JPH0720517A - 光周波数シンセサイザ - Google Patents

光周波数シンセサイザ

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JPH0720517A
JPH0720517A JP5162933A JP16293393A JPH0720517A JP H0720517 A JPH0720517 A JP H0720517A JP 5162933 A JP5162933 A JP 5162933A JP 16293393 A JP16293393 A JP 16293393A JP H0720517 A JPH0720517 A JP H0720517A
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Kaoru Shimizu
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 任意の光周波数によるCW光を安定して得ら
れる光周波数シンセサイザを実現する。 【構成】 基準光発生手段(1,13)が一定時間毎に
光周波数成分が階段状に変化する基準光を所定周期毎に
繰り返し発生すると共に、該変化に対応するタイミング
信号を発生する。検出手段(2〜8)は、光周波数成分
の内から任意に選択される基準光周波数と、該基準光周
波数に追従するよう帰還されるフィードバック光のフィ
ードバック光周波数との周波数差をタイミング信号に同
期して検出し、出力光発生手段(9〜12)は周波数差
に応じて光周波数が制御される出力光を発生すると共
に、該出力光をフィードバック光として検出手段に帰還
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、任意の光周波数によ
るCW(連続)光を安定して発生することができる光周
波数シンセサイザに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、所定の光周波数によるCW(連
続)光を発生する光周波数シンセサイザが開発されてい
る。この種の光周波数シンセサイザの一例を図5に示
す。図5において、32は基準電気信号が供給される入
力端子、27はこの入力端子32から入力される基準電
気信号と後述するフィードバック信号とを比較し、両信
号の差分を表わす差分信号を発生する比較回路である。
28は光周波数制御回路であり、比較回路27から供給
される差分信号に応じた光周波数制御信号を発生する。
【0003】29は電気/光変換回路であり、光周波数
制御回路28から供給される光周波数制御信号に対応す
る光周波数でCW光を発生する。30は電気/光変換回
路29から出力されるCW光を光出力端子33へ導光す
ると共に、当該CW光の一部を光周波数弁別器31に供
給する方向性結合器である。光周波数弁別器31は、電
気/光変換回路29から出力されるCW光の光周波数を
弁別し、当該光周波数に応じた電気信号を発生し、これ
を上述したフィードバック信号として比較回路27に供
給する。
【0004】このように、従来の光周波数シンセサイザ
によれば、閉ループのフィードバック制御がなされる。
すなわち、電気/光変換回路29から出力されたCW光
は、方向性結合器30を経由し、光周波数弁別回路31
に入力され、光周波数に比例したフィードバック信号に
変換される。そして、比較回路27では、このフィード
バック信号と基準電気信号とを比較し、この比較結果に
応じて光周波数制御回路28が電気光変換回路29の光
周波数を制御する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光周波数シンセサイザにおいて、閉ループ利得が充
分大きい場合には、光周波数弁別回路31の動作特性に
よってCW光の周波数安定度が定まる。通常、光周波数
弁別回路31には、ファブリペロ共振器を用いる場合が
多い。しかしながら、一般にファブリペロ共振器は、複
数の共振周波数を持つため、どの共振点で共振している
のかがわからず、光周波数の絶対値が不明になったり、
また共振間隔以上の周波数の制御ができない、さらに温
度等の外乱を受け易いという欠点がある。したがって、
このような欠点を備える光周波数弁別回路31を用いる
構成では、任意の光周波数による安定したCW光を発生
することができないという問題がある。この発明は、上
述した事情に鑑みてなされたもので、任意の光周波数に
よる安定したCW光を発生することができる光周波数シ
ンセサイザを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、一定時間毎に光周波数成分が階段状に変
化する基準光を所定周期毎に繰り返し発生すると共に、
