JPH03123828A - 光位相変調器の特性測定装置および特性測定法 - 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」 この発明は、光位相変調器の特性測定装置および特性測
定方法に係り、詳しくは外部光位相変調器の特性パラメ
ータである半波長電圧や変調感度の周波数応答の測定に
適用して好適な光位相変調器の特性測定装置および特性
測定方法に関する。

「従来の技術」 光のコヒーレンシーを利用する光波通信システム、光応
用計測機器の実現にあたっては、キーデバイスの一つと
して外部光変調器の利用が考えられ、Ｔｉ（チタン）拡
散導波路によるＬｉＮｂ０（ニオブ酸リチウム）位相変
調器が注目されている。

上記外部光変調器は、前咎、すなわち光波通信システム
においては、送信系におけるＰＣＫ（位相側移変Ｒ）あ
るいはＦＳＫ（周波数偏移変調）用の素子として、後者
、すなわち光応用計測機器°りにおいては、制御系、周
波数合成系における位相あるいは周波数変調用の素子と
して利用される。

一方、Ｔｉ拡散導波路によるＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３位相
変調器は、通常、導波路端部に偏波保持ファイバを接合
して、モジュール化する形態がとられる。従来の空間ビ
ーム形の光入出力構成をとる光位相変調器の評価に際し
ては、周知のように位相変調器の両側に直交する偏向子
、検光子を設け、位相変調器の光軸に対して４５度傾く
偏波面をもつ直線偏光を入力して、位相変化を強度変化
信号として検出する方法が適用できる。しかし、ピグテ
イル化された位相変調器に対しては、入出力用のファイ
バを介しての偏波面の設定となるため、上記の様な方法
で強度変化信号を得ることは困難である。

一方、モジュール化された位相変調器に関する特性（半
波長電圧や周波数特性等）評価法としては、ファブリペ
ロ共振器を利用して周波数変調された光信号をスペクト
ル分析する方法、自己へテロダイン系を構成して光信号
のスペクトル分析結果から半波長電圧を評価する方法等
が報告されている。

第７図は、前者の場合の測定系の構成を示すが、レーザ
光源Ｉからの出力を光学アイソレータ２を介して、測定
対象である光位相変調器３に接続し、その出力を走査形
ファブリペロ干渉計４に導き、さらにその透過光出力を
受光素子５で検出した後、スペクトル分析器６で分析す
る構成になっている。

この構成で、後述の半波長電圧を測定するには、光位相
変調器３の駆動電源７の周波数成分をもつスペクトルと
直流成分のスペクトルを同時にモニタする必要がある。

第８図は、レーザ光源８と光位相変調器９との間に、音
響光学変調器１０を挿入して、その非回折光を光位相変
調器９に導き、−次回折光と光位相変調器９の透過光を
合波して受光素子１１で検出する自己ヘテロゲイン系の
構成である。この場合も、スペクトル分析器１２で観測
される、光位相変調器９の駆動電源１３の周波数成分を
もつスペクトルと直流成分のスペクトルを同時にモニタ
する必要がある。

