JP2977919B2

JP2977919B2 - 半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置

Info

Publication number: JP2977919B2
Application number: JP3049930A
Authority: JP
Inventors: 英之宮田; 寛尾中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JPH04286175A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザの光周波数変調
を用いる通信，計測等において、入力した変調信号に基
づいて周波数もしくは位相変調されたレーザ光の光周波
数偏移量の測定，制御を行う半導体レーザの光周波数偏
移量測定，制御装置に関する。

【０００２】近年、半導体レーザに対し直接光周波数変
調を用いることによって通信，計測等が行われるように
なってきた。例えば通信においてはレーザ光に直接光周
波数変調を加えることにより、伝送路へ送出する光デー
タとするという光通信システムが実用化されつつある。
その一方式として、コヒーレント光を用いたＦＳＫ（Fr
equency Shift Keying) 方式によるコヒーレント光通信
システムが挙げられる。このＦＳＫ方式では、送信すべ
きデータの２論理値（“１”，“０”）に対応して、半
導体レーザからの出力光の周波数を第１光周波数ｆ₁ま
たは第２光周波数ｆ₂に変化させるようなデータ変調
（ＦＳＫ変調）を行う。このとき高い受信感度を得るた
めには光周波数偏移量を一定にする必要がある。

【０００３】この場合、半導体レーザ自身のバイアス経
年変化あるいはこれを含んだ光モジュールの経年劣化等
により、ＦＭ変調効率（半導体レーザの単位電流あたり
の光周波数可変量）が変化する。特に送信側の半導体レ
ーザのバイアスを制御して、自動周波数制御〔ＡＦＣ）
を行う光周波数分割多重（ＦＤＭ）伝送の場合には、バ
イアスが変化するためＦＭ変調効率が大きく変動する。
そうすると、半導体レーザを同一の駆動電流で変調した
としても、変調指数、すなわち中心周波数ｆ₀に対する
第１及び第２光周波数ｆ₁，ｆ₂の周波数偏移量が初期
に設定した一定値からずれてくる。このズレは光通信シ
ステムにおける受信系において、その受信感度を著しく
劣化させてしまうことになる。

【０００４】本発明は上記のズレを生じさせない、半導
体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置について述
べるものである。なお、本発明はコヒーレント光を用い
た光計測システム等にも応用できるものである。

【０００５】

【従来の技術】半導体レーザに対し直接光周波数変調を
行うという技術はきわめて最近現れたものであり、光周
波数偏移量の測定，制御の概念はなく、従来技術として
確立したものは未だ知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、送信側で自
動周波数制御（ＡＦＣ），自動出力制御（ＡＰＣ）が同
時にできるととも送信側の複数レーザを制御でき、その
上マーク率に依存せず高速回路も必要とせず、簡単な構
成で小型化できしかも安価に実現できる、特にＦＤＭ伝
送の場合に有用な半導体レーザの光周波数偏移量の測
定，制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１図は、本発明の原理
構成を示すブロック図である。同図において、１０は半
導体レーザであり、高速の変調信号の“１”，“０”に
対応して光周波数を第１光周波数ｆ₁，第２光周波数ｆ
₂に変化させられた（ＦＳＫ変調のかけられた）出力光
Ｈ₀を出力する。

【０００８】本発明に係る半導体レーザの光周波数偏移
量の測定，制御装置は、半導体レーザ１０からのＦＳＫ
変調のかかった出力光Ｈ₀を受けて動作するもので、図
示するとおり、光干渉器２０と、受光器３０と、動作点
設定手段４０と、光周波数偏移量検出手段５０とからな
る。

【０００９】光干渉器２０は、半導体レーザ１０からの
出力光Ｈ₀を受け、光周波数弁別特性に従った干渉光Ｈ
_iを出力する。受光器３０は、干渉光Ｈ_iを受けてその
光強度を電気信号ＥＬに変換する。

【００１０】動作点設定手段４０は、予め半導体レーザ
１０のバイアスに低周波変調された前記干渉光Ｈｉの低
周波信号を前記電気信号から同期検波により抽出するこ
とで前記光干渉器２０の動作点を検出し、前記光周波数
弁別特性の極大値あるいは極小値に対応する光周波数に
一致するように動作点を設定する。

【００１１】光周波数偏移量検出手段５０は、前記動作
点のもとで発生する低周波信号成分を前記電気信号ＥＬ
から同期検波により抽出し、光周波数偏移量を検出す
る。

【００１２】

【作用】本発明に係る半導体レーザの光周波数偏移量の
測定，制御装置の動作原理は、ｉ）光干渉器２０における光周波数弁別特性の極大値又
は極小値に対応する光周波数に、該光干渉器２０の動作
点を安定化させること、 ii）その安定化された動作点のもとで、予め低周波信号
Ｓ₁で変調されて光干渉器２０から出力される干渉光Ｈ
i の平均光出力強度の低周波信号Ｓ₁の２倍の低周波信
号Ｓ₂成分を受光器３０より出力される電気信号ＥＬか
ら同期検波することにより抽出し、得られた同期検波出
力信号から光周波数偏移量を検出すること、の２点に大
別される。

