JPH01114090A

JPH01114090A - レーザ装置発振周波数間隔安定化装置

Info

Publication number: JPH01114090A
Application number: JP27225787A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shimozaka; 直樹下坂; Shuntaro Yamazaki; 俊太郎山崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-05-02
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPH0666506B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は複数のレーザ装置の各発振周波数の間隔を安定
化させるレーザ装置発振周波数間隔安定化装置に関する
ものである。

（従来の技術）従来は、複数のレーザ装置の周波数間隔を安定化させる
方法としては、（１）１つのレーザ装置の発振周波数を
ファプリーペロ共振器に対して安定化し、このレーザ装
置の発振周波数に対し、他のレーザ装置の発振周波数を
互いの周波数間隔が別のファプリーペロ共振器のフリー
スベクトルレンジにより与えられる周波数間隔基準と一
致するように安定化するという方法（鳥羽ら、昭和６１
年度電子通信学会通信部門全国大会予稿集・分冊２．２
゜２０４ページ）、あるいは（２）１つのレーザ装置の
周波数を安定化し他のいくつかのレーザ装置出射光と合
波し、さらにこの光と周波数を一定周期の鋸歯状に掃引
している参照用レーザ装置出射光を合波し、ビート信号
として得られるパルス列を構成する各パルスの出現時刻
が、上記安定化レーザ装置に対応するパルスの出現時刻
に対して一定時間差を保っているか、をモニタすること
により各レーザ装置の発振周波数間隔を安定化する方法
（シュトレーベルらによるアイ・オー・オー・シー。

イー・シー＃−・シー’８５　（１００Ｃ−ＥＣＯＣ’
８５）チクニーカルダイジェスト第３巻（１９８５年）
６１ページ）が知られている。

ま゛た、その他にも（３）へリウムーネオンレーザ出射
光を位相変調し、その結果変調周波数間隔で生じる側帯
波の各々に各レーザ装置の発振周波数をロックする方法
（ハンキンら、エレクトロニクス・レターズ第２２巻（
１９８６年）、３８８ページ）、あるいは（４）ファプ
リーペロ共振器の互いに相異なる共振周波数の各々に各
レーザ装置を独立に安定化する方法（グランスら、エレ
クトロニクス・レターズ、第２３巻（１９８７年）、７
５０ページ）が知られている。

（従来の技術の問題点）上記４つの方法のうち第２及び第３の方法においては、
上で示した引用文献中に明示してはいないものの、本発
明のように基準光を分配することにより全く同じ発振周
波数の組合せを持つレーザ装置の組をいくつも生成する
ことができる。しかし、第二の方法においては、周波数
間隔の基準を参照用レーザ装置の周波数変化に対する各
パルスの出現時刻間隔に求めているため、各レーザ装置
の周波数間隔が確定されうるとは言い難い。また、第３
の方法においては、設定できる間隔周波数の上限が変調
周波数の上限により規定されてしまうこと、及び安定化
可能なレーザ装置の個数が位相変調により発生できる十
分なパワーを伴った側帯波の数に制限されるという問題
点がある。

一方、第１及び第４の方法は、周波数間隔安定化の制御
に際し基準光を用いていないため、同じ発振周波数の組
合せを持つレーザ装置の組を複数生成することはできな
い。

（発明の目的）本発明の目的は上記の問題点を解決せしめて、同じ発振
周波数の組合せを持つレーザ装置の組を複数生成するこ
とを可能にし、設定する周波数間隔の基準を厳密に設定
し、制御可能なレーザ装置の発振周波数の個数、及び設
定可能な周波数間隔の制限を除去することにある。

