JPS6344133A - 遅延自己ホモダイン式スペクトル線幅検出装置 - 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】 〔！！！　要〕 ２個の四端子方向性結合器を用いて遅延自己ホモダイン
系を構成してその出力に含まれる共振ビークを除去する
と共に入力光成分を抽出可能にした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は遅延自己ホモダイン式スペクトル線幅検出装置
に関し、更に詳しく言えば、２個の四端子方向性結合器
を用いた遅延自己ホモダイン式スペクトル線幅検出装置
に関する。

通信の分野においては、そこで取り扱う情報量の急激な
増大、通信速度の向上等に対処するべく、従来の電気通
信方式を補完乃至はこれに代わるものとして光通信方式
の開発が活発に行なわれている。この光通信方式では光
源を特徴とする特許その光源の代表的なものとして半導
体レーザがある。この半導体レーザは誘導放出を利用す
るため、現在使用可能な半導体レーザでは、そのレーザ
光のスペクトルに不回避的な広がりが生ずる。一方、現
在開発中にあるコヒーレント通信方式、とりわけ時間的
コヒーレンスを利用した通信方式では、レーザ光のスペ
クトル線幅が狭いほど、そこに含まれる他の成分による
通信情報への影響が現れにく（なり、その通信に好結果
をマすので、その狭スペクトル線幅化が要求され、狭ス
ペクトル線幅の下での高線幅制御が必要とされる。

［従来の技術］ 従来におけるレーザ光のスペクトル線幅制御のために用
いられる線幅検出手段には、例えば第７図に示すような
遅延自己ホモダイン法によるスペクトル線幅検出装置が
ある。

これは外部共振器型半導体レーザからのレーザ光を四端
子方向性結合器７０の一方の方向性結合端子対の入力端
子から入射させつつそのレーザ光成分を受光する前記一
方の方向性結合端子対の出力端子から光フアイバ遅延線
７２を介して他の方向性結合端子対の入力端子へ伝播さ
せ、前記他の方向性結合端子対の出力端子からスペクト
ル線幅成分を出力させ、この成分を光険出器７４で検出
し、増幅器７６で増幅した後線幅信号発生部７８でスペ
クトル線幅信号を発生してレーザ光のスペクトル線幅制
御に供せんとするものである。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上述の線幅検出装置によると、自己相関により第８図に
示す如き共振ピークが検出線幅に現れるため、その検出
精度が劣る。又、この装置では、検出線幅成分のみしか
得られず、他の使用目的のための光成分、例えば半導体
レーザの発振周波数制御のために必要となる光成分を得
ろためには全く別個の抽出光学系を用怠しなければなら
ない。

本発明は、斯かる問題点に鑑みて創作されたもので、検
出精度の向上が図れると共に入力光成分の出力も得られ
る遅延自己ホモダイン式スペクトル線幅検出装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図を示す。本発明は、第
１図に示す如く、第一の方向性結合端子対の入力端子に
入力光を受ける第一〇四端子方向性結合器１ｏと、該第
一の四端子方向性結合器１０の前記第一の方向性結合端
子対の出力端子に第一の方向性結合端子対の入力端子を
光学的に結合すると共に第二の方向性結合端子対の入力
端子をダミー終端しく１２Ａ）、その出力端子を出力と
する第二の四端子方向性結合器１２と、該第二の四端子
方向性結合器１２の前記第一の方向性結合端子対の出力
端子を前記第一の四端子方向性結合器１０の第二の方向
性結合端子対の入力端子に光学的に結合させる光遅延線
１４と、前記第一〇四端子方向性結合器１０の前記第二
の方向性結合端子対の出力端子に光学的に結合され、ス
ペクトル線幅信号を出力する信号出力部１６とから遅延
自己ホモダイン式スペクトル線幅検出装置を構成したも
のである。

〔作　用〕

この本発明装置においては、第一の四端子方向性結合器
１０に入射された入力レーザ光は第二の方向性結合端子
対の入力端子をダミー終端している第二〇四端子方向性
結合器１２の第一の方向性結合端子対、そして第一〇四
端子方向性結合器１０におけるスペクトル間の相関を除
き得るに十分な遅延を光信号に与える光遅延線１４を介
して第一〇四端子方向性結合器１０の第二の方向性結合
端子対の入力端子から入射されてその出力端子からスペ
クトル線幅成分を得るようにしているから、上述した共
振ピークをほぼ除くことができ、スペクトル線幅の検出
精度が向上する。この機能と共に、第二の四端子方向性
結合器１２から入力レーザ光成分を出力する機能も一体
化されている。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す。この図において、第
１図構成要素と同一のものには同一参照番号を付しその
説明を省略する。その信号出力部の具体的構成要素は、
光検出器１８．増幅器２０゜線幅信号発生部２２である
。

