JPH0334482A - レーザ装置発振周波数間隔安定化装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は複数のレーザ装置の各発振周波数の間隔を安定
化させるレーザ装置発振周波数間隔安定化装置に関する
。

（従来の技術） 従来、複数の制御対象レーザ装置群（ローカル局）を同
一の発振周波数の組合せとなるように制御する、いわゆ
る波長同期を実現するための方式としては、下坂らによ
る、電子情報通信学会技術研究報告第８７巻Ｃ３８７−
９６に記載の方式が知られている。この方式では、発振
周波数が周期的に掃引された参照用レーザ装置から出射
される周波数掃引光、及びその周波数掃引光を光学共振
器に通すことにより得られる光パルス列を分岐して、各
制御対象レーザ装置群に分配する。各制御対象レーザ装
置群では供給された周波数掃引光と制御対象レーザ装置
の出射光を合波し、その結果得られるビート信号の低周
波成分で構成されるビートパルス列と、別途供給される
光パルス列とを比較する。そして両パルス列の対応する
各パルスの発生時刻差が一定となるよう、各制御対象レ
ーザ装置の発振周波数を制御する。

（発明が解決しようとする課題） 上記方式の構成においては、参照用レーザ装置及び光学
共振器より成る制御基準部から各制御対象レーザ装置群
へ制御用の基準光を供給するにあたり、周波数掃引光用
及び光パルス列用の計２本の光伝送路を用いる必要があ
った。このように２本の光伝送路を要することは、制御
基準部と制御対象レーザ装置群の間の距離が大きいよう
な用途の場合、著しく経済性を損なう要因となる。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を除去せし
めて、上記２種の光信号を１本の光伝送路で供給し、よ
り経済的かつ安定な波長網同期の実現が可能なレーザ装
置発振周波数間隔安定化装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明では、外部からの入力
信号に応じて、発振周波数間隔を安定化する対象たる複
数のレーザ装置の発振周波数を含む範囲で発振周波数を
掃引する参照用レーザ装置と、該参照用レーザ装置から
の出射光を分岐する第１の光分岐器と、該第１の光分岐
器からの第１の出射光の周波数変化を透過光の振幅変化
に変換する光学共振器と、互いに異なる発振周波数を持
つ複数のレーザ装置を持つ複数のローカル局と、前記光
学共振器の透過光を前記第１の光分岐器の第２の出射光
と合流し、前記複数のローカル局に分岐する光合流分岐
器とからなるレーザ装置発振周波数間隔安定化装置であ
って、前記ローカル局は、前記複数のレーザ装置の各々
の出射光の少なくとも一部を合波する第１の光合波器と
、前記光合流分岐器の出力を分岐する第２の光分岐器と
、前記第１の光合波器の出射光と前記第２の光分岐器の
第１の出射光を合波する第２の光合波器と、該第２の光
合波器の出射光を電気信号に変換する第１の光検出器と
、前記第２の光分岐器の第２の出射光を電気信号に変換
する第２の光検出器と、前記参照用レーザ装置の発振周
波数掃引時の前記第２の光合波器の出射光により検出す
る前記複数のレーザ装置の発振周波数間隔の前記参照用
レーザ装置の発振周波数掃引時の前記光学共振器の共振
ピークに対応する出射光を用いて設定した周波数間隔基
準に対する誤差を一定値に安定化させるための制御信号
を出力する制御装置と、該制御装置からの制御信号に従
って、前記複数のレーザ装置の人力信号を変化させるレ
ーザ装置駆動装置とからなることを特徴とした。

（作用） 本発明では、参照用レーザ装置及び光学共振器を含み、
各ローカル局に制御用基準信号を送る制御基準部におい
て、参照用レーザ装置の出射光を２つに分岐し、一方を
光学共振器に通し、再び合流している。合流された光信
号は、光学共振器の共振周波数の情報を担った基準パル
ス列に光周波数が掃引され、一定パワーの直流光がバイ
アスされた形になっている。従ってこの合流された光信
号は各ローカル局で必要とする２つの光信号（基準パル
ス列と周波数掃引光）を兼ね備えており、従来の方式で
は２本必要だった光伝送路を本発明では１本に統合でき
る。

