JP2952964B2 - レーザ発振周波数安定化方法 - Google Patents

レーザ発振周波数安定化方法

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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、光通信で用いられる高速波長スイッチング
光源の発振周波数安定化方法に関する。
(従来の技術) 従来は単一のレーザ装置の発振周波数を安定化する方
法としては、発振周波数の設定周波数からのずれを常時
監視し、そのずれをレーザ装置に帰還するという方法が
行なわれてきた(例えば鳥羽らによる、1985(昭和60)
年刊行の昭和60年電子通信学会総合全国大会予稿集10−
360ページ所載の論文に詳しい)。
(発明が解決しようとする課題) しかし、この方法は、レーザ装置の発振周波数を高速
で頻繁に切り換えるといった形態で用いられるレーザ装
置の安定化に適用できない。このような形態の使用は、
例えば光交換の一方式である波長分割/時分割複合光交
換方式(鈴木らによる1987(昭和62)年刊行の電子情報
通信学会技術報告、交換研究会SE87−146所載の論文に
詳しい)では避けられない。波長分割/時分割複合光交
換方式では高速・大容量交換が可能であり、従来光交換
が実用化される際に採用が有力な光交換方式の候補と目
されている。この交換方式ではレーザ装置の発振周波数
をタイムスロットごとに高速に切り換える必要がある。
ところが、従来の波長分割/時分割複合交換方式で
は、各スイッチング高周波が時間と共にドリストしてし
まう。このようにスイッチング光周波数が時間と共にド
リフトすること、即ち周波数が不安定であることがその
変換方式を実用化する上での障害となっている。そこ
で、本発明の目的は、高速にスイッチングする際にもレ
ーザ発振周波数を安定化させ得る方法の提供にある。
(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が提供するレーザ
発振周波数安定化方法は、外部から印加する信号により
発振周波数を掃引し、かつ、その掃引範囲に発振周波数
を制御する対象であって、既定のタイムスロット毎に、
高速に発振周波数がスイッチングされたレーザ装置のす
べての発振周波数を含む周波数掃引光と、前記レーザ装
置からの出射光とを合波することにより得られるビート
光を電気信号に変換した後、その電気信号の低周波域成
分のみを通過させ、通過させた複数の低周波域成分の、
各低周波域成分が含むパルス群の包絡線を生成して前記
各低周波域成分を単一のパルスとすることによって、前
記レーザ装置の各発振周波数に対応した電気パルス列で
あるビートパルス列を生成し、 前記周波数掃引光の一部を分岐して所定の周波数間隔
に一致した周期的共振周波数を有する光学共振器を通す
ことによって生じる前記周波数掃引光の通過光強度のパ
ルス状変化を電気信号に変換して基準パルス列を生成
し、 前記ビートパルス列の各パルスの生起時刻と前記基準
パルス列の中において前記各ビートパルスが基準とすべ
き前記各基準パルスの生起時刻との間の時間差を誤差信
号として得、この誤差信号がほぼ定められた一定の値と
なるように前記レーザ装置の発振周波数を制御すること
を特徴とする。
(作用) 本発明においては、制御対象レーザ装置に印加する光
周波数スイッチング用の信号パターンの繰り返し周期に
対し、周波数掃引光の掃引周期を十分に長くしている。
こうすることにより、周波数掃引光の周波数が信号パタ
ーンに比べ十分にゆっくりとある光周波数の近傍を通過
するとみなせる。このとき信号パターンに、周波数掃引
光の光周波数に対応するデータが含まれていると、信号
パターンを構成する各タイムスロットに等しい幅を持つ
ビートパルスがある時間範囲に亘って続して発生する
(第2図参照)。この連続したビートパルス群を低減フ
ィルタに通し、平滑することによりある光周波数ごとに
1つのビートパルスに変換される。同じ周波数掃引光を
光学共振器に通して得られる基準パルス列と上記のビー
トパルス列とを比較し、その発生時刻差が零となるよう
に、信号パターンを構成する各データのレベルを制御す
ることにより、スイッチングされる各光周波数は光学共
振器の共振周波数に安定化される。
(実施例) 以下に実施例を挙げ本発明を更に詳しく説明する。第
1図は本発明の一実施例の方法を適用するレーザ発振回
路の構成図である。
1.55μm帯位相制御領域付分布反射形レーザ(以下DB
R)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500Hzの信号(第4図に符号27,28で例示する信
号)光周波数が時間に対し鋸歯状に変化するレーザ光を
出射する。DBR1から出射された光は光アイソレータ3を
透過した後、光分岐器4により第1及び第2の出力光に
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(この条件下では共振周波数間
隔は10GHz)でフィネス30になるよう両面の反射率を設
定した石英ガラス製エタロン板5を透過した後に第1の
光検出器6に入射される。第1の光検出器6には、鋸歯
状波発生器2からの出力信号の一周期中、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パルス状
の光が入力されるが、この1周期のパルスの数が、3つ
になるよう、1周期の周波数掃引幅を25GHzとすべて鋸
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の光検出器6からの電気信号は制御装置7の第1の入
力端子71に印加される。
一方、発振周波数を安定化する対象である1.55μm帯
分布帰還形レーザ(以下DFB)8は、くり返し周波数100
MHz、各タイムスロットの時間長3.3nsの信号パターン
(第3図参照)により、周波数掃引光の掃引範囲内にあ
る3つの周波数(f1,f2,f3)の間で発振周波数をスイッ
チングされている。
DFB8からの出射光は反射戻り光除去の目的で配置され
