JPH01189980A - 半導体レーザの良否判別装置 - 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】 〔概要〕 光伝送システムの送信系に用いられる半導体レーザの良
否を判別する半導体レーザの良否判別装置に関し、 半導体レーザを光伝送システムに搭載した状態で半導体
レーザの良否を判別する際に、メインモード以外で発振
するモードのメインモードからの波長差や発振確率の測
定に加えてそのモードがＴＥモードかＴＭモードかを判
別可能とすることを目的とし、 複数ビットのパルスパターンを所定の時間間隔で発生し
、光伝送システムの送信系に用いられる良否を判別され
るべき半導体レーザに供給するパルスパターン発生回路
と、所定の分散を有し該半導体レーザから出力された光
パルス信号を通過させる媒体と、該媒体を通して伝送さ
れる光パルス信号から該パルスパターンを再生する回路
を含む受信装置とを具備し、該受信装置において再生さ
れた該パルスパターンに基づいて該半導体レーザの良否
を判別する半導体レーザの良否判別装置において、該半
導体レーザと該媒体との間に設けられ、第１の測定モー
ドでは該半導体レーザの出力光パルス信号中１Ｆモード
に対応する光信号成分を通過せしめ、第２の測定モード
では該半導体レーザの出力光パルス信号中ＴＭモードに
対応する光信号成分を通過せしめるモード分離手段を有
するように構成する。

（産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーザの良否判別装置、特に、光伝送
システムの送信系に用いられる半導体レーザの良否を判
別する半導体レーザの良否判別装置に関する。

〔従来の技術〕

光伝送システムの送信系に用いられる半導体レーザは、
２Ｇｂ／ｓ程度の高速の電流パルスにより変調されて発
光（発りする。この場合、半導体レーザは単一波長で発
振するが、例えば温度の変化、電流パルスのレベルの変
化（立ち上がり時）等が生じると、発光スペクトルの波
長が主モードから少し変位した次のモードにジャンプ（
いわゆるモードジャンプ）することがあるのは知られて
いる。

第６図は光伝送システムの構成を概略的に示すもので、
送信系Ｓには半導体レーザ（図示せず）が用いられてい
る。ここで今仮に、半導体レーザを駆動する電流パルス
として例えばｒｌｏｏｏｏｏｏｏ」の８ピツト構成を考
えると、本来ならば光伝送システムの受信系Ｒにおいて
前記電流パルスと同じピット構成のパルス信号が再生さ
れなければならないが、前述したモードジャンプが生じ
ると、本来「０」の符号であるべき位置（図示の例では
３番目のパルスの位置）に擬似的なパルス、すなわち「
１」の符号が現れるというエラーが発生する。この擬似
パルスの発生する位置は、媒体、例えば光ファイバＦの
分散ｍおよびその長さしと、半導体レーザのモードジャ
ンプに起因する主モードからの波長の変化分Δλとによ
り決まる。

このようなエラーは不確定的に発生するものであるが、
そのエラーの発生する割合すなわちエラーレートがあま
り高くなると、光伝送システムとしては良好な伝送特性
を実現しているとは言い難くなる。最近では光伝送シス
テムは＾ビットレート化が進み、高品質の伝送特性を保
証する観点から、大体１０　　程度のエラーレート（１
０”個の電流パルスにより半導体レーザを駆動した時に
１回エラーが生じるという意味）において「エラーフリ
ー」になることが要望されている。しかしながら、１０
−１０程度のエラーレートでエラーが生じることも多々
あり、その原因については解明が困難である。

従来、半導体レーザにｔ−ドジャンプが発生してもそれ
が１０−１０！５！度のエラーレートで発生する場合に
は半導体レーザの性能上の問題からその測定は難しく、
まして予め何らかの手段で単導体レーザを選別すること
はなおざら困難であり、結局、半導体レーザを光伝送シ
ステムに搭載した形でエラーレートの測定を行なわざる
を得なかった。

しかしながらこの測定方法では、仮に受信系においてエ
ラーが検出されても、果たしてそのエラーが、半導体レ
ーザに起因するエラーなのか、あるいは伝送路（光ファ
イバ）に起因するエラーなのか、あるいは受光系に関す
るエラーなのかを確実に判別することは不可能であり、
上述したようにエラーの発生原因についての解明は困難
であった。

