JP2007212427A - 光周波数検出装置、光スペクトラムアナライザおよび光信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
高精度かつ広帯域での光周波数検出等が可能な光周波数検出装置、光スペクトラムアナライザ、および光信号処理装置を提供する。
【解決手段】
レーザー光源１１と、光周波数コム発生装置１２と、光アンプ１３と、ファブリペロー光共振器１４と、被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器１５と、光検出器１６と、電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器１７と、光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理する制御処理装置１８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高精度かつ広帯域での光周波数検出が可能な光周波数検出装置、高精度かつ広帯域でのスペクトラム解析が可能な光スペクトラムアナライザ、および前記光周波数検出の機能および光スペクトラム解析の機能を兼ね備えた光信号処理装置に関する。

高分解能な光周波数検出システムや分光システムは、基礎科学から応用まで幅広いニーズがある。たとえば、光周波数検出装置は、半導体レーザー、半導体レーザーを用いた光伝送装置の光周波数の測定、光ネットワークを伝播する光周波数の測定等に使用される。
また、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）は、物質の吸収スペクトルの測定等に用いられる。

図８は、従来の光周波数検出装置７の原理を示す説明図である。図８において、レーザーダイオード７０およびレーザーダイオード７１からはそれぞれレーザー光Ｌ₀（基準周波数ｆ₀），レーザー光Ｌ₁（掃引周波数ｆ₁）が出力される。周波数ｆ₁は周波数ｆ₀の近傍で僅かに変化できる。

周波数コム発生器７２にはレーザー光Ｌ₁が入力され、発生したコム光ＣＯＭは光アンプ７３により増幅される。光結合器７４は、光アンプ７３からの出射光と被測定光ＢＵＭ（周波数ｆ_S）を結合して、そのビート光の周波数が光検出器７５を介して光周波数検出器７６に出力する。一方、レーザー光Ｌ₀とレーザー光Ｌ₁の間のビート光は検出器７７により検出されて光周波数検出器７６でそのビート周波数が検出される。このように光周波数検出器７６は、光検出器７５，７５からのビート信号の周波数を検出することにより被測定光ＢＵＭの周波数を検出することができる。

図９は、光スペクトラムアナライザ８の原理を示す説明図である。図９において、レーザーダイオード８１からのレーザー光Ｌ₀は、光の周波数をシフトする働きをもつ単側波帯光変調器（ＳＳＢ光変調装置）８２に入力される。ＳＳＢ光変調装置８２は信号発生器８２１とＳＳＢ光変調器８２２とからなる。ＳＳＢ光変調装置８２の出力は信号発生器８２１により掃引され、掃引光Ｂ_modは試料８３に照射される。ここで掃引光Ｂ_modの周波数ｆ_outは、元のレーザー光Ｌ₀の周波数ｆ₀から信号発生器の周波数ｆ_mだけシフトしたもの、すなわちｆ_out＝ｆ₀＋ｆ_mの関係が成り立っている。試料８３の応答光Ｂｒは光検出器８４により電気信号Ｓｒとして検出される。したがって、試料を透過または反射する光の周波数が順次変化し、それを検出していくので、試料の吸収スペクトルまたは反射スペクトルが測定される。
制御処理装置８４は、信号発生器８２１を制御信号ＣＲＬにより制御するとともに、電気信号Ｓｒをスペクトラムとして解析し、ディスプレイ８６に表示する。

図８の光周波数検出装置７、および図９の光スペクトラムアナライザ８の測定精度（分解能）は数ＭＨｚときわめてよい。
しかし、図８の光周波数検出装置７では、基準となるレーザーダイオードと光検出器がそれぞれ２つずつ用いるなど、構成が複雑となる欠点があり、またこのため操作が煩雑となり価格も高くなるという問題があった。一方、図９の光スペクトラムアナライザ８は、測定可能範囲がたかだか１０ＧＨｚ程度と極めて狭いという問題があった。またＳＳＢ変調装置を掃引する信号発生器は、ＧＰＩＢなどで制御されるため、周波数掃引に時間を要し、測定時間が長くなる欠点があった。

