JP3055735B2 - 受動モード同期半導体レーザ装置 - Google Patents
受動モード同期半導体レーザ装置Info
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- JP3055735B2 JP3055735B2 JP4220485A JP22048592A JP3055735B2 JP 3055735 B2 JP3055735 B2 JP 3055735B2 JP 4220485 A JP4220485 A JP 4220485A JP 22048592 A JP22048592 A JP 22048592A JP 3055735 B2 JP3055735 B2 JP 3055735B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超高速光パルスを用いた
光通信および光情報処理に利用する。特に、超高速光パ
ルス光源として用いられる受動モード同期半導体レーザ
の発振繰り返し周波数の設定に関する。
光通信および光情報処理に利用する。特に、超高速光パ
ルス光源として用いられる受動モード同期半導体レーザ
の発振繰り返し周波数の設定に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電気信号による変調を介さ
ず、レーザ共振器内の可飽和吸収効果を利用して自励パ
ルス発振する受動モード同期半導体レーザが知られてい
る。このような受動モード同期半導体レーザの発振繰り
返し周波数を外部信号に同期させる方法としては、その
受動モード同期半導体レーザに外部から繰り返し周波数
がロックされた光パルスを注入して、その受動モード同
期半導体レーザのモード同期周波数を強制的にその注入
光パルスの繰り返し周波数に同期させる方法がある。
ず、レーザ共振器内の可飽和吸収効果を利用して自励パ
ルス発振する受動モード同期半導体レーザが知られてい
る。このような受動モード同期半導体レーザの発振繰り
返し周波数を外部信号に同期させる方法としては、その
受動モード同期半導体レーザに外部から繰り返し周波数
がロックされた光パルスを注入して、その受動モード同
期半導体レーザのモード同期周波数を強制的にその注入
光パルスの繰り返し周波数に同期させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方法では、レーザ共振器内のダイナミックな挙動に
起因するジッタが発生しやすく、安定した同期が難しい
という問題がある。また、受動モード同期半導体レーザ
の繰り返し周波数が数１０Ｈｚ以上の場合には、そのよ
うに高い周波数で繰り返す注入光パルスを発生すること
自体が困難であるという問題がある。
来の方法では、レーザ共振器内のダイナミックな挙動に
起因するジッタが発生しやすく、安定した同期が難しい
という問題がある。また、受動モード同期半導体レーザ
の繰り返し周波数が数１０Ｈｚ以上の場合には、そのよ
うに高い周波数で繰り返す注入光パルスを発生すること
自体が困難であるという問題がある。
【０００４】本発明は、このような課題を解決し、数１
０ＧＨｚ以上の繰り返し周波数においても安定に同期さ
せることのできる受動モード同期半導体レーザ装置を提
供することを目的とする。
０ＧＨｚ以上の繰り返し周波数においても安定に同期さ
せることのできる受動モード同期半導体レーザ装置を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の受動モード同期
半導体レーザ装置は、基準周波数ｆの電気信号を発生す
る基準周波数発生器と、周期的にパルス発振する受動モ
ード同期半導体レーザと、この半導体レーザの発振繰り
返し周波数を基準周波数ｆの自然数ｎ倍の周波数ｎ・ｆ
に同期させる周波数同期手段とを備えた装置において、
この周波数同期手段が、周波数Δｆで電気的に発振する
比較周波数発生器と、この比較周波数発生器の出力と基
準周波数発生器の出力とから周波数ｆ±Δｆの電気信号
を発生する手段と、この電気信号の周波数で繰り返し参
照光パルスを発生する参照レーザと、受動モード同期半
導体レーザが出力する繰り返し周波数ｎ・ｆの信号光パ
ルスと参照レーザからの繰り返し周波数ｆ±Δｆの参照
光パルスとを入力とし、周波数ｎ・Δｆの相関信号を発
生する光相関信号発生器と、比較周波数発生器の出力周
波数Δｆをｎ倍する周波数逓倍器と、この周波数逓倍器
の出力と光相関信号発生器の出力との位相差を検出する
位相比較器と、検出された位相差に比例した誤差電圧に
より受動モード同期半導体レーザの発振繰り返し周波数
を調節する手段とを含むことを特徴とする。
半導体レーザ装置は、基準周波数ｆの電気信号を発生す
る基準周波数発生器と、周期的にパルス発振する受動モ
ード同期半導体レーザと、この半導体レーザの発振繰り
返し周波数を基準周波数ｆの自然数ｎ倍の周波数ｎ・ｆ
に同期させる周波数同期手段とを備えた装置において、
この周波数同期手段が、周波数Δｆで電気的に発振する
比較周波数発生器と、この比較周波数発生器の出力と基
準周波数発生器の出力とから周波数ｆ±Δｆの電気信号
を発生する手段と、この電気信号の周波数で繰り返し参
照光パルスを発生する参照レーザと、受動モード同期半
導体レーザが出力する繰り返し周波数ｎ・ｆの信号光パ
ルスと参照レーザからの繰り返し周波数ｆ±Δｆの参照
光パルスとを入力とし、周波数ｎ・Δｆの相関信号を発
生する光相関信号発生器と、比較周波数発生器の出力周
波数Δｆをｎ倍する周波数逓倍器と、この周波数逓倍器
の出力と光相関信号発生器の出力との位相差を検出する
位相比較器と、検出された位相差に比例した誤差電圧に
より受動モード同期半導体レーザの発振繰り返し周波数
