(57)【要約】【課題】  波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよい波長可変光源およびこの波長可変光源を用いた波長特性測定システムを実現することを目的にする。【解決手段】  本発明は、所定の波長範囲にわたってレーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザにレーザ駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、半導体レーザが出力するレーザ光を受光する受光部と、この受光部が受光したレーザ光の光強度に基づいてレーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を制御する電流制御部とを備えた波長可変光源に改良を加えたものである。本光源は、波長ごとに光強度の値を記憶する記憶部と、受光部から出力される光強度の値と記憶部の光強度の値とを比較してレーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を求める演算手段とを有し、記憶部は、レーザ駆動電流の増減に対してレーザ光の光強度の変化分が一定となる範囲内の光強度の値を記憶することを特徴とするものである。【選択図】                    図１
2006086431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長範囲にわたってレーザ光を出力する半導体レーザと、
この半導体レーザにレーザ駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、
前記半導体レーザが出力するレーザ光を受光する受光部と、
この受光部が受光したレーザ光の光強度に基づいて前記レーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を制御する電流制御部と
を備えた波長可変光源において、
波長ごとに光強度の値を記憶する記憶部と、
前記受光部から出力される光強度の値と前記記憶部の光強度の値とを比較して前記レーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を求める演算手段と
を有し、前記記憶部は、前記レーザ駆動電流の増減に対してレーザ光の光強度の変化分が一定となる範囲内の光強度の値を記憶することを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
記憶部は、範囲のほぼ中央の電流値に相当する光強度の値を記憶することを特徴とする請求項１記載の波長可変光源。
【請求項３】
被測定対象の波長特性を測定する波長特性測定システムにおいて、
請求項１または２記載の波長可変光源と、
前記被測定対象を介さずに得られる前記波長可変光源からの第１の出力光と前記被測定対象を介して得られる前記波長可変光源からの第２の出力光とを測定し、第１の出力光と第２の出力光との差分から前記被測定対象の波長特性を測定する光測定器と
を有することを特徴とする波長特性測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の波長範囲にわたってレーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザにレーザ駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、半導体レーザが出力するレーザ光を受光する受光部と、この受光部が受光したレーザ光の光強度に基づいてレーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を制御する電流制御部とを備えた波長可変光源およびこの波長可変光源を用いた波長特性測定システムに関し、詳しくは、波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよい波長可変光源およびこの波長可変光源を用いた波長特性測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長可変光源は、出力光の波長を広範囲にわたって変えることができる。このような波長可変光源で波長掃引し、光学部品、測定器等の波長特性の測定が行なわれる。例えば、波長フィルタの透過特性、ビームスプリッタの分岐比特性、光スイッチのスイッチング特性等が測定される。
【０００３】
