JPH03269226A - 光干渉器の動作点安定化方法並びに該方法の実施に使用する、半導体レーザの周波数変調効率測定装置及び光送信機 - 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】 目　　　　　次 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作　　　用 実　　施　　例 発明の効果 ４既　　　　　要 光干渉器の動作点安定化方法並びに該方法の実施に使用
する、半導体レーザの周波数変調効率測一 窓装置及び光送信機に関し、 周波数又は位相弁別特性が最良となるように光干渉器の
動作点を安定化することを主目的とし、例えば、光源か
らの光を分岐する光分岐部と、該光分岐部により分岐さ
れた光の間に位相差を与える第１及び第２の光経路と、
該第１及び第２の光経路からの光を合流して分岐する光
カップリング部とを備えた光干渉器において、上記光カ
ップリング部により分岐された光をそれぞれ光−電気変
換してその差信号を得、該差信号の直流成分が零となる
ように上記第１又は第２の光経路の光路差を制御するも
のである。

産業上の利用分野 本発明は光干渉器の動作点安定化方法並びに該方法の実
施に使用する、半導体レーザの周波数変調効率測定装置
及び光送信機に関する。

近年、マツハツエンダ干渉器、マイケルソン干渉器等の
光干渉器を用いた計測、通信等が行われるようになって
きている。計測では、例えば半導体レーザの周波数変調
効率測定装置において光干渉器が光周波数弁別器として
用いられている。上記測定装置は、半導体レーザを直接
変調したときの単位注入電流変化に対する光周波数偏移
量を測定する装置である。一方、通信では、光干渉器は
例えばレーザ光を強度変調する光変調器（外部変調器）
の構成要素として用いられている。何れの用途にあって
も、効率良く且つ安定に光干渉器を動作させることが望
ましい。

従来の技術 第１０図は本願出願人が先に提案した半導体レーザの周
波数変調特性測定装置のブロック図である（特願平１−
１９３８８８号）。変調回路１０２により変調駆動され
ている被測定半導体レーザ１０４からの光は、光干渉器
に入力する。この光干渉器は、被測定半導体レーザ１０
４からの光を分岐する光分岐部１０６と、光分岐部１０
６により分岐された光の間に位相差を与える第１及び第
２の光経路１０８．１１０と、第１及び第２の光経路１
０８，１１０からの光を合流して分岐する光カップリン
グ部１１２とからなる。１１４，１１６は上記光干渉器
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の受光素子であり、１１８は
上記差信号を変調信号と比較する比較器である。

この装置において二重平衡型光検波回路が用いられてい
るのは、不所望な振幅変調成分を抑圧するためである。

上述の光干渉器の光周波数に対する出力特性を第１１図
に示す。特性曲線１２０において勾配が最も大きい部分
Ａ又はＢで光周波数を変化させると、これに伴って出力
レベルも変化するので、つまり周波数弁別がなされるの
で、光周波数の変化に伴う半導体レーザの出力変化がな
いと仮定すれば、周波数変調特性を把握することができ
ることになる。しかし、実際上、光周波数を変化させる
ために例えば半導体レーザのバイアス電流を変化させる
と、これに付随して振幅変調もなされることになるので
、正確な周波数変調特性を把握することができない。こ
のような振幅変調成分を抑圧するために、二重平衡型光
検波回路が用いられているものである。

発明が解決しようとする課題 上述した半導体レーザの周波数変調効率測定装置におい
て、高精度な測定を行うためには、特性曲線の勾配が最
も大きく且つ直線性に優れた動作点Ａ又はＢで半導体レ
ーザを周波数変調することが要求される。この要求を満
足するために従来は、光出力をモニタリングしながら手
動により光路長の調整等を行っていた。このため、測定
作業が煩雑であり、しかも調整された動作点が変動する
ことがあった。

光干渉器を構成要素とする光変調器にあっても事情は全
く同様である。即ち、この種の光変調器は、２つの光経
路を通ってきた光の位相差に応じて光出力が第１１図に
示すように変化することを利用して、強度変調光を得る
ようにしたものであるから、効率の良い光変調を行うた
めには、やはり特性曲線の勾配が最も大きく且つ直線性
に優れ０ たへ点又はＢ点に動作点を設定することが要求される。

この要求を満足するために従来は、光干渉器からの平均
光出力を動作点検出信号として用い、該検出信号を光変
調器のバイアスにフィードバックすることにより動作点
の安定化を図っていた。

