JP2006237354A - 波長変動測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 2光束の干渉計の一方には参照光を入射し、他方には測定対象となるレーザ光を入射し、これらの光は相互干渉が実質的に無視できる程度に離れた波長に設定され、波長シフタにより測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)の両者のキャリア周波数をΔfだけ変化させ、干渉計は、キャリア周波数f0およびf0+Δfの光を干渉させると共に、キャリア周波数frefおよびfref+Δfの光を干渉させ、位相比較器は、2つの入力信号の持つΔfの周波数成分について位相比較を行い、位相差に応じた信号を出力する。
【選択図】 図1
Description
1)エタロンやガス等、特定の波長を吸収する媒質を利用する構成
レーザの出力の一部を分岐して上記媒質に入射する。上記媒質の出力強度をモニタすることにより、波長揺らぎの情報を得る。レーザ出力の強度揺らぎによる影響をキャンセルするため、上記媒質入力前の光強度も併せてモニタする(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
2)参照用レーザ光とのビートをモニタする構成
レーザの出力の一部を分岐して、波長が充分安定している参照用レーザ光の出力と合波した後に受光し、両者の干渉によるビート成分をモニタする。ビート成分の周波数により、レーザ出力の波長揺らぎの情報を得る(例えば、特許文献2参照)。
3)周期的に光路長が変化する干渉計を利用する構成
レーザの出力の一部を分岐して干渉計に入力する。干渉計は2光束に分岐するタイプであり、かつその光路長差は変調される。干渉計の出力は波長と光路長差に依存するが、光路長差の変動量とその周期が既知であればレーザの波長の変動量をモニタできる(例えば、特許文献3参照)。
Rejection Filter)4を経て第1のO/Eコンバータ5に入射し、他方の第6ポート♯6の出力はfrefのみを通過させる光BPF6を経て第二のO/Eコンバータ7に入射する。
I0=[exp{2πif0(t−τ1−τ3)}+exp{2πi・(f0+Δf)(t−τ2−τ3)+iπk0/2}]×[位相共役項]
=1+cos[2π{Δf(t−τ2−τ3)+f0(τ1−τ2)}+k1π/2]
ここでkiはカップラの分岐の組み合わせで決まる整数であり、τiは各分岐における遅延時間を表す(図1参照)。振幅を表す係数は略した。一方、第2のO/Eコンバータ7の出力Irefについても同様の議論が成り立つ。
と表される。ただし、群速度分散を考慮し、各分岐の遅延時間をτi*と表記している。第1のO/Eコンバータ5の出力と第2のO/Eコンバータ7の出力とは、位相比較器8に入力される。
Δφ=2πΔf(τ3−τ4 *+τ2−τ2 *)+2πfref(τ1 *−τ2 *)−2πf0(τ1−τ2)+(k2−k1)π/2[rad]…(式1)
となり、時間tに依存しない。なお、波長分散が無視できる場合は式1は
Δφ=2πΔf(τ3−τ4)+2π(fref−f0)(τ1−τ2)+(k2−k1)π/2[rad]
と簡略化される。
Δφ=−2πf0(τ1−τ2)+定数 …(式2)
となるから、f0の揺らぎは位相差の変化となって現れる。位相比較器8によりΔφを検出することにより、測定対象となる光の波長揺らぎを検出することができる。また、波長掃引のために意図的にf0を変更した場合も、f0の変化量を正確に検出することができる。波長シフトは音響光学素子で容易に実現可能である。光路長や波長シフトの値は一定でよく、周期的に変調をかける必要がない。
本発明の第1の実施形態を図2を参照して説明する。図2は第1の実施形態の波長変動測定装置の構成図である。
τ1−τ2=5nsec
とすると、f0が100MHz増加したときにΔφはπ減少する。温度変動によるτ1−τ2の変動をさけるため、第1のカップラC1から第2のカップラC2に至る干渉計の部分はヒータ13で一定の温度に保つ。
本発明の第2の実施形態を図3を参照して説明する。図3は第2の実施形態の構成図である。ここでは、第1の実施形態に記載された光BPF6および光BRF4に代えて、WDMカップラCWを用いている。測定対象となる半導体レーザ10の出力光とRef光とは、WDMカップラCWによってそれぞれ分岐され、それぞれ第1のO/Eコンバータ5と第2のO/Eコンバータ7とに入力される。他の動作は第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
本発明の第3の実施形態を図4を参照して説明する。図4は第3の実施形態の構成図である。
本発明の第4の実施形態を図5を参照して説明する。図5は第4の実施形態の構成図である。
本発明の第5の実施形態を図6を参照して説明する。図6は第5の実施形態の構成図である。