これらの方法は、スペクトル分析結果をもとに評価する
、いわば間接法であり、精度、測定効率の点で問題があ
る。

これに対して、最近、偏波保持ファイバによる光学的分
岐干渉系と位相変調器を利用して、強度変調器を構成す
る方法が提案されている（　Ｊｏｕｒ。

ｏｒ　Ｏｐｔ、Ｃｏｍｎ、、Ｖｏｌ、７．ｐｐ、Ｈ−９
１（１９８６−０３））　、第９図は、この場合の測定
系の構成を示すが、レーザ光源１４の出力を、２個の偏
波保持カブラ（結合器）１５．１６と偏波保持ファイバ
１７および測定対象である光位相変調器Ｉ８とから構成
される光学的分岐干渉系に導き、第二の偏波保持カブラ
１６の一方の出力を受光素子１９に接続し、他方の出力
を受光素子２０に接続する構成である。この場合、測定
系の安定化を図るために、レーザ光源１４のバイアス電
流を低周波発振器２１で変調すると同時に、受光素子２
０によって検出される電気信号をロックイン増幅器２２
に印加し、その誤差信号をもとに、電流制御部２３を介
してレーザ光源１４に対する直流バイアスを制御する構
成がとられている。第９図の測定系においで１．光位相
変調器１８の半波長電圧の測定は、その駆動電源２４の
電圧と受光素子１９で検出される光出力変化から求めら
れる。見方をかえれば、第９図の測定系の構成は、先位
相変調器１８における位相変化を光の強度変化に変換す
る構成であり、光位相変調器１８の特性評価法として利
用できる構成である。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記第９図の測定系においては、振動、
温度変化等による光学的分岐干渉系内の位相変化も強度
変化信号に変換されるため、位相変化の雑音成分を補償
する制御回路を付加する必要があり、これに伴い、光学
系の構成も複雑になるという問題があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、モジュ
ール化された光位相変調器の簡便な測定法として、ファ
イバによる光学的分岐干渉系を構成し、何等の制御回路
を付加せずに、半波長電圧、周波数特性を測定する光位
相変調器の特性測定装置および特性測定方法を提供する
ことを目的としている。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、第
１の光結合器の２個の出力ポートと第２の光結合器の２
＠の人力ポートとを対向させ、当該一組の人出力ポート
間にファイバを接続し、当該他の組の入出力ポート間に
、光位相変調器を接続して光学的分岐干渉系を構成し、
前記光学的分岐干渉系の一方に単一モード光源からの光
を入射させ、他方に受光素子を接続し、その出力電圧を
記録できる電圧記録装置、および前記光学的分岐干渉系
の光出力をスペクトル分析できる先スペクトラム分析器
を併置する共に、前記光位相変調器の電気端子に、低周
波のバイアス変調信号と高周波信号を重畳して印加でき
るように構成したことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項！記載の光位相変調器の
特性測定装置を用いて、前記光位相変調器に、前記光学
的分岐干渉系の各要素の等価的位相変化に起因して発生
する出力電圧の時間的変動に較べて充分早い周期をもつ
バイアス変調信号を印加して、前記受光素子の出力電圧
の変化とバイアス電圧の変化を前記電圧記録装置により
記録測定して、前記光位相変調器の半波長電圧を測定す
ることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の光位相変調器の
特性測定装置を用いて、前記光位相変調器に、適正な振
幅をもつ低周波バイアス変調信号を印加すると同時に、
高周波変調信号を重畳して印加する状態とし、萌記光ス
ペクトラム分析器の受信帯域幅をバイアス変調周波数に
較べて、十分大きな値に設定して、高周波変調信号に対
する前記光位相変調器の変調感度を測定することを特徴
としている。

「作用」 この発明によれば、光学的分岐干渉系内のランダムな位
相変化の性質が考慮されて、光位相変調器の半波長電圧
の測定を短時間に、すなわち、位相変化の無視できる時
間内に完了することができる。

また、光位相変調器周波数特性の測定に際しては、位相
変調器に対して適正な振幅の低周波バイアス信号を重畳
することにより、測定周波数成分に対する雑音の影響を
低減することができる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

（ｉ）測定系の構成 第１図は、この発明の一実施例である光位相変調器の特
性測定装置の構成を示すブロック図である。

この図において、符号２５はレーザ光源２５．２６はレ
ーザ光源２５を制御する制御器、２７゜２８は前段およ
び後段の偏波保持カプラ、２９は偏波保持ファイバ、３
０は測定対象である光位相変調器である。偏波保持ファ
イバ２９および光位相変調器３０は、２個の偏波保持カ
プラ２７，２８の間に並列接続されている。そして、ブ
ランチ１１およびブランチ２が構成されている。ブラン
チ１１およびブランチ２においては、偏光軸が−致する
ように接続されている。そして、これらの要素２５〜３
０によって、光学的分岐干渉系３１が構成されている。

また、３２．３３は後段の偏波保持カプラ２８の出力ポ
ートＰ　５　、Ｐ　６にそれぞれ接続された受光素子で
ある。レーザ光源２５と前段の偏波保持カプラ２７との
間には、偏波面調整のため偏波制御器３４が接続されて
いる。受光素子３２の出力は電圧記録装置３５、受光素
子３３の出力は光スペクトラム分析器３６に接続されて
いる。電圧記録装置３５としては、受光素子３２の出力
電圧と後述のバイアス変調信号電圧を同時に測定記録で
きるメモリ機能付オツシロスコープなどが利用できる。

