JP3252880B2 - 波長可変素子の動特性測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長可変機能を集積化
した波長可変レーザや波長可変フィルタなどの波長可変
素子の波長切替時に生じる過渡特性、および長時間に渡
る波長変化などの波長動特性を測定する波長可変素子の
動特性測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＢＲ半導体レーザ等の波長可変レーザ
や波長可変フィルタなどの波長可変素子は、コヒーレン
ト光通信や波長多重通信、および、それらを利用した光
通信網において使用される送受信装置、光クロスコネク
ト装置、光交換機、光周波数基準、光周波数シンセサイ
ザなどに用いられる。以下、発光型の波長可変素子の動
特性測定に関する従来技術について説明する。

【０００３】第１の従来技術としては、波長可変機能を
集積化した波長可変半導体レーザの動特性測定技術に関
し、掃引型ファブリペロー（Fabry-Pwrot ）干渉計を用
いる測定法が知られている。ここでは、第１の従来技術
の概略について、図４を参照して説明する（第１の従来
技術の詳細については、例えば、参考文献１；H.Kobrin
ski et al.,‘Fast wavelength-switching of laser tr
ansmitters and amplifier's.IEEEJ.Selected Areas in
Commun.,Vol.8,No.6,pp.1190-1201,1990. を参照され
たい。）。

【０００４】図４は第１の従来技術による、発光型波長
可変素子の波長可変動特性測定装置の構成例（第１の従
来例）を表す図である。この図において、１０１は測定
対象たる波長可変素子であり、ここでは、一例として、
２電極ＤＦＢレーザが用いられる。１０２は偏波コント
ローラ、１０３は変調器、１０４はファブリペローフィ
ルタ（ファブリペロー干渉計）、１０５は光検出器、１
０６はファブリペロー干渉計に内蔵されている電歪素子
（ＰＺＴ）を駆動するＰＺＴ駆動回路である。また、１
０７は信号発生器、１０８は波長可変電流設定装置、１
０９および１１０は、それぞれ、電流値がＩ_r ，Ｉ_f の
バイアス電流を示している。

【０００５】上記構成の第１の従来例の動作を以下に説
明する。予め、ある一定バイアス（バイアス電流１０
９，１１０）が印加された２電極ＤＦＢレーザ１０１の
発振波長を、矩形波発生器などの波長可変電流設定装置
１０８によって設定された電流値に相当する波長に切替
動作させる。これにより時間的に変化するキャリア波長
は、偏波コントローラ１０２を介して、変調器１０３へ
供給され、ここでデータ信号が重畳される。

【０００６】一方、ある特定の光周波数（波長）に対し
てバンドパスフィルタの特性を有するファブリペローフ
ィルタ１０４に内蔵した電歪素子を、ＰＺＴ駆動回路１
０６によって生成されたランプ波によって掃引すること
により、ファブリペロー干渉計の中心周波数を掃引す
る。そして、印加電圧値と光検出器１０５により検出さ
れる透過光強度のピークとを比較することで、波長が測
定される。第１の従来例の構成および動作は上述した通
りである。

【０００７】第２の従来技術としては、非発光型の波長
可変素子の動特性測定に関し、基準波長レーザを複数用
意するとともに、当該レーザの波長に非発光素子の中心
周波数が一致した時の光出力を掃引型ファブリペロー干
渉計を用いて波長を決定する測定法が知られている。こ
こでは、第２の従来技術の概略について、図５を参照し
て説明する（第２の従来技術の詳細については、例え
ば、参考文献２；P.Gambini et al.,‘Characterizatio
n of the tuning speed of atrained MQW DFB filter/a
mplifiers by time resolved spectral analysis'.ECO
C'92,Paper TuPl.12,Berlin,Germany を参照された
い。）。