測定方法は、波長可変光源からの出力光を被測定対象（光学部品、測定器等）に入力する。そして、被測定対象からの出力光を光スペクトラムアナライザや光パワーメータ等の光測定器で測定する。また、波長可変光源の波長を掃引することによって、被測定対象の波長特性が測定される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
通常、波長可変光源は、広い波長範囲（例えば、数百［ｎｍ］）にわたって一定の光強度（光パワーとも呼ばれる）となる出力光を出力することは困難である。これは、半導体レーザのレーザ光の光強度が、半導体レーザを駆動するレーザ駆動電流が一定であっても波長によって異なるからである。
【０００５】
このため、被測定対象の波長特性を測定する際には、波長掃引を２回行なう。まず、被測定対象を接続せずに、波長可変光源と光測定器を直接接続して波長掃引し、１回目の測定を行なう。次に、波長可変光源と光測定器との間に被測定対象を接続して波長掃引し、２回目の測定を行う。そして、１回目の測定と２回目の測定との差分をとることにより、精度よく被測定対象の波長特性を測定することができる。
【０００６】
ちなみに光強度を安定させて出力する場合は、ＡＰＣ（Automatic Power Control）制御を行なってレーザ駆動電流を変化させるか、光アッテネータを用いて変化させる。
【０００７】
続いて、図４は、半導体レーザへのレーザ駆動電流とレーザ光の光強度の特性（いわゆる、Ｉ−Ｌ特性）を示した図である。図４において、横軸はレーザ駆動電流の電流値であり、縦軸はレーザ光の光強度である。所定の電流値Ｉｔまでは、レーザ光はほとんど出力されない。そして、電流値Ｉｔを越えると、電流の増加に比例して、すなわち直線性をもって出力が増加する。さらに、所定の電流値Ｉｓを越えると出力が飽和する。また、電流値Ｉｓを越えても電流値を増やすと、光出力は減少し、更には半導体レーザが破壊されることもある。通常、出力が飽和する手前の電流値Ｉｄで、駆動される。
【０００８】
そして、半導体レーザの使用環境（例えば、温度等）が変動したり、半導体レーザに注入されるレーザ駆動電流量によって半導体レーザ自体の温度が変動すると、Ｉ−Ｌ特性も変化する。具体的に、図５を用いて説明する。図５は、温度の変化によるＩ−Ｌ特性の変化を示した図である。ここで、図４と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。
【０００９】
図５において、温度がＴからＴ１、Ｔ２（Ｔ≠Ｔ１≠Ｔ２）に変動すると、特性曲線もＡからＡ１、Ａ２に変化するが、曲線が横軸にそって変化するだけであり、形状は類似である。従って、温度が変化しても、掃引する波長範囲にわたって光強度が一様に変動し、ＡＰＣも容易である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３０８４５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように２回に分けて測定を行なって差分をとるので、波長可変光源の出力光の光強度が波長によって異なっていても被測定対象の特性を測定することができる。
【００１２】
しかしながら、実際の半導体レーザのＩ−Ｌ特性は、全波長にわたって図４に示すように直線性のよいものばかりではない。図６を用いて、説明する。図６は、その他のＩ−Ｌ特性を示した図である。ここで、図４と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。波長によっては、図６（ａ）に示すように凹凸があり、電流の増加に伴なって出力が下がるものや、図６（ｂ）に示すように、レーザ光が出力されるには大きな電流値Ｉｔを必要とし、僅かな温度変化によってレーザ光が出力されないもの等、様々な特性をもつ。
【００１３】
そのため、１回目と２回目の測定の間に温度が変化し、Ｉ−Ｌ特性も変化すると、掃引する波長範囲でＡＰＣ制御ができない波長が発生することがある。そのため、１回目と２回目とで出力光の再現性が悪くなり、被測定対象の波長特性を精度よく測定することが難しいという問題があった。
【００１４】
そこで本発明の目的は、波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよい波長可変光源およびこの波長可変光源を用いた波長特性測定システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１記載の発明は、
所定の波長範囲にわたってレーザ光を出力する半導体レーザと、
この半導体レーザにレーザ駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、
前記半導体レーザが出力するレーザ光を受光する受光部と、
この受光部が受光したレーザ光の光強度に基づいて前記レーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を制御する電流制御部と