（実施例） 以下、本発明を第１及び第２の実施例につき詳細に説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例の構成図である。

なお、本実施例では、構成を簡単にして説明を容易にす
るために、ローカル局の数を２、各ローカル局が持つレ
ーザ装置の個数を３としている。

参照用レーザ装置として用いた１、５５μｍ帯波長可変
分布ブラッグ反射形半導体レーザ（以下ＤＢＲ）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２０ｋ
Ｈｚの鋸歯状波に伴い、その出射光周波数が時間に対し
鋸歯状に変化している。ＤＢＲＩからの出射光は第１の
光アイソレータ３を透過した後、第１の光分岐器４によ
り、第１及び第２の出射光にパワー比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
でフィネス３０になるように両面の反射率、面精度、平
行度を調整した石英ガラス製エタロン板５を透過した後
、第１の光分岐器４の第２の出射光と光合流分岐器２０
６で合流され、第１及び第２の出射光にパワー比ｌ：１
に分けられる。なお、合流するに際しては、両人射光が
干渉するのを防ぐために、第１の光分岐器４から、光合
流分岐器２０６に至る２つの光路の長さを一致させてお
く。エタロン板５の透過光は鋸歯状波発生器２からの出
力信号（第２図１１０〜１１２）の１周期中、ＤＢＲＩ
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
発生するパルス列状の光で構成されているが、この１周
期中のパルスの数が３つになるよう、鋸歯状波発生器２
の出力のピーク電圧を調整しておく。

光合流分岐器２０６の第１及び第２の出射光は第２の光
分岐器２０４．２０５によりパワー比１：１に２分岐さ
れる。第２の光分岐器２０４゜２０５の第１の出射光は
第２の光検出器２７゜２つによりそれぞれ電気信号に変
換される。

一方、周波数間隔を安定化する対象である第１〜第６の
１．５５μｍ帯分布帰還形レーザ（以下ＤＦＢ）１０，
１１．１２，１３．１４及び１５からの出射光はそれぞ
れ第１〜第６の光アイソレータ１６，１７，１８，１９
，２０．２１を透過する。しかる後に第１〜第３の光ア
イソレータ１６．１７．１８の透過光は第１の光合波器
２２により合波され、また、第４〜第６の光アイソレー
タ１９，２０．２１の透過光は第１の光合波器２３によ
り合波される。第１の光合波器２２の出射光は第２の光
合波器２４により、第２の光分岐器２０４の第２の出射
光と合波された後、第１の光検出器２６により電気信号
に変換され、第１の制御装置３０の第１の人力３２に入
力される。−方、第１の光合波器２３の出射光は第２の
光合波器２５により、第２の光分岐器２０５の第２の出
射光と合波された後、第１の光検出器２８により、電気
信号に変換され、第２の制御装置３１の第１の人力３４
に入力される。また第２の光検出器２７．２９の出力で
ある電気信号は第１及び第２の制御装置３０．３１の第
２の人力３３．３５にそれぞれ入力される。

第１及び第２の制御装置３０．３１は同じ回路を用いて
いる。その構成を第３図に示す。第１の人力３２（ある
いは３４）に印加された電気信号は、遮断周波数１００
ＭＨｚの低域通過フィルタ１０１に人力される。低域通
過フィルタ１０１からは、ＤＢＲｌからの出射光周波数
と、第１〜第３のＤＦＢＩｏ、１１．１２　（あるいは
第４〜第６のＤＦ８１３．１４．１５）の出射光周波数
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される。パルスの数は鋸歯状波
発生器２の出力信号１１０，１１１゜１１２（第２図参
照）の１周期にＤＢＲＩと第１〜第３のＤＦＢＩｏ、１
１．１２　（あるいは第４〜第６のＤＦ８１３，１４．
１５）の各々の発振周波数の差が±１００ＭＨｚの範囲
に入る回数に等しく、それは３つである。第１及び第２
の制御装置３０．３１では、第２図（ａ）に示した第１
の制御装置３０（あるいは第２の制御装置３１）の第２
の人力３３（あるいは３５）への人力及び第２図（ｂ）
（あるいは（Ｃ））に示した第１の人力３２（あるいは
３４）への人力のパルス発生時刻差１１３，１１４，１
１５　（あるいは１１６゜１１７．１１８）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３図中のパルス発生時刻差計測回路１０２（第４
図に回路の一例を図示）は、入力される２つのパルス列
で構成する各パルスを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、先に発生するパルスが人
力される２系列のパルス列のどちらに属するかで、出力
は、正または負の方形パルスになる機能を備えている。

