JP2007328044A - 光周波数測定システム及び光周波数コムの周波数成分の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高分解能な光周波数測定を迅速に行う。
【解決手段】光周波数可変レーザ光源１２が出射する第２のレーザ光の周波数ν_２を制御して、レーザ光源１１から出射される第１のレーザ光Ｌ_１と上記光周波数可変レーザ光源１２から出射される第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を所定周波数とし、第１の変調信号発生器１８から第１の光周波数コム発生器１６に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ１の変調周波数ｆｍ_１と第２の変調信号発生器１９から第２の光周波数コム発生器１７に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ２の変調周波数ｆｍ_２を微少周波数Δｆｍだけずらしておき、上記第２の光周波数コム発生器１７による光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定し、上記第２及び第３の周波数カウンタによる測定値に基づいて被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、任意の波長における広いスペクトル幅を必要とする光周波数測定システムに関し、特に高速且つ高分解能な光周波数測定を実現するための光周波数測定システム及び光周波数コムの次数決定方法に関する。

従来より、光周波数を高精度に測定する場合に光周波数コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）が使用されている。すなわち、２つのレーザ光をヘテロダイン検波してその差周波数を測定する場合、その帯域は受光素子の帯域で制限され、おおむね数十ＧＨｚ程度であるので、光周波数コム発生器を用いて広帯域なヘテロダイン検波系を構築するようにしている。光周波数コム発生器は、入射したレーザ光の側帯波を等周波数間隔毎に数百本発生させるもので、発生される側帯波の周波数安定度はもとのレーザ光のそれとほぼ同等である。そこで、この側帯波と被測定レーザ光をヘテロダイン検波することにより、数ＴＨｚに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することができる。

例えば、図４に示す従来の光周波数測定システム１００は、レーザ光Ｌ_０を出射するレーザ光源１０１と、このレーザ光源１０１からレーザ光Ｌ_０が入射される光周波数コム発生器１０２と、この光周波数コム発生器１０２に与える変調信号Ｓ_ＭＯＤを発生する変調信号発生器１０３と、上記光周波数コム発生器１０２により発生された光周波数コムを参照光Ｌ_ＲＥＦとして被測定レーザ光Ｌ_ＯＢと参照光Ｌ_ＲＥＦとの合成を行う光合成器１０４と、上記光合成器１０４により合成された参照光Ｌ_ＲＥＦと被測定レーザ光Ｌ_ＯＢとの干渉による光強度の変化すなわち周波数信号Ｓ_ＤＥＴを検出する光検出器１０５と、この光検出器１０５による検出出力信号の周波数を測定する周波数カウンタ１０６からなる。

このような構成の従来の光周波数測定システム１００において、光周波数コム発生器１０２により発生された光周波数コムのｍ次のサイトバンドと被測定レーザ光Ｌ_ＯＢとのビート周波数を周波数カウンタ１０６で測定し、その測定結果をΔｆ_ｂとするとき、被測定レーザ光Ｌ_ＯＢの周波数ν_２は
ν_２＝ν_１＋ｍｆｍ±Δｆ_ｂ
である。ここで、ν_１は、レーザ光源１０１から出射されるレーザ光Ｌ_０の周波数、ｆｍは、変調信号発生器１０３により光周波数コム発生器１０２に与えられる変調信号Ｓ_ＭＯＤの周波数すなわち変調周波数である。これらの値は、既知であるので±Δｆ_ｂの符号の決定及び整数である光周波数コムのサイドバンド次数ｍを知ることで、上記被測定レーザ光Ｌ_ＯＢの周波数ν_２を決定することができる（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上述の如き構成の従来の光周波数測定システム１００では、±Δｆ_ｂの符号の決定及び整数である光周波数コムのサイドバンド次数ｍを知るために、例えば分解能がｆｍ以下の波長計を用いてν_２の測定を行うなど、他の光周波数の測定装置を組み合わせて使用する必要があった。従来の光周波数測定システムでは、このように付加的な光周波数測定装置の使用によるコストの上昇を避けることができないという問題点があった。