【０００８】図５は第２の従来技術を説明するための図
であり、この図において、２２３は測定対象たる波長可
変フィルタ（被測定波長可変素子）、２２１および２２
２は相異なる波長で発光するＤＦＢレーザ、２０３はア
イソレータ、２０４は偏波コントローラ、２０５はカッ
プラ、２０６は可変光減衰器、２０７はエルビウムドー
プファイバアンプなどの光増幅器（光アンプ）、２０８
は掃引型ファブリペロー干渉計、２０９は電歪素子（Ｐ
ＺＴ）、２１０は光電変換器、２１１は電流源、２１２
は温度制御回路、２１３はランプ波発生器、２１４はデ
ジタイジングスコープ、２１５はサンプリングスコー
プ、２１６は矩形波発生器、２１７は可変減衰器、２１
８は制御用のコンピュータ、２３１および２３２は、そ
れぞれ、電流値がＩ₂ ，Ｉ₁ ＋Ｉ₃ のバイアス電流であ
り、被測定波長可変素子２２３へ印加される。

【０００９】このような構成によれば、予め温度制御回
路２１２および電流源２１１によって相異なる波長で発
光しているＤＦＢレーザ２２１および２２２の出力レー
ザ光は、アイソレータ２０３および偏波コントローラ２
０４を介してカップラ２０５で合波され、被測定波長可
変素子２２３において、あるバンドパスフィルタ特性を
有する波長可変フィルタに入力される。

【００１０】そして、波長可変フィルタの中心周波数に
見あった波長の光が、当該波長可変フィルタを通過し、
光アンプ２０７を介して、掃引型ファブリペロー干渉計
２０８に入力される。掃引型ファブリペロー干渉計２０
８に付与された電歪素子２０９を、ランプ波発生器２１
３で発するランプ波によって掃引することにより、当該
ファブリペロー干渉計２０８の中心周波数を掃引する。
一方、当該ファブリペロー干渉計２０８に入力された光
は、当該ファブリペロー干渉計２０８の中心周波数に一
致した波長の光のみが出力される。同出力光を光電変換
器２１０によって強度信号に変換し、サンプリングスコ
ープ２１５およびデジタイジングスコープ２１４によっ
て、ランプ波の電圧値と透過光強度とを時間領域上で比
較することにより波長を決定する。

【００１１】第３の従来技術としては、発光型波長可変
素子（波長可変半導体レーザ）の動特性測定に関し、基
準波長レーザを複数用意し、被測定レーザ光とのヘテロ
ダイン検波を用いた測定法が知られている。ここでは、
第３の従来技術の概略について、図６を参照して説明す
る（第３の従来技術の詳細については、例えば、参考文
献３；石田他、電流波形最適化によるＬＤ周波数切替時
の熱ドリフト補正、電子情報通信学会春季大会B-957,19
93. を参照されたい。）。

【００１２】図６は第３の従来技術を説明するための図
であり、この図において、３０１は外部鏡付狭線幅Ｌ
Ｄ、３０２は、例えば、ＤＢＲＬＤ等の被測定波長可変
素子、３０３は偏波コントローラ、３０４はカップラ、
３０５は光電変換器、３０６は周波数カウンタ、３０７
は矩形波発生器、３０８はバイアス電流である。このよ
うな構成によれば、被測定波長可変素子３０２の出力光
の偏光軸と外部鏡付狭線幅ＬＤ３０１の出力光の偏光軸
とを偏波コントローラ３０３で合わせ、カップラ３０４
で合波する。合波された光は、光電変換器３０５におい
て、当該波長可変素子の波長と外部鏡付狭線幅ＬＤの波
長との差周波数に相当するビート周波数を検出し、矩形
波発生器３０７が発生する矩形波をトリガとする周波数
カウンタ３０６によって、当該ビート周波数を計数す
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記第１および第２の
従来技術において、光周波数弁別器として用いる掃引型
ファブリペロー干渉計は、電歪素子によって同干渉計の
共振器間隔を変動させることにより、中心周波数を掃引
することを原理とする。第１および第２の従来技術によ
る回路は、掃引型ファブリペロー干渉計を用いた簡単な
光学回路で構成できるという長所と、精度は比較的低い
ものの広範囲な波長変化の測定が可能であるという長所
とを有する。

