JP2002090259A

JP2002090259A - 半導体レーザ光源装置及び光周波数領域反射測定装置

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Publication number: JP2002090259A
Application number: JP2000284291A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawakita; 浩二川北; Hideaki Kasuya; 英明粕谷; Hiroshi Shimotahira; 寛下田平; Shigeru Kinugawa; 茂衣川
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】発振スペクトル線幅が狭く、光周波数掃引速度
が一定で、高速掃引可能な半導体レーザ光源装置を提供
する。【解決手段】駆動電流源１２からの駆動電流を受けてＬ
Ｄ１１は縦単一モードのレーザ光を発振する。該レーザ
光はレンズ１３ｂ、ＡＯＭ駆動部３２で駆動されたＡＯ
Ｍ３１、ミラー２１を往復してＬＤ１１に帰還する間
に、ＡＯＭ３１により光周波数シフトを受ける。前記レ
ーザ光がＬＤ１１に帰還することによって自己注入同期
が起こり、ＬＤ１１が発振するレーザ光の光周波数が変
化する。この繰り返しで、該レーザ光の光周波数の変化
はロッキングレンジを外れるまで続き、ロッキングレン
ジを外れると光周波数はＬＤ１１の基本発振周波数に戻
り、また掃引が開始される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光計測の分野で利
用される光周波数掃引可能な半導体レーザ光源装置と、
光周波数掃引光源を用いて光通信や光計測に利用される
光ファイバや光導波路等の光学部品、光伝送線路の光反
射特性を測定をする光周波数領域反射測定装置に関する
ものである。ここで、光反射特性の測定とは、被測定物
の長手方向についての反射光および後方散乱光の強度分
布の測定をさす。

【０００２】

【従来の技術】出力されるレーザ光の光周波数を掃引可
能な半導体レーザ（以下、ＬＤ：レーザダイオード）光
源装置としては、注入電流や雰囲気温度の変化により直
接変調されたＬＤ光源や外部鏡として用いた回折格子の
回転により発振周波数を変化させる外部共振器型ＬＤ光
源などがある。しかしながら、狭スペクトル線幅を保ち
ながら、一定の光周波数掃引速度で高速に光周波数の掃
引をすることは困難であった。

【０００３】狭スペクトル線幅を保ちながら、光周波数
掃引可能なＬＤ光源装置として自己注入同期現象を利用
した光源装置が提案されている。以下に、従来提案され
ている自己注入同期方式の光周波数掃引光源装置の原理
を示す。単独で縦単一モード発振するＬＤの外部にミラ
ーなどを配置し、ＬＤからの出力光の一部をＬＤに帰還
することで狭スペクトル線幅を得る自己注入同期現象が
知られている。自己注入同期を利用した光源では１０kH
z 程度までの狭スペクトル線幅が得られており、原子・
分子の分光測定などの特殊な用途に使用されている。自
己注入同期方式のＬＤ光源装置において、光周波数掃引
を行うためには、帰還光路長を変化させる必要がある。
図１４に従来のＬＤ光源装置を示す。

【０００４】ＬＤ光源部１０はＬＤ１１、駆動電流供給
手段１２、そしてレンズ１３ａ、１３ｂを含んでいる。
ＬＤ１１は、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）
であって、ＬＤ１１の出力光は、ミラー２１からなる光
帰還手段２０を介して、再びＬＤ１１に帰還される。ミ
ラー２１にはＰＺＴ（圧電アクチュエータ）３０１が固
定されている。ミラー２１をＰＺＴ３０１によって光軸
方向に微小に変位させる。ミラー２１が光軸方向に変化
することによって帰還光路長が変化し、ＬＤ１１に帰還
されるレーザ光の位相が変化する。このとき、ＬＤ１１
は自己注入同期現象によって、帰還レーザ光の位相とＬ
Ｄ１１から出力されるレーザ光の位相が一致するまでＬ
Ｄ１１の発振周波数が変化する。

【０００５】帰還光の位相変化に追随しＬＤの発振周波
数が変化する範囲はロッキングレンジと呼ばれ、帰還光
の位相変化幅としては理論的には最大で±πとなる範囲
である。例えば、光帰還手段２０までの距離を１０数ｃ
ｍとすると主に光通信で使われる１．５５μｍ帯では数
GHz 程度までの範囲で発振周波数を掃引することができ
る。