第１の制御装置３０からの第１、第２、第３の制御信号
はそれぞれ第１、第２、第３のレーザ装置駆動装置３６
，３７．３８に、また第２の制御装置３１からの第１、
第２、第３の制御信号はそれぞれ第１、第２、第３のレ
ーザ装置駆動装置３９，４０．４１に入力される。レー
ザ装置駆動装置３６，３７，３８，３９，４０．４１か
らは制御信号に応じた駆動電流が第１〜第６のＤＦＢＩ
ｏ、１１，１２，１３．１４．１５に注入される。

なお、第１〜第６のＤＦＢＩｏ、１１．１２゜１３．１
４．１５及びＤＢＲＩはそれぞれ第１〜第７の温度制御
装置４２．４３，４４，４５゜４６．４７．４８により
温度変動幅０．２℃以内に温度安定化されている。

続いて本発明の第２の実施例について説明する。

第５図は第２の実施例の構成図である。第１の実施例と
の違いは第５図中に符号５０１及び５０２で示す部分の
みであるので、この部分についてだけ説明する。第１の
実施例では、第１の光分岐器４、ファプリーペロエタロ
ン５、光合流分岐器２０６を各々用意し、これらの光学
部品を光ファイバで接続している。これに対し、第２の
実施例では、以上の光学部品を一辺約１ｃＩｎの矩形石
英ガラス基板５０１上に集積している（但し、ファプリ
ーペロエタロンの代わりにリング共振器を基板上に作り
つけている）。石英ガラス基板５０１は、温度制御装置
５０２により、±０．０１℃の精度で温度安定化されて
いる。石英ガラス基板５０１上に形成された光線路の形
状を第６図に示す。第６図中のリング共振器の特性につ
いては、昭和６２年電子情報通信学会半導体・材料部門
全国大会講演予稿集２−１５８ページ所載の神宮寺らの
論文に詳しい。

第２の実施例をこのような構成としたのは、石英ガラス
基板５０１の入力側に作りつけである光分岐器から出力
側の光合流分岐器への２つの光路の光学長をより精密に
一致させるためである。これに対し、第１の実施例の構
成では、光路長差の調整は厳密に行うことはできないも
のの、製作の容易さという点で第２の実施例より優れて
いる。

以上に説明した第１及び第２の実施例では、３台のレー
ザ装置を１組として、これを２組同時に安定化し、同じ
発振周波数の組合せを持つレーザ装置の組を２組生成し
ている。しかし１紛当たりのレーザ装置の個数及び組数
はこれらの値に限定されず、前者は鋸歯状波発生器２か
らの出力信号の周波数、ピーク電圧を調整し、１周期あ
たり、エタロン板５から出射されるパルスの数を増大す
ることにより、また後者は光合流分岐器の分岐数を増す
ことにより増大することができる。また各ローカル局に
おいて安定化するレーザ装置の発振周波数の種類は、エ
タロン板５から鋸歯状波発生器２からの出力信号１周期
内に出射されるパルスに対応する周波数から任意の組合
せを選択できる。

組合せの数は１周期中のパルスの数をＮとすると、２Ｎ
−１で与えられる。またエタロン板５の厚さを変えるこ
とにより、周波数間隔を自由に設定することができる。

さらに安定化する対象であるレーザ装置も半導体レーザ
に限定されず、外部からの信号に応じて発振周波数が変
化するレーザ装置なら安定化可能である。

また、本発明では、制御対象レーザ装置出射光と合波す
る周波数掃引光は、基準パルス列と重畳されており、ロ
ックする目標となる時点での周波数掃引光パワーが、そ
れ以外の部分の約２倍ある。

従って本実施例のように各ビートパルスと目標の基準パ
ルスとの発生時刻差がＯになるような制御を施す場合、
各ビートパルスは対応する基準パルスにロックされると
急激にその尖頭パワーが大きくなる。すなわち、本実施
例では制御目標付近での弁別感度が従来に比べて改善さ
れている。

