JPH10307079A - Apparatus for measuring wavelength dispersion of optical component - Google Patents

Apparatus for measuring wavelength dispersion of optical component

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JPH10307079A
JPH10307079A JP11819897A JP11819897A JPH10307079A JP H10307079 A JPH10307079 A JP H10307079A JP 11819897 A JP11819897 A JP 11819897A JP 11819897 A JP11819897 A JP 11819897A JP H10307079 A JPH10307079 A JP H10307079A
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浩 古川
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Satoki Kawanishi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the wavelength dispersion of an optical component, to be measured, whose absolute value of a dispersion value is small with high accuracy by a method wherein the wavelength dispersion characteristic of the optical component is computed on the basis of a known wavelength and on the basis of the detected change portion of an optical length. SOLUTION: An optical component 2 to be measured is inserted into a mode-locked ring laser ring which is formed of a light amplifier 11, of a wavelength-variable filter 12, of an intensity modulator 13 and of an optical delaying device 16 and in which light orbits. Then, while the modulation frequency of the intensity modulator 13 or the optical length of the optical delaying device 16 is being adjusted, a photodetector 3 which is connected to the ring and which detects a mode-locked oscillation is used, and an optimum optical length is decided. Then, the wavelength-variable filter 12 is operated, and the oscillation wavelength of a mode-locked ring laser is changed. At this time, the mode-locked oscillation is deviated from an optimum state. While the modulation frequency is being kept at a first value, the optical length of the optical delaying device 16 is adjusted, and a change portion which is required to detect the mode-locked oscillation is detected by itself. On the basis of the detected change portion and on the basis of a known wavelength, the wavelength dispersion characteristic of the optical component 2 to be measured is computed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムの
研究、開発および設計の段階で行われる光部品の波長分
散特性の測定に係わり、特に分散値の絶対量が小さい光
部品を精度よく測定する光部品の波長分散測定装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the measurement of chromatic dispersion characteristics of optical components performed at the stage of research, development and design of an optical communication system, and particularly to the accurate measurement of optical components having a small absolute value of dispersion value. The present invention relates to a chromatic dispersion measuring device for optical components.

【0002】[0002]

【従来の技術】光の群速度が周波数又は波長によって変
化する現象である波長分散の測定は以下の点から必要と
されている。まず、光パルスをビットの0又は1で表す
場合、伝送容量を向上させるために、光パルスの幅を細
くする。しかし、波長分散のある光ファイバに光パルス
を通過させると、スペクトルの一部は相対的に早く進
み、別の一部は相対的に遅れて進み、結果的にパルスの
形は崩れてしまうという問題が発生する。この波長分散
の影響はパルス幅を細くすればするほど大きくなる。
2. Description of the Related Art The measurement of chromatic dispersion, which is a phenomenon in which the group velocity of light changes with frequency or wavelength, is required from the following points. First, when an optical pulse is represented by a bit 0 or 1, the width of the optical pulse is narrowed to improve the transmission capacity. However, when an optical pulse is passed through an optical fiber with chromatic dispersion, one part of the spectrum advances relatively early, and another part advances relatively late, resulting in the collapse of the pulse shape. Problems arise. The effect of this chromatic dispersion increases as the pulse width decreases.

【0003】この場合、波長分散がきわめて小さい光フ
ァイバを使用することにより波長分散の影響を少なくし
て光伝送を行うことも可能であるが、将来の光通信では
さらに細い光パルスをより広い波長帯域に亘って使用す
ることが考えられているので、そのような小さい波長分
散を精度よく決定することが必要である。また、そのよ
うな細い光パルスを広い波長帯域に亘って使用するとき
には、光ファイバだけでなく、伝送経路上に存在するレ
ンズ、光増幅器、光アイソレータ等のさまざまな光部品
が有する波長分散特性も無視できなくなるので、それら
の波長分散特性を測定し、伝送経路に与える影響を把握
しておく必要がある。
[0003] In this case, it is possible to perform optical transmission by using an optical fiber having extremely small chromatic dispersion to reduce the influence of chromatic dispersion. Since use over a band is considered, it is necessary to accurately determine such a small chromatic dispersion. In addition, when such a narrow optical pulse is used over a wide wavelength band, not only the optical fiber but also the wavelength dispersion characteristics of various optical components such as lenses, optical amplifiers, and optical isolators existing on the transmission path. Since they cannot be ignored, it is necessary to measure their chromatic dispersion characteristics to understand the influence on the transmission path.

【0004】一方、光パルスを圧縮する場合や、光ソリ
トン等の特殊なパルスを使用する場合には、波長分散が
存在する部分を積極的に利用しており、波長分散特性を
知っておくことは重要である。
On the other hand, when compressing an optical pulse or when using a special pulse such as an optical soliton, a portion where chromatic dispersion exists is actively used, and it is necessary to know the chromatic dispersion characteristics. Is important.

【0005】従来の波長分散特性の測定方式の例とし
て、特公平2−33971号公報に掲載されたものがあ
る。以下その内容を要約して説明する。この測定方式
は、光源から出射された光を単一モード光ファイバに入
射し、この単一モード光ファイバから出射された光を光
電変換器で光電変換し、この光電変換器からの出力を光
源の励起電流に帰還するようにループを構成する。そし
て、光源から出射された光の波長を変化させたときのル
ープの発振周波数の変化から単一モード光ファイバの波
長分散を求めている。
[0005] An example of a conventional method of measuring the chromatic dispersion characteristics is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-33971. The details are described below. In this measurement method, light emitted from a light source is incident on a single-mode optical fiber, light emitted from the single-mode optical fiber is photoelectrically converted by a photoelectric converter, and an output from the photoelectric converter is used as a light source. A loop is formed so as to feed back the excitation current. Then, the chromatic dispersion of the single mode optical fiber is obtained from the change in the oscillation frequency of the loop when the wavelength of the light emitted from the light source is changed.

【0006】この測定方式を図7に基づいて説明する。
すなわち、光源である狭スペクトル幅の半導体レーザ1
から出射された光を被測定光部品2に入射し、被測定光
部品2から出射された光を光検知器3によって光の強度
に比例した電気信号に変換する。この電気信号を帯域通
過用のフィルタ4を介して増幅器5によって増幅し、振
幅制限器6とコンデンサ7とを介して前述の半導体レー
ザ1に印加する。そして、この電気信号で半導体レーザ
1の励起電流を制御することによってループを構成す
る。
This measuring method will be described with reference to FIG.
That is, a semiconductor laser 1 having a narrow spectrum width as a light source
Is emitted to the measured optical component 2 and the light emitted from the measured optical component 2 is converted by the photodetector 3 into an electric signal proportional to the intensity of the light. The electric signal is amplified by an amplifier 5 via a band-pass filter 4 and applied to the semiconductor laser 1 via an amplitude limiter 6 and a capacitor 7. Then, a loop is formed by controlling the excitation current of the semiconductor laser 1 with this electric signal.

【0007】途中、半導体レーザ1から出射された光を
ビームスプリッタ(図示せず)で一部分岐させ、波長計
8によって出射光の波長を測定する。半導体レーザ1は
恒温装置(図示せず)によって一定の温度に保たれ、直
流電源9より直流バイアス電流が供給され、さらに前述
の増幅された電気信号がこの直流バイアス電流に重畳さ
れる。
On the way, the light emitted from the semiconductor laser 1 is partially branched by a beam splitter (not shown), and the wavelength of the emitted light is measured by a wavelength meter 8. The semiconductor laser 1 is kept at a constant temperature by a constant temperature device (not shown), a DC bias current is supplied from a DC power supply 9, and the above-described amplified electric signal is superimposed on the DC bias current.

【0008】このとき、半導体レーザ1から出射された
光が電気信号となって半導体レーザ1に帰還するループ
は一種の発振器となり、このループを光および電気信号
が周回するときの周期に相当する周波数を基本周波数と
して発振が生じる。前述の増幅された電気信号を一部分
岐させ、周波数カウンタ10等でこの発振周波数を測定
する。この技術では発振周波数と基本周波数は一致する
ので、このようにして、被測定光部品2を含むループの
基本周波数が測定されたことになる。
At this time, a loop in which light emitted from the semiconductor laser 1 becomes an electric signal and returns to the semiconductor laser 1 is a kind of oscillator, and a frequency corresponding to a cycle when the light and the electric signal circulate in this loop. Oscillation occurs at the fundamental frequency. The amplified electric signal is partially branched, and the oscillation frequency is measured by the frequency counter 10 or the like. In this technique, the oscillation frequency matches the fundamental frequency, and thus the fundamental frequency of the loop including the optical component 2 to be measured is measured.

【0009】次に、恒温装置で保たれる温度を温度制御
器によって変更すると、半導体レーザ1によって出射さ
れる光の波長が変化するので、その波長を測定する。こ
こで被測定光部品2に波長分散、すなわち通過する光の
波長によって群速度が異なる性質があると、波測定光部
品2の光学的距離(=物理的な長さ×屈折率 以下、光
学長という)が変わるので基本周波数も変化する。この
技術では変化した発振周波数を測定することにより、変
化した基本周波数を測定したことになる。
Next, when the temperature maintained by the thermostat is changed by the temperature controller, the wavelength of the light emitted by the semiconductor laser 1 changes, and the wavelength is measured. Here, if the optical component 2 to be measured has wavelength dispersion, that is, the property that the group velocity varies depending on the wavelength of light passing through, the optical distance of the wave measuring optical component 2 (= physical length × refractive index or less, optical length ) Changes, so the fundamental frequency also changes. In this technique, a changed fundamental frequency is measured by measuring a changed oscillation frequency.

【0010】ある波長λに対する基本周波数をfとする
と、基本周波数fは理論的には次式のように表される。 f=1/(τ+T) …(1) ここで、τは被測定光部品2を光が通過する群遅延時
間、Tは上記ループ中の被測定光部品2以外の部分を光
および電気信号が通過する群遅延時間である。
Assuming that a fundamental frequency for a certain wavelength λ is f, the fundamental frequency f is theoretically expressed by the following equation. f = 1 / (τ + T) (1) where τ is a group delay time for light to pass through the measured optical component 2, and T is a portion of the loop other than the measured optical component 2 where light and electric signals are transmitted. This is the group delay time that passes.

【0011】次に、波長をλからλ+Δλに変えたとき
に基本周波数がfからf+Δfへ変化したとし、(1) 式
と同様に表すと、次のようになる。 f+Δf=1/(τ+Δτ+T) …(2) ここでΔτは、被測定光部品2を波長λ+Δλの光が通
過する時間が波長λの光に対してどれだけ遅れるかを表
す、群遅延時間差と呼ばれる量である。
Next, assuming that the fundamental frequency changes from f to f + Δf when the wavelength is changed from λ to λ + Δλ, and expressed in the same manner as in equation (1), the following is obtained. f + Δf = 1 / (τ + Δτ + T) (2) Here, Δτ is referred to as a group delay time difference, which represents how much time the light of wavelength λ + Δλ passes through the measured optical component 2 with respect to the light of wavelength λ. Quantity.

【0012】(2) −(1) の操作を行うと、 Δf≒−Δτ/(τ+T)2 =−Δτ×f2 …(3) となる。したがって、fおよびΔfを測定することによ
り、 Δτ≒−Δf/f2 …(4) この(4) 式より、群遅延時間差Δτが計算される。
When the operation of (2)-(1) is performed, Δf ≒ −Δτ / (τ + T) 2 = −Δτ × f 2 (3) Therefore, by measuring f and Δf, Δτ ≒ −Δf / f 2 (4) The group delay time difference Δτ is calculated from the equation (4).

