JP5124223B2 - 光チャープ特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばレーザダイオードの光チャープ特性を測定する光チャープ特性測定装置に関する。

近年、インターネットの急速な普及による通信需要の増大に伴い、光ファイバ伝送における伝送速度の更なる高速化や通信システムの長距離化が求められており、種々の検討が進められている。例えば、レーザダイオードから出射されるレーザ光を強度変調する際に、レーザ光の波長が揺らぐ現象（光チャープ）が発生する。この光チャープが増大するに従って符号誤り率が増大し、伝送距離が短く抑えられてしまうという問題が生じるので、長距離伝送を行うためには、この光チャープを小さく抑える必要がある。そこで、レーザダイオードの光チャープ特性を高精度に評価する装置が望まれている。

従来の光チャープ特性測定装置としては、マッハツェンダ干渉計を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示されたものは、光周波数弁別器としてのマッハツェンダ干渉計と、マッハツェンダ干渉計の出力信号を制御する干渉計制御部とを備え、干渉計制御部が、マッハツェンダ干渉計の出力信号の最大値及び最小値から、出力信号が減少する中間点と、出力信号が増加する中間点とを求め、マッハツェンダ干渉計の両アーム長間の差をそれぞれの中間点となるよう設定した状態で出力信号を測定し、それらの出力信号から強度成分と周波数成分とを分離して光チャープ特性を測定するようになっている。
特開平７−７２０４０号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来のものは、２つの中間点におけるマッハツェンダ干渉計の出力信号をそれぞれ別個に測定する構成なので、光チャープ特性の測定精度が低下するという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、光チャープ特性を従来よりも高精度かつ短時間に測定することができる光チャープ測定装置を提供することを目的とする。

本発明の光チャープ測定装置は、被測定光を２つの光に分岐した後に該２つの光を合波して干渉させることによって前記被測定光の光周波数の変化（Δｆ）を光強度の変化に変換して互いに位相反転した２つの光干渉強度信号を出力する光干渉手段（１０、４０）と、前記２つの光干渉強度信号の差分を示す差分電気信号を出力する差分電気信号出力手段（２０）にして、前記２つの光干渉強度信号が同時に入力される２つの受光回路（２１、２２）を含み、前記２つの受光回路の出力信号を減算して前記差分電気信号として出力する当該差分電気信号出力手段（２０）と、予め取得された前記光干渉手段（１０、４０）の光周波数変化（Δｆ）に対する前記光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）の関係を示すデータと前記被測定光に係る前記差分電気信号とに基づいて光チャープ特性を測定する光チャープ特性測定手段（１０５）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、光干渉強度信号の弁別レベルを同時に定めることができ、２つの光干渉強度信号の弁別レベルを別個に定める従来のものよりも光チャープ特性を高精度かつ短時間に測定することができる。

また、本発明の光チャープ測定装置は、前記光干渉手段（１０、４０）は、前記被測定光を第１光路及び第２光路に分岐する光分岐手段（１２）と、前記第１光路の光と前記第２光路の光とを合波する光合波手段（１４）と、前記第１光路と前記第２光路との光路長差を調整することによって前記第１光路の光と前記第２光路の光との位相差を調整する位相差調整手段（１３、１０３）とを含み、前記位相差調整手段（１３、１０３）は、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧が任意の電圧になるように前記光路長差を設定できる構成を有している。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、差分電気信号出力手段の出力電圧が任意の電圧になるように光干渉手段の光路長差を設定できるので、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅の任意の位置に光干渉手段の弁別レベルを同時に定めることができ、２つの光干渉強度信号の弁別レベルを別個に定める従来のものよりも光チャープ特性を高精度かつ短時間に測定することができる。

さらに、本発明の光チャープ測定装置は、前記光干渉手段（１０、４０）は、前記被測定光を入射し、互いに直交する第１の偏光と第２の偏光とに分離して導波する偏波保持ファイバ（４１ｂ）と、該偏波保持ファイバ（４１ｂ）に応力を付与して前記第１の偏光と前記第２の偏光との位相差を調整する位相差調整手段（４１ａ、３０１）と、前記偏波保持ファイバ（４１ｂ）の出力光のうち特定方向の直線偏光を出力する検光子（４２）と、該検光子（４２）の出力光を分岐して互いに位相反転した２つの光干渉強度信号を出力するファイバカプラ（４３）とを含み、前記位相差調整手段（４１ａ、３０１）は、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧が任意の電圧になるように前記第１の偏光と前記第２の偏光の位相差を設定できる構成を有している。

ここで、前記位相差調整手段（４１ａ、３０１）は、圧電素子を含む円筒状であって前記偏波保持ファイバ（４１ｂ）を円筒の外周に巻いたピエゾシリンダ（４１ａ）と、該ピエゾシリンダ（４１ａ）に電圧を印加する電圧印加手段（３０１）とを有し、前記電圧印加手段（３０１）が前記ピエゾシリンダ（４１ａ）を径方向に伸縮するよう制御することによって前記第１の偏光と前記第２の偏光の位相差を設定する構成とするのが好ましい。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、差分電気信号出力手段の出力電圧が任意の電圧になるように偏波保持ファイバの被測定光の偏波間の位相差を設定でき、両偏波成分を含むように検光子を通過させた後、光信号を分波することにより、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号が得られる。これらの互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅は、任意の位置に光干渉手段の弁別レベルを同時に定めることができるため、２つの光干渉強度信号の弁別レベルを別個に定める従来のものよりも光チャープ特性を高精度かつ短時間に測定することができる。

さらに、本発明の光チャープ測定装置は、前記位相差調整手段（１３、１０３、４１ａ、３０１）が、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧がゼロボルトになるように前記位相差を設定した後に、光チャープ測定を行う構成を有している。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅が等しい、すなわち光干渉強度信号の振幅の中間点に光干渉手段の弁別レベルを同時に定めることができるので、２つの光干渉強度信号の弁別レベルを別個に定める従来のものよりも光チャープ特性を高精度かつ短時間に測定することができる。

