JP2022138828A - スペクトル測定方法及びスペクトル測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長掃引中のコヒーレント光源の発振線幅を容易に測定することができること。【解決手段】波長掃引光源から周期的に発振波長が変化するように波長掃引されたコヒーレント光である被測定光を発生させ、光路長の異なる測定部と参照部に分波した後に干渉部で合波させて干渉光とし、光検出部で検出して干渉信号とし、測定部と参照部との光路長差を変化させた干渉信号を解析部がフーリエ変換して光路長差ごとの点像分布関数のノイズフロア値の実測値を取得し、光路長差に応じて変化する、ノイズフロア値の実測振幅値を算出し、実測振幅値と計算振幅値が一致するように推定コヒーレンス時間を特定し、推定コヒーレンス時間に基づいてコヒーレント光源の発振線幅を測定する。【選択図】図１

Description

本開示は、スペクトル測定方法及びスペクトル測定装置に関する。

近年、車両の自動運転の実現に向けた技術発展が目覚ましい。その中で、画像、ミリ波レーダ、ＬｉＤＡＲによる障害物検出が注目されている。ＬｉＤＡＲには距離計測と測角計測の機能が求められる。距離計測方法は、パルス光源を用いたＴｏＦ方式と、変調された連続波を用いたＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式が競い合っている。ＦＭＣＷ方式においては、長距離測距実現のため、波長掃引時のレーザ発振線幅（これを本開示では便宜的に「瞬間発振線幅」と仮称する）の狭窄化が必要不可欠となる。そのため、波長掃引線幅の瞬間発振線幅の測定はきわめて重要である。

コヒーレント光の発振線幅は、コヒーレンス時間を求めることにより算出することができる。このような線幅測定する方法としては、例えば、特許文献１に記載の遅延自己ヘテロダイン法が知られている。

特許第５６３７３５８号

しかしながら、遅延自己ヘテロダイン法は、波長掃引されていない、定常状態のレーザ光源の発振線幅を測定するものであり、波長掃引されているコヒーレント光の発振線幅（瞬間発振線幅）を測定することはできない。波長掃引時には、定常発振状態と比較して発振線幅は広がることは知られている。

また、瞬間発振線幅を点像分布関数（ＰＳＦ）のピーク位置の減少をもとに測定する方法も知られているが、その場合はコヒーレンス時間、言い換えればコヒーレンス長以上の光路長差で干渉させる干渉計が必要となる。例えば自動車における自動運転の分野ではその測定距離は少なくとも１０ｍ以上のオーダーになることは必至であり、そのような測定距離の２倍以上の光路長差を発生させる干渉計となると、測定装置の大型化が避けられず、容易に測定できるとはいえない。

以上により、本開示は、コヒーレント光源の発振線幅を測定するスペクトル測定方法、スペクトル測定装置において、波長掃引中の発振線幅を容易に測定することができるスペクトル測定方法、スペクトル測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の実施形態に係るスペクトル測定方法は、波長掃引中のコヒーレント光源の発振線幅を測定するスペクトル測定方法であって、波長掃引光源から周期的に発振波長が変化するように波長掃引されたコヒーレント光である被測定光を発生させ、被測定光を光路長の異なる測定部と参照部に分波した後に干渉部で合波させて干渉光とし、干渉光を光検出部で検出して干渉信号とし、測定部と参照部との光路長差を変化させた干渉信号を解析部がフーリエ変換して点像分布関数の光路長差ごとのノイズフロア値の実測値を取得し、光路長差に応じて変化する、ノイズフロア値の実測値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である実測振幅値を算出し、コヒーレンス時間以外の既知であるパラメータを入力して算出された点像分布関数のノイズフロア値の計算値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である計算振幅値を算出し、実測振幅値と計算振幅値が一致するように推定コヒーレンス時間を特定し、推定コヒーレンス時間に基づいてコヒーレント光源の発振線幅を測定する。

