JP2011203550A - Heterodyne light source, and light absorption/light loss measuring instrument and spectroscopic analyzer using the same - Google Patents

Heterodyne light source, and light absorption/light loss measuring instrument and spectroscopic analyzer using the same Download PDF

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Koichi Matsumoto
弘一 松本
Kiyoshi Takamasu
潔 高増
Chikako Ishibashi
爾子 石橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement a heterodyne light source with a high output and a high frequency accuracy by using an optical frequency comb device.SOLUTION: A heterodyne light source (1) includes an optical frequency comb device (1) which generates an optical frequency comb, a first frequency variable laser (3) which generates first output light, first frequency control mechanisms (5 and 7), a second frequency variable laser (4) which generates second output light, second frequency control mechanisms (6 and 8), and an optical coupler (20) which superposes the first output light and the second output light one over the other to generate an optical output. The first frequency control mechanisms adjust a frequency of the first output light to a frequency higher than a frequency in an m-order mode of the optical frequency comb by Δin response to light resulting from superposing the first output light and the optical frequency comb one over the other. The second frequency control mechanisms adjust a frequency of the second output light to a frequency higher than a frequency in an m-order mode of the optical frequency comb by Δ(≠ Δ) in response to light resulting from superposing the second output light and the optical frequency comb one over the other.

Description

本発明は、光ヘテロダイン計測法において使用されるヘテロダイン光源に関し、特に、光周波数コム装置を用いたヘテロダイン光源に関する。   The present invention relates to a heterodyne light source used in an optical heterodyne measurement method, and more particularly to a heterodyne light source using an optical frequency comb device.

光コム又は光周波数コムとは、周波数軸上において等間隔な成分からなる櫛形のスペクトルを持つ光信号のことである。図１は、光周波数コムのスペクトルの例である。光周波数コムのｎ次モードの周波数ｆ（ｎ）は、次式で表わされる：
ｆ（ｎ）＝ｎ・ｆｒ＋ｆ０，
ここで、ｆ０は、オフセット周波数であり、ｆｒは、繰り返し周波数である。光周波数コムは、時間軸上で表わせば、超短光パルスの列となる。 An optical comb or an optical frequency comb is an optical signal having a comb-shaped spectrum made up of equally spaced components on the frequency axis. FIG. 1 is an example of a spectrum of an optical frequency comb. The frequency f (n) of the nth-order mode of the optical frequency comb is expressed by the following equation:
f (n) = n · f r + f 0 ,
Here, f 0 is the offset frequency, f r is the repetition frequency. If the optical frequency comb is represented on the time axis, it becomes a train of ultrashort optical pulses.

近年では、極めて周波数の精度が高い（即ち、上述のオフセット周波数ｆ０、繰り返し周波数ｆｒの精度が高い）光周波数コムを発生する光周波数コム装置が開発されている。光周波数コム装置が達成可能な周波数の精度の高さは、協定世界時に同期した光周波数コム装置が、平成２１年７月１６日に、計量法第１３４条の規定に基づき新しい長さの特定標準器として指定されたことからも理解されよう。光周波数コム装置については、例えば、特開２００８−３１１６２９号公報に開示されている。 In recent years, very frequency is highly accurate (i.e., the offset frequency f 0 of the above, a high precision of the repetition frequency f r) optical frequency comb apparatus for generating optical frequency comb has been developed. The frequency accuracy that can be achieved by the optical frequency comb device is determined by the optical frequency comb device synchronized with Coordinated Universal Time on July 16, 2009 by specifying a new length based on the provisions of Article 134 of the Measurement Law. It will be understood from the fact that it was designated as a standard device. An optical frequency comb device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-311629.

出願人は、光周波数コム装置を光ヘテロダイン計測法において使用される光源（ヘテロダイン光源）に応用することを検討している。光ヘテロダイン計測法とは、概略的には、信号光と参照光とを重ね合わせて得られるビート信号から、該信号光が持っている情報を取り出す方法である。光の周波数は高いため、直接にその波形を電気的信号に変換して観測することは困難である。一方、ビート信号は、信号光と参照光の周波数の差の周波数（ヘテロダイン周波数と呼ばれる）の成分を有しているから、光の周波数よりも相当に低くできる。これは、ビート信号の周波数、振幅、位相は、電気的信号に変換して観測可能であることを意味している。ビート信号から信号光が持つ情報を電気的信号として取り出すことが、光ヘテロダイン計測法の基本的原理である。光ヘテロダイン計測法による計測対象は、広い範囲に及ぶが、例えば、距離計測、速度計測、分光分析等が挙げられる。光ヘテロダイン計測法においては、信号光又は参照光として用いる光の周波数（即ち、波長）の安定性が重要であり、光周波数コム装置をヘテロダイン光源として用いれば、高精度の計測を実現できる可能性がある。   The applicant is considering applying the optical frequency comb device to a light source (heterodyne light source) used in an optical heterodyne measurement method. The optical heterodyne measurement method is generally a method of extracting information held by a signal light from a beat signal obtained by superimposing the signal light and the reference light. Since the frequency of light is high, it is difficult to directly convert the waveform into an electrical signal for observation. On the other hand, the beat signal has a frequency difference component (referred to as a heterodyne frequency) between the signal light and the reference light, and therefore can be considerably lower than the light frequency. This means that the frequency, amplitude, and phase of the beat signal can be observed after being converted into an electrical signal. The basic principle of the optical heterodyne measurement method is to extract information held by the signal light from the beat signal as an electrical signal. The measurement object by the optical heterodyne measurement method covers a wide range, and examples thereof include distance measurement, speed measurement, and spectroscopic analysis. In the optical heterodyne measurement method, the stability of the frequency (that is, wavelength) of light used as signal light or reference light is important, and if an optical frequency comb device is used as a heterodyne light source, there is a possibility that high-precision measurement can be realized. There is.

光周波数コム装置をヘテロダイン光源として使用する場合における一つの問題は、大強度の光周波数コムを発生することが、実際上、困難なことである。光周波数コム装置の構成としては、概略的には、チタンサファイアレーザを用いた構成と、モード同期ファイバレーザを用いた構成が挙げられる。チタンサファイアレーザを用いた光周波数コム装置は、高出力且つ広帯域という特長を有しているが、大型で高価であり、計測装置としての実用的な応用は難しい。一方、モード同期ファイバレーザを用いた光周波数コム装置は、小型且つ安価であるが、出力が低いという問題がある。   One problem in using an optical frequency comb device as a heterodyne light source is that it is practically difficult to generate a high intensity optical frequency comb. As a configuration of the optical frequency comb device, a configuration using a titanium sapphire laser and a configuration using a mode-locked fiber laser can be given. An optical frequency comb device using a titanium sapphire laser has the features of high output and broadband, but is large and expensive, and practical application as a measurement device is difficult. On the other hand, an optical frequency comb device using a mode-locked fiber laser is small and inexpensive, but has a problem of low output.

