【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、角度分散素子対を利用した任意の波形の超
短光パルスを発生する光パルス発生回路およびこの超短
光パルスを発生する半導体レーザのスペクトル特性測定
装置に関する。
〔従来の技術〕
超短光パルスは大容量超高速光パルス伝送への応用だ
けでなく、高速光現象の観測方法の一つである光サンプ
リング法におけるサンプリング光源として用いられる。
このような応用分野において望みの形状の波形を発生
することが必要であり、また、長距離大容量光ファイバ
伝送において、その光パルス光源となる半導体レーザの
モード安定性をさらに高めることが求められている。
長距離大容量光ファイバ伝送方式において光パルス光
源として用いられる単一モード半導体レーザのスペクト
ルは厳密な意味では単一モードとはなっていない。ほと
んどのレーザは方式要求を満たす単一モードを有してい
るが、ある一部のレーザは特定の温度、バイアス条件に
おいて主モードとは波長の異なる副モードが強く光る場
合がある。この副モードの発振現象は発明者らの観測に
よれば、頻繁におきる場合でも10-6程度の確率で発生す
るため、平均パワーとしては非常に弱く、直流的なスペ
クトル測定では把握することが困難であった。
しかし、方式上は10-12以上の確率で発生する副モー
ド発光を許容することはできない。
そこで、この副モード発光現象の観測では、動的なス
ペクトル測定が必要となるが、従来は第２図に示す測定
装置によって半導体レーザの動的スペクトル測定を行っ
ていた。
第２図に示す半導体レーザのスペクトル測定装置は、
信号源を含む駆動回路11によって変調発振する半導体レ
ーザ12からの出力光を光ファイバ17で取り出して分光器
13に与え、この分光器13で分光されたスペクトル成分を
光検出器14で検出し、カウンタ15で計数するものであ
る。この半導体レーザ12は恒温槽16に入れられており、
方式上求められる温度領域にわたりその半導体レーザの
発振スペクトル成分が計測できる。カウンタ15は駆動回
路11の信号源に同期し、入力パルスでトリガされる構成
であり、雑音による無用なトリガを避けるためトリガレ
ベルは主モードのパルスの半分程度にする必要がある。
なお、このカウンタ15は方式上の伝送ビットレートのク
ロック周波数程度の帯域を持つパルスを測定することが
できるものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このスペクトル測定装置では、分光器
13の波長分解能を数オングストロームにしたうえで、測
定波長を走査し、主モード以外の波長領域でパルスが計
数されないことを確認する必要がある。この際方式上求
められる温度領域にわたり、光源温度を変化させる必要
があり、このような従来の半導体レーザのスペクトル測
定方法ではその測定に膨大な時間がかかる欠点があっ
た。
また、分光器は、所望の波長成分を抽出することがで
きるが、その他の成分は通常のレンズのような素子で集
光しても波長により異なった位置に焦点を結ぶので、こ
れらの波長成分を再び単一の焦点に集光させることはで
きなかった。
この単一の焦点に集光しない問題を解決する方法とし
て、光検出器を多数ならべて異なった位置に焦点を結ぶ
波長成分の光を検出する方法が考えられるが、特性の揃
った光検出器を密に配置し、それらの膨大なチャネルの
出力信号を処理することは装置が複雑になり実現性が疑
わしい。
分光器を使用しない方法としては、数十μｍ程度の厚
さのファブリ・ペロー・エタロンを用いて特定の波長成
分を除去することはできるが、この波長を変化させるた
めにはエタロンの厚みを少なくとも半波長以上変化させ
ねばならず、これが可能なエタロンは現在のところ存在
しない。
また、超高速光パルスを発生するための半導体レーザ
からの光パルスの波形は、半導体レーザの物性値によっ
て定まり、ほぼローレンツ形波形の光パルスとなってい
るので、測定やサンプリング等で必要とする波形の光パ
ルスは波形整形あるいは圧縮をおこなって必要な波形の
光パルスとして出力させる必要があった。
ところで、平行ビーム光のスペクトル成分を抽出する
方法として、回折格子で回折された入射光をレンズでそ
の単一の焦点に集光し、時間フーリエ成分を空間的に分
散し、この分散された波長成分をフィルタ等を用いて調
整して合成し、光パルスの波形整形を行う技術が提案さ
れた。
文献、「分光器を用いた光パルスの整形」
加木信行 江馬一弘 清水富士夫、田中俊一 昭和62
年３月30日 応用物理学会関係連合講演会講演番号30−
ZG−１
本発明は、この回折格子とレンズを用いた光パルスの
整形技術を利用し、超高速光パルス発生回路において、
任意の波形の光パルスを得ることができる光パルス発生
回路および波長領域の走査を必要とせずに測定時間を短
縮する半導体レーザのスペクトル特性測定装置を提供す
ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
第一の発明は、平行ビーム光を発生する光パルス発生
部と、この平行ビーム光が入射され平行ビーム光が出射
される角度分散素子対と、この出射される平行ビーム光
の光パルス圧縮を行う光ファイバとを備え、上記角度分
散素子対の光路中に特定スペクトルの光路を遮断する濾