また、上記課題を解決するために、本開示の実施形態に係るスペクトル測定装置は、波長掃引中のコヒーレント光源の発振線幅を測定するスペクトル測定装置であって、周期的に発振波長が変化するように波長掃引されたコヒーレント光である被測定光を発生させる波長掃引光源と、被測定光を分波して伝播させる、光路長の異なる測定部と参照部と、測定部と参照部に分波した光を合波させて干渉光とする干渉部と、干渉光を検出して干渉信号とする光検出部と、干渉信号をフーリエ変換して解析する解析部を備え、解析部は、測定部と参照部との光路長差を変化させた干渉信号を解析して光路長差ごとの点像分布関数のノイズフロア値の実測値を取得し、光路長差に応じて変化する、ノイズフロア値の実測値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である実測振幅値を算出し、コヒーレンス時間以外の既知であるパラメータを入力して算出された点像分布関数のノイズフロア値の計算値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である計算振幅値を算出し、実測振幅値と計算振幅値が一致するように推定コヒーレンス時間を特定し、推定コヒーレンス時間に基づいてコヒーレント光源の発振線幅を測定する。

本開示によれば、波長掃引中のコヒーレント光源の発振線幅を容易に測定することができる。

本開示の実施形態に係るスペクトル測定装置の概略構成を示す図である。 ノイズフロアの変動について説明するための図である。 ノイズフロアの計算式について示す図である。 発振線幅の測定の流れについて示すフローチャート図である。 ノイズフロアの実測値について示す図である。 ノイズフロアの計算値について示す図である。

＜概要＞
例えばレーザ光は高いコヒーレンシーを有する光源である。コヒーレント光源の発振線幅はコヒーレンス長（可干渉距離、本開示では基本的にコヒーレンス長と統一して呼称する）、又は可コヒーレンス時間（可干渉時間、本開示では基本的にコヒーレンス時間と統一して呼称する）を取得することができれば算出することができる。コヒーレンス長ｘ_ｃと、コヒーレンス時間τ_ｃとの関係は、Ｃ・τ_ｃ＝ｘ_ｃによって表される（Ｃは光速）。

ここで、コヒーレント光源はレーザ光源であるとすると、そのスペクトル分布がローレンツ型で表され、Ｓ（ｆ）＝δｆ／２π［ｆ^２＋（δｆ／２）^２］である。δｆはスペクトルのＦＷＨＭと一致し、発振線幅と等しい。そして、コヒーレンス時間τ_ｃとδｆとの間にはτ_ｃ＝１／（π・δｆ）の関係が成り立つ。なお、発振線幅は、波長差、又は周波数差についての、ＦＷＨＭ（半値全幅）を示すものであってよい。ここで測定したい発振線幅は、波長掃引されているコヒーレント光の発振線幅である、瞬間発振線幅である。

瞬間発振線幅を求めるには、被測定光の干渉信号を高速フーリエ変換して得られたＰＳＦのピーク位置のｒｏｌｌ－ｏｆｆ（光路長差増加に伴うＰＳＦピーク強度の低下）をもとにコヒーレンス長を得て、これをもとに測定する方法は知られている。しかし、その場合は被測定光のコヒーレンス長以上の光路長差を発生させる干渉計が必要となる。例えば自動車における自動運転の分野ではその測定距離は、上記したように１０ｍ以上のオーダーになることは必至であり、そのような測定距離の２倍以上の光路長差を発生させる干渉計となると、測定装置の大型化が避けられず、容易に測定できるとはいえない。一般的にコヒーレンス長を測定できる計測器の内蔵干渉計の光路長はせいぜい１００ｍｍ以下である。

また、波長掃引されているコヒーレント光のＰＳＦのｒｏｌｌ－ｏｆｆから瞬間発振線幅を測定しようとすると、光受光－ＡＤ変換－データ転送（これらを以下検出系という）に超高速な処理が求められる。さらに、コヒーレンス長の測定可能範囲はこれら検出系の帯域により制限されてしまう。ここで帯域というのは、光受光－ＡＤ変換－データ転送の検出系の帯域であり、周波数領域によって規定される。しかし、本開示におけるスペクトル測定装置は、ＰＳＦのピーク位置が帯域内で検出されないものであっても、その光源の発振線幅を測定することが可能である。このようなスペクトル測定装置は、適用分野を問わず、非常に狭窄化されたコヒーレント光源、特に波長掃引されたコヒーレント光源の評価及び較正に有用である。

