JP2008288390A - Wavelength variable optical frequency stabilizing light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長可変光周波数安定化光源に関し、より詳細には、半導体レーザ光源を用いた光通信帯の波長可変光周波数安定化光源に関するものである。 The present invention relates to a wavelength tunable optical frequency stabilized light source, and more particularly to a wavelength tunable optical frequency stabilized light source in an optical communication band using a semiconductor laser light source.
インターネットや企業内通信網に代表される通信網の需要は増大の一途にあり、通信網のさらなる大容量化、高速化が望まれている。これに応えるべく光技術は、波長の異なる光信号の多重と分離を容易にし、近年の光通信網では、波長の異なる光信号を多重分離するWDM(Wavelength Division Multiplexing)と呼ばれる波長多重伝送方式により、光ファイバ1本当たりの伝送容量を拡大し、経済的なネットワークを構成している。 The demand for communication networks such as the Internet and in-house communication networks is increasing, and further increases in capacity and speed of communication networks are desired. To meet this demand, optical technology facilitates multiplexing and demultiplexing optical signals with different wavelengths. In recent optical communication networks, a wavelength division multiplexing (WDM) method called WDM (Wavelength Division Multiplexing) that demultiplexes optical signals with different wavelengths is used. The transmission capacity per optical fiber is expanded to constitute an economical network.
このWDM方式では、波長の差を利用して回線の切り替えを行うが、波長高密度化を実現するために、信号光源の光周波数に高い精度、安定性が求められる。 In this WDM system, the line is switched using the difference in wavelength. However, in order to achieve a higher wavelength density, high accuracy and stability are required for the optical frequency of the signal light source.
従来、エタロンを利用した波長ロッカなどの光周波数に対して周期的な透過特性を有する素子を用いることにより、一定の光周波数間隔で発振可能な波長可変レーザ光源が実用化され、DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)光通信用の光源として使用されている。 Conventionally, a wavelength tunable laser light source capable of oscillating at a constant optical frequency interval has been put into practical use by using an element having a periodic transmission characteristic with respect to an optical frequency, such as a wavelength locker using an etalon, and DWDM (Dense Wavelength) Division Multiplexing) Used as a light source for optical communication.
しかしながら、エタロンは光周波数の絶対値を決定する素子ではないため、これを用いて得られる光源の光周波数確度は、10‐6程度と高くはなく、かつ、経時劣化も多かった。そのため、この種の波長可変レーザ光源は、コヒーレント技術を利用した光通信用の光源や精密計測用光源としては性能的に満足できなかった。 However, since the etalon is not an element that determines the absolute value of the optical frequency, the optical frequency accuracy of the light source obtained using the etalon is not as high as about 10 −6 , and the deterioration with time is also high. For this reason, this type of tunable laser light source is not satisfactory in terms of performance as a light source for optical communication or a light source for precision measurement using a coherent technology.
また、高確度な光周波数を得るために、波長可変レーザの発振波長を基準となる原子や分子などの吸収線波長に安定化する方法は提供されていたが、吸収線の光周波数は、一般に光通信で基準とされているITUグリッド周波数と異なる。 In addition, in order to obtain a high-accuracy optical frequency, there has been provided a method for stabilizing the oscillation wavelength of a wavelength tunable laser to an absorption line wavelength such as a reference atom or molecule, but the optical frequency of the absorption line is generally It is different from the ITU grid frequency, which is the standard for optical communication.
ITU−Tグリッド上の光周波数に一致する高精度の周波数安定化光源を実現する場合、従来技術として2つのレーザ光源と1つの吸収セルを用いた構成(例えば特許文献1参照)が提案されている。 When realizing a high-accuracy frequency-stabilized light source that matches the optical frequency on the ITU-T grid, a configuration using two laser light sources and one absorption cell has been proposed as a conventional technique (for example, see Patent Document 1). Yes.
このような2つのレーザ光源と1つの吸収セルを用いた周波数安定化光源では、単一の波長(光周波数)において、ITUグリッド上の光周波数など特定の光周波数に制御されたcw(continuous wave)光を得るには、まず一台目のレーザ光源の光周波数を光周波数の基準となる光吸収線などにロックし、その後、二台目のレーザの光周波数を、一台目の光周波数にオフセットロックすることによって所望の値に制御する。 In such a frequency stabilized light source using two laser light sources and one absorption cell, cw (continuous wave) controlled to a specific optical frequency such as an optical frequency on the ITU grid at a single wavelength (optical frequency). ) To obtain light, first lock the optical frequency of the first laser light source to an optical absorption line that serves as the reference for the optical frequency, and then change the optical frequency of the second laser to the optical frequency of the first The desired value is controlled by offset locking.
また、波長を高精度に制御するために、1つの波長可変レーザ光源の出力光周波数をディサ変調し吸収線のピークをロックイン検出する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in order to control the wavelength with high accuracy, a method has also been proposed in which the output optical frequency of one tunable laser light source is dither modulated to detect the peak of the absorption line (see, for example, Patent Document 2).
図15は、1つの波長可変レーザ光源の出力光周波数をディサ変調し吸収線のピークをロックイン検出する方法を用いた波長可変安定化光源の構成を示す図である。図15に示す波長可変安定化光源は、波長可変レーザ光源1と、波長可変レーザ光源1から入射する光を2分岐するビームスプリッタ2と、ビームスプリッタ2から入射する光を2分岐するビームスプリッタ7と、ビームスプリッタ7により分岐された光の一方を透過する波長基準器8と、波長基準器8からの光を受光する受光器5aと、ビームスプリッタ7により分岐された光の一方を受光する受光器5bと、受光器5aおよび5bから出力された信号の出力差を検出する差動増幅器14と、差動増幅器14からの信号を波長安定化手段33およびピーク検出回路34へ切り換えて供給するスイッチ9と、光源1の発信波長を制御する電流を供給する電流源31と、光源1の発信温度を制御する温度制御回路32と、電流源31に制御信号を供給する波長安定化手段33と、差動増幅器14からの信号のピークを検出するピーク検出回路34と、温度制御回路32、電流源31およびスイッチ9へそれぞれ温度設定信号、注入電流設定信号および切換信号を供給するコントローラ30とを備える。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a wavelength tunable stabilized light source using a method of dither modulating the output optical frequency of one wavelength tunable laser light source and detecting the peak of the absorption line. The wavelength tunable stabilized light source shown in FIG. 15 includes a wavelength tunable
上記構成において、半導体レーザ光源をベースとした波長可変レーザ光源1の出力をビームスプリッタにて二つに分岐し、一方は外部への出力、他方は波長制御に使用する。制御用の光信号をビームスプリッタ7で二つに分岐し、一方は直接受光器5aで受光し、他方は波長基準器8を透過した後受光器5bで受光する。波長基準器8は、波長制御の基準となるもので、たとえばその吸収線の波長が正確に値付けされているガスを充填したセルを用いる。ガスによる吸収の有無に応じて受光器で検出される光パワーに差が生じる。このパワー変動分を差動増幅器14で検出し、吸収ピークにロックすることにより波長制御を行う。
In the above configuration, the output of the wavelength tunable
所望の制御波長に設定するために、まず、光源の温度を温度制御回路32でスキャンし、ピーク検出回路からの出力を数えて使用する吸収線の波長とそのときの動作温度を決定する。その後、スイッチ9を切替え、波長安定化手段33を用いて波長の精密制御を行う構造となっている。装置全体の制御はコントローラ30で行っている。
In order to set a desired control wavelength, first, the
しかしながら、2つのレーザ光源と1つの吸収セルを用いた周波数安定化光源では、2つの光源の光周波数を精密に制御する必要があるため、その制御系の構成が非常に複雑になるという欠点があった。 However, in the frequency stabilized light source using two laser light sources and one absorption cell, it is necessary to precisely control the optical frequencies of the two light sources, so that the configuration of the control system becomes very complicated. there were.