したがって、高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現することには、技術的ニーズが存在する。   Therefore, there is a technical need to realize a heterodyne light source with high output and high frequency accuracy using an optical frequency comb device.

特開２００８−３１１６２９号公報JP 2008-311629 A

したがって、本発明の目的は、高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to realize a heterodyne light source having high output and high frequency accuracy by using an optical frequency comb device.

本発明の一の観点では、ヘテロダイン光源が、光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、第１周波数制御機構と、第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、第２周波数制御機構と、前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて光出力を生成する光結合器とを備えている。第１周波数制御機構は、前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する。第２周波数制御機構は、前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する。 In one aspect of the present invention, the heterodyne light source includes an optical frequency comb device that generates an optical frequency comb, a first frequency variable laser that generates first output light, a first frequency control mechanism, and second output light. A second frequency variable laser to be generated; a second frequency control mechanism; and an optical coupler that generates an optical output by superimposing the first output light and the second output light. The first frequency control mechanism receives first input light obtained by superimposing the first output light and the optical frequency comb, and in response to the first input light, sets the frequency of the first output light to the optical frequency comb. Is adjusted to a frequency higher by Δ 1 than the frequency of the m 1st- order mode. The second frequency control mechanism receives the second input light obtained by superimposing the second output light and the optical frequency comb, and responds to the second input light to change the frequency of the second output light to the optical frequency comb. The frequency is adjusted to a frequency higher by Δ 2 (≠ Δ 1 ) than the frequency of the m second- order mode.

このような構成のヘテロダイン光源では、Δ１とΔ２の差分の周波数成分を有するうなりを発生可能であり、光ヘテロダイン計測法に適用可能である。また、本発明のヘテロダイン光源は、光周波数コム装置とは別に第１周波数可変レーザ及び第２周波数可変レーザとが設けられ、第１周波数可変レーザ及び第２周波数可変レーザによってレーザ光出力が生成される。このような構成では、第１周波数可変レーザ及び第２周波数可変レーザとして高出力のレーザ（例えば、半導体レーザ）を使用することにより、光へテロダイン計測法による計測に適した高出力のレーザ光出力を生成することができる。加えて、本発明によって光へテロダイン干渉を利用可能になると、光高周波数のスーパーヘテロダインのほかに、微弱光の光検出や、機械的振動などの影響の減少が可能になる。 In such an arrangement the heterodyne light source is capable of generating a beat having a difference frequency component of the delta 1 and delta 2, it is applicable to an optical heterodyne measuring technique. The heterodyne light source of the present invention includes a first frequency tunable laser and a second frequency tunable laser separately from the optical frequency comb device, and a laser beam output is generated by the first frequency tunable laser and the second frequency tunable laser. The In such a configuration, by using a high-power laser (for example, a semiconductor laser) as the first frequency-variable laser and the second frequency-variable laser, a high-power laser light output suitable for measurement by the optical heterodyne measurement method. Can be generated. In addition, when optical heterodyne interference can be used according to the present invention, in addition to optical high-frequency superheterodyne, it is possible to reduce the effects of weak light detection and mechanical vibration.

ヘテロダイン光源に含まれる周波数可変レーザ及び周波数制御機構の数は、３以上であることも可能である。   The number of frequency variable lasers and frequency control mechanisms included in the heterodyne light source may be three or more.

一実施形態では、第１周波数制御機構が、前記第１入力光から前記第１入力光におけるうなりに対応する電気信号である第１ビート信号を取り出し、前記第１ビート信号に応答して前記第１出力光の周波数を制御するように構成され、第２周波数制御機構が、前記第２入力光から前記第２入力光におけるうなりに対応する電気信号である第２ビート信号を取り出し、前記第２ビート信号に応答して前記第２出力光の周波数を制御するように構成される。   In one embodiment, the first frequency control mechanism extracts a first beat signal, which is an electrical signal corresponding to a beat in the first input light, from the first input light and responds to the first beat signal with the first beat signal. The second frequency control mechanism is configured to control a frequency of one output light, and extracts a second beat signal that is an electric signal corresponding to a beat in the second input light from the second input light, and A frequency of the second output light is controlled in response to the beat signal.

特定用途では、第２周波数制御機構が前記Δ２を走査するように構成されていることも好ましい。 In certain applications, it is also preferable that the second frequency control mechanism is configured to scan the delta 2.

当該ヘテロダイン光源は、下記式：
ｍ１≠ｍ２
を成立させるように構成されることも好ましい。この場合でも、該光周波数コム装置によって生成された光周波数コムを用いるスーパーヘテロダインによってΔ２−Δ１のヘテロダイン周波数のビート信号を生成可能である。 The heterodyne light source has the following formula:
m 1 ≠ m 2
It is also preferable to be configured to establish Even in this case, a beat signal having a heterodyne frequency of Δ 2 −Δ 1 can be generated by superheterodyne using the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device.

一実施形態では、第１周波数可変レーザと第２周波数可変レーザが、半導体レーザである。   In one embodiment, the first frequency tunable laser and the second frequency tunable laser are semiconductor lasers.

本発明の他の観点では、光吸収計測装置が、光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、該レーザ光出力を計測対象に入射する上記の構成のヘテロダイン光源と、前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収を計測する計測系とを具備する。   In another aspect of the present invention, an optical absorption measurement device generates an optical frequency comb and a laser light output, and obtains the laser light output from the measurement target, the heterodyne light source having the above-described configuration that enters the measurement target. A measurement system that receives superimposed light obtained by superimposing signal light and the optical frequency comb, and measures light absorption in the measurement target from a beat signal corresponding to the beat of the superimposed light.

本発明の他の観点では、分光分析装置が、光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、該レーザ光出力を計測対象に入射する上記の構成のヘテロダイン光源と、前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収を計測する計測装置とを具備する。計測装置は、前記第２出力光の周波数を特定の周波数範囲で走査させながら前記光吸収を計測することによって前記周波数範囲における前記計測対象の光吸収スペクトルを取得し、前記光吸収スペクトルを用いて分光分析を行う。   In another aspect of the present invention, the spectroscopic analyzer generates an optical frequency comb and a laser light output, and the heterodyne light source having the above-described configuration in which the laser light output is incident on the measurement target, and a signal obtained from the measurement target And a measuring device that receives superimposed light obtained by superimposing light and the optical frequency comb, and measures light absorption in the measurement object from a beat signal corresponding to the beat of the superimposed light. The measurement apparatus acquires the light absorption spectrum of the measurement target in the frequency range by measuring the light absorption while scanning the frequency of the second output light in a specific frequency range, and uses the light absorption spectrum. Perform spectroscopic analysis.