さらに、本発明の光チャープ測定装置は、前記光干渉手段（１０、４０）に入射される前記被測定光の光強度を検出する光強度検出手段（１０２）を備え、前記光チャープ特性測定手段（１０５）は、検出された前記被測定光の光強度に基づいて前記被測定光の光強度特性をさらに測定するようにした構成を有している。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、被測定光の光強度に応じて、予め取得された光干渉手段の光周波数変化（Δｆ）に対する光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）の関係を示すデータを補正し、補正後のデータに基づいて光チャープ特性を測定することができる。

さらに、本発明の光チャープ測定装置は、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力信号を平滑化して平滑化信号を出力する平滑化手段（４０４）を備え、前記位相差調整手段（１３、１０３、４１ａ、３０１）は、前記平滑化信号に基づいて前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧を設定する構成を有している。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅の大きさを読み込むことができるため、これを基に任意の位置に光干渉手段の弁別レベルを定めることができる。

さらに、本発明の光チャープ測定装置は、光周波数を可変して光を出射する光源（４０１）と、該光源（４０１）の光強度を検出する光強度検出手段（１０２）とを備え、前記光チャープ特性測定手段（１０５）は、前記光源（４０１）の出射光が光周波数を可変されながら前記光干渉手段（１０、４０）に入射された際における前記光干渉手段（１０、４０）の光周波数変化（Δｆ）に対する前記光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）の関係を示すデータと、前記光強度検出手段（１０２）によって検出された前記光源（４０１）の光強度データとを記憶する構成を有している。

この構成により、本発明の光チャープ測定装置は、光干渉手段の光周波数変化（Δｆ）に対する光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）の関係を示すデータと、光強度検出手段によって検出された光源の光強度データとに基づいて被測定光の光チャープ特性を高精度かつ短時間に測定することができる。

本発明は、光チャープ特性を従来よりも高精度かつ短時間に測定することができるという効果を有する光チャープ測定装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る光チャープ測定装置を、レーザダイオードの光チャープ特性を測定するものに適用した例を挙げて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係る光チャープ測定装置の第１の実施の形態における構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態における光チャープ測定装置１００は、入射された被測定光を分岐する光分岐部１０１と、被測定光の光強度を検出する光強度検出部１０２と、光干渉信号を出力するマッハツェンダ干渉計部１０と、マッハツェンダ干渉計部１０における光位相を制御する光位相制御部１０３と、マッハツェンダ干渉計部１０の光出力信号を電気信号に変換するバランスドレシーバ２０と、マッハツェンダ干渉計部１０とバランスドレシーバ２０とを接続する光ファイバ１０４と、光チャープ特性を測定する光チャープ測定部１０５とを備えている。

光分岐部１０１は、図示しないレーザダイオードによって例えば強度変調されたレーザ光を被測定光として入射し、この被測定光を２つの光に分岐するものであり、分岐した一方の光をマッハツェンダ干渉計部１０に、分岐した他方の光を光強度検出部１０２に、それぞれ出射するようになっている。ここで、被測定光は、強度変調による強度変調成分と、レーザ光が有する光周波数の揺らぎ成分とを含む。

マッハツェンダ干渉計部１０は、光分岐部１０１からの一方の光を入射する光入射部１１と、光入射部１１からの光を２つの光路に分波して出射する光分波器１２と、一方の光路長を可変する光路長可変部１３と、２つの光路からの光を合波した後に分波する光合分波器１４と、光合分波器１４からの一方の光を出射する光出射部１５と、光合分波器１４からの他方の光を出射する光出射部１６とを備えている。なお、マッハツェンダ干渉計部１０は、本発明に係る光干渉手段を構成する。

光入射部１１は、光分岐部１０１が分岐した一方の光を平行光にして光分波器１２に出射するようになっている。

光分波器１２は、例えば、無偏光ビームスプリッタで構成され、光を透過光と反射光とに分波して出射する透過反射面１２ａと、透過反射面１２ａからの反射光を反射して光路長可変部１３に出射する反射面１２ｂとを備えている。

光合分波器１４は、例えば、無偏光ビームスプリッタで構成され、光分波器１２からの光を反射する反射面１４ａと、反射面１４ａからの光と光路長可変部１３からの光とを合波して干渉させる合波面１４ｂとを備えている。この構成により、光合分波器１４は、合波面１４ｂに入射される２つの光の光位相の変化を光強度の変化に変換し、互いに位相が反転した２つの光干渉信号（以下「光干渉強度信号」という。）を光出射部１５及び１６にそれぞれ出射するようになっている。

なお、本実施の形態において、光分波器１２の透過反射面１２ａから光合分波器１４の反射面１４ａを経由して合波面１４ｂに至る光路を「第１光路」、光分波器１２の透過反射面１２ａから反射面１２ｂ及び光路長可変部１３を経由して光合分波器１４の合波面１４ｂに至る光路を「第２光路」という。

光路長可変部１３は、透光性を有する透光性板（例えば、石英ガラス板）１３ａと、この透光性板１３ａを図中の矢印方向に回転させる回転手段（図示省略）とで構成され、第２光路の光路長を可変することができるようになっている。ここで回転手段は、後述する光位相制御部１０３によって印加される電圧に応じて、透光性板１３ａに入射される光の入射角を変更するようになっている。なお、光路長可変部１３は、本発明に係る位相差調整手段を構成する。

前述のように、光路長可変部１３が第２光路に設けられているので、本実施の形態における光チャープ測定装置１００は、透光性板１３ａの板厚及び屈折率に基づいて、第２光路の光路長を所望の長さに設定することにより、第１光路と第２光路との光路長差を所望の値に設定することができる。なお、光路長差の設定の詳細については後述する。

また、本実施の形態における光チャープ測定装置１００は、光路長可変部１３の透光性板１３ａを回転することにより、第１光路の光の位相に対する第２光路の光の位相を微調整することができるので、光合分波器１４から出射される２つの光干渉強度信号の位相を決定するレベル（以下「弁別レベル」という。）を所望の値に設定することができる。

