JP2013114065A - Short pulse light generating device and bias voltage evaluation method for optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、短パルス光発生装置に関し、特に、繰り返し周波数f0で発生する短パルス光から特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)とした短パルスを発生する短パルス光発生装置に関する。また、本発明は、該短パルス発生装置に用いることが可能な光変調器のバイアス電圧評価方法にも関する。 The present invention relates to a short pulse light generator, and in particular, removes a specific short pulse light from a short pulse light generated at a repetition frequency f 0 and sets the repetition frequency to f 0 / n (n is a natural number of 2 or more). The present invention relates to a short-pulse light generator that generates short pulses. The present invention also relates to a bias voltage evaluation method for an optical modulator that can be used in the short pulse generator.
連続光レーザー光源と、外部EO変調器(「電気−光学変調器」、単に「光変調器」ともいう。)で構成される光周波数コム発生器と、チャープ補償器との組み合わせで構成される短パルス光源は、高繰り返し周波数、高いパルス形状及びパワー安定性、低ジッタという特徴を持っており、テラヘルツ分光用光源、周波数基準光源、各種計測用光源として適している(非特許文献1又は2参照)。
Consists of a combination of an optical frequency comb generator composed of a continuous light laser light source, an external EO modulator ("electro-optical modulator" or simply "optical modulator"), and a chirp compensator The short pulse light source has characteristics such as a high repetition frequency, high pulse shape and power stability, and low jitter, and is suitable as a terahertz spectroscopic light source, a frequency reference light source, and various measurement light sources (Non-Patent
この方式の場合、変調周波数を大きくすると、変調光のスペクトルが広くなり、より短パルスが得られるという利点があるため、10GHzより大きい変調周波数で駆動を行うことが望ましい。 In the case of this method, when the modulation frequency is increased, there is an advantage that the spectrum of the modulated light becomes wider and shorter pulses can be obtained. Therefore, it is desirable to drive at a modulation frequency greater than 10 GHz.
この場合、変調周波数がそのまま繰り返し周波数となるため、繰り返し周波数も大きくなる。また繰り返し周波数が大きい場合、光アンプの応答が追従しないため、また、信号処理速度が追い付かないことなどにより、1GHz程度が限度である。一方、高繰り返し周波数は、モードロックレーザを作ることが難しい。これらのことを考慮して、繰り返し周波数が100MHz〜1GHz程度の短パルス光源を作るニーズがある。 In this case, since the modulation frequency becomes the repetition frequency as it is, the repetition frequency also increases. Further, when the repetition frequency is large, the response of the optical amplifier does not follow, and the signal processing speed cannot keep up. On the other hand, a high repetition frequency makes it difficult to make a mode-locked laser. Considering these, there is a need to make a short pulse light source with a repetition frequency of about 100 MHz to 1 GHz.
繰り返し周波数を減少させるには、パルスピッカーを用いてパルスを間引くことが行われている。パルスピッカーには、特許文献1に示すような、音響光学(AO)効果を利用した変調器が利用されるが、動作帯域は〜数100MHzが限度なので高繰返し周波数の分周には使用できない。
In order to reduce the repetition frequency, a pulse is picked out using a pulse picker. As the pulse picker, a modulator using an acousto-optic (AO) effect as shown in
また、間引いた後に不要な光が残っていると計測用途などではノイズの原因になるので、パルスピッカー変調器は高い消光比をもってパルスを間引くことが要求される。通信用途では20dBあれば充分だが、パルスピッカーでは25dB以上必要となる。そのような高消光比が得られる変調器として例えば、特許文献2に示すような、ネスト形の変調器が知られている。
In addition, if unnecessary light remains after thinning, it causes noise in measurement applications and the like, so the pulse picker modulator is required to thin out pulses with a high extinction ratio. For communication applications, 20 dB is sufficient, but for a pulse picker, 25 dB or more is required. As a modulator capable of obtaining such a high extinction ratio, for example, a nested modulator as shown in
消光比25dB以上かつ1GHz以上の高速繰返しにおいてパルスピッカー変調器を動作最適点に合わせることは容易ではない。デジタルサンプリングのオシロスコープで高速の波形を見ることができるが、ダイナミックレンジは10dB程度であるので、その高速波形に基づいてバイアスを最大の消光比が得られるように合わせることは容易ではない。 It is not easy to match the pulse picker modulator to the optimum operating point in high-speed repetition with an extinction ratio of 25 dB or more and 1 GHz or more. Although a high-speed waveform can be seen with a digital sampling oscilloscope, since the dynamic range is about 10 dB, it is not easy to adjust the bias based on the high-speed waveform so as to obtain the maximum extinction ratio.
