JPH0359428A - 半導体レーザの周波数変調特性測定方法及び装置 - 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】 目　　　　次 概　　　要 産業上の利用分野 従来の技術（第７図、第８図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図、 作　　用（第３図〉 実　施　例（第４図〜第６図） 発明の効果 第２図） 概　　　要 半導体レーザの周波数変調特性測定方法及び装置に関し
、 半導体レーザの正確な周波数変調特性を容易に得ること
ができる測定方法及び装置の提供を目的とし、 例えば、変調駆動されている被測定半導体レーザからの
光を分岐して分岐光をその一方を他方に対して遅延させ
て光カブラに入力し、該光カプラの２つの光出力をそれ
ぞれ光−電気変換した後その差信号を得、これを変調信
号と比較するようにして構成する。

産業上の利用分野 本発明は半導体レーザの周波数変調特性測定方法及び装
置に関する。

近年、通信又は計測の分野では、光の波としての性質、
即ち可干渉性を積極的に利用したシステムの研究開発が
進められている。例えばコヒーレント光通信システムに
おいては、ＦＳＫ方式である場合には、送信側光源とし
ての半導体レーザのバイアス電流等を直接変調して、光
の周波数変調を実現している。このため、半導体レーザ
の周波数変調特性の測定が必要になる。ここで、半導体
レーザの周波数変調特性とは、半導体レーザの発振周波
数が依存するパラメータ、例え°ばバイアス電流の単位
変化に対する周波数変化の割合又はその周波数特性をい
う。

従来の技術 半導体レーザの従来の周波数変調特性測定方法を第７図
（ａ）により説明する。１０２は変調駆動されている被
測定半導体レーザ、１０４は被測定半導体レーザ１０２
からの光を分岐する１対」光カプラ、１０６．１１０は
光カプラ１０４からの分岐光をその一方を他方に対して
遅延させてそれぞれ伝搬する光ファイバ、１０８は光フ
ァイバ１０６．１１０からの光が入力される１対ｌ光カ
プラ、１１２は光カブラ１０８からの光を光−電気変換
する受光器、１１４は受光器１１２からの受光信号を増
幅する増幅器である。増幅器１１４からの信号はネット
ワークアナライザ１１６に入力され、被測定半導体レー
ザ１０２の変調電流はネットワークアナライザ１１６に
より与えられる。

光カプラ１０４．１０８及び光ファイバ１０６゜１１０
はいわゆるマツハツエンダ型光干渉器を構成し、光周波
数に対するその出力特性は第８図（ａ）に１２４で示す
曲線の如くなる。特性曲線１２４において正の勾配が最
も大きい部分Ａで光周波数を変化させると、これにとも
なって出力レベルも変化するので、つまり、周波数弁別
がなされるので、半導体レーザの周波数変調特性を把渥
することができる。しかしながら、実際上、光周波数を
変化させるために半導体レーザのバイアス電流を変化さ
せると、これに付随して光出力強度が変化することにな
り、正確な周波数変調特性を把應することができない。

この不所望な振幅変調成分を抑圧する方法としては、次
の方法がある。

■　特性曲線１２４においてＡ点の他に負の勾配が最大
となるＢ点においても測定を行う。

そして、Ａ点における弁別波形１２６とＢ点における弁
別波形１２８が逆相であり、これに対し振幅変調波形が
同相になっている点に着目して、ネットワークアナライ
ザ１１６に記憶させたそれぞれの測定結果をベクトル的
に減算することによって、振幅変調成分を相殺して正確
な周波数変調特性を得るものである。

■　バビネソレイユ位相板等の移相器を光゛ファイバ１
０６，１１０のうちの一方の途中に挿入して当該ファイ
バを伝搬する光の位相をπずらして、第８図ら）に示す
ように、Ａ点において対称な形状の特性曲線１２４′を
得、その弁別曲線１２６′が特性曲線１２４に対する弁
別曲線１２６と逆相であることを利用して、■と同様振
幅変調成分を相殺するものである。

第７図ｂ）により従来の周波数変調特性測定方法の他の
例を説明する。この例では、偏光面を保存して光を伝搬
する定偏波ファイバ（偏波面保存光ファイバ）１２０を
用い、半導体レーザ１０２からの光の偏光面が定偏波フ
ァイバ１２０の主軸に対して例えば４５°傾斜するよう
に偏波制御器１１８により偏光面の調整を行い、定偏波
ファイバ１２０の出射光をファイバ型偏光子１２２に入
射させている。ファイバ型偏光子１２２は定偏波ファイ
バ１２０の主軸に対して４５°傾斜した偏光面を有する
偏光のみを伝搬させ、それ以外の偏光面を有する偏光は
伝搬させない。そして、ファイバ型偏光子の出射光を受
光器１１２で受光するようにしている。

