JP2015195248A - 光源装置および周波数安定化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、周波数発生器の周波数確度の影響を低減し、高精度に周波数を安定化することが可能な光源装置を提供する。【解決手段】周波数安定化光源（光源装置）１００は、光源１０１から出射される光の周波数を吸収セル１０５の吸収線の周波数を基準として安定化させるものであって、光源１０１からの光が吸収セル１０５を透過することによって強度変調された光を復調する復調信号を、同期検波により生成する同期検波器１０８と、吸収セル１０５における圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量を求め、該変化量に対応した補正信号を算出する演算部１１０と、復調信号を補正信号で補正し、補正された復調信号によって光源１０１から出射される光の周波数を制御する制御部１１１とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光の周波数を安定化させる光源装置、および周波数安定化方法に関する。

近年の高密度波長多重光伝送システムや高精度な光波干渉計測システムにおいて、これらに用いられる光源から出射する光は、定められた周波数に安定化される必要がある。一般に、基準周波数としてガスセルのガス吸収線を用いた場合、吸収線の中心周波数は、セル内のガス圧力に依存する。また、セル内のガス圧力は、ガスの温度に依存する。このため、使用するガスセルの温度が変化すると、吸収線の中心周波数が変化し、その結果、光源から出射する光の周波数も変化してしまう。そこで、特許文献１は、ガスセルの温度を一定に制御する方式の他に、ガスセルの温度を測定し、予め用意された温度と中心周波数の相関から、中心周波数の変化を補償するように可変周波数発生器を制御する方式を開示している。特許文献２は、基準周波数を光干渉フィルタとし、光干渉フィルタの温度に応じて、出力比算出手段から出力される出力比の目標値を補正する方法を開示している。

特開２００８−２５１９４５号公報 特許第３３４７６４４号公報

しかしながら、特許文献１に示す周波数安定化光源（波長安定化光源）は、３台の周波数発生器を必要とし、しかも、吸収セル（ガスセル）の温度を一定に制御する場合には、温調装置を必要とする。また、温調装置を使用せずに、温度変化に応じた周波数変化を補償する場合、吸収セルの温度に応じて２台の周波数発生器の出力周波数の差を一定に保ったまま制御する必要がある。このため、特許文献１の周波数安定化光源では、装置が複雑化し、装置の製造費用が高くなる。また、特許文献１においては、周波数発生器によって周波数オフセットさせた光を安定化光としている。そのため、周波数発生器の周波数確度が、直接、安定化光の周波数確度に影響し、高精度に周波数を安定化することができない。また、特許文献２の周波数安定化光源は、光干渉フィルタのスロープ部を周波数弁別器として制御する方式であり、高い周波数弁別ゲインが得られないため、十分な周波数安定度を実現できない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、簡易な構成で、周波数発生器の周波数確度の影響を低減し、高精度に周波数を安定化することが可能な光源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、本発明は、光源から出射される光の周波数を吸収セルの吸収線の周波数を基準として安定化させる光源装置であって、光源からの光が吸収セルを透過することによって強度変調された光を復調する復調信号を、同期検波により生成する同期検波器と、吸収セルにおける圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量を求め、該変化量に対応した補正信号を算出する演算部と、復調信号を補正信号で補正し、補正された復調信号によって光源から出射される光の周波数を制御する制御部とを備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、簡易な構成で、周波数発生器の周波数確度の影響を低減し、高精度に周波数を安定化することが可能な光源装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る周波数安定化光源の構成を示す図である。 第１実施形態における吸収セルの圧力による変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る周波数安定化光源の構成を示す図である。 第２実施形態における吸収セルの圧力による変化を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る光源装置について説明する。図１は、本実施形態における光源装置としての周波数安定化光源１００の構成を示す概略図である。周波数安定化光源１００は、一例として、光源から出射される光の周波数（波長）を吸収セルの吸収線の周波数（波長）を基準として同期させることで安定化させる周波数安定化光源とする。周波数安定化光源１００は、安定化される元の光源としての光源１０１と、光変調器１０３と、吸収セル１０５と、同期検波器１０８と、フィードバック回路１０９とを備える。

