JPS61260131A - 光スペクトル測定装置 - Google Patents

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。

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。

（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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

（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。

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。

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。

（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
。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。