JP2004061126A - Optical frequency measuring apparatus and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の光周波数を測定する光周波数測定装置および測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光周波数特性装置には、マイケルソン干渉計に被検レーザ光を入力し、一方の光路の光学長を掃引し、干渉出力のフリンジ(光パワー変動の山谷の数)を測定することにより、被検レーザ光の光周波数を測定するものがある。しかし、この構成で精度を高めるためには干渉計を大きくする必要があり、そのために装置規模が大きくなる、振動に弱くなる、重量が重くなる問題があった。また、光周波数基準光を用いて掃引長を校正する必要があった。
【0003】
この問題を回避するために、発振周波数が安定化された基準レーザ光と被検レーザ光を合波して得られるビート光を電気信号に変換し、その周波数をカウントし、基準レーザ光の周波数に加算することにより被検レーザ光の光周波数を測定する方法が提案されている。
【0004】
さらに、この技術を発展させ、基準レーザ光として広帯域な光源を用いることにより、測定可能な帯域を拡大させる方法も提案されている。この広帯域基準光源としては、発振周波数ν0 が安定化された単一モード基準レーザ光を電気光学変調することにより光周波数間隔fm の光コム(縦モードの集合)を発生させ、さらに光非線形媒質に入力してスペクトル幅を広げる構成が提案されている。この広帯域基準光源を用いた場合には、被検レーザ光と近い光周波数領域にある基準光から得られるビート光の光周波数を測定する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、測定されるビート光周波数は、被検レーザ光と多数ある縦モードのどのモードとのビートであるか不明であるので、被検レーザ光の光周波数を確定することができなかった。
【0006】
本発明は、ビート光を生成する基準レーザ光の縦モードを確定し、被検レーザ光の光周波数を一意に決定することができる光周波数測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1は、周波数fm の変調信号により駆動され、基準光周波数ν0 の基準モードを中心に縦モード間隔fm の光コムを発生させるマルチモード光源と、マルチモード光源から出力される光コムと被検レーザ光を合波する光合波手段と、光合波手段で合波された光を入力し、光コムの1つの縦モードと被検レーザ光のビート光を電気信号に変換する光検出手段と、光検出手段から出力される電気信号の周波数fを測定する周波数カウンタとを備え、被検レーザ光の光周波数を測定する光周波数測定装置において、変調信号の周波数を変化させて光コムの縦モード間隔を変化させる手段と、光コムのすべての縦モードの光周波数を同一方向に偏移させる光周波数偏移手段と、縦モード間隔および縦モードの光周波数偏移に応じて測定される電気信号の周波数fの変化分から被検レーザ光の光周波数を決定する光周波数計数回路とを備える。
【0008】
この光周波数計数回路は、変調信号の周波数をシフトして縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、縦モードの光周波数偏移と電気信号の周波数fの変化分との比の符号SM (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、基準光周波数ν0 と、fm と、nと、SM に基づいて、被検レーザ光の光周波数νX を
νX =ν0 +SM nfm −SM f
により算出する手段とを備える(請求項3,11)。
【0009】
請求項2は、周波数fm の変調信号により駆動され、基準光周波数ν0 の基準モードを中心に縦モード間隔fm の光コムを発生させるマルチモード光源と、マルチモード光源から出力される光コムと被検レーザ光を合波する光合波手段と、光合波手段で合波された光を入力し、光コムの1つの縦モードと被検レーザ光のビート光を電気信号に変換する光検出手段と、光検出手段から出力される電気信号の周波数fを測定する周波数カウンタとを備え、被検レーザ光の光周波数を測定する光周波数測定装置において、変調信号の周波数を変化させて光コムの縦モード間隔を変化させる手段と、光合波手段に入力する被検レーザ光の光周波数を偏移させる光周波数偏移手段と、縦モード間隔および被検レーザ光の光周波数偏移に応じて測定される電気信号の周波数fの変化分から被検レーザ光の光周波数を決定する光周波数計数回路とを備える。
【0010】
この光周波数計数回路は、変調信号の周波数をシフトして縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、被検レーザ光の光周波数偏移と電気信号の周波数fの変化分との比の符号ST (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、基準光周波数ν0 と、fm と、nと、ST に基づいて、被検レーザ光の光周波数νX を
νX =ν0 −ST nfm +ST f
により算出する手段とを備える(請求項4,12)。
【0011】
マルチモード光源は、縦モード間隔の変化に係わらず基準モードの基準光周波数ν0 を一定に制御する基準光周波数制御手段を含む(請求項5)。
【0012】
