JPH0682882B2 - 複数のレ−ザ装置の発振周波数間隔安定化方法及び装置 - Google Patents

複数のレ−ザ装置の発振周波数間隔安定化方法及び装置

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JPH0682882B2
JPH0682882B2 JP18818787A JP18818787A JPH0682882B2 JP H0682882 B2 JPH0682882 B2 JP H0682882B2 JP 18818787 A JP18818787 A JP 18818787A JP 18818787 A JP18818787 A JP 18818787A JP H0682882 B2 JPH0682882 B2 JP H0682882B2
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oscillation frequency
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直樹 下坂
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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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
化させる複数のレーザ装置の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。
(従来技術の問題点) 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推定されうるとは言い難い。
(発明の目的) 本発明の目的は上記の問題点を解決することにあり、フ
ァブリーペロ共振器のミラー間隔を掃引する代わりに、
参照用レーザ装置の周波数を掃引し、ファブリーペロ共
振器としては単なるエタロン板を使用することで小型化
を図りまた、周波数間隔の基準としてファブリーペロ共
振器を使用することにより、周波数間隔を安定に設定す
ることを目的とする。
(発明の構成) 上記の目的を達成するため、本発明は制御対象である複
数のレーザ装置の各発振周波数を、それらの間隔がほぼ
一定となるように引き込んだ後、前記複数のレーザ装置
の発振周波数間隔を時間間隔に変換し、この時間間隔を
周波数間隔基準に対応する時間と比較することにより得
られる誤差信号を一定の値となるように制御することを
特徴とする。
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、前記複数
のレーザ装置からの出射光を合波する第1の光合波器
と、該第1の光合波器からの出力を外部からの制御信号
に従っていずれかの光路に出力する光路切換用の光スイ
ッチと、該光スイッチからの第1の出力及び前記参照用
レーザ装置出力を合波し、これを複数の光路に分岐する
光回路と、該光回路の第1の出力の周波数変化を振幅変
化に変換する高フィネス光学共振器と、前記光回路の第
2の出力の周波数変化を振幅変化に変換する低フィネス
光学共振器と、前記光回路の第3の出力と前記光スイッ
チの第2の出力を合波する第2の光合波器と、少なくと
も前記低フィネス光学共振器からの出力を用いて前記複
数のレーザ装置の発振周波数を前記高フィネス光学共振
器の共振周波数近傍に近接させ、しかる後に前記参照用
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
出力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
記高フィネス光学共振器の共振ピークに対応する光出力
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、前記光スイッチに印加する第1
の制御信号及び第2以下の制御信号を出力する制御装置
と、該制御装置からの前記第2以下の制御信号に従って
前記複数のレーザ装置への入力信号を変化させるレーザ
装置駆動装置とを含んで構成されることを特徴とする。
(作用) 本発明では上述のような構成をとることにより、周波数
掃引された参照用レーザ装置と光学共振器の組合せによ
り光学共振器のフリースペクトルレンジで決まる周波数
間隔基準に対応した時間差の基準パルス列を発生させ
る。また参照用レーザ装置の出射光と制御対象である複
数のレーザ装置の出射光のビート光を光検出器で受光し
た後、低域通過フィルタを通すことにより複数のレーザ
装置の周波数間隔に対応した時間差のパルス列を発生さ
せ、これを構成する各パルスの発生時刻と上記の基準パ
ルス列の対応するパルスの発生時刻の差を誤差信号とし
て制御することにより任意の個数のレーザ装置の周波数
間隔が同時に安定化され、しかもその周波数間隔が使用
する光学共振器より厳密に規定される。
(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
は本発明の実施例の構成図である。
制御方法は2段階に分かれているため、ここでは第1段
階から順を追って説明する。1.55μm帯波長可変分布ブ
ラッグ反射形半導体レーザ(DBR-LD)1は鋸歯状波発生
器2により印加される信号(第3図(a),(b)の5
0,51)に従い、その出射光周波数が時間に対し、鋸歯波
状に変化するが、制御の第1段階においては、制御装置
3から供給される制御信号に従い、鋸歯状波発生器がオ
フになっているため、光を出射していない。なお、波長
可変分布ブラッグ反射型半導体レーザの構造、特性につ
いては、例えばエレクトロニクスレターズ第23巻第8号
403ページ所載の村田らによる論文に詳しい。一方、制
御対象である1.55μm帯分布帰還形半導体レーザ(DFB-
LD)4,5,6は、制御の第1、2段階を通じて光を出射し
ている。同DFB-LD4,5,6からの出射光はそれぞれ、光ア
イソレータ7,8,9を透過した後、第1の3入力2出力の
光合分波器10で合波される。第1の光合分波器の第1の
出力は伝送系に接続されている。光スイッチ11は制御装
置3により印加される電気信号に従い、第1の光合分波
器10の第2の出力を第1の光路12へ向かわせる。第1の
光路12を通る光は第2の2入力3出力の光合分波器13に
よりパワー比1:1:1の3出力に分岐される。第2の光合
分波器13の第1の出力34はフリースペクトルレンジ20GH
zフィネス20のファブリーペロエタロン14を透過した
後、第1の光検出器15で電気信号に変換され、また第2
の光合分波器13の第2の出力35は、周波数軸上の透過率
変化の半周期が100GHzであるようなファイバ型マッハツ
ェンダ干渉計16を透過した後、第2図の光検出器17で電
気信号に変換される。第1及び第2の光検出器15、17か
らの電気信号は制御装置3の第1及び第2の入力端子3
1,32に印加される。なお第2図はファブリーペロエタロ
ン14、ファイバ型マッハツェンダ干渉計16の共振特性を
図示したものである。制御装置3では第1、第2の入力
