(57)【要約】  光（１０１）を発光する光源（１）と、鋸波（１０２）を発生する鋸波発生器（２）と、鋸波（１０２）の周波数を制御する周波数制御器（４）と、鋸波（１０２）により駆動し、光（１０１）の位相変調を行う光位相変調器（３）とを備えた。
2016043036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する光源と、
鋸波を発生する鋸波発生器と、
前記鋸波発生器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、
前記鋸波発生器により発生された鋸波により駆動し、前記光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器と
を備えた光周波数制御装置。
【請求項２】
前記光源の動作温度を変化させることで、当該光源により発光される光の周波数を設定する温調器を備え、
前記周波数制御器は、前記温調器を制御することで前記光の周波数を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【請求項３】
前記光位相変調器により位相変調された光の周波数と分離周波数とを比較することで、当該光を出力する光路を切替える光分離フィルタを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【請求項４】
前記光位相変調器により位相変調された光の一部を分離する光分離カプラと、
前記光分離カプラにより分離された光の周波数変動を強度変動に変換する光フィルタとを備え、
前記鋸波発生器は、前記光フィルタにより変換された強度変動が一定になるように前記鋸波を発生する
ことを特徴とする請求項２記載の光周波数制御装置。
【請求項５】
前記光位相変調器は、前記光源により発光された光を位相変調して変調信号光とする
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【請求項６】
前記光位相変調器は、前記光源により発光された光を位相変調してパルス化した信号光とする
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光位相変調器を有する光周波数制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部共振器型のシングルモードでのレーザの中心周波数を連続的に掃引する場合、動作温度を変化させることで中心波長を設定してきた。しかしながら、温度変化時のモードホップにより、発振波長が不連続となるという課題があった。また、温度変化による中心波長変化の応答速度は数［ｓ］であり、高速変化ができないという課題があった。
そこで、従来から、上記モードホップを回避する手法として、中心波長の変化に応じて、光学フィルタ、外部共振器長を可変とする構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１-２７４６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、高速応答が不可であり、また、波長毎にフィルタを設計する必要があるという課題があった。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、出力光の中心周波数を連続的に掃引可能であり、且つ高速応答が可能である光周波数制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る光周波数制御装置は、光を発光する光源と、鋸波を発生する鋸波発生器と、鋸波発生器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、鋸波発生器により発生された鋸波により駆動し、光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、出力光の中心周波数を連続的に掃引可能であり、且つ高速応答が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光周波数制御装置の全体動作を説明する図であり（ａ）光源からの光を示す図であり、（ｂ）鋸波発生器からの鋸波を示す図であり、（ｂ）光位相変調器からの出力光を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光周波数制御装置において、鋸波の周期を変化させた場合での出力光の中心周波数を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る光周波数制御装置において、光位相変調器に印加する周波数を連続掃引する場合を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る光周波数制御装置において、光位相変調器に印加する周波数を瞬時に切替える場合を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る光周波数制御装置において、光源雑音の抑圧前後での出力光の縦モード線幅を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。
光周波数制御装置は、任意の周波数に設定した光（出力光）１０３を出力するものである。この光周波数制御装置は、図１に示すように、光源１、鋸波発生器２、光位相変調器３及び周波数制御器４から構成されている。
【００１０】
光源１は、単一周波数の光（基準光）１０１を発光するものである。この光源１により発光された光１０１は光位相変調器３に出力される。
【００１１】
鋸波発生器２は、周波数制御器４による制御に従い、光位相変調器３に印加する鋸波１０２を発生するものである。この鋸波発生器２により発生された鋸波１０２は光位相変調器３に印加される。
【００１２】