マルチモード光源は、変調信号により駆動されるモード同期レーザと、モード同期レーザから出力される光コムを入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質とを備える(請求項6)。また、マルチモード光源は、基準光周波数ν0 の単一モード光を出力する光源と、変調信号により駆動され、単一モード光を変調して光コムを発生させる光変調手段と、光変調手段から出力される光コムを入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質とを備える(請求項7)。
【0013】
請求項1に記載の光周波数測定装置における光周波数偏移手段は、マルチモード光源と光合波手段との間に、シフト周波数信号発生器から出力されるシフト周波数信号に応じて光コムの光周波数をシフトする光周波数シフト手段を挿入した構成である(請求項8)。また、マルチモード光源が請求項6または請求項7に示す光非線形媒質を含むときに、光非線形媒質の前段に、シフト周波数信号発生器から出力されるシフト周波数信号に応じて光コムの光周波数をシフトする光周波数シフト手段を挿入した構成である(請求項9)。また、マルチモード光源が請求項5に示す基準光周波数制御手段を含むときに、シフト周波数信号発生器から出力されるシフト周波数信号に応じて光周波数基準が有する基準周波数をシフトする構成である(請求項10)。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の光周波数測定装置の第1の実施形態を示す。図において、マルチモード光源1は、変調信号発生器2から出力される周波数fm の変調信号により駆動され、基準光周波数ν0 の基準モードを中心に縦モード間隔fm の光コムを発生させる。この変調信号の周波数をfm からfm +Δfm にΔfm シフトすると、光コムの縦モード間隔もfm からfm +Δfm に変化する。ただし、基準モードの基準光周波数ν0 は、縦モード間隔を変化させても変化しない。
【0015】
この光コムは光周波数シフト手段3を介して光カプラ4に入力され、被検レーザ光と合波して光検出手段5に入力される。光検出手段5は、光コムの1つの縦モードと被検レーザ光のビート光を電気信号に変換し、その周波数fが周波数カウンタ6で測定される。
【0016】
光周波数シフト手段3は、シフト周波数信号発生器7から出力されるシフト周波数信号で駆動することにより、光コムの全モードを同一方向に偏移させる。このシフト周波数信号の周波数に応じた光周波数偏移量をΔν0 とする。光周波数シフト手段3としては、音響光学変調器(AOM)あるいは電気光学効果を利用した光変調器を用いた周波数シフタを用いることができる。
【0017】
また、基準光周波数ν0 を一定に制御する基準光周波数制御手段を有するマルチモード光源1′の場合には、図2に示す第2の実施形態のように光周波数シフト手段3を用いず、シフト周波数信号発生器7から出力されるシフト周波数信号をマルチモード光源1′の基準光周波数制御手段に入力し、光周波数基準が有する基準周波数をシフトすることにより光コムの全モードを同一方向に偏移させるようにしてもよい。具体的構成例は後述する。
【0018】
また、光周波数シフト手段3による光周波数偏移は、マルチモード光源1から出力される光コムに対してではなく、図3に示す第3の実施形態のように、被検レーザ光に対して行ってもよい。
【0019】
光周波数計数回路8は、変調信号発生器2から変調信号の周波数fm 、Δfm を入力し、シフト周波数信号発生器7からシフト周波数信号に対応する光周波数偏移量Δν0 を入力し、周波数カウンタ6で測定される光周波数f、Δfを入力し、被検レーザ光の光周波数νX を算出する。
【0020】
以下、光コムの縦モード間隔の変化および光周波数偏移の方向を観測することにより、ビート光を生成する基準レーザ光の縦モードを確定し、被検レーザ光の光周波数を一意に決定する方法について、図4および図5を参照して説明する。
【0021】
まず、光検出手段5に光コムと被検レーザ光(光周波数νX ) の合波光を入力し、そのビート光を光電変換して得られる電気信号の周波数fを周波数カウンタ6で測定する。この周波数fは、光コムの1つの縦モードと被検レーザ光の光周波数差に相当する。
【0022】
次に、マルチモード光源1を駆動する変調信号の周波数fm をΔfm 増大させてfm +Δfm としたときに、周波数カウンタ6で周波数f+Δfを測定して周波数fの増大量Δfを算出する。ここで、図4(b) に示すように、被検レーザ光とビート光をつくる縦モードが、基準光周波数ν0 の基準モードから数えてn番目(νn )とすると、
|Δf|=|nΔfm |
の関係が存在する。このとき、Δf/Δfm の符号も判別する。ちなみに図4の例ではΔfm が正、Δfが負であるので、Δf/Δfm の符号は負となる。
【0023】
次に、光周波数シフト手段3で光周波数偏移量Δν0 を与えたときに、測定される周波数f、f+Δfの変化方向からΔf/Δν0 の符号を判別する。ちなみに図4の例ではΔν0 が正、Δfが負であるので、Δf/Δν0 の符号は負となる。なお、光周波数シフト手段3で光周波数偏移を静的に与える場合も、正弦波的に与える場合も、Δf/Δν0 の符号判定は可能である。
【0024】
これらの結果からν0 、νn 、νX の大小関係(図5 (a)〜(d) のいずれか)を判別し、その大小関係に基づいて被検レーザ光の光周波数νX を確定する。なお、以下の説明では、光コムに光周波数偏移Δν0 を与える場合について示すが、被検レーザ光に光周波数偏移Δν0 を与える場合には、その符号を逆にして考えればよい。
【0025】
