JPH0772040A - 光ｆｍ変調特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光通信機器に用いられるレーザダイオード
（LD）の光FM変調特性を測定する装置において、その中
核的技術である干渉計の弁別点レベルを精度よく決定す
る技術と、さらには、IM成分とFM成分とを精度よく分離
できる制御技術の方式とを確立して、測定確度の向上を
図るとともに、スループットの高い光FM変調特性測定装
置を提供する。 【構成】 光周波数弁別器として活用する干渉計３を制
御する制御部７と、該干渉計３からの弁別点レベル出力
を受光器４からモニターして演算処理する数値演算処理
部８とを設け、さらには、弁別点（中点）を演算させ記
憶することを指令し、該弁別点を基点にして該干渉計３
の出力が増加または減少に転ずる点を検出することを指
令するために、ワンタッチ操作押釦スイッチ９、10、11
と、出力光強度の最大値（ピーク値）をリアルタイムに
モニターできる同押釦SW.を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子計測技術分野にお
ける光通信用レーザダイオードの光FM変調特性測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の測定装置は、光通信機器に用い
られるレーザダイオード（LD）の光FM変調（周波数変
調）特性を測定するものである。つまり、図３（３A ）
の如く、横軸にLDの電流（ｉLD）をとり、縦軸に光の周
波数（ｆ）をとって特性をとると、LDの電流（ｉLD）に
よって発振される周波数の波長（Δｆ）が変えられ、周
波数変調（FM変調）がかけられる。そして、図３（３B
）のように周期を変えて、つまり、発振信周波数（ｆm
）を変えて、変調の速度を変えていった場合に、その
レスポンスΔｆ（応答性）がどうなっていくのかという
特性曲線（典型例を示す）を取得するのが、該測定装置
の目的である。言うまでもなく、バイアス点を変えたと
きのレスポンスがどうなるか、その依存性を見たり、ま
た、パラメータをいろいろに変えてサーベイし、そのレ
スポンス特性がどう変わるかを測定することも可能であ
ることが求められる。

【０００３】しかし、現実には、前記目的に合致する特
性測定装置は、存在していない。担当技術者は、それぞ
れに必要な部品・材料を集めて、いわゆるバラックセッ
トに近いもので構成し、対処しているのが実態である。
そのために、以下に記載するような問題点があった。 （1）全て、手動操作なので、特性測定に時間がかかっ
てしまう。 （2）測定系として構成することも、極めて大変な作業
である。 （3）測定時の毎回、弁別点の設定で安定した状態が得
にくい。 （4）全体として、特性測定作業の効率が極めて悪い。 つまり、短時間に正確に、しかも操作性がよく、使いや
すくて常に安定性のある、光通信用LDに対する光のFM変
調特性についての測定が可能な装置は、これまでにはな
かった。

【０００４】通常、該測定方式においては、偏波保存光
ファイバによって構成されたマッハツェンダ干渉計を、
光周波数弁別器（Discriminator ）として活用すること
により、光の周波数の変化を、その光の強度に変換し、
振幅に直して電気信号で検出できるようにする方式がと
られている。図４（４A）に示すように、周波数変調（F
M＝Frequency Modulation ）が強度変調（IM）に変換さ
れる。光の周波数が変わると、その弁別特性により、干
渉計の出力光強度が変わり、光の周波数に出力光強度が
依存することも分かる。また、その出力をPD（フォトダ
イオード＝Photo Diode ）に入力してやれば、電気信号
に直すことができる。従って、該方式では動作点（＝弁
別点レベル）を、図に示す曲線の中点（真ん中）に設定
する必要がある。

【０００５】上述したように、LDの特性を精度よく正確
に測定（＝評価）するためには、動作点が常に中点に設
定されて安定していなければならない。ところが、従来
からの該干渉計では、それへの入射光の入射角や周囲温
度条件等によって変化してしまい、安定した制御方式に
よる設定ができずにいた。従って、そのことが本発明の
ような光変調特性の測定装置が提供できなかった理由で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、光のFM変
調特性測定装置の中核技術であるマッハツェンダ干渉計
の弁別点レベルを、精度よく決定できる技術と、さらに
は光FM変調特性測定のために必要な、IM成分とFM成分と
を精度よく分離できる制御技術方式とを確立して、測定
角度の向上を図るとともに、安定性、操作性とスループ
ットとを格段に向上させうる測定装置を、提供すること
を目的とした。

