JP2756967B2 - Spectrum analyzer - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、モードクロックパルスを発生することによ
りそのパルス状態から被分析信号の周波数を検出するた
めのスペクトル分析器に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spectrum analyzer for generating a mode clock pulse to detect the frequency of a signal to be analyzed from its pulse state.
「従来の技術」 従来、スペクトル分析器として、第２図に示すよう
に、高周波発振器（１）からの既知の高周波信号成分と
被分析信号源（２）からの被分析信号成分とをミクサ
（３）で合波され、この合波させた、いわゆるヘテロダ
イン高周波信号をトランスジューサとしての音響光学結
晶（４）に印加させ、TeO2結晶からなる被伝播媒体
（５）に励振した進行波型超音波により入射光（６）を
回折することによって変調し、この変調されたレーザ光
（７）（８）を集光してPCD、１次元アレイフォトダイ
オード、CCD等の検出器（９）で高周波の周波数と強度
を検出し、かつオシロスコープなどのモニタ装置（10）
でモニタすることにより被分析信号の周波数を知ること
ができるものが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a spectrum analyzer, as shown in FIG. 2, a known high-frequency signal component from a high-frequency oscillator (1) and a signal component to be analyzed from a signal source to be analyzed (2) are mixed. A traveling wave type ultrasonic wave which is multiplexed in 3) and applied to the multiplexed so-called heterodyne high-frequency signal to an acousto-optic crystal (4) as a transducer and excited in a propagation medium (5) made of TeO 2 crystal The incident light (6) is modulated by diffracting the light, and the modulated laser light (7) (8) is condensed and collected by a detector (9) such as a PCD, a one-dimensional array photodiode, or a CCD. Monitor device for detecting frequency and intensity, such as an oscilloscope (10)
It is known that the frequency of the signal to be analyzed can be known by monitoring with the monitor.
「発明が解決しようとする課題」 上述したようにスペクトル分析器は、高周波信号が印
加された音響光学結晶（４）から発生する超音波によっ
て被伝播媒体（５）中に入射レーザ光（６）がブラッグ
回折をおこし、その結果、回折されたレーザ光（７）
（８）の位置が変調の度合に応じて変化することを利用
するものであるが、現在、市販されているスペクトル分
析器では、偏向角、分解点数等から導き出される周波数
分解能は100KHz〜200KHzのものが多く、決して高分解能
とはいえない。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the spectrum analyzer uses an ultrasonic wave generated from the acousto-optic crystal (4) to which a high-frequency signal is applied to make the incident laser light (6) enter the propagation medium (5). Causes Bragg diffraction, and as a result, the diffracted laser light (7)
The method utilizes the fact that the position of (8) changes according to the degree of modulation. However, currently available spectrum analyzers have a frequency resolution derived from the deflection angle, the number of decomposition points, and the like of 100 KHz to 200 KHz. There are many things, and it can never be said that it is high resolution.
具体的には、超音波媒体ガラスで、中心周波数70MH
z、帯域幅40MHz、分解点数400、偏向角6.5mradの特性を
もつ音響光学素子の場合、周波数分解能はせいぜい100K
Hzである。検出器（９）を音響光学素子（４）等から離
したとしてもレーザ光（７）（８）のビーム径もそれに
応じて広がってしまい分解能の改善にはならない。Specifically, it is an ultrasonic medium glass with a center frequency of 70 MHz.
The frequency resolution is at most 100K for an acousto-optic device with the characteristics of z, bandwidth 40MHz, resolution 400, deflection angle 6.5mrad.
Hz. Even if the detector (9) is separated from the acousto-optic element (4) or the like, the beam diameter of the laser beams (7) and (8) also increases accordingly, and the resolution is not improved.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み、より高分
解能で安定して周波数を検出するスペクトル分析器を提
供しようとするものである。The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and has as its object to provide a spectrum analyzer that stably detects a frequency with higher resolution.
