(57)【要約】【課題】短時間で所定の光周波数特性を測定し得る波長可変レーザの発振光周波数の測定装置を提供する。【解決手段】電流により光周波数を制御する波長可変レーザ６の光周波数制御電極に、電流を時間軸上で掃引しながら印加するレーザ駆動用電源装置５と、前記掃引と同期して光周波数を測定する時間分解光周波数測定装置２と、波長可変レーザ６の過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流データから該波長可変レーザ６の発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出するとともに、前記周波数測定装置２で得た周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する処理装置とを備える。【選択図】  図１
2004228284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザの光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加し、
さらにこの掃引と同期して光周波数を測定するとともに、該波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出し、
さらに前記光周波数の測定で得た光周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導き出すことを特徴とする波長可変レーザの発振光周波数の測定方法。
【請求項２】
単一もしくは複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザが有する単一の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加し、
さらにこの掃引と同期して光周波数を測定するとともに、該波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出し、
さらに前記光周波数の測定で得た光周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導き出すことを特徴とする波長可変レーザの発振光周波数の測定方法。
【請求項３】
複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザが有する複数の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加し、
さらにこの掃引と同期して光周波数を測定するとともに、該波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出し、
さらに前記光周波数の測定で得た光周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導き出すことを特徴とする波長可変レーザの発振光周波数の測定方法。
【請求項４】
電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザを被測定対象として当該波長可変レーザの光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加する印加手段と、
前記掃引と同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
前記波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出する第一の演算手段と、
前記周波数測定手段で得た光周波数データと前記第一の演算手段で算出した過渡応答変化分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する第二の演算手段とを備えることを特徴とする波長可変レーザの発振光周波数の測定装置。
【請求項５】
単一もしくは複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する半導体波長可変レーザを被測定対象として当該波長可変レーザが有する単一の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加する印加手段と、
前記掃引と同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
前記波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出する第一の演算手段と、
前記周波数測定手段で得た光周波数データと前記第一の演算手段で算出した過渡応答変化分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する第二の演算手段とを備えることを特徴とする波長可変レーザの発振光周波数の測定装置。
【請求項６】
複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する半導体波長可変レーザを被測定対象として当該波長可変レーザが有する複数の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加する印加手段と、
