JP3537372B2 - スペクトル線幅可変光源装置 - Google Patents
スペクトル線幅可変光源装置Info
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Description
た光源装置に係わり、特に出射光のスペクトル線幅を連
続的に変更できるスペクトル線幅可変光源装置に関す
る。
機器を新規に開発したり、光ファイバ等の通信網を新規
に構築したり、既に光通信システムに組込まれている光
通信機器の保守点検を実施したりする場合、これらの試
験対象となる被測定系に対して、精度の高い光試験信号
を印加する必要がある。
施する場合は、図8に示すように、例えば半導体レーザ
が組込まれた光源装置1から出力された単一モードの光
2は例えば光ファイバを介して被測定系3へ入力され
る。被測定系3を経由した光4は例えば光ファイバを介
して測定装置5へ入射される。測定装置5は、入力され
た被測定系3を経由した光4のパワー(強度)を測定す
る。
出力された単一モードの光2の波長分布特性を図9に示
す。図示するように、この単一モードの光2の波長分布
6においては、ほぼレーザ材質で定まる中心波長λ0を
中心とする鋭いピーク波形となる。この分布波形6の急
峻度を示す尺度として、分布波形6における光パワーの
ピーク値Pの1/2の値(1/2)Pにおける分布波形
6の幅をスペクトル線幅BPと定義している。
場合は、光源装置1から出射され被測定系3へ入射され
る光2(試験光信号)のスペクトル線幅BPは狭い方が
よい。
互間の境界を透過する時には、入射光の一部が反射して
反射光が発生する。したがって、図8の測定系において
は、光源装置1から出射された光2の一部は被測定系3
の入力端で反射されて反射光として光源装置1方向へ戻
る。その結果、この反射光と光源装置1から出射された
光2との間に干渉現象が発生し、被測定系3へ入射され
る光2の光パワーが変動する。被測定系3へ入射される
光2の光パワーが大きく変動すると、この被測定系3を
経由して測定装置5へ入射される光4の光パワー(光強
度)も大きく変動する。したがって、この測定装置5に
おいて、被測定系3の損失を正確に測定できない。
うしで大きく発生し、波長が離れている光どうしでは干
渉現象は発生しにくい。すなわち、干渉による共振長よ
り広いスペクトル線幅BPが必要である。図9に示す分
布波形6において、スペクトル線幅BPが狭いことは、
含まれる波長成分が少ないことを示し、反射光と干渉を
起こす確率が高くなり、光2の光パワー(光強度)が大
きく変動することになる。一方、スペクトル線幅BPが
広いことは、含まれる波長が多いことを示し、反射光と
干渉を起こす確率が低くなり、光2の光パワー(光強
度)の変動は小さくなる。
出射する半導体レーザにおいては、光波長特性を測定す
る目的のために、スペクトル線幅BPは狭いので、被測
定系の接続点又は内部における反射による干渉の影響に
より、測定装置5で被測定系の損失を精度よく測定でき
ない問題がある。
底ケーブルのように長距離の光ファイバの場合でこの光
ファイバの保守点検を実施する場合、この光ファイバの
一端に、パルス試験装置(OTDR)を接続して、この
光ファイバへ試験用のパルス信号を送出して、後方散乱
特性を測定し、この後方散乱特性から光ファイバの断線
や異常の有無及び断線や異常の位置を確認するようにし
ている。
ル線幅BPが狭い光を使用すると、検出される後方散乱
特性のS/Nを向上させる目的で光源装置から出力され
る光パルスのパワーを増加したとしても、光ファイバ内
の光伝送に関する非線形現象により、光ファイバ内を伝
搬する光パルスのパワーは増加せずに、ダイナミックレ
ンジが低下する現象が発生することが知られている。さ
らに、検出される後方散乱特性のS/Nを向上させるた
めには、光パルスのパワーを増加することよりも、光パ
ルスの光源としての光のスペクトル線幅BPを広く設定
すればよいことが実証されている。
によっては、光源装置1から出力される光のスペクトル
線幅BPを広く設定できることが望まれている。
スペクトル線幅BPを広く設定できる光源装置は、例え
ば、図10に示すように構成されている。半導体レーザ
7から出力された単一モードの光aは、光ファイバ8を
介して光変調器9へ入力される。光変調器9はこの入射
した光aを入力された変調信号bに基づいて変調し、変
調した光a1を光ファイバ10を介して出力端子11か
ら外部へ出射する。
から出力された雑音b1は切換スイッチ13の一方の端
子13aに入力される。切換スイッチ13の他方の端子
13bは開放されている。切換スイッチ13の共有端子
13cは光変調器9の変調信号入力端子に接続されてい
る。
スイッチ13を雑音発生器12側に切換えた状態におい
