JPS63184385A - レ−ザ光源装置 - Google Patents

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】 （発明の技術分野） 本発明は発振周波数が一定で、かつスペクトル幅を任意
に可変できるレーザ光源に関するものである。

（従来技術とその問題点） コヒーレント光通信システムは、波長１，５５μｍ帯を
用いた長距離光通信システムが次世代の光通信システム
として注目されている。特に、光通信システムを構築す
る上で問題となる伝送帯域は、一般に光フアイバ伝送路
の波長分散により決定されることが明らかとなっている
。従って、近年においては、レーザ光源の発振、スペク
トル幅も伝送帯域を決定する重要な要素であることから
、レーザ光源の発振スペクトル幅を狭くする開発が活発
に行われている。

第１図は従来のレーザ光源装置のブロック図であり、レ
ーザ光源の出力光の周波数を極カ一定にし、かつスペク
トル幅をできるだけ狭くする構成となっている。第１図
において、■はファブリペロ共振型あるいは分布帰還型
等のレーザ発振器、６はレーザ発振器１の励振状態を変
化させて発振周波数（発振波長）を変えるレーザ駆動部
、３はレーザ発振器１のモニタ光Ｌ３を反射させて帰還
するための反射鏡または回折格子からなる反射器、２は
レーザ発振器１の主出力光Ｌ２を分岐するための半透明
反射鏡、４は発振周波数を測定するための周波測定部、
５は所望の発振周波数からのずれを測定しレーザ駆動部
６を制御するための周波数制御部、７は分岐された出力
光Ｌ４を反射させるためノミラー、８は分岐された主出
力光Ｌ２のスペクトル幅を測定するためのスペクトル幅
測定部、９はスペクトル幅を制御するためのスペクトル
幅制御部である。

このレーザ光源装置において、スペクトル幅をできる限
り狭くし、かつ発振周波数を一定にしようとする場合は
、 ■　予めレーザ駆動部６の励振状態を調整し、所望の発
振周波数が得られるようにし、 ■　次に、レーザ発振器１と反射器３との距離、すなわ
ち帰還光し、の位相を調整するか、または反射器３の傾
斜角度を変化させて帰還光Ｌ１の振幅を調整し、スペク
トル幅が小さくなるようにしていた。

ここで、■で述べた発振周波数がスペクトル幅の調整に
関係なく一定に保つためには、レーザ発振器１内で発振
するために周回している光（帰還光Ｉ、１と同一方向に
進む光）の位相θ。と帰還光Ｌ＋の位相θ１とが同相ま
たは逆相になっている必要がある。しかし、上述した従
来の方法では発振周波数を調整した後、スペクトル幅を
狭くするために反射器３の傾斜角度あるいは距離を調整
すると、帰還光］７１の位相θ、も変化してしまいレー
ザ発振器１の発振周波数がずれてしまう。従って、スペ
クトル幅と発振周波数とを交互に調整しながら、所望の
値に収束するように調整することは極めて困難であると
いう問題があった。

さらに、従来のレーザ光源装置における発振周波数また
はスペクトル幅の安定化の方法も以下に述べるような問
題があった。なお、以下の説明では、発振周波数の安定
化とスペクトル幅の安定化は原理的に同一であるので周
波数の安定化を例にとり説明する。

第２図は、従来の周波数安定化光源の構成を模式的に示
したものである。第２図において、■はレーザ発振器、
４は周波数測定部で気体の吸収線を利用する吸収セルあ
るいは共振器４１と受光器４２とからなり、５は周波数
制御部、６はレーザ駆動部である。また、Ｍｌは半透明
鏡である。２重線で記されているし。、　Ｌ２．　Ｌ４
＋　ｌ、ｓは光線であり矢印はその方向を示している。

実線で記されているＳ、。

Ｓ２は電気信号の流れであり、矢印はやはり信号の流れ
る方向を表している。ここで、気体の吸収線を利用した
吸収セルあるいは共振器４１は、吸収の中心周波数ある
いは共振器の共振周波数、反共振周波数の近傍では近似
的に狭帯域の帯域通過フィルタあるいは帯域阻止フィル
タとみなすことができるから、これを以後簡単のために
「狭帯域フィルタ４１」と呼ぶことにする。また、２，
３，７゜８．９は第１図と同様である。

なお、実際に周波数安定化光源を作り上げるためには、
図中に示した構成要素のほかに、レンズ。

反射鏡など光を幾何光学的に操作するための光学要素が
必要であるが、これらは当然使用が予想されるものであ
るから、特に記載がなくとも実際には存在するが記載を
省略する。このことは以下の全ての図面に当てはまる。