【００１４】しかしながら、掃引型ファブリペロー干渉
計の動作原理より明らかなように、電歪素子の印加電圧
による長さの精度、あるいは位置精度が同干渉計の中心
光周波数の精度を決定するため、高精度の測定を行うこ
とは困難である。また、相対的な波長変化は測定可能で
あるが、絶対波長の測定を行うことは困難である。とい
うのは、一般に、電歪素子の電圧に対する変位量はヒス
テリシスを有し、同一電圧に対する位置精度が悪いため
である。また、仮に、位置精度等を補償しようとする
と、外部手段による補正処理等が必要不可欠であり、回
路構成が複雑になってしまう。

【００１５】また、安定性に関して、上記ファブリペロ
ー干渉計は、共振器長が中心周波数を決定するために、
環境温度の変動による共振器長の変動、すなわち、中心
周波数の変動を招致するという欠点があった。この欠点
を補償するためには、上記ファブリペロー干渉計全体を
恒温槽等に格納するなど、温度安定化をはかる必要があ
り、装置全体が大規模になってしまう可能性があった。
さらに、絶対波長を測定するためには、原子あるいは分
子等の安定な吸収線に安定化したレーザ光などを用いた
構成を有する必要がある。したがって、当該構成を実現
するには、やはり、装置規模の複雑化または大規模化を
招致する可能性があった。

【００１６】ところで、第３の従来技術では、基準とす
る外部鏡付挟線幅ＬＤ３０１の出力光と被測定波長可変
素子３０２の出力光との波長の差（差周波数）を、周波
数カウンタ３０６の計数結果に応じて決定するため、周
波数カウンタ３０６のゲート時間が時間分解能を決定す
る。したがって、サブμｓ（１０^-6〜１０^-7ｓ）程度以
上の緩やかな変動に対しては有利であるが、それ以下の
波長変動においては測定不能である。

【００１７】このため、基準とする外部鏡付挟線幅ＬＤ
３０１は、極めて高安定なものを用いる必要がある。ま
た、測定可能な波長範囲は、ヘテロダイン信号を検出す
る光電変換器３０５の帯域で決定されるため、約０．１
ｎｍ（周波数換算で１０ＧＨｚ以下）の測定が可能であ
るが、それ以上の波長変化を測定することは困難であ
る。

【００１８】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
ものであり、従来の波長可変素子の動特性測定方法法ま
たは装置では、高確度に測定することが困難であったと
ころの波長測定範囲が広く、かつ、比較的高速の時間領
域における波長動特性を測定することが可能であり、か
つ、高確度な波長測定が可能である波長可変素子の動特
性測定装置を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、被測定光を出力する被測
定波長可変素子と、該被測定波長可変素子から出力され
る被測定光の中心周波数を変化させるための電気信号を
生成する信号源と、波長可変の基準光を出力する波長可
変光源と、前記基準光の波長を高確度で測定する波長測
定手段と、該波長測定手段の測定波長に基づいて前記基
準光の絶対波長精度を高確度とするよう前記波長可変光
源を制御する制御装置と、前記被測定光と前記基準光と
を合波して干渉させる合波器と、該合波器の出力光を入
力とし、前記被測定光と前記基準光との差周波数に応じ
た波形のビート信号を電気信号へ変換して出力する光検
出器と、該光検出器の出力電気信号の帯域を制限して出
力するフィルタと、該フィルタの出力電気信号の波形を
時系列で蓄積する波形蓄積手段とを具備し、前記制御装
置は、前記波形蓄積手段で蓄積された波形に基づいて、
動特性を表すデータを所定の形式で出力することを特徴
としている。

