JP2794500B2 - モードロック光源及びそれを用いた可変波長光源 - Google Patents
モードロック光源及びそれを用いた可変波長光源Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はモードロック光源とそ
れを用いた可変波長光源に関する。
れを用いた可変波長光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】モードロック光源 周波数スペクトラムの間隔Ｆ0 を簡単に設定できるモー
ドロック光源（マルチモードのスペクトラムを有する）
が実現できれば可変波長光源などへの応用が考えられる
が、これを実現するための具体的な方法は開示されてい
ないように思われる。
ドロック光源（マルチモードのスペクトラムを有する）
が実現できれば可変波長光源などへの応用が考えられる
が、これを実現するための具体的な方法は開示されてい
ないように思われる。
【０００３】可変波長光源 従来の可変波長光源を図７を参照して説明する。周波数
ｆ1 の安定化された基準光源１１の出力光Ｌはビームス
プリッタ１２に入射され、そこで反射された光Ｌa （ｆ
1 ）がフォトダイオード１３に入射される。周波数ｆ2
の単一モードのＤＦＢ−ＬＤ（ディストリビューテッド
・フィードバック・レーザダイオード）の出力光Ｍ（ｆ
2 ）はビームスプリッタ１５に入射され、それを透過し
た光Ｍa（ｆ2 ）は可変波長光源２００の出力光とされ
る。一方そこで反射された光Ｍb（ｆ2 ）はビームスプ
リッタ１２に入射され、それを透過した光Ｍb ′
（ｆ2 ）はフォトダイオード１３に入射される。
ｆ1 の安定化された基準光源１１の出力光Ｌはビームス
プリッタ１２に入射され、そこで反射された光Ｌa （ｆ
1 ）がフォトダイオード１３に入射される。周波数ｆ2
の単一モードのＤＦＢ−ＬＤ（ディストリビューテッド
・フィードバック・レーザダイオード）の出力光Ｍ（ｆ
2 ）はビームスプリッタ１５に入射され、それを透過し
た光Ｍa（ｆ2 ）は可変波長光源２００の出力光とされ
る。一方そこで反射された光Ｍb（ｆ2 ）はビームスプ
リッタ１２に入射され、それを透過した光Ｍb ′
（ｆ2 ）はフォトダイオード１３に入射される。
【０００４】これらの光Ｌa （ｆ1 ）及び光Ｍb ′（ｆ
2 ）はフォトダイオード１３で自乗検波（光電変換）さ
れ、ビート周波数ｆ1 〜ｆ2 をもつ電気信号Ｒがフォト
ダイオード１３より出力され、位相比較器１７に入力さ
れる。位相比較器１７では入力信号Ｒ′の周波数ｆ1 〜
ｆ2 が周波数可変発振器１８より入力される基準信号の
周波数ｆr と比較され、両者の差の周波数Δｆ Δｆ＝（ｆ1 〜ｆ2 ）〜ｆr ・・・・・（１） に応じた誤差電圧を発生し、制御回路１９に入力され
る。制御回路１９は、この誤差電圧によりｆ 1 〜ｆ 2 が
ｆ r に一致するように電源２０を制御してその出力電流
ｉを変化させ、次に述べるようにＬＤの温度を変化させ
てｆ 2 を制御する。なお、ＤＦＢ−ＬＤ１４とその電源
２０とを合せてレーザ発生器２１と称する。
2 ）はフォトダイオード１３で自乗検波（光電変換）さ
れ、ビート周波数ｆ1 〜ｆ2 をもつ電気信号Ｒがフォト
ダイオード１３より出力され、位相比較器１７に入力さ
れる。位相比較器１７では入力信号Ｒ′の周波数ｆ1 〜
ｆ2 が周波数可変発振器１８より入力される基準信号の
周波数ｆr と比較され、両者の差の周波数Δｆ Δｆ＝（ｆ1 〜ｆ2 ）〜ｆr ・・・・・（１） に応じた誤差電圧を発生し、制御回路１９に入力され
る。制御回路１９は、この誤差電圧によりｆ 1 〜ｆ 2 が
ｆ r に一致するように電源２０を制御してその出力電流
ｉを変化させ、次に述べるようにＬＤの温度を変化させ
てｆ 2 を制御する。なお、ＤＦＢ−ＬＤ１４とその電源
２０とを合せてレーザ発生器２１と称する。
【０００５】ＤＦＢ−ＬＤ１４は図８に示すように、流
れる電流ｉに応じて上面温度が上昇又は低下する（底面
温度は逆に低下又は上昇する）ペルチェ素子１４ａの上
に熱伝導率のよい例えば銅製の基台１４ｂが取付けら
れ、基台１４ｂ上に単一モードのＬＤ（レーザダイオー
ド）チップ１４ｃが取付けられている。ＤＦＢ−ＬＤ１
４の光の周波数ｆ2 はチップ温度１℃上昇当り例えば約
１０GHz 小さくなる（波長λで言えば０．１nm／℃の割
で増加する）。 制御回路１９による制御の結果、（１）式のΔｆ＝０と
される。従って、 ｆr ＝ｆ1 〜ｆ2 ＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜・・・（２） が成り立つ。（２）式は ｆ1 ≧ｆ2 の場合、ｆr ＝ｆ1 −ｆ2 ∴ｆ2 ＝ｆ1 −ｆr ｆ1 ＜ｆ2 の場合、ｆr ＝ｆ2 −ｆ1 ∴ｆ2 ＝ｆ1 ＋ｆr 従って両式を纏めると、ｆ2 は ｆ2 ＝ｆ1 ±ｆr ・・・・・（３） と表わせる。ところでフォトダイオード１３の変換効率
Ｉ／Ｐ即ち入射光のパワーＰ（ワット）に対する出力電
流Ｉ（アンペア）の割合は図９に示す周波数特性を有
し、広帯域のものでもその３dB帯域幅は２０GHz 程度で
