JP2842882B2 - 光スペクトル解析方法及びシステム - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はスぺクトル解析方法及びシステム、特に変調
された光学信号のスペクトラムの測定に関する。さらに
詳細には本発明は、ゲート化変調源および光学遅延回路
を使用して自己ホモダイン検出を達成し、変調された光
学信号のスペクトルを測定する方法および装置に関す
る。
された光学信号のスペクトラムの測定に関する。さらに
詳細には本発明は、ゲート化変調源および光学遅延回路
を使用して自己ホモダイン検出を達成し、変調された光
学信号のスペクトルを測定する方法および装置に関す
る。
（従来技術とその問題点） 光源のパワースペクトルは、その光源で動作する、フ
ァイバ光学システムまたは関連素子のような光学装置
（素子）の性能を決定する。たとえば、ファイバ光学シ
ステム内のどこかにある光学受信器にリンクするために
光ファイバケーブルにレーザ発信器が信号を送る場合、
レーザのパワースペクトルは光ファイバ中での分散に基
づくパルス歪の量を決定し、したがって連絡リンクの有
効性を決定する。
ァイバ光学システムまたは関連素子のような光学装置
（素子）の性能を決定する。たとえば、ファイバ光学シ
ステム内のどこかにある光学受信器にリンクするために
光ファイバケーブルにレーザ発信器が信号を送る場合、
レーザのパワースペクトルは光ファイバ中での分散に基
づくパルス歪の量を決定し、したがって連絡リンクの有
効性を決定する。
このパワースペクトルを測定する種々の技術が知られ
ている。残念ながら、それらは全てパワースペクトル測
定するのに限界や欠点がある。
ている。残念ながら、それらは全てパワースペクトル測
定するのに限界や欠点がある。
１つの周知の方法は格子分光計を使用するものであ
る。しかし、実際には、分解能の要求は格子分光計で可
能なものを越える。
る。しかし、実際には、分解能の要求は格子分光計で可
能なものを越える。
他の周知の方法は、ファブリ・ペロ（Fabry Perot）
弁別器、マッハ・ツェンダ（Mach Zehnder）弁別器、マ
イケルソン（Michelson）弁別器を用いる。しかし、AM
が存在するとこれらの弁別器によってなされる測定が混
乱する。
弁別器、マッハ・ツェンダ（Mach Zehnder）弁別器、マ
イケルソン（Michelson）弁別器を用いる。しかし、AM
が存在するとこれらの弁別器によってなされる測定が混
乱する。
別の公知の方法は走査ファブリ・ベロ分光計を用いて
いる。しかし、この分光計は広いスペクトル帯にわたっ
て動作されると、ダイナミック周波数帯域が制限され
る。
いる。しかし、この分光計は広いスペクトル帯にわたっ
て動作されると、ダイナミック周波数帯域が制限され
る。
半導体レーザスペクトル解析用の合成ヘテロダイン・
インタフェロメトリの技術は、Abitbol,C.,Gallion,P.,
Nakajima,H.,およびChabran,C.によって、“Analyse de
la Largeur Spectrale d'un Laser Semiconducteur pa
r Interferometrie Heterodyne Synthetique,"と題し、
J.Optics（Paris）,1984,Vol.15,No.6,PP.411−418に開
示されている。
インタフェロメトリの技術は、Abitbol,C.,Gallion,P.,
Nakajima,H.,およびChabran,C.によって、“Analyse de
la Largeur Spectrale d'un Laser Semiconducteur pa
r Interferometrie Heterodyne Synthetique,"と題し、
J.Optics（Paris）,1984,Vol.15,No.6,PP.411−418に開
示されている。
このレーザは、バイアス注入電流に小振幅矩形波信号
を重ねることによって周波数シフトされる。光学フィー
ルドは、光学遅延回路を含む不平衡でマッハ・ツェンダ
単シードファイバ・インタフェロメータによって分析さ
れる。そのインタフェロメータの出力にある検出器は光
学積（Product）検出器として働く。残念ながら、変調
は矩形波であることに限定され、そして変調速度は、矩
形波が遅延の２倍の周期を有するように光学回路中の遅
延に依存する。
を重ねることによって周波数シフトされる。光学フィー
ルドは、光学遅延回路を含む不平衡でマッハ・ツェンダ
単シードファイバ・インタフェロメータによって分析さ
れる。そのインタフェロメータの出力にある検出器は光
学積（Product）検出器として働く。残念ながら、変調
は矩形波であることに限定され、そして変調速度は、矩
形波が遅延の２倍の周期を有するように光学回路中の遅
延に依存する。
（発明の目的） 本発明の目的は、局部発振器の技術に基づいて、実際
の光学フィールドスペクトル、が混合され、ベースバン
ドに降下され、そして直接に観察できるような方法およ
び装置を提供することである。そして本発明の方法およ
び装置は付加的な局部発振器を用いないでこの局部発振
器法を達成する。
の光学フィールドスペクトル、が混合され、ベースバン
ドに降下され、そして直接に観察できるような方法およ
び装置を提供することである。そして本発明の方法およ
び装置は付加的な局部発振器を用いないでこの局部発振
器法を達成する。
（発明の概要） 本発明による一実施例は光学信号の光学フィールドス
ペクトルの直接測定を与える。本発明の方法および装置
はレーザのような単一光源を用いる。そしてこの光源に
よって発生された光学信号は選択的に変調するために変