（発明の構成）上記の目的を達成するため、本発明は外部からの入力信
号に応じて、発振周波数間隔を安定化する対象たる複数
のレーザ装置の発振周波数を含む範囲で発振周波数を掃
引する参照用レーザ装置と、該参照用レーザ装置からの
出射光を分岐する第１の光分岐器と、該第１の光分岐器
からの第１の出射光の周波数変化を透過光の振幅変化に
変換する光学共振器と、互いに異なる発振周波数を持つ
複数のレーザ装置を持つ複数のローカル局と、前記光学
共振器の透過光を前記複数のローカル局に分岐する第２
の光分岐器と、前記第１の光分岐器の第２の出射光を前
記複数のローカル局に分岐する第３の光分岐器とからな
るレーザ装置発振周波数間隔安定化装置であって、前記
ローカル局は、前記複数のレーザ装置の各々の出射光を
少なくと、も一部を合波する第１の光合波器と、該第１
の光合波器の出射光と前記第３の光分岐器の出射光を合
波する第２の光合波器と、該第２の光合波器の出射光を
電気信号に変換する第１の光検出器と、前記第２の光分
と、前記参照用レーザ装置の発振周波数掃引時の前記第
２の光合波器の出射光により検出する前記複数のレーザ
装置の発振周波数間隔の前記参照用レーザ装置の発振周
波数掃引時の前記光学共振器の共振ピークに対応する出
射光を用いて設定した周波数間隔基準に対する誤差を一
定値に安定化させるための制御信号を出力する制御装置
と、該制御装置からの制御信号に従って前記複数のレー
ザ装置の入力信号を変化させるレーザ装置駆動装置とか
らなることを特徴とするレーザ装置発振周波数間隔安定
化装置を提供する。

（作用）本発明においては、設定する周波数間隔の基準として光
学共振器のフリースベクトルレンジを採用することによ
り、周波数間隔を厳密に規定し、また、光学共振器のパ
ラメータ（例えば、ファプリーペロエタロンでは媒質の
厚さ）を変更することで周波数間隔を任意に設定可能に
している。また参照用レーザ装置の周波数掃引範囲を拡
大することにより、制御可能なレーザ装置の発振周波数
の個数を増大することができる。さらに、基準光源とし
て参照用レーザ装置を１つ設け、その出射光及びそれを
光学共振器に通した出射光をそれぞれ分岐し、前者を周
波数の絶対値の基準、後者を周波数間隔の基準として複
数のレーザ装置制御系に配ることにより、同じ発振周波
数の組合せを持つレーザ装置の組を複数生成することを
可能にしている。

（実施例）以下、本発明を実施例につき詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の構成図である。なお、本実施
例では簡単のため、レーザ装置の組数を２、各組が持つ
レーザ装置の個数が３つの場合につき説明する。

参照用レーザ装置として用いた１、５５ｐｍ帯波長可変
分布ブラッグ反射形半導体レーザ（以下ＤＢＲ）１は鋸
歯状波発生器２により印加される繰り返し周波数２０ｋ
Ｈｚの鋸歯状波に伴い、その出射光周波数が時間に対し
鋸歯状に変化している。ＤＢＲＩからの出射光は第１の
光アイソレータ３を透過した後、第１の光分岐器４によ
り、第１及び第２の出射光にパワー比１：１に分けられ
る。このうち第１の出力光は屈折率１．５、厚さ１ｃｍ
でフィネス３０になるように両面の反射率、線精度、平
行度を調整した石英ガラス製エタロン板５を透過した後
、第２の光分岐器６により、第１及び第２の出射光にパ
ワー比１：１に分けられる。

エタロン板５の透過光は鋸歯状波発生器２からの出力信
号（第２図１１０〜１１２）の１周期中、ＤＢＲＩの周
波数がエタロン板５の共振周波数に一致した時点で発生
するパルス列状の光で構成されているが、この１周期中
のパルスの数が３つになるよう、鋸歯状波発生器２ｑ′
）出力のピーク電圧を調整しておく。第１の光分岐器４
の第２の出射光は、第３の光分岐器７により、第１及び
第２の出射光にパワー比１：１に分けられる。第２の光
分岐器６からの第１及び第２の出射光は各々、第２の光
検出器２７．２９により、電気信号に変換される。

一方、周波数間隔を安定化する対象である第１〜第６の
１．５５ｐｍ帯分布帰還形レーザ（以下ＤＦＢ）１０．
１１．１２．１３．１４及び１５からの出射光はそれぞ
れ第１〜第６の光アイソレータ１６．１７．１８．１９
．２０．２１を透過する。しかる後第１〜第３の光アイ
ソレータ１６．１７．１８の透過光は第１の光合波器２
２により合波され、また、第４〜第６の光アイソレータ
１９．２０．２１の透過光は第１の光合波器２３により
合波される。