以下、図面を参照しながら本開示の実施形態に係るスペクトル測定装置について説明する。スペクトル測定装置１は、波長掃引された光を、光路長の異なる測定系と参照系の光学系に分波した後、合波して干渉光を生成し、干渉光を検知して干渉信号を取得し、それをもとにコヒーレント光源の発振線幅を測定することができるスペクトル測定装置である。

図１は、本開示の実施形態に係るスペクトル測定装置の概略構成を示す図である。スペクトル測定装置１は、波長掃引光源１０と、光分岐部２０と、参照部７０と、測定部３０と、干渉部４０と、光検出部５０と、解析部６０と、を備えている。

波長掃引光源１０は、図示しないが、例えばレーザ光源などのコヒーレント光源を備え、例えばＭＥＭＳスキャニングミラーなどにより光の波長を掃引して照射する波長掃引光源である。周期的に所定の掃引周波数幅ΔＦ、１回の掃引時間（繰り返し周期）Ｔで、光の発振周波数（波長）が線形的に一定の変化量で変化する波長掃引することができる。図１に示したように、その周波数（波長）は、掃引開始周波数ｆ_０から所定のチャープレートγ=ΔＦ/Ｔにより時間変化する。

掃引される光の中心波長、掃引中心波長は、車両の自動運転用としては、例えば人間の眼に対して安全なアイ・セーフティ領域、具体的には近赤外領域に含まれる光であってよく、例えば１５５０ｎｍ帯の光である。

このような波長掃引光源１０から出射される光は、光ファイバ等で構成される導光路１１ａを経由して伝播し光分岐部２０に到達する。

光分岐部２０は、波長掃引光源１０から出射された光を被測定光と参照光に分岐するものであり、例えば光路分割用の１ｘ２光カプラである。光分岐部２０によって分岐された光は、それぞれ導光路１１ｂを経て参照部７０へと、導光路１１ｃを経て測定部３０へと分かれて伝播する。

参照部７０は、測定部３０の被測定光に対するリファレンスとなる系である。参照部７０を伝播する光は、光サーキュレータ７１を介して、導光路１１ｆより出射され、コリメートレンズ等の光学素子７２により平行光に成形され、例えば金属鏡面の参照ミラー７３で反射される。反射された参照光（参照光の戻り光）は、参照部７０の受光系でもある光学素子７２を介して、導光路１１ｄを経て干渉部４０へ導かれる。

測定部３０では、被測定光が光サーキュレータ３１を介して、導光路１１ｇより出射され、コリメートレンズ等の光学素子３２により平行光に成形され、参照部７０と同様に被測定光をコリメートレンズ等の光学素子３２によって移動ミラー３３に向けて照射される。移動ミラー３３は、ステージ３４上を一軸方向に移動ミラー３３´の位置に移動することができ、これによって参照部７０とは距離X_０だけ光路長差を発生させることができる。移動ミラー３３（３３´）からの戻り光（移動ミラー３３（３３´）による反射光や散乱光を含む光）は、測定部３０の受光系でもある光学素子３２を介して、導光路１１ｅを経て干渉部４０へ導かれる。

干渉部４０は、各ミラーによって反射又は散乱された被測定光と、参照光とを合波し、干渉光を生成する系であり、測定部３０と、参照部７０の戻り光は、例えば光路合成用の２ｘ２光カプラである光結合部４１によって光路が結合され互いに干渉し、干渉光となり、導光路１１ｈ、１１ｉにより光検出部５０に導かれる。

なお、測定部３０、参照部７０、干渉部４０はそれらと同等の機能を有していればよく、具体的な光路は適宜自由に設定することができ、この例に限られるものではない。例えばビームスプリッターやハーフミラーなどを用いて自由に光路を設計することができ、また光路中に波長選択機能や偏光状態を調整する種々の光学素子を配置することができる。

光検出部５０は、干渉光を検出するためのものであり、例えば２つのフォトダイオード等の光電変換素子を用いて、差動を出力するバランス型光検出器（ＢＰＤ）であってよい。光検出部５０は、干渉信号を出力し、干渉信号はフィルタ５１を介して解析部６０に入力される。