調源によって制御される。従って、光源によって発生し
た光学信号は２つの状態、すなわち非変調状態の変調状
態（問題の光学フィールドスペクトルを運ぶ状態）とを
交互にとる。
ペクトルの直接測定を与える。本発明の方法および装置
はレーザのような単一光源を用いる。そしてこの光源に
よって発生された光学信号は選択的に変調するために変
調源によって制御される。従って、光源によって発生し
た光学信号は２つの状態、すなわち非変調状態の変調状
態（問題の光学フィールドスペクトルを運ぶ状態）とを
交互にとる。
光源によって発生した光学信号は光学遅延線と光学コ
ンジット（condnit）との並列回路に導かれる。各状態
の持続時間は光学遅延線の遅延時間またはその整数分の
１に等しい。信号源によって発生する光学信号の状態は
時系列（時間的には順次）で生じるけれども、これらは
光学コンジットと光学遅延線との並列光学回路を通され
た後同時に混合される。光源によって発生した光学信号
の非変調状態は局部発振器信号として働く。光学コンジ
ットと光学遅延線との並列結合と光検出器の組み合わせ
は、光源によって発生した光学信号の非変調状態および
変調状態を与えられたとき、自己ホモダイン受信器とし
て働く。光源によって発生した光学信号の非変調状態お
よび変調状態の自己ホモダイン混合は、マイクロ波スペ
クトル解析器のようなアナライザの帯域幅内に、光学パ
ワースペクトルを周波数変換する。
ンジット（condnit）との並列回路に導かれる。各状態
の持続時間は光学遅延線の遅延時間またはその整数分の
１に等しい。信号源によって発生する光学信号の状態は
時系列（時間的には順次）で生じるけれども、これらは
光学コンジットと光学遅延線との並列光学回路を通され
た後同時に混合される。光源によって発生した光学信号
の非変調状態は局部発振器信号として働く。光学コンジ
ットと光学遅延線との並列結合と光検出器の組み合わせ
は、光源によって発生した光学信号の非変調状態および
変調状態を与えられたとき、自己ホモダイン受信器とし
て働く。光源によって発生した光学信号の非変調状態お
よび変調状態の自己ホモダイン混合は、マイクロ波スペ
クトル解析器のようなアナライザの帯域幅内に、光学パ
ワースペクトルを周波数変換する。
本発明の方法および装置は基本的に波長に依存しない
（300nm以上の検出器およびファイバ素子によってのみ
限定される）。また、付加的な局部発振器のトラッキン
グ動作は必要とされない。また、上記文献に開示された
ものを含めて公知の光学スペクトル解析と異なって光源
によって発生された光学信号のゲートに変調を与えるた
めに変調源がゲート信号によってゲートされるとき、高
周波変調が与えられる。すなわち、ゲート関数の下に変
調が存在する。この変調は、従来のような光学遅延線の
遅延と結びついた変調速度ではなく、ゲート周波数より
大きい任意の周波数でよい。
（300nm以上の検出器およびファイバ素子によってのみ
限定される）。また、付加的な局部発振器のトラッキン
グ動作は必要とされない。また、上記文献に開示された
ものを含めて公知の光学スペクトル解析と異なって光源
によって発生された光学信号のゲートに変調を与えるた
めに変調源がゲート信号によってゲートされるとき、高
周波変調が与えられる。すなわち、ゲート関数の下に変
調が存在する。この変調は、従来のような光学遅延線の
遅延と結びついた変調速度ではなく、ゲート周波数より
大きい任意の周波数でよい。
（実施例） 本発明は光学信号の光学フィールドスペクトルの直接
測定を可能にする。レーザのような単一の光源が、光学
パワースペクトルを解析器（たとえばマイクロ波スペク
トル解析器）の帯域幅内に周波数変換するのに用いられ
る。これは、光源によって発生した光学信号を２つの状
態、すなわち非変調状態（局部発振器信号の代わりに用
いられる）と変調状態（問題の光学フィールドスペクト
ルラムを運ぶ）とに切り換え、光学遅延回路を含む自己
ホモダイン受信器内でこれらの状態を混合することによ
って達成される。
測定を可能にする。レーザのような単一の光源が、光学
パワースペクトルを解析器（たとえばマイクロ波スペク
トル解析器）の帯域幅内に周波数変換するのに用いられ
る。これは、光源によって発生した光学信号を２つの状
態、すなわち非変調状態（局部発振器信号の代わりに用
いられる）と変調状態（問題の光学フィールドスペクト
ルラムを運ぶ）とに切り換え、光学遅延回路を含む自己
ホモダイン受信器内でこれらの状態を混合することによ
って達成される。
第１図は、10で一般的に示された本発明の一実施例に
よる光学スペクトル解析器の概略図である。光学スペク
トル解析器10は光学信号を発生する光源12を含む。光源
にはたとえばDFBレーザのようなレーザでよい。
よる光学スペクトル解析器の概略図である。光学スペク
トル解析器10は光学信号を発生する光源12を含む。光源
にはたとえばDFBレーザのようなレーザでよい。
本発明により、光学スペクトル解析器10はさらに、光
源12に接続された変調源14を有する。変調源14は変調の
バーストを発生するゲート変調器が望ましい。こうし
て、第２図に示すように、変調源14はゲート信号16を発
生する。ゲート信号（ゲート関数）16は変調信号18をゲ
ートするためのトリガ信号として用いられ、それによっ
てゲートに変調信号20が発生する。ゲート信号16が重ね
られる変調信号18は、連続波、パルス、疑似ランダムビ
ットシーケンス（PRBS）または他の形式でよい。ゲート
化変調信号20は第２図に示すように、50％のデューティ
サイクルおよび2Tの周期を有しているのが望ましい。変
