JPH0523613B2 - - Google Patents

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JPH0523613B2
JPH0523613B2 JP29607385A JP29607385A JPH0523613B2 JP H0523613 B2 JPH0523613 B2 JP H0523613B2 JP 29607385 A JP29607385 A JP 29607385A JP 29607385 A JP29607385 A JP 29607385A JP H0523613 B2 JPH0523613 B2 JP H0523613B2
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/04—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/002—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light using optical mixing
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、光フアイバ、光導波路、波長分波
器、光スイツチ、OEICなどの光部品の光伝送特
性や光反射特性等を測定する光周波数ネツトワー
ク・アナライザに関する。
《従来の技術》 第１２図は従来の光フアイバ損失波長特性測定
器を示す構成ブロツク図である。可変波長光源
VLの出力光は被測定フアイバMFに入射し、そ
の出射光を光検出器PDで検出した後増幅・表示
手段DPに出力する。可変波長光源VLの出力波長
を掃引したときの光パワーの変化から光フアイバ
損失の波長特性を測定する。
第１３図は従来の光フアイバ波長分散特性測定
器を示す構成ブロツク図である。可変波長光源
VLおよび基準波長光源SLを周波数の変調信号
源Eで振幅変調する。可変波長光源VLの出力光
が加わる被測定フアイバMFおよび基準波長光源
SLの出力光が加わる基準フアイバSFの出力光パ
ワーを光検出部PDでそれぞれ検出し、両者の周
波数成分の位相差を位相測定部PSで検出する
ことにより、被測定フアイバMFの波長に対する
伝搬遅延時間を測定する。
《発明が解決しようとする問題点》 しかしながら、上記のような構成の測定器で
は、高精度に光の位相伝搬特性を測定できないと
いう欠点がある。またフアイバのように光路の長
いものは測定できるが、短い導波路などは測定で
きない。将来のコヒーレント光応用技術の重要部
品である光フアイバ、光導波路、波長分波器、光
スイツチ、OEICなどの性能テストには伝搬特性
（損失、ゲイン、位相、遅延）や反射特性などの
測定が重要であるが、上記の測定器では不十分で
ある。
本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、高精度に振幅、位相特性などが測
定できる光周波数ネツトワーク・アナライザを実
現することを目的とする。
《問題点を解決するための手段》 本発明は、周波数掃引する第１の光出力および
この第１の光出力を一定周波数シフトさせた第２
の光出力を発生し第１の光出力を測定対象に出射
する光周波数スイーパと、 前記測定対象を透過した第１の光出力を偏向・
増幅した信号および前記測定対象で反射した第１
の光出力を偏向・増幅した信号である光出力と第
２の光出力を入力し、前記測定対象を透過した光
出力と第２の光出力を入力することにより得られ
る前両者の光周波数の差に対応する周波数を有す
る信号をヘテロダイン検波により電気信号に変換
した第１の電気信号と、前記測定対象を反射した
光出力と第２の光出力を入力することにより得ら
れる前両者を光周波数の差に対応する周波数を有
する信号をヘテロダイン検波により電気信号に変
換した第２の電気信号とを出力する第１の光ヘテ
ロダイン検波部と、 前記第１の光出力および第２の光出力を入力
し、これらの入力信号を入力することにより得ら
れる前両者の光周波数の差に対応する周波数を有
する信号をヘテロダイン検波により電気信号に変
換して出力する第２の光ヘテロダイン検波部とを
設け、 前記第１の光ヘテロダイン検波部から出力され
る第１および第２の電気信号を入力し、各々の信
号を増幅する第１のフイルタ部と、 前記第２の光ヘテロダイン検波部から出力され
た電気信号を入力し、増幅する第２のフイルタ部
と、 前記第１のフイルタ部からの電気信号と第２の
フイルタ部の電気信号とを比較し、その結果を電
気信号として出力する比較手段と、 この比較手段の電気信号出力を入力して信号処
理する信号処理手段とを備え、測定対象における
伝搬特性および反射特性を同時にかつ、容易で高
精度に測定できることを特徴とする光周波数ネツ
