JPS607233A - 光周波数変調装置 - Google Patents

光周波数変調装置

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JPS607233A
JPS607233A JP58114236A JP11423683A JPS607233A JP S607233 A JPS607233 A JP S607233A JP 58114236 A JP58114236 A JP 58114236A JP 11423683 A JP11423683 A JP 11423683A JP S607233 A JPS607233 A JP S607233A
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JP
Japan
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optical
output
optical frequency
frequency
resonator
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JP58114236A
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English (en)
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Hiroyuki Ibe
博之 井辺
Taro Shibagaki
太郎 柴垣
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • HELECTRICITY
    • 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
    • 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
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明のFlする技術分野−I この発明は、光;【1信に於ける半導体発光素子の光出
力を変言周するだめの光周波数変調装置に係り、特に光
出力強度を安定化した光周波数変調装置に関するっ [従来技術とその問題へ] 半導体レーザには、注入電流を変化することにより、光
出力の強度変化と共に発振周波数が変化するという特徴
がある。この場合発振周波数の変化は、変化速度が遅い
領域では熱的によるもので、また変化速度が速い領域で
はキャリア効果によるものである。これは、例えばA4
GaAsレーザの発振周波数は、熱的には4 GHz/
m人程度変化し、キャリア効果では4QOMHz/mλ
程度変化する。
近時、このような半導体レーザの発振周波数が変化する
とい、う特徴を生かして、半導体レーザの光出力の変調
信号を伝送した後、受光信号を8/N良く検出するとい
う考案がなされている。尚、半導体レーザの発振周波数
及び光強度は、半導体レーザの周囲温度によっても影響
を受ける。
これは、例えばA/GaAsレーザに於いてその発振周
波数は1周囲温度が1 ’0変化するにあ、たり加乃至
30 GH3程度の変化がある。従って、半導体レーザ
の発振周波数変化を光通信に用いるには、半導体レーザ
の注入電流の安定化と周囲温度の安定化とを図る必要が
ある。このうち半導体レーザの注入電流の安定化に関し
ては、従来第1図に示すようなものが考案されている。
これは半導体レーザの注入電流に半導体レーザの発振周
波数の変化分を帰還して発振周波数の安定化を図−でい
るものである。
即ち、半導体レーザ(1)の出力光の一部を2個のビー
ムスプリッタ(21、(3)により夫々第1の光出力及
び第2の光出力をJiり出す。この第1の光出力は直接
第1の光検出器(4)で受光され、第2のゲC出力は光
周波数の変化分を光強度変化に変換する光共振器(5)
を経た後第2の光検出器(6)で受)′Cする。
次に、第1及び第2の光検出器(4)及び(6)の受光
信号を夫々差動増幅器(力に入力し、第2の)Y:検出
器(6)の受光信号の第1の光検出器(4)の受光信号
に対する差を取り出す。この差動増幅器(力の出力をD
Cバイアス用電極(8)の出力電圧に重畳し、半導体レ
ーザ(1)に帰還をかけている。
以上の構成に於いて、第1の光検出器(4)によゆ実際
の半導体レーザ(1)の光出力強度を検出して差動増幅
器(力に入力する革命信号を得ている。従って、半導体
レーザ(1)の出力光強度が変化しても発振周波数は安
定化できる。まだ、このような注入電流帰還により半導
体レーザの発振周波数安定化の手法としては、第1図に
於いて第1のビームスプリッタと第1の光検出素子との
間の光出力経路に光共振器を設は他方の光共振器(5)
と差動形にしたものもある。
このように半導体レーザの発振光周波数の安定化を行な
った後、発振光周波数の変調を行うには注入電流帰還の