【０００６】また、光周波数掃引可能な光周波数掃引光
源は、光計測等に用いられる光源として従来より使用さ
れている。光周波数掃引光源を用いた光計測装置として
は、例えば光ファイバや光導波路等の光伝送路や光部品
の光反射特性を測定する光反射測定装置において、高空
間分解能を得るための１つの方法として有望視されてい
る、光周波数領域反射測定装置（ＯＦＤＲ(Optical Fre
quency Domain Reflectometry)）がある。

【０００７】ＯＦＤＲの基本原理は以下の通りである。
光周波数が掃引された光を測定光と参照光に分けた後、
測定光を干渉計の片方の光路に配置された被測定物へ送
出し、被測定物からの反射光や後方散乱光の信号光と参
照光とを光検出器で干渉させる。干渉信号は、光源の周
波数を時間的に線形に掃引すると、信号光と参照光の伝
播する光路長差に比例したビート周波数成分を持ち、そ
れをスペクトル解析することにより被測定物の長手方向
の反射特性を測定することが可能となる。参照光路を伝
搬する参照光としてはマイケルソン型干渉計の片方のア
ームからの反射光を利用する場合のほかに、光合分波器
を２台用いて既知の長さの伝搬経路を通過させた光を用
いる場合もある。

【０００８】ＯＦＤＲは、被測定物の光路長が光源の可
干渉距離よりも短い場合の位相相関形と、長い場合の位
相非相関形の２種類に分類できる。光源の光周波数を変
化させる方法としては、鋸歯状や三角状に掃引する方式
が一般的である。光周波数を三角状に掃引した場合につ
いて、空間分解能δＬは、位相相関形のときには、 δＬ＝ｃ／（２ｎΔＦ）（１）で与えられ、位相非相関形のときは主に次式で決まる。 δＬ＝ｃ・Δν／（４ｎｆm ・ΔＦ）（２）（１）、（２）式の記号の意味は以下の通りである。 Δν：光源のスペクトル線幅、ΔＦ：光周波数掃引幅、
ｆm ：掃引周波数、c：真空中の光速、ｎ：被測定物の
屈折率

【０００９】よって、位相相関形のとき、空間分解能は
光周波数掃引幅が大きい程向上する。ただし、測定範囲
が光源のスペクトル線幅に反比例する可干渉距離に制限
されるため、測定範囲の拡大を行うためにはスペクトル
線幅が狭い光源が必要となる。また、位相非相関形のと
き、光源のスペクトル線幅が狭い状態で、光周波数掃引
幅が大きく掃引周波数が高いとき、つまり光周波数の変
化速度が大きいとき、空間分解能は向上する。また、位
相相関形、位相非相関形に関わらず、光周波数掃引速度
が光周波数掃引中で変化した場合、任意の位置からの反
射により生じるビート周波数は広がってしまい分解能は
劣化する。そのため、ＯＦＤＲの測定範囲拡大、空間分
解能向上のためには、狭線幅レーザ光源を用いて高速か
つ一定の光周波数掃引速度で光周波数掃引を行う事が必
要である。

【００１０】上記の問題点を解決するための一手法とし
て、周波数シフト帰還型（ＦＳＦ：Frequency −Shifte
d Feedback）レーザ光源を用いた光学的距離計の提案が
なされている。ＦＳＦレーザ光源とは、レーザ共振器の
中に音響光学変調器（ＡＯＭ：Acoustic Optical Modul
ator）が配置されたものであり、レーザ光は共振器内を
往復する度にＡＯＭを通って回折されると共に光周波数
シフトを受ける。結果としてＦＳＦレーザ光源からは光
周波数が時間的に高速にチャープしたレーザ光が出力さ
れることとなる。ＦＳＦレーザ光源を用いた光学的距離
計とは、ＯＦＤＲと同じ原理から光検出器で得られる干
渉信号の周波数解析により反射点までの距離を測定する
ものである。