本件出願人は、上記問題点を解消するために、例えば、図５に示すように、測定制御部２２２により周波数可変レーザ光源２１２を制御して、周波数可変レーザ光源２１２が出射する周波数ｆ_２を掃引し、光周波数コムＬ_ｃｏｍｂのＮ次のサイドバンドと被測定レーザ光Ｌｘとを第１の光合成器２１６により合成した干渉光Ｌ_Ａの干渉周波数ｆ_Ａと、レーザ光源２１１から出射される基準光と上記光周波数可変レーザ光源２１２からの光とを第２の光合成器２１７により合成した干渉光Ｌ_Ｂの干渉周波数ｆ_Ｂの変化する方向を特定した状態で、上記測定制御部２２２により変調信号発生器２１５を制御して上記光周波数コム発生器２１４の変調周波数ｆｍを微少周波数Δｆだけ変更させて、各光検出器２１８，２１９による上記干渉光Ｌ_Ａの及び干渉光Ｌ_Ｂの検出信号に基づいて、第１及び第２の周波数カウンタ２２０，２２１により各干渉周波数ｆ_Ａ，ｆ_Ｂを測定し、上記微少周波数Δｆに対する各干渉周波数ｆ_Ａ，ｆ_Ｂの変化分から、上記被測定レーザ光Ｌｘが干渉している上記光周波数コムの次数Ｎを求め、決定した次数Ｎを用いて、
ｆｘ＝ｆ_１±ｆ_Ｂ＋ Ｎｆｍ±ｆ_Ａ
にて上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数ｆｘを決定するようにした光周波数測定システム２００を先に提案している（例えば、特許文献２参照）。

上記光周波数測定システム２００では、付加的な光周波数測定装置の使用を必要とすることなく、しかも、被測定レーザ光の周波数揺らぎに影響されることなく、高速且つ高分解能な光周波数測定を行うことができる。

特開２００２−１７４５５２号公報 特開２００６−２９８２１号公報

ところで、本件出願人が先に提案した光周波数測定システム２００では、各干渉周波数ｆ_Ａ，ｆ_Ｂの変化する方向を一致させた状態で、変調信号発生器２１５から光周波数コム発生器２１４に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄの変調周波数ｆｍを微少周波数Δｆ（１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度）だけ変更させて、第１及び第２の周波数カウンタ２２０，２２１により各干渉周波数ｆ_Ａ’，ｆ_Ｂ’を測定し、
Ｎ＝（（ｆ_Ａ−ｆ_Ｂ）−（ｆ_Ａ’−ｆ_Ｂ’））／Δｆ
にて上記光周波数コムの次数Ｎを決定する必要があり、上記次数Ｎを決定に時間がかかるという問題点があった。

