JPH082040B2 - 波長同期システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数のローカル局の各々で保有する複数のレ
ーザ装置の発振周波数の組合せが各ローカル局間で互い
に一致するように制御する波長同期システムに関する。

〔従来の技術〕

従来、複数のローカル局に波長同期を施す方法として
は、基準局で保有する周波数掃引光源からの出射光及び
これの光学共振器透過光を各ローカル局に供給し、各ロ
ーカル局では送られてきたこれら２つの基準光をもとに
自局内の複数のレーザ装置に周波数間隔安定化制御を行
う方法（下坂ら、昭和63年度電子情報通信学会秋季全国
大会講演論文集、分冊Ｂ−１、Ｂ−１−188ページ参
照）が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の方法においては、基準局から各ローカル局に供
給する必要のある基準信号が周波数掃引光，光学共振器
を透過した周波数掃引光及び周波数掃引のタイミング信
号の３種類ある。従って、基準局から各ローカル局に信
号線を３本設ける必要があり、ケーブル敷設コストが高
くなる。しかも、光ケーブルと電気線が混在しているた
め、基準局とローカル局とが遠く離れているときには、
同一時刻に到達すべき各信号の間の伝搬遅延差が無視で
きなくなる。

また、周波数掃引を光学共振器に通した光は、光学共
振器の透過特性を反映してパルス列となり、その一掃引
周期内での発生時刻が光学共振器の共振周波数に対応し
ているが、基準局とローカル局とが遠く離れていて長尺
ファイバを通す必要があるときには、ファイバの波長分
散の影響を受けて上記パルスの生起時刻が変化してしま
う。

したがって、本発明の目的は基準局から各ローカル局
に対して設けるべき信号線の本数を１本に減らし、かつ
基準局とローカル局との間の距離が長くなっても送るべ
き基準信号の品質が劣化しない波長同期システムを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の波長同期システムは発振周波数を制御する対
象である互いに異なる発振周波数の複数のレーザ装置を
それぞれ有する複数のローカル局と、制御の基準となる
周波数で発振する基準用レーザ装置と前記基準用レーザ
装置の出射光を前記複数のローカル局に分岐する第１の
光分岐器とを有する基準局とを備え； 前記複数のローカル局のそれぞれは前記第１の光分岐
器の出射光を分岐する第２の光分岐器と、前記複数のレ
ーザ装置のそれぞれの出射光の少なくとも一部と前記第
２の光分岐器の第１の出射光とを合波する第１の光合波
器と、外部からの入力信号に応じて前記複数のレーザ装
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、前記参照用レーザ装置の出射光を分岐
する第３の光分岐器と、前記第３の光分岐器の第１の出
射光と前記第１の光合波器の出射光とを合波する第２の
光合波器と、前記第２の光合波器の出射光を電気信号に
変換する第１の光検出器と、前記第３の光分岐器の第２
の出射光と前記第２の光分岐器の第２の出射光とを合波
する第３の光合波器と、前記第３の光合波器の出射光の
周波数変化を透過光の振幅変化に変換しかつ外部からの
印加信号により共振周波数間隔が変化する光学共振器
と、前記光学共振器の出射光を電気信号に変換する第２
の光検出器と、前記参照用レーザ装置の発振周波数掃引
時の前記第２の光合波器の出射光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光学共振器の共振ピークに
対応する出射光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制御信号を出力す
る第１の制御装置と、前記第１の制御装置からの制御信
号に従って前記複数のレーザ装置の入力信号を変化させ
るレーザ装置駆動装置と、前記第２の光検出器の出力の
直流成分が最大になるように前記光学共振器に印加する
制御信号を出力する第２の制御装置とから構成される。

〔作用〕

本発明においては、基準局から各ローカル局へは発振
周波数が絶対安定化された光のみであるため、基準信号
を送るのに必要なケーブルの本数は光ファイバ１本であ
る。また、送る基準信号も直流光であるため、光ファイ
バの波長分散の影響を受けず従って基準信号としての品
質は劣化しない。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の構成図である。なお、こ
の実施例では説明を簡単にするためにローカル局数が２
個、各ローカル局で持つ制御対象レーザ装置が３台の場
合につき述べる。基準局CS内に基準用レーザ装置として
保持する1.55μｍ帯分布帰還型半導体レーザ（DFB）１
からの出射光はアイソレータ２を透過後にハーフミラー
３で２分岐される。一方の分岐光は分岐比1:1の第１の
光分岐器４に入力される。他方の分岐光はアンモニアガ
スを50Torrの圧力で充填した長さ50cmのガラスセル５に
入射される。ガラスセル５を透過した光は光検出器６で
電気信号に変換される。この電気信号は制御回路７に入
力される。制御回路７は入力された電気信号のレベルが
一定値になるような、すなわちDFB1の発振周波数がアン
モニアガスの吸収曲線上の適宜選定したある一点に保持
されるような制御信号を出力する。この制御信号はレー
ザ駆動装置８で電流に変換されてDFB1に注入される。こ
のような制御により、DFB1の発振周波数はアンモニア吸
収曲線上の一点に絶対安定化される。なお、以上の構成
要素１〜８は基準局CSを構成する。