波器が配置され、この濾波器に焦点を結像するレンズが
設けられたことを特徴とする。
第二の発明は、平行ビーム光を発生する光パルス発生
部と、この平行ビーム光が入射され平行ビーム光が出射
される角度分散素子対と、出射光を検出する光検出手段
とを備え、上記角度分散素子対の光路中の特定のスペク
トルの光路に光検出器が配置され、この光検出器に焦点
を結像するレンズが設けられたことを特徴とする。
〔作用〕
回折格子で波長分散された光ビームは波長によって平
行にずれるが、ビーム径より大きいレンズで集光すれば
単一の焦点に集光できる。
本発明は、この現象を利用し、単一の焦点に集光され
た波長成分の光路を濾波器で遮断することにより光ビー
ムの特定の波長領域を選択することができる。
この特定波長領域の光路を遮断することにより、半導
体レーザから発生されたほぼローレンツ形波形の光パル
スを任意の波形の光パルスに整形して出力することがで
きる。
また、特定波長領域の光を光吸収体で吸収することに
より、測定すべき波長成分を取り出すことができ、特定
の波長領域の光を光検出器で検出することにより半導体
レーザの動的なスペクトル特性を測定することを可能と
する。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
第３図は本発明が利用しているレンズと回折格子対と
を用いた光パルスの波形整形用光回路の原理を説明する
ものである。
この波形整形用の光回路は、回折格子１と２とが形成
する回折格子間隔の４分の１の焦点距離（ｆ）を有する
２枚の凸レンズ３、４を回折格子１、２からそれぞれ焦
点距離だけ離して配置し、このレンズ３と４との間に焦
点面に光の振幅および位相を変調する空間分布フィルタ
５が配置されたものである。
このとき、回折格子対の中央で光軸に垂直の面はいわ
ゆるフーリエ面となる。すなわち、フーリエ面における
位置座標は空間周波数座標に対応するが、この場合波長
座標がフーリエ面上における位置座標に対応する特徴が
ある。
このフーリエ面上に光の振幅および位相を変調する空
間分布フィルタ５が配置されているため、入力光パルス
はこの空間分布フィルタ５を通過することにより、波長
軸上で変調された後、第２の回折格子２により波長合成
される。
その結果、出力光パルスは空間分布フィルタ面での透
過光強度、位相の空間分布の逆フーリエ変換波形となっ
て出力され、光パルスの波形を整形し、また波形圧縮を
することが可能である。
なお、それぞれのレンズは一つのものとして表されて
いるが色収差を除くためにレンズ群として構成すれば実
現可能であり、また、この光回路は狭い周波数帯域の光
ビームに使用されるので、色収差の問題が影響すること
は少なく、実用性には問題がない。また、空間分布フィ
ルタとしては、空間分布振幅フィルタと空間分布位相フ
ィルタとの同時使用あるいは片方のみを使用することが
できる。
以下に具体的にこの原理を利用した本発明の実施例を
説明する。
（実施例１）
第１図は本発明の任意波形の光パルス発生回路の構成
を示すものである。
半導体レーザ12は、変調信号源を含む駆動回路11によ
り駆動され、その光パルス出力は平行ビーム光として回
折格子１、２、レンズ３、４、空間分布フィルタ５から
構成される光回路に入射される。この光回路からの出射
平行ビーム光は光パルス圧縮用の光ファイバ17を通っ
て、出力光パルスとして出力される。
半導体レーザ12は、駆動回路11によりゲインスイッチ
ング法により駆動されて光パルスを出力する。このほぼ
ローレンツ形波形で出力された光パルスは回折格子１で
回折されレンズ３で集光されて、その焦点面が光周波数
のフーリエ面となる。
このフーリエ面が位置座標となった光周波数面に配置
された光の振幅調整を行う空間分布振幅フィルタと光の
位相調整を行う空間分布位相フィルタからなる空間分布
フィルタ５により、特定の波長領域の変調が行われる。
この変調が行われた光パルスはレンズ４、回折格子２を
介して、平行光ビームとなり、光パルス圧縮を行う正常
分散性を有する光ファイバ17を通過し、所望の波形の出
力光パルスとして取り出される。
この光ファイバ17は半導体レーザ12により発生した光
パルスにともなっている長波長側への波長チャーピング
を補償し、パルス波形を圧縮するものである。なお、一
つの光パルスはその中で中心波長が偏移しており、発振
波長が時間的に変化する現象をチャーピングという。
この光ファイバ17の波形圧縮機能は、前述の空間分布
フィルタ５の空間分布位相フィルタで果たすことが原理
的には可能であるが、実際には大きな位相偏移が必要で
あり、現実的にはそのような空間分布フィルタを実現す
ることはできないため、波形整形を行う光回路の外部に
波形圧縮用の正常分散性を有する光ファイバ17を結合す
る。
この構成により半導体レーザ12により発振された光パ
ルスを任意の波形の光パルスとして出力することができ
る。
（実施例２）
第４図は第２図に示す半導体レーザのスペクトル特性
測定装置において、分光器13として前述の光回路を用
い、この光回路のレンズの焦点のフーリエ面上に空間分
布フィルタ５として大きさａの光吸収体８を配置したも
のである。
このとき、回折格子の溝間隔をｄ、回折次数をｍとし
たとき、この光吸収体８には、
（ad）／（2mf）
