JPH0734347U - 光の強度と周波数変調度の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、２箇所の光波長弁別点７３、７７
への切り替え手段を無くし、かつ、光の強度変調成分
（ＩＭ）と、光の周波数変調成分（ＦＭ）を連続的に測
定可能にすることを目的とする。 【構成】 信号発生器１７からの変調信号１７ｂを被測
定光源１１に供給して、レーザーダイオードに光の強度
変調と周波数変調を与えて、光の強度または、光の周波
数変調度または、両方同時変調された入射光１１ｂを与
える干渉計１２を設け、当該干渉計１２からの出射光を
電気信号に変換する光検出器１３を設け、当該光検出器
１３の出力信号を、ＤＣレベル制御部１５の入力に与え
て、当該光検出器１３の直流出力レベルを常に最大値の
位置となるように、当該干渉計１２の光波長弁別の動作
点を自動制御するＤＣレベル制御部１５を設ける構成。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、光計測分野で使用する半導体レーザ等の変調特性の測定装置に関 する。より具体的には、光の強度変調成分（ＩＭ）と、光の周波数変調成分（Ｆ Ｍ）をリアルタイムに測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

まず、図３の従来の光の強度変調成分（ＩＭ）と、光の周波数変調成分（ＦＭ ）の測定構成例の図と、図４のマッハツェンダ干渉計の一例の図と、図５の上が りスロープの光波長弁別図と、下がりスロープの光波長弁別図、を示して説明す る。

【０００３】 従来では、マッハツェンダ干渉計１２による、光の強度変調成分（ＩＭ）と、 光の周波数変調成分（ＦＭ）を分離測定する為には、２箇所の光波長弁別点７３ 、７７での測定データをもとにして、ベクトル演算により求めている。これにつ いて、以下に説明する。

【０００４】 まず、被測定光源１１には、バイアス付加部１１ａによりレーザーダイオード に直流バイアス電流を印加してある。これに、外部からの任意の変調信号１４ｂ （振幅、周波数）を与えて光変調させた後出射する。

【０００５】 次に、マッハツェンダ干渉計１２では、２箇所の光波長弁別点７３、７７での 測定データを得る為に、まず最初に、図５（ａ）の上がりスロープの光波長弁別 点７３位置に設定する。その後、この状態で測定して測定データ７４（ＩＭ＋Ｆ Ｍ）を保存しておく。ここで、測定データ７４とともに、位相同期信号１４ｃの 位相タイミング情報も取り込む。

【０００６】 次に、こんどは、図５（ｂ）の下がりスロープの光波長弁別点７７位置に設定 する。この設定移動時間は、例えば１秒近くかかる。 その後、この状態で測定して測定データ７８（ＩＭ−ＦＭ）を得る。ここでも 、同様に測定データとともに、前回の測定データとの位相同期をとる為に、位相 同期信号１４ｃの位相タイミング情報も取り込む。

【０００７】 そして、上記で得た２箇所のデータを同位相データ毎に演算（ベクトル演算） して求める。この結果、光の強度変調成分（ＩＭ）としては、測定データ７４＋ 測定データ７８でＩＭ成分のみが取り出される。同様に、光の周波数変調成分（ ＦＭ）としては、測定データ７４−測定データ７８でＦＭ成分のみが取り出され る。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

上記説明のように、２箇所の光波長弁別点７３、７７に切り替える時間が、例 えば１秒程度必要であり、この為、間欠的な測定データしか得られないという欠 点があり、実際利用上において、不便な場合が多々あった。 このことは、被測定光源１１のリアルタイムに変動する状態での光の強度変調 成分（ＩＭ）と、光の周波数変調成分（ＦＭ）を連続的に観測するアプリケーシ ョンには使用できないという欠点があった。

【０００９】 そこで、本考案が解決しようとする課題は、ベクトル演算によらない手段を講 じて、２箇所の光波長弁別点７３、７７への切り替えを無くし、かつ、光の強度 変調成分（ＩＭ）と、光の周波数変調成分（ＦＭ）を連続的に測定可能にするこ とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】

上記課題を解決するために、本考案の構成では、信号発生器１７からの変調信 号１７ｂを被測定光源１１に供給して、レーザーダイオードに光の強度変調と周 波数変調を与えて、光の強度または、光の周波数変調度または、両方同時変調さ れた入射光１１ｂを与える干渉計１２を設ける。

【００１１】 そして、当該干渉計１２からの出射光を電気信号に変換する光検出器１３を設 ける。そして、当該光検出器１３の出力信号を、ＤＣレベル制御部１５の入力に 与えて、当該光検出器１３の直流出力レベルを常に最大値の位置となるように、 当該干渉計１２の光波長弁別の動作点を自動制御するＤＣレベル制御部１５を設 ける。

【００１２】 そして、当該光検出器１３の出力信号の中で、平坦部分５３迄の直流レベル信 号を、光の強度変調成分５４として直接得られ、また、当該光検出器１３の出力 信号の中で、平坦部分５３以下の交流成分の振幅値が光の周波数変調成分５５と して直接得られる。