ここで、弁別レベルの設定は、無変調光を出射する基準光源や、光干渉強度信号をモニタするための光干渉信号モニタ等を別途用意して予め実施することができる。具体的には、基準光源の無変調光信号をマッハツェンダ干渉計部１０に入射させ、光路長可変部１３の透光性板１３ａを回転させながら、後述するバランスドレシーバ２０の出力信号を平滑化して光干渉強度信号を光干渉信号モニタで観測することにより、弁別レベルの設定を実施することができる。この構成において、例えば、バランスドレシーバ２０の出力電圧が０［Ｖ］となる位置に透光性板１３ａを位置決めしたとき、弁別レベルは、２つの光干渉強度信号の振幅の最大値と最小値との中間点となる。

光強度検出部１０２は、光分岐部１０１が分岐した他方の光の光強度を検出することによって、マッハツェンダ干渉計部１０に入射される被測定光の光強度を求め、そのデータを光チャープ測定部１０５に出力するようになっている。なお、光強度検出部１０２は、本発明に係る光強度検出手段を構成する。

光位相制御部１０３は、光路長可変部１３の回転手段に電圧を印加することによって、透光性板１３ａに入射する光の入射角を変更し、第２光路の光路長を可変する制御を行うようになっている。なお、光位相制御部１０３は、本発明に係る位相差調整手段を構成する。

光出射部１５及び１６は、それぞれ、光を集光するレンズを備え、光合分波器１４が出射する２つの光干渉強度信号を、光ファイバ１０４ａ及び１０４ｂを介してバランスドレシーバ２０にそれぞれ出射するようになっている。

バランスドレシーバ２０は、光ファイバ１０４ａ及び１０４ｂにそれぞれ接続された受光回路２１及び２２と、受光回路２１及び２２の出力信号を減算する減算器２３とを備えている。なお、光合分波器１４の合波面１４ｂから受光回路２１までの光路長と、合波面１４ｂから受光回路２２までの光路長とが一致するよう、光ファイバ１０４ａ及び１０４ｂの長さがそれぞれ定められている。また、バランスドレシーバ２０は、本発明に係る差分電気信号出力手段を構成する。

受光回路２１及び２２は、例えば、フォトダイオード及び増幅器をそれぞれ備えている。受光回路２１は、光ファイバ１０４ａを介し、光出射部１５からの光干渉強度信号を入力して光電変換し、減算器２３に出力するようになっている。受光回路２２は、光ファイバ１０４ｂを介し、光出射部１６からの光干渉強度信号を入力して光電変換し、減算器２３に出力するようになっている。減算器２３は、受光回路２１が出力する光電変換信号と、受光回路２２が出力する光電変換信号との差分を示す差分電気信号を光チャープ測定部１０５に出力するようになっている。

光チャープ測定部１０５は、詳細なハードウェア構成の図示を省略したが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路、ディスプレイ等で構成されている。なお、光チャープ測定部１０５は、本発明に係る光チャープ特性測定手段を構成する。

ここで、メモリには、マッハツェンダ干渉計部１０における光周波数の揺らぎ（Δｆ）と、マッハツェンダ干渉計部１０が出力する光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）との関係を示すデータ（以下「周波数強度データ」という。）が記憶されている。この周波数強度データは、無変調光を出射する基準光源を用いて、予め定められた基準光強度となる無変調光をマッハツェンダ干渉計部１０に入射させ、バランスドレシーバ２０で光電変換させて求められたものである。

また、ＣＰＵは、メモリに記憶された周波数強度データと、マッハツェンダ干渉計部１０に入射される被測定光の光強度と、前述の基準光強度とに基づき、被測定光の光強度に応じて周波数強度データを補正するようになっている。具体的には、ＣＰＵは、被測定光の光強度変化と基準光強度変化との比率を算出して周波数強度データを例えば比例配分することにより、当該被測定光の光周波数の揺らぎ（Δｆ）を特定する。

したがって、光チャープ測定部１０５は、前述の構成により、任意の光強度を有する被測定光に対し、当該被測定光の光周波数の揺らぎ（Δｆ）と光強度変化（ΔＩ）との関係データを取得することができるので、当該被測定光の光強度変化（ΔＩ）から光周波数の揺らぎ（Δｆ）、すなわち光チャープ特性を測定することができる。

なお、周波数強度データは、光周波数の揺らぎ（Δｆ）と光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）との関係を示す。

次に、本実施の形態における光チャープ特性の測定原理について図１及び図２を参照して説明する。図２（ａ）はマッハツェンダ干渉計部１０の弁別レベルの説明図、図２（ｂ）はマッハツェンダ干渉計部１０の出力波形を示す図、図２（ｃ）はバランスドレシーバ２０の出力波形を示す図である。

前述のように、マッハツェンダ干渉計部１０に入射される被測定光は、強度変調による強度変調成分と、レーザ光が有する光周波数の揺らぎ成分とを含んでいる。以下、強度変調成分を「ＩＭ成分」、光周波数の揺らぎ成分を「ＦＭ成分」と表して説明する。

マッハツェンダ干渉計部１０の光出射部１５及び１６からそれぞれ出力される２つの光干渉強度信号の位相は互いに位相が反転し、その光強度は、図２（ａ）に示すように、被測定光の光周波数に応じて変化する。

ここで、実線及び破線で示した光干渉強度信号のデータをそれぞれ光出射部１５及び１６からの出射光のものとする。図２（ａ）においてＰ点はマッハツェンダ干渉計部１０の弁別レベルを示し、Ｐ点の位置は光路長可変部１３の調整によって定められる。本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、実線及び破線で示した各光干渉強度信号の最大値と最小値との中間点にＰ点を定めるものとし、以下この場合について説明する。