パルスピッカーを用いる短パルス光源の場合、いくつかの変調器の組み合わせで構成されるため、個々のデバイスを静的にON/OFF消光比を測定し、それらの累積で短パルス光のON/OFF消光比を推定することはできる。 In the case of a short pulse light source using a pulse picker, since it is composed of a combination of several modulators, the ON / OFF extinction ratio is statically measured for each device, and the ON / OFF of the short pulse light is accumulated by their accumulation. The extinction ratio can be estimated.
しかし、パルスピッカーに用いる光変調器は、変調度、バイアス、スキューなどを調整する必要があり、これらを最適化しなければ、最大限の特性は得られない。このようにパルスピッカー後のON/OFF消光比が直接測定できないため、従来は、パルスピッカーを構成する光変調器を最適な駆動条件に設定することができなかった。 However, the optical modulator used for the pulse picker needs to adjust the modulation degree, the bias, the skew, and the like. Unless these are optimized, the maximum characteristics cannot be obtained. Thus, since the ON / OFF extinction ratio after the pulse picker cannot be directly measured, conventionally, the optical modulator constituting the pulse picker could not be set to the optimum driving condition.
特に、パルスピッカーとして使用する高速動作のLN変調器はドリフトがあるため、常にバイアスが最適点になるように制御することが必要であり、高速かつ高消光比レベルで消光比をモニタする手段が必要である。 In particular, since a high-speed LN modulator used as a pulse picker has a drift, it is necessary to control the bias so that it is always at an optimum point, and there is a means for monitoring the extinction ratio at a high speed and a high extinction ratio level. is necessary.
他方、光変調器の駆動とその制御に関する従来技術としては、特許文献3に示すように、入力データに対応した駆動信号に対して低周波信号を重畳し、光変調器から出力される信号光(変調光)に含まれる低周波信号成分の検出結果に基づいて、光変調器の動作点を調整する直流のバイアス電圧を制御する技術が知られている。しかし、今回のように高消光比で動作させる場合は、低周波信号の重畳することにより消光比自体が劣化するのでこの方式を用いることは望ましくない。
On the other hand, as a conventional technique related to the driving and control of an optical modulator, as shown in
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、短パルス光発生装置を構成するパルスピッカー光変調器の出力光からON/OFF消光比を高速かつ高い消光比レベルでモニタし、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供することである。また、短パルス光発生装置に使用可能な光変調器のバイアス電圧評価方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-described problems and monitor the ON / OFF extinction ratio at a high speed and a high extinction ratio level from the output light of the pulse picker light modulator constituting the short pulse light generator. Another object of the present invention is to provide a short-pulse light generator capable of optimally controlling the bias voltage applied to the optical modulator. Another object of the present invention is to provide a bias voltage evaluation method for an optical modulator that can be used in a short pulse light generator.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、繰り返し周波数f0で短パルス光を発生するパルス発信器と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)とする光変調器と、前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の短パルス光発生装置において、該光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、2つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、前記所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在することを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、該スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して2/3倍の周波数幅以内に設定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the short pulse light generation device according to the first aspect, the desired spectral frequency range is centered on the center frequency of the short pulse light input to the optical modulator. 2/3 times the frequency width connecting points obtained by subtracting a predetermined intensity from the maximum value of the light intensity in the spectrum intensity distribution at both ends of the envelope of the spectrum intensity distribution of the light incident on It is set within the width.
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、前記繰り返し周波数f0よりも広い範囲を対象としていることを特徴とする。
The invention according to
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記光強度の最大値と最小値との差は、0.1nm以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the short pulse light generation device according to any one of the first to fourth aspects, the difference between the maximum value and the minimum value of the light intensity is a dispersion spectroscopy system having a resolution of 0.1 nm or less. It analyzes using the spectrum-analysis apparatus of.
請求項6に係る発明は、繰り返し周波数f0の短パルス光を光変調器に入射し、該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)となるように動作させ、バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, a short pulse light having a repetition frequency f 0 is incident on an optical modulator, and the optical modulator is caused to enter a specific short pulse among the short pulse lights having the repetition frequency f 0 based on an input signal. The light is removed, the operation is performed so that the repetition frequency of the output light from the optical modulator is f 0 / n (n is a natural number of 2 or more), and a bias voltage is applied to the optical modulator by the bias control means Then, spectrum analysis means performs spectrum analysis on at least a part of the output light from the optical modulator, operates the bias control means, and operates the light incident on the spectrum analysis means in a desired spectral frequency range. A bias voltage evaluation method for an optical modulator, characterized in that a difference between a maximum value and a minimum value of light intensity is minimized and an applied bias voltage at that time is measured.