【作用】

干渉計１２の弁別点を常に最大値の位置に追従制御維持することで、光検出器 １３の出力信号中で、平坦部分までの直流レベル値がＩＭ値として求まり、平坦 部分から下側の交流成分がＦＭ値として、同時に、両方の信号を取り出す作用が 得られる。

【００１３】 また、干渉計の検出位置は１箇所で良い為、従来のような２カ所への切り替え 時間がなくなった結果、連続して変化する入射光源を測定・観測する機能が実現 可能となった。

【００１４】

【実施例】

本考案の実施例について、図１の本考案の光の強度変調成分（ＩＭ）と、光の 周波数変調成分（ＦＭ）の測定構成例の図と、図２の本考案の（ａ）光波長弁別 動作を説明する図と、（ｂ）光波長弁別特性出力例と、（ｃ）入射光の連続変化 時の光波長弁別特性出力例を参照して説明する。

【００１５】 本実施例の、実施概要を説明する。本実施例は、信号発生器１７からの変調信 号１７ｂを被測定光源１１に供給する。そして、干渉計１２の光波長弁別の動作 点は、光検出器１３の直流出力レベルを常に最大値５０のピークレベル位置とな るようにＤＣレベル制御部１５で制御する。

【００１６】 これによって、当該光検出器１３の出力信号１３ａの中で、平坦部分５３迄の 直流レベル信号であるＩＭ値が、光の強度変調成分（ＩＭ）５４として直接得ら れる。また、出力信号１３ａの中で交流成分であるＦＭ値が、光の周波数変調成 分（ＦＭ）５５として直接得られる。以上で実現している。

【００１７】 これについて、具体的に順次説明する。 信号発生器１７からの変調信号１７ｂを被測定光源１１に供給する。そして、 被測定光源１１の出力光線は、マッハツェンダ干渉計１２に入射光１１ｂとなる 。そして、当該干渉計の光波長弁別の動作点は、図２（ａ）のように、弁別特性 曲線５１の弁別点を最大値５０の位置に常にくるように、ＤＣレベル制御部１５ で制御している。この点が従来の弁別点の設定と異なっている。

【００１８】 この制御動作は、入射光の入力パワーレベルも変わる場合もあるので、常に弁 別特性曲線５１の最大値５０位置にで高精度には維持しにくい。この制御精度の ずれは、例えば出力レベルの±１％程度の幅であり、常に変動しながら出力レベ ルを最大となるように追従動作を行っている。従来は、この弁別点の設定は、設 定完了した後は、通常は固定保持である。この点も従来の制御手段とは異なって いる。

【００１９】 この設定状態における出力波形を図２（ａ）で説明する。ここでは、光の強度 成分は、一定状態と仮定した時の図である。このとき、周波数変調された入射光 ５２は、光検出器１３での出力波形が、図２（ａ）の出力レベルの平坦部分５３ のような波形を示す。この波形の中で、周波数変調成分は、交流成分である光の 周波数変調成分（ＦＭ値）５５として求まる。このＦＭ値の出力レベルは、入力 変調周波数に対して直線的な出力特性ではないので、必要により、補正処理（デ ジタル変換してＣＰＵ等で感度補正演算）してから利用しても良い。

【００２０】 次に、光の強度変調がある時の光検出器１３での出力レベルは、２点の光強度 で説明すると、第１の光強度時の弁別特性が、弁別特性曲線５１である時、この 出力レベルは、光の強度変調成分（ＩＭ値）５４として求まる。他方、第２の光 強度時の弁別特性が、弁別特性曲線５１ａである時、この出力レベルは、光の強 度変調成分（ＩＭ値）５４ａとして求まる。すなわち、光の強度成分は、出力レ ベルの平坦部分の頂部として、直接求まることとなる。

【００２１】 上記説明では、一方のみの変調時の出力について説明していたが、実際には、 両成分（ＩＭ成分、ＦＭ成分）が同時に変調された入射光である為に、出力レベ ルの波形は、前記で説明した出力レベルが平坦部分５３のような波形とはならな い。両成分が同時に変調された時の実際波形は、図２（ｂ）に示すように上部側 にピーク波形６２を有する波形となっている。 しかし、この場合においても、基準レベルとして、波形中で最も平坦部分６１ を基準レベルとして捕らえることで、ＩＭ成分は、当該平坦部分６１までの直流 電圧レベルとみなすことで直接得られる。また、ＦＭ成分は、当該平坦部分６１ と下側ピーク波形までの振幅を、ＦＭ値６４とすることで、直接得られる。

