JPH07112088B2 - 周波数安定化光源 - Google Patents

周波数安定化光源

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JPH07112088B2
JPH07112088B2 JP62326280A JP32628087A JPH07112088B2 JP H07112088 B2 JPH07112088 B2 JP H07112088B2 JP 62326280 A JP62326280 A JP 62326280A JP 32628087 A JP32628087 A JP 32628087A JP H07112088 B2 JPH07112088 B2 JP H07112088B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/139Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1392Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length by using a passive reference, e.g. absorption cell

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 コヒーレント光通信やIM/DD(直接変調/直接受信)及
びコヒーレント光計測等に用いられる周波数安定化光源
に関し、回動部分がなく、小型でかつ速い掃引速度で、
局発光源の出力光の周波数安定化を行ないつつ、連続チ
ューニングを可能とすることを目的とし、 局発光源と、出力光の周波数安定化用のファブリ・ペロ
ー干渉計とを具備する周波数安定化光源において、電気
光学効果又は熱光学効果を有するファブリ・ペロー干渉
計を用い、ファブリ・ペロー干渉計に印加する掃引電圧
又は熱を可変させることにより、出力光周波数安定化さ
せるとともに連続可変させるよう構成した。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、コヒーレント光通信やIM/DD(直接変調/直
接受信)及びコヒーレント光計測等に用いられる周波数
安定化光源に関する。
近年、周波数多重(FDM)を行なう伝送方式の検討が内
外の研究機関で進められている。この方式は、受信側に
おいて局部発振光源(以下、局発光源という)を用意し
てヘテロダイン又はホモダインを行なえばコヒーレント
伝送に、またチューナブルな狭帯域フィルタを用いれば
IM/DD伝送にも用いることのできる技術である。
このようなコヒーレント光通信を実現するためには、多
数の光搬送波から1つの周波数を選ぶために、局発光源
を中間周波数だけ離れた位置にチューニングする必要が
ある。
〔従来の技術〕
このようなチューニングを行なう従来構成として、表−
1に示すものが提案されている。尚、表−1には各構成
に対応してその特長及び問題点も列挙してある。
第4図は上記表のうち、ファブリ・ペロー干渉計を用い
て周波数安定化を図りつつチューニングを行なう周波数
安定化光源の従来構成のブロック図である。図中、11は
局発光源、12は光カプラ、13はファブリ・ペロー干渉
計、14,15は検出器、16は除算器、17は基準電源、18は
比較器、19はPID制御器及び20はバイアス回路である。
また→は光ファイバ中の光信号であり、−→は電気信号
を示す。
局発光源11の出力光は光カプラ12で分岐され、一方にお
いてファブリ・ペロー干渉計13に与えられ、他方におい
て検出器14に与えられる。ファブリ・ペロー干渉計13は
局発光源13の周波数変動を強度変動に変換する。そし
て、その出力は検出器15に与えられる。除算器16は検出
器15で得られる強度変動を検出器14で得られる光出力の
強度変動で除算して、正規化された局発光源の周波数変
動を得る。比較器18はこの周波数変動と基準電源とを比
較し、その差をPID制御器19に出力する。PID制御器19は
バイアス回路20が出力するバイアス電圧を制御し、局発
光源11に与える。このようにして、周波数安定化が行な
われる。
ここで、ファブリ・ペロー干渉計13は第5図に示すよう
に、縦モード間隔を周期とした透過光量の周波数依存性
がある。上記周波数安定化法は図示する肩特性(共振ピ
ーク)を周波数弁別に利用したものである。
以上の構成において、光出力の周波数(ν)を連続可変
する場合、まず第1に、基準電源17の電圧を変えること
により行なうことが考えられる。しかしながら、この方
法では1つの肩の中(例えば、第5図のP点を中心とす
る肩の中)しか変化させることができず、その変化幅は
1GHz程度である。実用上、例えば10GHz間隔で10波合成
するような場合には不適である。
そこでファブリ・ペロー干渉計13のミラー間隔を変える
ことで、局発光源11の発振周波数を大幅に可変すること
が考えられる。これは、第5図の共振ピークを左右に動
かすことに相当する。例えば、ファブリ・ペロー干渉計
のFSR(Free Spectrum Range)は FSR=C/2nl ただし、C;光速,n;屈折率,l;ミラー間隔、のとおり表わ
すことができる。この場合、PZTT等でミラー間隔を可変
した場合、共振周波数の変化は次式のようになる。
ただし、λ;発振波長 例えば、λ/2nの変位でFSR間隔(例えば、l=10mm,n
=1.5(石英)でFSR≒10GHz)の周波数変位が可能とな