を調節する手段とを含むことを特徴とする。
【０００６】発振繰り返し周波数を調節する手段は、受
動モード同期半導体レーザの温度を電気的に制御するペ
ルチェ素子を含むことが望ましい。
動モード同期半導体レーザの温度を電気的に制御するペ
ルチェ素子を含むことが望ましい。
【０００７】光相関信号発生器としては、導波路構造の
二次の光非線形媒質を用いた和周波数発生器を用いるこ
とがよい。すなわち、ローカルレーザの発振光波長λ2
を光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値にしてお
き、光相関信号発生器には、波長λ1 の信号光パルスと
波長λ2 の参照光パルスとからその和周波数成分である
波長λ1 ・λ2 ／（λ1 ＋λ2 ）の光を発生する和周波
数発生器と、この和周波数成分を電気信号として検出す
る検出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆ
の成分を取り出す電気フィルタとを含むことがよい。
二次の光非線形媒質を用いた和周波数発生器を用いるこ
とがよい。すなわち、ローカルレーザの発振光波長λ2
を光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値にしてお
き、光相関信号発生器には、波長λ1 の信号光パルスと
波長λ2 の参照光パルスとからその和周波数成分である
波長λ1 ・λ2 ／（λ1 ＋λ2 ）の光を発生する和周波
数発生器と、この和周波数成分を電気信号として検出す
る検出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆ
の成分を取り出す電気フィルタとを含むことがよい。
【０００８】また、これとは別に、光相関信号発生器と
して光カー効果を有する三次の光非線形媒質を用いるこ
ともできる。すなわち、光相関信号発生器は、信号光パ
ルスと同時に参照光パルスが入射したときにその信号光
パルスを透過する光カースイッチと、この光カースイッ
チを透過した信号光パルスを電気信号として検出する検
出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成
分を取り出す電気フィルタとを含む構成でもよい。
して光カー効果を有する三次の光非線形媒質を用いるこ
ともできる。すなわち、光相関信号発生器は、信号光パ
ルスと同時に参照光パルスが入射したときにその信号光
パルスを透過する光カースイッチと、この光カースイッ
チを透過した信号光パルスを電気信号として検出する検
出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成
分を取り出す電気フィルタとを含む構成でもよい。
【０００９】
【作用】受動モード同期半導体レーザの出力信号光パル
スの繰り返し周波数ｎ・ｆに対して、繰り返し周波数が
ｆ＋Δｆまたはｆ−Δｆの参照光パルスを発生させる。
そして、この参照光パルスと信号光パルスとの光相関を
とることにより、周波数ｎ・Δｆの相関電気信号を得
る。この一方で、周波数Δｆを電気的に逓倍したｎ・Δ
ｆの信号を発生させておき、周波数ｎ・Δｆの二つの電
気信号の位相差を誤差信号として検出し、この誤差信号
により受動モード同期半導体レーザの温度を制御する。
これにより、受動モード同期半導体レーザの発振繰り返
し周波数をｎ・ｆにロックできる。
スの繰り返し周波数ｎ・ｆに対して、繰り返し周波数が
ｆ＋Δｆまたはｆ−Δｆの参照光パルスを発生させる。
そして、この参照光パルスと信号光パルスとの光相関を
とることにより、周波数ｎ・Δｆの相関電気信号を得
る。この一方で、周波数Δｆを電気的に逓倍したｎ・Δ
ｆの信号を発生させておき、周波数ｎ・Δｆの二つの電
気信号の位相差を誤差信号として検出し、この誤差信号
により受動モード同期半導体レーザの温度を制御する。
これにより、受動モード同期半導体レーザの発振繰り返
し周波数をｎ・ｆにロックできる。
【００１０】本発明では、参照光パルスの繰り返し周波
数を信号光パルスの約１／ｎの低い値にしているので、
通常の能動モード同期その他の電気的変調手法を用いて
も容易に参照光パルスを発生させることができる。
数を信号光パルスの約１／ｎの低い値にしているので、
通常の能動モード同期その他の電気的変調手法を用いて
も容易に参照光パルスを発生させることができる。
【００１１】また、この場合の位相同期がかかる受動モ
ード同期半導体レーザの繰り返し周波数の上限は、用い
る光相関信号発生器の応答速度および参照光パルスのパ
ルス幅によって決まる。光相関信号発生器として、二次
の光非線形効果を利用した和周波数発生器や、三次の光
非線形効果を利用した光カースイッチを用いた場合、そ
の応答速度を数ピコ秒程度に設定できる。また、参照光
パルスの幅についても、参照レーザである半導体レーザ
に能動モードロックをかけることにより、１〜２ピコ秒
にすることができる。したがって、全体として１０ピコ
秒以下の動作が可能となり、少なくとも１００ＧＨｚ程
度の繰り返し周波数に対して同期をかけることが可能で
ある。
ード同期半導体レーザの繰り返し周波数の上限は、用い
る光相関信号発生器の応答速度および参照光パルスのパ
ルス幅によって決まる。光相関信号発生器として、二次
の光非線形効果を利用した和周波数発生器や、三次の光
非線形効果を利用した光カースイッチを用いた場合、そ
の応答速度を数ピコ秒程度に設定できる。また、参照光
パルスの幅についても、参照レーザである半導体レーザ
に能動モードロックをかけることにより、１〜２ピコ秒
にすることができる。したがって、全体として１０ピコ
秒以下の動作が可能となり、少なくとも１００ＧＨｚ程
度の繰り返し周波数に対して同期をかけることが可能で