ては、雑音発生器12から出力された雑音b1が変調信
号bとして光変調器9の変調信号入力端子に印加され
る。雑音は理論的には無限の周波数成分を有しているの
で、この雑音b1で、図9に示す分布波形6を有する光
aを変調すると、分布波形6における中心波長λ0の両
側に多数の側波帯に起因するスペクトルが発生し、結果
的に光変調器9から出力される光変調後の光a1のスペ
クトル線幅BPが広くなる。
側に切換えた状態においては、光変調器9の変調信号入
力端子には変調信号は入力されていないので、この光変
調器9は、入射される光aに対して変調動作を実施しな
いので、光変調器9から出力される光a1のスペクトル
線幅BPは変化しない。
って、出力端子11から出力される光a1のスペクトル
線幅BPを広く変更できる。
に示す光変調器9を用いた光源装置においても未だ解消
すべき次のような課題があった。
aのスペクトル線幅BPは広ければ広い程よいものでは
なくて一定の最適範囲がある。すなわち、被測定系3が
例えば光通信機器の場合、この光通信機器の仕様で定め
られた波長範囲を外れた波長成分を有する光aを光通信
機器へ入射したとしても、この光通信機器の性能を正し
く評価できない。
て海底ケーブルのように長距離の光ファイバの特性を測
定する場合においても、該当光ファイバ内の光伝送に関
する非線形特性により最適範囲のスペクトル線幅BPが
存在するはずである。
は、光変調器9で半導体レーザ7から出射された光aを
変調するか否かの2種類のみである。変調信号bは雑音
発生器12で発生した雑音b1である。この雑音b1の周
波数帯域は理論的に無限であり、変更できなく固定値で
ある。したがって、光変調器9で光変調された光a1の
スペクトル線幅BPも固定値である。
体レーザ7から出力される光aのスペクトル線幅BPを
簡単に変更できなかった。
たものであり、光変調器に対する変調信号を雑音以外で
かつ雑音に近似した信号を用いることによって、簡単な
構成で、かつ簡単に出力される光のスペクトル線幅BP
を自由に設定変更できるスペクトル線幅可変光源装置を
提供することを目的とする。
に、本発明のスペクトル線幅可変光源装置においては、
単一モードの光を出射する半導体レーザと、この半導体
レーザから出射された光を入力された変調信号に基づい
て光変調しこの光変調した光を出力する光変調器と、デ
ジタルの擬似ランダム信号を発生しこの発生した擬似ラ
ンダム信号を変調信号として光変調器へ送出する擬似ラ
ンダム信号発生器と、光変調器から出力される光のスペ
クトル線幅を可変設定するために、擬似ランダム信号発
生器のレジスタの段数を可変設定する擬似ランダム信号
制御部とを備えている。
光源装置においては、光変調器は半導体レーザから出射
された光を入力されたデジタルの擬似ランダム信号から
なる変調信号に基づいて光変調する。擬似ランダム信号
は、周知のように、雑音に近い特性を有すので、この擬
似ランダム信号を変調信号に採用する事によって、図1
0で示した雑音を変調信号に採用した場合と同様に、分
布波形における中心波長の両側に多数の側波帯に起因す
るスペクトルが発生し、結果的に光変調器から出力され
る光変調後の光のスペクトル線幅が広くなる。
り程度は、変調信号が有す周波数成分に大きく依存す
る。すなわち、周波数成分が高くなると、分布波形にお
ける中心波長の両側に多数の側波帯に起因する各スペク
トルが、中心波長から離れた位置に発生するので、結果
的に、光変調された後の光のスペクトル線幅が広くな
る。
数特性を特徴づける擬似ランダム信号発生器のレジスタ
の段数を可変制御することによって、光変調後の光のス
ペクトル線幅を自由に可変設定できる。
生する擬似ランダム信号発生器は、直列接続された複数
のレジスタと1個又は複数の排他的論理和回路で構成さ
れている。そして、この擬似ランダム信号の周期はレジ
スタ数nで定まる。したがって、このレジスタの段数を
変更することによって、光変調後の光のスペクトル線幅
を自由に可変設定できる。
クトル線幅可変光源装置における光変調器は光強度変調
器又は光位相変調器で構成されている。
を用いて説明する。 (第1実施形態)図1は本発明の第1実施形態に係わる
スペクトル線幅可変光源装置の概略構成を示すブロック
図である。図10に示す従来の光源装置と同一部分には
同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
波長λ0を中心とするスペクトル線幅BS1を有する波長
分布6で示される波長分布特性を有する単一モードの光
aを出力する。半導体レーザ7から出射された光aは光
ファイバ8を介して光強度変調器14へ入力される。光
強度変調器14はこの入射した光aを変調信号入力端子