この場合において、被測定光に含まれる光周波数の揺らぎ成分（ＦＭ成分）が、図２（ａ）に示すような光周波数変動となるとき、実線で示した光干渉強度信号は、光周波数のプラスの変化で光強度がプラス方向に変化するので、｜ＩＭ＋ＦＭ｜で表される。一方、破線で示した光干渉強度信号は、光周波数のプラスの変化で光強度がマイナス方向に変化するので、｜ＩＭ−ＦＭ｜で表される。したがって、Ｐ点は｜ＩＭ＋ＦＭ｜と｜ＩＭ−ＦＭ｜とが等しい位置にある。

次に、バランスドレシーバ２０に入力される２つの光干渉強度信号の位相は、図２（ｂ）に示すように、互いに位相が反転したものとなる。その結果、バランスドレシーバ２０が出力する差分電気信号は、図２（ｂ）に示した波形に対応する電気信号が差動増幅された波形（図２（ｃ））となる。この差分電気信号は、各光干渉強度信号の振幅の中間点にＰ点を定めたので、図２（ｃ）に示すように０［Ｖ］を中心に振れる波形となっている。また、この差分電気信号は、（ＩＭ＋ＦＭ）−（ＩＭ−ＦＭ）＝２ＦＭの成分で構成されるので、被測定光に含まれるＩＭ成分は、マッハツェンダ干渉計部１０によって被測定光から分離されることとなる。

したがって、本実施の形態における光チャープ測定装置１００は、マッハツェンダ干渉計部１０において、被測定光に含まれる光周波数の揺らぎ（光チャープ）を光干渉強度信号に変換した後、バランスドレシーバ２０によって差分電気信号として取り出し、光チャープ測定部１０５において周波数強度データに基づいて被測定光の光チャープ特性を測定することができる。

なお、マッハツェンダ干渉計部１０によって、被測定光に含まれるＩＭ成分が被測定光から分離されるので、マッハツェンダ干渉計部１０の光出力信号に不要な直流成分が含まれている場合でも、その直流成分に相当する電気信号はバランスドレシーバ２０から出力されない。

次に、第１光路と第２光路との光路長差の設定について説明する。

光チャープ特性の測定に先立ち、被測定光に含まれる光周波数の揺らぎを想定して、第１光路と第２光路との光路長差を予め設定しておくのが好ましい。以下、光路長差の設定について説明する。

マッハツェンダ干渉計部１０の第１光路及び第２光路において、光信号の電界成分をそれぞれＥ_１及びＥ_２、振幅をそれぞれＡ_１及びＡ_２、光信号の位相をそれぞれφ_１及びφ_２とすると次式が得られる。なお、ｆは光信号の光周波数を示す。

Ｅ_１＝Ａ_１・ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ_１） （１）
Ｅ_２＝Ａ_２・ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ_２） （２）
マッハツェンダ干渉計部１０の光出力信号の干渉強度、すなわち第１光路からの光信号と、第２光路からの光信号とを合波した後、出力される光信号の光強度Ｉは、（光強度は電界成分の２乗に等しくなるので）次のように表される。

Ｉ＝＜｜Ｅ_１＋Ｅ_２｜^２＞
＝Ａ_１ ^２＋Ａ_２ ^２＋２Ａ_１・Ａ_２・ｃｏｓ（φ_１−φ_２）
＝Ａ_１ ^２＋Ａ_２ ^２＋２Ａ_１・Ａ_２・ｃｏｓ（Δφ） （３）
ここで、記号"＜ ＞"は時間平均を表す。また、Δφ＝φ_１−φ_２である。

（３）式において、右辺の第１項及び第２項は共に直流成分であり、第３項は、マッハツェンダ干渉計部１０における第１光路及び第２光路の光位相差に応じて三角関数で変化する波形であることが分かる。

被測定光の波長がλ_１からλ_２に変化した場合、すなわち波長変化Δλによるマッハツェンダ干渉計部１０の光出力信号の位相変化Δφを以下に説明する。なお、波長変化Δλに相当する周波数変化をΔｆで示す。マッハツェンダ干渉計部１０において、第１光路と第２光路との光路長差をΔＬ、光速をｃとすると、位相変化Δφは次式で表される。ここで、第１光路及び第２光路の光路長をそれぞれＬ_１及びＬ_２とすると、光路長差ΔＬ＝Ｌ_２−Ｌ_１である。なお、次式において、ｎは屈折率である。

Δφ＝２πｎ（ΔＬ／λ_１−ΔＬ／λ_２）
＝２πｎ・ΔＬ・Δλ／（λ_１・λ_２）
＝２πｎ・Δｆ・ΔＬ／ｃ （４）
したがって、光チャープ（光周波数の揺らぎ）量に応じた適当な光路長ΔＬをマッハツェンダ干渉計部１０に与えれば、マッハツェンダ干渉計部１０の光出力信号において、（３）式の第３項に示す干渉光強度を検出することにより、被測定光の光チャープ特性を求めることができる。

具体的には、例えば、Δｆ＝４０［ＧＨｚ］の光周波数の揺らぎを想定し、Δφ＝１００［ｄｅｇ］の範囲で光チャープ特性を測定したい場合には、次式に示すように、光路長差ΔＬを約２［ｍｍ］に設定しておけばよい。なお、（４）式においてｎ＝１とする。

ΔＬ＝Δφ・ｃ／（３６０・Δｆ）
＝１００×３×１０^８／（３６０×４０×１０^９）
＝２［ｍｍ］
したがって、この場合は、光路長可変部１３の透光性板１３ａを例えば屈折率＝１．５の石英ガラス板としたときは、その板厚を１．３［ｍｍ］程度とすればよい。

次に、本実施の形態における光チャープ測定装置１００の動作について説明する。

まず、光分岐部１０１は、図示しないレーザダイオードによって強度変調された被測定光を２つの光に分岐し、分岐した一方の光をマッハツェンダ干渉計部１０に、分岐した他方の光を光強度検出部１０２にそれぞれ出射する。