光源１０１は、一例として、連続発振のレーザー光を発生させるレーザー光源とする。光変調器１０３は、光源１０１からの光に変調を与え、吸収セル１０５は、光変調器１０３から変調された光を透過させることによって強度変調された光を出力する。吸収セル１０５としては、例えば、エタロンや、単一気体（純気体）または混合気体の光透過物質が封入されたガスセルが用いられる。同期検波器１０８は、吸収セル１０５から出力される強度変調された光を復調するための復調信号を同期検波により生成する。フィードバック回路１０９は、同期検波器１０８から出力される復調信号が０になるよう、光源１０１から出射される光の周波数を制御する。この構成により、吸収セル１０５の光透過物質の吸収線の中心周波数を基準周波数として利用し、光源１０１から出力される光の周波数を基準周波数に同期させることで、光源１０１から出射される光の周波数を安定化させることができる。

ところが、基準周波数とする吸収線の中心周波数は、上述したように吸収セル１０５における圧力の変化によって変動することがある。例えば、吸収セル１０５の温度が変化すると、圧力も変化するため、吸収線の中心周波数も変動する。そのため、基準周波数に同期する光源１０１から出射される光の周波数も変動してしまう。そこで、本実施形態に係る周波数安定化光源１００は、吸収セル１０５における圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量Ｗを求め、その変化量Ｗに応じて復調信号を補正する。これにより、圧力の変化の影響を取り除いた復調信号に基づき、光源１０１からの光の周波数を安定化することができ、吸収セル１０５の温度や圧力が変化したとしても、光源１０１から出力される光への影響を低減することができる。具体的には、周波数安定化光源１００は、吸収セル１０５の圧力変化による吸収線の中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを算出する演算部１１０と、この補正信号Ｖにより同期検波器からの復調信号を補正する補正信号制御部１１１とをさらに備える。

演算部１１０は、吸収セル１０５の圧力と、予め取得した吸収セル１０５の吸収線の中心周波数の圧力に対する敏感度Ｂとによって、吸収セル１０５における圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量Ｗを求める。この場合、吸収セル１０５の圧力は、吸収セル１０５の温度と、予め取得した吸収セル１０５の温度に対する圧力の敏感度Ａとにより算出することができる。そこで、周波数安定化光源１００は、図１に示すように、吸収セル１０５に、その温度を検出する少なくとも１つの温度計測器１０６を設ける。演算部１１０は、温度計測器１０６により検出される温度から吸収セル１０５の吸収線の中心周波数の変化量Ｗを算出する。補正信号制御部１１１は、演算部１１０で得られた中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを生成し、同期検波器１０８から出力される復調信号に加減算（加算または減算）する。この構成により、補正された復調信号を使用して、光源１０１から出射される光の周波数を制御することができる。

次に、周波数安定化光源１００の具体的構成例について説明する。ここでは、光源１０１として分布帰還型レーザーダイオード（ＤＦＢ ＬＤ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）を用いる。光分波器１０２としては、−１０ｄＢファイバカプラの光分波器を使用し、光源１０１により発生したレーザーのパワーの一部を分離させる。光変調器１０３としては、ＬｉＮｂＯ_３位相変調器を使用する。周波数発生器１０４で発生する周波数は、光変調器１０３に印加される。吸収セル１０５としては、^１３Ｃ_２Ｈ_２ガスが封入された、窓部を有する円筒状のアセチレンガスセルを使用する。温度計測器１０６としては、吸収セル１０５の円筒部の側面または窓部側面に取り付けられる温度センサを使用する。なお、ここで、吸収セル１０５から出力される強度変調された光は、光検出器（フォトディテクタ）１０７で受光および検出され、その検出信号をＩ／Ｖアンプ（電流電圧変換アンプ）１１２でＡＤ変換した上で、同期検波器１０８に入力する。同期検波器１０８としては、例えば、ロックインアンプを使用する。また、フィードバック回路１０９からの出力は、制御信号として、周波数変換器１１３に入力される。周波数変換器１１３は、光源１０１内の駆動素子、およびその駆動電流と動作温度とを任意に選択および設定することが可能なＬＤドライバである。周波数変換器１１３により、光源１０１から出射される光の周波数は、補正された復調信号に基づいて変換（変更）される。温度計測器１０６に、複数の温度センサを使用しても良く、演算部１１０は、複数の温度センサで測定される温度の平均から吸収セル１０５の吸収線の中心周波数の変化量Ｗを求めても良い。補正信号制御部１１１は、演算部１１０で得られた中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを生成し復調信号に補正信号Ｖを加減算することにより、復調信号を補正する。