【００１１】しかしながら、従来提案されているＦＳＦ
レーザ光源は縦多モード発振であるため、測定可能な距
離範囲が狭く、測定可能距離以上の長さの測定範囲を測
定した場合には周波数解析により得られる情報が測定可
能距離毎に周波数軸上で重なり合って観測されてしまう
という問題点があった。この問題に対して、干渉信号中
のビート周波数の次数を判別することにより、反射点の
位置を識別する方法が提案されている。この方法は、信
号光路中に置かれたミラーなどの反射体までの距離を測
定する光学的距離計としては利用価値が高いと考えられ
るが、レーリー散乱光の長手方向の強度分布は測定困難
である。したがって、縦単一モード発振あるいは縦多モ
ード発振であっても縦モード間隔が十分広い光周波数掃
引レーザ光源を実現できれば、広い測定範囲について複
雑な処理無しで被測定物の光反射特性が測定可能とな
り、ＯＦＤＲなどの光計測用光源として有効である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記の通り、従来の自
己注入同期を用いたＬＤ光源装置は、狭線幅で数GHz の
光周波数掃引が可能であるが、ＰＺＴによる機械的変位
を用いて光周波数掃引を行うため、THz ／s 以上の高速
掃引は困難であり、ＰＺＴのヒステリシスのため掃引中
の光周波数掃引速度が一定でない問題があった。そのた
め、光反射測定装置であるＯＦＤＲに前記従来のＰＺＴ
を用いた光周波数掃引光源を適用した場合、高空間分解
能を得ることができなかった。

【００１３】本発明が解決しようとする課題は、発振ス
ペクトル線幅が数１０kHz 程度と狭く、光周波数のTHz
／s 以上での高速掃引が可能で、掃引中の光周波数掃引
速度が一定に保たれた特性を持つＬＤ光源装置を実現す
ることにある。また、光周波数領域反射測定装置につい
ては、本発明の発振スペクトル線幅が数１０kHz 程度と
狭く、光周波数のTHz ／s 以上での高速掃引が可能で、
かつ、掃引中の光周波数掃引速度が一定に保たれた特性
を持つ光源を用いることで、空間分解能の優れた高性能
なＯＦＤＲ装置を実現することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の半導体レーザ（ＬＤ）光源装置では、ＬＤ手段を縦単
一モードのレーザ光を発振するＬＤ手段とし、自己注入
同期を用いたＬＤ光源装置としている。すなわち、本発
明の請求項１に記載の半導体レーザ光源装置は、縦単一
モードのレーザ光を発振する半導体レーザ手段及び前記
半導体レーザ手段へ駆動信号を出力する半導体レーザ駆
動手段を有する半導体レーザ光源部と、前記半導体レー
ザ手段に対して所定の固定位置に配置され、前記半導体
レーザ手段から出力された前記レーザ光の少なくとも一
部を前記半導体レーザ手段に帰還する光帰還手段と、前
記半導体レーザ手段と前記光帰還手段との光路上に配置
されていて、前記半導体レーザ手段へ帰還されるレーザ
光の光周波数に周波数シフトを与える光周波数シフト部
とを備えている。

【００１５】自己注入同期は、光源より出力された光に
一定の時間遅れを与え、再度光源に帰還することにより
発生する同期現象であり、強制的に注入光の光周波数に
発振する光周波数が同期することになる。概念的には、
発振する光周波数が時間的に揺らぐ光源において、過去
に出力した光が注入されることにより、過去の発振周波
数を基準に現在の光周波数を安定化することになり、周
波数雑音が抑圧され、結果として狭スペクトル特性が得
られる。光周波数を掃引する目的のため、ＬＤ手段と光
帰還手段との光路上に、ＬＤ手段へ帰還されるレーザ光
の光周波数をシフトするための光周波数シフト手段が配
置されている。ＬＤ手段へ帰還されるレーザ光が光周波
数シフト手段により周波数シフトされることで、ＬＤ手
段の発振周波数が変化する。帰還光の光周波数が変化す
る速度は、光周波数シフト手段での光周波数シフト量と
レーザ光がＬＤ手段を出射してから帰還するまでにかか
る時間により決まる。光周波数シフト手段での光周波数
シフト量と光帰還手段の位置を適当に選ぶことにより、
光周波数掃引速度が一定に保たれた、THz ／s 以上の高
速掃引が可能となる。