図5(a) はνn <νX <ν0 であり、Δf/Δfm >0、Δf/Δν0 <0となる。図5(b) はνX <νn <ν0 であり、Δf/Δfm <0、Δf/Δν0 >0となる。いずれの場合もビート光を生成する縦モードの光周波数νn は、
νn =ν0 −nfm =ν0 −fm |Δf/Δfm |
となる。
【0026】
図5(c) はν0 <νn <νX であり、Δf/Δfm <0、Δf/Δν0 <0となる。図5(d) はν0 <νX <νn であり、Δf/Δfm >0、Δf/Δν0 >0となる。いずれの場合も
νn =ν0 +nfm =ν0 +fm |Δf/Δfm |
となる。
【0027】
したがって、光周波数計数回路8では、Δf/Δfm >0、Δf/Δν0 <0であれば図5(a) の場合であり、被検レーザ光の光周波数νX は、
νX =νn +f=ν0 −fm |Δf/Δfm |+f
として求める。
【0028】
Δf/Δfm <0、Δf/Δν0 >0であれば図5(b) の場合であり、被検レーザ光の光周波数νX は、
νX =νn −f=ν0 −fm |Δf/Δfm |−f
として求める。
【0029】
Δf/Δfm <0、Δf/Δν0 <0であれば図5(c) の場合であり、被検レーザ光の光周波数νX は、
νX =νn +f=ν0 +fm |Δf/Δfm |+f
として求める。
【0030】
Δf/Δfm >0、Δf/Δν0 >0であれば図5(d) の場合であり、被検レーザ光の光周波数νX は、
νX =νn −f=ν0 +fm |Δf/Δfm |−f
として求める。
【0031】
(マルチモード光源1の構成例)
図6は、マルチモード光源1の構成例を示す。図において、マルチモード光源1は、周波数fm の変調信号により駆動される能動モード同期レーザ11の出力光を光増幅器12で増幅して非線形光ファイバ13に入力し、非線形効果(スーパーコンティニウム発生等)によってスペクトル拡大し、スペクトルが数百nmにわたる広帯域な光コムを発生させる構成である(参考文献:Electronics Letter, Vol.30, No.10, pp.790−791)。この光コムの縦モード間隔fm は、駆動する変調信号の周波数に応じて変化させることができる。
【0032】
なお、能動モード同期レーザ11としては、半導体モード同期レーザ(MLLD)や、エルビウム添加光ファイバモード同期リングレーザ等が利用できる。このMLLDを利用する場合は、その実効共振器長によりモード同期周波数(縦モード間隔)が決定される。離調(駆動周波数の最適駆動周波数からの差分)は数パーセントが許容され、駆動周波数を数パーセント変化させても、パルス幅および出力パワー等に大きな変化はない。
【0033】
また、能動モード同期レーザ11から出力される縦モードの1つ(基準光周波数ν0 の基準モード)を光カプラ14、光バンドパスフィルタ15を介して分波し、その吸収線の光周波数が校正された標準気体を有する光周波数基準16を介して光検出回路17に入力する。光発振周波数制御回路18は、光検出回路17の出力に応じて能動モード同期レーザ11の発振周波数を制御し、基準モードの基準光周波数ν0 が気体吸収線に同期するように帰還ループが形成される。これにより、基準モードの基準光周波数ν0 を極めて一定に制御することができる。
【0034】
また、光周波数シフト手段3は、マルチモード光源1の出力側に接続される他に、マルチモード光源1を構成する能動モード同期レーザ11(光カプラ14)と光増幅器12との間に挿入してもよい。この場合の構成例を図7に示す。
【0035】
(マルチモード光源1′の構成例)
図8は、マルチモード光源1′の構成例を示す。図において、マルチモード光源1′は、図6に示すマルチモード光源1に基準光周波数ν0 を制御する光周波数基準制御回路19を追加した構成である。この光周波数基準制御回路19にシフト周波数信号を入力し、光周波数基準16として用いる気体の温度または圧力を制御することにより、光周波数基準16が有する基準周波数をシフトする。これが図2に示す第2の実施形態に対応するマルチモード光源1′であり、光周波数シフト手段3に代わる構成である。
【0036】
また、マルチモード光源1,1′の能動モード同期レーザ11に代えて、基準光周波数ν0 の単一モード光を出力する光源と、変調信号により単一モード光を変調して光コムを発生させる光変調手段(例えは電気光学変調器)を用いることも可能である。なお、マルチモード光源の縦モード間隔fm は、光変調手段の変調信号周波数により決定されるので、その周波数を変化させることにより縦モード間隔fm を変化させることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ビート光を生成する基準レーザ光の縦モードを確定し、被検レーザ光の光周波数を一意に決定することができるので、数百nmの広帯域に渡って被検レーザ光の光周波数を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光周波数測定装置の第1の実施形態を示す図。
【図2】本発明の光周波数測定装置の第2の実施形態を示す図。
【図3】本発明の光周波数測定装置の第3の実施形態を示す図。
【図4】本発明の光周波数測定装置の特定原理を説明する図。
【図5】被検レーザ光の光周波数の算出パターンを説明する図。
【図6】マルチモード光源1の構成例を示す図。
【図7】マルチモード光源1の他の構成例を示す図。
【図8】マルチモード光源1′の構成例を示す図。
【符号の説明】
1 マルチモード光源
2 変調信号発生器
3 光周波数シフト手段
4 光カプラ
5 光検出手段
6 周波数カウンタ
7 シフト周波数信号発生器
8 光周波数計数回路
