(57)【要約】【課題】  高速に変調された光の波長チャープを高い精度で簡便に測定し、広い帯域を持つ変調光の波長チャープを測定する。【解決手段】  光パワーの平方根に比例する電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が正で極大となる第一の透過波長域と、この第一の透過波長域と電場振幅の透過率が等しくこの電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が前記第一の透過波長域とその絶対値がほぼ等しく符号が負となる第二の波長域とを有する可変光フィルタを用い、この可変光フィルタの透過波長域を可変し変調光の波長域に前記第一または第二の透過波長域を順次合致させ、それぞれ通過した変調光の時間波形を観測する。【選択図】  図１
2006112825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザから出射されるレーザ光を直接変調あるいは外部変調することにより得られる変調光の波長の時間変化として出現する波長チャープを、透過波長域が可変である可変光フィルタを用いてモニタする手段を備えた波長チャープモニタ装置であって、
前記可変光フィルタは、
光パワーの平方根に比例する電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が正で極大となる第一の透過波長域と、
この第一の透過波長域と電場振幅の透過率が等しくこの電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が前記第一の透過波長域とその絶対値がほぼ等しく符号が負となる第二の波長域とを有し、
前記モニタする手段は、前記可変光フィルタの透過波長域を可変し前記変調光の波長域に前記第一または第二の透過波長域を順次合致させる手段を備えた
ことを特徴とする波長チャープモニタ装置。
【請求項２】
前記可変光フィルタ通過後の変調光の平均光パワーを検出する手段を備え、
前記順次合致させる手段は、
前記第一または第二の透過波長域における変調光の透過率に基づきその波長域を通過する変調光の光パワーを計算する手段と、
この計算する手段の計算値と前記検出する手段により検出された変調光の平均光パワーの最大値とがほぼ等しくなるように前記可変光フィルタの透過波長域を調整する手段と
を備えた請求項１記載の波長チャープモニタ装置。
【請求項３】
前記可変光フィルタは、誘電体多層膜を用いた請求項１記載の波長チャープモニタ装置。
【請求項４】
前記可変光フィルタは、その透過特性を可変する手段を備えた請求項１記載の波長チャープモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速変調された光の波長チャープを測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は年々高速化されており、単一チャネルの伝送レートが１０Ｇｂｉｔ／ｓのシステムが実用化され、さらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送レートを持つシステムが開発されつつある。
【０００３】
このような超高速光通信では、光ファイバが有する群速度分散によって、その伝送距離が厳しく制限される。群速度分散による伝送距離の制限は、光信号のパルス波形やパルス幅に依存して異なるが、変調光が有する波長チャープによっても大きく異なる。
【０００４】
光送信機では、単一縦モード発振する半導体レーザの駆動電流を変調する直接変調方式、あるいは外部変調器を用いる外部変調方式によって強度が変調された光信号を生成している。
【０００５】
この変調の過程で強度変調と共に光位相変調が不可避的に混入する。光位相変調は、波長が時間的に変化する波長チャープとなって現れる。波長チャープは光ファイバを伝送する際に群速度分散によって発生する波形歪みの効果を拡大し、波形の劣化を引き起こすことから伝送距離が著しく制限される。そのため波長チャープを極力抑圧した変調方式が求められる。このような波長チャープを抑圧したレーザおよび変調器を開発するためには、変調光の波長チャープ量を正確にモニタする技術が不可欠となる。
【０００６】
図５は、従来の波長チャープモニタ装置を説明するための図であり、１は変調された光を発生する光送信機、９は光フィルタとしてのマッハツェンダ干渉計、３は光検出器、４はサンプリングオシロスコープ、５はデータ処理を行うコンピュータである（例えば非特許文献１参照）。光送信機１から発生された変調光は、マッハツェンダ干渉計９に導かれる。
【０００７】
図６に示すグラフはマッハツェンダ干渉計９の光パワー透過特性であり、実線において透過量が最大となるＥ点に対し透過量が半分となるＤ点と変調光の中心波長が合うように設定される。通過された変調光は、高速の光検出器３により電気信号に変換された後、サンプリングオシロスコープ４によって電気信号の時間波形を観測する。このときの波形をＶ＋とする。
【０００８】
