JPH05276115A - 光周波数安定化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィードバック制御に不安定要因がなく、高
いループゲインで半導体レーザの光周波数を制御できる
光周波数安定化回路を提供すること。 【構成】 入力電気信号を光信号として変換出力する半
導体レーザと、この半導体レーザからの光信号の一部に
対して強度変更を行なう光共振器と、この光共振器の出
力を電気信号に変換する光検出器と、この光検出器の電
気信号に対し所定の周波数成分のみを抽出する第１のバ
ンドパスフィルタと、前記半導体レーザへの入力電気信
号の一部に対し前記所定の周波数成分と等しい成分のみ
を抽出する第２のバンドパスフィルタと、前記第１のバ
ンドパスフィルタの出力と前記第２のバンドパスフィル
タの出力との積信号の成分を前記入力電気信号に加える
ことにより前記半導体レーザの光周波数を制御する手段
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電気信号を光信号に変
換する半導体レーザに対する光周波数安定化回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コヒーレント光通信では光周波数を安定
化する技術が重要であり、従来、図４に示すような光周
波数安定化回路がある。この図で１は半導体レーザであ
り、入力電気信号を特定周波数の光信号に変換する。こ
の半導体レーザの出力光の一部はファブリペロ共振器２
に入射する。このファブリペロ共振器２は出力光の光強
度を高める。ファブリペロ共振器２を透過した光は光検
出器３に入射し、電気信号に変換される。そしてローパ
スフィルタ４を通過したのち掛算器５に入力される。一
方、データ信号は６の線から入力され、その一部はロー
パスフィルタ７を通過して掛算器５に入力する。そし
て、掛算器５の出力はローパスフィルタ８を通過し、低
周波成分がバイアスとして加算器９でデータ信号に加え
られ、半導体レーザ１を駆動する。このようにデータ信
号の中の低周波成分を利用したフィードバック制御を行
なうことにより、半導体レーザの光周波数はファブリペ
ロ共振器２の共振周波数に安定化される。

【０００３】ところで、従来のこのような光周波数安定
化回路ではループゲインを増大させて、制御誤差を抑え
ようとするとループが発振し、不安定になるという欠点
を有していた。つまり半導体レーザをフィードバック制
御することにより、その光周波数が変化するが、その出
力光の強度も同時に変化する。従って光周波数の変化分
と共に光強度の変化分もファブリペロ共振器，光検出
器，ローパスフィルタを介して検出され、バイアスとし
て加えられるため、ループが収束しなくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の光周波数安定化回路はループゲインを大きく取れな
いため、制御誤差が大きいという問題を有していた。ま
た、ループゲインを大きくすると、ループが発振し、不
安定であった。本発明は上記欠点を解決し、ループゲイ
ンを大きくして制御誤差を低減するとともに、安定な光
周波数安定化回路を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力電気信号
を光信号として変換出力する半導体レーザと、この半導
体レーザからの光信号の一部に対して強度変更を行なう
光共振器と、この光共振器の出力を電気信号に変換する
光検出器と、この光検出器の電気信号に対し所定の周波
数成分のみを抽出する第１のバンドパスフィルタと、前
記半導体レーザへの入力電気信号の一部に対し前記所定
の周波数成分と等しい成分のみを抽出する第２のバンド
パスフィルタと、前記第１のバンドパスフィルタの出力
と前記第２のバンドパスフィルタの出力との積信号の成
分を前記入力電気信号に加えることにより前記半導体レ
ーザの光周波数を制御する手段とを備えたことを特徴と
するものである。

【０００６】

【作用】一般に半導体レーザの注入電流を変化させる光
周波数ばかりでなく、光出力も変化する。一方、ファブ
リペロ共振器と光検出器を組合せた光周波数検出系では
光周波数の変化ばかりでなく、光出力の変化に対しても
出力の変化をもたらす。

【０００７】したがって、上記の２つを組合せた光周波
数安定化回路では光周波数を一定にするため注入電流を
変化させその結果光出力が変化し、この光出力の変化を
光検出器が読み取り、アンプや掛算器が飽和するなどし
て誤まったフィードバック制御を半導体レーザに加え、
フィードバックループが発振を起こすという結果にな
る。従来の光周波数安定化回路が発振しやすいという問
題はこのような理由で生じると考えられる。

【０００８】そこで、このような問題を解決するため
に、光検出器の出力信号の低周波成分をなくし、半導体
レーザの出力変化に反応しないようにする。すなわち、
バンドパスフィルタを用いて、低周波成分をカットする
のである。そして、バンドパスフィルタの低周波遮断周
波数はフィードバックループの応答周波数より高く設定
すれば安定な制御が実現できる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１はその構成を示すものである。但し、図１
において図４と同一部分には同一符号を付して示す。

【００１０】図１において、１は半導体レーザであり、
半導体レーザの光出力の一部はファブリペロ共振器２に
入射する。ファブリペロ共振器２を透過した光は光検出
器３に入射し、電気信号に変換される。そしてバンドパ
スフィルタ10を通過したのち掛算器５に入力される。一
方、データ信号（電気信号）は６の線から入力され、そ
の一部はバンドパスフィルタ11を通過して掛算器５に入
力する。つまりバンドパスフィルタ10，11により同じ周
波数領域の信号が抽出される。そして、掛算器５の出力
はローパスフィルタ８を通過し、低周波成分がバイアス
として加算器９でデータ信号に加えられ、半導体レーザ
１を駆動する。このようなフィードバック制御を行なう
ことにより、半導体レーザの光周波数はファブリペロ共
振器２の共振周波数に安定化される。