【００１３】上記ｉ）およびii）の各操作は主として動
作点設定手段４０および光周波数偏移量検出手段５０が
各々行う。これについてさらに詳しく述べる。初めに、
動作点の設定について説明する。

【００１４】図２(a) は、光干渉器２０の光周波数弁別
特性を示すグラフである。本グラフの横軸は光干渉器２
０に入力する光周波数を示し、縦軸は光干渉器２０から
の干渉光Ｈ_iの光強度Ｐを示す。なお、干渉光Ｈ_iには
２つの相補的な干渉光Ｈ_i1，Ｈ_i2があり、図２(a) にお
いて実線が干渉光Ｈ_i1の、また鎖線が相補的な干渉光Ｈ
_i2の光周波数弁別特性曲線である。光干渉器２０として
は、ファブリ・ペロー干渉器、マイケルソンあるいはマ
ッハツェンダー干渉器等が良く知られているが、本発明
ではいずれの干渉器を用いても良い。本グラフはマッハ
ツェンダー干渉器を用いたときの例を示すが、このよう
な形の光周波数弁別特性が観測される。

【００１５】マッハツェンダー干渉器の光周波数弁別特
性は光周波数の変化に対し正弦波状に変化する光強度を
示すが、そのうちの一部を取り出したのが本グラフであ
る。図示するとおり、光強度は極大値ＭＡＸと極小値Ｍ
ＩＮをとる。極大値ＭＡＸを生じさせる光周波数はｆma
x 、極小値ＭＩＮを生じさせる光周波数はｆmin であ
る。本発明ではこれらの極値のいずれか一方と動作点
（第１光周波数ｆ₁と第２光周波数ｆ₂の中間の光周波
数ｆ₀）が一致するようにする上記の２つの干渉光Ｈ_i1
及びＨ_i2は互いに相補的な干渉光であるから、これらを
加算すると図２(a) の一点鎖線の如く平坦な出力とな
る。この平坦な出力値は半導体レーザ１０の光出力に比
例する。また、上記２つの相補的な干渉光Ｈ_i1及びＨ_i2
を減算すると、図２(b) に実線で示すように振動が２倍
の出力となる。この減算信号を予め半導体レーザ１０
の、または光干渉器２０のバイアスあるいは温度に重畳
していた低周波信号Ｓ₁で同期検波した後の信号はこの
減算信号を微分した波形つまり図２(b) に鎖線で示すよ
うな波形と等価であるから、極大値ＭＡＸ及び極小値Ｍ
ＩＮにおいて同期検波信号は零になる。従って、この零
点に常に追従するように制御すれば、動作点を光周波数
弁別特性の極大値あるいは極小値と一致させることがで
きる。

【００１６】次に、光周波数偏移量の検出について説明
する。図３(a) ，(b) ，(c) は、ＦＳＫ変調された光信
号を光干渉器２０で受け、動作点を掃引したときの光干
渉器２０からの光出力のスペクトルを示している。光干
渉器２０はマッハツェンダー型とした。光周波数偏移量
Δｆ（変調指数ｍ）が大きくなるに従い変調された光信
号のスペクトルが広がるため、光の可干渉性が悪くなり
光干渉器２０から出力される光出力のスペクトルも図に
示すように広がる。つまり、図(a) ，(b) ，(c) におい
て光周波数偏移量Δｆの大きさは図(a)＜図(b) ＜図(c)
の順に大きくなり、それに応じて平均光出力のスペク
トル波形が緩やかになっている。

【００１７】上記のように低周波信号Ｓ₁を同期検波す
ることで動作点設定手段４０により、動作点は常にこの
スペクトルの極大値ＭＡＸあるいは極小値ＭＩＮの位置
に安定化させておく。例えば動作点を極大値ＭＡＸに安
定させた場合、光干渉器２０から出力される平均光出力
は図(a) ，(b) ，(c) の各々中央に示すよう低周波信号
Ｓ₁の変形した波形として観測される。そして、極大値
ＭＡＸの位置に動作点がある場合には、低周波信号のＳ
₁の成分は極小となり、代わって低周波信号Ｓ ₁の２倍
の周波数の低周波信号Ｓ₂成分が最も大きく発生する。
このＳ₁の２倍の周の低周波数信号Ｓ₂成分の振幅の値
はスペクトルの肩の部分の傾きを表わす。この傾きは図
(a) ，(b) ，(c) に示すように光周波数偏移量Δｆの大
きさにより変化するため、低周波信号Ｓ₂の振幅の値は
光周波数偏移量Δｆに対応することになる。