11 能動モード同期レーザ
12 光増幅器
13 非線形光ファイバ
14 光カプラ
15 光バンドパスフィルタ
16 光周波数基準
17 光検出回路
18 光発振周波数制御回路
19 光周波数基準制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical frequency measuring device for measuring an optical frequency of laser light and a measuring method.
[0002]
[Prior art]
A conventional optical frequency characteristic device is obtained by inputting a test laser beam to a Michelson interferometer, sweeping the optical length of one optical path, and measuring the fringe of interference output (the number of peaks and valleys in optical power fluctuation). There is an apparatus that measures the optical frequency of a test laser beam. However, in order to increase the accuracy in this configuration, it is necessary to increase the size of the interferometer, and therefore, there have been problems that the scale of the apparatus becomes large, that the apparatus becomes weak against vibration, and that the weight becomes heavy. Further, it was necessary to calibrate the sweep length using the optical frequency reference light.
[0003]
To avoid this problem, the beat light obtained by combining the reference laser light whose oscillation frequency is stabilized and the test laser light is converted into an electric signal, the frequency is counted, and the frequency of the reference laser light is counted. A method has been proposed for measuring the optical frequency of the test laser light by adding to the above.
[0004]
Furthermore, a method has been proposed in which this technology is developed and a measurable band is extended by using a broadband light source as the reference laser beam. As the broadband reference light source, to generate optical comb of the optical frequency interval f m (set of longitudinal modes) by the oscillation frequency [nu 0 is the electro-optic modulator a single-mode reference laser light stabilized, further optical nonlinearity There has been proposed a configuration in which the spectrum width is increased by inputting to a medium. When this broadband reference light source is used, the optical frequency of the beat light obtained from the reference light in the optical frequency range close to the test laser light is measured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since it is not known which beat light frequency to be measured is the beat between the test laser light and a number of longitudinal modes, the optical frequency of the test laser light could not be determined.