本発明によれば、高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現することができる。   According to the present invention, a heterodyne light source with high output and high frequency accuracy can be realized using an optical frequency comb device.

図１は、光周波数コムのスペクトルの例を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing an example of an optical frequency comb spectrum. 図２は、本発明の一実施形態におけるヘテロダイン光源の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the heterodyne light source in one embodiment of the present invention. 図３は、一実施形態において、光周波数コム装置が生成する光周波数コムと、各レーザダイオードが生成するレーザ光の周波数スペクトルを示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device and the frequency spectrum of the laser light generated by each laser diode in one embodiment. 図４は、本実施形態のヘテロダイン光源が適用された分光分析装置の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a spectroscopic analyzer to which the heterodyne light source of the present embodiment is applied. 図５は、本実施形態のヘテロダイン光源が適用された光分析装置の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an optical analyzer to which the heterodyne light source of the present embodiment is applied.

図２は、本発明の一実施形態におけるヘテロダイン光源１の構成を示すブロック図である。ヘテロダイン光源１は、光周波数コム装置２と、レーザダイオード（半導体レーザ）３、４と、光検出器５、６と、制御系７、８とを備えている。光周波数コム装置２は、光周波数コムを生成し、光ファイバ１１に出力する。一実施形態では、光周波数コム装置２としてモード同期ファイバレーザが使用される。レーザダイオード３は、単色のレーザ光を生成して光ファイバ１２に出力し、同様に、レーザダイオード４は、単色のレーザ光を生成して光ファイバ１３に出力する。レーザダイオード３、４は、それらが生成するレーザ光の周波数（即ち、波長）が可変であるように構成されている。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the heterodyne light source 1 in one embodiment of the present invention. The heterodyne light source 1 includes an optical frequency comb device 2, laser diodes (semiconductor lasers) 3 and 4, photodetectors 5 and 6, and control systems 7 and 8. The optical frequency comb device 2 generates an optical frequency comb and outputs it to the optical fiber 11. In one embodiment, a mode-locked fiber laser is used as the optical frequency comb device 2. The laser diode 3 generates a monochromatic laser beam and outputs it to the optical fiber 12. Similarly, the laser diode 4 generates a monochromatic laser beam and outputs it to the optical fiber 13. The laser diodes 3 and 4 are configured such that the frequency (that is, the wavelength) of the laser light generated by them is variable.

図３は、光周波数コム装置２が生成する光周波数コムと、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数スペクトルを示す図である。光周波数コム装置２が生成する光周波数コムは、周波数軸上において等間隔な成分から構成されており、当該光周波数コムのｎ次モードの周波数ｆ（ｎ）は、次式で表わされる：
ｆ（ｎ）＝ｎ・ｆｒ＋ｆ０， ・・・（１）
ここで、ｆ０は、オフセット周波数であり、ｆｒは、繰り返し周波数である。一方、レーザダイオード３、４は、単一の周波数成分のレーザ光を発生する。以下では、レーザダイオード３が生成するレーザ光の周波数をｆ１、レーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数をｆ２と記載する。 FIG. 3 is a diagram illustrating the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 and the frequency spectrum of the laser light generated by the laser diodes 3 and 4. The optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 is composed of equally spaced components on the frequency axis, and the frequency f (n) of the nth-order mode of the optical frequency comb is expressed by the following equation:
f (n) = n · f r + f 0 , (1)
Here, f 0 is the offset frequency, f r is the repetition frequency. On the other hand, the laser diodes 3 and 4 generate laser light having a single frequency component. Hereinafter, the frequency of the laser light generated by the laser diode 3 is described as f 1 , and the frequency of the laser light generated by the laser diode 4 is described as f 2 .

レーザダイオード３が生成するレーザ光の周波数ｆ１が該光周波数コムのｍ１次モードの周波数ｆ（ｍ１）と、（ｍ１＋１）次モードの周波数ｆ（ｍ１＋１）の間にあるとして、差分Δ１を下記のように定義する：
Δ１＝ｆ１−ｆ（ｍ１）． ・・・（２）
同様に、レーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数ｆ２が該光周波数コムのｍ２次モードの周波数ｆ（ｍ２）と、（ｍ２＋１）次モードの周波数ｆ（ｍ２＋１）の間にあるとして、差分Δ２を下記のように定義する：
Δ２＝ｆ２−ｆ（ｍ２）． ・・・（３）
ここで、ｍ１、ｍ２は、同じであっても異なっていてもよい。 Frequency f 1 of the laser beam is a laser diode 3 for generating the a light frequency comb of m 1 order mode frequency f (m 1), is between (m 1 +1) of the next mode frequency f (m 1 +1) Define the difference Δ 1 as follows:
Δ 1 = f 1 −f (m 1 ). ... (2)
Similarly, the frequency f of the laser diode 4 m 2 order mode of the frequency f 2 of the laser beam generating optical frequency comb (m 2), the (m 2 +1) for the next mode frequency f (m 2 +1) The difference Δ 2 is defined as:
Δ 2 = f 2 −f (m 2 ). ... (3)
Here, m 1 and m 2 may be the same or different.

式（１）、（２）によれば、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２は、それぞれ、下記の式で表わされる。
ｆ１＝ｍ１・ｆｒ＋ｆ０＋Δ１， ・・・（４）
ｆ２＝ｍ２・ｆｒ＋ｆ０＋Δ２， ・・・（５）
一実施形態では、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２は、数百ＴＨｚのオーダーであり、繰り返し周波数ｆｒは、数十ＭＨｚから数ＧＨｚのオーダーである。 According to the equations (1) and (2), the frequencies f 1 and f 2 of the laser light generated by the laser diodes 3 and 4 are respectively expressed by the following equations.
f 1 = m 1 · f r + f 0 + Δ 1 , (4)
f 2 = m 2 · f r + f 0 + Δ 2 , (5)
In one embodiment, the frequency f 1, f 2 of the laser beam from the laser diode 3 and 4 is produced is on the order of a few hundred THz, the repetition frequency f r, the number GHz on the order of several tens of MHz.

