JP3207211B2

JP3207211B2 - 半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置

Info

Publication number: JP3207211B2
Application number: JP04971291A
Authority: JP
Inventors: 英之宮田; 寛尾中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH04285830A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザの光周波数変調
を用いる通信、計測等において、入力した変調信号に基
づいて周波数もしくは位相変調されたレーザ光の光周波
数偏移量の測定、制御を行う半導体レーザの光周波数偏
移量測定、制御装置に関する。

【０００２】近年、半導体レーザに対し直接光周波数変
調を用いることによって通信、計測等が行われるように
なってきた。例えば通信においてはレーザ光に直接光周
波数変調を加えることにより、伝送路へ送出する光デー
タとするという光通信システムが実用化されつつある。
その一方式として、コヒーレント光を用いたＦＳＫ（Fr
equency Shift Keying) 方式によるコヒーレント光通信
システムが挙げられる。このＦＳＫ方式では、送信すべ
きデータの２論理値（“１”，“０”）に対応して、半
導体レーザからの出力光の周波数を第１光周波数ｆ₁、
第２光周波数ｆ ₂に変化させるようなデータ変調（ＦＭ
変調）を行う。

【０００３】この場合、半導体レーザ自身のバイアス経
年変化あるいはこれを含んだ光モジュールの経年劣化等
により、ＦＭ変調効率（半導体レーザの単位電流あたり
の光周波数可変量）が変化する。そうすると、半導体レ
ーザを同一駆動電流で変調したとしても、変調指数、す
なわち中心周波数Ｆ₀に対する第１及び第２光周波数ｆ
₁，ｆ₂の周波数偏移量が初期に設定した一定値からず
れてくる。このズレは光通信システムのおける受信系に
おいて、その受信感度を著しく劣化させてしまうことに
なる。

【０００４】本発明は上記のズレを生じさせない、半導
体レーザの光周波数偏移量の測定、制御装置について述
べるものである。なお、本発明はコヒーレント光を用い
た光計測システム等にも応用できるものである。

【０００５】

【従来の技術】半導体レーザに対し直接光周波数変調を
行うという技術はきわめて最近現れたものであり、光周
波数偏移量の測定、制御の概念ななく、従来技術として
確立したものは未だ知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は簡単な構成で
小型化できしかも安価に実現できる半導体レーザの光周
波数偏移量の測定、制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１図は、本発明の原理
構成を示すブロック図である。同図において、１０は半
導体レーザであり、高速の変調信号の“１”，“０”に
対応して光周波数を第１周波数ｆ₁、第２周波数ｆ₂に
変化させられた（ＦＳＫ変調のかけられた）出力光Ｈ₀
を出力する。

【０００８】本発明に係る半導体レーザの光周波数偏移
量の測定，制御装置は、半導体レーザ１０からＦＳＫ変
調のかかった出力光Ｈ₀を受けて動作するもので、図示
するとおり、光干渉器２０と、受光器３０と、動作点設
定手段４０と、光周波数偏移量検出手段５０とからな
る。

【０００９】光干渉器２０は、半導体レーザ１０からの
出力光Ｈ₀を受け、光周波数弁別特性に従った干渉光Ｈ
_iを出力する。受光器３０は、干渉光Ｈ_iを受けてその
光強度を電気信号ＥＬに変換する。

【００１０】動作点設定手段４０は、電気信号ＥＬを受
信し、光干渉器２０の動作点が、前記光周波数弁別特性
の最大値と最小値の中央値に対応する光周波数に一致す
るように動作点を設定する。

【００１１】光周波数偏移量検出手段５０は、動作点設
定手段４０によって設定された動作点を低周波信号で変
動して得られる上記干渉光Ｈ_iの平均光出力強度の低周
波信号成分を、電気信号ＥＬを上記低周波信号で同期検
波することにより抽出し、その抽出結果に基づき光周波
数偏移量を検出する。

