JPH05206561A - 光帰還型光周波数オフセットロック装置 - Google Patents

光帰還型光周波数オフセットロック装置

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JPH05206561A
JPH05206561A JP4012363A JP1236392A JPH05206561A JP H05206561 A JPH05206561 A JP H05206561A JP 4012363 A JP4012363 A JP 4012363A JP 1236392 A JP1236392 A JP 1236392A JP H05206561 A JPH05206561 A JP H05206561A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
frequency
light
semiconductor laser
resonator
Prior art date
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Pending
Application number
JP4012363A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuhiro Tejima
光啓 手島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の制御対象たる半導体レーザの光周波数
を、光周波数基準として用いられる主レーザとの光周波
数差を数THzに及ぶ広帯域にわたって安定化する。 【構成】 主・従2台の半導体レーザ21,22の発振
光周波数を光共振器26からの光帰還に基づく自己引き
込み効果により、光共振器26の共振周波数に安定化
し、同時に光共振器26の共振周波数が周期性を有する
ことから、隣接の共振周波数あるいは、いくつかの離れ
た共振周波数に従レーザ22の光周波数を合わせるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光通信、
高密度波長多重通信における光送受信機、光周波数多重
方式の光クロスコネクト装置等に用いられる複数の半導
体レーザの発振光周波数の安定化、及び基準とする半導
体レーザとの光周波数差の安定化を図る光周波数オフセ
ットロック装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の光周波数オフセットロック
装置の構成例を示す図である。図中1は半導体レーザ
(主レーザ)、2は半導体レーザ(従レーザ)、3−
1,3−2はビームスプリッタ、4は光検出器、5は増
幅器、6は分周器、7はシンセサイザ、8は位相比較
器、9は比例・積分・微分回路で構成される制御回路、
10は半導体レーザ駆動用電流源である。
【0003】従来の光周波数オフセットロック装置は、
電気的負帰還法によって発振光周波数を安定化した半導
体レーザ(主レーザ)に光周波数差を与えてレーザの光
周波数を安定化する構成であり、図4に示すように光検
出器4で光周波数基準として用いられる主レーザである
半導体レーザ1と、制御対象たる半導体レーザ2の両者
の出射光の光ビート信号を検出し、ビート信号を分周器
6で分周した後、シンセサイザ7との位相を位相比較器
8で比較し誤差信号を制御回路9を通して半導体レーザ
2の駆動用電流源10に電気的負帰還を行うものであ
る。
【0004】(参考文献1:K.Kuboki and M.Ohtsu, "F
requency offset locking of AlGaAssemiconductor las
ers," IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol. QE-
23,No.4, pp.388-394, 1987.)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方式では
オフセットロック装置によって得られる光周波数基準と
して用いられる主レーザである半導体レーザと制御対象
たる半導体レーザの発振光周波数差の限界が、両者の出
射光の光ビート信号を検出するための光検出器の応答帯
域によって制限されていた。また従来方式では光検出器
が、制御対象たる半導体レーザと光周波数基準たる主レ
ーザとの光周波数の最大オフセット量を決定し、現状に
おける光検出器の応答帯域が数GHz程度であることか
ら、光検出器の応答帯域以上の光周波数差に半導体レー
ザの周波数差の安定化を図ることができなかった。
【0006】また複数の半導体レーザの周波数差を、あ
る光周波数基準のレーザ光に対し安定化する際に制御対
象たる半導体レーザ1台について、分周器、シンセサイ
ザ、位相比較器、比例・積分・微分回路によって構成さ
れる制御回路など複数の電気回路が必要であり全体の装
置構成が大きくなるという欠点があった。
【0007】本発明の目的は、複数の制御対象たる半導
体レーザの光周波数を、光周波数基準として用いられる
主レーザとの光周波数差を数THzに及ぶ広帯域にわた
って安定化することができ、同時に制御対象たる半導体
レーザの発振光周波数の安定化を図り、かつ全体の装置
構成が小型に作製できる光周波数オフセットロック装置
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1では、半導体レーザの出射光の偏光性を利
用し、光路上にある偏光の主軸を回転させる偏光子と、
直交する2偏光成分の位相を保存したまま、直交2偏光
成分に分離または直交2偏光成分を合波する偏光分離部