【００１６】本発明で用いるＬＤ手段を単体で発振させ
た場合の発振周波数を基本発振周波数と呼ぶことにす
る。本発明の請求項２に記載のＬＤ光源装置では、ＬＤ
駆動手段によりＬＤ手段の基本発振周波数がＬＤ光源装
置から出力される光周波数の掃引繰返し周期と同期して
変化するように制御される。すなわち、本発明の請求項
２に記載の半導体レーザ光源装置は、請求項１記載の半
導体レーザ光源装置において、前記半導体レーザ光源部
が外部からの信号によりその基本発振周波数を可変とさ
れており、かつ、前記半導体レーザ光源装置から出力さ
れるレーザ光の一部を受けて、該レーザ光の光周波数の
変化周期の同期信号を検出し、前記半導体レーザ光源部
の基本発振周波数が前記半導体レーザ光源装置から出力
されるレーザ光の光周波数の変化周期に同期して変化す
るように前記半導体レーザ光源部を制御する同期信号検
出部を備えている。基本発振周波数を帰還光の光周波数
変化と同じ方向に変化させることで、自己注入同期のロ
ッキングレンジで制限された光周波数掃引幅を拡大でき
る。

【００１７】光周波数シフタとして一般的なものとして
は、例えば音響光学変調器（ＡＯＭ：Acoustic Optical
Modulator）がある。本発明の請求項３に記載のＬＤ光
源装置では、光周波数シフト手段としてＡＯＭを用いて
いる。すなわち、本発明の請求項３に記載の半導体レー
ザ光源装置は、請求項１または請求項２記載の半導体レ
ーザ光源装置において、前記光周波数シフト部が音響光
学変調器を含み、該音響光学変調器を通過するレーザ光
にドップラーシフトにより周波数シフトを与えることを
特徴としている。レーザ光はＡＯＭを通過する時にＡＯ
Ｍ内を伝播する超音波によってブラッグ回折による偏向
を受けると共に音波によるドップラーシフトによって周
波数シフトを受ける。光周波数のシフト量はＡＯＭを駆
動する周波数で正確に決まる。また、ＡＯＭの駆動周波
数を変えることで光周波数掃引速度を調整することが可
能である。

【００１８】また、本発明の請求項４に記載の光周波数
領域反射測定装置（ＯＦＤＲ）では、請求項１乃至請求
項３記載の発明であるＬＤ光源装置をＯＦＤＲの光源部
に用いることで、空間分解能の向上した高性能化を実現
している。すなわち、本発明の請求項４に記載の光周波
数領域反射測定装置は、光周波数掃引光源を用いて、参
照光と被測定物からの反射光及び後方散乱光との干渉に
より得られるビート信号の周波数解析により前記被測定
物の光反射特性の測定を行なう光周波数領域反射測定装
置において、前記光周波数掃引光源として請求項１乃至
３記載の半導体レーザ光源装置を用いることを特徴とし
ている。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係るＬＤ光源
装置の基本的な構成を図１に示す。図１は、単独でも縦
単一モード発振可能なＬＤ光源部１０と、ＬＤ光源部１
０からの出射光の一部を帰還する光帰還手段２０と、帰
還光路中に配設され、帰還光の光周波数に周波数シフト
を与える光周波数シフト部３０とから構成されている。
本発明の請求項２に係るＬＤ光源装置は、図１において
ＬＤ光源部１０の基本発振周波数がＬＤ光源装置から出
力される光周波数の変化周期と同期して変化するように
構成される。本発明の請求項３に係るＬＤ光源装置は、
図１において光周波数シフト手段としてＡＯＭを用いた
構成となっている。

【００２０】本発明の請求項４に係るＯＦＤＲの基本的
な構成を図２に示す。本発明の請求項１乃至請求項３の
ＬＤ光源装置を用いた光周波数掃引光源４０からの出射
光を光ファイバカプラ５０で２つに分波し、一方を参照
光路６０へ、もう一方を被測定光ファイバ７０に接続す
る。参照光と、被測定光ファイバ７０からの反射光およ
び後方散乱光を再び光ファイバカプラ５０で合波し、光
検出器８０へ入射する。光検出器８０から得られる干渉
信号はスペクトラムアナライザ９０を用いて周波数解析
するように構成される。

【００２１】図３は、本発明のＬＤ光源装置の第１の実
施の形態の構成図である。ＬＤ光源部１０はＬＤ手段と
してのＬＤ１１、ＬＤ駆動手段としての駆動電流源１
２、レンズ１３ａ、１３ｂ、そしてアイソレータ２７を
含んでいる。ＬＤ１１は、分布帰還型半導体レーザ（Ｄ
ＦＢ−ＬＤ）であって、その一方の出射端面１１ａは劈
開面もしくは高反射（ＨＲ）コーティングが施されてお
り、もう一方の出射端面１１ｂには低反射（ＡＲ）コー
ティングが施されている。駆動電流源１２はＬＤ１１を
駆動するための注入電流を供給する。前記出射端面１１
ｂからの光をレンズ１３ｂは平行光にする。この平行光
は光周波数シフタを通過し、光帰還手段２０を介して、
再び光周波数シフタを通過してＬＤ１１に帰還される。