【００１２】

【作用】本発明に係る半導体レーザの光周波数偏移量の
測定，制御装置の動作原理は、ｉ）光干渉器２０におけ
る光周波数弁別特性の中央値に対応する光周波数に、該
光干渉器２０の動作点を安定化させること、ii）その安
定化された動作点のもとで、予め低周波変調されて光干
渉器２０から出力される干渉光Ｈ_iの平均光出力強度の
低周波信号成分を受光器３０より出力される電気信号か
ら低周波信号で同期検波することにより抽出し、得られ
た同期検波出力信号から光周波数偏移量を検出するこ
と、の２点に大別される。

【００１３】上記ｉ）およびii）の各操作は主として動
作点設定手段４０および光周波数偏移量検出手段５０が
各々行う。これについてさらに詳しく述べる。初めに、
動作点の設定について説明する。

【００１４】図２(a) は、光干渉器２０の光周波数弁別
特性を示すグラフである。本グラフの横軸は光周波数す
なわち光干渉器の動作周波数を示し、縦軸は光干渉器２
０からの干渉光Ｈ_iの光強度Ｐを示す。なお、干渉光Ｈ
_iは２つあり光干渉器２０からの相補的な関係にある干
渉光Ｈ_i1，Ｈ_i2である。図２(a) において実線が干渉光
Ｈ_i1の、また鎖線が相補的な干渉光Ｈ_i2の光周波数弁別
特性曲線である。光干渉器２０としては、ファブリ・ペ
ロー干渉器、マイケルソンあるいはマッハツェンダー干
渉器等が良く知られているが、本発明ではいずれの干渉
器を用いても良い。本グラフはマッハツェンダー干渉器
を用いたときの例を示すが、このような形の光周波数弁
別特性が観測される。

【００１５】一般に、マッハツェンダー干渉器を用いた
場合光周波数弁別特性は光周波数の変化に対し正弦波状
に変化する光強度を示すが、そのうちの一部を取り出し
たのが本グラフである。図示するとおり、光強度は極大
値ＭＡＸと極小値ＭＩＮをとる。極大値ＭＡＸを生じさ
せる光周波数はｆmax 、極小値ＭＩＮを生じさせる光周
波数はｆmin である。本発明では動作点（第１光周波数
ｆ₁と第２光周波数ｆ ₂の中間の光周波数ｆ₀）がこれ
らの極値間の中央値ＭＥＤ（周波数ｆmed)と常に一致す
るようにする。

【００１６】上記の２つの干渉光Ｈ_i1及びＨ_i2は互いに
相補的な干渉光であるから、これらを各々受光しその出
力を加算すると、図２（ａ）の一点鎖線の如く平坦な出
力となる。この平坦な出力値は半導体レーザ１０の光出
力に比例する。また、上記２つの相補的な干渉光Ｈ_i1及
びＨ_i2を各々受光しその出力を減算すると、図２（ｂ）
の実線の如く、振幅が２倍となり、しかも中央値ＭＥＤ
すなわち動作点のところで零点とクロスする。従って、
この減算された信号が常に平均的に零になるように、半
導体レーザ１０あるいは光干渉器２０のバイアスあるい
は温度を制御すれば、動作点を光周波数弁別特性の中央
値ＭＥＤに一致させることができる。

【００１７】次に、光周波数偏移量の検出について説明
する。ここでは、説明を簡単にするために、半導体レー
ザ１０からの出力光Ｈ₀にはマーク率1/2 の理想的なＦ
ＳＫ変調がかけられているものとする。マーク率とは、
変調信号の“１”と“０”の発生する比率のことであ
り、“１”と“０”とが等確率で発生すればマーク率は
1/2 、“１”と“０”の比が１：３であればマーク率は
1/4 である。理想的なＦＳＫ変調とは、光周波数のｆ₁
とｆ₂の間の遷移時間が無限に小さいということであ
る。