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来の構成は次の問題点を有する。
従来、コヒーレント光通信に用いられているファブリ・
ペロー干渉計13は光学ガラスや石英で構成されている。
いま、温度変化に対する共振周波数変化を考える。温度
変化に対する共振周波数変化は、次式のとおり表わすこ
とができる。
この変動は、特に屈折率変化がかなり大きく、この変化
のみを考えてみても1℃当り2×1014Hz×10-5=2GHz
(λm=1.55μmもの変動を生じる。このため、周波数
安定化の目的で例えば10MHz程度の変動を抑えるために
は、ファブリ・ペロー干渉計13の温度変動を10(MHz)/
2(GHz)=0.005℃以下にする必要がある。
このように、従来構成ではPZT等で機械的にミラー間隔
を変えてチューニングする必要があり、そのための機構
も大型化し、しかも精密な温度制御が必要であるという
問題点があった。
その他、ファブリ・ペロー干渉計の掃引方法としては従
来からPZT掃引の他に表−2に示す方法が知られている
が、いずれも表中に記載されているような問題点があ
り、コヒーレント光通信の連続チューニング法としては
不適である。
例えば、温度掃引方法として、「土田他、“周波数安定
化用ファブリ・ペロー干渉計の温度特性”、第33回応用
物理学関係連合講演会予稿集Ia−M−Q」に示されてい
るが、コヒーレント光通信用としては動作速度が遅いと
いう問題点がある。
従って、本発明はコヒーレント光通信の局発光源のチュ
ーニングに可動部分がなく、小型で、速い掃引速度(10
ms程度以下)で、局発光源の出力光の周波数安定化を行
ないつつ、連続チューニングを可能とした周波数安定化
光源を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は局発光源と、出力光の周波数安定化用のファブ
リ・ペロー干渉計とを具備する周波数安定化光源におい
て、電気光学効果又は熱光学効果を有するファブリ・ペ
ロー干渉計を用い、ファブリ・ペロー干渉計に印加する
掃引電圧又は熱を可変させることにより、出力光を周波
数安定化させるとともに、連続可変させるよう構成した
ものである。
〔作用〕
電気光学効果を有するファブリ・ペロー干渉計そのもの
は、例えば「A.Szke,V.Danean,J.Goldhar and N.A.Ku
rnit,“Bistable Optical Element and its Applicatio
ns"Appl.Phys.Lett.15,pp376−379,1969」にあるよう
に、ハイブリッド形光双安定素子として以前から検討さ
れているが、分光の分野にファブリ・ペロー干渉計を用
いた例は報告されていない。これは、この分野ではある
程度のアパーチャ(有効径)が必要とされ(数mm以
上)、電気光学効果を有効に作用させられなかったもの
と考えられる。光通信の分野では、光は光ファイバ中を
伝搬させるため1mm以下の有効径で良く、電気光学効果
で広い周波数掃引が可能となる。
例えば、電気光学材料として最も一般的なニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)を例にとると、第2図に示すように、Y
カット、X方向伝搬LiNbO3において光学軸(Z軸)に沿
って電界を印加した場合、入射する光の常光線21と異常
光線22のう異常光線22の屈折率変化Δneは、 となる。ここで、通常用いられている電界である10V/μ
mをかけると、 Δne=0.5×30.8×10-12×2.203×10×106 ≒1.64×10-3 の屈折率変化を得る。これをファブリ・ペロー干渉計の
周波数変化に換算すると、 の可変範囲が得られる。
電気光学効果をバルク結晶で実現する場合、例えば、1m
m角の材料で構成すると、100GHz動かすのに必要な屈折
率変化Δn1となり、このとき必要な電界は となる。従って、1mm角の材料の両端に6640V程度の電圧
をかければ良い。LiNbO3の他にチタン酸バリウムBaTiO3
の電気光学係数r42が840と大きな値を示すので、これを
用いれば1桁以下の低電圧化が可能となる。
LiNbO3においても、導波路構造でファブリ・ペロー干渉
計を構成すれば低電圧化が可能である。この導波路構造
は第3図に示すように、位相変調器23の両端面24a,24b
を垂直に研磨し、ミラーコートすれば良い。例えば、電
極25a,25b間隔を10μmとすれば、上記条件と同様の条
件で、67V程度の電圧となる。特に、導波路構造ではバ
ルク結晶より屈折率変化が大きくなり、一層の低電圧化
が可能となる。
電気光学効果の他に、熱光学効果を用いても数msの応答
時間で同様の動作が可能となる。例えば、LiNbO3やルチ
ルTiO2などを用いることができる。尚、この印加する熱
は電流を熱光学素子に印加することで行なうことができ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例のブロック構成図である。
図中、第4図と同一構成要素には同一の参照番号を付し
てある。ファブリ・ペロー干渉計26は電気光学効果又は
熱光学効果を有するファブリ・ペロー干渉計である。フ
ァブリ・ペロー干渉計26には、のこぎり波状の掃引電圧
VSCANを印加する。これにより、ファブリ・ペロー干渉
計26の屈折率は変化するので共振周波数が変化し、周波
数弁別が可能となる。
高帯域除算器27は、検出器15で得られる周波数変動に対
応する強度変化を、検出器14で得られる強度変動で除算