ある。従って（２）式より周波数可変発振器１８の周波
数ｆr は、ｆr ＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜≦２０GHzに制限され
る。これにより可変波長光源２００の周波数ｆ2 の可変
範囲は（３）式より、ｆ1 −２０GHz 〜ｆ1 ＋２０GHz
の範囲に限られる。この関係を図１０に示してある。
れる電流ｉに応じて上面温度が上昇又は低下する（底面
温度は逆に低下又は上昇する）ペルチェ素子１４ａの上
に熱伝導率のよい例えば銅製の基台１４ｂが取付けら
れ、基台１４ｂ上に単一モードのＬＤ（レーザダイオー
ド）チップ１４ｃが取付けられている。ＤＦＢ−ＬＤ１
４の光の周波数ｆ2 はチップ温度１℃上昇当り例えば約
１０GHz 小さくなる（波長λで言えば０．１nm／℃の割
で増加する）。 制御回路１９による制御の結果、（１）式のΔｆ＝０と
される。従って、 ｆr ＝ｆ1 〜ｆ2 ＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜・・・（２） が成り立つ。（２）式は ｆ1 ≧ｆ2 の場合、ｆr ＝ｆ1 −ｆ2 ∴ｆ2 ＝ｆ1 −ｆr ｆ1 ＜ｆ2 の場合、ｆr ＝ｆ2 −ｆ1 ∴ｆ2 ＝ｆ1 ＋ｆr 従って両式を纏めると、ｆ2 は ｆ2 ＝ｆ1 ±ｆr ・・・・・（３） と表わせる。ところでフォトダイオード１３の変換効率
Ｉ／Ｐ即ち入射光のパワーＰ（ワット）に対する出力電
流Ｉ（アンペア）の割合は図９に示す周波数特性を有
し、広帯域のものでもその３dB帯域幅は２０GHz 程度で
ある。従って（２）式より周波数可変発振器１８の周波
数ｆr は、ｆr ＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜≦２０GHzに制限され
る。これにより可変波長光源２００の周波数ｆ2 の可変
範囲は（３）式より、ｆ1 −２０GHz 〜ｆ1 ＋２０GHz
の範囲に限られる。この関係を図１０に示してある。
【０００６】前述のように、出力光Ｍa の周波数可変範
囲はせいぜい±２０GHz に制限されるので、それ以上可
変させたい場合には、例えば４０GHz ピッチの多数の基
準光源１１，１１′，１１″・・・を切替えて使用す
る。
囲はせいぜい±２０GHz に制限されるので、それ以上可
変させたい場合には、例えば４０GHz ピッチの多数の基
準光源１１，１１′，１１″・・・を切替えて使用す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では可変範
囲の広い可変波長光源は光の周波数の異なる多数の基準
光源を切替えて使用しなければならず、装置が高価とな
る欠点があった。また、変換効率周波数特性の広いフォ
トダイオードは入手が容易でなく、また高価であり、装
置のコストアップの原因ともなっていた。
囲の広い可変波長光源は光の周波数の異なる多数の基準
光源を切替えて使用しなければならず、装置が高価とな
る欠点があった。また、変換効率周波数特性の広いフォ
トダイオードは入手が容易でなく、また高価であり、装
置のコストアップの原因ともなっていた。
【０００８】一方、周波数スペクトラムの間隔を高確
度、高精度かつ簡単に設定できるモードロック光源がな
いため周波数基準として利用できなかった。この発明の
目的は、周波数可変範囲が広く、高精度な可変波長光源
と、周波数スペクトラムの間隔を高確度、高精度かつ簡
単に設定できるモードロック光源とを提供しようとする
ものである。
度、高精度かつ簡単に設定できるモードロック光源がな
いため周波数基準として利用できなかった。この発明の
目的は、周波数可変範囲が広く、高精度な可変波長光源
と、周波数スペクトラムの間隔を高確度、高精度かつ簡
単に設定できるモードロック光源とを提供しようとする
ものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】（１）この発明のモード
ロック光源は、マルチモードレーザ光を発光するレーザ
発光素子と、そのレーザ発光素子が発光するレーザ光を
所定の時間遅延させて帰還させる遅延手段と、前記レー
ザ発光素子の駆動電流通路に直列接続され、負性抵抗特
性を呈するマイクロ波能動素子とを有する。
ロック光源は、マルチモードレーザ光を発光するレーザ
発光素子と、そのレーザ発光素子が発光するレーザ光を
所定の時間遅延させて帰還させる遅延手段と、前記レー
ザ発光素子の駆動電流通路に直列接続され、負性抵抗特
性を呈するマイクロ波能動素子とを有する。
【００１０】また、信号発生器と、その信号発生器の出
力信号と前記マイクロ波能動素子の出力信号との間の位
相を比較する位相比較器と、その位相比較器の出力信号
により前記信号発生器の周波数と前記マイクロ波能動素
子の発信周波数が一致するように前記遅延手段の遅延時
間を制御する制御回路とが備えられる。 （２）この発明の可変波長光源は、単一モードのレーザ
光を発光して外部負荷に供給するレーザ発生器と、スペ
クトラム間隔がｆ0 のスペクトラムＳ0 乃至Ｓn を含む
マルチモードのレーザ光を発光するモードロック光源
