JPH01308090A - 半導体レーザの発振周波数安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 複数の半導体レーザの発振周波数を同時に安定化するの
に適した半導体レーザの発振周波数安定化方法に関し、 各送信用半導体レーザを任意の周波数位置にロックする
と共にその光出力を均等化することを目的とし、 発振周波数を相互に相対的に安定化すべき複数の半導体
レーザの出射光と発振周波数が周期的に掃引される周波
数掃引半導体レーザの出射光とを混合して受光器で光検
波し、該光検波により得られるビート信号が掃引時間軸
上の所定時間間隔で出現するように上記複数の半導体レ
ーザの注入電流を制御するようにした半導体レーザの発
振周波数安定化方法において、上記掃引を中止する期間
を周期的に設け、この期間に上記周波数掃引半導体レー
ザの発振周波数と周波数基準との比較を行い、上記周波
数掃引半導体レーザの発振周波数が所定の周波数と一致
するように上記周波数掃引半導体レーザの注入電流を制
御するようにして構成する。

産業上の利用分野 本発明は、複数の半導体レーザの発振周波数を同時に安
定化するのに適した半導体レーザの発振周波数安定化方
法に関する。

光ファイバを伝送路とする光通信又は光伝送の分野にお
いて、単一伝送路光たりの伝送容量を増大するためには
、波長分割多重（Ｗ　Ｄ　Ｍ　）伝送方式が有効である
。近年、ＤＦＢレーザ等の狭線幅な単一縦モードスペク
トルを有する半導体レーザ（ＬＤ）が開発されたことに
伴い、高密度なＷＤＭ伝送が可能となった。高密度化を
進め波長間隔が１Å以下になると、波長間隔を周波数間
隔としてとらえた方が理解しやすいので、本願明細書中
では光信号を数ＧＩ（ｚ乃至数十ＧＨｚの周波数間隔で
。

多重化して伝送する方式を特に光周波数分割多重（光Ｆ
ＤＭ）伝送方式と称することにする。この方式の実施に
際して送信側光源に要求されることは、前述したように
発振スペクトルが狭線幅な単−縦モードであること及び
その中心周波数が経時的に安定していることである。本
発明はこれらのうち後者の要求に応するものである。

従来の技術 第９図は光ＦＤＭ伝送方式の説明図である。光送信機４
１−ａ、ｂ、ｃ、・・・から出力された周波数がそれぞ
れｆ−、ｆｂ、　　ｆｃ、・・・の出射光は、合成され
て光伝送路４２に送出される。光伝送路４２により伝送
された光ＦＤＭ信号光は、光タップ４３．４４によって
分岐されて複数の端末の光受信機４５．４６．・・・で
受信される。

第１０図は一般的な光受信機の構成側説明図であって、
（ａ）はコヒーレント光通信方式におけるヘテロダイン
又はホモダイン検波方式、わ）は通常の直接検波方式を
示すものである。（ａ）において光伝送路５１により伝
送された光ＦＤＭ信号光及び局部発振光源５２からの局
部発振光は、混合器５３で混合されてフォトダイオード
等の光検波器５４に入射される。このとき、各光ＦＤＭ
信号光の信号成分は、光検波器５４の二乗特性によって
各信号光の周波数と局部発振光の周波数との差の周波数
（例えば数ＧＨｚ）の中間周波信号（ヘテロゲイン検波
の場合）として取り出されるから、局部発振光の周波数
を変化させることによってそれぞれの多重信号成分に分
離することができるものである。この方式によれば、受
信感度の向上を期待できるので、光伝送路における中継
間隔の拡大若しくは中継器数の削減又は分岐数の増大が
可能となるばかりでなく、高密度な周波数多重が期待で
きるので、光伝送路を経済的に構成することが可能とな
る。一方、ら）において、光伝送路６１により伝送され
た光ＦＤＭ信号光は、高精度な光分波器６２によって光
の段階でそれぞれの信号光に分離され、分離された信号
光は、それぞれ受光素子６３−ａ、ｂ、ｃ、−及び電気
回路５４−ａ、ｂ。