【0013】波長分散Dは単位長さあたりの群遅延時間
差Δτを波長で微分したものである。被測定光部品2の
物理的な長さをLとすると、波長分散Dは近似的に、 D≒Δτ/(L×Δλ)=−Δf/(f2 ×L×Δλ) …(5) で表される。上式より、f、Δf、LおよびΔλを測定
することにより被測定光部品2の波長分散Dが計算され
る。
The chromatic dispersion D is obtained by differentiating the group delay time difference Δτ per unit length with respect to wavelength. Assuming that the physical length of the measured optical component 2 is L, the chromatic dispersion D is approximately: D 近似 Δτ / (L × Δλ) = − Δf / (f 2 × L × Δλ) (5) expressed. From the above equation, the chromatic dispersion D of the measured optical component 2 is calculated by measuring f, Δf, L and Δλ.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においてもまだ解消すべき次のような課題が
ある。すなわち、被測定光部品に対する波長分散の測定
精度の問題が挙げられる。この従来技術において波長分
散の測定精度を制限している要因には次のようなものが
ある。測定装置における、(1) 各電気部品の周波数特
性、(2) 波長の可変範囲、(3) 周波数カウンタの測定精
度、(4) 各構成部品の調整などである。以下、これらの
要因について個別に説明する。
However, the above-mentioned prior art still has the following problems to be solved. That is, there is a problem in the accuracy of measuring the chromatic dispersion of the optical component to be measured. Factors that limit the chromatic dispersion measurement accuracy in the prior art include the following. In the measurement device, (1) frequency characteristics of each electric component, (2) variable range of wavelength, (3) measurement accuracy of frequency counter, (4) adjustment of each component, and the like. Hereinafter, these factors will be individually described.

【0015】先ず、第1の要因である電気部品の周波数
特性の問題点について説明する。すなわち、光検知器
3、帯域通過用のフィルタ4、増幅器5及び振幅制限器
6の周波数特性による誤差の問題である。ここで問題に
なる周波数特性とは電気信号の群遅延の周波数に対する
依存性であり、光部品における波長分散特性に相当する
ものである。具体的には、光源の波長を変化させたとき
の測定において(2)式が成立せず、 f+Δf=1/(τ+Δτ+T+ΔT) …(6) (6) 式で示すように電気信号の群遅延時間差ΔTが発生
し、見掛け上、光の群遅延時間差Δτと電気の群遅延時
間差ΔTは分離できないので誤差の要因となる。被測定
光部品2が長尺の光ファイバの場合などではΔτ》ΔT
となってΔTの影響は無視できるが、被測定光部品2の
波長分散が小さい場合ではΔTの影響が無視できない。
特に、通常の帯域通過用のフィルタ4ではこのΔTの周
波数依存性が大きく、逆に周波数依存性を抑えたフィル
タは阻止域の減衰特性が低下するので発振ループとして
の安定な動作が損なわれる恐れがある、という問題があ
る。
First, the problem of the frequency characteristic of the electric component, which is the first factor, will be described. That is, there is a problem of an error due to frequency characteristics of the photodetector 3, the bandpass filter 4, the amplifier 5, and the amplitude limiter 6. The frequency characteristic that is a problem here is the dependence of the group delay of the electric signal on the frequency, and corresponds to the wavelength dispersion characteristic of the optical component. Specifically, in the measurement when the wavelength of the light source is changed, equation (2) does not hold, and f + Δf = 1 / (τ + Δτ + T + ΔT) (6) As shown in equation (6), the group delay time difference of the electric signal ΔT is generated, and apparently, the group delay time difference Δτ of light and the group delay time difference ΔT of electricity cannot be separated, which causes an error. When the optical component 2 to be measured is a long optical fiber, Δτ >> ΔT
Thus, the effect of ΔT can be ignored, but the effect of ΔT cannot be ignored when the chromatic dispersion of the optical component 2 to be measured is small.
In particular, in the ordinary band-pass filter 4, the frequency dependence of ΔT is large, and on the contrary, the filter whose frequency dependence is suppressed decreases the attenuation characteristic of the stop band, so that the stable operation as the oscillation loop may be impaired. There is a problem that there is.

【0016】次に、第2の要因である波長の可変範囲の
問題点について説明する。(5) 式から明らかのように、
2種類の波長の差Δλが大きいほど波長分散の測定精度
は向上する。従来技術の例では、通常は光源として半導
体レーザ1が用いられる。少なくとも2種類の異なった
波長の出力光を得るために、半導体レーザ1の温度を変
化させている。半導体レーザ1は温度を変化させると出
力光の波長も変化する性質を有しているが、波長の可変
範囲は約3〜5nm程度である。
Next, the problem of the variable range of the wavelength, which is the second factor, will be described. As is clear from equation (5),
The greater the difference Δλ between the two types of wavelengths, the higher the chromatic dispersion measurement accuracy. In the example of the prior art, the semiconductor laser 1 is usually used as a light source. The temperature of the semiconductor laser 1 is changed in order to obtain at least two types of output light having different wavelengths. The semiconductor laser 1 has the property that the wavelength of the output light changes when the temperature changes, but the variable range of the wavelength is about 3 to 5 nm.

【0017】この可変範囲による波長分散の測定精度の
具体的な値は後述するが、波長の可変範囲の拡大は測定
精度の向上につながる。加えて、波長の可変範囲の狭さ
は、別の観点からも問題になりつつある。すなわち、波
長分散の測定が必要とされる産業分野、たとえば光通信
システムの設計においては、現状では50〜100nm
の波長範囲に亘って波長分散を測定する必要が生じてき
ている。これだけの波長範囲に亘って出力光を変化させ
ることのできる波長可変レーザも存在はしているもの
の、その価格は極めて高く、一般的とはいえない。
The specific value of the chromatic dispersion measurement accuracy based on the variable range will be described later, but the expansion of the wavelength variable range leads to an improvement in the measurement accuracy. In addition, the narrowness of the variable wavelength range is becoming a problem from another viewpoint. That is, in the industrial field where measurement of chromatic dispersion is required, for example, in the design of an optical communication system, 50 to 100 nm is currently used.
It has become necessary to measure chromatic dispersion over a wavelength range of. Although there is a wavelength tunable laser capable of changing the output light over such a wavelength range, the price is extremely high and it is not common.

【0018】さらに、第3の要因である周波数カウンタ
の測定精度について説明する。具体的な数値を挙げて説
明する。いま、被測定光部品2として長さ100mの光
ファイバを考えると、(1) 式中の光の群遅延時間τはお
よそ500ns程度である。これに対して、電気の群遅
延時間Tは一般的に10ns程度なので、fはほぼτに
依存しておよそ2MHz程度である。また、半導体レー
ザ1の波長可変範囲はおよそ5nm程度である。一方、
現在利用できる周波数カウンタではΔfの測定精度はお
よそ1Hzである。これらの数値を(5) 式に代入する
と、波長分散の測定精度はおよそ0.5psec/nm
/km程度である。
Further, the third factor, the measurement accuracy of the frequency counter, will be described. This will be described with specific numerical values. Now, when an optical fiber having a length of 100 m is considered as the optical component 2 to be measured, the group delay time τ of light in the equation (1) is about 500 ns. On the other hand, since the group delay time T of electricity is generally about 10 ns, f is about 2 MHz, which is substantially dependent on τ. The wavelength variable range of the semiconductor laser 1 is about 5 nm. on the other hand,
With currently available frequency counters, the measurement accuracy of Δf is about 1 Hz. By substituting these values into equation (5), the chromatic dispersion measurement accuracy is approximately 0.5 psec / nm.
/ Km.

【0019】ところが、現在は零分散ファイバなど波長
分散のきわめて小さいファイバが開発されており、0.
1psec/nm/km以下の測定精度が要求される場
合も少なくない。したがって従来の技術においてはこの
ような光ファイバの波長分散の測定では精度が不足気味
であった。
However, at present, a fiber having extremely small chromatic dispersion such as a zero-dispersion fiber has been developed.
In many cases, a measurement accuracy of 1 psec / nm / km or less is required. Therefore, in the prior art, the accuracy of the measurement of the chromatic dispersion of the optical fiber tends to be insufficient.

【0020】さらに、実際には電気的なノイズの影響な
どから、これだけの精度で周波数を測定するためには長
時間に亘って測定したデータを平均化するなどの操作が
必要であり、操作の煩雑化あるいは測定の長時間化はま
ぬがれない。
Further, in practice, due to the influence of electric noise and the like, an operation such as averaging data measured over a long period of time is required to measure the frequency with such accuracy. Complications and long measurement times are inevitable.

【0021】最後に、第4の要因である各構成部品に調
整について説明する。例えば、図7に示す従来技術の装
置においては、帯域通過用のフィルタ4、増幅器5およ
び振幅制限器6を用いている。この場合は、それぞれ操
作者が通過帯域、増幅率および振幅制限値を調整しなけ
ればならず、測定の容易性、再現性および客観性を損な
ってしまう。なお、振輻制限器6を用いない別の例もあ
るが、この場合でも帯域通過用のフィルタ4および増幅
器5は必要であり、さらに合成器なとの別の装置が必要
になるので、上記の問題は解決されていない。
Finally, adjustment of each component, which is the fourth factor, will be described. For example, in the prior art apparatus shown in FIG. 7, a bandpass filter 4, an amplifier 5, and an amplitude limiter 6 are used. In this case, the operator must adjust the pass band, the amplification factor, and the amplitude limit value, which impairs the easiness of measurement, reproducibility, and objectivity. There is another example in which the radiation limiter 6 is not used. However, in this case, the band-pass filter 4 and the amplifier 5 are required, and another device such as a synthesizer is required. The problem has not been solved.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては以下の構成を採用した。なお、実
施の形態で採用した符号を用いる。本発明の要旨は、少
なくとも2種類の既知の波長で選択的に発振可能なモー
ドロックリングレーザを備え、該モードロックリングレ
ーザのリング中に被測定光部品を挿入することによつて
当該被測定光部品の波長分散特性を測定するための光部
品の波長分散測定装置であって、前記リングに接続され
ていて、モードロック発振を検知する第1の手段3,1
5と、前記の少なくとも2種類の既知の波長のいずれに
おいても一定の繰り返し周波数でモードロック発振が発
生するように前記のモードロックリングレーザの光学長
を調節する第2の手段16と、前記光学長の変化分を検
知する第3の手段15,14とを備え、前記の少なくと
も2種類の既知の波長と、前記第3の手段で検知された
光学長の変化分とに基づいて当該被測定光部品の波長分
散特性を演算することを特徴とする光部品の波長分散測
定装置である。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention employs the following constitution. Note that the reference numerals used in the embodiments are used. The gist of the present invention is to provide a mode-locked ring laser capable of selectively oscillating at at least two kinds of known wavelengths, and inserting the optical component to be measured into the ring of the mode-locked ring laser. An optical component chromatic dispersion measuring device for measuring the chromatic dispersion characteristics of an optical component, wherein the first means is connected to the ring and detects mode-locked oscillation.
5, second means 16 for adjusting the optical length of the mode-locked ring laser so that mode-locked oscillation occurs at a constant repetition frequency at any of the at least two known wavelengths, and Third means 15 and 14 for detecting a change in the length, and the measured object is measured based on the at least two known wavelengths and the change in the optical length detected by the third means. A chromatic dispersion measuring device for an optical component, which calculates a chromatic dispersion characteristic of the optical component.