【００１８】上記のように、動作点を光周波数弁別特性
の中央値ＭＥＤに安定させる。この状態を図３(a) に示
す。便宜上、光周波数偏移量ΔｆをΔｆ＝ＦＳＲ／２と
した。ＦＳＲとはフリースペクトラルレンジで光周波数
弁別特性の隣り合う極大値（極小値）間の光周波数差で
ある。動作点を中央値ＭＥＤに安定させておいて、低周
波周波信号Ｓで変動させる。図３(b) に示すように、動
作点が右方へ移動すれば、光周波数ｆ₁，ｆ₂各々も右
方へ移動し、光周波数ｆ₁での光出力Ｐ₁は上昇し、光
周波数ｆ₂での光出力Ｐ₂は下降する。また図３(c) に
示すように、動作点が左方へ移動すれば光周波数ｆ₁，
ｆ₂各々も左方へ移動し、光周波数ｆ₁での光出力Ｐ₁
は上昇し、光周波数ｆ₂での光出力Ｐ₂は下降する。こ
の光出力Ｐ₁，Ｐ₂の変動は、光干渉器２０からの平均
光出力強度の変動として観測される。このように、２つ
の光周波数ｆ₁，ｆ₂の差（ｆ₁−ｆ₂）である光周波
数偏移量Δｆの大きさにより、光干渉器２０からの平均
光出力の強度の変動の位相、振幅に変化が起こる。以
下、詳述する。

【００１９】図４(a) は、光周波数偏移量Δｆの値が光
干渉器２０のＦＳＲ／２よりも小さい場合である。同図
において、動作点を低周波信号Ｓで変動させると、動作
点が右方へ移動するに従い光周波数ｆ₁，ｆ₂が右方へ
移動し、その右方移動に応じて光出力は各々上昇し、動
作点が左方へ移動するに従い光周波数ｆ₁，ｆ₂が左方
へ移動し、その左方移動に応じて光出力は各々下降す
る。従って、平均光出力強度の変動は図の右方に示す通
りである。

【００２０】図４(b) は、光周波数偏移量Δｆの値が光
干渉器２０のＦＳＲ／２と一致する、すなわちΔｆ＝Ｆ
ＳＲ／２の場合である。このとき、図２(b) にも示した
ように光出力が集中している光周波数ｆ₁，ｆ₂が互い
に相補的な動きをするため、移動に応じて出力される光
出力の増加分と減少分は等しいから、動作点を低周波信
号Ｓで変動させるにもかかわらず、図４(b) の右に示す
通り平均光出力強度の変動は無い。

【００２１】図４(c) は、光周波数偏移量Δｆの値が光
干渉器２０のＦＳＲ／２よりも大きい場合である。同図
において、動作点を低周波信号Ｓで変動させると、動作
点が右方へ移動するに従い光周波数ｆ₁，ｆ₂が右方へ
移動し、その移動に応じて出力される光出力は各々下降
する。動作点が左方へ移動するに従い光周波数ｆ₁，ｆ
₂が左方へ移動し、その移動に応じて出力される光出力
は各々上昇する。従って、平均光出力強度の変動は図の
右に示す通りである。この図４(c) に示したΔｆ＞ＦＳ
Ｒ／２の場合は、図４(a) に示したΔｆ＜ＦＳＲ／２の
場合に対し位相が反転している。

【００２２】このように、光周波数偏移量Δｆの大きさ
に応じて、平均光出力強度の変動の位相、振幅に変化が
生じる。従って、光干渉器２０からの平均光出力強度を
受光器３０で電気信号に変換し、この電気信号を低周波
信号Ｓで同期検波すれば光周波数偏移量Δｆの大きさが
求められる。

【００２３】光周波数偏移量Δｆに対してこの平均光出
力強度の同期検波出力信号は一般的に図５に示すように
なる。動作点が光周波数弁別特性曲線の正負どちらかの
傾きに設定されているか同期検波の参照信号の位相によ
って、実線，鎖線のどちらかの信号が出力される。ここ
で、同期検波出力信号の零からのズレは光周波数偏移量
ΔｆのＦＳＲ／２からのズレを表わし、光周波数偏移量
ΔｆがＦＳＲ／２と一致する場合は同期検波出力信号は
零となる。これにより、同期検波出力信号を測定すれ
ば、光周波数偏移量Δｆの値が測定される。よって、光
周波数偏移量Δｆの値は測定され、また、光周波数偏移
量（変調指数）の制御も可能となる。

