JPH0442590A - 半導体レーザの高周波応答特性測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザの強度変調または周波数変調にお
ける高周波応答特性を測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ通信の高速化にともなって、光源となる半導
体レーザの高周波変調の応答特性を正確に評価すること
がますます重要となってきている。強度変調や周波数変
調を行ったときの数０８２以上の高周波領域での応答特
性を測定するに当なって問題となるのは、半導体レーザ
素子やマウントの浮遊容量である。すなわち、通常半導
体レーザの高周波応答特性は、被測定半導体レーザの駆
動電流を直接変調する方法で測定されているために、浮
遊容量による影響がさけられない。このなめにより高周
波になるほど本来の応答特性を正確に測定することが難
しくなる。そこでこの浮遊容量の影響を受けない高周波
応答特性の測定する方法として、被測定半導体レーザを
電流で変調する代わりに、外部からの変調されたレーザ
光で変調する方法が開発された。

第６図にこの従来例を示す。この測定方法については、
Ｃ，Ｈ，、ＬＡＮＧＥらの論文（Ｃ，Ｈ，Ｌａｎｇｅｅ
ｔ、ａｌ、、Ｅ］ｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、２４　ｐｐ
Ｈ３１−１１３２，１９８８）に詳しく説明されている
ので、ここでは簡単に説明しておく。まず被測定半導体
レーザ１０には、ポンプ用の半導体レーザ２０からの変
調されたレーザ光（以下ポンプ光）が被測定半導体レー
ザ１０の端面から注入される。ポンプ光はネットワーク
アナライザ８０のボート１から出力される変調電流によ
って直接変調される。この注入されたポンプ光による誘
導放出よって被測定半導体レーザ１０の活性領域内のキ
ャリア密度が変調され、そこから出射される被測定光が
変調される。ポンプ光の偏波面をＴＭ（ｉｉ波にして被
測定光の偏波面と直交させるために１／２波長板９５を
用いている。被測定半導体レーザ１０から反射されるポ
ンプ光は偏光ビームスプリッタ４０で反射するため、受
光器７０には被測定光だけが入射する。受光器７０から
発生する電気信号はネットワークアナライザ８０のボー
ト２に入り、高周波応答特性が測定される。ネットワー
クアナライザ８０は、変調されたポンプ光を直接受光器
７０に入れたときの値を基準とすることで更正される。

なおポンプ光の波長は被測定半導体レーザ１ｏの利得幅
内にあればよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来例は、浮遊容量の影響を受けない半導体レ
ーザの強度変調における高周波応答特性の測定方法とし
て有効な方法であるが、いくつかの改良すべき点を有し
ている。まずポンプ光の偏波を注入時にＴＭ偏波に調整
する必要があるという問題がある。つまり、通常測定さ
れる半導体レーザはＴＥｇｉ波で発光しているために、
ポンプ光はＴＭ偏波で注入する必要がある。この調整の
ため１／２波長板９５を用いている。さらにＴＭ偏波で
の注入では、量子井戸半導体レーザを測定する場合に、
測定感度が大きく劣化するという問題がある。それは量
子井戸半導体レーザでは、ＴＭ偏波光に対する利得がＴ
Ｅ偏波光に対する利得と比べて非常に小さいため、ポン
プ光による変調効率が低下するからである。次に、従来
例では強度変調特性は測定できるが、周波数変調特性は
測定できないという問題がある。高周波領域での周波数
変調特性の評価は、例えばコヒーレント光通信への応用
において非常に重要である。

本発明の目的は、上述の従来例を改良し、ポンプ光の偏
波調整の問題を改善して周波数変調応答特性の測定を可
箭とし、浮遊容量に影響されないで半導体レーザの高周
波変調の応答特性を測定できる装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザ高周波応答特性測定装置は３つあ
る。

１つは、変調されたポンプ光を発生するポンプ光発生系
と、変調された前記ポンプ光を被測定半導体レーザに導
く光学系と、前記被測定半導体レーザから出射される被
測定光と前記ポンプ光とを分離する波長フィルタと、分
離された前記被測定光を受光する受光器と、前記受光器
から発生する電気信号と前記変調ポンプ光発生に用いた
変調信号との比を測定する測定系とを少なくとも含むこ
とを特徴とする装置である。