また、1つの波長可変レーザ光源の出力光周波数をディサ変調する波長可変安定化光源では、駆動電流を変調して出力光周波数に変調を与えるため、出力光の線幅が広がってしまうという問題があった。 In addition, in the wavelength tunable stabilized light source that dither modulates the output light frequency of one wavelength tunable laser light source, the drive current is modulated to modulate the output light frequency, so that the line width of the output light is widened. there were.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、1つの波長可変レーザ光源を用いる簡易な構成で、波長可変レーザの波長可変帯域内に多数存在する光周波数基準の近傍の任意の光周波数に安定化した出力光が得られる波長可変光周波数安定化光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a simple configuration using one wavelength tunable laser light source, and an arbitrary optical frequency in the vicinity of an optical frequency reference that exists in a large number within the wavelength tunable band of the wavelength tunable laser. An object of the present invention is to provide a wavelength tunable optical frequency stabilized light source capable of obtaining highly stabilized output light.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、波長可変光周波数安定化光源であって、発振光周波数を変化させることができる連続発振光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源により発生したレーザ光のパワーの一部を分岐する光分波器と、分岐された前記レーザ光に変調を与えて変調側波帯を発生させる光変調器と、前記光変調器に印加する周波数変調された電気信号を発生する信号発生手段と、該電気信号の周波数変動周期を制御する低周波発振器と、前記光変調器から出力される変調を与えられたレーザ光を入力とする、前記レーザ光源の発振光周波数範囲に存在する複数の吸収線を有する光吸収セルと、前記光吸収セルを透過した前記光変調器により変調を与えられたレーザ光を検出する受光器と、前記低周波発振器の発振周波数と同期して前記受光器の出力信号の同期検波を行う同期検波器と、前記同期検波器の出力に応じて前記レーザ光源の光周波数の制御を行う制御手段と、前記レーザ光源の出力光周波数および前記信号発生手段の周波数変調された電気信号のキャリア周波数の設定を行う制御手段とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the invention according to
請求項2に記載の発明は、波長可変光周波数安定化光源であって、発振光周波数を変化させることができる連続発振光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源により発生したレーザ光のパワーの一部を分岐する光分波器と、分岐された前記レーザ光に変調を与えて変調側波帯を発生させる光変調器と、前記光変調器に印加する周波数変調された電気信号を発生する信号発生手段と、該電気信号の周波数変動周期を制御する低周波発振器と、前記光変調器からのレーザ光のパワーを分岐する第二の光分波器と、前記第二の光分波器により分岐された前記光変調器により変調を与えられたレーザ光の一方を入力とする、前記レーザ光源の発振光周波数範囲に存在する複数の吸収線を有する光吸収セルと、前記光吸収セルを透過した前記光変調器により変調を与えられたレーザ光を検出する第一の受光器と、前記第二の光分波器により分岐された前記光変調器により変調を与えられたレーザ光の他方を検出する第二の受光器と、前記第一および第二の受光器の出力の差成分を得る演算増幅器と、前記低周波発振器の発振周波数と同期して前記演算増幅器の出力信号の同期検波を行う同期検波器と、前記同期検波器の出力に応じて前記レーザ光源の光周波数の制御を行う制御手段と、前記レーザ光源の出力光周波数および前記信号発生手段の周波数変調された電気信号のキャリア周波数の設定を行う制御手段とを有することを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の波長可変光周波数安定化光源であって、前記周波数変調された電気信号を発生する信号発生手段は、変調信号のキャリア周波数に相当する正弦波信号を発生する高周波発振器と、外部の低周波発振器の出力周波数に同期して動作する周波数変調器と、周波数変調信号の出力振幅を調整する出力調整手段とを有することを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の波長可変光周波数安定化光源であって、前記周波数変調された電気信号を発生する信号発生手段は、変調信号のキャリア周波数に相当する正弦波信号を発生する第一の高周波発振器と、前記第一の高周波発振器の発振周波数に対し一定の周波数の差を保って発振する第二の高周波発振器と、前記低周波発振器の出力周波数に同期して前記第一の発振器と第二の発振器の出力とを切り替える切替スイッチと、前記切替スイッチの出力振幅を調整する出力調整手段とを有することを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項1または2に記載の波長可変光周波数安定化光源であって、前記レーザ光源の光周波数の制御を行う制御手段は、前記光変調器により発生する変調側波帯成分のうち、高次の成分の光周波数を前記吸収線の中心光周波数と一致するように前記レーザ光源の光周波数を制御することを特徴とする。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項1または2に記載の波長可変光周波数安定化光源であって、前記レーザ光源の光周波数の変化に対して周期的な検出特性を有する光周波数検出手段をさらに有することを特徴とする。
The invention described in
以上説明したように、本発明により、1つの波長可変レーザ光源のみを用いる簡易な構成で、波長可変レーザ光源の波長可変帯域内に多数存在する光周波数基準の近傍の任意の光周波数に安定化した出力光が得られる波長可変光周波数安定化光源を実現することが可能となる。 As described above, according to the present invention, a simple configuration using only one wavelength tunable laser light source enables stabilization to an arbitrary optical frequency in the vicinity of the optical frequency reference that exists in the wavelength tunable band of the wavelength tunable laser light source. Thus, it is possible to realize a wavelength-tunable optical frequency stabilized light source from which the output light can be obtained.
本発明では、光源に1つの波長可変レーザ光源を用い、その出力光を分岐し、分岐した一方の出力を外部変調器で変調することにより変調サイドバンドを発生させ、そのサイドバンド成分の光周波数を、基準となるガスの吸収線などにロックすることにより、波長可変レーザ光源の出力光周波数を所望の値に制御することによって、波長可変かつその光周波数が所望の値に制御された波長可変光周波数安定化光源を実現するものである。 In the present invention, a single wavelength tunable laser light source is used as a light source, the output light is branched, and one of the branched outputs is modulated by an external modulator to generate a modulation sideband, and the optical frequency of the sideband component Is locked to a reference gas absorption line, etc., and the output optical frequency of the wavelength tunable laser light source is controlled to a desired value, thereby making the wavelength variable and the optical frequency controlled to the desired value. An optical frequency stabilized light source is realized.
