JP3287214B2 - 多チャネル光周波数安定化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光周波数多重（また
は波長多重）通信の光源に利用する。特に、発振周波数
（発振波長）の安定化に関する。

【０００２】

【従来の技術】光周波数多重（ＯＦＤＭ：Optical Freq
uency Division Multiplexing 、波長多重、ＷＤＭ：Wa
velength Frequency Division Multiplexingと同義）通
信方式は、複数の発振周波数の異なる光源の信号を送信
側で多重して伝送し、受信側で光分波器または光フィル
タにより光周波数毎に信号を分離し、各チャネル毎に受
信、復調するものである。その際、光源の発振周波数ゆ
らぎが生じると、受信側において、光分波器の所定の出
力ポートに信号成分が出力できなくなったり、他のチャ
ネルへのクロストークが生じることとなり、結果として
正常な信号受信ができなくなる問題がある。このような
問題を解決するために、各光源の発振周波数を所定の値
に安定化させることが、光周波数多重通信を行う上で重
要である。

【０００３】図１４および図１５に、複数の光源の発振
周波数を安定化した従来例の光周波数多重光源の構成
と、その動作原理とを示す。この従来例は特開平８−５
１４１１号公報に示されたものであり、複数の半導体レ
ーザ１２１〜１２５を光源とし、各レーザの出力をスタ
ーカプラ２１により合波し、合波出力をマッハ・ツェン
ダ干渉計型光フィルタ（以下「ＭＺフィルタ」という）
３３に入力し、その出力をアレイ導波路格子型光分波器
４４を用いて分波した後、各光源出力毎にフォトディテ
クタ５１１〜５１５を用いて受信する。その際、図１５
に示すように、各光源の所定周波数の周波数間隔を等間
隔に配置するように設定し、周波数軸上でサイン波特性
を有するＭＺフィルタ３３の透過率のピーク周波数の周
期を光源の周波数間隔と一致させる。さらにら、ＭＺフ
ィルタ３３の透過特性を一定周波数で発振する発振器３
４を用いて光周波数軸上で変調する。このとき、フォト
ディテクタ５１１〜５１５から得られた出力を、発振器
３４の出力をレファレンスとするロックインアンプ５２
１〜５２５に入力する。これによりロックインアンプ５
２１〜５２５の出力は、透過信号の微分波形となり、Ｍ
Ｚフィルタ３３の透過率のピーク周波数で零となる。し
たがって、中心周波数からの周波数差に応じた誤差信号
出力が得られる。この誤差信号出力に応じて各光源の可
変周波数電源１１１〜１１５にフィードバックすること
により、半導体レーザ１２１〜１２５の発振周波数をＭ
Ｚフィルタ３３の透過率のピーク周波数に安定化制御す
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例の構成
では、光源の周波数（波長）間隔は安定化できるが、周
波数基準となるＭＺフィルタの中心周波数ゆらぎについ
ては考慮されていないため、光源の絶対周波数は安定化
できないという課題があった。また、従来例では、各光
源の周波数間隔が一定のものを前提とし、かつＭＺフィ
ルタの透過率のピーク周波数間隔と光源の設定周波数間
隔とを一致するように設定していたため、光源の設定周
波数間隔が一定でない光周波数多重光源の安定化は不可
能であった。

【０００５】本発明は、このような課題を解決し、光源
の絶対周波数を安定化でき、しかも光源周波数間隔が一
定でない場合にも利用可能な多チャネル光周波数安定化
装置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】本発明の第一の観点によ
ると、出力する光周波数が互いに異なる値に設定された
複数の光源の出力光の合波光を入力とし、この複数の光
源のそれぞれに設定された光周波数からのずれに対して
それぞれ透過率が変化する光周波数弁別手段と、この光
周波数弁別手段の出力光から光源のそれぞれの出力光を
分波する光分波手段と、この光分波手段の分波光から光
源のそれぞれの出力光の光周波数誤差を検出する光周波
数誤差検出手段と、この光周波数誤差検出手段の出力に
したがって光源のそれぞれの出力光周波数を制御するフ
ィードバックループ（以下「第一のフィードバックルー
プ」という）とを備えた多チャネル光周波数安定化装置
において、出力光周波数が安定化された周波数基準光源
と、この周波数基準光源の出力光を光周波数弁別手段に
入力してその弁別出力から弁別誤差を検出する弁別誤差
検出手段と、この弁別誤差検出手段の出力にしたがって
光周波数弁別手段の透過中心周波数を制御する制御手段
（以下「第二のフィードバックループ」という）とを備
えたことを特徴とする多チャネル光周波数安定化装置が
提供される。