一方、光位相変調器３０に電気信号を印加する手段とし
て、低周波のバイアス変調を行なうための信号源３７、
および高周波の変調を行なうための信号源３８が、バイ
アス３９を介して、光位相変調器３０の入力端子に接続
されている。上記信号源３７としては、通常、ファンク
ションジェネレータを、信号源３８としてはシンセサイ
ザが使用される。また信号源３７の出力端子は、電圧記
録装置３５の端子にも分岐接続され、半波長電圧の測定
に供されるようになっている。

（ｉｉ　）半波長電圧の測定 次に、第１図の特性測定装置の適用による半波長電圧の
測定方法について説明する。

（ｉｉ　−１）測定原理 まず、測定原理について述べる。

第１図の測定系で各受光素子３２．３３で検出される電
流と光学的分岐干渉系における光路差（ＤＬ＝Ｄ、　−
Ｄ、　’）　、光位相変調器３０による位相変化（Φ（
１））　、光源２５の発振周波数（ν。：ω。／２π）
等との関係を、以下に示す。なお、位相変調器３０への
入射光は直線偏光であり、かつ最大位相変化を与える光
位相変調器３０の光軸に一致しているものとする。また
偏波保持カップラ２７の出力、位相とも同一であり、光
学的分岐干渉系３１内では偏波が保持されているものと
仮定する。

偏波保持カップラ２７の出力端での電界ベクトルをＥ、
、Ｅ、とおくと、 Ｅ＋＝Ｅｔ＝Ｅｏｅｘｐ（ｊ　（ｄｏｊ　）　　　　　
　　　　（１）で表され、ブランチｌ（長さ：Ｌ１）を
通過後の電界ベクトルＥ３．ブランチ２（長さ：Ｌ、）
を通過後の電界ベクトルＥ４とおくと、次式の様になる
。

Ｅ　ｓ＝　Ｅ　＋ｅＸｐ（−ｊｋ　　Ｌ＋）Ｅ　４＝　
Ｅ　ｔｅＸＰ　（−ｊ　（ｋ　Ｌｘ＋Φ（ｔ＞）　　　
　　　（２）ただし、ｋ＝　２　π／　ｎ　ｏλ＝２π
νｏ／ｎｏｃ。

ｎｏ；ブランチ１．ブランチ２の屈折率。

ｃｏ；光速、ν０＝光波周波数 結合係数に、長さ２を有する偏波保持カプラ２８の出力
ポートＰ５．Ｐ６の電界ベクトルＥ　、、Ｅ　。

は、次式で表される。

Ｅ　ｓ＝　ｃｏｓｔｃ　ｚ　Ｅ　ｚ　−ｊｓｉｎにｚ　
Ｅ　ａＥｓ＝ｊｓｉｎにｚ　Ｅ３＋ｃｏｓにｚ　Ｅａ　
　　　　（３）に：結合係数。

２：結合部の長さ 変換効率η１．η２の受光素子３２および３３の出力電
流＋１＋ｌｆは、 ｉ＋＝　　ηＩＥｓ・Ｅ、＊ ｉｚ＝　　　ηｔＥｅ・Ｅ８＊　　　　　　　　　　　
（４）ただし、Ｅｉ＊とＥｉは複素共役の関係にある。

ここで、（り〜（３）を（４）に代入すると、次式％式
％ （１））） （５） ここで、ＤＬ（〜Ｌ２−Ｌｌ）　：等価光路差偏波保持
カプラ２８が３ｄＢ結合器の場合、５ｉｎ２にＺｌであ
るから、 ｉ　＋−７７＋（Ｅｏ）Ｃ１−５ｉｎ（ｋ　ＤＬ＋Φ（
１）））ｉ　を−ｎ　２（ＥＯ）’　（１＋５ｉｎ（ｋ
　ＤＬ＋Φ（ｔ）））　　　　　　　（６’）となる。

通常、各辺のファイバ長の差ＤＬは数ｃｍ程度と考える
と、ＫＤＬは１０’のオーダーとなる。

上式から明かなように、光位相変調器３０に電圧を印加
しない場合（Φ（ｔ　）＝　０　）でも、（ｋＤＬ）が
変動すれば、各受光素子３２．３３の電流が正弦的に変
化することがわかる。