また、光スペクトラムアナライザには、光周波数検出機能が備えられているものもあるが、光スペクトラム解析機能と、光周波数検出機能とを兼ね備えた高い測定精度の機器はほとんどないし、仮にあったとしても高価格であり、廉価な光スペクトラムアナライザと光周波数検出装置の兼用機器の開発が望まれていた。

本発明の目的は、高精度かつ広帯域での光周波数検出が可能な光周波数検出装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、高精度かつ広帯域でのスペクトラム解析が可能な光スペクトラムアナライザを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記の光周波数検出機能および光スペクトラム解析機能を兼ね備えた光信号処理装置を安価に提供することにある。

本発明の光周波数検出装置は（１）から（４）を要旨とする。
（１）「波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光周波数検出装置。」

（２）「前記光周波数コム発生装置と前記光結合器との間に、
前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプと、
前記光アンプからの増幅光を入射し、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器と、
が備えられていることを特徴とする（１）に記載の光周波数検出装置。」

（３）「前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性（透過率が中心周波数の付近で低く、中心周波数から離れるとともに増大する特性）のフィルタを設けたことを特徴とする（１）または（２）に記載の光周波数検出装置。」

（４）「前記光周波数検出器の前段に、前記光周波数コムのコム間隔の１／２の周波数よりも低い周波数成分または高い周波数成分をカットする低域通過フィルタを備えたことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の光周波数検出装置。」

本発明の光スペクトラムアナライザは（５）から（７）を要旨とする。
（５）「波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち１つの成分光を通過させる波長可変フィルタ（光周波数コム発生装置の後段でかつ光検出器の前段であれば配置箇所に限定されない）と、
前記１つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する光単側波帯光変調装置と、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記光単側波帯光変調装置の周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。」

（６）「前記光単側波帯光変調装置が光単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記光単側波帯光変調器の出力が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする（５）に記載の光スペクトラムアナライザ。」

（７）「前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする（５）または（６）に記載の光スペクトラムアナライザ。」

本発明の光信号処理装置は（８）から（１２）を要旨とする。
（８）「波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムを第１パスまたは第２パスの何れかに切り換える光路切り換え器と、
を備え、
第１パスは、
被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
を含み、
第２パスは、
前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち１つの成分光を通過させる波長可変フィルタと、
前記１つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する光単側波帯光変調装置と、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
を含み、
さらに、前記光路切り換え器が前記第１パスをアクティブにしているときに、前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理し、
前記光路切り換え器が前記第２パスをアクティブにしているときに、前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記光単側波帯光変調装置による周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置を備えたことを特徴とする光信号処理装置。」

（９）「 前記光周波数コム発生装置と前記光路切り換え器との間に前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプが備えられ、
前記光路切り換え器と前記光結合器との間に、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器が備えられていることを特徴とする（８）に記載の光信号処理装置。」
（１０）「前記光単側波帯光変調装置が光単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記光単側波帯光変調器が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする（８）または（９）に記載の光信号処理装置。」

（１１）「前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする（８）から（１０）の何れかに記載の光信号処理装置。」

（１２）「前記光周波数検出器の前段に、前記光周波数コムのコム間隔の１／２の周波数よりも低い周波数成分または高い周波数成分をカットする低域通過フィルタを備えたことを特徴とする（８）から（１１）の何れかに記載の光信号処理装置。」

本発明の光周波数検出装置では、レーザー光源に波長ロッカーが備えられているので周波数の安定化が図られる。また、本発明の光周波数検出装置では、光周波数コム発生器が発生するコム間隔を変化させてビート周波数を検出するようにしたので、レーザー光源を一つにできる等、装置構成が簡単であり、簡便に高精度の周波数測定ができる。

本発明の光スペクトラムアナライザでは、レーザー光源に波長ロッカーが備えられ周波数の安定化が図られる。また、本発明の光スペクトラムアナライザでは、光周波数コム発生器が発生するコムの一つを取り出して単側波帯光変調器に入力し、当該単側波帯光変調器の出力を周波数掃引するようにしたので、幅広い周波数範囲でのスペクトラムの解析ができる。さらに、本発明の光スペクトラムアナライザでは、単側波帯光変調器の周波数掃引に電圧制御発振器を用いているので、高速の周波数掃引が可能であり、計測時間を短縮することができる。
本発明の光信号処理装置は、レーザー光源、光周波数コム発生装置を、光周波数検出装置と光スペクトラムアナライザで共用するようにしたので、低コストで本発明の光周波数検出装置の機能および本発明の光スペクトラムアナライザの機能を兼ね備えた光信号処理装置を製造することができる。