【００２０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記波長可変光源と前記合波器
との間に挿入され、前記基準光の周波数を所定量だけ遷
移させて前記合波器へ入射する周波数遷移手段を具備す
ることを特徴としている。さらに、請求項３に記載の発
明は、請求項１または２いずれかに記載の発明におい
て、前記制御装置は、前記波形蓄積手段で蓄積された動
特性に基づいた３次元グラフを出力することを特徴とし
ている。

【００２１】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
ないし３いずれかに記載の発明において、前記フィルタ
は低域通過フィルタであることを特徴としている。さら
に、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明に
おいて、前記低域通過フィルタの遮断周波数は、動特性
の立ち上がり時間の逆数の周波数以上であることを特徴
としている。

【００２２】

【作用】上記構成によれば、基準光源たる波長可変光源
の波長を高確度な波長測定手段によって逐次校正するこ
とにより、波長可変光源の絶対波長精度が高確度とな
る。すなわち、高確度の波長を得ることが可能となる。
また、波長可変光源の波長を逐次変化させることによ
り、同波長可変光源の出力光と測定対象たる波長可変素
子の出力光との差周波数に相当するビート信号が検出さ
れる。検出された信号の波形は時系列で波形蓄積手段に
蓄積され、蓄積された波形に基づいて、制御装置により
波長動特性が出力される。このため、高確度な波長測
定、および広範囲に渡る波長範囲での波長動特性測定が
可能となる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１の実施例による波
長可変素子の動特性測定装置の概略構成を示す図であ
り、この図に示す構成の装置は、発光型の波長可変素子
の波長動特性を測定するためのものである。具体的に
は、波長可変機能を集積化した半導体レーザにおける代
表的なレーザであるＤＢＲレーザの波長動特性を測定す
るための装置である。

【００２４】図１において、４０１は被測定波長可変素
子であり、ここでは、ＤＢＲレーザチップが用いられ
る。４０２は波長基準たる波長可変光源、４０３は偏波
コントローラ、４０４はカップラ、４０５はスイッチま
たはカップラ、４０６は光電変換器、４０７は低域通過
フィルタ、４１０は制御装置であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，
ＲＡＭ，各種Ｉ／Ｏインタフェースを備えたコンピュー
タにより構成される。また、４１１はディジタルサンプ
リングオシロスコープ等の波形蓄積手段、４１２はマイ
ケルソン干渉計のような高確度の波長測定手段、４１４
は信号発生器、４２０，４２１，４２２は、それぞれ、
活性領域バイアス電流（電流値はＩ_a ）、位相調整領域
バイアス電流（電流値はＩ_p ）、ＤＢＲ領域バイアス電
流（電流値はＩ_d ）を表している。

【００２５】以下、第１の実施例による波長可変素子の
動特性測定装置の動作原理について説明する。まず最初
に、発光型の被測定波長可変素子４０１として用いる多
電極ＤＢＲレーザの活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領
域に対して、バイアス電流４２０，４２１，４２２を印
加する。そして、波長切替えを行うための電気信号（以
後、波長切替え信号という）を信号発生器４１４によっ
て発生し、バイアス電流４２１，４２２に、上記波長切
替え信号を重畳する。

【００２６】時間的に推移している被測定波長可変素子
４０１の光と、予め波長測定手段４１２によって高確度
に絶対波長測定された基準光源たる波長可変光源４０２
の光とを、それぞれ、偏波コントローラ４０３，４０３
を介し、カップラ４０４で合波する。合波された光か
ら、光電変換器４０６が、被測定波長可変素子４０１の
光と波長可変光源４０２の光との差周波数に相当するビ
ート信号を検出し、低域通過フィルタ４０７が帯域制限
を加える。

【００２７】この低域通過フィルタ４０７の遮断周波数
は、予め、動特性の立ち上がり時間の逆数の周波数以上
の値が設定されており、同遮断周波数の２倍が波長測定
誤差となる。また、波形蓄積手段４１１が、低域通過フ
ィルタ４０７から出力される波形を時系列で順に蓄積す
る。波形蓄積手段４１１で蓄積された波形は、制御線４
１５を介して制御装置４１０へ転送され、ここで、所定
のデータ処理を施され、３次元グラフ化される。

