度変化／補正値変換テーブルに保存されている。なお、初期設定時には、モニタ温度と基準温度（たとえば、２５℃）との差分に基づいて温度変化／補正値変換テーブルを検索してもよい。

【0072】

Ｓ４において、ＴＯＦ制御部２８は、可変光フィルタ１６に設定する制御電圧の初期値を算出する。制御電圧の初期値は、Ｓ１で決定した制御電圧にＳ３で算出した補正値を加算することで得られる。そして、Ｓ５において、ＴＯＦ制御部２８は、この制御電圧を可変光フィルタ１６に設定する。この後、Ｓ６～Ｓ９およびＳ１１～Ｓ１４において、幅算出部２８ａが許容電圧幅Ｗを算出する。

【0073】

Ｓ６～Ｓ７において、幅算出部２８ａは、制御電圧を－０．１Ｖずつシフトさせながら可変光フィルタ１６の光損失と閾値ＴＨとを比較する。光損失は、受光器ＰＤ１の出力信号および受光器ＰＤ２の出力信号から算出される。光増幅器１４の出力光の強度が一定であるときは、受光器ＰＤ２の出力信号から光損失を算出してもよい。そして、光損失が閾値ＴＨ以上になると、幅算出部２８ａの処理はＳ８に進む。

【0074】

Ｓ８において、幅算出部２８ａは、光損失が閾値ＴＨ以上になったときの制御電圧を最小制御電圧として保存する。この後、Ｓ９において、幅算出部２８ａは、制御電圧をＳ４で算出した値に戻す。

【0075】

Ｓ１１～Ｓ１２において、幅算出部２８ａは、制御電圧を＋０．１Ｖずつシフトさせながら可変光フィルタ１６の光損失と閾値ＴＨとを比較する。そして、光損失が閾値ＴＨ以上になると、幅算出部２８ａの処理はＳ１３に進む。Ｓ１３において、幅算出部２８ａは、光損失が閾値ＴＨ以上になったときの制御電圧を最大制御電圧として保存する。

【0076】

Ｓ１４において、幅算出部２８ａは、許容電圧幅Ｗを算出する。許容電圧幅Ｗは、Ｓ８で取得した最小制御電圧とＳ１３で取得した最大制御電圧との差分を表す。そして、許容電圧幅Ｗを表す情報がメモリ２９に保存される。この後、Ｓ１５において、幅算出部２８ａは、制御電圧をＳ４で算出した値に戻す。

【0077】

図１２～図１３は、可変光フィルタ１６の制御電圧を決定するフィードフォワード制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１０～図１１に示すフローチャートの後に実行される。すなわち、許容電圧幅Ｗは、既に決められている。また、このフローチャートの処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

【0078】

Ｓ２１において、調整部２８ｂは、モニタ温度を取得する。なお、前回の調整シーケンスにおいて取得したモニタ温度は、例えば、図１に示すメモリ２９に保存されているものとする。

【0079】

Ｓ２２において、調整部２８ｂは、可変光フィルタ１６において発生する光損失と閾値ＴＨとを比較する。そして、光損失が閾値ＴＨ以上であれば、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ２３に進む。

【0080】

Ｓ２３において、補正部２８ｃは、上述した（２）式に従って制御電圧を補正する。このとき、補正部２８ｃは、モニタ温度の変化に対応する方向に制御電圧をＷ／２だけシフトさせる。続いて、ＴＯＦ制御部２８は、Ｓ２４において、Ｓ２３で算出した制御電圧を可変光フィルタ１６に設定する。この後、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ４４に進む。

【0081】

Ｓ３１において、調整部２８ｂは、Ｓ２１で取得したモニタ温度と前回の調整シーケンスにおいて取得したモニタ温度とを比較する。そして、モニタ温度が変化しているときには、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ３２に進む。一方、モニタ温度が実質的に変化していないときは、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ４１に進む。なお、「モニタ温度が実質的に変化していない」は、モニタ温度の変化が十分に小さいケースを含むものとする。