すなわち、この際に、被測定レーザ光Ｌｘの周波数ｆｘにはランダムな揺らぎがあり、各干渉周波数ｆ_Ａ，ｆ_Ｂを同時に測定したとしても、変調信号Ｓ_ｍｏｄの変調周波数ｆｍを微少周波数Δｆだけ変更して測定される差分周波数（ｆ_Ａ−ｆ_Ｂ）と差分周波数（ｆ_Ａ’−ｆ_Ｂ’）は同時に測定できないので、上記式にて求められる次数Ｎには上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数ｆｘの揺らぎによる誤差分が含まれてしまう。そこで、上記微少周波数Δｆに対する各干渉周波数ｆ_Ａ，ｆ_Ｂの変化分から、上記被測定レーザ光が干渉している上記光周波数コムの次数Ｎを求める処理を複数回行って、その平均値をとることにより、上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数ｆｘの揺らぎによる誤差分を除去して、上記光周波数コムの次数Ｎを決定するようにしていた。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の光周波数測定システムにおける問題点に鑑み、付加的な光周波数測定装置の使用を必要とすることなく、しかも、被測定レーザ光の周波数揺らぎに影響されることなく、高分解能な光周波数測定を迅速に行うことができるようにすることにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明に係る光周波数測定システムは、基準となる周波数ν_１の第１のレーザ光Ｌ_１を出射するレーザ光源と、高出力の第２のレーザ光Ｌ_２を出射する光周波数可変レーザ光源と、上記光周波数可変レーザ光源から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が第１の光分離器を介して入射され、上記レーザ光源から出射された第１のレーザ光Ｌ_１と上記第２のレーザ光Ｌ_２とを合成する第１の光合成器と、上記光周波数可変レーザ光源から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が第２の光分離器を介して入射される第１の光周波数コム発生器及び第２の光周波数コム発生器と、上記第１の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ＭＯＤ１を発生する第１の変調信号発生器と、上記第２の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ＭＯＤ２を発生する第２の変調信号発生器と、上記第１の光周波数コム発生器により生成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとを合成する第２の光合成器と、上記第２の光周波数コム発生器により生成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとを合成する第３の光合成器と、上記第１の光合成器により合成された上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉光Ｌ_Ａの光強度の変化を検出する第１の光検出器と、上記第２の光合成器により合成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘの干渉光Ｌ_Ｂの光強度の変化を検出する第２の光検出器と、上記第３の光合成器により合成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘの干渉光Ｌ_Ｃの光強度の変化を検出する第３の光検出器と、上記第１の光検出器により得られる検出信号ＰＤ_１に基づいて上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を測定する第１の周波数カウンタと、上記第２の光検出器により得られる検出信号ＰＤ_２に基づいて上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２を測定する第２の周波数カウンタと、上記第３の光検出器により得られる検出信号ＰＤ_３に基づいて上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定する第３の周波数カウンタと、上記光周波数可変レーザ光源の動作を制御して、上記第１乃至第３の周波数カウンタにより測定される各干渉周波数Δν_１，Δν_２，Δν_３に基づいて、上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定する測定制御部とを備え、上記測定制御部は、上記光周波数可変レーザ光源が出射する第２のレーザ光の周波数ν_２を制御して、上記第１の周波数カウンタにより測定される上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を所定周波数とし、上記第１の変調信号発生器から第１の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ１の変調周波数ｆｍ_１と上記第２の変調信号発生器から第２の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ２の変調周波数ｆｍ_２を微少周波数Δｆｍだけずらしておき、上記第２の周波数カウンタにより測定される上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２が一定値になるように制御した状態で、上記第１乃至第３のカウンタにより、上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定し、上記第２及び第３の周波数カウンタによる測定値に基づいて、
Ｎ＝（Δν_２−Δν_３）／Δｆｍ
にて、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}の次数Ｎを決定し、決定した次数Ｎを用いて、
νｘ＝ν_１＋Δν_１＋Δν_２＋ Ｎｆｍ_１
にて上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定することを特徴とする。

また、本発明に係る光周波数コムの周波数成分の決定方法は、第１の光周波数コム発生器により発生される第１の周波数間隔ｆｍ_Ａの第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と、第２の光周波数コム発生器により発生される第２の周波数間隔ｆｍ_Ｂ（但し、ｆｍ_Ａ≠ｆｍ_Ｂ）の第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}において、上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}のいずれかの周波数成分とレーザ光との干渉周波数Δν_Ａと、上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}のいずれかの周波数成分と上記のレーザ光との干渉周波数Δν_Ｂを測定し、Δν_ＡとΔν_Ｂの値から、干渉周波数Δν_Ａと干渉周波数ν_Ｂが、それぞれ上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}の、いずれの周波数成分とで得られた干渉周波数であるかを決定することを特徴とする。