請求項1に係る発明により、繰り返し周波数f0で短パルス光を発生するパルス発信器と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)とする光変調器と、前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されているため、光変調器の出力光からON/OFF消光比を直接測定することなく、該光変調器のバイアス電圧を最適に制御することが可能となる。
The invention according to
請求項2に係る発明により、光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、2つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在するため、ON/OFF消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
According to the invention of
請求項3に係る発明により、所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して2/3倍の周波数幅以内に設定されているため、光強度の最大値を示すピーク部分の影響を排除し、ON/OFF消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。 According to the third aspect of the invention, the desired spectral frequency range is centered on the center frequency of the short pulse light input to the optical modulator, and both ends at the envelope of the spectral intensity distribution of the light incident on the spectrum analysis unit. In the spectral intensity distribution, the maximum value of the light intensity is set within a frequency width that is 2/3 times the frequency width connecting the points obtained by subtracting the predetermined intensity from the maximum value of the light intensity in the spectrum intensity distribution. The indirect physical quantity corresponding to the ON / OFF extinction ratio can be measured more accurately by eliminating the influence of the peak portion shown.
請求項4に係る発明により、所望のスペクトル周波数範囲は、繰り返し周波数f0よりも広い範囲を対象としているため、繰り返し周波数f0の影響を排除し、ON/OFF消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
The invention according to
請求項5に係る発明により、光強度の最大値と最小値との差は、0.1nm以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析するため、ON/OFF消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, the difference between the maximum value and the minimum value of the light intensity is analyzed using a dispersion analysis type spectrum analyzer having a resolution of 0.1 nm or less, and therefore corresponds to the ON / OFF extinction ratio. Indirect physical quantities can be measured more accurately.
請求項6に係る発明により、繰り返し周波数f0の短パルス光を光変調器に入射し、該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)となるように動作させ、バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法であるため、短パルス光発生装置に使用される光変調器のバイアス特性を容易かつ正確に測定することが可能となる。 The invention according to claim 6, repeated pulsed light frequency f 0 is incident to the optical modulator, the optical modulator, based on an input signal of the short pulse light of the repetition frequency f 0, the particular short pulse The light is removed, the operation is performed so that the repetition frequency of the output light from the optical modulator is f 0 / n (n is a natural number of 2 or more), and a bias voltage is applied to the optical modulator by the bias control means Then, spectrum analysis means performs spectrum analysis on at least a part of the output light from the optical modulator, operates the bias control means, and operates the light incident on the spectrum analysis means in a desired spectral frequency range. Since the bias voltage evaluation method of the optical modulator is characterized in that the difference between the maximum value and the minimum value of the light intensity is minimized and the bias voltage applied at that time is measured. It is possible to easily and accurately measure the bias characteristics of the optical modulator used in the installation.
以下、本発明の短パルス光発生装置について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の短パルス光発生装置は、図1に示すように、繰り返し周波数f0で短パルス光Aを発生するパルス発信器1と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)とする光変調器2と、前記光変調器2からの出力光の一部を分岐する分岐部3と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部5と、前記分岐部で分岐された光B2のスペクトルを解析するスペクトル解析部4とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部5は、前記スペクトル解析部4に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする。
なお、分岐部3から出射される、もう一つの出力光B1は、テラヘルツ分光用光源、周波数基準光源、又は各種計測用光源等の短パルス光として利用される。
Hereinafter, the short pulse light generator of the present invention will be described in detail using preferred examples.
Short pulse light generator of the present invention, as shown in FIG. 1, a
The other output light B1 emitted from the branching
図2に、パルスピッカーを構成する光変調器2から出力される短パルス光について、モデル化して説明する。ここでは、パルスのピーク強度を1で規格化し、間引かれたパルス強度をa(振幅は√a)とする。1周期Tに含まれるパルスの数をnとする。
FIG. 2 shows a model of short pulse light output from the
光変調器2の消光比REは、式(1)で示される。
RE=10loga (1)
The extinction ratio R E of the
R E = 10loga (1)
図2の短パルス列の振幅は、式(2)〜(4)を用いて表現される。
h(t)=f(t)×g(t) (2)
f(t)=1(0≦t≦T/n)又はa1/2(T/n≦t≦T) (3)
g(t)=Σl=−∞ ∞δ{t−T/2n・(2l−1)} (4)
ただし、δはディラックのデルタ関数であり、g(t)の表現は、パルス幅が周期Tに対して十分小さいと仮定したときに正しい。
The amplitude of the short pulse train in FIG. 2 is expressed using equations (2) to (4).
h (t) = f (t) × g (t) (2)
f (t) = 1 (0 ≦ t ≦ T / n) or a 1/2 (T / n ≦ t ≦ T) (3)
g (t) = Σ l = −∞ ∞ δ {t−T / 2n · (2l−1)} (4)
However, δ is a Dirac delta function, and the expression of g (t) is correct when it is assumed that the pulse width is sufficiently small with respect to the period T.