前記掃引と同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
前記波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出する第一の演算手段と、
前記周波数測定手段で得た光周波数データと前記第一の演算手段で算出した過渡応答変化分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する第二の演算手段とを備えることを特徴とする波長可変レーザの発振光周波数の測定装置。
【請求項７】
波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備することを特徴とする波長可変レーザの伝達関数の導出装置。
【請求項８】
波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備して該波長可変レーザの伝達関数導出を行う機能を具備する請求項４に記載する波長可変レーザの発振光周波数の測定装置。
【請求項９】
波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備して該波長可変レーザの伝達関数導出する機能を具備する請求項５に記載する波長可変レーザの発振光周波数の測定装置。
【請求項１０】
波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備して該波長可変レーザの伝達関数導出する機能を具備する請求項６に記載する波長可変レーザの発振光周波数の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長可変レーザの発振光周波数の測定方法および測定装置に関し、特に当該波長可変レーザの波長マップを作成する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信量の増加に対応し、光ファイバの伝送容量を増やすために導入されてきた波長多重（ＷＤＭ）は、波長を単なる多重度増加の手段として用いていたポイント−ポイント通信の段階を脱し、高速・効率的な光行路（パス）切替の手段としても利用され始めている。波長により信号の行路を切り替えるフォトニック・ネットワークで高速な行路切替えを行うためには、波長の高速切替が重要な技術となる。
【０００３】
半導体波長可変レーザは、小型・低消費電力であるのみならず、高速波長可変の特性から、これらフォトニック・ネットワーク用光源として有望視されており、システム応用が検討されてきている。
【０００４】
半導体レーザの光周波数制御の方法としては、キャリア密度変動に起因する屈折率変化を利用するもの、温度による屈折率変化を利用するもの等があるが、応答速度と制御のしやすさから電流注入によりキャリア密度を変化させて光周波数制御を行う方法が主に用いられている。
【０００５】
波長可変範囲の拡大や連続波長可変を目的として、波長制御用に複数の制御電極を備えたレーザが開発されており、３つの波長制御電極を用いて４０ｎｍ以上の波長可変範囲を実現した超周期構造分布反射型半導体レーザも開発されている。
【０００６】
波長可変レーザを用いて任意波長の光を発生するためには、あらかじめ制御電流（電圧）と発振波長（発振光周波数）の関係を測定し、各波長に対する制御電流（電圧）の値をテーブル（以下、波長テーブル）として保有している必要がある（例えば、後述する非特許文献１の図３参照。）。
【０００７】
この場合の波長テーブルを作成する方法として、各制御電流値を変化させ、波長マップ測定を行って、この波長マップから設定電流を抽出する方法がある。図６を用いて、その方法について説明する。本従来例では、図６（ａ）に示すように、２つの波長制御電極を持つ半導体レーザ６の波長マップを光波長計１３を用いて取得する。
【０００８】
初めに、制御電源５を用いて半導体レーザ６の各波長制御電極に、初期値電流を印加して発振波長を測定する。制御電極０１に印加する電流値（図６（ｂ）  の波長制御電流）を１ステップずつ変化させながら、発振波長測定を行う（図６（ｂ）の横向き矢印方向）。前記波長制御電流が測定上限まで達したら、制御電極０２に印加する前記波長制御電流を１ステップ増加させ（図６（ｂ）の縦向き二重線矢印方向）、制御電流Ｉを初期値から終了値まで変化させながら波長測定を行う。
【０００９】
本操作を、２種類の制御電流が共に終了値に達するまで繰り返すことで、図６（ｂ）に示すような波長マップが取得された。本マップから、波長テーブルを読み取ることになる。
【００１０】
なお、波長可変レーザを用いて任意波長の光を発生するための技術として非特許文献１乃至同２が公知文献として存在する。
【００１１】
【非特許文献１】
「Ｂｒｏａｄ−ｒａｎｇｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｖｅｒａｇｅ（６２．４ｎｍ）ｗｉｔｈ  ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｇｒａｔｉｎｇ  ＤＢＲｌａｓｅｒ」，Ｈ．Ｉｓｈｉｉ，Ｈ．Ｔａｎｏｂｅ，Ｆ．Ｋａｎｏ，Ｙ．Ｔｏｈｍｏｒｉ，Ｙ．Ｋｏｎｄｏ．ａｎｄ  Ｙ．Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３２，ｐｐ．４５４−４５５（１９９６）．