一方、（６）式から、ｋ−ＤＬが一定をとなせる時間内
では、あたかも一定の位相オフセットが生じた状態と考
えることができ、Φ（ｔ）−ｉの関係を求めることによ
り、光位相変調器３０の半波長電圧が評価できる。すな
わち、Φ（１）と印加電圧Ｖ、との関係は、正弦波変調
した場合、 Φ、、（１）＝Φ、。・５ｉｎ（ω、を十〇）　　　　
　（８）ここで、Φ、。ｏｃ（１ｏ）’γＶ。

ｎｏ：変調器を伝播する光が感じる等価屈折率γ　：電
気光学定数 ω、；変調角周波数、 で表現できる。

Φ、０を駆動電圧Ｖ、のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値（
Ｖｐｐ＝振幅の２倍の値）と位相角がπラジアン変化す
る時の電圧すなわち半波長電圧Ｖπで表現すると、 Φ＋ｍ０−（π／２）・（Ｖｐｐ／Ｖπ）　　　　　　
（８’）と表現できる。

したがって、式（６）、（８）、（８’）より、１ｔ（
ｉ＝１．２）はＶｌ）ｌ）の関数であり、ｖｐｐを変化
させた場合、隣接する（　ｆ　ＩＬａＭ＋　（ｉｔ）ｍ
ｔｎを与える電圧値から、半波長電圧Ｖπが求められる
ことかわかる。

（ｉｉ　−２）測定の具体例 次に、測定例について述べる。

具体的には、電極損失や位相速度の不整合が無視できる
低周波においてＶ、、とｉ□の関係を測定すれば良いこ
とになる。すなわち、光源２５および受信系ｂ（電圧記
録装置３５を含む測定系）を動作状態とした後、信号源
３７を動作させ、その周波数（１００Ｈｚ〜１０ＫＨｚ
）、電圧（三角波、半波長電圧※（２〜５））を設定す
る。信号１３７の出力および受光素子３２の出力を、そ
れぞれ電圧記録装置３５のＸ軸およびＹ軸に接続して、
Ｘ（電圧）−Ｙ（光強度信号）表示状態に設定し、偏波
制御器３４を調整して、波形の対称性を確認しながら、
偏光軸の調整を行う。Ｘ軸に関して、対称な波形が得ら
れた時点で電圧記録装置３５の掃引を停止し、その状態
を記録紙に出力する。この際、光強度信号の極太、極小
を与える電圧値を測定すれば、その電圧差から光位相変
調器３０の半波長電圧を求めることができる。

第２図（ａ）は、光位相変調器３０に電圧を印加しない
状態で、受光素子３２　（Ｇｅ−ＡＰＤ／ＩＭΩ負荷）
の出力電圧（Ｖｌｄ）を測定した結果である。

約２０ｓｅｃ間の測定結果であるが、比較的緩やかで、
かつランダムな変化をすることがわかる。この変化は、
式・（６）の関係から、（ｋ　ＤＬ）の変化に帰着でき
る。なお、光学的分岐干渉系３１を構成するファイバに
振動等が加わるとこの変化に重畳して急激な光出力変化
が現れることから、静置するように配慮する必要がある
。

第２図（ｂ）は、上記と同一のサンプルに対して、振幅
：約＋　１５ｖ　（Ｖ　Ｌ）９周波数：ｔｋｌｌ、のバ
イアス変Ｒ（三角波）を変調を行い、約ＩＯ週期（１０
＋ｍｓ）にわたるＶｔ、とＶｄの関係を測定した結果で
ある。このように、短時間に測定を行なう限り、系の位
相雑音（△（ｋ−ＤＬ））の影響は無視でき、再現性ら
全く問題ないことが分かる。同図から、サンプルの半波
長電圧Ｖπは、光信号の極小または極大を与える電圧か
ら、５．８　（・１１．６／２）　Ｖと評価できる。

なお、この測定では、受光素子３２により合波後の光強
度に比例する出力電圧（Ｖｄ　ｃｘ：　ｉ’　））を測
定しているため、光学的分岐干渉系３１を構成する各ブ
ランチを通過した光の強度、位相、偏波面が合波部であ
る偏波体技カプラ２８で等しければ、大きな消光比が得
られることになる。このデータでは、消光比は高々４　
ｄＢ　（＝　２０１ｏｇ　（１６０／１００））である
が、この原因は、主に各辺の損失を補償していないため
と考えられる。ブランチｌ側に光減衰器を挿入して、消
光比の改善は可能であるが、半波長電圧の測定、周波数
特性の測定には、支障がないことは言うまでもない。

