JPH1168207A - 半導体レーザを用いた光変調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光に含まれる信号の情報量を増加させ
る。 【解決手段】 レーザ光の強度を変調するための電流パ
ルス波と、レーザ光の周波数を変調するための交流電流
とをそれぞれ同期させて半導体レーザ１０に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザを
用いた光変調方法に関し、特に、半導体レーザに電流を
注入して、レーザ光の強度および周波数を直接的に光変
調する光変調方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザにしきい値以上の電流を注
入すると、この注入された電流の値（以下、注入電流）
に比例してレーザ光発光強度が変化する。したがって、
注入電流の値に対応した所定強度のレーザ光を発振させ
ることができる。よって、半導体レーザに対してバイア
ス電流を注入することにより、強度変調されたレーザ光
を光信号として出力することが行われている。

【０００３】この点につき、図６を用いて簡単に説明す
る。図６には、従来の半導体レーザを用いた光変調方法
を実施するための半導体レーザ駆動装置１００が示して
ある。この半導体レーザ駆動装置１００は、バイアス電
流注入部（パルス発生装置）１１２と、半導体レーザ１
１０と、光学系（光検出器等）１１４とから基本的に構
成されている。

【０００４】そして、バイアス電流注入部１１２から、
矩形状の電流パルス波を半導体レーザ１１０に設けられ
た電極間（図示せず）に注入すると、この半導体レーザ
１１０は、かかる電流パルス波の電流値に呼応して、強
度変調されたレーザ光を発振する。

【０００５】よって、かかる強度変調されたレーザ光
を、光信号１１６として光検出器等を含む光学系１１４
により検出し、電気信号に変えていた。そして、半導体
レーザを用いレーザ光を直接変調して光信号化する場
合、レーザ光の強度とともに、レーザ光の発振周波数も
注入電流の値によって変化する現象が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体レーザを用いた光変調方法において、レーザ光の
発振周波数変調が行われた例は知られていない。

【０００７】この点、レーザ光の発振周波数の変調が行
われていない理由を図５を参照して詳細に説明する。図
５は、レーザ発振する半導体レーザの環境温度を一定に
して、注入電流（相対値）と発振周波数（相対値）との
関係を示す特性図であって、横軸に注入電流（相対値）
を取ってあり、縦軸には、発振周波数（相対値）を取っ
てある。

【０００８】そして、図５に示すように、レーザ光の発
振周波数は、注入電流に対応して線形（直線）偏移する
領域があるものの、注入するバイアス注入電流の値によ
っては、レーザ光の発振周波数が急激にシフトする領域
がある。すなわち、図５に示すように、注入電流（相対
値）と発振周波数（相対値）との関係を示すＴ１におい
て、注入電流に対して発振周波数が線形偏移するＡ領域
（実線で示す）と、注入電流に対して発振周波数が大き
くシフトするＢ領域（点線で示す）とが両方存在するこ
ととなる。したがって、この図５のＴ１の例では、具体
的に３回レーザ光の発振周波数が大きくシフトして、こ
れらのシフトごとにレーザ光の発振周波数が著しく低下
していることがわかる。

【０００９】よって、レーザ光の発振周波数は、注入電
流の広い範囲の値において、線形（直線）偏移を示さな
いために、レーザ光の発振周波数の変調を情報として利
用することは一般に困難であり、実用化されていなかっ
た。

【００１０】そのため、従来の半導体レーザを用いた光
変調方法においては、レーザ光の強度変調による信号化
のみが行われており、結果として、光信号に含まれる単
位時間当たりの信号の情報量が少ないという問題があっ
た。