周波数安定化光源１００は、一例として、^１３Ｃ_２Ｈ_２ガスが封入された吸収セル１０５の吸収線の一つを利用し、１．５μｍ帯に安定化された光を出力させる。図２（ａ）は、吸収セル１０５のガス圧力の変化による、吸収線の変化を示すグラフである。図２（ａ）において、実線で示す吸収線の波形Ｘ１は、吸収セル１０５が圧力変化の影響を受ける前の吸収線の例を示し、点線で示す吸収線の波形Ｘ２は、吸収セル１０５が圧力変化の影響を受けた後の吸収線の例を示す。吸収セル１０５のガス圧力が上昇すると、吸収線の波形Ｘ１は、吸収線の波形Ｘ２のように変化する。例えば、外気温の変化により吸収セル１０５のガス圧力が上昇すると、図２（ａ）に示すように、吸収セル１０５の吸収線は、中心周波数が低くなる。図２（ｂ）は、吸収セル１０５のガス圧力の変化による、復調信号の変化を示すグラフである。図２（ｂ）において、実線の波形Ｙ１は、吸収セル１０５が圧力変化の影響を受ける前の復調信号を示し、点線の波形Ｙ２は、吸収セル１０５が圧力変化の影響を受けた後の復調信号を示す。鎖線で示す吸収線の波形Ｙ３は、圧力変化の影響を受けた後に演算部１１０によって算出された補正信号Ｖを用いて補正した後の復調信号を示す。図２（ｂ）に示すように、吸収セル１０５の吸収線がＸ１からＸ２へ変化（変化量Ｗ）すると、その変化に伴い復調信号もＹ１からＹ２へと低周波側へ変化する。そのため、吸収セル１０５の吸収線のピークに同期（ロック）された光源１０１の発振周波数は、ガス圧力が変化する前と比較して、低くなる。ここで、吸収セル１０５の光透過物質として用いられる^１３Ｃ_２Ｈ_２は、セル圧力１０Ｔｏｒｒにおいて、吸収線の中心周波数の変化に対し、５００ｋＨｚ／Ｔｏｒｒの敏感度を有している。なお、この吸収線の中心周波数に対する圧力の敏感度Ｂは、吸収線、中心周波数およびガスの種類により異なる。

演算部１１０は、予め取得した温度に対する圧力の敏感度Ａと、吸収線の中心周波数に対する圧力の敏感度Ｂとを有している。演算部１１０は、これらの敏感度と、温度計測器１０６の計測値（相対値）である吸収セル１０５の平均温度Ｔとを用いて、以下の式（１）を用いて圧力変化による吸収線の中心周波数の変化量（周波数シフト量）Ｗを算出する。

Ｗ［Ｈｚ］＝平均温度Ｔ［Ｋ］×Ａ［Ｔｏｒｒ／Ｋ］×Ｂ［Ｈｚ／Ｔｏｒｒ］
・・・（１）

ここで、吸収線の中心周波数の温度に対する敏感度Ｃを予め取得している場合を想定する。この場合、演算部１１０は、以下の式（２）を用いて圧力変化による中心周波数の変化量Ｗを算出することができる。

Ｗ［Ｈｚ］＝平均温度Ｔ［Ｋ］×Ｃ［Ｈｚ／Ｋ］ ・・・（２）

補正信号制御部１１１は、式（１）または式（２）により算出した中心周波数の変化量Ｗと、復調信号のゼロクロス点近傍の傾き（以下、周波数弁別ゲインと称する。）とを適用した以下の式（３）を用いて、補正信号Ｖを生成する。