【００２２】光帰還手段２０はミラー２１で構成する。
ミラー２１は例えば発振線幅数１０kHz を得るために
は、ＬＤ１１から数cm〜数１０cm程度離れた位置に配置
される。光周波数シフタとしてはＡＯＭ３１を用いてい
る。ＬＤ１１から出力されたレーザ光はＡＯＭ３１でブ
ラッグ回折される。＋１次回折されたレーザ光はドップ
ラーシフトにより光周波数シフトを受けると共に光帰還
手段２０へ出力される。回折光は光帰還手段２０によ
り、ＡＯＭ３１へと戻される。レーザ光はＡＯＭ３１を
通過する時、再び、ブラッグ回折により偏向すると共に
ドップラーシフトによる周波数シフトを受ける。ＡＯＭ
３１を駆動する周波数をｆ_AOMとすると、レーザ光は１
往復で＋２ｆ_AOMだけ光周波数が増加することになる。
また、＋２次の回折光を用いた場合は往復で＋４ｆ_AOM
の周波数シフトとなる。帰還するレーザ光の光周波数変
化によりＬＤ１１は、自己注入同期のロッキングレンジ
を外れるまで光周波数が変化し、ロッキングレンジを越
えると、ＬＤ１１の基本発振周波数へと戻り、また掃引
が開始される。このようにＬＤ光源装置からは光周波数
が時間的に鋸歯状に掃引されたレーザ光が出力される。
また、光周波数の掃引速度は常に一定となる。

【００２３】なお、回折格子を光帰還手段２０とする構
成も可能である。また、光帰還手段２０として、ハーフ
ミラーを用いて出力光を光帰還手段側から取り出すこと
もできる。また、光帰還手段２０としてファイバミラー
の様な導波路型光学素子を用いることもできる。ＬＤ１
１と導波路型光学素子との結合はレンズを用いる代りに
先球ファイバを利用することも可能である。その場合、
ＬＤへの不要な帰還光を阻止するアイソレータはファイ
バ中に配置される。

【００２４】図４は、本発明の半導体レーザ光源装置の
第２の実施の形態の構成図である。本実施の形態では、
光周波数シフタがＬＤ光源部１０と光帰還手段２０の光
路上に直列に配置され、異なる周波数で駆動された２台
のＡＯＭ３３、３４により構成されている。それ以外は
第１の実施の形態と同じ構成である。ＡＯＭ１段で得ら
れる光周波数シフト量は通常数１０MHz 〜数１００MHz
である。より小さな周波数シフトや大きな周波数シフト
を得ることは複数のＡＯＭを組み合わせることで実現が
可能である。例えば数１０kHz の小さな周波数シフトを
得るためには図４のように異なる周波数でＡＯＭを駆動
し、それぞれで符号の異なる回折を与えれば良い。それ
ぞれのＡＯＭの駆動周波数をｆａ、ｆｂ、回折の次数を
＋１次、−１次とするとレーザ光が１往復する間で受け
る周波数シフトは、＋２・（ｆａ−ｆｂ）となる。

【００２５】図５は本発明の半導体レーザ光源装置の第
３の実施の形態の構成図である。本実施の形態では駆動
電流源１２が光周波数掃引周期と同期して動作するよう
に構成されている。ＬＤ１１、光周波数シフト部３０、
光帰還手段２０は第１の実施の形態と同じである。駆動
電流源１２として信号発生器を用いる。光周波数の掃引
に対する同期信号を取り出すためレーザから出力された
光の一部がビームスプリッター４０１により非対称マイ
ケルソン型干渉計６００を含むの同期信号検出部５００
に導かれている。光検出器７００から出力されるビート
信号は図６に示されるように光周波数がＬＤ１１の基本
発振周波数へ戻る折り返しの部分で大きな差周波数を持
つ。光検出器７００からの出力を遮断周波数が光周波数
の掃引中に得られるビート周波数ｆｂ１より大きく折り
返し部分で発生するビート周波数ｆｂ２より小さく設定
されたハイパスフィルタ８００を通過させると、出力信
号は無信号部と交流信号が、光周波数の掃引周期で繰り
返されるバースト型の信号となる。このバースト波形の
交流信号の立上り部をトリガとして利用して信号発生器
からランプ波形を出力することで、光周波数の掃引周期
と同期して変化する駆動電流がＬＤ１１へ供給される。
ＬＤ１１に用いたＤＦＢ−ＬＤは駆動電流の変化により
内部グレーティングのピッチがわずかに変わり、基本発
振周波数が変化する。

