JPH04335588A - 周波数安定化光源 - Google Patents
周波数安定化光源Info
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- JPH04335588A JPH04335588A JP3133319A JP13331991A JPH04335588A JP H04335588 A JPH04335588 A JP H04335588A JP 3133319 A JP3133319 A JP 3133319A JP 13331991 A JP13331991 A JP 13331991A JP H04335588 A JPH04335588 A JP H04335588A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- light source
- output
- switch
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】コヒーレント光通信では、搬送波
の周波数が一定間隔離れた多数の信号を1本の伝送路で
送る周波数多重を使用することができる。この時、受信
側では希望の周波数の信号だけをヘテロダイン(または
ホモダイン)受信するために送信側と同じ周波数間隔の
局発光源を使用する。
の周波数が一定間隔離れた多数の信号を1本の伝送路で
送る周波数多重を使用することができる。この時、受信
側では希望の周波数の信号だけをヘテロダイン(または
ホモダイン)受信するために送信側と同じ周波数間隔の
局発光源を使用する。
【0002】この発明は、受信側の局発光源のように、
一定間隔離れた周波数を出力する安定化光源についての
ものである。
一定間隔離れた周波数を出力する安定化光源についての
ものである。
【0003】
【従来の技術】次に、従来技術による周波数安定化光源
の構成を図5により説明する。図5の1は基準信号源、
2は比較器、5は光源、6は周波数弁別器である。光源
5の光は周波数弁別器6で周波数変化が検知され、比較
器2で基準信号源1と比較される。比較器2で光源5の
周波数偏移分が検出され、光源5に帰還されることによ
り光源5の周波数が安定化される。
の構成を図5により説明する。図5の1は基準信号源、
2は比較器、5は光源、6は周波数弁別器である。光源
5の光は周波数弁別器6で周波数変化が検知され、比較
器2で基準信号源1と比較される。比較器2で光源5の
周波数偏移分が検出され、光源5に帰還されることによ
り光源5の周波数が安定化される。
【0004】周波数弁別器6には、ファブリー・ペロ干
渉計やガスの吸収スペクトルが主に使われる。図6の曲
線31はファブリー・ペロ干渉計の弁別特性であり、図
8の曲線41はガス吸収スペクトルの弁別特性である。 ファブリー・ペロ干渉計の場合は図6の点33を周波数
弁別器6の弁別点にし、ガス吸収スペクトルの場合は図
8の点43を周波数弁別器6の弁別点にする。しかし、
周波数弁別器6の弁別特性は限られた周波数範囲でしか
得られないものが多い。例えば、ファブリー・ペロ干渉
計の場合、図6の点32から点34まで、またガス吸収
スペクトルの場合は図8の点42から点44までしか弁
別器として実用できない。
渉計やガスの吸収スペクトルが主に使われる。図6の曲
線31はファブリー・ペロ干渉計の弁別特性であり、図
8の曲線41はガス吸収スペクトルの弁別特性である。 ファブリー・ペロ干渉計の場合は図6の点33を周波数
弁別器6の弁別点にし、ガス吸収スペクトルの場合は図
8の点43を周波数弁別器6の弁別点にする。しかし、
周波数弁別器6の弁別特性は限られた周波数範囲でしか
得られないものが多い。例えば、ファブリー・ペロ干渉
計の場合、図6の点32から点34まで、またガス吸収
スペクトルの場合は図8の点42から点44までしか弁
別器として実用できない。
【0005】図5の光源5の周波数を変更する場合は、
光源5の周波数と周波数弁別器6を調整する。周波数弁
別器6にファブリー・ペロ干渉計を使った場合には、干
渉距離や屈折率・温度・圧力などの条件を制御して弁別
特性を図7の曲線36のように操作し、図6の点33を
図7の点37にくるようにし、ガススペクトルを使った
場合には温度・圧力などの条件を制御して弁別特性を図
9の曲線46のように操作し、図8の点43を図9の点
47にくるようにする。
光源5の周波数と周波数弁別器6を調整する。周波数弁
別器6にファブリー・ペロ干渉計を使った場合には、干
渉距離や屈折率・温度・圧力などの条件を制御して弁別
特性を図7の曲線36のように操作し、図6の点33を
図7の点37にくるようにし、ガススペクトルを使った
場合には温度・圧力などの条件を制御して弁別特性を図
9の曲線46のように操作し、図8の点43を図9の点