補正信号Ｖ［Ｖ］＝Ｗ［Ｈｚ］×周波数弁別ゲイン［Ｖ／Ｈｚ］ ・・・（３）

補正信号Ｖと、Ｉ／Ｖアンプ１１２からの復調信号とを加減算し、図２（ｂ）の鎖線（吸収線の波形Ｙ３）で示す復調信号のように、オフセットさせた信号をフィードバック回路１０９へ入力する。この構成により、圧力変化を受ける前の周波数に同期（ロック）することができる。

次に、周波数安定化光源１００の動作について説明する。光源１０１から出力されたレーザー光は、光分波器１０２により、出力光と、この出力光の周波数を安定化するために光変調器１０３へ入射する光とへ分波される。光変調器１０３へ入射した光は、周波数発生器１０４の出力により１００ＭＨｚに周波数変調され、その変調出力光は、基準周波数となる吸収線を有する吸収セル１０５に入射する。吸収セル１０５を通過し強度変調された光は、光検出器１０７で電気信号に変換され、Ｉ／Ｖアンプ１１２を介して同期検波器１０８へ供給される。周波数発生器１０４の出力も同期検波器１０８へ供給される。同期検波器１０８は、周波数発生器１０４の出力を用いて、Ｉ／Ｖアンプ１１２の出力から変調周波数１ｆ成分を同期検波する。変調周波数１ｆ成分で同期検波された同期検波器１０８からの出力は、図２（ｂ）で示すような曲線となり、誤差信号としてフィードバック回路１０９を通じて周波数変換器１１３へ帰還する。同期検波器１０８からの出力は、図２（ａ）に示す吸収線を１次微分した曲線になる。一方、吸収セル１０５近傍の温度が変化すると、演算部１１０は、式（１）または式（２）に基づき、温度変化量に対応した圧力変化による吸収線の中心周波数の変化量Ｗを算出する。例えば、吸収セル１０５の光透過物質として用いられる^１３Ｃ_２Ｈ_２（Ｒ７）２０Ｔｏｒｒでは、吸収セル１０５近傍の温度が１Ｋ増加した場合、中心周波数は２５ｋＨｚ程度低くなる。

次に、補正信号制御部１１１は、式（３）に基づき、圧力変化による中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを生成する。例えば、吸収線の吸収率を５７％、吸収セル１０５への入射光量を１ｍＷ、周波数発生器１０４の出力信号の周波数を１００ＭＨｚ、振幅を光変調器１０３のＶπ相当とする。また、光検出器１０７とＩ／Ｖアンプ１１２との総合ゲインは、１００００Ｖ／Ｗとする。この場合の周波数弁別ゲインは、４．６×１０^−８Ｖ／Ｈｚである。したがって、１Ｋの温度変化による中心周波数の変化量Ｗが２５ｋＨｚである場合の補正信号Ｖは、１．１ｍＶとなる。補正信号Ｖを復調信号に減算した信号をフィードバック回路１０９へ入力することにより、光源１０１から出射される光の周波数は、圧力変化を受ける前の周波数に安定化される。

本実施形態では、図２（ｂ）における中心周波数近傍の復調信号のスロープ部分であれば任意の場所に周波数を安定化することができる。しかしながら、吸収線の中心周波数から遠い部分ほど、周波数弁別ゲインは、低下する。したがって、例えば、最大の傾きに対して０．１％までの低下を許容範囲とした場合、周波数にして±３．８ＭＨｚの範囲に相当する。吸収線の中心周波数の敏感度Ｃは、２５ｋＨｚ／Ｋであるため、温調機構なしでも、±１５２Ｋの範囲の温度変化に対応することができる。周波数安定化光源１００においては、光源１０１の光出力における周波数確度は、吸収線ピークの周波数確度と制御回路の確度にのみ依存する。そのため、上述した周波数発生器を利用する従来の周波数安定化光源と比べ、周波数発生器自体の周波数確度による光源１０１の光出力への影響を低減することができ、高精度に周波数を安定化することが可能になる。