この従来例においても、定偏波ファイバ１２０にモード
間遅延が生じるので、第８図（ａ）又は（９）の原理に
従って、周波数変調特性の測定が可能になる。なお、第
８図ら）の原理に従う場合、光の位相をπずらずために
、移相器を用いずに、ファイバ型偏光子１２２を９０°
回転させるようにしても良い。

発明が解決しようとする課題 従来の測定方法であると、振幅変調成分に起因する誤差
を排除するために、半導体レーザの駆動条件を変化させ
て二重の測定を行うか或いは光学系のセツティングをし
直して二重の測定を行う必要があり、測定が容易でない
。また、半導体レーザの駆動条件をバイアス電流、温度
等により変化させた場合には、一定条件での特性測定を
行うことができず、一定条件での特性測定結果を必要と
する場合に問題となる。

本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたもの
で、半導体レーデの正確な周波数変調特性を容易に得る
ことができる測定方法及び装置の提供を目的としている
。

課題を解決するための手段 第１図は発明の第一の構成を示す原理ブロック図である
。

６は変調回路２により変調駆動されている被測定半導体
レーｆ４からの光を分岐する光分岐回路、８は光分岐回
路６からの分岐光をその一方を他方に対して遅延させて
それぞれ伝搬する光遅延回路、 ｌＯは光遅延回路８からの光が入力される光カプラ、 １２は光カプラ１０からの光をそれぞれ光−電気変換し
てその差信号を出力する二重平衡型受光器、 １４は二重平衡型受光器１２の出力を変調信号と比較す
る比較手段である。

この第一の構成の測定装置を用いて測定を行う場合には
、変調駆動されている被測定半導体レーザ４からの光を
分岐して分岐光をその一方を他方に対して遅延させて光
カブラｌＯに入力し、光カブラ１０の２つの光出力をそ
れぞれ光−電気変換した後その差信号を得、これを変調
信号と比較するようにする。

第２図は発明の第二の構成を示す原理ブロック図である
。

１６は変調回路２により変調駆動されている被測定半導
体レーザ４からの光が一定偏光面で入射される定偏波フ
ァイバ、 １８は定偏波ファイバ１６の出射光を偏光分離する偏光
分離器、 １２は偏光分離器１８からの光をそれぞれ光電気変換し
てその差信号を出力する二重平衡型受光器、 １４は二重平衡型受光器１２の出力を変調信号と比較す
る比較手段である。

この第二の構成の測定装置を用いて測定を行う場合には
、変調駆動されている被測定半導体レーザ４からの光を
一定偏光面で定偏波ファイバ１６に入射させ、定偏波フ
ァイバ１６の出射光を偏光分離してそれぞれ光−電気変
換した後その差信号を得、これを変調信号と比較するよ
うにする。

作　　　用 発明の第一の構成と第二の構成は、遅延時間差が与えら
れる２つの伝搬経路を経てきた光が光周波数に応じて干
渉することを周波数弁別に用いて周波数変調特性の測定
を行い、そのときに生じる振幅変調成分の影響を二重平
衡型受光器により排除するという技術的思想において共
通する。然して、第一の構成においては、遅延時間差を
与えるために、長さの異なる光ファイバの対等からなる
光遅延回路を用いているのに対し、第二の構成において
は、遅延時間差を与えるために、複屈折性を有する定偏
波ファイバを用いている点で相違する。以下、第−及び
第二の構成の共通点を第３図に示したモデル図に従って
説明する。

第３図は第一の構成に準じて構成される測定系を示す。

光遅延回路８は光ファイバ等からなる第１のパス８ａと
同じく光ファイバ等からなり第１のパス８ａよりも光路
が長い第２のパス８ｂとから構成されているとする。光
カブラｌＯはハーフミラ−１０ａからなる。また、二重
平衡型受光器１２は第１の受光素子１２ａと第２の受光
素子１２ｂとを直列接続し、接続点から差信号を取り出
すようにして構成されている。さらに、ネットワークア
ナライザ２０が比較手段１４と変調回路２の機能をなす
。

いま、被測定半導体レーザ４から出射した光の電場をＥ
ｌｓ第１バス８ａを通りハーフミラ−１０ａで反射して
受光素子１２ａに入射する光の電場をＥ２、第２バス８
ｂを通りハーフミラ−１Ｏａを透過して第１の受光素子
１２ａに入射する光の電場をＥ３、第１パス８ａを通り
ハーフミラ−１０ａを透過して第２の受光素子１２ｂに
入射する光の電場をＥ４、第２バス８ｂを通りハーフミ
ラ−１０ａで反射して第２の受光素子１２ｂに入射する
光の電場をＥ、とする。Ｅ、　　は振幅変調及び周波数
変調された光の電場であるから、Ｅ＋　　＝２　（１＋
Ｍｓｉｎ２πｆ、ｔｏ）Ｅ。