【００２６】上記では光周波数掃引の同期信号を得るた
め非対称マイケルソン型干渉計を用いたが、非対称マハ
ツェンダー型干渉計を用いても良い。また、ハイパスフ
イルタを用いる構成としたが、ローパスフィルタやバン
ドパスフィルタ等を用いても同様な動作は可能である。
また、ＬＤ１１の駆動電流の変化による強度変化が問題
となるときはＬＤ光源装置から出力されるレーザ光を透
過強度が一定となるような波形整形器を通過させて用い
ればよい。そのような波形整形器は、例えば、光強度変
調器を用いて前記の同期信号に同期して透過率を制御す
ることで構成可能である。ここでは、ＤＦＢ−ＬＤの注
入電流への制御を行なう構成としたが、ＤＦＢ−ＬＤは
温度変化によっても内部グレーティングのピッチは変わ
るので温度を制御する構成としても同様な基本発振周波
数変化は可能である。

【００２７】図７は、本発明のＬＤ光源装置の第４の実
施の形態の構成図である。ＬＤ光源部１０は、ＬＤ１１
の外部に波長選択素子である回折格子１４を置く構成で
ある。ＬＤ１１はファブリ・ペロー型ＬＤであり、一方
の出射端面１１ａにＡＲコーティングを施している。端
面１１ａからの出力光をレンズ１３ａで平行光にし、回
折格子１４に入射する。回折格子１４は配置された角度
に応じた波長の光をＬＤ１１の方向へ回折し、端面１１
ｂとの間でレーザ発振を起こす。このようなＬＤ光源部
１０は外部共振器型レーザと呼ばれている。ＬＤ１１の
端面１１ｂからの出力光は、レンズ１３ｂで平行光に変
換され光周波数シフト部３０を通過し、光帰還手段２０
を介して帰還される。光帰還手段２０、光周波数シフト
部３０は、第１の実施の形態と同じ構成である。また、
ＬＤ光源部１０をこのような構成とした場合、回折格子
の設置角度により任意の波長を選択することが可能であ
るので、光周波数掃引の中心波長を可変とすることが可
能である。

【００２８】図８は、本発明の半導体レーザ光源装置の
第５の実施の形態の構成図である。ＬＤ光源部１０の基
本的な構成は第４の実施の形態と同じである。光帰還手
段２０、光周波数シフト部３０は第１の実施の形態と同
じである。第３の実施の形態と同様に光周波数掃引周期
と同期したトリガ信号を得るための系が構成されてい
る。トリガ信号に同期して回折格子１４に取りつけられ
たＰＺＴ１５を信号発生器１６により駆動することで僅
かに角度変化を与えて、外部共振器型レーザの基本発振
周波数を変化させる構成となっている。ここで、回折格
子の傾きを変える代りに回折格子に温度変化や応力を加
えることで回折格子のピッチを変えるような構成とする
ことでも同様の効果が得られる。

【００２９】半導体レーザ光源装置の上記第４及び第５
の実施の形態で述べた回折格子はファイバグレーティン
グなどの導波路型光学素子であっても良い。また、半導
体レーザ光源装置の上記第１から第５の実施の形態で述
べたＡＯＭ３１を表面弾性波を用いた導波路型の光集積
回路素子と置き換えても良い。導波路型光学素子を用い
ることで、より低消費電力で、小型な構成とすることも
可能である。また、導波路基板の出射側端面を光帰還手
段として用いることも可能である。ＬＤ１１とハイブリ
ット化することも可能である。導波路型光学素子とＬＤ
１１の光学的結合にはレンズを介す代りに、先球ファイ
バを利用することも可能である。また、ここで示した実
施の形態ではレーザ光が往復する間に２回周波数シフト
を受ける構成としたが、１回だけ周波数シフトを受ける
構成としてもよい。また、ＬＤ光源装置の光路がループ
状となるような構成（図９）であってもよい。