（発明の効果） 以上に述べてきたように従来の方式では、制御基準部か
ら各制御対象レーザ装置群へ制御用の基準光を送るに際
し、周波数掃引光用と光パルス列用とに１本づつ計２本
の光伝送路が必要であったが、本発明ではこれらを１本
の光伝送路に統合することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図（ａ）
は第１図の制御装置３０及び３１の第２の人力３３及び
３５にそれぞれ入力される信号（エタロン板５透過光を
電気に変換した信号）を示す図、第２図（ｂ）及び（ｃ
）は各々制御装置３０及び３１内部における低域通過フ
ィルタの出力信号を示す図、第３図は制御装置３０．３
１の構成図、第４図は第３図中のパルス発生時刻差計側
回路の回路図、第５図は本発明の第２の実施例の構成図
、第６図は第５図中の石英ガラス基板５０１上に形成さ
れた光線路のパターンを示す図である。 １・・・１．５５μｍ帯波長可変分布ブラッグ反射形半
導体レーザ、２・・・鋸歯状波発生器、３．　１６゜１
７．１８．１９，２０．２１・・・光アイソレータ、４
．２０４，２０５・・・光分岐器、５・・・エタロン板
、２０６・・・光合流分岐器、１０，１１，１２，１３
゜１４．１５・・・１．５５μｍ帯分布帰還形レーザ、
２２．２３．２４．２５・・・光合波器、２６，２７゜
２８．２９・・・光検出器、３０．３１・・・制御装置
、３２．３４・・・第１の入力、３３．３５・・・第２
の入力、３６，３７，３８，３９，４０．４１・・・レ
ーザ装置駆動装置、４２，４３，４４．４５，４６゜４
７．４８・・・温度制御装置、１１０，１１１゜１１２
・・・鋸歯状波発生器２からの出力波形、１１３．１１
４．１１５・・・第１の制御装置３０で得られる誤差信
号、１１６，１１７，１１８・・・第２の制御装置３１
で得られる誤差信号、１０１・・・低域通過フィルタ、
１０２・・・パルス発生時刻差計測回路、１０３，１０
４，１０５・・・積分器、１０６．１０７，１０８・・
・差動増幅器、５０１・・・石英ガラス基板、５０２・
・・温度制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外部からの入力信号に応じて、発振周波数間隔を安定化
   する対象たる複数のレーザ装置の発振周波数を含む範囲
   で発振周波数を掃引する参照用レーザ装置と、該参照用
   レーザ装置からの出射光を分岐する第１の光分岐器と、
   該第１の光分岐器からの第１の出射光の周波数変化を透
   過光の振幅変化に変換する光学共振器と、互いに異なる
   発振周波数を持つ複数のレーザ装置を持つ複数のローカ
   ル局と、前記光学共振器の透過光を前記第１の光分岐器
   の第２の出射光と合流し、前記複数のローカル局に分岐
   する光合流分岐器とからなるレーザ装置発振周波数間隔
   安定化装置であって、 前記ローカル局は、前記複数のレーザ装置の各々の出射
   光の少なくとも一部を合波する第１の光合波器と、前記
   光合流分岐器の出力を分岐する第２の光分岐器と、前記
   第１の光合波器の出射光と前記第２の光分岐器の第１の
   出射光を合波する第２の光合波器と、該第２の光合波器
   の出射光を電気信号に変換する第１の光検出器と、前記
   第２の光分岐器の第２の出射光を電気信号に変換する第
   ２の光検出器と、前記参照用レーザ装置の発振周波数掃
   引時の前記第２の光合波器の出射光により検出する前記
   複数のレーザ装置の発振周波数間隔の前記参照用レーザ
   装置の発振周波数掃引時の前記光学共振器の共振ピーク
   に対応する出射光を用いて設定した周波数間隔基準に対
   する誤差を一定値に安定化させるための制御信号を出力
   する制御装置と、該制御装置からの制御信号に従って前
   記複数のレーザ装置の入力信号を変化させるレーザ装置
   駆動装置とからなることを特徴とするレーザ装置発振周
   波数間隔安定化装置。