次に、マッハツェンダ干渉計９の可変性を用いて透過特性を破線のように、光周波数に対する透過率が逆の変化を示すように変化させる。このとき、４のサンプリングオシロスコープによって観測された電気信号の時間波形をＶ−とする。この２つの観測波形から、強度変調成分と周波数変調成分とを分離することができ、以下の式により、光周波数チャープΔｆを求めることができる。波長チャープは、
Δλ＝−（ｃ／λ2）Δｆ
により求められる。ただし、ｃは高速、λは光送信機１によって発生された変調光の中心波長である。
【数１】
2006112825.tif 000003
【０００９】
ここで、ＦＳＲ(Free Spectral Range：自由スペクトル領域)は、図６に示すように、マッハツェンダ干渉計９の自由スペクトル領域である。
【００１０】
【非特許文献１】Ｒ．Ａ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ，Ｊ．Ｐ．Ｋｉｎｇ，ａｎｄ  Ｉ．Ｈａｒｄｃａｓｔｌｅ，“Ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｃｈｉｒｐ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｂｉｔ  ｒａｔｅ  ｓｏｕｒｃｅｓ，”  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ４ｔｈ  Ａｕｇｕｓｔ  １９９４，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１６，ｐｐ．１３３６−１３３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで示された従来法は、光周波数が時間について緩慢に変化する場合の近似に基づいており誤差を含んでいる。また、従来法では光フィルタとしてマッハツェンダ干渉計のような周波数について周期的な透過特性を持つ光フィルタを用いており、モニタ可能な帯域が自由スペクトル領域で制限されるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような背景に行われたものであって、高速に変調された光の波長チャープを高い精度で簡便に測定することができ、また、光フィルタの帯域を拡大することにより、広い帯域を持つ変調光の波長チャープを測定することができる波長チャープモニタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、レーザから出射されるレーザ光を直接変調あるいは外部変調することにより得られる変調光の波長の時間変化として出現する波長チャープを、透過波長域が可変である可変光フィルタを用いてモニタする手段を備えた波長チャープモニタ装置であって、前記可変光フィルタは、光パワーの平方根に比例する電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が正で極大となる第一の透過波長域と、この第一の透過波長域と電場振幅の透過率が等しくこの電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が前記第一の透過波長域とその絶対値がほぼ等しく符号が負となる第二の波長域とを有し、前記モニタする手段は、前記可変光フィルタの透過波長域を可変し前記変調光の波長域に前記第一または第二の透過波長域を順次合致させる手段を備え、それぞれの透過波長域を通過した変調光の時間波形を観測することで波長チャープをモニタすることを特徴とする。
【００１４】
さらに詳しくは、前記可変光フィルタ通過後の変調光の平均光パワーを検出する手段を備え、前記順次合致させる手段は、前記第一または第二の透過波長域における変調光の透過率に基づきその波長域を通過する変調光の光パワーを計算する手段と、この計算する手段の計算値と前記検出する手段により検出された変調光の平均光パワーの最大値とがほぼ等しくなるように前記可変光フィルタの透過波長域を調整する手段とを備えることができる。
【００１５】
前記可変光フィルタは、誘電体多層膜を用いて実現することができる。あるいは、前記可変光フィルタは、透過波長域を可変するだけでなく、その透過特性を可変する手段を備えることができる。これによれば、最適な透過特性を得ることができるため、透過特性を可変できない場合と比較してさらに高精度かつ広帯域な変調光のチャープ測定を行うことができる。
【００１６】
一般的に、変調光が光フィルタを通過したときの電場の時間波形は、以下の式で与えられる。
【数２】
2006112825.tif 000004
【００１７】
式（３）は、変調光の電場Ｅｉｎを表しており、ω０は光キャリア周波数、Ｐは光強度、φは光位相をそれぞれ表す。式（４）は、光フィルタ通過後の電場Ｅｏｕｔであり、ｆ（ω）はフィルタの伝達関数、［数３］は変調光の電場Ｅｉｎをフーリエ変換した量である。ここで、フィルタの伝達関数をキャリア周波数の近傍でテーラー展開して以下のように近似する。
【数３】
2006112825.tif 000005
【数４】
2006112825.tif 000006
【００１８】
このとき、フィルタ通過後の電場は、
【数５】
2006112825.tif 000007
で与えられる。フィルタの可変機能により、キャリア周波数において縦軸に対して対称な伝達関数を持つように変化させたときの電場は、