ある。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１３】図１は本発明の実施例を示すブロック構成
図である。
図である。
【００１４】この実施例装置は、基準周波数ｆの電気信
号を発生する基準周波数発生器１０５と、周期的にパル
ス発振する受動モード同期半導体レーザ１０１と、この
半導体レーザ１０１の発振繰り返し周波数を基準周波数
ｆの自然数ｎ倍の周波数ｎ・ｆに同期させる周波数同期
手段とを備える。ここで本実施例の特徴とするところ
は、周波数同期手段として、周波数Δｆで電気的に発振
する比較周波数発生器と、この比較周波数発生器の出力
と基準周波数発生器の出力とから周波数ｆ＋Δｆの電気
信号を発生する手段としてのミキサ１０７、帯域通過フ
ィルタ１１７および変調ドライバ１０８と、この電気信
号の周波数で繰り返し参照光パルス１１６を発生する参
照レーザ１０４と、受動モード同期半導体レーザ１０１
が出力する繰り返し周波数ｎ・ｆの信号光パルス１１５
と参照レーザ１０４からの繰り返し周波数ｆ＋Δｆの参
照光パルス１１６とを入力とし、周波数ｎ・Δｆの相関
信号を発生する光相関信号発生器１１１と、比較周波数
発生器１０６の出力周波数Δｆをｎ倍する周波数逓倍器
１１２と、この周波数逓倍器１１２の出力と光相関信号
発生器１１１の出力との位相差を検出する位相比較器１
１３と、検出された位相差に比例した誤差電圧により受
動モード同期半導体レーザ１０１の発振繰り返し周波数
を調節する手段としての低域通過フィルタ１１４、ペル
チェ素子制御回路１０３およびペルチェ素子１０２とを
備える。光相関信号発生器１１１の入力には、信号光パ
ルス１１５および参照光パルス１１６をそれぞれ増幅す
るために、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器１０９、１１０が
設けられる。
号を発生する基準周波数発生器１０５と、周期的にパル
ス発振する受動モード同期半導体レーザ１０１と、この
半導体レーザ１０１の発振繰り返し周波数を基準周波数
ｆの自然数ｎ倍の周波数ｎ・ｆに同期させる周波数同期
手段とを備える。ここで本実施例の特徴とするところ
は、周波数同期手段として、周波数Δｆで電気的に発振
する比較周波数発生器と、この比較周波数発生器の出力
と基準周波数発生器の出力とから周波数ｆ＋Δｆの電気
信号を発生する手段としてのミキサ１０７、帯域通過フ
ィルタ１１７および変調ドライバ１０８と、この電気信
号の周波数で繰り返し参照光パルス１１６を発生する参
照レーザ１０４と、受動モード同期半導体レーザ１０１
が出力する繰り返し周波数ｎ・ｆの信号光パルス１１５
と参照レーザ１０４からの繰り返し周波数ｆ＋Δｆの参
照光パルス１１６とを入力とし、周波数ｎ・Δｆの相関
信号を発生する光相関信号発生器１１１と、比較周波数
発生器１０６の出力周波数Δｆをｎ倍する周波数逓倍器
１１２と、この周波数逓倍器１１２の出力と光相関信号
発生器１１１の出力との位相差を検出する位相比較器１
１３と、検出された位相差に比例した誤差電圧により受
動モード同期半導体レーザ１０１の発振繰り返し周波数
を調節する手段としての低域通過フィルタ１１４、ペル
チェ素子制御回路１０３およびペルチェ素子１０２とを
備える。光相関信号発生器１１１の入力には、信号光パ
ルス１１５および参照光パルス１１６をそれぞれ増幅す
るために、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器１０９、１１０が
設けられる。
【００１５】受動モード同期半導体レーザはＩｎＧａＡ
ｓＰ系半導体レーザ内に可飽和領域が設けられた構造を
もち、受動モード同期をかけることにより、波長１．５
５μｍにおいて、繰り返し周波数が約８０ＧＨｚ、パル
ス幅が１．１ピコ秒の信号光パルスを出力する。ペルチ
ェ素子１０２はこの受動モード同期半導体レーザ１０１
に密接して配置され、その温度がペルチェ素子制御回路
１０３により制御される。
ｓＰ系半導体レーザ内に可飽和領域が設けられた構造を
もち、受動モード同期をかけることにより、波長１．５
５μｍにおいて、繰り返し周波数が約８０ＧＨｚ、パル
ス幅が１．１ピコ秒の信号光パルスを出力する。ペルチ
ェ素子１０２はこの受動モード同期半導体レーザ１０１
に密接して配置され、その温度がペルチェ素子制御回路
１０３により制御される。
【００１６】参照レーザ１０４はＩｎＧａＡｓＰ系半導
体レーザであり、電気信号による変調で波長１．５３μ
ｍ、繰り返し周波数が約２０ＧＨｚの参照光パルスを発
生する。
体レーザであり、電気信号による変調で波長１．５３μ
ｍ、繰り返し周波数が約２０ＧＨｚの参照光パルスを発
生する。
【００１７】基準周波数発生器１０５は周波数ｆ＝２０
ＧＨｚの基準周波数信号を発生し、比較周波数発生器１
０６は周波数Δｆ＝１ＭＨｚの比較周波数を発生する。
Ｅｒ添加光ファイバ増幅器１０７、１０８は最大飽和平
均出力が約１００ｍＷであり、それぞれ信号光パルス、
参照光パルスを増幅する。
ＧＨｚの基準周波数信号を発生し、比較周波数発生器１
０６は周波数Δｆ＝１ＭＨｚの比較周波数を発生する。
Ｅｒ添加光ファイバ増幅器１０７、１０８は最大飽和平
均出力が約１００ｍＷであり、それぞれ信号光パルス、
参照光パルスを増幅する。
【００１８】この実施例の動作について説明する。
【００１９】基準周波数発生器１０５の出力と比較周波
数発生器１０６の出力とをミキサ１０７で混合し、その
和周波数信号と差周波数信号との一方、この実施例では
和周波数を帯域通過フィルタ１１７により取り出し、変
調ドライバ１０８から参照レーザ１０４に変調を加え
る。この変調により参照レーザ１０４に能動モード同期
がかかり、参照レーザ１０４は参照光パルス１１６を出
