JPH0774703A - 光周波数制御装置 - Google Patents
光周波数制御装置Info
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- JPH0774703A JPH0774703A JP5162932A JP16293293A JPH0774703A JP H0774703 A JPH0774703 A JP H0774703A JP 5162932 A JP5162932 A JP 5162932A JP 16293293 A JP16293293 A JP 16293293A JP H0774703 A JPH0774703 A JP H0774703A
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Abstract
れる光周波数制御装置を実現する。 【構成】 光周波数シフタ11が一定時間毎に光周波数
成分が階段状に変化する光信号11aを所定周期毎に繰
り返し発生すると共に、タイミング発生回路16が該変
化に対応するタイミング信号を発生する。検出手段(1
2〜18)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する。光周波数
安定化光源29は、上記周波数差に応じて光周波数を制
御する閉ループ回路内を循環する出力光信号を抽出して
光出力端へ供給すると共に、当該出力光信号の一部を前
記フィードバック光として該検出手段に帰還させる。
Description
伝送システム等の光源に用いて好適な光周波数制御装置
に関する。
続)光を発生する光周波数制御装置が開発されており、
その一構成例について図4を参照して説明する。この図
において、1は基準電圧を発生し、これを基準信号とし
て出力する基準電源である。2は比較回路であり、一方
の入力端に供給される基準信号と他方の入力端に供給さ
れるフィードバック信号(後述する)とを比較してこれ
ら両信号の差分を表わす差分信号を発生する。3は光周
波数制御回路であり、比較回路2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。
御回路3から供給される光周波数制御信号に対応する光
周波数のCW光を発生する。5は電気/光変換回路4か
ら出力されるCW光を光出力端子6へ導光すると共に、
当該CW光の一部を光周波数弁別器7に供給する光カプ
ラである。光周波数弁別器7は、電気/光変換回路4か
ら出力されるCW光の光周波数を弁別し、当該光周波数
に対応する電気信号を発生し、これを上述したフィード
バック信号として比較回路2に供給する。
路4から出力されるCW光は、光カプラ5を介して光周
波数弁別器7に入力され、当該CW光の光周波数に対応
したフィードバック信号に変換される。そして、比較回
路2がこのフィードバック信号と基準信号とを比較し、
この比較結果に基づいて光周波数制御回路3が生成する
光周波数制御信号によって電気光変換回路4の光周波数
が制御され、所謂、閉ループのフィードバック制御がな
される。
光周波数制御装置にあっては、閉ループ利得が充分大き
い場合、光周波数弁別器7の動作特性によって光出力信
号の周波数安定度が決まる。通常、光周波数弁別器7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、また共振点間
隔以上に跨がる光周波数制御を行うことができない、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器7を用い
る装置では、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
制御装置を提供することを目的としている。
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を制御する閉ルー
プ回路を備え、この閉ループ回路を循環する出力光信号
を抽出して光出力端へ供給すると共に、当該出力光信号
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。
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、出力光発生手段では、上記
周波数差に応じて光周波数を制御する閉ループ回路内を
循環する出力光信号を抽出して光出力端へ供給すると共
に、当該出力光信号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。これにより、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
分をキャンセルするように出力光信号の光周波数が制御
されるため、任意の光周波数による安定した出力光が生
成される。
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、10は光周波数が所定値
に固定された光信号10aを発生する基準周波数光源で
ある。
光信号10aの光周波数をシフトして出力する光周波数
シフタであり、所定周期毎に光周波数がステップ(階
段)状に繰り返し変化する光信号11a(パルス光列)
を出力する。すなわち、この光周波数シフタ11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= f1 t0<t<t1 f2 =f1+ Δf t1<t<t2 f3 =f1+2Δf t2<t<t3 : : fn =f1+(n−1)Δf tn-1<t<tn となる階段状に変化する光周波数fの光信号11a(パ
ルス光列)を周期1/tn 毎に繰り返し出力する。
期1/tn に同期した同期信号11bを発生して出力す
る。なお、このような光周波数シフタ11の詳細は、例
えば、清水薫他著、「Technique for translating ligh
t-wave frequency by usingan optical ring circuit c
ontaining a frequency shifter, OPTICS LETTERS,Vol.