それ故、従来の光伝送システムでは１０−１０程度のエ
ラーレートでエラーが発生した場合、送信系においては
半導体レーザのレーザダイオード（ＬＤ）の交換又はそ
のバイアス電流の調整を行ない、受信系においては受光
器、例えばアバランシェフオドダイオード（ＡＰＤ）の
バイアス電圧の調整および前述したモードジャンプに起
因する擬似パルスを検出しないように識別回路のしきい
値レベルの変更を行ない、結局、伝送特性の品質を一定
レベルに維持するために主な素子の全てについて調整を
行なう必要があった。これは、作業が極めて煩雑であり
、好ましいことではない。

そこで、上述した従来技術における問題点に鑑み、半導
体レーザを光伝送システムに搭載した状態で煩雑な手間
をかけることなく簡単に且つ確実に半導体レーザの良否
を判別することができる半導体レーザの良否判別装置が
先に本出願人により特願１１８６２−２６６５６０号に
て提案された。

この先に提案された装置は、１つの方法として、光伝送
システムの受信側において再生したパルスパターンを所
定の位相差だけシフトさせ、このシフトされたパルスパ
ターンと、予め設定された所定のしきい値レベルと、再
生パルスパターンとを適宜利用する。従って、再生パル
スパターンの特定位置において本来用れるはずの無い「
１」の符号、すなわち擬似パルスが出現する回数をカウ
ントすることにより、半導体レーザの良否を簡単に゛且
つ確実に判別することが可能となる。

又、この先に提案された装置は、他の方法として、光伝
送システムの送信側においてパルスパターンの発生態様
を、位相的に順次遅れるように、あるいは進むように変
化させる。従って、受信側においては再生パルスパター
ンの特定位置において本来用れるはずの無い「１」の符
号、すなわち擬似パルスが出現する回数をカウントする
ことにより、半導体レーザの良否を簡単に且つ確実に判
別することが可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） 先に提案された装置によれば、半導体レーザのメインモ
ード以外で発振するモードのメインモードからの波長差
や発振確率を測定することはできるが、そのモードがＴ
Ｅモードか７Ｍモードかを判別することができなかった
。このため、例えば半導体レーザの端面の反射率を測定
結果に応じて調整するために製造工程を制御しても、反
射率が最適な値には設定されずＴＥモード、ＴＭモード
発振が制御されないので、半導体レーザの歩留りの向上
にも限度があるという問題が生じていた。

本発明は、半導体レーザを光伝送システムに搭載した状
態で半導体レーザの良否を判別する際に、メインモード
以外で発振するモードのメインモードからの波長差や発
振確率の測定に加えてそのモードがＴＥモードか７Ｍモ
ードかを判別可能とすることのできる半導体レーザの良
否判別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１図は、本発明の原理説明図である。同図中、１は複
数ピットのパルスパターンを所定の時間間隔で発生する
パルスパターン発生回路、２は光伝送システムの送信系
に用いられる良否を判別されるべき半導体レーザ、３は
モード分離手段である。

更に、４は所定の分散を有し半導体レーザ２の出力光パ
ルス信号を通過させる媒体、５は媒体４を通して伝送さ
れる光パルス信号から前記パルスパターンを再生する回
路を含む受信装置である。モード分離手段３は、半導体
レーザ２と媒体４との間に設けられる。

〔作用〕

モード分離手段３は、第１の測定モードでは半導体レー
ザ２の出力光パルス信号中ＴＥモードに対応する光信号
成分を通過ゼしめ、第２の測定モードでは半導体レーザ
２の出力光パルス信号中ＴＭモードに対応する光信号成
分を通過せしめる。

半導体レーザ２の良否は、受信装置５において再生され
た前記パルスパターンに基づいて判別される。

従って、半導体レーザを光伝送システムに搭載した状態
で半導体レーザの良否を判別する際に、メインモード以
外で発振するモードのメインモードからの波長差や発振
確率の測定に加えてそのモードがＴＥモードか７Ｍモー
ドかを判別可能となる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す。第２図の例示は半導
体レーザを送信系に用いた光伝送システムの形態を有し
、この光伝送システムは、送信装置１１、送信装置１１
に対応する受信装置１２、及び両装置を接続する光ファ
イバ１３から構成されている。この光ファイバ１３は、
既知の分散ｍ（ｐｓ／　ｋＩ−１）及び所定の長さＬ（
ｋｌ）を有する。