Ｃ１・・・によって各電気的な信号成分に変換される。

この方式はそのまま通常の強度変調方式に適用すること
ができ、光伝送路の経済的な構成が可能になるものであ
る。

これらの各種受信方式に対応して送信側において強度変
調、その他の変調を行うに際して光源の発振周波数を安
定化する方法としては、以下に示す方法が一般的である
。先ず第１の方法は、光源からの光をファブリペロ干渉
計等の周波数軸上で周期的に共振を生じるような干渉計
に透過させると第１１図（ａ）に示すように発振周波数
に応じて透過光強度が変化するので、透過光強度がＰで
一定となるように光源の駆動パラメータを制御すること
で、透過強度Ｐに応じた発振周波数ｆで安定化すること
ができるものである。光源がＬＤである場合には、上記
駆動バラレータとして注入電流が選ばれる。第２の方法
は、同図ら）に７１で示されるような干渉計の透過スペ
クトルのピーク近傍に光源の発振周波数を概略一致させ
ておくと共に信号伝送に影響を与えない程度の低周波で
光源を周波数変調しておき、その変調に伴う透過光強度
の変動を当該低周波で同期検波することにより７２で示
されるような１次微分曲線を得、その周波数弁別特性を
用いて駆動パラメータをフィードバック制御するもので
ある。

上記第１及び第２の方法は、単一の光源を安定化する場
合には高い周波数安定度を得ることができ優れた方法で
はあるが、複数（多数）の光源の安定化には適していな
い。これは、第１の方法であるとそれぞれの光源νこつ
いて独立した光学系を必要とし、第２の方法であるとそ
れぞれの光源について異なる低周波探査信号を与えるこ
とにより単一の光学系を共有することができるものの制
御系が複雑になるからである。このため、複数の光源（
以下ＬＤで代表する。）の発振周波数を同時に安定化す
る場合には、以下に示す第３及び第４の方法が使用され
ていた。

第３の方法は、第１２図（ａ）に示すように、周波数安
定化すべき複数のＬＤ８１−１〜ｎの出射光と周波数掃
引ＬＤ８２の出射光とを混合して受光器８３で受光して
おき、所定帯域に生じるそれぞれのＬＤに対応したビー
ト信号が掃引時間軸上の所定位置に位置するように制御
回路８４により各ＬＤの注入電流をフィードバック制御
するようにしたものである。尚、上記掃引は、周波数掃
引しＤ８２の注入電流を鋸歯状に変化させることにより
なされる。一方、第４の方法は、同図（ｂ）に示すよう
に、安定化すべき複数のＬＤ９１−１〜ｎの出射光を混
合してその混合光を、共振器長が鋸歯状信号により機械
的に掃引されるファブリペロ干渉計９２に入射し、その
透過光を受光器９３により受光しておき、共振器長によ
り決定される共振周波数に応じてファブリペロ干渉計９
２を透過した各ＬＤの出射光についての受光ピークが掃
引時間軸上の所定位置に位置するように、制御回路９４
により各ＬＤの注入電流をフィードバック制御するよう
にしたものである。

第３及び第４の方法によれば、第１３図に示すように、
掃引用の鋸歯状信号波形１０１に対応して得られたビー
ト信号のピーク又は受光信号のビ一り１０２−１，１０
２−２．・・・が時間軸上の所定時間間隔で配置される
ようにすれば良いので、周波数軸上で検出・処理を行う
第１及び第２の方法と比較して、周波数引き込み幅（キ
ャプチュアレンジ）が大きくなる。

発明が解決しようとする課題 上記第３及び第４の方法は、複数のＬＤを同時に安定化
することができ、周波数引き込み幅が広いという点で有
用なものであるが、複数のＬＤについて相互に相対的に
発振周波数の安定化を行っているにすぎないので、いず
れかのＬＤを周波数基準として安定化する必要が生じる
。このためそのＬＤについては周波数安定化のために光
パワーを分配する必要が生じ、他のＬＤと光出力が均等
でなくなるという問題が生じる。

本発明はこのような問題点に鑑みて創作されたもので、
送信用ＬＤを任意の周波数位置にロックすると共にその
光出力を均等化することを目的としている。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の原理図である。

本発明は、発振周波数を相互に相対的に安定化すべき複
数のＬＤＩ−１，１−２，・、ｌ−ｎの出射光と発振周
波数が周期的に掃引される周波数掃引ＬＤ２の出射光と
を混合して受光器３で光検波し、該光検波により得られ
るビート信号が掃引時間軸上の所定時間間隔で出現する
ように上記複数のＬＤＩ−１，１−２，・、１−ｎの注
入電流を制御するようにしたＬＤの発振周波数安定化方
法に適用することができる。