【００１２】
【非特許文献２】
「Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｎｄｅ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｏｄｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｅｔｈｏｄ」，Ｍ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｈ．Ｉｓｈｉｌ，ａｎｄ  Ｙ．Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．Ｅ８５−Ｃ，ｐｐ．８５−９２（２００２）．
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
制御電極に加える電流（電圧）値を変更した場合、素子内での発熱状態が変化して温度分布の再構築が起こり、安定までに数十マイクロ秒から数秒の時間を要する（例えば、後述する非特許文献２参照。）。素子温度の変化は、発振光周波数（波長）の変化をもたらすため、波長テーブル作成時の光周波数測定にあたっては、温度変化の収束まで待つ必要がある。そこで、多数回の波長測定を行う多電極波長可変レーザでは、波長測定に膨大な時間を必要とするという問題があった。
【００１４】
特に、波長可変範囲を拡大するために複数の制御電極を用いて波長制御を行う半導体波長可変レーザにおいて、この問題は顕著である。なぜなら、制御電極数の増加に伴って制御電流（電圧）値の組み合わせ数が電極数に対して指数関数的に増加し、波長テーブル作成に必要となる波長測定の測定点数が大幅に増加してしまうからである。
【００１５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、制御電流の変更に伴う温度変動に起因して測定時間が長時間化する問題を解決して短時間で所定の光周波数特性を測定し得る波長可変レーザの発振光周波数の測定方法および測定装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係る方法の構成は、次の点を特徴とする。
【００１７】
１）  電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザの光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加し、
さらにこの掃引と同期して光周波数を測定するとともに、該波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出し、
さらに前記光周波数の測定で得た光周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導き出すこと。
【００１８】
２）  単一もしくは複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザが有する単一の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加し、
さらにこの掃引と同期して光周波数を測定するとともに、該波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出し、
さらに前記光周波数の測定で得た光周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導き出すこと。
【００１９】
３）  複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザが有する複数の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加し、
さらにこの掃引と同期して光周波数を測定するとともに、該波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出し、
さらに前記光周波数の測定で得た光周波数データと前記過渡応答成分との演算により定常状態の発振光の周波数を導き出すこと。
【００２０】
また、本発明に係る装置の構成は次の点を特徴とする。
【００２１】
４）  電流もしくは電圧により光周波数を制御する波長可変レーザを被測定対象として当該波長可変レーザの光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加する印加手段と、
前記掃引と同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
前記波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出する第一の演算手段と、
前記周波数測定手段で得た光周波数データと前記第一の演算手段で算出した過渡応答変化分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する第二の演算手段とを備えること。
【００２２】
５）  単一もしくは複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する半導体波長可変レーザを被測定対象として当該波長可変レーザが有する単一の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加する印加手段と、