【００１１】以上の構成で、光検出器３の出力信号はバ
ンドパスフィルタ10により低周波成分が遮断される。す
なわち、半導体レーザ１が注入電流の変化により出力変
動してもその成分はバンドパスフィルタ10により除却さ
れ、この信号を増幅する増幅器や掛算器５が飽和するこ
となく安定に動作できる。したがって、フィードバック
ループのループゲインを高め、制御誤差を低減すること
も可能となる。

【００１２】ここで、バンドパスフィルタの低域遮断周
波数はフィードバックループゲインのループゲインが１
となる周波数ｆ_c より大きく設定すれば半導体レーザの
出力変動成分が除却でき、制御系の安定性を著じるしく
向上できる。

【００１３】又、バンドパスフィルタの中心周波数は半
導体レーザの変調信号の中で確実に存在する低周波成分
に合わせておく必要がある。デジタル信号を伝送する場
合では７段程度のスクランブラ（７段のシフトレジスタ
により発生するデータ信号）を付加することが多く、こ
のような場合では伝送速度の１／127 の周波数に合わせ
ておけばよい。以上のバンドパスフィルタはセラミック
フィルタもしくはＳＡＷフィルタを用いることにより無
調整で周波数を設定できる。

【００１４】図２は本発明による他の実施例を示す。こ
の例では低周波領域のチャンネル識別信号発生器12から
の信号をデータ信号に加算器13で加えて変調する。そし
て、バンドパスフィルタ10ではこのチャンネル識別信号
を抽出し、半導体レーザ１の光周波数を安定化するもの
である。

【００１５】つまり本来のデータ信号が高周波領域から
成るのに対し、チャンネル識別信号は低周波領域から成
る場合、バンドパスフィルタ10ではこの低周波領域のチ
ャンネル識別信号のみを取り出すことができる。従って
半導体レーザによりデータ信号の強度が変化したとして
も、その変化分は高周波領域に存在するため、バンドパ
スフィルタ10で遮断できる。

【００１６】このチャンネル識別信号は本来は光受信側
でチャンネルを識別するために使われる。つまり図３に
示すように予め複数種類のチャンネル識別信号ｆ₁ ，ｆ
₂ ，…，ｆ_m が用意されるが、送信側ではデータを送る
べき受信局に対応した１つのチャンネル識別信号を選択
し、チャンネル識別信号発生器12へセットしておく。受
信局ではこのチャンネル識別信号に従って所望の送信局
からのデータを取り込む。上述したようにチャンネル識
別信号は、この例のように半導体レーザの光周波数を安
定化するために用いることもできる。

【００１７】尚、上記実施例では半導体レーザの光信号
を強度変更するものとしてファブリペロ共振器を用いた
が、これに代えてガスセルを用いても同様の効果を得る
ことができる。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
フィードバック制御に不安定要因がなく、高いループゲ
インで半導体レーザの波長を高精度に制御できる光周波
数安定化回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る光周波数安定化回路
のブロック図。

【図２】 本発明の他の実施例に係る光周波数安定化回
路のブロック図。

【図３】 複数種類のチャンネル識別信号の発生器を示
す図。

【図４】 従来の光周波数安定化回路のブロック図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ ２…ファブリペロ共振器 ３…光検出器 ５…掛算器 ８…ローパスフィルタ ９…加算器 10，11…バンドパスフィルタ 12…チャンネル識別信号発生器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電気信号を光信号として変換出力す
   る半導体レーザと、この半導体レーザからの光信号の一
   部に対して強度変更を行なう光共振器と、この光共振器
   の出力を電気信号に変換する光検出器と、この光検出器
   の電気信号に対し所定の周波数成分のみを抽出する第１
   のバンドパスフィルタと、前記半導体レーザへの入力電
   気信号の一部に対し前記所定の周波数成分と等しい成分
   のみを抽出する第２のバンドパスフィルタと、前記第１
   のバンドパスフィルタの出力と前記第２のバンドパスフ
   ィルタの出力との積信号の成分を前記入力電気信号に加
   えることにより前記半導体レーザの光周波数を制御する
   手段とを備えたことを特徴とする光周波数安定化回路。
2. 【請求項２】 前記入力電気信号は高周波領域のデータ
   信号と低周波領域のチャンネル識別信号から成り、前記
   第１のバンドパスフィルタ及び第２のバンドパスフィル
   タは前記チャンネル識別信号成分を夫々抽出するもので
   ある請求項１記載の光周波数安定化回路。
3. 【請求項３】 前記バンドパスフィルタの低域遮断周波
   数は、前記光周波数の制御ゲインが１となるものより大
   きいことを特徴とする請求項１記載の光周波数安定化回
   路。
4. 【請求項４】 前記光共振器に代えてガスセルを用いた
   ことを特徴とする請求項１記載の光周波数安定化回路。