の式で与えられる波長幅の光が吸収される。
一般的な値として回折格子の溝が600本/mm、焦点距離
が5cmとすると30μｍの光吸収体が1nm幅の光を吸収す
る。すなわち、回折格子対から出射される光はこの1nm
のスペクトルが除かれた光となっている。
ただし、第４図に示すように、ここでは回折光が回折
される角度がほぼ垂直になっているという近似をしてい
る。この吸収すべき波長は回折格子への入射角を調節す
ることによって選択することができる。
この第４図に示す光回路の光学系は回折格子対の中央
面に対して左右対称となっているので、中央面を平面鏡
６とし、その面内に光吸収体８を配置する構成とすれ
ば、第５図に示すようにさらに光学系が簡略化できる。
長距離大容量光ファイバ伝送方式において発信光源と
して用いられるパルス変調された単一モード半導体レー
ザの主モードのスペクトルは、その裾まで含めると数オ
ングストローム程度あるが、本実施例により主モード以
外のスペクトル成分を平行ビーム光として取り出すこと
ができるので、レンズで単一の焦点に集光し、半導体レ
ーザの副モードのスペクトルを測定できる。
上述の光吸収体８を使用する光回路を第２図に示す半
導体レーザの動的スペクトル特性の測定装置の分光器13
の代わりに適用することにより分光器13が不要となると
ともに、波長領域での走査も同時に不要となり、半導体
レーザの動的スペクトル特性の測定時間を大幅に低減で
きる効果が得られる。
なお、本実施例において、凸レンズ３、４の代わりに
凹面鏡を使用してもよいし、さらに、回折格子１、２そ
のものが集光機能を有する凹面形状であってもよい。本
質的に回折格子とレンズが光学的にフーリエ変換機能を
果たしていればよい。
（実施例３）
本発明の実施例３は、実施例２の光吸収体に代えて光
検出器を用いたものである。
この場合、第５図に示す平面鏡６上に光吸収体８を配
置し光路を折り返した構成を使用するのが便利である。
もちろん実施例２の第４図に示す回折格子の中間に配置
された光吸収体８に代えて光検出器を置き換えてもよい
けれども、その場合は、ガラスのような透明な基板に光
検出器をマウントする必要があり、そのような光検出器
を作製することは技術的に難しく、経済的ではない。
また、第６図に示すように、レンズ３と４との中間の
フーリエ面に小さい鏡９を配置し、この鏡で反射された
波長部分を光検出器10で検出する構成としてもよい。
第７図に折り返し構成を用い光検出器を配置した具体
的な半導体レーザのスペクトル測定装置の構成を示す。
平面鏡６にスリットを設け、そこに光検出器20を配置
する。また、ハーフミラー７から出力された出力光ビー
ムを光検出器14で検出する。駆動回路11より出力される
信号により駆動される半導体レーザ12から出力された入
力ビーム光は回折格子１、レンズ３、平面鏡６で構成さ
れる光回路を経てハーフミラー７から出力され、光検出
器14で検出される。
同じく平面鏡６のスリットに設けられた光検出器20で
ある特定の周波数の光が検出される。光検出器20の出力
はカウンタ21で計数され、光検出器14の出力はカウンタ
15で計数される。カウンタ21の出力と駆動回路11の信号
源の出力は排他的論理和回路22で排他的論理和がとられ
その出力はカウンタ23で計数される。カウンタ15とカウ
ンタ23はしきい値制御器24により調整されている。
いま、光検出器20で主モードのパワーのみが検出さ
れ、残りのスペクトルのパワーは光検出器14で検出され
る。光検出器20からの出力パルスをカウンタ21で計数
し、そのカウンタ21の出力と駆動回路11の信号源からの
信号の排他的論理和がとられ、しきい値制御器24は排他
的論理和回路22の出力が零もしくは最小となるようにカ
ウンタ21のしきい値を調整する。この排他的論理和回路
22の出力パルスを別のカウンタ23で計数すると主モード
のパルスの欠落による誤りを計数することができる。
一方、主モード以外の波長のモード出力パルスを計数
するカウンタ15のしきい値をカウンタ21のしきい値と同
じとすれば自動的に最適化することが可能である。これ
により主モードにおけるパルスの欠落と副モードの発光
の両方の原因により生ずるパルス誤りを同時に計数する
ことができる。
なお、二つの光検出器14、20は同じ特性を有するもの
であることが望ましいけれども、その特性が異なる場合
は、後段に補償用の増幅器を配置すればよい。
上述の光検出器14、20を用いたスペクトル測定装置
は、単一モード光源の波長安定化回路の一部として利用
することができる。すなわち、第８図に示すように、小
さい平面鏡30が主モードを反射するようにあらかじめ調
整しておき、この平面鏡30の両側に２個の光検出器31、
32を配置する。この光検出器31と32の出力は帰還回路34
に入力され、帰還回路34の出力は単一モード光源35を制
御する。光回路の出力ビームは光ファイバ36に入力され
る。
この構成で、主モードの光は安定しているときには光
検出器31および32では検出されない。しかし、周囲温度
の変動により主モードの発振波長が長波長側へ変化すれ
ば光検出器31が、短波長側へ変化すれば光検出器32が主
モードパワーを検出するため、帰還回路34でこれらの信
号を減少する方向に帰還をかければ単一モード光源35の
発振周波数安定化を図ることができる。
この単一モード光源の安定化回路は、例えば波長多重