光変調器の変調周波数は、本発明に係る波長可変光周波数安定化光源により得ようとする光周波数と、その光周波数近傍の基準光周波数の差周波数にセットする。本発明によって得ようとする光周波数を実現するための、波長可変レーザ光源の動作パラメータ、光変調器の変調周波数などをテーブル化することによって、多数の光周波数において、高い光周波数確度を有するcw光源を実現することができる。 The modulation frequency of the optical modulator is set to the difference frequency between the optical frequency to be obtained by the tunable optical frequency stabilized light source according to the present invention and the reference optical frequency in the vicinity of the optical frequency. The cw having high optical frequency accuracy at a large number of optical frequencies by tabulating the operation parameters of the wavelength tunable laser light source, the modulation frequency of the optical modulator, etc. for realizing the optical frequency to be obtained by the present invention. A light source can be realized.
これにより、基準となる光周波数の近傍において、所望の光周波数(光通信分野における多くの応用においてはITUグリッド上の光周波数)のcw光源を比較的簡易な構成で実現することができる。以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 This makes it possible to realize a cw light source having a desired optical frequency (an optical frequency on the ITU grid in many applications in the optical communication field) with a relatively simple configuration in the vicinity of the reference optical frequency. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、本発明に係る波長可変光周波数安定化光源の一実施例を示す。本実施例の波長可変光周波数安定化光源は、外部の制御入力に応じてその発振光周波数を変化させることが可能な連続発振光を出力するレーザ光源(本明細書において、単に波長可変レーザ光源ともいう。)1と、波長可変レーザ光源1により発生したレーザ光の一部を分岐する光分波器としてのビームスプリッタ2と、信号発生手段から印加される周波数変調された電気信号により、ビームスプリッタ2により分岐されたレーザ光に変調を与えて変調側波帯を発生させる光変調器3と、光変調器3から出力される変調を与えられた光を入力とする、波長可変レーザ光源1の発振光周波数範囲に存在する複数の吸収線を有する物質を充填した光吸収セル4と、光吸収セル4を透過した光信号を検出する受光器5と、低周波発振器22の発振周波数と同期して受光器5の出力信号の同期検波を行う同期検波器11と、同期検波器11の出力に応じて波長可変レーザ光源1の光周波数の制御を行う制御手段と、波長可変レーザ光源1の出力光周波数の設定および信号発生手段の周波数変調された電気信号のキャリア周波数の設定を行う制御手段としてのコントローラ30とを備える。また、本実施例の波長可変光周波数安定化光源は、受光器5により検出された電気信号を増幅する増幅器10を備える。
Example 1
FIG. 1 shows an embodiment of a tunable optical frequency stabilized light source according to the present invention. The wavelength tunable optical frequency stabilized light source of the present embodiment is a laser light source that outputs continuous wave light that can change its oscillation light frequency in accordance with an external control input (in this specification, simply a wavelength tunable laser light source). 1), a
本実施例では、信号発生手段は、キャリアを発生するキャリア発生用発振器20と、低周波発振器22からの信号によりキャリアを周波数変調するFM変調器21と、FM変調器21からの信号を増幅する高周波増幅器23と、光変調器3へ供給する信号の強度を調整するRF出力調整器24とから構成される。
In the present embodiment, the signal generating means a
また、本実施例では、波長可変レーザ光源1の光周波数の制御を行う制御手段は、同期検波器11の出力から光周波数制御ループの制御量を求める制御回路12と、制御回路12により求められた制御量に基づいて、波長可変レーザ光源1へ供給する駆動電流を調整するレーザ駆動回路13とから構成される。
In this embodiment, the control means for controlling the optical frequency of the wavelength tunable
本実施例の波長可変光周波数安定化光源において、波長可変レーザ光源1から出力されたレーザ光は、出力用のビームスプリッタ2で分岐され、一方は出力光として、他方は光周波数制御に使用される。ビームスプリッタ2は、光カップラ、スプリッタなどの素子に置き換え可能である。
In the wavelength tunable optical frequency stabilized light source of the present embodiment, the laser light output from the wavelength tunable
ビームスプリッタ2によって分岐されたレーザ光は、光変調器3、光吸収セル4を順次透過した後に受光器5により検出される。受光器5から得られる信号を増幅器10により増幅し、これに接続された位相検波器11により光吸収セル4の基準光周波数vcellからの光周波数ずれに対応する誤差信号を得る。
The laser beam branched by the
制御回路12は、同期検波器11の出力から光周波数制御の制御量を求められ、これを用いてレーザ駆動回路13を制御し、波長可変レーザ光源1の光周波数の制御を行う。
The
光変調器3を駆動する信号として、キャリア周波数voffset、最大周波数偏移vFM、変調周波数fmのFM変調信号を用いる。この信号を発生させるため本実施例においては、キャリア発生用発振器20、FM変調器21、低周波発振器22、高周波増幅器23、RF出力調整回路24を用いている。なお、低周波発振器22の出力は、位相検波器11の動作のためにも使用される。
As a signal for driving the
また、波長可変光周波数安定化光源全体の動作を制御するためのコントローラ30が、キャリア発生用発振器20および、レーザ駆動回路13の動作を制御している。
A
光変調器3は、波長可変レーザ光源1の発振光周波数の周りに変調サイドバンドを発生させるために使用するもので、導波路型の位相変調器、強度変調器、SSB変調器などが使用可能である。本実施例では、LN位相変調器を例にとって説明する。
The
光吸収セル4は、広い光周波数範囲において複数の光周波数基準を有するもので、一般的にはレーザ分光技術などにより、その周波数安定度が正確に評価された原子もしくは分子の吸収線を用いる。それらのいくつかは、メートル法条約において標準物質として認定されている。光吸収セル4としては、例えば光通信帯では、アセチレン(C2H2)、シアン化水素(HCN)、一酸化炭素(12C16O、13C16O)、水蒸気(H2O)などの分子を単独または複数封入した光吸収セルなどが用いられる。本実施例では、一酸化炭素(12C16O)を例にとって説明する。
The
波長可変レーザ光源1として、DFBレーザ(DFB−LD:distributed feedback laser diode)アレイ、DBRレーザ(Distributed Bragg Reflector laser)、外部共振器型半導体レーザ、ファイバレーザなどの種々のレーザを用いることができる。ここでは、DFBレーザアレイを例にとって説明する。この素子は、発振光周波数の異なるDFBレーザチップをアレイ状に並べ、動作させるチップを選択し、動作温度、駆動電流を制御することにより、出力されるレーザ光の光周波数を制御する構造となっている。
As the wavelength tunable
図2(a)および(b)は、光吸収セル4として一酸化炭素(12C16O)を封入した光吸収セルを用いた際の、吸収スペクトルの例を示す図である。12C16Oは、L帯において全部で40本以上の吸収線を有しており、それらの吸収線の波長はサブpmの不確かさで安定なことが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing examples of absorption spectra when a light absorption cell in which carbon monoxide ( 12 C 16 O) is sealed is used as the
図3は、図2の吸収ピークに対応する光周波数と100GHz間隔および50GHz間隔のITUグリッド周波数との差voffsetを整理した表である。図3の表に示すように、voffsetは、数GHzから数十GHz程度である。波長可変レーザ光源の出力光周波数をvout(i)とすると、
vout(i)=vcell(i) +voffset(i) (1)
となる。ここで、vcell(i)はi番目の吸収線の光周波数を表す。着目しているi番目の吸収線の近傍のITUグリッド周波数vout(i)を得るための周波数オフセットvoffset(i)は、図3の表から一意に決まるため、コントローラ30のメモリに格納しておくことができる。光源の出力光周波数vout(i)は、ITUグリッドと異なる値に設定することも、上記の関係から可能である。
FIG. 3 is a table in which the difference v offset between the optical frequency corresponding to the absorption peak of FIG. 2 and the ITU grid frequency at 100 GHz intervals and 50 GHz intervals is arranged. As shown in the table of FIG. 3, v offset is about several GHz to several tens GHz. If the output optical frequency of the wavelength tunable laser light source is v out (i),