次いで、マッハツェンダ干渉計部１０において、光入射部１１は、光分岐部１０１が分岐した一方の光を光分波器１２に出射する。光分波器１２は、入射された光を第１光路の光と第２光路の光とに分波する。ここで、第２光路においては、前述のように、光路長可変部１３によって、第２光路の光路長が設定されている。すなわち、図２（ａ）に示したように、マッハツェンダ干渉計部１０の弁別レベルが、位相が互いに反転した２つの光干渉強度信号の振幅の中間点に設定されている。

光合分波器１４は、第１光路から入射される光と、光路長可変部１３を介して入射される第２光路の光とについて、各光の光位相の変化を光強度の変化に変換し、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号を光出射部１５及び１６にそれぞれ出射する。光出射部１５及び１６は、それぞれ、光ファイバ１０４ａ及び１０４ｂを介し、光干渉強度信号をバランスドレシーバ２０に出射する。

一方、光強度検出部１０２は、光分岐部１０１が分岐した他方の光の光強度を検出し、検出した光強度のデータを光チャープ測定部１０５に出射する。

バランスドレシーバ２０は、入射された２つの光干渉強度信号を差動増幅し、差動増幅した差分電気信号を光チャープ測定部１０５に出力する。

光チャープ測定部１０５において、バランスドレシーバ２０から出力される差分電気信号と、光強度検出部１０２が検出した被測定光の光強度と、周波数強度データとに基づいて、被測定光の光周波数の揺らぎである光チャープ特性が求められる。

図３は、光チャープ測定部１０５のディスプレイに表示される波形例を示している。図３において、実線は光チャープ特性を示す波形を表し、破線は被測定光の光強度を表した波形である。図３に示すように、光チャープ測定部１０５は、光チャープ特性と被測定光の光強度とを同期させて表示することができ、時間軸上における両者の位置関係のデータを提示したり、被測定光の光チャープを例えばギガヘルツ単位の数値で表示したり、カーソルを表示して光チャープの振幅をユーザに読み取り可能とさせたりすることができる。

以上のように、本実施の形態における光チャープ測定装置１００によれば、光路長可変部１３の回転制御によって、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅の中間点に弁別レベルを定めることにより被測定光から強度変調成分を分離し、被測定光に含まれる光周波数の揺らぎを光干渉強度信号に変換し、バランスドレシーバ２０が光干渉強度信号を差分電気信号に変換し、光チャープ測定部１０５において周波数強度データに基づいて被測定光の光チャープ特性を測定する構成としたので、光チャープ特性を従来よりも高精度に、かつ短時間で測定することができる。

なお、前述の実施の形態において、マッハツェンダ干渉計部１０の第２光路に光路長可変部１３を設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、マッハツェンダ干渉計部１０の第１光路及び第２光路の少なくとも一方に光路長可変部１３を設ける構成としてもよい。

また、前述の実施の形態において、２つの光干渉強度信号の振幅の中間点に弁別レベルを定める構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、弁別レベルを中間点以外に設定してもよい。したがって、前述の実施の形態において記載した０［Ｖ］は、０［Ｖ］付近であればよいことを意味する。なお、中間点から離れるに従って光周波数変動と光強度との関係が非線形となるので、弁別レベルを中間点付近に設定するのが好ましい。

（第２の実施の形態）
本発明に係る光チャープ測定装置の第２の実施の形態について説明する。

図４に示すように、本実施の形態における光チャープ測定装置２００は、第１の実施の形態における光チャープ測定装置１００（図１参照）の一部の構成を変更したものである。したがって、光チャープ測定装置１００と同様な構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態における光チャープ測定装置２００は、入射された被測定光を分岐する光分岐部１０１と、被測定光の光強度を検出する光強度検出部１０２と、光干渉信号を出力するマッハツェンダ干渉計部３０と、マッハツェンダ干渉計部３０における光位相を制御する光位相制御部２０１と、マッハツェンダ干渉計部３０の光出力信号を電気信号に変換するバランスドレシーバ２０と、マッハツェンダ干渉計部３０とバランスドレシーバ２０とを接続する光ファイバ２０２と、光チャープ特性を測定する光チャープ測定部１０５とを備えている。

マッハツェンダ干渉計部３０は、マイケルソン型の干渉計で構成されている。すなわち、マッハツェンダ干渉計部３０は、光分岐部１０１からの一方の光を入射する光入射部３１と、光入射部３１からの光を２つの光路に分波した後に合波する光合分波器３２と、一方の光路長を可変する光路長可変部３３と、光合分波器３２からの一方の光を出射する光出射部３４と、光合分波器３２からの他方の光を出射する光出射部３５とを備えている。なお、マッハツェンダ干渉計部３０は、本発明に係る光干渉手段を構成する。

光入射部３１は、光分岐部１０１が分岐した一方の光を平行光にして光合分波器３２に出射するようになっている。

光合分波器３２は、例えば、無偏光ビームスプリッタで構成され、光を透過光と反射光とに分波する透過反射面３２ａと、透過反射面３２ａからの反射光を反射して再び透過反射面３２ａに戻す反射面３２ｂ及び３２ｃとを備えている。

ここで、透過反射面３２ａは、反射面３２ｃからの光と光路長可変部３３からの光とを合波して干渉させる機能も有している。この構成により、光合分波器３２は、透過反射面３２ａに入射される２つの光の光位相の変化を光強度の変化に変換し、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号を光出射部３４及び３５にそれぞれ出射するようになっている。

なお、本実施の形態において、光合分波器３２の透過反射面３２ａから反射面３２ｂ及び３２ｃを経由して再び透過反射面３２ａに至る光路を「第１光路」、光合分波器３２の透過反射面３２ａから光路長可変部３３を経由して透過反射面３２ａに至る光路を「第２光路」という。

光路長可変部３３は、第２光路の光を入射して光合分波器３２側に反射する光反射部３３ａと、この光反射部３３ａを図中の矢印方向に平行移動させる移動手段（図示省略）とで構成され、第２光路の光路長を可変することができるようになっている。ここで移動手段は、後述する光位相制御部２０１によって印加される電圧に応じて第２光路の光路長を変更するようになっている。したがって、光路長可変部３３により、第１光路と第２光路との光路長差ΔＬの設定や、光路長差ΔＬの微調整、マッハツェンダ干渉計部３０の弁別レベルの設定等を行うことができる。なお、光路長可変部３３は、本発明に係る位相差調整手段を構成する。