式(2)のh(t)をフーリエ級数展開で表すと、式(5)及び(6)のように表現できる。
h(t)〜Σm=−∞ ∞cmexp(im・2π/T・t) (5)
cm=1/T{exp(−iπ×m/n)+a1/2Σl=2 nexp(−iπ×m/n(2l−1))} (6)
ただし、mは、級数展開の次数であり、離散的なスペクトルの1本ずつに対応している。Cmは、フーリエ係数である。
When h (t) in Expression (2) is expressed by Fourier series expansion, it can be expressed as Expressions (5) and (6).
h (t) ~Σ m = -∞ ∞ c m exp (im · 2π / T · t) (5)
c m = 1 / T {exp (−iπ × m / n) + a 1/2 Σl = 2 n exp (−iπ × m / n (2l−1))} (6)
Here, m is the order of series expansion, and corresponds to each discrete spectrum. C m is a Fourier coefficient.
スペクトル解析により測定される、離散的なスペクトルの強度(振幅の2剰に比例)を、Pmとする。それぞれのスペクトル線の強度Pmは、式(7)で表現される。
Pm∝|cm|2 (7)
Let P m be the intensity of the discrete spectrum (proportional to the second power of the amplitude) measured by spectral analysis. The intensity P m of each spectral line is expressed by Equation (7).
P m ∝ | c m | 2 (7)
m=0,n,2n・・・の時には、式(8)の値となる。
|cm|2=1/T2・(1+a1/2(n−1))2 (8)
When m = 0, n, 2n,..., the value of Expression (8) is obtained.
| C m | 2 = 1 / T 2 · (1 + a 1/2 (n−1)) 2 (8)
mが上記以外の場合は、式(9)の値となる。
|cm|2=1/T2・(1−a1/2)2 (9)
When m is other than the above, the value of Expression (9) is obtained.
| C m | 2 = 1 / T 2 · (1-a 1/2 ) 2 (9)
図3に示すように、スペクトル上のf0成分とf0/n成分とのパワーの差(スペクトルパワー比)ΔPは、式(10)で表現できる。ただし、aは十分小さいと仮定している。
ΔP[dB]=−10log{(1−2・a1/2)/(1+2・a1/2(n−1)} (10)
As shown in FIG. 3, the power difference (spectral power ratio) ΔP between the f 0 component and the f 0 / n component on the spectrum can be expressed by equation (10). However, it is assumed that a is sufficiently small.
ΔP [dB] = − 10 log {(1-2 · a 1/2 ) / (1 + 2 · a 1/2 (n−1)} (10)
このスペクトルの概念図を描くと図3のようになる。ここで、上式のlog内の括弧の中をpとしてaについてとくと、式(11)が得られる。
a={(1−p)/2(1+p(n−1))}2 (11)
A conceptual diagram of this spectrum is drawn as shown in FIG. Here, when the parenthesis in the log of the above equation is set to p and a is taken, equation (11) is obtained.
a = {(1-p) / 2 (1 + p (n-1))} 2 (11)
式(11)を用いて、図3に示したスペクトルのΔPより消光比を求めることができる。具体的に、f0を10GHzとして、n=2,4,8(5.0,2.5,1.25GHz)の時のスペクトルパワー比ΔP(スペクトルのうねりの大きさに該当する)と消光比REを計算した結果(理論曲線)を図4に示す。 Using formula (11), the extinction ratio can be obtained from ΔP of the spectrum shown in FIG. Specifically, assuming that f 0 is 10 GHz, the spectral power ratio ΔP (corresponding to the magnitude of the wave of the spectrum) and the extinction when n = 2, 4, 8 (5.0, 2.5, 1.25 GHz). FIG. 4 shows the result (theoretical curve) of calculating the ratio R E.
図4により、スペクトルパワー比ΔPであるスペクトルのうねり(dB)の大きさが小さい程、消光比(dB)が大きくなるのが容易に理解される。 It can be easily understood from FIG. 4 that the extinction ratio (dB) increases as the magnitude of the spectral waviness (dB) corresponding to the spectral power ratio ΔP decreases.
