JP2001501377A - 光周波数基準信号の発生 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザダイオード及び希釈ガスの原子遷移、例えばクリプトンアイソトープ８４によって光周波数基準信号を発生することは周知である。しかし、この場合、ＩＴＵ周波数アロケーションテーブル内にない周波数が発生される。所望の周波数の周波数基準信号を発生するためには第２のレーザダイオードを用いて所望の周波数の信号を発生し、さらにマイクロ波領域の差周波数を発生するために第１の周波数基準信号に重畳する。この差周波数から制御信号が導出され、クリプトンアイソトープの原子遷移の精度で第２のレーザダイオードを追従制御する。

Description

【発明の詳細な説明】 光周波数基準信号の発生 本発明は請求項１の上位概念記載の周波数基準信号の発生のための方法及びこ の方法を実施するための装置に関する。 遠隔通信において絶えず高まってゆく帯域幅要求はコアネットワークにおいて 波長多重方式の適用により満たされ得る。この技術によって、今日の通常の１チ ャネル伝送よりも石英ガラスに基づく光導波路の固有の伝送帯域幅のより良好な 利用が可能になる。波長多重技術の効果的な利用の前提は、高精度で所定の周波 数で光を放出する光源及び伝達関数が選択された周波数アロケーションテーブル に適合されている光フィルタである。光源として使用されるレーザダイオードの 特性も適当な光フィルタの特性も温度依存性を有し、さらに経年変化過程をにさ らされるので、周波数精度の監視及び波長多重技術の要求が高い場合にはレーザ ダイオードの放射周波数の閉ループ制御乃至は光フィルタの帯域中心周波数の閉 ループ制御が必要となる。周波数基準の高い精度を考慮して、このためにとりわ けクリプトンアイソトープ８４の原子遷移（atomic transition）乃至は分子共 振(molecule resonance)、アンモニア、アセチレン、青酸の原子遷移乃至は分子 共振が使用される。これは“Standardization of optical frequencies for WDM networking applications"SPIE-Int.Soc.Opt.Eng.,Cung,Y.C.;Clark,L.;Fan,C ．Laser Frequency Stabilization and Noise Reduction 1995，San Jose,p.230 ―235から周知である。そこでは、クリプトンアイソトープ８４の1s²と2p⁸との 間の遷移が第３のオプティカルウィンドウにおける、すなわち１５５０ｎｍにお ける周波数基準の形成にとりわけ適当だと見なされる。この遷移は１９３．６８ ６２２ＴＨｚに相応する。 “Absorption spectra of excited Kr84 states between 1.5 and 1.58μｍ a nd their use for absolute frequency locking”J.Lightwave Techn.Fischer,U .H.P.;v.Helmolt,C.;14(1996),139―143には、次のような装置が記述されている 。すなわち、この装置では、レーザダイオードＬＤ１のコリメートされたビーム がクリプトンアイソトープ８４で充填されたガルバノトロン（Galvanotron）に よって配向される。このガルバノトロンは抵抗を介して高電圧源に接続されてい る。この場合、レーザダイオードは小さい振幅及び低い周波数の信号によって変 調される。これによって、この抵抗においてこの信号に同期した信号が発生され る。この同期信号から同期検波によって制御信号が導出され、この制御信号がレ ーザダイオードの放射周波数を原子遷移の値に制御する。これによって、第１の 基準信号が発生される。しかし、ここでこの基準信号はＩＴＵ-Ｔによって推奨 される周波数アロケーションテーブルに適合しないという問題が生じる。 本発明の課題は、ＩＴＵ周波数アロケーションテーブル内にある基準信号を発 生する周波数基準のための装置を提供することである。 上記課題は冒頭で記述したタイプの方法及び装置によって解決される。 本発明の方法の特別な利点は次の点である。すなわち、本発明の装置の本発明 の方法を実施する場合には、ほんの僅かな構成部材をマイクロ波領域で動作し、 他方で明らかに比較的低い周波数を有する信号だけが比較的大部分を通過する。 本発明の有利な実施形態は請求項２及び４〜６に記述されている。 本発明を以下において実施例に基づいて詳しく説明する。 図１は、ＩＴＵ-Ｔの推奨周波数アロケーションテーブル内にある１９３.７Ｔ Ｈｚの周波数の周波数基準信号を発生するための装置を示す。 図１に図示された周波数基準信号を発生するための装置は、第１のレーザダイ オードＬＤ１、ガルバノトロンＧＴＮ及び接続された制御装置を有するそれ自体 は公知の左側の部分とガルバノトロンの出力光からＩＴＵ-Ｔによって推奨され る周波数アロケーションテーブル内にある周波数基準信号を発生する右側の部分 とから構成される。 左側の部分では第１のレーザダイオード電流源ＬＱ１に第１のレーザダイオー ドＬＤ１が接続されており、この第１のレーザダイオードＬＤ１の出力光は第１ のレンズＬＩＮ１を介してコリメートされ、クリプトンアイソトープKr⁸⁴で充填 されたガルバノトロンに入力結合される。クリプトンアイソトープの代わりに、 公知のやり方でアンモニア、アセチレン、青酸又は他の物質を使用してもよい。 第１の発振器ＯＳＺ１によって１〜百キロヘルツの範囲にある、すなわち比較的 低周波の信号が発生され、同期検波器ＳＹＮＤならびに加算器Ｍ１に送出される 。この加算器Ｍ１においてこの低周波信号は第１の制御器ＲＥＧ１によって発生 される制御信号に重畳され、第１のレーザ電流源ＬＱ１へと送出される。低周波 振動が第１のレーザダイオードＬＤ１の光において、そしてガルバノトロンＧＴ Ｎの接続端子においても発生する。これらの接続端子は抵抗Ｒを介して乃至は直 接的に高電圧源に接続され、さらにこの高電圧源及びコンデンサＣを介して同期 検波器ＳＹＮＤの信号入力側に接続されている。この同期検波器ＳＹＮＤの出力 側は第１の制御器ＲＥＧ１の入力側に接続されており、この結果、全体として制 御ループが得られる。ガルバノトロン接続端子に発生し同期検波によって検波さ れる同期信号は、第１のレーザダイオードＬＤ１の放射周波数をクリプトンアイ ソトープKr⁸⁴の原子遷移の値に追従制御することに使用される。このため、ガル バノトロンＧＴＮの出力側から第２のレンズＬＩＮ２を介して結合された第１の 光ファイバＯＦ１に光信号が導かれる。この光信号は周波数１９３.６８６２２ ＴＨｚを有する基準信号である。接続されたモジュールにおいてこの第１の基準 信号から第２の基準信号が発生される。 ＩＴＵ-Ｔの周波数アロケーションテーブルに周波数的に適合する第２の周波 数基準信号を第１の周波数基準信号から発生するために、第２のレーザダイオー ドＬＤ２が設けられている。この第２のレーザダイオードＬＤ２は第２のレーザ 電流源ＬＱ２によって給電され第３のレンズＬＩＮ３を介して光を第１のファイ バ光学的方向性結合器ＦＯＲＫ１の一方の入力側に、そして第３の光ファイバＯ Ｆ３を介して信号出力側ＳＡに送出する。第１のファイバ光学的方向性結合器Ｆ ＯＲＫ１の第２の入力側は接続されておらず、他方で第２の出力側は第２の光フ ァイバＯＦ２を介して第２のファイバ光学的方向性結合器ＦＯＲＫ２の第２の入 力側に接続されている。この第２のファイバ光学的方向性結合器ＦＯＲＫ２の第 １の入力側は第２のレンズＬＩＮ２に結合されており、これによってガルバノト ロンＧＴＮから放出される光を第１の周波数基準信号として受け取る。第２のフ ァイバ光学的方向性結合器ＦＯＲＫ２において第１のレーザダイオードＬＤ１と 第２のレーザダイオードＬＤ２とから放出される光波の重畳が行われる。１９３ .６８６２２ＴＨｚの第１のレーザダイオードの光の周波数と１９３.７ＴＨｚの 周波数を有する第２のレーザダイオードの光との間の差周波数は周波数１３.７ ８ＧＨｚを有するマイクロ波信号である。このマイクロ波信号は両方の光ビーム を光電変換器ＯＥＷに供給する際にこの光電変換器ＯＥＷから変調器Ｍ２の一方 の入力側に送出される。 偏光変動による問題を回避するために乃至は変換器を１つに保つために、すな わち偏光ダイバーシティ受信器なしで済ますために、使用される光ファイバＯＦ １、ＯＦ２、ＯＦ３は有利には偏光保持性を有する。 変調器Ｍ２の第２の入力側には周波数シンセサイザＦＳＹＮの出力側が接続さ れている。この周波数シンセサイザＦＳＹＮは水晶発振器ＯＳＺ２から基本信号 を受け取り、この基本信号からマイクロ波信号を発生する。このマイクロ波信号 は光電変換器ＯＥＷの出力信号と、すなわち第１の中間周波数信号とミックスさ れる。変調器乃至はミキサＭ２の出力信号はローパスフィルタＴＰ及び後置接続 された第１の分周器ＦＴ１を介して位相検出器ＰＤの一方の入力側に供給される 。この位相検出器ＰＤの他方の入力側には第２の分周器ＦＴ２の出力側が接続さ れており、この第２の分周器ＦＴ２は水晶発振器ＯＳＺ２の出力信号を分周する 。位相検出器ＰＤではミキサＭ２によって発生された 第２の周波数差信号とさらに別の基準信号である第２の分周器ＦＴ２の出力信号 との間の位相比較が行われる。第１及び第２の分周器ＦＴ１、ＦＴ２は比較的高 い分周係数を有し、この分周係数は出力信号の比較的容易な処理の他にもレーザ ダイオードにおける通常の強さの位相雑音を平均化する。位相検出器ＰＤの出力 側には第２の制御器ＲＥＧ２の入力側が接続されており、この第２の制御器ＲＥ Ｇ２は第２のレーザ電流供給部ＬＱ２、よって第２のレーザダイオードＬＤ２に 対する制御信号を発生する。位相検出器ＰＤの出力側から送出される誤差信号は この場合この制御器において次のように変換される。すなわち、第２のレーザダ イオードＬＤ２の放射周波数を相応に追従制御し、これがガルバノトロンＧＴＮ において使用されるガスの原子遷移の精度でＩＴＵにより推奨される周波数アロ ケーションテーブルと同じ値の状態で第２の周波数基準信号を発生するように変 換される。 第１及び第２のレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２としてＤＦＢレーザを使用し 、例えば光アイソレータ及び温度安定化部のようなレーザダイオードの障害のな い動作を保証するための手段は図１では図面をわかりやすくするために省略した 。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月２５日（１９９８．９．２５） 【補正内容】 明細書 光周波数基準信号の発生 本発明は請求項１の上位概念記載の周波数基準信号の発生のための方法及びこ の方法を実施するための装置に関する。 遠隔通信において絶えず高まってゆく帯域幅要求はコアネットワークにおいて 波長多重方式の適用により満たされ得る。この技術によって、今日の通常の１チ ャネル伝送よりも石英ガラスに基づく光導波路の固有の伝送帯域幅のより良好な 利用が可能になる。波長多重技術の効果的な利用の前提は、高精度で所定の周波 数で光を放出する光源及び伝達関数が選択された周波数アロケーションテーブル に適合されている光フィルタである。光源として使用されるレーザダイオードの 特性も適当な光フィルタの特性も温度依存性を有し、さらに経年変化過程にさら されるので、周波数精度の監視及び波長多重技術の要求が高い場合にはレーザダ イオードの放射周波数の閉ループ制御乃至は光フィルタの帯域中心周波数の閉ル ープ制御が必要となる。周波数基準の高い精度を考慮して、このためにとりわけ クリプトンアイソトープ８４の原子遷移（atomic transition）乃至は分子共振( molecule resonance)、アンモニア、アセチレン、青酸の原子遷移乃至は分子共 振が使用される。これは“Standardization of optical frequencies for WDM n etworking applications”SPIE Vol.2378,(Int.Soc.Opt.Eng.),Chung,Y.C.;Clar k,L.;Fan,C．Laser Frequency Stabilization and Noise Reduction 1995，San Jose,p.230―235から周知である。そこでは、クリプトンアイソトープ８４の1s² と2p⁸との間の遷移が第３のオプティカルウインドウにおける、すなわち１５５ ０ｎｍにおける周波数基準の形成にとりわけ適当だと見なされる。この遷移は１ ９３.６８６２２ＴＨｚに相応する。 “Absorption spectra of excited Kr84 states between 1.5 and 1.58μｍ a nd their use for absolute frequency locking”J.Lightwave Techn.Fischer,U .H.P.;v.Helmolt,C.;Vol.14,No.2,(1996),p.139―143には、次のような装置が記 述されている。すなわち、この装置では、レーザダイオードＬＤ１のコリメート されたビームがクリプトンアイソトープ８４で充填されたガルバノトロン（Galv anotron）によって配向される。このガルバノトロンは抵抗を介して高電圧源に 接続されている。この場合、レーザダイオードは小さい振幅及び低い周波数の信 号によって変調される。これによって、この抵抗においてこの信号に同期した信 号が発生される。この同期信号から同期検波によって制御信号が導出され、この 制御信号がレーザダイオードの放射周波数を原子遷移の値に制御する。これによ って、第１の基準信号が発生される。しかし、ここでこの基準信号はＩＴＵ-Ｔ によって推奨される周波数アロケーションテーブルに適合しないという問題が生 じる。 本発明の課題は、ＩＴＵ周波数アロケーションテーブル内にある光周波数基準 信号を発生するための方法及び装置を提供することである。 上記課題は請求項１の方法及び請求項４記載の装置によって解決される。 本発明の方法の特別な利点は次の点である。すなわち、本発明の装置の本発明 の方法を実施する場合には、ほんの僅かな構成部材をマイクロ波領域で動作し、 他方で明らかに比較的低い周波数を有する信号だけが比較的大部分を通過する。 本発明の有利な実施形態は従属請求項に記述されている。 本発明を以下において実施例に基づいて詳しく説明する。 【図１】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． とりわけ波長多重方式のための光周波数基準信号の発生のための方法であ って、 該方法では第１のレーザダイオードによって第１の光信号を発生し、該第１ の光信号に小さい振幅の低周波信号を重畳し、前記第１の光信号をガス充填され たガルバノトロンの中に導き、この場合に該ガルバノトロンの接続端子において 低周波信号が発生し、該低周波信号を同期検波器に供給し、該同期検波器は制御 信号を発生するために出力信号を送出し、前記制御信号を最初の低周波信号に結 合して前記第１のレーザダイオードの閉ループ制御のために使用し、 前記方法において前記ガルバノトロンを通過する光信号は第１の周波数基準 信号である、とりわけ波長多重方式のための光周波数基準信号の発生のための方 法において、 第２のレーザダイオードは第２の光信号を発生し、該第２の光信号を第１の ファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ１）は信号出力側（ＳＡ）ならびに第２ のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ２）に送出し、さらにそこで前記第１ の周波数基準信号と結合し、この場合にマイクロ波信号を発生し、該マイクロ波 信号を光電変換の後で周波数制御ループ に供給し、そこでより低い周波数を有する第２の差信号を発生するために水晶発 振器を使用する周波数シンセサイザ信号と前記マイクロ波信号とをミックスし、 水晶発振器の信号と前記第２の差信号とをそれぞれ分周した後で位相比較し 、得られた出力信号を前記第２のレーザダイオード（ＬＤ２）に対する制御信号 の発生のために使用することを特徴とする、とりわけ波長多重方式のための光周 波数基準信号の発生のための方法。 ２． 予め選択された周波数アロケーションテーブル内にある光信号が発生され るように第２のレーザダイオードの動作点を制御し、前記光信号は第１の周波数 基準信号とのミキシングによってマイクロ波信号の発生をもたらし、さらに第１ のマイクロ波信号からほんの数百ＭＨｚしか偏差していない第２のマイクロ波信 号を発生することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 請求項１又は２記載の方法を実施するための装置であって、 該装置は、第１のレーザ電流源（ＬＱ１）に接続された第１のレーザダイオ ード（ＬＤ１）を有し、該第１のレーザダイオード（ＬＤ１）には光路に第１の