この実施例ではローカル局LS1,LS2を２つ想定してい
るが、これらの構成要素及び動作は互いに同一であるた
め、ここでは、一方のローカル局LSTのみについて説明
する。基準局CS内の第１の光分岐器４の２つの出力のう
ち第１の出射光９は第１のローカル局LS1に送られる。
第１の出射光９はローカル局LS1内で分岐比1:1の第２の
光分岐器14により第１及び第２の出射光15,16に分けら
れる。制御対象レーザ装置17,18,19の出射光は各々光ア
イソレータ20,21,22を透過した後、第２の光分岐器14の
第１の出射光15と共に第１の光合波器23により合波され
る。一方、ローカル局LS1内で参照用レーザ装置として
用いている1.55μｍ帯波長可変分布ブロック反射型半導
体レーザ（DBR）11は鋸歯状波発生器12により印加され
る繰り返し周波数500Hzの鋸歯状波に従ってその発振周
波数が時間に対し鋸歯状に変化している。DBR11からの
出射光は第１の光アイソレータ13を透過した後、第３の
光分岐器24により第１及び第２の出射光25,26にパワー
比1:1に分けられる。第２の光分岐器14の第２の出射光1
6は光可変減衰器27を透過した後、第３の光合波器28に
より第３の光分岐器24の第２の出射光26と合波される。
第３の光合波器28の出射光はフィネス10,フリースペク
トルレンジ10GHzとなるようにその厚さ及び端面反射率
を調整した石英製ファブリーペロエタロン29に入射され
る。ファブリーペロエタロン29の透過光は鋸歯状波発生
器12からの出力信号の１周期中、DBR11の周波数がファ
ブリーペロエタロン29の共振周波数に一致した時点で発
生するパルス列状の光及び基準局CSから送られてくる直
流光に対応した直流光から構成されているが、この１周
期中のパルスの数が４つになるように鋸歯状波発生器12
の出力のピーク電圧を調整しておく。また、ファブリー
ペロエタロン29に含まれる直流光レベルがパルス光のピ
ークレベルを越えないように光可変減衰器27で基準局CS
から送られる直流光に与える減衰量を調整しておく。フ
ァブリーペロエタロン29の透過光は第２の光検出器30で
電気信号に変換された後に２分岐され、一方は第１の制
御装置31の第２の入力端子33に、他方はパルス波形除去
用の低域通過フィルタ35を介して第２の制御装置34に入
力される。第２の制御装置34では入力直流電圧が最大に
なるように最大値制御を行ない、その出力制御信号によ
り温度制御装置36を駆動してファブリーペロエタロン29
の温度を制御し、その共振周波数を絶対安定化されたDF
B1の発振周波数に絶対安定化している。第１の光合波器
23の出射光は第２の光合波器37により第３の光分岐器24
の第１の出射光25と合波される。その合波光は第１の光
検出器38で電気信号に変換された後、第１の制御装置31
の第１の入力端子32に印加される。

続いて、第１の制御装置31の詳細構成及び機能につい
て説明する。第３図は第１図に示した第１の制御装置31
の構成図であり、第４図は第３図に示した第１の制御装
置31の中のパルス発生時刻差計測回路410の詳細構成を
示す。第３図において、第１の入力端子32に入力した電
気信号は遮断周波数600MHzの低域増幅器405に入力され
る。この低域増幅器405は低域通過フィルタの役割も果
しており、DBR11からの出射光の周波数と、DFB1,17,18,
19の出射光の周波数との差が、ほぼ±600MHz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図の鋸歯状波発生器12の出力信号607,608
（第２図参照）の一周期にDBR11とDFB1,17,18,19の各々
の発振中心周波数との差が±600MHz範囲にはいる回数に
等しく、それは３つである。以下、これらのパルスをそ
れぞれ第１、第２、第３及び第４のビートパルスと呼
ぶ。このパルスは包絡線検波回路406で包絡線検波され
た後、さらにシュミットトリガ回路407で論理レベルに
等しい振幅を持つ方形波に整形され、続いてインバータ
回路408で極性が反転された後、パルス発生時刻差計測
回路410の第２の入力端子409に入力される。一方、第２
の光検出器30からのパルス状の電気信号は低域増幅器40
1で増幅された後、シュミットトリガ回路402で出力レベ
ルを論理レベルとした後、インバータ回路403で極性を
反転してパルス発生時刻差計測回路410の第１の入力端
子404に入力される。なお、第１図の鋸歯状波発生器12
の出力信号607,608（第２図参照）の一周期中にパルス
発生時刻差計測回路410の第１の入力端子404に入力され
るパルスの数は前述のように４つである。これらのパル
スをそれぞれ第１、第２、第３及び第４の基準パルスと
呼ぶ。