【００１８】図４に、低周波信号Ｓ₁の２倍の周波数の
低周波信号Ｓ₂での同期検波後の検出信号と光周波数偏
移量Δｆの関係を示す。このグラフにより、光周波数偏
移量Δｆの値は測定されることになる。つまり、安定化
された動作点のもとで発生する干渉光Ｈ_iの平均光出力
強度の変動の低周波信号Ｓ₂成分を低周波信号Ｓ₂で同
期検波すれば、得られた同期検波後の検出信号と、所定
の光周波数偏移量Δｆを生じさせるときの同期検波出力
信号の設定値とを比較することにより光周波数偏移量Δ
ｆを検出することができ、該検出信号の設定値に向かっ
て収束させるようにデータ変調部に帰還をかければ光周
波数偏移量（変調指数）安定化の制御も可能となる。

【００１９】かくして、図１の動作点設定手段４０は図
２のグラフに着目して設けられ、図１の偏移量検出手段
５０は図４のグラフに着目して設けられたものである。
本発明による特徴は、干渉光Ｈ_iの光強度を制御変数と
して用いしかも光強度の低周波成分のみを扱うことであ
る。従って、本発明に係る半導体レーザの光周波数偏移
量の測定，制御装置は極めて低い周波数で動作する装置
でよいということになる。

【００２０】

【実施例】図５は、本発明に基づく一実施例を示すブロ
ック図である。なお、全図を通じて同様の構成要素には
同一の参照番号または記号を付して示す。

【００２１】同図において、半導体レーザ１０の例えば
その前方光（前方光から制御用の信号をとる場合もあ
る）は光データＤ_hとして図示しない伝送路に入射され
る。この光データＤ_hは送信すべきデータＤ_inの
“１”，“０”に応じて光周波数変調（ｆ₁，ｆ₂）あ
るいは光位相変調されたものである。この送信すべきデ
ータＤ _inによる変調は変調回路１１により行われる。ま
た、図示しないがこの光変調が最適な駆動条件で行われ
るように半導体レーザ１０に周知のバイアス部が設けら
れる。

【００２２】本発明に係る装置は、半導体レーザ１０か
らの例えば後方光からなるＦＳＫ変調のかけられた出力
光Ｈ₀を受けて動作する。光干渉器２０は、半導体レー
ザ１０からの出力光Ｈ₀を受け、光周波数弁別特性に従
った互いに相補的な２つの干渉光Ｈ_i1，Ｈ_i2を出力す
る。

【００２３】図６に、２つの相補的な干渉光を出力する
光干渉器の例を示す。同図において、(a) はマッハツェ
ンダー干渉器を示す図であり、Ｍはハーフミラー、Ｍ′
はミラーであって、２つの光路の光路長間に所定の差を
もたせて干渉させ相補的な２つの干渉光Ｈ_i1及びＨ_i2を
発生させる。これら相補的な２つの干渉光Ｈ_i1及びＨ_i2
の光周波数弁別特性は図２(a) に示したとおりである。

【００２４】図６において、(b) はファブリ・ペロー干
渉器を示す図であり、一方の干渉光Ｈ_i1は通常の透過光
であるのに対し、他方の干渉光Ｈ_i2は反射光である。フ
ァブリ・ペロー干渉器ＦＰが出力光Ｈ₀の光軸に対し傾
斜しているのは、反射光Ｈ_i2を半導体レーザ１０側に戻
さないようにするためと、反射光を入力光を遮らさずに
取り出すためである。同図中(c) は、(b) における２つ
の干渉光の光周波数弁別特性を示す図である。２つの相
補的な干渉光を得る方法は他にもあるが、ここでは示さ
ない。

【００２５】再び図５を参照すれば、上記２つの干渉光
Ｈ_i1，Ｈ_i2を受けるためフォトダイオード等を用いて２
つの受光器３１，３２が設けられ、干渉光Ｈ_i1，Ｈ_i2の
光強度は各々電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂に変換される。ま
た、後述の減算器３７、加算器３８にて電気信号Ｅ
Ｌ₁，ＥＬ₂の各々に対応する電圧信号を減算、加算す
るので電圧検出抵抗３３，３４、これらと各々対をなす
計装アンプ３５，３６が設けられる。

【００２６】減算器３７は、２つの受光器３１、３２か
らの各電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂の差成分を出力する。加
算器３８は、２つの受光器３１，３２からの各電気信号
ＥＬ₁，ＥＬ₂の加算成分を出力する。

【００２７】本実施例では、動作点設定手段４０は、低
周波発振器４１と、同期検波回路４２と、動作点安定化
回路４３と２つの加算器４４，４５と、アンプあるいは
減衰器４６とからなる。