【００２８】上記構成および動作原理の波長可変素子の
動特性測定装置により得られる、被測定波長可変素子４
０１の波長動特性を表す３次元グラフの一例を図３に示
す。この図に示すグラフは、０．０５ｎｍの波長精度で
測定した場合のものである。

【００２９】図２は、本発明の第２の実施例による波長
可変素子の動特性測定装置の概略構成を示す図であり、
この図に示す構成の装置は、非発光型の波長可変素子の
波長動特性を測定するためのものである。具体的には、
例えば、参考文献２に示されたような多電極ＤＦＢフィ
ルタの波長動特性を測定するための装置である。

【００３０】図２において、５０１は被測定波長可変素
子であり、ここでは多電極ＤＦＢフィルタを用いる。５
０２は基準光源としての波長可変光源、５０３は偏波コ
ントローラ、５０４はカップラ、５０５はカップラまた
はスイッチ、５０６は光電変換器、５０７は低域通過フ
ィルタ、５０８は音響光学素子等の周波数シフタ、５１
０はＲＯＭ，ＲＡＭ，各種Ｉ／Ｏインタフェース等を有
する制御装置、５１１はディジタルサンプリングオシロ
スコープ等の波形蓄積手段、５１２はマイケルソン干渉
計のような高確度の波長測定手段、５１４は信号発生
器、５１５は制御線、５２１，５２２は、それぞれ、電
流値Ｉ_f ，Ｉ_r のバイアス電流を示す。

【００３１】以下、第２の実施例による波長可変素子の
動特性測定装置の動作原理について説明する。まず最初
に、非発光型の被測定波長可変素子５０１として用いる
多電極ＤＦＢフィルタの各領域に、しきい値以下のバイ
アス電流５２１，５２２を印加する。そして、信号発生
器５１４が、波長切替え信号を発生し、同波長切替え信
号をバイアス電流５２１，５２２に重畳する。

【００３２】そして、偏波コントローラ５０３を介し
て、予め波長測定手段５１２によって高確度に絶対波長
測定された基準光源たる波長可変光源５０２の光を、時
間的に透過中心波長が推移している被測定可変素子５０
１へ印加する。したがって、被測定可変素子５０１を通
過する光は、同フィルタの中心波長を有するものだけで
あり、他の波長の光は通過しない。被測定可変素子５０
１の透過光と、波長可変光源５０２の光を周波数シフタ
５０８によって周波数シフトした光とを、偏波コントロ
ーラ５０３，５０３を介し、カップラ５０４にて合波す
る。

【００３３】光電変換器５０６では、周波数シフトした
光と、被測定可変素子５０１の透過光との差周波数に相
当するビート信号が検出され、この検出信号が低域通過
フィルタ５０７によって帯域制限される。この低域通過
フィルタ５０７の遮断周波数は、予め動特性の立ち上が
り時間の逆数の周波数以上の値に設定されており、同遮
断周波数の２倍が波長測定誤差となる。また、波形蓄積
手段５１１が、低域通過フィルタ５０７から出力される
波形を時系列で順に蓄積する。波形蓄積手段５１１で蓄
積された波形は、制御線５１５を介して制御装置５１０
へ転送され、ここで、所定のデータ処理を施されて３次
元グラフ化される。