【０００７】図５（５A）と図５（５B）に、偏波保存フ
ァイバーによって構成されたマッハツェンダ干渉計３
を、光周波数弁別器として用いて弁別点レベルの決定を
行う場合の、従来技術における方式のブロック図と波形
図を示す。図５（５A ）では、調整装置13によって干渉
計３を調整し、弁別点レベルの決定を行うが、従来の技
術においては、その調整は手動で行っていた。つまり、
図５（５B ）に示すように、LD出力の最大値を先ず捉え
て、その1／2の値（＝中点）に設定する方法が採られて
いた。しかし、手動によっていたため、調整〜設定（＝
弁別点レベル決定）には長時間を要していた。さらに
は、出力波形はマッハツェンダ干渉計３への入射角（偏
波面の向き）によって変動するので、そのために、大き
な誤差を含んでしまったり、また、周囲の温度条件の変
化によっても出力が変動するので、常に弁別点レベル
（中央） が安定して長時間維持できないという問題が
あった。故に、測定確度も高く、安定性、操作性のよい
測定装置として商品化できずにいた。

【０００８】そして、上記目的を達成するためには、光
FM変調を行う動作点である弁別点レベルを決定する際の
精度の向上と安定化が必須条件であった。また、電子計
測機器としての測定確度も満たし、それに加えて簡便
で、操作性、使い勝手のよいことが求められていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】光周波数弁別器として活
用する干渉計３を制御する制御部７と、該干渉計３から
の弁別点レベル出力を受光器４からモニターして演算処
理する数値演算処理部８とを設け、さらには、弁別点
（中点）を演算させ記憶することを指令し、該弁別点を
基点にして該干渉計３の出力が増加または減少に転ずる
点を検出することを指令するために、ワンタッチ操作押
釦スイッチ９、10、11と、出力光強度の最大値（ピーク
値）をリアルタイムにモニターできる同押釦スイッチを
設ける。

【００１０】

【作用】本発明は、４つの押釦スイッチを設けた。即
ち、ResetSW. 、IM＋FMSW.、IM−FMSW.、それに
IMモニタSW.である。先ず、ResetSW. ９は、このスイ
ッチを押すとCPU８でこれを検知し、D／A６出力を干渉
計３の＋ピークから−ピークまで、電圧を掃引するよう
に出力する。＋ピークから−までは、干渉計３出力をA
／D 変換５し、CPU８で捉え、その中間電圧（中点）を
計算し、CPU８に記憶する。次に、（IM＋FM）のSW.10を
押すと、CPU８はこれを検知して、D／A変換器６の出力
を動かし、干渉計３出力が中点を基点にD／A６出力を増
加させると、A／D５出力が増加するのを検知して、その
点でロックすることができる。また、（IM−FM）SW.11
は、今度はA／D ５出力が減少する点を検知して、その
点に同じくD／A６の出力をロックする。さらに、IMモニ
タのSW.12 を操作すれば、干渉計３出力がピーク値にな
るように、D／A６の出力が設定される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例について、図面を参照して説
明する。図１に、本発明の実施例を示す。FM変調特性が
測定される被測定対象物（DUT ）は、LD（レーザダイオ
ード）２として示してある。

【００１２】先ず、従来より使用されている、マッハツ
ェンダ干渉計について説明する。図２（２B ）は、マッ
ハツェンダ干渉計３の弁別特性を示すが、該干渉計３
は、周波数弁別器として使われる。すなわち、周波数変
調（FM変調）のかかった光を強度に直して、強度の変調
（IM変調）に変えて、さらには電気信号に変えて検出で
きるようにしようとするものである。本発明では、従来
技術のように調整装置（図５−５A ）によって、しかも
手動方式で行うのではなく、図２（２A）に示すよう
に、干渉計制御部７及びCPUを備えた数値処理部８を設
けることによって、干渉計出力光強度における中点に動
作点目標値である弁別点レベルが、ワンタッチ押釦スイ
ッチの簡単操作で極めて短時間に、しかも自動的に求め
られる方式とした。

【００１３】従来技術では、最大値の1／2のレベルを弁
別点レベルに設定していた。それは、前記において図５
（５B ）によって説明したとおりだが、原理的に問題点
があった。測定対象とする入射光の入射角や、周囲環境
により測定値が影響を受け必ずしも真値とはいえなかっ
た。その理由としては、最小値が必ず完全に０値（真
暗）になるとは限らないからである（図２−２B ）。そ
こで、干渉計制御部７を設けることによってオフセット
を調整できるようにし、図４（４B ）に示すように、干
渉計出力光強度の最大値と最小値を求め、その中点（中
間電圧）を弁別点レベルに決定することができるように
した。その原理・手法は、公知のものであるが、再び、
図４（４B ）を参照して、その中点の求め方について説
明する。該干渉計３は、公知のように光ファイバー及び
ピエゾ・シリンダー（圧電素子シリンダー）を主要部と
して構成されている。該ピエゾ・シリンダーに加えられ
る電圧により膨張、収縮が起こり、それが外周にある光
ファイバーの屈折率に変化を与え、結果として出力され
る光強度を制御することができる。従って、その特性を
使って弁別点である中間点は、加圧電圧（VH）を掃引す
る事によって、最大値（図中＋ピーク値）と最小値（図
中−ピーク値）を得て、検出することができる。検出さ
れた光出力は、A／D変換器５を通じて、CPU８ が記憶す
ると同時に、それを制御目標値として、数値演算処理を
行いながら、ズレを検出して修正できるようフィードバ
ック制御されるので、常に安定した精度の良い弁別点レ
ベルが得られる。また、このことを押釦スイッチ図１−
９を設けることによりワンタッチできるようにして、測
定装置としての操作性を高めたことも本発明の特徴の一
つである。