と、周期的な共振特性を有する光共振器とによって構成
され、主・従2台の半導体レーザの発振光周波数を光共
振器からの光帰還に基づく自己引き込み効果により、光
共振器の共振周波数に安定化し、同時に光共振器の共振
周波数が周期性を有することから、隣接の共振周波数あ
るいは、いくつかの離れた共振周波数に従レーザの光周
波数を合わせるようにした。
【0009】また、請求項2では、複数の半導体レーザ
と、半導体レーザの光周波数に応じて空間的に分離する
光周波数空間分離部と、周期的な共振特性を有する光共
振器とによって構成され、光共振器からの光帰還に基づ
く自己引き込み効果により、光共振器の共振周波数に安
定化し、同時に光共振器の共振周波数が周期性を有する
ことから、隣接の共振周波数ごと、あるいは共振周波数
間隔の整数倍ごとに複数の従レーザとしての半導体レー
ザの光周波数を合わせるようにした。
【0010】
【作用】請求項1,2によれば、共振周波数に周期性を
有する光共振器からの光帰還による自己引き込み効果に
よって半導体レーザの発振光周波数が光共振器の共振周
波数に安定化され、同時に半導体レーザと光共振器との
光結合により系全体での共振器のクオリティが向上し、
半導体レーザの発振光周波数の安定度の指標であるスペ
クトル線幅が狭窄化される。従って、光帰還法により、
光周波数が異なる複数の半導体レーザを一つの光共振器
に安定化することで、個々の半導体レーザの安定化が図
れると同時に、光共振器の共振周波数間隔の整数倍で光
周波数差の安定化が実現でき、広帯域かつ高安定な光周
波数オフセットロック装置が実現できる。また、光帰還
法は光による制御のため、分周器、シンセサイザ、位相
比較器、比例・積分・微分回路によって構成される制御
回路などの複数の電気回路が省略でき、制御系の簡略化
が図れ、装置全体の小型化が図れる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を示す構成図
であり、2つの半導体レーザに関する光周波数オフセッ
トロック装置の構成例である。図1において21は主レ
ーザ、例えば電気的負帰還によってスペクトル線幅が狭
窄化した半導体レーザ、22は従レーザ、例えば半導体
レーザ、23は偏光の主軸を回転させる偏光子、例えば
半波長板、24−1,24−2は例えば電気光学素子の
ような位相制御素子、25は偏光分離部、例えば偏光ビ
ームスプリッタ、26は周期的な共振周波数を有する光
共振器、例えば共焦点ファブリペロー共振器、27は共
焦点ファブリペロー共振器の主軸である。
【0012】次に、動作を説明する。主レーザとしての
半導体レーザ21のレーザ光の偏光面と、従レーザとし
ての半導体レーザ22のレーザ光の偏光面とを同じにす
る。半導体レーザ21からのレーザ光の偏光面を半波長
板23で90度回転させ、それぞれのレーザ光を位相制
御素子24−1,24−2を介して偏光ビームスプリッ
タ25を合波する。自由空間で構成される共焦点ファブ
リペロー共振器26は偏光面が保存され、共振器の透過
光の光周波数特性は、図3に示すような光周波数伝達特
性を有する。図3の横軸は光周波数、縦軸は透過光強度
である。図1において、光共振器からの光帰還法で良く
知られている光学的な配置(参考文献2)として、共焦
点ファブリペロー共振器26は、偏光ビームスプリッタ
25で合波されたレーザ光の光学軸に対し共焦点ファブ
リペロー共振器26の主軸27を斜めにし、共焦点ファ
ブリペロー共振器26の端面での直接反射光が、偏光ビ
ームスプリッタ25で合波されたレーザ光の光学軸と一
致しないようにしている。また、共焦点ファブリペロー
共振器26内での光路はb→a→b→c→bの循環経路
を辿り共振する。
【0013】(参考文献2:B.Dahmani,L.Hollberg and
R.Drullinger, "Frequency stabilization of semicon
ductor lasers by resonant optical feedback.",Optic
s Letters,vol.12, NO.11,pp.876-878,1987) さらに、a→bの経路を通った共振光が、25の偏光ビ
ームスプリッタ25で、各々の直交2偏光成分に分離さ
れ、半導体レーザ21,22に帰還される。
【0014】このとき同時に、光帰還による自己引き込
み効果により、共焦点ファブリペロー共振器26と光結
合した半導体レーザ21,22の発振光周波数は共焦点
ファブリペロー共振器26の共振周波数に引き込まれ
る。同時に半導体レーザ21,22と共焦点ファブリペ
ロー共振器26によって構成される光共振器系の共振器
長に依存するクオリティが向上するため半導体レーザの
安定度の指標であるスペクトルの線幅は狭窄化される。
【0015】また光学軸に対して斜めに配置した共焦点
ファブリペロー共振器26は共振周波数がフリースペク
トルレンジ(FSR=c/4nL c:光速、n:屈折
率、L:共振器長,例えばL=5cmで1.5GHz)
毎に周期的に存在するため、半導体レーザの発振利得が
存在する範囲で上記の構成によって両者の半導体レーザ
の発振周波数にフリースペクトルレンジの整数倍の光周
波数差に、広帯域に渡る光周波数オフセットロックをか
けることができる。
【0016】さらに、光学系が周辺温度などの変化など
の影響を受け、半導体レーザ21,22と共焦点ファブ
リペロー共振器26との光路長が変動する場合には位相
制御素子24−1,24−2によって光路長を調整する
ことで、外乱に対して安定な装置となる。
【0017】図2は、本発明の第2の実施例を示す構成
図であり、複数の半導体レーザに関する光周波数オフセ
ットロック装置の構成例である。図2において30は光
