JP2616234B2 - 複数の光源の発振周波数間隔制御装置および変調指数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザ等の複数の光源の発振光周波数
間隔を安定化させるための装置に関する。

（従来の技術） 従来、複数の周波数間隔を安定化させる方法として
は、ファブリ・ペロー干渉計の透過ピークに各チャンネ
ルをロックする方法（B.Glance他、エレクトロニクスレ
ターズ、23巻、750ページ、1987年）、掃引型ファブリ
・ペローの透過光間隔を制御する方法（鳥羽他、昭和61
年度電子通信学会全国大会予稿集、分冊２、2-204ペー
ジ）、チャンネル間オフセット周波数を基準マイクロ波
発振器にロックする方法（久保木他、信学技報OQE85-3
8）、光基準パルス法（下坂他、信学技報CS87-76）等が
考えられている。

（発明が解決しようとする課題） これらのいずれの方式もチャンネル間隔の制御には有
効に働くことが実証されている。しかし、これらの方式
では、例えばチャンネル間隔の制御と光源の変調指数の
安定化を同時に行うなど、複数の制御を同時に達成する
には無理があった。

そこで本発明の目的は、複数の光源の光周波数間隔を
制御しつつ各チャンネルの送信状態をモニタでき送信変
調指数の制御等を同時に実現できる複数の光源の発振周
波数間隔制御装置および変調指数制御装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の複数の光源の発振周波数間隔制御装置は、周
期的な透過特性を有する光学共振器あるいは光学干渉計
の任意の透過ピークのその発振周波数をロックできる掃
引光源と、この掃引光源の出力を前記光学共振器あるい
は光学干渉計の隣接する透過ピークに順次ロックする掃
引光源制御回路と、この送信光源の出力と光周波数多重
された発振光周波数間隔を制御すべき複数の光源からの
出力光とのビート信号を検出する光検出部と、ここで得
られるビート信号の中心周波数と所定の周波数との誤差
を検出し、その誤差に応じた制御信号を出力する制御信
号出力回路と、ここで得られる制御信号を前記発振光周
波数間隔を制御すべき複数の光源の内の対応した光源に
フィードバックしてその発振光周波数を制御する光周波
数制御部とを含むことにより構成される。

また本発明の複数の光源の変調指数制御装置は、光周
波数多重された送信光源群の各光周波数に対応してその
発振光周波数を順次に変化させることのできる掃引光源
と、この掃引光源の出力を前記送信光源群の各光周波数
に順次に制御する掃引光源制御回路と、前記掃引光源の
出力と光周波数多重された前記送信光源群からの出力光
とのビート信号を検出する光検出部と、ここで得られる
ビート信号を受けて、前記送信光源の変調指数と所定変
調指数との差を検出し、誤差信号として出力する変調指
数誤差検出部と、前記誤差信号を前記送信光源群の内の
対応した光源にフィードバックしてその変調指数を制御
する変調指数制御部とを含むことにより構成される。

（作用） まず周期的な透過特性を持つ光学共振器に掃引光源の
発振周波数をロックすることを考える。例えばファブリ
・ペロー共振器を光周波数基準とした場合、このファブ
リ・ペローに掃引を加え、出力光をロックイン検出、フ
ィードバックすることで光源の出力光をファブリ・ペロ
ーのひとつの透過ピークにロックできることが知られて
いる。ここで、掃引光源に波長可変半導体レーザを用い
ている場合を考えると、まず光源の周波数安定化のため
のロックをオフしたのち光源の発振周波数を注入電流あ
るいは温度で所定のステップだけ変化させる。そこで再
びロックイン検出系に光源の周波数を引き込むことによ
り、掃引光源の発振光周波数をファブリ・ペロー共振器
のフリースペクトルレンジ分変化させることができる。
これを繰り返すことにより掃引光源の光周波数はファブ
リ・ペロー共振器のフリースペクトルレンジの周波数幅
でステップ状に変化する。

次に発振周波数間隔を制御すべき光源群（送信光源
群）はその温度と注入電流を予めプリセットしておくこ
とによってそれぞれほぼ所定の光周波数が出力される様
にしておく。各光源からの出力光は光スターカップラ等
によ合波されその一部は発振周波数間隔制御に用いられ
る。ここで、この発振周波数間隔制御用の光は掃引光源
の出力光と合波され光ヘテロダイン検波される。このと
き送信光源群の第１チャンネルと掃引光源の初期光周波
数がほぼ一致するようにしておけば、前述のヘテロダイ
ン検波時には掃引光源と第１チャンネルの光源のビート
が得られる。ここで得られたビート信号の中心周波数が
所定の周波数になるように制御信号を第１チャンネルの
光源にフィードバックすればこの第１チャンネルの光源
の発振周波数はファブリ・ペロー共振器のひとつの透過
ピークに対し所定の周波数だけオフセットした光周波数
にロックされる。