調周波数（fm）とゲート周波数（fGATE）との関係は、 fm＞fGATE 変調源14によって発生したゲート変調信号20は光源12
によって発生した光学信号を変調する。第３図に示され
るように、光源12によって発生した光学信号は２つの状
態、即ち第3A図に示された非変調状態と、第3B図に示さ
れた問題の光学フィールドスペクトルを運ぶ変調状態と
をとる。
源12に接続された変調源14を有する。変調源14は変調の
バーストを発生するゲート変調器が望ましい。こうし
て、第２図に示すように、変調源14はゲート信号16を発
生する。ゲート信号（ゲート関数）16は変調信号18をゲ
ートするためのトリガ信号として用いられ、それによっ
てゲートに変調信号20が発生する。ゲート信号16が重ね
られる変調信号18は、連続波、パルス、疑似ランダムビ
ットシーケンス（PRBS）または他の形式でよい。ゲート
化変調信号20は第２図に示すように、50％のデューティ
サイクルおよび2Tの周期を有しているのが望ましい。変
調周波数（fm）とゲート周波数（fGATE）との関係は、 fm＞fGATE 変調源14によって発生したゲート変調信号20は光源12
によって発生した光学信号を変調する。第３図に示され
るように、光源12によって発生した光学信号は２つの状
態、即ち第3A図に示された非変調状態と、第3B図に示さ
れた問題の光学フィールドスペクトルを運ぶ変調状態と
をとる。
再び第１図において、光学スペクトル解析器10はさら
に光源12に接続された第１の光学パワースプリッタ22を
有する。光学スペクトル解析器10はまた、光学コンジッ
ト（conduit）24（その入力は第１の光学パワースプリ
ッタ22に接続される）および光学遅延線26（その入力は
第１の光学パワースプリッタに接続される）を有してい
る。光学コンジット24は光ファイバケーブルでも、大気
（すなわち自由空間）でもよい。光学遅延線26は所定の
長さの光学ファイバケーブルが望ましい。ゲート周波数
と光学遅延線26の所定の遅延時間（Ｔ）との関係は、 fGATE・Ｔ＝ｎ＋1/2、（ｎ＝０、１、２、…） 光学コンジット24および遅延線26の出力は、これもま
た光学スペクトル解析器10に含まれる第２の光学パワー
スプリッタ28に接続される。従って、光学コンジット24
および光学遅延線20は並列光学回路として接続される。
に光源12に接続された第１の光学パワースプリッタ22を
有する。光学スペクトル解析器10はまた、光学コンジッ
ト（conduit）24（その入力は第１の光学パワースプリ
ッタ22に接続される）および光学遅延線26（その入力は
第１の光学パワースプリッタに接続される）を有してい
る。光学コンジット24は光ファイバケーブルでも、大気
（すなわち自由空間）でもよい。光学遅延線26は所定の
長さの光学ファイバケーブルが望ましい。ゲート周波数
と光学遅延線26の所定の遅延時間（Ｔ）との関係は、 fGATE・Ｔ＝ｎ＋1/2、（ｎ＝０、１、２、…） 光学コンジット24および遅延線26の出力は、これもま
た光学スペクトル解析器10に含まれる第２の光学パワー
スプリッタ28に接続される。従って、光学コンジット24
および光学遅延線20は並列光学回路として接続される。
光学スペクトル解析器10はさらに光検出器30を有す
る。光検出器30はたとえばホトダイオードでよい。光検
出器30の検出帯域幅は、AM、FM帯域幅より広いことが望
ましい。最後に、光学スペクトル解析器10は、マイクロ
波スペクトル解析器またはRFスペクトル解析器のような
解析器を含むことが望ましい。
る。光検出器30はたとえばホトダイオードでよい。光検
出器30の検出帯域幅は、AM、FM帯域幅より広いことが望
ましい。最後に、光学スペクトル解析器10は、マイクロ
波スペクトル解析器またはRFスペクトル解析器のような
解析器を含むことが望ましい。
第１の光学パワースプリッタ22、光学コンジット24、
光学遅延線26、第２の光学パワースプリッタ28、および
光検出器30の組み合わせは次に説明するように、第３図
に示された光源12によって発生する交互に非変調状態、
変調状態（変調された状態）になる光学信号に応答して
自己ホモダイン受信器となる。光源12によって発生した
非変調光学信号は局部発振器信号の代わりに用いられ
る。
光学遅延線26、第２の光学パワースプリッタ28、および
光検出器30の組み合わせは次に説明するように、第３図
に示された光源12によって発生する交互に非変調状態、
変調状態（変調された状態）になる光学信号に応答して
自己ホモダイン受信器となる。光源12によって発生した
非変調光学信号は局部発振器信号の代わりに用いられ
る。
光学コンジット24を通過する光学信号をEA（ｔ）、光
学遅延線26を通過する光学信号をEB（ｔ）とする。E
A（ｔ）は第4A図に示され、EB（ｔ）は第4B図に示され
ている。EA（ｔ）およびEB（ｔ）は交互に局部発振器信
号、変調光学信号（変調された光学信号）として働く。
学遅延線26を通過する光学信号をEB（ｔ）とする。E
A（ｔ）は第4A図に示され、EB（ｔ）は第4B図に示され
ている。EA（ｔ）およびEB（ｔ）は交互に局部発振器信
号、変調光学信号（変調された光学信号）として働く。
光源12によって発生した交互に非変調状態、変調状態
となる光学信号が第１、第２の光学パワースプリッタ2
2、28において分離、再結合される結果として、フィー
ルドＥは２つの部分より成る。１つに光源によって発生
した変調光学信号によるもの、もう１つは非変調光学信
号によるものである。従って、光検出器30における信号
電流IDは、 EA（ｔ）２＋EA（ｔ）２＋２〔EA（ｔ）・EB（ｔ）〕 に比例する。最初の２つの項は光学強度変調を表す。最
後の項は問題のスペクトル情報を与える。