【００３０】図１０は、本発明の光周波数領域反射測定
装置（ＯＦＤＲ）の第１の実施の形態の構成図である。
光源部４０は本発明のＬＤ光源装置の第１の実施の形態
と同じである。光源部４０より出力されたレーザ光は光
ファイバカプラ５１により測定光と参照光に分けられ
る。測定光は被測定光ファイバ７０へと導かれる。被測
定光ファイバ７０からの反射光や後方散乱光である信号
光と参照光はもう一つの光ファイバカプラ５２によって
合波され、光検出器８０で干渉させられる。光検出器８
０からの信号をスペクトラムアナライザ９０により周波
数解析することで、被測定物の反射特性が測定される。

【００３１】図１１は、本発明のＯＦＤＲの第２の実施
の形態の構成図である。光源部４０は本発明のＬＤ光源
装置の第１の実施の形態と基本的には同じであるが、半
導体レーザ光源装置の光路中にビームスプリッタ４０２
が配置されている。測定光と参照光をＬＤ光源装置の光
路上から取り出す構成となっている。参照光は参照光路
６０へ、測定光は被測定光ファイバ７０へと導かれ、被
測定光ファイバ７０からの反射光や後方散乱光である信
号光と参照光は光ファイバカプラ５０によって合波さ
れ、光検出器８０で干渉させられる。光検出器８０から
の信号をスペクトラムアナライザ９０により周波数解析
することで、被測定物の反射特性が測定される。

【００３２】図１２は、本発明のＯＦＤＲの第３の実施
の形態の構成図である。光源部４０は本発明の半導体レ
ーザ光源装置の第１の実施の形態と基本的には同じであ
るが、ＡＯＭ３１の非回折光をＬＤ光源装置中から取り
出せるように構成されている。このＡＯＭ３１の非回折
光を参照光として用いる。測定光は被測定光ファイバ７
０へと導かれ、被測定光ファイバ７０からの反射光や後
方散乱光である信号光と参照光は光ファイバカプラ５０
によって合波され、光検出器８０で干渉させられる。光
検出器８０からの信号をスペクトラムアナライザ９０に
より周波数解析することで、被測定物の反射特性が測定
される。このような構成とすることで非回折光が有効利
用され、より簡素な構成が実現される。また、ここでは
ＡＯＭ３１の非回折光を参照光としているが、参照光と
測定光を入れ替え、ＡＯＭ３１の非回折光を測定光とし
て用いる構成としてもよい。

【００３３】なお、本発明のＬＤ光源装置は、上述のＯ
ＦＤＲの他、図１３に示すような測定装置に用いても、
ＯＦＤＲに用いたときの特長を活かすことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の半導体レーザ
光源装置は、自己注入同期を用いた狭スペクトル線幅な
ＬＤ光源装置において、帰還光の光周波数を光周波数シ
フト手段により変化させることで、THz ／s 以上の高速
掃引を可能とし、かつ、掃引中の光周波数掃引速度を一
定に保つができた。また、機械的な駆動のない堅牢な光
源を実現することができた。本発明の請求項２に記載の
半導体レーザ光源装置は、ＬＤの基本発振周波数をＬＤ
光源装置の光周波数の掃引周期と同期して可変すること
で光周波数の掃引範囲が拡大した光源を実現できた。本
発明の請求項３に記載の半導体レーザ光源装置は、光周
波数シフト手段としてＡＯＭを用いることで、周波数シ
フト量をＡＯＭの駆動周波数で正確に設定出来、かつ、
ＡＯＭの駆動周波数を変えることで光周波数掃引速度が
電気的に可変である光源が実現できた。

【００３５】また、本発明の請求項４に記載の光周波数
領域反射測定装置は、請求項１乃至３の発明であるＬＤ
光源装置を適用することによって、ＬＤ光源装置が高速
光周波数掃引を可能とし、かつ、掃引中の光周波数掃引
速度を一定に保つことができるため、空間分解能の向上
した高性能化が可能となった。また、広い測定範囲につ
いて複雑な処理無しで被測定物の光反射特性が測定可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＤ光源装置の基本的な構成を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明のＯＦＤＲの基本的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明のＬＤ光源装置の第１の実施の形態を示
すブロック図である。