【０００７】この構成により、第一のフィードバックル
ープにより光源の周波数間隔を安定化できるのみなら
ず、第二のフィードバックループにより光周波数弁別手
段の透過中心周波数のゆらぎを安定化することができ、
光源の絶対周波数を安定化することができる。

【０００８】光周波数弁別手段の透過特性を変調信号で
変調する手段を備え、光周波数誤差検出手段および光弁
別誤差検出手段はそれぞれ、光分波手段の分波光をそれ
ぞれ受光する受光手段と、この受光手段の出力を変調信
号により位相同期検波する手段とを含むことがよい。

【０００９】また、これとは別に、光周波数弁別手段は
二つの出力ポートに互いに相補的な出力が得られる構造
の光フィルタを含み、光分波手段はこの光フィルタの二
つの出力ポートのそれぞれの出力光を分波する構成であ
り、光周波数誤差検出手段および光弁別誤差検出手段の
少なくとも一方には、光フィルタの二つの出力ポートに
対応してそれぞれ設けられた受光手段と、同一の光源の
光周波数成分に対応して二つの受光手段の差分または比
の成分を出力する手段を含むこともできる。この構成に
よれば、光周波数弁別手段を変調することなく光源周波
数を安定化することができる。この場合、光分波手段は
互いに対向する入出力ポートが複数設けられたアレイ導
波路格子型光分波器を含み、このアレイ導波路格子型光
分波器の対向する１組の入出力ポートに光フィルタの二
つの出力ポートが接続され、受光手段はこのアレイ導波
路格子型光分波器の前記１組の入出力ポート以外の入出
力ポートに接続される構成とすることができる。

【００１０】光分波手段を複数の光源の出力光を合波す
る手段と同じ素子として形成することもできる。

【００１１】本発明の第二の観点によると、出力する光
周波数が互いに異なる値に設定された複数の光源の出力
光の合波光を入力とし、この複数の光源のそれぞれに設
定された光周波数からのずれに対してそれぞれ透過率が
変化する光周波数弁別手段と、この光周波数弁別手段の
出力光から複数の光源のそれぞれの出力光を分波する光
分波手段と、この光分波手段の分波光から複数の光源の
それぞれの出力光の光周波数誤差を検出する光周波数誤
差検出手段と、この光周波数誤差検出手段の出力にした
がって複数の光源のそれぞれの出力光周波数を制御する
フィードバックループとを備えた多チャネル光周波数安
定化装置において、複数の光源の互いに隣り合う光周波
数の間隔が異なって設定され、光周波数弁別手段は、こ
の異なって設定された光周波数の間隔の公約数のひとつ
またはその公約数の２倍に等しい周期で透過率が変化す
る周期型光フィルタを含むことを特徴とする多チャネル
光周波数安定化装置が提供される。

【００１２】この第二の観点は、第一の観点と組み合わ
せて実施することが望ましいが、単独に実施することも
できる。

【００１３】周期型光フィルタとしては、マッハ・ツェ
ンダ干渉計、ファブリ・ペロー干渉計あるいはリング共
振器により構成された周期型フィルタを用いることがで
きる。

【００１４】本発明の第二の観点では、光周波数弁別手
段として周期型光フィルタを用い、その周期もしくはそ
の周期の１／２の周波数間隔を、複数の光源の互いに異
なる周波数間隔の公約数のひとつになるように設定す
る。周期型光フィルタの周期を光源の周波数間隔の公約
数となるように設定した場合には、各光源の出力光周波
数を安定化するために、周期型光フィルタの透過率特性
が等しくなる周波数領域を各光源の安定化に利用する。
また、周期型光フィルタの周期の１／２の周波数間隔を
光源の周波数間隔の公約数となるように設定した場合に
は、周期型光フィルタの透過率特性が等しくなる周波数
領域だけでなく、透過率特性が反転する周波数領域も利
用する。

【００１５】このように、光周波数の間隔の公約数のひ
とつまたはその公約数の２倍に等しい周期で透過率が変
化する周期型光フィルタを用いることで、光周波数が不
等間隔で配置された場合にも、各光源を所定の周波数に
安定化することができる。