帯域を十分越えた信号成分をDCバイアス電流に重畳す
る方法が従来より行われている0 しかしながら半導体レーザへの注入電流を変化させて発
振光周波数の変調を行う2、これと同時に強度変調も行
われるので、例えば光伝送系等の周波数応答を測定する
場合等の周波数変化のみを利用して信号の伝送を行う際
は、半導体レーザの出力光強度が変化することにより正
確な測定が行えないという欠点がある。
また光通信に用いる場合では半導体レーザの出力光強度
の変調波が混在するために位相歪等が生じS/Nが劣化
してしまうことがある。
[発明の目的1 本発明は、上述の問題点を考慮してなされたもので、半
導体レーザの出力光強度を変化させることなく出力光周
波数のみを変化させることのできる光周波数変調装置を
提供することを目的とする。
[発明の概要] 本発明の光周波数変調装置は、第1の帰還ループと第2
の帰還ループとを有している。
第1の帰還ループは、直流バイアスにより駆動する半導
体レーザと、この半導体レーザの出力光周波数との共振
光周波数を変化し得る第1の光共振器と、この第1の光
共振器の出力光を分岐する第1の光分岐器と、この第1
の光分岐器の一方の出力光の出力光強度を検出する第1
の光検出器とこの第1の光検出器の出力電圧と第1の基
準電圧とを比較する第1の差動増幅回路とから成りこの
第1の差動増幅回路の出力を半導体レーザの直流バイア
スに重畳している。
また第2の帰還ループは、第1の光分岐器の他方の出力
光周波数との共振光周波数を変化し得る第2の光共振器
と、この第2の光共振器の出力光を分岐して一方を外部
への出力光とし他方の一部を検出用の出力光とする第2
の光分岐器に1この検出ff+の出力光の出力光強度を
検出する第2の光検出器と、この第2のうY4検出器の
出力電圧と第2の基準電圧とを比較する第2の差動増幅
回路とから成りこの第2の差動増幅回路の出力により第
1の光共振器の共振光周波数を変化させている。
「発明の効果] 半導体レーザの出力光強度を安定化させる第1の帰還ル
ープとさらに出力光周波数変調を制御する第2の帰j!
ループにより半導体レーザの出力光を出力光強度を変化
させることなく出方周波数のみを変化させることができ
る光周波数変調装置を得る仁とができる。
[発明の実施例コ 以下本発明の一実施例を第2図乃至第6図を参照して説
明する。
第2図に本発明による光周波数変調装置の構成図を示す
これはまず、直流バイアス用電源θ(のによる直流バイ
アスにより駆動する半導体レーザ(11)と、光アイソ
レータa2を通jυした半導体レーザ01)の出刃)Y
:の光周波数上の共振光周波数を印加電圧により変化し
得る第1の光共振器(13)とから成っている。
また、第1の光共振器03)の出方)Y:を分岐する、
例えばビームスプリッタからなる第1の光分岐器側と、
この第1の光分岐器(141の一方の出カゲCのうY;
強度を検出する第1の光検出器(+51.’−,この第
1の光検出器09の出力型[、’−第1の基準電源(1
(oの第1の基準電圧とを比較する第1の差動増幅回路
(lηとから成り、この第1の差U1増幅回路の出方を
半導体レーザ01)の直流バイアスに重畳する第1の帰
還ループを構成している。
さらに、前記第1の光分岐gH([4)の他方の出力光
の光周波数上の共振光周波数を変化し得る第2の光共振
器f181と、この第2の光共振器(Iinの出力光を
分岐して、一方を外部への出力光とし、他方の一部を検
出用の出力光とする、例えばビームスプリッタから成る
第2の光分岐器09と、この検出用の出力光の光強度を
検出する第2の光検出器C;0)とから成っている。
また、第2の光検出器(2fllの出力電圧上第2の基
準電源(2I)の第2の基準電圧とを比較する第2の差
動増幅回路(、!2+が設けられ、この第2の差動増幅
回路e功の出力により前記第1の光共振器(13)の印
加電圧を制御して、この共振光周波数を変化させる第2
の帰還ループを構成している。半導体レーザ01)は、
直流バイアス用電源(10)によりしきい値以上の電流
を注入されシングルモード発振している。
第1及び第2の光共振器(131、(181は、例えば
LiNbO3等の電気光学結晶から成り、光の入射面及
び出射面に、例えば誘電体多層膜からなる半透明膜を形
成し、光の入出射面に垂直となる面に対向して電極が設
けられておシ、この電極の印加電圧に応じて結晶内の屈
折率が変化し入射光に対する共振光周波数が変化するも
のである。
この第1及び第2の光共振器(+3) 、 Os+の共
振光周波数に応じて所望の光出力を得るためには、第1
及び第2の光共振器Q、31 、 QRIを構成する結
晶の屈折率を左右する光路長及び端面反射率で決定され
る。
この第1の光共振器(1,1の久方光と出方光の周波数
関係を第3図により説明する。
半導体レーザα1)の出力光周波数を11とすると、と
のflの変化を光強度として変換できるように、第1の
光共振器Hの共振特性の共振ピークに於ける共振光周波