そしてその特徴とするところは、上記掃引を中止する期
間を周期的に設け、この期間に上記周波数掃引半導体レ
ーザの発振周波数と周波数基準との比較を行い、上記周
波数掃引ＬＤ２の発振周波数が所定の周波数と一致する
ように上記周波数掃引ＬＤ２の注入電流を制御するよう
にしたことである。

作　　　用 本発明方法においては、周波数掃引ＬＤの掃引を周期的
に中止し、この期間に周波数掃引ＬＤの発振周波数が所
定の周波数と一致するようにその注入電流を制御するよ
うにしているので、常にほぼ一定の周波数範囲で掃引が
なされるようになる。

その結果、掃引開始時における周波数掃引ＬＤの発振周
波数が常に一定となるから、複数のＬＤを相互に相対的
に安定化するだけでなく、周波数軸上で一定の周波数に
安定化することができる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明を適用して構成される光ＦＤＭ伝送方式
の送信部のブロック図である。１１−１〜ｎは図示しな
い変調回路により送信情報に応じて変調されるＬＤ、１
２−１〜ｎはそれぞれ各ＬＤの駆動回路である。各ＬＤ
の出射光は、スターカプラ等を用いて構成される光多重
部１３において多重化され、多重信号光の大部分は光伝
送路１４に送出される。多重信号光の一部は、光カプラ
１５において、光カプラ１６を介して導入された周波数
掃引ＬＤ１７の出射光と混合され、その混合光は受光器
１８により受光される。受光器１８の受光出力は、増幅
器１９で増幅され、安定化回路２０に人力される。安定
化回路２０は、受光器１８において得られたビート信号
、即ち周波数掃引ＬＤ１７の発振周波数とその時点にお
ける各ＬＤの発振周波数との差の周波数を有する電気信
号が所定帯域に所定のタイミングで出現するように各駆
動回路を介してそれぞれの注入電流をフィードバック制
御する。２１は入力電圧信号に基づいて周波数掃引ＬＤ
１７の注入電流を制御する駆動制御回路であり、その入
力端子信号は、スィーブ信号発生器２２からのスイープ
信号及び補正回路２３からの補正信号である。

第３図は補正がなされていないときの駆動制御回路２１
への入力端子信号波形であり、スイープ信号発生器２２
の出力電圧信号に対応している。

周期Ｔでｔの期間電圧掃引を中止し、その期間の後、経
過時間に対してリニアに電圧値を増大させるようにした
ものである。このような掃引波形を用いることにより、
掃引中止期間に周波数掃引しＤ１７の発振周波数を安定
化することができ、掃引時に各ＬＤＩＩ−１〜ｎの発振
周波数を安定化することができる。

掃引中止期間に周波数掃引ＬＤ１７の発振周波数を安定
化するために設けられた補正回路２３は、例えば第４図
に示すように構成することができる。

光カプラ１６を介して入力された周波数掃引ＬＤ１７の
出射光は、さらに光カブラ３１で概略二等分されて、一
方は直接第１の受光器３２に入射され、他方は周波数基
準としてのファブリペロ干渉計３３を介して第２の受光
器３４に入射される。

第１及び第２の受光器３２．３４の出力は除算器３５に
人力され、その出力電圧Ｖ０　は、比較器３６において
基準電源３７からの電圧出力Ｖ、と比較される。そして
、比較器３６の出力信号に基づいて補正電圧設定・維持
回路３８が機能し、−周期の間掃引波形に補正電圧が重
畳されるようになっている。ファブリペロ干渉計を用い
ずに、ＮＨ３等の分子線にロックし、より長期の安定度
を得る方法もある。

第５図は掃引中止期間における除算器の出力Ｖ０　と周
波数掃引ＬＤ１７の発振周波数との関係を示すグラフで
ある。周波数掃引ＬＤ１７の掃引中止期間における発振
周波数をスペクトルピークの肩に相当する周波数ｆｓ　
に安定化する場合には、基準電源３７の電圧出力をｆ、
に対応したＶｓ　に設定しておく。こうしておけば、発
振周波数がｆ、からずれたときに、第６図に示すように
そのずれに相当する補正電圧ΔＶ、ΔＶ°を掃引波形に
重畳することにより、掃引開始時における発振周波数を
常に一定に保つことができる。その結果、第２図におけ
る各ＬＤＩＩ−１〜ｎのいずれかを周波数基準として安
定化することなしに、各ＬＤの発振周波数を周波数軸上
で安定化することが可能になり、各ＬＤの光出力を均等
化することができる。