となる光学信号が第１、第２の光学パワースプリッタ2
2、28において分離、再結合される結果として、フィー
ルドＥは２つの部分より成る。１つに光源によって発生
した変調光学信号によるもの、もう１つは非変調光学信
号によるものである。従って、光検出器30における信号
電流IDは、 EA（ｔ）２＋EA（ｔ）２＋２〔EA（ｔ）・EB（ｔ）〕 に比例する。最初の２つの項は光学強度変調を表す。最
後の項は問題のスペクトル情報を与える。
たとえば、第４図に示されたように時間Ｔの間、E
A（ｔ）が光源12より発生した不変調光学信号で現在、
局部発振器信号として作用し、またEB（ｔ）がAM、FM両
方とも課された変調光学信号である場合、上記式におけ
る第３項（これはEA（ｔ）・EB（ｔ）に比例する）は実
効的に局部発振器信号の等価物と未知の信号との間の混
合を表す。これによって、この測定の分解能が、レーザ
のような光源12の変調されていないときの線幅及び光学
コンジット24と光学遅延線26の干渉計伝達関数の関数と
なる。
A（ｔ）が光源12より発生した不変調光学信号で現在、
局部発振器信号として作用し、またEB（ｔ）がAM、FM両
方とも課された変調光学信号である場合、上記式におけ
る第３項（これはEA（ｔ）・EB（ｔ）に比例する）は実
効的に局部発振器信号の等価物と未知の信号との間の混
合を表す。これによって、この測定の分解能が、レーザ
のような光源12の変調されていないときの線幅及び光学
コンジット24と光学遅延線26の干渉計伝達関数の関数と
なる。
光学スペクトル解析器10はIM変調の間レーザが受ける
チャープ（chirp）を直接測定できる。レーザ変調は、
光学回路の遅延差の２倍の周期の矩形波によってゲート
するのが望ましい。ゲート関数16がオンのとき、変調信
号はレーザに通過することが許される。その結果、２つ
の光学ビーム（１つは非変調、他は変調）が混合され、
レーザのチャープと直接関連した項が生じる。
チャープ（chirp）を直接測定できる。レーザ変調は、
光学回路の遅延差の２倍の周期の矩形波によってゲート
するのが望ましい。ゲート関数16がオンのとき、変調信
号はレーザに通過することが許される。その結果、２つ
の光学ビーム（１つは非変調、他は変調）が混合され、
レーザのチャープと直接関連した項が生じる。
たとえば、DFB半導体レーザが光学通信システムにお
いてより広く使用されるにつれて、それのより正確な特
徴化がだんだん必要になってきている。線幅および小さ
な周波数偏移の測定は、ファイバ光学回路を用いて達成
できる長い遅延を利用することによって説明されてい
る。例えば、Electron.Lett,1980,vol.16,pp.630−631,
に“Novel Method for High Resolution Measurement o
f Laser Output Spectrum,"と題し、またE1ectron.Let
t,1986,vol.22,pp.1052−1054に“Measurement of Dire
ct Frequency Modulation Characteristics of DFB−LD
by Delayed self−Homodyne Technique,"と題して説明
されている。
いてより広く使用されるにつれて、それのより正確な特
徴化がだんだん必要になってきている。線幅および小さ
な周波数偏移の測定は、ファイバ光学回路を用いて達成
できる長い遅延を利用することによって説明されてい
る。例えば、Electron.Lett,1980,vol.16,pp.630−631,
に“Novel Method for High Resolution Measurement o
f Laser Output Spectrum,"と題し、またE1ectron.Let
t,1986,vol.22,pp.1052−1054に“Measurement of Dire
ct Frequency Modulation Characteristics of DFB−LD
by Delayed self−Homodyne Technique,"と題して説明
されている。
ファイバリンク上での分散を決定するのに有用な別の
重要な測定は、現在の変調されたDFBレーザの光学フィ
ールドのスペクトルの測定である。本発明による方法お
よび装置はゲート化変調と結合した光学遅延線26を用い
て、通常の動作状態にあるDFB−レーザの光学フィール
ドと強度との両方のホモダインパワースペクトルを測定
する。
重要な測定は、現在の変調されたDFBレーザの光学フィ
ールドのスペクトルの測定である。本発明による方法お
よび装置はゲート化変調と結合した光学遅延線26を用い
て、通常の動作状態にあるDFB−レーザの光学フィール
ドと強度との両方のホモダインパワースペクトルを測定
する。
本発明の方法および装置において、変調DFBレーザとC
W局部発振器との混合は適当な光学遅延と結びついたゲ
ート変調を用いて単一のレーザで達成される。これによ
り、＋／−22GHzまでの周波数チャープ測定が実行でき
る。広帯域幅分析器32（すなわち、光学検出器、プリア
ンプ、およびマイクロ波スペクトル解析器）でその混合
された光学信号を測定することによって周波数チャープ
の直接観察が可能になる。
W局部発振器との混合は適当な光学遅延と結びついたゲ
ート変調を用いて単一のレーザで達成される。これによ
り、＋／−22GHzまでの周波数チャープ測定が実行でき
る。広帯域幅分析器32（すなわち、光学検出器、プリア
ンプ、およびマイクロ波スペクトル解析器）でその混合
された光学信号を測定することによって周波数チャープ
の直接観察が可能になる。