トワークアナライザである。
《実施例》 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第１図は本発明に係る光周波数ネツトワーク・
アナライザの一実施例を示す構成ブロツク図であ
る。１は周波数掃引する出力光を発生する後述
（第２図〜第１１図）の光周波数スイーパ、２３
はこの光周波数スイーパ１の第１および第２の出
力光を入力する光ヘテロダイン検波部、２４はこ
の光ヘテロダイン検波部２３の電気出力を入力す
るバンドパスフイルタからなるフイルタ部、２は
前記光周波数スイーパ１の第１の出力光を入力す
る光方向性結合器、３はこの光方向性結合器２か
らの出力光を出射する出射端、１０はこの出射端
３からの出力光を入射する測定対象、４はこの測
定対象１０からの出射光を入射する入射端、４１
はこの入射端４からの入射光を入力する磁気光学
効果結晶（YIG、鉛ガラス他）等を用いた偏光制
御部、４２はこの偏光制御部４１の出力光を入力
する光増幅部、４３はPINフオトダイオードやア
バランシエフオトダイオードなどからなり前記光
増幅部４２および前記光周波数スイーパ１の第２
のビツトを入力する光ヘテロダイン検波部、４４
はこの光ヘテロダイン検波部４３の電気出力を入
力して増幅するバンドパスフイルタからなるフイ
ルタ部、４５は前記フイルタ部４４および２４か
らの電気出力を入力する振幅比較部、４６は前記
フイルタ部４４および２４からの電気出力を入力
する位相比較部、３１は前記測定対象１０からの
反射光が光方向性結合器２を介して入力する４１
と同様の偏光制御部、３２はこの偏光制御部３１
の出力光を入力する４２と同様の光増幅部、３３
はこの光増幅部３２および前記光周波数スイーパ
１の第２の出力光を入力する４３と同様の光ヘテ
ロダイン検波部、３はこの光ヘテロダイン検波部
３３の電気出力を入力する４４と同様のバンドパ
スフイルタからなるフイルタ部、３５は前記フイ
ルタ部３４および２４からの電気出力を入力する
４５と同様の振幅比較部、３６は前記フイルタ部
３４および２４からの電気出力を入力する４６と
同様の位相比較部、５０は前記振幅比較部３５，
４５および位相比較部３６，４６の電気出力を入
力する信号処理・表示部である。３３，４３は第
１の光ヘテロダイン検波部を、３４，４４は第１
のフイルタ部を、２３は第２の光ヘテロダイン検
波部を、２４は第２のフイルタ部を、３５，３
６，４５，４６は比較手段を、５０は信号処理手
段をそれぞれ構成している。光増幅部３２，４２
はGaAlAsレーザ（780nm帯）やInGaAsPレーザ
（1500nm帯）などで構成され、下記の３方式のも
のを用いることができる。
(イ) 共振器形半導体レーザ増幅器と呼ばれ、発振
閾値近傍のバイアス電流を流し、レーザダイオ
ードに信号光を入射して誘導放出により線形光
増幅を行うもの。
(ロ) 光注入同期増幅器とよばれ、発振しているレ
ーザダイオードに信号光を入射して発振光の光
周波数および位相を制御するもの。
(ハ) 進行波形レーザ増幅器と呼ばれ、レーザダイ
オード・チツプの両端面を無反射コートし、信
号光の通過のみで光増幅するもの。
上記のような構成の光周波数ネツトワーク・ア
ナライザの動作を次に詳しく説明する。
光周波数スイーパ１は光出力を周波数掃引して
高精度、高安定、高スペクトル純度に出力する
（詳細は後述）。光周波数スイーパ１の周波数ω0
の第１の光出力は光方向性結合器２、出射端３を
介して測定対象１０に入射し、この測定対象１０
からの出射光は入射端４を介して偏光制御部４１
に入力する。偏光制御部４１は磁気光学効果結晶
の旋光性を利用して印加磁界を制御することによ
り、入力光の偏光面を局部発振光（前記第２の光
出力）と同じ偏光面となるように制御する。偏光
制御部４１の光出力は光増幅部４２で増幅された
後ハーフミラー等（図では省略）で光周波数スイ
ーパ１からの局部発振光と合成され、光ヘテロダ
イン検波部４３で両周波数の差（ω0＋Δω）−ω0
＝Δωの周波数をもつ電気信号に変換される。光
ヘテロダイン検波部４３の電気出力はフイルタ４
４のバンドパス特性を一部が通過する。また光周
波数スイーパ１からの第１の出力光（周波数ω0）
はハーフミラー等で直接局部発振光（周波数ω0
＋Δω）と合成され、光ヘテロダイン検波部２３
で両周波数の差Δωの周波数をもつ電気信号に変
換される。光ヘテロダイン検波部２３の電気出力
はフイルタ２４のバンドパス特性を一部が通過し
てリフアレンス信号となる。フイルタ４４の測定
対象の特性の影響を受けた電気信号出力とフイル
タ２４の測定対象の特性の影響を受けていないリ
フアレンス信号出力とは振幅比較部４５で両者の
振幅が比較され、位相比較部４６で両者の位相が
比較される。振幅比較部４５および位相比較部４
６の電気出力は信号処理・表示部５０で信号処理