【００２８】低周波発振器４１は、低周波信号Ｓ₁を発
振し前記光周波数弁別特性における動作点の周波数を低
周波で変化させる。この動作点のシフトは制御線Ｌ₁を
介し半導体レーザ１０のバイアスあるいは温度に重畳し
半導体レーザ１０の発振周波数を制御して行う方法と、
これとは別に制御線Ｌ₁を介して光干渉器２０のバイア
スあるいは温度に重畳し光干渉器２０の干渉特性を制御
して行う方法とがある。また、これらの両方法が用いら
れても良い。なお、温度に重畳して制御を行う場合には
周知のベルチェ素子が用いられる。低周波とは、データ
の伝送速度の周波数に対して低周波という意味で、例え
ば100 Hzである。

【００２９】同期検波回路４２は、減算器３７から各電
気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂の差成分を受信してその差成分を
動作点検出信号として用い、その動作点検出信号と低周
波発振器４１からの低周波信号Ｓ₁とを入力として動作
点検出信号に対し低周波信号Ｓ₁で同期検波を行い、低
周波信号Ｓ₁に同期した信号成分を抽出する。同期検波
した後の信号は図２(b) で説明したように、光周波数弁
別性を微分した波形と等価であるから、光周波数弁別特
性における極大値ＭＡＸ及び極小値ＭＩＮにおいて同期
検波信号は零になる。従って、動作点安定化回路４３に
よりこの零に常に追従するようにすれば、動作点を常に
極大値ＭＡＸまたは極小値ＭＩＮに一致させることがで
きる。つまり、同期検波信号が常に零になるように半導
体レーザ１０のバイアスあるいは温度、または光干渉器
２０のバイアスあるいは温度に帰還をかければ、同期検
波信号が零となる光周波数に動作点が安定化する。この
とき、半導体レーザ１０のバイアスあるいは温度に帰還
する場合は、動作点の周波数の制御をすることで半導体
レーザ１０の発振周波数も制御することになるから、動
作点の安定化と同時に半導体レーザ１０の自動周波数制
御（ＡＦＣ）も行うことができる。

【００３０】ＡＰＣ制御回路４７は、加算器３８からの
電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂の加算成分を光出力検出信号と
して用い、例えば比較部からなり、その第１入力には前
記光出力検出信号を受信し、その第２入力には予め定め
た設定電圧Ｖ₁を受信し、この設定電圧Ｖ₁に対しての
光出力検出信号の変動分を検出し、これらの間の誤差分
が常に零になるように制御線Ｌ₂を介して半導体レーザ
１０バイアスに帰還する。上記２つの干渉光Ｈ_i1及びＨ
_i2は互いに相補的な干渉光であるから、これらを加え合
わせると、図２(a) の一点鎖線の如く平坦な出力とな
る。この平坦な出力は半導体レーザ１０の光出力に比例
する。つまり、前記の電気信号ＥＬ₁及びＥＬ₂を加算
器３８で加算した出力は平坦な信号となり、この平坦な
信号に対応させて電圧Ｖ₁を設定し、平坦な信号のレベ
ルが常に一定のレベルになるように半導体レーザ１０に
帰還をかければ自動光出力制御（ＡＰＣ）が実現され
る。

【００３１】低周波発振器４１から及び動作点安定化回
路４３から半導体レーザ１０の温度、光干渉器２０のバ
イアスあるいは温度への重畳，帰還は、加算器４４を介
して合流され、また低周波発振器４１から及び動作点安
定化回路４３から半導体レーザ１０のバイアスの重畳，
帰還は、加算器４５を介して合流される。

【００３２】図７は、低周波発振器４１による動作を説
明するための波形図である。ただし低周波発振器４１の
発振出力を半導体レーザ１０の駆動電流に重畳した場合
を例にとり説明する。駆動電流を２値に変化させること
により、半導体レーザ１０の出力光Ｈ₀が有する光周波
数は、中心周波数ｆ₀を中心として第１光周波数ｆ₁及
び第２光周波数ｆ₂のように変化する。この状態で、低
周波発振器４１の発振出力を重畳すると、この発振出力
の周波数ｆ_sをもって図示するごとく波状にうねりを伴
う。このようにして低周波成分を含ませた電気信号ＥＬ
は、同期検波回路４２にて低周波発振出力により同期検
波される。

【００３３】また、光干渉器２０のバイアスを変化させ
ることは容易であり、基本的には光干渉器２０の共振器
長や遅延時間差を変化させれば良い。具体的には、
光弾性効果を利用して変化させる、電気光学的効果
を利用して変化させる、機械的外力を加えて変化さ
せる、熱光学効果を利用して変化させる、等の方法
が良く知られている。

【００３４】また、本実施例の光周波数偏移量検出手段
５０は、第２の低周波発振器５１と、第２の同期検波回
路５２と、光周波数偏移量安定化回路５３とからなる。
第２の低周波発振器５１は、第１の低周波発振器４１か
ら発振される低周波信号Ｓ₁を受信し、その周波数を２
倍にした低周波信号Ｓ₂を発振する乗算器である。