【００１４】次に、本発明の主目的である光FM変調特性
についてであるが、つまり、LD（レーザダイオード）の
周波数変調特性を、如何に測定確度を高めて測定する
か、その手段について述べる。結果としては、動作点で
ある中点（＝弁別点レベル）を精度よく、安定した制御
が可能となったことで、光のFM変調とIM変調の分離が安
定して行えるようになった。故に、次は、目的である光
FM変調特性を、如何に確度高く測定するかである。

【００１５】図３（３A ）に示すように、LDに対して、
電流を変えて周波数変調（FM変調）をかけると、電流が
変わる分に対応して出力光パワー（明るさ）も変わる。
通常、光通信用として用いられる方式では、電流に対
し、変調をかけるのがもっとも簡便なので、この方式が
とられている。つまり、FM変調されたLDからの出力光パ
ワーは、明るさについても変調されるわけで、つまり、
光パワーの強度変調（IM変調＝Intensity Modulation）
がなされる。従って、FM変調がかけられたLDより出力さ
れ、弁別器である干渉計に入力されてくる光の成分は、
FM変調光成分とIM変調光成分との２つの成分が混じった
ものとなる。そこで、正確にFM変調特性を測定するため
には、IM変調による影響を排除するために、FM成分とIM
成分とを分離する必要がある。

【００１６】そこで、図４（４A ）に示すように、上記
２つの成分を分離するためには、同図（４B ）に示すピ
エゾ・シリンダー14に加える電圧（VH）15を変えてやる
と、A及びBとして描かれる２つの出力光強度曲線が得ら
れる。AとBとの間ではちょうど半波長だけずらしてあ
る。そうすることにより、ＡとＢとの間では復調後の波
形は、図４（４A ）に示すようになり、位相関係は反転
している。それに対し、IM変調成分は、該図に示されて
いる曲線に対応して全体の明るさが変化しているわけで
あるので、この信号にはFM成分とIM成分とが同相で含ま
れており、AとBとの間には、次の関係が成り立つ。 ・Aの特性でNA（図１−１）への信号→FM＋IM→VA. ・Bの特性でNA（図１−１）への信号→−FM＋IM→VB. とすれば、VA.−VB.→２FM VA.＋VB.→２IM となり、 ２つの成分は、分離できることがわかる。そこで、図１
に示すようにPD４を通じて、NA１（ネットワークアナラ
イザ）に入力して、ベクトル計算をさせれば、IM成分が
完全に分離された光FM変調特性が測定できることにな
る。

【００１７】また、本発明では、図１に示すようにIMモ
ニタスイッチ12を設けた。これは、該測定器を利用する
技術者の利便性を高める目的のものである。その機能と
しては、出力光強度のピーク（図４-４A）を測定しよう
とするものである。ピーク点では、FM変調に対しては、
傾きがなくその感度はゼロであり、IM成分のみを演算な
しで、リアルタイムに単独にモニタできるものである。
これは、例えば入力するレーザ光の光軸を補正したり、
またそういったことをするために出力レベルを見ながら
やりたい場合に、モニターの役をさせるためのものであ
る。