[0006]
An object of the present invention is to provide an optical frequency measurement device and a measurement method that can determine the longitudinal mode of a reference laser beam that generates beat light and uniquely determine the optical frequency of a test laser beam.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
[0008]
The optical frequency counter circuit, when the longitudinal mode interval by shifting the frequency of the modulation signal is varied from f m to f m + Delta] f m, the variation of the longitudinal mode spacing Delta] f m (including the sign), the electrical signal the means for counting the ratio n = Δf / Δf m with variation Delta] f of the frequency f (including sign) (including the sign), and the change in the frequency f of the longitudinal mode of the optical frequency shift and an electric signal code S M in the ratio means for determining (if positive, -1 if it is negative), the reference light frequency [nu 0, and f m, and n, on the basis of the S M, the optical frequency of the test laser beam the ν X ν X = ν 0 + S M nf m -S M f
(
[0009]
[0010]
The optical frequency counter circuit, when the longitudinal mode interval by shifting the frequency of the modulation signal is varied from f m to f m + Delta] f m, the variation of the longitudinal mode spacing Delta] f m (including the sign), the electrical signal means for counting the change in Delta] f of the frequency f ratio (including the sign) n = Δf / Δf m (including the sign), the change in the frequency f of the optical frequency shift and an electric signal of a test laser beam means for determining the ratio of the coded S T (if positive 1, if negative -1) with a reference light frequency [nu 0, and f m, and n, on the basis of S T, of the test laser beam an optical frequency ν X ν X = ν 0 -S T nf m + S T f
(Claims 4 and 12).
[0011]
The multi-mode light source includes reference light frequency control means for controlling the reference light frequency ν 0 of the reference mode to be constant irrespective of a change in the longitudinal mode interval (claim 5).
[0012]
The multi-mode light source includes a mode-locked laser driven by a modulation signal, and an optical non-linear medium that receives an optical comb output from the mode-locked laser and widens its spectral width (claim 6). The multi-mode light source includes a light source that outputs a single-mode light having a reference light frequency ν 0 , an optical modulation unit that is driven by a modulation signal, modulates the single-mode light to generate an optical comb, and an optical modulation unit. And an optical non-linear medium for inputting an optical comb output from the optical comb and widening its spectrum width.
[0013]
The optical frequency shifting means in the optical frequency measuring device according to
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a first embodiment of the optical frequency measuring device of the present invention. In the figure, a
[0015]
This optical comb is input to the optical coupler 4 via the optical frequency shift means 3, multiplexed with the test laser light, and input to the light detection means 5. The light detecting means 5 converts one longitudinal mode of the optical comb and the beat light of the test laser light into an electric signal, and the frequency f thereof is measured by the
[0016]
The optical frequency shift means 3 shifts all modes of the optical comb in the same direction by driving with the shift frequency signal output from the shift
[0017]
In the case of the multi-mode light source 1 'having a reference light frequency control means for controlling the reference light frequency ν 0 to be constant, the light frequency shift means 3 is not used as in the second embodiment shown in FIG. The shift frequency signal output from the shift
[0018]
The optical frequency shift by the optical frequency shift means 3 is not performed on the optical comb output from the multimode
[0019]
Optical
[0020]
Hereinafter, by observing the change of the longitudinal mode interval of the optical comb and the direction of the optical frequency shift, the longitudinal mode of the reference laser light for generating the beat light is determined, and the optical frequency of the test laser light is uniquely determined. The method will be described with reference to FIGS.
[0021]
First, the combined light of the optical comb and the test laser light (optical frequency ν X ) is input to the
[0022]
Next, the frequency f m of the modulation signal for driving the multimode
| Δf | = | nΔf m |
Relationship exists. At this time, also determines the sign of Δf / Δf m. Incidentally Delta] f m is positive in the example of FIG. 4, since Delta] f is negative, the sign of Delta] f / Delta] f m becomes negative.
[0023]
Next, when the optical frequency shift means 3 gives the optical frequency shift amount Δν 0 , the sign of Δf / Δν 0 is determined from the change direction of the measured frequency f, f + Δf. Incidentally, in the example of FIG. 4, since Δν 0 is positive and Δf is negative, the sign of Δf / Δν 0 is negative. The sign of Δf / Δν 0 can be determined whether the optical frequency shift means 3 gives the optical frequency shift statically or sinusoidally.
[0024]
From these results, the magnitude relationship between ν 0 , ν n , and ν X (one of FIGS. 5A to 5D) is determined, and the optical frequency ν X of the test laser beam is determined based on the magnitude relationship. I do. In the following description, but shows the case where the optical comb provide light frequency shift .DELTA..nu 0, when giving the optical frequency deviation .DELTA..nu 0 to test the laser light may be considered with its sign reversed.
[0025]
5 (a) is a ν n <ν X <ν 0 , Δf / Δf m> 0, the Δf / Δν 0 <0. 5 (b) is a ν X <ν n <ν 0 , Δf / Δf m <0, the Δf / Δν 0> 0. In each case, the optical frequency v n of the longitudinal mode that generates the beat light is
ν n = ν 0 -nf m = ν 0 -f m | Δf / Δf m |
It becomes.