周波数安定化光源１００は、吸収セル１０５近傍の温度から圧力を求め、その圧力に基づいて吸収線の中心周波数の変化量Ｗを算出する。そして、算出した吸収線の中心周波数の変化量Ｗに基づいて復調信号を補正することにより、圧力変化の影響を低減することができる。この構成により、光源１０１から出射される光の周波数を、圧力変化を受ける前の周波数に安定化することが可能となる。本実施形態によれば、従来のような吸収セル温調機構が不要になることに加え、高周波の周波数発生器も不要になる。そのため、従来よりも簡易な構成で高精度に周波数を安定化することが可能な周波数安定化光源を提供することができる。

なお、本実施形態において、吸収セル１０５の圧力は、吸収セル１０５近傍の温度変化量から算出されるが、これに限られるものではない。例えば、吸収セル内に直接、ガス圧力計などの圧力測定器を設けて、測定される圧力を用いて吸収線の中心周波数の変化量Ｗを求める構成としてもよい。また、本実施形態では、吸収線の中心周波数の変化量Ｗは、吸収セル１０５の温度を検出し、式（１）または式（２）を用いて算出されるが、これに限られるものではない。例えば、吸収セル１０５の吸収線においては、圧力変動に伴って中心周波数が変動するだけではなく、吸収線の透過率やその検出信号の振幅も変動する。そのため、圧力変動に伴う吸収線の変動特性を用いて吸収線の中心周波数の変化量Ｗを算出する構成としてもよい。この構成により、温度検出器も不要とすることができるため、より簡易な構成で、高精度に周波数を安定化することが可能な周波数安定化光源を提供することができる。これら透過率や振幅の変動を用いて、吸収線の中心周波数の変化量Ｗを算出する場合の具体例については後述する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光源装置について説明する。ここでは、上記した吸収線の中心周波数の変化量Ｗを、吸収線の透過率変化量に基づいて算出する場合を例に挙げる。図３は、本実施形態に係る光源装置としての周波数安定化光源２００の構成を示す概略図である。なお、本実施形態において第１実施形態と同様の構成については既に使用した符号を用いることによって、それらの詳細な説明を省略する。図３に示すように、周波数安定化光源２００において、図１に示すものと異なるのは、温度計測器１０６を無くした点と、Ｉ／Ｖアンプ１１２からの出力が演算部１１０へ入力される点である。周波数安定化光源２００の演算部１１０は、吸収セル１０５の平均温度Ｔの代わりに、光検出器１０７にて検出された信号のＤＣ成分の変化量を算出する。そして、演算部１１０は、このＤＣ成分の変化量から吸収セル１０５の圧力を算出する。補正信号制御部１１１は、第１実施形態同様、演算部１１０で得られた中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを生成し、同期検波器１０８から出力される復調信号に加減算する。

次に、周波数安定化光源２００の具体的構成例について図４を参照して説明する。図４は、吸収セル１０５のガス圧力変化に伴う吸収線と光検出器１０７で検出される信号波形の変化の関係を示すグラフである。図４において、点線で示す波形Ｘ２は、圧力が変化する前の吸収線の波形であり、実線で示す波形Ｘ１は、圧力が変化した後の吸収線の波形である。なお、吸収線の波形は、実際には図２（ａ）に示すように圧力変化によって中心周波数がシフトするが、図４では透過率の変化（例えば、ピーク透過率の変化）が分かり易いように、圧力変化の前後の波形については、中心周波数を重ねて表現している。本実施形態においても、第１実施形態と同様、光源１０１としては、分布帰還型レーザーダイオードを用い、吸収セル１０５としては、^１３Ｃ_２Ｈ_２ガスが封入されたアセチレンガスセルを使用する。その他の具体的構成についても第１実施形態と同様とする。周波数安定化光源２００では、吸収線の中心周波数近傍にて、変調周波数ｆで周波数変調された光が吸収セル１０５を透過すると、変調周波数のほぼ２倍の周波数２ｆで強度変調された信号が、光検出器１０７で検出される。このとき、吸収セル１０５のガス圧力が上昇すると、吸収線のピーク透過率は、上昇する。光検出器１０７で検出される信号は、点線で示す波線Ｘ２から実線で示す波形Ｘ１のようになる。ここで、吸収セル１０５の光透過物質として用いられる^１３Ｃ_２Ｈ_２は、ガス圧２０Ｔｏｒｒでガス圧力に対するピーク透過率は２％／Ｔｏｒｒの敏感度を有している。なお、このガス圧力に対する透過率の敏感度は、吸収線およびガスの種類により異なる。図４に示すように、吸収セル１０５のガス圧力に応じて光検出器１０７で検出される信号のＤＣ成分（ピーク透過率）は、変化する。なお、ＤＣ成分として用いる値は、光検出器１０７で検出される信号の最下点であってもよく、平均値であってもよい。

