JPS63228829A - 光周波数引き込み装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光周波数引き込み装置に関し、特に光へテロ
ダイン検波を用いる光通信システムに用いて好適な光周
波数引き込み装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に光ヘテロゲイン検波を用いる光通信システムでは
、従来の光直接検波を用いる光通信システムに比べ１０
〜１００倍高い光受信感度を実現できるので、光ヘテロ
ゲイン検波を用いる光通信システムは、長距離光通信幹
線システム等に有効な光通信システムとして期待されて
いる。

また９近年、半導体レーザの性能が向上し、半導体レー
ザを光源として用いた光へテロダイン検波システムの開
発が行われるようになってきた。

ところで、光ヘテロダイン検波システムでは、光の位相
や周波数情報を用いるので、光源の周波数安定度が問題
となり、半導体レーザを光源として用いる場合には、そ
の発振周波数がその注入電流や周囲温度によって変化す
るので、特にその安定度が問題になる。すなわち、光ヘ
テロダイン検波システムでは、送信光源と局部発振光源
の相対的な周波数差を一定に保つ必要があるので、この
ため、従来からその安定化に関しては、種々の検討がな
されてきている。たとえば、久保木、大津による信学技
Ｉｎ、　ＭＷ８５−２９の論文“半導体レーザのオフセ
ント・ロックに関する研究”はその−例である。このよ
うな研究により、比較的近い発振周波数差をもつ２つの
半導体レーザの周波数差を安定化する技術はすでに確立
されつつあるといえる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前記したように半導体レーザの発振周波数は
注入電流や周囲温度により太き（変化するため、システ
ムを立ち上げたとき、送信光源、局部発振光源の発振周
波数差が前記の周波数安定化ループのロックインレンジ
（周波数差の安定化のための引き込みが行われる範囲）
内におさまっているとは限らない。このように送信光源
と局部発振光源の発振周波数差がロックインレンジ外に
ある場合の周波数引き込みの方法については、これまで
報告された例はなく、光ヘテロゲイン検波システムを実
用化する場合に問題となっていた。

本発明の目的は基準となる信号光に対し発振光源の発振
周波数をある周波数範囲内、たとえば周波数差安定化ル
ープのロックインレンジ内に引き込むことが可能になる
光周波数引き込み装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、基準となる信号光に対し光源の周波数を所定
周波数範囲内に引き込む光周波数引き込み装置であって
、 前記光源の周波数を掃引する周波数掃引部と、信号帯域
内にあらわれる信号パワーをモニタするパワーモニタ部
と、 前記周波数掃引部の掃引信号と前記パワーモニタ部から
の出力イε号により前記光源の前記信号光に対する周波
数ずれを検出する検出手段と、この検出手段で得られる
前記周波数ずれについての情報を含む信号を基に前記周
波数ずれを補正する光源制御部とを備えることを特徴と
している。

〔作用〕

本発明は、基準となる信号光に対し光源の周波数を所定
周波数範囲内に引き込むため、前記光源の周波数を掃引
する周波数掃引部によって光源の発振周波数を掃引する
と共に、信号光に対し光源の光の周波数がどの程度ずれ
ているかを周波数掃引部の掃引信号とパワーモニタ部か
らの出力信号により検出する。検出された信号には、光
源の信号光に対する周波数ずれについて情報が含まれて
おり、光源制御部は、この信号を基に周波数ずれを補正
するように前記光源の発振周波数を変化させ、これによ
って光源の発振周波数の引き込みが行われる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。

本実施例は、送信側から送られて来る信号光に対し、光
へテロゲイン検波を用いる光受信装置の局部発振光源の
発振周波数を所定の周波数範囲内に引き込む場合に適用
したもので、第１図に示すように、局部発振光源２と、
信号光１と局部発振光源２からの局部発振光３とを合波
する光合波器４と、この光合波器４で合波された光を受
信する光受信器５と、復ｇ［回路６を備えると共に、周
波数掃引回路８と、掃引信号を得るためののこぎり波発
生回路９と、パワーモニタ部１０と、コンパレータ１１
と、乗算器１２と、光源制御部１４と、掃引制御部１５
が設けられている。

周波数掃引回路８は１、局部発振光源２の発振周波数を
掃引するためのもので、この掃引はのこぎり波発生回路
９の出力に基づいて行われる。また、この周波数掃引回
路８には、後述のように、復調出力が得られない場合に
エラー信号７が加えられるようになっていると共に、掃
引制御部１５により掃引幅が制御されるようになってい
る。

パワーモニタ部１０には、ヘテロゲイン検波を行う光受
信器５からの出力が供給されるようになっている。この
パワーモニタ部１０は、後述のように、信号帯域内にあ
らわれる信号パワーをモニタするもので、包路線検波回
路で構成することができる。

パワーモニタ部１０の出力はコンパレータ１１を介して
乗算器１２に一方の入力として供給され、また乗算器１
２には他方の入力としてのこぎり波発生回路９の出力が
印加される。本実施例では、このような構成によって、
掃引信号とパワーモニタ部１０からの出力信号により局
部発振光源２の信号光１に対する周波数ずれを検出する
手段が構成されている。