【００１１】そこで、強度変調したレーザ光（メイン信
号）に、強度変調用の高周波（サブ信号）をさらに半導
体レーザに対して注入することも考えられる。しかし、
かかるレーザ光は導波路等を介して送信される場合が多
く、その場合には、導波路等の途中でレーザ光の強度が
減衰しやすく、メイン信号とサブ信号の両方の信号を正
確に伝達することができないという問題があった。ま
た、同様に高周波等を用いて強度変調した信号（メイン
信号）に対して、サブ信号としての高周波等をさらに注
入する場合、強度変調されたサブ信号は微弱なため、か
かるサブ信号をレーザ光から分離して取り出すことが困
難であるという問題もあった。

【００１２】このため、半導体レーザを用いた光変調方
法において、変調されたレーザ光に情報量を多く含み、
また、これら情報を後で分離して取り出すことが容易な
光変調方法の出現が望まれていた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体レーザ
を用いた光変調方法によれば、半導体レーザに電流を注
入して、レーザ光を直接的に光変調する方法において、
この半導体レーザに対して、半導体レーザから出射され
るレーザ光の強度を変調するための矩形状の電流パルス
波と、半導体レーザから出射されるレーザ光の周波数を
変調するための交流電流とを同期させて注入することを
特徴する。

【００１４】このように半導体レーザに対して、電流パ
ルス波および交流電流をそれぞれ注入し、しかも電流パ
ルス波に対して、交流電流を同期させるように注入する
ことにより、レーザ光の強度および周波数を並列的に変
調されて信号化することができる。すなわち、レーザ光
の発振周波数は、図５に示すように、半導体レーザに対
して注入される電流パルス波の電流値に対し、線形（直
線）偏移して低下する領域（Ａ領域）を有しているた
め、かかるＡ領域を選択的に利用すれば、交流電流（注
入電流値）を一義的に、レーザ光の発振周波数と対応さ
せることができ、結果として、交流電流（注入電流値）
を正確に信号化することができる。

【００１５】また、この発明では、レーザ光の強度を変
調するのに電流パルス波を使用するが、その理由は、電
流パルス波の波形上、かかる電流パルス波は矩形状であ
って、平坦部（パルス全体の波形から、パルスの立上が
り時間に相当する波形部分およびパルスの立下がり時間
に相当する波形部分を除いた波形部分）を有しているた
めである。したがって、この発明では、かかる電流パル
ス波の波形の平坦部を利用して、交流電流を電流パルス
波に容易に同期させて入力することができる。すなわ
ち、電流パルス波によりレーザ光の強度を変調するとと
もに、かかる光の強度変調と同時に交流電流を用いてレ
ーザ光の周波数を並列的に変調することができる。

【００１６】よって、例えば電流パルス波により強度変
調されたレーザ光を、例えばメイン信号とし、交流電流
により周波数変調されたレーザ光を、例えばサブ信号と
することができ、これらを併せて情報量が多く含まれた
光信号として利用することができる。

【００１７】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、電流パルス波におけるパルス幅が、
０．１〜１、０００μｓｅｃ．の範囲内の値であること
が好ましい。

【００１８】電流パルス波におけるパルス幅をこのよう
な範囲内の値に制御することにより、電流パルス波にお
ける波形の平坦部を利用して、交流電流を、周波数変調
されたレーザ光の別な信号（情報）として十分に電流パ
ルス波と同期することができる。また、パルス幅がこの
ような範囲内の値であれば、強度変調されたレーザ光の
単位時間当たりの信号（情報）量が著しく減少すること
もないためである。

【００１９】よって、周波数変調されたレーザ光の信号
（情報）量と、強度変調されたレーザ光の信号（情報）
量とのバランスがより良好な観点から、電流パルス波に
おけるパルス幅は、１．０〜１００μｓｅｃ．の範囲内
の値がより好ましい。

【００２０】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、電流パルス波の電流値が最大の時点
で、周波数変調するための交流電流を半導体レーザに注
入することが好ましい。

【００２１】電流パルス波の電流値が最大の時点で、交
流電流を半導体レーザに注入すると、電流パルス波にお
ける立上がり時間や立下がり時間の波形の歪みの影響を
可及的に少なくすることができ、交流電流をより正確に
周波数変調することができる。