Ｌ２はレーザ発振器１の出力光で、出力光Ｌ２を半透明
鏡Ｍ１によって、光線Ｌ０とＬ４とに分割し、光線Ｌ４
を狭帯域フィルタ４１に入力する。狭帯域フィルタ４１
から出て来た光線Ｌ５を受光器４２で受光して電気信号
に変換する。この周波数安定化光源においては、レーザ
発振器１の発振周波数ｆ１が狭帯域フィルタ４１の中心
周波数ｆｃ（吸収セルの場合は吸収の中心周波数、共振
器の場合は共振周波数）に合っていれば光線り、の強度
は、狭帯域フィルタ４１が帯域通過型であるか帯域阻止
型であるかによって、極大もしく極小となる。レーザ発
振器１の発振周波数ｆ１が中心周波数ｆｃと異なってい
れば、狭帯域フィルタ４１が帯域通過型であるか帯域阻
止型であるかにしたがって、光線り、の強度は減少もし
くは増大する。従って、光線Ｌ５の強度に対応する電気
信号Ｓ、の振幅を監視していれば、レーザ共振器１の発
振周波数ｆ、が狭帯域フィルタ４１の中心周波数ｆｃと
一致しているかどうかを知ることができる。このとき、
周波数制御部５からの電気信号ｓ２に従ってレーザ発振
器１の発振周波数ｆ、を変化させることができれば、発
振周波数をある方向、例えば高い方向に僅かに変化させ
、その場合の電気信号Ｓ、の振幅の変化をみることによ
って、発振周波数ｆ、が狭帯域フィルタ４１の中心周波
数ｆｃに対していずれの方向にずれているかを知ること
ができ、この情報に従って電気信号Ｓ２を調節し、発振
周波数ｆ１が中心周波数に一致するように補正すること
ができる。しかし、周波数を変動させる速度は、この周
波数安定化光源を使用する場合に振幅。

周波数などを変調する速度（周波数）に比べて十分低く
しなければならなかった。

発振周波数ｆ、を安定化する別の方法として、レーザ１
の発振周波数ｆＩを周波数変調しておく方法がある。こ
の方法では、最大周波数変移が一定で、中心周波数の近
傍に周期的に周波数が変化するように、発振周波数ｆ１
を変調しておく。このとき、最適な最大周波数変移は、
狭帯域フィルタ４１の周波数特性から決まる。また、こ
の場合も前述の方法と同様に、発振周波数ｆ１を変調す
る周波数（ｌ／周期）は、この周波数安定化光源を使用
する場合には振幅２周波数などを変調する周波数に比べ
て十分低くしなければならない。

さらに、周波数をガスの吸収線を用いて安定化しておき
、その状態でスペクトル幅だけを変えたい場合、機械的
あるいは電気光学的に帰還光の振幅を変化させる従来の
方法では、振幅を変化させると位相が微少に変化してし
まい、振幅だけを変化させることは実質的に不可能であ
った。従って、周波数を高度に安定化した光源において
、スペクトル幅を変化させる手段には適していなかった
。

上述の説明から分るように、従来いずれの周波数安定化
光源でも、平均周波数は狭帯域フィルタ４１の特性で決
まる一定の周波数に安定化されるが、各時刻での周波数
ｆ、はこの一定周波数を中心に周期的あるいは制御方法
で決まる仕方で変動するために、用途が限定される。ま
た、後者の方法では、周波数を安定化する制御系５の応
答速度はレーザ発振器１の発振周波数ｆＩを周波数制御
のために変調する周波数で制限されるために、さらに利
用が狭められるという問題があった。

（発明の目的と特徴） 本発明は、上述した従来技術の欠点を解決するためにな
されたもので、レーザ光源の発振周波数を一定にしてお
きスペクトル幅だけを独立に任意の値に調整できうるレ
ーザ光源装置を提供することを目的とする。

本発明の第２の目的は、レーザ光源の出力光を振幅ある
いは周波数変調して用いる場合の変調速度に制限される
ことなく、レーザ光源の発振周波数またはスペクトル幅
を安定化しろるレーザ光源装置を提供することを目的と
する。

本発明の第１の特徴は、レーザ光源のモニタ光の偏波面
を変化させて振幅を調整することにより、帰還光の振幅
と位相とを独立に調整してスペクトル幅だけを任意の値
に制御できるようにしたことにある。

本発明の第２の特徴は、レーザ光源の周波数測定部（ス
ペクトル幅測定部）に、発振周波数を周波数変移させる
ための超音波光変調器を用いて測定したことにある。

（発明の構成） 以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

まず、最初に本発明の第１の目的である発振周波数とス
ペクトル幅とを独立に調整できうる手段について説明す
る。なお、従来構成との差異を明確にするため、従来の
構成例である第１図と構成が異なる反射器３の構成のみ
を説明する。

（実施例１） 第３図は本発明の第１の実施例の主要部であり、レーザ
発振器１のモニタ光Ｌ３を光学的に帰還せしめる帰還光
学部の構成図である。第３図において、３１はレーザ発
振器１からの直線偏光波を通過させるための偏光子、３
２は任意の偏波面を得るためのファラデー回転子、３３
はファラデー回転子３２に磁界を印加するだめの磁界印
加部、３４は反射鏡または回折格子などからなり、光を
反射するための反射器、Ｌ３．　Ｌ３１　、　Ｌ３□＋
　ＬＩＺ　＋　Ｌｌｌ及びり、は光線を表し、かつ矢印
は光線の進行方向を示しており、三重線のＭは磁界印加
部３３からファラデー回転子３２に磁界を印加する制御
線をそれぞれ示している。

