JP2890490B2 - レーザ装置発振周波数間隔安定化装置 - Google Patents

レーザ装置発振周波数間隔安定化装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は複数のレーザ装置の各発振周波数の間隔を安
定化させるレーザ装置発振周波数間隔安定化装置に関す
る。
(従来の技術) 従来、複数の制御対象レーザ装置群を同一の発振周波
数の組合せとなるように制御する、いわゆる波長同期を
実現するための方式としては、下坂らによる、電子情報
通信学会技術研究報告第87巻CS87−96に記載の方式が知
られている。この方式では、発振周波数が周期的に掃引
された参照用レーザ装置から出射される周波数掃引光、
及びその周波数掃引光を光学共振器に通すことにより得
られる光パルス列を分岐して、各制御対象レーザ装置群
に分配する。各制御対象レーザ装置群では供給された周
波数掃引光と制御対象レーザ装置の出射光を合波し、そ
の結果得られるビート信号の低周波成分で構成されるビ
ートパルス列と、別途供給される光パルス列とを比較す
る。そして両パルス列の対応する各パルスの発生時刻差
が一定となるよう、各制御対象レーザ装置の発振周波数
を制御する。
(発明が解決しようとする課題) 上記方式の構成においては、参照用レーザ装置及び光
学共振器より成る制御基準部から各制御対象レーザ装置
群へ制御用の基準光を供給するにあたり、周波数掃引光
用及び光パルス列用の計2本を光伝送路を用いる必要が
あった。このように2本の光伝送路を要することは、制
御基準部と制御対象レーザ装置群の間の距離が大きいよ
うな用途の場合、著しく経済性を損なう要因となる。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を除去せ
しめて、上記2種の光信号を1本の光伝送路で供給し、
より経済的かつ安定な波長網同期の実現が可能なレーザ
装置発振周波数間隔安定化装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記の課題を解決するために本発明では、発振周波数
を掃引する参照用レーザ装置からの出射光を少なくとも
2つに分岐し、一方を少なくとも1つの各ローカル局に
光周波数掃引光として分配し、他方を光学共振器を透過
させてその周波数変化を透過光の振幅変化に変換して少
なくとも1つの各ローカル局に光周波数基準パルス光と
して分配し、各ローカル局では複数の被制御レーザ装置
の各々の出射光の少なくとも一部を合成した光と、前記
光周波数掃引光を合成して生じるビート光を受光して電
気信号に変換し、低減フィルタを通すことによって生じ
る電気パルス列の各々のパルスの発生時刻を、前記光周
波数基準パルスを受光して生じる電気パルス列の対応す
る各々のパルス発生時刻に一致するよう被制御レーザ装
置の発振周波数を制御するレーザ装置発振周波数間隔安
定化装置において、前記参照用レーザ装置からの出射光
を、直交する2つの直線偏光であるP偏光とS偏光にほ
ぼ等しい光パワーで出力するように第1の偏光分離合波
素子に光結合し、該第1の偏光分離合波素子の2つの出
力端子のうちの一方の端子から出力された光を光学共振
器に接続して振幅変化に変換し、その振幅変化に変換し
た光と他方の端子から出力された光とを直交する偏光状
態で第2の偏光分離合波素子で合波して合波光を生成
し、この合波光を前記各ローカル局に分配し、各ローカ
ル局で光分岐器により該合波光を所定のパワー比に分岐
して2つの分岐光を生成し、一方の該分岐光をそのまま
光周波数掃引光として用い、他方の該分岐光をそのまま
光周波数基準パルス光として用いることを特徴とする構
成としている。
(作用) 本発明では、参照用レーザ装置及び光学共振器を含
み、各ローカル局に制御用基準信号を送る制御基準部に
おいて、参照用レーザ装置の出射光を2つに分岐し、一
方を光学共振器に通し、再び合流している。合流された
光信号は、光学共振器の共振周波数の情報を担った基準
パルス列に、光周波数が掃引され、一定パワーの直流光
がバイアスされた形になっている。従ってこの合流され
た光信号は各ローカル局で必要とする2つの光信号(基
準パルス列と周波数掃引光)を兼ね備えており、従来の
方式では2本必要だった光伝送路を本発明では1本に統
合できる。
(実施例) 以下、本発明を実施例につき詳細に説明する。
第1図は本発明の実施例の構成図である。なお、本実
施例では、構成を簡単にして説明を容易にするために、
ローカル局の数を2、各ローカル局が持つレーザ装置の
個数を3つとしている。
参照用レーザ装置として用いた1.55μm帯波長可変分
布ブラッグ反射形半導体レーザ(以下DBR)1は鋸歯状
波発生器2により印加される繰り返し周波数20kHzの鋸
歯状波に伴い、その出射光周波数が時間に対し鋸歯状に
変化している。DBR1からの出射光はほぼ直線偏光であり
第1の光アイソレータ3を透過した後、第1の偏光分離
合波素子401へ、そのP偏光とS偏光の偏光方向の双方
に対して45℃となるよう入射され、2つの出射端へ第1
及び第2の出射光としてパワー比1:1に分けられる。こ
のうち第1の出力光は屈折率1.5、厚さ1cmでフィネス30
になるように両面の反射率、面精度、平行度を調整した