され、その結果として測定対象の伝搬特性が表示
される。測定対象１０から出射端３を介して光結
合器２から出力される反射光も偏光制御部３１、
光増幅部３２、光ヘテロダイン検波部３３、フイ
ルタ３４、振幅比較部３５、位相比較部３６およ
び信号処理・表示部５０において同様に処理さ
れ、その結果として測定対象の反射特性が表示さ
れる。光導波路を測定対象とする場合には、導波
路の伝搬損失や位相差の波長特性等を測定でき
る。光フアイバを測定対象とする場合には、伝搬
損失、遅延の波長特性等が短いフアイバを用いて
測定できる。レーザダイオード光増幅器を測定対
象とする場合には、増幅ゲインの波長特性、位相
遅れ等を測定できる。また反射光の特性からは光
接続点の反射損失が測定できる。
このような構成の光周波数ネツトワーク・アナ
ライザによれば、高精度に振幅、位相、波長特性
等を測定できる。
また測定対象の伝搬特性（損失、位相、遅延、
ゲイン等）や反射特性を同時にかつ容易に測定で
きる。
なお光ヘテロダイン検波部２３，３３，４３に
Ｗ−Ni（タングステン、ニツケル）点接触ダイオ
ードやジヨゼフソン素子を使うこともできる。
また、上記の実施例ではフイルタ部２４，３
４，４４としてバンドパスフイルタを用いたが、
これに限らず、ローパスフイルタを用いてもよ
い。その場合にはΔω＝０となる。
第２図は第１図の光周波数スイーパ１の一構成
例である光周波数シンセサイザ・スイーパを示す
構成ブロツク図である。１１は波長を安定化され
た基準波長光源部、１２はこの基準波長光源部１
１の出力光を入力する光周波数PLL部、１３は
この光周波数PLL部１２の出力光を変調する光
変調部、１４はこの光変調部１３の出力光を増幅
する光増幅部、１５は前記光増幅部１４の出力周
波数をシフトする光周波数シフタ部である。光周
波数PLL部１２において、１２１は基準波長光
源部１１の出力光を一方の入力とする光ヘテロダ
イン検波部、１２２はこの光ヘテロダイン検波部
１２１の出力により出力光の発振波長を制御され
る可変波長光源部、１２３はこの可変波長光源部
１２２の出力光の周波数をシフトする光周波数シ
フタ部、１２４はこの光周波数シフタ部１２３の
出力光の周波数を逓倍するとともにその出力光を
前記光ヘテロダイン検波部１２１の他方の入力と
する光周波数逓倍部である。
このような構成の装置の動作を次に説明する。
基準波長光源部１１の出力光が光周波数PLL部
１２に入力すると、光周波数PLL部１２は基準
波長光源部１１の発振波長に対応する波長にその
光出力の波長を固定（ロツク）する。すなわち光
ヘテロダイン検波部１２１は基準波長光源部１１
からの出力光と光周波数逓倍部１２４の出力光を
比較して、その差が小さくなるように可変波長光
源部１２２を制御する。フイードバツク回路にお
ける光周波数シフタ部１２３は可変波長光源部１
２２の出力光にオフセツト周波数を加え、光周波
数逓倍部１２４は可変波長光源部１２２の出力光
周波数と基準波長光源部１１の出力光周波数の比
を定める。光変調部１３は光周波数PLL部１２
の出力光を変調し、光増幅部１４はこの光変調部
１３は光周波数PLL部１２の出力光を変調し、
光増幅部１４はこの光変調部１３の出力光を増幅
して光周波数シンセサイザ・スイーパの出力を
（第１の光出力として）発生し、光周波数シフタ
部１５は前記光増幅部１４の出力光の周波数を
Δωシフトした出力光を（局部発振光出力とし
て）発生する。
第３図は第２図の構成をさらに具体化したもの
の構成ブロツク図である。基準波長光源部１１に
おいて、LD１はレーザダイオード、CLはRbガ
スまたはCsガスが封入され前記レーザダイオー
ドLD１の出力光を入射する吸収セル、HM１は
この吸収セルCLの出力光が入射するハーフミラ
ー、PD１はこのハーフミラーHM１の反射光を
入力するフオトダイオード、Ａ１はこのフオトダ
イオードPD１の電気出力を入力しこれに対応す
る出力で前記レーザダイオードLD１の電流を制
御する制御回路、IS１は前記ハーフミラーHM１
の透過光が通過する戻り光防止用のアイソレー
タ、OA１はこのアイソレータIS１を通過した光
が入力する光増幅素子である。光周波数PLL部
１２において、HM２は前記基準波長光源部１１
の出力光を入射するハーフミラー、PD２は光ヘ
テロダイン検波部１２１を構成し前記ハーフミラ
ーHM２の透過光を入力するPINフオトダイオー
ドやアバランシエダイオードなどからなるフオト
ダイオード、ECは水晶などから基準周波数を入
力して所定の周波数の電気信号を発生する発振
器、MX１はこの発振器ECの電気出力と前記光
ヘテロダイン検波部PD２の電気出力が接続する
ミキサ（混合）回路である。このミキサ（混合）
回路MX１の出力が接続する可変波長光源部１２
２において、ECは前記ミキサ回路MX１の出力