次に動作を説明する。レーザ発振器１の出力光Ｌ３が偏
光子３１を通過したその出力光Ｌ３１　はファラデー回
転子３２を通過し、その出力光Ｌ３□を反射器３４で反
射させ、その反射光ＬＩ２は再びファラデー回転子３２
を通過し、更にその出力光Ｌ１１　は偏光子３１を通過
し、帰還光り、としてレーザ発振器１に帰還する。この
とき光線Ｌ３の内、偏光子３１が通過させる光の偏波面
の方向と同じ偏波面を持つ偏光成分だけが光線Ｌ３１　
として同偏光子３１を通過してくる。従って、もし光線
Ｌ１の偏波面の方向が偏光子３１が通過させる光の偏波
面の方向と角度θ、が違っていると、光線Ｌ３＋　は光
線Ｌ３に対してｃｏｓ２（θ、）だけ減衰を受けること
になる。光線Ｌ３゜はファラデー回転子３２を通過する
際にその偏波面がファラデー回転子３２の磁化の大きさ
に応じた回転θ、を受けた光線Ｌ３□となる。同光線Ｌ
３□は反射器３４で反射されて光線ＬＩ２となり再びフ
ァラデー回転子３２を通過する際に偏波面の回転θ、を
受は光線Ｌｌ＋として偏光子３１に入射する。光線Ｌ１
１　は光線Ｌ３１に対して偏波面の方向が２θ、たけ回
転しているから、光線Ｌｌ＋　は光線Ｌ３１　に対して
ｃｏｓ　２（２θ、）だけ減衰を受ける。従って、角度
θ、を変えれば帰還光Ｌ１の振幅の最大値を変えること
ができる。また、磁界印加部３３によってファラデー回
転子３２に印加する磁界の強さを変えれば角度θ、が変
化し、角度θ、が０度から４５度まで変化する時帰還光
り。

の振幅は最大値から最小値まで変化する。さらに、角度
θ、が４５度から９０度まで変化すると、帰還光ＬＩの
振幅は最小値から最大値まで変化する。ただし、角度θ
、が０度から４５度までの間にある場合と角度θ、が４
５度から９０度までの間にある場合とでは、帰還光り、
の位相は１８０度異なる。ここで、偏光子３１及びファ
ラデー回転子３２の消光比は通常０でないために、帰還
光り、の振幅は０とならない。

また、ファラデー回転角θ、を変化させるためには磁界
印加部３３が発生する磁界が外部から回部３３に与える
命令あるいは信号によって変えられるようにしておかな
ければならない。

このように、本発明では帰還光り、の振幅が偏波面を制
御するだけで調整が可能なため、位相が振幅の調整に関
係なく一定に保つことができる。

次に、位相の調整方法について説明する。位相の調整は
、従来と同様に反射鏡３４の位置をレーザ発振器１に近
づけるか遠ざけるかにより行う。この際、帰還光Ｌ１の
位相θ、とレーザ発振器１内で周回している光の位相θ
。とが発振周波数の安定性から極めて重要である。

第４図は、レーザ発振器内部の適当な場所で外部からの
帰還光と同方向に進む光（帰還光とレーザ発振器内部で
周回している光との合成光）の位相θゎを表したもので
ある。図中、実線ＣＩ、　Ｃ２＋Ｃ，、Ｃ，、、Ｃ１は
外部からの帰還光Ｌ＋の位相θ８と帰還光がない場合の
位相θ。が同相の場合の合成光の位相θ、で、帰還光の
強度はこの順で弱くなっている。実線Ｃ６は外部からの
帰還光り、かない場合の合成光の位相θｔ　＊　Ｃ１０
，ｃａは位相θ。と位相θ１が逆相の場合の位相θ、で
、帰還光の強度は実線Ｃ？＋　Ｃ８の順で強くなってい
る。

ここで、外部からの帰還光がない場合、実線Ｃ９が横軸
を横切る周波数ｆＣでレーザ発振器が発振しているもの
とする。レーザ発振器１が１個の周波数を中心に安定に
発振するためには位相θｔが近接した２個以上の周波数
で０とならないことが必要である。従って、実線ＣＩｌ
　ａｌｌで表されるような状態にならないように帰還光
Ｌ０の強度と位相を制御しなければならない。

位相θ、が０あるいは３６０度の整数倍となる近傍での
位相θ、の変化が急峻であるほどスペクトル幅は狭くな
る。従って、第４図に示した例では、帰還光の強度を実
線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃｓ、　Ｃ６，Ｃ７のように変え
ていくに従って、スペクトル幅は広くなる。特に、実線
Ｃ７で表されているような場合には、スペクトル幅は極
めて広くなる可能性がある。また、全体として、スペク
トル幅を狭くするためには帰還光学系３の光路長を長く
する必要がある。