第１の光合波器２２の出射光は第２の光合波器２４によ
り、第３の光分岐器７の第１の出射光と合波された後、
第１の光検出器２６により電気信号に変換され、第１の
制御装置３０の第１の入力３２に入力される。−方、第
１の光合波器２３の出射光は第２の光合波器２５により
、第３の光分岐器７の第２の出射光と合波された後、第
１の光検出器２８により、電気信号に変換され、第２の
制御装置３１の第１の入力３４に人力される。また第２
の光検出器２７．２９の出力である電気信号は第１及び
第２の制御装置３０．３１の第２の入力３３．３５に入
力される。

第１及び第２の制御装置３０．３１は同じ回路を用いて
いる。その構成を第３図に示す。第１の入力３２（ある
いは３４）に印加された電気信号は、遮断周波数１００
ＭＨｚの低域通過フィルタ１０１に人力される。低域通
過フィルタ１０１からは、ＤＢＲＩからの出射光周波数
と、第１〜第３のＤＦＢＩＯｌｌｌ、１２（あるいは第
４〜第６のＤＦＢ１３．１４．１５）の出射光周波数の
差がほぼ±１００ＭＨｚの範囲に入っているときにパル
ス状の電気信号が出力される。パルスの数は鋸歯状波発
生器２の出力信号１１０．１１１．１１２（第２図参照
）の１周期にＤＢＲＩと第１〜第３のＤＦＢＩＯｌｌｌ
、１２（あるいは第４〜第６のＤＦＢ１３．１４．１５
）の各々の発振周波数の差が±１００ＭＨｚの範囲に入
る回数に等しく、それは３つである。第１及び第２の制
御装置３０．３１では、第２図（ａ）に示した第１の制
御装置３０（あるいは第２の制御装置３１）の第２の入
力３３（あるいは３５）への入力及び第２図（ｂ）（あ
るいは（Ｃ））に示した第１の入力３２（あるいは３４
）への入力のパルス発生時刻差１１３．１１４．１１５
（あるいは１１６．１１７．１１８）を誤差信号とし、
これらの大きさが零になるような制御信号を出力する。

なお第３図中のパルス発生時刻差計測回路１０２（第４
図に回路の一例を図示）は、入力される２つのパルス列
で構成する各パルスを発生時刻順に並べたとき、対応す
る順位の２つのパルス（計３組）の発生時刻差に比例し
た幅を持ち、高さは一定の方形パルスを出力する。ただ
し上記の２つのパルスのうち、先に発生するパルスが入
力される２系列のパルス列のどちらに属するかで、出力
は、正または負の方形パルスになる機能を備えている。

第１の制御装置３０からの第１、第２、第３の制御信号
はそれぞれ第１、第２、第３のレーザ装置駆動装置３６
．３７．３８に、また第２の制御装置３１からの第１、
第２、第３の制御信号はそれぞれ第１、第２、第３のレ
ーザ装置駆動装置３９．４０．４１に入力される。レー
ザ装置駆動装置３６．３７．３８．３９．４０．４１か
らは制御信号に応じた駆動電流が第１〜第６のＤＦＢＩ
ｏ、　１１．１２．１３．１４．１５に注入される。

なｉｌ　第１〜第６のＤＦＢｌｏ、１１．１２．１３．
１４．１５及びＤＢＲＩはそれぞれ第１〜第７の温度制
御装置４２．４３．４４．４５．４６．４７．４８によ
り温度変動幅０．２°Ｃ以内に温度安定化されている。