伝送において、波長変動によるクロストークの増加を抑
圧するための光源安定化回路として利用することができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は任意の波形の超短光パ
ルスを発生することができるとともに、半導体レーザの
動的スペクトル測定を大幅に省力化でき、短時間に行う
ことができる。
本発明を利用して、大容量光伝送方式の発信光源のモ
ード安定化を図ることができ、また測定用の任意の波形
の光パルスを得ることができる。
さらに、本発明の光回路を用いた動的スペクトル測定
系を波長多重された光ローカルエリアネットワーク中に
挿入することにより、特定の波長成分だけを送受信する
ノードに応用することを可能にした。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pulse generation circuit that generates an ultrashort optical pulse having an arbitrary waveform using a pair of angle dispersive elements, and a semiconductor that generates the ultrashort optical pulse. The present invention relates to a laser spectrum characteristic measuring device. [Related Art] Ultrashort optical pulses are used not only for large-capacity ultrahigh-speed optical pulse transmission but also as a sampling light source in an optical sampling method, which is one of the methods for observing high-speed optical phenomena. In such application fields, it is necessary to generate a waveform having a desired shape, and in long-distance large-capacity optical fiber transmission, it is required to further enhance the mode stability of a semiconductor laser serving as an optical pulse light source. ing. The spectrum of a single-mode semiconductor laser used as an optical pulse light source in a long-distance large-capacity optical fiber transmission system is not strictly single-mode. Although most lasers have a single mode that satisfies the system requirements, some lasers may emit strong in a submode having a different wavelength from the main mode at a specific temperature and bias condition. According to the observations made by the inventors, this submode oscillation phenomenon occurs with a probability of about 10 -6 even if it occurs frequently, so the average power is very weak, and it can be grasped by DC spectrum measurement. It was difficult. However, according to the method, it is not possible to allow the sub-mode light emission that occurs with a probability of 10 −12 or more. Therefore, in order to observe the sub-mode emission phenomenon, dynamic spectrum measurement is required. Conventionally, a dynamic spectrum measurement of a semiconductor laser has been performed by a measuring apparatus shown in FIG. The semiconductor laser spectrum measuring device shown in FIG.