と、前記レーザ発生器の出力光と前記モードロック光源
の出力光とを同時に入力して、両者の差の周波数をもつ
電気信号を出力する光電変換手段と、その光電変換手段
の出力信号を入力して低域周波数成分を選択する低域濾
波器と、周波数可変発振器と、前記低域濾波器の出力信
号と前記周波数可変発振器の出力信号との間の周波数差
に応じた誤差信号を発生する位相比較器と、前記レーザ
発生器の出力光の周波数を測定する波長計と、前記モー
ドロック光源のスペクトラムＳk を含むバンドＢk （ｋ
＝０〜ｎ）が指定されて、前記位相比較器の出力信号に
より前記レーザ発生器の出力光と前記モードロック光源
のスペクトラムＳ k とのビート周波数を前記周波数可変
発振器の周波数と一致させると共に前記波長計の測定値
が前記バンドＢk 内に含まれるように前記レーザ発生器
を制御する制御回路とを具備する。
力信号と前記マイクロ波能動素子の出力信号との間の位
相を比較する位相比較器と、その位相比較器の出力信号
により前記信号発生器の周波数と前記マイクロ波能動素
子の発信周波数が一致するように前記遅延手段の遅延時
間を制御する制御回路とが備えられる。 （２）この発明の可変波長光源は、単一モードのレーザ
光を発光して外部負荷に供給するレーザ発生器と、スペ
クトラム間隔がｆ0 のスペクトラムＳ0 乃至Ｓn を含む
マルチモードのレーザ光を発光するモードロック光源
と、前記レーザ発生器の出力光と前記モードロック光源
の出力光とを同時に入力して、両者の差の周波数をもつ
電気信号を出力する光電変換手段と、その光電変換手段
の出力信号を入力して低域周波数成分を選択する低域濾
波器と、周波数可変発振器と、前記低域濾波器の出力信
号と前記周波数可変発振器の出力信号との間の周波数差
に応じた誤差信号を発生する位相比較器と、前記レーザ
発生器の出力光の周波数を測定する波長計と、前記モー
ドロック光源のスペクトラムＳk を含むバンドＢk （ｋ
＝０〜ｎ）が指定されて、前記位相比較器の出力信号に
より前記レーザ発生器の出力光と前記モードロック光源
のスペクトラムＳ k とのビート周波数を前記周波数可変
発振器の周波数と一致させると共に前記波長計の測定値
が前記バンドＢk 内に含まれるように前記レーザ発生器
を制御する制御回路とを具備する。
【００１１】（３）前項（２）項において、前記モード
ロック光源として（１）項のモードロック光源を用いる
のが望ましい。
ロック光源として（１）項のモードロック光源を用いる
のが望ましい。
【００１２】
【実施例】図１にこの発明のモードロック光源の実施例
を示す。レーザ発光素子３１としてマルチモードレーザ
光を発光するレーザ発光素子、例えば半導体レーザ発光
素子が用いられる。マイクロ波能動素子３２（例えば電
界効果トランジスタ）はレーザ発光素子３１の駆動電流
通路に直列接続される。レーザ発光素子３１の一方の電
極３１Ａを共通電位点３３に接続すると共に、他方の電
極３１Ｂをマイクロ波能動素子３２と抵抗器３４を通じ
て負電源ＶSSに接続する。マイクロ波能動素子３２のゲ
ートにゲート電圧ＶGGが供給される。
を示す。レーザ発光素子３１としてマルチモードレーザ
光を発光するレーザ発光素子、例えば半導体レーザ発光
素子が用いられる。マイクロ波能動素子３２（例えば電
界効果トランジスタ）はレーザ発光素子３１の駆動電流
通路に直列接続される。レーザ発光素子３１の一方の電
極３１Ａを共通電位点３３に接続すると共に、他方の電
極３１Ｂをマイクロ波能動素子３２と抵抗器３４を通じ
て負電源ＶSSに接続する。マイクロ波能動素子３２のゲ
ートにゲート電圧ＶGGが供給される。
【００１３】レーザ発光素子３１は光出射部３１Ｃを有
し、この光出射部３１Ｃに遅延手段３６を光学的に結合
する。遅延手段３６は集光レンズ３６Ａと、反射鏡３６
Ｂと、この反射鏡３６Ｂの位置を移動させる駆動素子３
６Ｃと、この駆動素子３６Ｃを制御する電源３６Ｄとに
よって構成することができる。制御電源３６Ｄの電圧Ｖ
O を制御することにより反射鏡３６Ｂの位置を変化さ
せ、この位置の変化によって光路長Ｌt を変化させ光路
長Ｌt における光の往復の伝播時間τを変化させて共振
周波数を調整できる。このため駆動素子３６Ｃとして例
えばピエゾ素子が用いられる。
し、この光出射部３１Ｃに遅延手段３６を光学的に結合
する。遅延手段３６は集光レンズ３６Ａと、反射鏡３６
Ｂと、この反射鏡３６Ｂの位置を移動させる駆動素子３
６Ｃと、この駆動素子３６Ｃを制御する電源３６Ｄとに
よって構成することができる。制御電源３６Ｄの電圧Ｖ
O を制御することにより反射鏡３６Ｂの位置を変化さ
せ、この位置の変化によって光路長Ｌt を変化させ光路
長Ｌt における光の往復の伝播時間τを変化させて共振
周波数を調整できる。このため駆動素子３６Ｃとして例
えばピエゾ素子が用いられる。
【００１４】図１の回路構造によれば光路長Ｌt を往復
する光の伝播時間をτとした場合、マイクロ波能動素子
３２から見てレーザ発光素子３１は共振周波数ＦO がＦ
O ＝１／τのマイクロ波共振器として動作する。またマ
イクロ波能動素子３２はレーザ発光素子３１から見ると