力する。参照光パルス１１６の繰り返し周波数は、基準
周波数発生器１０５の発振周波数ｆ＝２０ＧＨｚと、比
較周波数発生器１０６の発振周波数Δｆ＝１ＭｋＨｚと
の和周波数に一致する。参照光パルス１１６のパルス幅
は、実測によると約１．２ピコ秒であった。信号光パル
ス１１５および参照光パルス１１６は、それぞれＥｒ添
加光ファイバ増幅器１０９、１１０により増幅され、光
相関信号発生器１１１に入力される。光相関信号発生器
１１１は、二つの光パルスの相関をとり、周波数ｎ・Δ
ｆ＝４ＭＨｚの相関信号を発生する。
数発生器１０６の出力とをミキサ１０７で混合し、その
和周波数信号と差周波数信号との一方、この実施例では
和周波数を帯域通過フィルタ１１７により取り出し、変
調ドライバ１０８から参照レーザ１０４に変調を加え
る。この変調により参照レーザ１０４に能動モード同期
がかかり、参照レーザ１０４は参照光パルス１１６を出
力する。参照光パルス１１６の繰り返し周波数は、基準
周波数発生器１０５の発振周波数ｆ＝２０ＧＨｚと、比
較周波数発生器１０６の発振周波数Δｆ＝１ＭｋＨｚと
の和周波数に一致する。参照光パルス１１６のパルス幅
は、実測によると約１．２ピコ秒であった。信号光パル
ス１１５および参照光パルス１１６は、それぞれＥｒ添
加光ファイバ増幅器１０９、１１０により増幅され、光
相関信号発生器１１１に入力される。光相関信号発生器
１１１は、二つの光パルスの相関をとり、周波数ｎ・Δ
ｆ＝４ＭＨｚの相関信号を発生する。
【００２０】比較周波数発生器１０６の出力はまた、分
岐されて周波数逓倍器１１２に入力される。周波数逓倍
器１１２は、入力された信号の周波数をｎ＝４倍し、ｎ
・Δｆ＝４ＭＨｚの参照信号を発生する。
岐されて周波数逓倍器１１２に入力される。周波数逓倍
器１１２は、入力された信号の周波数をｎ＝４倍し、ｎ
・Δｆ＝４ＭＨｚの参照信号を発生する。
【００２１】光相関信号発生器１１１の出力した相関信
号と、周波数逓倍器１１２の出力した参照信号とは、位
相比較器１１３に入力される。位相比較器１１３は、両
者の位相差（瞬時周波数差）を検出する。この位相差
は、信号光パルス１１５と参照光パルス１１６との位相
差、すなわち、受動モード同期半導体レーザ１０１の同
期周波数と、基準周波数発生器１０５からの基準周波数
のｎ＝４倍の値との差に対応している。
号と、周波数逓倍器１１２の出力した参照信号とは、位
相比較器１１３に入力される。位相比較器１１３は、両
者の位相差（瞬時周波数差）を検出する。この位相差
は、信号光パルス１１５と参照光パルス１１６との位相
差、すなわち、受動モード同期半導体レーザ１０１の同
期周波数と、基準周波数発生器１０５からの基準周波数
のｎ＝４倍の値との差に対応している。
【００２２】位相比較器１１３の出力は低域通過フィル
タ１１４に入力される。低域通過フィルタ１１４は、位
相比較器１１３の出力から相関信号と参照信号との位相
差に比例した誤差電圧を取り出し、これをペルチェ素子
制御回路１０３に供給する。ペルチェ素子制御回路１０
３は、この誤差電圧にしたがってペルチェ素子１０２の
温度を微細に変化させる。この温度変化により、受動モ
ード同期半導体レーザ１０１のレーザ共振器の実効長が
微細に変化し、その同期周波数が微細に変化する。
タ１１４に入力される。低域通過フィルタ１１４は、位
相比較器１１３の出力から相関信号と参照信号との位相
差に比例した誤差電圧を取り出し、これをペルチェ素子
制御回路１０３に供給する。ペルチェ素子制御回路１０
３は、この誤差電圧にしたがってペルチェ素子１０２の
温度を微細に変化させる。この温度変化により、受動モ
ード同期半導体レーザ１０１のレーザ共振器の実効長が
微細に変化し、その同期周波数が微細に変化する。
【００２３】ここで、誤差電圧の印加による受動モード
同期半導体レーザ１０１の同期周波数の変化が位相比較
器１１３で検出される位相差を減らす方向に働くよう
に、ペルチェ素子制御回路１０３の動作を設定しておけ
ば、受動モード同期半導体レーザ１０１→光相関信号発
生器１１１→位相比較器１１３→受動モード同期半導体
レーザ１０１で構成されるループが位相同期ループとし
て働く。この位相同期ループは、受動モード同期半導体
レーザ１０１の同期周波数が基準周波数発生器１０５の
発生した基準周波数の４倍値に等しくなった点が安定で
ある。したがって、ループが安定した時点で、受動モー
ド同期半導体レーザ１０１の同期周波数は、基準周波数
発生器１０５の出力である基準周波数２０ＧＨｚの４倍
の値、すなわち８０ＧＨｚに同期する。
同期半導体レーザ１０１の同期周波数の変化が位相比較
器１１３で検出される位相差を減らす方向に働くよう
に、ペルチェ素子制御回路１０３の動作を設定しておけ
ば、受動モード同期半導体レーザ１０１→光相関信号発
生器１１１→位相比較器１１３→受動モード同期半導体
レーザ１０１で構成されるループが位相同期ループとし
て働く。この位相同期ループは、受動モード同期半導体
レーザ１０１の同期周波数が基準周波数発生器１０５の
発生した基準周波数の４倍値に等しくなった点が安定で
ある。したがって、ループが安定した時点で、受動モー
ド同期半導体レーザ１０１の同期周波数は、基準周波数
発生器１０５の出力である基準周波数２０ＧＨｚの４倍
の値、すなわち８０ＧＨｚに同期する。
【００２４】図２は光相関信号発生器の一例を示す構成
図である。ここでは、和周波発生器を用いた例を説明す
る。
図である。ここでは、和周波発生器を用いた例を説明す
る。
【００２５】この光相関信号発生器は、信号光パルス２
０１（図１における１１５に相当）と、参照光パルス２
０２（図１における１１６に相当）とを入力とし、λ／
２位相板２０３、２０４、ハーフミラー２０５、結合レ