フィルタ５１は、光学的な波長選択フィルタではなく、干渉光を干渉信号として検知した後に、干渉信号について所定の周波数成分について取り出す電気フィルタである。例えば所定の周波数以上の変動周期を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）であってよい。

図１に示すように、測定光（Ｓｉｇｎａｌ）と、参照光（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）は、光路長差により光結合部４１に到達する時間がτ_０（遅延時間）ずれており、その周波数差がビート周波数ｆ_ｂとなって現れる。

干渉信号は解析部６０にてＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理され、計算結果として出力される。ＦＦＴによって干渉信号は時間領域から周波数領域に変換される。干渉信号は所定のサンプリングレートでサンプリングされ、記憶部９０に記憶されていてよい。また、解析部６０も、記憶部９０に記憶され、処理部８０によって実行されることで解析機能を発揮するプログラムソフトウェアであってよい。

処理部８０は、記憶部９０に記憶されるプログラムに含まれるコード又は命令によって実現する機能、及び／又は方法を実行する。処理部８０は、例として、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＭＰＵ、ＧＰＵ、マイクロプロセッサ、プロセッサコア、マルチプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等を含み、集積回路等に形成された論理回路や専用回路によって各実施形態に開示される各処理を実現してもよい。また、これらの回路は、１又は複数の集積回路により実現されてよく、各実施形態に示す複数の処理を１つの集積回路により実現されることとしてもよい。

記憶部９０は、必要とする各種プログラムや各種データを記憶する機能を有する。また、測定した信号等の取得した情報を記憶可能である。記憶部９０は、ＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリなど各種の記憶媒体により実現される。

図２は、スペクトル測定装置１による測定により、解析部６０がＦＦＴ解析した結果の一例を示す模式図である。この図を用いてノイズフロアの変化について説明していく。干渉計測におけるＳＮ比は、受光量、参照光量や、ショットノイズ、強度ノイズ、位相ノイズなど様々な要因によって決定される。一般的には、コヒーレンス検出では、主にショットノイズがＳＮ比を決定するものであったが、コヒーレンス長と同等の測距では、むしろ位相ノイズがＳＮ比を決定する。位相ノイズは、受光量、参照光量によらないので、位相ノイズによって決定されるＳＮ比は、受光量と参照光量には影響されず、信号の光量を増加させようとして光源の光量を増加させても影響されない。

図２は、干渉信号に窓関数をかけて得ることができるＰＳＦを表す模式図であり、縦軸は信号強度（ａ．ｕ．）、横軸は周波数をもとに変換された距離（ｍ）を表している。この図において、信号ピークＳ１が、測定可能範囲である横軸の帯域ＢＷの範囲内で検出されている。例えばＦＭＣＷ測距のような干渉計測においては、このような信号のピーク位置によって対象物までの距離を測定することができる。このように帯域内にピークが確認される信号であっても、矢印で示されるように一定の強度をもつノイズによるノイズフロアＮＦ１が存在する。その要因の１つとして上記した位相ノイズが考えられる。

一方で、この帯域ＢＷでは検出されないものがあり、仮にこれらを帯域外信号ピークとする。この図において帯域外信号ピークＯＳ２は、信号ピークＳ１よりも遠い距離にある物体によって反射された光による信号と想定することができる。その物体が帯域外にあることにより実際には帯域内で信号ピークが検出されないが、仮に帯域が広くこれを検出できたとすると、点線で示すような図の位置に検出されると想定される。この帯域外信号ピークＯＳ２によるノイズが、ノイズフロアの上昇として帯域内にも影響を及ぼし、帯域内において一定の強度を有するノイズフロアＮＦ２として観測される。

このようなノイズが発生する要因としては、測定範囲外で発生する反射光の低周波成分（短距離成分）がフィルタ５１でカットできず、検出系の帯域に制限されることなく、ノイズフロアとして観測されるものと推測される。このノイズフロアの強度は帯域外信号ピークの位置、すなわち光の反射を発生させた物体との距離によって変動する。この図に示すように、帯域外信号ピークＯＳ２よりも、遠い距離から反射された光による帯域外信号ピークＯＳ３のノイズフロアＮＦ３は、ＮＦ２よりも強度が大きくなっている。一方で、帯域外信号ピークＯＳ３よりも、遠い距離から反射された光による帯域外信号ピークＯＳ４のノイズフロアＮＦ４は、ＮＦ３よりも強度が小さくなっている。このように、ノイズフロアの強度はその信号のピーク位置、すなわち光路長差によって増加したり減少したりする。

