JPH06101604B2 - 複数の光源周波数の安定化方法 - Google Patents

複数の光源周波数の安定化方法

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JPH06101604B2
JPH06101604B2 JP61190177A JP19017786A JPH06101604B2 JP H06101604 B2 JPH06101604 B2 JP H06101604B2 JP 61190177 A JP61190177 A JP 61190177A JP 19017786 A JP19017786 A JP 19017786A JP H06101604 B2 JPH06101604 B2 JP H06101604B2
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のレーザの発振周波数を一括して安定化
させる複数の光源周波数安定化方法に関する。本発明
は、光周波数分割多重伝送用光源として使用される。
〔従来の技術〕
第5図は複数の光源周波数安定化方法による従来の光源
の一例を示すブロック構成図である(イー.ジェ.バァ
チァアス他「コヒーレント光ファイバ加入者線」エレク
トロニクスレター;E.J.Bachus etal「Coherent opical-
fiber subscriber line」Electronics Letters第21巻、
1203頁、1985年参照)。本従来例は、3個の半導体レー
ザ1、2および3の光信号の光周波数f1、f2、f3を安定
化させる方法を示している。安定化法を次に述べる。ま
ず、制御用半導体レーザ3の出力を出力光ファイバF3に
結合し、これを光ファイバF4およびF5に分岐し、光ファ
イバF5の出力をf−V変換器5に入力する。f−V変換
器5は入力レーザ周波数(f)に対して第6図のような
光出力(V)特性を有する。このような特性は、例えば
ファブリ・ペローエタロンやリング共振器を用いること
により得られる。第6図中のA点では光周波数の変動が
出力強度変動に変換される。これをフォトダイオード6
で検波し、制御回路7を通してバイアス電流、あるいは
温度に負帰還することにより半導体レーザ3の光周波数
f3は絶対周波数安定化される。
そして、半導体レーザ1、2および3の出力はそれぞれ
出力用の光ファイバF1、F2およびF4を通して、合波器4
に結合し、合波後光ファイバF6に結合される。光ファイ
バF6の出力はさらに伝送用の光ファイバF7とモニタ用の
光ファイバF8に分岐される。光ファイバF8の出力は光方
向性結合器C1により制御用の半導体レーザ10の出力と混
合され、フォトダイオード11でヘテロダイン検波され
る。いま、半導体レーザ10の光周波数fcを光周波数F1
F2およびf3にわたってのこぎり波発生回路9により掃引
すると、fc=fn(n=1、2、3)のとき、半導体レー
ザ10でヘテロダイン検波出力パルスが発生する。チャン
ネル周波数制御回路8ではそれぞれの出力パルスの発生
時刻を記憶し、各々のレーザ間の相対的周波数位置の設
定値と比較し、その差に相当する温度較正値T1T2および
Tcをそれぞれ半導体レーザ1、2および10の温度にフィ
ードバックすることにより、各々の発振周波数を安定化
するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の従来の安定化方法では、半導体レーザ10におい
て、ヘテロダイン検波を行うため、検波回路が複雑にな
るとともに各レーザ間の偏波を揃える必要がある。従来
の単一モードファイバを使用した場合、温度等の外乱に
より偏波ゆらぎを生じるため、周波数測定精度の劣化が
起こる可能性がある。従って偏波ゆらぎを抑えるため高
価な偏波保持ファイバを導入する必要が生じる。また、
多重数が増加した場合、光周波数fcを広範囲にわたり掃
引する必要が生じる。例えば5GHzの周波数間隔で10波多
重する場合、所要掃引周波数は最小で45GHzとなる。典
型的な波長1.55μm帯のInGaAsP/Inp系のDFBレーザでは
45GHz変化させるためには温度を4℃変化させる必要が
あり、1回掃引するために1分以上の時間を要し、周波
数ゆらぎを十分速く抑圧することができない欠点があ
る。
また、半導体レーザのバイアス電流によって発振周波数
を変化させることもできる。この場合、発振周波数45GH
zの変化は電流変化でほぼ45mAに相当し、そのために半
導体レーザ10の発振出力が大きく変動し、周波数測定精
度が劣化する。このように、従来の安定化方法は多重数
を増加した場合、十分な機能を果たさない欠点がある。
本発明の目的は、上記の欠点を除去することにより、簡
易でしかも安定な構成で、複数の光源周波数を一括して
安定化させることができる複数の光源周波数の安定化方
法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、異なる光周波数の光信号を発生する複数のレ
ーザについて、いずれか一つのレーザの光周波数を安定
化回路により安定化して、この安定化した光周波数の光