を備えた波長可変光源において、
波長ごとに光強度の値を記憶する記憶部と、
前記受光部から出力される光強度の値と前記記憶部の光強度の値とを比較して前記レーザ駆動回路が出力するレーザ駆動電流を求める演算手段と
を有し、前記記憶部は、前記レーザ駆動電流の増減に対してレーザ光の光強度の変化分が一定となる範囲内の光強度の値を記憶することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
記憶部は、範囲のほぼ中央の電流値に相当する光強度の値を記憶することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３記載の発明は、
被測定対象の波長特性を測定する波長特性測定システムにおいて、
請求項１または２記載の波長可変光源と、
前記被測定対象を介さずに得られる前記波長可変光源からの第１の出力光と前記被測定対象を介して得られる前記波長可変光源からの第２の出力光とを測定し、第１の出力光と第２の出力光との差分から前記被測定対象の波長特性を測定する光測定器と
を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１、２によれば、記憶部が、レーザ駆動電流の増減に対して変化分が一定となる範囲内の光強度の値を、あらかじめ記憶する。そして、出力光の波長掃引を行う場合、演算手段が、記憶部の光強度の値と受光部からの光強度の値とに基づいて、レーザ駆動電流を求める。これにより、温度変化等によってＩ−Ｌ特性が変化しても、一部の波長でＡＰＣ制御ができなくなることがない。従って、波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよく、被測定対象の波長特性を精度よく測定することができる。
【００１９】
請求項２によれば、記憶部が、Ｉ−Ｌ特性で直線性のよい範囲のほぼ中央付近の電流値に相当する光強度の値を記憶するので、Ｉ−Ｌ特性の変動の影響を受けにくく、光強度の再現性がさらによくなる。
【００２０】
請求項３によれば、請求項１または２記載の波長可変光源の出力光を用いるので、波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよい。これにより、複数回の波長掃引を行なって測定を行なっても、被測定対象の波長特性を精度よく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示す構成図である。波長可変光源には外部共振器型と内部共振器型とがあるが、ここでは、波長可変範囲が広い外部共振器型の波長可変光源を一例にして説明する。また、モードホップが発生しないリットマン配置型で説明する。
【００２２】
図１において、光増幅部１０は、半導体レーザ１１、第１のレンズ１２、第２のレンズ１３を有する。半導体レーザ１１は、一端に反射防止膜１１ａを有する。第１のレンズ１１は、半導体レーザ１１の一端（反射防止膜１１ａのある端面）から出射される光を平行光にし出射する。第２のレンズ１３は、半導体レーザ１１の他端から出射されるレーザ光を集光する。
【００２３】
波長選択部２０は、回折格子２１、波長選択ミラー２２、ミラー回転手段２３とを有し、光増幅部１０の一端から入射される光を波長選択し、光増幅部１１に帰還する。回折格子２１は、光増幅部１０からの光および波長選択ミラー２２からの光を波長分散する。波長選択ミラー２２は、反射手段であり、回折格子２１が波長分散した光を回折格子２１に反射する。ミラー回転手段２３は、波長選択ミラー２２を回転し、回折格子２１が光増幅部１０に帰還する光の波長選択を行う。
【００２４】
レーザ駆動回路３０は、半導体レーザ１１を駆動するためのレーザ駆動電流を半導体レーザ１１に出力する。光カプラ４０は、第２のレンズ１３で集光されるレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を２分岐し、一方の分岐光を出力光として出力する。受光部５０は、光カプラ４０によって分岐された他方の分岐光を受光し、受光したレーザ光の光強度の値を出力する。
【００２５】
電流制御部６０は、演算手段６１を有し、受光部５０が受光したレーザ光（他方の分岐光）の光強度に基づいてレーザ駆動回路３０が出力するレーザ駆動電流の電流値を制御する。記憶部７０は、所定の波長範囲すなわち波長可変範囲で、波長ごとに光強度の値を記憶する。また、演算手段６１は受光部５０から出力されるレーザ光の光強度の値と記憶部７０の光強度の値とを比較してレーザ駆動回路３０が出力するレーザ駆動電流を求める。
【００２６】
このような装置の動作を説明する。
