JPH01194486A - レーザ装置発振周波数間隔安定化方法 - Google Patents

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方法に関する
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２．２−２０
４ページ）、あるいは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とを合波し、ビート信号として得
られるパルス列を１１に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
各レーザ装置の発信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・オー・シー’８５（１００Ｃ−ＥＣＯＣ“８５）テ
クニカルダイジェスト第３巻（１９８５年）６１ページ
）が知られている。

しかし、上記第一の方法においては、周波数間隔の基準
を与えるファプリーペロ共振器のミラー間隔を掃引して
使用する必要があり、単なるエタロン板を使用する場合
に比べ装置が大型化する。

また第二の方法においては、周波数間隔の基準を予め測
定しておいた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、この間隔基準
が実際の制御時に、大幅に変化してしまうことは十分に
予想され、制御時に各レーザ装置の周波数間隔が、確定
されているとは言い難い。

一方、最近、ファプリーペロ共振器としてエタロン板を
用いることで、厳密な周波数間隔基準を保持し、かつ掃
引型ファプリーペロ使用時の問題であった装置の大型化
を回避して構成したものとして、下坂らによる電子情報
通信学会技術研究報告第８７巻Ｃ３８７−９６記載のも
のが知られている。この構成では、発振周波数が周期的
に掃引された周波数掃引用レーザ装置からの出射光を２
分岐し、−方を光学共振器に入射する。この入射光と光
学共振器の共振周波数が一致した時点でパルス状の光が
出射される。他方の光は制御対象のレーザ装置の出射光
と合波する。この合波光のビート信号のうち、低周波成
分のみを切り出すと制御対象のレーザ装置及び周波数掃
引用レーザ装置の発振周波数がほぼ一致した時点で、パ
ルス状の信号が得られる。前記の光学共振器出力の各パ
ルスと、ビートから得られるパルスが時間軸上で重なる
ように制御することにより、制御対象の各レーザ装置の
発振周波数間隔が、光学共振器のフリースベクトルレン
ジに等しい値に安定化される。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の構成においては、周波数間隔安定度を向上させる
ため、各ビートパルスの幅をより狭くするため、周波数
掃引先と制御対象レーザ装置出射光のビート信号のうち
低周波成分を選別しこれをそのままビートパルスとして
いた。しかし、このような方法では得られるビートパル
スは制御対象レーザ装置出射光スペクトルのレプリカと
なる。

従って、制御対象レーザ装置出射光がＦＳＫ変調されて
おり、しかもその変調指数が大きい場合、得られるビー
トパルスは変調光スペクトル形状を反映して双峰となる
ため、単一の制御対象レーザ装置に対し、見かけ上２つ
のビートパルスが発生することとなる。上記の構成では
、単一の制御対象レーザ装置に対しては、ただ１つのビ
ートパルスしか発生しないと仮定して制御を行なってい
るため、上述のように変調指数の大きいＦＳＫ変調光が
到来した場合、制御不能となってしまうという欠点があ
った。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を除去せし
めて、変調指数の大きいＦＳＫ変調された制御対象レー
ザ装置に対しても制御可能なレーザ装置発振周波数間隔
安定化方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明では、制御対象であ
る複数のレーザ装置の出射光を合波し、合波光を、発振
周波数を掃引された周波数掃引先と合波することにより
得られるビート信号のうち低周波成分を選別して得られ
るビートパルス列を、周波数間隔基準に対応する基準パ
ルス列と比較し、両パルス列の対応する順番のパルスの
生起時刻差を誤差信号として、この誤差信号が定められ
た一定値となるように前記複数のレーザ装置を制御する
ことを特徴とするレーザ装置発振周波数間隔安定化方法
において、前記ビート信号のうち低周波成分のみ選別し
た後、その包絡線を微分し、半波整流して前記複数のレ
ーザ装置１つ当たり得られる、２つのパルスのうち、い
ずれか一方のパルスを前記ビートパルス列の構成要素と
することを特徴とする。