【００２４】かくして、図１の動作点設定手段４０は図
２のグラフに着目して設けられ、図１の偏移量検出手段
５０は図５のグラフに着目して設けられたものである。
本発明による特徴は、干渉光Ｈ_i1の光強度を制御変数と
して用いしかも光強度の低周波成分のみを扱うことであ
る。従って、本発明に係る半導体レーザの光周波数偏移
量の測定、制御装置構成が簡単で極めて低い周波数で動
作する装置でよいということになる。

【００２５】

【実施例】図６は、本発明に基づく一実施例を示すブロ
ック図である。なお、全図を通じて同様の構成要素には
同一の参照番号または記号を付して示す。

【００２６】同図において、半導体レーザ１０の例えば
その前方光（前方光から制御用の信号をとる場合もあ
る）は光データＤ_hとして図示しない伝送路に入射され
る。この光データＤ_hは送信すべきデータＤ_inの
“１”，“０”に応じて光変調（ｆ₁，ｆ₂）あるいは
位相変調されたものである。この送信すべきデータＤ_in
による変調は変調回路１１により行われる。また、図示
しないがこの光変調が最適な駆動条件で行われるように
半導体レーザ１０に周知のバイアス部が設けられる。

【００２７】本発明に係る装置は、半導体レーザ１０か
らの例えば後方光からなるＦＳＫ変調のかけられた出力
光Ｈ₀を受けて動作する。光干渉器２０は、半導体レー
ザ１０からの出力光Ｈ₀を受けて、光周波数弁別特性に
従った互いに相補的な２つの干渉光Ｈ_i1，Ｈ_i2を出力す
る。

【００２８】図７に、２つの相補的な干渉光を出力する
光干渉器の例を示す。同図において、(a）はマッハツェ
ンダー干渉器を示す図であり、Ｍはハーフミラー、Ｍ′
はミラーであって、２つの光路の光路長間に所定の差を
もたせて干渉させ相補的な２つの干渉光Ｈ_i1及びＨ_i2を
発生させる。これら相補的な２つの干渉光Ｈ_i1及びＨ_i2
の光周波数弁別特性は図２(a) に示したとおりである。

【００２９】図７において、(b) はファブリ・ペロー干
渉器を示す図であり、一方の干渉光Ｈ_i1は通常の透過光
であるのに対し、他方の干渉光Ｈ_i2は反射光である。フ
ァブリ・ペロー干渉器ＦＰが出力光Ｈ₀の光軸に対し傾
斜しているのは、反射光Ｈ_i2を半導体レーザ１０側に戻
さないようにするためである。同図(c) は、(b) におけ
る２つの干渉光の光周波数弁別特性を示す図である。２
つの相補的な干渉光を得る方法は他にもあるが、ここで
は示さない。

【００３０】図６に戻り、これら２つの干渉光Ｈ_i1，Ｈ
_i2を受けるためフォトダイオード等を用いて２つの受光
器３１，３６が設けられ、干渉光Ｈ_i1，Ｈ_i2の光強度は
各々電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂に変換される。また、後述
の減算器４１、加算器４３にて電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂
の各々に対応する電圧信号を減算、加算するので電圧検
出抵抗３２，３７、これらと各々対をなす計装アンプ３
３，３８が設けられる。

【００３１】減算器４１は、２つの受光器３１，３６か
らの各電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂の差成分を出力する。加
算器４３は、２つの受光器３１，３６からの各電気信号
ＥＬ₁，ＥＬ₂の加算成分を出力する。