図２に戻り、光検出器５には、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード３が生成したレーザ光とを重ね合わせた光が入力される。詳細には、光ファイバ１１に光分波器１４が設けられ、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムが分波される。同様に、光ファイバ１２に光分波器１５が設けられ、レーザダイオード３が生成したレーザ光が分波される。光分波器１４、１５によって分波された光周波数コム及びレーザ光は、光結合器１６に入力される。光分波器１４、１５の出力と光結合器１６の入力は、光ファイバで結合される。光結合器１６は、その出力が光検出器５に接続されており、受け取った光周波数コム及びレーザ光を合波して光検出器５に供給する。光検出器５は、受け取った入力光（即ち、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード３が生成したレーザ光とを重ね合わせた光）に対応する電気信号５ａを出力する。電気信号５ａには、レーザダイオード３が発生したレーザ光の周波数ｆ１と、光周波数コムのｍ１次モードの周波数ｆ（ｍ１）（＝ｍ１・ｆｒ＋ｆ０）との差分Δ１の周波数の成分が含まれている。 Returning to FIG. 2, the photodetector 5 receives light obtained by superimposing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 and the laser light generated by the laser diode 3. Specifically, an optical demultiplexer 14 is provided in the optical fiber 11, and the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 is demultiplexed. Similarly, an optical demultiplexer 15 is provided in the optical fiber 12, and the laser beam generated by the laser diode 3 is demultiplexed. The optical frequency comb and laser light demultiplexed by the optical demultiplexers 14 and 15 are input to the optical coupler 16. The outputs of the optical demultiplexers 14 and 15 and the input of the optical coupler 16 are coupled by an optical fiber. The output of the optical coupler 16 is connected to the photodetector 5, and the received optical frequency comb and laser light are combined and supplied to the photodetector 5. The photodetector 5 outputs an electric signal 5a corresponding to the received input light (that is, light obtained by superimposing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 and the laser light generated by the laser diode 3). The electric signal 5a includes a difference Δ 1 between the frequency f 1 of the laser light generated by the laser diode 3 and the frequency f (m 1 ) (= m 1 · f r + f 0 ) of the m first- order mode of the optical frequency comb. The frequency component is included.

同様に、光検出器６には、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード４が生成したレーザ光とを重ね合わせた光が入力される。詳細には、光ファイバ１１に光分波器１７が設けられ、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムが分波される。同様に、光ファイバ１３に光分波器１８が設けられ、レーザダイオード４が生成したレーザ光が分波される。光分波器１７、１８によって分波された光周波数コム及びレーザ光は、光結合器１９に入力される。光分波器１７、１８の出力と光結合器１９の入力は、光ファイバで結合される。光結合器１９は、その出力が光検出器６に接続されており、受け取った光周波数コム及びレーザ光を合波して光検出器６に出力する。光検出器６は、受け取った入力光（即ち、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード４が生成したレーザ光とを重ね合わせた光）に対応する電気信号６ａを出力する。電気信号６ａには、レーザダイオード４が発生したレーザ光の周波数ｆ２と、光周波数コムのｍ２次モードの周波数ｆ（ｍ２）（＝ｍ２・ｆｒ＋ｆ０）との差分Δ２の周波数の成分が含まれている。 Similarly, light obtained by superimposing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 and the laser light generated by the laser diode 4 is input to the photodetector 6. Specifically, the optical demultiplexer 17 is provided in the optical fiber 11 and the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 is demultiplexed. Similarly, an optical demultiplexer 18 is provided in the optical fiber 13, and the laser beam generated by the laser diode 4 is demultiplexed. The optical frequency comb and the laser beam demultiplexed by the optical demultiplexers 17 and 18 are input to the optical coupler 19. The outputs of the optical demultiplexers 17 and 18 and the input of the optical coupler 19 are coupled by an optical fiber. The output of the optical coupler 19 is connected to the photodetector 6, and the received optical frequency comb and laser light are combined and output to the photodetector 6. The photodetector 6 outputs an electrical signal 6a corresponding to the received input light (that is, light obtained by superimposing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 and the laser light generated by the laser diode 4). The electric signal 6a includes a difference Δ 2 between the frequency f 2 of the laser beam generated by the laser diode 4 and the frequency f (m 2 ) (= m 2 · f r + f 0 ) of the m second- order mode of the optical frequency comb. The frequency component is included.

制御系７は、レーザダイオード３が発生するレーザ光の周波数ｆ１と、光周波数コムのｍ１次モードの周波数ｆ（ｍ１）との差分Δ１が所望値になるようにレーザダイオード３が発生するレーザ光の周波数ｆ１を制御する。この制御は、光検出器５から出力される電気信号５ａに応答して行われる。電気信号５ａには差分Δ１の周波数の成分が含まれているから、電気信号５ａから差分Δ１を検出することができる。制御系７は、検出した差分Δ１に応答して差分Δ１が所望値になるようにレーザダイオード３が発生するレーザ光の周波数ｆ１を制御する。 Control system 7, the frequency f 1 of the laser beam is a laser diode 3 for generating, the laser diode 3 so that the difference delta 1 between the optical frequency comb of the m 1-order mode frequency f (m 1) becomes a desired value The frequency f 1 of the generated laser light is controlled. This control is performed in response to the electric signal 5a output from the photodetector 5. Since the electrical signal 5a contains the component of the frequency difference delta 1, it is possible to detect the difference delta 1 from an electrical signal 5a. The control system 7 controls the frequency f 1 of the laser beam generated by the laser diode 3 so that the difference Δ 1 becomes a desired value in response to the detected difference Δ 1 .

同様に、制御系８は、レーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２と、光周波数コムのｍ２次モードの周波数ｆ（ｍ２）との差分Δ２が所望値になるようにレーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２を制御する。この制御は、光検出器６から出力される電気信号６ａに応答して行われる。電気信号６ａには差分Δ２の周波数の成分が含まれているから、電気信号６ａから差分Δ２を検出することができる。制御系８は、検出した差分Δ２に応答して差分Δ２が所望値になるようにレーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２を制御する。ここで、レーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２は、差分Δ２が上述の差分Δ１とは異なるように調節される。 Similarly, the control system 8 controls the laser so that the difference Δ 2 between the frequency f 2 of the laser light generated by the laser diode 4 and the frequency f (m 2 ) of the m second- order mode of the optical frequency comb becomes a desired value. controlling the frequency f 2 of the laser light diode 4 may occur. This control is performed in response to the electrical signal 6a output from the photodetector 6. Since the electrical signal 6a includes the component of the frequency difference delta 2, it is possible to detect the difference delta 2 from the electric signal 6a. The control system 8 controls the frequency f 2 of the laser light generated by the laser diode 4 so that the difference Δ 2 becomes a desired value in response to the detected difference Δ 2 . Here, the frequency f 2 of the laser light generated by the laser diode 4 is adjusted so that the difference Δ 2 is different from the above-described difference Δ 1 .