【００１６】例えば１．５μｍの波長帯を光源として使
用する光周波数多重通信システムを考える。このような
シテスムにおいて、伝送路として１．５μｍ付近に零分
散波長を有する分散シフトファイバを使用すると、高速
変調された信号を長距離伝送した場合でも、分散による
波長劣化の無い良好な伝送特性を得ることができる。一
方、各光源波長間で位相整合がとれるため、ファイバの
屈折率の３次の非線形に基づく四光波混合により、信号
周波数に一致した周波数成分が発生してしまう。したが
って、等周波数間隔で光源周波数が配置されると、四光
波混合光が信号周波数と同一の周波数で発生し、信号へ
のクロストークとなって、伝送特性劣化を引き起こす。
そこで、このような状況を避けるため、光源周波数を不
等間隔に配置することが、柴田らやフォルジエリらによ
り提案されている。 文献１：柴田宣、ラルフ・ブラウン、ロバート・ワール
ツ、「周波数多重コヒーレント伝送系における４光波混
合光の発生効率」、電子通信学会技報ＯＱＥ８６−８
３、１９８６年９月２９日 文献２：F.Forghiei, R.W.Tkach, A.R.Chraplyvy and
D.Marcuse, "Reduction of four-wave-mixing cross ta
lk in WDM systems using unequally spaced channel
s", OFC/IOOC '93 Technical Digest, pp.252-253, Fe
b.21-26, 1993このうち文献２に示された周波数配列例
では、２５ＧＨｚの周波数グリッドを設定し、その倍数
の値を周波数間隔として採用している。このような場
合、周期型フィルタの１周期または１／２周期を２５Ｇ
Ｈｚに設定すればよい。

【００１７】本発明の第二の観点では、各周波数間隔が
それぞれ、周波数型フィルタの１周期または１／２周期
の自然数倍となる。このため、光周波数弁別感度を保っ
たまま、不等周波数間隔に配置された光源周波数をそれ
ぞれ安定化することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第一の実施形態を
示すブロック構成図であり、複数の光源とその光周波数
を安定化する多チャネル光周波数安定化装置とを示す。

【００１９】複数の光源１１〜１ｎは出力する光周波数
が互いに異なる値に設定され、これらの出力光が光合波
器２０により合波されて出力される。この合波光は例え
ば光周波数多重通信に利用されるが、その一部を光カプ
ラ２２により分岐し、多チャネル光周波数安定化装置に
入力する。

【００２０】多チャネル光周波数安定化装置には、複数
の光源１１〜１ｎのそれぞれに設定された光周波数から
のずれに対してそれぞれ透過率が変化し、その合波光の
各周波数ゆらぎを一括して強度ゆらぎに変換する光周波
数弁別器３０と、この光周波数弁別器３０の出力光から
光源１１〜１ｎのそれぞれの出力光を分波する光分波器
４０と、この光分波器４０の分波光から光源１１〜１ｎ
のそれぞれの出力光の光周波数誤差（周波数ゆらぎ）を
検出する誤差検出回路５１〜５ｎと、この誤差検出回路
５１〜５ｎの出力にしたがって光源１１〜１ｎのそれぞ
れの出力光周波数を制御する第一のフィードバックルー
プとを備え、さらに、光周波数弁別器３０を構成する周
期型光フィルタの中心周波数ゆらぎを安定化して光源の
絶対周波数を安定化するため、出力光周波数が安定化さ
れた周波数基準光源３１と、この周波数基準光源３１の
出力光を光源１１〜１ｎの出力光の合波光に合波する光
カプラ２３と、光周波数弁別器３０の出力光から周波数
基準光源３１の出力光を分波して弁別誤差を検出する誤
差検出回路５ｒと、この誤差検出回路５ｒの出力にした
がって光周波数弁別器３０の透過中心周波数を制御する
第二のフィードバックループとを備える。光源１１〜１
ｎの互いに隣り合う光周波数の間隔は異なるように設定
され、光周波数弁別器３０は、この異なって設定された
光周波数の間隔の公約数のひとつまたはその公約数の２
倍に等しい周期で透過率が変化する周期型光フィルタに
より構成される。

【００２１】この実施形態では、第一のフィードバック
ループにより光源１１〜１ｎの出力する光周波数の間隔
が安定化され、第二のフィードバックループにより絶対
周波数が安定化される。また、光周波数弁別器３０の透
過率特性により、光源１１〜１ｎの互いに隣り合う光周
波数の間隔が異なっていても、その発振光周波数を安定
化することができる。

【００２２】図２は本発明の第二の実施形態を示すブロ
ック構成図である。この実施形態は、周波数基準光源３
１の出力を光合波器２０で光源１１〜１ｎのそれぞれの
出力光と合波することが第一の実施形態と大きく異な
る。この場合、通信用の合波出力からは、光フィルタ６
０により周波数基準光源３１からの周波数成分（ｆ_r0）
を除去する。

【００２３】以上の実施形態において、光合波器２０と
して、従来例と同様にスターカプラを用いてもよく、導
波路格子型合波器その他を用いてもよい。光合波器２０
としてスターカプラを用いた場合には光カプラ２２は不
要となり、従来例のように光合波器２０の他の出力を合
波出力とすることができる。また、光分波器４０とし
て、光フィルタや多段接続ＭＺフィルタ、あるいはアレ
イ導波路格子型光分波器その他を用いることができる。

