JP3237499B2 - 周波数安定化光源 - Google Patents
周波数安定化光源Info
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Description
力光の波長を一定値に固定すると共にこの半導体レーザ
の波長が安定したレーザ光を得る周波数安定化光源に関
する。
て、光周波数(波長)多重通信システムの研究が盛んで
ある。この場合、送信用光源としては半導体レーザが主
であり、周波数多重のためには光のコヒーレンシィが良
くしかもスペクトルが狭いいわゆる単一モード発振特性
の半導体レーザが必要となる。そして更には、光周波数
が一定値に固定されると共に長期にわたり安定している
必要がある。
レーザは、優れた単一モード発振特性を示すことから、
現在の長距離系光通信システム用光源の主流であり、ま
た将来の光周波数(波長)多重通信システム用光源とし
て期待されているが、発振周波数の絶対値が所望の一定
値となるレーザを作製することは極めて困難であり、狙
った周波数(波長)からの作製誤差は通常数百GHz
(数nmの波長)程度となる。また、この周波数調整も
可能ではあるが、その調整範囲は極めて狭い。他方、3
電極分布反射型(DBR)半導体レーザでは、その分布
反射(DBR)領域や位相調整(PC)領域に電流を注
入することにより、発振周波数を1THz(波長で10
nm)程度変化させることが可能であり、このため作製
上の厳密さはDFBレーザより要求されず、製造許容度
が緩和される。このため、DBR半導体レーザは、DF
B半導体レーザより製作容易で所望波長の一定化もしや
すいことから、多重用光源として有望視されている。
きく変動するので、そのための温度制御も必要である
が、温度制御が適切に行なわれていても、長期的な使用
にあっては活性領域の劣化等の素子特性変化ひいてはレ
ーザ特性の変化により発振周波数も変動するために、さ
らに何らかの周波数(波長)安定化のための制御回路が
必要となる。
た周波数安定化光源の一例を示している。DBR半導体
レーザ1には、分布反射(DBR)領域2、位相調整
(PC)領域3、及び利得領域4を有し、このそれぞれ
の領域には電極が備えられ、DBR及びPC領域の電極
は異なる抵抗器5,6を介してバイアス電流源7に接続
されるとともに利得領域4の電極は別のバイアス電流源
8に接続される。DBR半導体レーザ1からの光出力の
一部はファイバカップラ9にて干渉型フィルタ10に入
力され、ついで光検出器11にて電気信号に変換され
て、DBR領域2とPC領域3とに加えられる周波数変
調信号が得られる変調信号源12の位相と同期検波器1
3にて比較され、干渉型フィルタ10の共振周波数と光
周波数とのずれ量を求める。そして、このずれ量をもと
にレーザ発振周波数をフィードバック制御しており、抵
抗器5,6の抵抗値の比率に基づきDBR領域2とPC
領域3とに電流を注入し、この電流の変化にて発振周波
数の制御を行なっている。このようにして、フィードバ
ック制御にて発振周波数がフィルタの共振周波数に一応
安定化されることになる。
示すDBR半導体レーザにおいては、ある程度の周波数
安定化は図れるものの、長期的な安定性を欠くという問
題がある。すなわち、DBR半導体レーザでは、レーザ
共振器により定まる多数の共振縦モードの中から分布反
射領域にて形成される回折格子の空間周波数に基づくブ
ラッグ周波数(波長)近傍の単一の縦モードのみ選択さ
れ、単一モードにて発振する。この場合、DBR半導体
レーザではブラッグ周波数と発振縦モード周波数とが必
ずしも一致するとは限らない。例えば、分布反射(DB
R)領域のみに電流注入を行なった場合、ブラッグ周波
数(波長)を変化することができるが、縦モード周波数
(波長)がその変化に追随しないので、発振周波数はモ
ードの跳びをともないながら変化する。図5に示す構成
では、2個の抵抗器5,6を適切な値としてDBR領域
とPC領域との電流値を同時に変化させ、PC領域に係
る縦モード周波数とDBR領域に係るブラッグ周波数と
を合わせようにすれば、連続的に発振周波数を変化させ
ることができる。
ブラッグ周波数の変化の仕方と縦モード周波数の変化の
仕方とでは差があり、このためこれら両周波数を完全に
一致させることは困難である。また、仮にこれら両周波
数を一致させたとしても、レーザの長期使用によって活
性領域部分の劣化等長期的な素子変動が生じた場合、例
えば光学的屈折が変動すれば縦モード周波数の変化を生
じ、さらに発振縦モードが隣のモードに跳んでしまうと
いう危険性があり、この状況下では周波数をフィルタ1
0に同調させることは不可能である。こうしてみると長
期にわたってブラッグ周波数と縦モード周波数とを一致
させることと相俟ってブラッグ周波数を一定値に固定す
ることは、従来では困難であった。
素子特性の変動があっても発振周波数が常に安定した分
布反射(DBR)型半導体レーザを用いた周波数安定化
光源の提供を目的とする。
発明は次の特定事項を有する。 (1) 第1の電極を備えた回折格子反射領域と第2の電
極を備えた位相調整領域とを有する分布反射型半導体レ
ーザを有し、上記第1の電極に直流電流と強度変調され
た電流とを注入して上記レーザの出力光を位相同期検波
して得られる信号が最小となるよう上記第2の電極へ注
入する電流を設定する機能と、上記レーザの出力光の波
長が周波数基準器の基準波長に一致するように上記第1
の電極に注入する上記直流電流を設定する機能とを有す
る。 (2)上記(1)において、分布反射型半導体レーザの
利得領域に第3の電極を有し、上記レーザの光出力強度
が一定になるよう上記第3の電極へ注入する電流を設定
する機能を有する。
力光を位相同期検波することにより、ブラッグ周波数と
縦モード周波数のずれ量を検出し、このずれ量に基づき
PC領域の注入電流を制御することによりブラッグ周波
数と縦モード周波数とを一致させている。すなわち、図
2に示すようにDBR領域の注入電流に対して光強度の
変化(b)と、DBR電流に変調を施し光出力を位相同
期検波した後の誤差信号(c)と、波長の変化(a)と
の特性を有し、図2(b)にて光強度が極大となる点が
縦モードとブラッグ波長とが一致した状態を示してい
る。これはブラッグ波長においてDBR反射器の反射率
が最大となるためである。そして、この光強度が極大と
なる点が誤差信号がゼロになる点と対応している。この
結果、誤差信号Bを適切に増幅し、PC領域にフィード
バックすることにより、縦モード周波数とブラッグ周波
数とを一致させることができる。
して本発明の実施の形態を説明する。図1において図5