v out (i) = v cell (i) + v offset (i) (1)
It becomes. Here, v cell (i) represents the optical frequency of the i-th absorption line. Since the frequency offset v offset (i) for obtaining the ITU grid frequency v out (i) in the vicinity of the i-th absorption line of interest is uniquely determined from the table of FIG. 3, it is stored in the memory of the
図4は、ガス吸収線の透過スペクトルと、波長可変レーザ光源の発振光周波数と、光変調器によって生ずる変調サイドバンド(変調側波帯)の周波数との関係を説明するための図である。voffset(i)に相当する周波数差を有する信号成分は、波長可変レーザ光源1の出力(光周波数vout(i))の一部をビームスプリッタ2で分岐した成分の一方を、光変調器3を用いて変調することにより、変調サンドバンド成分として得られる。このサイドバンド成分vSB(i) =vout(i)−voffset(i)が光吸収セルの光周波数vcell(i)に一致するように制御することによって、
vout(i)=vSB(i)+voffset(i)=vcell(i)+voffset(i) (2)
の関係から、vout(i)をITUグリッド周波数に制御することができる。サイドバンド成分vSB(i) と吸収線の光周波数vcell(i)の差が制御誤差に相当するが、この検出は以下のように行う。
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship among the transmission spectrum of the gas absorption line, the oscillation light frequency of the wavelength tunable laser light source, and the frequency of the modulation sideband (modulation sideband) generated by the optical modulator. The signal component having a frequency difference corresponding to v offset (i) is one of the components obtained by branching a part of the output (optical frequency v out (i)) of the wavelength tunable
v out (i) = v SB (i) + v offset (i) = v cell (i) + v offset (i) (2)
Therefore, v out (i) can be controlled to the ITU grid frequency. The difference between the sideband component v SB (i) and the optical frequency v cell (i) of the absorption line corresponds to the control error. This detection is performed as follows.
本実施例において、光変調器3を駆動する信号を、キャリア周波数voffset(i)、最大周波数偏移vFM、変調周波数fmのFM変調信号とする。FM変調波形として、最大周波数偏移vFMの正弦波を用いることも可能であるが、ここでは簡単のため、最大周波数偏移vFM、スイッチング周波数fmのFSK変調波形を仮定する。光変調を受けた後のサイドバンド成分のスペクトル強度は、光変調の変調指数(変調強度)に依存するため、高周波増幅器23とRF出力調整回路24により、最適な強度となるように調整を行う。
In the present embodiment, a signal for driving the
光変調器3を透過した後の光キャリア成分、および着目しているサイドバンド成分と光キャリア成分を挟んで反対側のサイドバンド成分は、使用しているガス吸収線の吸収線幅が数GHz程度と狭く、吸収線の間隔が数十GH以上と広いため、吸収線の影響を殆ど受けない。従って上記の成分は、光吸収セル4を透過した後の光出力は時間的な変化は生じない。
The optical carrier component after passing through the
一方、着目しているサイドバンドの光周波数の中心値vSB(i)と吸収線の光周波数vcell(i)がほぼ一致している場合には、vSB(i)とvcell(i)の位置関係により、光吸収セル4を透過したサイドバンド成分に、周波数fmで時間的に変化する成分が現れる。この様子を図5に示す。
On the other hand, when the center value v SB (i) of the sideband optical frequency of interest and the optical frequency v cell (i) of the absorption line substantially coincide, v SB (i) and v cell (i the positional relationship), the sideband component transmitted through the
図5(a)に示すように、vSB(i)とvcell(i) が一致している場合には、FM変調された二つの周波数成分vout(i)−voffset(i)+vFMとvout(i) −voffset(i)−vFMの受ける光損失が等しいため、透過光の時間変化は生じない。図5(b)に示すように、vout(i)−voffset(i)>vcell(i)の場合には、FM変調された二つの周波数成分vout(i)−voffset(i)+vFMとvout(i)−voffset(i)−vFMの受ける光損失に差を生じるために、光吸収セル4を透過した光強度は周波数fmで変動する。図5(c)に示すように、vout(i)−voffset(i)<vcell(i)の場合には、(b)に示す場合と逆位相で光強度の変動を生じる。
As shown in FIG. 5A, when v SB (i) and v cell (i) match, two frequency components v out (i) −v offset (i) + v that have been FM-modulated. Since FM and vout (i) -voffset (i) -v FM suffer the same optical loss, the transmitted light does not change with time. As shown in FIG. 5B, when v out (i) −v offset (i)> v cell (i), the two frequency components v out (i) −v offset (i ) + v to produce a difference in light loss received by the FM and v out (i) -v offset ( i) -v FM, the light intensity transmitted through the
従って、光吸収セル4の出力を、受光器5で受光して、周波数fm成分の振幅と位相を検出することにより、着目しているサイドバンド成分vSB(i)のvcell(i)からのずれ量(誤差信号)を得ることができる。
Therefore, the output of the
図6は、サイドバンド成分vSB(i)のvcell(i)からの周波数ずれ量に対して受光器5で検出されるfm周波数成分の振幅をプロットしたものである。vSB(i)とvcell(i)が一致している場合にはその振幅が零となり、離調に応じてfm周波数成分が検出される。
Figure 6 is a plot of the amplitude of f m frequency components detected by the
誤差信号の検出のためには、受光器5で得られた電気信号を増幅器10により増幅し、その後位相検波器11にて位相敏感検波を行う。位相敏感検波を実行するために、低周波発振器22の信号を用いる。位相検波器11の出力を平滑化し、制御回路12により所望の制御量を算出する。この制御量を元に、レーザ駆動回路13を制御し、波長可変レーザ光源1の光周波数の制御を行う。
In order to detect the error signal, the electric signal obtained by the
波長可変レーザ光源1としてDFBレーザアレイを使用した場合には、発生させようとするi番目のキャリアの光周波数を決めると、使用するDFB−LDのチップ番号、DFB−LDの動作温度、DFB−LDの動作電流、voffset(i)を一意に決めることによって、vSB(i)とvcell(i)が数100MHz程度の確度で、ほぼ一致するように設定することができる。これにより、fm周波数成分の誤差信号の検出が可能となり、光周波数制御を行うことができる。
When a DFB laser array is used as the wavelength tunable
本実施例のようにDFBレーザアレイを使用する場合、温度制御装置(図示しない)によりDFB−LDの動作温度を一定に保ち、駆動電流を検出された誤差信号の大きさに応じて微調整することで光周波数制御を達成することができる。DFBレーザの駆動電流の変化量に対するレーザの光周波数の変化は、約1GHz/mAであるため、1μAオーダーの電流制御によって、1MHz程度の精度で光周波数を制御することが可能である。 When a DFB laser array is used as in this embodiment, the operating temperature of the DFB-LD is kept constant by a temperature control device (not shown), and the drive current is finely adjusted according to the magnitude of the detected error signal. Thus, optical frequency control can be achieved. Since the change in the optical frequency of the laser with respect to the amount of change in the drive current of the DFB laser is about 1 GHz / mA, the optical frequency can be controlled with an accuracy of about 1 MHz by controlling the current on the order of 1 μA.