【００２４】図３は本発明の第三の実施形態を示すブロ
ック構成図である。この実施形態は、光源１１〜１ｎお
よび周波数基準光源３１の出力光の合波および分波を同
一のアレイ導波路格子型光合分波器４１により実現した
ことが上述した実施形態と異なる。アレイ導波路格子型
光合分波器４１の入出力波長特性を適当に設計すること
により、互いに異なる発振周波数ｆ₁ 〜ｆ_n およびｆ_r0
を有する光源１１〜１ｎおよび周波数基準光源３１の出
力光をそれぞれアレイ導波路格子型光合分波器４１の入
力ポートａ１〜ａｎおよびａｒに入力すると、これらが
出力側のポートｂ０に合波されて出力される。この合波
出力を光カプラ３０で二つの出力に分岐し、一方を光周
波数弁別器３０により弁別する。さらに、光周波数弁別
器３０の出力をループバック光路７０を通してアレイ導
波路格子型光合分波器４１の入力側のポートａ０に入力
する。ポートａ０に入力された合波光は、アレイ導波路
格子型光合分波器４１の透過特性の相反性により、出力
側のポートｂ１〜ｂｎおよびｂｒにそれぞれ、光周波数
ｆ₁ 〜ｆ_n およびｆ_r0の成分を分波して出力する。これ
らの分波された弁別光は、誤差検出回路５１〜５ｎによ
りそれぞれ光周波数弁別器３０に対する光源１１〜１ｎ
の相対的な周波数誤差が検出され、誤差検出回路５ｒに
より周波数基準光源３１に対する光周波数弁別器３０の
周波数誤差が検出される。誤差検出回路５１〜５ｎの出
力は光源１１〜１ｎに内蔵の周波数可変手段に、誤差検
出回路５ｒの出力は光周波数弁別手段３０に内蔵の周波
数特性可変手段にフィードバックすることにより、結果
として光源１１〜１ｎの光周波数が所定の絶対周波数に
安定化される。

【００２５】図４は本発明の第四の実施形態を示すブロ
ック構成図である。この実施形態は光源１１〜１ｎの出
力光と周波数基準光源３１の出力光とを一括して合波す
るのではなく、アレイ導波路格子型光合分波器４１とは
別に設けた光カプラ２５により、光源１１〜１ｎの合波
光に周波数基準光源３１の出力光を合波することが第三
の実施形態と異なる。

【００２６】

【実施例】本発明の具体的な実施例について以下に詳し
く説明する。

【００２７】図５は第一実施例を示すブロック構成図で
あり、この実施例は、半導体レーザ１２１〜１２５と、
それらの出力を合波する光合波器２０と、その合波され
た出力の取り出しと周波数安定化に使用するためとの二
つの出力に分岐する光カプラ２２と、周波数基準光源３
１と、半導体レーザ１２１〜１２５のそれぞれの出力光
（光周波数ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃ 、ｆ₄ 、ｆ₅ ）と周波数基
準光源３１の出力光（光周波数ｆ_r0）とを合波する光カ
プラ２３と、ＭＺフィルタ同調用電極３２が設けられた
光周波数弁別用のＭＺフィルタ３３と、このＭＺフィル
タ３３を変調するための発振器３４と、ＭＺフィルタ３
３を透過した光周波数多重信号を分波する光分波器４１
と、分波された各信号成分を受信するフォトディテクタ
５１１〜５１６と、発振器３４の信号を参照信号として
フォトディテクタ５１１〜５１６の各出力から各光周波
数のゆらぎ成分を取り出すロックインアンプ５２１〜５
２６と、ロックインアンプ５２１〜５２５の出力を元に
半導体レーザ１２１〜１２５の各バイアス電流または温
度を変化させる可変周波数電源１１１〜１１５と、ロッ
クインアンプ５２６の出力をもとにＭＺフィルタ３３の
周波数ゆらぎ成分を検出し、発振器３４の出力を加算し
てＭＺフィルタ同調用電極３２にバイアスを印加する加
算器３５とにより構成される。

【００２８】本実施例の第一の特徴は、ＭＺフィルタ３
３の周期的な周波数特性を利用して複数の半導体レーザ
１２１〜１２５の周波数間隔の安定化を行う第一のフィ
ードバックループと、周波数基準光源３１によりＭＺフ
ィルタ３３の安定化を行う第二のフィードバックループ
とを備えたことである。ここで、周波数基準光源３１の
発振周波数と他の周波数多重光源（半導体レーザ１２１
〜１２５）との設定周波数間隔もまた、ＭＺフィルタ３
３の周波数透過特性の周期の自然数倍または１／２周期
の自然数倍とする。周波数基準光源３１としては、例え
ば１．５μｍ波長帯に存在するＨＣＮやＣ₂ Ｈ₂ の吸収
線に周波数安定化した光源を用いる。このような光源に
ＭＺフィルタ３３の透過特性が安定化され、周波数間隔
の安定化のみならず、光源周波数の絶対値も安定化でき
る。