【００２２】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、電流パルス波の周波数をｆｂとし、
交流電流の周波数をｆａとしたときに、ｆａ＞ｆｂとし
てあることが好ましい。

【００２３】電流パルス波の周波数ｆｂを、交流電流の
周波数ｆａよりも低くしておくと、注入された交流電流
を、周波数変調されたレーザ光の信号（情報）として、
電流パルス波とより効率的に同期させることができる。

【００２４】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、電流パルス波の周波数ｆｂを、０．
１〜１００ＭＨｚの範囲内の値とし、交流電流の周波数
ｆａを、１０〜１００、０００ＭＨｚの範囲内の値とし
てあり、さらにｆａ＞ｆｂとしてあることが好ましい。

【００２５】電流パルス波の周波数ｆｂと、交流電流の
周波数ｆａとの関係および数値範囲をこのように制御す
ると、電流パルス波における波形の平坦部を利用して、
注入された交流電流を、周波数変調されたレーザ光の信
号（情報）としてより十分に、しかも正確に、矩形状の
電流パルス波の平坦部と同期させることができる。

【００２６】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、交流電流の周波数ｆａが、電流パル
ス波の周波数ｆｂの１００〜１０、０００倍の範囲内の
値であることが好ましい。

【００２７】このように電流パルス波の周波数ｆｂと、
交流電流の周波数ｆａとの関係を制御すると、注入され
た交流電流を、周波数変調されたレーザ光の信号（情
報）としてより十分に、しかも正確に、矩形状の電流パ
ルス波の平坦部と同期させることができる。

【００２８】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、強度および周波数が変調されて出射
されたレーザ光を、さらに、ヘテロダイン干渉計を用い
て、ヘテロダイン干渉光に変えることが好ましい。

【００２９】このようにすると、強度および周波数が変
調されたレーザ光（光信号）を、ヘテロダイン干渉計内
で干渉させて、高出力の高調波成分を有するレーザ光
（ヘテロダイン干渉光）として、外部に取り出すことが
できる。

【００３０】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、ヘテロダイン干渉光の第１次高調波
成分をフィードバックして、周波数変調のために半導体
レーザに注入する交流電流とすることが好ましい。

【００３１】高調波成分の内でも、特に第１次高調波成
分は出力が高く、このように第１次高調波成分をフィー
ドバックすると、上述したＡ領域内で、注入する交流電
流の電流値をより確実に制御することができ、したがっ
て、交流電流を正確に信号化することができる。

【００３２】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法において、電流パルス波および交流電流を、０
〜４０℃の範囲内の温度雰囲気中で半導体レーザに注入
することが好ましい。

【００３３】このような範囲内に、電流パルス波および
交流電流を半導体レーザに注入する際の雰囲気温度を制
御すると、雰囲気温度による強度変調および周波数変調
への影響を可及的に少なくすることができる。すなわ
ち、雰囲気温度が上昇すると、同一電流値であっても、
レーザ光の出力強度が低下し、また、逆に発振周波数は
増大したり、かかる発振周波数が大きく変化するシフト
温度も移動して高くなる傾向がある。

【００３４】よって、雰囲気温度による強度変調および
周波数変調への影響をより少なくすることができる観点
から、電流パルス波および交流電流を半導体レーザに注
入する際の雰囲気温度は、１０〜３０℃の範囲内がより
好ましく、最適には、２０〜２５℃の範囲内の値であ
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して、この発明
の半導体レーザを用いた光変調方法につき説明する。

【００３６】但し、図１は、この発明が理解できる程度
に半導体レーザを用いた光変調方法を実施するための半
導体レーザの駆動装置を概略的に示してあるにすぎな
い。よって、言うまでもなく、この発明の半導体レーザ
を用いた光変調方法は、この半導体レーザの駆動装置に
使用される実施の形態に理由なく限定されるものではな
い。