【００３２】本実施例では動作点設定手段４０は、動作
点制御回路４２とＡＰＣ制御回路４４とからなる。動作
点制御回路４２は、減算器４１から各電気信号ＥＬ₁，
ＥＬ₂の差成分を受信してその差成分を動作点検出信号
として用い、動作点を光周波数弁別特性の中央値ＭＥＤ
に常に一致させる。この動作点のシフトは、制御線Ｌ₁
を介して半導体レーザ１０のバイアスあるいは温度に帰
還し半導体レーザ１０の発振周波数を制御して行う方法
と、これとは別に制御線Ｌ₁を介して光干渉器２０のバ
イアスあるいは温度に帰還し光干渉器２０の干渉特性を
制御して行う方法がある。また、これらの両方法が用い
られても良い。なお、温度に帰還して制御を行う場合に
は周知のペルチェ素子が用いられる。上記の２つの干渉
光Ｈ_i1，Ｈ_i2は各々相補的な干渉光であるから、これら
の差をとると図２(b) に示すように中央値ＭＥＤのとこ
ろで零点とクロスする。つまり、前記の電気信号ＥＬ₁
及びＥＬ₂を減算器４１で減算した出力は中央値ＭＥＤ
で零点とクロスするから、電気信号ＥＬ ₁とＥＬ₂の差
信号を動作点検出信号として用い、この差信号が常に零
になるように半導体レーザ１０のバイアスあるいは温
度、または光干渉器２０のバイアスあるいは温度に帰還
をかければ差信号が零となる光周波数に動作点が安定化
する。このとき、半導体レーザ１０のバイアスあるいは
温度に帰還する場合には、動作点の周波数の制御がその
まま半導体レーザ１０の出力Ｈ₀の発振周波数も制御す
ることになるから、動作点の安定化と同時に半導体レー
ザ１０の自動周波数制御（ＡＦＣ）も行うことができ
る。

【００３３】ＡＰＣ制御回路４４は、加算器４３からの
各電気信号ＥＬ₁，ＥＬ₂の加算成分を光出力検出信号
として用い、例えば比較部からなり、その第１入力には
上記光出力検出信号を受信し、その第２の入力には予め
定めた設定電圧Ｖ₁を受信し、この設定電圧Ｖ₁に対し
ての光出力検出信号の変動分を検出し、これらの間の誤
差分が常に零になるように制御線Ｌ₂を介して半導体レ
ーザ１０のバイアスに帰還する。上記の２つの干渉光Ｈ
_i1及びＨ_i2は互いに相対的な干渉光であるから、これら
を加え合わせると、図２(a) の一点鎖線の如く平坦な出
力となる。この平坦な出力は半導体レーザ１０の光出力
に比例する。つまり、前期の電気信号ＥＬ₁及び電気信
号ＥＬ₂を加算器４３で加算した出力は平坦な信号とな
り、この平坦な信号に対応させて電圧Ｖ₁を設定し、平
坦な信号のレベルが常に一定のレベルになるように半導
体レーザ１０に帰還をかければ自動光出力制御（ＡＰ
Ｃ）が実現される。

【００３４】光周波数変移量検出手段５０は、低周波発
振器５１、同期検波回路５２、光周波数偏移量安定化回
路５３及び、アンプ５４からなる。低周波発振器５１
は、光周波数弁別特性における動作点の発振周波数を変
化させるため、制御線Ｌ₃を介して半導体レーザ１０の
発動周波数あるいは光干渉器２０の干渉特性を低周波で
変化させる。低周波とはデータの伝送速度の周波数に対
して低周波という意味で、例えば 100Ｈｚであり、動作
点設定手段４０の回路の応答速度よりも早い速度の低周
波信号Ｓで動作点を変動させる。低周波信号Ｓは後述の
同期検波回路５２で同期検波用信号として用いられるの
もので、この同期検波用信号を、半導体レーザ１０のバ
イアスであるいは温度に重畳することにより、または光
干渉器２０のバイアスあるいは温度に重畳することによ
り、動作点の発振周波数を変化させる。

【００３５】図８は、低周波発振器５１による動作を説
明するための波形図である。ただし低周波発振器５１の
発振出力を半導体レーザ１０の駆動電流に重畳した場合
を例にとり説明する。駆動電流を２値に変化させること
により、半導体レーザ１０の出力光Ｈ₀が有する光周波
数は、中心周波数ｆ₀を中心として第１光周波数ｆ₁及
び第２光周波数ｆ₂のように変化する。この状態で、低
周波発振器５１の発振出力を重畳すると、この発振出力
の周波数ｆ_sをもって図示するごとく波状にうねりを伴
う。このようにして低周波成分を含ませた電気信号ＥＬ
は、同期検波回路５２にて低周波発振出力により同期検
波される。