次に、スペクトルパワー比ΔP(光強度の最大値と最小値との差)を測定するためのスペクトル解析手段について説明する。一般的に、以下の3つの方式がある。 Next, spectral analysis means for measuring the spectral power ratio ΔP (difference between the maximum value and the minimum value of light intensity) will be described. In general, there are the following three methods.
(1)分散分光方式
回折格子やプリズムの分光素子を使って空間的にスペクトルを分け、スリットで不要光を除去して、スリットを透過した測定したい波長の光強度を測定する。かつては分解能に難があったが、最近の分光技術の進歩により0.01nm程度(周波数で1GHz程度)まで測定可能となっている。高速で安価にスペクトル解析を実現できる。
(1) Dispersion spectroscopy method A spectrum is spatially divided using a diffraction grating or a prism spectroscopic element, unnecessary light is removed by a slit, and the light intensity of a wavelength to be measured that has passed through the slit is measured. In the past, resolution has been difficult, but with recent advances in spectroscopic techniques, it is possible to measure up to about 0.01 nm (with a frequency of about 1 GHz). Spectral analysis can be realized at high speed and low cost.
(2)干渉分光方式
マイケルソン干渉計の構成である。被測定光をビームスプリッタにより2光束に分割し、二つの光束に光路差を与えた後に重ね合わせたときに生ずるインタフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトル分析を行う。波長分解能は分散分光方式よりはよいが、速度は分散分光方式より遅く、パワー測定精度も分散分光方式より悪い。
(2) Interferometry system This is a Michelson interferometer configuration. Spectral analysis is performed by dividing the measured light into two light beams by a beam splitter, Fourier transforming the interferogram generated when the two light beams are superimposed after being given an optical path difference. The wavelength resolution is better than the dispersion spectroscopy, but the speed is slower than the dispersion spectroscopy, and the power measurement accuracy is also worse than the dispersion spectroscopy.
(3)ヘテロダイン型
周波数(波長)掃引可能な狭線幅かつ周波数揺らぎの少ないローカル光源を用い、被測定スペクトルに周波数を近づけたときに生じるビートの強度からスペクトル強度を測定する方法である。最も測定精度は良いが、ローカル光を掃引しなければならないため、高速測定ができない。コヒーレント受信機と呼ばれるものは、この方法で信号検出を行っている。
(3) Heterodyne type This is a method of measuring the spectrum intensity from the intensity of the beat generated when the frequency is brought close to the spectrum to be measured, using a local light source capable of sweeping frequency (wavelength) and having a small line width and little frequency fluctuation. Although the measurement accuracy is the best, high-speed measurement is not possible because local light must be swept. A so-called coherent receiver performs signal detection in this manner.
これらの三つの方式を対比すると、以下の表1のような特徴を示している。各特徴毎の評価は、◎→○→△→×の順に、特性が最も優れているものから、特性が劣っているものと評価している。 When these three methods are compared, the characteristics shown in Table 1 below are shown. The evaluation for each feature is evaluated in the order of ◎ → ◯ → Δ → × from the most excellent characteristic to the inferior characteristic.
基本的にどの方式を選択するのかは、用途に応じて選択すべきものであるが、本発明では、測定速度やパワー測定精度の面から、上記(1)分散分光方式がより好ましい。なお、ヘテロダイン型の場合は、周波数掃引可能なレーザー光源を用いてヘテロダイン検波による検出測定であるが、表1のように、波長分解能やパワー測定精度は正確である。しかしながら、レーザー光を掃引する必要があるため、測定に時間がかかる上、別途光源が必要となり、測定装置自体も高価なものとなる。 Basically, the method to be selected should be selected according to the application, but in the present invention, the (1) dispersion spectroscopy method is more preferable from the viewpoint of measurement speed and power measurement accuracy. In the case of the heterodyne type, detection measurement is performed by heterodyne detection using a laser light source capable of sweeping the frequency. As shown in Table 1, the wavelength resolution and power measurement accuracy are accurate. However, since it is necessary to sweep the laser beam, it takes a long time to measure, and a separate light source is required, and the measuring device itself is expensive.