47にくるようにする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図5で高い周波数安定
度を得るには、弁別特性が使用・環境条件に対して安定
な、いいかえれば感度の低い周波数弁別器6を使用する
。したがって、周波数弁別器6を操作するには、周波数
弁別器6の使用・環境条件を大幅に変えなければならな
い。また、周波数安定度を得るため、周波数変更後の使
用・環境条件は極めて安定にしておかなければならない
。このように使用・環境条件を大きく変えるにはエネル
ギーが多く必要になり、変化させたあと安定になるまで
に時間が長くかかる。
度を得るには、弁別特性が使用・環境条件に対して安定
な、いいかえれば感度の低い周波数弁別器6を使用する
。したがって、周波数弁別器6を操作するには、周波数
弁別器6の使用・環境条件を大幅に変えなければならな
い。また、周波数安定度を得るため、周波数変更後の使
用・環境条件は極めて安定にしておかなければならない
。このように使用・環境条件を大きく変えるにはエネル
ギーが多く必要になり、変化させたあと安定になるまで
に時間が長くかかる。
【0007】この発明は、安定化が必要な周波数が一定
間隔であることに着目し、周波数弁別器の周期が安定化
周波数の間隔に等しいものを用いることにより安定化周
波数を高速かつ省エネルギーで変更することができ、ま
た、周波数弁別器の弁別特性の周期が安定化周波数の間
隔とわずか異なる場合は、帰還回路の基準電源の微小変
化を併用することにより安定化周波数を高速かつ省エネ
ルギーで変更することができる周波数安定化光源の提供
を目的とする。
間隔であることに着目し、周波数弁別器の周期が安定化
周波数の間隔に等しいものを用いることにより安定化周
波数を高速かつ省エネルギーで変更することができ、ま
た、周波数弁別器の弁別特性の周期が安定化周波数の間
隔とわずか異なる場合は、帰還回路の基準電源の微小変
化を併用することにより安定化周波数を高速かつ省エネ
ルギーで変更することができる周波数安定化光源の提供
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
、第1の発明では、一定間隔の周波数で安定化する周波
数安定化光源において、基準信号源4の信号により発光
周波数が変化する光源5と、弁別特性の周期が前記一定
間隔と等しく、光源5の出力周波数を弁別する周波数弁
別器6と、周波数弁別器6の出力と基準信号源1の出力
を比較する比較器2と、比較器2の出力を入力とし、出
力を光源5に入力するスイッチ3とを備え、光源5の周
波数を変えるときは、スイッチ3を断にして基準信号源
4の出力信号を変化し、光源5の出力周波数を、目的と
する周波数の近くに設定してスイッチ3を接にする。
、第1の発明では、一定間隔の周波数で安定化する周波
数安定化光源において、基準信号源4の信号により発光
周波数が変化する光源5と、弁別特性の周期が前記一定
間隔と等しく、光源5の出力周波数を弁別する周波数弁
別器6と、周波数弁別器6の出力と基準信号源1の出力
を比較する比較器2と、比較器2の出力を入力とし、出
力を光源5に入力するスイッチ3とを備え、光源5の周
波数を変えるときは、スイッチ3を断にして基準信号源
4の出力信号を変化し、光源5の出力周波数を、目的と
する周波数の近くに設定してスイッチ3を接にする。
【0009】第2の発明では、一定間隔の周波数で安定
化する周波数安定化光源において、基準信号源4の信号
により発光周波数が変化する光源5と、弁別特性の周期
が前記一定間隔とわずか異なり、光源5の出力周波数を
弁別する周波数弁別器6と、周波数弁別器6の出力と基
準信号源1の出力を比較する比較器2と、比較器2の出
力を入力とし、出力を光源5に入力するスイッチ3とを
備え、光源5の周波数を切り換えるときは、スイッチ3
を断にして基準信号源4の出力信号を変化し、光源5の
出力周波数を、目的とする周波数の近くに設定してスイ
ッチ3を接にし、基準信号源1を微調する。
化する周波数安定化光源において、基準信号源4の信号
により発光周波数が変化する光源5と、弁別特性の周期
が前記一定間隔とわずか異なり、光源5の出力周波数を
弁別する周波数弁別器6と、周波数弁別器6の出力と基
準信号源1の出力を比較する比較器2と、比較器2の出
力を入力とし、出力を光源5に入力するスイッチ3とを
備え、光源5の周波数を切り換えるときは、スイッチ3
を断にして基準信号源4の出力信号を変化し、光源5の
出力周波数を、目的とする周波数の近くに設定してスイ
ッチ3を接にし、基準信号源1を微調する。
【0010】
【作用】次に、第1の発明による周波数安定化光源の構
成を図1により説明する。図1の3はスイッチ、4は基
準信号源であり、その他は図5と同じものである。基準
信号源1・比較器2・スイッチ3及び周波数弁別器6で
帰還回路7を構成する。図2の11は周波数弁別器6に