【００２９】また、本実施例の第二の特徴は、半導体レ
ーザ１２１〜１２５に設定される周波数配置が不等間隔
配置であり、ＭＺフィルタ３３の周期的透過特性の周期
がこの不等間隔配置の周波数間隔の公約数またはその２
倍に設定されていることである。すなわち、不等間隔配
置の周波数間隔は、ＭＺフィルタ３３の周波数透過特性
の周期の自然数倍、または１／２周期の自然数倍となっ
ている。これにより、周波数配置が不等間隔であって
も、それぞれを安定化することができる。

【００３０】図６は光源周波数配置と光周波数弁別器
（ＭＺフィルタ３３）の透過特性との関係を示す。ここ
では、光周波数弁別器として用いられるＭＺフィルタ３
３の周期的透過特性の１／２周期が、半導体レーザ１２
１〜１２５に設定された光周波数ｆ₁₀、ｆ₂₀、ｆ₃₀、ｆ
₄₀、ｆ₅₀の周波数間隔の公約数であるとし、ＭＺフィル
タ３３のピーク周波数とボトム周波数との周波数間隔を
周波数グリッドΔｆ_g として、各周波数間隔が３Δ
ｆ_g 、６Δｆ_g 、５Δｆ_g 、２Δｆ_g であるとする。ま
た、周波数基準光源３１からの基準光周波数ｆ_r0をｆ_r0
＝ｆ₅₀＋Δｆ_g とする。ＭＺフィルタ３３の透過特性の
一つのピーク周波数またはボトム周波数を基準光周波数
ｆ_r0に一致させることで、ＭＺフィルタ３３の透過特性
を安定化できる。さらち、この透過特性が安定化された
ＭＺフィルタ３３のピーク周波数またはボトム周波数に
半導体レーザ１２１〜１２５の出力光周波数ｆ₁ 、
ｆ₂ 、ｆ₃ 、ｆ₄ 、ｆ₅ をそれぞれ一致させることで、
周波数間隔のみならずその周波数の絶対値も安定化でき
る。

【００３１】本実施例の動作原理をさらに詳しく説明す
る。周波数安定化の対象となる半導体レーザ１２１〜１
２５と周波数基準光源３１のそれぞれの出力光は、光カ
プラ２２および２３により合波されて一括してＭＺフィ
ルタ３３に入力される。半導体レーザ１２１〜１２５の
光周波数ｆ₁ 〜ｆ₅ はそれぞれ所定の周波数ｆ₁₀〜ｆ₅₀
の近傍にあらかじめ設定しておく。一方、ＭＺフルタ３
３の透過特性の一つのピーク周波数ｆ_r を周波数基準光
源ｆ_r0の近傍に設定しておく。さらに、発振器３４の出
力をＭＺフィルタ同調用電極３２に供給することによ
り、ＭＺフィルタ３３の透過特性を微小に変調してお
く。ＭＺフィルタ同調用電極３２はＭＺフィルタ３３の
導波路上に形成された薄膜ヒータであり、これにバイア
ス電流を印加することによって発熱させ、熱光学効果に
よりフィルタ透過特性の中心周波数をシフトさせること
ができる。ＭＺフィルタ３３の出力を光分波器４０によ
り分波し、フォトディテクタ５１１〜５１６により受光
する。これらの出力をロックインアンプ５２１〜５２６
に入力し、発振器３４の信号を参照信号としてロックイ
ン検波する。ロックインアンプ５２１〜５２６の出力
は、図６に示すように、ｆ₁₀、ｆ₂₀、ｆ₃₀、ｆ₄₀、ｆ₅₀
およびｆ_r0を零出力とし、それからの周波数ずれ量δｆ
_i ＝ｆ_i −ｆ_i0（ｉ＝１、２、３、４、５、ｒ）に応じ
た誤差信号出力となる。特に、δｆ_i が十分小さいｆ_i0
の近傍では、δｆ_i に比例した誤差信号出力が得られ、
この出力を各光源の発振周波数モニタとしても使用可能
である。これらの誤差信号のうち、ロックインアンプ５
２６の出力は、基準光周波数ｆ_r0からのＭＺフィルタ３
３のピーク周波数ｆ_r のずれに対応しており、これを加
算器３５を通してＭＺフィルタ同調用電極３２にフィー
ドバックすることにより、ＭＺフィルタ３３のピーク周
波数を基準光周波数に安定化することができる。さら
に、ロックインアンプ５２１〜５２５の出力を、それぞ
れ可変周波数電源１１１〜１１５を通して半導体レーザ
１２１〜１２５のバイアス電流または動作温度にフィー
ドバックすることにより、半導体レーザ１２１〜１２５
のそれぞれの発振周波数を所定の絶対周波数に安定化す
ることができる。