前記掃引と同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
前記波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出する第一の演算手段と、
前記周波数測定手段で得た光周波数データと前記第一の演算手段で算出した過渡応答変化分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する第二の演算手段とを備えること。
【００２３】
６）  複数の光周波数制御電極を有し、電流もしくは電圧により光周波数を制御する半導体波長可変レーザを被測定対象として当該波長可変レーザが有する複数の光周波数制御電極に、電流もしくは電圧を時間軸上で掃引しながら印加する印加手段と、
前記掃引と同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
前記波長可変レーザの過渡応答の伝達関数および印加掃引した電流もしくは電圧のデータから該波長可変レーザの発振光の周波数変化の過渡応答成分を算出する第一の演算手段と、
前記周波数測定手段で得た光周波数データと前記第一の演算手段で算出した過渡応答変化分との演算により定常状態の発振光の周波数を導出する第二の演算手段とを備えること。
【００２４】
７）  波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備すること。
【００２５】
８）  波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備して該波長可変レーザの伝達関数導出を行う機能を具備する請求項４に記載するものであること。
【００２６】
９）  波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備して該波長可変レーザの伝達関数導出機能を具備する請求項５に記載するものであること。
【００２７】
１０）  波長可変レーザの光周波数制御電極に、定常状態での発振光周波数が既知である２つの制御電流もしくは電圧を印加信号により交互に印加する印加手段と、
前記印加信号に同期して光周波数を測定する周波数測定手段と、
測定周波数と前記既知周波数との誤差を計算する演算手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
周波数の前記誤差と前記印加信号のフーリエスペクトルを除算する除算手段とを具備して該波長可変レーザの伝達関数導出する機能を具備する請求項６に記載するものであること。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下で具体的な方法について述べてゆくが、測定範囲として下記の条件が成り立つと仮定して実用上問題のない範囲に適用するものとする。ここで、「実用上問題のない」とは、各測定における精度等の要求を満足する、もしくは、ここで得られた結果を加工することで精度等の要求を満たしうる測定結果が得られることをいう。
【００２９】
・光周波数を注入電流により制御する場合
取り扱う制御電流の範囲内では、熱による影響が電流の変化分に比例する、すなわち、発熱が電流に比例し、かつ、温度と光周波数の変化分が制御電流に比例すると考えて差し支えない。
【００３０】
・光周波数制御を印加電圧で行う場合
取り扱う制御電圧の範囲内では、熱の影響が電圧の変化分に比例する、すなわち発熱が電圧に比例し、かつ温度と光周波数の変化分が制御電圧に比例すると考えて差し支えない。
【００３１】
以下では、注入電流による光周波数制御の場合について記載しているが、電圧制御の場合にも電流を電圧と読み替えることで同様の議論が可能となる。
【００３２】
熱過渡応答補正の流れは以下のようになる。
▲１▼レーザの熱応答関数導出
▲２▼発振光周波数の測定
▲３▼定常状態における光周波数データの計算
これらの各工程について順を追って説明する。
【００３３】
▲１▼レーザの熱応答関数導出
まず、レーザの光周波数制御電極にステップ関数、もしくは、インパルス等の多くの周波数成分を含む電流を周期的に印加し（ｉｒｅｆ（ｔ）とする）、印加電流に対する出力光周波数の応答（ｆｒｅｆ（ｔ）とする）を測定する。時間関数ｉｒｅｆ（ｔ），ｆｒｅｆ（ｔ）をフーリエ変換して得られる周波数スペクトルをそれぞれＩｒｅｆ（ω），Ｆｒｅｆ（ω）とすると、当該制御電極に対する光周波数誤差の伝達関数（応答関数）Ｈ（ω）は以下のように求められる。
【数１】
2004228284.tif 000003
【００３４】
レーザの光周波数制御電極に与える電流の時間関数をｉｉｎ（ｔ）、その時の出力光周波数の時間変化をｆｏｕｔ（ｔ）とし、それぞれのスペクトル関数をＩｉｎ（ω），Ｆｏｕｔ（ω）とすると、Ｆｏｕｔ（ω）は式（１）の伝達関数を用いて
【数２】
2004228284.tif 000004
と書けることになる。
したがって、Ｆｏｕｔ（ω）を逆フーリエ変換することで、レーザの出力光周波数が求められることになる。
【００３５】
しかしながら、周波数制御電流の増分と光周波数の変化量とは線形関係にないため、（２）式から求めた出力光周波数は現実の周波数を表してはいない。これは、キャリアの注入量と周波数変化が比例しないことに起因している。