周波数基準としての半導体レーザ、31は制御対象たる
半導体レーザ、32は例えば電気光学素子のような位相
制御素子、33は光周波数空間分離部、例えば回析格
子、34は共振周波数が周期性を有する光共振器、例え
ば共焦点ファブリペロー共振器、35は共焦点ファブリ
ペロー共振器の主軸である。
【0018】複数の半導体レーザの30,31内、一つ
の半導体レーザ30を原子、イオン、または分子の吸収
線などに安定化し光周波数基準として用い、この半導体
レーザ30からのレーザ光を回析格子33を介して光学
軸に対して斜めに配置した共焦点ファブリペロー共振器
34に入射する。入射したレーザ光は共焦点ファブリペ
ロー共振器34内で、b→a→b→c→bの循環経路を
辿り共振する。さらに、a→bの経路を通った共振光
が、回折格子33で入射した光路を辿り光周波数基準と
する半導体レーザ30に帰還される。
【0019】このとき同時に、光帰還による自己引き込
み効果により、共焦点ファブリペロー共振器34と光結
合した半導体レーザ30の発振光周波数は共焦点ファブ
リペロー共振器34の共振周波数に引き込まれる。同時
に半導体レーザ30と共焦点ファブリペロー共振器34
によって構成される光共振器系の共振器長に依存するク
オリティが向上するため半導体レーザの安定度の指標で
あるスペクトルの線幅は狭窄化される。これは原子、イ
オン、または分子の吸収戦に安定化することで長期的な
安定が得られ、さらに、光共振器との光結合により短気
的な安定度が向上する。
【0020】また、他の複数の半導体レーザ31に関し
ても、光周波数基準として用いる半導体レーザ30の回
折格子33から共焦点ファブリペロー共振器34の光路
と一致するように、個々の光周波数による回折格子33
の回折角を満足するような光学的な配置を構成すること
で、光周波数基準の半導体レーザ30の光周波数と、共
焦点ファブリペロー共振器34のフリースペクトルレン
ジの整数倍の光周波数差を与えて、発振光周波数を安定
化する。
【0021】回折格子33は半導体レーザの波長(光周
波数)によって回折角が異なるため、光周波数の異なる
複数の半導体レーザを上述の原理に基づき、一つの光共
振器のそれぞれの共振周波数に安定化することが可能で
ある。
【0022】さらに、光学系が周辺温度などの変化など
の影響を受け、半導体レーザ30,31と共焦点ファブ
リペロー共振器34と光路長が変動する場合には位相制
御素子32によって光路長を調整することで、外乱に対
して安定な装置になし得る。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1,2によ
れば、周期的な共振周波数を有する光共振器からの光帰
還法によって、半導体レーザの発振光周波数を光共振器
の共振周波数に安定化することで、光共振器の共振周波
数間隔の整数倍の光周波数を持たせて、複数の半導体レ
ーザの広帯域に渡る光周波数オフセットロックを提供で
き、同時に半導体レーザの発振スペクトル線幅も上記の
光帰還によって狭窄化されるため、狭スペクトル線幅の
半導体レーザを提供することができる。また電気的な制
御回路を有さずに構成できるため装置全体の小型化が可
能であるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図
【図2】本発明の第2の実施例を示す構成図
【図3】ファブリペロー共振器の透過光の光周波数伝達
特性を説明する図
【図4】従来の電気的な負帰還によるオフセットロック
システムの構成例
【符号の説明】
21…主レーザ、22…従レーザ、23…半波長板、2
4−1,24−2…位相制御素子、25…偏光ビームス
プリッタ、26…共焦点ファブリペロー共振器、27…
共焦点ファブリペロー共振器の主軸、31…周波数基準
レーザ(半導体レーザ)、32…制御対象たる半導体レ
ーザ、33…位相制御素子、34…回折格子、35…共
焦点ファブリペロー共振器、36…共焦点ファブリペロ
ー共振器の主軸。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザ出射光の偏光性を利用し、光
    路上にある偏光の主軸を回転させる偏光子と、直交する
    2偏光成分の位相を保存したまま、直交2偏光成分に分
    離または直交2偏光成分を合波する偏光分離部と、周期
    的な共振特性を有する光共振器とによって構成されるこ
    とを特徴とする光帰還型光周波数オフセットロック装
    置。
  2. 【請求項2】複数の半導体レーザと、半導体レーザの光
    周波数に応じて空間的に分離する光周波数空間分離部
    と、周期的な共振特性を有する光共振器とによって構成
    されることを特徴とする光帰還型光周波数オフセットロ
    ック装置。
JP4012363A 1992-01-27 1992-01-27 光帰還型光周波数オフセットロック装置 Pending JPH05206561A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100182614A1 (en) * 2007-09-07 2010-07-22 Korea Research Institute Of Standards And Science Shape measurement apparatus and method
US11031750B2 (en) 2018-03-28 2021-06-08 Nichia Corporation Light source device

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