JPS61260131A - 光スペクトル測定装置 - Google Patents
光スペクトル測定装置Info
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- JPS61260131A JPS61260131A JP60101486A JP10148685A JPS61260131A JP S61260131 A JPS61260131 A JP S61260131A JP 60101486 A JP60101486 A JP 60101486A JP 10148685 A JP10148685 A JP 10148685A JP S61260131 A JPS61260131 A JP S61260131A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
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- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 8
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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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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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(発明の波調分野)
本発明は半導体レーザ出力の如き光信号のスペクトル形
状を測定する方式の改善に関するものである。
状を測定する方式の改善に関するものである。
(従来技術とその問題点)
半導体レーザ出力のスペクトルは、従来、分光器および
ファプリーペロー干渉計のような分光測定によって行わ
れていた。しかし、半導体レーザのスペクトル幅が改善
されるに至って、このような分光測定法では、測定分解
能が不十分となった。
ファプリーペロー干渉計のような分光測定によって行わ
れていた。しかし、半導体レーザのスペクトル幅が改善
されるに至って、このような分光測定法では、測定分解
能が不十分となった。
さらに高分解能な測定方法として、2つのレーザ光のビ
ート信号をとることによるヘテロゲイン法がある。この
場合、被測定半導体レーザに対し、標準用局部発振レー
ザの光周波数は、被測定レーザの周波数に近く、しかも
その周波数が極めて安 ゛定化されていることが必
要となる欠点がある。
ート信号をとることによるヘテロゲイン法がある。この
場合、被測定半導体レーザに対し、標準用局部発振レー
ザの光周波数は、被測定レーザの周波数に近く、しかも
その周波数が極めて安 ゛定化されていることが必
要となる欠点がある。
これに対し、被測定レーザの出力光の一部を遅゛延させ
、等偏曲に周波数ゆらぎの統計的性質が相等しい無関係
な2つのレーザ光を作り、これらの2つのレーザ光すな
わち遅延した光と遅延させない光とのビート信号のスペ
クトルを測定することにより、半導体レーザのスペクト
ル形状を測定する自己遅延ヘテロダインあるいはホモダ
イン法が捉案されている(菊池、大戦、中白=「半導体
し−ザの発振スペクトルの新しい高分解能測定法」電子
通信学会 量子エレクトロニクス研究会資料、OQE
80−50.1980)。
、等偏曲に周波数ゆらぎの統計的性質が相等しい無関係
な2つのレーザ光を作り、これらの2つのレーザ光すな
わち遅延した光と遅延させない光とのビート信号のスペ
クトルを測定することにより、半導体レーザのスペクト
ル形状を測定する自己遅延ヘテロダインあるいはホモダ
イン法が捉案されている(菊池、大戦、中白=「半導体
し−ザの発振スペクトルの新しい高分解能測定法」電子
通信学会 量子エレクトロニクス研究会資料、OQE
80−50.1980)。
第1図は、従来の自己遅延ヘテロゲイン法の概略構成図
である。半導体レーザ1の出力光をビーム・スプリッタ
2により2分し、その一方に遅延用単一モード光ファイ
バ3で時間的遅延を与え、他方は音響光学変調器4によ
り周波数シフトさせた後、光合波器5により両者を合波