【００３５】第２の同期検波回路５２は、動作点設定手
段４０により光干渉器２０の動作点を光周波数弁別特性
の極大値ＭＡＸあるいは極小値ＭＩＮに安定化させた状
態において、減算器３７から各電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂
の差成分信号を光周波数偏移量検出信号として受信する
とともに、第２の低周波発振器５１からの低周波信号Ｓ
₂を同期検波のための参照信号として受信し、該差成分
信号に対し同期検波を行い低周波信号Ｓ₂成分を抽出し
て光周波数偏移量の検出を行う。

【００３６】これは図３を参照して既述したが、上記の
如くＦＳＫ変調された光信号の動作点を安定させるため
に、低周波発振器４１から低周波信号Ｓ₁を予め半導体
レーザ１０のバイアスあるいは温度、または光干渉器２
０のバイアスあるいは温度に重畳して動作点を低周波信
号Ｓ₁で変動させた場合に、光干渉器２０から出力され
る平均光強度の変動に該低周波信号Ｓ₁の２倍の周波数
の低周波信号Ｓ₂成分が最も大きく発生する。この低周
波信号Ｓ₂成分の振幅の値は光周波数偏移量Δｆの大き
さに対応し、前記光強度に対応する電気信号に対し低周
波信号Ｓ₂で同期検波した後の検出信号と光周波数偏移
量Δｆの関係は図４に示す関係があることに基づく。

【００３７】つまり、安定化された動作点のもとで、予
め低周波信号Ｓ₁で変調された干渉光Ｈ_iの平均光出力
強度の低周波信号Ｓ₁の２倍の低周波信号Ｓ₂成分を低
周波信号Ｓ₂で同期検波により抽出すれば光周波数偏移
量検出信号が得られる。この場合、第２の同期検波回路
５２への光周波数偏移量検出用信号として減算器３７か
ら各電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂の差成分を入力している。
この差信号は図２(b)にも示したように振幅が２倍の信
号であるので、傾斜の鋭い特性の信号をもって光周波数
偏移量Δｆを検出できることになる。これは光周波数偏
移量の制御におけるＳ／Ｎ比を著しく増大させることに
なる。

【００３８】光周波数偏移量安定化回路５３は、例えば
比較部からなり、その第１入力には第２の同期検波回路
５２で検出された光周波数偏移量検出信号を受信し、そ
の第２の入力には予め定めた設定電圧Ｖ₂を受信し、こ
れらの間の誤差分が零になるよう変調回路１１に帰還す
る。なお、設定電圧Ｖ₂は図４のグラフで示せば予め設
定された光周波数偏移量Δｆに対応する電圧Ｖ₂に相当
し、この設定電圧Ｖ₂が一定値に保持すべき光周波数偏
移量Δｆということになり、光周波数偏移量（変調指
数）安定化の制御も可能となる。

【００３９】アンプあるいは減衰器４６は、同期検波の
ための変調信号である低周波信号Ｓ ₁を低周波発振器４
１から制御線Ｌ₁を介して半導体レーザ１０のバイアス
に重畳する場合に、光周波数偏移量検出信号を光周波数
偏移量安定化回路５３から同期検波のための変調信号の
変調振幅に帰還し、該変調信号による光ＦＭ変調の光周
波数偏移量を一定に保ち、半導体レーザ１０の光源部分
の変調効率に動作点設定手段４０及び光周波数偏移量検
BR>出手段５０が影響を受けないようにするため設けら
れている。

【００４０】つまり、半導体レーザ１０自身のバイアス
経年変化等により、ＦＭ変調効率（バイアス電流の単位
電流あたりの光周波数可変量）が小さくなると、最悪の
場合、低周波信号Ｓが重畳されなくなることがある。そ
のため動作点が設定したようには変動しなくなり、同期
検波が不可能となることがある。これを解消するため、
ＦＭ変調効率が小さくなった場合には、アンプあるいは
減衰器４６で同期検波のための変調信号の振幅を大きく
し、ＦＭ変調効率が大きくなりすぎた場合には、アンプ
あるいは減衰器４６で同期検波のための変調信号の振幅
を小さくなるように、つまり常に低周波信号Ｓ₁が同程
度の振幅になるようにしている。このＦＭ変調効率の大
小は光周波数偏移量Δｆの大小から判断できることであ
る。

【００４１】マーク率モニタ手段６０は、例えば変調回
路１１内に設けられた積分器からなる。変調回路１１に
より半導体レーザ１０の出力光Ｈ₀の周波数を送信すべ
きデータＤｉｎの２論理値“１”，“０”に対応して第
１光周波数ｆ₁または第２光周波数ｆ₂に変化させるよ
うなデータ変調を行う場合の論理値“１”と“０”の発
生する比率（マーク率）をトータル演算し、動作点安定
化回路４３及び光周波数偏移量安定化回路５３に帰還
し、動作点設定手段４０及び光周波数偏移量検出手段５
０の動作状態を制御する手段である。