が接続する光周波数変調回路、VL１〜VL３はこ
の光周波数変調回路FCの出力を入力する可変波
長レーザダイオード、IS２はYIG（イツトリウ
ム・アイアン・ガーネツト）で構成され前記可変
波長レーザダイオードVL１〜VL３の出力光が通
過するアイソレータ、OS１は複数（第３図では
３つ）のアイソレータIS２を通過した光が入射す
る光スイツチである。HM３はこの光スイツチ
OS１の出力光が入射するハーフミラー、OA２は
このハーフミラーHM３の入射光を入力する光増
幅素子、UM１は光周波数シフタ部１２３を構成
し前記光増幅素子OA２の出力光を入力する超音
波変調器、NLは光周波数逓倍部を構成しこの光
周波数シフタ部の出力光を入力する非線形材料を
用いた光導波路、OA３はこの光導波路NLの出
力光を増幅する光増幅素子である。前記光周波数
PLL部１２の出力光を入射する光変調部１３に
おいて、AM１，PM１はLiNbO3などの電光学
結晶を用いたそれぞれ振幅変調器などの位相変調
器、LM１はYIGなどの磁気光学結晶を用いた偏
光変調器である。OA４は光増幅部１４を構成
し、光変調部１３の出力光を増幅する光増幅素子
である。光周波数シフタ部１５は１２３と同様の
超音波変調器から構成されている。
このような構成の装置の動作を次に詳しく説明
する。
基準波長光源部１１は以下に述べるように、
Rb（またはCs）原子の吸収線にレーザダイオード
の発振波長を制御して絶対波長で高精度、高安定
化（10-12以上）するものである。レーザダイオ
ードLD１の出力光は、吸収セルCLを通過する際
にLD１の出力光の波長がRbガス（またはCsガ
ス）の吸収線と一致すると吸収され、第４図Ａの
特性曲線図に示すような吸収特性が現れる。第５
図はRbガスのエネルギー準位を示す説明図で、
Rbの吸収線はD2線が780nm、D1線が795nmであ
り、２逓倍するとそれぞれ1560nm、1590nmとな
り、光フアイバ通信波長である1500nm帯と一致
するので都合がよい。これはまた光応用計測の分
野にも使いやすい波長域である。吸収セルCLの
出力光の内ハーフミラーHM１で反射された部分
は光検出器PD１で検出され、光検出器PD１の出
力に対応して制御回路Ａ１でレーザダイオード
LD１の電流を制御することにより、吸収中心に
LD１の出力波長をロツクする。例えば、第４図
Ａのａ点にロツクしたい場合、制御回路Ａ１でロ
ツクインアツプなどを用いて第４図Ａの微分波形
である第４図Ｂのｂ点（微分波形値が０となる
点）に固定する。この方法は線形吸収法とよば
れ、第４図Ａのように吸収スペクトルが太くなる
が、飽和吸収法（堀、門田、北野、藪崎、小川：
飽和吸収分光を用いた半導体レーザの周波数安定
化、信学技報 OQE82−116）によりドツプラシ
フトで隠れている超微細構造の吸収線を検出し
て、これにレーザダイオードLD１の発振波長を
ロツクすればさらに高安定となる。なおレーザダ
イオードLD１は恒温幅で温度安定化されている。
ハーフミラーHM１を透過した光はアイソレータ
IS１に入射する。アイソレータIS１は、外部から
の反射による戻り光がレーザダイオードLD１に
入つてノイズとなることを防止する。アイソレー
タIS１の出力光は必要に応じて光増幅素子OA１
で増幅される。
光周波数PLL部１２は以下に述べるように、
可変波長光源部１２２の発振波長を、基準波長光
源部１１の発振波長に対し所定の比および所定の
オフセツトを持つてロツクする機能を有する。基
準波長光源部１１の出力光はハーフミラーHM２
を透過して光ヘテロダイン検波部１２１のフオト
ダイオードPD２に入射する。光周波数逓倍部１
２４からのフイードバツク光も光増幅素子OA３
を介してハーフミラーHM２で反射した後フオト
ダイオードPD２に入射する。基準波長光源部１
１の出力およびフイードバツク光の光周波数をそ
れぞれωs，ω1とすると、光ヘテロダイン検波部
１２１の出力電気信号の周波数ω2はω2＝｜ωs−
ω1｜となる。発振器ECの出力周波数をω3とする
と、ミキサ回路（位相検波回路）MX１の出力ω4
は、光ヘテロダイン検波部１２１の出力周波数
ω2にオフセツト周波数を加えられてω4＝ω2−ω3
となる。ミキサ回路MX１の出力電気信号ω4は可
変波長光源部１２２の光周波数変調回路FCに入
力し、光周波数変調回路FCはω4＝０となるよう
に可変波長レーザダイオードVL１〜VL３の光周
波数を制御する。ここで可変波長レーザダイオー
ドVL１〜VL３としては、レーザダイオードチツ
プ内に作り込んだ回折格子からの反射を利用して
共振器が構成され回折格子のピツチで発振周波数
が決まるため比較的波長が安定なDFB
（Distributed Feedback）レーザやDBR
（Distributed Bragg Reflector）レーザの一種で