し、光検出器6により両者のビートを検出する。光ファ
イバ3による遅延時間が半導体レーザのコヒーレンス時
間(光源のスペクトル純度を表す尺度で、スペクトル幅
が狭くなって単色光に近づくほどコヒーレンス時間は長
くなる)より十分長ければ、合波された2つの光は互い
に無相関となり、また両者の周波数雑音の統計的性質は
等しいから、光検出器6のビートはスペクトラムアナラ
イザで観測される。また、観測されたパワースペクトル
は半導体レーザのスペクトルの2倍の拡がりをもったス
ペクトル形状となる。
である。半導体レーザ1の出力光をビーム・スプリッタ
2により2分し、その一方に遅延用単一モード光ファイ
バ3で時間的遅延を与え、他方は音響光学変調器4によ
り周波数シフトさせた後、光合波器5により両者を合波
し、光検出器6により両者のビートを検出する。光ファ
イバ3による遅延時間が半導体レーザのコヒーレンス時
間(光源のスペクトル純度を表す尺度で、スペクトル幅
が狭くなって単色光に近づくほどコヒーレンス時間は長
くなる)より十分長ければ、合波された2つの光は互い
に無相関となり、また両者の周波数雑音の統計的性質は
等しいから、光検出器6のビートはスペクトラムアナラ
イザで観測される。また、観測されたパワースペクトル
は半導体レーザのスペクトルの2倍の拡がりをもったス
ペクトル形状となる。
なお、この測定法の分解能Δfは、次式で決定される。
ここで、τ、は単一モード光ファイバ3によって与えら
れる遅延時間であり、光ファイバ3の長さをl、光ファ
イバ3の屈折率をn、光の真空中での速度をCとすると
、 ′ から求められる。従って、(2)式を(1)式に代入す
れば、 が得られる。
れる遅延時間であり、光ファイバ3の長さをl、光ファ
イバ3の屈折率をn、光の真空中での速度をCとすると
、 ′ から求められる。従って、(2)式を(1)式に代入す
れば、 が得られる。
よって、分解能Δfを改善する(Δfを小さくする)に
は、遅延用光ファイバの長さiを長くしなければならな
い。
は、遅延用光ファイバの長さiを長くしなければならな
い。
例えば、第1図の分解能Δfは、C==3×11011
(/s) 、 n =1.5 、 l =1.5
(cn+)とすると、約39KHzとなる。逆に言えば
、30KHzの分解能Δfを得るには、遅延用単一モー
ド光ファイバ3の長さを1.5kmと非常に長くしなけ
ればならない。
(/s) 、 n =1.5 、 l =1.5
(cn+)とすると、約39KHzとなる。逆に言えば
、30KHzの分解能Δfを得るには、遅延用単一モー
ド光ファイバ3の長さを1.5kmと非常に長くしなけ
ればならない。
第2図は従来の自己遅延ホモダイン法の概略構成図であ
り、第1図において音響光学変調器4を取り除いもので
ある。第2図の方法では、非遅延光には周波数シフトが
与えられないため、光合波器5により、遅延光と合波さ
れた光のビートはホモダインとなり、スペクトラムアナ
ライザ7で観測されるパワースペクトルは、周波数Oに
おいて折り重ねられたスペクトルになる。第1図の測定
法によるパワースペクトルの形状と比較して、スペクト
ル形状は半分となるが、スペクトルの対称性から、半導
体レーザのスペクトル形状を測定するものである。
り、第1図において音響光学変調器4を取り除いもので
ある。第2図の方法では、非遅延光には周波数シフトが
与えられないため、光合波器5により、遅延光と合波さ
れた光のビートはホモダインとなり、スペクトラムアナ
ライザ7で観測されるパワースペクトルは、周波数Oに
おいて折り重ねられたスペクトルになる。第1図の測定
法によるパワースペクトルの形状と比較して、スペクト
ル形状は半分となるが、スペクトルの対称性から、半導
体レーザのスペクトル形状を測定するものである。
しかし、この自己遅延ホモダイン法も分解能Δfを改善
するには、遅延用光ファイバの長さlを長くしなければ
ならない。
するには、遅延用光ファイバの長さlを長くしなければ
ならない。
以上のように、従来は半導体レーザのスペクトル形状を
高分解能で測定しようとすると、遅延用光ファイバの長
さを長くしなければならず、測定装置が大型になってし
まうという欠点があった。
高分解能で測定しようとすると、遅延用光ファイバの長
さを長くしなければならず、測定装置が大型になってし
まうという欠点があった。
特に、近年の半導体レーザの性能改善により、高分解能