【００３７】この半導体レーザ駆動装置５０は、周波数
変調用の注入電流制御部２２と、強度変調用の注入電流
制御部（バイアス電流注入部）２０と、半導体レーザ１
０と、レンズ１２と、キューブミラー１４とを備えてい
る。そして、半導体レーザ１０と、レンズ１２と、キュ
ーブミラー１４とは、温度制御部２８により、一例とし
て、２３℃の温度に制御されている。したがって、半導
体レーザ１０の環境温度が変化して、交流電流の周波数
変調が不正確になるおそれが少ない。

【００３８】ここで、周波数変調用の注入電流制御部２
２は、例えば高周波電源から構成されており、半導体レ
ーザ１０に対して、所定の交流電流を注入することがで
きる。強度変調用の注入電流制御部２０は、例えば直流
のパルス発生器から構成されており、半導体レーザ１０
に対して、矩形状の電流パルス波を注入することができ
る。

【００３９】また、半導体レーザ１０は、しきい値以上
の電流（電流パルス波および交流電流）を、半導体レー
ザ１０に設けたプラス側電極とマイナス側電極（図示せ
ず）との間に注入すると、レーザ光を効率良く発光させ
ることができる。レンズ１２は、集光用レンズであり、
半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を平行光にし
て、キューブミラー１４に入射させることができる。

【００４０】このキューブミラー１４は、例えば、ヘテ
ロダイン干渉光３２を効率良く得るためのものであり、
また、キューブミラー１４を用いると、干渉計をコンパ
クトにすることができる。そして、キューブミラー１４
は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１５と、第１の
ミラー１６と、第２のミラー（ハーフミラーを用いる場
合もある。）１８とから構成されている。第１のミラー
１６には、第１の反射面２４が、第２のミラー１８に
は、第２の反射面２６が、それぞれ設けてある。また、
ビームスプリッタ１５における光分岐点３０から第１の
反射面２４までの光路の長さを、光分岐点３０から第２
の反射面２６までの光路の長さよりも長くしてある。

【００４１】したがって、上記構成の半導体レーザ駆動
装置５０において、まず、強度変調用の注入電流制御部
（バイアス電流注入部）２０から電流パルス波（強度変
調用電気信号）を半導体レーザ１０に入力すると、かか
る電流パルス波の電流値（パルス電流値）に対応して、
この半導体レーザ１０は、強度変調されたレーザ光を発
振する。

【００４２】この点につき、図２を参照して説明する。
図２は、レーザ光の強度変調を説明するための強度変調
特性図であって、横軸に注入電流（相対値）を取ってあ
り、縦軸には半導体レーザからの光出力（相対値）を取
って示してある。そして、実線Ｌ０とＬ１は、それぞれ
電流−光出力特性曲線であって、実線Ｌ０は、注入電流
がしきい値Ｉ_th以下の場合の特性であって、注入電流が
しきい値Ｉ_thを超えるまでは半導体レーザは、レーザ発
振しないことを示している。また、実線Ｌ１は、しきい
値Ｉ_thを超えた場合の光出力特性を示しており、注入電
流がしきい値Ｉ_thを超えと、所定のレーザ発振をして、
注入電流の値に比例して光出力が増加することを示して
いる。

【００４３】また、図２中、横軸の注入電流（相対値）
と平行して時間軸ｔ１（相対値）が、縦軸の光出力（相
対値）と平行して時間軸ｔ２（相対値）が、それぞれ示
してある。そして、Ｌ２の実線は、パルス幅Ｗ、周波数
ｆｂ、パルス電流値Ｉ_ｐ、すなわち方形または長方形の
矩形状の電流パルス波を示しており、かかる電流パルス
波を時間軸ｔ２（相対値）に沿って半導体レーザに注入
すると、それに呼応して、時間軸ｔ１（相対値）に沿っ
てＬ３の実線が示すように、強度変調されたレーザ光が
発振されることを示している。