この場合、図の実線Ｃ１およびＣ８で表されているよう
な状態にならないように、帰還光の光量も同時に調整す
る必要がある。

本実施例のように、ファラデー回転子３２を通過する際
の偏波面の回転を調節して、帰還光の位相と強度を変化
させれば、第４図の実線Ｃ２で表されるような状態から
実線Ｃ９で表されるような状態までの任意の状態を得る
ことが可能である。

例えば、実線Ｃ５の状態にするには、ファラデー回転子
３２を往復２回通過したときの偏波面の回転角θｆｒを
９０度にすれば良い。また、実線Ｃ２から実線Ｃ１まで
の範囲となるファラデー回転子３２の回転角の条件は次
式により近似的に表すことができる。

反射器３を結合する側のレーザ１の端面の反射率をｒ、
透過率をｔ、ファラデー回転子３２の回転角が００場合
の反射器３からの実効的な反射率をＲ、レーザの実効的
な共振器長をｌ、反射器３の実効的な光路長をＬとする
と、Ｌ＞１、かつＲ＜１のときには、回転角θｆ、０９
０度からのずれΔθｆ１が −ｒ　＜５ｉｎ（Δθｒｒ）　＜　４．６０１”　　　
−−−−−−−−−一・・−−−−−＋１１なる条件を
満足する必要がある。ここで、ｔ”（Ｌ＋１！、）　Ｒ である。

第５図は本発明における他の帰還光学系の構成例を示し
ている。この帰還光学系は第３図に示した帰還光学系に
おいて偏光子３１を省略したものとなっている。従って
、本帰還光学系の場合、レーザ発振器自体に偏光選択性
があることが使用可能なための条件となる。３２．３３
．３４、二重線Ｌｌｌ　Ｌ３＋Ｌ＋ｇ　ｌ　ｌ−３２は
これまでに示した実施例中のものと同様なものを意味す
る。動作についても、偏光を選択して帰還光の実効的の
強度を変化させる機能がレーザ発振器自体にあることを
除けば、第３図に示した実施例と同様である。

第６図から第８図までは本発明における帰還光学系の構
成例を示している。第６図から第８図までにおいて、３
４．３５．３６は反射鏡あるいは回折格子である。３７
は半透明鏡あるいは偏光ビームスプリッタである。３８
は偏波面保存光ファイバあるいは偏波面保存光ファイバ
からなる光フアイバ偏光子であり、３９はレンズである
。

第６図および第７図に示した帰還光学系の動作は、レー
ザ発振器の出力光Ｌ３が半透明鏡又は偏光ビームスプリ
ンタ３７によって２個の光線に分割され、それぞれの光
線が偏波面の回転を受けること、２個の光が合成された
ものが帰還光となること、反射鏡あるいは回折格子３４
と３５の間の距離、反射鏡あるいは回折格子３６と半透
明鏡あるいは偏光ビームスプリッタ３７の間の距離を同
時に変えることによって帰還光の位相が変えられること
を除けば、基本的には第３図、あるいは第５図に示した
帰還光学系と同様である。

第８図に示した実施例も、偏光子３１として偏波面保存
光ファイバ３８を使用しているか、あるいは光が空間伝
搬する距離を短くするために偏波面保存光ファイバ３８
を使用していることを除けば基本的には第３図あるいは
第５図に示した帰還光学系と同様な動作をする。

第９図及び第１０図は、偏波面の回転を受けた光と受け
ない光とを合成して、ファラデー回転子３２の任意なフ
ァラデー回転角に対して、適当な磁界をファラデー回転
子３２に印加した状態で帰還光の強度を実質的に零にで
きるようにした本発明における帰還光学系の例である。

図中の構成要素、線等の意味はこれまでに示した実施例
中のものと同様である。

いずれの実施例においても、レーザ発振器１の出力光Ｌ
３を半透明鏡あるいは偏光ビームスプリッタを用いて２
個に分割し、１個はファラデー回転子３２を通過させて
その偏波面を回転させる。もう１個は直接反射鏡あるい
は回折格子３５によって反射させ半透明鏡あるいは偏光
ビームスプリッタ３７によって合成しレーザ発振器１に
帰還する。このとき、半透明鏡あるいは回折格子３７が
光線Ｌ３を分割する分割比、あるいは反射鏡あるいは回
折格子３５の反射率を適当に選び、かつ反射鏡あるいは
回折格子３４によって反射されてくる光線と３５によっ
て反射されてくる光線の位相差を適当に選べば（１８０
度）、ファラデー回転子３２の回転角のヒステリシスが
あまり問題とならない十分に磁界が印加された状態で帰
還光の強度が零になるようにすることができる。

以上のように本発明は、レーザ発振器１のモニタ光り、
の振幅を変化させる手段として帰還光学系を用いて（１
）式で与えられた範囲内で調整することにより、発振周
波数を一定にし、かつスペクトル幅を所望の任意の値に
変化させることができる。