【0023】すなわち、波長選択手段を備えたモードロ
ックリングレーザのリング中に被測定光部品2を挿入
し、モードロック発振するときのパルスの繰り返し周波
数を一定に保つために必要とされる光学長の変化分を測
定することによって、被測定光部品2の波長分散特性を
求める。
That is, the optical length required for inserting the optical component under test 2 into the ring of the mode-locked ring laser provided with the wavelength selecting means and maintaining a constant pulse repetition frequency for mode-locked oscillation is required. The wavelength dispersion characteristic of the optical component 2 to be measured is obtained by measuring the change of the optical component 2.

【0024】なお、被測定光部品2が例えば光アイソレ
ータのように複数の種類の光部品で構成されている場合
は、単位長さ当りの量である波長分散の定義は被測定光
部品の分散特性の表現には不便なときがある。よって、
本明細書では光部品全体の群遅延時間差の波長微分を全
分散量と定義して用いる。すなわち、全分散量をDaと
すると(4) 式を用いて近似的に(7) 式で表される。 Da≒Δτ/Δλ=−Δf/(f2 ×Δλ) …(7)
When the measured optical component 2 is composed of a plurality of types of optical components such as an optical isolator, the definition of the chromatic dispersion, which is the amount per unit length, is based on the dispersion of the measured optical component. Expressing characteristics is sometimes inconvenient. Therefore,
In this specification, the wavelength derivative of the group delay time difference of the entire optical component is defined and used as the total dispersion. That is, assuming that the total dispersion amount is Da, the total dispersion amount is approximately expressed by Expression (7) using Expression (4). Da ≒ Δτ / Δλ = -Δf / (f 2 × Δλ) (7)

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下本発明における光部品の波長
分散測定装置の実施の形態を説明する。本発明は光部品
の波長分散特性の測定において、モードロックリングレ
ーザを用いたものであり、先ず、リングレーザおよびモ
ードロックリングレーザの概念について説明し、次に個
々の構成要素について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a wavelength dispersion measuring apparatus for an optical component according to the present invention will be described below. The present invention uses a mode-locked ring laser for measuring the wavelength dispersion characteristics of an optical component. First, the concept of a ring laser and a mode-locked ring laser will be described, and then individual components will be described.

【0026】光増幅器の出力を光振幅器の入力に戻すリ
ングを構成して光増幅器を駆動させ、出力の一部を取り
出すと、通常のレーザと同様な光出力が得られる。これ
は光増幅器が放出する自然放出光と呼ばれるいわばノイ
ズのような光がリングを周回するうちに光増幅器の出力
限界まで増幅されるからである。このように構成された
装置をリングレーザと呼ぶ。
When a ring for returning the output of the optical amplifier to the input of the optical amplitude device is formed and the optical amplifier is driven to extract a part of the output, an optical output similar to that of a normal laser can be obtained. This is because light, such as noise, which is called spontaneous emission light emitted by the optical amplifier, is amplified to the output limit of the optical amplifier while traveling around the ring. The device configured in this manner is called a ring laser.

【0027】上記のリングレーザの発振波長は、光増幅
器の増幅効率が最も高くなる波長に固定されている。リ
ングレーザに波長選択機能を持たせるには、波長選択手
段を上記リング中に設ければよい。こうすると、光増幅
器と波長選択手段のトータルとして増幅効率が最も高く
なる波長でレーザ出力光が得られる。波長選択手段とし
ては通常、波長可変光フィルタが用いられる。このよう
に構成された装置もリングレーザと呼ばれるが、厳密に
は波長可変リングレーザである。
The oscillation wavelength of the above ring laser is fixed to a wavelength at which the amplification efficiency of the optical amplifier is highest. In order for the ring laser to have a wavelength selecting function, a wavelength selecting means may be provided in the ring. In this case, laser output light can be obtained at a wavelength at which the amplification efficiency is the highest as a total of the optical amplifier and the wavelength selection means. Generally, a wavelength variable optical filter is used as the wavelength selecting means. The device configured in this manner is also called a ring laser, but is strictly a wavelength variable ring laser.

【0028】上記リングレーザ(波長可変リングレーザ
を含む)のリング中に光変調器または非線型光学媒質を
設け、光がリングを周回する周波数(以下、基本周波数
という)かまたはその整数倍の周波数で変調を与える
と、パルス列状の光出力が得られる。このような装置を
モードロックリングレーザと呼び、また、この発振状態
をモードロック発振と呼ぶ。
An optical modulator or a non-linear optical medium is provided in the ring of the ring laser (including the variable wavelength ring laser), and a frequency at which light circulates around the ring (hereinafter referred to as a fundamental frequency) or a frequency that is an integral multiple thereof. , A pulse train light output is obtained. Such a device is called a mode-locked ring laser, and this oscillation state is called a mode-locked oscillation.

【0029】ここで、図2を用いてモードロック発振と
光パルス列の関係について説明する。図2(a)は時間
領域における光パルス列波形を示しており、縦軸は光の
強度、横軸は時間である。また、図2(b)は前記光パ
ルス列のフーリエ変換を示しており、縦軸は光のパワ
ー、横軸は光周波数である。
Here, the relationship between mode-locked oscillation and an optical pulse train will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an optical pulse train waveform in a time domain, in which the vertical axis represents light intensity and the horizontal axis represents time. FIG. 2B shows the Fourier transform of the optical pulse train, in which the vertical axis represents the power of light and the horizontal axis represents the optical frequency.

【0030】図2(b)に示されているように、光パル
ス列のフーリエ変換は、中心となる光周波数の周りに側
帯波(モード)と呼ばれる一定の変調周波数間隔の光が
規則的に並ぶ形をしている。また、各モードの位相は一
定の関係を保っている。なお、変調周波数は、時間領域
で見た光パルス列の繰り返し周波数に一致する。
As shown in FIG. 2B, in the Fourier transform of the optical pulse train, light having a constant modulation frequency interval called a sideband (mode) is regularly arranged around a central optical frequency. It is shaped. Further, the phase of each mode keeps a constant relationship. Note that the modulation frequency matches the repetition frequency of the optical pulse train viewed in the time domain.

【0031】ところで時間領域の波形とその(位相情報
を含めた)フーリエ変換は1対1の関係にあるので、光
周波数領域において、ある中心光周波数の周りに多くの
モードを発生させて、それらのモード間の位相を一定の
関係を保つように固定させれば、その光を時間領域で見
ると光パルス列になっている。これがモードロック発振
である。モードロック発振を実現させるためには、基本
周波数か又はその整数倍の周波数で光を変調させればよ
い。
Since the waveform in the time domain and its Fourier transform (including phase information) have a one-to-one relationship, in the optical frequency domain, many modes are generated around a certain central optical frequency, and If the phase between the modes is fixed so as to maintain a constant relationship, the light becomes an optical pulse train when viewed in the time domain. This is mode-lock oscillation. In order to realize mode-lock oscillation, light may be modulated at the fundamental frequency or a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency.

【0032】モードロックリングレーザは、さらに、能
動型モードロックリングレーザと受動型モードロックリ
ングレーザとに大別される。能動型と受動型の違いは、
変調のための装置として光変調器を用いるか非線型光学
媒質を用いるかの違いであり、詳細は後述する。
Mode-locked ring lasers are further roughly classified into active mode-locked ring lasers and passive mode-locked ring lasers. The difference between active and passive types is
The difference is whether an optical modulator or a non-linear optical medium is used as an apparatus for modulation, and details will be described later.

【0033】また、リングレーザ自体では、原理的に
は、そのリング中を伝わる光は右回りと左回りの両方が
同時に存在可能である。しかし、実際には、使用する光
部品の特性上の理由から、とちらか1方向の光のみが存
在するように限定されるのが普通である。
In the ring laser itself, in principle, light traveling in the ring can exist both clockwise and counterclockwise at the same time. However, in practice, it is usually limited so that only one direction of light exists, due to the characteristics of the optical component used.

【0034】モードロックリングレーザは通常、光パル
ス列を得る手段として広く利用されている。しかし、本
発明ではモードロックリングレーザを基本周波数を知る
装置として利用する。通常のモードロックリングレーザ
は波長選択手段は必ずしも必要ではないが、本発明で
は、少なくとも2種類の波長で選択的にモードロック発
振させる必要があることから、そのための波長選択手段
は必須の構成要素である。
A mode-locked ring laser is generally widely used as a means for obtaining an optical pulse train. However, in the present invention, the mode-locked ring laser is used as a device for knowing the fundamental frequency. Although a normal mode-locked ring laser does not necessarily need a wavelength selecting means, in the present invention, since it is necessary to selectively oscillate at at least two kinds of wavelengths, a wavelength selecting means therefor is an essential component. It is.

【0035】また、本発明では、被測定光部品がモード
ロックリングレーザのリング中に挿入される必要があ
る。さらに、本発明では、モードロック発振の繰り返し
周波数を一定に保つようにリングの光学長を可変する手
段がリング中に挿入される必要がある。
In the present invention, the optical component to be measured needs to be inserted into the ring of the mode-locked ring laser. Further, in the present invention, means for changing the optical length of the ring must be inserted into the ring so as to keep the repetition frequency of the mode-locked oscillation constant.

【0036】以下、図1を用いてモードロックリングレ
ーザを構成する各装置について説明する。光増幅器11
は入力された光の波長や位相は同一値に保ったままで振
幅を約10倍から1000倍に増幅する装置である。現
状の技術水準では、光増幅器11は大別してファイバア
ンプと半導体アンプの2種類がある。
Hereinafter, each device constituting the mode-locked ring laser will be described with reference to FIG. Optical amplifier 11
Is a device for amplifying the amplitude from about 10 times to 1000 times while maintaining the same wavelength and phase of the input light. In the current state of the art, the optical amplifier 11 is roughly classified into two types: a fiber amplifier and a semiconductor amplifier.

【0037】ファイバアンプは通常の光ファイバに希土
類元素を添加したもので、励起光と呼ばれる特定の波長
の光を供給することにより入力光の振幅を増幅させる作
用を有する。増幅率は励起光の強さに依存するが、10
00倍以上の増幅率を得ることも可能である。増幅作用
が得られる入力光の波長帯域は、添加される希土類元素
にもよるが、一般に50nm程度である。
The fiber amplifier is obtained by adding a rare earth element to an ordinary optical fiber, and has a function of amplifying the amplitude of input light by supplying light of a specific wavelength called excitation light. The amplification factor depends on the intensity of the excitation light.
It is also possible to obtain an amplification factor of 00 or more. The wavelength band of the input light at which the amplifying action can be obtained is generally about 50 nm, though it depends on the rare earth element to be added.

【0038】一方、半導体アンプは通常の半導体レーザ
の両端面に無反射膜を蒸着したもので、励起電流を供給
することにより入力光の振幅を増幅させる作用を有す
る。増幅率は励起電流に依存するが、一般に10〜50
倍程度である。しかしながら、増幅作用が得られる帯域
は一般に100nm程度とファイバアンプに対して広
い。
On the other hand, the semiconductor amplifier is formed by depositing a non-reflection film on both end surfaces of a normal semiconductor laser, and has an effect of amplifying the amplitude of input light by supplying an excitation current. Although the amplification factor depends on the excitation current, it is generally 10 to 50.
It is about twice. However, the band in which the amplification effect can be obtained is generally about 100 nm, which is wider than that of the fiber amplifier.