【数６】
2006112825.tif 000008
で与えられる。本発明では、フィルタの電場振幅の微分係数が極大となる領域を用いているため、ｂ＝０となり、（７）、（８）式の第３項を除くことができる。このとき、（７）、（８）式に対応する光強度波形は、
【数７】
2006112825.tif 000009
となる。ここで、以下の量を定義する。
【数８】
2006112825.tif 000010
【００１９】
（１１）式において最右辺第２項を無視すると、周波数チャープが次式より求められる。
【数９】
2006112825.tif 000011
【００２０】
図５および図６に述べた従来法では、光パワー強度について透過率が最大の半分となる波長に設定されているため、フィルタの電場振幅の透過率の微分係数αが一定とはならず、ｂの寄与が無視できなくなる。これに対して本発明では、フィルタの電場振幅の透過率の微分係数αが極大となる領域を用いておりｂ＝０となりｂの寄与が無視できるため、精度の良い波長チャープ測定が可能になる。また、式（１１）において最右辺第２項を無視できるように透過率の微分係数αを適当に選ぶことにより、広帯域な波長チャープ測定が可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高速に変調された光の波長チャープを高い精度で簡便に測定することができ、また、光フィルタの帯域を拡大することにより、広い帯域を持つ変調光の波長チャープを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】
【００２２】
本発明実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１は本実施例の波長チャープモニタ装置のブロック構成図である。図２は本実施例の波長チャープモニタ装置における波長と振幅透過率と微分係数との関係を示すグラフである。図３は本実施例により得られたデータを示す図である。図４は第二実施例を説明するための図である。
【００２３】
本実施例は、図１に示すように、光送信機１のレーザから出射されるレーザ光をパルスパタン発生器６により直接変調あるいは外部変調することにより得られる変調光の波長の時間変化として出現する波長チャープを、透過波長域が可変である可変光フィルタ２を用いてモニタする手段としての光パワーモニタ装置８、光検出器９、サンプリングオシロスコープ４、コンピュータ５を備えた波長チャープモニタ装置である。
【００２４】
ここで、本実施例の特徴とするところは、可変光フィルタ２は、図２に示すように、光パワーの平方根に比例する電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が正で極大となる第一の透過波長域（図２のＢ）と、この第一の透過波長域と電場振幅の透過率が等しくこの電場振幅の透過率を光周波数で微分して得られる微分係数が前記第一の透過波長域とその絶対値がほぼ等しく符号が負となる第二の波長域（図２のＡ）とを有し、前記モニタする手段は、可変光フィルタ２の透過波長域を可変し前記変調光の波長域に前記第一または第二の透過波長域を順次合致させる制御装置７を備えたところにある。
【００２５】
さらに詳細には、可変光フィルタ２を通過後の変調光の平均光パワーを検出する光検出器３を備え、制御装置７は、前記第一または第二の透過波長域における変調光の透過率に基づきその波長域を通過する変調光の光パワーを計算する手段と、この計算する手段の計算値と光検出器３により検出された変調光の平均光パワーの最大値とがほぼ等しくなるように可変光フィルタ２の透過波長域を調整する手段とを備える。
【００２６】
可変光フィルタ２は、誘電体多層膜を用いて構成される。また、第二実施例では、可変光フィルタ２は、その透過特性を可変する手段を備える。この透過特性を可変する手段は、例えば、マイクロマシン技術を用い、可変光フィルタ２に物理的な力を加えることによって透過特性を可変することができる。このような透過特性を可変できる可変光フィルタは、当業者間で周知であるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００２７】
以下では、図面および数式を用いて本実施例をさらに詳細に説明する。
【００２８】
（第一実施例）
本発明第一実施例を図１に示す。単一モード発振する１．５５μｍ帯分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザより構成される光送信機１は外部のパルスパタン発生器６から発生された１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ電気信号により直接変調されている。
【００２９】
変調光は、誘電体多層膜を用いた可変光フィルタ２に結合される。図２に示すグラフは、誘電体多層膜フィルタの電場振幅透過率と透過率を光周波数で微分した微分係数を波長の関数（破線）として示している。この可変光フィルタ２の光パワーに対する透過帯域幅は、３ｎｍ（半値全幅）である。
【００３０】