ADFB（Acoustic DFB）レーザ（Yamanishi
Ｍ，et.al.：GaAs Acoustic Distributed
Feedback Lasers，Jpn.J.Appl.Phys.，Suppl.18
−１，p.355，1979）と呼ばれるものを用いてい
る。ADFBレーザはDBRレーザ内の回折格子と
直交して表面弾性波（SAW）を発生させ、チツ
プ内に作りこんだ回折格子とSAWをとでブラツ
ク回折による光のリング共振器を形成する。
SAWの波長を掃引すると、リング共振器の共振
波長が変化し、発振波長を掃引することができ
る。本実施例では発振波長を1560nmとしている。
共振器長の長いDFB、DBRやADFBレーザは発
振スペクトルが狭く、スペクトル純度が良いとい
う利点もある。１つのADFBレーザの可変波長
範囲で不十分の場合は第３図のように複数の
ADFBレーザ（VL１〜VL３）を用い、光スイ
ツチや光合波器で切換えることができる。すなわ
ち可変波長レーザダイオードVL１〜VL３の出力
光はそれぞれ戻り光防止用のアイソレータIS２を
介して光スイツチOS１に入力し所定の可変波長
範囲のものか選択される。光スイツチOS１の出
力光の一部はハーフミラーHM３で反射され、光
増幅素子OA２に入力する。
光増幅素子OA２の出力光は光周波数シフタ部
１２３に入力し、超音波変調器UM１に入射して
Braggのｓ次回折光を出力する。水晶発振器など
の基準周波数源から供給される超音波の周波数を
ω5とすると、回折光の光周波数はsω5だけシフト
する。
光周波数シフト部１２３の出力光は光周波数逓
倍部１２４に入射し非線形材料を用いた光導波路
NLで入力光の２次高調波を出力する。すなわち
1560nmの可変波長レーザダイオード出力を光増
幅器を介して入力し、２次高調波の780nmを出力
している。導波路として、ZnSの非線形薄膜およ
びTiO2の線形薄膜を用いた空気−TiO2−ZnS−
ガラスの４層スラブ光導波路を用いて、非線形効
果を効率良く起こしている。なおこの実施例では
２次高調波を利用しているが、任意のｎ次高調波
を用いることができる。
光周波数逓倍部１２４の出力光は光増幅素子
OA３で増幅された後、前述のようにフイードバ
ツク光としてハーフミラーHM２で基準波長光源
部１１からの出力光と合流する。
以上の動作により、光周波数PLL部１２の光
出力の光周波数ω0は ω0＝（ωs±ω3）／ｎ±sω5 となる（ただし符号は同順でない）。ただし本実
施例では光周波数逓倍数ｎ＝２である。すなわち
ω0が絶対波長で高精度かつ高安定な光周波数ωs
に所定の比ｎを介してロツクし、さらに任意の周
波数ω3／ｎまたはω5だけオフセツトを持つた光
周波数となる。ω3またはω5を掃引すれば、高精
度の光周波数掃引が実現できる。ここでω3，ω5
は電気信号であるので、高精度，高安定性は容易
に得られる。
光周波数PLL部１２の光出力は光変調部１３
に入力し、振幅変調器AM１で振幅変調され、位
相変調器PM１で位相を変調され、偏光変調器
LM１で偏光方向を変化される。光変調部１３の
光出力は光増幅部１４の光増幅素子OA４で増幅
された後、シンセサイザ出力（第１の光出力）と
なる。また光増幅素子OA４の光出力は光周波数
シフタ部１５の超音波変調器により出力周波数が
Δωシフトし、周波数ω0＋Δωの局部発振光（第
２の光出力）として出力される。
上記の構成例において、光増幅素子OA１〜
OA４は前記増幅部３２，４２と同様のものを用
いる。
なお上記の構成例において、光周波数シフタ部
１２３と光周波数逓倍部１２４の位置を入れ替え
て、光周波数PLL部１２の光出力の周波数ω0を ω0（ωs±ω3±sω5）／ｎ としてもよい。
また光周波数PLL部１２において、ミキサ回
路MX１および光周波数シフタ部１２３はいずれ
もオフセツト周波数を加えるためのものであり、
いずれか一方を省略することもできる。
また光周波数PLL部１２において、逓倍数ｎ
を１とすれば光周波数逓倍部１２４を省略するこ
とができる。
また上記の構成例では基準波長光源部１１にお
いてRbまたはCsの吸収線を利用しているが、こ
れらに限らず、絶対波長で高精度、高安定線な任
意の吸収線例えばNH3やH2Oの吸収線（1500nm
帯）を用いることもできる。この場合には光周波
数逓倍部１２４は不要となる。公知のフアブリペ
ロー共振器を波長検出器として用いて波長安定化
することもできるが、上記のような量子標準的な
吸収線を用いた方が特性が優れている。
また第３図装置においてω3の代りにω3′＝ω3＋
Ω（Ωは基準波長光源部１１においてロツクイン
アンプを用いた場合のFM変調周波数）の周波数
信号をミキサ回路MX１に入力すれば、光周波数
PLL部１２の光出力から不要なFM変調成分を除
去することができる。
また可変波長レーザダイオードVL１〜３とし