【００２２】 次に、時間軸上で、連続して変化する場合の出力波形レベルについて、図２（ ｃ）を参照して説明する。被試験光源のレーザーダイオード（ＬＤ）に印加する 変調信号１４ｂの変調レベルを変えた時の出力レベルの波形が６６ａ、６６ｂ、 ６６ｃである。これから、連続してＦＭ値７２が変化していく様子や変調リニヤ リティ特性が、直視できる。 また、変調信号１４ｂの変調周波数を変えた時の出力レベルの波形が６７ａ、 ６７ｂ、６７ｃである。これから、周波数に対するＦＭ値７２やＩＭ値７１の変 動の程度を連続してリアルタイムに直視できる。 また、バイアス付加部１１ａによって、レーザーダイオードに印加するＤＣバ イアス電流をステップ的に変えた時の出力レベルの波形が６８ａ、６８ｂ、６８ ｃである。これから、ＤＣバイアスによるＦＭ値７２やＩＭ値７１のステップ応 答特性を連続して直視できる。これらは、レーザーダイオードのジャンクション 温度の短時間の変化の様子等の温度依存特性を連続して測定する場合にも有効に 利用できる。

【００２３】 このように、信号発生器１４ａからの変調信号１４ｂ（振幅、周波数）や、バ イアス付加部１１ａからのＤＣバイアス電流を、ダイナミックに条件を変化させ て、その出力レベルをリアルタイムに測定し、評価・解析を必要とするアプリケ ーションにおいては、極めて有効な測定装置である。

【００２４】 上記では、波形観測で説明していたが、この出力信号をネットワーク・アナラ イザ１４に与えて、スペクトル・アナライザ機能により、詳細なリアルタイムに 変調条件を変えた時の各種スペクトル解析の応用にも利用できる。 また、光検出器１３のリアルタイム出力信号をＡＤコンバータでデジタル変換 して、ＣＰＵ演算処理することにより、ＦＭ値の連続変化データ分を抽出出力し たり、ＩＭ値の連続変化データ分を抽出出力して、各種解析に利用することが容 易に実現可能となる。

【００２５】

【考案の効果】

本考案は、以上説明したように構成されているので、下記に記載されるような 効果を奏する。 従来のように、干渉計の検出位置を２箇所に移動して測定した後、ベクトル演 算する必要がなくなった結果、連続して変化する入射光源を測定することが可能 となった。つまり、連続した入射光源の変化をリアルタイムに測定・観測するこ とが、本測定装置により実現可能となった。

【００２６】 つまり、信号発生器１７からの振幅変調レベルや、変調周波数変調や、また、 バイアス付加部１１ａからの直流バイアスレベルの条件を、ダイナミックに変化 させて、その入射光の変化をリアルタイムに測定し、表示・解析することが実現 可能となった。これらの測定を必要とするアプリケーションにおいては、極めて 有効な測定機能を提供できることとなった。

【００２７】 また、被測定光源１１のレーザーダイオードの直流バイアスのレベル調整する 場合においても、出力レベルの変化を直視しながら、応答時間遅れがなくボリウ ム調整等ができるので、作業性が良くなって、使用者の利便性がはかれる。

【００２８】 また、信号発生器１７からの出力の位相を同期するタイミング信号が不要とな った為、従来のように、高価なネットワーク・アナライザ等を使用する必要がな くなる。つまり、独立した信号発生器１７と、独立した波形アナライザ１６で良 いこととなる。例えば、波形アナライザ１６としては、波形観測を直視できるオ シロスコープで良い。また、波形観測の代わりに、直接ＡＤコンバータ等に入力 してデジタル信号に変換して、外部のＣＰＵ等により信号処理をすることも容易 に可能である。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の光の強度変調成分（ＩＭ）と、光の周
波数変調成分（ＦＭ）の測定構成例の図である。

【図２】本考案の（ａ）光波長弁別動作を説明する図
と、（ｂ）光波長弁別特性出力例と、（ｃ）入射光の連
続変化時の光波長弁別特性出力例である。

【図３】従来の光の強度変調成分（ＩＭ）と、光の周波
数変調成分（ＦＭ）の測定構成例の図である。

【図４】従来のマッハツェンダ干渉計の一例である。

【図５】従来の（ａ）上がりスロープの光波長弁別図
と、（ｂ）下がりスロープの光波長弁別図である。

【符号の説明】

１１ 被測定光源 １１ａ バイアス付加部 １１ｂ 入射光 １２ 干渉計 １３ 光検出器 １３ａ 出力信号 １４ ネットワーク・アナライザ １４ｂ、１７ｂ 変調信号 １４ｃ 位相同期信号 １５ ＤＣレベル制御部 １６ 波形アナライザ １７、１４ａ 信号発生器 ５０、５０ａ 最大値 ５３、６１ 平坦部分 ５４、５４ａ、７１ ＩＭ値 ５５、６４、７２ ＦＭ値 ７３、７７ 光波長弁別点

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の強度や光の周波数変調度の測定にお
   いて、 光の強度または、光の周波数変調度または、両方同時変
   調された入射光（１１ｂ）を与える干渉計（１２）を設
   け、 当該干渉計（１２）からの出射光を電気信号に変換する
   光検出器（１３）を設け、 当該光検出器（１３）の出力信号を、ＤＣレベル制御部
   （１５）の入力に与えて、当該光検出器（１３）の直流
   出力レベルを常に最大値を出力させるように、当該干渉
   計（１２）の光波長弁別の動作点を制御するＤＣレベル
   制御部（１５）を設け、 以上を具備していることを特徴とした光の強度と周波数
   変調度の測定装置。