【0082】

Ｓ３２において、調整部２８ｂは、温度変化／補正値変換テーブルを参照し、モニタ温度の変化に対応する補正値を算出する。Ｓ３３において、調整部２８ｂは、可変光フィルタ１６に設定する制御電圧を算出する。この制御電圧は、現在の制御電圧にＳ３２で算出した補正値を加算することで得られる。そして、Ｓ３４において、調整部２８ｂは、この制御電圧を可変光フィルタ１６に設定する。また、Ｓ３５において、調整部２８ｂは、Ｓ２１で取得したモニタ温度をメモリ２９に保存する。

【0083】

Ｓ４１において、調整部２８ａは、可変光フィルタ１６において発生する光損失と閾値ＴＨとを比較する。そして、光損失が閾値ＴＨ以上であれば、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ４２に進む。

【0084】

Ｓ４２において、補正部２８ｃは、上述した（１）式に従って制御電圧を補正する。このとき、補正部２８ｃは、Ｓ３２～Ｓ３４での制御電圧の変化の方向と逆方向に制御電圧をＷ／２だけシフトさせる。具体的には、Ｓ３２～Ｓ３４において制御電圧が増加したときは、補正部２８ｃは、制御電圧をＷ／２だけ小さくする。また、Ｓ３２～Ｓ３４において制御電圧が減少したときは、補正部２８ｃは、制御電圧をＷ／２だけ大きくする。続いて、ＴＯＦ制御部２８は、Ｓ４３において、Ｓ４２で算出した制御電圧を可変光フィルタ１６に設定する。この後、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ４４に進む。

【0085】

なお、モニタ温度が実質的に変化していないとき（Ｓ３１：Ｙｅｓ）も、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ４１に進む。ただし、Ｓ３１が実行されるときは、その前に、光損失が閾値ＴＨより小さいと判定されている（Ｓ２２：Ｙｅｓ）。すなわち、Ｓ３１が実行された後にＳ４１が実行される場合、Ｓ４１の判定は「Ｙｅｓ」になるはずである。よって、モニタ温度が実質的に変化していないときは、Ｓ４１～Ｓ４３を実行しなくてもよい。

【0086】

Ｓ４４は、所定の周期で調整シーケンスを繰り返し実行するために設けられている。すなわち、所定の周期に対応するカウントが終了すると、ＴＯＦ制御部２８の処理はＳ２１に戻る。

【0087】

図１４は、フィードフォワードで制御電圧を調整する構成の一例を示す。この例では、ＴＯＦ制御部３１は、可変光フィルタ１６を制御する制御電圧を生成する。ディザ信号生成部３２は、ディザ信号を生成する。ディザ信号は、低周波信号であり、制御電圧に重畳される。よって、可変光フィルタ１６の出力光は、ディザ信号の周波数成分を含む。ディザ信号検出部３３は、可変光フィルタ１６の出力光からディザ信号の周波数成分を検出する。そして、ＴＯＦ制御部３１は、検出されるディザ信号の周波数成分が小さくなるように制御電圧を調整する。このフィードバック系により、可変光フィルタ１６の光損失が最小化される。

【0088】

このように、フィードバック制御においては、光送信機の出力光がディザ信号を含む。このため、光信号の品質が劣化する。これに対して、本発明の実施形態では、ディザ信号を使用することなくフィードフォワードで可変光フィルタが制御される。よって、光送信機から送信される光信号の品質が改善する。また、本発明の実施形態では、可変光フィルタの光損失が閾値を超えると、制御電圧が強制的に補正される。したがって、フィードフォワードに起因する誤差が累積する場合であっても、光損失は抑制される。

【符号の説明】

【0089】

１ 光送信機
１３ 光変調器
１４ 光増幅器
１６ 可変光フィルタ（ＴＯＦ）
１７ 温度センサ
２０ プロセッサ
２４ 入力モニタ
２６ 出力モニタ
２７ 温度モニタ
２８ ＴＯＦ制御部
２８ａ 幅算出部
２８ｂ 調整部
２８ｃ 補正部
２９ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】