のスペクトル形状を小型の装置で測定する方式が強く望
まれていたが、従来、その具体例は何ら開示されていな
かった。
のスペクトル形状を小型の装置で測定する方式が強く望
まれていたが、従来、その具体例は何ら開示されていな
かった。
(発明の目的と特徴)
本発明は、上述した従来の欠点に鑑みなされたもので、
小型でかつ高分解能を以てスペクトル形状を観測するこ
とが可能な光スペクトル測定方式を提供することを目的
とする。
小型でかつ高分解能を以てスペクトル形状を観測するこ
とが可能な光スペクトル測定方式を提供することを目的
とする。
本発明の特徴は、測定光を二分岐し、一方の分岐出力光
に遅延時間を与えて得られる遅延光と、他方の分岐出力
光をそのままの状態でとり出した非遅延光とのビート出
力から被測定光のスペクトルを測定する方式において、
前記遅延光の遅延時間が一定の遅延時間の整数倍の値を
とるように変化せしめて所望の分解能が得られるように
構成されたことを特徴とする特 (発明の構成と作用) 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
に遅延時間を与えて得られる遅延光と、他方の分岐出力
光をそのままの状態でとり出した非遅延光とのビート出
力から被測定光のスペクトルを測定する方式において、
前記遅延光の遅延時間が一定の遅延時間の整数倍の値を
とるように変化せしめて所望の分解能が得られるように
構成されたことを特徴とする特 (発明の構成と作用) 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
(実施例1)
第3図は本発明の一実施例であり1、自己遅延ホモダイ
ン法に本発明を適用した構成図である。
ン法に本発明を適用した構成図である。
1は測定信号を発生する赳めの半導体レーザであり、半
導体レーザ1からの出力光は、2人力2出力光方向性結
合器8(以下、「結合器」と称す)の入力端子Aから入
り、出力端子B及び出力端子B′へ各々出される。出力
端子B′から取り出された光信号は、遅延路である遅延
用単一モード光ファイバ3(以下、「光ファイバ3」と
略す)を通過することにより(3)式から求まる遅延時
間τ4が与えられる。1回目の遅延を受けた信号光は、
結合器8の入力端子A′から入り、一部は出力端子Bへ
出力され残りは出力端子B′から取り出され、再び光フ
ァイバ3により遅延を受ける。この遅延路を通過する回
数は、求めようとするスペクトルの分解能が得られるま
で繰り返される。ここで、所望の分解能が得られるまで
遅延時間τ4が与えられると光ファイバ3によって遅延
された光と半導体レーザ1からの出力光(以下、「非遅
延光」と称す)とが合波され、光検出器6で両者のビー
トを検出した後、スペクトラムアナライザ7でスペクト
ル形状を測定する。
導体レーザ1からの出力光は、2人力2出力光方向性結
合器8(以下、「結合器」と称す)の入力端子Aから入
り、出力端子B及び出力端子B′へ各々出される。出力
端子B′から取り出された光信号は、遅延路である遅延
用単一モード光ファイバ3(以下、「光ファイバ3」と
略す)を通過することにより(3)式から求まる遅延時
間τ4が与えられる。1回目の遅延を受けた信号光は、
結合器8の入力端子A′から入り、一部は出力端子Bへ
出力され残りは出力端子B′から取り出され、再び光フ
ァイバ3により遅延を受ける。この遅延路を通過する回
数は、求めようとするスペクトルの分解能が得られるま
で繰り返される。ここで、所望の分解能が得られるまで
遅延時間τ4が与えられると光ファイバ3によって遅延
された光と半導体レーザ1からの出力光(以下、「非遅
延光」と称す)とが合波され、光検出器6で両者のビー
トを検出した後、スペクトラムアナライザ7でスペクト
ル形状を測定する。
なお、結合器8の分岐比は、はぼ等しいかあるいは弱結
合にしてビート成分が最大となるように選べば良い。
合にしてビート成分が最大となるように選べば良い。
例えば、光ファイバ3の長さlを0.5 (km) 。
光ファイバ3の屈折率nを1.5とすれば、光ファイバ
3を1回通過することにより与えられる遅延時間τ4.
は、 となる。よって、光ファイバ3を1回通過することによ
り得られる分解能Δftは となり、光ファイバ3をN回通過させた時の分解能Δf
、lは となる。
3を1回通過することにより与えられる遅延時間τ4.