ンズ２０６、和周波発生器２０７、コリメートレンズ２
０８、波長０．７７μｍの光のみを透過する波長フィル
タ２０９、光検出器２１０、および遮断周波数が５ＭＨ
ｚの電気的な低域通過フィルタ２１１を備え、周波数ｎ
・Δｆ＝４ＭＨｚの相関信号２１２を出力する。光検出
器２１０としては、例えばＳｉアバランシェフォトダイ
オード（ＡＰＤ）を用いる。
０１（図１における１１５に相当）と、参照光パルス２
０２（図１における１１６に相当）とを入力とし、λ／
２位相板２０３、２０４、ハーフミラー２０５、結合レ
ンズ２０６、和周波発生器２０７、コリメートレンズ２
０８、波長０．７７μｍの光のみを透過する波長フィル
タ２０９、光検出器２１０、および遮断周波数が５ＭＨ
ｚの電気的な低域通過フィルタ２１１を備え、周波数ｎ
・Δｆ＝４ＭＨｚの相関信号２１２を出力する。光検出
器２１０としては、例えばＳｉアバランシェフォトダイ
オード（ＡＰＤ）を用いる。
【００２６】和周波発生器２０７は、光の伝搬方向に結
晶のａ軸、基板面に平行にｂ軸、基板面に垂直に−ｃ軸
をとったＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 結晶基板に、Ｔｉを拡散
して光導波路を形成したものである。基板面上には、ｃ
軸方向からｂ軸と平行にピッチｄで電子線を周期的に照
射することにより、基板に周期的なドメイン反転が形成
され、和周波発生のための疑似位相整合条件が成立する
ようになっている。疑似位相整合が成立するピッチｄは
次の式で表される。
晶のａ軸、基板面に平行にｂ軸、基板面に垂直に−ｃ軸
をとったＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 結晶基板に、Ｔｉを拡散
して光導波路を形成したものである。基板面上には、ｃ
軸方向からｂ軸と平行にピッチｄで電子線を周期的に照
射することにより、基板に周期的なドメイン反転が形成
され、和周波発生のための疑似位相整合条件が成立する
ようになっている。疑似位相整合が成立するピッチｄは
次の式で表される。
【００２７】 ｄ＝｜Ｎ3 ／λ3 −Ｎ2 ／λ2 −Ｎ1 ／λ1 ｜-1 …（１） この式において、λ1 は信号光パルスの波長、λ2 は参
照光パルスの波長、λ3は二つの光の和周波の波長を表
し、Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 はそれぞれ波長λ1 、λ2、λ3
におけるｃ軸偏光波に対する実効屈折率を表す。
照光パルスの波長、λ3は二つの光の和周波の波長を表
し、Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 はそれぞれ波長λ1 、λ2、λ3
におけるｃ軸偏光波に対する実効屈折率を表す。
【００２８】ここで、λ1 ＝１．５５μｍ、λ2 ＝１．
５３μｍとすると、和周波波長λ3は、波長の逆数が周
波数に比例することから１／λ1 ＋１／λ2 ＝１／λ3
により求められ、λ3 ＝０．７７μｍである。このと
き、ｄ＝２０μｍに設定すると、ｃ軸に偏光した信号光
パルス２０１と参照光パルス２０２によりｃ軸に偏光し
た和周波成分が発生する疑似位相整合条件が得られる。
５３μｍとすると、和周波波長λ3は、波長の逆数が周
波数に比例することから１／λ1 ＋１／λ2 ＝１／λ3
により求められ、λ3 ＝０．７７μｍである。このと
き、ｄ＝２０μｍに設定すると、ｃ軸に偏光した信号光
パルス２０１と参照光パルス２０２によりｃ軸に偏光し
た和周波成分が発生する疑似位相整合条件が得られる。
【００２９】このような和周波発生器２０７による光相
関信号の発生についてさらに詳しく説明する。
関信号の発生についてさらに詳しく説明する。
【００３０】信号光パルス２０１および参照光パルス２
０２の偏光をそれぞれλ／２位相板２０３、２０４によ
りｃ軸方向に一致させ、ハーフミラー２０５で合波した
後、結合レンズ２０６を介して和周波発生器２０７に入
射する。和周波発生器２０７では、疑似位相整合条件が
満足されていることから、信号光パルス２０１と参照光
パルス２０２との和周波成分である波長０．７７μｍの
光を出力する。
０２の偏光をそれぞれλ／２位相板２０３、２０４によ
りｃ軸方向に一致させ、ハーフミラー２０５で合波した
後、結合レンズ２０６を介して和周波発生器２０７に入
射する。和周波発生器２０７では、疑似位相整合条件が
満足されていることから、信号光パルス２０１と参照光
パルス２０２との和周波成分である波長０．７７μｍの
光を出力する。
【００３１】和周波発生過程を時間的にみると、信号光
パルス２０１と参照光パルス２０２との時間的重なりの
程度が大きいほど、発生する和周波成分の強度が大きく
なる。本実施例では、信号光パルス２０１と参照光パル
ス２０２とで繰り返し周波数が異なるため、二つのパル
スの重なりの程度が周期的に変動し、この重なりの変動
に対応した光強度のビート成分（相関信号）が和周波に
重畳される。参照光パルス２０２の時間幅が信号光パル
ス２０１の時間幅と同程度に十分に狭いため、発生する
ビート周波数は、信号光パルス２０１の繰り返し周波数
と、参照パルス２０２の高調波周波数（繰り返し周波数
のｎ倍）との差となる。したがって、この例の場合の設
定では、ビート周波数は４・Δｆ＝４ＭＨｚとなる。
パルス２０１と参照光パルス２０２との時間的重なりの
程度が大きいほど、発生する和周波成分の強度が大きく
なる。本実施例では、信号光パルス２０１と参照光パル
ス２０２とで繰り返し周波数が異なるため、二つのパル
スの重なりの程度が周期的に変動し、この重なりの変動
に対応した光強度のビート成分（相関信号）が和周波に
重畳される。参照光パルス２０２の時間幅が信号光パル
ス２０１の時間幅と同程度に十分に狭いため、発生する
