JPH0854586A - 光周波数掃引光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可干渉性がよく、高速かつ高精度に光周波数
を掃引することができる光周波数掃引光源を実現する。 【構成】 発振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ光源
と、駆動信号の周波数に応じてレーザ光源の出力光に変
調を与える外部変調器と、外部変調器に駆動信号を周波
数掃引して与える駆動回路とにより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光周波数の掃引が可能
な光周波数掃引光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光周波数掃引光源には、半導体レ
ーザの注入電流を変化させることにより発振周波数を掃
引するもの、あるいは固体レーザの結晶に温度変化を与
えて発振周波数を掃引するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
の注入電流を変化させると、温度変化などによる共振器
長の変化や屈折率の変化が生じ、光周波数掃引精度を高
めることができなかった。また、光源のスペクトル線幅
が広いので、感度向上および精度向上のために光源に高
い可干渉性を要求する技術への適用ができなかった。

【０００４】一方、固体レーザの結晶に温度変化を与え
る方法では、高い可干渉性を実現できる反面、温度によ
る制御のために応答速度が遅く、高い周波数掃引精度お
よび周波数掃引速度を実現することができなかった。

【０００５】このように従来の光周波数掃引光源では、
高い可干渉性を維持したまま、精度よく、高速に光周波
数を掃引することができなかった。本発明は、可干渉性
がよく、高速かつ高精度に光周波数を掃引することがで
きる光周波数掃引光源を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光周波
数掃引光源は、発振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ
光源と、駆動信号の周波数に応じてレーザ光源の出力光
に変調を与える外部変調器と、外部変調器に駆動信号を
周波数掃引して与える駆動回路とにより構成される。

【０００７】請求項２に記載の光周波数掃引光源は、発
振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ光源と、駆動信号
の周波数に応じてレーザ光源の出力光に変調を与える外
部変調器と、外部変調器に与える駆動信号を周波数掃引
するとともに、周波数制御端子に入力される補正信号に
応じて出力周波数を調整する駆動回路と、駆動信号の一
部を分岐し、さらに２つに分岐した一方に所定の遅延を
与えて他方の駆動信号と合成し、得られたビート信号を
受信する受信手段と、受信手段の出力信号の周波数変動
から駆動信号の周波数掃引誤差を検出する周波数掃引誤
差検出手段と、周波数掃引誤差に応じた補正信号を生成
し、駆動回路の周波数制御端子に送出する補正信号生成
手段とにより構成される。

【０００８】請求項３に記載の光周波数掃引光源は、発
振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ光源と、駆動信号
の周波数に応じてレーザ光源の出力光に変調を与える外
部変調器と、外部変調器に与える駆動信号を周波数掃引
するとともに、周波数制御端子に入力される補正信号に
応じて出力周波数を調整する駆動回路と、外部変調器の
出力光の一部を分岐し、さらに２つに分岐した一方の光
に所定の遅延を与えて他方の光と合成し、そのビート信
号光を生成する光回路と、ビート信号光を受信する光受
信器と、光受信器の出力信号から外部変調器の出力光の
周波数掃引誤差を検出する周波数掃引誤差検出手段と、
周波数掃引誤差に応じた補正信号を生成し、駆動回路の
周波数制御端子に送出する補正信号生成手段とにより構
成される。

【０００９】請求項４に記載の光周波数掃引光源では、
請求項３の構成に加えて、光回路に外部変調器の出力光
の一部を分岐し、さらに２つに分岐した一方の光に所定
の周波数シフトを与える周波数シフタを備え、周波数シ
フタによる周波数シフト量に相当する周波数の信号と光
受信器の出力信号を混合し、その差周波数信号を周波数
掃引誤差検出手段に送出するミキシング手段を備える。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の光周波数掃引光源では、外部
変調器の出力光に、入力光と同じ周波数をもつキャリア
成分だけでなく、駆動信号の周波数に応じた変調側帯波
が存在する。また、駆動信号の周波数を変化させること
により、変調側帯波の周波数が変化する。したがって、
駆動信号の周波数を掃引し、外部変調器の出力光のうち
変調側帯波だけを利用することにより、高速かつ高精度
に光周波数を掃引することができる。