数f2はflと少したけ異なった光周波数に設定されて
いる。この第1の光共振器(1階の共振光周波数f2の
設定は、前述のごとき光共振器長即ち光路長の制御また
は印加するバイアス電圧の制御により行われる。
この状態でflが変化した場合、第1の光共振器fl:
(lの出力)Y;はflの変化に比例するだめ、第2図
中のビームスプリッタ(141により分岐された第]の
光共振器(l(の出力光の一部は、第1の光検出器0勺
を経た後、所望の光周波数を有する光の第1の光検出器
(+51の出力電圧と同電圧を出力する第1の基準Tj
l 淵(Ililとの差を取り増幅し半導体レーザ(1
1)の注入電流に帰還する第1の帰還ループにより第1
の光共振器(13)の出力光の光周波数は安定化される
次に、例えば第1の光共振器(!3+の印加電圧を変化
させて共振光周波数を12からf2′に変化させると、
第1の光共振器(画の出力光の安定点は、第1の点C(
0)から第2の点()1)に移動する。
第3図中の点線により、この安定点が変化すると共に半
導体レーザ01)の出力光強度も変化することを示して
いる。このような第1の光共振器(1濠による安定点の
移動により第1の光共1い器131の出力光は、光強(
a−が一定で)Y−周波θはflから(、/に変化j−
る。しかし、この場合第1の光共振器fI(]の印印加
圧の変化分△■と第1の)′r:共振器(13)出力光
の光周波数の変化分へfの関係は、この第1の帰還ルー
プによる半導体レーザa1)への注入電流の変化によシ
半導体レーザOnの出力光強度が変化するだめ第4図の
実線G4で示すように非直線的となる。
次に第2の帰還ループを説明するが、まず第2の光共振
器0秒は第1の光共振器03)と同様の育成で印加電圧
の変化により共振光周波数がflill 御できるもの
である。この第2の帰還ループも第1の帰還ループと同
様に、第2の光検出器(20)の出力電圧と所望の光周
波数を有する光の第2の光検出器(2(f)出力電圧と
同電圧を出力する第2の基14” fi(源(21)と
の差を取シ増幅した後記1の光共振器(13)の印加電
圧を制御しでいるため、この第2の光共振器帥による安
定点は第5図に示すように第1の点(3o)から第3の
点0ωに移動する。
この場合の出力光周波数の安定化は、半導体レーザ01
)の出力光周波数f1が少し変化したとへに考慮される
◎第1の帰還ループによる注入電流の変化により、半導
体レーザOL!の出力光周波数がf、かうfl−△f1
に変化する際この第1の帰葭ループによる注入電流が一
△■o変化するものとする。
このとき第1のim tR小ループ於ける帰還ゲインf
fiは、半導体レーザ01)固有の周0け変化をΔF/
△□0とすると、 で示される。
しかし、第2の帰還ループによる第1の光共振rj;v
 (13)の印加電圧の変化に伴う共振光周波数の変化
を考枦、する2、半導体レーザo1)の出力光周波数の
変化△fo筺より第1の光共振器(ロ)の共振光周波数
は、第2の帰還ループの帰還ゲインをgHとするとg[
△fo だけ変化することになる。
LY−で、第1の帰還ループに於ける近似的に半導体レ
ーザαJ)の出力光周波数の変化は(1+g□)△「。
となり、第2の帰還ループを考慮した第1の帰還ループ
の帰還ゲインg□′は、 gl”=’ (t+g、 ) gI となる。即ち、第2の帰還ループをイ」加することによ
り第1のd:* i”!+ループの帰還ゲインが増大し
、第1及び第2の帰還ループの位相回転の適切な決定に
より半導体レーザ(11)の出力光周波数の安定化が図
られている。
次に、第2の光共振器(18)の印加電lFを変化する
ことにより、第2の光共振器(18)による安定屯は第
5図に示すように第1の点((1,1)→第3の点(1
4)→j1)4の点(3’9 K瞬時に変化L7、第2
の光共振器(国の出方光周波数けflから11′ に変
化する。
第5図中の実線及び点線は第2のゲr、共振器(Ifl
の光透過特性のローレンツ曲線を示すもので、この各曲
線上の安定点、即ち第1及びgT 4の壱、(:うo)
、C(っは各透過特性の同様の位置となっている。
このことは即ち、第2の光共振器(18)の印加電圧の
変化分△Vと紀2の尤共振器θン:)出力光の)“c箇
波数の変化分へfの関係が、第4図中の点に=’d C
:1)で示すように直線的となることを示すものである
この場合の光周波数の変化分l′\fは、第2の光共振
器01(lをLiNb(J3電気光学結晶によりI’i
i成し1、X−y面に電極を設ければ、 △ffln2「IC「。
で表わされる。
ことに、nは入射光偏光方向を結晶軸、即ちZ軸とした
時の屈折率、「け電気光学定数、Eは内部電界、foは
半導体レーザ(11)の出力光周波数である。
この場合、例えば結晶のx−y方向の厚さを1朋光波長
を0.85μm とすれば、 △f =、+26 Ml(Z/V となる。
以上、この実施例により光強度が一定で、第2の光共振
器Q8)の印加電圧に応じて光周波数が直線的に変化す