なお、ファラデー回転子３２としてはファラデー回転角
がある程度大きなものであればどのようなものでも使用
可能である。例えば、イツトリウム鉄ガーネット、ガド
リニウム鉄ガーネットなどの希土類鉄ガーネットあるい
はファラデーガラスなどを用いればよい。強磁性体、フ
ェリ磁性体などヒステリシスのある材料を使用する場合
には印加磁界の強度がある程度強いところで使用する必
要がある。そのためには磁界が印加されていない場合の
帰還光の強度を十分大きくしておけばよい。

この問題を避けるためにはファラデーガラスのように線
形性のよい材料を使用するのも一法である。

偏光子３１としては、複屈折性の結晶を使用したプリズ
ム類、誘電体多層膜を使用した偏光ビームスプリンタ、
あるいは偏波面保存光ファイバ性の偏光子、２色性のあ
る物質を使用した偏光板などが使用できる。

上述したように本発明は、ファラデー回転子３２や偏光
子３１の如き偏波特性を有する光学素子（以下、「帰還
光学系」と称す）を用いて光の振幅を制御することによ
り、光の振幅と位相とを独立に調整することができる。

なお、本発明は上述した偏光子３１とファラデー回転子
３２との組み合わせに限定されることなく、以下に示す
第４図から第１０図のような構成でも同様に光の振幅と
位相とを独立に調整することができる。

（実施例２） 次に、本発明の第２の目的であるレーザ光源の発振周波
数あるいはスペクトル幅を安定化する手段について詳細
に説明する。

第１１図は本発明による周波数安定化光源のブロック図
であり、第２図（従来例）と異なる点は狭帯域フィルタ
４１の前に、周波数変移を行う超音波光変調器４３−１
と超音波光変調器４３−１に超音波を励振するための交
流電気信号Ｓｔ３を供給する電気信号原４３−２とから
構成される周波数変調器４３を設けた構成となっている
ことである。

以下、図面に従って、本実施例について説明する。レー
ザ発振器１の出力光Ｌ２を半透明鏡胴を用いて光線Ｌ０
とＬ４とに分割する。光線Ｌｏはこの安定化光源の出力
光とするか、あるいはさらに分割して、一方を出力光と
し、もう一方をその振幅を監視することによって出力光
の振幅安定化などに利用する。光線Ｌ４を周波数変調器
４３に入力すると、少なくともその一部は周波数が変移
した光線Ｌ４”として出力される。周波数変移の大きさ
は発振周波数制御部５が出力する電気信号Ｓ３によって
制御できる。光線Ｌａ’　　は狭帯域フィルタ４１を通
過し光線Ｌ５として出力される。光線Ｌ５を受光器４２
で受光し、その強度を電気信号Ｓ１に変換する。レーザ
発振器１の発振周波数すなわち光線Ｌ２（光線ＬＯ，Ｌ
４の周波数もこれと同じ）の周波数をｆＩとじ、周波数
変調器４３によって受ける周波数変移をｆ３とすると光
線Ｌ４”　の周波数ｆ４はｆ、＋　　＝ｆｌ　＋ｆ　１
１またはｆ４“−Ｌ”ｆａとなる。光線Ｌ５の強度は光
線Ｌ４°の周波数ｆ４が狭帯域フィルタ４１の中心周波
数ｆｃ（吸収セルの場合は吸収の中心周波数、共振器の
場合は共振周波数）に合っていれば、光線り、の強度は
、狭帯域フィルタ４１が帯域通過型であるか帯域阻止型
であかによって、極大もしくは極小となる。もし、周波
数ｆ４が周波数ｆｃと異なっていると、光線Ｌ５の強度
は、狭帯域フィルタ４１が帯域通過型であるか帯域阻止
型であるかによって、周波数ｆ４が周波数ｆｅと一致し
ている場合に較べて減少あるいは増大する。従って、光
線Ｌ５０強度に対応する電気信号Ｓ、の振幅を監視して
いれば、光線Ｌ４′　の周波数ｆ４が狭帯域フィルタ４
１の中心周波数ｆｃと一致しているかどうかを知ること
ができる。このとき、発振周波数制御部５からの電気信
号Ｓ３に従って、周波数変調器４３が光線Ｌｔ’　の周
波数ｆ４に与える周波数変移ｆ８を変化させることがで
きれば、周波数変移をある方向、例えば増加の方向に僅
かに変化させ、その場合の電気信号Ｓ、の振幅の変化を
みることによって、光線Ｌ４’　の周波数ｆ４が狭帯域
フィルタ４１の中心周波数ｆｃに対していずれの方向に
ずれているかを知ることができる。周波数変調器４３が
光線Ｌ４“　に与えている周波数変移の大きさは既知で
あるから、この情報に従って電気信号Ｓ２を調節し、発
振周波数ｆ、を安定化することができる。発振周波数ｆ
＋が安定化される周波数の範囲は狭帯域フィルタ４１の
中心周波数ｆｃと周波数変調器４３が光線Ｌ４°　に与
えることができる周波数変移によって決まる。今、周波
数変調器４３によって光線Ｌｔ’　　の周波数ｆ４に与
えることができる最大周波数変移の絶対値をｆａｍａｘ
とし、最小周波数変移の絶対値をｆａｍｉｎとすると、
レーザ発振器１の発振周波数ｆ１は、狭帯域フィルタ４
１の中心周波数ｆｃとこれらの周波数ｆ、ｍａｘ　、　
ｆａｍｉｎを用いて、ｆ　ｃ　　ｆａｍａｘ　＜ｆ、　
＜　ｆ　ｃ　　ｆ＠ｍ１ｎ（ｆ＜’　　＝ｆｌ　＋　ｆ
　ａの場合）あるいはｆ　ｃ十ｆ、ｍｉｎ　＜ｆＩ＜　
ｆ　ｃ＋　ｆ。