【0039】本発明では、モードロックリングレーザの
光増幅器11としてファイバアンプ、半導体アンプはも
ちろんのこと、光を増幅する作用を有するものであれば
全て、使用することができる。
In the present invention, as the optical amplifier 11 of the mode-locked ring laser, not only a fiber amplifier and a semiconductor amplifier but also any optical amplifier having the function of amplifying light can be used.

【0040】本発明では、ある波長λと、この波長λか
ら変化後の波長λ+Δλと、それに対して同じ変調周波
数でモードロック発振させるために必要な光遅延量Δτ
と、から波長分散を求める方式を採用している。したが
って、モードロックリングレーザが少なくとも2種類の
既知の波長で選択的に発振することが必要とされる。
In the present invention, a wavelength λ, a wavelength λ + Δλ changed from this wavelength λ, and an optical delay amount Δτ required for mode-lock oscillation at the same modulation frequency with respect to the wavelength λ.
Then, a method of obtaining the chromatic dispersion from is adopted. Therefore, it is necessary for the mode-locked ring laser to oscillate selectively at at least two known wavelengths.

【0041】この波長選択手段としては通常、波長可変
光フィルタ12が用いられる。光フィルタは特定の波長
帯域の光のみを通過させ、他の光を吸収または反射して
通過させない装置である。通過帯域の選択機構として、
測定者が手動でダイアル等を動かすもの、パソコン等で
電気的に制御するもの等がある。帯域幅は、1〜3nm
程度が適当である。この波長可変光フィルタ12を光増
幅器11と組み合わせて使用することにより、所望の波
長の光を得ることができる。
As this wavelength selecting means, a wavelength tunable optical filter 12 is usually used. An optical filter is a device that allows only light in a specific wavelength band to pass therethrough and does not allow other light to be absorbed or reflected and passed. As a passband selection mechanism,
There are a type in which a measurer manually moves a dial and the like, and a type in which a dial is electrically controlled by a personal computer or the like. Bandwidth is 1-3 nm
The degree is appropriate. By using this tunable optical filter 12 in combination with the optical amplifier 11, light of a desired wavelength can be obtained.

【0042】また、本発明の測定目的においては少なく
とも2種類の波長を選択的に設定できればよいので、波
長可変光フィルタ12に限られず通過帯域が固定された
光フィルタを少なくとも2種類用意し(通過帯域は相互
に異なるとする)、それらをスイッチ等で切り替えるよ
うな手段を用意しても、波長選択手段として利用可能で
ある。図1では、波長選択手段として波長可変光フィル
タを使用している。
For the purpose of measurement of the present invention, it is only necessary to selectively set at least two types of wavelengths. Therefore, not only the wavelength tunable optical filter 12 but also at least two types of optical filters having a fixed pass band are prepared (passed). It is assumed that the bands are different from each other), and even if a means for switching between them is prepared, it can be used as a wavelength selecting means. In FIG. 1, a wavelength tunable optical filter is used as a wavelength selecting means.

【0043】波長選択手段である波長可変光フィルタ1
2では、通常、設定されている通過帯域の中心波長を知
る手段が用意されており、後述する例ではこの手段で得
られる波長をモードロック発振の発振波長として使用す
る。波長可変光フィルタ12に通過帯域の中心波長を知
る手段が用意されていない場合、又は、より高精度に発
振波長を知るためには、出力光を一部分岐させて波長計
(図示せず)により発振波長を測定すればよい。
Tunable optical filter 1 as wavelength selecting means
In No. 2, means for knowing the center wavelength of the set pass band is usually provided, and in the example described later, the wavelength obtained by this means is used as the oscillation wavelength of mode-locked oscillation. If the wavelength tunable optical filter 12 is not provided with a means for knowing the center wavelength of the pass band, or in order to know the oscillation wavelength with higher accuracy, the output light is partially branched and a wavelength meter (not shown) is used. The oscillation wavelength may be measured.

【0044】光変調器は、それを通過する光の強度、周
波数または位相を変化させる装置であり、それぞれ強度
変調器、周波数変調器、位相変調器と区別される。モー
ドロックリングレーザを構成するためには、強度変調器
と位相変調器が特に有用である。図1では光変調器とし
て強度変調器13を使用している。
An optical modulator is a device for changing the intensity, frequency or phase of light passing therethrough, and is distinguished from an intensity modulator, a frequency modulator and a phase modulator, respectively. In order to construct a mode-locked ring laser, an intensity modulator and a phase modulator are particularly useful. In FIG. 1, an intensity modulator 13 is used as an optical modulator.

【0045】これら強度変調器13または位相変調器を
用いたモードロックリングレーザは能動型モードロック
リングレーザと呼ばれる。能動型モードロックリングレ
ーザでは変調器に変調信号を供給する外部の信号源が必
要である。信号源に要求されることは、正弦波信号が出
力されること、およびその周波数が可変であることであ
る。なお、このような項目は特に特別なものでなく、一
般的な信号発生器が利用可能である。正弦波信号の周波
数がリングの基本周波数またはその整数倍のときに、モ
ードロック発振が生じる。
A mode-locked ring laser using the intensity modulator 13 or the phase modulator is called an active mode-locked ring laser. An active mode-locked ring laser requires an external signal source that supplies a modulation signal to the modulator. What is required of the signal source is that a sine wave signal is output and its frequency is variable. Note that such items are not particularly special, and a general signal generator can be used. Mode locked oscillation occurs when the frequency of the sine wave signal is the fundamental frequency of the ring or an integer multiple thereof.

【0046】能動型モードロックリングレーザにおい
て、変調器に供給される変調信号の周波数(以下、変調
周波数と表す)が、リングの基本周波数のときと、その
整数倍であるときとで、理諭的には以後の取り扱いに全
く差は生じない。しかし、一般的には、変調周波数が高
いほど、モードロック発振によつて生じる光パルスのパ
ルス幅が狭くなり、結果として波長分散測定における分
解能が向上する。
In an active mode-locked ring laser, the frequency of the modulation signal supplied to the modulator (hereinafter, referred to as modulation frequency) is determined by the basic frequency of the ring and an integer multiple thereof. There is no difference in the subsequent handling. However, in general, the higher the modulation frequency, the narrower the pulse width of the optical pulse generated by the mode-locked oscillation, and as a result, the resolution in the chromatic dispersion measurement is improved.

【0047】光変調器の代わりに非線型光学媒質を用い
たモードロックリングレーザは受動型モードロックリン
グレーザと呼ばれる。非線型光学媒質とは、通過する光
の強度などによって吸収や屈折率などの特性が変化する
媒質のことをいう。このような媒質を光パルスが通過す
る際は、パルス波形に応じて強度変調または位相変調が
自動的に生じるので、能動型モードロックリングレーザ
における光変調器と同様の効果が得られる。
A mode-locked ring laser using a non-linear optical medium instead of an optical modulator is called a passive mode-locked ring laser. A nonlinear optical medium refers to a medium whose characteristics such as absorption and refractive index change depending on the intensity of light passing therethrough. When an optical pulse passes through such a medium, intensity modulation or phase modulation is automatically generated according to the pulse waveform, so that an effect similar to that of an optical modulator in an active mode-locked ring laser can be obtained.

【0048】受動型モードロックリングレーザでは光パ
ルスが自分自身を変調するので、能動型モードロックリ
ングレーザで必要な外部の変調信号は受動型モードロッ
クリングレーザでは不要である。なお、この場合、光パ
ルス列の繰り返し周波数は自動的にリングの基本周波数
に一致する。
Since a light pulse modulates itself in the passive mode-locked ring laser, an external modulation signal required in the active mode-locked ring laser is unnecessary in the passive mode-locked ring laser. In this case, the repetition frequency of the optical pulse train automatically matches the fundamental frequency of the ring.

【0049】非線型光学媒質としては、可飽和吸収体が
もっとも一般的に用いられる。可飽和吸収体とは、入射
する光の強度がある程度大きくなると吸収率が小さくな
り(これを吸収が飽和するという)、透過率が大きくな
るような性質を示す物質や装置のことをいう。例えば、
光半導体アンプの励起電流を増幅作用が得られる電流値
以下に抑えることにより、可飽和吸収体として使用でき
る。可飽和吸収体を光パルスが通過するときを考える。
光パルスが入射してしばらくは吸収が大きく、通過する
光の強度は小さい。次に、光パルスが最大強度に近づく
と、吸収が飽和し、通過する光の強度は急激に増大す
る。光パルスが最大強度から減少に転じるときは、これ
と逆の効果が生じて、通過する光の強度は急激に減少す
る。
As the nonlinear optical medium, a saturable absorber is most generally used. A saturable absorber refers to a substance or a device that exhibits a property that when the intensity of incident light is increased to some extent, the absorptance is reduced (the absorption is saturated) and the transmittance is increased. For example,
By suppressing the excitation current of the optical semiconductor amplifier to a current value at or below which an amplifying action can be obtained, it can be used as a saturable absorber. Consider when a light pulse passes through a saturable absorber.
For a while after the light pulse is incident, the absorption is large, and the intensity of the light passing therethrough is small. Next, as the light pulse approaches the maximum intensity, the absorption saturates and the intensity of the light passing through increases sharply. When the light pulse turns from maximum intensity to decrease, the opposite effect occurs, and the intensity of the passing light decreases sharply.

【0050】したがって、結果的に通過した光パルスは
通過前に比べて幅の狭い鋭いパルスになっている。この
ことは、能動型モードロックリングレーザにおいて光変
調器として強度変調器13を使用した場合と同様の効果
をもたらす。なお、受動型モードロックリングレーザを
用いた装置の具体的な構成は後述する。
Accordingly, the light pulse that has passed as a result is a narrow pulse that is narrower than before the light pulse. This has the same effect as when the intensity modulator 13 is used as an optical modulator in an active mode-locked ring laser. The specific configuration of the device using the passive mode-locked ring laser will be described later.

【0051】次に、モードロックリングレーザの光学長
を調節する第2の手段(以下、光学長可変手段と表す)
について説明する。光学長可変手段としては光遅延器が
一般的である。光遅延器の構造例を図3に示す。図3
(a)はコーナキューブミラーを用いて光を遅延させる
光遅延器の動作原理図であり、図3(b)は同光遅延器
の概略構成図である。
Next, a second means for adjusting the optical length of the mode-locked ring laser (hereinafter referred to as an optical length variable means)
Will be described. An optical delay device is generally used as the optical length varying means. FIG. 3 shows an example of the structure of the optical delay unit. FIG.
FIG. 3A is an operation principle diagram of an optical delay device that delays light using a corner cube mirror, and FIG. 3B is a schematic configuration diagram of the optical delay device.