さらに詳細にいうと、DFBレーザは光源12となり、２
つの動作状態間（各状態は時間Ｔだけ続く）で切り換え
られる。一方の状態では、レーザはCW局部発振器として
動作し、他方の状態では、任意の所望のAC結合変調をレ
ーザに加えることができる。時間Ｔは変調期間よりずっ
と長いものと仮定する。
つの動作状態間（各状態は時間Ｔだけ続く）で切り換え
られる。一方の状態では、レーザはCW局部発振器として
動作し、他方の状態では、任意の所望のAC結合変調をレ
ーザに加えることができる。時間Ｔは変調期間よりずっ
と長いものと仮定する。
レーザ信号は第１の光学パワースプリッタ22へ、そし
て光学コンジット24、光学遅延線26からなる並列光学回
路に送られる。この並列光学回路の時間遅延差Ｔは第２
のパワースプリッタ28において、変調レーザ状態と非変
調レーザ状態との連続を起こさせる。この回路は光検出
器30とともに光学的ホモダイン受信機として動作する。
変調レーザ信号がCW局部発振器信号と混合され、２つの
別々のレーザが必要であるという制限を受けない。
て光学コンジット24、光学遅延線26からなる並列光学回
路に送られる。この並列光学回路の時間遅延差Ｔは第２
のパワースプリッタ28において、変調レーザ状態と非変
調レーザ状態との連続を起こさせる。この回路は光検出
器30とともに光学的ホモダイン受信機として動作する。
変調レーザ信号がCW局部発振器信号と混合され、２つの
別々のレーザが必要であるという制限を受けない。
出力光電流の最終パワースペクトルは２つの要素から
なる。第１のものはレーザのゲートされた強度変調に関
連した直接フィードスルー項である。第２の項は非変
調、変調レーザ状態間の光学的混合の結果である。この
題２の項はレーザによって発生した光学信号の周波数変
化の直接観察を提供する。実際に、これら２つの項は、
強度変調項はスペクトル的に狭く、これに対して光学FM
スペクトルに関連した項はレーザ線（ライン）幅のため
広くなるため、容易に区別される。
なる。第１のものはレーザのゲートされた強度変調に関
連した直接フィードスルー項である。第２の項は非変
調、変調レーザ状態間の光学的混合の結果である。この
題２の項はレーザによって発生した光学信号の周波数変
化の直接観察を提供する。実際に、これら２つの項は、
強度変調項はスペクトル的に狭く、これに対して光学FM
スペクトルに関連した項はレーザ線（ライン）幅のため
広くなるため、容易に区別される。
DFBレーザの実際の測定に第１図に示された光学スペ
クトル解析器10を用いて実行された。1.32μｍで動作す
るあるDFBレーザ（閾値電流＝14.4mA）の出力は、第１
のパワースプリッタ22に結合される前に２つのアイソレ
ータ（図示せず）を通過させた。遅延差（＞３μsec）
はDFBレーザ（線幅＞20MHz）のコヒーレンス時間よりず
っと長かった。
クトル解析器10を用いて実行された。1.32μｍで動作す
るあるDFBレーザ（閾値電流＝14.4mA）の出力は、第１
のパワースプリッタ22に結合される前に２つのアイソレ
ータ（図示せず）を通過させた。遅延差（＞３μsec）
はDFBレーザ（線幅＞20MHz）のコヒーレンス時間よりず
っと長かった。
光検出器30によって発生した信号は分析器32（たとえ
ば、高速InGaAs検出器、マイクロ波プリアンプ、および
マイクロ波スペクトル解析器を含んでHewlett−Packard
Company社製HP71400A光波信号解析器のような100KHz〜
22GHzで較正されたマイクロ波スペクトル解析器）に送
られた。電気検出システムの帯域幅は22GHz（1.3μｍで
＋１−0.12nm）であった。これはDFBレーザで達成でき
る典型的な周波数変化によく合致する。
ば、高速InGaAs検出器、マイクロ波プリアンプ、および
マイクロ波スペクトル解析器を含んでHewlett−Packard
Company社製HP71400A光波信号解析器のような100KHz〜
22GHzで較正されたマイクロ波スペクトル解析器）に送
られた。電気検出システムの帯域幅は22GHz（1.3μｍで
＋１−0.12nm）であった。これはDFBレーザで達成でき
る典型的な周波数変化によく合致する。
DFBレーザは正弦、PRBS変調両方の下で測定された。
熱的に誘起された周波数チャープを防止するのを助ける
ために、変調源14は、レーザへの平均電流がゲート期間
の両半分の間一定となるようにAC結合された。
熱的に誘起された周波数チャープを防止するのを助ける
ために、変調源14は、レーザへの平均電流がゲート期間
の両半分の間一定となるようにAC結合された。
第５図は、正弦、PRBS変調に対する光検出器30の光電
流のパワースペクトルを示す。正弦変調の場合（第5A
図）、変調周波数fmは100MHz、DCバイアス電流は36mA、
変調指数は約83％であった。結果としてのレーザの周波
数チャープは約＋／−13であって、約130のFM変調指数
に対応する。3GHz以下の個別（ディスクリート）のスペ
クトル要素は、基本（100MHz）および、レーザの非線形
特性によって発生した種々の高調波での強度変調の直接
フィードスルーによるものである。PRBS変調の場合（第
5B図）、クロック周波数fcは350MHz、バイアス電流は50
MA、変調深さは約20％、そしてコードシーケンスはNRZ
（長さ＝Z7−１）であった。正弦波変調に比較して、FM
周波数チャープのより漸進的なロール・オフはPRBS変調
のより広い周波数スペクトルによると思われる。第5B図
の底部トレースは光学信号がブロックされている解析器
32の雑音フロアである。
流のパワースペクトルを示す。正弦変調の場合（第5A