【００３４】以上説明したように、本発明の第１および
第２の実施例によれば、被測定波長可変素子４０１，５
０１により、広い波長範囲の波長動特性を高確度で測定
することが可能となる。また、低域通過フィルタ４０
７，５０７の遮断周波数を適宜変更することにより、従
来技術で測定可能であった狭い波長範囲での波長動特性
に関しても、従来技術と同等の性能とすることができ
る。さらに、波長動特性を観測者に把握し易い形式（３
次元グラフ）で出力することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基準光源たる波長可変光源の波長を高確度な波長測定手
段によって逐次校正することにより、波長可変光源の絶
対波長精度が高確度となる。すなわち、高確度の波長を
得ることが可能となる。また、波長可変光源の波長を逐
次変化させることにより、同波長可変光源の出力光と測
定対象たる波長可変素子の出力光との差周波数に相当す
るビート信号が検出される。検出された信号の波形は時
系列で波形蓄積手段に蓄積され、蓄積された波形に基づ
いて、制御装置により波長動特性が出力される。したが
って、高確度な波長測定、および広範囲に渡る波長範囲
での波長動特性測定を行うことができるという効果があ
る。また、使用する低域通過フィルタの遮断周波数を適
宜変更することにより、従来技術で実現された狭い波長
範囲波長動特性に関しても従来技術と同等の性能を実現
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による波長可変素子の動
特性測定装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例による波長可変素子の動
特性測定装置の概略構成を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例によって得られる３次元
グラフの一例を示す図である。

【図４】第１の従来技術による波長動特性測定装置の概
略構成を示す図である。

【図５】第２の従来技術による波長動特性測定装置の概
略構成を示す図である。

【図６】第３の従来技術による波長動特性測定装置の概
略構成を示す図である。

【符号の説明】

４０１，５０１ 被測定波長可変素子 ４０２，５０２ 波長可変光源 ４０３，５０３ 偏波コントローラ ４０４，５０４ カップラ（合波器） ４０５，５０５ スイッチまたはカップラ ４０６，５０６ 光電変換器（光検出器） ４０７，５０７ 低域通過フィルタ（フィルタ） ４１０，５１０ 制御装置 ４１１，５１１ 波形蓄積手段 ４１２，５１２ 波長測定手段 ４１４，５１４ 信号発生器（信号源） ５０８ 周波数シフタ（周波数遷移手段）

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光を出力する被測定波長可変素子
   と、 該被測定波長可変素子から出力される被測定光の中心周
   波数を変化させるための電気信号を生成する信号源と、 波長可変の基準光を出力する波長可変光源と、 前記基準光の波長を高確度で測定する波長測定手段と、 該波長測定手段の測定波長に基づいて前記基準光の絶対
   波長精度を高確度とするよう前記波長可変光源を制御す
   る制御装置と、 前記被測定光と前記基準光とを合波して干渉させる合波
   器と、 該合波器の出力光を入力とし、前記被測定光と前記基準
   光との差周波数に応じた波形のビート信号を電気信号へ
   変換して出力する光検出器と、 該光検出器の出力電気信号の帯域を制限して出力するフ
   ィルタと、 該フィルタの出力電気信号の波形を時系列で蓄積する波
   形蓄積手段とを具備し、 前記制御装置は、前記波形蓄積手段で蓄積された波形に
   基づいて、動特性を表すデータを所定の形式で出力する
   ことを特徴とする波長可変素子の動特性測定装置。
2. 【請求項２】 前記波長可変光源と前記合波器との間に
   挿入され、前記基準光の周波数を所定量だけ遷移させて
   前記合波器へ入射する周波数遷移手段を具備することを
   特徴とする請求項１に記載の波長可変素子の動特性測定
   装置。
3. 【請求項３】 前記制御装置は、前記波形蓄積手段で蓄
   積された動特性に基づいた３次元グラフを出力すること
   を特徴とする請求項１または２いずれかに記載の波長可
   変素子の動特性測定装置。
4. 【請求項４】 前記フィルタは低域通過フィルタである
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の波
   長可変素子の動特性測定装置。
5. 【請求項５】 前記低域通過フィルタの遮断周波数は、
   動特性の立ち上がり時間の逆数の周波数以上であること
   を特徴とする請求項４に記載の波長可変素子の動特性測
   定装置。