た光アイソレータ11を透過した後に光合波器14により光
分岐器4の第2の出力光と合波される。光合波器14の出
力は第2の光検出器16により電気信号に変換された後、
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からの出射光の
周波数と、DFB8の出射光の周波数との差がほぼ±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
がされる。低域通過フィルタ101の出力は第3図(a)
中に示したように、各光周波数f1,f2,f3に対応する時刻
付近に集中して発生する3つのビートパルス群から成
る。各ビートパルス群を構成するパルス数は信号パター
ンの繰り返し周波数、周波数掃引光の掃引範囲、周期及
び低域通過フィルタ101の遮断周波数から算出すること
ができ、その数は約1600個である。低域通過フィルタ10
1の出力をさらに平滑回路102に入力して各ビートパルス
群の包絡腺を出力しこれをビートパルスとして制御に用
いる。
平滑回路102から出力されるビートパルスは制御装置
(詳細は第5図に示す)7の第2の入力端子72に印加さ
れる。第5図に示した制御装置7では、第4図(a)に
示した制御装置7の第1の入力端子71への入力及び第41
図(b)に示した制御装置7の第2の入力端子72への入
力のパルス発生時刻差24,25,26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5図中のパルス発生時刻差計測回路73(第6
図に回路の一例を図示)は、入力される2つのパルス列
を構成する各パルスをそれぞれ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つのパルスのうちの先に発生する
パルスが入力される2系列のパルス列のどちらかに属す
るかで、出力は、正または負の方形パルスになる機能を
備えており、その詳細は第6図に示す。制御装置7から
の第1、第2、第3の制御信号は発振周波数f1,f2,f3
対応した電流を供給するレーザ装置駆動装置17,18,19に
それぞれ入力される。レーザ装置駆動装置17,18,19から
は制御信号に応じた駆動電流がスイッチ103でタイムス
ロットごとに切り換えられて、DFB8に注入される。な
お、DBR1、DFB8はそれぞれ温度制御装置20,21により温
度変動±0.1℃以内に温度安定化されている。
本実施例ではスイッチングされる発振周波数をf1,f2,
f3の3つとしこれらの値を安定化しているが、DBR1の発
振周波数掃引範囲を拡げることによりスイッチングされ
る発振周波数の数を増大できる。また、周波数間隔も10
GHzに限定されず、光学共振器の共振周波数間隔を変更
することにより任意に設定できる。制御対象であるレー
ザ装置も半導体レーザに限定されず、外部から発振周波
数を制御できるレーザ装置なら本発明が適用できる。
(発明の効果) 以上に述べてきたように、本発明の方法により、高速
にスイッチングされているレーザ装置の発振周波数の各
々を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を方法を適用するレーザ発振
回路の構成図である。第2図は周波数掃引光の周波数変
化とビートパルス発生の関係を表す図であり、第2図
(a)は周波数掃引光の周波数変化、第2図(b)は生
成するビートパルス群、第2図(C)は対応する信号パ
ターンをそれぞれ示す。第3図(a)は実施例で用いる
DBR1の周波数変化と生成するビートパルス群の関係を示
す模式図、第3図(B)は実施例で用いる信号パターン
を示す図である。第4図(a)は第1図中の制御装置7
に入力される第1の光検出器6からの電気信号を示す
図、第4図(b)は第1図中の制御装置7に入力される
第2の光検出器16からの電気信号を表す図である。 また、第5図は第1図中の制御装置7の構成図、第6
図は第5図中のパルス発生時刻差計測回路の回路図であ
る。 1……DBR、2……鋸歯状波発生器、3,11……光アイソ
レータ、4……光分岐器、5……エタロン板、6,16……
光検出器、7……制御装置、8……DFB、17,18,19……
レーザ装置駆動装置、20,21……温度制御装置、71,72…
…制御装置7の入力端子、101……低域通過フィルタ、1
02……平滑回路、103……スイッチ、24,25,26……誤差
信号、27,28……鋸歯状波発生器2からの出力波形。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部から印加する信号により発振周波数を
    掃引し、かつ、その掃引範囲に発振周波数を制御する対
    象であって、既定のタイムスロット毎に、高速に発振周
    波数がスイッチングされたレーザ装置のすべての発振周
    波数を含む周波数掃引光と、前記レーザ装置からの出射
    光とを合波することにより得られるビート光を電気信号
    に変換した後、その電気信号の低周波域成分のみを通過
    させ、通過させた複数の低周波域成分の、各低周波域成
    分が含むパルス群の包絡線を生成して前記各低周波域成
    分を単一のパルスとすることによって、前記レーザ装置
    の各発振周波数に対応した電気パルス列であるビートパ
    ルス列を生成し、 前記周波数掃引光の一部を分岐して所定の周波数間隔に
    一致した周期的共振周波数を有する光学共振器を通すこ
    とによって生じる前記周波数掃引光の通過光強度のパル
    ス状変化を電気信号に変換して基準パルス列を生成し、 前記ビートパルス列の各ルスの生起時刻と、前記基準パ
    ルス列の中において前記各ビートパルスが基準とすべき
    前記各基準パルスの生起時刻との間の時間差を誤差信号
    として得、この誤差信号がほぼ定められた一定の値とな
    るように前記レーザ装置を発振周波数を制御することを
    特徴とするレーザ発振周波数安定化方法。
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