【００３２】図７は第二実施例を示すブロック構成図で
ある。第一実施例では周波数基準光源３１の出力は半導
体レーザ１２１〜１２５の出力光と合波されて一括して
ＭＺフィルタ３３に入力していたのに対し、第二実施例
では、半導体レーザ１２１〜１２５からの合波光はＭＺ
フィルタ３３のポートＣ１に入力し、周波数基準光源３
１の出力についてはポートＣ２に入力することにより、
ポートＣ３に合波光を得る。この構成により、周波数基
準光源３１の出力光を合波するための光カプラ２３が不
要となり、部品点数を減らすことができる。

【００３３】図８は第三実施例を示すブロック構成図で
ある。この実施例は、周波数基準光源３１の出力光の信
号経路が第一実施例と異なる。すなわち、周波数基準光
源３１の出力を光アイソレータ３７を介してＭＺフィル
タ３３のポートＣ４に入力し、ポートＣ２から出力され
る光をフォトディテクタ５１６により受信する。半導体
レーザ１２１〜１２５の出力光（光周波数ｆ₁ 〜ｆ₅ ）
と周波数基準光源３１の出力光（光周波数ｆ_r0）とのＭ
Ｚフィルタ３３内の伝搬方向が異なるため、フォトディ
テクタ５１６には周波数基準光源３１からの周波数成分
のみが入力し、混信が防止される。また、光分波器４０
には周波数基準光分波用のポートが不要であり、構成を
簡略化できる。周波数安定化の原理は第一実施例および
第二実施例と同等である。

【００３４】図９は第四実施例を示すブロック構成図で
ある。この実施例は、ＭＺフィルタ３３を変調すること
なく、その二つの出力ポートＣ３およびＣ４から得られ
た各光源周波数成分の差分あるいは対数差分成分（対数
に変換して差をとった成分であり、実質的に二つの比を
求めることと同じ）を用いて所定の周波数からの誤差信
号成分を得ることが第一実施例と異なる。この実施例の
構成は、第一実施例と同様に、光カプラ２３により半導
体レーザ１２１〜１２５の出力光と周波数基準光源３１
の出力光とを合波し、ＭＺフィルタ３３のポートＣ１に
入力する。ＭＺフィルタ３３により光周波数弁別された
合波光はポートＣ３とＣ１とに出力され、それぞれを光
分波器４１および４２により分波する。光分波器４１の
分波出力をフォトディテクタ５１１〜５１６により、光
分波器４２の分波出力をフォトディテクタ５３１〜５３
６によりそれぞれ受信し、各周波数成分毎に差動または
対数差動アンプ５１４〜５４６に入力して差分または対
数差分を得る。このうち、周波数基準光源３１とＭＺフ
ィルタ３３の周波数誤差に対応した差動または対数差動
アンプ５４６の出力をＭＺフィルタ同調用電極３２にフ
ィードバックし、ＭＺフィルタ３３の周波数特性を周波
数基準光源３１の基準光周波数に安定化する。また、差
動または対数差動アンプ５４１〜５４５の出力を可変周
波数電源１１１〜１１５にフィードバックし、半導体レ
ーザ１２１〜１２５の周波数安定化を行う。

【００３５】図１０は半導体レーザ１２１〜１２５およ
びＭＺフィルタ３３の周波数配置とＭＺフィルタ３３の
出力の差分（誤差信号出力）との関係を示す。ＭＺフィ
ルタ３３のポートＣ１に信号を入力した場合、ポートＣ
３の出力特性とポートＣ４の出力特性とは相補的な関係
になり、理想的には透過率がピークの１／２となる周波
数で等しい出力レベルとなる。このような条件を満たす
周波数（ここでは「１／２出力周波数」という）はグリ
ット周波数Δｆ_g で周期的に存在する。そこで、半導体
レーザ１２１〜１２５に設定される発振周波数ｆ₁₀、ｆ
₂₀、ｆ₃₀、ｆ₄₀、ｆ₅₀と、ＭＺフィルタ３３の基準光周
波数ｆ_r0とが、この１／２出力周波数となるように設定
する。このためには、まず、半導体レーザ１２１〜１２
５のそれぞれの発振周波数ｆ₁ 〜ｆ₅ およびＭＺフィル
タ３３のひとつの１／２出力周波数ｆ_r を、あらかじめ
それぞれｆ₁₀〜ｆ₅₀、ｆ_r0の近傍に設定する。このと
き、ＭＺフィルタ３３の二つのポートＣ３、Ｃ４の出力
の差分から、図１０の下段に示すように、ｆ₁₀〜ｆ₅₀、
ｆ_r0を零出力とし、周波数誤差δｆ_i ＝ｆ_i −ｆ_i0（ｉ
＝１、２、３、４、５、ｒ）に応じた誤差信号出力が得
られる。