【００４２】マーク率が例えば１／２の場合、つまり
“１”の発生する確率と“０”の発生する確率が１：１
の場合と、マーク率が例えば１／４となった場合、つま
り“１”の発生する割合と“０”の発生する割合が１：
３となった場合には、図２において動作点の光出力強度
が変化し、そのため図４に示す光周波数偏移量Δｆに対
する同期検波出力信号のグラフが変化し、同期検波出力
信号が予め定めた設定値となるΔｆの値がマーク率の大
小により変化することになる。そのため、光周波数偏移
量安定化回路５３における設定電圧Ｖ₂をマーク率に応
じて変える必要がある。マーク率モニタ手段６０は変調
回路１１による変調信号のマーク率を演算し、その値に
基づき設定電圧Ｖ₂を変化させて光周波数偏移量検出手
段５０がマーク率の変動に影響を受けないようにする。
また、動産点設定手段４０は同期検波回路４２からの出
力が常に零となるように制御しているものであるが、マ
ーク率の変動により同期検波回路４２からの出力にオフ
セット電圧を加え、動作点を極大値または極小値からず
らしてやってもよい。

【００４３】図８は、本発明の第２の実施例を示す図で
あり、ＦＤＭ伝送方式、即ち各情報の送受信搬送周波数
をずらすことにより１本の伝送路が何回線もの情報を送
る、つまり信号ごとに異なった周波数帯を用いることに
より２つ以上の信号を共通の通路を使って伝送する方式
に適用される、半導体レーザの光周波数偏移量の測定，
制御装置の例を示す。

【００４４】図に示すように、ＦＤＭ伝送においては送
受信ごとに異なった光周波数が必要とされることから、
半導体レーザは複数（ＬＤ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n）
設けられ、また複数の半導体レーザの各々の出力光に送
信すべきデータＤ_inに応じて光変調（ｆ₁，ｆ₂）する
ため、変調回路も複数（Ｍ₁，Ｍ₂，・・・Ｍ_n）設け
られている。複数個の半導体レーザから出力されるＦＳ
Ｋ変調された出力光（Ｈ₀₁，Ｈ₀₂，・・・Ｈ_0n）は、一
旦光カプラ１２に入力された後光干渉器２０に出力さ
れ、光周波数弁別特性に従った干渉光Ｈ_iとして受光器
３０に送出される。

【００４５】本実施例では、光干渉器２０は１個設けら
れるのが前提とされる。一般に光干渉器の光周波数弁別
特性は図２(a) 及び図６(c) に示したように極大値（極
小値）間の距離が等間隔となる。複数の周波数が必要と
され、また使用される周波数間の間隔に精度が要求され
るＦＤＭ伝送の場合に、特に本発明のように光周波数弁
別特性の極大値または極小値に動作点を安定化させて光
周波数偏移量の測定，制御をしようとする場合には、１
つの光周波数弁別特性の極大値（極小値）に個々の半導
体レーザの動作点を設定するだけで周波数間隔が決定さ
れるから都合が良い。

【００４６】尚、光干渉器２０、受光器３０、低周波発
振器４１と同期検波回路４３と加算器４５等からなる動
作点設定手段４０、第２の低周波発振器５１と第２の同
期検波回路と光周波数偏移量安定化回路５３等からなる
光周波数偏移量検出手段５０は、各々第１の実施例と同
様な構成を有し作用を行うものであるから重複説明は省
略する。

【００４７】本実施例においては、切り換えスイッチ７
０が設けられていて、図示しない制御手段からの切り換
え信号の入力により、光周波数の安定化制御、光周波数
偏移量の安定化制御がしたい半導体レーザＬＤ_iを選択
できる構成である。以下説明する。

【００４８】本発明の動作原理は既述したことを要約す
ると、光干渉器２０の動作点を光周波数弁別特性の極大
値または極小値に安定化させること、該動作点のもとで
発生する低周波信号Ｓ₂成分を電気信号から同期検波に
より抽出することで光周波数偏移量Δｆを検出し、制御
することの２点に大別される。そのためには、低周波発
振器４１から同期検波のための低周波信号Ｓ₁を半導体
レーザのバイアスあるいは温度に重畳することが必要と
される。（尚、ＦＤＭ方式に適用される当該第２の実施
例では光周波数弁別特性を一定とするため、光干渉器２
０のバイアスあるいは温度への低周波信号Ｓ₁の重畳は
行わず、別に光干渉器２０には温度コントロールをして
おく。）つまり、光周波数の安定化制御、光周波数偏移
量の安定化制御がしたい半導体レーザＬＤ_iに、同期検
波のための変調信号を重畳するためさらには動作点安定
化信号及び光周波数偏移量安定化信号を帰還するための
選択を行うのである。