【００１１】請求項２に記載の光周波数掃引光源では、
周波数が掃引されている駆動信号の一部を取り出し、２
つに分岐した一方に所定の遅延を与えて他方の駆動信号
と合成してビート信号を生成する。このビート周波数
は、駆動信号の周波数掃引の時間特性と所定の遅延時間
から予め知ることができるので、受信手段の出力信号の
周波数変動を調べることにより周波数掃引誤差を検出す
ることができる。この周波数掃引誤差に応じた補正信号
を生成し、駆動回路の出力周波数を補正することによ
り、駆動信号の周波数掃引誤差を大幅に改善することが
できる。したがって、外部変調器の出力光の光周波数を
高精度に掃引することができる。

【００１２】請求項３に記載の光周波数掃引光源では、
外部変調器の出力光の一部を取り出し、請求項２の構成
と同様にして出力光の周波数掃引誤差を検出することが
できる。この周波数掃引誤差に応じた補正信号を生成
し、駆動回路の出力周波数を補正することにより、外部
変調器の出力光の周波数掃引誤差を大幅に改善すること
ができる。すなわち、高精度に光周波数を掃引すること
ができる。

【００１３】請求項４に記載の光周波数掃引光源では、
周波数シフタでビート信号光に周波数シフトを与える。
これにより、光受信器では感度良好な受信帯域でビート
信号光を受信することができる。ミキシング手段は、光
受信器の出力信号から周波数シフト分を差し引いて周波
数掃引誤差検出手段に送出することにより、周波数シフ
トの影響を解消する。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例の構成を示す。
図において、１１は発振周波数スペクトル線幅が 100ｋ
Hz以下のレーザ光源であり、例えば固体レーザや、スペ
クトル線幅が公知の方法で狭窄化された半導体レーザを
用いる。１２は駆動信号の周波数（変調周波数）に応じ
てレーザ光源１１の出力光を変調する外部変調器であ
り、数ＧHzから数十ＧHzの周波数帯域をもつ電気光学変
調器を用いる。なお、周波数掃引幅に応じて音響光学変
調器を用いることも可能である。１３は外部変調器１２
の駆動信号を出力する駆動回路であり、出力周波数が掃
引できる構成になっている。なお、駆動回路は、例えば
外部からの制御により出力周波数が変化する高周波信号
源と、その出力周波数を制御する可変電圧源により構成
される。

【００１５】外部変調器１２は、入力光を位相変調また
は強度変調し、変調の時間特性は駆動信号の時間特性に
依存する。外部変調器１２の出力光には、入力光と同じ
周波数をもつキャリア成分だけでなく、変調周波数（駆
動信号の周波数）に応じた変調側帯波が存在する。例え
ば、レーザ光源１１の出力光の周波数をｆ₀ 、変調周波
数をｆm とすると、外部変調器１２の出力光のスペクト
ルは図２に示すように、周波数ｆ₀ のキャリア成分とキ
ャリア成分との相対周波数がｆm の変調側帯波が存在す
る。ここで、変調周波数をｆm ＋ｄｆに変化させると、
変調側帯波の周波数がｄｆだけ変化する。したがって、
駆動回路１３の出力周波数を掃引し、外部変調器１２の
出力光のうち変調側帯波だけを利用することにより、光
周波数の掃引が可能となる。

【００１６】なお、駆動回路１３は出力周波数を高速に
変化させることが可能であり、変調周波数ｆm を高速に
掃引することができる。一方、外部変調器１２は高速応
答性に優れたものが実用化されており、高速駆動時にも
高精度に光周波数掃引を行うことができる。また、スペ
クトル線幅の狭いレーザ光源１１を用いているので、そ
の出力光は高い可干渉性を有する。したがって、図１に
示す構成により、高い可干渉性を維持したまま、高速か
つ高精度に光周波数の掃引が可能な光周波数掃引光源を
実現することができる。