本発明の第6の実施形態を図7を参照して説明する。図7は第6の実施形態の構成図である。
なお、Ref光をポート♯14−1および♯14−2から入射し、第2のO/Eコンバータ7−1および第4のO/Eコンバータ7−2をそれぞれポート♯15、♯16に接続することにより、測定対象となるレーザ光と参照光とが干渉計内で互いに逆向きに進むように構成してもよい。
本発明の第7の実施形態を図8を参照して説明する。図8は第7の実施形態の構成図である。
なお、第6および第7の実施形態では、第2または第3の実施形態における干渉計を2つ並列に配列することにより、2つの波長変動情報を組み合わせる例を説明したが、干渉計を3以上の複数並列に配列し、3以上の波長変動情報を組み合わせることもできる。
2 Ref光源
3 波長シフタ
4 光BRF
5 第1のO/Eコンバータ
6 光BPF
7 第2のO/Eコンバータ
8 位相比較器
9 励起電流制御回路
10 半導体レーザ
11、11−1〜3 音響光学素子
12、12−1、12−2 可変ディレイ
13 ヒータ
14、14−1、14−2、15、15−1、15−2 BPF
16、16−1、16−2、17、17−1、17−2 リミッタアンプ
18、19 アイソレータ
C1〜C9 カップラ
CW、CW−1、CW−2 WDMカップラ
♯1〜♯26 ポート
Claims (8)
- レーザ光の波長変動を測定する波長変動測定装置であって、
波長の安定した参照光源と、
測定対象のレーザ光と前記参照光源の出力とを合波する合波手段と、
前記合波手段の出力に接続され、片方の光路に波長シフタを有する2光束の干渉計と、
前記2光束の干渉計の出力から測定対象のレーザ光のみを選択的に取り出す第一の波長選択手段と、
前記2光束の干渉計の出力から前記参照光源の出力のみを選択的に取り出す第二の波長選択手段と、
前記第一の波長選択手段の出力を光電気変換する第一の光電気変換手段と、
前記第二の波長選択手段の出力を光電気変換する第二の光電気変換手段と、
前記第一の光電気変換手段の出力と前記第二の光電気変換手段の出力とに接続された位相比較器と
を有し、
前記参照光は、測定対象となるレーザ光との相互干渉が実質的に無視できる程度に離れた波長に設定され、
前記波長シフタは測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)の両者のキャリア周波数をΔfだけ変化させ、
前記干渉計は、キャリア周波数f0およびf0+Δfの光を干渉させると共に、キャリア周波数frefおよびfref+Δfの光を干渉させ、
前記位相比較器は、前記第一および第二の光電気変換手段からそれぞれ入力された2つの入力信号の持つΔfの周波数成分について位相比較を行い、位相差に応じた信号を出力する手段を備えた
ことを特徴とする波長変動測定装置。 - レーザ光の波長変動を測定する波長変動測定装置であって、
波長の安定した参照光源と、
測定対象のレーザ光と前記参照光源の出力とを合波する合波手段と、
前記合波手段に接続され、一方の光路に第一の波長シフタを有し、他方の光路に第二の波長シフタを有する2光束の干渉計と、
前記2光束の干渉計の出力から測定対象のレーザ光のみを選択的に取り出す第一の波長選択手段と、
前記2光束の干渉計の出力から前記参照光源の出力のみを選択的に取り出す第二の波長選択手段と、
前記第一の波長選択手段の出力を光電気変換する第一の光電気変換手段と、
前記第二の波長選択手段の出力を光電気変換する第二の光電気変換手段と、
前記第一の光電気変換手段の出力と前記第二の光電気変換手段の出力とに接続された位相比較器と
を有し、
前記参照光は、測定対象となるレーザ光との相互干渉が実質的に無視できる程度に離れた波長に設定され、
前記第一の波長シフタは測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)との両者のキャリア周波数をΔf1だけ変化させ、
前記第二の波長シフタは測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)の両者のキャリア周波数をΔf2だけ変化させ、
前記干渉計は、キャリア周波数f0+Δf1およびf0+Δf2の光を干渉させると共に、キャリア周波数fref+Δf1およびfref+Δf2の光を干渉させ、
前記位相比較器は、2つの入力信号の持つΔf=Δf1−Δf2の周波数成分について位相比較を行い、位相差に応じた信号を出力する手段を備えた
ことを特徴とする波長変動測定装置。 - レーザ光の波長変動を測定する波長変動測定装置であって、
測定対象のレーザ光を第一のポートに入力し、このレーザ光を第三および第四のポートにそれぞれ分岐出力する第一のカップラと、
この第一のカップラの前記第三および第四のポートに光路がそれぞれ接続され、片方の光路に波長シフタを有する2光束の干渉計と、