The output light from the semiconductor laser 12 which is modulated and oscillated by the drive circuit 11 including the signal source is extracted by the optical fiber 17 and
13, the spectral components separated by the spectroscope 13 are detected by the photodetector 14 and counted by the counter 15. This semiconductor laser 12 is placed in a thermostat 16,
Oscillation spectrum components of the semiconductor laser can be measured over a temperature range required by the method. The counter 15 is configured to be synchronized with the signal source of the drive circuit 11 and to be triggered by an input pulse. In order to avoid unnecessary triggering due to noise, the trigger level needs to be about half of the pulse in the main mode.
Note that the counter 15 can measure a pulse having a band about the clock frequency of the system transmission bit rate. [Problems to be solved by the invention] However, in this spectrum measuring apparatus, a spectroscope
After setting the wavelength resolution of 13 to several angstroms, it is necessary to scan the measurement wavelength and confirm that pulses are not counted in a wavelength region other than the main mode. At this time, it is necessary to change the light source temperature over the temperature range required by the method, and such a conventional method for measuring the spectrum of a semiconductor laser has a disadvantage that the measurement takes an enormous amount of time. In addition, the spectroscope can extract desired wavelength components, but the other components focus on different positions depending on the wavelength even if condensed by an element such as a normal lens. Could not be focused back to a single focus. As a method of solving the problem of not converging at a single focal point, a method of arranging a large number of photodetectors and detecting light of wavelength components focused at different positions can be considered, but a photodetector with uniform characteristics is considered. And the processing of output signals of such a large number of channels complicates the apparatus, and its feasibility is doubtful. As a method without using a spectroscope, a specific wavelength component can be removed by using a Fabry-Perot etalon having a thickness of about several tens of μm, but in order to change this wavelength, at least the thickness of the etalon must be reduced. Etalons that must be changed by more than half a wavelength do not currently exist. In addition, the waveform of an optical pulse from a semiconductor laser for generating an ultrafast optical pulse is determined by the physical property values of the semiconductor laser and is almost a Lorentz-shaped optical pulse. The optical pulse having a waveform has to be shaped or compressed and output as an optical pulse having a required waveform. By the way, as a method of extracting the spectral component of the parallel beam light, the incident light diffracted by the diffraction grating is condensed at its single focal point by a lens, the time Fourier component is spatially dispersed, and this dispersed wavelength A technique has been proposed in which components are adjusted and combined using a filter or the like, and the waveform of an optical pulse is shaped. Literature, "Shaping light pulses using a spectroscope" Nobuyuki Kagi Kazuhiro Ema Fujio Shimizu, Shunichi Tanaka Showa 62
March 30, 2008 JSAP JSME Lecture No. 30-
The present invention utilizes an optical pulse shaping technique using a diffraction grating and a lens to provide an ultra-high-speed optical pulse generation circuit.