【００３６】また、光干渉器２０のバイアスを変化させ
ることは容易であり、基本的には光干渉器２０の共振器
長や遅延時間差を変化させれば良い。具体的には、
光弾圧性効果を利用して変化させる、電気光学的効
果を利用して変化させる、機械的外力を加えて変化
させる、熱光学効果を利用して変化させる、等の方
法が良く知られている。

【００３７】図６に戻り、同期検波回路５２は、減算器
４１からの各電気信号ＥＬ₁，ＥＬ ₂の差成分信号と低
周波発振器５１からの同期検波用変調信号とを入力とし
て、該差成分信号に対し同期検波を行い該同期検波用変
調信号に同期した信号成分を抽出する。この同期検波に
より抽出された信号成分が光周波数偏移量検出信号であ
り、光周波数偏移量測定が行われる。以下、同期検波回
路５２での光周波数偏移量Δｆの測定について説明す
る。

【００３８】上記のようにＦＳＫ変調された光信号の動
作点を干渉器２０の光周波数弁別特性の中央ＭＥＤに安
定させ、その動作点のもとで、同期検波用変調信号の低
周波信号Ｓで変動させると、図４に示したように光周波
数偏移量Δｆの大きさに応じて平均光出力強度の変動の
位相、振幅に変化が起こる。従って、干渉器２０からの
平均光出力強度を受光器３０で電気信号に変換し、この
電気信号を低周波信号Ｓで同期検波すれば光周波数偏移
量Δｆの大きさが求められる。

【００３９】光周波数偏移量Δｆに対しての平均光出力
強度の同期検波出力信号は図５に示すようになり、同図
において同期検波出力信号の零からのズレは光周波数変
移量ΔｆのＦＳＲ／２からのズレを表わし、光周波数偏
移量ΔｆがＦＳＲ／２と一致する場合は同期検波出力信
号は零となる。これにより、同期検波出力信号を測定す
れば光周波数偏移量Δｆの値が測定される。

【００４０】光周波数偏移量安定回路５３は、例えば比
較部からなり、その第１入力には同期検波回路５２で求
められた光周波数偏移量Δｆの検出信号を受信し、その
第２入力には予め定められた設定電圧Ｖ₂を受信しこれ
らの間の誤差分が０になるように変調回路１１に帰還
し、常に光周波数偏移量Δｆ（変調指数）を一定に保
つ。設定電圧Ｖ₂に対応する光周波数偏移量Δｆが一定
値に保持すべき光周波数偏移量Δｆということになり、
光周波数偏移量（変調指数）安定化の制御が可能とな
る。

【００４１】同期検波回路５２への入力としては、電気
信号ＥＬ₁とＥＬ₂の差信号を用いる。この差信号は、
図５の実線のカーブに対し点線のカーブを極性反転して
加えることと等価であり、つまり傾斜の鋭い特性の信号
をもって光周波数偏移量を制御できることになる。これ
は光周波数偏移量制御におけるＳ／Ｎ比を著しく増大さ
せたことになる。

【００４２】アンプ５４は、同期検波用変調信号を低周
波発振器５１から制御線Ｌ₃を介して半導体レーザ１０
のバイアスに重畳する場合に、光周波数偏移量検出信号
を光周波数偏移量安定化回路５３から同期検波用変調信
号の変調振幅に帰還して、該変調信号による光ＦＭ変調
の光周波数偏移量を一定に保ち、半導体レーザ１０の光
源部分の変調効率に光周波数偏移量検出手段５０が影響
を受けないようにするため設けられている。

【００４３】つまり、半導体レーザ１０自身のバイアス
経年変化等により、ＦＭ変調効率（バイアス電流の単位
電流あたりの光周波数可変量）が小さくなると、最悪の
場合、低周波信号Ｓが重畳されなくなることがある。そ
のため動作点が設定したようには変動しなくなり、同期
検波が不可能となることがある。これを解消するため、
ＦＭ変調効率が小さくなった場合には、アンプ５４で同
期検波用変調信号の振幅を大きくし、ＦＭ変調効率が大
きくなりすぎた場合には、アンプ５４で同期検波用変調
信号の振幅を小さくなるように、つまり常に低周波信号
Ｓが同程度の振幅になるようにしている。このＦＭ変調
効率の大小は光周波数偏移量Δｆの大小から判断できる
ことである。