【００１８】本発明は、前述のような手段によって構成
されている。本発明では、４つの押釦SW.（スイッチ）
を設けた。即ち、ResetSW.、IM＋FMSW.、IM−FMS
W. 、それにIMモニタSW.である。 〔１〕のResetSW.９は、このスイッチを押すとCPU８
でこれを検知し、D／A ６出力を干渉計３の＋ピークか
ら−ピークまで、電圧を掃引するように出力する。＋ピ
ークから−までは、干渉計３出力をA／D変換５し、CPU
８ で捉え、その中間電圧（中点）を計算し、CPU８に記
憶する。 〔２〕次に、のIM＋FMのSW.10を押すと、CPU８はこれ
を検知して、D／A変換器６の出力を動かし、干渉計３出
力が中点を基点にD／A 出力を増加させると、A／D５出
力が増加するのを検知して、その点でロックすることが
できる。 〔３〕また、のIM−FMSW.11は、と同様にして、今
度はA／D５ 出力が減少する点を検知して、その点に同
じくD／A６の出力をロックする。 〔４〕さらに、のIMモニタのSW.12 を操作すれば、干
渉計３出力がピーク値になるように、D／A６の出力が設
定される。 〔５〕尚、IMモニタSW.12は単独で操作されるが、Reset
SW.９、IM＋FMSW.10、及びIM−FMSW.11は、それら３個
のSW.が持つ機能上、順を追って連続して操作され、機
能が発揮される。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。 （1） 従来技術のように、光周波数弁別器としての干渉
計３の調整を手動で行ったり、LD出力の最大値の1／2の
レベルに設定するのではなく、干渉計の制御部７を設け
その制御により、最大値と最小値を求めて、その中点を
弁別点レベルと設定することにしたので、より正しく弁
別点（中点）レベルが短時間に、常に安定して得られる
ようになった。 （2） 従って、弁別点レベルが精度よく目標値として設
定されるようになったので、そこを基準点として、IM成
分とFM成分とを分離するための位相制御も精度よくでき
るようになった。（このことは数値演算制御部８のCPU
が干渉計制御部７等で構成されたループの中で、自動的
に行う。） （3） （1）、（2）については、該測定装置の使用者の
利便性をはかり、ワンタッチ操作の押釦SW.11 として設
けたので、測定確度の向上とともに、安定性、操作性な
らびにスループットが格段に向上した。 （4） さらに、もう一つの、IMモニタースイッチ12を設
けたことにより、干渉計３に入力するためのレーザ光の
光軸を調整したり、またはその入力レベルとの関係を見
ながら測定したいという使用者の利便性の向上が図られ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例を示すブロック図である。

【図２】（２A）：本発明の中核技術となっているマッ
ハツェンダ干渉計の制御方法 を示すブロ
ック図である。 （２B）：本発明のマッハツェンダ干渉計の弁別特性を
説明するための図で ある。

【図３】（３A）：LD（レーザダイオード）がFM変調さ
れる原理を説明するための図 である。 （３B）：該測定装置が測定したいFM変調特性を示す特
性曲線（典型例）で ある。

【図４】（４A）：IM成分とFM成分を分離するために、
マッハツェンダ干渉計に対す る印加電
圧（VH）を掃引することによって、位相を半波長ずらし
た２つの干渉計出力強度の特性曲線を示
す。 （４B）：マッハツェンダ干渉計に対する印加電圧（V
H）を掃引することに よって得られる出
力光強度の特性曲線を示す。また、ピエゾ・シ
リンダーによる出力光強度の制御原理を示す。

【図５】（５A）：従来技術によるマッハツェンダ干渉
計の制御方法を示すブロック 図である。 （５B）:従来の技術による弁別点レベルの設定方法が不
確定であることを説明するための図である。

【符号の説明】

１ NA（ネットワーク・アナライザ） ２ LD（レーザダイオード）（＝DUT） ３ マッハツェンダ干渉計 ４ 受光器（PD） ５ A／D（A／D変換器） ６ D／A（D／A変換器） ７ 干渉計制御部 ８ 数値演算処理部（CPU） ９ ResetSW. 10 IM＋FMSW. 11 IM−FMSW. 12 IMモニタSW. 13 調整装置 14 ピエゾ・シリンダー（圧電素子シリンダー） 15 高圧電圧（VH） 16 光ファイバー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオードの光FM変調特性の測定
   装置において、光周波数弁別器として活用する干渉計
   （３）を制御する干渉計測制御部（７）と、該干渉計
   （３）からの弁別点レベル出力を受光器（４）から、モ
   ニターして読み込んだり、記憶してその数値を演算処理
   する数値演算処理部（８）とを設け、該干渉計制御部
   （７）に対し、印加電圧掃引指令を出して、該干渉計
   （３）からの出力の最大値と最小値を求めることによ
   り、弁別点（中点）を演算し、記憶する手段と、該干渉
   計測制御部（７）に指令し、該弁別点を基点にして、該
   干渉計（３）出力が増加または減少に転じ、位相が反転
   するレベルを検出し、それぞれの点をロック（固定）す
   る手段と、位相が反転した２つの出力をベクトル演算処
   理し、IM成分とFM成分とを分離する手段と、を具備す
   る、光FM変調特性測定器。
2. 【請求項２】 上記において、弁別点（中点）を演算さ
   せ、記憶することを指令し、該弁別点を基点にして、該
   干渉計（３）の出力が増加または減少に転ずる（位相が
   反転する）レベルを検出することを指令するために、ワ
   ンタッチ操作押釦スイッチ（９、10、11）と、出力光強
   度の最大値（ピーク値）をリアルタイムにモニターでき
   る同押釦スイッチ（12）と、を設けることを特徴とする
   請求項１記載の光FM変調特性測定装置。