It is an object of the present invention to provide an optical pulse generation circuit capable of obtaining an optical pulse having an arbitrary waveform, and a semiconductor laser spectrum characteristic measuring apparatus which shortens the measurement time without requiring scanning of a wavelength region. [Means for Solving the Problems] A first aspect of the present invention provides an optical pulse generator for generating a parallel light beam, an angle dispersive element pair to which the parallel light beam is incident and the parallel light beam is emitted, An optical fiber that performs light pulse compression of the parallel beam light is provided, a filter that blocks an optical path of a specific spectrum is disposed in the optical path of the angular dispersion element pair, and a lens that focuses an image on the filter is provided. It is characterized by being provided. The second invention includes an optical pulse generator that generates a parallel light beam, an angle dispersion element pair from which the parallel light beam is incident and the parallel light beam is emitted, and a light detection unit that detects the emitted light. A photodetector is disposed in an optical path of a specific spectrum in an optical path of the angle dispersive element pair, and a lens for forming a focal point is provided on the photodetector. [Operation] The light beam wavelength-dispersed by the diffraction grating is shifted in parallel depending on the wavelength. However, if the light beam is condensed by a lens larger than the beam diameter, it can be converged to a single focal point. The present invention can use this phenomenon to select a specific wavelength region of the light beam by blocking the optical path of the wavelength component focused at a single focal point with a filter. By blocking the optical path in the specific wavelength region, an optical pulse having a substantially Lorentzian waveform generated from the semiconductor laser can be shaped into an optical pulse having an arbitrary waveform and output. In addition, the wavelength component to be measured can be extracted by absorbing light in a specific wavelength region with a light absorber, and the dynamic spectrum of a semiconductor laser can be obtained by detecting light in a specific wavelength region with a photodetector. Enables measurement of characteristics. Examples Examples of the present invention will be described below. FIG. 3 illustrates the principle of an optical circuit for shaping an optical pulse using a lens and a diffraction grating pair used in the present invention. This waveform shaping optical circuit focuses two convex lenses 3 and 4 having a focal length (f) of a quarter of the diffraction grating interval formed by the diffraction gratings 1 and 2 from the diffraction gratings 1 and 2, respectively. A spatial distribution filter 5 for modulating the amplitude and phase of light is disposed between the lenses 3 and 4 at the focal plane. At this time, a plane perpendicular to the optical axis at the center of the diffraction grating pair is a so-called Fourier plane. That is, the position coordinates on the Fourier plane correspond to the spatial frequency coordinates, but in this case, the wavelength coordinates correspond to the position coordinates on the Fourier plane. Since the spatial distribution filter 5 for modulating the amplitude and phase of the light is arranged on the Fourier plane, the input optical pulse passes through the spatial distribution filter 5 and is modulated on the wavelength axis. Are synthesized by the diffraction grating 2. As a result, the output optical pulse is output as an inverse Fourier transform waveform of the spatial distribution of the transmitted light intensity and phase on the spatial distribution filter surface, and it is possible to shape the optical pulse waveform and compress the waveform. . Each lens is shown as a single lens, but it can be realized if it is configured as a lens group to eliminate chromatic aberration, and since this optical circuit is used for a light beam in a narrow frequency band, The problem is rarely affected, and there is no problem in practicality. Further, as the spatial distribution filter, the spatial distribution amplitude filter and the spatial distribution phase filter can be used simultaneously or only one of them can be used. An embodiment of the present invention utilizing this principle will be specifically described below. Embodiment 1 FIG. 1 shows the configuration of an optical pulse generating circuit having an arbitrary waveform according to the present invention. The semiconductor laser 12 is driven by a drive circuit 11 including a modulation signal source, and its optical pulse output is incident as parallel beam light on an optical circuit composed of diffraction gratings 1, 2, lenses 3, 4, and a spatial distribution filter 5. You. The parallel beam emitted from the optical circuit passes through an optical fiber 17 for compressing an optical pulse and is output as an output optical pulse. The semiconductor laser 12 is driven by the drive circuit 11 by a gain switching method and outputs an optical pulse. The light pulse output in a substantially Lorentzian waveform is diffracted by the diffraction grating 1 and condensed by the lens 3, and its focal plane becomes a Fourier plane of the optical frequency. A spatial distribution filter 5 composed of a spatial distribution amplitude filter for adjusting the amplitude of light and a spatial distribution phase filter for adjusting the phase of light, which is arranged on the optical frequency plane whose Fourier plane is the position coordinate, allows a specific wavelength region to be adjusted. Modulation is performed.
