JP2002043685A - 周波数可変光源 - Google Patents
周波数可変光源Info
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Abstract
に周波数が制御された周波数可変光源を提供する。 【解決手段】前記周波数安定化光源1から出射された周
波数安定化レーザー光と前記周波数可変光源2から出射
された周波数可変レーザー光とを合波器4で合波し光共
振器3に入射する。光共振器3は掃引信号により共振ピ
ーク周波数が掃引されて前記合波器4からの入射光の発
振周波数と共振ピーク周波数が一致したときに透過光を
出射する。前記光共振器3から出射された透過光を受光
器5で受光する。解析器6は前記掃引信号と前記受光器
3から出力された受光信号とを解析し前記周波数安定化
レーザー光と前記周波数可変レーザー光との周波数差に
依存した周波数差信号を前記周波数可変光源2に帰還す
る。
Description
野で利用される光源に係り、特に発振周波数を高確度に
制御させた光源装置に関する。
信号光を重畳させ、1本の光ファイバーに伝送させる波
長多重通信(WDM:Wavelength Division Multiplexing)
が開発されている。それぞれのチャネルのキャリア周波
数は(ITU:International Telecommunication Unit)か
ら勧告されており、それらは193.1THzを基準周波数とし
て、そこから100GHzの整数倍離れた位置に配置されてい
る。また、キャリア周波数の周波数確度は1GHz以下が要
求されている。WDM通信用光源は、上記の条件を満た
すように設定されているが、光源の劣化、環境変化等に
より、設定値からずれる恐れがあり、従って、全てのキ
ャリア周波数を常に監視する必要がある。しかしなが
ら、キャリア周波数を測定する波長計や光スペクトラム
アナライザは非常に高価であり、全てのチャネルにこれ
らの装置を設置することは経済的に見て極めて困難であ
る。
03441 )を利用したレーザ光源装置(特願平7-217941)
が発明された。光周波数コム発生器とは位相変調器と光
共振器を組み合わせることにより、入力光の発振周波数
を中心に位相変調周波数の間隔毎に櫛状に多数の側帯波
群を発生させるものである。この櫛状に発生した側帯波
群の側帯波間隔は、高確度に安定であることから、周波
数軸上の目印となる光周波数グリッドとして利用するこ
とができる。光周波数コム発生器の出力を光周波数グリ
ッドとして利用し、任意の周波数で発振周波数を安定化
させた光源が前述の特願平7-217941に記述されたレーザ
光源装置である。このレーザ光源装置を多数並べれば、
WDM用の光源と成り得る。
数コム発生器は、高価なマイクロ波シンセサイザーやマ
イクロ波アンプが必要であった。また、側帯波強度は次
数に対して指数関数的に低下しまい、その発生範囲は通
常1〜2THz 程度であったことから、レーザ光源装置の
発振周波数域も1〜2THz 程度に制限された。本発明の
目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、低価格で、広
い光周波数帯域にわたって高確度にレーザー光の周波数
制御を施した光源を提供することにある。
めに、本発明の周波数可変光源は、フリースペクトルレ
ンジごとに周期的な透過プロファイルを有する光共振器
を掃引、この光共振器にレーザー光を入射した際、レー
ザー光の周波数と光共振器の共振ピーク周波数が一致し
たときに光共振器からレーザー光が出射されることを利
用して、レーザー光の周波数を検出し、検出された値を
光源に帰還することにより、光源のレーザー光の周波数
を制御することを特徴とするものである。
振周波数を安定化させた周波数安定化光源と、発振周波
数を外部信号により制御できる周波数可変光源と、前記
周波数安定化光源から出射された周波数安定化レーザー
光と前記周波数可変光源から出射された周波数可変レー
ザー光とを合波する合波器と、掃引信号により共振ピー
ク周波数を掃引させて前記合波器からの入射光の発振周
波数と共振ピーク周波数が一致したときに透過光を出射
する光共振器と、前記光共振器から出射された透過光を
受光する受光器と、前記掃引信号と前記受光器から出力
された受光信号とを解析し前記周波数安定化レーザー光
と前記周波数可変レーザー光との周波数差に依存した周
波数差信号を前記周波数可変光源に帰還させる解析器と
を備えている。本発明の周波数可変光源では、安価にレ
ーザー光の周波数を検出し、検出された周波数に対応し
た信号を光源に帰還することにより、光源のレーザー光