《第１実施形態》
図１は、本発明の光周波数検出装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、光周波数検出装置１は、レーザー光源１１と、光周波数コム発生装置１２と、光アンプ１３と、ファブリペロー光共振器１４と、光結合器（カプラ−）１５と、光検出器１６と、光周波数検出器１７と、制御処理装置１８と、ディスプレイ１９とを備えている。

レーザー光源１１は、波長ロッカー１１１と、レーザーダイオード１１２とからなり、基準周波数レーザー光Ｌ₀を生成する。波長ロッカー１１１としてアセチレンガスの吸収線を基準にした光周波数基準原器を使用することができ、本実施形態では、基準周波数レーザー光Ｌ₀のゆらぎは１ＭＨｚ以下としてある。

光周波数コム発生装置１２は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１２１と、ＶＣＯ１２１の出力により変調される光周波数コム発生器１２２とからなる。光周波数コム発生器１２２は、図示はしないが、ＬｉＮｂＯ₃基板に共振器と変調電極とを形成することで構成されている。
光周波数コム発生器１２２は、単一モード光ファイバーを介して、基準周波数レーザー光Ｌ₀を入射しこのレーザー光Ｌ₀から周波数間隔Ｆが可変の光周波数コムＣＯＭを発生する。
光周波数コム発生器１２２の出射光は、単一モード光ファイバーを介して光周波数コム発生器１２２の後段に設けられた光アンプ１３に入射され増幅される。本実施形態では、光周波数コム発生装置１２のコム間隔は、たとえば２５ＧＨｚ以下とすることができる。
光アンプ１３で増幅された光はファブリペロー光共振器１４に入射する。本実施形態では、ファブリペロー光共振器１４は、光周波数コム発生器１２２から変調器を除いたものが使用される。ファブリペロー光共振器１４は、共振ピーク間周波数差（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）が、光周波数コム発生器１２２で発生するコムの周波数間隔と同じであり、光アンプ１３からの増幅光を入射し、光アンプ１３で発生したＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然増幅放出光）雑音を除去して、光周波数コム発生器１２２が発生する周波数コムを透過する。したがって、光周波数検出器１７でのＳ／Ｎ比が向上する。

光周波数コム発生器１２２からの光周波数コムＣＯＭと、被測定光源６０からの被測定光ＢＵＭとは、それぞれ単一モード光ファイバーを介して、光結合器１５に入射され、光結合器１５は、被測定光ＢＵＭと光周波数コムＣＯＭとを結合し結合光Ｂ１を生成する。

光検出器１６は、光結合器１５の出射光（結合光Ｂ１）を電気信号Ｓ１に変換する。
光周波数検出器１７は、電気信号Ｓ１からビート周波数ｆ_BEATを検出する。
制御処理装置１８は、光周波数コム発生器１２２が発生する光周波数コムＣＯＭのコム間隔Ｆを変更する制御信号ＣＲＬ１をＶＣＯ１２１に出力するとともに、光周波数検出器１７が検出したビート周波数ｆ_BEATから被測定光ＢＵＭの周波数を検出処理する。
図１では、制御処理装置１８は、光周波数検出結果をディスプレイ１９に表示する。

以下、図１の光周波数検出装置１の動作を説明する。
まず、制御処理装置１８により、コム間隔ＦをＦ１に設定する。前述したように、Ｆ１は具体的には２５ＧＨｚである。このとき発生するビート周波数をｆ_BEAT1，ｆ_BEAT2とする。図２（Ａ）に示すように、被測定光ＢＵＭの周波数をｆ_xとすると、光周波数検出器１７は、ビート周波数、
ｆ_BEAT1＝ｆ_x−（Ｆ₀＋Ｎ×Ｆ₁）・・・（１）
ｆ_BEAT2＝｛Ｆ₀＋（Ｎ＋１）×Ｆ₁｝−ｆ_x・・・（２）
を検出する。ここで、Ｆ₀は光周波数コムの中心周波数であり、基準周波数レーザー光Ｌ₀の周波数でもある。