しかしながら、この方法による場合、光源の出力変動が
あった場合、平均光出力が変化するので、動作点を常に
最適なところに安定化するのが困難であるという問題が
生じていた。最適な動作点からのずれは伝送品質の劣化
につながる。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、周
波数又は位相弁別特性が最良となるように光干渉器の動
作点を安定化することを目的としている。

また、この光干渉器の動作点安定化を通して、測定精度
が高く測定作業が容易な半導体レーザの周波数変調効率
測定装置を提供することもこの発明の目的である。

また、光干渉器の動作点安定化を通して伝送品質が劣化
しにくい光送信機を提供することもこの発明の目的であ
る。

課題を解決するた狛の手段 上述した技術的課題の全部又は一部は、第１図に示され
るように、光源２からの光を分岐する光分岐部４と、該
光分岐部４により分岐された光の間に位相差を与える第
１及び第２の光経路６，８と、該第１及び第２の光経路
６，８からの光を合流して分岐する光カップリング部１
０とを備えた光干渉器において、上記光カップリング部
１０により分岐された光をそれぞれ光−電気変換してそ
の差信号を得、該差信号の直流成分が零となるように上
記第１又は第２の光経路６．８の光路差を制御すること
により解決される。

上述した技術的課題を解決するためになされた本発明の
もう一つの方法は、光源２からの光を分岐する光分岐部
４と、該光分岐部４により分岐された光の間に位相差を
与える第１及び第２の光経路６，８と、該第１及び第２
の光経路６，８からの光を合流して分岐する光カップリ
ング部１０とを備えた光干渉器において、上記光カップ
リング部１０により分岐された光をそれぞれ光−電気変
換してその差信号を得、該差信号の直流成分が零となる
ように上記光源２からの光の周波数を制御するようにし
たものである。

作　　　用 第１図は本発明方法の原理説明図である。１２１４は光
カップリング部１０により分岐された光をそれぞれ光−
電気変換してその差信号を得るための二重平衡型光検波
回路の受光素子、１６は上記差信号の高周波成分（例え
ば変調周波数成分）を通過させるキャパシタ等からなる
高域通過フィルタ、１７は上記差信号の直流成分を通過
させるインダクタ等からなる低域通過フィルタである。

第２図に示すような周波数弁別或いは位相弁別特性は、
第１、第２の光経路６．８をそれぞれ伝搬する光の電界
Ｅ＋　、　　Ｅ２　間の位相差が変化するために生じる
。ここで、光干渉器からの２つの光出力ＰＩ、Ｐ２　　
は互いに逆相となって出力されている。受光素子１２に
生じた光電流を１１　　とし、受光素子１４に生じた光
電流を１２　とすると、これらの受光素子は直列接続さ
れているから、その中点から取り出される光検波回路の
出力信号はＩ。ｕｔ（＝Ｉ＋　　　Ｉ２）となり、その
直流成分Ｉｏｕｔ　ｎｃは動作点の位置情報を持つこと
になる。この動作点の位置情報の利用形態について、本
発明方法が半導体レーザの周波数変調効率測定装置に適
用されている場合を例にとり第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）は動作点が最適な場合についてのものであ
る。この場合、変調信号２２により半導体レーザが周波
数変調されると、Ｉｔ　、　　Ｉ２　のＤＣレベルは一
致し、従って、Ｉ　ｏｕｔ　ＤＣ”　Ｏとなる。尚、Ｉ
ｔ　、　　１２　の変調周波数成分は逆相となるから、
差信号として２倍の振幅で取り出される。この取り出さ
れた信号の振幅は周波数偏移を反映している。一方、第
３図（ｂ）に示すように、動作点がＰが減少する方向に
はずれた場合、■、のＤＣレベルはＩ２　のＤＣレベル
よりも低くなるから、１ｏｕｔ　ＩＩＣ〈Ｏとなる。他
方、第３図（Ｃ）に示すように、動作３ ４ 点が第３図（ｂ）に示されたのとは逆の方向にはずれた
場合には、ＩＩ　のＤＣレベルはＩ２　のＤＣＬ、ベル
よりも高くなるから、Ｉ　ｏｕｔ　＋１゜〉０となる。

よって、Ｉ　ｏｕｔ　ＩＩ。＝Ｏとなるように制御する
ことによって、光共振器の動作点を最適位置に安定化す
ることができる。制御対象としては、第１、第２の光経
路６，８のうちのいずれか一方若しくは双方の光路長又
は光源２からの光の周波数を用いることができる。