ファブリー・ペロ干渉計を用いた場合の弁別特性曲線で
あり、図2の12、13、14は安定したい周波数であ
る。
成を図1により説明する。図1の3はスイッチ、4は基
準信号源であり、その他は図5と同じものである。基準
信号源1・比較器2・スイッチ3及び周波数弁別器6で
帰還回路7を構成する。図2の11は周波数弁別器6に
ファブリー・ペロ干渉計を用いた場合の弁別特性曲線で
あり、図2の12、13、14は安定したい周波数であ
る。
【0011】スイッチ3が断のとき、光源5の光周波数
が図2の点15にあり、基準信号源1は、光源5が点1
2の周波数の光を出力しているときに比較器2の出力が
0になるような信号を出力しているものとする。スイッ
チ3を接にすると、周波数弁別器6により光源5の出力
周波数が検知され、比較器2により光源5の周波数が基
準信号源1と比較され、点12からの周波数偏移分が光
源5に帰還され、光源5の出力周波数は点12に安定化
される。
が図2の点15にあり、基準信号源1は、光源5が点1
2の周波数の光を出力しているときに比較器2の出力が
0になるような信号を出力しているものとする。スイッ
チ3を接にすると、周波数弁別器6により光源5の出力
周波数が検知され、比較器2により光源5の周波数が基
準信号源1と比較され、点12からの周波数偏移分が光
源5に帰還され、光源5の出力周波数は点12に安定化
される。
【0012】次に、周波数を点12から点14に変更す
る場合を説明する。第1の発明では周波数弁別器6の弁
別特性の周期が安定化したい周波数の間隔に等しいので
、点12、13、14の近傍では帰還回路7の応答は同
じである。したがって、スイッチ3を断にして基準信号
源4の出力信号を変化し、光源5の出力周波数を点16
に設定し、スイッチ3を接にすれば、光源5の出力が点
15から点12に安定化されたのと同様に、光源5の出
力周波数は周波数弁別器6を操作することなく、点14
に安定化される。
る場合を説明する。第1の発明では周波数弁別器6の弁
別特性の周期が安定化したい周波数の間隔に等しいので
、点12、13、14の近傍では帰還回路7の応答は同
じである。したがって、スイッチ3を断にして基準信号
源4の出力信号を変化し、光源5の出力周波数を点16
に設定し、スイッチ3を接にすれば、光源5の出力が点
15から点12に安定化されたのと同様に、光源5の出
力周波数は周波数弁別器6を操作することなく、点14
に安定化される。
【0013】次に、第2の発明の作用を図3により説明
する。第2の発明の周波数弁別器6の弁別特性は安定化
したい周波数の間隔とわずか異なる。図3の21は周波
数弁別器6にファブリー・ペロ干渉計を用いた場合の弁
別特性曲線であり、図3の22、23、24は安定した
い周波数である。
する。第2の発明の周波数弁別器6の弁別特性は安定化
したい周波数の間隔とわずか異なる。図3の21は周波
数弁別器6にファブリー・ペロ干渉計を用いた場合の弁
別特性曲線であり、図3の22、23、24は安定した
い周波数である。
【0014】次に、周波数を点22から点24に変更す
る場合を説明する。周波数弁別器6の弁別特性の周期が
点22、25、26の周波数間隔と等しいので、点22
、25、26の近傍では帰還回路7の応答と同じになる
。したがって、スイッチ3を断にして基準信号源4の出
力信号を変化し、光源5の出力周波数を点27に設定し
、スイッチ3を接にすれば光源5の出力周波数は周波数
弁別器6を操作することなく、点26に安定化される。
る場合を説明する。周波数弁別器6の弁別特性の周期が
点22、25、26の周波数間隔と等しいので、点22
、25、26の近傍では帰還回路7の応答と同じになる
。したがって、スイッチ3を断にして基準信号源4の出
力信号を変化し、光源5の出力周波数を点27に設定し
、スイッチ3を接にすれば光源5の出力周波数は周波数
弁別器6を操作することなく、点26に安定化される。
【0015】この状態で基準信号源1を変化させれば光
源5の出力周波数はそれにしたがって変化するので、予
め出力周波数が点24になるときの基準信号源1の大き
さを調べておき、基準信号源1をその大きさに変化させ
ることにより出力周波数を点24に設定することができ
る。
源5の出力周波数はそれにしたがって変化するので、予
め出力周波数が点24になるときの基準信号源1の大き
さを調べておき、基準信号源1をその大きさに変化させ
ることにより出力周波数を点24に設定することができ
る。
【0016】
【実施例】次に、第1の発明による実施例の構成を図4
により説明する。図4の4Aは温度制御回路、4Bは基
準電源、5Aは増幅器、5Bはレーザダイオード(以下
、LDという。)、6Aは周波数弁別器として用いられ
るファブリー・ペロ干渉計(以下、干渉計という。)、
6Bと6Cはフォトダイオード(以下、PDという。)