Ｎは中心周波数Ｆ₀から周波数が高い側に向けて数えたコムの次数である（なお、Ｎ＜０のときには、−Ｎは中心周波数から周波数が低い側に向けて数えたコムの次数である）。ここで、式（１）からｆ_xを求めるためには、次数Ｎを特定する必要がある。
そこで、次に、コム間隔をＦ₁からＦ₁＋ΔＦ（ここでは、ΔＦ＞０とする）に変化させる。具体的には、ΔＦはＭＨｚオーダとすることができる。

光周波数検出器１７は、ビート周波数、
ｆ_BEAT1’＝ｆ_x−（Ｆ₀＋Ｎ×（Ｆ₁＋ΔＦ））・・・（３）
ｆ_BEAT2’＝｛Ｆ₀＋（Ｎ＋１）×（Ｆ₁＋ΔＦ）｝−ｆ_x・・・（４）
を検出する。

このときのｆ_BEAT1’，ｆ_BEAT2’を図２（Ｂ）に示す。
（１）式および（３）から、
ｆ_BEAT1’−ｆ_BEAT1＝−Ｎ×ΔＦ・・・（５）
ｆ_BEAT2’−ｆ_BEAT2＝（Ｎ＋１）×ΔＦ・・・（６）
となる。ここで、ΔＦをたとえば、１，２，３，４，５ＭＨｚと変化させながら、一方のビート周波数の変化、ｆ_BEAT1’−ｆ_BEAT1（（５）式）、またはｆ_BEAT2’−ｆ_BEAT2（（６）式）を測定する。この測定結果は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、直線上にプロットされる。図３（Ａ），（Ｂ）では、ｆ_BEAT1’−ｆ_BEAT1、ｆ_BEAT2’−ｆ_BEAT2をΔｆ_BEATで示してある。

たとえば、図３（Ｃ）に示すように、光周波数検出器１７の前段に（１／２）×Ｆ１以下の周波数を通過させ、（１／２）×Ｆ１より高い周波数をカットする低域通過フィルタＬＰＦを設けておくことで、ビート信号ｆ_BEAT1’およびｆ_BEAT1、ビート信号ｆ_BEAT2’およびｆ_BEAT2の何れか一方の組のみを抽出（検出）するようにできる。

図３（Ａ）から求められる直線の傾斜から、次数Ｎを求めた場合には（１）式からｆ_xを求めることができ、図３（Ｂ）から求められる直線の傾斜から、次数Ｎを求めた場合には（２）式からｆ_xを求めることができる。

図４（Ａ）に示すように、図４（Ｃ）のような透過特性を持つ光フィルタＦＬを光周波数コム発生器１２２の後段に設けることができる。図４（Ｃ）に示すように、光フィルタＦＬは、透過率が中心周波数Ｆ₀の付近で低く、中心周波数Ｆ₀から離れるとともに増大する特性を有している。これにより、図４（Ｂ）に示すような光周波数コムを、図４（Ｄ）に示すように広帯域化することができる。

《第２実施形態》
図５（Ａ）は本発明の光スペクトラムアナライザ２を示すブロック図である。図５（Ａ）において、光スペクトラムアナライザ２は、レーザー光源２１と、光周波数コム発生装置２２と、光アンプ２３と、波長可変フィルタ２４と、ＳＳＢ変調装置２５と、光検出器２６と、制御処理装置２７と、ディスプレイ２８を備えている。

レーザー光源２１は、波長ロッカー２１１とレーザーダイオード２１２とからなり、基準周波数レーザー光Ｌ₀を生成する。波長ロッカー２１１としてアセチレンガスの吸収線を基準にした光周波数基準原器を使用することができ、本実施形態では、基準周波数レーザー光Ｌ₀のゆらぎは１ＭＨｚ以下としてある。

光周波数コム発生装置２２は、ＶＣＯ２２１と、ＶＣＯ２２１の出力により変調される光周波数コム発生器２２２とからなる。光周波数コム発生器２２２は、単一モード光ファイバーを介して、基準周波数レーザー光Ｌ₀を入射し、このレーザー光Ｌ₀から周波数間隔Ｆが可変の光周波数コムＣＯＭを発生する。光周波数コム発生器２２２の出射光は、単一モード光ファイバーを介して光アンプ２３に入射され増幅される。本実施形態では、光周波数コム発生装置２２は、４ＴＨｚの範囲で、コム間隔が１０ＧＨｚの光周波数コムを発生している。