尚、周波数掃引ＬＤ１７の周波数変動は通常温変度化等
により生じるから、周期Ｔを適当に小さく設定すること
で、その周波数変動を無視することができるようになる
。

ところで、ＬＤの発振周波数は場合によっては突発的に
大きく変動することがある。このため、各ビート信号が
どのＬＤに対応しているかを識別できることが望ましい
。この識別を可能にするには、例えばこの実施例では、
第２図における安定化回路２０に識別信号発生部を付加
しておき、各ＬＤを、送信データに影響を及ぼさないよ
うな変調方式及び符号方式により変調しておけば良い。

この変調は、各ＬＤについてそれぞれ異なる信号で変調
を行っても良いし、周波数掃引ＬＤ１７の掃引に同期さ
せて単一の変調信号により各ＬＤを変調するようにして
も良い。このように各ビート信号の識別を可能にしてお
くことで、第７図（ａ）に示すようにａｈ、ｌ〜４のう
ちｃｈ、３．４が同一周波数位置にロックした場合や、
同図ら〕に示すようにｃｈ、３．４が入れ代わってロッ
クした場合に、同図（Ｃ）に示すような正常状態に容易
に復帰することができる。

又、本発明では時間軸上で各ＬＤの周波数を安定化して
いるので、第８図に示すように、ｃｈ。

１〜５のうち例えば休止していたｃｈ、３を立ち上げた
り稼働していたｃｈ、５を休止するときに、他のチャネ
ルに何ら影響を与えることがない。

尚、第２図において、受光器１８にて周波数掃引ＬＤ１
７と各ＬＤＩＩ−１−ｎとのビート信号を安定に得るた
めには、受光面において各信号光の偏波面が一致してい
る必要があるから、各構成要素間を定偏波ファイバによ
り光学的に接続すると共にその入出射端面における偏波
面を一致させておくことが望ましい。定偏波ファイバを
使用せず通常のシングルモードファイバにより接続をな
す場合には、周波数掃引ＬＤからの光と各ＬＤからの光
を互いに直交する偏波成分に分離した後受光後に合成す
るようにした偏波ダイバーシチ方式、あるいは一方の偏
波面を偏波面の変動周期１び周波数掃引周期よりも充分
高速に回転させるようにした偏波スクランブラ方式を適
用することができる。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば、各ＬＤの何れかを
周波数基準として安定化することを要しないので、各Ｌ
Ｄの光出力を不均等にすることなしに各ＬＤを任意の周
波数位置にロックすることが可能になるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の実施例を示す光ＦＤＭ伝送方式の送信
部のブロック図、 第３図は補正がなされていないときの掃引波形の説明図
、 第４図は補正回路の構成例を示すブロック図、第５図は
除算器の出力と周波数との関係を示すグラフ、 第６図は補正がなされているときの波形を示す図、 第７図及び第８図は実施例による効果を説明するための
図、 第９図は一般的な光ＦＤＭ伝送方式の説明図、第１０図
は一般的な光ＦＤＭ伝送方式の受信部の構成例を示す図
、 第１１図は従来の周波数安定化方法の説明図、第１２図
及び第１３図は従来の他の周波数安定化方法の説明図で
ある。 １−１〜ｎ、　　１１−１〜ｎ−・−ＬＤ　（半導体レ
ーザ）、２．１７・・・周波数掃引ＬＤ。 ３．１８・・・受光器、　　　２３・・・補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発振周波数を相互に相対的に安定化すべき複数の半導体
   レーザ（１−１、１−２、・・・、１−ｎ）の出射光と
   発振周波数が周期的に掃引される周波数掃引半導体レー
   ザ（２）の出射光とを混合して受光器（３）で光検波し
   、該光検波により得られるビート信号が掃引時間軸上の
   所定時間間隔で出現するように上記複数の半導体レーザ
   （１−１、１−２、・・・、１−ｎ）の注入電流を制御
   するようにした半導体レーザの発振周波数安定化方法に
   おいて、 上記掃引を中止する期間を周期的に設け、 この期間に上記周波数掃引半導体レーザ（２）の発振周
   波数と周波数基準との比較を行い、上記周波数掃引半導
   体レーザ（２）の発振周波数が所定の周波数と一致する
   ように上記周波数掃引半導体レーザ（２）の注入電流を
   制御するようにしたことを特徴とする半導体レーザの発
   振周波数安定化方法。