、6Dは補正回路であり、その他は図1と同じものであ
る。4Aと4Bは基準信号源4を構成し、5Aと5Bは
光源5を構成する。6A〜6Dは周波数弁別器6を構成
する。温度制御回路4AはLD5Bの温度を設定し、基
準電源4BはLD5Bのおおよその出力周波数を設定す
る。
により説明する。図4の4Aは温度制御回路、4Bは基
準電源、5Aは増幅器、5Bはレーザダイオード(以下
、LDという。)、6Aは周波数弁別器として用いられ
るファブリー・ペロ干渉計(以下、干渉計という。)、
6Bと6Cはフォトダイオード(以下、PDという。)
、6Dは補正回路であり、その他は図1と同じものであ
る。4Aと4Bは基準信号源4を構成し、5Aと5Bは
光源5を構成する。6A〜6Dは周波数弁別器6を構成
する。温度制御回路4AはLD5Bの温度を設定し、基
準電源4BはLD5Bのおおよその出力周波数を設定す
る。
【0017】LD5Bの光の一部は干渉計6Aを通るこ
とにより、周波数の変動がレベルの変動に変換される。 LD5Bの出力をPD6Bで電気信号に変換し、干渉計
6Aの出力をPD6Cで電気信号に変換する。補正回路
6Dには、PD6BとPD6Cの出力が入力される。補
正回路6Dは、干渉計6Aの出力からLD5Bのレベル
変動を除去するためのもので、LD5Bの周波数の情報
だけを比較器2に送る。
とにより、周波数の変動がレベルの変動に変換される。 LD5Bの出力をPD6Bで電気信号に変換し、干渉計
6Aの出力をPD6Cで電気信号に変換する。補正回路
6Dには、PD6BとPD6Cの出力が入力される。補
正回路6Dは、干渉計6Aの出力からLD5Bのレベル
変動を除去するためのもので、LD5Bの周波数の情報
だけを比較器2に送る。
【0018】比較器2は基準電源1と比較することによ
りLD5Bの安定化周波数からのずれを検出し、スイッ
チ3が接になれば、増幅器5Aを通してLD5Bにその
ずれを負帰還し周波数を安定化する。
りLD5Bの安定化周波数からのずれを検出し、スイッ
チ3が接になれば、増幅器5Aを通してLD5Bにその
ずれを負帰還し周波数を安定化する。
【0019】例えば安定化を必要とする周波数が 20
0THz,200.01THz、200.03THzで
あり、干渉計6Aの弁別周期が10GHzであるとする
。また、LD5Bは温度25゜Cに温度制御されており
、周波数安定化される前の出力周波数が200.000
1THzであるとする。このとき、スイッチ3を断から
接にすればLD5Bの出力周波数は 200THzに安
定化される。
0THz,200.01THz、200.03THzで
あり、干渉計6Aの弁別周期が10GHzであるとする
。また、LD5Bは温度25゜Cに温度制御されており
、周波数安定化される前の出力周波数が200.000
1THzであるとする。このとき、スイッチ3を断から
接にすればLD5Bの出力周波数は 200THzに安
定化される。
【0020】次に、スイッチ3を接から断にするとLD
5Bの出力周波数は再び200.0001THzに戻る
。LD5Bが温度に対して−10GHz/゜Cの周波数
感度をもっているとすれば、LD5Bの温度を23゜C
にすれば出力周波数は200.0201THzになる。 スイッチ3を断から接にすれば、LD5Bの出力周波数
は200.02THzに安定化される。このとき、LD
5Bは極めて小型軽量なので熱容量が小さく、温度を速
やかに変更することができ、その結果、周波数の切り替
えも速くなる。
5Bの出力周波数は再び200.0001THzに戻る
。LD5Bが温度に対して−10GHz/゜Cの周波数
感度をもっているとすれば、LD5Bの温度を23゜C
にすれば出力周波数は200.0201THzになる。 スイッチ3を断から接にすれば、LD5Bの出力周波数
は200.02THzに安定化される。このとき、LD
5Bは極めて小型軽量なので熱容量が小さく、温度を速
やかに変更することができ、その結果、周波数の切り替
えも速くなる。
【0021】第2の発明は図4の干渉計6Aの弁別周期
が 9.9GHzであるような場合である。このとき、
200THzに安定化できるように調整してあるとし
ても、LD5Bの温度を23゜Cにしてスイッチ3を接
にしたときの周波数は200.0198THzになる。 ここで、基準信号源1を出力周波数が200.02TH
zになるように微小に変化させる。この変化量は予め求
めておかなければならない。このように干渉計6Aの弁
別周期と安定したい周波数の間隔が少し違っても周波数
弁別器を操作することなく高速な周波数切り換えができ
る。
が 9.9GHzであるような場合である。このとき、
200THzに安定化できるように調整してあるとし
ても、LD5Bの温度を23゜Cにしてスイッチ3を接
にしたときの周波数は200.0198THzになる。 ここで、基準信号源1を出力周波数が200.02TH