（ｉｉｉ　）周波数特性の測定 次に、第１図の特性測定装置の適用による光位相変調器
の周波数特性の測定方法について説明する。

（ｉｉｉ　−１）測定原理 まず、測定原理について述べる。

光位相変調器３０には、（ｋ−ＤＬ）の時間的変動に較
べて、十分大きな振幅の低周波のバイアス変調信号と測
定変調周波数成分の信号を重畳するものとする。

Φ（ｔ）＝Φ、（ｔ）＋ΦＬ（ｔ）　　　　　　　　　
（９）この式（９）を式（６）に代入して考えると、ｉ
　ｌ＝η＋（Ｅ　ｏ）”［１−ｓｉｎ（Φ、（１）＋Φ
バｔ）＋に−ＤＬ）］　（ｔｏ）ここで、Φｔ、（Ｄ＝
ΦＬｏ’５ｌｎ（（ｔ）　ｔｔ）　　　　　　（１１）
Φｂｏ４　（ｎｏ）３７　（ｔｔ／λ）（Ｖ、／ＧＰ）
式（８）１式（１１）を式（１０）に代入して、＋１＝
７７　＋（Ｅ　ｏ）”　［１−ｓｉｎ（Φ＋ｎｏ”５ｌ
ｎ（ωｓＬ十〇）＋Φｔ、ｏ”５ｉｎ（ω己）＋に−Ｄ
Ｌ）］　　　　　　　　（１２）ここで、高周波数成分
に着目すると、 ｉ　＋（Ｊｍ）＝［（ｓｉｎ（Φａｏ”５Ｌｎ（（ｔ）
＋ａｔ＋θ））ｃｏｓ（Φｔｏ・５ｉｎ（（ｃｌ　ｔｔ
））＋ｃｏｓ（Φｗａｎ　’　５ｉｎ（（ｔＪ、を十〇
））ｓｉｎ（Φｔｏ・５ｉｎ（ωｔｔ）））ｃｏｓ（ｋ
・ＤＬ）　＋（ｃｏｓ（Φ＋ｓｏ”Ｓ！ｎ　（ω、ｔ＋
θ））ｃｏｓ（Φ、。・５ｉｎ（ω己））−ｓｉｎ（Φ
＋＋＋ｇ’Ｓ！ｎ（ωｓＬ＋θ））ｓｉｎ（Φｔｏ−ｓ
ｉｎ（ωｔｔ）））ｓｉｎ（ｋ−ＤＬ）］×η１（Ｅｏ
戸　　　　　　　　　　　　　　（１３）ここで、 ５ｉｎ（Φ、。・５ｉｎ（ωゆｔ十〇））・２ΣＪ□、
、（Φｎｏ）・５ｉｎ（（２ｉ＋１）（ω、１十〇））
ｃｏｓ　（Φｍｏ’５１ｎ（ω、ｔ＋θ））＝ＪＯ（Φ
−０）”２ΣＪｔｔ（ΦｌＩＩ。）−ｃｏｓ（（２ｉ（
ω叩十〇））ｓｉｎ（Φｔｏ−８ｉｎ（ωｔｔ））＝２
Σ、Ｌｔ＊＋（Φ＋、ｏ）ｓｉｎ（（２ｉ＋ｌＸω１．
１））ｃｏｓ（ΦＬｏ−ｓｉｎ（ωｔｔ））Ｊｏ（Φｔ
、ｏ）＋２ΣＪｔ＋（Φ、ｏ）ｃｏｓ（（２ｉ（ωｔｔ
））ｆ、の近傍周波数では、低周波変調信号のＦＭスペ
クトルが重畳して観測されることになる。