【００４４】なお、一つの電流パルス波Ｐ１は、図示す
るように、立上がり部（立上がり時間に相当する波形部
分）Ｐ２と、平坦部（電流パルス波全体から、立上がり
時間に相当する波形部分と、後述する立下がり時間に相
当する波形部分とを除いた波形部分）Ｐ３と、立下がり
部（立下がり時間に相当する波形部分）Ｐ４とから構成
されている。また、この例では、電流パルス波のベース
電流Ｉ_ｂの値を、しきい値Ｉ_thの値と一致させている。
そして、電流パルス波におけるパルス幅Ｗを、０．１〜
１、０００μｓｅｃ．の範囲内の値、例えば、１００μ
ｓｅｃ．としてあり、この電流パルス波（強度変調用電
気信号）と交流電流（周波数変調用電気信号）とを同期
（重畳）しやすいようにしてある。

【００４５】次に、周波数変調用の注入電流制御部（交
流発振器）２２から交流電流（周波数変調用電気信号）
を、上述した電流パルス波（強度変調用電気信号）に同
期させて、すなわち、電流パルス波Ｐ１の平坦部Ｐ３に
対して重畳するように、半導体レーザ１０に入力させ
る。すると、半導体レーザ１０から発振するレーザ光の
周波数は、かかる交流電流（交流電流値）の値に対応し
て変調される。

【００４６】この点につき、図３を参照して説明する。
図３は、レーザ光の周波数変調を説明するための周波数
変調特性図である。図３の特性図は、横軸に、半導体レ
ーザに流す注入電流（相対値）を取ってあり、縦軸に
は、半導体レーザから発振するレーザ光の発振周波数
（相対値）を取って示してある。そして、Ｌ５の実線
は、注入電流がしきい値（Ｉ_th）を超えるまでは半導体
レーザは、所定の周波数のレーザ発振はしないが、注入
電流がしきい値を超えるとレーザ発振し、図３中のＥ１
領域では注入電流の値に比例して周波数が徐々に低下す
ることを示している。

【００４７】但し、注入電流の値が図３中のＥ１領域を
超え、同様に図３中に示すＦ領域に入った時点で、周波
数は大きくシフトして低下する。そしてまた、図３中に
示すＥ２領域に入ると、注入電流の値に比例して周波数
が徐々に再度低下することを示している。

【００４８】よって、周波数が大きくシフトして低下す
るＦ領域を避けて、交流電流の最大と最小の注入電流の
値を定めれば、周波数と、交流電流における注入電流の
値とを、一義的に対応させることができる。

【００４９】なお、一般に、Ｅ１領域の注入電流の範囲
は、１０ｍＡ程度であるため、その値を考慮して、交流
電流の最大と最小との注入電流の値の差を１０ｍＡ以
下、より好ましくは、７ｍＡ以下、最適には、５ｍＡ以
下の値とすることが良い。

【００５０】また、図３中、横軸の注入電流（相対値）
と平行して時間軸ｔ３（相対値）が、縦軸の光出力（相
対値）と平行して時間軸ｔ４（相対値）が、それぞれ示
してある。すなわち、交流電流の最大と最小の注入電流
の値が、Ｅ１領域に入るように調節した上で、周波数ｆ
ａの交流電流（正弦波）６０を、周波数ｆｂであって、
パルス幅Ｗの矩形状の電流パルス波６４における平坦部
に同期させて、半導体レーザに注入すると、時間軸ｔ３
（相対値）に沿って、交流電流６０の注入電流に対応し
て精度良く周波数変調されたレーザ光６２が発振するこ
とを示している。

【００５１】なお、図３に示す矩形状の電流パルス波６
４は、図２に示す矩形状の電流パルス波Ｐ１と実質的に
同一であるが、交流電流６０による周波数変調の説明が
容易なように、図３に示すｔ４軸のスケールを図２に示
すｔ２軸のスケールよりも拡大してある。