次に掃引光源の発振周波数を第２のチャンネルがある
側へファブリ・ペロー共振器の１フリースペクトルレン
ジ分変化させる。この結果得られるビート信号は第２チ
ャンネルの光源と掃引光源のビートになる。このビート
信号の中心周波数が所定の周波数になるように第２のチ
ャンネルの光源の発振周波数を制御するようにすれば第
1,第２のチャンネルの光源の発振周波数間隔はファブリ
・ペロー共振器のフリースペクトルレンジに一致するこ
とになる。同様の操作を繰り返すことによりチャンネル
数が多い場合でも全チャンネルをファブリ・ペロー共振
器のフリースペクトルレンジ間隔に順次に並べることが
できる。

上記の制御系ではビート信号を検出している。従って
送信光源が変調されている場合にはこのビート信号から
送信光源の変調状態を知ることができる。例えば変調指
数が所定の値からずれている場合にはこの情報をもとに
送信光源群の内の対応した光源を制御するようにすれば
順次全チャンネルの変調指数の安定化を行うことができ
る。

（実施例） 次に図面を参照して本発明の実施例について詳しく説
明する。第１図は本発明の実施例を説明するためのブロ
ック図である。

本実施例は16波の光信号を光周波数多重（光FDM）し
て多数の加入者に分配する光FDM分配系の例である。本
実施例において、各光源１〜16には単一波長で発振する
波長1.5μｍの分布帰還型半導体レーザ（DFM LD）が用
いられている。各光源は622Mb/sでの変調が可能で、各
チャンネルとも高品位ディジタルテレビ信号の伝送が可
能になっている。各光源１〜16は所定の光周波数で発振
するように予め温度および注入電流が設定されている。
これによりそれぞれの発振周波数はほぼ所望の値となる
がそのチャンネル間隔を所定の10GHzに保つために以下
の制御を行っている。

本実施例において掃引光源40には３電極の分布反射型
半導体レーザを用いている。この掃引光源40の発振光周
波数はフリースペクトルレンジ10GHzのファブリ・ペロ
ー共振器41の透過ピークにロックされるよう制御され
る。このためファブリ・ペロー共振器41は発振器42から
の信号に基づいて掃引動作し、掃引型ファブリ・ペロー
干渉計として動作する。ファブリ・ペロー共振器41の出
力は光検出部43で検波される。ここで得られた信号と発
振器42からの信号を同期検波することによってファブリ
・ペロー共振器41の透過ピークからのずれに関する誤差
信号を得ることができる。この誤差信号はコントロール
部44に入力される。コントロール部44はファブリ・ペロ
ー共振器41のひとつのピークに掃引光源40の発振周波数
をロックしておきたい場合には誤差信号をそのまま掃引
光源40にフィードバックする。一方、掃引光源40の発振
周波数を変化させる場合にはコントロール部44は制御ル
ープをオフし一定のステップの電流を掃引光源40に加え
る。これにより、掃引光源40の発振周波数をファブリ・
ペロー共振器41の次の透過ピークの引き込み範囲内にま
で変化する。ここで再び制御ループを閉じることによ
り、掃引光源40の発振周波数はファブリ・ペロー共振器
41のフリースペクトルレンジ分変化して安定化される。
なおこのコントロール部44は現在何チャンネル目の制御
を行っているかの情報も常にキープし、必要に応じその
情報を出力する。

前記各光源１〜16の出力は16×16のスターカップラ30
によって合波される。ここでスターカップラ30の出力の
内１出力は送信光源の発振周波数間隔安定化および変調
指数安定化に用いられる。この安定化のための出力は掃
引光源40の出力と合波されたのちヘテロダイン受信部50
でヘテロダイン検波される。発振周波数間隔および変調
指数の安定化の制御開始時には掃引光源40の発振周波数
は第１のチャンネルの光源１の発振周波数とほぼ等しく
なるように温度及び注入電流が設定されている。従って
制御開始時にはヘテロダイン受信部50の出力は光源１の
出力と送信光源40の出力のビート信号になっている。こ
の出力の一部は遅延検波回路によって構成されるIF周波
数弁別回路60に入力され、設定IF中心周波数と入力され
たビート信号の中心周波数の誤差信号が出力される。こ
の誤差信号は１×16の第１の切り換え回路80により光源
群20の内の対応した光源（この場合は光源１）にフィー
ドバックされる。このフィードバック信号による光源１
の安定化が終わるとその情報がコントロール部44に入力
され送信光源40の発振周波数が次の周波数に変化し、光
源２に対して同様の安定化が行われる。これを繰り返す
ことにより光源群20は各光源はそれぞれファブリ・ペロ
ー共振器41の対応した透過ピークから設定IF周波数分だ
けずれた位置に安定化されることになり、各光源間の発
振周波数間隔の安定化が行われる。なお切り換え回路80
の切り替えのための信号はコントロール部44から信号の
送り先の情報とともに出力される。以上の手続きで光源
16までの安定化が終わった時点でコントロール部44は掃
引光源40の注入電流、温度を初期設定値に戻し、同様の
手続きを繰り返す。これにより長時間にわたって、発振
周波数間隔は安定に保たれる。