【図４】本発明のＬＤ光源装置の第２の実施の形態を示
すブロック図である。

【図５】本発明のＬＤ光源装置の第３の実施の形態を示
すブロック図である。

【図６】同期信号検出の概念を示す図であり、（ａ）は
信号光と参照光の光検出器上の光周波数変化を示す図、
（ｂ）は信号光と参照光の周波数差を示す図、（ｃ）は
光検出器より出力される信号を示す図、（ｄ）はフィル
タ通過後の信号を示す図である。

【図７】本発明のＬＤ光源装置の第４の実施の形態を示
すブロック図である。

【図８】本発明のＬＤ光源装置の第５の実施の形態を示
すブロック図である。

【図９】本発明のＬＤ光源装置の別の実施の形態を示す
ブロック図である。

【図１０】本発明のＯＦＤＲの第１の実施の形態を示す
ブロック図である。

【図１１】本発明のＯＦＤＲの第２の実施の形態を示す
ブロック図である。

【図１２】本発明のＯＦＤＲの第３の実施の形態を示す
ブロック図である。

【図１３】本発明のＬＤ光源装置を用いた他の測定装置
の構成を示す図である。

【図１４】従来のＬＤ光源装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ＬＤ手段２ＬＤ駆動手段１０ＬＤ光源部１１ＬＤ１１ａ、１１ｂＬＤ端面１２駆動電流源（駆動電流供給手段）１３ａ、１３ｂ、４０３、４０４レンズ１４回折格子１５、３０１ＰＺＴ１６信号発生器２０光帰還手段２１、２２、２３、２４、２５、２６、６０２、６０３
ミラー２７、２８アイソレータ３０光周波数シフト部３１、３３、３４ＡＯＭ３２、３５、３６ＡＯＭ駆動部４０光周波数掃引光源（光源部）５０、５１、５２光ファイバカプラ６０参照光路７０被測定光ファイバ（被測定物）８０、７００光検出器９０スペクトラムアナライザ３００位相変調部４０１、４０２、６０１ビームスプリッター５００同期信号検出部６００非対称マイケルソン型干渉計８００ハイパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者衣川茂東京都港区南麻布五丁目10番27号アンリツ株式会社内Ｆターム(参考） 2G086 CC03 2H079 AA04 BA04 CA04 CA11 FA02 HA15 KA14 KA20 5F073 AA64 AA66 AA67 AB21 AB29 BA01 BA09 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦単一モードのレーザ光を発振する半導
体レーザ手段（１）及び前記半導体レーザ手段へ駆動信
号を出力する半導体レーザ駆動手段（２）を有する半導
体レーザ光源部（１０）と、前記半導体レーザ手段に対
して所定の固定位置に配置され、前記半導体レーザ手段
から出力された前記レーザ光の少なくとも一部を前記半
導体レーザ手段に帰還する光帰還手段（２０）と、前記
半導体レーザ手段と前記光帰還手段との光路上に配置さ
れていて、前記半導体レーザ手段へ帰還されるレーザ光
の光周波数に周波数シフトを与える光周波数シフト部
（３０）とを備えたを半導体レーザ光源装置。
【請求項２】前記半導体レーザ光源部が外部からの信
号によりその基本発振周波数を可変とされており、か
つ、前記半導体レーザ光源装置から出力されるレーザ光
の一部を受けて、該レーザ光の光周波数の変化周期の同
期信号を検出し、前記半導体レーザ光源部の基本発振周
波数が前記半導体レーザ光源装置から出力されるレーザ
光の光周波数の変化周期に同期して変化するように前記
半導体レーザ光源部を制御する同期信号検出部（５０
０）を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ光源装置。
【請求項３】前記光周波数シフト部が音響光学変調器
を含み、該音響光学変調器を通過するレーザ光にドップ
ラーシフトにより周波数シフトを与えることを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の半導体レーザ光源装
置。
【請求項４】光周波数掃引光源（４０）を用いて、参
照光と被測定物（７０）からの反射光及び後方散乱光と
の干渉により得られるビート信号の周波数解析により前
記被測定物の光反射特性の測定を行なう光周波数領域反
射測定装置において、前記光周波数掃引光源として請求
項１乃至３記載の半導体レーザ光源装置を用いることを
特徴とする光周波数領域反射測定装置。