光ファイバ１１には、光周波数コム出力ポート２１が設けられる。光周波数コム出力ポート２１は、光周波数コム装置２によって生成された光周波数コムを外部に出力する。一方、光ファイバ１２には、レーザダイオード３、４が発生したレーザ光を合波する光結合器２０が設けられる。光結合器２０の出力側にレーザ光出力ポート２２が設けられる。レーザ光出力ポート２２は、光結合器２０によって合波された光（レーザダイオード３、４が発生したレーザ光を合波して得られる光）を外部に出力する。以下では、光周波数コム出力ポート２１から出力される光を光周波数コム出力と呼び、レーザ光出力ポート２２から出力される光をレーザ光出力と呼ぶことにする。   The optical fiber 11 is provided with an optical frequency comb output port 21. The optical frequency comb output port 21 outputs the optical frequency comb generated by the optical frequency comb device 2 to the outside. On the other hand, the optical fiber 12 is provided with an optical coupler 20 that combines the laser beams generated by the laser diodes 3 and 4. A laser beam output port 22 is provided on the output side of the optical coupler 20. The laser beam output port 22 outputs the light combined by the optical coupler 20 (light obtained by combining the laser beams generated by the laser diodes 3 and 4) to the outside. Hereinafter, light output from the optical frequency comb output port 21 will be referred to as optical frequency comb output, and light output from the laser light output port 22 will be referred to as laser light output.

上記のように構成されたヘテロダイン光源１は、光ヘテロダイン計測法に使用可能である。レーザ光出力ポート２２から出力されたレーザ光出力を信号光の生成に用い、光周波数コム出力ポート２１から出力された光周波数コム出力を参照光として用いることにより、Δ２−Δ１のヘテロダイン周波数の成分を有するビート信号が得られる。このビート信号から周波数ｆ２における計測対象に関する情報を得る、即ち、光ヘテロダイン計測を行うことができる。例えば、Δ２−Δ１が約５０ｋＨｚになるようにレーザダイオード３、４を設定すれば、ビート信号の５０ｋＨｚ近傍の周波数帯域の成分から周波数ｆ２における計測対象に関する情報を得ることができる。このとき、制御系８によってΔ２を逐次に走査すれば、計測対象から情報を得る周波数ｆ２を走査することができる。 The heterodyne light source 1 configured as described above can be used for an optical heterodyne measurement method. The laser light output output from the laser light output port 22 is used for the generation of signal light, and the optical frequency comb output output from the optical frequency comb output port 21 is used as the reference light, whereby a heterodyne frequency of Δ 2 −Δ 1 is obtained. A beat signal having the following components can be obtained. Information regarding the measurement target at the frequency f 2 can be obtained from the beat signal, that is, optical heterodyne measurement can be performed. For example, if the laser diodes 3 and 4 are set so that Δ 2 −Δ 1 is about 50 kHz, information about the measurement target at the frequency f 2 can be obtained from the frequency band component in the vicinity of 50 kHz of the beat signal. At this time, if Δ 2 is sequentially scanned by the control system 8, the frequency f 2 for obtaining information from the measurement target can be scanned.

ここで、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２が近接していなくても、即ち、ｍ１≠ｍ２であっても、スーパーヘテロダインによって光ヘテロダイン計測を行うことができることに留意されたい。光周波数コム出力を併用することにより、ｍ１≠ｍ２であり、周波数ｆ１、ｆ２が近接していなくても、ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１の成分を有するビート信号が得られる。これは、レーザダイオード３、４が生成すべきレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２の自由度が高いことを意味しており、光ヘテロダイン計測法によって計測を行う上で好適である。 Here, even if the frequencies f 1 and f 2 of the laser beams generated by the laser diodes 3 and 4 are not close to each other, that is, m 1 ≠ m 2 , optical heterodyne measurement can be performed by superheterodyne. Note that you can. By using the optical frequency comb output together, a beat signal having a component of the heterodyne frequency Δ 2 −Δ 1 is obtained even if m 1 ≠ m 2 and the frequencies f 1 and f 2 are not close to each other. This means that the laser diodes 3 and 4 have a high degree of freedom in the frequencies f 1 and f 2 of the laser light to be generated, which is suitable for measurement by the optical heterodyne measurement method.

本実施形態のヘテロダイン光源１の利点は、高出力で、且つ、生成した光（レーザ光出力及び光周波数コム）の周波数の精度を高くできることである。光周波数コム出力ポート２１から出力される光周波数コムは、例えば光周波数コム装置２としてモード同期ファイバレーザを用いることにより、その周波数の精度を高くすることができる。また、レーザ光出力ポート２２から出力されるレーザ光出力は、光周波数コムを基準として周波数が制御されるため、やはり、周波数の精度を高くすることができる。その一方で、レーザ光出力は、レーザダイオード３、４によって生成されるので、高い出力を実現できる。このような利点を持つ本実施形態のヘテロダイン光源１によって光ヘテロダイン干渉を利用できると、光高周波数のスーパーヘテロダインのほかに、微弱光の光検出や、機械的振動などの影響の減少が可能になる。   The advantage of the heterodyne light source 1 of the present embodiment is that it has high output and the frequency accuracy of the generated light (laser light output and optical frequency comb) can be increased. The frequency accuracy of the optical frequency comb output from the optical frequency comb output port 21 can be increased by using, for example, a mode-locked fiber laser as the optical frequency comb device 2. Further, since the frequency of the laser light output from the laser light output port 22 is controlled based on the optical frequency comb, the frequency accuracy can be increased. On the other hand, since the laser light output is generated by the laser diodes 3 and 4, a high output can be realized. If the heterodyne light source 1 of the present embodiment having such advantages can use optical heterodyne interference, in addition to optical high-frequency superheterodyne, it is possible to detect the effects of weak light detection and mechanical vibrations. Become.

以上には、本発明のヘテロダイン光源の実施形態が具体的に記載されているが、本発明の実施形態は、当業者には自明な様々な変更がなされ得る。例えば、レーザダイオード３、４の代わりに、他の周波数可変レーザを用いてもよい。   Although the embodiments of the heterodyne light source of the present invention have been specifically described above, various modifications obvious to those skilled in the art can be made to the embodiments of the present invention. For example, other frequency variable lasers may be used instead of the laser diodes 3 and 4.