波長可変フィルタ２４は、光アンプ２３から単一モード光ファイバーを介して増幅された光周波数コムＣＯＭを入射し、当該光周波数コムＣＯＭを構成する成分光のうち１つの成分光Ｂｎを通過させる。波長可変フィルタ２４は、光アンプ２３の後段で光検出器２６の前段であれば、どの箇所に配置してもよく、たとえば図５（Ｂ）に示すようにＳＳＢ変調器２５２と試料２９との間に配置してもよいし、図５（Ｃ）に示すように試料２９と光検出器２６との間に配置してもよい。

ＳＳＢ光変調装置２５は、ＶＣＯ２５１と単側波帯光変調器（ＳＳＢ光変調器）２５２とからなる。ＳＳＢ光変調器２５２は、単一モード光ファイバーを介して波長可変フィルタ２４からの成分光Ｂｎを入射する。ＳＳＢ光変調器２５２の出力ＢｎはＶＣＯ２５１により周波数掃引され、変調光Ｂｍｏｄとして試料２９に照射される。本実施形態では、ＶＣＯ２５１による掃引周波数は、１ステップ数ｋＨｚから１ＭＨｚ程度とすることができ、掃引幅は１０ＧＨｚである。ＳＳＢ光変調装置２５は、連続的に、１ステップ数ｋＨｚから１ＭＨｚ程度の狭間隔での掃引を行うことができる。

光検出器２６は、試料２９からの応答光Ｂｒを単一モード光ファイバーを介して受光する。
制御処理装置２７は、波長可変フィルタ２４の通過特性を制御信号ＣＲＬ２により変更制御するとともに、ＶＣＯ２５１によるＳＳＢ変調器２５２の周波数掃引を制御信号ＣＲＬ３により制御し、かつ光検出器２６が検出した信号Ｓｒをスペクトラムとして解析する。
図５（Ａ）では、制御処理装置２７は、光周波数検出結果をディスプレイ２８に表示される。

以下、図５（Ａ）の光スペクトラムアナライザ２の動作を説明する。
レーザー光源２１では、波長ロッカー２１１によりゆらぎが軽減されているので、分解能が図９の光スペクトラムアナライザ８に比べて１０〜１００倍程度に向上している。

図６（Ａ）に示すように、光周波数コム発生装置２２は４ＴＨｚの範囲に設定してある。光周波数コムＣＯＭの基準周波数レーザー光Ｌ₀の中心周波数はＦ₀であり、コム間隔は概ね１０ＧＨｚである。
波長可変フィルタ２４により、光周波数コムＣＯＭのうちから１つのコム成分（図６（Ｂ）ではＦｎ）を抽出する（切出す）。なお、この光周波数コム発生装置２２と波長可変フィルタ２４とより、実質上、計測範囲はたとえば４００倍に拡大する。

また、図６（Ｃ）に示すように、ＳＳＢ変調装置２５により、Ｆｎ〜Ｆｎ＋ΔＦ（ΔＦは１ｋＨ〜１ＭＨｚ程度）の範囲で、連続的な掃引（すなわち、１ステップ１ｋＨｚ程度の狭間隔での周波数シフト）を行うことができ、最終的には１００ｋＨｚ以下の計測精度を実現することができる。

なお、図５（Ａ）には示していないが、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示したと同様に光周波数コムを広帯域化することができる。
なお、本実施形態では、ＳＳＢ変調装置２５の出力の周波数掃引にＶＣＯ２５１を使用しているので、１ステップあたり１０μｓｅｃオーダでの高速掃引を行うことができる。
《第３実施形態》

図７は本発明の光信号処理装置３を示すブロック図である。図７において、光信号処理装置３は、レーザー光源３１と、光周波数コム発生装置３２と、光アンプ３３と、光路切り換え器３４と、第１パス３５と、第２パス３６と、制御処理装置３７と、ディスプレイ３８を備えている。