と同一部分には同符号を付す。3電極分布反射型(DB
R)半導体レーザ1の回折格子反射(DBR)領域2、
位相調整(PC)領域3、及び活性領域4にはそれぞれ
バイアス電流源14,15,8がつながり、電流を注入
し得るようになっている。また、DBR領域2には変調
信号源12から微小変調信号が加えられるようになって
いる。半導体レーザ1の出力光は光ファイバにて導出さ
れるが、途中ファイバカプラ9にて一部分岐され、光電
変換を行なう光検出器11を介して位相同期検波器13
に入力される。この同期検波器13では光出力の一部が
微小変調信号にて位相同期検波されてブラッグ周波数と
縦モード周波数とのずれ量が検出される。このずれ量に
基づく信号は誤差信号としてPC領域3にフィードバッ
クされる。このためブラッグ周波数に縦モード周波数が
安定化される。
れた光出力は、更にファイバカプラ16にてその一部が
取出され、光周波数の基準とする交差弁別型のフィルタ
17(例えばボリュームホログラフ)に入力され、そし
て特定波長のみが出力される。このフィルタ17の次段
には2つの光検出器18,19が配置されて光電変換さ
れ、更に光検出器18,19の各出力は差動増幅器20
の2入力となっており、この各入力は差分がとられ出力
されることになる。フィルタ17では、基準周波数が弁
別されるフィルタであり、光検出器18,19では図3
(a)(b)に示すような双峰の透過周波数に当る電気
信号が得られる。このため、差動増幅器20の出力とし
ては図3(c)の如くになり等しい電気信号入力にてゼ
ロになることになる。したがって、差動増幅器20の出
力をDBR領域2の注入電流としてフィードバックすれ
ば、発振周波数は光基準フィルタ周波数に安定化される
ことになる。
ため、光検出器11の出力の一部を差動増幅器21に入
力して基準電圧との差分をとり、この信号を活性領域4
の注入電流Cとしてフィードバックしている。
ることの代りとして、レーザの温度を変化させたときの
発振波長の変化の様子を実験により確かめた結果を示
す。図4中、△印はブラッグ波長と縦モードの安定化を
別々に行なわず、基準光フィルタ波長との誤差信号を位
相調整領域にフィードバックした図5による場合を示
し、○印は本実施例による場合を示している。この図4
から明らかな如く、従来方法では温度が3℃程度変化す
ると縦モード波長が隣のモードに跳ぶことにより発振波
長は安定化範囲からすぐ逸脱してしまうのに対し、本実
施例によるものでは広範囲にわたって安定化されてい
る。このことは常にブラッグ波長と縦モード波長とが一
致するように制御されているためである。したがって、
本発明の安定化により長期的な素子特性変化に対しても
耐性があることを物語るものである。
して交差弁別型のフィルタ17を用いているが、ファブ
リペローエタロン等の干渉型フィルタやガス吸収セルを
用いた場合にも適用できる。なお、DBRレーザの温度
制御については、ペルチェ素子等を用いて一定となるよ
うに制御が行なわれている。
ラッグ波長と縦モードの安定化を別々に行なうことによ
り、長期にわたって周波数(波長)の安定化した出力光
を得ることができる。
期検波後の誤差信号の各特性線図。
幅器の出力特性を示す線図。
ン) 11,18,19 光検出器 12 変調信号源 13 同期検波器 17 光周波数基準フィルタ(ボリュームホログラフ) 20,21 差動増幅器
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の電極を備えた回折格子反射領域と
第2の電極を備えた位相調整領域とを有する分布反射型
半導体レーザを有し、 上記第1の電極に直流電流と強度変調された電流とを注
入して上記レーザの出力光を位相同期検波して得られる
信号が最小となるよう上記第2の電極へ注入する電流を
設定する機能と、上記レーザの出力光の波長が周波数基
準器の基準波長に一致するように上記第1の電極に注入
する上記直流電流を設定する機能とを有する、周波数安
定化光源。 - 【請求項2】 分布反射型半導体レーザの利得領域に第
3の電極を有し、上記レーザの光出力強度が一定になる
よう上記第3の電極へ注入する電流を設定する機能を有
する請求項1記載の周波数安定化光源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00556796A JP3237499B2 (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 周波数安定化光源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00556796A JP3237499B2 (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 周波数安定化光源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09199779A JPH09199779A (ja) | 1997-07-31 |
JP3237499B2 true JP3237499B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=11614798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00556796A Expired - Fee Related JP3237499B2 (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 周波数安定化光源 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3237499B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
US8737846B2 (en) * | 2012-01-30 | 2014-05-27 | Oracle International Corporation | Dynamic-grid comb optical source |
JP2016024120A (ja) * | 2014-07-23 | 2016-02-08 | 日本電信電話株式会社 | 極値検出器 |
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1996
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