また、図２には、２つのレーザダイオード３、４によって生成されたレーザ光を合波してレーザ光出力を生成するヘテロダイン光源１が図示されているが、３以上のレーザダイオード（周波数可変レーザ）によって生成されたレーザ光を合波してレーザ光出力を生成してもよい。この場合、対応する数の光検出器及び制御系がヘテロダイン光源１に追加される。例えば、周波数ｆ３のレーザ光を生成する第３のレーザダイオードが、レーザダイオード３、４に追加して設けられてもよい。ここで、周波数ｆ３が、光周波数コム出力のｍ３次モードの周波数ｆ（ｍ３）と、（ｍ３＋１）次モードの周波数ｆ（ｍ３＋１）の間にあるとして、差分Δ３を
Δ３＝ｆ３−ｆ（ｍ３）， ・・・（６）
として定義する。この場合には、レーザ光出力から生成される信号光と光周波数コム出力とを重ね合わせた光から、Δ２−Δ１のヘテロダイン周波数の成分と、Δ３−Δ１のヘテロダイン周波数の成分とを有するビート信号が得られる。ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１、及びΔ３−Δ１を適切に調節すれば、周波数ｆ２、ｆ３における計測対象に関する情報が、異なる周波数帯に含まれるようなビート信号を生成することができる。これは、周波数ｆ２、ｆ３に関する情報を同一のビート信号から得られることを意味しており、多くの情報を得る光ヘテロダイン計測を実現する上で好ましい。 FIG. 2 shows a heterodyne light source 1 that combines laser beams generated by two laser diodes 3 and 4 to generate a laser beam output, but includes three or more laser diodes (frequency variable lasers). ) May be combined to generate a laser beam output. In this case, a corresponding number of photodetectors and control systems are added to the heterodyne light source 1. For example, a third laser diode that generates laser light having a frequency f 3 may be provided in addition to the laser diodes 3 and 4. Here, the frequency f 3, the optical frequency comb output m 3 order mode frequency f (m 3), as is between the (m 3 +1) of the next mode frequency f (m 3 +1), difference delta 3 Δ 3 = f 3 −f (m 3 ), (6)
Define as In this case, a component of the heterodyne frequency of Δ 2 −Δ 1 and a component of the heterodyne frequency of Δ 3 −Δ 1 are obtained from the light obtained by superimposing the signal light generated from the laser light output and the optical frequency comb output. A beat signal having By appropriately adjusting the heterodyne frequencies Δ 2 −Δ 1 and Δ 3 −Δ 1 , it is possible to generate a beat signal in which information on the measurement target at the frequencies f 2 and f 3 is included in different frequency bands. . This means that information on the frequencies f 2 and f 3 can be obtained from the same beat signal, which is preferable in realizing optical heterodyne measurement for obtaining a large amount of information.

続いて、図２の構成のヘテロダイン光源１の具体的な応用例について説明する。図２の構成のヘテロダイン光源１の好適な応用例の一つは、光吸収や光損失の計測である。以下では、光吸収や光損失を計測する計測システムへのヘテロダイン光源１の応用について述べる。   Next, a specific application example of the heterodyne light source 1 having the configuration shown in FIG. 2 will be described. One suitable application example of the heterodyne light source 1 having the configuration shown in FIG. 2 is measurement of light absorption and light loss. Hereinafter, application of the heterodyne light source 1 to a measurement system for measuring light absorption and light loss will be described.

図４は、図２の構成のヘテロダイン光源１を用いた分光分析システム３０の構成を示す図である。図４の分光分析システム３０は、計測対象の光吸収を計測して分光分析を行う構成を有しており、ヘテロダイン光源１と計測セル３１と光検出器３２と信号処理装置３３とを備えている。計測対象は計測セル３１に収容される。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a spectroscopic analysis system 30 using the heterodyne light source 1 having the configuration of FIG. The spectroscopic analysis system 30 in FIG. 4 has a configuration for performing spectroscopic analysis by measuring light absorption of a measurement target, and includes a heterodyne light source 1, a measurement cell 31, a photodetector 32, and a signal processing device 33. Yes. The measurement object is accommodated in the measurement cell 31.

ヘテロダイン光源１のレーザ光出力ポート２２は光ファイバ３４の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成されたレーザ光出力は、光ファイバ３４に入力される。光ファイバ３４の他端から出射されたレーザ光出力は、集光レンズ３５を介して計測セル３１に入射される。レーザ光出力が計測セル３１を通過すると、計測対象による光吸収が起こる。計測セル３１から出射された信号光は、対物レンズ３６を介して光ファイバ３７に入射される。一方、ヘテロダイン光源１の光周波数コム出力ポート２１は光ファイバ３８の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力は、光ファイバ３８に入力される。光結合器３９は、計測セル３１から出射された信号光と光周波数コム出力とを合波し、光ファイバ３９ａを介して光検出器３２に送る。信号処理装置３３は、光検出器３２から出力される電気信号に対して分光分析のための演算処理を行う。   The laser light output port 22 of the heterodyne light source 1 is connected to one end of the optical fiber 34, and the laser light output generated by the heterodyne light source 1 is input to the optical fiber 34. The laser light output emitted from the other end of the optical fiber 34 is incident on the measurement cell 31 via the condenser lens 35. When the laser light output passes through the measurement cell 31, light absorption by the measurement target occurs. The signal light emitted from the measurement cell 31 is incident on the optical fiber 37 through the objective lens 36. On the other hand, the optical frequency comb output port 21 of the heterodyne light source 1 is connected to one end of the optical fiber 38, and the optical frequency comb output generated by the heterodyne light source 1 is input to the optical fiber 38. The optical coupler 39 combines the signal light emitted from the measurement cell 31 and the optical frequency comb output, and sends the resultant light to the photodetector 32 via the optical fiber 39a. The signal processing device 33 performs arithmetic processing for spectroscopic analysis on the electrical signal output from the photodetector 32.

このような分光分析システム３０の構成では、以下のようにして計測セル３１に収容されている計測対象の分光分析が行われる。光検出器３２は、計測セル３１から出射された信号光とヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力とを重ね合わせた光を受け取る。したがって、光検出器３２から出力される電気信号は、ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１の成分を有するビート信号を含んでいる。このビート信号から、信号処理装置３３は、計測セル３１の計測対象の周波数ｆ２における光吸収を得ることができる。このとき、差分Δ２を所望の範囲で走査すれば、即ち、ヘテロダイン光源１のレーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数ｆ２を所望の周波数範囲で走査すれば、当該周波数範囲における光吸収スペクトルを得ることができる。得られた光吸収スペクトルを用いて計測セル３１内の計測対象の分光分析を行うことができる。 In such a configuration of the spectroscopic analysis system 30, spectroscopic analysis of a measurement target accommodated in the measurement cell 31 is performed as follows. The photodetector 32 receives light obtained by superimposing the signal light emitted from the measurement cell 31 and the optical frequency comb output generated by the heterodyne light source 1. Therefore, the electrical signal output from the photodetector 32 includes a beat signal having a component of the heterodyne frequency Δ 2 −Δ 1 . From this beat signal, the signal processing device 33 can obtain light absorption at the frequency f 2 to be measured in the measurement cell 31. At this time, if the difference Δ 2 is scanned in a desired range, that is, if the frequency f 2 of the laser light generated by the laser diode 4 of the heterodyne light source 1 is scanned in the desired frequency range, the light absorption spectrum in the frequency range. Can be obtained. Using the obtained light absorption spectrum, the spectroscopic analysis of the measurement target in the measurement cell 31 can be performed.