光出射部３４及び３５は、それぞれ、光を集光するレンズを備え、光合分波器３２が出射する２つの光干渉強度信号を、光ファイバ２０２ａ及び２０２ｂを介してバランスドレシーバ２０にそれぞれ出射するようになっている。

なお、光合分波器３２の透過反射面３２ａから光出射部３４を経由して受光回路２１に至る光路の光路長と、光合分波器３２の透過反射面３２ａから光出射部３５を経由して受光回路２２に至る光路の光路長とが一致するよう、光ファイバ２０２ａ及び２０２ｂの長さがそれぞれ定められている。

光位相制御部２０１は、光路長可変部３３の移動手段に電圧を印加することによって、光路長可変部３３を図示の矢印方向に平行移動させ、第２光路の光路長を可変する制御を行うようになっている。なお、光位相制御部２０１は、本発明に係る位相差調整手段を構成する。

前述のように、光路長可変部３３が第２光路に設けられているので、本実施の形態における光チャープ測定装置２００は、光位相制御部２０１によって第２光路の光路長を所望の長さに設定することにより、第１光路と第２光路との光路長差を所望の値に設定することができる。したがって、本実施の形態における光チャープ測定装置２００は、光周波数の揺らぎの想定値に応じて、第１光路と第２光路との光路長差ΔＬを所望の値に設定し、光チャープ特性を測定することができる。

また、本実施の形態における光チャープ測定装置２００は、光路長可変部３３を平行移動することにより、第１光路の光の位相に対する第２光路の光の位相を微調整することができるので、光合分波器３２から出射される２つの光干渉強度信号の位相を決定する弁別レベルを所望の値、例えば各光干渉強度信号の振幅の中間点に設定することができる。

以上のように、本実施の形態における光チャープ測定装置２００によれば、光路長可変部３３の平行移動制御によって、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅の中間点に弁別レベルを定め、被測定光から強度変調成分を分離し、被測定光に含まれる光周波数の揺らぎを光干渉強度信号に変換し、バランスドレシーバ２０が光干渉強度信号を差分電気信号に変換し、光チャープ測定部１０５において周波数強度データに基づいて被測定光の光チャープ特性を測定する構成としたので、光チャープ特性を従来よりも高精度に、かつ短時間で測定することができる。

（第３の実施の形態）
本発明に係る光チャープ測定装置の第３の実施の形態について説明する。

図５に示すように、本実施の形態における光チャープ測定装置３００は、第１の実施の形態における光チャープ測定装置１００（図１参照）の一部の構成を変更したものである。したがって、光チャープ測定装置１００と同様な構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態における光チャープ測定装置３００は、入射された被測定光を分岐する光分岐部１０１と、被測定光の光強度を検出する光強度検出部１０２と、光干渉信号を出力するマッハツェンダ干渉計部４０と、マッハツェンダ干渉計部４０における光位相を制御する光位相制御部３０１と、マッハツェンダ干渉計部４０の光出力信号を電気信号に変換するバランスドレシーバ２０と、マッハツェンダ干渉計部４０とバランスドレシーバ２０とを接続する光ファイバ３０２と、光チャープ特性を測定する光チャープ測定部１０５とを備えている。

マッハツェンダ干渉計部４０は、偏波保持ファイバ４１ｂがピエゾシリンダ４１ａに巻き付けられ、その出力光のうち特定方向の直線偏光を検光子４２で通過させる光干渉部４１と、その出力光を互いに位相反転した２つの光干渉強度信号に分岐するファイバカップラ４３とを備えている。なお、マッハツェンダ干渉計部４０は、本発明に係る光干渉手段を構成する。

光干渉部４１は、圧電素子で構成された円筒形状のピエゾシリンダ４１ａと、ピエゾシリンダ４１ａの外周に巻かれた偏波保持ファイバ４１ｂとを備えている。

ピエゾシリンダ４１ａは、図示しない電極に印加される印加電圧に応じて径方向に伸縮するようになっている。なお、ピエゾシリンダ４１ａは、本発明に係る位相差調整手段を構成する。

偏波保持ファイバ４１ｂは、屈折率が互いに異なり直交するＸ軸、Ｙ軸方向の光学軸を有し、被測定光の偏波状態を保持して被測定光を伝播させるようになっている。偏波保持ファイバ４１ｂがピエゾシリンダ４１ａの外周に巻かれる状態は、Ｘ軸及びＹ軸方向の光学軸の一方がピエゾシリンダ４１ａの外周面に対し垂直になるのが好ましい。ここでは、Ｘ軸方向の光学軸がピエゾシリンダ４１ａの外周面に対し垂直になっているものとする。

光位相制御部３０１は、ピエゾシリンダ４１ａに電圧を印加することによって、ピエゾシリンダ４１ａを径方向に伸縮させる制御を行うようになっている。この制御により、偏波保持ファイバ４１ｂがピエゾシリンダ４１ａから受ける側圧が変化し、偏波保持ファイバ４１ｂのＸ軸方向の屈折率が変化する。Ｘ軸方向の屈折率が変化すると、偏波保持ファイバ４１ｂにおいて、Ｘ軸方向に偏波面を有するＸ偏波と、Ｙ軸方向に偏波面を有するＹ偏波との間に側圧に応じた位相差が生じる。なお、光位相制御部３０１は、本発明に係る位相差調整手段及び電圧印加手段を構成する。