２つ目は、変調されたポンプ光を発生するポンプ光発生
系と、変調された前記ポンプ光を被測定半導体レーザに
導く光学系と、前記被測定半導体レーザから出射される
被測定光と前記ポンプ光とを分離する光学系と、分離さ
れた前記被測定光の周波数変化を強度変化に変換する光
周波数強度変換器と、前記光周波数強度変換器からの光
出力を受光する受光器と、前記受光器から発生する電気
信号と前記変調ポンプ光発生に用いた変調信号との比を
測定する測定系とを少なくとも含むことを特徴とする装
置である。

３つ目は、変調されたポンプ光を発生するポンプ光発生
系と、変調された前記ポンプ光を被測定半導体レーザに
導く光学系と、前記被測定半導体レーザから出射される
被測定光の周波数変化を強度変化に変換する光周波数強
度変換器と、前Ｈ己光周波数強度変換器からの光出力を
受光する受光器と、前記受光器から発生する電気信号と
前記変調ポンプ光発生用の変調信号との比を測定する測
定系とを少なくとも含み、前記光周波数強度変換器を干
渉型周波数フィルタで構成し、かつ、前記ポンプ光の中
心周波数を前記光周波数強度変換器の非透過周波数領域
に設定したことを特徴とする装置である。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を説明するための図で
ある。

第６図に示した従来例との主な違いは、ポンプ光を７Ｍ
偏波とするような調整を行わない点である。そのため従
来例の偏光ビームスプリッタ４０を通常のハーフミラ−
３０で置き換えている。

１／２波長板も必ずしも必要ではない。ポンプ光が７Ｍ
偏波である必要がないため、被測定半導体レーザｌＯが
量子井戸半導体レーザの場合も、ポンプ光をＴＥ偏波と
することで、十分な変調効率が得られる。本実施例では
、被測定半導体レーザ１０から反射したポンプ光が受光
器７ｏに入射するのを防ぐために、波長フィルタ５ｏを
用いてポンプ光をカットしている。ここでは波長フィル
タ５０として誘電体多層膜の干渉フィルタを用いた。ポ
ンプ光の波長は被測定半導体レーザ１ｏの利得波長範囲
（例えば１．５μｍ帯では数１０ｎｍの幅がある）にあ
ればよい。したがって波長フィルタ５０の波長選択特性
がシャープでない場合でも、ポンプ光の波長を被測定半
導体レーザ１０の波長からある程度ずらせば、受光器７
ｏに入射するポンプ光を十分カットできる。波長フィル
タとしては、この他に回折格子型波長フィルタなどを用
いることもできる。

ポンプ光発生系は、図示の如く、ポンプ用半導体レーザ
２０とネットワークアナライザ８ｏで楕成しな。ポンプ
用半導体レーザに変調信号を供給するネットワークアナ
ライザは、測定系も兼ねて川 おり、ポンプ光発生系と測定系を１つの装置で〆した構
成である。もちろん、ポンプ光発生系にスィーブジェネ
レータ等を用い、測定系とポンプ光発生系とを別々に構
成してもよい。

この装置を用いて被測定半導体レーザーｏの強度変調に
おける高周波応答特性を測定する方法は、基本的に上述
の従来例の方法と同じであるが、以下に簡単に説明する
。被測定半導体レーザー０には、波長１．５５μｍのフ
ァブリペロ−型量子井戸半導体レーザを用いた。またポ
ンプ用の半導体レーザ２０には変調帯域が１５ＧＨｚ以
上ある波長１．５４μｍの分布帰還型半導体レーザを用
いた。まずポンプ光をネットワークアナライザ８０のボ
ート１からの変調電流によって直接強度変調する。強度
変調されたポンプ光はレンズ１００で平行ビームとした
後、アイソレータ９゜を通り、ハーフミラ−３ｏで反射
し、被測定半導体レーザー０に端面から注入する。この
注入されたポンプ光による誘導放出によって被測定半導
体レーザー０のキャリアが変調され、そこから出射され
る被測定光が変調される。この時ポンプ光の偏波面を被
測定光の偏波面と必ずしも直交させる必要はない、むし
ろこの場合のように被測定半導体レーザ１０が量子井戸
半導体レーザの場合は、ポンプ光をＴＥ偏波として注入
する方がよい。被測定半導体レーザ１０から出射される
被測定光と反射されるポンプ光とはともにハーフミラ−
３０とアイソレータ９１を通過させた後、波長フィルタ
５０に入射させる。ここでポンプ光だけをカットし、受
光器７０には被測定光だけを入射させる。受光器７０か
ら発生する電気信号はネットワークアナライザ８０のボ
ート２に入れ、高周波応答特性を測定する。ネットワー
クアナライザ８０は、変調されたポンプ光を直接受光器
７０に入れたときの値を基準とすることで更正する。