る出力光を得ることができる。
尚、上述の一実施例で示しだ装置に於いて、第1及び第
2 tv を共!5(+3) 、 (+l:、L 1N
bo3ic 代表すれる電気光学結晶に定められるもの
でな、く、液晶やPLZT等を用いた光共振器で構成す
ることもできる。
また、第1および第2の光共振器(1(6)、 (18
1と第1および第2の光分岐器(141、Oりを、第6
図に示すような分布ブラッグ反射形の光共振部fi6)
’および導波路形分岐部(37)により構成することも
できる。
【図面の簡単な説明】
実施例を示す図、第3図は第2図中の第1の光共振器の
出力特性を示す図、第4図は第2図に示す一実施例の入
出力特性を示す図、第5図は第2図中の第2の光共振器
の出力特性を示す図、第6図は第2図中の第1および第
2の光共振器と第1および第2の光分岐器の変形例を示
す図である。 10・・・直流バイアス用電源、 1】・・・半導体レーザ、 13 、18・・・光共振器、 14 、19・・・光分岐器、 15 、20・・・光検出器、 16 、21・・・基準電源、 17 、22・・・差動増幅回路。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第1図 第2図 第 3 図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)直流バイアスにより駆動する半導体レーザと、こ
    の半導体レーザの出力光周波数との共振光周波数を印加
    電圧により変化し得る第1の光共振器と。 この第1の光共振器の出力光を分岐する第1の光分岐器
    と、この第1の光分岐器の一方の出力光の強度を検出す
    る第1の光検出器と、この第1の光検出器の出力電子と
    第1の基準電圧吉を比較する第1の差mJ1増幅回路と
    、こめ第1の差動増幅回路の出力を前記直流バイアスに
    重畳する第1の帰還ループを有し、かつ前記第1の光分
    岐器の他方の出力光周波数との共振光周波数を変化し得
    る第2の光共振器吉、この第2の光共振器の出力光を分
    岐して一方を外部への出力光とし他方の一部を検出用の
    出力ゲr:とJ−る第2の光分岐器と、この検出用の出
    力)′r;の光強1ち二を検出−lる第2の光検出器上
    、この第2の光検出器の出力電圧と第2の、18ft1
    1電圧吉を比較すみ第2の差動1曽幅回路と、この第2
    の差動増幅回路の出力によシ前記第1の光共1辰器の印
    加電圧を制御し共振光周波数を変化させる第2の帰還ル
    ープを有することを特徴とする光周波数変調装置。
  2. (2)第1および第2の光共振器は、 LiNbO3電
    気光学結晶、液晶、PLZ’rのいずれか一つからなる
    ことを特徴とする特rr請求の範囲第1項記載の光周波
    数変調装置。
  3. (3)第1および第2の光分岐器は、ビームスプリッタ
    からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    光周波数変調装置。
  4. (4)第1の光共振器および光分岐器は、分布ブラッグ
    反射形の光共振部と導波路形分岐部からなることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の光周波数変調装置。
  5. (5)第2の光共振器および光分岐器は、分布ブラッグ
    反射形の光共振部と導波路形分岐部からなることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の光周波数変調装置。
JP58114236A 1983-06-27 1983-06-27 光周波数変調装置 Pending JPS607233A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63257285A (ja) * 1987-03-30 1988-10-25 シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト 半導体レーザーの放射波長および光パワーの制御または調節装置
US6946431B2 (en) 2002-11-18 2005-09-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Cleaning solution including aqueous ammonia solution, acetic acid and deionized water for integrated circuit devices and methods of cleaning integrated circuit devices using the same

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