【００３６】
そこで、ｆｒｅｆ（ｔ）を熱的に安定な定常状態、すなわち定常状態での周波数ｆｒｅｆ，ｓｔａｔ（ｔ）と、過渡的な成分ｆｒｅｆ，ｔｒａｎ（ｔ）とに分け、影響を分離して考える。測定の時間スケールに於いては、出力光周波数の過渡成分は熱によると考えられる。ここで、熱応答に起因する非定常項は、前提条件で挙げたように注入電流に対して線形となるから、ｆｒｅｆ，ｔｒａｎ（ｔ）は注入電流に対し線形応答を示す。
【００３７】
このとき、
【数３】
2004228284.tif 000005
となり、伝達関数Ｈ（ω）は、
【数４】
2004228284.tif 000006
と定常項Ｈｓｔａｔ、非定常項Ｈｔｒａｎ（ω）に分解できる。Ｈｓｔａｔは、厳密にはキャリア効果等の非線形応答を除外して考えなければならないが、ここでは形式的に非線形項も含めた定常項を表すものとする。
【００３８】
ここで、Ｈｔｒａｎ（ω）は非定常項であるから、
【数５】
2004228284.tif 000007
と伝達関数の非定常項が求められる。
【００３９】
また、Ｈｔｒａｎ（ω）は（４）式を用いて、
【数６】
2004228284.tif 000008
と表され、周波数の過渡応答項の測定結果から求めることも可能である。
【００４０】
▲２▼発振光周波数の測定
鋸歯状に変化する光周波数制御電流ｉｃ（ｔ）を加え、そのときの光周波数変化ｆｍｅａｓ（ｔ）を測定する。
ここでは、制御電流値の変更毎の待機時間は設けず、制御電流の掃引を行うことが可能である。
【００４１】
▲３▼定常状態における光周波数データの計算
測定された光周波数変化ｆｍｅａｓ（ｔ）を定常成分ｆｓｔａｔ（ｔ）と非定常項ｆｔｒａｎ（ｔ）とに分解する。
【数７】
2004228284.tif 000009
の関係を利用して、▲１▼で求めた伝達関数の非定常項Ｈｔｒａｎ（ω）と制御電流のフーリエスペクトルＩｃ（ω）から求められる。
【００４２】
したがって、求めるべき定常状態における光周波数の時間データｆｓｔａｔ（ｔ）は、
【数８】
2004228284.tif 000010
と求められる。
そして、ｉｃ（ｔ）とｆｓｔａｔ（ｔ）との時間対応から、制御電流の各ｉｃ（ｔｉ）における発振光周波数ｆｓｔａｒ（ｔｊ）  が一括、高速に得られる。
【００４３】
次に、上述の方法を実現する波長可変レーザの発振光周波数の測定装置を説明する。
【００４４】
図１は、本発明の実施の形態に係る測定装置を示すブロック図である。同図に示すように、光周波数測定装置１は、時間分解光周波数測定装置２、データ処理装置３、応答関数データ記憶装置４、レーザ光周波数制御電源５から構成される。光周波数測定装置１と測定対象の半導体波長可変レーザ６とは光ファイバ７とレーザの光周波数制御線８によって接続されている。
【００４５】
本例で用いた時間分解光周波数測定装置２は、図２にその詳細を示すように、可変波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９、受光器１０、オシロスコープ１１、時間分解測定制御装置１２およびＢＰＦ制御電源で構成されている。ここで、ＢＰＦ９の透過波長（光周波数）を変えて、レーザ光周波数制御電源５と同期させたオシロスコープで光強度の時間プロファイル測定する操作を繰り返し行うことで、時間分解光周波数プロファイルを得る。
【００４６】
ここでは、被測定レーザとして３電極ＤＢＲレーザを用いた場合を示す。３電極ＤＢＲレーザは、２つの光周波数制御領域（位相調整領域およびＤＢＲ領域）ならびに活性領域から成るレーザである。以下で、順を追って本形態に係る測定装置の機能について説明する。
【００４７】
▲１▼レーザの熱応答関数導出
はじめに、被測定レーザの位相調整領域（光周波数制御領域のひとつ）に加える電流の変化に対する熱応答の伝達関数を求める。
【００４８】
レーザ光周波数制御電源５を用いて、ＤＢＲレーザの位相調整領域電極に図３（ａ）に例示するようなステップ状の電流を繰り返し印加する。電流値は、半導体レーザへの印加電流値範囲中から定常状態における発振光周波数が既知である任意の２電流を選択して用いている。上記電流条件に於いて駆動したＤＢＲレーザの出力光は、時間分解光周波数測定装置２で測定され、そのデータはデータ処理装置３に送られる。その一例を図３（ｂ）に示す。ここで、位相調整領域への印加電流をｉＰＣ，ｒｅｆ（ｔ）、そのときのレーザ出力光の周波数とその過渡応答成分をそれぞれｆＰＣ，ｒｅｆ（ｔ）ΔｆＰＣ，ｒｅｆ（ｔ）とし、それらをフーリエ変換した関数をそれぞれＩＰＣ，ｒｅｆ（ω），ＦＰＣ，ｒｅｆ（ω），ΔＦＰＣ，ｒｅｆ（ω）とする。このとき、式（６）から、位相調整領域における熱応答の伝達関数過渡応答項ＨＰＣ，ｔｒａｎ（ω）は、
【数９】
2004228284.tif 000011
の関係を満たしている。そこで、測定したΔｆＰＣ，ｒｅｆ（ｔ）と加えた電流ｉＰＣ，ｒｅｆ（ｔ）をデータ処理装置３でファスト・フーリエ変換（ＦＦＴ）し、各周波数成分について除算し伝達関数を求めている。
【００４９】
また、同様にＤＢＲ領域についても、
【数１０】
2004228284.tif 000012
の関係から、印加電流ｉＤＢＲ，ｒｅｆ（ｔ）とその応答ΔｆＤＢＲ，ｒｅｆ（ｔ）のＦＦＴスペクトルを用いてＤＢＲ領域に関する伝達関数も計算される。ここで、ＩＤＢＲ，ｒｅｆ（ω）はＤＢＲ領域への印加電流、ΔＦＤＢＲ，ｒｅｆ（ω）は出力光周波数の過渡応答成分のフーリエスペクトルである。