検光子４２は、偏波保持ファイバ４１ｂにおけるＸ偏波とＹ偏波の光干渉強度信号のうち特定方向の直線偏光成分をファイバカップラ４３に出射するようになっている。

ファイバカップラ４３は、検光子４２からの光干渉強度信号を互いに位相反転した２つの光干渉強度信号に分岐し、光ファイバ３０２ａ及び３０２ｂを介し、バランスドレシーバ２０の受光回路２１及び２２にそれぞれ出力するようになっている。なお、ファイバカップラ４３から受光回路２１までの光路長と、ファイバカップラ４３から受光回路２２までの光路長とが一致するよう、光ファイバ３０２ａ及び３０２ｂの長さがそれぞれ定められている。

本実施の形態における光チャープ測定装置３００は、前述のように構成されているので、光位相制御部３０１によって光干渉部４１の両偏波間の位相差を可変することにより、ファイバカップラ４３から出射される２つの光干渉強度信号の位相を微調整することができ、位相が互いに反転した２つの光干渉強度信号の振幅の中間点に弁別レベルを設定することができる。

以上のように、本実施の形態における光チャープ測定装置３００によれば、光位相制御部３０１の位相制御によって、互いに位相が反転した２つの光干渉強度信号の振幅の中間点に弁別レベルを定めることにより被測定光から強度変調成分を分離し、被測定光に含まれる光周波数の揺らぎを光干渉強度信号に変換し、バランスドレシーバ２０が光干渉強度信号を差分電気信号に変換し、光チャープ測定部１０５において周波数強度データに基づいて被測定光の光チャープ特性を測定する構成としたので、光チャープ特性を従来よりも高精度に、かつ短時間で測定することができる。

（第４の実施の形態）
本発明に係る光チャープ測定装置の第４の実施の形態について説明する。

図６に示すように、本実施の形態における光チャープ測定装置４００は、第１の実施の形態における光チャープ測定装置１００（図１参照）の一部の構成を変更したものである。したがって、光チャープ測定装置１００と同様な構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態における光チャープ測定装置４００は、ＴＬＳ４０１と、光分岐部４０２と、光強度検出部４０３と、ＬＰＦ４０４と、光干渉信号モニタ４０５とを備え、ＴＬＳ４０１を用いて周波数強度データの取得や、初期位相その他の各種設定、校正等を行うための校正モードと、被測定光の光チャープ特性を測定するための光チャープ特性測定モードとを切り替えることができるようになっている。

ＴＬＳ（Tunable Laser Source）４０１は、出射光の波長を可変することができる光源であり、校正モードにおいて無変調のレーザ光を出射するようになっている。なお、ＴＬＳ４０１は、本発明に係る光源を構成する。

光分岐部４０２は、光チャープ特性測定モードにおいて、図示しないレーザダイオードによって例えば強度変調された被測定光を２つの光に分岐するようになっている。また、光分岐部４０２は、校正モードにおいて、ＴＬＳ４０１からのレーザ光を２つの光に分岐するようになっている。

光強度検出部４０３は、被測定光又はＴＬＳ４０１からのレーザ光の光強度を検出し、そのデータを光チャープ測定部１０５に出力するようになっている。なお、光強度検出部４０３は、本発明に係る光強度検出手段を構成する。

ＬＰＦ（Low Pass Filter）４０４は、校正モードにおいて、バランスドレシーバ２０が出力する差分電気信号を平滑化し、平滑化した電気信号を光干渉信号モニタ４０５に出力するようになっている。なお、ＬＰＦ４０４は、本発明に係る平滑化手段を構成する。

光干渉信号モニタ４０５は、校正モードにおいて、ＬＰＦ４０４の出力信号を表示するディスプレイを備え、ＴＬＳ４０１からの無変調の出射光を用いて、マッハツェンダ干渉計部１０の弁別レベルをモニタすることができるようになっている。すなわち、光干渉信号モニタ４０５は、光位相制御部２０１による制御に応じて変化するマッハツェンダ干渉計部１０の弁別レベルを、バランスドレシーバ２０の出力信号レベルに換算して表示するものである。

したがって、光干渉信号モニタ４０５において表示される信号レベルを０［Ｖ］とすることにより、マッハツェンダ干渉計部１０の弁別レベルを、マッハツェンダ干渉計部１０から出力される２つの光干渉強度信号の振幅の最大値と最小値との中間点に容易に設定することができる。その結果、本実施の形態における光チャープ測定装置４００は、光チャープ特性測定モードにおいて、各光干渉強度信号の振幅の中間点に設定された弁別レベルに基づいて、被測定光の光チャープ特性を高精度に、かつ短時間で測定することができる。

また、本実施の形態における光チャープ測定装置４００は、校正モードにおいて、ＴＬＳ４０１からのレーザ光の波長を可変することによって周波数強度データを取得し、光チャープ測定部１０５のメモリに記憶させることができるので、光チャープ特性測定モードにおいて、当該周波数強度データに基づいて被測定光の光チャープ特性を高精度で測定することができる。

以上のように、本実施の形態における光チャープ測定装置４００によれば、校正モードと光チャープ特性測定モードとを切り替える構成としたので、校正モードにおいて、弁別レベルの調整や周波数強度データの取得等が実施でき、一方、光チャープ特性測定モードにおいて、弁別レベル及び周波数強度データに基づいて被測定光の光チャープ特性を高精度に、かつ短時間で測定することができる。

以上のように、本発明に係る光チャープ測定装置は、光チャープ特性を従来よりも高精度かつ短時間に測定することができるという効果を有し、レーザダイオードの光チャープ特性を測定する光チャープ特性測定装置等として有用である。

本発明に係る光チャープ測定装置の第１の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る光チャープ測定装置の第１の実施の形態において、光チャープ特性の測定原理についての説明図 （ａ）マッハツェンダ干渉計部の弁別レベルの説明図 （ｂ）マッハツェンダ干渉計部の出力波形を示す図 （ｃ）バランスドレシーバの出力波形を示す図 本発明に係る光チャープ測定装置の第１の実施の形態において、光チャープ測定部のディスプレイに表示された波形の一例を示す図 本発明に係る光チャープ測定装置の第２の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る光チャープ測定装置の第３の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る光チャープ測定装置の第４の実施の形態における構成を示すブロック図