乗算器１２から得られる信号１３は、上述の周波数ずれ
について情報を含む信号であり、これが光源制御部１４
及び掃引制御部１５に与えられるようになっている。

この光源制御部１４は、周波数ずれについての情報を含
む信号１３を基に周波数ずれを補正するよう局部発振光
源２を制御する制御部であり、かかる制御は局部発振光
源２のバイアスレベルを変化させることにより行われる
。一方、掃引制御部１５は、周波数ずれに対応した信号
１３を基に掃引幅を制御するようになっている。

更に、第２図をも参照して具体的に説明する。

まず、光ヘテロゲイン検波では信号光と局部発振光の差
周波数にあたる中間周波電気信号から信号を復調するが
、しかし受光素子および電気回路の周波数応答に制限が
あり、とりうる中間周波帯域は現状では１０ＧＨｚ程度
であって、周波数差安定化ループのロックインレンジも
この中間周波帯域で制限される。

特に、半導体レーザを光源にして用いる場合には、その
発振周波数は周囲温度１’Ｃの変化で１０ＧＨｚ以上ま
た注入電流１ｍＡの変化で数ＧＨｚ変化する。このため
−信号光と局部発振光の差周波数は容易に中間周波帯域
外の周波数となる。そこで、この場合に、信号を中間周
波帯域内に引きもどすために、第１図の如く、信号光１
に対し局部発振光３がどちら側にどの程度ずれているか
を検出する手段と、その検出信号に対応して局部発振光
３の周波数を中間周波帯域内に掃引する手段が用いられ
ているのである。

本実施例においては、信号光１と局部発振光３の相対的
な位置関係は、局部発振光３の発振周波数を掃引するこ
とにより検出する。

すなわち、第１図において、信号光１は局部発振光源２
の出力である局部発振光３と光合波器４で合波され、光
受信器５で受信され、復調回路６で復調されることにな
るがここで復調出力が得られない場合にはエラー信号７
が局部発振光源２の周波数掃引回路８に加えられる。こ
れにより周波数掃引回路８はのこぎり波発生回路９の出
力をもとに局部発振光源２の発振周波数を掃引する。こ
の掃引中のどこかで信号光ｌと局部発振光３の周波数差
が光受信器５の帯域内にはいる。この中間周波信号の有
無を包絡線検波回路からなるパワーモニタ部１０でモニ
タする。このパワーモニタ部１０の出力をコンパレータ
１１を通すことにより、光受信器５内に信号がはいった
瞬間にパルス出力を得るようにする。このパルス出力と
のこぎり波発生回路９の出力を乗算器１２で掛は合わせ
ることにより、信号光ｌと局部発振光３の周波数差に振
幅が比例し、極性が信号光１と局部発振光３の周波数配
置に対応した信号１３が得られる。

第２図は上述のように局部発振光３の発振周波数を掃引
したときの各部の波形を示した図である。

たとえば第２図（ａ）のようなのこぎり波で局部発振光
源２への注入電流を変調し、周波数を掃引する場合を考
えると、この場合局部発振周波数が掃引されるに従って
、ある瞬間第２図（ｂ）に示されるように中間周波帯域
内に信号があられれる。ここで第２図（ａ）、（ｂ）２
つの信号の積をとると第２図（Ｃ）のように信号光１と
局部発振光３の差に対応した振幅をもつ信号１３が得ら
れる。ここで信号光ｌと局部発振光３の位置関係によっ
て得られる信号１３の振幅も変化する。従ってこの信号
１３により局部発振光源２のバイアスレベルを変化させ
るようにすれば信号光１と局部発振光３の差周波数を中
間周波帯域内に引き込むことが可能である。

このようにして信号１３をもとに光源制御部１４は信号
１３の掻性、振幅に対応して局部発振光源２のバイアス
レベルを変化させる。これにより局部発振光源２の発振
周波数の引き込みが行われる。また掃引制御部１５は信
号工３の振幅に比例して周波数掃引回路８の出力信号の
振幅を変化させる。これにより局部発振光源２の発振周
波数の引き込みが達成されたときには、周波数掃引回路
８による周波数掃引は行われないようになっている。

このようにするのは、次のような問題を解決するためで
ある。

すなわち、中間周波帯域内で差周波数の安定化を行う場
合、局部発振光３の掃引が引き続き行われているとこの
掃引が安定化の妨げとなる。そこで、この問題を解決す
るため、前述のように、掃引信号と中間周波帯域からの
信号の積によって得られる信号１３の振幅は、信号光１
と局部発振光３の差周波数に比例しているので、この信
号１３の振幅に比例して局部発振光３の掃引幅を変化さ
せるのである。このように制御すれば、中間周波帯域内
に信号が引き込まれたときに、局部発振光３の掃引振幅
を零にすることができ、掃引が安定化の妨げとなるのを
防ぐことができる。