＋（２７ｒ（ｉｌｏｔｏ＋Δ　ν５ｉｎ（２π　ｆ、ｔ
ｏ））と表すと、Ｅ２〜Ｅ、は、損失を無視すると、そ
れぞれ次のように表される。

ここで、Ｍは振幅変調の変調指数、ｆｍ　は変調周波数
、ω０は光周波数、Δνは周波数偏移量、τは第１バス
８ａと第２バス８ｂの遅延時間差である。また、ＥＳ　
の符号が反転しているのは、第２バス８ｂからの光がハ
ーフミラ−１０ａで反射するときに、ハーフミラ−の構
成材質の屈折率差に応じて位相がπずれるからである。

このとき、第１の受光素子１２ａに生じる光電流ｈ　と
第２の受光素子１２ｂに生じる光電流■２は次のように
表される。

１１　＝（Ｅ２＋Ｅ３）（Ｅ２”＋Ｅ３”）＝Ｋ　Ｃ（
Ａ（ｔ））　’＋　（Ａ（ｔ＋τ））２＋　Ａ（ｔ）　
Ａ（ｔ＋　ｒ）　Ｂｓ１ｎ（２πｆ、ｔ＋φ）　］　・
（６）１、＝Ｋ　［：　（Ａ（ｔ、））　’＋（Ａ（ｔ
＋τ））２−　Ａ（ｔ）　Ａ（ｔ＋　ｒ）　Ｂｓ１ｎ（
２ｙｒｆ、ｔ＋φ）　］−（７）ここで、Ｋは光電変換
係数、Ｂは周波数変調から振幅変調への変換係数、φは
位相差である。従って、二重平衡型受光器からの出力１
　ｏｕｔ　は次のように表される。

１ｏｕｔ＝１　１　　１２ ２　　Ａ（ｔ）Ａ（ｔ＋　ｒ）Ｂｓｉｎ（２πｆ、ｔ＋
φ）−（８）（８）式から明らかなように、振幅変調成
分の大部分が相殺され、振幅変調成分に起因する測定誤
差が著しく小さくなるものである。その結果、極めて正
確な周波数変調特性を測定することができるようになる
。また、この場合、光学系を組み直す等の煩雑な作業が
不要である。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図は第一の構成の実施例を示す測定装置のブロック
図である。被測定半導体レーザ４から放射された光は、
例えば概略共焦点位置に配置されたレンズ２２．２４及
びこれらの間に挿入された光アイソレータ２６を介して
１対１光カブラからなる光分岐回路６の一方の入力ポー
トに入射される。光分岐回路６の他方の入力ポートは使
用しない。光分岐回路６の一方の出力ポートは光遅延回
路の第１パス８ａにより直接光カプラｌＯの一方の入力
ポートに接続され、光分岐回路６の他方の出力ポートは
光遅延回路の第２バス８ｂと偏波制御器２８とを介して
光カプラｌＯの他方の入力ポートに接続される。ここで
、偏波制御器２８を用いているのは、光遅延回路を構成
している第１バス８ａ及び／又は第２パス８ｂが偏波保
持性を有しない通常の光ファイバである場合に干渉効率
が低下しないようにするためである。光カブラ１０の２
つの出力ポート■、■は例えばテーパ先球ファイバから
なり、それぞれ同一光路長で二重平衡型受光器の受光素
子１２ａ、１２ｂに光学的に結合されている。そして、
受光素子１２ａ、１２ｂでそれぞれ生じた光電流の差信
号が増幅器３０を介してネットワークアナライザ２０に
入力するようにされている。このとき、受光素子１２ａ
、１２ｂにそれぞれ入射する光は、第８図（ｂ）のＡ点
における変調波形にそれぞれ対応しているから、二重平
衡型受光器の出力電流は振幅変調成分が排除されたもの
となっており、また、周波数変調成分については、単一
の受光素子で受光した場合と比較して、振幅が倍増して
いることになる。このため、被測定半導体レーザ４にネ
ットワークアナライザ２０から与えられる変調電流に対
応した周波数偏移量をリアルタイムで正確に測定するこ
とができ、その周波数特性をみることによって、被測定
半導体レーザ４の周波数変調特性が容易にしかも正確に
測定されることになる。

なお、本実施例の構成において、光分岐回路６として用
いる光カブラ及び光カプラ１０の分岐比は１対ｌとする
ことができ、こうすることによって、干渉により生じる
光電流を最大にして測定感度を高めることができる。