17, No.18, September 15,1992」に開示されている。
される光信号11aと入力端14に供給されるフィード
バック光信号30a(後述する)とを結合して出力す
る。この光カプラ12の出力光12aには、上述した光
信号11aの光周波数とフィードバック光信号の光周波
数との差に応じたビート周波数成分が生じる。14は光
/電気変換回路であり、上記ビート周波数に対応するビ
ート周波数信号を発生する。15はこのビート周波数信
号を増幅して出力する増幅器である。
同期信号11bに同期したタイミング信号16a,16
bを発生するタイミング発生回路である。17は周波数
カウンタであり、上記タイミング信号16a,16bに
基づいて増幅器15から出力されるビート周波数信号の
周波数をカウントし、これを周波数データとして出力す
る。なお、この周波数カウンタ17は演算機能および一
時記憶機能を備えており、タイミング信号16a(先の
タイミング)に基づいてカウントした第1の周波数デー
タと、タイミング信号16b(後のタイミング)に基づ
いてカウントした第2の周波数データとの大小関係を比
較すると共に、その比較結果から後のタイミングでカウ
ントした第2の周波数データの正負符号を判別し、その
符号を付した第2の周波数データを次段へ出力するよう
になっている。18は周波数/電圧変換回路(以下、F
/V変換回路と略す)であり、周波数カウンタ17から
供給される周波数データを電圧信号に変換して出力す
る。
定化光源29に供給される。この光源29は、構成要素
19〜28から構成されるものであり、以下ではこれら
構成要素19〜28について説明する。まず、19はセ
レクタであり、入力端19a,19bに入力される信号
のいずれかを選択信号SELに応じて選択して出力す
る。すなわち、このセレクタ19は、図示されていない
制御部から供給される選択信号SELに応じて入力端1
9aに入力される電圧信号、あるいは入力端19bに供
給される基準電圧信号のいずれかを選択して次段へ出力
する。なお、この基準電圧信号は、基準電源20から出
力される。
給される信号と入力端21bに供給される帰還信号27
a(後述する)とを比較して両信号の偏差を表わす偏差
信号を発生する。なお、入力端21aには、セレクタ1
9の出力が供給され、一方、入力端21bには周波数弁
別器27から出力される帰還信号27a(後述する)が
供給される。23は選択信号SELに応じて入力端23
aに入力される偏差信号、あるいは入力端23bに供給
される基準電圧信号のいずれかを選択して次段へ出力す
るセレクタである。なお、入力端23bに供給される基
準電圧信号は、基準電源22から出力される。
23の出力に対応する光周波数の光信号24aを発生す
る。この光信号24aの光周波数は、温度制御回路25
の温度制御によって変化し、温度制御回路25は、上述
したF/V変換器18から出力される電圧信号に基づい
て電気/光変換回路24を温度制御するようになってい
る。26は光カプラであり、上記光信号24aを出力端
26aから出力すると共に、この光信号24aの一部を
出力端26bから周波数弁別器27に供給する。
タロンで形成されるファブリペロ共振器を備えており、
光カプラ26から供給される光信号24aの光周波数を
弁別し、当該光周波数に対応する電気信号を発生し、こ
れを上述した帰還信号27aとして比較回路21の入力
端21bに供給する。この周波数弁別器27は、温度制
御回路28から供給される温度制御信号に応じてファブ
リペロ共振器の温度を制御するように構成されている。
温度制御回路28は、上述したF/V変換器18から出
力される電圧信号に基づいて温度制御信号を発生する。
すなわち、この周波数弁別器27では、図3に示すよう
に、ファブリペロ共振器が持つ所定の共振点における中
間点(半値位置)を当該ファブリペロ共振器の動作点P
(弁別特性点)とするように温度制御される。
光周波数安定化光源29から出力される光信号29a、
すなわち、光カプラ26の出力端26aから出力される
光信号24aの一部は、光カプラ30に入力される。光
カプラ30は、光信号29aを光出力端子31に出力す
ると共に、当該光信号29aの一部を前述したフィード
バック光信号30aとして光カプラ12の入力端14に
供給する。
の動作について説明する。まず、基準周波数光源10か
ら出力される光信号10aの波長を、例えば、1.55
μmとすると、その光周波数f1は193.4THzと