この実施例要部は上述した原理構成図と同様であり、そ
の作用効果は第１図構成について述べたように第一の四
端子方向性結合器１０の一方の方向性結合端子対の入力
端子に入力された入力光が半導体レーザ光であるとする
と、その第一の四端子方向性結合器１０の一方の方向性
結合端子対の出力端子から出力されたレーザ光は第二の
四端子方向性結合器１２内の、ダミー終端されている方
向性粘合端子対以外のもう一つの方向性結合端子対を介
して光遅延線１４に入力され、この光遅延線１４におい
て第一の四端子方向性結合器１０における光スペクトル
間の相関性を除き得るだけ遅延された後、第一の四端子
方向性結合器１０の他方の方向性結合端子対の入力端子
に入力され、そしてその出力端子からスペクトル線幅成
分のビート信号が得られる。そのスペクトル線幅成分に
は第３図に示すように共振ピークは殆ど現れない。

従って、スペクトル線の検出精度が向上する。

又、第二の四端子方向性結合器１２の他方の方向性結合
端子対のダミー終端１２Ａ側とは反対側の端子から大力
レーザ光成分が出力される。この出力光は後述するよう
に、例えば半導体レーザ光源の発振周波数の安定化に用
いられる。

この本発明装置を半導体レーザ光源のスペクトル線幅制
御及び発振周波数安定化に用いた例が第４図及び第５図
に示される。

第４図及び第５図に示されるように、第１図の遅延自己
ホモダイン式スペクトル線幅検出装置は第４図及び第５
図においては、参照番号３０で参照される。この装置の
第一の四醋１子方向性結合器１０の入力端子に第４図の
光カップラ４０の出力を光学的に結合し、スペクトル線
幅検出装置３０の検出出力をＰＺＴ４１に印加するよう
にして半導体レーザ光源のスペクトル線幅制御系を構成
すると共に、第二の方向性結合器１２の出力端子１２Ｂ
を第５図の走査型ファブリペロ−干渉計の入力に光学的
に結合するようにして半導体レーザ光源の発振周波数制
御系を構成している。

そのスペクトル線幅制御系の構成は第４図に示す如くで
ある。即ち、第４図において、４２は半導体レーザダイ
オードで、これはレーザ駆動電源・１３にて駆動される
。４４．４５はコリメートレンズである。４６はチュー
ニングプレートで、これは、例えばＰＺＴ４１によりピ
ボット４７の回りに回転し得るように構成されている。

４８はグレーティングで、これは半導体レーザダイオー
ド４２からのレーザ光を波長選択的に半導体レーザダイ
オード４２へ帰還させるものである。

これら半導体レーザダイオード４２とグレーティング４
８との間に外部共振器が形成されるが、その分解能ΔＶ
　Ｅ　（は で与えられる。但し、上式において、Ｋ１は半導体レー
ザダイオード４２の端面で構成されるファブリ・ペロー
共振器の分解能の裾の広がり倍率、Ｋ２はチューニング
プレート４６のフィネスの裾の広がり倍率、ＦＳＲＳＬ
は半導体レーザダイオード４２の自由空間波長、ＱＥＣ
は外部共振器ののフィネス、ＱＴＵはチューニングプレ
ート４６のフィネス、そしてＱＳＬは半導体レーザダイ
オード４２のフィネスである。

上式はレーザ光のスペクトル線幅がチューニングプレー
ト４６のフィネスに反比例していることを示している。

従って、チューニングプレート４６のフィネスを変える
ことによって、レーザ光のスペクトル線幅を変えること
が可能になる。

そのフィネス制御手段は、第４図では、光カプラ−４０
、そして遅延自己ホモダーイン式スペクトル線幅検出装
置３０からＰＺＴ電圧を受けるＰＺＴ４１から成るフィ
ードバック系にて構成されるが、この系によれば半導体
レーザダイオード４２の出力レーザ光が光カプラ−４０
で分岐され、その分岐レーザ光を受光する遅延自己ホモ
ダイン式スペクトル線幅検出装置３０でスペクトル線幅
が検出され、その検出結果に応じたＰＺＴ電圧がＰＺＴ
４１へ帰遷されるから、上述した出力レーザ光のスペク
トル線１隔制御を為していることになる。