周波数ＦO 付近で負性抵抗特性を呈する。従ってマイク
ロ波能動素子３２は周波数ＦO で発振し、レーザ発光素
子３１が出射するレーザ光Ｌは図４に示すように各スペ
クトラムＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 …Ｓn が周波数ＦOの間隔で
配列された状態にロックされる。この状態を周波数ＦO
でモードロックされていると称している。
する光の伝播時間をτとした場合、マイクロ波能動素子
３２から見てレーザ発光素子３１は共振周波数ＦO がＦ
O ＝１／τのマイクロ波共振器として動作する。またマ
イクロ波能動素子３２はレーザ発光素子３１から見ると
周波数ＦO 付近で負性抵抗特性を呈する。従ってマイク
ロ波能動素子３２は周波数ＦO で発振し、レーザ発光素
子３１が出射するレーザ光Ｌは図４に示すように各スペ
クトラムＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 …Ｓn が周波数ＦOの間隔で
配列された状態にロックされる。この状態を周波数ＦO
でモードロックされていると称している。
【００１５】図２にマイクロ波能動素子３２より出力さ
れる発振信号ＳＦの波形の一例を示す。発振信号ＳＦは
１／ＦO の周期のパルス状の電圧であり、図３に示すよ
うに周波数ＦO を基本波とする高調波Ｆ1 ，Ｆ2 ，
Ｆ3 ，Ｆ4 …が含まれる。図３に示す曲線Ｇ1 はマイク
ロ波能動素子３２の利得周波数特性である。マイクロ波
能動素子３２を流れる電流もパルス状となり、その電流
によりレーザ発光素子３１が駆動されレーザ発光素子３
１はΣＮ・ＦO （Ｎ＝ｐ〜ｑ）の周波数の光を発光
し、光のスペクトラムは周波数ＦO でモードロックされ
る。しかしΣ（Ｎ＝ｐ〜ｑ）は、Ｎ＝ｐからＮ＝ｑま
での高調波の集合を意味する。
れる発振信号ＳＦの波形の一例を示す。発振信号ＳＦは
１／ＦO の周期のパルス状の電圧であり、図３に示すよ
うに周波数ＦO を基本波とする高調波Ｆ1 ，Ｆ2 ，
Ｆ3 ，Ｆ4 …が含まれる。図３に示す曲線Ｇ1 はマイク
ロ波能動素子３２の利得周波数特性である。マイクロ波
能動素子３２を流れる電流もパルス状となり、その電流
によりレーザ発光素子３１が駆動されレーザ発光素子３
１はΣＮ・ＦO （Ｎ＝ｐ〜ｑ）の周波数の光を発光
し、光のスペクトラムは周波数ＦO でモードロックされ
る。しかしΣ（Ｎ＝ｐ〜ｑ）は、Ｎ＝ｐからＮ＝ｑま
での高調波の集合を意味する。
【００１６】ここでレーザ発光素子３１の発振可能な波
長領域が１．５μｍ〜１．６μｍ（周波数で２００テラ
ヘルツ〜１８７．５テラヘルツのレーザ発光素子を用
い、またマイクロ波能動素子３２の発光周波数ＦO がＦ
O ＝１０ＧＨｚであったとすると、ＮはＮ＝２×１０4
とした場合、レーザ発光素子３１は１．５μｍ（２００
テラヘルツ）の光を発光する。
長領域が１．５μｍ〜１．６μｍ（周波数で２００テラ
ヘルツ〜１８７．５テラヘルツのレーザ発光素子を用
い、またマイクロ波能動素子３２の発光周波数ＦO がＦ
O ＝１０ＧＨｚであったとすると、ＮはＮ＝２×１０4
とした場合、レーザ発光素子３１は１．５μｍ（２００
テラヘルツ）の光を発光する。
【００１７】図４にモードロック状態にあるレーザ光の
スペクトラムを示す。つまりモードロックされることに
よりレーザ光ＬのスペクトラムＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 …Ｓn
は周波数ＦO の間隔で配列される。図４においてＧ2 は
レーザ発光素子３１の利得周波数特性を示す。ここで電
源３６Ｄの電圧Ｖ0 を変化させることによりマイクロ波
能動素子３２の発振周波数及びレーザ発光素子３１の発
光周波数を制御することができる。つまり電源３６Ｄの
電圧Ｖ0 を変化させることにより反射鏡３６Ｂがレーザ
発光素子３１の光出射部３１Ｃに対する位置が変化し、
光路長Ｌt を変化させることができる。この結果、光が
反射鏡３６Ｂとレーザ発光素子３１との間を往復する時
間τを変化させることができるからマイクロ波能動素子
３２から見てレーザ発光素子３１と遅延制御手段３６と
によって構成されるマイクロ波共振器の共振周波数が変
化し、マイクロ波能動素子３２の発振周波数ＦO が変化
する。マイクロ波能動素子３２の発振周波数ＦO が変化
することにより、レーザ発光素子３１の発光周波数Ｎ・
ＦO も変化する。
スペクトラムを示す。つまりモードロックされることに
よりレーザ光ＬのスペクトラムＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 …Ｓn
は周波数ＦO の間隔で配列される。図４においてＧ2 は
レーザ発光素子３１の利得周波数特性を示す。ここで電
源３６Ｄの電圧Ｖ0 を変化させることによりマイクロ波
能動素子３２の発振周波数及びレーザ発光素子３１の発
光周波数を制御することができる。つまり電源３６Ｄの
電圧Ｖ0 を変化させることにより反射鏡３６Ｂがレーザ
発光素子３１の光出射部３１Ｃに対する位置が変化し、
光路長Ｌt を変化させることができる。この結果、光が