本実施形態において、演算部１１０は、以下の式（４）により、圧力変化に対応した中心周波数の変化量Ｗを算出する。ここで、透過率変化量は、光検出器１０７の検出信号のＤＣ成分の変化量である。また、演算部１１０は、予め取得した光検出器１０７の検出信号のＤＣ成分に対するガス圧力の敏感度Ｄ（検出信号に対するガス圧力の敏感度）と、吸収線の中心周波数に対するガス圧力の敏感度Ｂとを有している。

Ｗ［Ｈｚ］＝透過率変化量［Ｖ］×Ｄ［Ｔｏｒｒ／Ｖ］×Ｂ［Ｈｚ／Ｔｏｒｒ］
・・・（４）

補正信号制御部１１１は、式（３）を使用して、式（４）により算出した圧力変化による中心周波数の変化量Ｗと、周波数弁別ゲインから、圧力変化による中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを生成する。

次に、周波数安定化光源２００の動作について説明する。吸収セル１０５においてガスの温度が上昇しガス圧力が０．１Ｔｏｒｒ上昇すると、吸収線のピーク透過率は、０．２％上昇する。そのため、ガスセル入力光量を１ｍＷ、光検出器１０７とＩ／Ｖアンプ１１２のゲインを１００００Ｖ／Ｗとした場合、光検出器１０７の検出信号のＤＣ成分（ここではピーク透過率である最下点）は、２０ｍＶ高くなる。したがって、演算部１１０は、光検出器１０７の検出信号のＤＣ成分２０ｍＶの変化量を検出し、式（４）を用いて圧力変化による中心周波数の変化量Ｗを算出し、式（３）に基づき、補正信号Ｖを生成する。補正信号制御部１１１にて復調信号に補正信号Ｖを加算または減算することにより、光源１０１から出射される光の周波数に対する圧力変化の影響を低減することができる。この構成により、光源１０１の出力光を圧力変化する前の周波数に安定化することができる。またさらに、本実施形態によれば、吸収セル１０５の温度を測定することなく、圧力を算出できる。そのため、温度計測器１０６が不要となるので、第１実施形態よりもさらに簡易な構成の周波数安定化光源２００を実現できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態では、上記した吸収線の中心周波数の変化量Ｗを、吸収線の振幅変化量に基づいて算出する場合を例に挙げる。本実施形態に係る光学装置の構成は、第２実施形態の周波数安定化光源２００と同様であるため、その詳細な説明を省略する。上述した図４に、光検出器１０７で検出される信号の振幅の変化を示す。図４において、波形Ｚ０（ｆ）は、吸収線の中心周波数近傍における変調周波数ｆの波形である。波形Ｚ１（２ｆ）および波形Ｚ２（２ｆ）は、変調周波数のほぼ２倍の周波数２ｆで強度変調された信号である。波形Ｚ２（２ｆ）は、圧力変化前の波形であり、波形Ｚ１（２ｆ）は、圧力変化後の波形である。図４に示すように、ガス圧力に応じて光検出器１０７で検出される信号の振幅は、変化するため、本実施形態における演算部１１０は、以下の式（５）により、圧力変化に対応した中心周波数変化量Ｗを算出する。ここで、振幅率変化量は、光検出器１０７の検出信号の振幅変化量である。また、演算部１１０は、予め取得した光検出器１０７の検出信号の振幅に対するガス圧力の敏感度Ｅと、吸収線の中心周波数に対するガス圧力の敏感度Ｂとを有している。