本実施例では、３台のレーザ装置を１組として、これを
２組同時に安定化し、同じ発振周波数の組合せを持つレ
ーザ装置の組を２組生成している。しかし１組当たりの
レーザ装置の個数及び組数はこれらの値に限定されず、
前者は鋸歯状波発生器２からの出力信号の周波数、ピー
ク電圧を調整し、１周期あたり、エタロン板５から出射
されるパルスの数を増大することにより、また後者は第
２及び第３の光分岐器６．７の分岐数を増すことにより
増大することができる。また各ローカル局において安定
化するレーザ装置の発振周波数の種類は、エタロン板５
から鋸歯状波発生器２からの出力信号１周期内に出射さ
れるパルスに対応する周波数から任意の組合せを選択で
きる。組合せの数は１周期中のパルスの数をＮとすると
、２Ｎ−１で与えられる。またエタロン板５の厚さを変
えることにより、周波数間隔を自由に設定することがで
きる。さらに安定化する対象であるレーザ装置も半導体
レーザに限定されず、外部からの信号に応じて発振周波
数が変化するレーザ装置なら安定化可能である。

（発明の効果）以上述べてきたように本発明により、任意の個数から成
るレーザ装置の組合せの周波数間隔を同時に任意組数、
安定化することができる。また設定する周波数間隔は光
学共振器により厳密に規定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図（ａ）は第１
図の制御装置３０．３１の第２の入力３３．３５に入力
される、エタロン板５透過光を電気に変換した信号、第
２図（ｂ）、（ｅ）は各々制御装置３０．３１内部にお
ける低域通過フィルタ出力信号、第３図は制御装置３０
．３１の構成図、第４図は第３図中のパルス発生時刻差
計測回路の回路図である。第１図乃至第３図において、１・・・１．５５１１ｍ帯波長可変分布ブラッグ反射形
半導体レーザ２・・・鋸歯状波発生器３、１６．１７．１８．１９．２０．２１・・・光アイ
ソレータ４、６．７・・・光分岐器５・・・エタロン板１０、１１．１２．１３．１４．１５＝４．５５ｐｍ帯
分布帰還形レーザ２２．２３．２４．２５・・・光合波
器　・へ　　　　　　　　２６．２７．２８．２９・・
・光検出器３０、３１・・・制御装置３２、３４・・・第１の入力３３、３５・・・第２の入力３６、３７．３８．３９．４０．４１・・ルーザ装置駆
動装置４２、４３．４４．４５．４６．４７．４８・・
・温度制御装置１１０、１１１．１１２・・・鋸歯状波
発生器２からの出力波形１１３、１１４．１１５・・・
第１の制御装置３０で得られる誤差信号１１６、１１７．１１８・・・第２の制御装置３１で得
られる誤差信号１０１・・・低域通過フィルタ１０２・・・パルス発生時刻差計測回路１０３、１０４
．１０５・・・積分器

Claims

【特許請求の範囲】

外部からの入力信号に応じて、発振周波数間隔を安定化
する対象たる複数のレーザ装置の発振周波数を含む範囲
で発振周波数を掃引する参照用レーザ装置と、該参照用
レーザ装置からの出射光を分岐する第１の光分岐器と、
該第１の光分岐器からの第１の出射光の周波数変化を透
過光の振幅変化に変換する光学共振器と、互いに異なる
発振周波数を持つ複数のレーザ装置を持つ複数のローカ
ル局と、前記光学共振器の透過光を前記複数のローカル
局に分岐する第２の光分岐器と、前記第１の光分岐器の
第２の出射光を前記複数のローカル局に分岐する第３の
光分岐器とからなるレーザ装置発振周波数間隔安定化装
置であって、前記ローカル局は、前記複数のレーザ装置
の各々の出射光を少なくとも一部を合波する第１の光合
波器と、該第１の光合波器の出射光と前記第３の光分岐
器の出射光を合波する第２の光合波器と、該第２の光合
波器の出射光を電気信号に変換する第１の光検出器と、
前記第２の光分岐器の出射光を電気信号に変換する第２
の光検出器と、前記参照用レーザ装置の発振周波数掃引
時の前記第２の光合波器の出射光により検出する前記複
数のレーザ装置の発振周波数間隔の前記参照用レーザ装
置の発振周波数掃引時の前記光学共振器の共振ピークに
対応する出射光を用いて設定した周波数間隔基準に対す
る誤差を一定値に安定化させるための制御信号を出力す
る制御装置と、該制御装置からの制御信号に従って前記
複数のレーザ装置の入力信号を変化させるレーザ装置駆
動装置とからなることを特徴とするレーザ装置発振周波
数間隔安定化装置。