【００１７】図３は、本発明の第２実施例の構成を示
す。図において、レーザ光源１１，外部変調器１２，駆
動回路１３は、第１実施例と同様である。ただし、駆動
回路１３は出力周波数が掃引できる構成であるととも
に、周波数制御端子に入力される補正信号に応じて出力
周波数（周波数掃引誤差）の制御が可能な構成になって
いる。

【００１８】本実施例では、駆動回路１３から外部変調
器１２に与えられる駆動信号の一部が分岐回路２１で分
岐され、さらに分岐回路２２で２つの経路に分岐され
る。分岐回路２２で分岐された一方の駆動信号は遅延線
２３を介して所定の遅延が与えられ、さらに他方の駆動
信号とミキサ２４で合成されて受信器２５に受信され
る。受信器２５の出力信号は周波数弁別器２６に入力さ
れ、その出力が積分器２７で積分されて補正信号源２８
に入力され、生成された補正信号が駆動回路１３の周波
数制御端子に入力される。

【００１９】本実施例の特徴は、周波数が掃引されてい
る駆動信号の一部を取り出して周波数掃引誤差を検出
し、それに応じた補正信号を生成して駆動回路１３の出
力周波数を補正するフィードバックループ構成にある。
本実施例では、分岐回路２１で分岐された駆動信号を直
接検出して周波数掃引誤差を測定するのではなく、分岐
回路２２，遅延線２３およびミキサ２４を用いてビート
信号を生成する。受信器２５に受信されるビート信号の
周波数は、遅延線２３の長さに相当する遅延時間での駆
動信号の周波数掃引量で与えられる。これにより、遅延
線２３の長さに応じてビート周波数を低く設定すること
が可能であり、受信器２５の構成を簡単にでき、かつ高
速，高精度，高感度に周波数掃引誤差を検出することが
できる。

【００２０】このビート周波数は、駆動信号の周波数掃
引の時間特性と遅延線２３の長さから予め知ることがで
きるので、受信器２５の出力信号の周波数変動を調べる
ことにより、周波数掃引誤差を検出することができる。
たとえば、周波数を時間に対して直線的に掃引する場合
には、ビート周波数は理想的には一定の値となるので、
その理想値に対する周波数変動から周波数掃引誤差を検
出することができる。

【００２１】本実施例では、受信器２５の出力信号の周
波数変動を周波数弁別器２６で電気信号の振幅変動に変
換し、さらに積分器２７でその振幅値を積分する。この
積分値が積分時間での周波数掃引誤差に対応する。すな
わち、周波数を時間に対して直線的に掃引する場合に
は、理想値に対応するずれ量は遅延時間内に発生した周
波数掃引誤差に相当するので、このずれ量の積分値が積
分時間内での周波数掃引誤差量を与える。補正信号源１
８は、この周波数掃引誤差をもとに駆動回路１３の周波
数制御端子に与える補正信号を生成し、駆動回路１３は
それに応じて出力周波数を調整する。なお、駆動回路１
３が、高周波信号源と可変電圧源により構成される場合
には、可変電圧源の出力信号に補正信号を重畳して高周
波信号源に与える。

【００２２】このような構成により、駆動回路１３から
出力される駆動信号の周波数掃引誤差を大幅に改善する
ことができ、第１実施例の構成に比べてさらに高精度に
光周波数の掃引が可能な光周波数掃引光源を実現するこ
とができる。

【００２３】図４は、本発明の第３実施例の構成を示
す。図において、レーザ光源１１，外部変調器１２，駆
動回路１３，周波数弁別器２６，積分器２７，補正信号
源２８は、第２実施例と同様である。