ては上記の構成例のようなADFBなどに限られ
ず、レーザダイオードチツプ外部に回折格子を用
いた外部共振器を付加し、回折格子を回転させ、
その波長選択性を利用して可変波長としたもので
もよい。外部共振器形レーザダイオードは狭スペ
クトルという優れた特長を持つ。
また可変波長レーザダイオードVL１〜VL３と
して、第６図のように共振器内に波長選択性の素
子を挿入したものを用いてもよい。図において
LD２は半導体レーザ、５１，５２はこの半導体
レーザLD２の両端に設けられた無反射コート部、
LS１はこの無反射コート部５１から出射される
光を平行光とするレンズ、Ｍ１はこのレンズLS
１を通過した光が反射されるミラー、LS２は無
反射コート部５２から出射される光を平行光とす
るレンズ、UM２はこのレンズLS２を通過する
光が入射する第１の超音波変調器、UM３はこの
超音波変調器UM２から出射する光が入射する第
２の超音波変調器、Ｍ２はこの超音波変調器UM
３から出射した光を反射するミラー、DR１は前
記超音波変調器UM２，UM３を周波数Ｆで励振
する発振器である。第７図は第６図装置における
超音波変調器UM２，UM３による波長選択およ
び周波数掃引動作の様子を示すための動作説明図
である。半導体レーザLD２の無反射コート部５
１から出射した光はレンズLS１で平行光とされ、
ミラーＭ１で反射される。ミラーＭ１からの反射
光は光路を元に戻つて再び半導体レーザLD２に
入射する。無反射コート部５２から出射した周波
数01の光はレンズLS２で平行光とされ、第１の
超音波変調器UM２に入射する。この際回折条件
から、超音波６１に生じる回折格子６３への入射
角θi1、回析後の出射角θ01，光の波長λ0および超
音波の波長Λ0の間には次式のような関係がある。
sinθi1＋sinθ01＝λ0／Λ0 ……(1) すなわち特定の入射端角θi1および出射角θ01を
満足するような光路を通る光の波長λ0は超音波の
の波長Λ0が変われば変化する。出射光は超音波
によるドツプラシフトを受け、この場合は＋１次
回折光（超音波の方向と回折される方向が同じ）
であるので、その周波数は01＋Ｆとなる。超音
波変調器UM２からの出射光は超音波変調器UM
３で再び回折する。前記同様、超音波６２により
生じる回折格子６４への入射角θi2、回折後の出
射角θ02、光の波長λ0および超音波の波長Λ0の間
には次式のような関係がある。
sinθi2＋sinθ02＝λ0／Λ0 ……(2) ただし(2)式において超音波変調器UM２のドツ
プラシフトによるλ0の変化は小さいので無視して
いる。ここでは超音波の進行波６２と回折光の関
係が超音波変調器UM２における場合と逆で、−
１次回折光となるので、ドツプラシフト量は−Ｆ
となり、超音波変調器UM３の出射光の周波数は
01＋Ｆ−Ｆ＝01となる。超音波変調器UM３の
出射光はミラーＭ２で反射した後元の光路を逆行
して、再び半導体レーザLD２に入射する。逆行
する際に、ドツプラシフトでUM３の出射光の周
波数は01−Ｆとなり、UM２の出射光の周波数
は01−Ｆ＋Ｆ＝01と元の周波数01となつて半導
体レーザLD２に戻るので、共振状態が持続する。
なお回折効率を高めるためにブラツク入射条件を
満足させ、超音波の波長Λ0のとき入射角θi1、出
射角θ01、入射角θi2および出射角θ02の間に次の関
係が成立つようにしている。
θi1＝θ01＝θi2＝θ02 この様な構成で超音波の波長Λ0を変えれば、
θi1，θ01，θi2，θ02を満足して共振する光の波長λ
0
を次式のように掃引できる。
sinθi1＋sinθ01 ＝（λ0＋Δλ）／（Λ0＋ΔΛ） また可変波長レーザダイオードVL１〜VL３と
して、第８図のように共振器内に屈折率を制御で
きる素子を挿入したものを用いてもよい。第６図
と同一の部分には同じ記号を付して説明を省略す
る。EO１はLiNbO3（ニオブ酸リチウム）等から
なりレンズXS２の出力光を入射する両面無反射
コートの電気光学素子、７１はこの電気光学素子
EO１を制御する電源である。半導体レーザLD２
を出射した光はレンズLS２で平行光となつた後
電気光学素子EO１を通過し、ミラーＭ２で反射
した後元の光路を逆行して、再び半導体レーザ
LD２に入射する。この結果ミラーＭ１とミラー
Ｍ２の間で共振器を構成できる。ミラーＭ１とミ
ラーＭ２の間の電気光学素子EO１の光路に沿つ
た長さｌを除く距離をＬ、電気光学素子EO１の
屈折率をｎ、光速をｃ、ｐを整数とすると、発振
周波数02は 02＝p.C／２（Ｌ＋ｎ(V)ｌ） ……(3) となる。すなわち電源７１により電気光学素子
EO１の電界強度を変えることにより屈折率ｎを
変化させることができ、その結果発振周波数02
を掃引できる。
第９図は第８図の可変波長レーザダイオードを
２重共振器形としたものを示す構成ブロツク図で