【００４４】マーク率モニタ手段６０は、例えば変調回
路１１内に設けられた積分器からなる。変調回路１１に
より半導体レーザ１０の出力光Ｈ₀の周波数を送信すべ
きデータの２論理値“１”，“０”に対応して第１光周
波数ｆ₁または第２光周波数ｆ₂に変化させるようなデ
ータ変調を行う場合の論理値“１”と“０”の発生する
確率をトータル演算し、光周波数偏移量検出手段５０の
動作状態を制御する手段である。

【００４５】図２に示したグラフは、マーク率が１／２
の場合であったが、マーク率が例えば１／４となった場
合、つまり“１”の発生する割合と“０”の発生する割
合が１：３となった場合には、図３において平均光出力
強度が右上方に移動し、そのため図５に示す光周波数偏
移量Δｆに対する同期検波出力信号のグラフが変化し、
同期検波出力信号が零となるΔｆの値がマーク率の大小
により変化することになる。そのため、光周波数偏移量
安定化回路５３における設定電圧Ｖ₂をマーク率に応じ
て換える必要がある。マーク率モニタ手段６０は変調回
路１１による変調信号のマーク率を演算し、その値に基
づき設定電圧Ｖ₂を変化させて光周波数偏移量検出手段
５０の動作状態を制御する。つまり、入力した変調信号
のマーク率モニタ信号を光周波数偏移量安定化回路５３
に帰還し、マーク率変動の影響を与えない。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、従来より課題となっていた光周波数偏移量の測定、
制御が可能となる。さらに広帯域な受光器、電子回路を
含まない簡単な構成であるため、装置が小型化、簡略化
されしかもコストを抑えて構成することができる。ま
た、光周波数偏移量の測定、制御と同時に光源のＡＰ
Ｃ，ＡＦＣ動作を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成を示すブロック図である。

【図２】マッハツェンダー光干渉器の光周波数弁別特性
を示す図であり、(a) は２つの干渉光の光周波数弁別特
性を示す図、(b) は(a) の２つの干渉光の減算結果強度
を示す図である。

【図３】マッハツェンダー光干渉器の光周波数弁別特性
を示す図であり、(a) は動作点を中央値に安定させて場
合、(b) は動作点を右に移動させた時の模式図、(c) は
動作点を左に移動させた時の模式図である。

【図４】動作点を変動させた時の平均光出力強度の変動
を示す模式図であり、(a) はΔｆ＜ＦＳＲ／２、(b) は
Δｆ＝ＦＳＲ／２、(c) はΔｆ＞ＦＳＲ／２の場合であ
る。

【図５】光周波数偏移量に対する同期検波出力信号のグ
ラフである。

【図６】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図７】相補的な２つの干渉光を出力する光干渉器を示
す図であり、(a) はマッハツェンダー干渉器を示す図、
(b) はファブリ・ペロー干渉器を示す図、(c) は(b) に
おける２つの干渉光の光周波数弁別特性を示す図であ
る。