まず、記憶部７０に各波長における光強度の値を記憶する動作を説明する。所定の波長ごと、例えば、１［ｎｍ］間隔で半導体レーザ１１のＩ−Ｌ特性を測定する。具体的には、レーザ駆動回路３０が出力する電流値を電流計で測定し、受光部５０が受光した光強度を測定する。または波長可変光源の出力光を光パワーメータで測定してもよい。
【００２７】
そして、求めたＩ−Ｌ特性から、レーザ駆動電流の増減に対してレーザ光の光強度の変化分が一定となる範囲、すなわち直線性のよい範囲を探し、この範囲内の光強度の値を記憶部７０に格納する、なお、この範囲のうち、ほぼ中央付近の電流値に相当する光強度の値を記憶部７０に格納するとよい。
【００２８】
図２を用いて説明する。図２は、図４、図６に示したＩ−Ｌ特性であり、図４、図６と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図２に示すように、直線性のよい範囲のほぼ中央の電流値に相当する光強度の値を記憶部７０に格納する。例えば、図２（ａ）であれば電流値Ｉｄ（ａ）に対応する光強度の値Ｐ（ａ），図２（ｂ）であれば電流値Ｉｄ（ｂ）に対応する光強度の値Ｐ（ｂ）、図２（ｃ）であれば電流値Ｉｄ（ｃ）に対応する光強度の値Ｐ（ｃ）を記憶部７０に記憶する。なお、記憶部７０に記憶させるのは、装置を出荷する前の調整時や装置の校正時に行なうとよい。
【００２９】
光強度が飽和している範囲（Ｉｓよりも大きな電流値）や、レーザ光が出力される前の範囲（０〜Ｉｔの範囲）は、変化分が一定（変化分＝０）で直線性があるが、これらの範囲は、もちろん対象外である。
【００３０】
続いて、被測定対象の測定を行なう動作を説明する。
レーザ駆動回路３０が、初期値として設定された電流値となるレーザ駆動電流を半導体レーザ１１に出力する。これにより、半導体レーザ１１の一端から出射された光は、第１のレンズ１２で平行光にされ回折格子２１に入射する。そして、回折格子２１に入射した光は回折格子２１によって回折され、波長ごとに異なる角度に波長分散され、波長選択ミラー２２に入射する。さらに波長選択ミラー２２に入射した光のうち、所望の波長の光のみが、同一の光路で回折格子２１に反射される。なお、ミラー回転手段２３によって、同一光路で反射する波長の選択を行う。
【００３１】
そして、回折格子２１に入射された光は再度波長分散され、波長選択部２０で選択された波長の光のみが第１のレンズ１２によって半導体レーザ１１で収束し、帰還する。ここで、半導体レーザ１１の他端と波長選択ミラー２２とにより外部共振器が形成され、レーザ発振が行われる。
【００３２】
一方、反射防止膜１１ａの施されていない他端から出射したレーザ光は、第２のレンズ１３によって集光され、光カプラ４０に入射する。そして、光カプラ４０が、レーザ光を２分岐し、分岐された一方の分岐光は可変波長光源の出力光として出力され、他方の分岐光は受光部５０で受光される。
【００３３】
受光部５０に設けられるフォトダイオード（図示せず）が、他方の分岐光の光強度に応じた光電流を出力する。そして、受光部５０に設けられるＩＶ変換回路（図示せず）が、光電流を電圧に変換する。さらに受光部５０に設けられるＡＤ変換回路（図示せず）が、アナログデータをデジタルデータに変換する。そして、受光部５０がＩＶ変換回路の出力するアナログデータの電圧値、またはＡＤ変換回路の出力するデジタルデータの電圧値の少なくとも一方を、光強度の値として電流制御部６０に出力する。
【００３４】
そして、電流制御部６０が、記憶部７０に格納される光強度の値Ｐ（ａ）〜Ｐ（ｃ）のなかから、出力する波長に対応する光強度の値、例えば、値Ｐ（ａ）を読み出す。さらに、電流制御部６０の演算手段６１が、受光部５０からの光強度の値と、記憶部７０から読み出した光強度の値Ｐ（ａ）とを比較し、レーザ駆動回路３０に出力させるレーザ駆動電流の値を求める。さらに、電流制御部６０がレーザ駆動回路３０を制御して、求めた電流値のレーザ駆動電流を半導体レーザ１１へ出力させる。つまり、電流制御部６０は、ＡＰＣ回路でもある。
【００３５】
さらに、ミラー回転手段２３によって波長選択ミラー２２を回転することにより、波長選択部２０から光増幅部１０に帰還する光の波長を可変でき、出力光の波長掃引を行う。もちろん、ミラー回転手段２３の回転に合わせて、次に出力する波長に対応する光強度の値Ｐ（ｂ）、Ｐ（ｃ）を記憶部７０から読み出し、演算手段６１が、レーザ駆動電流を演算する。そして、電流制御部６０が、レーザ駆動回路３０を制御して、半導体レーザ１１にレーザ駆動電流を出力させる。
【００３６】