また、voffset(i)を決めているキャリア発生用発振器20は、通常良く用いられているPLL(Phase Locked Loop)シンセサイザ方式の発振器を使用することによって、図3の表にリストアップされた広い周波数範囲の発振周波数への対応が可能である。
Further, the
以上説明した要素技術を統合することによって波長可変かつ高光周波数確度を有する光源を実現することができる。そのため、あらかじめコントローラ30に内蔵されているメモリに、出力すべき各々の光周波数に対して、波長可変レーザ光源の動作パラメータ(例えば、DFBレーザアレイの場合には、選択するDFB−LDチップ番号、LDの動作温度、LDの駆動電流など)およびキャリア発生用発振器20の発振周波数を記憶させておく。
By integrating the elemental technologies described above, a light source having a variable wavelength and high optical frequency accuracy can be realized. Therefore, the operation parameters of the wavelength tunable laser light source (for example, in the case of a DFB laser array, the DFB-LD chip number to be selected, The operating temperature of the LD, the driving current of the LD, etc.) and the oscillation frequency of the
図7の表に、DFBレーザアレイを波長可変レーザ光源1として用いた場合の制御目標光周波数とそれを実現するためのDFBレーザアレイの動作パラメータ及びキャリア発生用発振器20の発振周波数の設定値の一部を例示する。吸収線としては12C16OのPブランチを用いており、図7の表の左から2列目に吸収線の光周波数を示している。尚、基準とする光吸収線の光周波数の確からしさは数MHz以内であり、かつ吸収線の線幅は数GHz以下であるためDFBレーザの動作温度で1/100度、動作電流で1/100mA程度の設定精度が必要であることに注意を要する。
The table of FIG. 7 shows the control target optical frequency when the DFB laser array is used as the wavelength tunable
図8は、本発明に係る波長可変光周波数安定化光源の動作を説明するための図である。まず、装置外部からコントローラ30に対して送られた光周波数設定命令に応答して、コントローラ30は、波長可変レーザ光源1の動作パラメータおよびキャリア発生用発振器20の発振周波数を、コントローラ30の内蔵メモリから読み出して(S802)、それぞれの値をレーザ駆動回路13およびキャリア発生用発振器20へ送り、波長可変レーザ光源1およびキャリア発生用発振器20の制御を開始する(S804,S806)。レーザ駆動回路13に与えた動作パラメータが所望の値に収束し(S808)、かつキャリア発生用発振器20の発振周波数が所望の値にロック(S810)したタイミングで、誤差信号の取得を開始する(S812)。取得された誤差信号を制御回路12を介して、レーザ駆動回路13へとフィードバックする帰還回路の動作を開始する(S814)。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the wavelength tunable optical frequency stabilized light source according to the present invention. First, in response to an optical frequency setting command sent to the
上述した制御の仕組みにより、光変調器3によって発生したサイドバンド成分vSB(i)が光吸収セル4の着目している吸収線の光周波数vcell(i)に一致させることができるので、結果として波長可変レーザ光源1の光周波数vout(i)を所望の値に制御することができる。光変調器3によって発生したサイドバンド成分vSB(i)が光吸収セル4の着目している吸収線の光周波数vcell(i)に対して所望の誤差範囲内に収束した時点で、光周波数ロック状態と判断(S816)し、外部に対して光周波数ロックアラームを解除する(S818)。
The sideband component v SB (i) generated by the
さらに、前述したものとは別の光周波数vcell(i)で本光源を動作させる場合には、一旦光周波数制御のフィードバックループの動作を解除した後に、前述した順序で本波長可変レーザ光源の動作制御を行う。 Further, when the light source is operated at an optical frequency v cell (i) different from that described above, the operation of the optical frequency control feedback loop is once canceled, and then the wavelength tunable laser light source is operated in the order described above. Perform motion control.
本実施例の説明においては、波長可変レーザ光源1としてDFBレーザアレイを例に取ったが、上述したように、DBRレーザ、外部共振器型半導体レーザ、ファイバレーザなど、各種のレーザが適用できる。この場合、コントローラ30の内部メモリにあらかじめ格納される波長可変レーザ1の動作パラメータの組は、使用するレーザによって異なることに注意されたい。
In the description of the present embodiment, the DFB laser array is taken as an example of the wavelength tunable
また、光吸収セルとして本実施例の説明では、一酸化炭素(12C16O)を例に取ったが、本発明によって実現される光源の所望の波長帯に応じて、使用する吸収物質の選択を行うのは言うまでもない。 In the description of this embodiment, carbon monoxide ( 12 C 16 O) is taken as an example of the light absorption cell, but depending on the desired wavelength band of the light source realized by the present invention, It goes without saying that you make a choice.
(実施例2)
図9は、本発明に係る波長可変光周波数安定化光源の第二の実施例の構成を示す図である。第一の実施例と同一あるいは類似の構成要素については、同一あるいは類似の番号で示している。したがって、繰り返しの説明は省略する。
(Example 2)
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the wavelength tunable optical frequency stabilized light source according to the present invention. Components that are the same as or similar to those in the first embodiment are indicated by the same or similar numbers. Therefore, repeated description is omitted.