【図８】低周波発振器による動作を説明するための波形
図である。

【符号の説明】

１０半導体レーザ２０光干渉器３０，３１，３６受光器４０動作点設定手段５０光周波数偏移量検出手段６０マーク率モニタ手段Ｈ₀ 出力光Ｈ_i，Ｈ_i1，Ｈ_i2 干渉光ＥＬ，ＥＬ₁，ＥＬ₂ 電気信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−42329（ＪＰ，Ａ) 特開平２−235016（ＪＰ，Ａ) 特開平２−275303（ＪＰ，Ａ) 特開平２−166425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04 G01J 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力した変調信号に基づいて周波数もし
くは位相変調された光を出力する半導体レーザ（１０）
の、光周波数偏移量を測定、あるいは予め定めた一定値
に制御する半導体レーザの光周波数偏移量の測定、制御
装置において、前記半導体レーザ（１０）からの出力光（Ｈ₀）を受
け、光周波数弁別特性に従った干渉光（Ｈ_i）を出力す
る光干渉器（２０）と、前記干渉光（Ｈ_i）を受けてその光強度を電気信号（Ｅ
Ｌ）に変換する受光器（３０）と、前記電気信号（ＥＬ）を受信し、前記光干渉器（２０）
の動作点が前記光周波数弁別特性の最大値と最小値の中
央値に対応する光周波数に一致するように該動作点を設
定する動作点設定手段（４０）と、該動作点設定手段（４０）によって設定された動作点を
低周波信号で変動して得られる前記干渉光（Ｈ_i）の平
均光出力強度の低周波信号成分を、前記電気信号（Ｅ
Ｌ）を前記低周波信号で同期検波することにより抽出
し、その抽出結果に基づき前記光周波数偏移量を検出す
る光周波数偏移量検出手段（５０）と、を備えることを特徴とする半導体レーザの光周波数偏移
量の測定，制御装置。
【請求項２】前記動作点設定手段（４０）が、前記光
干渉器（２０）から出力される相補的な関係にある２つ
の干渉光（Ｈ_i1，Ｈ_i2）を２つの受光器（３１，３６）
で受光し、各受光器（３１，３６）の出力信号の差成分
を動作点検出信号として用い、各受光器（３１，３６）
の加算成分を前記半導体レーザ（１０）の光出力検出信
号として用いることを特徴とする請求項１記載の半導体
レーザの光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項３】前記動作点設定手段（４０）が、前記各
受光器（３１，３６）から出力される出力信号の加算成
分を前記半導体レーザ（１０）の光出力検出信号として
用い、該光出力検出信号と設定値との誤差信号を前記半
導体レーザ（１０）のバイアスあるいは温度に帰還する
ことで同時に前記半導体レーザ（１０）の光出力の安定
化を行うことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ
の光周波数偏移量の測定，制御装置。
【請求項４】前記動作点設定手段（４０）が、前記各
受光器（３１，３６）から出力される出力信号の差成分
を動作点検出信号として用い、該動作点検出信号を前記
半導体レーザ（１０）のバイアスあるいは温度に帰還す
ることにより、動作点の安定化及び前記半導体レーザ
（１０）の発振周波数の安定化を同時に行うことを特徴
とする請求項２記載の半導体レーザの光周波数偏移量の
測定，制御装置。
【請求項５】前記動作点設定手段（４０）が、前記各
受光器（３１，３６）から出力される出力信号の差成分
を動作点検出信号として用い、該動作点検出信号を前記
光干渉器（２０）のバイアスあるいは温度に帰還するこ
とにより動作点の安定化を行うことを特徴とする請求項
２記載の半導体レーザの光周波数偏移量の測定，制御装
置。
【請求項６】前記光周波数偏移量検出手段（５０）
が、同期検波のための変調信号を、前記光干渉器（２
０）のバイアスあるいは温度に重畳することを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザの光周波数偏移量の測
定，制御装置。
【請求項７】前記光周波数偏移量検出手段（５０）
が、同期検波のための変調信号を、前記半導体レーザ
（１０）のバイアスあるいは温度に重畳することを特徴
とする請求項１記載の半導体レーザの光周波数偏移量の
測定，制御装置。
【請求項８】前記光周波数偏移量検出手段（５０）
が、同期検波のための変調信号を前記半導体レーザ（１
０）のバイアスに重畳するとともに、光周波数偏移量検
出信号を該変調信号の変調振幅に帰還し、該変調信号に
よる光ＦＭ変調の光周波数偏移量を一定に保ち、前記半
導体レーザ（１０）の光源部分の変動効率に前記光周波
数偏移量検出手段（５０）が影響を受けないようにする
ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザの光周波
数偏移量の測定，制御装置。
【請求項９】入力した変調信号のマーク率変動が前記
光周波数偏移量検出手段（５０）に影響を与えないよう
に、マーク率モニタ信号を該光周波数偏移量検出手段
（５０）に帰還するマーク率モニタ手段（６０）を有す
ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの光周
波数偏移量の測定，制御装置。