EOM 光コムによる複数レーザー間の位相同期
武者研究室 伊藤航平
[背景・目的]ュエーターを決める。

光通信は、情報を波長が光信号として光ファイバーを用いて伝送する。このとき用いられる光信号は1.5μm 帯の光である。伝送方法として、波長多重分割方式(DWDM)がある。これは１本の光ファイバーに多波長の光を入れて伝送する。このとき、

図１ ITLA の原理図

伝送する光信号の周波数基準となっているのが周波数グリッドである。周波数グリッドとは、波長1.5μm 帯域で等間隔に周波数基準光が配置されたものである。周波数グリッドの周波数間隔は、光通信で用いる際は 100GHz や 25GH である。間隔が25GHz と狭い場合、それぞれの基準光が高精度でなければならない。そこで本研究では1.5μm 帯にお図2 ITLA の実物ける 25GHz 間隔の周波数基準を作成するために、まず使用するレーザーのスペック評価を行った。

（エタロンフィルターによる波長操作）

続いて、繰り返し周波数 25GHz の光コムを EOM を二枚のエタロンフィルターにはそれぞれ独立に用いて発生させた。最後に、発生させた EOM 光コ電圧をかけて温度を変化させる事ができる。こそムにレーザーを位相同期した。

で、それぞれのエタロンフィルターを HTR1,HTR2として片方の印可電圧を固定し、もう片方を変化[LD のスペック評価]させる事で波長特性を調べた。
結果を図3に示す。

本実験で使用したレーザーは小型外部共振器型半導体レーザー(ITLA)である。原理図を図1、ITLAの実物を図2 に示す。図2 はITLA の大きさを分かりやすくするために 100 円玉と並べて撮影したものだが、非常に小さい事が分かる。この ITLA は二枚のエタロンフィルターの温度、ピエゾにかける印可電圧、ゲインチップへの注入電流の三つによって出力周波数を変化させる。そこで、それぞれの性能を評価し、以降の実験で使用するアクチ

図3 エタロンフィルターの操作による波長特性図3 より、エタロンフィルターによって最大80nm程度波長を変化させる事ができる事が分かる。つまり、周波数は THz オーダーで操作できる事が分かる。また、モードホップが起こっている事も分かった。しかし各フィルターの温度を最適化する事でモードホップ領域を避けることができる。

図5 注入電流操作による周波数特性

図5 より、注入電流によって最大4GHz 周波数を変（ピエゾによる周波数操作）
ピエゾによる周波数操作の性能を評価するために、同じITLA を二つ用意し、片方の周波数を固定し、もう片方の周波数をピエゾで変化させてそれ化させられる事が分かった。また注入電流による操作でもモードホップする事があると分かる。最大4GHz 周波数を動かす事ができる。
以上の三つの実験を比較すると、ピエゾによるらのビート周波数の変化を測定する事で評価した。 周波数操作ではその可動範囲が小さすぎるので本結果を図4 に示す。

実験では使えない事が分かった。そこで、本実験ではアクチュエーターとしてエタロンフィルターへの印可電圧とゲインチップへの注入電流を選択した。以降の実験では、これらの操作は全て専用のソフトを用いてPC から行った。

図4 ピエゾの操作による周波数変化[EOM 光コムの発生]
本実験では、電気光学変調子(EOM)を用いて光周

図4 より、1V あたり1.93MHz 周波数を変化させる波数コムを発生させた。EOM は、電圧をかける事で事が分かる。
また、
このITLA のピエゾには最大40V

電気光学効果によって入射光に対して位相変調をまでしか電圧をかけられない。よって、ピエゾでかけることができる素子である。EOM に入射した光は最大約 80MHz しか周波数を変化させられないこ

E(t)は以下の式１のように変調される。fcombは EOMとが分かった。にかける印可電圧の変調周波数、φmはEOM の単位長さ辺りの変調指数である。

（注入電力による周波数操作）
ITLA には注入電柱制御端子として、AM 端子が取E(t) = E0 exp( jφ m sin(2πfcombt))∞り付けられている。このAM 端子にかける印可電圧= E0 ∑ J n (φ m )exp( jn(2πfcomb )t)を変化させる事でゲインチップへの注入電流を変式１より、サイドモードになるにつれてパワーが化させ、出力される周波数を測定した。結果を図5下がっていく事が数式から確認できる。に示す。

（式1）

−∞

EOM に印可電圧によって位相変調をかけるにあたり、本研究室のシグナルジェネレーター(SG)はーザーを位相同期した。まずは、位相同期のため最大で 20GHz しか周波数を出せなかったため、周の回路(PLL)を作成した。回路図を図8 に示す。

波数逓倍器を用いて25GHzにした。
これによって、繰り返し周波数が 25GHz の EOM 光コムを発生させた。実際に発生したEOM 光コムのスペクトルを図6に示す。また、この EOM 光コムの一次のサイドモードとレーザーのビート信号を取り、その SNR を

図 8 PLL 回路図評価した。これは、位相同期をする際に用いる周波数位相弁別器（PFD）によって周波数の引き込みここで用いた PFD は研究室にある面実装回路に素が可能かを確かめるためである。PFD とは位相差に子を配置することで自作した。実際の PFD は図 9比例した電圧を出力する回路である。PFD で周波数である。の引き込みをするためには、ビート信号の SNR が30dB 以上でなければならない。実際に取得できたビート信号のスペクトルを図7 に示す。

図9 自作したPFD
図 8 の PLL によってリファレンス周波数にロック
図6 EOM 光コムのスペクトルされた EOM コムの 1 次のサイドモードとレーザーのビートのスペクトルと位相雑音を測定した。結果を図10、11 に示す。

図7 ビート信号のスペクトル図7 より、SNR が30dB 以上である事が読み取れる
ので、一次のサイドモードにレーザーを引き込め

図 10 リファレンス周波数にロックされた EOM コることが確認できた。

ムとレーザーのビート周波数スペクトル[位相同期]
以上の実験をふまえて、実際に EOM 光コムにレ（位相同期について）・PLL を作成し、レーザーの中心周波数をEOM 光コ
ムにロックする事ができた。

[展望]
図10

図9 の位相雑音・フィルタの最適化を行い、制御帯域を広げて位相同期を実現する。

まず図９についてだが、スペクトルの中心周波数・光コムの１次以外のサイドモードにも位相同期は 60MHz となっている。今回用いたリファレンスをする。

周波数は 60MHz であるので中心周波数はロックできている事が分かる。しかし中心周波数の両サイドの周波数でのパワーも強く、位相同期はなされていない。
そこで、図10を見ると制御帯域が150kHzである事が分かる。これより、今後この制御帯域を広げていく事で位相同期を達成できると考えられる。

[まとめ]（ITLA について）・フィルターでの操作では THz オーダーで周波数を動かす事ができる・注入電流での操作では GHz オーダーで周波数を動かす事ができる。
・ITLA をPC を用いて操作できるようにセットアップできた。

（EOM 光コムについて）・EOM と SG、周波数逓倍器などを用いて実際に繰り返し周波数が 25GHz の EOM 光コムを発生させることができた。