第一の実施例においては、FM変調されたキャリア成分(中心周波数voffset(i)、最大周波数偏移fFM、変調周波数fm)を変調信号として光変調器3により、波長可変レーザ光源1から出力されるcw光を変調しても、原理的にはその変調出力は時間的に変動しないはずである。
In the first embodiment, the FM-modulated carrier component (center frequency v offset (i), maximum frequency deviation f FM , modulation frequency f m ) is used as a modulation signal by the
しかしながら、実際には、光変調器3の物理的な特性などの原因により、変調後の強度が周波数fmで変動するという現象が生じる場合がある。例えば、光変調器3としてマッハツェンダー型強度変調器を使用した場合にそのような現象が観測されている。光吸収セル4に対して、もともと周波数fmで強度変調された光が入力されると、制御回路12は、受光器5で検出されるfm周波数成分が零となるように動作する。結果として、制御される光源の光周波数vout(i)にオフセットを生じてしまう。これは、本発明の光周波数安定化光源の光周波数確度の劣化の原因となる。
However, in practice, due to causes such as physical characteristics of the
そこで、本実施例においては、光変調器3による光変調によって生じる周波数fmの強度変調成分を、光変調器3と光吸収セル4の間に設けたビームスプリッタ7で分岐する。ビームスプリッタ7により分岐された一方を受光器5bで検出するとともに、分岐された他方は光吸収セル4を透過させ受光器5aで受光する。二つの受光器5aおよび5bで得られた信号の差の成分を差動増幅器14で検出増幅することにより、光吸収セル4を透過後に周波数fmで変化する光吸収量の変化を正確に検出することができる。
Therefore, in this embodiment, the intensity modulation component of the frequency f m caused by the light modulation by the
受光器5a、5bにおいては、内部に振幅調整回路を有しており、両者の出力振幅が等しくなるように調整を行う。もしくは、差動増幅器の二つの入力の初段の回路ブロックにおいて、その出力振幅が等しくなるような振幅調整回路を有していても良い。また、受光器出力に、その減衰量が可変である減衰器を設置し、両者の減衰量を調整することによって上記の調整を行っても構わない。
Each of the
上記の構成とすることによって、例えば以前の構成で最大10MHzあった出力光周波数のオフセット量を、本構成によって1MHz未満まで減らすことは比較的容易である。 With the above configuration, for example, it is relatively easy to reduce the offset amount of the output optical frequency, which was 10 MHz at the maximum in the previous configuration, to less than 1 MHz by this configuration.
また、本実施例の構成においては、差動増幅器14と位相検波器11との間にフィルタ6を挿入しているが、これは回路雑音による制御誤差検出の精度劣化を防ぐために使用している。フィルタ6としては、その透過域に、周波数変調の変調数端数fmを含むローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、などが使用可能である。もともと光検出器によって検出される周波数fmの成分振幅が小さく、回路雑音によって光周波数の制御回路の動作が影響されやすいため、本フィルタ6を挿入することの効果は大きい。位相検波器11は、そのリファレンスとして用いている周波数fm成分以外の入力信号の周波数成分を除去する能力は高いが、その回路構成によっては、fmの奇数次の高調波成分も検出する性質を有するため、本実施例に示すようなフィルタを挿入する効果は大きい。なお、本フィルタ6は、実施例1においても適用可能であり、その効果は大きい。
In the configuration of the present embodiment, the
(実施例3)
図10は、本発明に係る波長可変光周波数安定化光源の第三の実施例の構成を示す図である。第一の実施例および第二の実施例と同一あるいは類似の構成要素については、同一あるいは類似の番号で示している。したがって、重複する説明は省略する。
(Example 3)
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the third embodiment of the wavelength tunable optical frequency stabilized light source according to the present invention. Constituent elements that are the same as or similar to those in the first embodiment and the second embodiment are indicated by the same or similar numbers. Therefore, the overlapping description is omitted.
本実施例は、第二の実施例の波長可変光周波数安定化光源の構成と比較して、信号発生手段の構成が異なる(なお、本明細書において、図9に示す構成のうちキャリア発生用発振器20とFM変調器21で構成される回路をFM変調信号発生回路ともいう。)。本実施例における信号発生手段は、コントローラ30および周波数制御回路25によって発振周波数が制御されるキャリア発生用発振器20aと、周波数制御回路25によって発振周波数が制御されるキャリア発生用発振器20bと、キャリア発生用発振器20aおよび20bからの出力をそれぞれ調整するRF出力調整回路24aおよび24bと、低周波発振器22の出力に基づいてRF出力調整回路24aおよび24bの出力を切り換える高周波スイッチ26と、RF出力調整回路24aおよび24bの出力を増幅する高周波増幅器23から構成される。本実施例における信号発生手段の構成は、第一の実施例の波長可変光周波数安定化光源の構成にも適用することができる。
In this embodiment, the configuration of the signal generating means is different from the configuration of the wavelength-tunable optical frequency stabilized light source of the second embodiment (in this specification, for generating carriers in the configuration shown in FIG. 9). A circuit composed of the
次に、本実施例における信号発生手段の動作を説明する。装置外部からコントローラ30に対して送られた光周波数設定命令に応答して、コントローラ30は、波長可変光周波数安定化光源から発生すべき光周波数に応じてコントローラ30中のメモリからキャリア発生用発振器20aの発振周波数を読み出し、その発振周波数をセットする。ここで、第一の実施例と異なるのは、設定する発振周波数がvoffset(i)ではなく、
vOSC1(i) =voffset(i)−vFM (3)
で与えられるvOSC1(i) としている点である。このため、キャリア発生用発振器20aとしては、シンセサイズ方式の発振器などを用いることができる。次に、周波数制御回路25を用いてキャリア発生用発振器20bの発振周波数を
vOSC2(i) =vOSC1(i)+2・vFM=voffset(i)+vFM (4)
にセットする。周波数制御回路25としては、例えばPLL回路を用いて構成することができ、発振器20aと20bが常に一定の周波数差で発振する回路を実現することができる。本実施例の場合には、発振器20aおよび20bの発信周波数の周波数差を2vFMとすることで上述した周波数の関係が実現できる。
Next, the operation of the signal generating means in this embodiment will be described. In response to an optical frequency setting command sent to the
v OSC1 (i) = v offset (i) −v FM (3)
V OSC1 (i) given by. Therefore, a synthesizer type oscillator or the like can be used as the
Set to. The
図11は、本実施例の構成における、ガス吸収線の透過スペクトルと、波長可変レーザ光源の発振光周波数と、光変調器によって生ずる変調サイドバンドの周波数との関係を説明するための図である。 FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship among the transmission spectrum of the gas absorption line, the oscillation light frequency of the wavelength tunable laser light source, and the modulation sideband frequency generated by the optical modulator in the configuration of the present embodiment. .