[0026]
FIG. 5 (c) is a ν 0 <ν n <ν X , Δf / Δf m <0, the Δf / Δν 0 <0. Figure 5 (d) is <a ν X <ν n, Δf / Δf m> 0, Δf / Δν 0> ν 0 is 0. In either case ν n = ν 0 + nf m = ν 0 + f m | Δf / Δf m |
It becomes.
[0027]
Therefore, the optical frequency counter circuit 8, Δf / Δf m> 0 , the case of FIGS. 5 (a) if Δf / Δν 0 <0, the optical frequency [nu X of the test laser beam,
ν X = ν n + f = ν 0 -f m | Δf / Δf m | + f
Asking.
[0028]
Δf / Δf m <0, Δf / Δν 0> If 0 is the case of FIG. 5 (b), the optical frequency [nu X of the test laser beam,
ν X = ν n -f = ν 0 -f m | Δf / Δf m | -f
Asking.
[0029]
Δf / Δf m <0, if Δf / Δν 0 <0 is the case of FIG. 5 (c), the optical frequency [nu X of the test laser beam,
ν X = ν n + f = ν 0 + f m | Δf / Δf m | + f
Asking.
[0030]
Δf / Δf m> 0, if Delta] f / .DELTA..nu 0> 0 is the case of FIG. 5 (d), the optical frequency [nu X of the test laser beam,
ν X = ν n -f = ν 0 + f m | Δf / Δf m | -f
Asking.
[0031]
(Configuration example of multi-mode light source 1)
FIG. 6 shows a configuration example of the multi-mode
[0032]
In addition, as the active mode-locked
[0033]
In addition, one of the longitudinal modes output from the active mode-locked laser 11 (the reference mode of the reference optical frequency ν 0 ) is split via the
[0034]
The optical frequency shift means 3 is connected between the output side of the multi-mode
[0035]
(Configuration example of multi-mode light source 1 ')
FIG. 8 shows a configuration example of the multi-mode light source 1 '. In the figure, a multimode
[0036]
Further, instead of the active mode-locked
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the longitudinal mode of the reference laser light for generating the beat light is determined, and the optical frequency of the test laser light can be uniquely determined. The optical frequency of the test laser beam can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical frequency measurement device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the optical frequency measurement device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the optical frequency measurement device of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a specific principle of the optical frequency measurement device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation pattern of an optical frequency of a test laser beam.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a multi-mode
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the multi-mode
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a multi-mode light source 1 '.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記マルチモード光源から出力される光コムと被検レーザ光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段で合波された光を入力し、前記光コムの1つの縦モードと被検レーザ光のビート光を電気信号に変換する光検出手段と、
前記光検出手段から出力される電気信号の周波数fを測定する周波数カウンタとを備え、前記被検レーザ光の光周波数を測定する光周波数測定装置において、
前記変調信号の周波数を変化させて前記光コムの縦モード間隔を変化させる手段と、
前記光コムのすべての縦モードの光周波数を同一方向に偏移させる光周波数偏移手段と、
前記縦モード間隔および縦モードの光周波数偏移に応じて測定される前記電気信号の周波数fの変化分から前記被検レーザ光の光周波数を決定する光周波数計数回路と
を備えたことを特徴とする光周波数測定装置。Is driven by the modulation signal of the frequency f m, and a multimode light source for generating a comb of longitudinal mode interval f m around the reference mode of the reference light frequency [nu 0,
Optical multiplexing means for multiplexing the optical comb and the test laser light output from the multimode light source,
Light detecting means for inputting the light multiplexed by the optical multiplexing means and converting one longitudinal mode of the optical comb and beat light of the test laser light into an electric signal;
A frequency counter for measuring the frequency f of the electric signal output from the light detection means, an optical frequency measurement device for measuring the optical frequency of the test laser light,
Means for changing the longitudinal mode interval of the optical comb by changing the frequency of the modulation signal,
Optical frequency shift means for shifting the optical frequencies of all longitudinal modes of the optical comb in the same direction,
An optical frequency counting circuit that determines an optical frequency of the test laser light from a change in the frequency f of the electric signal measured according to the optical frequency shift of the longitudinal mode interval and the longitudinal mode. Optical frequency measuring device.