該変化に対応するタイミング信号を発生する基準光発生
手段と、前記光周波数成分の内から任意に選択される基
準光周波数と、この基準光周波数に追従するよう帰還さ
れるフィードバック光のフィードバック光周波数との周
波数差を前記タイミング信号に同期して検出する検出手
段と、前記周波数差に応じて光周波数が制御される出力
光を発生すると共に、当該出力光の一部を前記フィード
バック光として前記検出手段へ供給する出力光発生手段
とを具備することを特徴としている。
【0007】
【作用】上記構成によれば、基準光発生手段が一定時間
毎に光周波数成分が階段状に変化する基準光を所定周期
毎に繰り返し発生すると共に、該変化に対応するタイミ
ング信号を発生し、検出手段が前記光周波数成分の内か
ら任意に選択される基準光周波数と、この基準光周波数
に追従するよう帰還されるフィードバック光のフィード
バック光周波数との周波数差を前記タイミング信号に同
期して検出する。そして、出力光発生手段は、検出手段
によって検出された周波数差に応じて光周波数が制御さ
れる出力光を発生すると共に、当該出力光の一部を前記
フィードバック光として該検出手段に帰還させる。この
結果、安定した任意の基準光周波数とフィードバック光
周波数との周波数差分を相殺するようにフィードバック
制御がなされるから、任意の光周波数による安定した出
力光が生成される。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 A.実施例の構成 図1はこの発明による一実施例の全体構成を示すブロッ
ク図である。この図において、1は光信号発生回路であ
り、所定周期毎に光周波数が階段状に繰り返し変化する
CW光を出力する。すなわち、この光信号発生回路1で
は、図2に示すように、時間をt、光周波数をfで表す
と、t0<t<tnの範囲で、 f= f10<t<t12 =f1+ Δf t1<t<t23 =f1+2Δf t2<t<t3 : : fn =f1+(n−1)Δf tn-1<t<tn となる階段状の光周波数を周期1/tn 毎に繰り返し出
力する。
【0009】また、光信号発生回路1は、繰り返し周期
1/tn に同期した同期信号を発生し、これを同期信号
出力端26から出力する。なお、このような光信号発生
回路1の詳細は、例えば、清水薫他著、「Technique fo
r translating light-wave frequency by using an opt
ical ring circuit containing a frequency shifter,
OPTICS LETTERS, Vol.17, No.18, September 15,1992」
に開示されている。
【0010】2は方向性結合器であり、入力端14に供
給される光信号と入力端15に供給されるフィードバッ
ク光信号(後述する)とを結合して出力端16から出力
する。この出力端16には、光信号の光周波数とフィー
ドバック光信号の光周波数との差に応じた周波数成分が
生じる。3は光/電気変換回路であり、方向性結合器2
から供給される光信号の光周波数と、後述するフィード
バック光信号の光周波数との差分を表す差分周波数信号
を発生する。
【0011】13は光信号発生回路1から出力される同
期信号に同期したタイミング信号を発生するタイミング
発生回路である。4は周波数計数回路であり、上記タイ
ミング信号に基づいて光/電気変換回路3から供給され
る周波数信号の周波数を計数し、これを周波数データと
して出力する。5,6はレジスタ等から構成される一時
記憶回路であり、上記周波数データがタイミング発生回
路13から供給されるタイミング信号に応じて各々異な
った時刻に一時記憶され出力される。一時記憶回路5の
出力は演算回路8に入力され、一時記憶回路6の出力は
比較回路7に入力される。
【0012】比較回路7は、先に書き込まれた周波数デ
ータと、後に書き込まれた周波数データとの大小関係を
比較し、その比較結果を出力する。演算回路8は、比較
回路7から供給される比較結果に応じて一時記憶回路5
の出力値の正負符号を決定し、出力する。9はD/A変
換回路であり、演算回路8の出力をアナログ信号に変換
して出力する。10はD/A変換回路9の出力に従って
光制御信号を発生する光周波数制御回路である。
【0013】11は光制御信号に対応する光周波数のC
W光を発生する電気/光変換回路である。電気/光変換
回路11が出力するCW光は、方向性結合器12の入力
端22に接続される。方向性結合器12は、出力端23
から光出力信号を出力すると共に、この光出力信号の一
部を出力端24からフィードバック光信号として前述し
た方向性結合器2の入力端15に供給する。
【0014】B.実施例の動作 次に、図2〜図4を参照し、上記構成による光周波数シ