【0052】この場合、コーナキューブミラーを直線移
動ステージに載せて駆動する方式がある。コーナキュー
ブミラーは3枚の鏡を直角になるように貼り合わせたも
のであり、入射光と出射光とが必ず平行になる性質を有
している。このコーナキューブミラーを光軸と平行に移
動させると出射光は同じところに帰還しながら、光の距
離が変化し、光の遅延量を制御できる。このコーナキュ
ーブミラーを用いた利点は、光が空間を伝播するため波
長分散が無視でき、後述する校正を行わなくても高精度
の測定が可能な点にある。
In this case, there is a method in which a corner cube mirror is driven by being mounted on a linear movement stage. The corner cube mirror is formed by bonding three mirrors at right angles and has a property that incident light and outgoing light are always parallel. When this corner cube mirror is moved in parallel with the optical axis, the emitted light returns to the same place, and the distance of the light changes, so that the amount of delay of the light can be controlled. An advantage of using the corner cube mirror is that chromatic dispersion can be ignored because light propagates in space, and high-precision measurement can be performed without performing calibration described later.

【0053】光遅延器の実現例としてはコーナキューブ
ミラーを用いたもののほかに、プリズムを用いたもの
や、光導波路の温度伸縮を用いたものもあり、いずれも
本発明に利用することができる。なお、プリズムや光導
波路はそれぞれ固有の波長分散があり、被測定光部品2
の波長分散を高精度に測定する際にはこれらの波長分散
を校正する必要がある。校正の方法については後述す
る。
Examples of the realization of the optical delay device include, besides the one using a corner cube mirror, the one using a prism and the one using the expansion and contraction of the temperature of an optical waveguide, all of which can be used in the present invention. . Each of the prism and the optical waveguide has its own wavelength dispersion.
It is necessary to calibrate these chromatic dispersions when measuring the chromatic dispersions with high accuracy. The method of calibration will be described later.

【0054】モードロックリングレーザのリング中に挿
入される被測定光部品2としては、原理的には光が通過
するものであればどのようなものでも測定可能である。
特に、本発明は基本的に実長または実寸法の小さいもの
の波長分散の測定について優位性を発揮する。具体的に
は、分散シフト光ファイバや分散フラット化光ファイバ
などが挙げられる。
The optical component 2 to be measured inserted into the ring of the mode-locked ring laser can measure in principle any component that allows light to pass through.
In particular, the present invention has an advantage in the measurement of chromatic dispersion of fundamentally small actual length or actual size. Specifically, a dispersion-shifted optical fiber, a dispersion-flattened optical fiber, and the like can be given.

【0055】さて、以上で述べた光増幅器11、波長選
択手段である波長可変光フィルタ12、光変調器である
強度変調器13または非線型光学媒質、光学長可変手段
である光遅延器で光が周回するリングを作るように結合
させるには、光ファイバを用いてもよいし、レンズ、ミ
ラー等を用いて空間結合させてもよい。
The optical amplifier 11 described above, the wavelength tunable optical filter 12 as a wavelength selecting means, the intensity modulator 13 as an optical modulator or a non-linear optical medium, and the optical delay device as an optical length variable means. The optical fiber may be used for coupling so as to form a ring that circulates, or may be spatially coupled using a lens, a mirror, or the like.

【0056】また、このリング中に挿入される被測定光
部品2を含めてそれぞれの配置は、原理的には任意の順
番での配置が可能である。但し、実際には各構成要素そ
れぞれの特性に依存して、最適な配置が存在することも
ある。例えば、一般的に光増幅器11の出力には自然放
出光が付加されているので、光増幅器11の直後には波
長選択手段である波長可変光フィルタ12を接続するこ
とが望ましい。また、波長選択手段である波長可変光フ
ィルタ12の直後には、他に条件がなければ、被測定光
部品2と、光変調器である強度変調器13(または非線
型光学媒質)とを比較し、その中で最大許容光入力の大
きい方を接続することが望ましい。
The arrangement including the optical component 2 to be inserted into the ring can be arranged in an arbitrary order in principle. However, in practice, an optimal arrangement may exist depending on the characteristics of each component. For example, since spontaneous emission light is generally added to the output of the optical amplifier 11, it is desirable to connect a tunable optical filter 12, which is a wavelength selecting means, immediately after the optical amplifier 11. Immediately after the wavelength tunable optical filter 12 serving as the wavelength selecting means, the optical component 2 to be measured is compared with the intensity modulator 13 (or a non-linear optical medium) serving as an optical modulator unless otherwise specified. It is desirable to connect the one with the larger maximum allowable light input.

【0057】以上述べてきたように、少なくとも2種類
の既知の波長で選択的に発振可能なモードロックリング
レーザを備え、モードロックリングレーザのリング中に
測定対象である被測定光部品2を挿入している。この構
成にモードロック発振を検知する第1の手段と、光学長
可変手段によって変化した光学長の変化分を検知するた
めの第3の手段とを接続することにより波長分散特性を
測定する装置が完成する。ただし、モードロックリング
レーザとして受動型モードロックリングレーザを使用し
た場合には、後述するように、パルスの繰り返し周波数
を調べる手段が必要である。
As described above, the mode-locked ring laser capable of selectively oscillating at least two kinds of known wavelengths is provided, and the optical component 2 to be measured is inserted into the ring of the mode-locked ring laser. doing. By connecting the first means for detecting mode-locked oscillation and the third means for detecting a change in optical length changed by the optical length variable means to this configuration, an apparatus for measuring chromatic dispersion characteristics is provided. Complete. However, when a passive mode-locked ring laser is used as the mode-locked ring laser, a means for examining the pulse repetition frequency is necessary as described later.

【0058】引き続き図1を用いて説明する。図1はモ
ードロックリングレーザとして能動型モードロックリン
グレーザを使用した例である。上述のように、波長選択
手段として波長可変光フィルタ12を用いている。ま
た、光変調器としては強度変調器13を用いている。
The description will be continued with reference to FIG. FIG. 1 shows an example in which an active mode-locked ring laser is used as a mode-locked ring laser. As described above, the wavelength tunable optical filter 12 is used as the wavelength selecting means. Further, an intensity modulator 13 is used as an optical modulator.

【0059】以下、モードロック発振を検知する第1の
手段について説明する。通常は、光検知器3及びそれに
接続されたオシロスコープ15を用いる。ただし、この
手段にもさまざまなものがあり、必ずしも以下の例に限
定されない。
Hereinafter, the first means for detecting mode-lock oscillation will be described. Usually, the photodetector 3 and the oscilloscope 15 connected to it are used. However, there are various means for this, and it is not necessarily limited to the following example.

【0060】モードロック発振を検知する第1の手段
は、光増幅器11、波長選択手段である波長可変光フィ
ルタ12、被測定光部品2および光変調器である強度変
調器13または非線型光学媒質である可飽和吸収体とか
ら構成されるリングに接続されている。そして、このリ
ング中の光は一部が取り出され、光検知器3に導かれ
る。光をリングから一部取り出すためには、光ファイバ
で結合した場合は光カプラが利用でき、空間結合の場合
はハーフミラーやビームスプリッタなどが利用できる
(図示せず)。光検知器3の出力信号を通常のオシロス
コープ15などで観察する。モードロック発振している
ときは、上記出力信号は光パルス列に対応してパルス信
号となるので、容易に判別できる。
The first means for detecting the mode-locked oscillation includes an optical amplifier 11, a tunable optical filter 12 as a wavelength selecting means, an optical component 2 to be measured and an intensity modulator 13 as an optical modulator or a non-linear optical medium. And a saturable absorber. Then, a part of the light in the ring is extracted and guided to the photodetector 3. In order to extract a part of the light from the ring, an optical coupler can be used when the light is coupled by an optical fiber, and a half mirror or a beam splitter can be used for the spatial coupling (not shown). The output signal of the photodetector 3 is observed with a normal oscilloscope 15 or the like. When the mode-lock oscillation is performed, the output signal is a pulse signal corresponding to the optical pulse train, so that it can be easily determined.

【0061】オシロスコープ15には、外部トリガ信号
を必要とするものと、必要としないものの2種類があ
る。能動型モードロックリングレーザでは外部の信号源
として信号発生器14が存在するので、この信号を外部
トリガ信号として利用できる。図1の例では、外部トリ
ガ信号を必要とする種類のオシロスコープ15を使用し
た例である。
There are two types of oscilloscopes 15 that require an external trigger signal and those that do not. In the active mode-locked ring laser, since the signal generator 14 exists as an external signal source, this signal can be used as an external trigger signal. In the example of FIG. 1, an oscilloscope 15 of a type that requires an external trigger signal is used.

【0062】また、モードロック発振を検知する他の手
段として、光検知器3およびオシロスコープ15を用い
る代りに、ストリークカメラを用いて光パルス列が発生
しているかどうかを直接観察してもよい(図示せず)。
As another means for detecting mode-lock oscillation, instead of using the photodetector 3 and the oscilloscope 15, a streak camera may be used to directly observe whether or not an optical pulse train is generated (see FIG. Not shown).

【0063】次に、光学長可変手段である光遅延器16
によって変化した光学長の変化分を検知する手段を説明
する。後に説明されるように、波長分散の測定に必要と
なるのは、光遅延器16の任意に設定された基準位置に
対する光学長の変化分であり、光学長そのものは必要で
ない。しかし、絶対的な光学長を検知する手段が用意さ
れているなら、それをもとに容易に光学長の変化分を得
ることができる。以下では、光学長を検知する手段が用
意されていないとして、光学長の変化分を検知する手段
について説明する。
Next, the optical delay unit 16 which is an optical length variable means
The means for detecting the change in the optical length changed by the above will be described. As will be described later, what is required for measuring the chromatic dispersion is a change in the optical length with respect to an arbitrarily set reference position of the optical delay device 16, and the optical length itself is not required. However, if a means for detecting an absolute optical length is provided, a change in the optical length can be easily obtained based on the means. Hereinafter, assuming that there is no means for detecting the optical length, a description will be given of a means for detecting a change in the optical length.

【0064】光学長の変化分を検知する手段は、さまざ
まな手段が考えられるが、通常は光遅延器16の機能と
して備わっている。例えば、専用コントローラやパソコ
ンなどから光学長やその変化分を設定することのできる
光遅延器16を用いれば、その設定値を変化させること
は、光学長の変化分を検知したことと同義である。
Various means can be considered as means for detecting the change in the optical length, but the means is normally provided as a function of the optical delay unit 16. For example, if the optical delay 16 that can set the optical length and its change from a dedicated controller or a personal computer is used, changing the set value is equivalent to detecting the change in the optical length. .

【0065】また、コーナーキューブミラーが設置され
ている直線移動ステージの移動量を検知する手段が用意
されているような光遅延器16では、光遅延器内では光
が往復しているとみなすことが出来るのでステージの移
動量を2倍にして光学長の変化分を得ることができる。
Further, in the optical delay device 16 in which means for detecting the amount of movement of the linear moving stage provided with the corner cube mirror is provided, it is assumed that light reciprocates in the optical delay device. Therefore, the amount of change in the optical length can be obtained by doubling the amount of movement of the stage.

【0066】光遅延器16にその機能として光学長の変
化分を検知する手段が用意されていない場合は、何らか
の手段によってコーナキューブミラーが設置されている
ステージの移動量を検知すればよい。ステージがステッ
ピングモーターによって駆動される方式ならば、ステー
ジを移動させるためにステッピングモーターに送出した
電気パルス数をカウントすることにより、このパルス数
とステージのギア比とからステージの移動量を知ること
ができる。さらにまた、ステージの移動軸の延長線上に
基準点を設け、この基準点とステージとの間の距離をマ
イクロメータ等で測定する方法もある。これらの方法に
よって得られたステージの移動量を2倍して、光学長の
変化分を検知することができる。
If the optical delay unit 16 does not have a function of detecting a change in the optical length as a function thereof, the movement amount of the stage on which the corner cube mirror is installed may be detected by some means. If the stage is driven by a stepping motor, the number of electric pulses sent to the stepping motor to move the stage is counted, and the amount of movement of the stage can be known from the number of pulses and the gear ratio of the stage. it can. Still another method is to provide a reference point on an extension of the movement axis of the stage and measure the distance between the reference point and the stage using a micrometer or the like. By doubling the moving amount of the stage obtained by these methods, a change in the optical length can be detected.