送信装置１１において、２１はパルスパターン発生回路
であって、本実施例では２　Ｇ　ｂ／ｓの８ビツト構成
のパルスパターンＰ１を繰り返し発生する。このパルス
パターンＰ１は、ＲＺ方式で、１ビツトの「１」の符号
とそれに続く７ビツトの「０」の符号とからなっている
。この発生されたパルスパターンＰ１は増幅器２２に入
力され、そこで次段の半導体レーザの発振に必要なレベ
ルまで増幅される。駆動回路２３は、例えば分布帰還型
（ＤＦＢ）レーザからなるレーザダイオードＬＤを有し
、増幅器２２を介して送られてくる電流パルスによりＲ
Ｚ変調されて単一波長のレーデ光、すなわち光パルス信
号を発振する。この光パルス信号は、モード分離部２４
を通過し、光ファイバ１３を通して受信装置１２側に伝
送される。

受信装置１２において、３１はアバランシェフォトダイ
オードＡＰＤを有する受光回路であって、光ファイバ１
３を介して伝送されてぎた光パルス信号から前述のパル
スパターンＰ１を再生する機能を有している。以下、こ
の再生されたパルスパターンをＰ２と言う。３２は等化
量であって、伝送路における減衰特性を補償し、伝送系
で生じた直線ひずみを補正するために設けられている。

３３はタイミング検出回路であって、上述の再生パルス
パターンＰ２に対して所定のタイミングを検出するため
のもので、本実施例では再生パルスパターンＰ２におけ
る「１」の符号の位置を検出している。３４は１／Ｎ分
周回路であって、本実施例では上述のタイミング検出に
基づき再生パルスパターンＰ２の周波数を１／８に分周
している。

以下、この分周されたパルスパターンをＰ３と言う。

３５は位相シフト回路であって、分周パルスパターンＰ
３の位相を上述の「１」の符号の位置から所定の位相差
φだけシフトする機能を有している。この位相シフトさ
れたパルスパターンをＰ４と言う。本実茄例ではこの所
定の位相差は、再生パルスパターンＰ２の各ビット幅に
相当する時間と同じか、もしくはそれ以上に設定されて
いる。

この位相シフトパルスパターンＰ４は、受光回路３１か
らの再生パルスパターンＰ２と共に、識別回路３６に入
力される。３７は識別回路３６からの識別信号Ｓ３に基
づきカウントを行うカウンタである。

次に、第２図図示の装置の動作について第３図のタイミ
ングチャートを参照しながら説明する。

先ず、レーザダイオードＬＤのメインモードの光の一部
が波長Δλ（ｎｍ）だけモードジャンプしたものとする
。これは光ファイバ１３を通すと、第３図（ａ）に示さ
れるように、光フフイバ１３の分散ｍ（ｐＳ／ｋＩｌｌ
−Ｉｎ）と長さＬ（ｋｌ）に応じて、再生パルスパター
ンＰ２において「１」の符号の位置（タイムスロットＴ
１の部分）からｍＬΔλ（ｐｓ）の時間分だけ遅れた位
置（タイムスロットＴ３の部分）に擬似パルスとして生
じる。

再生パルスパターンＰ２は、等化量３２およびタイミン
グ検出回路３３を介し、１／Ｎ分周回路３４において１
／８に分周され（第３図（ｂ）参照）、さらに位相シフ
ト回路３５において上述の「１」の符号の位置から所定
の位相差φだけシフトされる（第３図（Ｃ）参照）。こ
の時、このパルス幅は、元のパルス幅より広くしても狭
くしても良い。ただし、このパルス幅は、予め定めたＮ
ビット（本実施例では８ビツト）分の周期から１ビツト
分減じた長さよりは短いものとする。

この位相シフトされたパルスパターンＰ４は識別回路３
６に供給される。他方、再生パルスパターンＰ２は、等
化量３２を介し、識別回路３６に供給されて所定のしき
い値レベルｖｔｈと比較される。この比較に基づく信号
Ｓ１（第３図（ｄ）参照）は、反転された模にパルスパ
ターンＰ４とのアンドがとられて、信号３２（第３図（
ｅ）参照）が識別回路３６より出力される。

従って、第３図（ａ）〜（ｅ）のタイミング関係から明
らかなように、識別回路３６の出力Ｓ２は、擬似パルス
の発生位置に対応する時点で゛Ｈ″レベルを呈する。こ
れによってカウンタ３７はカウントを行う。この場合、
予め設定された数のパルス（例えば１０　個のパルス）
がパルスパターン発生回路２１より発生される間に、カ
ウント動作が行われたか否かを測定すれば、レーザダイ
オードＬＤがｉｏ’−１１のエラーレートでモードジャ
ンプを生じたか否かを検出することができる。つまり、
レーザダイオードＬＤの良否を判別することが可能とな
る。

また、この場合に分周されたパルス幅を元のパルス幅よ
り狭くし、その分周されたパルスの位相差φを少しずつ
変化させてカウント数とφとの関係を調べることにより
、逆に、前述の式φ／ＩＩＩＬからモードジャンプ（Δ
λ）が求められる。

本実施例では、光伝送システムの受信側において再生パ
ルスパターンの位相シフトを行うことにより、半導体レ
ーザにモードジャンプが生じたか否かを検出するように
したが、これは、送信側において対処することも可能で
ある。この場合、受信装置１２側においてタイミング検
出回路３３．１／Ｎ分周回路３４および位相シフト回路
３５は不要となる。ただし、識別回路３６に入力される
パルスパターンＰ４には元のパルスパターンＰ１を用い
、出力ゲートには、１″と“０″の組合せの入力が入っ
た時に“Ｈ゛°°レベル号が出力されるようなゲートを
用いる。また、パルスパターン発生回路２１から発生さ
れるパルスパターンは、複数ビット長単位の同じパター
ンが繰り返すのではなく、隣接する「１」の符号の間に
入るｒＯＪの符号の数が順次Ｏから所定値まで１ずつ増
加するようになっているパルスパターンとする。

次に、本発明装置の要部をなすモード分離部２４につい
て説明する。

第４図は、モード分離部２４の一実施例を示す。

同図中、モード分離部２４Ａは、制御部４１とグラン・
トムソンプリズム４２からなる。第１の測定モードでは
、υ１１部４１はグラン・トムソンプリズム４２がレー
ザダイオードＬＤからの光パルス信号中ＴＥモードに対
応する光信号成分のみを通過せしめるようにグラン・ト
ムソンプリズム４２の位置を制御する。レーザダイオー
ドＬＤのメインモードからΔλＴＥ（ｎｆｆｉ）だけモ
ードジャンプして発振するＴＥモードに対応した光信号
成分は、再生パルスパターンＰ２において「１」の符号
の位ｒａ＜第３図中、タイムスロット「１の部分）から
ΔｔＴε＝ｍ−１−−ΔλＴＥ（ＤＳ）の時間分だけ遅
れた位置に擬似パルスとして生じる。

これにより、ＴＥモードの発振波長２発振確率。

発振時間等を知ることができる。なお、メインモードの
強度は、ＴＥモードが発振している間は減少する。

第２の測定モートでは、制御部４１はグラン・トムソン
プリズム４２がレーザダイオードＬ　Ｄ　ｔＪＩらの光
パルス信号中ＴＭモードに対応する光信号成分のみを通
過せしめるようにグラン・トムソンプリズム４２の位置
を第１の測定モードの位置より９０度回動するための制
御を行なう。レーザダイオードＬＤのＴ　Ｅモードと７
Ｍモードとの波長差をΔλＴＥ−ＴＭとすると、再生パ
ルスパターンＰ２において丁Ｅモードの擬似パルスの位
置からΔｊＴＥ−７Ｅ＝ｊｊｌｅＬ争ΔλＴ　Ｅ　−Ｔ
　Ｍ　（１，ｓ）の時間分だけ遅れた位置に擬似パルス
として生じる。これにより、ＴＭ土−ドの発振波長０発
振確率２発振時間等を知ることができる。なお、この場
合、メインモードはＴＥモードなので消える。

つまり、レーザダイオードＬＤのメインモードからモー
ドジャンプして発振するモードがＴＥモードであるか７
Ｍモードであるかは、第１及び第２の測定モードを用い
ることにより容易に判別可能である。これにより、例え
ば７Ｍモードの発振がある場合には、レーザダイオード
ＬＤの端面の反射率を増加させるように製造工程におい
て反射率を制御すれば良く、ＴＥモードと７Ｍモードと
の判別ができないために調整後の反射率が低すぎて製造
工程を何回も繰り返し制御しなければならないといった
不都合は生じることなく、レーザダイオードＬＤの歩留
りが大幅に向上する。

なお、制御部４１は、必要に応じて半導体レーザ２３か
らの光パルス信号が直接光ファイバ１３に供給されるよ
うにグラン・トムソンプリズム４２の位置を制御できる
構成としても良い。又、制御部４１を使用せずに、手動
によりグラン・トムソンプリズム４２の位置を制御して
も良いことは言うまでもない。

第５図は、モード分離部２４の他の実施例を示す。同図
中、モード分離部２４Ｂは、偏光ビームスプリッタ５１
と、シャッタ５２．５３と、光ファイバ５４．５５と、
偏波コントローラ５６゜５７と、光フアイバカップラ５
８とからなる。第１の測定モードでは、シャッタ５２が
開成状態に制御され、シャッタ５３が開成状態に制御さ
れる。

シャッタ５２．５３の制御は、図示を省略する制御部に
より行なっても手動で行なっても良い。従って、第１の
測定モードでは、レーザダイオードＬＤからの光パス信
号中ＴＥモードに対応する光信号成分のみが偏光ビーム
スプリッタ５１からシャッタ５２を介して光ファイバ５
４に供給される。

光ファイバ５４からの光信号成分は、偏波コントローラ
５６及び光フアイバカップラ５８を通して光ファイバ１
３に供給される。

他方、第２のモードでは、シャッタ５２が開成状態に制
御され、シャッタ５３が開成状態に制御される。これに
より、レーザダイオードＬＤからの光パルス信号中ＴＭ
モードに対応する光信号成分のみが偏光ビームスプリッ
タ５１からシャッタ５３、光ファイバ５５、偏光コント
ローラ５７、光フアイバカップラ５８を介して光ファイ
バ１３に供給される。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕 本発明によれば、第１の測定モードでは半導体レーザの
出力光パルス信号中ＴＥモードに対応する光信号成分を
通過せしめ第２の測定モードでは７Ｍモードに対応する
光信号成分を通過せしめるモード分離手段を半導体レー
ザと伝送媒体との間に設けているので、半導体レーザを
光伝送システムに搭載した状態で半導体レーザの良否を
判別する際に、メインモード以外で発振するモードのメ
インモードからの波長差や発振確率の測定に加えてその
モードがＴＥモードか７Ｍモードかを判別することがで
き、半導体レーザの歩留りを大幅に向上できるものであ
り、実用的には極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の一実施例を示すブロック系統図、 第３図は実施例の動作説明用タイミングチャート、 第４図はモード分離部の一実施例を示す図、第５図はモ
ード分離部の他の実施例を示す図、第６図は送信系に半
導体レーザを用いた光伝送システムにおける問題点を説
明するための図である。 第１図〜第５図において、 １はパルスパターン発生回路、 ２は半導体レーザ、 ３はモード分離手段、 ４は媒体、 ５は受信装置、 １１は送信装置、 １２は受信装置、 １３は媒体（光ファイバ）、 ２１はパルスパターン発生回路、 ２３は駆動回路、 ２４．２４Ａ、２４Ｂはモード分離部、３１は受光回路
、 ３４は１／Ｎ分周回路、 ３５は位相シフト回路、 ３６は識別回路、 ３７はカウンタ、 ４１は制御部、 ４２はグラン・トムソンプリズム、 ５１は偏光ビームスプリッタ、 ５２．５３はシャッタ、 ５４．５５は光ファイバ、 ５６．５７は偏波コントローラ、 ５８は光フアイバカップラ、 ＬＤはレーザダイオード を示す。 特許出願人　富　士　通　株式会社 本発明の原理説明図 第１図 半導体レーザ２３から　？４へ モード分離部の一実施例を示す図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数ビットのパルスパターンを所定の時間間隔で発生
   し、光伝送システムの送信系に用いられる良否を判別さ
   れるべき半導体レーザ（２）に供給するパルスパターン
   発生回路（１）と、 所定の分散を有し該半導体レーザから出力された光パル
   ス信号を通過させる媒体（４）と、該媒体を通して伝送
   される光パルス信号から該パルスパターンを再生する回
   路を含む受信装置（５）とを具備し、 該受信装置において再生された該パルスパターンに基づ
   いて該半導体レーザの良否を判別する半導体レーザの良
   否判別装置において、 該半導体レーザ（２）と該媒体（４）との間に設けられ
   、第１の測定モードでは該半導体レーザの出力光パルス
   信号中ＴＥモードに対応する光信号成分を通過せしめ、
   第２の測定モードでは該半導体レーザの出力光パルス信
   号中ＴＭモードに対応する光信号成分を通過せしめるモ
   ード分離手段（３）を有することを特徴とする半導体レ
   ーザの良否判別装置。