又、上述した発振周波数制御系の構成は第５図に示す如
くである。即ち、第５図において、５０は半導体レーザ
光源の外部共振器で、５２は外部共振器５０内に設けら
れて外部共振器長を変えるＰＺＴである。５４は走査型
ファブリペロ−干渉計で、これは外部共振器５０に光学
的に結合されている。５６は走査型ファブリベロー干渉
計５４に接続され、そのミラーの走査制御を行なう走査
制御回路である。５８は走査制御回路５６による走査開
始時刻から走査周期内の所定期間の間持続する第１のパ
ルスを発生するモノマルチバイブレークである。６０は
走査型ファブリベロー干渉計の光出力に光学的に結合さ
れた光検出器で、６２は光検出器６０の出力信号を増幅
する増幅器で、６４は増幅器出力信号に応答して所定期
間の間持続する第２のパルスを発生するモノマルチハイ
ブレークである。６６はアンド回路である。６８はアン
下回路６６の出力に接続された低域フィルタ、７０は低
域フィルタ６８の出力を基準電圧と比較する差動増幅器
、７２は比較出力信号を増幅する増幅器である。増幅器
７２の出力電圧がＰＺＴ５２に印加される。

上述構成になる発振周波数安定化装置の動作態様を説明
する。

この装置の動作が始まると、走査制御回路５６から第６
図Ｏ）に示す如き走査制御用ランプ電圧が走査型ファブ
リペロ−干渉計５４に周期的に供給されてその走査を反
復する。この走査と同期したトリガ信号（第６図の１）
）がモノマルチバイブレーク５８に供給されてそこから
第６図の３）に示すような持続期間ｔ１の第１のパルス
が発生される。

上記走査が行なわれている走査型ファブリベロー干渉計
５４からレーザ光の周波数に応じて決まる走査周期内の
時刻に光出力が光検出器６０に照射され、その検出信号
が増幅器６２で増幅されて（第６図の２））モノマルチ
バイブレーク６４に印加される。そのモノマルチバイブ
レーク６４からは第６図の４）に示されるような第２の
パルスが発生される。この第２のパルスも又第６図の４
）からも明らかな如くレーザ光の周波数変化によってそ
の発生時刻を異にする。

上述の第１及び第２のパルスの１自理積をアンド回路６
６でとることにより、レーザ光の周波′ｆｌ変化は第６
図の５）に示すように、パルス幅の変化に転化される。

そのパルスが低域フィルタ６８を介して差動増幅器７０
で基準電圧（基準周波数を表す電圧）と比較されて出力
される誤差信号が増幅器７２を介してＰＺＴ５２に印加
されることによって、レーザ光の周波数は基準周波数ζ
こ安定化される。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、スペクトル線幅の検
出精度等に有利性をＴらし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の一実施例を示す図、 第３図は本発明装置でのビート信号スペクトル例を示す
図、 第４図はスペクトル線幅制御系の構成図、第５図は発振
周波数安定化系の構成図、第６図はタイミングチャート
、 第７図は従来の遅延自己ホモダイン式スペクトル線幅検
出装置を示す図、 第８図は第７図装置でのビート信号スペクトル例を示す
図である。 第１図及び第２図において、 １０．１２は四端子方向性結合器、 １２Ａはダミー終端、 １４は光遅延線、 １６は信号出力部である。 ７”　　　　　　　’−−−−−二 本発明の原理構成図 第１図 本発明の一実施例 第２図 井Ｓと−り ＯにＨｚ　　　　５０にＨ２ 従来装置でのビート信号スヘクトル例 第８図 ０にＨｚ　　　　５０ＫＨｚ 本発明装置でのビート信号ヌヘクト２し例第３図 ヌベクトル線幅制御系 第４図 発振周波数安定化系 第　５　図 ５）　　ＰＷＭ７１．−オー寸ｊ　ｌ　　−一タイミン
グチヤード 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第一の四端子方向性結合端子対の入力端子に入力光を受
   ける第一の四端子方向性結合器（１０）と、 該第一の四端子方向性結合器（１０）の前記第一の方向
   性結合端子対の出力端子に第一の方向性結合端子対の入
   力端子を光学的に結合すると共に、第二の方向性結合端
   子対の入力端子をダミー終端し（１２Ａ）、その出力端
   子を出力とする第二の四端子方向性結合器（１２）と、 該第二の四端子方向性結合器（１２）の前記第一の方向
   性結合端子対の出力端子を前記第一の四端子方向性結合
   器（１０）の第二の方向性結合端子対の入力端子に光学
   的に結合させる光遅延線（１４）と、 前記第一の四端子方向性結合器（１０）の前記第二の方
   向性結合端子対の出力端子に光学的に結合され、スペク
   トル線幅信号を出力する信号出力部（１６）とから成る
   遅延自己ホモダイン式スペクトル線幅検出装置。