信号と他の各レーザの光信号を合波し、所定の手段によ
り上記安定化したレーザの光周波数を基準として上記他
の各レーザの光周波数を比較し設定値からのずれ量を検
出し、このずれ量に従って上記他の各レーザの光信号発
生条件を制御し、光周波数の安定化を行う複数の光源周
波数の安定化方法において、上記所定の手段として掃引
形干渉計を用い、上記安定化したレーザの光周波数と上
記他の各レーザの光周波数との間隔を測定し、その値を
各々の設定値と比較しずれ量とすることを特徴とする。
〔作用〕
掃引形干渉計例えば掃引形ファブリ・ペロー干渉計は、
多波の光信号を直接同時に入力してそれぞれの光周波数
に対応して干渉した光信号が出力される。従ってこの出
力を受光素子で検出して、安定化した光周波数を基準と
して各光周波数の周波数間隔を求め、この値をあらかじ
め設定された値と比較することにより各光周波数のずれ
量が得られる。
すなわち、従来例のように特別に制御用のレーザ(第5
図の半導体レーザ10)を必要とせず、かつヘテロダイン
検波などの間接的でなく直接的に各光周波数のずれ量が
得られる。
従って、簡単でかつ安定な構成で、複数の光源周波数を
一括して安定化させることが可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は本発明の一実施例による光源を示すブロック構
成図で、4個の半導体レーザについての場合を示す。
本実施例は、4個の単一縦モードスペクトルを有する半
導体レーザ21、22、23および24と、それぞれの温度安定
化回路25、26、27および28と、それぞれの出力用の光フ
ァイバF11、F12、F13およびF14と、光ファイバF11を光
ファイバ15およびF16に分岐する光方向性結合器C11と、
入力に光ファイバF15、F12、F13およびF14が接続され、
各半導体レーザ21〜24の光周波数f11、f12、f13およびf
14の光信号を合波する合波器29と、光ファイバF16に分
岐された半導体レーザ11の光周波数を弁別するための、
レンズL11、L12、ファブリ・ペローエタロン30およびフ
ォトダイオードD11と、フォトダイオードD11の出力に接
続され半導体レーザ11のバイアス電流を制御する電流制
御回路31と、合波器29の出力用の光ファイバ17と、光フ
ァイバ17を伝送用の光ファイバF18と、モニタ用の光フ
ァイバF19とに分岐する光方向性結合器C12と、光ファイ
バF19からの光信号をレンズL13を介して入力し各光周波
数の周波数間隔を測定する掃引形ファブリ・ペロー干渉
計32と、掃引形ファブリ・ペロー干渉計32の出力を取り
出し電気信号に変換するレンズL14およびフォトダイオ
ードD12と、フォトダイオードD12の出力を入力し、ディ
ジタル信号に変換するA・D変換器33と、A・D変換器
33の出力を入力し、各光周波数f12、f13およびf14の所
定の設定値からのずれ量を算出するプロセッサ34と、プ
ロセッサ34の出力を各半導体レーザ12,13および14に振
り分けるスキャナ35と、スキャナ35の出力をアナログ信
号に変換して、各半導体レーザ12、13および14のバイア
ス電流に負帰還するD・A変換器36とを含んでいる。な
お、ここで光ファイバはすべて単一モードのものであ
る。
次に、本実施例の動作について説明する。まず半導体レ
ーザ21〜24の温度安定化をそれぞれの温度安定化回路25
〜28により行う。各々の光信号はそれぞれ光ファイバF1
1〜F14に結合され、合波器29により光ファイバF17に光
学的に多重して結合される。その際、光ファイバF11の
出力は光方向性結合器C11により合波器29に結合する光
ファイバF15と光ファイバF16とに分岐される。光ファイ
バF16の出力はレンズL11によりコリメートされ、ファブ
リ・ペローエタロン30を透過し、レンズL12によりフォ
トダイオードD11に結合される。ファブリ・ペローエタ
ロン30により、半導体レーザ11の光周波数ゆらぎは光強
度ゆらぎ変換され、さらにフォトダイオードD11により
信号強度ゆらぎに変換される。これを電流制御回路31を
通して半導体レーザ11のバイアス電流に負帰還すること
により、半導体レーザ11の光周波数が絶対安定化され
る。両端の反射率90%、厚さ5mmのエタロンを用いた場
合、周波数安定度約1MHzが実験的に得られた(鳥羽他、
「光波伝送LD光源周波数安定化回路の検討」、昭和60年
度電子通信学会総合全国大会予稿2647参照)。実験で使
用した半導体レーザは、波長1.5μm帯で発振するInGaA
sP/InPの分布帰還形半導体レーザである。この場合、電
流に対する発振周波数の変動量は典型的には1GHz/mAで
ある。
一方、半導体レーザ22〜24の光周波数は掃引形ファブリ
・ペロー干渉計32を周波数モニタとして、半導体レーザ
11の光周波数に対して相対的に安定化される。以下その
手順を述べる。合波器出力用の光ファイバF17は光方向
性結合器C12により伝送用の光ファイバF18とモニタ用の
光ファイバF19に分岐され、光ファイバF19の出力はレン
ズL13によりコリメートされた後、掃引形ファブリ・ぺ