実　　施　　例 以下本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明方法の実施に使用する半導体レーザの周
波数変調効率測定装置の一例を示すブロック図である。

この装置は、被測定半導体レーザ２４と、被測定半導体
レーザ２４を所定の変調周波数で周波数変調する変調回
路２６と、被測定半導体レーザ２４からの光が入力する
導波路型のマツハツエンダ光干渉器２８と、マツハツエ
ンダ光干渉器２８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３０と、こ
の光検波回路３０の出力信号の上記変調周波数に相当す
る周波数成分の振幅を検出し、この振幅を変調信号振幅
と比較する比較回路３２と、二重平衡型光検波回路３０
の出力信号の直流成分を検出し、この直流成分が零とな
るように、マツハツエンダ光干渉器２８の第１又は第２
の光経路（この例では第１の光経路６）に装架された発
熱体３４の駆動回路３６を制御する発熱体駆動制御回路
３８とを備えて構成されている。

被測定半導体レーザ２４から出力された光は、レンズ４
０．光アイソレータ４４及びレンズ４２を介して偏波制
御器４６に入力し、ここで偏波状態を特定されてマツハ
ツエンダ光干渉器２８に入力す゛る。二重平衡型光検波
回路３０の出力信号の変調周波数に相当する周波数成分
の振幅の検出は、受光素子４８．５０の中点の電位変化
をキャパシタ５２を介して取り出すことにより行われる
。また、二重平衡型光検波回路３０の出力信号の直流成
分の検出は、受光素子４８．５０にそれぞれ直列接続さ
れた抵抗における電圧降下をそれぞれ演算増幅器５４．
５６により増幅して、これらを差動増幅器５８に入力す
ることにより行われる。変調回路２６及び比較器３２に
代えてネットワークアナライザを用いることもできる。

この実施例によると、先導波路の熱光学効果を利用して
、マツハツエンダ光干渉器２８の動作点を最適位置に安
定化することができるので、高精度な変調特性の測定が
可能になる。また、手動による動作点の設定が不要にな
るので、測定が容易になる。

第５図は本発明方法の実施に使用する半導体レーザの周
波数変調効率測定装置の他の例を示すブロック図である
。この実施例では、マツハツエンダ光干渉器２８を電気
光学結晶からなる導波路基板上に形成し、動作点の安定
化を図るために、二重平衡型光検波回路３０の出力信号
の直流成分を検出し、この直流成分が零となるように、
第１又は第２の光経路（この例では第１の光経路６）に
装架された電極６０に印加する電圧を制御する印加電圧
制御回路６２を設けている。前実施例においては、第１
の光経路６の温度を変化させて第１の光経路６の光路長
を調整するようにしたが、この実施例では、第１の光経
路６に印加される電界を変化させて屈折率変化を与え、
第１の光経路６の光路長を調整するようにしている。こ
のような構成によっても、マツハツエンダ光干渉器２８
の動作点の安定化を介して、高精度で容易な変調特性の
測定が可能になる。

第６図は本発明方法の実施に使用する半導体レーザの周
波数変調特性測定装置の更に他の例を示すブロック図で
ある。第４図に示された実施例と比較してこの実施例の
装置を説明すると、マツハツエンダ光干渉器２８に代え
て、被測定半導体レーザ２４からの光が入力する定偏波
ファイバモード間光干渉器６４が備えられており、また
、発熱体駆動制御回路３８に代えて、二重平衡型光検波
回路３０の出力信号の直流成分を検出し、この直流成分
が零となるように、定偏波ファイバモード間光干渉器６
４に加える応力を制御する応力制御７ ８ 装置６６が備えられている。応力制御装置６６は、定偏
波ファイバモード間光干渉器６４が巻回されるピエゾ素
子６８と、ピエゾ素子６８の駆動回路７０と、駆動回路
７０を制御する制御回路７２とから構成される。定偏波
ファイバモード間光干渉器６４にはその主軸方向に対し
て入力光の偏波面が４５°となるように偏波制御器４６
からの光が入力して′おり、定偏波ファイバモード間光
干渉器６４の出力光は偏光ビームスブリック７４により
偏光分離されて２つの受光素子４８．５０に入力するよ
うにされている。ピエゾ素子６８を駆動してその体積が
変化すると、定偏波ファイバモード間光干渉器６４に加
わる応力が変化してその複屈折性が変化するから、制御
回路７２により第１、第２の光経路の光路長を調整する
ことができる。