【００５２】次に、図１に示す半導体レーザ駆動装置５
０における半導体レーザ１０からの、強度および周波数
が変調されたレーザ光の取り出しについて説明する。既
に説明したとおり、この半導体レーザ駆動装置５０の例
では、出射されたレーザ光の光路中には、レンズ１２お
よびキューブミラー１４が順に配置されている。したが
って、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光は、レ
ンズ１２により集光され、平行光として、キューブミラ
ー１４に効率的に入射する。

【００５３】そして、このキューブミラー１４は、後述
する第１のミラー１６および第２のミラー１８と組み合
わせることにより、ヘテロダイン干渉光３２を効率的に
生じさせることができる。すなわち、キューブミラー１
４は、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を、ビ
ームスプリッタとしてのハーフミラー１５により、２つ
の光（第１および第２のレーザ光）に分割される。

【００５４】また、既に説明したように、このキューブ
ミラー１４への入射レーザ光は、ハーフミラー１５に入
射角４５°で入射して、その一部は、第１のレーザ光と
して第１のミラー１６に向けて反射し、残りの一部分は
第２のレーザ光として第２のミラー１８に向けて透過す
る。そして、第１のミラー１６は、ビームスプリッタ
（ハーフミラー）１５に対して４５°および第２のミラ
ー１８に対して９０°の角度で以て配置してある。

【００５５】また、第２のミラー１８は、ハーフミラー
１５を透過したレーザ光が９０°で入射するようにして
ある。そして、入射面に直交する一方の面および対向す
る面には、第１のミラー１４と、第２のミラー１８とが
それぞれ配してある。したがって、第１のレーザ光は、
第１のミラー１６で反射されて光分岐点３０に戻り、ビ
ームスプリッタ（ハーフミラー）１５を透過する。

【００５６】一方、第２のレーザ光は、キューブミラー
１４の入射面に対向する面に配された第２のミラー１８
の第２の反射面２６で反射される。そして、光分岐点３
０から、第１のミラー１６の第１の反射面２４までの距
離（光路長）が、第２のミラー１８の第２の反射面２６
までの距離よりも長くしてある。

【００５７】したがって、第１および第２の反射面２４
および２６で反射された第１および第２のレーザ光は、
第１高調波成分等の高調波成分を有するヘテロダイン干
渉光となって、キューブミラー１４から出射され、よっ
て、干渉光（光出力）を外部に取り出すことができる。
すなわち、強度および周波数が変調されたレーザ光を情
報量の多い信号（光信号あるいは、光信号を変換した電
気信号）として取り出して、利用することができる。

【００５８】なお、第２のミラー１８をハーフミラーと
すれば、第２のレーザ光の一部を、ヘテロダイン干渉光
とせずに、そのまま外部に取り出して利用することもで
きる。

【００５９】ここで、ヘテロダイン干渉法について簡単
に説明する。ヘテロダイン干渉法とは、一般に、２つの
異なる周波数を有する光がそれぞれ干渉し合って、２つ
の周波数の和および差を有する光をつくり、それを干渉
光として出力する方法である。よって、強度だけが変調
されたレーザ光には使用できないという特徴がある。

【００６０】したがって、半導体レーザ駆動装置５０に
おける半導体レーザ１０から発せられる強度および周波
数が変調されたレーザ光についての、ヘテロダイン干渉
後における干渉光の光出力（干渉波出力）Ｉは、下式
（１）のように表される。また、式（１）に含まれる各
定数等は、それぞれ下式（２）〜（５）で表される。

【００６１】 Ｉ＝Ｉ_dc＋Ｉ_o ｃｏｓ（φ＋Ｚｓｉｎω_fmｔ） （１） φ＝ω_o Ｌ／ｃ （２） Ｚ＝２πδＬ／ｃ （３） Ｉ_dc＝ａ（Ｐ₁ ＋Ｐ_S ） （４） Ｉ_o ＝２ａＶ√（Ｐ₁ ＋Ｐ_S ） （５） ここで、Ｉ_dcは直流成分（Ｗ）、Ｉ_o はビート信号
（Ｗ）、ω_fmは変調角周波数（Ｈｚ）、ｔは時間（ｓｅ
ｃ．）、ω_o は半導体レーザの中心角周波数（Ｈｚ）、
Ｌは干渉計の光路長差（ｍ）、ｃは光速（３×１０⁸ ｍ
／ｓｅｃ．）、δは周波数変調幅（Ｈｚ）、ａは光検出
器に依存する定数（−）、Ｐ₁ は参照光の電力（Ｗ）、
Ｐ_s は信号光の電力（Ｗ）、Ｖは鮮明度（−）である。