本実施例では、周波数の低い側のキャリア発生用発振器20aの発振周波数を外部から制御する構成としたが、周波数の高い側のキャリア発生用発振器20bの発振周波数を外部から制御して、周波数の低い側の発振周波数を周波数制御回路25で制御しても構わない。
In the present embodiment, the oscillation frequency of the
次に、二つのキャリア発生用発振器20aおよび20bからの出力強度をそれぞれRF出力調整回路24a、24bで等しい値となるように調整し、高周波スイッチ26に入力する。高周波スイッチ26は、低周波発振器22の出力によって1/fmの周期で二つのキャリア発生用発振器の出力を切り替える。上記の動作を行う高周波スイッチ26として、例えばマイクロ波用のPINスイッチを用いることができる。
Next, the output intensities from the two
以上により、高周波スイッチ26の出力端子からは、平均周波数voffset(i)、最大周波数偏移vFM、変調周波数fmのディジタル変調信号が得られる。
Thus, from the output terminal of the
(実施例4)
上記実施例1においては、光変調器3の変調周波数に等しいサイドバンド成分vSB(i)をi番目の吸収線の光周波数vcell(i)に一致するように制御した。このような制御方法では、吸収線に隣接するITUグリッドに光源の光周波数を制御しようとする場合、50GHzグリッドの場合最大25GHz、100GHzグリッドの場合最大50GHzの周波数オフセットを光変調器で発生させる必要がある。
Example 4
In the first embodiment, the sideband component v SB (i) equal to the modulation frequency of the
一般に、駆動周波数が概ね20GHzを超えると、キャリア発生用発振器20、FM変調器21、高周波増幅器23、RF出力調整回路24、光変調器3などの動作特性の劣化を生じ始める。したがって、第一の実施例で述べた制御方法を適用することは困難になってくる。
In general, when the drive frequency exceeds approximately 20 GHz, operation characteristics of the
そこで、本実施例においては、光変調によって生ずる高次のサイドバンド成分を基準となる光吸収セル4の光周波数vcell(i)に一致するような制御を行うことにより、上記の問題点の解決を図る。
Therefore, in the present embodiment, by performing control so that the higher-order sideband component generated by the optical modulation matches the optical frequency v cell (i) of the
図12(a)ないし(c)は、光変調器4として位相変調器を用いた際に得られる変調サイドバンドのスペクトルを示す図である。図12では、光変調器3へ入力される波長可変レーザ光源1の光周波数からの相対値を横軸に取って示している。図12(a)は変調振幅が小さい場合、(b)は一次のサイドバンド成分を最大になるようにRF出力調整回路24で変調振幅を調整した場合、(c)は二次のサイドバンド成分(2・voffset(i))が最大となるように変調振幅を調整した場合のスペクトルをそれぞれ示す。二次以上のサイドバンド成分を発生するには、一次のサイドバンド成分が容易に発生できれば十分である。
12A to 12C are diagrams showing the spectrum of the modulation sideband obtained when a phase modulator is used as the
本実施例を適用して光周波数安定化光源を構成する場合には、図13に示す周波数の関係を保ちつつ動作させる。二次のサイドバンド成分を着目している吸収線の光周波数vcell(i)に制御する場合は
vout(i)=vcell(i)+2・voffset(i) (5)
という関係を用いる。また、三次のサイドバンド成分を用いて制御を行う場合には
vout(i)=vcell(i)+3・voffset(i) (6)
の関係を使用する。
When an optical frequency stabilized light source is configured by applying this embodiment, the optical frequency stabilized light source is operated while maintaining the frequency relationship shown in FIG. When controlling the optical frequency v cell (i) of the absorption line focusing on the secondary sideband component, v out (i) = v cell (i) + 2 · v offset (i) (5)
This relationship is used. When control is performed using a third-order sideband component, v out (i) = v cell (i) + 3 · v offset (i) (6)
Use the relationship.
本実施例においても、制御に使用する高次サイドバンド成分と光吸収線の光周波数のずれは、第一の実施例と同様に変調キャリアを最大周波数偏移vFM、周波数fmで周波数変調し、光周波数セル4を透過後の光強度のn・fm成分を検出することにより検出することができる。ここでnは光周波数制御に使用した変調サイドバンドの次数を示す。
In this embodiment, the deviation of the optical frequency of the high-order sideband components and the light absorption line used to control the first embodiment similarly modulated carrier the maximum frequency shift v FM, frequency modulated at a frequency f m and it can be detected by detecting the n · f m component of the light intensity after passing through the
本実施例を用いた波長可変光周波数安定化光源を構成するに当たって、光変調器3として位相変調器を例にとって説明したが、強度変調器やSSB変調器を用いた場合でも、その変調スペクトルの形状が位相変調器の場合と異なるだけで、高次の変調サイドバンド成分を光吸収セル4の吸収線の光周波数に一致させるという動作には変わりがない。
In configuring the wavelength tunable optical frequency stabilized light source using the present embodiment, a phase modulator has been described as an example of the
(実施例5)
図14は、本発明に係る波長可変光周波数安定化光源の第五の実施例の構成を示す図である。上記実施例と同一あるいは類似の構成要素については、同一あるいは類似の番号で示している。したがって、重複する説明は省略する。
(Example 5)
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment of a wavelength tunable optical frequency stabilized light source according to the present invention. Constituent elements that are the same as or similar to those in the above embodiment are indicated by the same or similar numbers. Therefore, the overlapping description is omitted.
本実施例の構成は、第二の実施例の構成と比較して、波長可変光源1とビームスプリッタ2との間に波長ロッカ40を備える点で異なる。本実施例の構成は、第一の実施例、第三の実施例および第四の実施例にも適用できる。
The configuration of the present embodiment is different from the configuration of the second embodiment in that a
第一の実施例においては、コントローラ30から所望の出力光周波数を与えるための波長可変レーザ光源1の動作パラメータの組を読み出し、レーザ駆動回路13を介して設定した後に、光吸収セル4を用いた光周波数の安定化を行う構成となっている。しかしながら、初期に設定したパラメータ値の組み合わせでは、波長可変レーザ光源の経年変動により、波長可変レーザ光源1の出力光周波数の値が光吸収セル4の光周波数ずれの検出範囲を超えてしまうことがあった。この範囲は、使用する吸収物質の種類および光吸収セル4への充填圧力などにより変化するが、概ね数100MHzからGHzのオーダーである。
In the first embodiment, a set of operating parameters of the wavelength tunable
そこで、本実施例においては、まず、第一の実施例と同様に、コントローラ30から所望の出力光周波数を与えるための反射可変光源1の動作パラメータの組を読み出し、レーザ駆動回路13を介して設定を行う。次に、波長ロッカ40を動作させ、波長ロッカ40でモニタされる光周波数の値が、着目している吸収線の吸収中心と一致するように、コントローラ30、レーザ駆動回路13を用いて制御する。波長ロッカ40を用いると、波長ロッカ40の経年変化を考慮しても1GHzオーダー以下の光周波数確度で波長可変レーザ光源1の光周波数を制御可能であるので、次の段階で、光吸収セル4による光周波数制御に安定に移行することができる。
Therefore, in the present embodiment, first, as in the first embodiment, a set of operation parameters of the reflection variable
現在市販されているDWDM光通信を目的として製造されている波長可変レーザ光源1の多くは、始めから光源内部に波長ロッカ40を内蔵しているため、特に、波長可変レーザ光源モジュールの構造自体を変更することなく、本実施例に示す波長可変光周波数安定化光源を実現することができる。
Many of the wavelength tunable
1 波長可変レーザ光源
2 ビームスプリッタ
3 光変調器
4 光吸収セル
5,5a,5b 受光器
6 フィルタ
7 ビームスプリッタ
8 波長基準器
9 スイッチ
10 増幅器
11 位相検波器
12 制御回路
13 レーザ駆動回路
20,20a,20b キャリア発生用発振器
21 FM変調器
22 低周波発振器
23 高周波増幅器
24,24a,24b RF出力調整回路
25 周波数制御回路
26 高周波スイッチ
30 コントローラ
31 電流源
32 温度制御回路
33 波長安定化手段
34 ピーク検出回路
40 波長ロッカ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記レーザ光源により発生したレーザ光のパワーの一部を分岐する光分波器と、
分岐された前記レーザ光に変調を与えて変調側波帯を発生させる光変調器と、
前記光変調器に印加する周波数変調された電気信号を発生する信号発生手段と、
該電気信号の周波数変動周期を制御する低周波発振器と、
前記光変調器から出力される変調を与えられたレーザ光を入力とする、前記レーザ光源の発振光周波数範囲に存在する複数の吸収線を有する光吸収セルと、
前記光吸収セルを透過した前記光変調器により変調を与えられたレーザ光を検出する受光器と、
前記低周波発振器の発振周波数と同期して前記受光器の出力信号の同期検波を行う同期検波器と、
前記同期検波器の出力に応じて前記レーザ光源の光周波数の制御を行う制御手段と、
前記レーザ光源の出力光周波数および前記信号発生手段の周波数変調された電気信号のキャリア周波数の設定を行う制御手段と