ｍａｘ（Ｌｏ　＝Ｌ　　ｆ−の場合）の範囲の任意の周
波数に安定化できる。

以上説明から明らかなように、本発明による周波数安定
化光源ではその出力光Ｌ０はなんらの変調も受けていな
い。また、レーザ光源１の発振周波数ｆｌを安定化する
ための制御系は、この周波数安定化光源の出力光をなん
らかの目的で変調して使用する際も、出力光を変調する
変調器とは全く独立に動作しているから、周波数を安定
化するための制御系の動作速度は外的な要因によって制
限を受けない。さらに、出力光Ｌ０の周波数は周波数変
調器４３で光線し４°に与える周波数変移によって変化
できることが分かる。

なお、超音波光変調器４３−１としては、必要とする周
波数変移ｆ８を光線Ｌ４に与えられるものであれば、ど
のようなものでもよい。しかし、周波数安定化光源をで
きる限り簡単に構成しようとする場合には、必要とする
周波数範囲にわたって、与える周波数変移ｆ８の大きさ
による変調効率（入力光の強度に対する周波数変移を受
けた出力光の強度の比）の変化が少ないことが望ましい
。周波数安定化光源の出力光の周波数を可変にする必要
がなければ、超音波光変調器の周波数帯域はそれ程広い
必要はない。しかし、出力光Ｌ２の周波数をある周波数
範囲で可変としたい場合には、可変としたい周波数範囲
に応じて帯域を広くする必要がある。周波数帯域が広い
超音波光変調器を実現する方法としては、光学的に異方
性のある結晶（二酸化テルルＴｅＯ□など）を用いて、
光が効率良く回折されるために光の進行方向と超音波の
進行方向がなすべき角度条件を超音波の周波数が変化し
てもある程度の周波数範囲で満足させる方法がある。

また、もうひとつの方法としては、超音波光変調器４３
−１を複数個シリーズに接続して用いても良い。一般に
高効率の超音波光変調器４３−１は９０％以上の回折効
率を有しているので、例えば１０個用いても３０％以上
の回折格子が得られる。従って、１個の超音波光変調器
で与えられる周波数変移が２００ＭＨｚ程度としても、
１０個で２ＧＨｚ程度の周波数変移が可能となる。

電気信号源４３−２としては、必要とする電力の交流電
気信号必要とする周波数範囲にねたってを超音波光変調
器に供給でき、かつ外部から入力される電気信号に従っ
て超音波の周波数つまり周波数変移ｆ８を変えられるも
のであればどのようなものでも良い。超音波の周波数を
変化させる方法としては、電気信号源４３−２を単なる
電力増幅器とし、与えるべき周波数変移と同じ周波数の
電気信号Ｓ、を発振周波数制御装置の方から送ることも
できるし、あるいは電気信号ｓ３を直流電気信号とし、
電気信号源４３−２をその直流電気信号のレベルに従っ
て発振周波数が変化するような発振器と発振器の出力信
号を増幅するだめの電力増幅器によって構成することも
できる。また、電気信号ｓ３を適当なデジタル信号とし
、電気信号源４３−２をそのデジタル信号によって発振
周波数を制御できるような発振器とその発振器の出力信
号を増幅するための電力増幅器によって構成してもよい
。

本発明に使用する周波数変調器４３では光線Ｌ４に与え
る周波数変移ｆａが正確に分かっている必要がある。従
って、電気信号Ｓｔ３としては、周波数を安定化された
発振器の出力あるいはその出力に周波数変調を施したも
の、あるいはそれらを増幅したものなどが望ましい。

また、第１２図は本発明の周波数安定化光源に用いる周
波数制御部５のブロック図であり、５１は周波数変調器
４３−１を制御するだめの制御器、５２は一定周期の同
期信号を発生し制御器５１と後述する同期検波器５３と
に供給するための同期信号発生器、５３は受光器４２の
出力する電気信号Ｓ、の振幅を適切な振幅に増幅あるい
は減衰させるための同期検波器である。