The modulated light pulse is converted into a parallel light beam via the lens 4 and the diffraction grating 2, passes through the optical fiber 17 having normal dispersibility for compressing the light pulse, and is extracted as an output light pulse having a desired waveform. It is. The optical fiber 17 compensates for wavelength chirping to a longer wavelength side accompanying an optical pulse generated by the semiconductor laser 12, and compresses the pulse waveform. Note that one optical pulse has a center wavelength shifted therein, and the phenomenon that the oscillation wavelength changes with time is called chirping. The function of compressing the waveform of the optical fiber 17 can be performed in principle by the spatial distribution phase filter of the spatial distribution filter 5 described above. However, in practice, a large phase shift is required. Since such a spatial distribution filter cannot be realized, an optical fiber 17 having normal dispersibility for waveform compression is coupled to the outside of the optical circuit for performing waveform shaping. With this configuration, an optical pulse oscillated by the semiconductor laser 12 can be output as an optical pulse having an arbitrary waveform. (Embodiment 2) FIG. 4 shows a device for measuring the spectral characteristics of a semiconductor laser shown in FIG. 2, in which the above-mentioned optical circuit is used as the spectroscope 13 and a spatial distribution filter 5 And a light absorber 8 of size a is arranged. At this time, when the groove interval of the diffraction grating is d and the diffraction order is m, the light absorber 8 absorbs light having a wavelength width given by the formula of (ad) / (2mf). As a general value, when the number of grooves of the diffraction grating is 600 / mm and the focal length is 5 cm, a light absorber of 30 μm absorbs light having a width of 1 nm. That is, the light emitted from the diffraction grating pair is
Is the light from which the spectrum has been removed. However, as shown in FIG. 4, the approximation here is that the angle at which the diffracted light is diffracted is substantially vertical. The wavelength to be absorbed can be selected by adjusting the angle of incidence on the diffraction grating. Since the optical system of the optical circuit shown in FIG. 4 is bilaterally symmetric with respect to the central plane of the diffraction grating pair, the central plane is a plane mirror 6 and the light absorber 8 is arranged in that plane. If this is the case, the optical system can be further simplified as shown in FIG. The spectrum of the main mode of a pulse-modulated single mode semiconductor laser used as a transmission light source in a long-distance large-capacity optical fiber transmission system is about several angstroms including its tail, but according to this embodiment, the spectrum other than the main mode is Since the component can be extracted as a parallel beam light, it can be focused on a single focal point by a lens, and the spectrum of the submode of the semiconductor laser can be measured. An optical circuit using the above-described light absorber 8 is connected to a spectroscope 13 of a device for measuring dynamic spectrum characteristics of a semiconductor laser shown in FIG.
By applying this method in place of the above, the spectroscope 13 becomes unnecessary, and scanning in the wavelength region is also unnecessary, so that the effect of greatly reducing the measurement time of the dynamic spectrum characteristics of the semiconductor laser is obtained. In the present embodiment, a concave mirror may be used instead of the convex lenses 3 and 4, and the diffraction gratings 1 and 2 themselves may have a concave shape having a light collecting function. Essentially, the diffraction grating and the lens only need to optically perform the Fourier transform function. Third Embodiment A third embodiment of the present invention uses a photodetector instead of the light absorber of the second embodiment. In this case, it is convenient to use a configuration in which the light absorber 8 is disposed on the plane mirror 6 shown in FIG. 5 and the optical path is turned back.
Of course, a photodetector may be substituted for the light absorber 8 arranged in the middle of the diffraction grating shown in FIG. 4 of the second embodiment, but in this case, the photodetector is provided on a transparent substrate such as glass. And it is technically difficult and not economical to make such a photodetector. Further, as shown in FIG. 6, a small mirror 9 may be arranged on the Fourier plane between the lenses 3 and 4, and the wavelength portion reflected by this mirror may be detected by the photodetector 10. FIG. 7 shows a specific configuration of a semiconductor laser spectrum measuring apparatus in which a photodetector is arranged using a folded configuration. A slit is provided in the plane mirror 6, and the photodetector 20 is disposed therein. The output light beam output from the half mirror 7 is detected by the photodetector 14. The input beam light output from the semiconductor laser 12 driven by the signal output from the drive circuit 11 is output from the half mirror 7 through an optical circuit including the diffraction grating 1, the lens 3, and the plane mirror 6, and is output from the photodetector. Detected at 14. Similarly, light of a specific frequency, which is a photodetector 20 provided in the slit of the plane mirror 6, is detected. The output of the photodetector 20 is counted by a counter 21, and the output of the photodetector 14 is a counter.