このとき、変調光（実線）の中心波長は、図２に示すように、電場振幅を光周波数で微分した微分係数が極大となる点Ｂに設定される。このように透過特性が中心波長に対して対称な特性を示す可変光フィルタ２を選んでいる。また、このとき、群遅延特性が平坦であり群速度分散が小さい可変光フィルタ２を選んでいる。これは、可変光フィルタ２のもつ分散が波形歪みを誘起するためである。
【００３１】
このとき、可変光フィルタ２を通過した変調光を光検出器３で電気信号に変換し、サンプリングオシロスコープ４で時間波形を観測し、得られた波形をＰ＋とする。ここで、サンプリングオシロスコープ４は、パルスパタン発生器６からトリガ信号が入力され、変調信号と同期が保存されている。
【００３２】
次に、可変光フィルタ２の透過波長域可変性を用いて透過特性が対称な点Ａが変調光（一点鎖線）の中心周波数と合致するように制御装置７により調整する。このとき、電場振幅の透過率の微分係数はＢ点とは絶対値がほぼ等しく符号が反転している点を選んでいる。
【００３３】
実際には、可変光フィルタ２を通過後の変調光の平均光パワーを光検出器３により検出し、制御装置７により、図２のＡ点またはＢ点に相当する透過波長域における変調光の透過率に基づきその波長域を通過する変調光の光パワーを計算し、この計算値と光検出器３により検出された変調光の平均光パワーの最大値とがほぼ等しくなるように可変光フィルタ２の透過波長域を調整する。
【００３４】
誘電体多層膜を用いた可変光フィルタ２では、透過曲線をほとんど変化させず波長軸にそって平行移動させることが可能である。可変光フィルタ２を通過後の変調光の時間波形をサンプリングオシロスコープ４で観測し、得られた波形をＰ−とする。得られた２つの波形Ｐ＋、Ｐ−を元にコンピュータ５を用いて式（１１）−式（１３）から計算することで、周波数チャープが得られる。図３はこのようにして得られた光周波数チャープと変調光の強度波形に対応する電圧波形を示している。この光周波数チャープから波長チャープを求めることができることは既に説明したとおりである。
【００３５】
変調光は、ＤＦＢ、レーザの直接変調によるもののみならず、外部変調器によるものやモード同期レーザの発生するパルスにおいても同様にチャープが測定できることはいうまでもない。
【００３６】
本実施例では、変調光の波形を光検出器３で電気信号に変換しサンプリングオシロスコープ４で観測したが、光サンプリングオシロスコープやストリークカメラ等の電気信号に変換しない他の方法で観測しても同様にチャープがモニタできることはいうまでもない。
【００３７】
（第二実施例）
第二実施例の波長チャープモニタ装置を図４を参照して説明する。第二実施例の波長チャープモニタ装置の基本的な構成は図１と同様であるが、可変光フィルタ２として、マイクロマシン技術を用いて透過特性が任意に変えられるようにした可変光フィルタ２を用いている。透過特性は、電場振幅が直線的に変化するように設定する。これは、光パワーについては２次関数となるように設定することを意味する。
【００３８】
このとき、Ｌ１の直線（実線）は、微分係数が正となる場合であり、Ｌ２の直線（破線）は微分係数が負で絶対値がＬ１と等しい場合である。また、Ｌ３の直線（実線）はＬ１とＬ２の交点Ｈを通り、かつ、フラットな特性を持つ場合である。変調光の中心波長が図４のＨ点に合致するように光フィルタを設定する。
【００３９】
Ｌ１の直線を通過した波形をＰ＋、Ｌ２の直線を通過した波形をＰ−、Ｌ３の直線を通過した波形をＰ０とする。このとき、光周波数チャープは、
【数９】
2006112825.tif 000012
で得られる。第一実施例では式（１１）−式（１３）を用いており、（１１）式の最右辺第２項を無視する近似が用いられていたが、第二実施例では式（１１）は用いておらず、近似が入らないことから、より高精度なチャープ測定が可能となる。また、透過特性の直線性が広い周波数範囲で得られることから広帯域な変調信号のチャープ測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、高速に変調された光の波長チャープを高い精度で簡便に測定することができ、また、光フィルタの帯域を拡大することにより、広い帯域を持つ変調光の波長チャープを測定することができるため、波形の劣化および伝送距離の制限を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施例の波長チャープモニタ装置のブロック構成図。
【図２】本実施例の波長チャープモニタ装置における波長と振幅透過率と微分係数との関係を示すグラフ。
【図３】本実施例により得られたデータを示す図。
【図４】第二実施例を説明するための図。
【図５】従来の波長チャープモニタ装置を説明するための図。
【図６】マッハツェンダ干渉計の光パワー透過特性を表すグラフ。
【符号の説明】
【００４２】
１  光送信機
２  可変光フィルタ
３  光検出器
４  サンプリングオシロスコープ
５  コンピュータ
６  パルスパタン発生器
７  制御装置
８  光パワーモニタ装置
９  マッハツェンダ干渉計
【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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