これらの伝達関数は、応答関数データ記憶装置４に格納される。
【００５０】
▲２▼発振光周波数の測定
次に、測定対象とする位相調整領域電流値を並べて制御電流データ列ｉｐｃ（ｔ）を作成する。その例を図４（ａ）に示す。電流値と光周波数値の対応付けを容易とするため、各電流値を階段状に配置している。この制御電流を用いてＤＢＲレーザの光周波数を制御したときの出力光周波数ｆｍｅａｓ（ｔ）は、時間分解光周波数測定装置２によって図４（ｂ）のように得られた。
【００５１】
▲３▼定常状態における光周波数データの計算
制御電流のデータ列と前項で得られた測定結果とを用いて、光周波数の定常項を求める。
はじめに、位相調整領域に加えた電流入力に対する出力光周波数の過渡応答のスペクトル関数を計算する。このフーリエスペクトルは、応答関数データ記憶装置４に格納した（１０）式で示される伝達関数の過渡応答項と位相調整領域に印加した制御電流のスペクトル関数を用いて、データ処理装置により
【数１１】
2004228284.tif 000013
の関係を利用して計算される。そして、データ処理装置でこのＦｔｒａｎ（ω）を逆ＦＦＴし、ｆｔｒａｎ（ｔ）が得られる（図４（ｃ）参照。）
【００５２】
次に、式（９）を用いて定常状態での光周波数の時系列データｆｓｔａｔ（ｔ）を求め［図４（ｄ）］、ｊｐｃ（ｔ）と比較することで、位相調整領域電流の各値に対するＤＢＲレーザの光周波数値が得られた。このようにして、位相調整領域電流を各値に設定し熱応答遅延による出力光周波数変化が収まるまでの待機時間を必要としない、光周波数測定が実現された。
【００５３】
以上の例では、位相調整領域電流のみを変化させて測定を行っているが、式（１１）で得た、ＤＢＲ領域電流に対する応答関数を用いて、ＤＢＲ領域電流を変化させた測定も位相調整領域をＤＢＲ領域と読み替えることで可能である。
【００５４】
また、位相調整領域電流とＤＢＲ電流の制御を組み合わせた測定も同様の手順で可能である。図５のように位相調整領域電流とＤＢＲ領域電流を掃引制御し、レーザの出力光周波数の測定を行う。測定された光周波数の過渡項は、２領域の過渡応答成分となるので、それぞれの過渡項を算出し、補正することで出力光周波数の測定が実現される。
【００５５】
本形態に於いては、フーリエ変換等の計算を行うデータ処理装置３と応答関数データ記憶装置４としてパーソナルコンピュータを用いているが、制御装置としてマイコンを用いることや、ＦＦＴ計算にディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を用いることも可能である。また、本実施例に於いては、３電極のＤＢＲレーザの光周波数測定を行っているが、より波長可変領域が広く、より多くの電極を有する超周期構造グレーティングＤＢＲレーザ（ＳＳＧ−ＤＢＲレーザ、ＳＧ−ＤＢＲレーザ、ＧＣＳＲレーザ等）の測定を行うことも可能である。
【００５６】
本形態においては、可変波長バンドパスフィルタを用いて受光器に入射する光の周波数を選択しているが、分光器を用いることも可能である。また、可変波長バンドパスフィルタと受光器とオシロスコープを用いて光周波数の時間分解測定を行っているが、ストリークカメラを用いることも可能である。さらには、光フィルタの波長による透過率の違いを利用して光周波数測定を行うことも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体波長可変レーザの熱応答遅延により制限されていた光周波数測定の測定時間を短縮した、高速な光周波数測定が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光周波数測定装置を示すブロック図である。実施例
【図２】図１における時間分解光周波数測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】応答関数導出のための予備測定の例を示す説明図で、（ａ）は制御電流の時間変化を、（ｂ）はレーザ発振光周波数の時間変化をそれぞれ示す。
【図４】高速光周波数測定結果の例を示す特性図で、（ａ）は制御電流の時間変化を、（ｂ）はレーザ発振光周波数の測定値を、（ｃ）は光周波数の過渡応答成分（非定常項）を、（ｄ）は計算により求められた定常状態での光周波数をそれぞれ示す。
【図５】２電極制御時の光周波数制御電流の例を示す説明図である。
【図６】従来技術に係る光波長測定系とその測定結果を示す説明図で、（ａ）は測定装置系を示す図、（ｂ）は取得された波長マップを示す図である。
【符号の説明】
１  光周波数測定装置
２  時間分解光周波数測定装置
３  データ処理装置
４  応答関数データ記憶装置
５  レーザ駆動用電源装置
６  半導体波長可変レーザ
７  光ファイバ
８  光周波数制御線
９  可変波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１０  受光器
１１  オシロスコープ
１２  時間分解測定制御装置
１３  光波長計
【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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