ンセサイザの動作について説明する。なお、ここでは、
光周波数シンセサイザが発生するCW光の光周波数をf
2にする場合を例にとり、説明を進める。また、電気/
光変換回路11の出力光は、時刻t0 <t<t3 の間で
光周波数fxであると仮定する。この場合、光/電気変
換回路3には、光周波数fと光周波数fx との両者の周
波数及びビート周波数が入力される。なお、光周波数f
は、光周波数fxに近接した周波数とする。
【0015】まず、光信号発生回路1から出力される光
信号の波長を、例えば、1.55μmとすると、その光
周波数f1は193.4THzとなる。また、該回路1
における光周波数fnの変化幅Δfを100MHz、ス
テップ数nを100、ステップ幅を50μsとした場
合、この光信号発生回路1は下記式で表すように、5m
s毎に光周波数fnなる光信号を繰り返し発生する。 f= f1 =193.400000THz・・・・・・ 0<t<50μs f2 =193.400100THz・・・・50μs<t<100μs f3 =193.400200THz・・・ 100μs<t<150μs : : fn =193.410000THz・・・4950μs<t<5000μs fn+1=193.400000THz・・・5000μs<t<5050μs
【0016】このように変化する光信号は、方向性結合
器2を介して光/電気変換回路3に供給される。当該回
路3には、光周波数fn,fx ,fn+fx および|fn
−fx|の各周波数成分が形成され、この内、結合器2
の通過帯域である光周波数|fn−fx|が差分周波数信
号fd0として出力される。この差分周波数信号fd0は、
図3に示すように、 fd0= |f1 −fx |=|f2 −fx −Δf|・・・・t0<t<t1 |f2 −fx |=|f2 −fx |・・・・・・・t1<t<t2 |f3 −fx |=|f2 −fx +Δf|・・・・t2<t<t3 なる関係で表される。
【0017】ここで、例えば、0<t<150μsの
間、フィードバック光信号の光周波数fxが193.4
0090THzになったとすると、差分周波数信号fd0
は次の値をとる。 |f1−fx|= 90MHz・・・・・・・・ 0<t<50μs fd0= |f2−fx|= 10MHz・・・・・・50μs<t<100μs |f3−fx|=110MHz・・・・・ 100μs<t<150μs : :
【0018】こうした差分周波数信号fd0は、周波数計
数回路4に供給される。該回路4では、タイミング発生
回路13から供給されるタイミング信号に応じてt0
t<t1 ,t1 <t<t2 ,・・・のように、光信号の
光周波数fが変化する時刻の間の周波数差fd0を計数
し、一時記憶回路5及び一時記憶回路6に出力する。一
時記憶回路5および一時記憶回路6は、図4に示すタイ
ミングに従って周波数計数回路4の出力を一時記憶及び
その値を出力する。
【0019】一時記憶回路5は、t1<t<t2の間に周
波数計数回路4の出力値|f2−fx|を一時記憶し、演
算回路8にこの値を出力する。一時記憶回路6は、t0
<t<t1の間およびt2 <t<t3 の間に周波数計数
回路4の出力値、すなわち、|f1−fx|及び|f3
x|をそれぞれ一時記憶し、比較回路7にこの値を順
に出力する。
【0020】比較回路7では、入力値|f1−fx|及び
|f3−fx|を比較し、その結果を次表に示すような値
として演算回路8に供給する。すなわち、比較回路7
は、f2−fx の極性(正負)を発生する。 なお、上述した一例の場合、比較回路7は|f1−fx
=90MHz<|f3 −fx |= 110MHzとなるから、
「+1」を出力する。
【0021】そして、演算回路8では、比較回路7から
供給される比較結果に従って、演算を行い、|f2−fx
|×(+1)=10MHz×(+1)=10MHzを出力す
る。光周波数制御回路10は電気光変換回路11の光周
波数fxを10MHz増すように制御する。すなわち、光
周波数制御回路10は、入力値に応じて光周波数fx
変化するように電気/光変換回路11を制御する。
【0022】例えば、この電気/光変換回路11がIn
GaAs多重量子井戸構造の分布帰還型半導体レーザによ
って構成されている場合、温度及び電流を制御すること
で光周波数を変化させることができる。例えば、温度を
変化させる場合、−12GHz/゜Kで光周波数fxが制
御され、電流を変化させる場合には−200MHz/mA
で光周波数が変化する。したがって、上述の例に対応さ
せる場合には、半導体レーザの温度は変化させず、電流
を0.05mA減少させれば、光周波数fxが10MHz
増すことになる。こうすれば電気/光変換回路11の出
力光周波数fx は、193.400090THz+10MHz=193.