他方、0.1nm以下の高分解能を有する分散分光方式の光スペクトラムアナライザー(OSA)による測定では、光スペクトルを直接視覚的に見られるため簡単ではあるが、分解能に限界があるため、消光比の測定精度はやや劣るが、高速で動作するため、バイアスコントロールに適する。現在市販されているものでは、0.01〜0.02nmであるため、f0が1GHz(分解能0.01nmの時)が測定限界となる。 On the other hand, the measurement by the dispersion spectrum type optical spectrum analyzer (OSA) having a high resolution of 0.1 nm or less is simple because the optical spectrum can be directly visually observed, but the resolution is limited. Although the measurement accuracy is slightly inferior, it operates at high speed and is suitable for bias control. Since what is currently marketed is 0.01 to 0.02 nm, f 0 is 1 GHz (when the resolution is 0.01 nm), which is the measurement limit.
OSA、特に分散分光方式を用いた消光比の測定について、さらに検討する。図5に示すように、スペクトル線幅Wと、OSAの分解能sについて、以下の3つの条件によって、測定の精度が左右される。ただし、w<<f0/nと仮定する
(1)f0−w≦sの時は、測定不可能。
(2)f0/n−w≦s<f0−wの時は補正が必要。特に、f0以外のピークのパワー成分が含まれるため、それを除外する必要がある。
Further discussion will be made on the measurement of the extinction ratio using OSA, particularly the dispersion spectroscopy. As shown in FIG. 5, the measurement accuracy depends on the following three conditions for the spectral line width W and the OSA resolution s. However, it is assumed that w << f 0 / n (1) When f 0 −w ≦ s, measurement is impossible.
(2) Correction is necessary when f 0 / nw ≦ s <f 0 −w. In particular, since power components of peaks other than f 0 are included, it is necessary to exclude them.
スペクトル強度の差は、直接測れないため、理論式から消光比を直接計算することはできない(理論式では消光比が過小評価される)。しかしながら、最適値を見つけるだけであれば、強度差を小さくすればよいため、本方式(分散分光方式)を使用することができる。消光比を求めるためには、強度測定の最大値に含まれる強度の小さなスペクトル分を差し引く必要がある。その方法で計算した結果が、図6に示した補正曲線である。 Since the difference in spectral intensity cannot be measured directly, the extinction ratio cannot be calculated directly from the theoretical formula (the extinction ratio is underestimated in the theoretical formula). However, this method (dispersion spectroscopy) can be used because the intensity difference only needs to be reduced if only the optimum value is found. In order to obtain the extinction ratio, it is necessary to subtract a spectrum component having a small intensity included in the maximum value of the intensity measurement. The result calculated by this method is the correction curve shown in FIG.
(3)s<f0/n−wの時は、スペクトルの強度差から式(11)を用いて消光比を算出することが可能である。つまり、(3)の場合は最大値の測定結果には一つのスペクトル成分しか含まれていないため、m=0,n,2nのスペクトル強度を正確に測定できるためである。 (3) When s <f0 / n−w, it is possible to calculate the extinction ratio from the intensity difference of the spectrum using Equation (11). That is, in the case of (3), since the maximum measurement result includes only one spectral component, the spectral intensity of m = 0, n, 2n can be measured accurately.
一般的に、市販の光スペクトラムアナライザーは、分解能よりも、掃引のステップが細かいため、f0のピークが完全に含まれるパワーの値を取得することができるが、掃引のステップが分解能と同じ場合、スリットの境界が丁度スペクトルに掛ってしまった場合には、上記(3)の条件を満たしていてもピークのパワーが2つの測定値に跨ってしまう場合がある。その場合には、該当する2つの測定値を足して、分解能を2sとして補正を掛ければよい。 In general, a commercially available optical spectrum analyzer has a finer sweep step than the resolution, so it is possible to obtain a power value that completely includes the peak of f 0 , but the sweep step is the same as the resolution. When the boundary of the slit is just over the spectrum, the peak power may straddle two measured values even if the above condition (3) is satisfied. In that case, correction may be performed by adding two corresponding measurement values and setting the resolution to 2 s.
図4で示した、f0=10GHzの場合では、n=4,8で補正が必要となるため、補正を考慮して計算した結果を図6に示す。 In the case of f 0 = 10 GHz shown in FIG. 4, correction is necessary when n = 4, 8, and FIG. 6 shows the result calculated in consideration of the correction.
次に、市販の光スペクトルアナライザー(OSA)の中でもGHzオーダーの分解能を持つ高分解能光スペクトルアナライザー(分散分光方式)を用いて短パルスのスペクトルを測定した実施例を図7〜9に示す。f0=10GHzとし、n=8に設定した場合である。 Next, examples in which a short pulse spectrum is measured using a high-resolution optical spectrum analyzer (dispersion spectroscopy) having a resolution of GHz order among commercially available optical spectrum analyzers (OSA) are shown in FIGS. This is a case where f 0 = 10 GHz and n = 8.