zになるように微小に変化させる。この変化量は予め求
めておかなければならない。このように干渉計6Aの弁
別周期と安定したい周波数の間隔が少し違っても周波数
弁別器を操作することなく高速な周波数切り換えができ
る。
【0022】
【発明の効果】この発明によれば、周波数弁別器の周期
が安定化周波数の間隔に等しいものを用いることにより
安定化周波数を高速かつ省エネルギーで変更することが
できる。また、周波数弁別器の弁別特性の周期が安定化
周波数の間隔とわずか異なる場合は、帰還回路の基準電
源を微小に変化させることを併用することにより、安定
化周波数を高速かつ省エネルギーで変更することができ
る。
が安定化周波数の間隔に等しいものを用いることにより
安定化周波数を高速かつ省エネルギーで変更することが
できる。また、周波数弁別器の弁別特性の周期が安定化
周波数の間隔とわずか異なる場合は、帰還回路の基準電
源を微小に変化させることを併用することにより、安定
化周波数を高速かつ省エネルギーで変更することができ
る。
【図1】この発明による周波数安定化光源の構成図であ
る。
る。
【図2】第1の発明による周波数安定化の作用説明図で
ある。
ある。
【図3】第2の発明による周波数安定化の作用説明図で
ある。
ある。
【図4】この発明による周波数安定化光源の実施例の構
成図である。
成図である。
【図5】従来技術による周波数安定化光源の構成図であ
る。
る。
【図6】図5の作用説明図である。
【図7】図5の作用説明図である。
【図8】図5の作用説明図である。
【図9】図5の作用説明図である。
1 基準信号源
2 比較器
3 スイッチ
4 基準信号源
5 光源
6 周波数弁別器
7 帰還回路
Claims (2)
- 【請求項1】 一定間隔の周波数を安定化する周波数
安定化光源において、第1の基準信号源(4) の信号
で発光周波数が変化する光源(5) と、弁別特性の周
期が前記一定間隔と等しく、光源(5) の出力周波数
を弁別する周波数弁別器(6) と、周波数弁別器(6
) の出力と第2の基準信号源(1) の出力を比較す
る比較器(2)と、比較器(2) の出力を入力とし、
出力を光源(5) に入力するスイッチ(3) とを備
え、光源(5) の周波数を変えるときは、スイッチ(
3) を断にして第1の基準信号源(4) の出力信号
を変化し、光源(5) の出力周波数を、目的とする周
波数の近くに設定してスイッチ(3) を接にすること
を特徴とする周波数安定化光源。 - 【請求項2】 一定間隔の周波数を安定化する周波数
安定化光源において、第1の基準信号源(4) の信号
により発光周波数が変化する光源(5) と、弁別特性
の周期が前記一定間隔とわずか異なり、光源(5) の
出力周波数を弁別する周波数弁別器(6) と、周波数
弁別器(6) の出力と第2の基準信号源(1) の出
力を比較する比較器(2)と、比較器(2) の出力を
入力とし、出力を光源(5) に入力するスイッチ(3
) とを備え、光源(5) の周波数を切り換えるとき
は、スイッチ(3) を断にして第1の基準信号源(4
) の出力信号を変化し、光源(5) の出力周波数を
、目的とする周波数の近くに設定してスイッチ(3)
を接にし、第2の基準信号源(1) を微調することを
特徴とする周波数安定化光源。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133319A JPH04335588A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 周波数安定化光源 |
| US07/878,945 US5286966A (en) | 1991-05-10 | 1992-05-05 | Frequency stabilized light source |
| DE4215156A DE4215156A1 (de) | 1991-05-10 | 1992-05-08 | Frequenzstabilisierte lichtquelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133319A JPH04335588A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 周波数安定化光源 |
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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- 1992-05-08 DE DE4215156A patent/DE4215156A1/de not_active Ceased
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