このように、記憶部７０が、レーザ駆動電流の増減に対して変化分が一定となる範囲内の光強度の値Ｐ（ａ）〜Ｐ（ｃ）を、あらかじめ記憶する。そして、出力光の波長掃引を行う場合、演算手段６１が、記憶部７０の光強度の値と受光部５０からの光強度の値とに基づいて、レーザ駆動電流を求める。これにより、温度変化等によってＩ−Ｌ特性が変化しても、一部の波長でＡＰＣ制御ができなくなることがない。従って、波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよく、被測定対象の波長特性を精度よく測定することができる。
【００３７】
また、記憶部７０が、Ｉ−Ｌ特性で直線性のよい範囲のほぼ中央付近の電流値Ｉｄ（ａ）〜Ｉｄ（ｃ）に相当する光強度の値Ｐ（ａ）〜Ｐ（ｃ）を記憶するので、Ｉ−Ｌ特性の変動の影響を受けにくく、光強度の再現性がさらによくなる。
【００３８】
［第２の実施例］
続いて、図１に示す波長可変光源を用いて、被測定対象の波長特性を測定する波長特性測定システムの一例を説明する。ここで、図３は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。図３において、波長可変光源１００は図１に示す光源である。光測定器１０１は、例えば、光パワーメータや光スペクトラムアナライザ等であり、波長可変光源１００からの出力光が入力される。被測定対象１０２は、波長可変光源１００と光測定器１０１との間に接続される。
【００３９】
このような装置の動作を説明する。
まず、被測定対象１０２を接続せずに、波長可変光源１００と光測定器１０１とを直接接続して波長掃引し、１回目の測定を行なう。そして、光測定器１０１が、被測定対象１０２を介さずに得られる波長可変光源１００からの第１の出力光の光強度を測定し記憶する。
【００４０】
次に、波長可変光源１００と光測定器１０１との間に被測定対象１０２を接続して波長掃引し、２回目の測定を行う。そして、光測定器１０１が、被測定対象１０２を介して得られる波長可変光源１００からの第２の出力光の光強度を測定し記憶する。
【００４１】
さらに、光測定器１０１が、第１の出力光と第２の出力光との差分から被測定対象１０２の波長特性を測定する。
【００４２】
このように、波長可変光源１００の出力光を用いるので、波長掃引を複数回行なっても出力光の光強度の再現性がよい。これにより、複数回の波長掃引を行なって測定を行なっても、被測定対象１０２の波長特性を精度よく測定することができる。
【００４３】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
図１に示す装置において、リットマン配置型の外部共振器型の波長可変光源の構成を示したが、外部共振器の構成は、どのようなものでもよい。例えば、波長選択部２０に反射手段であるミラーのみを設け、このミラーを光軸に沿って移動させてもよい。また、波長選択部に反射手段である回折格子のみを設け、この回折格子を光軸に沿って移動させてもよい。さらに、外部共振器型でなく内部共振器型でもよい。
【００４４】
図１に示す装置において、１［ｎｍ］間隔で光強度の値Ｐ（ａ）〜Ｐ（ｃ）を記憶部７０に記憶する構成を示したが、波長間隔はいくつでもよく、等間隔でなくてもよい。
【００４５】
図１に示す装置において、光分岐手段の一例として光カプラ４０を用いる構成を示したが、ビームスプリッタやハーフミラー等でもよい。要は、半導体レーザ１１からのレーザ光を安定した分岐比で分岐できるものならばよい。
【００４６】
図３に示す装置において、可変波長光源１００からの出力光を直接測定した後に、被測定対象１０２を接続して測定する例を挙げたが、測定する順番は逆でもよい。すなわち、被測定対象１０２を接続して測定した後に、被測定対象１０２を外して可変波長光源１００からの出力光を直接測定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例を示した構成図である。
【図２】記憶部７０に記憶される光強度の値Ｐ（ａ）〜Ｐ（ｃ）を説明した図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示した構成図である。
【図４】半導体レーザのＩ−Ｌ特性を示した図である。
【図５】温度変化によるＩ−Ｌ特性の変化を示した図である。
【図６】半導体レーザのその他のＩ−Ｌ特性を示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  半導体レーザ
３０  レーザ駆動回路
５０  受光部
６０  電流制御部
６１  演算手段
７０  記憶部
１００  波長可変光源
１０１  光測定器
１０２  被測定対象
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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