なる。したがって、光周波数シフタ11は、光周波数f
nの変化幅Δfを100MHz、ステップ数nを100
0、ステップ時間幅を50μsとした時、基準周波数光
源10から供給される光信号10aに基づき、下記式で
表すように、50ms毎に光周波数fnが階段状に繰り
返し変化する(図2参照)光信号11aを発生する。
11aは、光カプラ12において前述したフィードバッ
ク光信号30aと結合される。
のようにして光周波数安定化光源29から出力される。
この光源29では、図示されていない制御部から供給さ
れる選択信号SELに応じてセレクタ19,23をそれ
ぞれ基準電源20,22に設定する。これにより、電気
/光変換回路24は、基準電源20が出力する電圧信号
に応じた光周波数の光信号24aを発生し、これが光カ
プラ26を介して光信号29aとなり、さらに、光カプ
ラ30を経てフィードバック光信号30aとなる。
つフィードバック光信号30aを、光周波数f100=19
3.410000THzの光信号11aに略一致させる場合、次
のような動作となる。まず、光カプラ12に光周波数f
xのフィードバック光信号30aと光周波数f100の光信
号11aとが入力されると、該カプラ12の通過帯域特
性によって、これら両光信号の周波数差となる|f100
−fx |のビート周波数成分を持つ光信号が生じ、これ
が光/電気変換回路14を介してビート周波数信号に変
換される。
ト周波数信号は、周波数カウンタ17に供給される。こ
の時、タイミング発生回路16はステップn=100の
時点、すなわち、光周波数シフタ2が光周波数f100を
発生するタイミングに同期してタイミング信号16aを
発生し、周波数カウンタ17に供給する。周波数カウン
タ17は、当該タイミング信号16aに基づきカウンタ
値fd0=|f100−fx|を発生する。そして、次のタ
イミングに同期したタイミング信号16bに基づきカウ
ンタ値fd0=|f101−fx|を発生する。ここで、例
えば、フィードバック光信号30aの光周波数fxが19
3.409500THzであるとすると、上述したカウンタ値f
d0は次の値をとる。 fd0= |f100−fx|=500MHz・・・・・・・・ 5000μs<t<5050μs |f101−fx|=600MHz・・・・・・・・ 5050μs<t<5100μs
|f100−fx|および|f101−fx|を大小比較し、
(f100−fx )の極性を表す極性データ「+1
(正)」あるいは「−1(負)」を発生する。この場
合、(|f100−fx|−|f101−fx|)>0であるか
ら、極性データ「+1」が生成される。そして、この周
波数カウンタ17は、こうして得た極性データに基づ
き、(f100−fx )×「+1」=500MHzなる演
算によって得られる周波数データをF/V変換器18に
供給する。これにより、F/V変換器18は制御量に相
当する電圧信号を光周波数安定化光源29に供給する。
温度制御回路25,28にそれぞれ入力される。温度制
御回路25は、この電圧信号に従って電気/光変換回路
24を温度制御し、これにより当該回路24が発生する
光信号24aの光周波数を制御する。ここで、例えば、
電気/光変換回路24がInAaAs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、
−12GHz/゜Kのスケールファクタを備える温度制御
によって光周波数fxが変化する。
は、半導体レーザの温度を「0.042゜K」減少させ
るように温度制御すると、光周波数fxが「504MH
z」増加し、この結果、光信号24aの光周波数fxが1
93.409500THz+504MHz=193.410004THzとな
り、目的値である光周波数f100(193.410000THz)
に略一致する。そして、この制御動作を1周期、すなわ
ち50μs×1000回=50ms毎に行うことで、目
的値に略一致した光周波数fxを持つ光信号24aが生
成される訳である。
弁別器27では、温度制御回路28によってその弁別特
性が制御される。例えば、ソリットエタロンから形成さ
れるファブリペロ共振器は、温度制御によって−1.2G
Hz/゜Cのスケールファクタで共振周波数が変化す
る。そこで、温度制御回路28は、ファブリペロ共振器
の弁別特性を一定に保つように、F/V変換器18が出
力する電圧信号に応じて周波数弁別器27を温度制御す
る。すなわち、図3に示すように、所定の共振点におけ
る中間点(半値位置)を当該ファブリペロ共振器の動作