【００２４】本実施例では、外部変調器１２の出力光の
一部が光カプラ３１を介して分岐され、さらに光カプラ
３２を介して２つに分岐される。その一方の光は遅延光
ファイバ３３を介して所定の遅延が与えられ、さらに他
方の光と光カプラ３４で合成されて光受信器３５に受信
される。光受信器３５の出力信号は周波数弁別器２６に
入力され、その出力が積分器２７で積分されて補正信号
源２８に入力され、生成された補正信号が駆動回路１３
の周波数制御端子に入力される。

【００２５】本実施例の特徴は、外部変調器１２の出力
光の一部を取り出して周波数掃引誤差を検出し、それに
応じた補正信号を生成して駆動回路１３の出力周波数を
補正するフィードバックループ構成にある。第２実施例
では、外部変調器１２に与える駆動信号からビート信号
を生成したが、本実施例では外部変調器１２の出力光か
ら同様にしてビート信号光を生成し、光受信器３５で受
信する。

【００２６】このビート周波数は、駆動信号の周波数掃
引の時間特性と遅延光ファイバ３３の長さから予め知る
ことができるので、光受信器３５の出力信号の周波数変
動を調べることにより、周波数掃引誤差を検出すること
ができる。以下第２実施例と同様にして、この周波数掃
引誤差から補正信号を生成し、駆動回路１３はそれに応
じて出力周波数を調整する。

【００２７】このような構成により、外部変調器１２の
出力光に対して周波数掃引誤差を大幅に改善することが
でき、第１実施例の構成に比べてさらに高精度に光周波
数の掃引が可能な光周波数掃引光源を実現することがで
きる。

【００２８】図５は、本発明の第４実施例の構成を示
す。図において、レーザ光源１１、外部変調器１２、駆
動回路１３、周波数弁別器２６、積分器２７、補正信号
源２８、光カプラ３１，３２，３４、遅延光ファイバ３
３、光受信器３５は、第３実施例と同様である。

【００２９】本実施例では、第３実施例の構成に加え
て、光カプラ３２と光カプラ３４との間の一方の経路に
周波数シフタ４１を挿入する。この周波数シフタ４１に
よる周波数シフト量に相当する周波数の電気信号を出力
するＲＦ信号源４２を備える。光受信器３５と周波数弁
別器２６との間に光受信器３５の出力信号とＲＦ信号源
４２の出力信号を混合するミキサ４３を挿入する。

【００３０】本実施例の特徴は、光カプラ３２で分岐さ
れた一方の光に周波数シフトを与え、この周波数シフト
量と光受信器３５の受信帯域との関係を調整することに
より、感度良好な受信帯域でビート信号光を受信できる
ところにある。光受信器３５で受信されるビート周波数
は、周波数シフタ４１による周波数シフト量と、遅延光
ファイバ３３による遅延量により決定される。たとえ
ば、周波数シフタ４１による周波数シフト量を 100ＭHz
とし、遅延光ファイバ３３による遅延量に相当する遅延
時間での周波数掃引量を１ＭHzとすると、光受信器３５
として 101ＭHz付近で感度がよいものを使用する。

【００３１】また、ＲＦ信号源４２から周波数シフト量
に相当する周波数をもつ信号が与えられるミキサ４３で
光受信器３５の出力信号と混合することにより、両者の
差の周波数をもつ信号が得られる。すなわち、ミキサ４
３の出力信号の周波数は、遅延光ファイバ３３の長さに
相当する遅延時間内での周波数掃引量となり、周波数弁
別器２６でこの周波数変動を振幅変動に変換することに
より、周波数掃引誤差を検出することができる。以下第
３実施例と同様にして、この周波数掃引誤差から補正信
号を生成し、駆動回路１３はそれに応じて出力周波数を
調整する。