【００６２】そして、ビート信号Ｉ_o を、図４に示すよ
うに変調角周波数ω_fm対してフーリエ変換すると、下式
（６）で与えられる結果が得られる。なお、図４は、干
渉光をフーリエ変換した際の、干渉波角周波数と干渉波
出力との関係を説明するための図であり、横軸に干渉波
角周波数（相対値）をとってあり、縦軸に、干渉波出力
（相対値）がとってある。図４から理解できるように、
干渉波出力の第１高調波成分ω_fmは、他の２〜５次高調
波成分と比較して、干渉波出力の値が著しく大きい（約
２倍）という特徴がある。

【００６３】

【数１】

【００６４】ここで、Ｊ_o （Ｚ）は、ｎ次の第１種ベッ
セル関数である。そこで、式（６）から、干渉光の出力
の第１高調波成分ω_fmを抽出すると下式（７）のように
なる。

【００６５】 Ｉ₁ ＝２Ｉ_o Ｊ₃ （Ｚ）ｓｉｎφ・ｓｉｎω_fmｔ （７） したがって、周波数が変調されたレーザ光における変調
角周波数ω_fmを、変調周波数発生部から発振される交流
電流により制御することにより、出力が高い周波数変調
された信号（第１高調波成分ω_fm）として得ることがで
きる。そして、強度が変調されたレーザ光における強度
変調角周波数をｆ_imとすると、変調角周波数ω_fmと強度
変調角周波数をｆ_imとは、以下の関係にあることがのぞ
ましい。

【００６６】ω_fm》ｆ_im ω_fm≠ｍｆ_im（ｍは、２以上の整数） 変調角周波数ω_fmと強度変調角周波数ｆ_imとが、このよ
うな関係を満足すれば、フィルタ等を使用して、レーザ
光における強度変調信号成分と、周波数変調信号成分と
を容易に分離することができる。

【００６７】なお、この半導体レーザ駆動装置５０の例
においては、キューブミラー１４から出射された干渉光
３２を、光検出部（光検出器とも称する。）３４に入射
させている。そして、この光検出部３４で検出された干
渉光の光出力４０は、分岐点を介して、光信号（あるい
は光信号を変換した電気信号）として利用することがで
きる。

【００６８】一方、この光検出部３４で検出された干渉
光の一部は、高周波成分検出部３６に供給され、ここ
で、干渉光の出力のうち、周波数変調信号成分、すなわ
ち、第１高調波成分３８の検出が行われる。

【００６９】そして、検出された第１高調波成分３８
が、周波数変調用の注入電流制御部（交流発振器）２２
にフィードバックされる。よって、フィードバックされ
た第１高調波成分３８を、交流電流の一部として使用す
ることにより、変調角周波数ω_fmをより正確に制御する
ことができ、結果として、周波数が変調されたレーザ光
の部分を情報量の多い信号として利用することができ
る。

【００７０】

【発明の効果】この発明の半導体レーザを用いた光変調
方法によれば、半導体レーザに対して、レーザ光の強度
を変調するための矩形状の電流パルス波と、レーザ光の
周波数を変調するための交流電流とをそれぞれ同期させ
て注入することにより、レーザ光に含まれる信号の情報
量を増加させることが可能となった。

【００７１】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法によれば、強度変調されたレーザ光と、周波数
変調されたレーザ光とを、フィルタ等を用いて、それぞ
れ別個の正確な信号として容易に取り出すことが可能と
なった。