400100THzとなり、目的値に一致することになる。
【0023】そして、この制御動作を1周期、すなわち
50μs×100回=5ms毎に行うことで、光信号の
光周波数fxを安定に保つことが可能になる。しかも、
タイミング発生回路13から出力されるタイミング信号
周期を変えることによって、f1 、f2 ・・・fn の任
意の光周波数を出力することができる。なお、電気光変
換回路11の出力光周波数fxは、t0 <t<t3 の間
xとしたが、実際には光周波数制御回路10が制御す
るt2<t<t3の間でfxからf2に変化(制御)され
る。
【0024】こうして電気/光変換回路11の出力光周
波数は、t0 <t<t3 間fx であったものが目標値で
あるf2 に制御される。tn<t<2tn の間にも同様
な制御が繰り返され、電気/光変換回路11の出力光周
波数が安定化される。Ntn<t<(N+1)tn (但
し、Nは整数)にわたって同様な制御を繰り返す。
【0025】このように、上述した実施例においては、
所定周期毎に光周波数が階段状に変化する光信号を繰り
返し出力し、この光信号の光周波数fi(但し、iは1
≦i≦nの整数)と目標値の光周波数fxとの周波数差
分を相殺するように電気光変換回路11をフィードバッ
ク制御するので、出力光周波数fxは、光信号発生回路
1が発生する光信号の光周波数fiに任意にロックする
ことができる。光信号発生回路1は、光周波数の絶対値
が明かで、しかも安定な光周波数が得られるので、結
局、電気光変換回路11の光周波数も安定化される。こ
の結果、任意の光周波数で安定した光周波数を発生する
光周波数シンセサイザが実現する訳である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基準光発生手段は、一定時間毎に光周波数成分が階
段状に変化する基準光を所定周期毎に繰り返し発生する
と共に、該変化に対応するタイミング信号を発生し、検
出手段が前記光周波数成分の内から任意に選択される基
準光周波数と、この基準光周波数に追従するよう帰還さ
れるフィードバック光のフィードバック光周波数との周
波数差を前記タイミング信号に同期して検出する。そし
て、出力光発生手段は、周波数差に応じて光周波数が制
御される出力光を発生すると共に、当該出力光の一部を
前記フィードバック光として該検出手段に帰還させるの
で、安定した任意の基準光周波数とフィードバック光周
波数との周波数差分を相殺するようにフィードバック制
御がなされるから、任意の光周波数によるCW光を安定
して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による一実施例の構成を示すブロック
図である。
【図2】同実施例における光周波数制御回路1が発生す
る光信号を説明するための図である。
【図3】同実施例における周波数計数回路4の出力を説
明するための図である。
【図4】同実施例の動作を説明するための図である。
【図5】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…光信号発生回路(基準光発生手段)、 2…方向性結合器(検出手段)、 3…光電気変換回路(検出手段)、 4…周波数計数回路(検出手段)、 5…一時記憶回路(検出手段)、 6…一時記憶回路(検出手段)、 7…比較回路(検出手段)、 8…演算回路(検出手段)、 9…D/A変換回路(出力光発生手段)、 10…光周波数制御回路(出力光発生手段)、 11…電気光変換回路(出力光発生手段)、 12…方向性結合器(出力光発生手段)、 13…タイミング発生回路(基準光発生手段)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 晴義 東京都大田区蒲田4丁目19番7号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 清水 薫 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 堀口 常雄 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定時間毎に光周波数成分が階段状に変
    化する基準光を所定周期毎に繰り返し発生すると共に、
    該変化に対応するタイミング信号を発生する基準光発生
    手段と、 前記光周波数成分の内から任意に選択される基準光周波
    数と、この基準光周波数に追従するよう帰還されるフィ
    ードバック光のフィードバック光周波数との周波数差を
    前記タイミング信号に同期して検出する検出手段と、 前記周波数差に応じて光周波数が制御される出力光を発
    生すると共に、当該出力光の一部を前記フィードバック
    光として前記検出手段へ供給する出力光発生手段とを具
    備することを特徴とする光周波数シンセサイザ。
JP5162933A 1993-06-30 1993-06-30 光周波数シンセサイザ Expired - Fee Related JP3033650B2 (ja)

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