JPH03203280A - レーザ装置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、光通信などに用いる複数のレーザ装置の各発
振周波数の間隔を安定化するための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） 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、次の２つの方法が従来から知られている。１つの
レーザ装置の発振周波数をファプリーベロ共振器に対し
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
う第１の方法（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
を槽底する各パルスの出現時刻か、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という第２の方法（シュｌへシ
ーベルらによるアイ・オー・オー・シー・イー・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）であ
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ベ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から、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。

−・方、最近、ファプリーベ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
掃引型ファプリーベロ使用時の問題であった装置の大型
化に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
掃引用レーザ装置がらの射出光を２分岐し、一万を光学
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−・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ペタ１〜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課題） 上記の構成においては、安定化時の発振周波数間隔が互
いに等しくなるように、光学共振器のフリースベクトル
レンジを固定としていた。一方、光通信の分野では半導
体レーザ光増幅器もしくは光フアイバ型光増幅器を光伝
送路に挿入して、受信感度の改善、伝送距離の増大を図
る試みが現在広く行なわれている。この際、光増幅器へ
の入射光が発振周波数の互いに異なる複数のレーザ装置
の出射光である場合、その周波数間隔を数ＧＨｚ程度以
下に狭くすると、隣接する発振周波数ｆ１゜ｆ２の光の
間で近縮退４光波混合が発生し、近接するチャンネルの
クロスＩ・−りとなって受信感度の劣化を招く。なお近
縮退４光波混合については向井他による電子情報通信学
会技術研究報告の１９８８年６月２０日発行分の６９ペ
ージがら７４ページに所載の文献に詳しい。近縮退４光
波混合により発生する光の周波数はｆ　　−（ｆ２−ｆ
、）、ｆ２＋（ｆ２−ｆｌ）などで与えられるから、光
増幅器に入射されるレーザ光の周波数がｆ２ｆ１の一定
の周波数間隔で配置されていると、各レーザ光に重畳さ
れるタロストーク量が最大となる。従って光増幅器に入
力されるレーザ光周波数は、クロストークを抑圧するた
めには、不等間隔で配置する必要がある。ところが上述
したように従来の槽底では一定な間隔でしか間隔周波数
を安定化することができなかった。

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、不等間隔で複数のレーザ装置の発振周波数間隔を
安定化できるレーザ装置周波数間隔安定化方法を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために、本発明では、外部から印
加する信七により発振周波数を挿引し、かつ、その掃引
範囲に発振周波数間隔を制御する対象たる複数のレーザ
装置の各発振周波数を含む周波数掃引光と、前記複数の
レーザ装置からの出射光とを合波することにより得られ
るビート光を電気信号に変換した後、その低周波域成分
のみを通過させて得られるビートパルス列であって、前
記複数のレーザ装置の各発振周波数に対応した電気パル
ス列であるビートパルス列の生起時刻と、前記周波数掃
引光の一部を分岐して制御すべき周波数間隔に一致した
周期的共振周波数を有する光学共振器を通ずことによっ
て生じる前記周波数掃引光の通過光強度のパルス状変化
を電気借上に変換して得られる基準パルス列の生起時刻
とを比較し、 前記ビートパルス列の各パルスの生起時刻と、前記基準
パルス列の中において前記各ビートパルスが基準とすべ
き前記各基準パルスの生起時刻との間の時間差を誤差信
号として、この誤差信号がほぼ定められた一定の値とな
るよう制御対象たる複数のレーザ装置の発振周波数を制
御するレーザ装置周波数間隔安定化方法において、 前記光学共振器の共振周波数間隔を時間的に変化させる
ことを特徴とする。

（作用） 本発明においては、周波数掃引光源の周波数を掃引する
と同時に光学共振器のフリースペタ１〜ルレンジも掃引
している。従って光学共振器の出力として得られる基準
パルス列の各パルスに対応する光学共振器の共振周波数
の間隔は互いに異なっている。そこで、本発明の方法の
採用により、この基準パルス列を用いて安定化される複
数のレーザ装置の発振周波数も、不等間隔に設定される
こととなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳しく説
明する。第１図は本発明の一実施例の方法を適用するレ
ーザ装置の構成国である。