一方、図５は、図２の構成のヘテロダイン光源１を用いた光損失計測システム４０の構成を示す図である。図５の光損失計測システム４０は、計測対象である光デバイス４１で発生する光損失を計測する構成を有しており、ヘテロダイン光源１と光検出器４２と信号処理装置４３とを備えている。   On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical loss measurement system 40 using the heterodyne light source 1 having the configuration of FIG. The optical loss measurement system 40 in FIG. 5 has a configuration for measuring the optical loss generated in the optical device 41 that is the measurement target, and includes the heterodyne light source 1, the photodetector 42, and the signal processing device 43. .

ヘテロダイン光源１のレーザ光出力ポート２２は光ファイバ４４の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成されたレーザ光出力は、光ファイバ４４に入力される。光ファイバ４４の他端は、光サーキュレータ４５の第１のポートに接続されている。光サーキュレータ４５の第２のポートは、光ファイバ４６を介して光デバイス４１に接続される。光サーキュレータ４５の第３のポートは、光ファイバ４７を介して光結合器４８に接続される。光サーキュレータ４５は、ヘテロダイン光源１によって生成されたレーザ光出力を光ファイバ４６を介して光デバイス４１に送ると共に、光デバイス４１から返ってきた信号光を光ファイバ４７を介して光結合器４８に送る。一方、ヘテロダイン光源１の光周波数コム出力ポート２１は光ファイバ４９の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力は、光ファイバ４９に入力される。光結合器４８は、光デバイス４１から出射された信号光と光周波数コム出力とを合波し、光ファイバ５０を介して光検出器４２に送る。信号処理装置４３は、光検出器４２から出力される電気信号に対して光損失計測のための演算処理を行う。   The laser light output port 22 of the heterodyne light source 1 is connected to one end of the optical fiber 44, and the laser light output generated by the heterodyne light source 1 is input to the optical fiber 44. The other end of the optical fiber 44 is connected to the first port of the optical circulator 45. The second port of the optical circulator 45 is connected to the optical device 41 via the optical fiber 46. The third port of the optical circulator 45 is connected to the optical coupler 48 via the optical fiber 47. The optical circulator 45 sends the laser light output generated by the heterodyne light source 1 to the optical device 41 via the optical fiber 46 and sends the signal light returned from the optical device 41 to the optical coupler 48 via the optical fiber 47. send. On the other hand, the optical frequency comb output port 21 of the heterodyne light source 1 is connected to one end of the optical fiber 49, and the optical frequency comb output generated by the heterodyne light source 1 is input to the optical fiber 49. The optical coupler 48 combines the signal light emitted from the optical device 41 and the optical frequency comb output, and sends them to the photodetector 42 via the optical fiber 50. The signal processing device 43 performs arithmetic processing for measuring optical loss on the electric signal output from the photodetector 42.

このような光損失計測システム４０の構成では、以下のようにして光デバイス４１における光損失の計測が行われる。光検出器４２は、光デバイス４１から出射された信号光とヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力とを重ね合わせた光を受け取る。したがって、光検出器４２から出力される電気信号は、ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１の成分を有するビート信号を含んでいる。このビート信号から、信号処理装置４３は、光デバイス４１の周波数ｆ２における光損失を得ることができる。このとき、ヘテロダイン光源１のレーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数ｆ２を所望の周波数範囲で走査すれば、当該周波数範囲における光損失の周波数特性を得ることができる。 In such a configuration of the optical loss measurement system 40, the optical loss in the optical device 41 is measured as follows. The photodetector 42 receives light obtained by superimposing the signal light emitted from the optical device 41 and the optical frequency comb output generated by the heterodyne light source 1. Therefore, the electrical signal output from the photodetector 42 includes a beat signal having a component of the heterodyne frequency Δ 2 −Δ 1 . From this beat signal, the signal processing device 43 can obtain the optical loss at the frequency f 2 of the optical device 41. At this time, if the scanning frequency f 2 of the laser beam by the laser diode 4 of the heterodyne light source 1 is produced in the desired frequency range, it is possible to obtain a frequency characteristic of the optical loss in the frequency range.

この光損失計測システムにおいて、光デバイス４１の代わりに光ネットワークを接続すれば、当該光ネットワークの周波数ｆ２における光吸収を計測できる。また、光デバイス４１の代わりに様々な計測対象を接続すれば、当該計測対象の光損失を計測することができる。 In this optical loss measuring system, by connecting the optical network in place of the optical device 41 can measure the light absorption at the frequency f 2 of the optical network. If various measurement objects are connected instead of the optical device 41, the optical loss of the measurement object can be measured.

以上には、光吸収の計測のための計測システムの構成を提示したが、本発明のヘテロダイン光源は、他にも、光ヘテロダイン計測法による様々な計測に応用できる。例えば、本発明のヘテロダイン光源は、光ヘテロダイン計測法による物体の速度の計測にも適用可能である。   Although the configuration of the measurement system for measuring the light absorption has been described above, the heterodyne light source of the present invention can be applied to various other measurements by the optical heterodyne measurement method. For example, the heterodyne light source of the present invention can be applied to the measurement of the speed of an object by the optical heterodyne measurement method.

１：ヘテロダイン光源
２：光周波数コム装置
３、４：レーザダイオード
５、６：光検出器
５ａ、６ａ：電気信号
７、８：制御系
１１、１２、１３：光ファイバ
１４、１５、１７、１８：光分波器
１６、１９、２０：光結合器
２１：光周波数コム出力ポート
２２：レーザ光出力ポート
３０：分光分析システム
３１：計測セル
３２：光検出器
３３：信号処理装置
３４、３７、３８：光ファイバ
３５：集光レンズ
３６：対物レンズ
３９：光結合器
３９ａ：光ファイバ
４０：光損失計測システム
４１：光デバイス
４２：光検出器
４３：信号処理装置
４４：光ファイバ
４５：光サーキュレータ
４６：光ファイバ
４７：光ファイバ
４８：光結合器
４９、５０：光ファイバ 1: heterodyne light source 2: optical frequency comb device 3, 4: laser diode 5, 6: photodetector 5a, 6a: electrical signal 7, 8: control system 11, 12, 13: optical fiber 14, 15, 17, 18 : Optical demultiplexer 16, 19, 20: Optical coupler 21: Optical frequency comb output port 22: Laser light output port 30: Spectroscopic analysis system 31: Measurement cell 32: Photo detector 33: Signal processing device 34, 37 38: Optical fiber 35: Condensing lens 36: Objective lens 39: Optical coupler 39a: Optical fiber 40: Optical loss measurement system 41: Optical device 42: Photo detector 43: Signal processing device 44: Optical fiber 45: Optical circulator 46: Optical fiber 47: Optical fiber 48: Optical coupler 49, 50: Optical fiber