このようなノイズ、ノイズフロアの上昇は、測距をしたい場合はダイナミックレンジが狭くなってしまうなど障害となるものであるが、これを逆手に取り、本開示の発明者はこのノイズを用いて、帯域外であっても光源の発振線幅を測定できるのではないかと考えた。ノイズフロアの上昇は、波長掃引幅、１回の掃引時間、遅延時間、コヒーレンス時間に依存して増減する。コヒーレンス時間以外は、既知であるか測定可能である。従って、このようなノイズフロア値を計測することで、コヒーレンス時間、言い換えれば発振線幅を計測することが可能であると考えた。

図３は、ノイズフロア値（ノイズ値）を算出するための、点像分布関数によるノイズのパワースペクトル密度を表す計算式を示す図である。この式においては、コヒーレンス時間、掃引時間（掃引速度）等を考慮したＰＳＦの計算式となっている。ｆは周波数であり、光路長差や遅延時間に関係し、移動ミラー３３の位置に付随して変化する。この式において、Ｔは１回の掃引時間であり既知である。τ_０は遅延時間であり既知である。ｆ_ｂはビート周波数であり、周波数の差である。ビート周波数は波長掃引幅、１回の掃引時間、遅延時間すなわち光路長差という既知の値の組合せにより定まる。そして、このようなノイズフロア値は、実測値と計算値（理論値）において一致すると考えられる。であれば、検出器の帯域以下の周波数領域におけるＳ_Ｉ ^０（ｆ）を用いて、実測値と、この式の計算値（理論値）とを一致させるようにコヒーレンス時間を決定すれば、瞬間発振線幅を求めることができるというわけである。比較するＳ_Ｉ ^０（ｆ）としては、例えば所定の周波数（又は距離）で規定される一定の帯域におけるＳ_Ｉ ^０（ｆ）の平均値を用いることができる。

これを測定方法として整理する。図４は、発振線幅の測定の流れについて示すフローチャート図である。ステップＳ１０１において、まずは測定対象となる波長掃引光源１０を実測してノイズフロア値の実測値を取得する。ノイズフロア値の実測値を取得するには、図１に示したスペクトル測定装置において、測定対象となる被測定光を発する波長掃引光源１０から周期的に光の発振波長が変化するように波長掃引して光を出射させる。

波長掃引された被測定光を、光路長の異なる測定部３０と参照部７０に分波する。測定部３０と参照部７０の各々で反射又は散乱された光を干渉部４０で合波させて干渉光とする。干渉光を光検出部５０で検出して干渉信号とする。そして、フィルタ５１を経たのち、解析部６０でＦＦＴ解析を行う。この一連の流れを、移動ミラー３３を移動させて光路長差を変化させながら行い、光路長差（反射距離）ごとの値の実測値を取得する。光路長差は帯域外となる領域のみで変化させてよい。

ノイズフロア値としては、より精度の高い測定を行うために、実測値と計算値の１点を比較するのではなく、所定の変曲点と変曲点の値の差分である振幅値を用いることが好ましい。それについて以下に説明する。図５は、ノイズフロア値の実測値について示す図である。この図において、横軸が光路長差であり、縦軸がノイズフロア値（ノイズ強度（ＤＢ））である。また、この図に示した測定結果については後述する。

図５に示すように、ノイズフロア値の平均強度は光路長差、すなわち反射距離が増えるごとに、山のような変曲点であるピーク値と谷のような変曲点であるトラフ値の間で、上下を繰り返す波のような挙動を示す。この上下の動き自体は、図３に示した計算式の通りのものである。しかし、波長掃引の線形性など様々な要因によって２番目以降のピーク値とトラフ値は変動していくので、実測値と計算値のノイズフロアを一致させる点としては、様々な要因で変化する前の第１のピーク値と第１のトラフ値の差分を選択しておくことが好ましい。この第１のピーク値と第１のトラフ値の差分を、本開示においては振幅値とし、特に実測値におけるこの第１のピーク値と第１のトラフ値の差分を、実測振幅値とする。

