JPH0658986B2 - レーザ装置発振周波数間隔安定化方法 - Google Patents

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ブ
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ブリーペロ共振器のフリースペク
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・オー・
シー'85(IOOC-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
を与えるファブ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、ファブ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
引型ファブ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CS87-96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、
一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ペ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
掃引光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光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、FSK変調信号のレ
プリカで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。

1.55μｍ帯波長可変分布反射形半導体レーザ（以下DB
R）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20kHzの信号27,28（第２図参照）に従い、その出
射光波数が時間に対し、鋸歯状に変化している。DBR1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を透過した後第１の光検出器
６に入射される。第１の光検出器６には、鋸歯状発生器
２からの出力信号の一周期中、DBR1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100M
b/s，変調指数５でFSK変調された1.55μｍ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を透過した後第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の出力は光検出器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入力される。低域通過フ
ィルタからはDBR1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、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出力信号27,28（第２図参照）の
１周期にDBR1とDFB8,9,10の各々の発振周波数の差が±1
00MHz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24,25,26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、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。

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理論
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FSK変調ス
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、DBR1、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℃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…1.55μｍ波長可変分布反射形半導体レーザ、２…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…1.55μｍ帯分布帰還形レーザ、14,15…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. 【請求項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。