図）、変調周波数fmは100MHz、DCバイアス電流は36mA、
変調指数は約83％であった。結果としてのレーザの周波
数チャープは約＋／−13であって、約130のFM変調指数
に対応する。3GHz以下の個別（ディスクリート）のスペ
クトル要素は、基本（100MHz）および、レーザの非線形
特性によって発生した種々の高調波での強度変調の直接
フィードスルーによるものである。PRBS変調の場合（第
5B図）、クロック周波数fcは350MHz、バイアス電流は50
MA、変調深さは約20％、そしてコードシーケンスはNRZ
（長さ＝Z7−１）であった。正弦波変調に比較して、FM
周波数チャープのより漸進的なロール・オフはPRBS変調
のより広い周波数スペクトルによると思われる。第5B図
の底部トレースは光学信号がブロックされている解析器
32の雑音フロアである。
第６図は最大周波数チャープ対DFBレーザの変調指数
のプロットを示す。両方の曲線に対する変調速度は類似
していた（すなわち、正弦変調、fm＝300MHz、PRBS、fc
＝365MHz）。
のプロットを示す。両方の曲線に対する変調速度は類似
していた（すなわち、正弦変調、fm＝300MHz、PRBS、fc
＝365MHz）。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明による方法お
よび装置は、局部発振器を別個に設けることなしに、変
調されたDFBレーザの光学フィールドのホモダインパワ
ースペクトルを直接測定できる。種々の修正、変形が本
発明の精神、範囲から離れないでなしうることは当業者
に明らかであろう。
よび装置は、局部発振器を別個に設けることなしに、変
調されたDFBレーザの光学フィールドのホモダインパワ
ースペクトルを直接測定できる。種々の修正、変形が本
発明の精神、範囲から離れないでなしうることは当業者
に明らかであろう。
第１図は本発明による光スペクトル解析器のブロック
図、第２図は第１図に示した変調源によって発生される
信号を示した図、第3A図および第3B図は非変調光学信号
と変調光学信号との周波数スペクトルを示した図、第４
図は、第１図に示した光源によって発生される光学信号
を示した図、第5A図および第5B図はDFBレーザに対する
本発明による分析器の出力信号の状態を示した図、第６
図は本発明による分析器のDFBレーザに対する最大周波
数チャープ対変調指数の関係を示した図である。 12:光学（レーザ） 14:変調源（ゲート変調源） 22、28:パワ・スプリッタ 24:光学コンジット 26:光学遅延線
図、第２図は第１図に示した変調源によって発生される
信号を示した図、第3A図および第3B図は非変調光学信号
と変調光学信号との周波数スペクトルを示した図、第４
図は、第１図に示した光源によって発生される光学信号
を示した図、第5A図および第5B図はDFBレーザに対する
本発明による分析器の出力信号の状態を示した図、第６
図は本発明による分析器のDFBレーザに対する最大周波
数チャープ対変調指数の関係を示した図である。 12:光学（レーザ） 14:変調源（ゲート変調源） 22、28:パワ・スプリッタ 24:光学コンジット 26:光学遅延線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ｃ．Ａｂｉｔｂｏｌ，Ｐ．Ｇｏｌｌｉ ｏｎ，Ｈ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｃ．ｃｈ ａｂｒａｎ ”Ａｎａｌｙｓｅ ｄｅ ｌａ ｌａｒｇｅｕｒ Ｓｐｅｃｔｒａ ｌｅ ｄ’ｕｎ ｌａｓｅｒ ｓｅｍｉ ｃｏｎｄｕｃｔｅｕｒ ｐａｒ ｉｎｔ ｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｓ ｈｅｔａｒ ｏｄｙｎｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｑｕ ｅ”，Ｊ．Ｏｐｔｉｃｓ（Ｐａｒｉ ｓ），1984，ｖｏｌ．15，ｎｏ．６，ｐ ｐ．411−418 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04
Claims (13)
- 【請求項１】以下のステップ（ａ）ないし（ｅ）を含
み： （ａ）光信号を生成する光源を提供する； （ｂ）前記光学信号を変調する変調源を提供する； （ｃ）前記光学信号を光学回路に導入し、遅延された状
態にある光学信号と遅延されていない状態にある光学信
号を提供する； （ｄ）前記遅延された状態にある光学信号と前記遅延さ
れていない状態にある光学信号を前記光学回路を通した
後、同時に再結合する； （ｅ）前記遅延された状態にある光学信号と前記遅延さ
れていない状態にある光学信号を混合する； 実際の光学フィールドスペクトルを混合によってベース
バンドに周波数を落とす局部発信器法に基づいて光信号
の光学フィールドスペクトルを直接解析する光スペクト
ル解析方法において、 以下のステップ（Ａ）を設けたことを特徴とする光スペ
クトル解析方法： （Ａ）前記光学信号を変調して、前記光学信号が前記変
調されていない状態と光学フィールドスペクトルが乗っ
ている前記変調された状態の間で交互に切替わるように
する前記変調源を設ける：前記変調されていない状態に
ある光学信号が局部発信信号として働き、これにより前
記光学信号の前記変調されている状態にあるものと前記
変調されていない状態にあるものを自己ホモダイン混合
する。 - 【請求項２】前記変調源は、変調関数によって前記変調
源がオン側にゲートされたとき前記光学信号を高周波変
調し、前記光学信号をゲート変調することを特徴とする
請求項１記載の光スペクトル解析方法。 - 【請求項３】前記光学回路は前記遅延された状態にある