図7は、オシロスコープで見て若干f0(10GHz)成分が残っている(消光比は10dB程度を想定)。また、図8は、オシロスコープでは完全に10GHzは見えなくなっているが、スペクトル上は、まだスペクトルのうねりが最小ではない。 In FIG. 7, a slight f 0 (10 GHz) component remains when viewed with an oscilloscope (an extinction ratio of about 10 dB is assumed). Further, FIG. 8 shows that 10 GHz is completely invisible on the oscilloscope, but the spectrum waviness is not yet minimal on the spectrum.
上述したモデルでは、パルス列をδ関数(式(4))としているため、スペクトルは無限の広がりをもつことになるが、実際の短パルス列は有限の幅を持っているため、スペクトルも有限である。したがって、中心周波数から離れた拡がりの外側部分はモデルとは整合していないため、これらの周辺部分は除外する必要がある。 In the above model, since the pulse train is a δ function (equation (4)), the spectrum has an infinite spread, but since the actual short pulse train has a finite width, the spectrum is also finite. . Therefore, since the outer part of the spread away from the center frequency is not consistent with the model, these peripheral parts need to be excluded.
測定される光のスペクトル強度分布は、図8に示すように、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、2つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成している。各ピークを除く中心の窪んだ領域が、上記モデルが成り立つ領域で、短パルス光の中心周波数を中心として、全体幅(図8のようなスペクトル強度分布が示す形状の全体周波数幅であり、両側のピーク強度から所定強度低い部分、例えば図8でピーク値より10dB程度低い−40dB部分の周波数幅)の約2/3程度の領域が該当する。このような窪んだ領域が、スペクトルのうねりを示す部分となる。 As shown in FIG. 8, the measured spectral intensity distribution of light has peaks at both ends of the frequency axis, and a region sandwiched between two peaks forms a shape that is recessed with respect to the peak. . The center depressed area excluding each peak is an area where the above model is established, and the entire width (the entire frequency width of the shape indicated by the spectrum intensity distribution as shown in FIG. This corresponds to a region of about 2/3 of a portion lower than the peak intensity by a predetermined intensity, for example, the frequency width of a −40 dB part lower by about 10 dB than the peak value in FIG. Such a recessed region is a portion showing the undulation of the spectrum.
また、所望のスペクトル周波数範囲として、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、前記スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、前記スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して2/3倍の周波数幅以内と設定することも可能である。この場合は、スペクトル強度分布における光強度の最大値から差し引く所定の強度としては、例えば10dB程度とすればよいが、必要に応じて3dBや5dBなどそれ以外の強度とすることも可能である。 Further, as a desired spectral frequency range, the spectral intensity is centered on the center frequency of the short pulse light input to the optical modulator and at both ends of the envelope of the spectral intensity distribution of the light incident on the spectral analysis unit. It is also possible to set the frequency width to be within 2/3 times the frequency width obtained by connecting the points obtained by subtracting the predetermined intensity from the maximum value of the light intensity in the distribution. In this case, the predetermined intensity to be subtracted from the maximum value of the light intensity in the spectral intensity distribution may be, for example, about 10 dB, but other intensity such as 3 dB or 5 dB may be used as necessary.
図9では、OSA上でうねりを最小にした状態(消光比最良点に該当する)を示している。うねりを最小にするには、OSAのうねりを示す部分を、光強度の最大値と最小値との差を判断するための測定対象となるスペクトル周波数範囲とし、当該所望の範囲において、当該差が最小化するように、パルスピッカーの光変調器に印加するバイアス電圧を制御する。 FIG. 9 shows a state where waviness is minimized on the OSA (corresponding to the best extinction ratio point). In order to minimize the undulation, the portion showing the undulation of the OSA is set as a spectral frequency range to be measured for determining the difference between the maximum value and the minimum value of the light intensity. The bias voltage applied to the optical modulator of the pulse picker is controlled so as to minimize.
次に、f0=10GHzとし、n=2,4,8の場合、各スペクトルのうねりから消光比を算出した結果を表2に示す。 Next, when f0 = 10 GHz and n = 2, 4, and 8, the results of calculating the extinction ratio from the waviness of each spectrum are shown in Table 2.
また、所望のスペクトル周波数範囲は、繰り返し周波数f0よりも広い範囲を対象とすることが必要である。これにより、ON/OFF消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。 Further, a desired spectral frequency range, it is necessary to target a wider range than the repetition frequency f 0. This makes it possible to measure the indirect physical quantity corresponding to the ON / OFF extinction ratio more accurately.