光位相変調器３は、鋸波発生器２からの鋸波１０２により駆動し、光源１からの光１０１の位相変調を行うものであり、光ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として動作する。この光位相変調器３により位相変調が行われた光１０３（変調信号光、パルス化された信号光等）は外部に出力される。
【００１３】
周波数制御器４は、鋸波発生器２の鋸波１０２の周波数を制御することで、光周波数制御装置から出力する光１０３の周波数を制御するものである。この周波数制御器４は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。
【００１４】
次に、上記のように構成された光周波数制御装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
光周波数制御装置の動作では、まず、光源１は、単一周波数の光１０１（図２（ａ））を発光する。一方、周波数制御器４は、光位相変調器３に印加する鋸波１０２の周波数を設定する。そして、鋸波発生器２は、上記設定された周波数と同一周波数の鋸波１０２（図２（ｂ））を発生し、光位相変調器３に印加する。そして、光位相変調器３は、上記鋸波１０２により駆動して、光源１からの光１０１を位相変調し、出力光１０３（図２（ｃ））を外部に出力する。
【００１５】
ここで、光源１により発光された光１０１の中心周波数をｆ０とし、光位相変調器３により位相変調された光１０３の中心周波数をｆ１とする。また、鋸波１０２の周期をＴとし、光位相変調器３による信号振幅を２ｎＶπとする（ただし、ｎは変調度（整数）であり、Ｖπは光位相変調器３の位相をπ変化させることのできる電圧である）。また、光位相変調器３により変化する位相をｄΦとする。この場合、光周波数制御装置から出力される光１０３の中心周波数ｆ１は次式（１）で表される。この式（１）から、鋸波１０２の周期と変調度ｎにより周波数可変量が決定されることがわかる。
2016043036.tif 000003
【００１６】
図３に鋸波１０２の周期を変化させた場合での光位相変調器３からの出力光１０３の中心周波数を示す。
図３において、鋸波１０２の周期を連続掃引した場合（Ｔ１→Ｔ２）、出力光１０３の中心周波数も不連続点なく連続的に掃引される（ｆ１→ｆ２）。また、鋸波１０２の周期をＴ１からＴ２に瞬時に切替えた場合、出力光１０３の周波数もｆ１からｆ２に瞬時に切替わる。
【００１７】
この光位相変調器３では、帯域（４０ＧＨｚ）の変調が可能であり、従来構成と比べ、出力光１０３の中心周波数のレンジを拡大することができ（連続掃引レンジ拡大）、また、高速制御（瞬時切替え、ピコ秒応答）が可能となる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１によれば、光１０１を発光する光源１と、鋸波１０２を発生する鋸波発生器２と、鋸波１０２の周波数を制御する周波数制御器４と、鋸波１０２により駆動し、光１０１の位相変調を行う光位相変調器３とを備えたので、出力光１０３の中心周波数を連続的に掃引可能であり、且つ高速応答可能な広いダイナミックレンジ及び広い制御帯域を持つ光周波数制御が可能となる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態１では、光位相変調器３のみを用いて光周波数制御を実現する構成について示した。それに対して、実施の形態２では、光源１の温調制御（周波数制御）と光位相変調器３による制御を併用することで、実施の形態１よりも広ダイナミックレンジな光周波数制御を可能とするものである。
図４はこの発明の実施の形態２に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。この図４に示す実施の形態２に係る光周波数制御装置は、図１に示す実施の形態１に係る光周波数制御装置に温調器５を追加し、周波数制御器４を周波数制御器４ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
温調器５は、光源１の動作温度を変化させることで、光源１により発光される光１０１の周波数を設定するものである。
周波数制御器４ｂは、鋸波発生器２の鋸波１０２の周波数を制御し、且つ温調器５の制御により光源１で発光される光１０１の周波数を制御することで、光周波数制御装置から出力する光１０３の周波数を制御するものである。この周波数制御器４ｂは、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。
【００２１】
また、鋸波発生器２から出力される信号は鋸波１０２であり、光位相変調器３は実施の形態１で示したように光ＶＣＯとして動作する。
【００２２】
実施の形態２では、温調器５により温調制御された光源１からの光１０１を、光位相変調器３で位相変調し、出力光１０３として外部に出力する。なお、光位相変調器３には鋸波１０２を印加する。ここで、図５に示すように、出力光１０３の中心周波数を連続掃引する場合において、鋸波１０２の印加による光位相変調器３での周波数制御範囲Ａを（ｆ１−ｆ２）とし、温調制御による周波数制御可能範囲ＢをΔｆとする。この場合、それぞれの制御を独立に行うことで、より広ダイナミックレンジ（ｆ１−ｆ２＋２Δｆ）な光周波数制御を可能とする。
【００２３】
以上のように、この実施の形態２によれば、鋸波１０２による光位相変調制御と温調制御とを併用することで、実施の形態１の構成に対し、より広ダイナミックレンジな光周波数制御が可能となる。
【００２４】
実施の形態３．
実施の形態３では光周波数制御装置を高速の光スイッチとして動作可能としたものについて示す。
図６はこの発明の実施の形態３に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。この図６に示す実施の形態３に係る光周波数制御装置は、図４に示す実施の形態２に係る光周波数制御装置に光分離フィルタ６を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