31、32に基づき、まずマッハツェンダ干渉計16の共振特
性40を利用しファブリーペロエタロンの共振ピーク41,4
2,43の近傍にまで、DFB-LD4,5,6の発振周波数を引込
む。以上が制御の第1段階である。次の制御の第2段階
について説明する。第2段階では制御装置3から供給さ
れる制御信号に従い、光スイッチ11からの出力光路が第
1の光路12から第2の光路18に切換えられ、また鋸歯状
波発生器2がオンになり、繰り返し周波数20KHzの鋸歯
状波をLD1に印加され、DBR-LD1が周波数掃引される。DB
R-LD1から出射された光は光アイソレータ19を透過した
後、第2の光合分波器路13によりパワー比1:1:1に3分
岐される。このうち第1の出力34はファブリーペロエタ
ロン14を透過した後光検出器15で電気信号に変換され
る。第1の光検出器15には、鋸歯状波発生器2からの出
力信号の1周期中、DBR-LD1の発振周波数がファブリー
ペロエタロン14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周期のパルスが、第2図の共
振ピーク41,42,43に対応するものになるよう鋸歯状波発
生器2の出力波形を調整しておく。また第3の出力36は
光合波器20において光スイッチ11の第2の光路の光と合
波され、第3の光検出器21において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。この低域通過フィルタから
はDFB-LD1からの出射光の周波数とDFB-LD4,5,6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の出力信号の1周期の間に、DBR-LD1とDFB-L
D4,5,6の各々の発振周波数の差は±100MHzの範囲に入る
回数に等しく、それは3つである。低域通過フィルタを
通した第3の光検出器21の出力は制御装置3の第3の入
力端子33に印加される。制御装置3では第3の図(a)
に示した制御装置3の第1の入力端子31への入力及び第
38図(b)に示した制御装置3の第3の入力端子33への
入力のパルス発生時刻差52,53,54を誤差信号とし、これ
らの大きさが一定の値、本実施例では零になるような制
御信号を出力する。制御装置3からの制御信号はレーザ
装置駆動装置22,23,24に入力される。レーザ装置駆動装
置22,23,24からは、制御信号に応じた駆動電流がDFB-LD
4,5,6に注入される。なおDBR-LD1,DFB-LD4,5,6はそれぞ
れ温度制御装置25,26,27,28により、変動幅0.2℃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
を安定化できる。また使用するファブリーペロエタロン
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。
(発明の効果) 以上述べてきたように本発明により、任意の個数のレー
ザ装置の周波数間隔を同時に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、任意
の値に、かつ厳密に規定することができる。また、制御
の第1段階を導入することにより各レーザ装置の発振周
波数を光学共振器の所望の共振ピークに容易に引き込む
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図は実施例で用
いているファブリーペロエタロン14及びマッハツェンダ
干渉計16の共振特性、第3図(a)は制御の第2段階に
おける制御装置3への第1の入力31の時間変化、第3図
(b)は制御の第2段階における制御装置3への第3の
入力33の時間変化を表す図である。 第1図、第2図、第3図(a),(b)において、 1…1.55μm帯波長可分布ブラッグ反射形半導体レー
ザ、2…鋸歯状波発生器、3…制御装置、4,5,6…1.55
μm帯分布帰還形半導体レーザ、7,8,9,19…光アイソレ
ータ、10…3入力2出力光合分波器、11…光スイッチ、
13…2入力3出力光合分波器、14…ファブリーペロエタ
ロン、15,17,21…光検出器、16…ファイバ形マッハツェ
ンダ干渉計、20…光合波器、22,23,24…レーザ装置駆動
装置、25,26,27,28…温度制御装置、40…マッハツェン
ダ干渉計16の共振特性、44…ファブリーペロエタロン14
の共振特性、50,51…鋸歯状波発生器からの出力波形、5
2,53,54…誤差信号。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御対象である複数のレーザ装置の各発振
    周波数を、それらの間隔がほぼ一定となるように引き込
    んだ後、前記複数のレーザ装置の発振周波数間隔を時間
    間隔に変換し、この時間間隔を周波数間隔基準に対応す
    る時間間隔と比較することにより得られる誤差信号を一
    定の値となるように制御することを特徴とする複数のレ
    ーザ装置の発振周波数間隔安定化方法。
  2. 【請求項2】外部からの入力に応じて、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、
    前記複数のレーザ装置からの出射光を合波する第1の光
    合波器と、該第1の光合波器からの出力を外部からの制
    御信号に従っていずれかの光路に出力する光路切換用の
    光スイッチと、該光スイッチからの第1の出力及び前記
    参照用レーザ装置出力を合波し、これを複数の光路に分
    岐する光回路と、該光回路の第1の出力の周波数変化を
    振幅変化に変換する低フィネス光学共振器と、前記光回
    路の第2の出力の周波数変化を振幅変化に変換する低フ
    ィネス光学共振器と、前記光回路の第3の出力と前記光
    スイッチの第2の出力を合波する第2の光合波器と、少
    なくとも前記低フィネス光学共振器からの出力を用いて
    前記複数のレーザ装置の発振周波数を前記高フィネス光
    学共振器の共振周波数近傍に近接させ、しかる後に前記
    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
    波器の出力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
    時の前記高フィネス光学共振器の共振ピークに対応する
    光出力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、前記光スイッチに印加す
    る第1の制御信号及び第2以下の制御信号を出力する制
    御装置と、該制御装置からの前記第2以下の制御信号に
    従って前記複数のレーザ装置への入力信号を変化させる
    レーザ装置駆動装置とを含んで構成されることを特徴と
    する複数のレーザ装置の発振周波数間隔安定化装置。
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