石英ガラス製エタロン板5を透過した後、第1の偏光分
離合波素子401の第2の出射光と第2の偏光分離合波素
子402で合波され、後段に接続された第1の光分岐器206
で第1及び第2の出射光にパワー比1:1に分けられる。
なお、第2の偏光分離合波素子402で合波するに際して
は、第1の偏光分離合波素子401から第2の偏光分離合
波素子402に至る2つの光路長がほぼ一致するように光
路長が設定されている。また、両光路における偏光変動
を防ぐため、両光路には偏光保存ファイバ501〜503を用
いている。エタロン板5の透過光は鋸歯状波発生器2か
らの出力信号(第2図110〜112)の1周期中、DBR1の周
波数がエタロン板5の共振周波数に一致した時点で発生
するパルス列状の光で構成されているが、この1周期中
のパルスの数が3つになるよう、鋸歯状波発生器2の出
力のピーク電圧を調整しておく。
第1の光分岐器206の第1及び第2の出射光は第2の
光分岐器204,205によりパワー比1:1(所定のパワー比)
に2分岐される。第2の光分岐器204,205の第1の出射
光は第2の光検出器27,29によりそれぞれ電気信号に変
換される。
一方、周波数間隔を安定化する対象である第1〜第6
の1.55μm帯分布帰還形レーザ(以下DFB)10,11,12,1
3,14及び15からの出射光はそれぞれ第1〜第6の光アイ
ソレータ16,17,18,19,20,21を透過する。しかる後に第
1〜第3の光アイソレータ16,17,18の透過光は第1の光
合波器22により合波され、また、第4〜第6の光アイソ
レータ19,20,21の透過光は第1の光合波器23により合波
される。第1の光合波器22の出射光は第2の光合波器24
により、第2の光分岐器204の第2の出射光と合波され
た後、第1の光検出器26により電気信号に変換され、第
1の制御装置30の第1の入力32に入力される。一方、第
1の光合波器23の出射光は第2の光合波器25により、第
2の光分岐器205の第2の出射光と合波された後、第1
の光検出器28により、電気信号に変換され、第2の制御
装置31の第1の入力34に入力される。また第2の光検出
器27,29の出力である電気信号は第1及び第2の制御装
置30,31の第2の入力33,35にそれぞれ入力される。
第1及び第2の制御装置30,31は同じ回路を用いてい
る。その構成を第3図に示す。第1の入力32(あるいは
34)に印加された電気信号は、遮断周波数100MHzの低域
通過フィルタ101に入力される。低域通過フィルタ101か
らは、DBR1からの出射光周波数と、第1〜第3のDFB10,
11,12(あるいは第4〜第6のDFB13,14,15)の出射光周
波数の差がほぼ±100MHzの範囲に入っているときにパル
ス状の電気信号が出力される。パルスの数は鋸歯状波発
生器2の出力信号110,111,112(第2図参照)の1周期
にDBR1と第1〜第3のDFB10,11,12(あるいは第4〜第
6のDFB13,14,15)の各々の発振周波数の差が±100MHz
の範囲に入る回数に等しく、それは3つである。第1及
び第2の制御装置30,31では、第2図(a)に示した第
1の制御装置30(あるいは第2の制御装置31)の第2の
入力33(あるいは35)への入力及び第2図(b)(ある
いは(c))に示した第1の入力32(あるいは34)への
入力のパルス発生時刻差113,114,115(あるいは116,11
7,118)を誤差信号とし、これらの大きさが零になるよ
うな制御信号を出力する。
なお第3図中のパルス発生時刻差計測回路102(第4
図に回路の一例を図示)は、入力される2つのパルス列
で構成する各パルスを発生時刻順に並べたとき、対応す
る順位の2つのパルス(計3組)の発生時刻差に比例し
た幅を持ち、高さは一定の方形パルスを出力する。ただ
し上記の2つのパルスのうち、先に発生するパルスが入
力される2系列のパルス列のどちらに属するかで、出力
は、正または負の方形パルスになる機能を備えている。
第1の制御装置30からの第1、第2、第3の制御信号は
それぞれ第1、第2、第3のレーザ装置駆動装置36,37,
38に、また第2の制御装置31からの第1、第2、第3の
制御信号はそれぞれ第1、第2、第3のレーザ装置駆動
装置39,40,41に入力される。レーザ装置駆動装置36,37,
38,39,40,41からは制御信号に応じた駆動電流が第1〜
第6のDFB10,11,12,13,14,15に注入される。
なお、第1〜第6のDFB10,11,12,13,14,15及びDBR1は
それぞれ第1〜第7の温度制御装置42,43,44,45,46,47,
48により温度変動幅0.2℃以内に温度安定化されてい
る。
本実施例では、3台のレーザ装置を1組として、これ
を2組同時に安定化し、同じ発振周波数の組合せを持つ
レーザ装置の組を2組生成している。しかし1組当たり
のレーザ装置の個数及び組数はこれらの値に限定され
ず、前者は鋸歯状波発生器2からの出力信号の周波数、
ピーク電圧を調整し、1周期あたり、エタロン板5から
出射されるパルスの数を増大することにより、また後者
は第1の光分岐器の分岐数を増すことにより増大するこ
とができる。また各ローカル局において安定化するレー
ザ装置の発振周波数の種類は、エタロン板5から鋸歯状