同期信号発生器５２は一定の周期の同期信号を発生し、
制御器５１と同期検波器５３とに、それぞれ同期信号Ｓ
５３及び同期信号ＳＳＺを与える。制御器５１は、同期
信号５３に従って電気信号Ｓ３を発生し、周波数変調器
４３が、周期が同期信号発生器５２が発生する同期信号
と同じで最大値ｆ、ｍａｙ及び最小値ｆ、ｍｉｎが一定
であるような周波数変移ｆａを、光線Ｌ４に与えるよう
に周波数変調器４３を制御する。周波数変調（すなわち
周波数変移）を受けた光線Ｌ４°の周波数が狭帯域フィ
ルタ４１の中心周波数ｆＣの近傍にあれば、受光器４２
の出力する電気信号Ｓ１のうち同期信号と同相あるいは
逆相の成分を同期検波器５３によって取り出せば、取り
出された同相成分あるいは逆相成分の振幅は、光線Ｌ４
°の平均周波数の狭帯域フィルタ４１の中心周波数ｆＣ
からのずれに対応している。同期検波器５３はこの同相
成分あるいは逆相成分の振幅を電気信号Ｓ５１　として
出力する。電気信号ＳＳＩ　は、同相あるいは逆相成分
の振幅に対応した値を有する電圧あるいは電流であって
もよいし、同振幅に対応して符号化されたデジタル信号
であってもよい。制御器５１は、電気信号ＳＫＩによっ
て与えられた光線り、１　の平均周波数の狭帯域フィル
タ４１の中心周波数ｆｃからのずれに関する情報をもと
に電気信号Ｓ２を発生し、この信号Ｓ２によってレーザ
発振器１の振幅周波数ｆ１を変化させ、光線り、１　の
平均周波数が狭帯域フィルタ４１の中心周波数ｆｃと一
致するように制御する。

このとき、レーザ発振器１の発振周波数ｆ、は、狭帯域
フィルタ４１の中心周波数ｆｃとは周波数変調器４３が
光線Ｌ４に与える周波数変移ｆａの平均値の分だけ差が
ある。従って、周波数変調器４３が与える周波数変移ｆ
８の平均値を変化させれば、レーザ発振器１の発振周波
数を変化することができる。

なお、上述の説明ではレーザ光源１の発振周波数を安定
化する構成について述べたが、レーザ光源１のスペクト
ル幅を任意の値に安定化する構成も同様に可能である。

例えば、スペクトル幅測定部８は周波数測定部４に内蔵
の超音波変調器４３−１の周波数変移を所定の最小値と
最大値との間を単調に変化させれば良い。最も簡単な方
法としては、最小値と最大値との間を単位時間当たりの
変化率が一定であるように周波数変移を変化させれば良
い。

第１３図及び第１４図は本発明におけるスペクトル幅安
定化光源に用いるスペクトル幅制御部９の構成図である
。

第１３図において、９０は超音波光源変調器４３−１の
周波数変移が所望の時間的は変化で行われるように制御
するためのスペクトル幅制御器、９１はスペクトル幅測
定部８からの信号Ｓ８に基づいて作り出された信号を所
定の時間の間だけ積分するための積分器、９２は信号Ｓ
６と参照信号Ｓｒとの加算器である。

積分器９１での積分を開始する時刻と終了する時刻とは
、信号ＳＢＯによって、スペクトル幅制御器９０が積分
器９１に与える。この時刻は、周波数変移が所定の最大
値及び最小値となる時刻である。従って、何れの時刻に
積分を開始し、何れの時刻に終了するかは、周波数変移
を変化させる方法によって決る。例えば周波数変移を最
小値から最大値まで繰り返し変化させるような場合には
、周波数変移が最小値から増加を開始する時刻が積分を
開始する時刻とし、周波数変移が最大値に達した時刻が
積分を終了する時刻とする。

信号Ｓ８が光線Ｌ５の強度に対応したレベルを有するベ
ースバンドの信号である場合には、積分される信号は信
号ＳＩｌ自体であっても良いし、信号Ｓ８から適当なベ
ースバンドの信号を差し引くなど適当な処理を施したも
のでも良い。

スペクトル幅制御器９０は、積分器９１の出力信号Ｓ、
Ｉ　もしくは信号３９１が示す積分結果を所定の値と比
較して、その大小によってスペクトル幅を現在の値より
大きくするべきか、又は小さくするべきかを判断し、信
号Ｓ３によって、帰還光学系３がレーザ発振器１に帰還
する帰還光の振幅あるいは位相の少なくも一方を直接制
御するか、あるいは制御するための情報を同帰還光学系
３に与える。

また必要に応じて、スペクトル幅制御器９０が信号Ｓ２
によってそれぞれレーザ発振器駆動部６を直接あるいは
間接的に制御し、レーザ発振器１の発振条件あるいは温
度を変化させるようにすることもできる。

第１４図は、第１３図と同様にスペクトル幅制御部９の
構成例の概略を示している。構成要素、信号などの内、
加算器９２．加算器９２の出力信号Ｓ９２゜参照信号Ｓ
、、以外ものちは第１３図と同でものを意味する。第１
３図に示した実施例との違いは、加算器９２によって受
光器４１の出力信号Ｓ８と参照信号Ｓ、、とを加算し、
信号ｓｑｚとして出力できることである。