【００３６】本実施例は、第一ないし第三実施例と比較
すると、ＭＺフィルタ３３を変調する必要がないことが
特徴である。このため、変調と周波数安定化との双方の
目的をもったＭＺフィルタ同調用電極３２を用いる必要
はなく、ＭＺフィルタ３３の温度をフィードバック制御
することで周波数を安定化することもできる。

【００３７】図１１は第五実施例を示すブロック構成図
である。この実施例において、半導体レーザ１２１〜１
２５とＭＺフィルタ３３との周波数配置、および合波光
をＭＺフィルタ３３を通して光周波数弁別してポートＣ
３、Ｃ４に出力する構成は、第四実施例と同等である。
本実施例が第四実施例と異なる特徴は、光分波器として
７入力７出力のアレイ導波路格子型光分波器４４を用い
たことにある。この構成により、第四実施例における二
つの光分波器４１、４２の機能をまとめることができ、
部品点数を減らすことができる。アレイ導波路格子型光
分波器４４は左右相反の分波特性をもち、ＭＺフィルタ
３３のポートＣ３の出力光をポートｂ１に入力すること
で、ポートａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７にそれ
ぞれｆ₁、ｆ₂ 、ｆ₃ 、ｆ₄ 、ｆ₅ およびｆ_r0の周波数
成分が出力される。また、ＭＺフィルタ３３のポートＣ
４の出力光をポートａ１に入力することで、ポートｂ
２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６、ｂ７にそれぞれｆ₁ 、ｆ
₂ 、ｆ₃ 、ｆ₄ 、ｆ₅ およびｆ_r0の周波数成分が出力さ
れる。これらの分波光をフォトディテクタ５１１〜５１
６、５３１〜５３６で受信し、第四実施例と同様に半導
体レーザ１２１〜１２５およびＭＺフィルタ３３の周波
数を安定化する。

【００３８】図１２は第六実施例を示すブロック構成図
である。この実施例は、周波数基準光源３１の出力光を
ＭＺフィルタ３３のポートＣ２に入力することが、図９
に示した第四実施例と異なる。この構成では、図７に示
した第二実施例と同様に、周波数基準光源３１の出力光
を合波するための光カプラ２３が不要となり、部品点数
を減らすことができる。

【００３９】また、図１２では光分波器４１、４２を別
々のものとして示しているが、光多重数の２倍以上の入
／出力端子をもつアレイ導波路格子型光分波器を用いる
ことで、その周期性により、１個で光分波器４１、４２
の役割を果たすことができる。

【００４０】図１３は第七実施例を示すブロック構成図
である。この実施例は、周波数基準光源３１の出力光を
ＭＺフィルタ３３のポートＣ２に入力することが、図１
１に示した第五実施例と異なる。この構成では、図７に
示した第二実施例および図１２に示した第六実施例と同
様に、周波数基準光源３１の出力光を合波するための光
カプラ２３が不要となり、部品点数を減らすことができ
る。

【００４１】第六実施例および第七実施例ではそれぞ
れ、ＭＺフィルタ３３の周波数安定化のためにＭＺフィ
ルタ同調用電極３２をフィードバック制御しているが、
ＭＺフィルタ３３を温度制御することとし、その温度制
御回路をフィードバック制御してもよい。

【００４２】以上の実施例では第一および第二の実施形
態についての具体的な例について説明したが、第三およ
び第四の実施形態でも同様の構成が可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多チャネ
ル光周波数安定化装置は、周期型光フィルタの透過率変
化の周期により複数の光源の周波数間隔を制御すること
に加え、その周期型フィルタの透過中心周波数を安定化
することで、光源の光周波数の間隔のみならず、絶対周
波数についても安定化することができる。

【００４４】また、周期型光フィルタの透過率変化の周
期またはその１／２周期の自然数倍の値が光源の周波数
間隔となるように設定することで、光源の周波数間隔が
不等間隔配置の場合でも、各光源の発振周波数間隔を安
定化することができる。したがって、４光波混合光の発
生を避けて周波数多重伝送を行う場合の周波数安定性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態を示すブロック構成
図。