１．５５μ１１帯位相制御領域付分荀反射影レーザ１は
、第１の鋸歯状波発生器２により印加される繰り返し周
波数２０　ｋｔｌｚの信号２７．２８（第２図参照）に
従い、その出射周波数が時間に対し、鋸歯状に変化して
いる。１．５５μｍ帯位相制御領域付分布反射形レーザ
１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の出力光はフィネス３０になるよう２つ
のミラーの反射率を設定した掃引型ファプリーペロ共振
器５を透過した後に第１の光検出器６に入射される。掃
引型ファプリーペロ共振器５の２枚のミラーの間隔は第
２の鋸歯状波発生器８０により、１（至）から５　ｍｉ
　ｉで（フリースベタ１〜ルレンジにして１５ＧＨｚか
ら３０ＧＨｚまで）直線状に掃引される。第１及び第２
の鋸歯状波発生器２及び８０の出力鋸歯状波は発振器８
１を用いて同期４とっておく。掃引型ファプリーペロ共
振器５の一方のミラーの移動はピエゾ素子とてこの組合
せの機構により行なう。第１の光検出器６には、第１の
鋸歯状波発生器２からの出力信号の一周期中、１．５５
μｍ帯位相制御領域付分布反射形レーザ１の周波数が掃
引型ファプリーペロ共振器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−周期のパルス
の数が、３つになるよう、第１の鋸歯状波発生器２の出
力のピーク電圧を調整しておく、３つのパルスの発生時
刻の差はそれぞれ１０ＧＨｚ　、１８ＧＨｚに相当する
。この周波数間隔の差異は四光波混合の影響の抑圧に十
分である。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１、５５μｍ
帯分布帰還形レーザ８，９．１０からの出射光はそれぞ
れ光アイソレータ１１．１２．１３を透過した後に第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
ζよ検出器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１００Ｍｔｌｚの低域通過
フィルタに入力される。低域通過フィルタがらは、１．
５５μ−帯位相制御領域付分布反射形レーザ１がらの出
射光の周波数と、１．５５μｍ帯分布帰還形レーザ８．
９．１０の出射光の周波数の差が、はぼ±１０Ｑ　ＭＨ
ｚ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。パルスの数は第１の鋸歯状発生器２の出力信号
２７．２８（第２図参照）の１周期に１．５５μｍ帯位
相制御領域付分祁反射形レーザ１と１．５５μｍ帯分布
帰還形レーザ８，９１０の各々の発振周波数の差が±１
００　ＭＨｚ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）７の第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
の入力のパルス発生時刻差２４２５．２６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、入力される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。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１
．５５μｍ帯分布帰還形レーザ８，９．１０に注入され
る。なお、１．５５μｍ帯位相制御領域付分布反射形レ
ーザ１．１．５５μｍ帯分布帰還形レーザ８．９．１０
についてはそれぞれ温度制御装置２０．２１．２２１ ２３により変動範囲±０．１℃内に温度が安定化されて
いる。

本実旅例では、３台のレーザ装置だけの周波数間隔を安
定化しているが、第１の鋸歯状波発生器２からの出力信
号の周波数およびピーク電圧を調整し、１周期あたりに
掃引型ファプリーペロ共振器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、掃引型ファプリーペロ
共振器５の２つのミラーの間隔を掃引する範囲を変化さ
せることにより、また、第２の鋸歯状波発生器８０の出
力波形を変化させること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、光学共振器のフリースベクトルレンジを
掃引するために、掃引型ファプリーペロ共振器を用いた
が、これに限定されず、光路長を変化させることのでき
る効果、例えば電気光学効果、熱効果を用いて　２ 共振器長を掃引してフリースベクトルレンジを掃引する
こともできる。

（発明の効果） 以上に述べてきたように本発明により、任意の個数のレ
ーザ装置の周波数間隔を同時に不等間隔で安定化するこ
とができ、しかもその周波数間隔は使用する光学共振器
により厳密に、またそのフリースベクトルレンジの変化
範囲を変えることで自由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方法を適用するレーザ装置の
構成国、第２図（ａ）は第１図中の制御装置７に入力さ
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ｅ＋＋装置７の′！ｓ戊図
、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。 １・・・１．５５μｍ帯位相制御領域付分布反射形レー
ザ、２，８０・・・鋸歯状波発生器、３，１１１２１３
・・・光アイソレータ、４・・・光分岐器、５・・・掃
引型ファブリペロ共振器、６．１６・・・光検出器、７
・・・制御装置、８．９．１０・・・１．５５μｍ帯分
布帰還形レーザ、１４．１５・・・光合波器、１７．１
８．１９・・・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)

1. 【特許請求の範囲】 外部から印加する信号により発振周波数を掃引し、かつ
   、その掃引範囲に発振周波数間隔を制御する対象たる複
   数のレーザ装置の各発振周波数を含む周波数掃引光と、
   前記複数のレーザ装置からの出射光とを合波することに
   より得られるビート光を電気信号に変換した後、その低
   周波域成分のみを通過させて得られるビートパルス列で
   あって、前記複数のレーザ装置の各発振周波数に対応し
   た電気パルス列であるビートパルス列の生起時刻と、前
   記周波数掃引光の一部を分岐して制御すべき周波数間隔
   に一致した周期的共振周波数を有する光学共振器を通す
   ことによつて生じる前記周波数掃引光の通過光強度のパ
   ルス状変化を電気信号に変換して得られる基準パルス列
   の生起時刻とを比較し、 前記ビートパルス列の各パルスの生起時刻と、前記基準
   パルス列の中において前記各ビートパルスが基準とすべ
   き前記各基準パルスの生起時刻との間の時間差を誤差信
   号として、この誤差信号がほぼ定められた一定の値とな
   るよう制御対象たる複数のレーザ装置の発振周波数を制
   御するレーザ装置周波数間隔安定化方法において、 前記光学共振器の共振周波数間隔を時間的に変化させる
   ことを特徴とするレーザ装置周波数間隔安定化方法。