ヘテロダイン受信部50の出力の一部は送信光源１〜16
の変調指数安定化に使われる。前述のようにヘテロダイ
ン受信部50の出力には時間的に順次各チャンネルの情報
が現れる。このIF帯の信号を復調することで各チャンネ
ル毎の変調指数を知ることができる。本実施例では各チ
ャンネルを600Mb/s、周波数偏移量2GHzでFSK変調してい
る。ここで変調がFSK変調であるので、変調指数誤差検
出回路70は周波数弁別回路により構成した。第２図にそ
の構成を示す。この構成により所定変調指数からの誤差
信号が出力される。これを第２の切り換え回路81を介し
て対応した光源の注入電流の注入電流にフィードバック
することにより各光源の変調指数が順次安定化される。
第２の切り換え回路81もコントロール部44によって制御
されている。

本実施例では実際に光源１から16までを600Mb/sでFSK
変調して高品位画像の伝送を行ったが発振周波数間隔は
10GHz±100MHz,各チャンネルのFSK偏移量は2GHz±100MH
zに保たれた。これにより受信部においてはチャンネル
間クロストークもなく、変調指数の変化による劣化も観
測されなかった。

本発明には以上の実施例の他に様々な変形例が考えら
れる。まず制御できる送信光源の数は掃引光源40の発振
周波数（波長）可変範囲で制限されるので、より多くの
光源を制御したい場合は複数の掃引光源を用いるように
することもできる。光周波数間隔の標準となる光学共振
器にはファブリ・ペロー共振器の他にマッハツェンダー
干渉計やリング共振器等を利用することができる。実施
例ではIF周波数弁別回路60、変調指数誤差検出回路70に
は遅延検波回路を用いたがフィルタの組合せあるいは基
準発振器を用いた同期検波を利用することによって同様
の機能を実現することも可能である。またIF周波数弁別
回路60と変調指数誤差検出回路70の１部分を共通するこ
とも可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明により複数のチャンネルの発振周
波数間隔を安定化しながら各チャンネルの変調指数等を
制御することが可能になった。また本発明の制御系では
ひとつの制御系を複数のチャンネルで時分割で共用して
おり、装置の小型化、低コスト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明するためのブロック図、
第２図は本発明の実施例で用いた変調指数誤差検出回路
の構成を示した図である。図において １〜16……光源、30……スターカップラ、40……掃引光
源、41……ファブリ・ペロー共振器、44……コントロー
ル部、50……ヘテロダイン受信部、60……IF周波数弁別
回路、70……変調指数誤差検出回路、80,81……切り換
え回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周期的な透過特性を有する光学共振器ある
   いは光学干渉計の任意の透過ピークにその発振周波数を
   ロックできる掃引光源と、この掃引光源の出力を前記光
   学共振器あるいは光学干渉計の隣接する透過ピークに順
   次ロックする掃引光源制御回路と、この掃引光源の出力
   と光周波数多重された発振光周波数間隔を制御すべき複
   数の光源からの出力光とのビート信号を検出する光検出
   部と、この光検出部で得られるビート信号の中心周波数
   と所定の周波数との誤差を検出し、その誤差に応じた制
   御信号を出力する制御信号出力回路と、この制御信号出
   力回路で得られる制御信号を前記発振光周波数間隔を制
   御すべき複数の光源の内の対応した光源にフィードバッ
   クしてその発振光周波数を制御する光周波数制御部とを
   含んで構成されることを特徴とする複数の光源の発振周
   波数間隔制御装置。
2. 【請求項２】光周波数多重された送信光源群の各光周波
   数に対応してその発振光周波数を順次に変化させること
   のできる掃引光源と、この掃引光源の出力を前記送信光
   源群の各光周波数に順次に制御する掃引光源制御回路
   と、前記掃引光源の出力と光周波数多重された前記送信
   光源群からの出力光とのビート信号を検出する光検出部
   と、この光検出部で得られるビート信号を受けて、前記
   送信光源の変調指数と所定変調指数との差を検出し、誤
   差信号として出力する変調指数誤差検出部と、前記誤差
   信号を前記送信光源群の内の対応した光源にフィードバ
   ックしてその光源の変調指数を制御する変調指数制御部
   とを含んで構成されることを特徴とする複数の光源の変
   調指数制御装置。