【００７２】また、この発明の半導体レーザを用いた光
変調方法によれば、強度および周波数が変調されたレー
ザ光について、光干渉計を用いて高い光出力（干渉波出
力）を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体レーザ駆動装置を説明するため図であ
る。

【図２】半導体レーザを用いたレーザ光の強度変調を説
明するため図（強度変調特性図）である。

【図３】半導体レーザを用いたレーザ光の周波数変調を
説明するため図（周波数変調特性図）である。

【図４】干渉光をフーリエ変換した際の、干渉波角周波
数と干渉波出力との関係を説明するため図である。

【図５】注入電流と、発振周波数との関係を示す図であ
る。

【図６】従来の半導体レーザ駆動装置を説明するため図
である。

【符号の説明】

１０、１１０：半導体レーザ １２：レンズ １４：キューブミラー １５：ビームスプリッタ（ハーフミラー） １６：第１のミラー １８：第２のミラー ２０、１１２：強度変調用の注入電流制御部（バイアス
電流注入部） ２２：周波数変調用の注入電流制御部 ２４：第１の反射面 ２６：第２の反射面 ２８：温度制御部 ３０：光分岐点 ３２：干渉光（ヘテロダイン干渉光） ３４、１１６：光検出部（光学系） ３６：高周波成分検出部 ３８：第１高調波成分 ４０：光出力 ５０、１００：半導体レーザ駆動装置 ６０：交流電流 ６２：周波数変調されたレーザ光 ６４：電流パルス波

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザに電流を注入して、レーザ
   光を直接的に光変調する方法において、 該半導体レーザに対して、該半導体レーザから出射され
   るレーザ光の強度を変調するための矩形状の電流パルス
   波と、該半導体レーザから出射されるレーザ光の周波数
   を変調するための交流電流とを同期させて注入すること
   を特徴する半導体レーザを用いた光変調方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザを用いた
   光変調方法において、前記電流パルス波におけるパルス
   幅が、０．１〜１、０００μｓｅｃ．の範囲内の値であ
   ることを特徴する半導体レーザを用いた光変調方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体レーザ
   を用いた光変調方法において、前記電流パルス波の電流
   値が最大の時点で、前記交流電流を同期させて注入する
   ことを特徴する半導体レーザを用いた光変調方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
   導体レーザを用いた光変調方法において、前記電流パル
   ス波の周波数をｆｂとし、前記交流電流の周波数をｆａ
   としたときに、ｆａ＞ｆｂとしてあることを特徴とする
   半導体レーザを用いた光変調方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体レーザを用いた
   光変調方法において、前記電流パルス波の周波数ｆｂ
   が、０．１〜１００ＭＨｚの範囲内の値であり、前記交
   流電流の周波数ｆａが、１０〜１００、０００ＭＨｚの
   範囲内の値であることを特徴とする半導体レーザを用い
   た光変調方法。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の半導体レーザ
   を用いた光変調方法において、前記交流電流の周波数ｆ
   ａが、前記電流パルス波の周波数ｆｂの１００〜１０、
   ０００倍の範囲内の値であることを特徴とする半導体レ
   ーザを用いた光変調方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の半
   導体レーザを用いた光変調方法において、強度および周
   波数が変調されて出射された前記レーザ光を、さらに、
   ヘテロダイン干渉計を用いて、ヘテロダイン干渉光に変
   えることを特徴とする半導体レーザを用いた光変調方
   法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体レーザを用いた
   光変調方法において、前記ヘテロダイン干渉光の第１次
   高調波成分をフィードバックして、前記交流電流の一部
   とすることを特徴とする半導体レーザを用いた光変調方
   法。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の半
   導体レーザを用いた光変調方法において、前記電流パル
   ス波および前記交流電流を、０〜４０℃の範囲内の温度
   雰囲気中で前記半導体レーザに注入することを特徴とす
   る半導体レーザを用いた光変調方法。