【００３２】このような構成により、外部変調器１２の
出力光に対して周波数掃引誤差を大幅に改善することが
でき、第１実施例の構成に比べてさらに高精度に光周波
数の掃引が可能な光周波数掃引光源を実現することがで
きる。また、第３実施例の構成に比べて、高感度に周波
数掃引誤差を検出することができるので、周波数掃引精
度を高めることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光周波数
掃引光源は、発振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ光
源の出力光を高速応答性に優れた外部変調器で変調する
構成により、高い可干渉性を維持したまま、高速かつ高
精度に光周波数を掃引することができる。

【００３４】また、外部変調器の駆動信号から周波数掃
引誤差を検出し、この誤差を補正しながら周波数掃引を
行うことにより、さらに高精度に光周波数を掃引するこ
とができる。

【００３５】また、外部変調器の出力光から周波数掃引
誤差を検出し、この誤差を補正しながら周波数掃引を行
うことにより、さらに高精度に光周波数を掃引すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図。

【図２】外部変調器の出力光の周波数スペクトルを示す
図。

【図３】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図。

【図４】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図。

【図５】本発明の第４実施例の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１１ レーザ光源 １２ 外部変調器 １３ 駆動回路 ２１，２２ 分岐回路 ２３ 遅延線 ２４ ミキサ ２５ 受信器 ２６ 周波数弁別器 ２７ 積分器 ２８ 補正信号源 ３１，３２，３４ 光カプラ ３３ 遅延光ファイバ ３５ 光受信器 ４１ 周波数シフタ ４２ ＲＦ信号源 ４３ ミキサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山田 弥平 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ
   光源と、 駆動信号の周波数に応じて前記レーザ光源の出力光に変
   調を与える外部変調器と、 前記外部変調器に駆動信号を周波数掃引して与える駆動
   回路とを備えたことを特徴とする光周波数掃引光源。
2. 【請求項２】 発振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ
   光源と、 駆動信号の周波数に応じて前記レーザ光源の出力光に変
   調を与える外部変調器と、 前記外部変調器に与える駆動信号を周波数掃引するとと
   もに、周波数制御端子に入力される補正信号に応じて出
   力周波数を調整する駆動回路と、 前記駆動信号の一部を分岐し、さらに２つに分岐した一
   方に所定の遅延を与えて他方の駆動信号と合成し、得ら
   れたビート信号を受信する受信手段と、 前記受信手段の出力信号の周波数変動から前記駆動信号
   の周波数掃引誤差を検出する周波数掃引誤差検出手段
   と、 前記周波数掃引誤差に応じた補正信号を生成し、前記駆
   動回路の周波数制御端子に送出する補正信号生成手段と
   を備えたことを特徴とする光周波数掃引光源。
3. 【請求項３】 発振周波数スペクトル線幅が狭いレーザ
   光源と、 駆動信号の周波数に応じて前記レーザ光源の出力光に変
   調を与える外部変調器と、 前記外部変調器に与える駆動信号を周波数掃引するとと
   もに、周波数制御端子に入力される補正信号に応じて出
   力周波数を調整する駆動回路と、 前記外部変調器の出力光の一部を分岐し、さらに２つに
   分岐した一方の光に所定の遅延を与えて他方の光と合成
   し、そのビート信号光を生成する光回路と、 前記ビート信号光を受信する光受信器と、 前記光受信器の出力信号から前記外部変調器の出力光の
   周波数掃引誤差を検出する周波数掃引誤差検出手段と、 前記周波数掃引誤差に応じた補正信号を生成し、前記駆
   動回路の周波数制御端子に送出する補正信号生成手段と
   を備えたことを特徴とする光周波数掃引光源。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の光周波数掃引光源にお
   いて、 光回路に、外部変調器の出力光の一部を分岐し、さらに
   ２つに分岐した一方の光に所定の周波数シフトを与える
   周波数シフタを備え、 前記周波数シフタによる周波数シフト量に相当する周波
   数の信号と光受信器の出力信号を混合し、その差周波数
   信号を周波数掃引誤差検出手段に送出するミキシング手
   段を備えたことを特徴とする光周波数掃引光源。