【0067】なお、厳密に光学長やその変化分を求める
ためには、ステージの移動量の2倍に空気の屈折率を乗
じなければならない。しかし、空気の屈折率はおよそ
1.0003程度なので、通常は空気の屈折率を無視し
てもそれによる誤差は0.03%を超えない。
In order to precisely determine the optical length and its change, it is necessary to multiply twice the moving amount of the stage by the refractive index of air. However, since the index of refraction of air is about 1.0003, the error caused by air does not usually exceed 0.03% even if the index of refraction of air is ignored.

【0068】また、光遅延器16の構成例として、導波
路の温度伸縮を用いた方式も考えられる。この場合も、
光学長の変化分を検知する何らかの手段が光遅延器16
の機能として用意されている場合が一般的である。この
ような手段が用意されていない場合は、実際の長さの変
化分を検知して、これに導波路媒質の屈折率を乗じれば
よい。
As an example of the configuration of the optical delay device 16, a system using temperature expansion and contraction of a waveguide can be considered. Again,
Some means for detecting the change in the optical length includes an optical delay unit 16.
In general, it is provided as a function. If such means is not provided, the change in the actual length may be detected and multiplied by the refractive index of the waveguide medium.

【0069】ここで、請求項で述べた一定のパルスの繰
り返し周波数でモードロック発振が発生するようにモー
ドロックリングレーザの光学長を調節することの、能動
型モードロックリングレーザにおける意昧を説明する。
Here, the meaning of adjusting the optical length of the mode-locked ring laser so that mode-locked oscillation occurs at a constant pulse repetition frequency in the active mode-locked ring laser will be described. I do.

【0070】能動型モードロックリングレーサにおいて
は、パルスの繰り返し周波数は、光変調器の変調周波数
に常に一致する。したがって、能動型モードロックリン
グレーザにおいてパルスの繰り返し周波数を一定に保つ
ということは、光変調器の変調周波数を一定に保持する
ことを意味する。ここで、モードロック発振している能
動型モードロックリングレーザにおいて、光変調器の変
調周波数が一定に保持されたまま、波長が変更された場
合を考える。リングレーザに波長分散があれば、リング
レーザの光学長がわずかながら変化し、よってリングレ
ーザの基本周波数が変化するので、モードロック発振は
発生しなくなるか、発生しても最適な状態ではなくな
る。
In an active mode-locked ring racer, the pulse repetition frequency always coincides with the modulation frequency of the optical modulator. Therefore, to keep the pulse repetition frequency constant in the active mode-locked ring laser means to keep the modulation frequency of the optical modulator constant. Here, a case is considered where the wavelength is changed while the modulation frequency of the optical modulator is kept constant in the active mode-locked ring laser that is performing mode-lock oscillation. If the ring laser has chromatic dispersion, the optical length of the ring laser slightly changes, and thus the fundamental frequency of the ring laser changes. Therefore, mode-lock oscillation does not occur, or even if it occurs, it is not in an optimal state.

【0071】したがって、能動型モードロックリングレ
ーザにおいて、請求項で述べたことは、具体的には、光
変調器の変調周波数を一定の値に保持したまま、波長を
変更しても、モードロック発振を検知する第1の手段に
よってモードロック発振が検知され続けるように、光学
長可変手段である光遅延器の光学長を調節することを意
味している。
Therefore, in the active mode-locked ring laser, what is stated in the claims is, specifically, that even if the wavelength is changed while the modulation frequency of the optical modulator is kept at a constant value, the mode-locked This means that the optical length of the optical delay device, which is the optical length variable means, is adjusted so that the mode locked oscillation is continuously detected by the first means for detecting oscillation.

【0072】以下、測定の手順について説明する。ま
ず、第1の波長においてモードロック発振を発生させ
る。そのためには、光変調器の変調周波数と光遅延器の
光学長のいずれか一方もしくは両方を調節しながら、モ
ードロック発振を検知する第1の手段を用いて最適な変
調周波数もしくは光学長を決定する。このとき、光変調
器の変調周波数を調節することと光遅延器の光学長を調
節することは理論的には同質の効果を与えるが、発明の
効果で後述するとおり、一般的には光遅延器の光学長を
調節する方がより高い分解能が得られる。モードロック
発振が得られたときの光遅延器の光学長を、以後の測定
のための基準量とするために、[0]と設定する。
Hereinafter, the measurement procedure will be described. First, mode-lock oscillation is generated at the first wavelength. For this purpose, the first means for detecting mode-locked oscillation is used to determine the optimum modulation frequency or optical length while adjusting one or both of the modulation frequency of the optical modulator and the optical length of the optical delay unit. I do. At this time, the adjustment of the modulation frequency of the optical modulator and the adjustment of the optical length of the optical delay unit theoretically have the same effect, but generally, as described later in the effects of the invention, the optical delay A higher resolution can be obtained by adjusting the optical length of the vessel. The optical length of the optical delay device when the mode-locked oscillation is obtained is set to [0] in order to use it as a reference amount for subsequent measurements.

【0073】次に、波長選択手段である波長可変光フィ
ルタ12を操作して、モードロックリングレーザの発振
波長を変化させる。このときの出力波長をλ+Δλとす
る。このとき、被測定光部品2を含むモードロックリン
グレーザ全体の波長分散が0でない限り、発振波長変化
に起因してモードロック発振は最適な状態からずれてし
まう。
Next, the wavelength tunable optical filter 12 as the wavelength selecting means is operated to change the oscillation wavelength of the mode-locked ring laser. The output wavelength at this time is λ + Δλ. At this time, unless the chromatic dispersion of the entire mode-locked ring laser including the optical component 2 to be measured is 0, the mode-locked oscillation deviates from the optimum state due to the change in the oscillation wavelength.

【0074】本発明では、光変調器の変調周波数を最初
の値に保持したまま、光学長可変手段である光遅延器1
6の光学長を調節する。モードロック発振を検知する第
1の手段によって最適なモードロック発振が検知される
ために必要な光学長の変化分を、光遅延器16などの検
知手段によって検知する。このようにして検知された光
学長の変化分をΔLとする。
In the present invention, while maintaining the modulation frequency of the optical modulator at the initial value, the optical delay device 1 as the optical length varying means is used.
Adjust the optical length of 6. A change in the optical length necessary for detecting the optimal mode-locked oscillation by the first means for detecting the mode-locked oscillation is detected by a detecting means such as the optical delay unit 16. The amount of change in the optical length detected in this manner is defined as ΔL.

【0075】このとき、(2) 式に対応する群遅延時間差
Δτと発振周波数の関係は(8) 式で与えられる。 f=1/(τ+Δτ+ΔL/c+T) …(8) ここで、cは光の速度(299792458m/s)で
ある。(1) 式及び (8)式より、群遅延時間差Δτは(9)
式で導かれる。
At this time, the relationship between the group delay time difference Δτ and the oscillation frequency corresponding to equation (2) is given by equation (8). f = 1 / (τ + Δτ + ΔL / c + T) (8) where c is the speed of light (299792458 m / s). From Equations (1) and (8), the group delay time difference Δτ is (9)
It is derived by the formula.

【0076】 Δτ=−ΔL/c …(9) したがって、前述した(5) 式に対応して、本実施例
における波長分数Dは(10)式で表される。
Δτ = −ΔL / c (9) Accordingly, the wavelength fraction D in the present embodiment is represented by the following equation (10), corresponding to the above-described equation (5).

【0077】 D≒Δτ/(L×Δλ)=−ΔL/(c×L×Δλ) …(10) 上式より、ΔL、LおよびΔλを測定することにより波
長分散Dが計算される。また、前述した(7) 式に対応し
て、被測定光部品2の全分散量Daは(11)式で表され
る。
D ≒ Δτ / (L × Δλ) = − ΔL / (c × L × Δλ) (10) From the above equation, the chromatic dispersion D is calculated by measuring ΔL, L and Δλ. In addition, corresponding to the above-described equation (7), the total amount of dispersion Da of the measured optical component 2 is expressed by the following equation (11).

【0078】 Da≒Δτ/Δλ=−ΔL/(c×Δλ) …(11) 以上のような測定を行うことにより、従来の技術の課題
で述べられている電気部品の周波数特性による誤差の問
題は、本実施例では発生しない。しかし、光遅延器16
の構成要素としてプリズムなどの波長分散特性を持つ材
料や装置を使用した場合や、光部品の結合に波長分散特
性を持つ光ファイバを使用した場合には、それらの波長
分散特性による誤差が生じる。本実施例ではこのような
誤差を以下に述べる方法で校正して抑制することができ
る。
Da ≒ Δτ / Δλ = −ΔL / (c × Δλ) (11) By performing the above-described measurement, the problem of the error due to the frequency characteristic of the electric component described in the problem of the prior art is obtained. Does not occur in this embodiment. However, the optical delay 16
When a material or a device having a wavelength dispersion characteristic such as a prism is used as a component of the optical component, or when an optical fiber having a wavelength dispersion characteristic is used for coupling optical components, an error occurs due to the wavelength dispersion characteristic. In this embodiment, such an error can be calibrated and suppressed by the method described below.

【0079】(9) 式で得られた群遅延時間差Δτは、被
測定光部品2のみによる群遅延時間差ΔτM と、被測定
光部品2以外の光部品による群遅延時間差ΔτL との和
であると考えられる。そこで被測定光部品2の入射端と
出射端を結合させて被測定光部品2を除いた波長分散測
定装置を構成し、上記と同様の測定を行なう。このとき
も発振周波数は、被測定光部品2を測定したときと同じ
周波数fを保つように、光遅延器16の光学長を調節す
る。
The group delay time difference Δτ obtained by the equation (9) is the sum of the group delay time difference Δτ M caused by only the measured optical component 2 and the group delay time difference Δτ L caused by the optical components other than the measured optical component 2. It is believed that there is. Therefore, the input end and the output end of the optical component 2 to be measured are combined to form a chromatic dispersion measuring apparatus excluding the optical component 2 to be measured, and the same measurement as described above is performed. Also at this time, the optical length of the optical delay unit 16 is adjusted so that the oscillation frequency maintains the same frequency f as when the measured optical component 2 is measured.

【0080】このときの(9) 式で得られた値は被測定光
部品2以外の光部品による群遅延時間差ΔτL である。
したがって、実際に被測定光部品2を挿入した時に得ら
れた群遅延時間差ΔτからこのΔτL を差し引くことに
より、被測定光部品2のみによる群遅延時間差ΔτM
求められる。この求められた群遅延時間差ΔτM および
(10)式より、被測定光部品2のみの波長分散Dが得られ
る。以上が校正の方法である。
The value obtained by the expression (9) at this time is the group delay time difference Δτ L between the optical components other than the optical component 2 to be measured.
Therefore, by subtracting this Δτ L from the group delay time difference Δτ obtained when the measured optical component 2 is actually inserted, the group delay time difference Δτ M of only the measured optical component 2 is obtained. The obtained group delay time difference Δτ M and
From the equation (10), the chromatic dispersion D of only the measured optical component 2 is obtained. The above is the calibration method.