１１ｆＪ−）ｃｌ：［（Ｊｏ（ΦＬｏ）＋２ΣＪｔ＋（
Φｔ、ｏ）ｃｏｓ（（２ｉ（ｃｃ＋　Ｌｔ）））ｃｏｓ
（ｌｒＤＬ）−（２ΣＪｔｉ＊＋（Φｔ、ｏ）ｓｉｎ（
２ｉ＋ＩＸωｔ、ｔ）））ｓｉｎ（？ＤＬ））・２Ｊ、
（Φｓｏ）”Ｓ！ｎ（ωｓｔ十〇”）　　　　　　　　
　　　　　　（１４）しかし、通常は、有限の帯域幅で
、複数の側帯波の電力相を測定することになる。光スペ
クラム分析器３６の帯域幅をＢとして時間平均をとれば
、となる。式（１５）は、ｆ＝ｆ、のスペクトルはＪ、
（Φ。

。））！〜（Φ、。）″に比例した電カスベクトルとな
ることを意味するが、その大きさはバイアス変調振幅（
Φ、。）に依存することと、系の位相雑音（ｋ・ＤＬ）
の影響を受けることを意味している。

第３図は、ｆ＝ｆ、に於けるスペクトル強度に対する系
雑音（△（ｋ−ＤＬ）　）の影響を、バイアス変調振幅
（Φ、。）をパラメータにして評価した結果（第３図（
ａ））とスペクトル変動の最大値とバイアス変ｎ振幅と
の関係を算出した結果（第３図（ｂ））とを示すもので
ある。

第３図（λ）では、スペクトル強度として式（１５）の
係数部分（【］の部分）をとることとし、系の位相雑音
としては（ｋ−ＤＬ）の周期関数であることを考慮して
、０からπまでの範囲で解析した。

また、測定される側帯波の数を１０（πＢ／ωＬ＝１０
）としたが、５以上であれば、はぼ同様の結果かえられ
ることも、別途確認されている。この第３図（ａ）から
、スペクトル強度に与える系の位相雑音の影響は、ΦＬ
Ｏが大きい程、小さくなることがわかる。また第３図（
ｂ）から、スペクトル強度の変動を完全に抑圧できるΦ
、。が存在すること、Φ、。がπ以上であれば変動幅は
３ｄＢ以下となること等が明らかであり、バイアス変調
の効果が明らかである。

なお、低周波変調を重畳しない場合（ΦＬｏ＝Ｑ）には
、式（１５）から ［ｉ　、（ｆ、）］　”ｏｅ　（ｃｏｓ　（ｋ−ＤＬ）
）”（Ｊ、（Φ５ｏ））”−（ｃｏｓ（ｋ−ＤＬ））”
（Φ、。）″　　　　　（１６）となり、 図中に示すように、系の位相雑音（△（ｋ−ＤＬ）　）
の値によって、大幅な強度変化を伴うため、測定の効率
が低下することになる。

以上の結果から、光周波数応答の測定にあたっては、適
当な振幅のバイアス変調信号を重畳し、受信帯域幅を充
分法＜（〉バイアス変調周波数の１０倍以上）とれば、
入力マイクロ波変調成分の光強度スペクトルの測定を効
率良く行なうことができることが明らかになった。

（ｉｉｉ　−２）光マイクロ波応答特性測定の具体例次
に、この例の特性測定装置の適用による光マイクロ波応
答特性の測定例について記述する。

（ａ）測定系の調整とバイアス変調条件の選定測定系の
調整は、（ｉｉ　−２）に述べた方法と同様であるので
、省略する。

第４図、第５図には、バイアス変調の有効性を確認する
ために、変調を行わなかった場合と、バイアス周波数を
約２００Ｈｚ、変調振幅２ＸＶπとした場合について、
高周波変”Ａ　（ＩＧＨｚ、　＋　１０ｄＢｍ）周波数
における光出力信号のスペクトラムを測定した結果およ
びスペクトル強度の時間的変化の測定結果をそれぞれを
示す。測定試料は、１．５μｍ帯の光位相変調器で、そ
の半波長電圧■πは５．９５Ｖのらのである。

バイアス変調を行わない場合には、単一スペクトルが観
測される第４図（ａ）が、そのピークレベルの変動が大
きく、時間的に光学的分岐干渉系の消光比程度（偏波結
合器の分岐比、各ブランチの損失に依存＝ｌＯ〜２５ｄ
Ｂ）の変動が避けられない（第５図（ａ））。