光学信号と前記遅延されていない状態にある光学信号の
間に差動遅延を有し、 前記変調は前記ゲート動作の周波数であるゲート周波数
よりも高い任意の周波数で行われる ことを特徴とする請求項１記載の光スペクトル解析方
法。 - 【請求項４】前記光学信号の前記変調されている状態に
あるものと前記変調されていない状態にあるものが再結
合されたものを混合するステップは、前記光源によって
生成された前記光学信号の前記変調されている状態にあ
るものと前記変調されていない状態にあるものが再結合
されたものを光検出器で混合するステップを含むことを
特徴とする請求項１または２記載の光スペクトル解析方
法。 - 【請求項５】以下の（ａ）ないし（ｆ）を含む光スペク
トル解析システム： （ａ）光学信号を生成する光源； （ｂ）前記光源に接続され前記光学信号を変調する変調
源：前記変調源は前記光学信号に与えられる変調信号を
ゲートするトリガ信号として用いられるゲート関数を生
成し、これにより前記光学信号を変調するゲートされた
変調信号を生成して前記光源によって生成される光学信
号が変調されていない状態と問題としている光学フィー
ルドスペクトルが乗った変調された状態の間で交互に切
替わるようにし、これにより、変調されていない前記光
学信号が変調された前記光学信号との自己ホモダイン混
合のための局部発振器信号として働くようにする； （ｃ）前記光源に接続され前記光学信号を分割する第１
の光学パワースプリッタ； （ｄ）入力と出力を有する光学コンジット：前記光学コ
ンジットの前記入力は前記第１の光学パワースプリッタ
に接続されている； （ｅ）入力と出力を有し、予め定められた時間遅延を有
する光学遅延線：前記光学遅延線の前記入力は前記第１
の光学パワースプリッタに接続されている； （ｆ）前記光学信号を再結合する第２の光学パワースプ
リッタ：前記光学コンジットの前記出力と前記光学遅延
線の前記出力は前記第２の光学パワースプリッタに接続
されている。 - 【請求項６】前記変調源は変調のバーストを生成するゲ
ート変調器であることを特徴とする請求項５記載の光ス
ペクトル解析システム。 - 【請求項７】前記ゲート関数が重畳される前記変調信号
は、連続波、パルスまたは擬似ランダムビットシーケン
スであることを特徴とする請求項５または６記載の光ス
ペクトル解析システム。 - 【請求項８】前記変調源によってかけられる変調の周波
数fmと前記ゲート動作の周波数fGATEの関係は,fm＞f
GATEであることを特徴とする請求項５ないし７の何れか
に記載の光スペクトル解析システム。 - 【請求項９】前記光学コンジットは光ファイバケーブル
または自由空間であることを特徴とする請求項５ないし
８の何れかに記載の光スペクトル解析システム。 - 【請求項１０】前記光学遅延線は予め定められた長さの
光ファイバケーブルを含むことを特徴とする請求項５な
いし９の何れかに記載の光スペクトル解析システム。 - 【請求項１１】前記ゲート動作の周波数fGATEと前記光
学遅延線の前記遅延時間Ｔの関係は、fGATE・Ｔ＝ｎ＋1
/2（ここで、ｎ＝０、１、２、・・・）であることを特
徴とする請求項５ないし10の何れかに記載の光スペクト
ル解析システム。 - 【請求項１２】時間ｔに対して、EA（ｔ）を現在局部発
振器信号として働いている前記変調されていない光学信
号とし、EB（ｔ）をAMとFMの両者がかけられている前記
変調された光学信号であるとするとき、 前記光検出器はEA（ｔ）２＋EB（ｔ）２＋２［EA（ｔ）
・EB（ｔ）］に比例する信号電流を生成し、 前記項EA（ｔ）・EB（ｔ）は局部発振器信号に等価なも
のと未知の信号の混合を実効的に表し、前記問題として
いるスペクトル情報を与える ことを特徴とする請求項５ないし11の何れかに記載の光
スペクトル解析システム。 - 【請求項１３】前記光信号のパワースペクトルを表示す
るアナライザを含むことを特徴とする請求項５ないし12
の何れかに記載の光スペクトル解析システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US146,915 | 1988-01-22 | ||
| US07/146,915 US4859843A (en) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | Method and apparatus for optical signal analysis using a gated modulation source and an optical delay circuit to achieve a self-homodyne receiver |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01308971A JPH01308971A (ja) | 1989-12-13 |
| JP2842882B2 true JP2842882B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=22519552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1011789A Expired - Fee Related JP2842882B2 (ja) | 1988-01-22 | 1989-01-20 | 光スペクトル解析方法及びシステム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4859843A (ja) |
| EP (1) | EP0325480B1 (ja) |