本発明では、第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１、光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２、光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定し、
Ｎ＝（Δν_２−Δν_３）／Δｆｍ
にて、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}の次数Ｎを決定し、決定した次数Ｎを用いて、
νｘ＝ν_１＋Δν_１＋Δν_２＋ Ｎｆｍ_１
にて被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定することにより、付加的な光周波数測定装置の使用を必要とすることなく、しかも、被測定レーザ光の周波数揺らぎに影響されることなく、高分解能な光周波数測定を迅速に行うことができる。

また、本発明では、第１の光周波数コム発生器により発生される第１の周波数間隔ｆｍ_Ａの第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と、第２の光周波数コム発生器により発生される第２の周波数間隔ｆｍ_Ｂ（但し、ｆｍ_Ａ≠ｆｍ_Ｂ）の第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}において、上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}のいずれかの周波数成分とレーザ光との干渉周波数Δν_Ａと、上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}のいずれかの周波数成分と上記のレーザ光との干渉周波数Δν_Ｂを測定し、Δν_ＡとΔν_Ｂの値から、干渉周波数Δν_Ａと干渉周波数Δν_Ｂが、それぞれ上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}の、いずれの周波数成分とで得られた干渉周波数であるかを決定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明に係る光周波数測定システムは、例えば図１に示すように構成される。

この光周波数測定システム１０は、基準となる周波数ν_１の第１のレーザ光Ｌ_１を出射するレーザ光源１１と、高出力の第２のレーザ光Ｌ_２を出射する光周波数可変レーザ光源１２と、上記光周波数可変レーザ光源１２から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が第１の光分離器１３を介して入射され、上記レーザ光源１１から出射された第１のレーザ光Ｌ_１と上記第２のレーザ光Ｌ_２とを合成する第１の光合成器１４と、上記光周波数可変レーザ光源１２から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が第２の光分離器１５を介して入射される第１の光周波数コム発生器１６及び第２の光周波数コム発生器１７と、上記第１の光周波数コム発生器１６に与える第１の変調信号Ｓ_ＭＯＤ１を発生する第１の変調信号発生器１８と、上記第２の光周波数コム発生器１７に与える第２の変調信号Ｓ_ＭＯＤ２を発生する第２の変調信号発生器１９と、上記第１の光周波数コム発生器１６により生成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとを合成する第２の光合成器２０と、上記第２の光周波数コム発生器１７により生成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとを合成する第３の光合成器２１と、上記第１の光合成器１４により合成された上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉光Ｌ_Ａの光強度の変化を検出する第１の光検出器２２と、上記第２の光合成器２０により合成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘの干渉光Ｌ_Ｂの光強度の変化を検出する第２の光検出器２３とｂ上記第３の光合成２１器により合成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘの干渉光Ｌ_Ｃの光強度の変化を検出する第３の光検出器２４と、上記第１の光検出器２２により得られる検出信号ＰＤ_１に基づいて上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を測定する第１の周波数カウンタ２５と、上記第２の光検出器２３により得られる検出信号ＰＤ_２に基づいて上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２を測定する第２の周波数カウンタ２６とｂ上記第３の光検出器２４により得られる検出信号ＰＤ_３に基づいて上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定する第３の周波数カウンタ２７と、上記光周波数可変レーザ光源１２の動作を制御して、上記第１乃至第３の周波数カウンタ２５，２６，２７により測定される各干渉周波数Δν_１，Δν_２，Δν_３に基づいて、上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数ｆｘを決定する測定制御部２８からなる。

上記光周波数可変レーザ光源１２は、例えばＰＺＴに与える制御電圧により周波数を可変制御可能な外部共振器レーザやＤＦＢレーザからなり、上記測定制御部２２から上記ＰＺＴに与える制御電圧に応じた周波数ν_２の高出力の第２のレーザ光Ｌ_２を出力する。