この構成によっても光干渉器の動作点を最適位置に安定
化することができるので、正確で容易な変調特性の測定
が可能になる。

第７図は本発明方法の実施に使用する光送信機の一例を
示すブロック図である。この光送信機は、バイアス供給
回路８２により定常発光駆動される半導体レーザ７６と
、半導体レーザ７６からの光が入力するマツハツエンダ
型光変調器７８と、マツハツエンダ型光変調器７８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３０と、この光検波回路３０の出
力信号の直流成分を検出し、この直流成分が零となるよ
うに半導体レーザ７６のバイアス電流を制御するバイア
ス電流制御回路８０とを備えて構成されている。二重平
衡型光検波回路３０の出力信号の直流成分の検出は、こ
れまでの実施例と同様に行われる。光送信機においては
二重平衡型光検波回路３０の出力信号の高周波成分は不
要であるので、この高周波成分は抵抗８８を介してアー
スに落とす。また、マツハツエンダ型光変調器７８から
の主信号を図示しない光伝送路に送出するために、マツ
ハツエンダ型光変調器７８と光検波回路３０との間には
光干渉器出力光を分配するための光カプラ８４，８６を
設けている。この光カプラにおける分配比は、主信号に
対して１００とするときに光検波回路に入力する信号が
１となるような分配比である。

この構成によると、マツハツエンダ型光変調器７８の動
作点が最適位置に安定化されるので、効率の良い光強度
変調が可能になり、また波形劣化等に起因する伝送品質
の劣化が生じなくなる。

第８図は本発明方法の実施に使用する光送信機の他の例
を示すブロック図である。この実施例では、前実施例に
おけるバイアス電流制御回路８０に代えて、二重平衡型
光検波回路３ｏの出力信号の直流成分を検出し、この直
流成分が零となるように、マツハツエンダ型光変調器７
８に与えるバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御回
路８８を備えて構成されている。上記バイアス電圧はバ
イアス供給回路９０により変調信号に重畳される。

バイアス電圧を変化させると、マツハツエンダ型光変調
器７８の動作点が変化するので、上述のように光送信機
を構成することによって、光変調器の動作点が安定化し
、効率的な変調及び伝送品質の劣化の防止が可能になる
。

第７図、第８図により説明した実施例においては、マツ
ハツエンダ型光変調器７８と光カプラ８４．８６とを一
体化して単一の導波路基板上に光変調器の光分岐部４、
第１の光経路６、第２の光経路８及び光カップリング部
１０並びに光カプラ８４．８６を構成するようにしても
良い。こうすることにより、光送信機の製造が容易にな
る。

発明の詳細 な説明したように、本発明によると、周波数又は位相弁
別特性が最良となるように光変調器の動作点を安定化す
ることが可能になるという効果を奏する。光干渉器の動
作点の安定化が可能になることにより、正確で容易な半
導体レーザの周波数変調特性の測定が可能になり、また
、効率的な光強度変調を行うことができしかも伝送品質
の劣化が少ない光送信機の提供が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の原理説明図、 １ ２ 第２図は光出力と第１、第２の光経路間の位相差との関
係を示すグラフ、 第３図は動作点の変化に伴う現象の説明図、第４図乃至
第６図は本発明方法の実施に使用する半導体レーザの周
波数変調効率測定装置のブロック図、 第７図及び第８図は本発明方法の実施に使用する光送信
機のブロック図、 第９図は第７図及び第８図に示された実施例の変形例を
示す図、 第１０図は半導体レーザの周波数変調効率測定装置の従
来例を示す図、 第１１図は動作点の説明図である。 ２・・・光源 ４・・・光分岐部、 ６・・・第１の光経路、 ８・・・第２の光経路、 １０・・・光カップリング部。 ３ ざｂ譬