波発生器2からの出力信号1周期内に出射されるパルス
に対応する周波数から任意の組合せを選択できる。組合
せの数は1周期中のパルスの数をNとすると、2N−1で
与えられる。またエタロン板5の厚さを変えることによ
り、周波数間隔を自由に設定することができる。さらに
安定化する対象であるレーザ装置も半導体レーザに限定
されず、外部からの信号に応じて発振周波数が変化する
レーザ装置なら安定化可能である。
また、本発明では、制御対象レーザ装置出射光と合波
する周波数掃引光は、基準パルス列と重畳されており、
ロックする目標となる時点での周波数掃引光パワーがそ
れ以外の部分の約2倍ある。従って本実施例のように各
ビートパルスと目標の基準パルスとの発生時刻差が0に
なるような制御を施す場合、各ビートパルスは対応する
基準パルスにロックされると急激にその尖頭パワーが大
きくなる。すなわち、本実施例では制御目標付近での弁
別感度が従来に比べて改善されている。
(発明の効果) 以上に述べてきたように従来の方式では、制御基準部
から各制御対象レーザ装置群へ制御用の基準光を送るに
際し、周波数掃引光用と光パルス列用とに1本づつ計2
本の光伝送路が必要であったが、本発明ではこれらを1
本の光伝送路に統合することができた。
また、各ローカル局において合成光から周波数掃引用
と光パルス列用との各基準光を分離する必要がない。こ
のため、この合成光を伝送するための光伝送路は通常の
もので足り、例えば偏光保存ファイバなどの特殊で高価
な光伝送路を必要としない。したがって、システムを安
価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の構成図、第2図(a)は第1
図の制御装置30及び31の第2の入力33及び35にそれぞれ
入力される信号(エタロン板5透過光を電気に変換した
信号)を示す図、第2図(b)及び(c)は各々制御装
置30及び31内部における低域通過フィルタの出力信号を
示す図、第3図は制御装置30,31の構成図、第4図は第
3図中のパルス発生時刻差計測回路の回路図である。 1……1.55μm帯波長可変分布ブラッグ反射形半導体レ
ーザ、2……鋸歯状波発生器、3,16,17,18,19,20,21…
…光アイソレータ、204,205,206……光分岐器、5……
エタロン板、401,402……偏光分離合波素子、10,11,12,
13,14,15……1.55μm帯分布帰還形レーザ、22,23,24,2
5……光合波器、26,27,28,29……光検出器、30,31……
制御装置、32,34……第1の入力、33,35……第2の入
力、36,37,38,39,40,41……レーザ装置駆動装置、42,4
3,44,45,46,47,48……温度制御装置、110,111,112……
鋸歯状波発生器2からの出力波形、113,114,115……第
1の制御装置30で得られる誤差信号、116,117,118……
第2の制御装置31で得られる誤差信号、101……低域通
過フィルタ、102……パルス発生時刻差計測回路、103,1
04,105……積分器、106,107,108……差動増幅器、501〜
503……偏光保存ファイバ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振周波数を掃引する参照用レーザ装置か
    らの出射光を少なくとも2つに分岐し、一方を少なくと
    も1つの各ローカル局に光周波数掃引光として分配し、
    他方を光学共振器を透過させてその周波数変化を透過光
    の振幅変化に変換して少なくとも1つの各ローカル局に
    光周波数基準パルス光として分配し、各ローカル局では
    複数の被制御レーザ装置の各々の出射光の少なくとも一
    部を合成した光と、前記光周波数掃引光を合成して生じ
    るビート光を受光して電気信号に変換し、低域フィルタ
    を通すことによって生じる電気パルス列の各々のパルス
    の発生時刻を、前記光周波数基準パルスを受光して生じ
    る電気パルス列の対応する各々のパルス発生時刻に一致
    するよう被制御レーザ装置の発振周波数を制御するレー
    ザ装置発振周波数間隔安定化装置において、前記参照用
    レーザ装置からの出射光を、直交する2つの直線偏光で
    あるP偏光とS偏光にほぼ等しい光パワーで出力するよ
    うに第1の偏光分離合波素子に光結合し、該第1の偏光
    分離合波素子の2つの出力端子のうちの一方の端子から
    出力された光を光学共振器に接続して振幅変化に変換
    し、その振幅変化に変換した光と他方の端子から出力さ
    れた光とを直交する偏光状態で第2の偏光分離合波素子
    で合波して合波光を生成し、この合波光を前記各ローカ
    ル局に分配し、各ローカル局で光分岐器により該合波光
    を所定のパワー比に分岐して2つの分岐光を生成し、一
    方の該分岐光をそのまま光周波数掃引光として用い、他
    方の該分岐光をそのまま光周波数基準パルス光として用
    いることを特徴とするレーザ装置発振周波数間隔安定化
    装置。
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