ある。第８図と同一の部分は同じ記号を付して説
明を省略する。BS１はレンズLS２からの出射光
を２方向に分離するビームスプリツタ、EO２は
このビームスプリツタBS１を透過した光を入射
する電気光学素子、Ｍ２はこの電気光学素子EO
２の出射光を反射するミラー、EO３は前記ビー
ムスプリツタBS１で反射した光を入射する電気
光学素子、Ｍ３はこの電気光学素子EO３の出射
光を反射するミラーである。電気光学素子EO２，
EO３の光路方向の長さをそれぞれl1，l2、屈折率
をそれぞれn1，n2、ミラーＭ１，Ｍ２間の光路に
沿つたl1を除く距離をL1、ミラーＭ１，Ｍ３間の
光路に沿つたl2を除く距離をL2、ｑを整数とする
と、この場合の発振周波数03は 03＝ｑ・ｃ／２｜（L1＋n1（V1）l1） −（L2＋n2（V2）l2）｜ ……(4) となる。(4)式は(3)式よりも分母を小さくできるの
で、第８図装置の場合よりも発振周波数の可変範
囲を大きくできる。
第１０図は第８図の可変波長レーザダイオード
を１チツプ上に集積形としたものを示す構成図で
ある。９１はGaAlAs，InGaAsPなどから構成さ
れるレーザダイオード、９２はこのレーザダイオ
ード９１の接合部に設けられた光増幅部、９３は
同じく導波路形外部共振器、９４，９５はレーザ
ダイオード９１の両端にもうけられたミラー、９
６は前記光増幅部９２に対応してレーザダイオー
ド９１の表面に設けられた電極、９７は前記導波
路形外部共振器９３に対応してレーザダイオード
９１の表面に設けられた電極である。電極９６を
介して接合部ILDを注入して光増幅部９２におい
てレーザ光を発生させ、導波路形外部共振器９３
に電極９７を介して電流IFを流し導波路形外部共
振器９３の屈折率を変化させて発振周波数を掃引
する。光増幅部９２および導波路形外部共振器９
３の接合部に沿つた長さをそれぞれl3、l4、屈折
率をそれぞれn3、n4、ｒを整数とすると、発振周
波数04は 04＝ｒ・ｃ／２（n3l3＋n4（IF）l4） となる。
また光ヘテロダイン検波部１２１にＷ−Ni（タ
ングステン、ニツケル）点接触ダイオードやジヨ
ゼフソン素子を使うこともできる。これらの素子
は逓倍とミキサの両方の機能を備えているため
ωs，ω1，ω3を同時に入力することができ、第３
図におけるミキサ回路MX１は不要となる。この
場合、これらの素子の出力すなわち光周波数変調
回路FCの入力信号ω4＝ωs−ω1±mω3（ｍは逓倍
数）となる。またω4＝ωs−2ω1±mω3とすること
もでき、この場合には光周波数逓倍部１２４が不
要となる。
第１１図は光ヘテロダイン検波部１２１の他の
構成例を示す構成ブロツク図である。OCは第２
の波長安定化光源を用いた光出力周波数ωLの局
部発振器、OXはこの局部発振器OCの光出力お
よび前記光周波数逓倍部１２４の光出力が前記光
増幅素子OA３を介して入力する非線形光学結晶
を用いた光周波数ミキサ、ODはこの光周波数ミ
キサOXの光出力と前記基準波長光源部１１から
の出力光を入力して可変波長光源部１２２に出力
するPINフオトダイオードまたはアバランシエフ
オトダイオードなどからなる光検出器である。こ
のような構成によれば、光周波数ミキサOXの光
出力周波数ω6は非線形光学効果により、ω6＝ω1
＝ωLとなる。第３図の構成では光周波数逓倍部
により、（オフセツト周波数は別にして）ωs＝ω1
＝nω0で決まる限られたω1しか得られないが、第
１１図の構成ではいろいろな波長の光を出力でき
る。例えばRbの吸収線を用いてωsの波長λs＝
780nm、Csの吸収線を用いてωLの波長をλL＝
852nmと選べば、フイードバツクループのバラン
ス時の関係ωs＝ω6からωs，ω1，ωLのそれぞれの
波長λs，λ1，λLの間には１／λs＝１／λ1＋１／λL
の関係があるから、λ1＝9230nmとなる。
以上説明したような光周波数シンセサイザ・ス
イーパは次のような特長を有している： (イ) その光出力が絶対波長で高精度かつ高安定に
Rb，Csなどの吸収線にロツクすることができ、
10-12以上の安定度の量子標準（従来の周波数
標準はCs（9GHz）、Rb（6GHz）のマイクロ波共
鳴を利用している）を得ることができる。
(ロ) また可変波長レーザダイオードVL１〜VL３
として共振器長の長いADFBや外部共振器形
レーザダイオードを用いるため、共振器のＱが
高く、発振スペクトル幅を狭くすることができ
る。
(ハ) また光周波数PLLの原理を用いているため、
高精度な光周波数スイープができる。
(ニ) またRbの吸収線（780nm、795nm）などを
用いていることと２逓倍方式により、光通信用
フアイバで最も光伝送損失が小さい1500nm帯
の光を高精度かつ高安定に出力できるので、実
用性に優れている。
(ホ) 第１１図に示したような構成により、いろい