して、正規化している。高帯域比較器28は、正規化され
た周波数変動と基準電圧を発生する基準電源17と比較
し、その差を検出する。高帯域増幅器29は、高帯域比較
器28の出力を増幅する。
ここで、高帯域除算器27、高帯域比較器28及び高帯域増
幅器29はいずれも高帯域化(好ましくは更に、高利得
化)されている。これは、局発光源11に電気的負帰還を
特に高帯域化して高速にかけることにより、局発光源11
のスペクトル線幅を狭くするためである。コヒーレント
光通信のうち、DPSK(差分位相シフトキーイング)やCP
FSK(位相連続周波数シフトキーイング)などの高度の
変調を行なう場合には、スペクトル線幅が狭い必要があ
る。
動作を説明すると、局発光源11の出力光は光カプラ12で
2つに分岐され、一方はファブリ・ペロー干渉計26に与
えられる。ファブリ・ペロー干渉計26にはのこぎり波状
の掃引電圧VSCANが印加されており、共振周波数が変化
し、局発光源11の連続チューニングが行なわれる。この
ときの周波数変動はファブリ・ペロー干渉計26により強
度変動に変換され、検出器15に与えられる。検出器15は
この周波数変動に対応した強度変動を検出し、高帯域除
算器27に出力する。一方、検出器14は局発光源11の強度
変動を検出し、高帯域除算器27に出力する。高帯域比較
器28は検出器15の出力検出器14の出力で除算し、規格化
された周波数変動に対応する電圧を出力する。高帯域比
較器28はこの周波数変動に対応する電圧を基準電源17の
基準電圧と比較し、その差電圧を高帯域増幅器29に出力
する。高帯域増幅器29は所望のレベルに差電圧を増幅
し、PID制御器19に出力する。PID制御器19は、バイアス
回路20の出力電圧を受取った差電圧で補正して、局発光
源11に与える。
以上の構成により、周波数安定化を図りつつファブリ・
ペロー干渉計26の共振周波数を変化させて連続チューニ
ングを行ない、しかも狭線幅化された局発光源出力を得
ることができる。
尚、スペクトルの狭線幅化は上記の高帯域な電気的負帰
還に代え、またはこれとともに、外部共振器付局発光源
を用いて行なうことができる。外部共振器としては、DF
Bレーザにモノリシックに共振器を付けたものや、ミラ
ーやグレーティングを光ファイバを共振器としてDFBレ
ーザに結合しているものなどが提案されている。このよ
うな外部共振器付局発光源を用いるとスペクトルの狭線
幅化は可能になるものの、共振器の縦モード間隔でモー
ドジャンプが生じ、連続的なチューニングができないと
いう問題点があった。換言すれば、透過特性の1つの肩
の中での連続可変範囲が狭く無理に可変させると周波数
基準に用いているファブリ・ペロー干渉計のモード間隔
でジャンプしてしまう(第5図の例では10GHz間隔)。
これに対し、本発明の構成を適用すれば、モードジャン
プ間隔より広い電気光学効果又は熱光学効果を持つファ
ブリ・ペロー干渉計を用いているので、透過特性の肩の
1点(例えば第5図のP点)に安定化するように(換言
すれば、モードジャンプしなしように)、バイアス電流
帰還光位相等を制御しつつ、ファブリ・ペロー干渉計の
印加電圧を変化させることにより、所定の周波数にスム
ーズにチューニングができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、可動部分がなく
小型でかつ速い掃引速度で局発光源の光出力の安定化を
行ないつつ、連続チューニングが可能な周波数安定化局
発光源を提供することができる。
本発明は、コヒーレント光通信の局発光源として最適で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック構成図、 第2図は電気光学効果を説明するための図、 第3図は導波路構造の説明図、 第4図は従来の周波数安定化光源のブロック構成図、 第5図はファブリ・ペロー干渉計の出力変化と安定点の
説明図である。 図において、 11は局発光源、12は光カプラ、14は検出器、15は検出
器、17は基準電源、19はPID制御器、20はバイアス回
路、26はファブリ・ペロー干渉計、27は高帯域除算器、
28は高帯域比較器、29は高帯域増幅器 を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/06 10/14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】局発光源と、出力光の周波数安定化用のフ
    ァブリ・ペロー干渉計とを具備する周波数安定化光源に
    おいて、 電気光学効果又は熱光学効果を有するファブリ・ペロー
    干渉計を用い、 ファブリ・ペロー干渉計に外部から印加する掃引電圧又
    は熱を可変させるとともに、電気的負帰還により制御さ
    れる前記局発光源の出力光を狭線幅化させることで、出
    力光を安定化させた状態でその周波数を連続可変させる
    ことを特徴とする周波数安定化光源。
  2. 【請求項2】前記局発光源は外部共振器付局発光源であ
    り、その出力光は狭線幅化されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の周波数安定化光源。
JP62326280A 1987-12-23 1987-12-23 周波数安定化光源 Expired - Lifetime JPH07112088B2 (ja)

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