【００４９】具体的には、時分割を採用し、ｎ個の半導
体レーザ（ＬＤ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n）の各々を順
次周期的に切り換えスイッチ７０により選択切り換えを
行い、選択された半導体レーザ（例えばＬＤ_j）のバイ
アスあるいは温度に同期検波のための変調信号を重畳す
る。このとき、他の半導体レーザは発振を停止している
わけではなく前方光及び後方光を発振しているのであ
る。例えば切り換えスイッチ７０内にはデータ保持のた
めのレジスタが備えられていて、直前に選択された半導
体レーザＬＤ_j-1は該レジスタに保持されている自分が
選択された時の制御信号に応じてその安定化制御を受け
た時点の光周波数偏移量Δｆの光を不図示の伝送路に出
力し続けるのである。そして、一定の周期で再び自分が
選択されると、同期検波のための変調信号をそのバイア
スあるいは温度に重畳されることにより新たに光周波数
の安定化制御、光周波数偏移量の安定化制御を受けるこ
とになる。

【００５０】また、図示はしないが本発明の第３の実施
例として、第２の実施例に対する次のような変形例も考
えられる。即ち、第３の実施例においては切り換えスイ
ッチ７０を設けず、その代わり複数個の半導体レーザ
（ＬＤ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n）の各々のバイアスあ
るいは温度に対して相異なる周波数の同期検波のための
低周波信号（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，・・・Ｓ_1n）を重畳する複数
の低周波発振器及び同期検波回路が設けられても良い。
この場合、半導体レーザ（ＬＤ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ
_n）に対しては時分割を採用する必要はない。つまり、
前記複数の同期検波のための相異なる周波数の変調信号
（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，・・・Ｓ_1n）を各々の半導体レーザ（Ｌ
Ｄ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n）のバイアスあるいは温度
に重畳し、該複数個の半導体レーザから出力光（Ｈ₀₁，
Ｈ₀₂，・・・Ｈ_0n）を光カプラ１２に一斉に出力し、光
干渉器２０は一度に該複数の出力光（Ｈ₀₁，Ｈ₀₂，・・
・Ｈ_0n）を受光するのである。このとき光周波数の安定
化制御、光周波数偏移量の安定化制御は一括して行われ
る。この場合、回路規模が大となるので、複数の同期検
波回路の方に時分割を採用しても良いし、複数の周波数
の異なる発振周波数を得るには１つの発振器に対して複
数の周波数乗算器を採用しても良い。

【００５１】さらに、図示しないが本発明の第４の実施
例として、第２及び第３の実施例に対する次のような変
形例も考えられる。つまり、低周波発振器４１及び同期
検波回路４２を含む動作点設定手段４０が、同期検波の
ための変調信号を半導体レーザＬＤ_iのバイアスあるい
は温度に重畳する場合に、複数個の半導体レーザに対し
て、順次該変調信号を重畳すること及び各々異なった周
波数の該変調信号を重畳すること、を個別に択一的に即
ち逐次行う方法も考えられる。つまり、同期検波のため
の変調信号を重畳するにあたり、前記第２の実施例で用
いた順次重畳方法あるいは前記第３の実施例で用いた異
なる周波数の重畳方法を必要に応じて採用して良い。

【００５２】上記のように、第２乃至第４の実施例にあ
っては、特に光周波数多重伝送等において、複数個の半
導体レーザに対して光周波数の安定化制御、光周波数偏
移量の安定化制御が効果的に行われる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、送信側で自動周波数制御（ＡＦＣ）、自動出力制御
（ＡＰＣ）が同時にできるとともに、送信側の多数のレ
ーザを制御でき、その上マーク率に依存せず高速回路も
必要とせずに、簡単な構成で小型化でき、しかも安価に
実現できるから、従来課題となっていた光周波数偏移量
の測定、制御が可能となる。特にＦＤＭ伝送の場合に有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成を示すブロック図である。

【図２】光干渉器の光周波数弁別特性を示すグラフで、
(a) は２つの干渉光の光周波数弁別特性のグラフ、(b)
は２つの干渉光の減算結果のグラフである。

【図３】動作点を掃引したときの干渉器からの光出力ス
ペクトルで、各々Δｆの大きさが図(a) ＜図(b) ＜図
(c) の関係であるグラフである。

【図４】光周波数偏移量と低周波信号Ｓ₂での同期検波
出力信号との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。

【図６】相補的な２つの干渉光を出力する光干渉器を示
す図で、(a) はマッハツェンダー干渉器を示す図、(b)
はファブリ・ペロー干渉器を示す図、(c) は(b) 図にお
ける２つの干渉光の光周波数弁別特性を示す図である。

【図７】低周波発振器による動作を説明するための波形
図である。

【図８】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０，ＬＤ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n 半導体レー
ザ２０光干渉器３０，３１，３２受光器４０動作点設定手段５０光周波数偏移量検出手段６０マーク率モニタ手段Ｈ₀ 出力光Ｈ_i，Ｈ_i1，Ｈ_i2 干渉光ＥＬ，ＥＬ₁，ＥＬ₂ 電気信号

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18 H01S 3/133 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力した変調信号に基づいて周波数もし
くは位相変調された光を出力するレーザ光源の、光周波
数偏移量を測定、あるいは予め定めた一定値に制御する
半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置におい
て、前記半導体レーザ（１０）からの出力光（Ｈ₀）を
受け、光周波数弁別特性に従った干渉光（Ｈ_i）を出力
する光干渉器（２０）と、前記干渉光（Ｈ_i）を受けて
その光強度を電気信号（ＥＬ）に変換する受光器（３
０）と、予め前記半導体レーザ（１０）のバイアスに低
周波変調された前記干渉光（Ｈ _i）の低周波信号を前記
電気信号（ＥＬ）から同期検波により抽出することで前
記光干渉器（２０）の動作点を検出し、前記光周波数弁
別特性の極大値あるいは極小値に対応する光周波数に一
致するように該動作点を設定する動作点設定手段（４
０）と、前記動作点のもとで発生する低周波信号成分を
前記電気信号（ＥＬ）から同期検波により抽出し、光周
波数偏移量を検出する光周波数偏移量検出手段（５０）
と、からなることを特徴とする半導体レーザの光周波数
偏移量の測定，制御装置。
【請求項２】請求項１において、光干渉器（２０）か
ら出力される相補的な関係にある２つの干渉光（Ｈ_i1，
Ｈ_i2）を各々受光器（３１，３２）で受光し、各受光器
（３１，３２）の出力信号の差成分から動作点検出信号
及び光周波数偏移量検出信号を抽出することを特徴とす
る半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項３】請求項１において、光干渉器（２０）か
ら出力される相補的な関係にある２つの干渉光（Ｈ_i1，
Ｈ_i2）を各々受光器（３１，３２）で受光し、各受光器
（３１，３２）の出力信号の加算成分を半導体レーザ
（１０）の光出力検出信号として用いることを特徴とす
る半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項４】請求項３において、各受光器（３１，３
２）から出力される出力信号の加算成分を半導体レーザ
（１０）の光出力検出信号として用い、該光出力検出信
号を半導体レーザ（１０）のバイアスに帰還することで
同時に半導体レーザ（１０）の光出力の安定化を行うこ
とを特徴とする半導体レーザの光周波数偏移量の測定，
制御装置。
【請求項５】請求項２において、各受光器（３１，３
２）から出力される出力信号の差成分を動作点検出信号
として用い、該動作点検出信号を半導体レーザ（１０）
のバイアスあるいは温度に帰還することにより動作点の
安定化及び半導体レーザ（１０）の発振周波数の安定化
を同時に行うことを特徴とする半導体レーザの光周波数
偏移量の測定，制御装置。
【請求項６】請求項２において、各受光器（３１，３
２）から出力される出力信号の差成分を動作点検出信号
として用い、該動作点検出信号を光干渉器（２０）のバ
イアスあるいは温度に帰還することにより動作点の安定
化を行うことを特徴とする半導体レーザの光周波数偏移
量の測定，制御装置。
【請求項７】前記動作点設定手段（４０）が、同期検
波のための変調信号を、半導体レーザ（１０）のバイア
スあるいは温度に重畳することを特徴とする請求項１記
載の半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項８】前記動作点設定手段（４０）が、同期検
波のための変調信号を、複数の半導体レーザ（ＬＤ₁，
ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n）のバイアスあるいは温度に逐次
重畳することにより、光周波数多重伝送等での複数の半
導体レーザ（ＬＤ₁，ＬＤ₂，・・・ＬＤ_n）に対して
光周波数の安定化制御、光周波数偏移量の安定化制御を
行うことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの光
周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項９】前記動作点設定手段（４０）が、同期検
波のための変調信号を半導体レーザ（１０）のバイアス
に重畳するとともに、光周波数偏移量検出信号を該変調
信号の変調振幅に帰還し、該変調信号による光ＦＭ変調
の光周波数偏移量を一定に保ち、半導体レーザ（１０）
の光源部分の変調効率に前記動作点設定手段（４０）及
び前記光周波数偏移量検出手段（５０）が影響を受けな
いようにすることを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザの光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項10】前記動作点設定手段（４０）が、同期検
波のための変調信号を、光干渉器（２０）のバイアスあ
るいは温度に重畳することを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項11】前記動作点設定手段（４０）及び光周波
数偏移量検出手段（５０）が、送信信号のマーク率変動
により影響を受けないように、マーク率モニタ信号を前
期動作点設定手段（４０）及び光周波数偏移量検出手段
（５０）に帰還するマーク率モニタ手段（６０）を有す
ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの光周
波数偏移量，制御装置。
【請求項12】前期光周波数偏移量検出手段（５０）
が、前期動作点のもとで、予め低波数変調された前期干
渉光（Ｈ_i）の低波数信号の２倍の周波数の低周波信号
を同期検波することで抽出し、光周波数偏移量の検出を
行うことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの光
周波数偏移量の測定，制御装置。