なお、本実施例において、局部発振光源２としては波長
ｌ、５５μｍの分布帰還形半導体レーザを用いた。信号
光１は４００　Ｍ　ｂ　／　ｓでＡＳＫ変調された信号
であり、これを局部発振光３と合波して中心周波数ＩＧ
Ｈｚ、帯域ＩＧＨｚの光受信器５でヘテロゲイン検波し
た。周波数掃引回路８は、最大で±２０ｍＡ局部発振光
源２の注入電流を変化させた。これにより約１００ＧＨ
ｚ局部発振光源２の発振周波数を変化させることが可能
であった。実際に本発明に従う第１図の周波数引き込み
装置が動作する前には信号光１と局部発振光３の発振周
波数は約３００Ｈ２はなれていたが、第１図の周波数引
き込み装置を動作させることにより局部発振光３の周波
数が変化し、信号光１と局部発振光３のビート信号が光
受信器５の帯域内で得られるようになった。これにより
復調回路６からは正しい復調出力が得られた。

このように、本実施例によれば、受信部において局部発
振光源２の発振周波数が基準となる信号光１の周波数か
らかなりずれている場合にも、信号光１と局部発振光３
のビート周波数が電気的な周波数安定化ループのロック
インレンジ内になるまで、局部発振光源２の発振周波数
を自動的に掃引して周波数引き込みを行うことができた
。

第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。本実施例においては局部発振光源２として
は外部共振器型ＬＤを用い、周波数掃引回路８からの信
号により外部共振器を構成するグレーティングを回転さ
せることにより局部発振光源２の周波数を掃引した。ま
た、光源制御部１４および掃引Ｍ御部１５への信号１３
は次のようにして取り出した。まず、コンパレータ１１
およびのこぎり波発生回路９の出力を加算器２０で加算
する。

この加算器２０の出力をクリップ回路２１を通しあるク
リップレベルより上の部分の出力を取り出す。

この出力を差動増幅器２３に入力し、基準信号２２と比
較することにより信号１３が得られる。第４図はそのと
きの各部の波形について示した図である。

その他の構成は第１の実施例と同様であり、第１図と同
様の符号を付しである。

本実施例では光源に外部共振器型Ｌ　Ｄを用いているの
で掃引できる周波数範囲は約１０００Ｇ　Ｈｚと大きく
、信号光ｌと局部発振光３の発振周波数が１００ＧＨｚ
以上離れている場合でも、第１の実施例と同様に光受信
器５の帯域内にビート信号を引き込むことが可能であっ
た。

なお、本発明は、以上の実施例の他にも様々な変形例が
考えられる。たとえば、のこぎり波発生回路９のかわり
に三角波発生回路あるいは正弦波発生回路を用いてもよ
い。また、掃引制御部１５は信号１３がある振幅レベル
以下になったときに掃引を停止するようなスイッチ動作
をするようにしても良い。また、光源制御部１４は信号
１３の極性のみに対応して一定レベルのバイアス変化を
局部発振光源２に加えるようにしても制御可能である。

また、光源制御部１４の信号を局部発振光源２の周囲温
度へ帰還することも可能である。また、以上の実施例に
さらに電気的な周波数オフセットループを加えれば高精
度にビート周波数を安定化することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば発振光源の発振周
波数が基準となる信号光の周波数からかなりずれている
場合にも、発振光源の発振周波数が所定の周波数範囲内
になるまで、発振光源の発振周波数が自動的に掃引され
る。したがって、本発明の光周波数引き込み装置は、例
えば光ヘテロゲイン検波を用いる受信部において周波数
差安定化ループのロックインレンジ内に引き込む場合に
好適であり、系の自動立ち上げや系の瞬断の復旧に効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのブロッ
ク図、 第２図は局部発振光の発振周波数を掃引したときの各部
の波形を示す図、 第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのブロッ
ク図、 第４図は第２の実施例における各部の波形を示す図であ
る。 １・・・信号光 ２・・・局部発振光源 ３・・・局部発振光 ４・・・光合波器 ５・・・光受信器 ６・・・復調回路 ７・・・エラー信号 ８・・・周波数掃引回路 ９・・・のこぎり波発生回路 １０・・・パワーモニタ部 １１・・・コンパレーター １２・・・乗算器 １３・・・信号 １４・・・光源制御部 １５・・・掃引制御部 ２０・・・加算器 ２１・・・クリップ回路 ２２・・・基準信号 ２３・・・差動増幅器 代理人弁理士　　　岩　　佐　　義　　幸第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準となる信号光に対し光源の周波数を所定周波
   数範囲内に引き込む光周波数引き込み装置であって、 前記光源の周波数を掃引する周波数掃引部と、信号帯域
   内にあらわれる信号パワーをモニタするパワーモニタ部
   と、 前記周波数掃引部の掃引信号と前記パワーモニタ部から
   の出力信号により前記光源の前記信号光に対する周波数
   ずれを検出する検出手段と、この検出手段で得られる前
   記周波数ずれについての情報を含む信号を基に前記周波
   数ずれを補正する光源制御部とを備えることを特徴とす
   る光周波数引き込み装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の光周波数引き込み
   装置において、 前記周波数掃引部は、前記周波数ずれに対応した信号を
   基に掃引制御部により掃引幅が制御されることを特徴と
   する光周波数引き込み装置。