ここで、光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}，Ｌ_{ｃｏｍｂ２}を生成する第１の光周波数コム発生器１６及び第２の光周波数コム発生器１７には、大きなレーザパワーを注入する必要があり、レーザ光を増幅する高出力の光増幅器は極めて高価であるが、外部共振器レーザやＤＦＢレーザは大きなレーザパワーのレーザ光を出射することができるので、この光周波数測定システム１０では、上記光周波数可変レーザ光源１２として高出力の外部共振器レーザやＤＦＢレーザを用いることにより、高価な光増幅器を必要とすることなく、第１の光周波数コム発生器１６及び第２の光周波数コム発生器１７を励起して、測定に必要なパワーの光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}，Ｌ_{ｃｏｍｂ２}を得ることができる。

なお、上記光周波数ムＬ_{ｃｏｍｂ１}、Ｌ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉光Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃの光強度の変化は微少であるので、第２及び第３の光検出器２３、２４にはＳ／Ｎを確保するために狭帯域の光検出器が用いられるのに対し、第１の光検出器１４により検出される上記第２のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉光Ｌ_Ａの光強度の変化は比較的に大きいのでの、第１の光検出器１４には、広帯域の光検出器を用いても、検出出力のＳ／Ｎを確保することができる。

このような構成の光周波数測定システム１０において、第１の光周波数コム発生器１６により発生された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}のＮ次のサイドバンドと被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数を第２の周波数周波数カウンタ２６で測定し、その測定結果をΔν_２とするとき、図２に各レーザ光のスペクトラムを示すように、被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘは、
νｘ＝ν_１＋Δν_１＋Δν_２＋ Ｎｆｍ_１
である。

ここで、ν_１は、レーザ光源１１から出射されるレーザ光Ｌ_１の周波数であり、ｆｍ_１は、変調信号発生器１８により第１の光周波数コム発生器１６に与えられる変調信号Ｓ_ｍｏｄ１の周波数すなわち変調周波数である。Δν_１は、上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数であり、上記第１の光検出器２２により得られる検出信号ＰＤ_１に基づいて上記第１の周波数カウンタ２５により測定される。これらの値は、既知であるので光周波数コムコムＬ_{ｃｏｍｂ１}のサイドバンド次数Ｎを知ることで、上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定することができる。

この光周波数測定システム１０において、上記測定制御部２２は、例えば、図３のフローチャートに示すような手順で測定を行う。

すなわち、測定を開始するに当たり、先ず、上記ＰＺＴに与える制御電圧を可変することによりに、上記光周波数可変レーザ光源１２から出力される第２のレーザ光Ｌ_２の周波数ν_２を動かして、上記第１の周波数カウンタ２５による測定値、すなわち、上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を例えば＋１３．５ＧＨｚに設定する（ステップＳ１）。

次に、第２の周波数周波数カウンタ２６による測定値、すなわち、第１の光周波数コム発生器１６により発生された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}のＮ次のサイドバンドと被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２が２００ＭＨｚ以下で検出されるまで第２のレーザ光Ｌ_２の周波数ν_２をスキャンし（ステップＳ３）、干渉周波数Δν_２が検出されたら、上記干渉周波数Δν_２が一定値になるように上記光周波数可変レーザ光源１２を制御する（ステップＳ４）。

そして、上記第１の変調信号発生器１８から第１の光周波数コム発生器１６に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ１の変調周波数ｆｍ_１と上記第２の変調信号発生器１９から第２の光周波数コム発生器１７に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ２の変調周波数ｆｍ_２を微少周波数Δｆｍ（例えば１００ＫＨｚ）だけずらしておき、上記干渉周波数Δν_２が一定値になるように上記光周波数可変レーザ光源１２を制御した状態で、上記第２及び第３の周波数カウンタ２６，２７により各干渉周波数Δν_２，Δν_３を測定することにより、上記第２及び第３の周波数カウンタ２６，２７による測定値に基づいて、上記光周波数コムの次数Ｎを
Ｎ＝（Δν_２−Δν_３）／Δｆｍ
にて決定することができる。そして、上記測定制御部２２は、このようにして決定した次数Ｎを用いて、
νｘ＝ν_１＋Δν_１−Δν_２＋ Ｎｆｍ_１
にて上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを求めて表示する。