（作用） 本発明においては、ＦＳＫ変調された制御対象レーザ装
置出射光と周波数掃引先のビート信号を低域通過フィル
タに通し、包絡線検波した後得られる、ＦＳＸ変調信号
のレプリカである双峰性の波形を微分し、引き続いて半
波整流している。この結果制御対象レーザ装置１台につ
き２つのパルスが生ずるが、制御回路は、制御対象レー
ザ装置１台につきビートパルスはただ１つのみ発生する
と考えて制御するため、このままでは制御不能となる。

ここで２つのパルスのうちいずれか一方のみを選択し、
他方を消去することにより正常な制御動作を期待できる
。

（実施例） 以下、本発明を実施例について詳細に説明する。第１図
は本発明の一実施例の構成図である。

１．５５ｐｍ帯波長可変分布反射形半導体レーザ（以下
ＤＢＲ）１は、鋸歯体液発生器２により印加される繰り
返し周波数２０ｋＨｚの信号２７．２８（第２図参照）
に従い、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から出射された光は光アイソレータ
３を透過した後、光分岐器４により第１及び第２の出力
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
よう両面の反射率を設定した石英ガラス製エタロン板５
を透過した徒弟１の光検出器６に入射される。

第１の光検出器６には、鋸歯状波発生器２からの出力信
号の一周期中、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パルス状の光が入力されるが、
この１周期のパルスの数が、３つになるよう、鋸歯状波
発生器２の出力のピーク電圧を調整しておく。第１の光
検出器６からの電気信号は制御装置７の第１の入力端子
７１に印加される。

一方、周波数間隔を安定化する対象である変調速度１０
０Ｍｂ／ｓ、変調指数５でＦＳＸ変調された１、５５ｐ
ｍ帯分布帰還形レーザ（以下ＤＦＢ）８．９．１０から
の出射光はそれぞれ光アイソレータ１１．１２．１３を
透過した徒弟１の光合波器１４により合波される。第１
の光合波器１４からの出射光は第２の光合波器１５によ
り光分岐器４の第２の出力光と合波される。第２の光合
波器１５の出力は検出器１６により電気信号に変換され
た後、図には示していないが、遮断周波数１００ＭＨｚ
の低域通過フィルタに人力される。低域通過フィルタか
らはＤＢＲＩからの出射光の周波数と、ＤＦＢ８．９．
１０の出射光の周波数の差が、はぼ±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発生器２出力信号２７．２８（第
２図参照）の１周期にＤＢＲＩとＤＦＢ８．９．１０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２の光検出器１６か
らの電気信号は制御装置（詳細は第３図に示す）７０＄
２の入力端子７２に印加される。第３図に示した制御装
置７では、第２図（ａ）に示した制御装置７の第１の入
力端子７１への入力及び第２図（ｂ）に示した制御装置
７の第２の入力端子７２への人力のパルス発生時刻差２
４．２５゜２６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３３（第４
図に回路の一例を図示）は、人力される２つのパルス列
を構成する各パルスをそれぞれ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つのパルスのうちの先に発生するパ
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
ており、その詳細は第４図に示す。

第４図中に点線で囲んで示した部分が、ＦＳＫ変調光に
対応する双峰性のビートパルスのうち後ろ半分の峰のみ
を選別し、カウンタに送り込む回路である。この部分に
入射される第５図（ａ）の形状を持つパルスは微分回路
通過後第５図（ｂ）の波形に変換され、引き続きダイオ
ードにより第５図（Ｃ）の形の２つのパルスに変換され
る。このパルスはシュミットトリガと否定の論理素子に
より論理レベルに等しい振幅を持つ２つの方形波に整形
される。さらに次のＴフリップフロップと論理和により
前の方のパルスが消去され、後ろのパルスが次段のカウ
ンタに入力される。以上の点線部の回路の動作によりＦ
ＳＫ変調光スペクトルに対応する双峰性のビー　トパル
スが、変調波の中心周波数に対応する時刻で立ち上がる
単一のパルスに変換されたことになる。