【0081】なお、従来技術において同様に被測定光部
品2の入射端と出力端を短絡させると、全体の光学長が
短くなったことによって本来の測定時より繰り返し周波
数が高くなるので、電気部品に周波数特性が全くない場
合を除いて、被測定光部品2以外の波長分散特性を校正
することができない。
When the incident end and the output end of the optical component 2 to be measured are similarly short-circuited in the prior art, the repetition frequency becomes higher than at the time of the original measurement due to the shortened overall optical length. Except when there is no frequency characteristic at all, it is not possible to calibrate the chromatic dispersion characteristics other than the optical component 2 to be measured.

【0082】[0082]

【実施例】以下、本発明における光部品の波長分散測定
装置の具体的実施例を説明する。 (第1実施例)図1の測定装置に比較してさらに高精度
に基本周波数を測定するための第1実施例を図4に示
す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific embodiment of the chromatic dispersion measuring apparatus for optical components according to the present invention will be described. (First Embodiment) FIG. 4 shows a first embodiment for measuring the fundamental frequency with higher accuracy than the measuring apparatus of FIG.

【0083】第1実施例においては、図4に示すよう
に、光検知器3の出力信号を一部分岐させ、低域通過フ
ィルタ17を介してパワーメータ18に導く。低域通過
フィルタ17の通過帯域は、光増幅器11の緩和振動周
波数と呼ばれる周波数であるおよそ数10kHzを通過
させるように設定する。パワーメータ18によって測定
される低域のパワーは、完全なモードロック発振のとき
に最小になることが知られている(高良ほか、緩和振動
周波数成分抑圧によるモード同期Er添加ファイバレー
ザの安定化法、1995年電子情報通信学会総合大会、
B−1156)。こうして完全なモードロック発振の状
態になるように変調周波数を調整すれば、容易に光学長
の変化分を1μmの精度で測定することができる。な
お、図4のその他の構成は図1の測定装置と全く同様で
ある。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the output signal of the photodetector 3 is partially branched and guided to the power meter 18 via the low-pass filter 17. The pass band of the low-pass filter 17 is set so as to pass approximately several tens of kHz, which is a frequency called a relaxation oscillation frequency of the optical amplifier 11. It is known that the low-frequency power measured by the power meter 18 is minimized at the time of perfect mode-locked oscillation (Takara et al., Stabilization of mode-locked Er-doped fiber laser by suppression of relaxation oscillation frequency component). , 1995 IEICE General Conference,
B-1156). If the modulation frequency is adjusted so as to achieve a completely mode-locked oscillation state, the change in the optical length can be easily measured with an accuracy of 1 μm. The other configuration of FIG. 4 is completely the same as that of the measuring apparatus of FIG.

【0084】ところで、従来技術の項目でも述べたよう
に、波長分散は数学的には群遅延時間差の波長に対する
微分で表される。この微分量が直接得られるような波長
分散の測定方法も存在し、その方法を用いてもよいが、
本発明の実施の形態では、直接的に測定されるのは群遅
延時間差である。ここまでに述べられてきた方法は、群
遅延時間差の波長に対する微分を差分に置き換えた近似
式により、かつ、2種類の異なる波長における測定のみ
から波長分散を求める方法である。
By the way, as described in the section of the prior art, the chromatic dispersion is mathematically represented by the derivative of the group delay time difference with respect to the wavelength. There is also a method of measuring chromatic dispersion such that this differential amount can be obtained directly, and that method may be used,
In the embodiment of the present invention, it is the group delay time difference that is directly measured. The method described so far is a method of obtaining chromatic dispersion by an approximation formula in which the derivative of the group delay time difference with respect to the wavelength is replaced by the difference, and only by measurement at two different wavelengths.

【0085】しかし、群遅延時間差(あるいは光学長の
変化分)を測定する波長の数を2種類より多くし、それ
ぞれの波長に対応する光学長の変化分をそれぞれ測定す
れば、近似の精度が向上する。例えば、3種類の波長λ
−Δλ、λおよびλ+Δλにおいて、発振周波数を一定
値fに保つために必要な光遅延器16の光学長の変化分
がそれぞれ、−ΔL1 、0、およびΔL2 と測定された
とする。この3組の測定値を2次関数で近似すれば、波
長λにおける被測定光部品2の波長分散Dは(12)式で計
算される。
However, if the number of wavelengths at which the group delay time difference (or the change in the optical length) is measured is made larger than two types, and the change in the optical length corresponding to each wavelength is measured, the approximation accuracy is improved. improves. For example, three types of wavelengths λ
At −Δλ, λ and λ + Δλ, it is assumed that the changes in the optical length of the optical delay unit 16 required to maintain the oscillation frequency at the constant value f are measured as −ΔL 1 , 0, and ΔL 2 , respectively. If the three sets of measured values are approximated by a quadratic function, the chromatic dispersion D of the measured optical component 2 at the wavelength λ is calculated by the equation (12).

【0086】 D≒−(ΔL1 +ΔL2 )/(2×c×L×Δλ) …(12) また、被測定光部品2の全分散量Daは、前述した(11)
式に対応して(13)式で計算される。
D ≒ − (ΔL 1 + ΔL 2 ) / (2 × c × L × Δλ) (12) Further, the total amount of dispersion Da of the optical component 2 to be measured is described above in (11).
It is calculated by equation (13) corresponding to the equation.

【0087】 Da≒−(ΔL1 +ΔL2 )/(2×c×Δλ) …(13) なお、2組の測定がある場合の(10)式または(11)式や、
3組の測定がある場合の(12)式または(13)式、さらに多
数の測定がある場合のそれに対応する計算式によって、
波長分散Dまたは全分散量Daを計算する手段は、測定
後に測定者が計算する方式でもよいが、測定装置にこの
計算手順を組込むことも当然に可能である。
Da ≒ − (ΔL 1 + ΔL 2 ) / (2 × c × Δλ) (13) Expression (10) or (11) when there are two sets of measurements,
Equations (12) or (13) when there are three sets of measurements, and the corresponding equations when there are more measurements,
The means for calculating the chromatic dispersion D or the total amount of dispersion Da may be a method in which the measurer calculates after the measurement, but it is naturally possible to incorporate this calculation procedure into the measuring device.

【0088】さらに、モードロック発振を最適な状態に
保持するように光学長可変手段である光遅延器16の光
学長を調節する操作も、測定者が手動で行う力式でもよ
いが、測定装置に組込むことも当然に可能である。
Further, the operation of adjusting the optical length of the optical delay unit 16 which is an optical length varying means so as to maintain the mode-locked oscillation in an optimum state may be performed manually by a measurer. It is of course possible to incorporate them into

【0089】(第2実施例)図5は受動型モードロック
リングレーザを用いた光部品の波長分散測定装置の第2
実施例である。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of a wavelength dispersion measuring apparatus for optical components using a passive mode-locked ring laser.
This is an example.

【0090】この第2実施例では非線型光学媒質として
可飽和吸収体19を用いている。モードロック発振を検
知する第1の手段としてオシロスコープ15を用いる場
合、外部トリガ信号が利用できないので、外部トリガ信
号を必要としない種類のオシロスコープ15を用いる必
要がある。その他、光学長可変手段および光学長可変手
段によつて変化した光学長の変化分を検知する手段は、
前述した能動型モードロックレーザを利用した図4に示
す第1実施例と同様である。
In the second embodiment, a saturable absorber 19 is used as a nonlinear optical medium. When the oscilloscope 15 is used as the first means for detecting the mode locked oscillation, an oscilloscope 15 of a type that does not require an external trigger signal must be used because an external trigger signal cannot be used. In addition, the optical length varying means and the means for detecting a change in the optical length changed by the optical length varying means include:
This is the same as the first embodiment shown in FIG. 4 using the active mode-locked laser described above.

【0091】請求項に述ベた一定のパルスの繰り返し周
波数でモードロック発振が発生するようにモ一ドロック
リングレーザの光学長を調節することの、受動型モード
ロックリングレーザにおける意味について説明する。
The meaning of adjusting the optical length of the mode-locked ring laser so that mode-locked oscillation is generated at a constant pulse repetition frequency in the passive mode-locked ring laser will be described.

【0092】受動型モードロックリングレーザにおいて
は、パルスの繰り返し周波数は、リングレーザの光学長
の変化に応じて変化する。受動型のモードロックリング
レーザにおいて、最適なモードロック発振している状態
からモードロックリングレーザの光学長がわずかに変化
すると、最適なモードロック発振している状態は保たれ
たまま、パルスの繰り返し周波数が光学長の変化に対応
して変化する。
In a passive mode-locked ring laser, the pulse repetition frequency changes according to the change in the optical length of the ring laser. In a passive mode-locked ring laser, if the optical length of the mode-locked ring laser slightly changes from the state of optimal mode-locked oscillation, pulse repetition is maintained while the state of optimal mode-locked oscillation is maintained. The frequency changes in response to the change in the optical length.

【0093】したがって、受動型モードロックリングレ
ーザにおいて、請求項で述べたことは具体的には、波長
の変更によつて結果的に生じるパルスの繰り返し周波数
の変化を打消すように、光学長可変手段である光遅延器
の光学長を調節することを意味している。
Therefore, in the passive mode-locked ring laser, what is stated in the claims is, specifically, an optical length variable so as to cancel the change in the repetition frequency of the pulse resulting from the change in the wavelength. This means that the optical length of the optical delay device is adjusted.

【0094】このため、受動型モードロックリングレー
ザを利用した第2実施例では、出力光パルスの繰り返し
周波数を測定する手段の追加が必要である。出力光パル
スの繰り返し周波数を測定するためには、光検知器3で
光パルス列を電気信号に変えた後、2分岐させてオシロ
スコープ15等で波形を観察するとともに、周波数カウ
ンタ20等を用いて電気パルス列の繰り返し周波数を測
定すればよい。すなわち、波長を変更したときに、周波
数カウンタ20等で測定される電気パルス列の繰り返し
周波数が一定の値に保たれるように、光学長可変手段で
ある光遅延器16の光学長を調節する。以下、波長分散
の計算方法は実施の形態及び第1実施例における説明と
同じである。
For this reason, in the second embodiment using the passive mode-locked ring laser, it is necessary to add a means for measuring the repetition frequency of the output light pulse. In order to measure the repetition frequency of the output optical pulse, the optical pulse train is converted into an electric signal by the photodetector 3, then divided into two, and the waveform is observed with the oscilloscope 15 or the like. What is necessary is just to measure the repetition frequency of a pulse train. That is, when the wavelength is changed, the optical length of the optical delay unit 16 as the optical length varying means is adjusted so that the repetition frequency of the electric pulse train measured by the frequency counter 20 or the like is maintained at a constant value. Hereinafter, the method of calculating chromatic dispersion is the same as that described in the embodiment and the first example.

【0095】(第3実施例)図6は受動型モードロック
リングレーザを用いた光部品の波長分散測定装置の第3
実施例である。
(Third Embodiment) FIG. 6 shows a third embodiment of a chromatic dispersion measuring apparatus for optical parts using a passive mode-locked ring laser.
This is an example.