すなわち、上記光周波数測定システム１０では、上記光周波数可変レーザ光源１２から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が入射される第１の光周波数コム発生器１６及び第２の光周波数コム発生器１７を備えるので、第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１、光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２、光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を第１乃至第３の周波数カウンタ２５，２６，２７により同時に測定することができ、
Ｎ＝（Δν_２−Δν_３）／Δｆｍ
にて、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}の次数Ｎを決定し、決定した次数Ｎを用いて、
νｘ＝ν_１＋Δν_１＋Δν_２＋Ｎｆｍ_１
にて被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定することにより、付加的な光周波数測定装置の使用を必要とすることなく、しかも、被測定レーザの周波数揺らぎに影響されることなく、高分解能な光周波数測定を迅速に行うことができる。

上記光周波数測定システム１０では、第１のレーザ光を入力として第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}を発生する第１の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄＡの変調周波数ｆｍ_Ａと、上記第１のレーザ光を入力として、第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}を発生する第２の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄＢの変調周波数ｆｍ_Ｂを微少周波数Δｆｍだけずらしておき、上記第１の光周波数コム発生器により発生される第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と第２のレーザ光との干渉周波数Δν_Ａと、上記第２の光周波数コム発生器により発生される第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}と上記第２のレーザ光との干渉周波数Δν_Ｂを測定し、
Ｎ＝（Δν_Ａ−Δν_Ｂ）／Δｆｍ
にて、上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}の次数Ｎを決定している。

ここで、光周波数コム発生器では、入力光の周波数をνとして、変調周波数をｆｍと置き、整数をＮとすると、光周波数コムのそれぞれの周波数成分はν＋Ｎｆｍとして書き表せ、これは任意の光周波数コム発生器であっても表記は同じある。ただし、レーザ光を入力する必要のない、また変調の必要のないレーザそのものが光周波数コム発生器になるものもある。このような光周波数コム発生器を用いる場合、変調周波数は各光周波数コム発生器の出力の周波数成分の周波数間隔に等しく、また、上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}の次数Ｎを決定することは、得られたビート周波数が光周波数コムのどの周波数成分とレーザ光との間で得られた周波数成分かを決定することに等しいので、上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}の次数Ｎの決定方法を拡張すると、次のように定義することができる。

すなわち、第１の光周波数コム発生器により発生される第１の周波数間隔ｆｍ_Ａの第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と、第２の光周波数コム発生器により発生される第２の周波数間隔ｆｍ_Ｂ（但し、ｆｍ_Ａ≠ｆｍ_Ｂ）の第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}において、上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}のいずれかの周波数成分とレーザ光との干渉周波数Δν_Ａと、上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}のいずれかの周波数成分と上記のレーザ光との干渉周波数Δν_Ｂを測定し、Δν_ＡとΔν_Ｂの値から、干渉周波数Δν_Ａと干渉周波数Δν_Ｂが、それぞれ上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}の、いずれの周波数成分とで得られた干渉周波数であるかを決定することができる。

本発明に係る光周波数測定システムの構成を示すブロック図である。 上記光周波数測定システムにおける各レーザ光のスペクトラムを示す図である。 上記光周波数測定システムにおける測定制御部による測定のための制御手順を示すフローチャートである。 従来の光周波数測定システムの構成を示すブロック図である。 本件出願人が先に提案した光周波数測定システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 光周波数測定システム、１１ レーザ光源、１２ 光周波数可変レーザ光源、１３，１５ 光分離器、１４，２０，２１ 光合成器、１６，１７ 光周波数コム発生器、１８，１９ 変調信号発生器、２２，２３，２４ 光検出器、２５，２６，２７ 周波数カウンタ、２８ 測定制御部

Claims (2)