第５図は第二の構成の実施例を示す測定装置のブロック
図である。被測定半導体レーザ４からの光が一定偏光面
で定偏波ファイバ１６に入射するように、光アイソレー
タ２６からの光の偏光面を偏波制御器３２により制御し
、定偏波ファイバ１６から出射した光については、誘電
体多層膜フィルタ等を用いて構成される偏光分離器１８
により偏光面が互いに直交する２つの偏光成分に偏光分
離する。偏光分離された光は同一光路長でそれぞれ受光
素子１２ａ、１２ｂに入射する。

定偏波ファイバ１６に入射する光の偏光面は、この入射
光から定偏波ファイバ１６の独立した２つの基本モード
が等しく生じるように、定偏波ファイバ１６の主軸に対
して４５゛の角度をなすように設定されている。これは
前実施例で１対１の光カプラを用いたのと同様の理由に
よる。

第６図は偏光分離器１８により分離されるＰ偏光及びＳ
偏光の偏光面と定偏波ファイバ１６の主軸との関係を説
明するための図である。応力複屈折型の定偏波ファイバ
にあっては、その主軸ＰＡは定偏波ファイバ１６のコア
１６ａの中心と応力付与部１６ｂの中心とを結ぶ面上に
あるから、これをＰ偏光の偏光面或いはＳ偏光の偏光面
に対して４５°傾斜させておくものである。こうしてお
くことにより、偏光分離器１８の出力ポート■。

■からは前実施例における光カプラｌＯの出力ポート■
、■からの信号光と同等の信号光を得ることができるの
で、被測定半導体レーザ４についての周波数特性の測定
が可能になる。

発明の詳細 な説明したように、発明の第一の構成又は第二の構成に
かかる測定方法又は装置によれば、半導体レーザの周波
数変調特性を正確にしかも容易に測定することができる
ようになるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の第一の構成を示す原理ブロック図、 第２図は発明の第二の構成を示す原理ブロック図、 第３図は発明の原理説明モデル図、 第４図は第一の構成の実施例図、 第５図は第二の構成の実施例図、 第６図は偏光分離器により分離される偏光の偏光面（ｐ
、ｓ）と定偏波ファイバの主軸との関係を説明するため
の図、 第７図は従来例図、 第８図は従来例における測定原理説明図である。 ２・・・変調回路、 ４・・・被測定半導体レーザ、 ６・・・光分岐回路、　　　８・・・光遅延回路、１０
・・・光カブラ、　　　１２・・・二重平衡型受光器、
１４・・・比較手段、　　　１６・・・定偏波ファイバ
、１８・・・偏光分離器、 ２０・・・ネットワークアナライザ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）変調駆動（２）されている被測定半導体レーザ（
   ４）からの光を分岐（６）して分岐光をその一方を他方
   に対して遅延（８）させて光カプラ（１０）に入力し、
   該光カプラ（１０）の２つの光出力をそれぞれ光−電気
   変換した後その差信号を得（１２）、これを変調信号と
   比較（１４）するようにしたことを特徴とする半導体レ
   ーザの周波数変調特性測定方法。
2. （２）変調回路（２）により変調駆動されている被測定
   半導体レーザ（４）からの光を分岐する光分岐回路（６
   ）と、 該光分岐回路（６）からの分岐光をその一方を他方に対
   して遅延させてそれぞれ伝搬する光遅延回路（８）と、 該光遅延回路（８）からの光が入力される光カプラ（１
   ０）と、 該光カプラ（１０）からの光をそれぞれ光−電気変換し
   てその差信号を出力する二重平衡型受光器（１２）と、
   該二重平衡型受光器（１２）の出力を変調信号と比較す
   る比較手段（１４）とを備えたことを特徴とする半導体
   レーザの周波数変調特性測定装置。
3. （３）変調駆動（２）されている被測定半導体レーザ（
   ４）からの光を一定偏光面で定偏波ファイバ（１６）に
   入射させ、該定偏波ファイバ（１６）の出射光を偏光分
   離（１８）してそれぞれ光−電気変換した後その差信号
   を得（１２）、これを変調信号と比較（１４）するよう
   にしたことを特徴とする半導体レーザの周波数変調特性
   測定方法。
4. （４）変調回路（２）により変調駆動されている被測定
   半導体レーザ（４）からの光が一定偏光面で入射される
   定偏波ファイバ（１６）と、 該定偏波ファイバ（１６）の出射光を偏光分離する偏光
   分離器（１８）と、 該偏光分離器（１８）からの光をそれぞれ光−電気変換
   してその差信号を出力する二重平衡型受光器（１２）の
   と、 該二重平衡型受光器（１２）の出力を変調信号と比較す
   る比較手段（１４）とを備えたことを特徴とする半導体
   レーザの周波数変調特性測定装置。