ビート周波数は、信号光パルス２０１の繰り返し周波数
と、参照パルス２０２の高調波周波数（繰り返し周波数
のｎ倍）との差となる。したがって、この例の場合の設
定では、ビート周波数は４・Δｆ＝４ＭＨｚとなる。
【００３２】和周波発生器２０７の出力光は、コリメー
トレンズ２０８によりコリメートされ、波長フィルタ２
０９により和周波成分だけが取り出された後、光検出器
２１０で電気信号に変換される。検出された電気信号中
の相関信号（周波数４・Δｆ）は低域通過フィルタ２１
１により取り出される。
トレンズ２０８によりコリメートされ、波長フィルタ２
０９により和周波成分だけが取り出された後、光検出器
２１０で電気信号に変換される。検出された電気信号中
の相関信号（周波数４・Δｆ）は低域通過フィルタ２１
１により取り出される。
【００３３】このように、和周波発生器を利用して図１
における光相関信号発生器１１１を構成することによ
り、信号光パルス１１５と参照光パルス１１６との相関
信号を検出できる。
における光相関信号発生器１１１を構成することによ
り、信号光パルス１１５と参照光パルス１１６との相関
信号を検出できる。
【００３４】図３は光相関信号発生器の別の例を示す構
成図である。この例は三次の非線形効果を利用した光カ
ースイッチを用いたものである。
成図である。この例は三次の非線形効果を利用した光カ
ースイッチを用いたものである。
【００３５】この光相関信号発生器は、波長１．５５μ
ｍの信号光パルス３０１と、波長１．５３μｍの参照光
パルス３０２とを入力とし、λ／２位相板３０３、３０
４、偏光子３０５、ハーフミラー３０６、結合レンズ３
０７、光非線形光学媒体３０８、コリメートレンズ３０
９、１．５５μｍの光のみを透過する波長フィルタ３１
０、検光子３１１、光検出器３１２、および遮断周波数
が５ＭＨｚの低域通過フィルタ３１３を備え、周波数４
・Δｆ＝４ＭＨｚの相関信号３１５を出力する。光非線
形光学媒体３０８としては、例えば長さ１ｍのＡｓ2 Ｓ
3 系ファイバを用いる。光検出器３１２としては、例え
ばＧｅ：ＡＰＤを用いる。
ｍの信号光パルス３０１と、波長１．５３μｍの参照光
パルス３０２とを入力とし、λ／２位相板３０３、３０
４、偏光子３０５、ハーフミラー３０６、結合レンズ３
０７、光非線形光学媒体３０８、コリメートレンズ３０
９、１．５５μｍの光のみを透過する波長フィルタ３１
０、検光子３１１、光検出器３１２、および遮断周波数
が５ＭＨｚの低域通過フィルタ３１３を備え、周波数４
・Δｆ＝４ＭＨｚの相関信号３１５を出力する。光非線
形光学媒体３０８としては、例えば長さ１ｍのＡｓ2 Ｓ
3 系ファイバを用いる。光検出器３１２としては、例え
ばＧｅ：ＡＰＤを用いる。
【００３６】このような構成において、偏光子３０５の
透過偏光方向を光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５
度傾いた方向に合わせ、かつ、検光子３１１の透過偏光
方向を偏光子３０５の偏光方向と９０度ずらしておく。
λ／２位相板３０３を調整して、信号光パルス３０１の
偏光方向を偏光子３０５の偏光透過方向に合わせること
により、信号光パルス３０１が偏光子３０５を経て光非
線形光学媒体３０８に伝搬する。しかし、この信号光パ
ルス３０１は、非線形光学媒体３０８から出射され、コ
リメートレンズ３０９によりコリメートされて波長フィ
ルタ３１０を透過するものの、偏波透過方向が９０度異
なる検光子３１１によって遮断されてしまう。
透過偏光方向を光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５
度傾いた方向に合わせ、かつ、検光子３１１の透過偏光
方向を偏光子３０５の偏光方向と９０度ずらしておく。
λ／２位相板３０３を調整して、信号光パルス３０１の
偏光方向を偏光子３０５の偏光透過方向に合わせること
により、信号光パルス３０１が偏光子３０５を経て光非
線形光学媒体３０８に伝搬する。しかし、この信号光パ
ルス３０１は、非線形光学媒体３０８から出射され、コ
リメートレンズ３０９によりコリメートされて波長フィ
ルタ３１０を透過するものの、偏波透過方向が９０度異
なる検光子３１１によって遮断されてしまう。
【００３７】この状態でλ／２位相板３０４を調整し、
参照光パルス３０２をその偏光方向をｙ軸偏光に合わせ
て光非線形光学媒体３０８に入射する。参照光パルス３
０２の強度がある程度高ければ、その参照光パルス３０
２によって光カー効果が発生し、光非線形光学媒体３０
８内に複屈折が生じる。この複屈折により、参照光パル
ス３０２と重なって伝搬する信号光パルス３０１の偏光
が楕円化し、９０度方向の異なる偏光成分、すなわち直
交偏光成分を生じる。この直交偏光成分は、光非線形光
学媒体３０８から出射され、検光子３１１を透過する。
参照光パルス３０２は波長フィルタ３１０により遮断さ
れる。
参照光パルス３０２をその偏光方向をｙ軸偏光に合わせ
て光非線形光学媒体３０８に入射する。参照光パルス３
０２の強度がある程度高ければ、その参照光パルス３０
２によって光カー効果が発生し、光非線形光学媒体３０
８内に複屈折が生じる。この複屈折により、参照光パル
ス３０２と重なって伝搬する信号光パルス３０１の偏光
が楕円化し、９０度方向の異なる偏光成分、すなわち直
交偏光成分を生じる。この直交偏光成分は、光非線形光
学媒体３０８から出射され、検光子３１１を透過する。
参照光パルス３０２は波長フィルタ３１０により遮断さ
れる。
【００３８】すなわち、参照光パルス３０２が無い状態
では、光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５度傾いた
偏光方向３１６ａで入射した信号光パルス３０１は、そ