光分離フィルタ６は、光位相変調器３の後段に設けられ、光位相変調器３により位相変調された光１０３の周波数と分離周波数とを比較することで、その光１０３を出力する光路を切替えるものである。この光分離フィルタ６は、例えばＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等により構成される。この光分離フィルタ６へ入力する光１０３の中心周波数を瞬時に切替えることで、高速に光路を切替えることができる。
【００２６】
また、鋸波発生器２から出力される信号は鋸波１０２であり、光位相変調器３は実施の形態１で示したように光ＶＣＯとして動作する。
【００２７】
実施の形態３では、光源１からの光１０１を、鋸波１０２により駆動された光位相変調器３で位相変調し、出力光１０３として出力する。そして、光位相変調器３からの出力光１０３は、光分離フィルタ６を介して出力光１０４又は出力光１０５として外部に出力される。
ここで、図７に示すように、光位相変調器３に印加する鋸波１０２の周波数を瞬時に切り替えることで、出力光１０３の中心周波数はｆ１とｆ２との間で変化する。また、光分離フィルタ６の分離周波数をｆ１’と仮定すると、出力光１０３の中心周波数がｆ１のときには出力光１０４として、出力光１０３の中心周波数がｆ２のときには出力光１０５として外部に出力される。よって、２光路を瞬時に切替えることが可能となる。
【００２８】
なお上記では、図４に示す実施の形態２に係る光周波数制御装置に光分離フィルタ６を追加した場合について示した。これに対し、図１に示す実施の形態１に係る光周波数制御装置に光分離フィルタ６を追加してもよい。
【００２９】
以上のように、この実施の形態３によれば、光１０３の周波数と分離周波数とを比較して、その光１０３を出力する光路を切替える光分離フィルタ６を設けたので、実施の形態１，２の構成に対し、高速に光路を切り替える（高速な光スイッチとして動作させる）ことが可能となる。
【００３０】
実施の形態４．
実施の形態１−３では、光源１からの光１０１が入力される光位相変調器３に対し、周波数制御された鋸波１０２を印加することで、光周波数制御を実現する構成について示した。それに対し、実施の形態４では、光位相変調器３に光源１の雑音をフィードバックする機能を設け、狭線幅な光周波数制御を実現する場合について示す。
図８はこの発明の実施の形態４に係る光周波数制御装置の構成を示す図である。この図８に示す実施の形態４に係る光周波数制御装置は、図４に示す実施の形態２に係る光周波数制御装置の鋸波発生器２を鋸波制御器（鋸波発生器）１０に変更し、光分離カプラ７、光フィルタ８及びフォトダイオード９を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
なお、周波数制御器４ｂは、鋸波制御器１０の鋸波１０２の周波数（オフセット周波数）を制御し、且つ温調器５の制御により光源１で発光される光１０１の周波数を制御することで、光周波数制御装置から出力する光１０３の周波数を制御する。
【００３２】
光分離カプラ７は、光位相変調器３により位相変調された光１０３の一部を分離するものである。この光分離カプラ７により分離された光１０６は光フィルタ８に出力される。
光フィルタ８は、光分離カプラ７からの光１０６の周波数変動を強度変動に変換するものである。この光フィルタ８により強度変動に変換された光１０７はフォトダイオード９に出力される。
【００３３】
フォトダイオード９は、光フィルタ８からの光１０７を受光するものである。このフォトダイオード９により受光された光１０７の強度変動を示す信号は鋸波制御器１０に出力される。これにより、光フィルタ８により検出された雑音成分を鋸波１０２の瞬時値として鋸波制御器１０にフィードバックすることができる。
鋸波制御器１０は、鋸波発生器２の機能に加え、フォトダイオード９からの信号に基づいて、光１０７の強度変動が一定になるように鋸波１０２を発生するものである。この鋸波制御器１０により発生された鋸波１０２は光位相変調器３に印加される。この鋸波制御器１０は、例えば鋸波１０２を発生する回路とループフィルタ等を用いて実現可能である。
【００３４】
なお、光位相変調器３は、鋸波制御器１０からの鋸波１０２により駆動し、光源１からの光１０１の位相変調を行うものであり、実施の形態１と同様に光ＶＣＯとして動作する。
【００３５】
実施の形態４では、光源１から出力された光１０１を、鋸波１０２により駆動された光位相変調器３で位相変調して、出力光１０３として外部に出力する。なお、光源１は温調器５により温調制御される。また、光位相変調器３の出力光１０３の一部は光分離カプラ７により分離光１０６として分離される。そして、光フィルタ８により分離光１０６の周波数変動が強度変動に変換され、フォトダイオード９で受光される。そして、鋸波制御器１０により上記強度変動が一定となるように鋸波１０２が発生されることで、外部への出力光１０３から光源１の雑音を抑圧する。
【００３６】
ここで、光源１の雑音を抑圧する前後での出力光１０３の縦モード線幅は、例えば図９に示すようになる。図９において、破線は雑音の抑圧前の出力光１０３を示し、実線は雑音の抑圧後の出力光１０３を示している。この図９に示すように、光位相変調器３に印加される鋸波１０２により雑音が抑圧され、出力光１０３の線幅が狭窄化されることがわかる。
【００３７】
以上のように、この実施の形態４によれば、光位相変調器３により位相変調された光１０３の一部を分離する光分離カプラ７と、光分離カプラ７により分離された光１０６の周波数変動を強度変動に変換する光フィルタ８と、光フィルタ８により変換された光１０７の強度変動が一定になるように鋸波１０２を発生して光位相変調器３に印加する鋸波制御器１０を備えても、出力光１０３の中心周波数を連続的に掃引可能であり、且つ高速応答可能な広いダイナミックレンジ及び広い制御帯域を持つ光周波数制御が可能となる。また、出力光１０３の線幅の狭窄化が可能となる。
【００３８】