Counted at 15. The output of the counter 21 and the output of the signal source of the drive circuit 11 are exclusive-ORed by an exclusive-OR circuit 22, and the output is counted by the counter 23. The counter 15 and the counter 23 are adjusted by a threshold controller 24. Now, only the power in the main mode is detected by the photodetector 20, and the power of the remaining spectrum is detected by the photodetector 14. An output pulse from the photodetector 20 is counted by a counter 21, an exclusive OR of an output of the counter 21 and a signal from a signal source of the drive circuit 11 is obtained, and a threshold controller 24 outputs an exclusive OR. The threshold of the counter 21 is adjusted so that the output of the circuit 22 becomes zero or minimum. This exclusive OR circuit
If the output pulse of 22 is counted by another counter 23, an error due to the lack of the pulse in the main mode can be counted. On the other hand, if the threshold value of the counter 15 for counting the mode output pulses of wavelengths other than the main mode is the same as the threshold value of the counter 21, the optimization can be performed automatically. This makes it possible to simultaneously count pulse errors caused by both the lack of a pulse in the main mode and the light emission in the sub mode. It is desirable that the two photodetectors 14 and 20 have the same characteristics, but if the characteristics are different, a compensating amplifier may be arranged at the subsequent stage. The spectrum measuring device using the photodetectors 14 and 20 described above can be used as a part of a wavelength stabilizing circuit of a single mode light source. That is, as shown in FIG. 8, the small plane mirror 30 is adjusted in advance so as to reflect the main mode, and two photodetectors 31 are provided on both sides of the plane mirror 30.
Place 32. The outputs of the photodetectors 31 and 32 are connected to a feedback circuit 34.
And the output of the feedback circuit 34 controls the single mode light source 35. The output beam of the optical circuit is input to the optical fiber 36. In this configuration, light in the main mode is not detected by the photodetectors 31 and 32 when it is stable. However, the photodetector 31 detects the main mode power when the oscillation wavelength of the main mode changes to the longer wavelength side due to the fluctuation of the ambient temperature, and the photodetector 32 detects the main mode power when the oscillation wavelength changes to the shorter wavelength side. If feedback is applied in a direction to reduce these signals, the oscillation frequency of the single mode light source 35 can be stabilized. This stabilization circuit for a single mode light source can be used as a light source stabilization circuit for suppressing an increase in crosstalk due to wavelength fluctuation in, for example, wavelength multiplex transmission. [Effects of the Invention] As described above, the present invention can generate an ultrashort light pulse having an arbitrary waveform, can greatly reduce the dynamic spectrum measurement of a semiconductor laser, and can perform the measurement in a short time. it can. By utilizing the present invention, it is possible to stabilize the mode of the transmission light source of the large-capacity optical transmission system, and to obtain an optical pulse having an arbitrary waveform for measurement. Furthermore, by inserting a dynamic spectrum measurement system using the optical circuit of the present invention into a wavelength multiplexed optical local area network, it is possible to apply the system to a node that transmits and receives only a specific wavelength component.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明実施例１を示す構成図。
第２図は従来例半導体レーザのスペクトル測定装置の構
成図。
第３図は本発明の波形整形の原理を示す図。
第４図は本発明実施例２の光回路の構成を示す図。
第５図は本発明実施例２の光回路の変形例を示す構成
図。
第６図は本発明実施例３の光回路を示す構成図。
第７図は本発明実施例３を使用する半導体レーザのスペ
クトル特性の測定装置の構成図。
第８図は本発明実施例３を使用する半導体レーザの波長
安定化回路の構成図。
１、２……回折格子、３、４……レンズ、５……空間分
布フィルタ、６……平面鏡、７……ハーフミラー、８…
…光吸収体、９……反射鏡、10、14、20、31、32……光
検出器、11……駆動回路、12……半導体レーザ、13……
分光器、15、21、23……カウンタ、17、36……光ファイ
バ、22……排他的論理和回路、30……平面鏡、34……帰
還回路、35……単一モード光源。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a spectrum measuring device for a conventional semiconductor laser. FIG. 3 is a diagram showing the principle of waveform shaping according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical circuit according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a configuration diagram showing a modification of the optical circuit according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram showing an optical circuit according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 7 is a configuration diagram of an apparatus for measuring the spectral characteristics of a semiconductor laser using Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is a configuration diagram of a wavelength stabilizing circuit of a semiconductor laser using the third embodiment of the present invention. 1, 2,... Diffraction grating, 3, 4,... Lens, 5,... Spatial distribution filter, 6,.
... Light absorber, 9 ... Reflector, 10, 14, 20, 31, 32 ... Photodetector, 11 ... Drive circuit, 12 ... Semiconductor laser, 13 ...
Spectroscope, 15, 21, 23 ... Counter, 17, 36 ... Optical fiber, 22 ... Exclusive OR circuit, 30 ... Planar mirror, 34 ... Feedback circuit, 35 ... Single mode light source.
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G02B 6/00 A──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01J 3/10 G02B 27/00 Z G02B 6/00 A