の偏光方向を維持したまま非線形光学媒体３０８から出
射され、検光子３１１により遮断される。これに対して
参照光パルス３０２を光非線形光学媒体３０８のｙ軸に
一致する偏光方向３１６ｂで入射すると、光非線形光学
媒体３０８の出力端では、その参照光パルス３０２と重
なった部分で、信号光パルス３０１に偏光方向３１６ｂ
と直交する偏光方向３１７ａの成分が生じる。これは、
信号光パルス３０１が参照光パルス３０２によってスイ
ッチングされたことを意味する。このスイッチングされ
た光パルス３１４のみが光検出器３１２に入射する。
では、光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５度傾いた
偏光方向３１６ａで入射した信号光パルス３０１は、そ
の偏光方向を維持したまま非線形光学媒体３０８から出
射され、検光子３１１により遮断される。これに対して
参照光パルス３０２を光非線形光学媒体３０８のｙ軸に
一致する偏光方向３１６ｂで入射すると、光非線形光学
媒体３０８の出力端では、その参照光パルス３０２と重
なった部分で、信号光パルス３０１に偏光方向３１６ｂ
と直交する偏光方向３１７ａの成分が生じる。これは、
信号光パルス３０１が参照光パルス３０２によってスイ
ッチングされたことを意味する。このスイッチングされ
た光パルス３１４のみが光検出器３１２に入射する。
【００３９】このようなスイッチングにより得られる直
交偏光成分の強度は、信号光パルス３０１と参照光パル
ス３０２との時間的な重なりの程度に依存し、重なりが
強いほど直交偏光成分の強度が強くなる。信号光パルス
３０１と参照光パルス３０２とで繰り返し周波数が異な
ることから、この二つの光の繰り返し周波数の差（高調
波周波数との差の成分も含む）により、二つのパルスの
重なりの程度が周期的に変化する。この周期的な変化は
直交偏光成分の包絡線の強度変化として現れる。したが
って、この直交偏光成分を光検出器３１２で電気信号に
変換し、低域通過フィルタ３１３を通して低周波成分を
取り出すことにより、相関信号を検出することができ
る。
交偏光成分の強度は、信号光パルス３０１と参照光パル
ス３０２との時間的な重なりの程度に依存し、重なりが
強いほど直交偏光成分の強度が強くなる。信号光パルス
３０１と参照光パルス３０２とで繰り返し周波数が異な
ることから、この二つの光の繰り返し周波数の差（高調
波周波数との差の成分も含む）により、二つのパルスの
重なりの程度が周期的に変化する。この周期的な変化は
直交偏光成分の包絡線の強度変化として現れる。したが
って、この直交偏光成分を光検出器３１２で電気信号に
変換し、低域通過フィルタ３１３を通して低周波成分を
取り出すことにより、相関信号を検出することができ
る。
【００４０】このように、光カースイッチを用いること
によっても信号光パルスと参照光パルスとの相関信号を
検出することができる。
によっても信号光パルスと参照光パルスとの相関信号を
検出することができる。
【００４１】また、ここでは光非線形光学媒体としてＡ
ｓ2 Ｓ3 系ファイバを例に説明したが、三次の光非線形
効果を有するものであれば、石英系ファイバや有機材料
導波路などを用いても同様に実施できる。
ｓ2 Ｓ3 系ファイバを例に説明したが、三次の光非線形
効果を有するものであれば、石英系ファイバや有機材料
導波路などを用いても同様に実施できる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の受動モー
ド同期半導体レーザ装置は、電気的に発生した基準周波
数信号に対して光パルス間の相関信号を検出する光学的
な処理を組み合わせたことにより、受動モード同期半導
体レーザの繰り返し周波数を外部の電気信号に同期させ
ることが可能となる。
ド同期半導体レーザ装置は、電気的に発生した基準周波
数信号に対して光パルス間の相関信号を検出する光学的
な処理を組み合わせたことにより、受動モード同期半導
体レーザの繰り返し周波数を外部の電気信号に同期させ
ることが可能となる。
【図１】本発明実施例の受動モード同期半導体レーザ装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図２】光相関信号発生器の一例を示す構成図であり、
和周波発生器を用いた例を示す図。
和周波発生器を用いた例を示す図。
【図３】光相関信号発生器の別の例を示す構成図であ
り、光カースイッチを用いた例を示す図。
り、光カースイッチを用いた例を示す図。
１０１ 受動モード同期半導体レーザ １０２ ペルチェ素子 １０３ ペルチェ素子制御回路 １０４ 参照レーザ １０５ 基準周波数発生器 １０６ 比較周波数発生器 １０７ ミキサ １０８ 変調ドライバ １０９、１１０ Ｅｒ添加光ファイバ増幅器 １１１ 光相関信号発生器 １１２ 周波数逓倍器 １１３ 位相比較器 １１４ 低域通過フィルタ １１５ 信号光パルス １１６ 参照光パルス １１７ 帯域通過フィルタ ２０１ 信号光パルス ２０２ 参照光パルス ２０３、２０４ λ／２位相板 ２０５ ハーフミラー ２０６ 結合レンズ ２０７ 和周波発生器 ２０８ コリメートレンズ ２０９ 波長フィルタ ２１０ 光検出器 ２１１ 低域通過フィルタ ２１２ 相関信号 ３０１ 信号光パルス ３０２ 参照光パルス ３０３、３０４ λ／２位相板 ３０５ 偏光子 ３０６ ハーフミラー ３０７ 結合レンズ ３０８ 光非線形光学媒体 ３０９ コリメートレンズ ３１０ 波長フィルタ ３１１ 検光子 ３１２ 光検出器 ３１３ 低域通過フィルタ ３１４ スイッチングされた光パルス ３１５ 相関信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 茂雄 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−126631（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206981（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01S 3/098 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 基準周波数ｆの電気信号を発生する基