レンズ（ＬＩＮ１）、有利にはクリプトンアイソトープKr⁸⁴で充填されたガルバ ノトロン（ＧＴＮ ）が接続され、該ガルバノトロン（ＧＴＮ）には第２のレンズ（ＬＩＮ２）が接 続されており、 前記ガルバノトロン（ＧＴＮ）は一方では直接的に他方では抵抗（Ｒ）を介し て高電圧源（ＨＶ）に接続されており、 前記抵抗（Ｒ）の一方の接続端子は直接的に同期検波器（ＳＹＮＤ）の入力側 端子に接続され、さらに前記抵抗（Ｒ）の他方の接続端子は結合コンデンサ（Ｃ ）を介して前記同期検波器（ＳＹＮＤ）の所属の入力側端子に接続されており、 該同期検波器（ＳＹＮＤ）の出力側端子は第１の制御器（ＲＥＧ１）の入力側端 子に接続され、該第１の制御器（ＲＥＧ１）の出力側端子は加算器（Ｍ１）の信 号入力側に接続されており、 小さい振幅の低周波信号を発生するために第１の発振器（ＯＳＺ１）が設けら れており、この信号は前記同期検波器（ＳＹＮＤ）の所属の入力側にならびに前 記加算器（Ｍ１）の第２の入力側に送出され、該加算器（Ｍ１）の出力側は前記 第１のレーザ電流給電部（ＬＱ１）の制御入力側に接続されている、請求項１又 は２記載の方法を実施するための装置において、 第２のレーザ電流給電部（ＬＱ２）に接続された第２のレーザダイオード（Ｌ Ｄ２）が設けられており、該第２のレーザダイオード（ＬＤ２）の出力光 は第３のレンズ（ＬＩＮ３）を介して第１のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯ ＲＫ１）の第１の入力側に供給され、 前記第１のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ１）の第２の入力側は接続 されておらず、前記第１のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ１）の第１の 出力側は第３の光ファイバ（ＯＦ３）を介して信号出力側（ＳＡ）に接続されて おり、前記第１のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ１）の第２の出力側は 第２の光ファイバ（ＯＦ２）を介して第２のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯ ＲＫ２）の第２の入力側に接続されており、該第２のファイバ光学的方向性結合 器（ＦＯＲＫ２）の第１の入力側は第１の光ファイバ（ＯＦ１）を介して前記第 ２のレンズ（ＬＩＮ２）に結合されており、 前記第２のファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ２）の出力側は光電変換器 （ＯＥＷ）の入力側に接続されており、該光電変換器（ＯＥＷ）の出力側は変調 器（Ｍ２）の信号入力側に接続されており、前記変調器（Ｍ２）)の第２の信号 入力側はマイクロ波信号を発生する周波数シンセサイザの出力側に接続されてお り、該周波数シンセサイザの信号入力側は水晶発振器（ＯＳＺ２）の出力側に接 続されており、 前記変調器（Ｍ２）の出力側はローパスフィルタ （ＴＰ）を介して第１の分周器（ＦＴ１）の信号入力側に接続されており、 該第１の分周器（ＦＴ１）の出力側は位相検出器（ＰＤ）の一方の入力側に 接続されており、 第２の分周器（ＦＴ２）が設けられており、該第２の分周器（ＦＴ２）の信 号入力側は前記水晶発振器（ＯＳＺ２）の出力側に接続されており、前記第２の 分周器（ＦＴ２）の出力側は前記位相検出器（ＰＤ）の他方の入力側に接続され ており、該位相検出器（ＰＤ）の出力側は第２の制御器（ＲＥＧ２）の入力側に 接続されており、該第２の制御器（ＲＥＧ２）の出力側は前記第２のレーザ電流 給電部（ＬＱ２）の制御入力側に接続されていることを特徴とする、請求項１又 は２記載の方法を実施するための装置。 ４． ファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ１、ＦＯＲＫ２）への接続及び該 ファイバ光学的方向性結合器（ＦＯＲＫ１、ＦＯＲＫ２）からの接続は偏光保持 性光ファイバ（ＯＦ１、ＯＦ２、ＯＦ３）によって行われることを特徴とする請 求項３記載の装置。 ５． 第１及び第２のレーザダイオード（ＬＤ１、ＬＤ２）はＤＦＢレーザであ ることを特徴とする請求項３記載の装置。