に印加されている変調信号b1に基づいて変調し、変調
した光a2を光ファイバ10を介して出力端子11から
外部へ出射する。
発生器15は、擬似ランダム信号としてのM系列のPN
信号dを発生して、このPN信号dを変調信号b1とし
て光強度変調器14の変調信号入力端子へ送出する。こ
のPN信号発生器15にはこのPN信号発生器15から
出力されるPN信号dを特長づけるパラメータを可変設
定するPN信号制御部16が接続されている。このPN
信号制御部16はクロック周波数設定部17とPN段数
設定部18とで構成されている。
す模式図である。光ファイバ8から入力コネクタ19を
介して入射された光aは、同一構成の二つの光路20
a。20bに分岐された後、それぞれの光路20a。2
0bに介挿された電気光学素子21a、21bへ入射さ
れる。各電気光学素子21a、21bには、光aの透過
方向と直交する方向に電界を印加するための電極22
a、22b、23a、23bが取付られている。
調信号b1は信号分割回路26で例えば位相が90度互
いに離れた二つの信号c1、c2に変換されて、各電気光
学素子21a、21bの電極22a、22b、23a、
23bへ印加される。各電気光学素子21a、21b
は、電極22a、22b、23a、23bに電界が印加
されると、内部を透過する光aの波形の位相を、印加さ
れた電界に対応した量だけ移動させる。すなわち、各電
気光学素子21a、21b及び電極22a、22b、2
3a、23bはそれぞれ光位相変調器を構成する。
された各光は、それぞれの光路24a、24bを経由さ
れたのち、波形合成されて、出力コネクタ25を介し
て、光強度変調された光a2として光ファイバ10を介
して出力端子11へ送出される。
ては、入射した光aを二つの光路に分けて、それぞれ位
相が異なる信号で位相変調を施した後、両者を合成する
ことにより、入力した変調信号b1に対応して光強変調
された光a2を得ることができる。
示すブロック図である。初期値を入力するための入力端
子28とPN信号dを出力するための出力端子29との
間にN個のレジスタ30(R1、R2、R3、R4、R5、
…、RN-1、RN)が直列接続されている。そして、出力
端子29の出力信号と最終段のレジスタ30(RN)の
入力信号とは排他的論理和回路(EXOR)31の各入
力端子へ入力される。この排他的論理和回路31の出力
端子から出力される出力信号は、入力端子28へ入力さ
れる。
R3、R4、R5、…、RN-1、RN)のうち、先頭からn
番(n<N―1)までの各レジスタ30(R1、R2、R
3、R4、R5、…、Rn)には、該当レジスタ30をバイ
パスするためのバイパススイッチ32が取付られてい
る。各バイパススイッチ32はPN信号制御部16内に
設けられたPN段数設定部18にて、任意に開閉制御さ
れる。バイパススイッチ32の閉鎖数を増加するとPN
段数が減少し、バイパススイッチ32の開放数を減少す
るとPN段数が増加する。
された周波数fSのクロック信号kは分周器34で1/
Mに分周されて新たなクロック信号k1として各レジス
タ30へ印加される。各レジスタ30は、クロック信号
k1のクロックが入力される毎に、前段のレジスタ30
に記憶されているデータ(ビットデータ)を取込んで、
自己に記憶されているデータ(ビットデータ)を後段の
レジスタ30へ送出する。
制御部16内のクロック周波数設定部17で変更設定で
きる。PN段数設定部18及びクロック周波数設定部1
7は操作者がキーボード等を用いて簡単に操作できる。
すなわち、操作者は、PN信号発生器15におけるPN
段数及びクロック信号k1の周波数fCを任意に設置可能
である。
いて、各バイパススイッチ32が開放された状態におい
て、入力端子28に初期値を設置して、クロック発生器
33を起動すると、出力端子29から、周期(ビット周
期)が(2N―1)で、ビットレートが(fS/M)であ
るPN信号dが出力される。この周期(2N―1)及び
ビットレート(fS/M)を任意に設置可能である。こ
の周期(2N―1)及びビットレート(fS/M)はPN
信号dの周波数成分を構成する。
光源装置において、半導体レーザ7から出力さらた光a
は図4(a)に示す極く狭いスペクトル線幅BS1の分布
波形6を有する。このスペクトラム線幅BS1を有する光
aを光強度変調器14で、PN信号dからなる変調信号
b1で変調すると、この光強度変調された光a2は図4
(b)に示す広いスペクトル線幅BS2の分布波形6aを
有する、PN信号制御部16内のPN段数設定部18に
おけるPN段数を増加することによって、この光強度変
調された光a2のスペクトラム線幅BS2を所定の範囲内
において、任意の値に拡大できる。PN信号dのPN段
数Kを増加すると前述した周期(2K―1)が長くな