の周波数を制御することができる。
の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明
する。本発明の周波数可変光源の周波数変動検出の原理
を以下に示す。光共振器の透過スペクトルは、鋭いLore
ntzianの透過域が等間隔に並んだ形状をしており、透過
のピーク周波数(共振周波数)と間隔(FSR :フリース
ペクトルレンジ)は共振器長と共振器内部の屈折率で決
定される。レーザー光を光共振器に入射し、その透過光
量を観測する場合、共振周波数をFSR 以上の範囲で掃引
すれば、共振周波数とレーザー光周波数が一致したとき
に出射光が観測される。複数の光源からのレーザー光を
多重化して入射した場合は、それぞれのレーザー光周波
数に依存したときに出射光が観測される。従って、それ
ぞれの出射光とそのときの共振周波数とからそれぞれの
光源間の差周波数を精度良く見積もることができる。以
下に2つの光源間の差周波数を見積もる方法を示した。
A,Bからのレーザー光を合波後に、共振周波数を鋸歯
状に掃引させた光共振器に入射したとする。掃引範囲は
光共振器のFSR よりも十分広いとする。この状態で光共
振器の透過光量を受光器(PD)で観測する。光共振器
の共振周波数(Ri )と光源A、Bの発振周波数(νA
、νB )の関係が、図3に示した状態にあり共振周波
数が低周波側に掃引されているとする。この場合、掃引
により、R0 、R1 がνA と一致するときに光共振器か
らパルス光が出射される。同様に、Rn 、Rn+1 がνB
と一致するときにもパルス光が出射される。光共振器の
共振周波数が信号発生器の電圧に比例して制御できると
すれば、信号発生器の出力電圧を横軸に、光共振器の透
過光量を縦軸にとると、図4に示したように、周期的な
パルスを観測することができる。PAiは、光源Aからの
レーザー光からの信号である。共振周波数の掃引幅がフ
リースペクトルレンジ(FSR )よりも十分に広いため、
1掃引内において複数のパルスが出射される。同様に、
PBiは、光源Bからのレーザー光からの信号である。P
A1、PA2、PB1のパルスが出射された時刻での信号発生
器の出力電圧をVA1、VA2、VB1とすれば、νA 、νB
の関係は、 νB −νA =〔n+(VB1−VA1)/(VA2−VA1)〕・FSR (1) で表わすことができる。従って、νA とνB の間にある
共振周波数の数nが既知であれば、VA1、VA2、VB1を
測定することにより、簡単に光源A,B間の差周波数を
測定することが可能である。また、これらの信号を制御
信号として光源に帰還すれば両光源間の差周波数を制御
することもできる。
式的に示したものである。周波数安定化光源1は、154
5.1754nm にあるアセチレンガスの吸収線を周波数基準
としている。駆動電流に100kHzの変調信号を重畳させて
位相検波を行うことによって得られた周波数弁別信号を
誤差信号とし、これを半導体レーザ(LD)の駆動電流に
負帰還させることにより、発振周波数の安定化が施され
ている。直接変調であるため、発振周波数は振幅400MHz
で変調されている。周波数安定度はアラン分散の平方根
評価でσ=10-9(τ=1 秒)であった。
グ、ミラーをリットマン型に配置した外部共振器構造LD
光源である。ミラーの角度をモーターで粗調、PZT で微
調することにより発振周波数を可変している。±0.6GHz
の確度で周波数を制御可能である。
ス150 のコンフォーカルエタロンを用いた。共振周波数
での透過率は20%であった。内蔵のPZT に電圧を印加す
ることにより3FSR 程度の共振周波数の掃引が可能であ
る。光共振器3のFSR が1.5GHzであるのに対して周波数
可変光源2の周波数設定確度が0.6GHzであることから、
設定値から式(1)のnを、ミスカウント無しに計算す
ることができる。
らのレーザー光を合波器4で合波して光共振器3に入射
した。光共振器3は、光共振器内蔵PZT に電圧を印加し
て共振周波数を掃引した。光共振器3から出射されたレ
ーザー光は受光器5で受光され電気信号に変換された。
電気信号の電圧を図5に示した。図中のT1,T2,T
3が周波数可変光源2の、R1,R2,R3が周波数基
準光源1からの信号である。周波数基準光源1は安定化
を行わず、無変調の状態で、光共振器3に入射した。ピ
ーク間隔がFSR に対応することから、横軸を周波数に換
算した。
自動的に行われるが、周波数基準光源1の信号と周波数
可変光源2の信号が重なってしまった場合、ピーク位置
検出が不能となり差周波数を見積もることができなくな