点Pとするように温度制御する。
る光信号29aの光周波数fxがほぼ目的の光周波数に
制御されると、当該光源29は図示されていない制御部
から供給される選択信号SELに従ってセレクタ19,
23をそれぞれ入力端19a,23aを選択する。この
結果、当該光源29では、構成要素21,24,26お
よび27からなる閉ループ回路が形成され、フィードバ
ック制御がなされる。
圧信号に応じて温度制御回路25,28がそれぞれ電気
/光変換回路24および周波数弁別器27を温度制御
し、フィードバック光信号30aをほぼ目的の光周波数
f100に設定している状態において、閉ループ回路を形
成する比較回路21は、セレクタ19を介して供給され
る上記電圧信号と、周波数弁別器27から出力される帰
還信号27aとを比較してこれら両信号の偏差を表わす
偏差信号を発生する。この偏差信号は、セレクタ23を
介して電気/光変換回路24に入力される。
4がInAaAs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時には、レーザ駆動電流を
変化させることによって−200MHz/゜Kのスケール
ファクタで光周波数fxを変化させることが可能であ
る。したがって、このスケールファクタと上記偏差信号
とに応じて電流制御すれば、光信号24aの光周波数f
xを目的値である光周波数f100(193.410000THz)に
完全に一致させることができる。
波数fxが制御された光信号24aは、一定の弁別特性
となるように温度制御された周波数弁別器27に供給さ
れ、当該光周波数fxに対応する帰還信号27aとして
比較回路21の入力端21bに供給する。以後、この閉
ループ回路では、光信号24aの光周波数fxを目的値
となる光周波数に常時ロックするようフィードバック制
御がなされる。そして、このフィードバック制御動作を
1周期(50ms)毎に行うことで、光信号の光周波数
fxを目的の光周波数で安定に維持でき、この安定化さ
れた光信号29aが光カプラ30を介して光出力端子3
1に出力されると共に、当該光信号29aの一部がフィ
ードバック光信号30aとして光カプラ12へフィード
バックされる。
xは、光周波数シフタ11が出力する光信号11aによ
って校正され、その安定度は基準周波数光源10および
光周波数シフタ11の安定度に依存する。つまり、基準
周波数光源10および光周波数シフタ11が発生する光
信号の光周波数は、その絶対値が明らかであり、かつ、
高い安定度であるため、結局、光周波数安定化光源29
は任意の光周波数による安定したCW光を生成できる。
光信号29aを所望の光周波数に設定するには、前述し
た動作から明らかなように、繰り返し変化する光信号1
1aの光周波数f1〜fnの内、目的の光周波数が生成さ
れるタイミングに同期してタイミング信号16a,16
bを発生させれば良く、このようにすることで光周波数
f1〜fnのいずれか任意の光周波数を発生させることが
可能となる訳である。
光源29を複数備え、これら各光源29の光周波数間隔
をファブリペロ共振器の共振間隔に一致させると、各光
源29はそれぞれに割り当てられた光周波数で閉ループ
制御を行い、各自独立した光信号を安定して発生するこ
とができ、周波数多重伝送システムの光源として好適な
ものとなる。
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、出力光発生手段では、上記周波数差に応じて光周波
数を制御する閉ループ回路内を循環する出力光信号を抽
出して光出力端へ供給すると共に、当該出力光信号の一
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、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。
図である。
るための図である。
を説明するための図である。
Claims (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を制御する閉ループ回路
を備え、この閉ループ回路を循環する出力光信号を抽出
して光出力端へ供給すると共に、当該出力光信号の一部
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
制御装置。
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