この装置では、マウントなどの浮遊容量の影響を受けず
に、２０ＧＨｚ以上の高周波領域まで、量子井戸半導体
レーザの強度変調における高周波応答特性を測定するこ
とが可能である。

第２図は、本発明の第２の実施例を説明するための図で
ある。第６図に示した従来例との主な違いは、光周波数
強度変換器６０が受光器７０の前に導入されたことであ
る。光周波数強度変換器６０としては、第３図（ａ）に
示すように、ＬｉＮｂ０．基板にＴｉ拡散によって形成
した光路長の異なる２つの光導波路１１０を有する干渉
型周波数フィルタを用いた。このフィルタの透過率特性
は第３図（ｂ）に示すように、入射する光の周波数によ
って周期的に変化する。干渉型周波数フィルりの自由ス
ペクトフレレンジは５０ＧＨｚとした。第３図（ｂ）の
Ａ点に被測定光の中心周波数（波長）を設定すれば、被
測定光の周波数変化を強度変化に変換して取り出すこと
ができる。すなわち、被測定半導体レーザ１０の周波数
変調特性を測定できる。被測定光の中心周波数の設定は
、被測定半導体レーザ１０の温度をわずかに変化させる
ことで行うことができる。あるいは周波数チューニング
機構のついたファブリペロ−干渉計のような周波数可変
型の干渉型周波数フィルタを使用して、透過率特性を変
化させることもできる。

他の点は上述の従来例と同じである。

この装置を用いて被測定半導体レーザ１０の周波数変調
における元高周波応答特性を測定するには、基本的に上
述の従来例や第１の実施例で述べた強度変調における高
周波応答特性を測定する方法と同じであるため、詳しい
説明は省略する。ただしこの実施例では、強度変調した
ポンプ光を注入することで、被測定半導体レーザ１０は
強度変調と同時に周波数変調されている。したがって、
光周波数強度変換器６０からの変調出力には、強度変調
と周波数変調の成分が足し合わされている。しかし一般
に半導体レーザの周波数変調効率はかなり高いなめ、強
度変調成分の影響は小さい。もし強度変調成分の影響が
無視できない場合には、測定を第３図（ｂ）に示した光
周波数強度変換器６０の動作点のＡとＡ′の２点で行い
、得られた２つの応答特性の差を調べれは強度変調の影
響を除去できる。それは、例えばＡ点で強度変調成分に
周波数変調成分が足し合わさっているとすると、Ａ′点
は周波数変調成分の位相が反転するために強度変調成分
から周波数変調成分が引かれるためである。

この装置では、マウントなどの浮遊容量の影響を受けず
に、２０ＧＨｚ以上の高周波領域まで、半導体レーザの
周波数変調における高周波応答特性を測定することが可
能である。

次に第３の実施例を説明する。この装置は（図示しては
いないが）、上述の第１の実施例に、第２の実施例で用
いた光周波数強度変換器６０を用いて、周波数変調特性
を測定する装置である。つまり、第１図に示した第１の
実施例の波長フィルタ５０と受光器７０との間に光周波
数変換器６０を導入して、被測定光の周波数変化を強度
変化に変換して測定する装置である。他の部分は第１の
実施例と同じである。被測定光とポンプ光とは波長フィ
ルタ５０を用いて分離する。この実施例は基本的に第２
の実施例と同じである。この装置においても第２の実施
例とほぼ同じ効果が得られる。さらにこの実施例では、
ポンプ光をＴＭ偏波で入射させる必要がないために、量
子井戸半導体レーザの周波数変調特性も測定できる。

第４図は、本発明の第４の実施例を説明するための図で
ある。上述の第３の実施例と異なる点は、本実施例にお
いては波長フィルタ５０が不要な点である。他の構成は
第３の実施例と同じである。

本発明のポイントである、波長フィルタを用いずにポン
プ光を分離し被測定光だけを受光器７０に入射させる方
法を、第５図を用いて以下に説明する。第５図は、本実
施例の光周波数強度変換器６０として用いた干渉型周波
数フィルタの透過率特性である（第３図と同じもの）。