レーザー光源３１は、図１および図５（Ａ）におけると同様に構成され、波長ロッカー３１１とレーザーダイオード３１２とからなり、基準周波数レーザー光を生成する。
光周波数コム発生装置３２は、図１および図５（Ａ）におけると同様に構成され、ＶＣＯ３２１と、ＶＣＯ３２１の出力により変調される光周波数コム発生器３２２とからなる。光周波数コム発生器３２２は、図示はしないが、ＬｉＮｂＯ₃基板に共振器と変調電極とを形成することで構成されている。光周波数コム発生装置３２は、基準周波数レーザー光Ｌ₀を入射しこのレーザー光Ｌ₀から周波数間隔ｆｓが可変の光周波数コムＣＯＭを発生し、この光周波数コムＣＯＭは光アンプ３３により増幅される。

光路切り換え器３４は、光周波数コムＣＯＭを第１パス３５または第２パス３６の何れかに切り換える。
第１パス３５は、ファブリペロー光共振器３５１と、光結合器３５２と、光検出器３５３と、光周波数検出器３５４とを含む。

ファブリペロー光共振器３５１は、光周波数コム発生器３２２から変調器を除いたものが使用される。ファブリペロー光共振器３５１は、ＦＳＲが、光周波数コム発生器３２２で発生するコムの周波数間隔と同じであり、光アンプ３３からの増幅光を入射し、光アンプ３３で発生したＡＳＥ雑音を除去して、光周波数コム発生器３２２が発生する周波数コムを透過する。したがって、光周波数検出器３５４でのＳ／Ｎ比が向上する。

光結合器３５２は、被測定光源６０からの被測定光ＢＵＭと光周波数コムＣＯＭとを結合し結合光Ｂ１を生成する。
光検出器３５３は、光結合器１５の出射光（結合光Ｂ１）を電気信号Ｓ１に変換する。なお、本実施形態でも、光周波数検出器３５４の前段に、図３（Ｃ）に示したと同様の低域通過フィルタＬＰＦを設けることができる。
光周波数検出器３５４は、電気信号Ｓ１からビート周波数ｆ_BEATを検出する。

第２パス３６は、波長可変フィルタ３６１と、ＳＳＢ変調装置３６２と、光検出器３６３とを含む。波長可変フィルタ３６１は、図５（Ａ）〜（Ｃ）の波長可変フィルタ２４と同じであり、ＳＳＢ光変調装置３６２は図５（Ａ）の単側波帯光変調装置２５と同じであり、光検出器３６３は図５（Ａ）の光検出器２６と同じである。

波長可変フィルタ３６１は、光周波数コムＣＯＭを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち１つの成分光Ｂｎを通過させる。
ＳＳＢ光変調装置３６２は、１つの成分光Ｂｎを入射し、この成分光Ｂｎを周波数掃引して試料３６４に照射する。ＳＳＢ光変調装置３６２は、ＶＣＯ３６２１とＳＳＢ光変調器３６２２とからなり、ＳＳＢ光変調器３６２２の出力ＢｍｏｄがＶＣＯ３６２１により周波数掃引される。ＳＳＢ光変調器３６２２は図５（Ａ）のＳＳＢ光変調器２５２と同じであり、ＶＣＯ３６２１は図５（Ａ）のＶＣＯ２５１と同じである。

光検出器３６３は、試料３６４からの応答光Ｂｒを受光する。
制御処理装置３７は、光路切り換え器３４が第１パス３５をアクティブにしているときに、光周波数コム発生装置３２が発生する光周波数コムＣＯＭのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、光周波数検出器３５４が検出したビート周波数ｆ_BEATから被測定光ＢＵＭの周波数を検出処理する。

また、制御処理装置３７は、光路切り換え器３４が第２パス３６をアクティブにしているときに、波長可変フィルタ３６１の通過特性を変更制御するとともに、ＳＳＢ光変調器３６２２による周波数掃引を制御し、かつ光検出器３６３が検出した信号Ｓｒをスペクトラムとして解析する。この解析結果はディスプレイ３８に表示される。

本実施形態でも、図７には示していないが、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示したと同様に光周波数コムを広帯域化することができる。