前記マルチモード光源から出力される光コムと被検レーザ光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段で合波された光を入力し、前記光コムの1つの縦モードと被検レーザ光のビート光を電気信号に変換する光検出手段と、
前記光検出手段から出力される電気信号の周波数fを測定する周波数カウンタとを備え、前記被検レーザ光の光周波数を測定する光周波数測定装置において、
前記変調信号の周波数を変化させて前記光コムの縦モード間隔を変化させる手段と、
前記光合波手段に入力する前記被検レーザ光の光周波数を偏移させる光周波数偏移手段と、
前記縦モード間隔および前記被検レーザ光の光周波数偏移に応じて測定される前記電気信号の周波数fの変化分から前記被検レーザ光の光周波数を決定する光周波数計数回路と
を備えたことを特徴とする光周波数測定装置。Is driven by the modulation signal of the frequency f m, and a multimode light source for generating a comb of longitudinal mode interval f m around the reference mode of the reference light frequency [nu 0,
Optical multiplexing means for multiplexing the optical comb and the test laser light output from the multimode light source,
Light detecting means for inputting the light multiplexed by the optical multiplexing means and converting one longitudinal mode of the optical comb and beat light of the test laser light into an electric signal;
A frequency counter for measuring the frequency f of the electric signal output from the light detection means, an optical frequency measurement device for measuring the optical frequency of the test laser light,
Means for changing the longitudinal mode interval of the optical comb by changing the frequency of the modulation signal,
Optical frequency shift means for shifting the optical frequency of the test laser light input to the optical multiplexing means,
An optical frequency counting circuit that determines an optical frequency of the test laser light from a change in a frequency f of the electrical signal measured according to the vertical mode interval and an optical frequency shift of the test laser light. An optical frequency measuring device characterized by the above-mentioned.
前記光周波数計数回路は、
前記変調信号の周波数をシフトして前記縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、前記電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、
前記縦モードの光周波数偏移と前記電気信号の周波数fの変化分との比の符号SM (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、
前記基準光周波数ν0 と、fm と、nと、SM に基づいて、前記被検レーザ光の光周波数νX を
νX =ν0 +SM nfm −SM f
により算出する手段と
を備えたことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measurement device according to claim 1,
The optical frequency counting circuit,
The longitudinal mode spacing by shifting the frequency of the modulation signal is varied from f m to f m + Delta] f m, the longitudinal mode spacing variation Delta] f m (including the sign), the frequency f of the electric signal means for counting the change in Delta] f ratio (including the sign) n = Δf / Δf m (including the sign),
Means for determining the sign S M (1 for positive, −1 for negative) of the ratio between the optical frequency shift of the longitudinal mode and the change in the frequency f of the electrical signal;
And the reference optical frequency [nu 0, f and m, and n, on the basis of the S M, said test laser light frequency [nu X the ν X = ν 0 + S M nf m -S M f
An optical frequency measurement device comprising:
前記光周波数計数回路は、
前記変調信号の周波数をシフトして前記縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、前記電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、
前記被検レーザ光の光周波数偏移と前記電気信号の周波数fの変化分との比の符号ST (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、
前記基準光周波数ν0 と、fm と、nと、ST に基づいて、前記被検レーザ光の光周波数νX を
νX =ν0 −ST nfm +ST f
により算出する手段と
を備えたことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measurement device according to claim 2,
The optical frequency counting circuit,
The longitudinal mode spacing by shifting the frequency of the modulation signal is varied from f m to f m + Delta] f m, the longitudinal mode spacing variation Delta] f m (including the sign), the frequency f of the electric signal means for counting the change in Delta] f ratio (including the sign) n = Δf / Δf m (including the sign),
Means for determining the sign ST (1 if positive, -1 if negative) of the ratio between the optical frequency shift of the test laser light and the change in the frequency f of the electrical signal;
And the reference optical frequency [nu 0, and f m, n and, based on S T, the optical frequency [nu X of the test laser beam ν X = ν 0 -S T nf m + S T f
An optical frequency measurement device comprising:
前記マルチモード光源は、縦モード間隔の変化に係わらず基準モードの基準光周波数ν0 を一定に制御する基準光周波数制御手段を含む
ことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measuring device according to claim 1 or 2,
The optical frequency measurement device according to claim 1, wherein the multimode light source includes a reference light frequency control unit that controls the reference light frequency ν 0 in the reference mode to be constant regardless of a change in the vertical mode interval.
前記マルチモード光源は、
前記変調信号により駆動されるモード同期レーザと、
前記モード同期レーザから出力される光コムを入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質と
を備えたことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measuring device according to claim 1 or 2,
The multi-mode light source,
A mode-locked laser driven by the modulation signal,
An optical frequency measuring device comprising: an optical non-linear medium that receives an optical comb output from the mode-locked laser and widens the spectrum width thereof.