反射鏡３６Ｂとレーザ発光素子３１との間を往復する時
間τを変化させることができるからマイクロ波能動素子
３２から見てレーザ発光素子３１と遅延制御手段３６と
によって構成されるマイクロ波共振器の共振周波数が変
化し、マイクロ波能動素子３２の発振周波数ＦO が変化
する。マイクロ波能動素子３２の発振周波数ＦO が変化
することにより、レーザ発光素子３１の発光周波数Ｎ・
ＦO も変化する。
【００１８】よってマイクロ波ＳＦ（基本波の周波数は
ＦO ）と高調波の関係にあるレーザ光ΣＮ・ＦO （Ｎ
＝ｐ〜ｑ）を同時に得ることができる。然も電源３６Ｄ
の電圧ＶO を制御することによりマイクロ波の周波数Ｆ
O と、レーザ光の周波数Ｎ・ＦO を変化させることがで
きる。よってレーザ発光素子３１の発光可能な波長領域
内であれば任意の周波数のマルチモードのレーザ光を発
光させることができる。
ＦO ）と高調波の関係にあるレーザ光ΣＮ・ＦO （Ｎ
＝ｐ〜ｑ）を同時に得ることができる。然も電源３６Ｄ
の電圧ＶO を制御することによりマイクロ波の周波数Ｆ
O と、レーザ光の周波数Ｎ・ＦO を変化させることがで
きる。よってレーザ発光素子３１の発光可能な波長領域
内であれば任意の周波数のマルチモードのレーザ光を発
光させることができる。
【００１９】マイクロ波能動素子３２の出力端に位相比
較器４１が接続され、基本波周波数ＦO の発振信号ＳＦ
と周波数ｆO の信号発生器４２の出力との周波数が比較
されて、両信号の周波数の差Δｆ Δｆ＝ＦO 〜ｆO … （４）に応じた誤差電圧が 位相比較器４１より出力され、制御
回路４３に入力される。制御回路４３は入力電圧ｖが最
大（又は最小）となるように、つまり（４）式のΔｆが
ゼロとなるように電源３６Ｄを制御し、その出力電圧Ｖ
0 を変化させる。その結果、マイクロ波能動素子３２の
発振信号ＳＦの基本波周波数Ｆ0 は信号発生器４２の周
波数ｆO に等しくされる。従って信号発生器４２の周波
数ｆO を設定することによってレーザ発光素子３１の出
力光ΣＮ・ＦO （Ｎ＝ｐ〜ｑ）、つまりスペクトラム
ＳO 乃至Ｓn の間隔ＦO を高確度、高精度かつ容易に設
定できる。
較器４１が接続され、基本波周波数ＦO の発振信号ＳＦ
と周波数ｆO の信号発生器４２の出力との周波数が比較
されて、両信号の周波数の差Δｆ Δｆ＝ＦO 〜ｆO … （４）に応じた誤差電圧が 位相比較器４１より出力され、制御
回路４３に入力される。制御回路４３は入力電圧ｖが最
大（又は最小）となるように、つまり（４）式のΔｆが
ゼロとなるように電源３６Ｄを制御し、その出力電圧Ｖ
0 を変化させる。その結果、マイクロ波能動素子３２の
発振信号ＳＦの基本波周波数Ｆ0 は信号発生器４２の周
波数ｆO に等しくされる。従って信号発生器４２の周波
数ｆO を設定することによってレーザ発光素子３１の出
力光ΣＮ・ＦO （Ｎ＝ｐ〜ｑ）、つまりスペクトラム
ＳO 乃至Ｓn の間隔ＦO を高確度、高精度かつ容易に設
定できる。
【００２０】モードロック光源１００の周波数スペクト
ラムＳ 0 〜Ｓn の周波数安定度は信号発生器４２の安定
度により決まり、例えば１０-10 と高安定化される。波長可変光源 この発明の可変波長光源２００の実施例を図５に図７と
対応する部分に同じ符号を付し、重複説明を省略する。
この発明では図７の基準光源１１，１１′，１１″…の
代りにモードロック光源（例えば図１のもの）１００が
用いられる。またＬＰＦ１６としてカットオフ周波数ｆ
C がｆC ≒ｆO /2（ｆO はモードロック光源１００のス
ペクトル間隔）に設定される。ビームスプリッタ１５の
透過光Ｍa はビームスプリッタ５１を透して出力光Ｍc
とされる。またビームスプリッタ５１で反射された光は
波長計５２に入射され、波長或いは周波数が測定され
る。
ラムＳ 0 〜Ｓn の周波数安定度は信号発生器４２の安定
度により決まり、例えば１０-10 と高安定化される。波長可変光源 この発明の可変波長光源２００の実施例を図５に図７と
対応する部分に同じ符号を付し、重複説明を省略する。
この発明では図７の基準光源１１，１１′，１１″…の
代りにモードロック光源（例えば図１のもの）１００が
用いられる。またＬＰＦ１６としてカットオフ周波数ｆ
C がｆC ≒ｆO /2（ｆO はモードロック光源１００のス
ペクトル間隔）に設定される。ビームスプリッタ１５の
透過光Ｍa はビームスプリッタ５１を透して出力光Ｍc
とされる。またビームスプリッタ５１で反射された光は
波長計５２に入射され、波長或いは周波数が測定され
る。
【００２１】フォトダイオード１３の出力信号Ｒ1 はＤ
ＦＢ−ＬＤ１４の光の周波数ｆ2 とモードロック光源１
００の光の周波数ΣＮｆ0 とのビート周波数ΣＮｆ
0 〜ｆ2 を有する信号となる。この信号Ｒ1 がＬＰＦ１
６に加えられて、ｆO /2以下の低い周波数が選択され
て、位相比較器１７に入力される。図６に示すように、
ＬＰＦ１６で選択された信号が存在したとすれば、その
信号Ｒ2 は、バンド幅が±ｆO /2のバンドＢ0 ，Ｂ1 ，
Ｂ2 …，Ｂn のいずれかに属する１つの周波数を持った
信号である。その選択された１つの周波数をｆA ＝Ｎｆ
01〜ｆ2 で表わす。位相比較器１７では、信号Ｒ2 と周
波数可変発振器１８の出力との周波数が比較され、両信
号の周波数の差Δｆ Δｆ＝ｆA 〜ｆr ＝（Ｎｆ01〜ｆ2 ）〜ｆr …（５）に応じた誤差電圧が 出力され、制御回路１９に供給され
る。
ＦＢ−ＬＤ１４の光の周波数ｆ2 とモードロック光源１
００の光の周波数ΣＮｆ0 とのビート周波数ΣＮｆ
0 〜ｆ2 を有する信号となる。この信号Ｒ1 がＬＰＦ１
６に加えられて、ｆO /2以下の低い周波数が選択され
て、位相比較器１７に入力される。図６に示すように、
ＬＰＦ１６で選択された信号が存在したとすれば、その
信号Ｒ2 は、バンド幅が±ｆO /2のバンドＢ0 ，Ｂ1 ，
Ｂ2 …，Ｂn のいずれかに属する１つの周波数を持った
信号である。その選択された１つの周波数をｆA ＝Ｎｆ
01〜ｆ2 で表わす。位相比較器１７では、信号Ｒ2 と周
波数可変発振器１８の出力との周波数が比較され、両信
号の周波数の差Δｆ Δｆ＝ｆA 〜ｆr ＝（Ｎｆ01〜ｆ2 ）〜ｆr …（５）に応じた誤差電圧が 出力され、制御回路１９に供給され
る。
【００２２】波長計５２では出力光の周波数が測定さ
れ、その周波数が存在する図６のバンドＢi を示すデー
タが制御回路１９に与えられる。一方、制御回路１９に
は外部より出力光Ｍc の周波数バンドＢk （ｋ＝０〜
ｎ）が指定される。例えばバンドＢ0 が指定されると、
制御回路１９は（５）式の周波数偏差Δｆがゼロになる
と共に、波長計５２より入力される出力光Ｍc が含まれ
るバンドＢi がＢi ＝Ｂ0となるように電源２０を制御
する。この結果、（５）式は ｆr ＝ｐｆ0 〜ｆ2 … （６） と変形される。即ち、Ｎ＝ｐで、ＬＰＦ１６の出力Ｒ2
の周波数はｐｆ0 〜ｆ2となり、かつ周波数可変発振器
１８の周波数ｆr に等しくされる。（６）式は ｐｆ0 ≧ｆ2 の時， ｆr ＝ｐｆ0 −ｆ2 ∴ｆ2 ＝ｐｆ0 −ｆr ｐｆ0 ＜ｆ2 の時， ｆr ＝ｆ2 −ｐｆ0 ∴ｆ2 ＝ｐｆ0 ＋ｆr であるから、上の両式を纏めて、出力光Ｍc の周波数ｆ
2 は ｆ2 ＝ｐｆ0 ±ｆr … （７） と表わされる。周波数可変発振器１８の周波数ｆr を０
〜ｆ0 /2の範囲で可変させれば、出力光Ｍc の周波数ｆ
2 は図６のバンドＢ0 の範囲内を連続して変化される。
れ、その周波数が存在する図６のバンドＢi を示すデー
タが制御回路１９に与えられる。一方、制御回路１９に
は外部より出力光Ｍc の周波数バンドＢk （ｋ＝０〜
ｎ）が指定される。例えばバンドＢ0 が指定されると、
制御回路１９は（５）式の周波数偏差Δｆがゼロになる
と共に、波長計５２より入力される出力光Ｍc が含まれ
るバンドＢi がＢi ＝Ｂ0となるように電源２０を制御
する。この結果、（５）式は ｆr ＝ｐｆ0 〜ｆ2 … （６） と変形される。即ち、Ｎ＝ｐで、ＬＰＦ１６の出力Ｒ2
の周波数はｐｆ0 〜ｆ2となり、かつ周波数可変発振器
１８の周波数ｆr に等しくされる。（６）式は ｐｆ0 ≧ｆ2 の時， ｆr ＝ｐｆ0 −ｆ2 ∴ｆ2 ＝ｐｆ0 −ｆr ｐｆ0 ＜ｆ2 の時， ｆr ＝ｆ2 −ｐｆ0 ∴ｆ2 ＝ｐｆ0 ＋ｆr であるから、上の両式を纏めて、出力光Ｍc の周波数ｆ
2 は ｆ2 ＝ｐｆ0 ±ｆr … （７） と表わされる。周波数可変発振器１８の周波数ｆr を０
〜ｆ0 /2の範囲で可変させれば、出力光Ｍc の周波数ｆ
2 は図６のバンドＢ0 の範囲内を連続して変化される。
【００２３】同様にして、外部より制御回路１９に指定
する出力光Ｍc のバンドをＢ1 ，Ｂ2 ，…Ｂn と変化さ
せ、それぞれの場合に周波数可変発振器１８の周波数ｆ
r を０〜ｆ0 /2の範囲に可変させれば、出力光Ｍc の周
波数は各バンド内を連続して変化される。例えばｆ0 ＝
２ＧＨｚとし、モードロック光源１００のレーザ発光素
子３１の利得周波数特性Ｇ2 内にあるようにｐ＝９６６
７４，ｑ＝ｐ＋２００＝９６８７４に設定したとすれ
ば、出力光Ｍc の周波数ｆ2 はバンド幅がそれぞれ２Ｇ
ＨｚのバンドＢ0 〜Ｂ200 の範囲に可変でき、周波数範
囲は１９３３４７ＧＨｚ〜１９３７４９ＧＨｚとなり、
変化幅は４０２ＧＨｚ（＝±２０１ＧＨｚ）となる。周
波数をｆ、光速をＣ（＝３×１０8 ｍ）とすれば、波長
λ＝Ｃ／ｆ＝３×１０8 (m) ／ｆであるから、波長λの
可変範囲は１．５５μｍ〜１．５４μｍとなる。レーザ
発光素子１の利得周波数特性Ｇ2 に含まれるスペクトラ
ムＳ0 〜Ｓn を全て利用すれば、更に広範囲に波長を可
変することもできる。
する出力光Ｍc のバンドをＢ1 ，Ｂ2 ，…Ｂn と変化さ
せ、それぞれの場合に周波数可変発振器１８の周波数ｆ
r を０〜ｆ0 /2の範囲に可変させれば、出力光Ｍc の周
波数は各バンド内を連続して変化される。例えばｆ0 ＝
２ＧＨｚとし、モードロック光源１００のレーザ発光素
子３１の利得周波数特性Ｇ2 内にあるようにｐ＝９６６
７４，ｑ＝ｐ＋２００＝９６８７４に設定したとすれ
ば、出力光Ｍc の周波数ｆ2 はバンド幅がそれぞれ２Ｇ
ＨｚのバンドＢ0 〜Ｂ200 の範囲に可変でき、周波数範