一方、バイアス変調により、低周波のＦＭ変調スペクト
ルが重畳することになり、この図の例では変調度が大き
いため、零次光が抑圧され、高次光が観測される（第４
図（ｂ））。（ｉｉｉ　−１）で考察したように、偶数
次スペクトルと奇数次スペクトルとが、光学的分岐干渉
系の位相条件（△（ｋ・ＤＬ）　）によって大小するが
、光スペクトラム分析器３６の受信帯域幅を充分大きく
とることによって、測定されるピークレベル変動が大幅
に低減される。この場合、受信帯域幅を３　ＭＨｚとす
るとレベル変動は約±１ｄＢ程度になり（第５図（ｂ）
）、周波数応答を評価するには十分な精度と言える。

なお、前節の考察では、正弦波バイアス変調により、光
強度変化を低減できることを述べたが、この実験例のよ
うな三角波変調の場合でも、三角波のフーリエ成分に着
目して考察すれば、同様の効果が得られることは、容易
に推察できる。

この状態で、高周波変調の変調周波数を変化させ、受光
素子３３で検出される信号出力を光スペクトラム分析器
３６で測定することにより、先位相変ｎ器３０の周波数
応答が評価できる。ただし、あらかじめ受光素子３３の
感度補正、ＲＦケーブルの損失補正を要することは言う
までもない。

（ｂ）測定例 第６図は、上記の光位相変調器の光周波数応答を測定し
た結果である。なお、バイアス変調信号は、周波数：　
２００Ｈｚ、振幅＝２×Ｖπとし、光スペクトラム分析
器３６の受信帯域幅をＳＮ比（＞１５ｄｂａｔ　２０Ｇ
Ｈｚ）を考慮して、３ＭＨｚとした。また、光スペクト
ラム分析器３６の最大レベル保持機能（Ｍ＾Ｘ−Ｈｏｌ
ｄ機能）を活用して、測定を行なった後、あらかじめ測
定しである光位相変調器のマイクロ波入力端子までのＲ
Ｆケーブルの損失を差し引いて、第６図のデータを得て
いる。

第６図から明らかなように、測定レベルの平均化のため
所要時間の若干の増大は避けられないものの、バイアス
変調が適正であれば、通常の強度変調器の測定の場合と
同等の精度が得られる。

（ｉｖ　）実施例の効果 以上、モジュール化した位相変調器（偏波保持ファイバ
ピグティル付）の簡易測定法として、偏波保持ファイバ
による分岐干渉系を構成し、何等の制御回路を付加せず
に、半波長電圧、周波数特性を測定する方法の開示を行
なうと共に、その原理、測定法の評価を実測例をまじえ
て説明した。

この例の効果を要約すると以下の通りである。

（１）半波長電圧の測定は、測定系の変動が無視できる
程度の短時間（実測例く約２０ｍ５　）に行なうことに
より、再現性も問題がない。

（２）光周波数応答の測定にあたっては、低周波バイア
ス変調によるスペクトル拡散を行って、測定系変動の影
響を低減することができる。低周波バイアス変調条件、
スペクトル分析器の受信帯域幅の選定を適切に行えば、
通常の強度変調器の評価と同等の精度が得られる事が明
らかになった。

（３）この例の測定方法は、従来のファブリペロ共振器
を利用して周波数変調された光信号のスペクトル分析す
る方法、自己ヘテロゲイン系を構成して光信号のスペク
トル分析結果から評価する方法と比較して、直接的に半
波長電圧が評価できるだけでなく、光周波数の応答の評
価にも有効である。

なお、上述したように、この発明においては、光学的分
岐干渉系の光路−差を小さくとり、分岐干渉系の特性変
動の影響が無視できる短い時間に半波長電圧の測定を行
うこと、また位相変調器にバイアス変凋信号を重畳して
、等価的に系の安定化を行なって周波数応答を測定する
方法について述べたか、周波数応答を測定するにあたっ
て有効なバイアス変調の効果は、上述の解析から明らか
なように、■分岐干渉系のいずれかのブランチに位相変
化を与えるか、■光源の波長を変化させても同様な効果
か得られるものである。

■の方法としては、この実施例で説明したように、測定
対象である光位相変調器にバイアス変調信号を重畳する
方法のほかに、光位相変調器を接続しであるブランチに
直列、あるいは他のブランチに、位相を変化できる素子
を接続して、同様にその素子に対してバイアス変調を行
う方法も有効である。