符号の説明

１０、３０、４０ マッハツェンダ干渉計部（光干渉手段）
１１、３１ 光入射部
１２ 光分波器
１２ａ、３２ａ 透過反射面
１２ｂ、１４ａ、３２ｂ、３２ｃ 反射面
１３、３３ 光路長可変部（位相差調整手段）
１３ａ 透光性板
１４、３２ 光合分波器
１４ｂ 合波面
１５、１６、３４、３５ 光出射部
２０ バランスドレシーバ（差分電気信号出力手段）
２１、２２ 受光回路
２３ 減算器
３３ａ 光反射部
４１ａ ピエゾシリンダ（位相差調整手段）
４１ 光干渉部
４１ｂ 偏波保持ファイバ
４２ 検光子
４３ ファイバカップラ
１００、２００、３００、４００ 光チャープ測定装置
１０１、４０２ 光分岐部
１０２、４０３ 光強度検出部（光強度検出手段）
１０３、２０１ 光位相制御部（位相差調整手段）
３０１ 光位相制御部（位相差調整手段、電圧印加手段）
１０４（１０４ａ、１０４ｂ） 光ファイバ
１０５ 光チャープ測定部（光チャープ特性測定手段）
２０２（２０２ａ、２０２ｂ） 光ファイバ
３０２（３０２ａ、３０２ｂ） 光ファイバ
４０１ ＴＬＳ（光源）
４０４ ＬＰＦ（平滑化手段）
４０５ 光干渉信号モニタ

Claims (8)

1. 被測定光を２つの光に分岐した後に該２つの光を合波して干渉させることによって前記被測定光の光周波数の変化（Δｆ）を光強度の変化に変換して互いに位相反転した２つの光干渉強度信号を出力する光干渉手段（１０、４０）と、
   前記２つの光干渉強度信号の差分を示す差分電気信号を出力する差分電気信号出力手段（２０）にして、前記２つの光干渉強度信号が同時に入力される２つの受光回路（２１、２２）を含み、前記２つの受光回路の出力信号を減算して前記差分電気信号として出力する当該差分電気信号出力手段（２０）と、
   予め取得された前記光干渉手段（１０、４０）の光周波数変化（Δｆ）に対する前記光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）の関係を示すデータと前記被測定光に係る前記差分電気信号とに基づいて光チャープ特性を測定する光チャープ特性測定手段（１０５）とを備えたことを特徴とする光チャープ特性測定装置。
2. 前記光干渉手段（１０、４０）は、前記被測定光を第１光路及び第２光路に分岐する光分岐手段（１２）と、前記第１光路の光と前記第２光路の光とを合波する光合波手段（１４）と、前記第１光路と前記第２光路との光路長差を調整することによって前記第１光路の光と前記第２光路の光との位相差を調整する位相差調整手段（１３、１０３）とを含み、
   前記位相差調整手段（１３、１０３）は、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧が任意の電圧になるように前記光路長差を設定できることを特徴とする請求項１に記載の光チャープ特性測定装置。
3. 前記光干渉手段（１０、４０）は、前記被測定光を入射し、互いに直交する第１の偏光と第２の偏光とに分離して導波する偏波保持ファイバ（４１ｂ）と、該偏波保持ファイバ（４１ｂ）に応力を付与して前記第１の偏光と前記第２の偏光との位相差を調整する位相差調整手段（４１ａ、３０１）と、前記偏波保持ファイバ（４１ｂ）の出力光のうち特定方向の直線偏光を出力する検光子（４２）と、該検光子（４２）の出力光を分岐して互いに位相反転した２つの光干渉強度信号を出力するファイバカプラ（４３）とを含み、
   前記位相差調整手段（４１ａ、３０１）は、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧が任意の電圧になるように前記第１の偏光と前記第２の偏光の位相差を設定できることを特徴とする請求項１に記載の光チャープ特性測定装置。
4. 前記位相差調整手段（４１ａ、３０１）は、圧電素子を含む円筒状であって前記偏波保持ファイバ（４１ｂ）を円筒の外周に巻いたピエゾシリンダ（４１ａ）と、該ピエゾシリンダ（４１ａ）に電圧を印加する電圧印加手段（３０１）とを有し、
   前記電圧印加手段（３０１）が前記ピエゾシリンダ（４１ａ）を径方向に伸縮するよう制御することによって前記第１の偏光と前記第２の偏光の位相差を設定することを特徴とする請求項３に記載の光チャープ特性測定装置。
5. 前記位相差調整手段（１３、１０３、４１ａ、３０１）が、前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧がゼロボルトになるように前記位相差を設定した後に、光チャープ測定を行うことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の光チャープ特性測定装置。
6. 前記光干渉手段（１０、４０）に入射される前記被測定光の光強度を検出する光強度検出手段（１０２）を備え、
   前記光チャープ特性測定手段（１０５）は、検出された前記被測定光の光強度に基づいて前記被測定光の光強度特性をさらに測定するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光チャープ特性測定装置。
7. 前記差分電気信号出力手段（２０）の出力信号を平滑化して平滑化信号を出力する平滑化手段（４０４）を備え、
   前記位相差調整手段（１３、１０３、４１ａ、３０１）は、前記平滑化信号に基づいて前記差分電気信号出力手段（２０）の出力電圧を設定することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光チャープ特性測定装置。
8. 光周波数を可変して光を出射する光源（４０１）と、該光源（４０１）の光強度を検出する光強度検出手段（１０２）とを備え、
   前記光チャープ特性測定手段（１０５）は、前記光源（４０１）の出射光が光周波数を可変されながら前記光干渉手段（１０、４０）に入射された際における前記光干渉手段（１０、４０）の光周波数変化（Δｆ）に対する前記光干渉強度信号の光強度変化（ΔＩ）の関係を示すデータと、前記光強度検出手段（１０２）によって検出された前記光源（４０１）の光強度データとを記憶することを特徴とする請求項７に記載の光チャープ特性測定装置。

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