【図２】本発明の第二の実施形態を示すブロック構成
図。

【図３】本発明の第三の実施形態を示すブロック構成
図。

【図４】本発明の第四の実施形態を示すブロック構成
図。

【図５】第一実施例を示すブロック構成図。

【図６】光源周波数配置とＭＺフィルタの透過特性との
関係を示す図。

【図７】第二実施例を示すブロック構成図。

【図８】第三実施例を示すブロック構成図。

【図９】第四実施例を示すブロック構成図。

【図１０】半導体レーザおよびＭＺフィルタの周波数配
置とＭＺフィルタの出力の差分との関係を示す図。

【図１１】第五実施例を示すブロック構成図。

【図１２】第六実施例を示すブロック構成図。

【図１３】第七実施例を示すブロック構成図。

【図１４】従来例を示すブロック構成図。

【図１５】従来例の動作原理を示す図。

【符号の説明】

１１〜１ｎ 光源 １１１〜１１５ 可変周波数電源 １２１〜１２５ 半導体レーザ ２０ 光合波器 ２１ スターカプラ ２２〜２５ 光カプラ ３０ 光周波数弁別器 ３１ 周波数基準光源 ３２ ＮＺフィルタ同調用電極 ３３ ＭＺフィルタ ３４ 発振器 ３５ 加算器 ４０、４２、４３ 光分波器 ４１ アレイ導波路格子型光合分波器 ４４ アレイ導波路格子型光分波器 ５１〜５ｎ、５ｒ 誤差検出回路 ５１１〜５１６、５３１〜５３６ フォトディテクタ ５２１〜５２６ ロックインアンプ ５４１〜５４６ 差動または対数差動アンプ ６０ 光フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｊ 14/02 (56)参考文献 特開 平８−51411（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−21936（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−78335（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−64084（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−251105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−45877（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H01S 5/0687 H04J 14/00 - 14/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力する光周波数が互いに異なる値に設
   定された複数の光源の出力光の合波光を入力とし、この
   複数の光源のそれぞれに設定された光周波数からのずれ
   に対してそれぞれ透過率が変化する光周波数弁別手段
   と、 この光周波数弁別手段の出力光から前記複数の光源のそ
   れぞれの出力光を分波する光分波手段と、 この光分波手段の分波光から前記複数の光源のそれぞれ
   の出力光の光周波数誤差を検出する光周波数誤差検出手
   段と、 この光周波数誤差検出手段の出力にしたがって前記複数
   の光源のそれぞれの出力光周波数を制御するフィードバ
   ックループとを備えた多チャネル光周波数安定化装置に
   おいて、 出力光周波数が安定化された周波数基準光源と、 この周波数基準光源の出力光を前記光周波数弁別手段に
   入力してその弁別出力から弁別誤差を検出する弁別誤差
   検出手段と、 この弁別誤差検出手段の出力にしたがって前記光周波数
   弁別手段の透過特性の一つのピーク周波数またはボトム
   周波数を基準光周波数に一致させて、前記弁別誤差検出
   手段のピーク周波数およびボトム周波数に前記光源の出
   力光周波数を一致させる制御手段とを備えたことを特徴
   とする多チャネル光周波数安定化装置。
2. 【請求項２】 前記複数の光源の互いに隣り合う光周波
   数の間隔が異なって設定され、 この光周波数の間隔は、前記光周波数弁別手段の周期的
   周波数透過特性の１／２周期の自然数倍である請求項１
   記載の多チャネル光周波数安定化装置。
3. 【請求項３】 前記光周波数弁別手段の透過特性を変調
   信号で変調する手段を備え、 前記光周波数誤差検出手段および前記光弁別誤差検出手
   段はそれぞれ、 前記光分波手段の分波光をそれぞれ受光する受光手段
   と、 この受光手段の出力を前記変調信号により位相同期検波
   する手段とを含む請求項１または２記載の多チャネル光
   周波数安定化装置。
4. 【請求項４】 前記光周波数弁別手段は二つの出力ポー
   トに互いに相補的な出力が得られる構造の光フィルタを
   含み、 前記光分波手段はこの光フィルタの二つの出力ポートの
   それぞれの出力光を分波する構成であり、 前記光周波数誤差検出手段および前記光弁別誤差検出手
   段の少なくとも一方には、前記光フィルタの二つの出力
   ポートに対応してそれぞれ設けられた受光手段と、同一
   の光源の光周波数成分に対応して二つの受光手段の差分
   または比の成分を出力する手段を含む請求項１または２
   記載の多チャネル光周波数安定化装置。
5. 【請求項５】 前記光分波手段は互いに対向する入出力
   ポートが複数設けられたアレイ導波路格子型光分波器を
   含み、 このアレイ導波路格子型光分波器の対向する１組の入出
   力ポートに前記光フィルタの二つの出力ポートが接続さ
   れ、 前記受光手段はこのアレイ導波路格子型光分波器の前記
   １組の入出力ポート以外の入出力ポートに接続された請
   求項４記載の多チャネル光周波数安定化装置。
6. 【請求項６】 前記光分波手段は前記複数の光源の出力
   光を合波する手段と同じ素子として形成された請求項１
   ないし５のいずれか記載の多チャネル光周波数安定化装
   置。