また、■光源の波長を変化させて同様な効果を得る際に
は、式（ｌＯ）の（ｋ　−Ｄ　Ｌ　）に対するバイアス
変調に相当すると考えれば良い。したがって、光源とし
て半導体レーザを用いる場合、注入電流による光強度の
変化の小さい範囲で、注入電流によってｋを変調する必
要があるので、分岐干渉系の光路差Ｄ　Ｌを十分大きく
設定する必要がある。

また、上述の実施例においては、偏波保持カプラ、偏波
保持ファイバ、入出力ポート間の偏光軸を一致させる場
合について述べたが、通常の光カブラ、ファイバなどに
より構成することもできる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の光位相変調器の特性測
定装置および特性測定法によれば、構成が簡単になる。

また、光位相変調器の半波長電圧の測定を、位相変化の
無視できる短時間内に行うことができる。

また、光位相変調器周波数特性の測定に際しては、位相
変調器に対して適正な振幅の低周波バイアス信号を重畳
することにより、測定周波数成分に対する雑音の影響を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である光位相変調器の特
性測定装置の構成を示すブロック図、第２図は、同特性
測定装置を適用して得られた測定データを示す特性曲線
図であり、第２図（ａ）は、系雑音による出力電圧時間
応答特性を示す図、第２図（ｂ）は、バイアス変調時の
出力電圧とバイアス電圧との関係を示す関係図、 第３図は、バイアス変調による光スペクトル強度変化の
低減効果を説明するための図、第４図は、光出力信号の
高周波変調周波数におけるスペクトルに及ぼすバイアス
変調効果を説明するための図、 第５図は、光出力信号の高周波変調周波数におけるスペ
クトル細塵の時間的変化に及ぼすバイアス変調の効果を
説明するための図、 第６図は、光位相変調器の光周波数応答の測定結果を示
す図、 第７図ないし第９図は、従来の光位相変調器の特性測定
装置の構成を示すブロック図である。 ２５・・・・・・レーザ光源、２７・・・・・・偏波保
持カプラ（第１の光結合器）、２８・・・・・・偏波保
持カプラ（第２の光結合器）、２９・・・・・・偏波保
持ファイバ、３０・・・・・・光位相変調器、３１・・
・・・光学的分岐干渉系、３２．３３・・・・・・受光
素子、３５・・・・・・電圧記録装置、３６・・・・・
・光スペクトラム分析器、３７．３８・・・・・・信号
源、Ｐ１〜Ｐ６・・・・・・偏波保持カプラの入出力ポ
ート。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の光結合器の２個の出力ポートと第２の光結
   合器の２個の入力ポートとを対向させ、当該一組の入出
   力ポート間にファイバを接続し、当該他の組の入出力ポ
   ート間に、光位相変調器を接続して光学的分岐干渉系を
   構成し、 前記光学的分岐干渉系の一方に単一モード光源からの光
   を入射させ、他方に受光素子を接続し、その出力電圧を
   記録できる電圧記録装置、および前記光学的分岐干渉系
   の光出力をスペクトル分析できる光スペクトラム分析器
   を併置する共に、前記光位相変調器の電気端子に、低周
   波のバイアス変調信号と高周波信号を重畳して印加でき
   るように構成したことを特徴とする光位相変調器の特性
   測定装置。
2. （２）請求項１記載の光位相変調器の特性測定装置を用
   いて、 前記光位相変調器に、前記光学的分岐干渉系の各要素の
   等価的位相変化に起因して発生する出力電圧の時間的変
   動に較べて充分早い周期をもつバイアス変調信号を印加
   して、 前記受光素子の出力電圧の変化とバイアス電圧の変化を
   前記電圧記録装置により記録測定して、前記光位相変調
   器の半波長電圧を測定することを特徴とする光位相変調
   器の特性測定法。
3. （３）請求項１記載の光位相変調器の特性測定装置を用
   いて、 前記光位相変調器に、適正な振幅をもつ低周波バイアス
   変調信号を印加すると同時に、高周波変調信号を重畳し
   て印加する状態とし、 前記光スペクトラム分析器の受信帯域幅をバイアス変調
   周波数に較べて、十分大きな値に設定して、 高周波変調信号に対する前記光位相変調器の変調感度を
   測定することを特徴とする光位相変調器の特性測走法。