ろな光周波数を出力できる。
第１図の実施例に述べたような構成の光周波数
ネツトワーク・アナライザにおける光周波数の動
作例を次に示す。
ωsの波長：780nm（レーザダイオードの波長をRb
の吸収線にロツクする） ω0の波長：1560nm±50nm Δωの周波数：100MHz この動作例は測定光が光フアイバ通信の最適波
長である場合で、光通信用装置の測定には特に効
果がある。
なお上記の光周波数ネツトワーク・アナライザ
の実施例では光周波数スイーパとして光周波数シ
ンセサイザ・スイーパを用いているが、これに限
らず、シンセサイズドされていない高精度なスイ
ーパを用いてもよい。
また上記の実施例では比較手段のリフアレンス
信号を、第２の光ヘテロダイン検波部２３および
第２のフイルタ部２４を用いて得ていたが、これ
に限らず、例えば第３図の光周波数シンセサイ
ザ・スイーパの光周波数シフタ１５に加わるシフ
ト周波数Δωに対応する変調用電気信号を用いて
もよい。この場合には第２の光ヘテロダイン検波
部および第２のフイルタ部を省略して構成を簡単
にすることができる。
また光周波数ネツトワーク・アナライザから測
定対象への出射光は連続光に限らず、パルス光を
使用しこのパルス光と同期して光周波数を掃引す
ることによりパルス光に対する波長特性を測定す
ることもできる。
《発明の効果》 以上述べたように本発明によれば、高精度に振
幅、位相特性などが測定できる光周波数ネツトワ
ーク・アナライザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図、第２図は本発明で使用する光周波数スイーパ
１の構成例を示す構成ブロツク図、第３図は第２
図の構成を具体化した構成例を示す構成ブロツク
図、第４図は第３図装置の動作を説明するための
特性曲線図、第５図は第３図装置の動作を説明す
るための説明図、第６図および第８図〜第１０図
は第３図における可変波長レーザダイオードの他
の構成例を示す構成説明図、第７図は第６図装置
の動作を説明するための動作説明図、第１１図は
第３図装置の一部の変形例を示すための構成ブロ
ツク図、第１２図は従来の光フアイバ損失波長特
性測定器を示す構成ブロツク図、第１３図は従来
の光フアイバ波長分散特性測定器を示す構成ブロ
ツク図である。 １……光周波数スイーパ、１０……測定対象、
２３……第２の光ヘテロダイン検波部、２４……
第２のフイルタ部、３３，４３……第１の光ヘテ
ロダイン検波部、３４，４４……第１のフイルタ
部、３５，３６，４５，４６……比較手段、５０
……信号処理手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数掃引する第１の光出力およびこの第１
    の光出力を一定周波数シフトさせた第２の光出力
    を発生し第１の光出力を測定対象に出射する光周
    波数スイーパと、 前記測定対象を透過した第１の光出力を偏向・
    増幅した信号および前記測定対象で反射した第１
    の光出力を偏向・増幅した信号である光出力と第
    ２の光出力を入力し、前記測定対象を透過した光
    出力と第２の光出力を入力することにより得られ
    る前両者の光周波数の差に対応する周波数を有す
    る信号をヘテロダイン検波により電気信号に変換
    した第１の電気信号と、前記測定対象を反射した
    光出力と第２の光出力を入力することにより得ら
    れる前両者を光周波数の差に対応する周波数を有
    する信号をヘテロダイン検波により電気信号に変
    換した第２の電気信号とを出力する第１の光ヘテ
    ロダイン検波部と、 前記第１の光出力および第２の光出力を入力
    し、これらの入力信号を入力することにより得ら
    れる前両者の光周波数の差に対応する周波数を有
    する信号をヘテロダイン検波により電気信号に変
    換して出力する第２の光ヘテロダイン検波部とを
    設け、 前記第１の光ヘテロダイン検波部から出力され
    る第１および第２の電気信号を入力し、各々の信
    号を増幅する第１のフイルタ部と、 前記第２の光ヘテロダイン検波部から出力され
    た電気信号を入力し、増幅する第２のフイルタ部
    と、 前記第１のフイルタ部からの電気信号と第２の
    フイルタ部の電気信号とを比較し、その結果を電
    気信号として出力する比較手段と、 この比較手段の電気信号出力を入力して信号処
    理する信号処理手段とを備え、測定対象における
    伝搬特性および反射特性を同時にかつ、容易で高
    精度に測定できることを特徴とする光周波数ネツ
    トワークアナライザ。
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