囲は１９３３４７ＧＨｚ〜１９３７４９ＧＨｚとなり、
変化幅は４０２ＧＨｚ（＝±２０１ＧＨｚ）となる。周
波数をｆ、光速をＣ（＝３×１０8 ｍ）とすれば、波長
λ＝Ｃ／ｆ＝３×１０8 (m) ／ｆであるから、波長λの
可変範囲は１．５５μｍ〜１．５４μｍとなる。レーザ
発光素子１の利得周波数特性Ｇ2 に含まれるスペクトラ
ムＳ0 〜Ｓn を全て利用すれば、更に広範囲に波長を可
変することもできる。
【００２４】出力光Ｍc の周波数安定度はモードロック
光源１００及び周波数可変発振器１８の周波数ｆ0 及び
ｆr の安定度で決まり、水晶発振器やセシウム発振器を
用いて１０-10 〜１０-12 と高安定のものが得られる。
光源１００及び周波数可変発振器１８の周波数ｆ0 及び
ｆr の安定度で決まり、水晶発振器やセシウム発振器を
用いて１０-10 〜１０-12 と高安定のものが得られる。
【００２５】
【発明の効果】この発明のモードロック光源によれば、
マルチモードの周波数間隔Ｆ0 を信号発生器４２の周波
数ｆ0 に一致させることができる。従って信号発生器４
２の周波数ｆ0 を設定することによって、スペクトラム
間隔Ｆ0 を高確度、高精度かつ簡単に設定できるモード
ロック光源が得られる。
マルチモードの周波数間隔Ｆ0 を信号発生器４２の周波
数ｆ0 に一致させることができる。従って信号発生器４
２の周波数ｆ0 を設定することによって、スペクトラム
間隔Ｆ0 を高確度、高精度かつ簡単に設定できるモード
ロック光源が得られる。
【００２６】この発明の波長可変光源によれば、従来の
基準光源１１，１１′，１１″…の代りにモードロック
光源１００を用い、そのスペクトラムの１つＳi を（ｉ
＝０〜ｎ）を利用すると共に、周波数可変発振器１８の
周波数ｆr を０〜ｆ0 /2の範囲に可変することによっ
て、スペクトラムＳi を中心として±ｆ0 /2（ｆ0 はモ
ードロック光源のスペクトラム間隔）の周波数帯域を有
する周波数バンドＢi （ｉ＝０〜ｎ）内の任意の周波数
を得ることができる。従って指定する周波数バンドＢi
をＢ0 〜Ｂn の範囲で変えることによって広い範囲に出
力光Ｍc の周波数（波長）を可変できる。
基準光源１１，１１′，１１″…の代りにモードロック
光源１００を用い、そのスペクトラムの１つＳi を（ｉ
＝０〜ｎ）を利用すると共に、周波数可変発振器１８の
周波数ｆr を０〜ｆ0 /2の範囲に可変することによっ
て、スペクトラムＳi を中心として±ｆ0 /2（ｆ0 はモ
ードロック光源のスペクトラム間隔）の周波数帯域を有
する周波数バンドＢi （ｉ＝０〜ｎ）内の任意の周波数
を得ることができる。従って指定する周波数バンドＢi
をＢ0 〜Ｂn の範囲で変えることによって広い範囲に出
力光Ｍc の周波数（波長）を可変できる。
【００２７】この発明ではモードロック光源を用いたの
で、従来のように多数の基準光源を切替て使用する必要
がなくなり、従来より経済的な波長可変光源が得られ
る。またこの発明ではＬＰＦ１６のカットオフ周波数は
ほぼｆ0 /2に設定されるので、フォトダイオード１３の
変換効率周波数特性の帯域幅はｆ0 /2（例えば１ＧＨ
ｚ）程度あればよく、従来のように広帯域である必要は
なく、安価なものが容易に得られる。
で、従来のように多数の基準光源を切替て使用する必要
がなくなり、従来より経済的な波長可変光源が得られ
る。またこの発明ではＬＰＦ１６のカットオフ周波数は
ほぼｆ0 /2に設定されるので、フォトダイオード１３の
変換効率周波数特性の帯域幅はｆ0 /2（例えば１ＧＨ
ｚ）程度あればよく、従来のように広帯域である必要は
なく、安価なものが容易に得られる。
【図１】この発明のモードロック光源の実施例を示すブ
ロック図。
ロック図。
【図２】図１のマイクロ波能動素子３１の発振信号ＳＦ
の波形図。
の波形図。
【図３】図１のマイクロ波能動素子３１の発振信号ＳＦ
に含まれる周波数スペクトラムを示す図。
に含まれる周波数スペクトラムを示す図。
【図４】図１のモードロック光源の出力光Ｌの有する周
波数スペクトラムを示す図。
波数スペクトラムを示す図。
【図５】この発明の可変波長光源の実施例を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図６】図５の出力光ＭC が含まれる周波数バンドＢ0
〜Ｂn と周波数可変範囲とを示す図。
〜Ｂn と周波数可変範囲とを示す図。
【図７】従来の可変波長光源のブロック図。
【図８】図７のＤＦＢ−ＬＤ１４の原理的な構成を示す
図。
図。
【図９】図７のフォトダイオード１３の変換効率周波数
特性の一例を示す図。
特性の一例を示す図。
【図１０】図７において１つの基準光源１１を用いた場
合の出力光Ｍa の周波数可変範囲を示す図。