波長の安定した参照光源と、
この参照光源の参照光を第六のポートに入力し、この参照光を第七および第八のポートにそれぞれ分岐出力する第二のカップラと
を有し、
前記第七および第八のポートは前記干渉計の2つの光路にそれぞれ接続され、
前記干渉計内では、前記測定対象のレーザ光と前記参照光とが逆方向に進行し、
前記第一のカップラの前記第三および第四のポートからそれぞれ入力された前記参照光は合波されて第二のポートから出力され、
前記第二のカップラの前記第七および第八のポートからそれぞれ入力された前記測定対象のレーザ光は合波されて第五のポートから出力され、
前記第五のポートの出力を光電気変換する第一の光電気変換手段と、
前記第二のポートの出力を光電気変換する第二の光電気変換手段と、
前記第一の光電気変換手段の出力と前記第二の光電気変換手段の出力とに接続された位相比較器と
を有し、
前記波長シフタは測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)の両者のキャリア周波数をΔfだけ変化させ、
前記干渉計は、キャリア周波数f0およびf0+Δfの光を干渉させると共に、キャリア周波数frefおよびfref+Δfの光を干渉させ、
前記位相比較器は、前記第一および第二の光電気変換手段からそれぞれ入力された2つの入力信号の持つΔfの周波数成分について位相比較を行い、位相差に応じた信号を出力する手段を備えた
ことを特徴とする波長変動測定装置。 - レーザ光の波長変動を測定する波長変動測定装置であって、
測定対象のレーザ光を第一のポートに入力し、このレーザ光を第三および第四のポートにそれぞれ分岐出力する第一のカップラと、
この第一のカップラの前記第三および第四のポートに光路がそれぞれ接続され、一方の光路に第一の波長シフタを有し、他方の光路に第二の波長シフタを有する2光束の干渉計と、
波長の安定した参照光源と、
この参照光源の参照光を第六のポートに入力し、この参照光を第七および第八のポートにそれぞれ分岐出力する第二のカップラと
を有し、
前記第七および第八のポートは前記干渉計の2つの光路にそれぞれ接続され、
前記干渉計内では、前記測定対象のレーザ光と前記参照光とが逆方向に進行し、
前記第一のカップラの前記第三および第四のポートからそれぞれ入力された前記参照光は合波されて第二のポートから出力され、
前記第二のカップラの前記第七および第八のポートからそれぞれ入力された前記測定対象のレーザ光は合波されて第五のポートから出力され、
前記第五のポートの出力を光電気変換する第一の光電気変換手段と、
前記第二のポートの出力を光電気変換する第二の光電気変換手段と、
前記第一の光電気変換手段の出力と前記第二の光電気変換手段の出力とに接続された位相比較器と
を有し、
前記第一の波長シフタは測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)との両者のキャリア周波数をΔf1だけ変化させ、
前記第二の波長シフタは測定対象のレーザ光(キャリア周波数f0)と参照光(キャリア周波数fref)の両者のキャリア周波数をΔf2だけ変化させ、
前記干渉計は、キャリア周波数f0+Δf1およびf0+Δf2の光を干渉させると共に、キャリア周波数fref+Δf1およびfref+Δf2の光を干渉させ、
前記位相比較器は、2つの入力信号の持つΔf=Δf1−Δf2の周波数成分について位相比較を行い、位相差に応じた信号を出力する手段を備えた
ことを特徴とする波長変動測定装置。 - 前記干渉計は、少なくとも片方の光路に可変ディレイを有し、
前記可変ディレイは、前記干渉計の2つの光路長の差Δτを0ではない任意の値に設定する手段を備えた
請求項1ないし4のいずれかに記載の波長変動測定装置。 - 前記第一および第二の光電気変換手段は、それぞれ第一および第二のリミッタ回路を有し、
前記第一および第二のリミッタ回路は、測定対象となるレーザ光および参照光源の光強度に関わらず、前記Δfの周波数成分の振幅を一定とする手段を備えた
請求項1ないし4のいずれかに記載の波長変動測定装置。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の波長変動測定装置が複数並列に配置され、
複数の前記波長変動測定装置は、一つの参照光源を共有し、
個々の前記波長変動測定装置は、前記Δfは等しいが前記Δτが互いに異なる
多段波長変動測定装置。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の波長変動測定装置が複数並列に配置され、
複数の前記波長変動測定装置は、一つの参照光源および波長シフタを共有し、
個々の前記波長変動測定装置は、前記Δfは等しいが前記Δτが互いに異なる
多段波長変動測定装置。
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