り、含まれる周波数の帯域幅が広くなる。周波数帯域幅
が広くなると、PN信号dは雑音に近いので、分布波形
における中心波長の両側に側波帯に起因するスペクトル
が、中心波長から離れた位置に多数発生するので、結果
的に、光強度変調された後の光a2のスペクトル線幅B
S2が広くなる。
定部18におけるPN段数を減少することによって、光
強度変調された後の光a2のスペクトル線幅BS2が狭く
なる。したがって、PN信号dのPN段数を変更するこ
とによってスペクトル線幅B S2を自由に可変設定でき
る。
信号dのクロック信号の周波数fC(=fS/M)を高く
すると、図5に示すように、光強度変調された後の光a
2の分布波形6aにおける中心波長λ0の両側に現れる多
数の側波帯に起因するスペクトル相互間の間隔が広くな
るので、結果的に、光強度変調された後の光a2のスペ
クトル線幅BS2が広くなる。
周波数fCを変更することによってスペクトル線幅BS2
を自由に可変設定できる。
幅可変光源装置においては、PN信号dにおけるPN段
数又はPN信号dのクロック信号の周波数fCを変更す
る事によって出力端子11から出力される光a2のスペ
クトル線幅BS2を自由に可変設定できる。
形態に係わるスペクトル線幅可変光源装置の概略構成を
示すブロック図である。図1に示す第1実施形態装置と
同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明
を省略する。
源装置においては、図1に示す第1実施形態装置におけ
る光強度変調器14を光位相変調器35に置き換えてい
る。その他の構成は、図1に示す第1実施形態装置と同
じである。
す模式図である。光ファイバ8から入力コネクタ36を
介して入射された光aは、光路37に介挿された電気光
学素子38へ入射される。電気光学素子38には光aの
透過方向と直交する方向に電界を印加するための電極3
9a、39bが取付られている。変調信号入力端子から
入力された変調信号宇b1は電気光学素子38の電極3
9a、39bへ印加される。電気光学素子38は、電極
39a、39bに電界が印加されると、内部を透過する
光aの波形の位相を、印加された電界に対応した量だけ
移動させる。電気光学素子38で位相変調された光a3
は出力コネクタ40を介して、光位相変調された光a3
として光ファイバ10を介して出力端子11へ送出され
る。
クトル線幅可変光源装置においては、半導体レーザ7か
ら出力された光aは、光位相変調器35においてPN信
号dによって位相変調される。その結果、この位相変調
された光a3に含まれる波長成分が広く分散するので、
スペクトル線幅BS2が広くなる。
又はPN信号dのクロック信号の周波数fCを変更する
事によって変更可能である。したがって、第1実施形態
のスペクトル線幅可変光源装置とほぼ同様の作用効果を
得ることが可能である。
されるものではない。各実施形態においては、PN信号
制御部16内に、クロック周波数設定部17とPN段数
設定部18を設けたが、いずれか一方のみであってもよ
い。
ル線幅可変光源装置においては、光変調器に対する変調
信号を雑音以外でかつ雑音に近似したPN信号を用いて
いる。PN信号はPN段を変更することによって、簡単
にその周波数特性を変更できる。したがって、簡単な構
成で、かつ簡単に出力される光のスペクトル線幅を自由
に設定変更できる。
可変光源装置の概略構成を示すブロック図
強度変調器の概略構成を示す模式図
N信号発生器の概略構成を示すブロック図
レーザから出力された光のスペクトル線幅と光変調器か
ら出力された光のスペクトル線幅との対比を示す図
ク周波数を変更した場合における光変調された光の分布
特性を示す図
可変光源装置の概略構成を示すブロック図
位相変調器の概略構成を示す模式図
するための測定シシテムの模式図
Claims (2)
- 【請求項1】 単一モードの光を出射する半導体レーザ
(7)と、 前記半導体レーザから出射された光を入力された変調信
号に基づいて光変調しこの光変調した光を出力する光変
調器(14,35)と、 デジタルの擬似ランダム信号を発生しこの発生した擬似
ランダム信号を変調信号として前記光変調器へ送出する
擬似ランダム信号発生器(15)と、 前記光変調器から出力される光のスペクトル線幅を可変
設定するために、前記擬似ランダム信号発生器のレジス
タ(30)の段数を可変設定する擬似ランダム信号制御
部(16)とを備えたスペクトル線幅可変光源装置。 - 【請求項2】 前記光変調器は、光強度変調器(14)
と光位相変調器(35)とのいずれか一方であることを
特徴とする請求項1記載のスペクトル線幅可変光源装
置。
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