る。そこで周波数基準光源1の駆動電流へ変調信号を重
畳させ、発振周波数を直接変調させた(この直接変調は
周波数安定化のために位相検波を行うためにも必要であ
る)。発振周波数が変調されることにより、受光器5で
観測される信号は王冠状に広がる。従って、両光源1,
2からの信号が重なったとしても、常にそれぞれの光源
のピーク位置が検出できる。図6に、変調中に受光器で
観測された信号を示した。変調振幅は約400MHz であ
った。
波数測定の手順を図7に示した。まず、図6の信号を読
み取った後、ピークサーチにより、周波数可変光源2の
信号位置を検出する。ピーク位置での信号値を0として
周波数可変光源2の信号を除去する。変調振幅400MHzと
して計算された王冠状信号との相関を計算する。相関信
号のピーク位置を検出し、その位置を周波数基準光源1
の信号位置とする。最後に、信号位置、周波数安定化光
源2の発振周波数、周波数可変光源2の設定周波数と周
波数安定化光源1の発振周波数から計算されたnを式
(1)に代入して周波数可変光源2の発振周波数を見積
もる。
王冠状信号との相関の計算結果を示した。相関がピーク
となる周波数が図6の周波数基準光源1の信号の変調中
心周波数と一致していることが分かる。見積もられた発
振周波数と設定周波数との差を基に、D/A コンバーター
を通して周波数可変光源2のPZT を制御して周波数可変
光源2の周波数安定化を行った。光共振器3の掃引か
ら、差周波数検出、周波数可変光源2の制御までに要す
る時間は約1秒であった。従って、1Hz以下の帯域の
周波数変動を抑圧することができる。
00.000nmとして周波数安定化を行った場合の周波数安定
度を示した。縦軸は、1500.000nmからのずれを示してい
る。ほぼ±100MHzの範囲で安定化されていることが分か
る。高精度波長計(分解能10MHz )の測定値を基準とし
て周波数確度の波長依存性を測定した結果を図10に示
した。今回使用した周波数可変光源2の発振可能な波長
範囲が1480-1555nm であったため、この波長域内でのみ
の測定となった。図から、周波数安定化光源2から65nm
離れた波長域においても±0.6GHzの精度で波長設定が可
能であることが分かる。1GHz以上に周波数確度が劣化し
ているものが観測されているが、これは周波数可変光源
2が多モード発振してしまったためである。
を掃引させた光共振器に、周波数安定化光源と周波数可
変光源からのレーザー光を入射し、光共振器からレーザ
ー光が出射されるときから両レーザー光間の差周波数を
検出し、この差周波数に依存した信号を周波数可変レー
ザー光源に帰還すことにより、周波数可変光源のレーザ
ー周波数の確度と安定度を周波数安定化光源のそれらと
同等にしている。本発明の周波数可変光源は、上記のよ
うな構成としたために、低価格化を実現できた。従っ
て、本発明の周波数可変光源をWDM 用光源に用いること
により、周波数が安定なWDM系を簡便で、安価に、構
築することができる。
図である。
係を示す図である。
ある。
す図である。
図である。
図である。
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】発振周波数を安定化させた周波数安定化光
源(1)と、発振周波数を外部信号により制御できる周
波数可変光源(2)と、前記周波数安定化光源から出射
された周波数安定化レーザー光と前記周波数可変光源か
ら出射された周波数可変レーザー光とを合波する合波器
(4)と、掃引信号により共振ピーク周波数を掃引させ
て前記合波器からの入射光の発振周波数と共振ピーク周
波数が一致したときに透過光を出射する光共振器(3)
と、前記光共振器から出射された透過光を受光する受光
器(5)と、前記掃引信号と前記受光器から出力された
受光信号とを解析し前記周波数安定化レーザー光と前記
周波数可変レーザー光との周波数差に依存した周波数差
信号を前記周波数可変光源に帰還させる解析器(6)と
を備えた周波数可変光源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000219316A JP4612938B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | 周波数可変光源 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4612938B2 JP4612938B2 (ja) | 2011-01-12 |
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