透過特性は入射光の周波数によって周期的に変化し、透
過率がゼロに近い非透過周波数領域が存在する。そこで
まず、被測定光の中心周波数をＡ点に合わせる。

これは第２および第３の実施例と同じである。次度を変
えることで容易に実現できる。第５図から明らかなよう
に、Ｂ点では透過率が非常に小さいために、ポンプ光は
ほとんど透過しない。Ｂ点は周期的に繰り返される非透
過周波数領域のどこにとってもよいが、被測定半導体レ
ーザ１０の利得幅内に入る必要がある。このように本実
施例では、光周波数強度変換器６０の特性を利用し、か
つポンプ光の周波数を上述のように設定することで、光
周波数強度変換器６０に波長フィルタの役割も兼ねさせ
ている。このために、第２および第３の実施例で用いた
様な波長フィルタが不用となり、装置が簡単になるとい
う利点がある。ただしポンプ光の周波数を精度よく設定
する必要はある。

この装置を用いた周波数変調の高周波応答特性の測定方
法は基本的に第２および第３の実施例と同じである。こ
の装置においても第３の実施例とほぼ同じ効果が得られ
る。

なお、上述の４つの実施例においては、被測定半導体レ
ーザ１０に注入するポンプ光の変調方法として、ポンプ
用の半導体レーザ２０を直接電流変調する構成を用いた
が、ポンプ用の半導体レーザ２０を直流駆動して得られ
なレーザ光を高速の光強度変調器で変調する構成として
もよい。この場合は一般的に、半導体レーザの直接変調
の場合よりも良好な変調特性のポンプ光が得られるとい
う利点がある。またいずれの実施例においても、不用な
反射光の影響を避けるためにアイソレータ９０．９１を
用いたが、反射の影響に注意すれば必ずしも使用する必
要はない。また、光学系に関しては、実施例のようなレ
ンズ１００を用いた空間伝播的な結合系でなく、光ファ
イバを用いた結合系で光学系を構成することも可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、浮遊容量に影響さ
れないで半導体レーザの２０ＧＨｚ以上までの強度変調
あるいは周波数変調の高周波応答特性が測定できる。

図、第３図は光周波数強度変換器の構造と透過率特性を
表す図、第４図は第４の実施例を説明するための図、第
５図は第４の実施例の動作を説明するための図、第６図
は従来例を説明するための図である。

図において、１０は被測定半導体レーザ、２０はポンプ
用の半導体レーザ、３０はハーフミラ−１４０は偏光ビ
ームスプリッタ、５０は波長フィルタ、６０は光周波数
強度変換器、７０は受光器、８０はネットワークアナラ
イザ、９０．９１はアイソレータ、９５は１／２波長板
、１００はレンズ、１１０は光導波路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）変調されたポンプ光を発生するポンプ光発生系と
   、変調された前記ポンプ光を被測定半導体レーザに導く
   光学系と、前記被測定半導体レーザから出射される被測
   定光と前記ポンプ光とを分離する波長フィルタと、分離
   された前記被測定光を受光する受光器と、前記受光器か
   ら発生する電気信号と前記変調ポンプ光発生に用いた変
   調信号との比を測定する測定系とを少なくとも含むこと
   を特徴とする半導体レーザの高周波応答特性測定装置。
2. （２）変調されたポンプ光を発生するポンプ光発生系と
   、変調された前記ポンプ光を被測定半導体レーザに導く
   光学系と、前記被測定半導体レーザから出射される被測
   定光と前記ポンプ光とを分離する光学系と、分離された
   前記被測定光の周波数変化を強度変化に変換する光周波
   数強度変換器と、前記光周波数強度変換器からの光出力
   を受光する受光器と、前記受光器から発生する電気信号
   と前記変調ポンプ光発生に用いた変調信号との比を測定
   する測定系とを少なくとも含むことを特徴とする半導体
   レーザの高周波応答特性測定装置。
3. （３）変調されたポンプ光を発生するポンプ光発生系と
   、変調された前記ポンプ光を被測定半導体レーザに導く
   光学系と、前記被測定半導体レーザから出射される被測
   定光の周波数変化を強度変化に変換する光周波数強度変
   換器と、前記光周波数強度変換器からの光出力を受光す
   る受光器と、前記受光器から発生する電気信号と前記変
   調ポンプ光発生用の変調信号との比を測定する測定系と
   を少なくとも含み、前記光周波数強度変換器を干渉型周
   波数フィルタで構成し、かつ、前記ポンプ光の中心周波
   数を前記光周波数強度変換器の非透過周波数領域に設定
   したことを特徴とする半導体レーザの高周波応答特性測
   定装置。