Ｗ［Ｈｚ］＝振幅変化量［Ｖ］×Ｅ［Ｔｏｒｒ／Ｖ］×Ｂ［Ｈｚ／Ｔｏｒｒ］
・・・（５）

補正信号制御部１１１は、式（３）を用いて、式（５）により算出した圧力変化による中心周波数の変化量Ｗと、周波数弁別ゲインから、圧力変化による中心周波数の変化量Ｗに対応した補正信号Ｖを生成する。

次に、本実施形態に係る周波数安定化光源２００の動作について説明する。吸収セル１０５においてガスの温度が上昇し、ガス圧力が０．１Ｔｏｒｒ上昇すると、吸収線のピーク透過率は、０．２％上昇する。そのため、ガスセル入力光量を１ｍＷ、光検出器１０７とＩ／Ｖアンプ１１２とのゲインを１００００Ｖ／Ｗとした場合、検出信号の振幅は、２０ｍＶ低下する。そこで、演算部１１０は、検出信号振幅２０ｍＶの変化量を検出し、式（５）を用いて圧力変化による吸収線の中心周波数の変化量Ｗを算出し、式（３）に基づき補正信号Ｖを生成する。補正信号制御部１１１が、復調信号に補正信号Ｖを加算または減算することにより、圧力変化の影響を低減することができる。この構成により、光源１０１の出力光の周波数を圧力変化する前の周波数に安定化することができる。また、さらに、本実施形態によれば、第２実施形態と同様に吸収セル１０５の温度を測定することなく、圧力を算出できる。そのため、本実施形態においても、図１に示す温度計測器１０６が不要となるので、第１実施形態よりもさらに簡易な構成の周波数安定化光源２００を実現できる。

なお、本発明において、吸収セル１０５は、光透過物質として^１３Ｃ_２Ｈ_２を封入したガスセルとしたが、これに限られるものではなく、Ｈ^１３ＣＮなど他のガスを封入するガスセルであってもよい。吸収セル１０５に封入されるガスは、必要な吸収線の性能特性に合わせて最適なガスが選択される。また、吸収セル１０５に封入される光透過物質としては、ガスに限られず、液体であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００ 光源装置
１０１ 光源
１０５ 吸収セル
１０８ 同期検波器
１１０ 演算部
１１１ 補正信号制御部

Claims (6)

1. 光源から出射される光の周波数を吸収セルの吸収線の周波数を基準として安定化させる光源装置であって、
   前記光源からの光が前記吸収セルを透過することによって強度変調された光を復調する復調信号を、同期検波により生成する同期検波器と、
   前記吸収セルにおける圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量を求め、該変化量に対応した補正信号を算出する演算部と、
   前記復調信号を前記補正信号で補正し、補正された復調信号によって前記光源から出射される光の周波数を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記演算部は、前記吸収セルの圧力と、予め取得した前記吸収セルの吸収線の中心周波数の圧力に対する敏感度とにより、前記吸収セルにおける圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量を求めることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記吸収セルの圧力は、前記吸収セルに設けられた温度計測器から計測される温度と、予め取得した吸収セルの温度に対する圧力の敏感度とにより算出されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記吸収セルの圧力は、前記吸収セルを透過して強度変調された光を光検出器に通して得られる検出信号から取得した透過率変化量と、予め取得した前記検出信号に対する圧力の敏感度とにより算出されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
5. 前記吸収セルの圧力は、前記吸収セルを透過して強度変調された光を光検出器に通して得られる検出信号から取得した振幅変化量と、予め取得した前記検出信号に対する圧力の敏感度とにより算出されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
6. 光源から出射される光の周波数を、吸収セルの吸収線の周波数を基準として安定化させる光源装置の周波数安定化方法であって、
   前記光源からの光が前記吸収セルを透過することによって強度変調された光を復調する復調信号を、同期検波により生成し、
   前記吸収セルにおける圧力の変化に対応した吸収線の中心周波数の変化量を求め、該変化量に対応した補正信号を算出し、
   前記調信号を前記補正信号により補正し、補正された復調信号によって前記光源から出射される光の周波数を制御することを特徴とする周波数安定化方法。

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