ノイズフロア値の実測値の第１のピーク値と、第１のトラフ値を取得し、この第１のピーク値と第１のトラフ値の差分を振幅値として取得する。ノイズフロアの値は、図２に示したように帯域の範囲内の平均強度を採用することができる。帯域の範囲内でノイズ値の変動が小さく、安定していれば、平均強度の代わりとして任意の１点のノイズ値を取得してもよい。

ステップＳ１０２では、解析部６０が計算値の算出を行う。計算値は、まずコヒーレンス時間以外の、図３に示した式の変数に既知の値をパラメータとして入力する。具体的には、Ｔ：１回の掃引時間（ｓｅｃ）、ｆ_ｂ：ビート周波数（Ｈｚ）、遅延時間τ_０である。この時点で、計算値については振幅値と、コヒーレンス時間だけが未知である。

そして、ステップＳ１０３では、振幅値については実測値と同じ振幅値であると仮定して、ノイズフロア値の計算値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である計算振幅値が、実測振幅値と同じになるよう、計算式におけるコヒーレンス時間を決定する。仮にこの値を推定コヒーレンス時間とする。コヒーレンス時間以外の変数は既知であるから、推定コヒーレンス時間の値は一意に定まる。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で決定したコヒーレンス時間τ_ｃより発振線幅を算出する。上記したように発振線幅はδｆである。そして、τ_ｃ＝１／（π・δｆ）であるから、δｆ＝１／（π・τ_ｃ）により発振線幅を算出することができる。

このような方法による実際の瞬間発振線幅の計測実施例について説明する。この例において、検出系の帯域を２００ＭＨｚ以下とした。なお、この帯域は２００ｋＨｚ以下でも構わない。まず、図１に示したスペクトル測定装置１において、ＰＳＦのピークが２００ＭＨｚを超える位置になる光路長差となるように、移動ミラー３３を移動させた。そして、測定ステージを移動させながらノイズフロア値の平均強度を実測し、第１のピーク値と、第１のトラフ値を取得し、実測振幅値を算出した。図５に示したものはこの例における実測値でもあり、０～１６０ｍｍ程度の範囲内において、概ね１２ｄＢ程度の実測振幅値を取得した。

この例においては、１回の掃引時間Ｔを６．５μｓｅｃとし、掃引波長幅を３０ＴＨｚ（１００ｎｍ）とした。これらの既知の値も適用し、図３に示した式を用いて遅延時間（光路長差Ｘ_０）に対するノイズフロアの平均強度を計算し、計算振幅値が、実測振幅値と等しくなるように、コヒーレンス時間を求めた。そして、求めたコヒーレンス時間から瞬間発振線幅を計算した。図６に示したように、計算振幅値が、実測振幅値と等しくなるようにノイズ値を算出している。なお、上記したように計算値は実測値と基本的に同じような動きをするグラフとなるが種々の要因により第２のピーク値、第２のトラフ値以降の値は異なってきている。そして、この場合における実績振幅値と計算振幅値とが等しくなるコヒーレンス時間は１５ｎｓｅｃと定まる。これにより、算出される発振線幅は２１．２ＭＨｚである。

ところで、コヒーレンス時間１５ｎｓｅｃは、コヒーレンス長４．５ｍに相当する。光路長差１６０ｍｍ以下の測定で、それよりも大幅に大きなコヒーレンス長を有するコヒーレント光源の瞬間発振線幅の測定が可能となっている。このように、検出系の帯域に制限されずに、波長掃引時の発振線幅を評価することが可能になる。