なお、実施の形態１−４では、周波数制御器４，４ｂ及び鋸波制御器１０がアナログ的に鋸波１０２を制御する方式を想定している。しかしながら、アナログ方式に限定するものではなく、デジタル方式であってもよい。
【００３９】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明に係る光周波数制御装置は、鋸波発生器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、鋸波発生器により発生された鋸波により駆動し、光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器とを備えるため、出力光の中心周波数の連続的な掃引および高速応答が可能であり、任意の周波数の光を出力するのに好適である。
【符号の説明】
【００４１】
１  光源、２  鋸波発生器、３  光位相変調器、４，４ｂ，４ｃ  周波数制御器、５  温調器、６  光分離フィルタ、７  光分離カプラ、８  光フィルタ、９  フォトダイオード、１０  鋸波制御器（鋸波発生器）、１０１  光、１０２  鋸波、１０３〜１０５  出力光、１０６，１０７  光。
【図１】
2016043036.tif 000004
【図２】
2016043036.tif 000005
【図３】
2016043036.tif 000006
【図４】
2016043036.tif 000007
【図５】
2016043036.tif 000008
【図６】
2016043036.tif 000009
【図７】
2016043036.tif 000010
【図８】
2016043036.tif 000011
【図９】
2016043036.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月8日(2016.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係る光周波数制御装置は、光を発光する光源と、鋸波を発生する鋸波発生器と、鋸波発生器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、鋸波発生器により発生された鋸波により駆動し、光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器と、光源の動作温度を変化させることで、当該光源により発光される光の周波数を設定する温調器と、光位相変調器により位相変調された光の一部を分離する光分離カプラと、光分離カプラにより分離された光の周波数変動を強度変動に変換する光フィルタとを備え、周波数制御器は、温調器を制御することで光の周波数を制御し、鋸波発生器は、光フィルタにより変換された強度変動が一定になるように鋸波を発生するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する光源と、
鋸波を発生する鋸波発生器と、
前記鋸波発生器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、
前記鋸波発生器により発生された鋸波により駆動し、前記光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器と、
前記光源の動作温度を変化させることで、当該光源により発光される光の周波数を設定する温調器と、
前記光位相変調器により位相変調された光の一部を分離する光分離カプラと、
前記光分離カプラにより分離された光の周波数変動を強度変動に変換する光フィルタとを備え、
前記周波数制御器は、前記温調器を制御することで前記光の周波数を制御し、
前記鋸波発生器は、前記光フィルタにより変換された強度変動が一定になるように前記鋸波を発生することを特徴とする光周波数制御装置。
【請求項２】
前記光位相変調器は、前記光源により発光された光を位相変調して変調信号光とする
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月8日(2016.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係る光周波数制御装置は、光を発光する光源と、鋸波を発生する鋸波制御器と、鋸波制御器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、鋸波制御器により発生された鋸波により駆動し、光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器と、光位相変調器により位相変調された光の一部を分離する光分離カプラと、光分離カプラにより分離された光の周波数変動を強度変動に変換する光フィルタとを備え、鋸波制御器は、光フィルタにより変換された強度変動が一定になるように鋸波を発生するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する光源と、
鋸波を発生する鋸波制御器と、
前記鋸波制御器により発生される鋸波の周波数を制御する周波数制御器と、
前記鋸波制御器により発生された鋸波により駆動し、前記光源により発光された光の位相変調を行う光位相変調器と、
前記光位相変調器により位相変調された光の一部を分離する光分離カプラと、
前記光分離カプラにより分離された光の周波数変動を強度変動に変換する光フィルタとを備え、
前記鋸波制御器は、前記光フィルタにより変換された強度変動が一定になるように前記鋸波を発生することを特徴とする光周波数制御装置。
【請求項２】
前記光位相変調器は、前記光源により発光された光を位相変調して変調信号光とする
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【国際調査報告】
2016043036.tif 000013
2016043036.tif 000014
2016043036.tif 000015
2016043036.tif 000016