は、 となる。よって、光ファイバ3を1回通過することによ
り得られる分解能Δftは となり、光ファイバ3をN回通過させた時の分解能Δf
、lは となる。
なお、半導体レーザ1の出力パワー及びスペクトラムア
ナライザ7の測定精度を考慮した場合、光ファイバ3を
通過させることのできる最大回数は現状では7〜8回程
度である。
ナライザ7の測定精度を考慮した場合、光ファイバ3を
通過させることのできる最大回数は現状では7〜8回程
度である。
上述の例では光ファイバ3の長さlを0.5 (km)
としたが、任意の長さに予め設定できることは言うまで
もない。
としたが、任意の長さに予め設定できることは言うまで
もない。
また図示してないが、光ファイバ3とは長さの異なる光
ファイバ3aと別の光方向性結合器8aとを組合わせた
ものを少なくとももう1個半導体レーザ1と光方向性結
合器8との間、又は、光方向性結合器8と光検出器6と
の間に追加すれば、さらに改善された分解能が得られる
。
ファイバ3aと別の光方向性結合器8aとを組合わせた
ものを少なくとももう1個半導体レーザ1と光方向性結
合器8との間、又は、光方向性結合器8と光検出器6と
の間に追加すれば、さらに改善された分解能が得られる
。
以上のように、本発明は予め定めた遅延路の長さによっ
て得られる分解能を、遅延路を通過させる回数Nの1/
N倍変化させることができ、小型で高分解能のスペクト
ル測定が可能となる。
て得られる分解能を、遅延路を通過させる回数Nの1/
N倍変化させることができ、小型で高分解能のスペクト
ル測定が可能となる。
(実施例2)
第4図は本発明による他の実施例であり、本発明を自己
遅延へテロダイン法に適用した場合の構成図である。第
4図は、実施例1において、第1図と同様な音響光学変
調器4(以下rAo変調器」と略す)を、遅延路である
光ファイバ、3の出力側に挿入したものである。なお、
他の回路部分は第3図と全く同じ構成になっている。
遅延へテロダイン法に適用した場合の構成図である。第
4図は、実施例1において、第1図と同様な音響光学変
調器4(以下rAo変調器」と略す)を、遅延路である
光ファイバ、3の出力側に挿入したものである。なお、
他の回路部分は第3図と全く同じ構成になっている。
まず半導体レーザ1からの出力光は結合器8の入力端子
Aに入力され、一方はそのまま出力端子Bから検出器6
へ行き、他方は出力端子B′から光ファイバ3の長さに
よって定まる遅延を受けた後に、AO変調器4の変調周
波数だけ周波数がシフトされ、結合器8の入力端子A′
に入る。入力端子A′に入った1回目の遅延光は、結合
器8により再び分岐され、一方は入力端子Aからの入力
光と共に出力端子Bに導かれ、他方は再び光ファイバ3
に入り遅延を受ける。このような動作を所望の分解能Δ
fが得られるまで8回繰り返した後、半導体レーザ1か
らの出力光と共に光検出器6に入リピート成分が検出さ
れる。なお、この時第1回目から第N回目までの遅延光
と各非遅延光とによりN個のビート成分が検出されるが
、N回目の遅延光と非遅延光とのビート成分はN倍のA
O変調器4の変調周波数だけシフトしているので、その
ビートスペクトルをスペクトラムアナライザ7で測定す
ることにより所望の分解能Δfでスペクトル形状が測定
される。なお、この場合、光ファイバ3で遅延された遅
延光同志のビートも生じるが、前述したように、出力端
子Bの出力光が出力端子B′の出力光に比べて、はぼ等
しいか又は弱結合に結合器8の分岐比を選ぶことにより
、非遅延光と各回ごとの遅延光とのビートが強くなり、
遅延光同志のビートを無視できるようにすることが出来
る。
Aに入力され、一方はそのまま出力端子Bから検出器6
へ行き、他方は出力端子B′から光ファイバ3の長さに
よって定まる遅延を受けた後に、AO変調器4の変調周
波数だけ周波数がシフトされ、結合器8の入力端子A′
に入る。入力端子A′に入った1回目の遅延光は、結合
器8により再び分岐され、一方は入力端子Aからの入力
光と共に出力端子Bに導かれ、他方は再び光ファイバ3
に入り遅延を受ける。このような動作を所望の分解能Δ
fが得られるまで8回繰り返した後、半導体レーザ1か
らの出力光と共に光検出器6に入リピート成分が検出さ
れる。なお、この時第1回目から第N回目までの遅延光
と各非遅延光とによりN個のビート成分が検出されるが
、N回目の遅延光と非遅延光とのビート成分はN倍のA
O変調器4の変調周波数だけシフトしているので、その
ビートスペクトルをスペクトラムアナライザ7で測定す
ることにより所望の分解能Δfでスペクトル形状が測定
される。なお、この場合、光ファイバ3で遅延された遅
延光同志のビートも生じるが、前述したように、出力端
子Bの出力光が出力端子B′の出力光に比べて、はぼ等
しいか又は弱結合に結合器8の分岐比を選ぶことにより
、非遅延光と各回ごとの遅延光とのビートが強くなり、
遅延光同志のビートを無視できるようにすることが出来
る。
以上のように、本発明は従来の自己遅延ヘテロゲイン法
にも通用可能である。
にも通用可能である。
(実施例3)
第5図は本発明による他の実施例であり、第4図で説明
した本発明の自己遅延ヘテロゲイン法に更に、偏波補償
器9を遅延路である光ファイバ3に挿入したものである
。
した本発明の自己遅延ヘテロゲイン法に更に、偏波補償
器9を遅延路である光ファイバ3に挿入したものである
。
通常の光フアイバ内を伝搬する光は、入力時の偏波状態
が維持されず、無偏波状態となることが知られている。
が維持されず、無偏波状態となることが知られている。
従って、本発明の光ファイバ3により遅延された遅延光