| JP (1) | JP2842882B2 (ja) |
| DE (1) | DE68915553T2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5319438A (en) * | 1992-01-24 | 1994-06-07 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Interferometric, self-homodyne optical receiver and method and optical transmission system incorporating same |
| FR2689632B1 (fr) * | 1992-04-02 | 1997-09-19 | Thomson Csf | Detecteur a fibre optique de contraintes. |
| US7283572B2 (en) * | 2004-01-15 | 2007-10-16 | Ben Gurion University Of The Negey | Measurement of wavelength transients in tunable lasers |
| US10050713B2 (en) * | 2015-03-02 | 2018-08-14 | Futurewei Technologies, Inc. | Optical transceiver using duplex media, self-homodyne detection (SHD), coherent detection, and uncooled laser |
| CN112505408B (zh) * | 2020-11-19 | 2022-02-08 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | 一种微波光子测频装置与方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4725774A (en) * | 1986-06-20 | 1988-02-16 | Northrop Corporation | Integrated interferometric acousto-optic spectrum analyzer |
| US4768880A (en) * | 1986-06-23 | 1988-09-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for accurate loop length determination in fiber-optic sensors and signal processors |
| GB2192272B (en) * | 1986-07-02 | 1990-06-06 | Cossor Electronics Ltd | Spectrum analyser |
-
1988
- 1988-01-22 US US07/146,915 patent/US4859843A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-01-20 DE DE68915553T patent/DE68915553T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-01-20 EP EP89300554A patent/EP0325480B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-01-20 JP JP1011789A patent/JP2842882B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｃ．Ａｂｉｔｂｏｌ，Ｐ．Ｇｏｌｌｉｏｎ，Ｈ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｃ．ｃｈａｂｒａｎ "Ａｎａｌｙｓｅ ｄｅ ｌａ ｌａｒｇｅｕｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌｅ ｄ’ｕｎ ｌａｓｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｅｕｒ ｐａｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｓ ｈｅｔａｒｏｄｙｎｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｑｕｅ"，Ｊ．Ｏｐｔｉｃｓ（Ｐａｒｉｓ），１９８４，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．６，ｐｐ．４１１−４１８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01308971A (ja) | 1989-12-13 |
| EP0325480B1 (en) | 1994-06-01 |
| EP0325480A3 (en) | 1991-04-24 |
| DE68915553D1 (de) | 1994-07-07 |
| EP0325480A2 (en) | 1989-07-26 |
| US4859843A (en) | 1989-08-22 |
| DE68915553T2 (de) | 1994-09-15 |
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