準周波数発生器（１０５）と、 周期的にパルス発振する受動モード同期半導体レーザ
（１０１）と、 この半導体レーザの発振繰り返し周波数を前記基準周波
数ｆの自然数ｎ倍の周波数（ｎ・ｆ）に同期させる周波
数同期手段とを備えた受動モード同期半導体レーザ装置
において、 前記周波数同期手段は、 周波数Δｆで電気的に発振する比較周波数発生器（１０
６）と、 この比較周波数発生器の出力と前記基準周波数発生器の
出力とから周波数ｆ＋Δｆまたはｆ−Δｆ（以下ｆ±Δ
ｆと表示する）の電気信号を発生する手段（１０７、１
１７、１０８）と、 この電気信号の周波数で繰り返し参照光パルスを発生す
る参照レーザ（１０４）と、 前記受動モード同期半導体レーザが出力する繰り返し周
波数ｎ・ｆの信号光パルスと前記参照レーザからの繰り
返し周波数ｆ±Δｆの参照光パルスとを入力とし、周波
数ｎ・Δｆの相関信号を発生する光相関信号発生器（１
１１）と、 前記比較周波数発生器の出力周波数Δｆをｎ倍する周波
数逓倍器（１１２）と、 この周波数逓倍器の出力と前記光相関信号発生器の出力
との位相差を検出する位相比較器（１１３）と、 検出された位相差に比例した誤差電圧により前記受動モ
ード同期半導体レーザの発振繰り返し周波数を調節する
手段（１１４、１０３、１０２）とを含むことを特徴と
する受動モード同期半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記調節する手段は、前記受動モード同
期半導体レーザの温度を電気的に制御するペルチェ素子
（１０２）を含む請求項１記載の受動モード同期半導体
レーザ装置。 - 【請求項３】 前記参照レーザの発振光波長λ2 は前記
光受動モード同期半導体レーザの発振光波長λ1 と異な
る値に設定され、 前記光相関信号発生器は、 波長λ1 の信号光パルスと波長λ2 の参照光パルスとか
らその和周波数成分である波長λ1 ・λ2 ／（λ1 ＋λ
2 ）の光を発生する和周波数発生器と、 この和周波数成分を電気信号として検出する検出手段
と、 検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成分を取り出
す電気フィルタとを含む請求項１または２記載の受動モ
ード同期半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記光相関信号発生器は、 信号光パルスと同時に参照光パルスが入射したときにそ
の信号光パルスを透過する光カースイッチと、 この光カースイッチを透過した信号光パルスを電気信号
として検出する検出手段と、 検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成分を取り出
す電気フィルタとを含む請求項１または２記載の受動モ
ード同期半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220485A JP3055735B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 受動モード同期半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220485A JP3055735B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 受動モード同期半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669603A JPH0669603A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3055735B2 true JP3055735B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=16751819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4220485A Expired - Fee Related JP3055735B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 受動モード同期半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3055735B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101866650B1 (ko) * | 2016-08-10 | 2018-06-12 | 한국과학기술원 | 레이저의 동기화 장치 및 방법 |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP4220485A patent/JP3055735B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0669603A (ja) | 1994-03-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |