JPH03257336A - レーザ光源のスペクトル線幅測定方法及び装置 - 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 レーザ光源のスペクトル線幅測定方法及び装置に関し、 小出力なレーザ光源に対しても使用することができ、且
つ測定誤差が小さい上記方法及び装置の提供を目的とし
、 方法にあっては、例えば、レーザ光源からの光を分岐し
て分岐光をその一方を他方に対して十分遅延させて光カ
プラに入力し、該光カプラの２つの光出力をそれぞれ光
−電気変換してその差信号をスペクトルアナライザに人
力するようにして構成する。

産業上の利用分野 本発明はレーザ光源のスペクトル線幅測定方法及び装置
に関する。

近年、通信や計測の分野では、光の波としての性質、即
ち可干渉性を積極的に利用したシステムの研究開発が活
発に進められている。この種のシステムにおいては、光
源として使用される半導体レーザ等のレーザ光源のコヒ
ーレンジが直接的にシステムの能力を左右するので、レ
ーザ光源のスペクトル線幅をできるだけ正確に把握して
おくことが要求される。

従来の技術 第５図は、遅延自己ヘテロゲイン法が適用される従来の
スペクトル線幅測定装置の構成例を示す図である。レー
ザ光源４２からの光は光分岐手段としての光カプラ４４
で２つの光路に分けられ、その一方の光は周波数シフタ
４６に人力し、他方の光は十分な長さの光ファイバ等か
らなる光伝送路４８に人力する。周波数シフトを受けた
光と光伝送路４８からの光は光カプラ５０において加え
合わされ、光検出器５２により二乗検波される。

そしてその検波出力が増幅器５４で増幅されてスペクト
ルアナライザ５６に人力する。

光伝送路４８における遅延時間が十分に長いと、光カプ
ラ５０において加え合わされる２つの光の雑音特性は互
いに独立であるとみなすことができるので、スペクトル
アナライザ５６において観測されるスペクトルは、レー
ザ光源４２のスペクトル線幅の２倍のスペクトル線幅を
有していることとなる。従って、観測スペクトルから間
接的にレーザ光源のスペクトル線幅を測定することがで
きる。

発明が解決しようとする課題 第５図により説明した従来技術による場合、光カプラ５
０の２つの出力ポートのうちの一方からの光を光検出器
５２に入力して測定を行っているので、他方の出力ポー
トからの光は損失となる。

このため、比較的大きな出力のレーザ光源に対してでな
いと測定を行うことができなかった。

また、レーザ光源からの光の振幅の揺らぎ（ＡＭ雑音）
が大きい場合、測定誤差が生じるという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、小
出力なレーザ光源に対しても使用することができ、且つ
測定誤差が小さいレーザ光源のスペクトル線幅測定方法
及び装置の提供を目的としている。

課題を解決するための手段 第１図に本発明装置の基本構成を示す。この装置は、レ
ーザ光源２からの光を分岐する光分岐手段４と、光分岐
手段４からの分岐光をそれぞれ伝搬させる十分に光路長
が異なる第１及び第２の光伝送路６，８と、第１及び第
２の光伝送路６，８からの光を加え合わせると共に分岐
する光カプラ１０と、光カプラ１０からの光をそれぞれ
光−電気変換してその差信号を出力する二重平衡型光検
波回路１２と、この検波回路１２からの信号が入力する
スペクトルアナライザ１４とを備えて構成される。この
装置は、遅延自己ホモダイン法に適用することができる
。

第１図を用いて本発明方法を説明する。この方法は、レ
ーザ光源２からの光を分岐して分岐光をその一方を他方
に対して十分遅延させて光カプラ１０に入力し、光カプ
ラ１０の２つの光出力をそれぞれ光−電気変換してその
差信号をスペクトルアナライザ１４に入力するようにし
た方法である。

本発明を遅延自己ヘテロゲイン法に適用する場合には、
光カプラ１０に人力する光のいずれか一方を周波数変換
する周波数シフタを第１または第２の光伝送路に設け、
光分岐手段４で分岐された光の一方を周波数変換して光
カプラ１０に入力す＝６＝ るようにする。

光分岐手段４、光カプラ１０としては、ファイバ融着型
の光カプラや導波路型の光カプラあるいはハーフミラ−
を用いることができる。

作　　　用 スペクトルアナライザに入力する信号は、二重平衡型光
検波回路に用いられている受光器に生じる光電流に基づ
くものである。測定すべきスペクトルを決定するＦＭ雑
音により生じる光電流は、本発明において二重平衡型光
検波回路を用いていることから、従来と比較して倍増す
ることになる。

従って、本発明によると、小出力なレーザ光源に対して
も精度よくスペクトル線幅を測定することができるよう
になる。

本発明により測定誤差が小さくなる理由は２つある。第
１に、レーザ光源からの光の振幅の揺らぎに起因する測
定に有害なＡＭ雑音が、二重平衡型光検波回路によって
抑圧されるからである。第２に、二重平衡型光検波回路
を用いることにより、Ｓ／Ｎが改善されるからである。

いま、一つの受光器に生じる信号電流（ＦＭ雑音による
もの）をＩｓ　とし、雑音電力（ＡＭ白色雑音によるも
の）を＜ＩＮ２＞（ＩＮの二乗平均値）とすると、従来
技術による場合には、Ｓ／ＮはＩｓ”／＜ＩＮ２＞とな
るのに対し、本発明によると、二重平衡型光検波回路を
用いていることから、信号電流、雑音電力はそれぞれ２
　ＩＳ　、　　２＜　ＩＮ’＞となり、Ｓ／Ｎは４　Ｉ
ｓ”／２　＜　ＩＮ’＞となる。このように、本発明に
よるとＡＭ雑音が抑圧され、しかもＳ／Ｎが向上するの
で、従来と比べて誤差の小さい測定が可能になる。

実　　施　　例 以下本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明を遅延自己ヘテロゲイン法に適用した場
合の装置のブロック図である。測定対象となるレーザ光
源２は発光源として例えば半導体レーザを備えている。

光分岐回路４としてはファイバ融着型の光カプラを使用
することができる。

第１、第２の光伝送路６．８としてはシングルモード光
ファイバを使用することができる。この実施例では、第
１の光伝送路６の方が第２の光伝送路８よりも長い。１
６は第２の光伝送路８の途中に設けられた周波数シフタ
であり、その周波数シフト量をΔｆとすると、スペクト
ルアナライザ１４により測定されるスペクトルの中心周
波数はΔｆとなる。周波数シフタ１６としては、音響光
学変調器（ＡＯＭ）を用いることができる。周波数シフ
タ１６は第２の光伝送路８ではなく第１の光伝送路６の
途中に設けられていてもよい。１７は第２の光伝送路８
の光カプラ１０近傍に設けられた偏波制御器であり、こ
の偏波制御器１７は、検波効率が最大となるように、光
カプラ１０に入力する光の偏波状態を制御する。偏波制
御器１７は第２の光伝送路８ではなく第１の光伝送路６
に設けられていてもよい。レーザ光源から受光器までの
光経路が偏波面保存型に構成されている場合には、この
偏波制御器１７は不要である。

二重平衡型光検波回路１２の構成及び動作を説明する。

この例ではＰＩＮフォトダイオード等からなる実質的に
同一特性の二つの受光器１８，２０が備えられており、
光カプラ１０の二つの出力ポートからの光はそれぞれ受
光器１８．２０に人力するようにされている。受光器１
８．２０に生じた充電流変化は電圧変化として取り出さ
れ、それぞれフロントエンド増幅器２２．２４により増
幅された後、減算器２６で減算処理される。この構成に
おいて、受光器１８．２０にそれぞれ入射する光の光カ
プラ１０からの光路長を等しく設定しておくと、光カプ
ラにおける光位相の非対称的な反転の結果、受光器１８
．２０に入力する信号成分（ＦＭ雑音によるもの）は逆
相となり、雑音成分（ＡＭ雑音によるもの）は同相とな
る。従って、信号成分は相加され、強度雑音成分は相殺
され、ＡＭ雑音の影響を抑制することができる。また、
光カプラ１０で分岐された光の両方のパワーを無駄なく
用いることができるので、測定感度が改善される。

スペクトルアナライザ１４により観測されるあ＝９ ０− るいは記録されるスペクトルの例を第３図に示す。

縦軸は相対スペクトル強度、横軸は周波数である。

周波数シフタ１６における周波数シフト量が△ｆである
ことから、得られるスペクトルは周波数△ｆにピークを
有するローレンツ分布をなす。スペクトル線幅はこの種
のスペクトルにおいて半値全幅で定義される。よって、
得られたスペクトルの線幅が仮に２Δνであるとすると
、測定対象物であるレーザ光源２のスペクトル線幅はΔ
νとなる。

本発明を遅延自己ホモダイン法に適用する場合には、第
２図に示された構成から周波数シフタ１６を取り除く。

この場合、ビート信号はＤＣ軸を中心として出現するの
で、スペクトルの半値半幅が測定されることになる。

一般にスペクトルアナライザにおいては、ＤＣ近傍にノ
イズが生じやすいので、スペクトルアナライザのノイズ
特性が良好な領域で測定を行うことができる遅延自己ヘ
テロダイン法に適用された本発明方法は、測定精度を向
上させるのに特に適している。一方、遅延自己ホモダイ
ン法に適用された本発明方法においては、周波数シフタ
が不要であるので、この方法は測定系を簡略化するのに
特に適している。

二重平衡型光検波回路の他の構成例を第４図に示す。こ
の例では、前実施例と同様実質的に同一特性の二つの受
光器２８．３０を直列接続し、接続点の電位変化をフロ
ントエンド増幅器３２により増幅して出力するようにし
ている。この構成によっても、前実施例における作用と
同等の作用が生じる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、小出力なレーザ光
源に対しても使用するこができ、且つ測定誤差が小さい
レーザ光源のスペクトル線幅測定方法及び装置の提供が
可能になるという効果を奏する。このように、本発明は
、レーザ光源の主要特性の一つであるスペクトル線幅を
正確に把握する上で有用であり、光通信、光計測の分野
において貢献するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の基本構成を示す図、第２図は本発
明の実施例を示すスペクトル線幅測定装置のブロック図
、 第３図はスペクトル線幅の測定結果の説明図、第４図は
二重平衡型光検波回路の他の構成例を示す図、 第５図は従来技術の説明図である。 ２・・・レーザ光源。 ４・・・光分岐回路、 ６・・・第１の光伝送路、 ８・・・第２の光伝送路、 １０・・・光カプラ、 １２・・・二重平衡型光検波回路、 １４・・・スペクトルアナライザ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源（２）からの光を分岐して分岐光をその
   一方を他方に対して十分遅延させて光カプラ（１０）に
   入力し、該光カプラ（１０）の２つの光出力をそれぞれ
   光−電気変換してその差信号をスペクトルアナライザ（
   １４）に入力するようにしたことを特徴とするレーザ光
   源のスペクトル線幅測定方法。 ２、上記分岐光の一方を周波数変換して上記光カプラ（
   １０）に入力するようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の方法。 ３、レーザ光源（２）からの光を分岐する光分岐手段（
   ４）と、 該光分岐手段（４）からの分岐光をそれぞれ伝搬させる
   十分に光路長が異なる第１及び第２の光伝送路（６、８
   ）と、 該第１及び第２の光伝送路（６、８）からの光を加え合
   わせると共に分岐する光カプラ（１０）と、該光カプラ
   （１０）からの光をそれぞれ光−電気変換してその差信
   号を出力する二重平衡型光検波回路（１２）と、 該検波回路（１２）からの信号が入力するスペクトルア
   ナライザ（１４）とを備えたことを特徴とするレーザ光
   源のスペクトル線幅測定装置。 ４、上記光カプラ（１０）に入力する光のいずれか一方
   を周波数変換する周波数シフタ（１６）を備えたことを
   特徴とする請求項３に記載の装置。