Claims (7)

光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、
第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、
前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する第１周波数制御機構と、
第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、
前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する第２周波数制御機構と、
前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて光出力を生成する光結合器
とを備える
ヘテロダイン光源。 An optical frequency comb device for generating an optical frequency comb;
A first frequency tunable laser that generates first output light;
Receiving a first input light obtained by superimposing the first output light and the optical frequency comb, and changing the frequency of the first output light in response to the first input light to a frequency of the m first- order mode of the optical frequency comb; a first frequency control mechanism for adjusting the high frequency by delta 1 from
A second frequency tunable laser that generates second output light;
Receiving a second input light obtained by superimposing the second output light and the optical frequency comb, and changing the frequency of the second output light in response to the second input light to a frequency of the m second- order mode of the optical frequency comb. A second frequency control mechanism that adjusts to a frequency that is higher by Δ 2 (≠ Δ 1 ),
A heterodyne light source comprising: an optical coupler that generates an optical output by superimposing the first output light and the second output light. 請求項１に記載のヘテロダイン光源であって、
前記第１周波数制御機構が、前記第１入力光から前記第１入力光におけるうなりに対応する電気信号である第１ビート信号を取り出し、前記第１ビート信号に応答して前記第１出力光の周波数を制御するように構成され、
前記第２周波数制御機構が、前記第２入力光から前記第２入力光におけるうなりに対応する電気信号である第２ビート信号を取り出し、前記第２ビート信号に応答して前記第２出力光の周波数を制御するように構成された
ヘテロダイン光源。 The heterodyne light source according to claim 1,
The first frequency control mechanism extracts a first beat signal, which is an electrical signal corresponding to a beat in the first input light, from the first input light, and outputs the first output light in response to the first beat signal. Configured to control the frequency,
The second frequency control mechanism extracts a second beat signal, which is an electrical signal corresponding to a beat in the second input light, from the second input light, and outputs the second output light in response to the second beat signal. Heterodyne light source configured to control frequency. 請求項１又は２のいずれかに記載のヘテロダイン光源であって、
前記第２周波数制御機構が、前記Δ２を走査するように構成された
ヘテロダイン光源。 The heterodyne light source according to claim 1 or 2,
The heterodyne light source second frequency control mechanism, which is configured to scan the delta 2. 請求項１乃至３のいずれかに記載のヘテロダイン光源であって、
下記式：
ｍ１≠ｍ２
を成立させる
ヘテロダイン光源。 The heterodyne light source according to any one of claims 1 to 3,
Following formula:
m 1 ≠ m 2
Heterodyne light source. 請求項１又は２に記載のヘテロダイン光源であって、
前記第１周波数可変レーザと前記第２周波数可変レーザが、半導体レーザである
ヘテロダイン光源。 The heterodyne light source according to claim 1 or 2,
The heterodyne light source, wherein the first frequency variable laser and the second frequency variable laser are semiconductor lasers. 光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、前記レーザ光出力を計測対象に入射するヘテロダイン光源と、
前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収又は光損失を計測する計測系
とを具備し、
前記ヘテロダイン光源が、
前記光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、
第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、
前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する第１周波数制御機構と、
第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、
前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する第２周波数制御機構と、
前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて前記レーザ光出力を生成する光結合器
とを備える
光吸収／損失計測装置。 A heterodyne light source for generating an optical frequency comb and a laser light output, and entering the laser light output to a measurement target;
A measurement system that receives superimposed light obtained by superimposing the signal light obtained from the measurement target and the optical frequency comb, and measures light absorption or loss in the measurement target from a beat signal corresponding to the beat of the superimposed light And
The heterodyne light source is
An optical frequency comb device for generating the optical frequency comb;
A first frequency tunable laser that generates first output light;
Receiving a first input light obtained by superimposing the first output light and the optical frequency comb, and changing the frequency of the first output light in response to the first input light to a frequency of the m first- order mode of the optical frequency comb; a first frequency control mechanism for adjusting the high frequency by delta 1 from
A second frequency tunable laser that generates second output light;
Receiving a second input light obtained by superimposing the second output light and the optical frequency comb, and changing the frequency of the second output light in response to the second input light to a frequency of the m second- order mode of the optical frequency comb. A second frequency control mechanism that adjusts to a frequency that is higher by Δ 2 (≠ Δ 1 ),
An optical absorption / loss measurement apparatus comprising: an optical coupler that superimposes the first output light and the second output light to generate the laser light output. 光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、前記レーザ光出力を計測対象に入射するヘテロダイン光源と、
前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収を計測する計測装置
とを具備し、
前記ヘテロダイン光源が、
前記光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、
第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、
前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する第１周波数制御機構と、
第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、
前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する第２周波数制御機構と、
前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて前記レーザ光出力を生成する光結合器
とを備え、
前記計測装置が、前記第２出力光の周波数を特定の周波数範囲で走査させながら前記光吸収を計測することによって前記周波数範囲における前記計測対象の光吸収スペクトルを取得し、前記光吸収スペクトルを用いて分光分析を行う
分光分析装置。 A heterodyne light source for generating an optical frequency comb and a laser light output, and entering the laser light output to a measurement target;
A measuring device that receives superimposed light obtained by superimposing the signal light obtained from the measurement target and the optical frequency comb, and measures light absorption in the measurement target from a beat signal corresponding to the beat of the superimposed light; And
The heterodyne light source is
An optical frequency comb device for generating the optical frequency comb;
A first frequency tunable laser that generates first output light;
Receiving a first input light obtained by superimposing the first output light and the optical frequency comb, and changing the frequency of the first output light in response to the first input light to a frequency of the m first- order mode of the optical frequency comb; a first frequency control mechanism for adjusting the high frequency by delta 1 from
A second frequency tunable laser that generates second output light;
Receiving a second input light obtained by superimposing the second output light and the optical frequency comb, and changing the frequency of the second output light in response to the second input light to a frequency of the m second- order mode of the optical frequency comb. A second frequency control mechanism that adjusts to a frequency that is higher by Δ 2 (≠ Δ 1 ),
An optical coupler that superimposes the first output light and the second output light to generate the laser light output;
The measurement device acquires the light absorption spectrum of the measurement object in the frequency range by measuring the light absorption while scanning the frequency of the second output light in a specific frequency range, and uses the light absorption spectrum. A spectroscopic analyzer that performs spectroscopic analysis.
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