本発明の光周波数検出装置の一実施形態を示すブロック図である。 （Ａ），（Ｂ）は図１の光周波数検出装置の動作を示す光周波数コムを示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、直線上にプロットされるビート信号の差分を示す説明図、（Ｃ）は光周波数検出器の前段に低域通過フィルタが設けられた様子を示す図である。 光周波数コム発生装置の後段に設ける広帯域化のためのフィルタの説明図であり、（Ａ）はフィルタの接続を示す図、（Ｂ）は光周波数コム示す図、（Ｃ）は広帯域化のためのフィルタの特性を示す図、（Ｄ）はフィルタを通過した光周波数コムを示す図である。 （Ａ）は本発明の光スペクトラムアナライザの一実施形態を示すブロック図であり、（Ｂ），（Ｃ）は広帯域化フィルタの配置を変更した例を示す図である。 図５（Ａ）の光スペクトラムアナライザの動作説明図である。 本発明の光信号処理装置の一実施形態を示すブロック図である。 従来の光周波数検出装置の一例を示すブロック図である。 従来の光スペクトラムアナライザの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 光周波数検出装置
２ 光スペクトラムアナライザ
３ 光信号処理装置
１１，２１，３１ レーザー光源
１２，２２，３２ 光周波数コム発生装置
１４，３５１ ファブリペロー光共振器
１３，２３，３３ 光アンプ
１５，３５２ 光結合器
１６，２６，３５３，３６３ 光検出器
１７，３５４ 光周波数検出器
１８，２７，３７ 制御処理装置
１９，２８，３８ ディスプレイ
２４，３６１ 波長可変フィルタ
２５，３６２ ＳＳＢ光変調装置
２９，３６４ 試料
３４ 光路切り換え器
３５ 第１パス
３６ 第２パス
６０ 被測定光源
１１１，２１１，３１１ 波長ロッカー
１１２，２１２，３１２ レーザーダイオード
１２１，２２１，２５１，３２１，３６２１ ＶＣＯ
１２２，２２２，３２２ 光周波数コム発生器
２５２，３６２２ ＳＳＢ光変調器

Claims (12)

1. 波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
   前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
   被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
   前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
   前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
   前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理する制御処理装置と、
   を備えたことを特徴とする光周波数検出装置。
2. 前記光周波数コム発生装置と前記光結合器との間に、
   前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプと、
   前記光アンプからの増幅光を入射し、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器と、
   が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の光周波数検出装置。
3. 前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光周波数検出装置。
4. 前記光周波数検出器の前段に、前記光周波数コムのコム間隔の１／２の周波数よりも低い周波数成分のみを透過する低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光周波数検出装置。
5. 波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
   前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
   前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち１つの成分光を通過させる波長可変フィルタと、
   前記１つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する単側波帯光変調装置と、
   前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
   前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記単側波帯光変調装置の周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置と、
   を備えたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
6. 前記単側波帯光変調装置が単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記単側波帯光変調器の出力が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする請求項５に記載の光スペクトラムアナライザ。
7. 前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする請求項５または６に記載の光スペクトラムアナライザ。
8. 波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
   前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
   前記光周波数コムを第１パスまたは第２パスの何れかに切り換える光路切り換え器と、
   を備え、
   第１パスは、
   被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
   前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
   前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
   を含み、
   第２パスは、
   前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち１つの成分光を通過させる波長可変フィルタと、
   前記１つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する単側波帯光変調装置と、
   前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
   を含み、
   さらに、前記光路切り換え器が前記第１パスをアクティブにしているときに、前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理し、
   前記光路切り換え器が前記第２パスをアクティブにしているときに、前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記単側波帯光変調装置による周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置を備えたことを特徴とする光信号処理装置。
9. 前記光周波数コム発生装置と前記光路切り換え器との間に前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプが備えられ、
   前記光路切り換え器と前記光結合器との間に、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器が備えられていることを特徴とする請求項８に記載の光信号処理装置。
10. 前記単側波帯光変調装置が単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記単側波帯光変調器が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする請求項８または９に記載の光信号処理装置。
11. 前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする請求項８から１０の何れかに記載の光信号処理装置。
12. 前記光周波数検出器の前段に、前記光周波数コムのコム間隔の１／２の周波数よりも低い周波数成分のみを透過する低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項８から１１の何れかに記載の光信号処理装置。
    

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