制御装置７からの第１、第２、第３の制御信号はそれぞ
れレーザ装置駆動装置１７．１８．１９に入力される。

レーザ装置駆動装置１７．１８．１９からは制御信号に
応じた駆動電流がＤＦＢ８．９．１０に注入される。な
お、ＤＢＲＩ、ＤＦＢ８．９．１０はそれぞれ温度制御
装置２０、２１．２２．２３により温度変動±０．１°
Ｃ以内に温度安定化されている。

本実施例では、３台のレーザ装置のみを周波数間隔安定
化しているが、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変化させれば、さらに多く
のレーザ装置の周波数間隔を同時に安定化できる。また
、エタロン板の厚さを変化させるこ、とで、周波数間隔
を自由に設定できる。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。また本実施例では半波整流出力の２つのパ
ルスのうち、後ろの方のパルスを選択しているが、後ろ
のパルスは第５図（ｃ）からも明らかなように、変調波
の中心周波数に対応する時刻で立ち上がるため、変調時
でも中心周波数に対する厳密な制御が可能である。また
２つのパルスのうち前のパルスを使っても制御は可能で
ある。

（発明の効果） 以上述べてきたように、本発明により、ＦＳＫ変調され
た光に対する周波数間隔安定化が可能となった。また、
ビート信号のうち低周波成分のみ選別した後、その包絡
線を微分し、半波整流して得られる２つのパルスのうち
、特に時間的に後方のパルスを用いれば、中心周波数を
厳密に識別した上での制御も可能である。

【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図中の制御装置７に人力される第１の光検出器６か
らの電気信号を示す図、第２図（ｂ）は第１図中の制御
装置７に入力される第２の光検出器１６からの電気信号
を表す図である。 また、第３図は、第１図中の制御装置７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、第
５図（ａ）はＦＳＫ変調波のスペクトル形状のレプリカ
であるビートパルス形状を示す図、第５図（ｂ）は第５
図（ａ）の波形を微分回路に通して得られる波形図、第
５図（ｃ）は第５図（ｂ）の波形を半波整流して得られ
る波形図である。第１図、第２図（ａ）、（ｂ）及び第
３図において、 １・・・１．５５ｐｍ波長可変分布反射形半導体レーザ
、２１．・鋸歯状波発生器、３．１１．１２．１３・・
・光アイソレータ、４・・・光分岐器、５・・・エタロ
ン板、６，１６・・・光検出器、７・・・制御装置、８
．９．１０・・・１．５５ｐｍ帯分布帰還形レーザ、１
４．１５・・・光合波器、１７．１８．１９・・レーザ
装置駆動装置、２０．２１．２２．２３．・・）温度制
御装置、２４゜２５、２６・・・誤差信号、２７．２８
・・・鋸歯状波発生器２からの出力波形。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象であるＦＳＫ変調された複数のレーザ装置の出
   射光を合波し、合波光を、発振周波数を掃引された周波
   数掃引先と合波することにより得られるビート信号より
   得られるビートパルス列を、周波数間隔基準に対応する
   基準パルス列と比較し、両パルス列の対応する順番のパ
   ルスの生起時刻差を誤差信号として、この誤差信号が定
   められた一定値となるように前記複数のレーザ装置を制
   御することを特徴とするレーザ装置発振周波数間隔安定
   化方法において、前記ビート信号のうち低周波成分のみ
   選別した後、その包絡線を微分し、半波整流して前記複
   数のレーザ装置１つ当たり得られる、２つのパルスのう
   ち、いずれか一方のパルスを前記ビートパルス列の構成
   要素とすることを特徴とするレーザ装置発振周波数間隔
   安定化方法。