は半導体レーザ1の出力光とは偏波面が異なってしまう
。よって、偏波面が異なる非遅延光と遅延光とが合波し
てもビート成分が弱くなる。これを改善するするために
は、本発明では遅延路の光フアイバ3側に偏波補償器9
をさらに挿入し、光ファイバ3を通過した遅延光が常に
非遅延光と偏波整合されるようにしである。
は半導体レーザ1の出力光とは偏波面が異なってしまう
。よって、偏波面が異なる非遅延光と遅延光とが合波し
てもビート成分が弱くなる。これを改善するするために
は、本発明では遅延路の光フアイバ3側に偏波補償器9
をさらに挿入し、光ファイバ3を通過した遅延光が常に
非遅延光と偏波整合されるようにしである。
従って、偏波整合のとれた光のビートは、偏波不整合の
光のビートに比べて強くなるため、本発明では効率良く
ビート成分を選択することができる。
光のビートに比べて強くなるため、本発明では効率良く
ビート成分を選択することができる。
なお、第5図では自己遅延ヘテロゲイン法に偏波補償器
9を挿入した構成だけを示したが、第3図で説明した自
己遅延ホモダイン法にも偏波補償器9を挿入した方が良
いことは言うまでもない。
9を挿入した構成だけを示したが、第3図で説明した自
己遅延ホモダイン法にも偏波補償器9を挿入した方が良
いことは言うまでもない。
また、非遅延光と遅延光との偏波面の整合を取る方法と
して、偏波補償器9を用いた例を示したが、他の方法と
しては、遅延路の光ファイバ3を偏波面保存光ファイバ
に置き換えても良い。
して、偏波補償器9を用いた例を示したが、他の方法と
しては、遅延路の光ファイバ3を偏波面保存光ファイバ
に置き換えても良い。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明は遅延路の長さを等偏曲に
変化することにより所望の分解能を得ることができると
共に、従来の測定方式に比べて測定装置を大幅に小型化
でき、その効果は極めて大である。
変化することにより所望の分解能を得ることができると
共に、従来の測定方式に比べて測定装置を大幅に小型化
でき、その効果は極めて大である。
第1図は従来の自己遅延ヘテロダイン法の構成図、第2
図は従来の自己遅延ホモダイン法の構成図、第3図は本
発明による光スペクトル測定方式の構成例図、第4図は
本発明による自己遅延ヘテロダイン法の構成図、第5図
は偏波補償器を用いた自己遅延ヘテロダイン法による本
発明の他の実施例の構成図である。 1・・・半導体レーザ、 2・・・ビームスプリッタ、
3・・・単一モード光ファイバ、 4・・・音響光学変
調器、 5・・・光合波器、 6・・・光検出器、7・
・・スペクトラムアナライザ、 8・・・光方向性結合
器、 9・・・偏波補償器。
図は従来の自己遅延ホモダイン法の構成図、第3図は本
発明による光スペクトル測定方式の構成例図、第4図は
本発明による自己遅延ヘテロダイン法の構成図、第5図
は偏波補償器を用いた自己遅延ヘテロダイン法による本
発明の他の実施例の構成図である。 1・・・半導体レーザ、 2・・・ビームスプリッタ、
3・・・単一モード光ファイバ、 4・・・音響光学変
調器、 5・・・光合波器、 6・・・光検出器、7・
・・スペクトラムアナライザ、 8・・・光方向性結合
器、 9・・・偏波補償器。
Claims (1)
- 被測定光を二分岐して、一方の分岐出力光に遅延時間を
与えて得られる遅延光と他方の分岐出力光をそのままの
状態で取り出した非遅延光とのビート出力から該被測定
光のスペクトルを測定する方式において、前記遅延光の
遅延時間が一定の遅延時間の整数倍の値をとるように変
化せしめて所望の分解能が得られるように構成されたこ
とを特徴とする光スペクトル測定方式。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60101486A JPH067071B2 (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 光スペクトル測定装置 |
US06/859,993 US4790655A (en) | 1985-05-15 | 1986-05-05 | System for measuring laser spectrum |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60101486A JPH067071B2 (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 光スペクトル測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61260131A true JPS61260131A (ja) | 1986-11-18 |
JPH067071B2 JPH067071B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=14302030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60101486A Expired - Lifetime JPH067071B2 (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 光スペクトル測定装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
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