この実施例ではDFB17,18,19の発振周波数をそれぞれ
上記光学共振器の第２から第４の光学共振周波数にあわ
せるように、これら第１から第３のDFB17,18,19の発振
周波数を制御する。したがって、制御装置31では第２、
第３及び第４のビートパルスの生起時刻がそれぞれ第
２、第３及び第４の基準パルスの生起時刻にほぼ一致す
るように制御する。以下、その詳細を説明する。第４図
は第３図中のパルス発生時刻差計測回路410の詳細構成
図である。上述の基準パルス列とビートパルス列（第２
図（ａ），（ｂ））がそれぞれ第１及び第２の入力端子
404,409に入力されると、第１及び第２のカウンタ501,5
02からは第２図（ｃ）から（ｅ）に示す方形波が出力さ
れる。第２図において、実線が基準パルス列によって作
られた第１のカウンタ501の第１から第３の出力端の出
力であり、点線がビートパルス列によって作られた第２
のカウンタ502の第１から第３の出力端の出力である。
これらの方形波は各基準パルス及びビートパルスの生起
時刻をその立ち上がり時刻とし、また、それぞれ次のパ
ルスの生起時刻を立ち下がり時刻としている。ただし、
最後のパルスである第４の基準パルス及び第４のビート
パルスで立ち上がった方形波（第２図（ｅ））はいずれ
も第１図の鋸歯状波発生器２の出力信号（第２図607,60
8参照）である鋸歯状波の次の一周期の開始時刻を立ち
下がり時刻としている。これらのカウンタ501,502の出
力は、いずれも第１の出力が第１のexclusive−OR（EX
−OR）回路503に、第２の出力が第２のexclusive−OR回
路504に、かつ第３の出力が第３のexclusive−OR回路50
5に入力される。このとき、これら第１から第３のexclu
sive−OR回路503,504,505からは第２図（ｆ）から
（ｈ）に示すようにそれぞれ２つずつの方形パルスが出
力される。そこで、パルス選択回路506でこれらの方形
パルスの内、先頭つまり時間的に早い方の方形パルスの
みをそれぞれ選択して出力する。さらに、次のパルス順
序判定回路507で第１の基準パルスと第１のビートパル
スのどちらが先に生起しているか、また同様に第２、第
３のこれらのパルスはどちらが先に生起しているかを判
定して、基準パルスに対してビートパルスが先に生起し
ているときは正の電圧の方形パルス（パルス幅はパルス
選択回路の出力と同じ）を出力し、基準パルスに対して
ビートパルスが後のときは負の電圧の方形パルスを出力
する。これはDFBの発振周波数をDFBへの注入電流で制御
するため、DFBに帰還する電流の変化の方向を変えなけ
ればならないためである。このパルス順序判定回路507
の出力はそれぞれ第３図の第１から第３の積分器411,41
2,413で第１図の鋸歯状波発生器２の掃引時間の２から
３倍程度の時間内で積分して、上記方形パルスのパルス
幅及び基準パルスとビートパルスの時間的前後関係から
決まる正または負の電圧の大きさに変換する。これらの
積分器411,412,413の出力はそれぞれ個々に後段に接続
された第５図に示す回路からなるレーザ装置駆動装置3
9,40,41の入力端701に接続される。同装置では入力端70
1からの信号をDFBに対する直流バイアス電流に重畳して
DFBを駆動する。

以上の操作を第２のローカル局LS2に対しても行なう
ことにより、基準局CSから供給されるDFB1の出射光によ
り同一の共振周波数を持つように制御されたファブリー
ペロエタロン29の同じ共振周波数の組合せ（周波数軸上
でDFB1の発振周波数に一致した共振周波数から数えて２
〜４番目の組合せ）に各組の３台のDFB17,18,19の発振
周波数が安定化される。

特に、基準局CSからローカル局LS1,LS2の各々に供給
する光の発振周波数を絶対安定化し、これを用いて各ロ
ーカル局の制御の基準となる光学共振器の共振周波数を
絶対安定化しているため、各ローカル局で制御される複
数のレーザ装置は全て絶対安定化されていることにな
る。しかも、その間隔周波数までもが各ローカル局間で
互いに等しい値に絶対安定化されている。

なお、DFB1、DFB17,18,19及びDBR11はそれぞれ第１〜
第５の温度制御装置42,43,44,45,46により温度変動幅0.
2℃以内に温度安定化されている。