以上により、本開示の実施形態に係るスペクトル測定装置、スペクトル測定方法によれば、波長掃引光源１０から周期的に発振波長が変化するように波長掃引されたコヒーレント光である被測定光を発生させ、被測定光を光路長の異なる測定部３０と参照部７０に分波した後に干渉部４０で合波させて干渉光とし、干渉光を光検出部５０で検出して干渉信号とし、測定部３０と参照部７０との光路長差を変化させた干渉信号を解析部６０がフーリエ変換して光路長差ごとのノイズフロア値の実測値を取得し、光路長差に応じて変化する、ノイズフロア値の実測値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である実測振幅値を算出し、コヒーレンス時間以外の既知であるパラメータを入力して算出されたノイズフロア値の計算値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である計算振幅値を算出し、実測振幅値と計算振幅値が一致するように推定コヒーレンス時間を特定し、推定コヒーレンス時間に基づいてコヒーレント光源の発振線幅を測定することにより、内部に長い光路長を持つ大型の測定装置を用いずとも、波長掃引中の発振線幅を容易に測定することができる。また、検出系の帯域に制限されずに、波長掃引時の発振線幅を評価することが可能になる。

以上で、本開示の実施形態の説明を終えるが、本開示の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

１ スペクトル測定装置
１０ 波長掃引光源
２０ 光分岐部
３１ 光サーキュレータ
３２ 光学素子
３８ 投光部
３９ 受光部
３０ 測定部
３３ 移動ミラー
４０ 干渉部
４１ 光結合部
５０ 光検出部
５１ フィルタ
６０ 解析部
７０ 参照部
７１ 光サーキュレータ
７２ 光学素子
７３ 参照ミラー
８０ 処理部
９０ 記憶部
３２１ 光学素子
Ｓ１ 信号ピーク
ＯＳ２、ＯＳ３、ＯＳ３ 帯域外信号ピーク
ＮＦ１、ＮＦ２、ＮＦ３、ＮＦ４ ノイズフロア
Ｐ１ 第１のピーク値
Ｔ１ 第１のトラフ値
Ａｍｍ 実測振幅値
Ａｍｃ 計算振幅値

Claims (2)

1. 波長掃引中のコヒーレント光源の発振線幅を測定するスペクトル測定方法であって、
   波長掃引光源から周期的に発振波長が変化するように波長掃引されたコヒーレント光である被測定光を発生させ、
   前記被測定光を光路長の異なる測定部と参照部に分波した後に干渉部で合波させて干渉光とし、
   前記干渉光を光検出部で検出して干渉信号とし、
   前記測定部と前記参照部との光路長差を変化させた干渉信号を解析部がフーリエ変換して光路長差ごとの点像分布関数のノイズフロア値の実測値を取得し、
   前記光路長差に応じて変化する、前記ノイズフロア値の実測値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である実測振幅値を算出し、
   コヒーレンス時間以外の既知であるパラメータを入力して算出された点像分布関数のノイズフロア値の計算値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である計算振幅値を算出し、
   前記実測振幅値と前記計算振幅値が一致するように推定コヒーレンス時間を特定し、
   前記推定コヒーレンス時間に基づいて前記コヒーレント光源の発振線幅を測定する、スペクトル測定方法。
2. 波長掃引中のコヒーレント光源の発振線幅を測定するスペクトル測定装置であって、
   周期的に発振波長が変化するように波長掃引されたコヒーレント光である被測定光を発生させる波長掃引光源と、
   前記被測定光を分波して伝播させる、光路長の異なる測定部と参照部と、
   前記測定部と前記参照部に分波した光を合波させて干渉光とする干渉部と、
   前記干渉光を検出して干渉信号とする光検出部と、
   前記干渉信号をフーリエ変換して解析する解析部を備え、
   前記解析部は、前記測定部と前記参照部との光路長差を変化させた干渉信号を解析して光路長差ごとの点像分布関数のノイズフロア値の実測値を取得し、
   前記光路長差に応じて変化する、前記ノイズフロア値の実測値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である実測振幅値を算出し、
   コヒーレンス時間以外の既知であるパラメータを入力して算出された点像分布関数のノイズフロア値の計算値の第１のピーク値と第１のトラフ値の差である計算振幅値を算出し、
   前記実測振幅値と前記計算振幅値が一致するように推定コヒーレンス時間を特定し、
   前記推定コヒーレンス時間に基づいて前記コヒーレント光源の発振線幅を測定する、スペクトル測定装置。
   
   

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