以上の説明では、短パルス光発生装置に組み込まれた光変調器のバイアス電圧を制御する構成を説明したが、本発明は、更に、光変調器、特に短パルス光発生装置に使用される光変調器を、単体で試験評価(印加すべきバイアス電圧の測定や駆動環境でのバイアス電圧の変化の測定)する際にも利用可能である。 In the above description, the configuration for controlling the bias voltage of the optical modulator incorporated in the short pulse light generator has been described. However, the present invention further relates to the light used in the optical modulator, particularly the short pulse light generator. It is also possible to use the modulator alone for test evaluation (measurement of bias voltage to be applied or measurement of change in bias voltage in a driving environment).
つまり、図1のように、繰り返し周波数f0の短パルス光Aを、被測定対象の光変調器2に入射し、該光変調器2を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光(B1又はB2)の繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)となるように動作させ、バイアス制御手段5により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段4により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光B2(当然、B1を直接測定しても良い)をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定する。
That is, as shown in FIG. 1, a short pulse light A having a repetition frequency f 0 is incident on the
このように測定されたバイアス電圧は、光変調器のバイアス電圧評価として利用することが可能である。例えば、光変調器のバイアス電圧最適点を測定することにより、パルスピッカーとして光変調器のON/OFF消光比を評価することが可能となる。なお、上述した「所望のスペクトル周波数範囲」などについては、短パルス光発生装置で説明した各種の方法や考え方が、同様に利用できることは言うまでもない。 The bias voltage thus measured can be used as a bias voltage evaluation of the optical modulator. For example, by measuring the optimum bias voltage of the optical modulator, it becomes possible to evaluate the ON / OFF extinction ratio of the optical modulator as a pulse picker. Needless to say, for the above-described “desired spectral frequency range” and the like, various methods and concepts described in the short pulse light generator can be used in the same manner.
以上説明したように、本発明によれば、短パルス光発生装置を構成するパルスピッカー光変調器の出力光からON/OFF消光比を高速かつ高い消光比レベルでモニタし、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供することが可能となる。また、短パルス光発生装置に使用可能な光変調器のバイアス電圧評価方法を提供することも可能となる。 As described above, according to the present invention, the ON / OFF extinction ratio is monitored at high speed and with a high extinction ratio level from the output light of the pulse picker optical modulator constituting the short pulse light generator, and the optical modulator is It is possible to provide a short pulse light generator capable of optimally controlling the applied bias voltage. It is also possible to provide a bias voltage evaluation method for an optical modulator that can be used in a short pulse light generator.
1 パルス発信器
2 光変調器(パルスピッカー)
3 分岐部
4 スペクトル解析部
5 バイアス制御部
1
3 Branching
Claims (6)
入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)とする光変調器と、
前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、
前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、
前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、
前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする短パルス光発生装置。 A pulse transmitter for generating short-pulse light at a repetition frequency f 0 ;
An optical modulator that removes a specific short pulse light from the short pulse light of the repetition frequency f 0 based on an input signal and sets the repetition frequency to f 0 / n (n is a natural number of 2 or more);
A branching unit for branching a part of the output light from the optical modulator;
A bias controller for controlling a bias voltage applied to the optical modulator;
A short-pulse light generator having a spectrum analyzing unit for analyzing a spectrum of light branched by the branching unit,
The bias controller is set to control the bias voltage so as to minimize a difference between a maximum value and a minimum value of light intensity in a desired spectral frequency range of light incident on the spectrum analysis unit. A short-pulse light generator characterized by comprising:
前記所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在する
ことを特徴とする短パルス光発生装置。 2. The short pulse light generator according to claim 1, wherein the spectral intensity distribution of the light has a peak at each end of the frequency axis, and a region sandwiched between the two peaks is recessed with respect to the peak. Formed,
The desired spectral frequency range exists in the recessed shape portion excluding each peak, and the short pulse light generator.
該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数f0の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をf0/n(nは2以上の自然数)となるように動作させ、
バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、
スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、
該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法。 A short pulse light having a repetition frequency f 0 is incident on the optical modulator,
The optical modulator of the short pulse light of the repetition frequency f 0 based on the input signal, and remove certain short optical pulses, the repetition frequency of the output light from the light modulator f 0 / n (n is (Natural number of 2 or more)
A bias voltage is applied to the optical modulator by a bias control means,
Spectral analysis of at least part of the output light from the optical modulator by spectral analysis means,
The bias control means is operated, the difference between the maximum value and the minimum value of the light intensity in the desired spectral frequency range of the light incident on the spectrum analysis means is minimized, and the applied bias voltage at that time is measured. A bias voltage evaluation method for an optical modulator.
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