前記マルチモード光源は、
前記基準光周波数ν0 の単一モード光を出力する光源と、
前記変調信号により駆動され、前記単一モード光を変調して光コムを発生させる光変調手段と、
前記光変調手段から出力される光コムを入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質と
を備えたことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measuring device according to claim 1 or 2,
The multi-mode light source,
A light source that outputs single-mode light having the reference light frequency ν 0 ,
Driven by the modulation signal, optical modulation means for generating an optical comb by modulating the single mode light,
An optical non-linear medium for inputting an optical comb output from the optical modulation means and expanding a spectrum width thereof;
光周波数偏移手段は、前記マルチモード光源と前記光合波手段との間に、シフト周波数信号発生器から出力されるシフト周波数信号に応じて光コムの光周波数をシフトする光周波数シフト手段を挿入した構成である
ことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measurement device according to claim 1,
The optical frequency shift means inserts an optical frequency shift means for shifting the optical frequency of the optical comb according to the shift frequency signal output from the shift frequency signal generator between the multimode light source and the optical multiplexing means. An optical frequency measurement device having a configuration as described above.
光周波数偏移手段は、前記マルチモード光源が請求項6または請求項7に示す光非線形媒質を含むときに、光非線形媒質の前段に、シフト周波数信号発生器から出力されるシフト周波数信号に応じて光コムの光周波数をシフトする光周波数シフト手段を挿入した構成である
ことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measurement device according to claim 1,
When the multimode light source includes the optical nonlinear medium described in claim 6 or 7, the optical frequency shift means responds to a shift frequency signal output from a shift frequency signal generator before the optical nonlinear medium. An optical frequency measuring device, characterized in that the optical frequency shifting means for shifting the optical frequency of the optical comb is inserted.
光周波数偏移手段は、前記マルチモード光源が請求項5に示す基準光周波数制御手段を含むときに、シフト周波数信号発生器から出力されるシフト周波数信号に応じて光周波数基準が有する基準周波数をシフトする構成である
ことを特徴とする光周波数測定装置。The optical frequency measurement device according to claim 1,
The optical frequency shift means, when the multi-mode light source includes the reference optical frequency control means according to claim 5, changes the reference frequency of the optical frequency reference according to the shift frequency signal output from the shift frequency signal generator. An optical frequency measurement device having a shift configuration.
前記変調信号の周波数をシフトして前記縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、前記電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数するステップと、
前記縦モードの光周波数偏移と前記電気信号の周波数fの変化分との比の符号SM (正ならば1、負ならば−1)を判定するステップと、
前記基準光周波数ν0 と、fm と、nと、SM に基づいて、前記被検レーザ光の光周波数νX を
νX =ν0 +SM nfm −SM f
により算出するステップと
を有することを特徴とする光周波数測定方法。An optical frequency measuring method in the optical frequency counting circuit of the optical frequency measuring device according to claim 1,
The longitudinal mode spacing by shifting the frequency of the modulation signal is varied from f m to f m + Delta] f m, the longitudinal mode spacing variation Delta] f m (including the sign), the frequency f of the electric signal a step of counting the change in Delta] f ratio (including the sign) n = Δf / Δf m (including the sign),
Determining the sign S M (1 if positive, -1 if negative) of the ratio between the optical frequency shift of the longitudinal mode and the change in the frequency f of the electrical signal;
And the reference optical frequency [nu 0, f and m, and n, on the basis of the S M, said test laser light frequency [nu X the ν X = ν 0 + S M nf m -S M f
Calculating the optical frequency according to the following formula:
前記変調信号の周波数をシフトして前記縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、前記電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数するステップと、
前記被検レーザ光の光周波数偏移と前記電気信号の周波数fの変化分との比の符号ST (正ならば1、負ならば−1)を判定するステップと、
前記基準光周波数ν0 と、fm と、nと、ST に基づいて、前記被検レーザ光の光周波数νX を
νX =ν0 −ST nfm +ST f
により算出するステップと
を備えたことを特徴とする光周波数測定方法。An optical frequency measuring method in the optical frequency counting circuit of the optical frequency measuring device according to claim 2,
The longitudinal mode spacing by shifting the frequency of the modulation signal is varied from f m to f m + Delta] f m, the longitudinal mode spacing variation Delta] f m (including the sign), the frequency f of the electric signal a step of counting the change in Delta] f ratio (including the sign) n = Δf / Δf m (including the sign),
Wherein determining a ratio of the coded S T between the change in the frequency f of the electric signal to the optical frequency deviation of the test laser light (if positive 1, if negative -1),
And the reference optical frequency [nu 0, and f m, n and, based on S T, the optical frequency [nu X of the test laser beam ν X = ν 0 -S T nf m + S T f
The optical frequency measurement method.
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