1. 基準となる周波数ν_１の第１のレーザ光Ｌ_１を出射するレーザ光源と、
   高出力の第２のレーザ光Ｌ_２を出射する光周波数可変レーザ光源と、
   上記光周波数可変レーザ光源から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が第１の光分離器を介して入射され、上記レーザ光源から出射された第１のレーザ光Ｌ_１と上記第２のレーザ光Ｌ_２とを合成する第１の光合成器と、
   上記光周波数可変レーザ光源から出射された第２のレーザ光Ｌ_２が第２の光分離器を介して入射される第１の光周波数コム発生器及び第２の光周波数コム発生器と、
   上記第１の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ＭＯＤ１を発生する第１の変調信号発生器と、
   上記第２の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ＭＯＤ２を発生する第２の変調信号発生器と、
   上記第１の光周波数コム発生器により生成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとを合成する第２の光合成器と、
   上記第２の光周波数コム発生器により生成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとを合成する第３の光合成器と、
   上記第１の光合成器により合成された上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉光Ｌ_Ａの光強度の変化を検出する第１の光検出器と、
   上記第２の光合成器により合成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘの干渉光Ｌ_Ｂの光強度の変化を検出する第２の光検出器と、
   上記第３の光合成器により合成された光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘの干渉光Ｌ_Ｃの光強度の変化を検出する第３の光検出器と、
   上記第１の光検出器により得られる検出信号ＰＤ_１に基づいて上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を測定する第１の周波数カウンタと、
   上記第２の光検出器により得られる検出信号ＰＤ_２に基づいて上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２を測定する第２の周波数カウンタと、
   上記第３の光検出器により得られる検出信号ＰＤ_３に基づいて上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定する第３の周波数カウンタと、
   上記光周波数可変レーザ光源の動作を制御して、上記第１乃至第３の周波数カウンタにより測定される各干渉周波数Δν_１，Δν_２，Δν_３に基づいて、上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定する測定制御部とを備え、
   上記測定制御部は、上記光周波数可変レーザ光源が出射する第２のレーザ光の周波数ν_２を制御して、上記第１の周波数カウンタにより測定される上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１を所定周波数とし、上記第１の変調信号発生器から第１の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ１の変調周波数ｆｍ_１と上記第２の変調信号発生器から第２の光周波数コム発生器に与える変調信号Ｓ_ｍｏｄ２の変調周波数ｆｍ_２を微少周波数Δｆｍだけずらしておき、上記第２の周波数カウンタにより測定される上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２が一定値になるように制御した状態で、上記第１乃至第３のカウンタにより、上記第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２との干渉周波数Δν_１、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_２、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ２}と被測定レーザ光Ｌｘとの干渉周波数Δν_３を測定し、
   上記第２及び第３の周波数カウンタによる測定値に基づいて、
   Ｎ＝（Δν_２−Δν_３）／Δｆｍ
   にて、上記光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂ１}の次数Ｎを決定し、決定した次数Ｎを用いて、
   νｘ＝ν_１＋Δν_１＋Δν_２＋ Ｎｆｍ_１
   にて上記被測定レーザ光Ｌｘの周波数νｘを決定することを特徴とする光周波数測定システム。
2. 第１の光周波数コム発生器により発生される第１の周波数間隔ｆｍ_Ａの第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と、第２の光周波数コム発生器により発生される第２の周波数間隔ｆｍ_Ｂ（但し、ｆｍ_Ａ≠ｆｍ_Ｂ）の第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}において、
   上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}のいずれかの周波数成分とレーザ光との干渉周波数Δν_Ａと、上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}のいずれかの周波数成分と上記のレーザ光との干渉周波数Δν_Ｂを測定し、
   Δν_ＡとΔν_Ｂの値から、干渉周波数Δν_Ａと干渉周波数Δν_Ｂが、それぞれ上記第１の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＡ}と上記第２の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｂＢ}の、いずれの周波数成分とで得られた干渉周波数であるかを決定する光周波数コムの周波数成分の決定方法。

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