ロー干渉計32を透過し、レンズL14によりフォトダイオ
ードD12に結合され、フォトダイオードD12により直接検
波される。
第2図は掃引形ファブリ・ペロー干渉計32の出力スペク
トルを示す特性図である。第2図中f11〜f14はそれぞれ
半導体レーザ11〜14の光周波数であり、各半導体レーザ
の周波数間隔は5GHz、ファブリ・ペロー干渉計32の自由
空間長は30GHzに設定している。フォトダイオードD12の
出力はA・D変換器33を通してプロセッサ34により光周
波数f12、f13およびf14と光周波数f11との相対周波数差
を各々測定し、所定の周波数差からの誤差を計算する。
その後スキャナ35およびD・A変換器36を通して周波数
誤差に対応する電流量を各半導体レーザ22〜24のバイア
ス電流に負帰還することにより、反動体レーザ22〜24の
光周波数f12〜f14を半導体レーザ21の光周波数f11に対
して相対的に安定化させることができ、結果として半導
体レーザ21〜24の光周波数f11〜f14が絶対安定化され
る。
第3図は安定化を行わない場合の相対周波数の時間変化
を示す特性図である。15分間で約600MHzのドリフトが生
じている。
第4図は周波数安定化時の相対周波数の時間変化を示す
特性図である。電流帰還の間隔は2秒であり、短期的な
変動(≦2秒)は安定化前の140MHzに対し、安定化時12
0MHzと、顕著な改善は見られないが、長期的ドリフトは
ほぼ抑圧されている。電流帰還速度を速くすることによ
り、短期的安定度も改善される。
また、本実施例では半導体レーザのバイアス電流に帰還
したが、レンズ温度に帰還して安定化させることも可能
である。1.5μm帯で発振するInGaAsP/InP分布帰還形半
導体レーザの温度に対する発振周波数の変動量は約10GH
z/℃である。
さらに、本実施例では4光周波数の安定化を行ったが、
それ以上の周波数についても、掃引形ファブリ・ペロー
干渉計の自由空間長を全体の周波数範囲よりも大きく設
定するだけで同様に安定化させることができる。
本発明の特徴は、第1図に示すように、掃引形干渉計に
より複数の光源の光周波数を一括して測定し、これらを
同時に安定化することにある。従来の技術では、各々の
光源の周波数差をヘテロダイン検波により測定するのに
対し、本発明では直接検波すること、また、制御用レー
ザ(第5図の半導体レーザ10)を使用しないというとこ
ろが異なる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、複数の光源周波数を一
括して安定化することが可能であるうえ、各光源周波数
を直接検波しているので、多数の光源周波数の安定化に
ついて、簡易でしかも安定な構成で行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による光源を示すブロック構
成図。 第2図は第1図の安定化時の掃引形ファブリ・ペロー干
渉計の出力スペクトルを示す特性図。 第3図は第1図において安定化を行わない場合の相対周
波数の時間変化を示す特性図。 第4図は第1図において安定化を行った場合の相対周波
数の時間変化を示す特性図。 第5図は従来例による光源を示すブロック構成図。 第6図は第5図のf−V変換器の光周波数と光出力の関
係を示す特性図。 1〜3、10、21〜24……半導体レーザ、4、29……合波
器、5……f−V変換器、6、11……フォトダイオー
ド、7……制御回路、8……チャンネル周波数制御回
路、9……のこぎり波発生器、25〜28……温度安定化回
路、30……ファブリ・ペローエタロン、31……電流制御
回路、32……掃引形ファブリ・ペロー干渉計、33……A
・D変換器、34……プロセッサ、35……スキャナ、36…
…D・A変換器、C1、C11、C12……光方向性結合器、D1
1、D12……フォトダイオード、F1〜F8、F11〜F19……光
ファイバ、f1〜f3、f11〜f14……光周波数、L11〜L14…
…レンズ、T1、T2、Tc……温度較正値。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】異なる光周波数の光信号を発生する複数の
    レーザについて、いずれか一つのレーザの光周波数を安
    定化回路により安定化して、この安定化した光周波数の
    光信号と他の各レーザの光信号を合波し、所定の手段に
    より上記安定化したレーザの光周波数を基準として上記
    他の各レーザの光周波数を比較し設定値からのずれ量を
    検出し、このずれ量に従って上記他の各レーザの光信号
    発生条件を制御し、光周波数の安定化を行う複数の光源
    周波数の安定化方法において、 上記所定の手段として掃引形干渉計を用い、上記安定化
    したレーザの光周波数と上記他の各レーザの光周波数と
    の間隔を測定し、その値を各々の設定値と比較しずれ量
    とする ことを特徴とする複数の光源周波数の安定化方法。
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