合の出力光Ｍa の周波数可変範囲を示す図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−250680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−252982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−306681（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−102978（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−208987（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151122（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120774（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−148189（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−37797（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/098 H01S 3/096 H01S 3/13
Claims (3)
- 【請求項１】 マルチモードレーザ光を発光するレーザ
発光素子と、 そのレーザ発光素子が発光するレーザ光を所定の時間遅
延させて帰還させる遅延手段と、 前記レーザ発光素子の駆動電流通路に直列接続され、負
性抵抗特性を呈するマイクロ波能動素子と、 信号発生器と、 その信号発生器の出力信号と前記マイクロ波能動素子の
出力信号との間の位相を比較する位相比較器と、 その位相比較器の出力信号により前記信号発生器の周波
数と前記マイクロ波能動素子の発振周波数が一致するよ
うに前記遅延手段の遅延時間を制御する制御回路とを具
備する、 モードロック光源。 - 【請求項２】 単一モードのレーザ光を発光して外部負
荷に供給するレーザ発生器と、 スペクトラム間隔がｆ0 のスペクトラムＳ0 乃至Ｓn を
含むマルチモードのレーザ光を発光するモードロック光
源と、 前記レーザ発生器の出力光と前記モードロック光源の出
力光とを同時に入力して、両者の差の周波数をもつ電気
信号を出力する光電変換手段と、 その光電変換手段の出力信号を入力して低域周波数成分
を選択する低域濾波器と、 周波数可変発振器と、 前記低域濾波器の出力信号と前記周波数可変発振器の出
力信号との間の位相を比較する位相比較器と、 前記レーザ発生器の出力光の周波数を測定する波長計
と、 前記モードロック光源のスペクトラムＳk を含むバンド
Ｂk （ｋ＝０〜ｎ）が指定されて、前記位相比較器の出
力信号により前記レーザ発生器の出力光と前記モードロ
ック光源のスペクトラムＳ k とのビート周波数を前記周
波数可変発振器の周波数と一致させると共に前記波長計
の測定値が前記バンドＢk 内に含まれるように前記レー
ザ発生器を制御する制御回路とを具備する、 可変波長光源。 - 【請求項３】 請求項２において、前記モードロック光
源が請求項１のモードロック光源であることを特徴とす
る可変波長光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3101524A JP2794500B2 (ja) | 1991-05-07 | 1991-05-07 | モードロック光源及びそれを用いた可変波長光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3101524A JP2794500B2 (ja) | 1991-05-07 | 1991-05-07 | モードロック光源及びそれを用いた可変波長光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04332183A JPH04332183A (ja) | 1992-11-19 |
| JP2794500B2 true JP2794500B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=14302878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3101524A Expired - Fee Related JP2794500B2 (ja) | 1991-05-07 | 1991-05-07 | モードロック光源及びそれを用いた可変波長光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794500B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113224630B (zh) * | 2021-04-22 | 2022-09-30 | 合肥工业大学 | 一种延时光路锁定装置及锁定方法 |
-
1991
- 1991-05-07 JP JP3101524A patent/JP2794500B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04332183A (ja) | 1992-11-19 |
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