参照信号Ｓ、、とじて信号Ｓ８とは逆の極性のものを用
意しておけば、積分器９１の出力信号Ｓ９１が直接設定
したスペクトル幅と実際のスペクトル幅との差を表すよ
うにすることができる。この場合参照信号Ｓｒの大きさ
を調節すればスペクトル幅を制御できる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、帰還光の振幅を位相とは
独立に偏光素子によって調整することにより、レーザ光
源１の発振周波数を一定のままスペクトル幅を任意の値
に選定でき、光通信系の試験用光源あるいはモードホッ
ピング雑音源等として利用ができる。

さらに本発明は、周波数測定部４（スペクトル幅測定部
８）に周波数変移する超音波光変調器４３−１を用いる
ことにより、レーザ光源１から出力される主信号光自体
に周波数変調を施すことなく、かつ周波数安定化の制御
速度に影響されることなく周波数（スペクトル幅）を安
定化することが可能となり、その効果は極めて大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ光源装置の１例を示すブロック図
、第２図は従来の周波数安定化光源の１例を示すブロッ
ク図、第３図、第５図〜第９図は本発明のレーザ光源装
置に用いる帰還光学部の構成例を示すブロック系統図、
第４図は本発明におけるレーザ発振器内部で周回してい
る光と外部からの帰還光との位相と発振周波数の特性図
、第１１図は本発明による周波数安定化光源の他の実施
例を示すブロック図、第１２図は本発明の周波数安定化
光源に用いる周波数制御部の構成例を示すブロック図、
第１３図及び第１４図は本発明のスペクトル幅安定化光
源に用いるスペクトル幅制御部の構成例を示すブロック
図である。 １・・・レーザ発振器、２・・・半透明反射鏡、３・・
・反射器（帰還光学系）、４・・・周波数測定部、５・
・・周波数制御部、６・・・レーザ駆動部、７・・・ミ
ラー、８・・・スペクトル幅測定部、９・・・スペクト
ル幅制御部、３１・・・偏光子、３２・・・ファラデー
回転子、３３・・・磁界印加部、３４．３５．３６・・
・反射鏡又は回折格子、３７・・・半透明鏡又は偏光ビ
ームスプリッタ、３８・・・光フアイバ偏光子、３９・
・・レンズ、４１・・・狭帯域フィルタ、４２・・・受
光器、４３・・・周波数変調器、４３−１・・・超音波
、４３−２・・・電気信号源、５１・・・制’＋ＩＨ器
、５２・・・同期信号発生器、５３・・・同期検波器、
９０・・・スペクトル幅制御器、９１・・・積分器、９
２・・・加算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器から出力されるモニタ光と主出力光
   のうち、該モニタ光の振幅と位相を変化せしめて該レー
   ザ発振器の発振周波数とスペクトル幅を調整するレーザ
   光源装置において、 印加する磁界の強度により予め定められた直線偏光波の
   前記モニタ光の偏波面を任意に回転させる偏波面可変手
   段と、該偏波面可変手段により偏波面を変えられた前記
   モニタ光を反射させ再び前記偏波面可変手段に入射させ
   る反射手段とを少なくとも有する帰還光学系を具備し、
   前記レーザ発振器と該反射手段との距離を変化せしめて
   前記反射手段により反射されて前記レーザ発振器に入射
   される前記モニタ光の位相と前記レーザ発振器内で周回
   している光の位相とを逆相もしくは同相にし、かつ所望
   の発振周波数となるようにしたのち、前記偏波面可変手
   段により前記モニタ光の強度を変化せしめて所望のスペ
   クトル幅を得るように構成されたことを特徴とするレー
   ザ光源装置。
2. （２）レーザ発振器の発振周波数もしくはスペクトル幅
   を周波数測定部もしくはスペクトル幅測定部で測定しな
   がら、レーザ発振器の励振状態あるいはモニタ光の強度
   及び位相を制御して一定の発振周波数もしくはスペクト
   ル幅に安定化するレーザ光源装置において、 該モニタ光に印加する磁界の強度で偏波面を変化せしめ
   て前記モニタ光の強度を制御する偏波面可変手段と、前
   記レーザ発振器の主出力光のうち分岐して得られた信号
   光に周波数変移を与える少なくともひとつの超音波光変
   調器と、該周波数変移された信号光の周波数と所望の前
   記発振周波数とのずれを比較する周波数比較手段と、該
   周波数比較手段により得られた光信号を電気信号に変換
   する光−電変換手段とを有し、前記超音波光変調器の予
   め知られた周波数変移の値から前記電気信号が最大もし
   くは最小となるように前記レーザ発振器の励振状態ある
   いは前記モニタ光の強度を制御して前記レーザ発振器の
   発振周波数を安定化するように構成されていることを特
   徴とするレーザ光源装置。