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源（２）からの光を分岐する光分岐部（４）と、
   該光分岐部（４）により分岐された光の間に位相差を与
   える第１及び第２の光経路（６、８）と、該第１及び第
   ２の光経路（６、８）からの光を合流して分岐する光カ
   ップリング部（１０）とを備えた光干渉器において、 上記光カップリング部（１０）により分岐された光をそ
   れぞれ光−電気変換してその差信号を得、該差信号の直
   流成分が零となるように上記第１又は第２の光経路（６
   、８）の光路差を制御することを特徴とする光干渉器の
   動作点安定化方法。 ２、請求項１に記載の方法において、 上記光干渉器は光導波路型のマッハツェンダ光干渉器で
   あり、 上記第１又は第２の光経路（６、８）の光路差の制御は
   、上記第１又は第２の光経路（６、８）の温度を変化さ
   せることによりなされることを特徴とする光干渉器の動
   作点安定化方法。 ３、請求項１に記載の方法において、 上記光干渉器は光導波路型のマッハツェンダ光干渉器で
   あり、 上記第１又は第２の光経路（６、８）の光路差の制御は
   、電気光学結晶からなる上記第１又は第２の光経路（６
   、８）に印加する電界を変化させることによりなされる
   ことを特徴とする光干渉器の動作点安定化方法。 ４、光源（２）からの光を分岐する光分岐部（４）と、
   該光分岐部（４）により分岐された光の間に位相差を与
   える第１及び第２の光経路（６、８）と、該第１及び第
   ２の光経路（６、８）からの光を合流して分岐する光カ
   ップリング部（１０）とを備えた光干渉器において、 上記光カップリング部（１０）により分岐された光をそ
   れぞれ光−電気変換してその差信号を得、該差信号の直
   流成分が零となるように上記光源（２）からの光の周波
   数を制御することを特徴とする光干渉器の動作点安定化
   方法。 ５、請求項４に記載の方法において、 上記光源（２）は半導体レーザであり、 上記光源（２）からの光の周波数の制御は、上記半導体
   レーザのバイアス電流を変化させることによりなされる
   ことを特徴とする光干渉器の動作点安定化方法。 ６、被測定半導体レーザ（２４）と、 該被測定半導体レーザ（２４）を所定の変調周波数で周
   波数変調する変調回路（２６）と、 上記被測定半導体レーザ（２４）からの光が入力する導
   波路型のマッハツェンダ光干渉器（２８）と、該光干渉
   器（２８）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（３０）と、 該光検波回路（３０）の出力信号の上記変調周波数に相
   当する周波数成分の振幅を検出し、該振幅を当該変調信
   号振幅と比較する比較回路（３２）と、上記二重平衡型
   光検波回路（３０）の出力信号の直流成分を検出し、該
   直流成分が零となるように、上記マッハツェンダ光干渉
   器（２８）の第１又は第２の光経路（６、８）に装架さ
   れた発熱体（３４）の駆動回路（３６）を制御する発熱
   体駆動制御回路（３８）とを備えたことを特徴する半導
   体レーザの周波数変調効率測定装置。 ７、請求項６に記載の装置において、 上記発熱体駆動制御回路（３８）に代えて、上記二重平
   衡型光検波回路（３０）の出力信号の直流成分を検出し
   、該直流成分が零となるように、上記マッハツェンダ光
   干渉器（２８）の電気光学結晶からなる第１又は第２の
   光経路（６、８）に装架された電極（６０）に印加する
   電圧を制御する印加電圧制御回路（６２）を備えたこと
   を特徴とする半導体レーザの周波数変調効率測定装置。 ８、請求項６に記載の装置において、 上記マッハツェンダ光干渉器（２８）に代えて、上記被
   測定半導体レーザ（２４）からの光が入力する定偏波フ
   ァイバモード間光干渉器（６４）を備え、上記発熱体駆
   動制御回路（３８）に代えて、上記二重平衡型光検波回
   路（３０）の出力信号の直流成分を検出し、該直流成分
   が零となるように、上記定偏波ファイバモード間光干渉
   器（６４）に加える応力を制御する応力制御装置（６６
   ）を備えたことを特徴する半導体レーザの周波数変調効
   率測定装置。 ９、半導体レーザ（７６）と、 該半導体レーザ（７６）からの光が入力するマッハツェ
   ンダ型光変調器（７８）と、 該マッハツェンダ型光変調器（７８）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（３０）と、 該光検波回路（３０）の出力信号の直流成分を検出し、
   該直流成分が零となるように、上記半導体レーザ（７６
   ）のバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路（８
   ０）とを備えたことを特徴する光送信機。 １０、請求項９に記載の光送信機において、上記バイア
   ス電流制御回路（８０）に代えて、上記二重平衡型光検
   波回路（３０）の出力信号の直流成分を検出し、該直流
   成分が零となるように、上記マッハツェンダ型光変調器
   （７８）に入力する変調信号に重畳するバイアス電圧を
   制御するバイアス電圧制御回路（８８）を備えたことを
   特徴とする光送信機。