【0096】この第3実施例の基本的な構成は図5に示
す第2実施例と同じであるが、相違点として周波数カウ
ンタ20の代りに発振器21と周波数位相比較器22、
そして周波数位相比較器22からの信号を受け、閉回路
の信号と発振器21からの信号との周波数及び位相差を
表示する周波数位相差表示器23が設けられている。な
お、これらの発振器21、周波数位相比較器22及び周
波数位相差表示器23は特別なものではなく、一般に市
販されているものでよい。
The basic structure of the third embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 5, except that an oscillator 21 and a frequency phase comparator 22 are used instead of the frequency counter 20.
Further, a frequency / phase difference display 23 for receiving a signal from the frequency / phase comparator 22 and displaying a frequency and a phase difference between a signal of the closed circuit and a signal from the oscillator 21 is provided. Note that the oscillator 21, the frequency / phase comparator 22, and the frequency / phase difference display 23 are not special ones, and may be commercially available.

【0097】そして、この第3実施例での測定手順は次
のようになる。まず、第2実施例と同様に、モードロッ
ク発振させ、このとき周波数位相差表示器23に表示さ
れる周波数及び位相差が零になるように発振器21の発
振周波数を調整する。次に、波長を変更すると波長分散
によってパルスの繰り返し周波数が変わり、周波数位相
差表示器23に周披数及び位相差が表示される。したが
って、この周披数及び位相差が再び零になるように光遅
延器16の光学長を調整する。以下、波長分散の計算方
法は実施の形態及び第1実施例における説明と同じであ
る。
The measuring procedure in the third embodiment is as follows. First, similarly to the second embodiment, mode-lock oscillation is performed. At this time, the oscillation frequency of the oscillator 21 is adjusted so that the frequency and the phase difference displayed on the frequency / phase difference display 23 become zero. Next, when the wavelength is changed, the repetition frequency of the pulse is changed by the wavelength dispersion, and the frequency and phase difference are displayed on the frequency / phase difference display 23. Therefore, the optical length of the optical delay unit 16 is adjusted so that the number of rounds and the phase difference become zero again. Hereinafter, the method of calculating chromatic dispersion is the same as that described in the embodiment and the first example.

【0098】なお、第2,第3実施例において、パルス
の繰り返し周波数を一定に保つように光遅延器16の光
学長を調節する操作も、測定者が手動で行う方式でもよ
いが、測定装置に組込むことも当然に可能である。
In the second and third embodiments, the operation of adjusting the optical length of the optical delay unit 16 so as to keep the pulse repetition frequency constant may be performed manually by a measurer. It is of course possible to incorporate them into

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明の光部品の波長分散測定装置にお
いては、リングを構成する部分を光のみで構成したの
で、従来技術における光検知器3、帯域通過用のフイル
タ4、増幅器5及び振輻制限器6における電気部品の周
波数応答特性、特に群遅延の周波数に対する依存性によ
る誤差は発生しない。
In the chromatic dispersion measuring apparatus for optical parts according to the present invention, since the ring is made up of only light, the light detector 3, the band-pass filter 4, the amplifier 5 and the oscillator in the prior art are used. An error does not occur due to the frequency response characteristic of the electric component in the radiation limiter 6, particularly the dependence of the group delay on the frequency.

【0100】なお、本発明では従来技術に対して、波長
可変光フイルタ12や強度変調器13などの光部品が追
加されており、これらが測定上、無視できない波長分散
特性を持っている場合もあるが、その際は校正の項で説
明されている手順に従えば被測定光部品2だけの厳密な
波長分散が求められる。これに対し従来技術では電気信
号の周波数応答特性の問題を回避するのは非常に難し
い。
In the present invention, optical components such as a wavelength tunable optical filter 12 and an intensity modulator 13 are added to the prior art, and even if these have wavelength dispersion characteristics that cannot be ignored in measurement. However, in that case, if the procedure described in the calibration section is followed, strict chromatic dispersion of only the optical component 2 to be measured can be obtained. On the other hand, it is very difficult to avoid the problem of the frequency response characteristic of the electric signal in the related art.

【0101】次に、本発明では光増幅器11を用いてい
ることにより、従来技術に対して波長の可変範囲が広い
という効果を有している。光増幅器11の説明で述べた
とおり、適当な光フイルタと組み合わせれば、50〜1
00nmの波長の可変範囲が得られる。この特性は、光
通信システムの設計などにおいて十分な可変範囲である
といえる。
Next, according to the present invention, the use of the optical amplifier 11 has an effect that the variable range of the wavelength is wider than that of the prior art. As described in the description of the optical amplifier 11, when combined with an appropriate optical filter, 50 to 1
A variable range of wavelength of 00 nm is obtained. This characteristic can be said to be a sufficiently variable range in the design of an optical communication system and the like.

【0102】また、(9) 式から明らかのように、波長の
可変範囲が大きいほど、より小さな波長分散も測定でき
るので、本発明では波長分散の分解能が高まっていると
いえる。さらに、被測定光部品2に入射する光電力につ
いても、光増幅器11の利得を調整することにより変更
する事ができるので、より実際の使用条件に近い形での
測定が可能である。
Further, as is apparent from the equation (9), the larger the variable range of the wavelength, the smaller the chromatic dispersion can be measured. Therefore, it can be said that the resolution of the chromatic dispersion is increased in the present invention. Furthermore, the optical power incident on the optical component under test 2 can be changed by adjusting the gain of the optical amplifier 11, so that the measurement can be performed in a form closer to actual use conditions.

【0103】次に、モードロックリングレーザの変調周
波数は、光の周回の基本周波数にきわめて敏感である。
上記のような手段を用いれば、光学長の変化量ΔLを1
μmの精度で測定することは容易である。この精度に対
応する波長分散の測定精度は、被測定光部品2として長
さ100mの光ファイバを考えた場合、波長変化量Δλ
を従来技術と同じ5nmとして、0.007psec/
nm/kmに達する。この精度は、従来技術の理諭的な
限界をさらに2桁近く上回るものである。
Next, the modulation frequency of the mode-locked ring laser is extremely sensitive to the fundamental frequency of the light circulation.
If the above means is used, the variation ΔL of the optical length becomes 1
It is easy to measure with an accuracy of μm. The measurement accuracy of chromatic dispersion corresponding to this accuracy is as follows: when an optical fiber having a length of 100 m is considered as the optical component 2 to be measured, the wavelength change amount Δλ
Is 5 nm, which is the same as the conventional technology, and 0.007 psec /
nm / km. This accuracy is nearly two orders of magnitude above the theoretical limits of the prior art.

【0104】さらに、本発明は、リング部分をすベて光
で周回させる方式であることによる別の効果も有してい
る。すなわち、従来技術の課題であった電気部の各部品
の調整が不要になり、測定の容易性および客観性(再現
性)が増している。
Further, the present invention has another effect due to the system in which the entire ring portion is circulated by light. That is, the adjustment of each component of the electric unit, which is a problem of the related art, is not required, and the easiness of measurement and the objectivity (reproducibility) are increased.

【0105】また、当然、群遅延特性の測定も可能であ
る。すなわち、少なくとも2つの異なる波長において光
学長の変化量ΔLを測定することにより、(9) 式から群
遅延時間差Δτが計算される。この群遅延測定における
従来技術に対する効果は、波長分散測定における本発明
の従来技術に対する効果と同様の点を指摘することがで
きる。
Further, it is naturally possible to measure the group delay characteristic. That is, by measuring the change amount ΔL of the optical length at at least two different wavelengths, the group delay time difference Δτ is calculated from Expression (9). The effect of the group delay measurement on the conventional technology can be pointed out in the same manner as the effect of the present invention on the chromatic dispersion measurement on the conventional technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態に係わる光部品の波長分
散測定装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus for measuring chromatic dispersion of an optical component according to an embodiment of the present invention.

【図2】 モードロック発振と光パルス列の関係を説明
するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between mode locked oscillation and an optical pulse train.

【図3】 コーナキューブミラーを用いた光遅延器の動
作原理及び概略構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation principle and a schematic configuration of an optical delay device using a corner cube mirror;

【図4】 本発明の第1実施例に係わる光部品の波長分
散測定装置の概略構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a chromatic dispersion measuring apparatus for an optical component according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第2実施例に係わる光部品の波長分
散測定装置の概略構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a chromatic dispersion measuring apparatus for an optical component according to a second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第3実施例に係わる光部品の波長分
散測定装置の概略構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring chromatic dispersion of an optical component according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 従来の光部品の波長分散測定装置の概略構成
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional wavelength dispersion measuring device for optical components.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 被測定光部品 3 光検知器 11 光遅延器 12 波長可変光フィルタ 13 強度変調器 14 信号発生器 15 オシロスコープ 16 光遅延器 17 低域通過フィルタ 18 パワーメータ 19 可飽和吸収体 20 周波数カウンタ 21 発振器 22 周波数位相比較器 23 周波数位相差表示器 2 Optical Component Under Measurement 3 Optical Detector 11 Optical Delay Device 12 Wavelength Variable Optical Filter 13 Intensity Modulator 14 Signal Generator 15 Oscilloscope 16 Optical Delay Device 17 Low Pass Filter 18 Power Meter 19 Saturable Absorber 20 Frequency Counter 21 Oscillator 22 frequency phase comparator 23 frequency phase difference display

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 崇記 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 高良 秀彦 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 川西 悟基 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 猿渡 正俊 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Takashi Saito, Inventor 5--10-27 Minamiazabu, Minato-ku, Tokyo Inside Anritsu Corporation (72) Inventor Hidehiko Takara 3-9-1, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Satoru Kawanishi 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Masatoshi Saruwatari 3-192 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも2種類の既知の波長で選択的
に発振可能なモードロックリングレーザを備え、該モー
ドロックリングレーザのリング中に被測定光部品を挿入
することによって当該被測定光部品の波長分散特性を測
定するための光部品の波長分散測定装置であって、 前記リングに接続されていて、モードロック発振を検知
する第1の手段(3,15)と、 前記の少なくとも2種類の既知の波長のいずれにおいて
も一定の繰り返し周波数でモードロック発振が発生する
ように前記のモードロックリングレーザの光学長を調節
する第2の手段(16)と、 前記光学長の変化分を検知する第3の手段(15,1
4)とを備え、 前記の少なくとも2種類の既知の波長と、前記第3の手
段で検知された光学長の変化分とに基づいて当該被測定
光部品の波長分散特性を演算することを特徴とする光部
品の波長分散測定装置。
1. A mode-locked ring laser capable of selectively oscillating at least two kinds of known wavelengths, wherein the optical component to be measured is inserted into a ring of the mode-locked ring laser so that the optical component is measured. A chromatic dispersion measuring device for an optical component for measuring chromatic dispersion characteristics, comprising: a first means (3, 15) connected to the ring for detecting mode-locked oscillation; Second means (16) for adjusting the optical length of the mode-locked ring laser so that mode-locked oscillation occurs at a constant repetition frequency at any of known wavelengths, and detecting a change in the optical length. Third means (15, 1
4) calculating a wavelength dispersion characteristic of the measured optical component based on the at least two known wavelengths and a change in the optical length detected by the third means. Chromatic dispersion measuring device for optical components.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2800870A1 (en) * 1999-11-05 2001-05-11 Comm Res Lab Ministry Of Posts Device and procedure for measuring optical dispersion in optical, especially monomode, fiber, in which at least two beams are generated from an initial beam and recombined
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