を有することを特徴とする波長可変光周波数安定化光源。 A laser light source that outputs continuous wave light capable of changing the oscillation light frequency;
An optical demultiplexer for branching a part of the power of the laser light generated by the laser light source;
An optical modulator that modulates the branched laser light to generate a modulation sideband;
Signal generating means for generating a frequency-modulated electrical signal applied to the optical modulator;
A low-frequency oscillator for controlling the frequency variation period of the electrical signal;
A light-absorbing cell having a plurality of absorption lines existing in the oscillation light frequency range of the laser light source, wherein the laser light that has been modulated and output from the light modulator is input;
A light receiver for detecting the laser light modulated by the light modulator transmitted through the light absorption cell;
A synchronous detector that performs synchronous detection of the output signal of the light receiver in synchronization with the oscillation frequency of the low-frequency oscillator;
Control means for controlling the optical frequency of the laser light source according to the output of the synchronous detector;
A tunable optical frequency stabilized light source comprising: control means for setting an output optical frequency of the laser light source and a carrier frequency of a frequency-modulated electric signal of the signal generating means.
前記レーザ光源により発生したレーザ光のパワーの一部を分岐する光分波器と、
分岐された前記レーザ光に変調を与えて変調側波帯を発生させる光変調器と、
前記光変調器に印加する周波数変調された電気信号を発生する信号発生手段と、
該電気信号の周波数変動周期を制御する低周波発振器と、
前記光変調器からのレーザ光のパワーを分岐する第二の光分波器と、
前記第二の光分波器により分岐された前記光変調器により変調を与えられたレーザ光の一方を入力とする、前記レーザ光源の発振光周波数範囲に存在する複数の吸収線を有する光吸収セルと、
前記光吸収セルを透過した前記光変調器により変調を与えられたレーザ光を検出する第一の受光器と、
前記第二の光分波器により分岐された前記光変調器により変調を与えられたレーザ光の他方を検出する第二の受光器と、
前記第一および第二の受光器の出力の差成分を得る演算増幅器と、
前記低周波発振器の発振周波数と同期して前記演算増幅器の出力信号の同期検波を行う同期検波器と、
前記同期検波器の出力に応じて前記レーザ光源の光周波数の制御を行う制御手段と、
前記レーザ光源の出力光周波数および前記信号発生手段の周波数変調された電気信号のキャリア周波数の設定を行う制御手段と
を有することを特徴とする波長可変光周波数安定化光源。 A laser light source that outputs continuous wave light capable of changing the oscillation light frequency;
An optical demultiplexer for branching a part of the power of the laser light generated by the laser light source;
An optical modulator that modulates the branched laser light to generate a modulation sideband;
Signal generating means for generating a frequency-modulated electrical signal applied to the optical modulator;
A low-frequency oscillator for controlling the frequency variation period of the electrical signal;
A second optical demultiplexer for branching the power of the laser light from the optical modulator;
Light absorption having a plurality of absorption lines existing in the oscillation light frequency range of the laser light source, wherein one of the laser lights modulated by the optical modulator branched by the second optical demultiplexer is input. Cell,
A first light receiver for detecting a laser beam modulated by the light modulator transmitted through the light absorption cell;
A second photodetector for detecting the other of the laser beams modulated by the optical modulator branched by the second optical demultiplexer;
An operational amplifier for obtaining a difference component between the outputs of the first and second light receivers;
A synchronous detector that performs synchronous detection of the output signal of the operational amplifier in synchronization with the oscillation frequency of the low-frequency oscillator;
Control means for controlling the optical frequency of the laser light source according to the output of the synchronous detector;
A tunable optical frequency stabilized light source comprising: control means for setting an output optical frequency of the laser light source and a carrier frequency of a frequency-modulated electric signal of the signal generating means.
変調信号のキャリア周波数に相当する正弦波信号を発生する高周波発振器と、
外部の低周波発振器の出力周波数に同期して動作する周波数変調器と、
周波数変調信号の出力振幅を調整する出力調整手段と
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の波長可変光周波数安定化光源。 The signal generating means for generating the frequency-modulated electrical signal includes:
A high-frequency oscillator that generates a sine wave signal corresponding to the carrier frequency of the modulation signal;
A frequency modulator that operates in synchronization with the output frequency of an external low frequency oscillator;
The wavelength tunable optical frequency stabilized light source according to claim 1, further comprising: an output adjusting unit that adjusts an output amplitude of the frequency modulation signal.
変調信号のキャリア周波数に相当する正弦波信号を発生する第一の高周波発振器と、
前記第一の高周波発振器の発振周波数に対し一定の周波数の差を保って発振する第二の高周波発振器と、
前記低周波発振器の出力周波数に同期して前記第一の発振器と第二の発振器の出力とを切り替える切替スイッチと、
前記切替スイッチの出力振幅を調整する出力調整手段と
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の波長可変光周波数安定化光源。 The signal generating means for generating the frequency-modulated electrical signal includes:
A first high-frequency oscillator that generates a sine wave signal corresponding to the carrier frequency of the modulation signal;
A second high-frequency oscillator that oscillates while maintaining a constant frequency difference with respect to the oscillation frequency of the first high-frequency oscillator;
A changeover switch that switches between the output of the first oscillator and the second oscillator in synchronization with the output frequency of the low-frequency oscillator;
The tunable optical frequency stabilized light source according to claim 1, further comprising: an output adjusting unit that adjusts an output amplitude of the changeover switch.
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