上記実施例では、３台のレーザ装置を１組として、こ
れを２組同時に安定化し、同じ発振周波数の組合せを持
つレーザ装置の組を２組生成している。しかし、１組当
たりのレーザ装置の個数及び組数はこれらの値に限定さ
れず、前者は鋸歯状波発生器12からの出力信号の周波数
及びピーク電圧を調整しかつ１周期あたりファブリーペ
ロエタロン29から出射されるパルスの数を増大すること
により、また後者は第２の光分岐器４の分岐数を増すこ
とにより増大することができる。また、ファブリーペロ
エタロン29の厚さを変えることにより、周波数間隔を自
由に設定することができる。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〕

以上説明したように本発明によれば、基準局と各ロー
カル局とが遠く離れていても制御動作の劣化はなく波長
同期を施すことが可能となり、しかも基準局とローカル
局との間に設ける信号線は１本に削減でき経済的効果は
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。第２図
は同実施例におけるパルス発生時刻差計測回路の動作の
説明図であり、第２図（ａ）は基準パルス列、第２図
（ｂ）はビートパルス列、第２図（ｃ）は第４図中のカ
ウンタ501,502の第１の出力、第２図（ｄ）は第４図中
のカウンタ501,502の第２の出力、第２図（ｅ）は第４
図中のカウンタ501,502の第３の出力、第２図（ｆ），
（ｇ），（ｈ）はそれぞれ第４図中のexclusive−OR回
路503,504,505の出力である。第３図は同実施例におけ
る第１の制御装置の構成図、第４図は第３図中のパルス
発生時刻差計測回路の構成図、第５図は同実施例におけ
るレーザ装置駆動装置の構成図である。 CS……基準局、LS1,LS2……ローカル局、1,17,18,19…
…1.55μｍ帯分布帰還形半導体レーザ、2,13,20,21,22
……光アイソレータ、３……ハーフミラー、4,14,24…
…光分岐器、５……気体セル、6,30,38……光検出器、
7,31,34……制御装置、8,39,40,41……レーザ装置駆動
装置、11……1.55μｍ帯波長可変分布ブラッグ反射型半
導体レーザ、12……鋸歯状波発生器、23,28,37……光合
波器、27……光可変減衰器、29……ファブリーペロエタ
ロン、35……低域通過フィルタ、36,42,43,44,45,46…
…温度制御装置、401……低域増幅器、402,407……シュ
ミットトリガ回路、403,408……インバータ回路、404,4
09……パルス発生時刻差計測回路の入力端子、405……
遮断周波数600MHzの低域増幅器、406……包絡線検波回
路、410……パルス発生時刻差計測回路、411,412,413…
…積分器、501,502……カウンタ、503,504,505……excl
usive−OR回路、506……パルス選択回路、507……パル
ス順序判定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振周波数を制御する対象である互いに異
   なる発振周波数の複数のレーザ装置をそれぞれ有する複
   数のローカル局と、制御の基準となる周波数で発振する
   基準用レーザ装置と前記基準用レーザ装置の出射光を前
   記複数のローカル局に分岐する第１の光分岐器とを有す
   る基準局とを備え； 前記複数のローカル局のそれぞれは前記第１の光分岐器
   の出射光を分岐する第２の光分岐器と、前記複数のレー
   ザ装置のそれぞれの出射光の少なくとも一部と前記第２
   の光分岐器の第１の出射光とを合波する第１の光合波器
   と、外部からの入力信号に応じて前記複数のレーザ装置
   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、前記参照用レーザ装置の出射光を分岐す
   る第３の光分岐器と、前記第３の光分岐器の第１の出射
   光と前記第１の光合波器の出射光とを合波する第２の光
   合波器と、前記第２の光合波器の出射光を電気信号に変
   換する第１の光検出器と、前記第３の光分岐器の第２の
   出射光と前記第２の光分岐器の第２の出射光とを合波す
   る第３の光合波器と、前記第３の光合波器の出射光の周
   波数変化を透過光の振幅変化に変換しかつ外部からの印
   加信号により共振周波数間隔が変化する光学共振器と、
   前記光学共振器の出射光を電気信号に変換する第２の光
   検出器と、前記参照用レーザ装置の発振周波数掃引時の
   前記第２の光合波器の出射光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光学共振器の共振ピークに対応
   する出射光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制御信号を出力する第
   １の制御装置と、前記第１の制御装置からの制御信号に
   従って前記複数のレーザ装置の入力信号を変化させるレ
   ーザ装置駆動装置と、前記第２の光検出器の出力の直流
   成分が最大になるように前記光学共振器に印加する制御
   信号を出力する第２の制御装置とから構成されることを
   特徴とする波長同期システム。