「課題を解決するための手段」 本発明は、モードクロック素子としての音響光学素子
とレーザ媒体とを対向する全反射ミラーと出力ミラーと
の間に組みこんでモードロックレーザ共振器を構成し、
前記全反射ミラーをレーザ光軸方向に可動自在に設ける
とともに出力ミラー側に高速応答検出器を設けてなるも
のである。“Means for Solving the Problems” The present invention is to construct a mode-locked laser resonator by incorporating an acousto-optic element as a mode clock element and a laser medium between a total reflection mirror and an output mirror facing each other,
The total reflection mirror is provided movably in the laser optical axis direction, and a high-speed response detector is provided on the output mirror side.
「作用」 レーザ媒体からレーザを出力し、音響光学素子を通し
て対向する全反射ミラーと出力ミラー間で発振させる。
被分析信号と既知の高周波信号をミクサで合波した、い
わゆるヘテロダイン高周波信号を音響光学素子に印加す
る。このとき、全反射ミラーを少しずつ調整しながらキ
ャビティ長を変化させると、あるところでモードクロッ
クパルスを発生する。これを出力ミラー側の高速応答検
出器でパルス間隔を測定することにより被分析信号の周
波数を知る。[Operation] A laser is output from a laser medium and oscillated between an opposing total reflection mirror and an output mirror through an acousto-optic element.
A so-called heterodyne high-frequency signal in which the signal to be analyzed and a known high-frequency signal are multiplexed by a mixer is applied to the acousto-optic element. At this time, if the cavity length is changed while gradually adjusting the total reflection mirror, a mode clock pulse is generated at a certain point. The frequency of the signal to be analyzed is known by measuring the pulse interval with a high-speed response detector on the output mirror side.
「実施例」 以下、本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。
第２図と同一部分は同一符号とする。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The same parts as those in FIG.
（１）は高周波発信器、（２）は被分析信号源であ
る。これら高周波発振器（１）と被分析信号源（２）と
はミクサ（３）に結合され、このミクタ（３）は増幅器
（11）を介して超音波トランスジューサとしてのLiNbO3
結晶からなる音響光学結晶（12）に結合され、この音響
光学結晶（12）はさらに合成石英ガラスからなる回析格
子としてのモードロック素子（13）に貼着されている。(1) is a high-frequency oscillator, and (2) is a signal source to be analyzed. The high-frequency oscillator (1) and the signal source to be analyzed (2) are coupled to a mixer (3). The mixer (3) is connected to a LiNbO 3 as an ultrasonic transducer via an amplifier (11).
The crystal is coupled to an acousto-optic crystal (12), which is further adhered to a mode-locked element (13) as a diffraction grating made of synthetic quartz glass.
一般に、モードロックには、受動的モードロックと、
能動的モードロックがあることは、良く知られている。
本発明は、モードロック素子（13）としての音響光学素
子（12）とレーザ媒体（14）とを対向する全反射ミラー
（15）と出力ミラー（16）との間に組みこんでモードロ
ックレーザ共振器（17）を構成し、全全反射ミラー（1
5）をレーザ光軸方向に可動自在に設けた、いわゆる能
動的モードロックを採用したスペクトル分析器である。In general, modelocking includes passive modelocking,
It is well known that there is an active modelock.
The present invention provides a mode-locked laser in which an acousto-optic element (12) as a mode-locked element (13) and a laser medium (14) are combined between a total reflection mirror (15) and an output mirror (16). The resonator (17) is composed of a total reflection mirror (1
This is a spectrum analyzer that employs a so-called active mode lock, in which 5) is provided movably in the laser optical axis direction.
すなわち、このモードロック素子（13）とArレーザ管
からなるレーザ媒体（14）とは、相対向する全反射ミラ
ー（15）と出力ミラー（16）との間に挟まれるように配
置してモードロック共振器（17）が構成されている。こ
のモードロック共振器（17）の前記全反射ミラー（15）
は、光軸方向に移動自在に設けられる。That is, the mode-locking element (13) and the laser medium (14) composed of an Ar laser tube are arranged so as to be sandwiched between the total reflection mirror (15) and the output mirror (16) facing each other. A lock resonator (17) is configured. The total reflection mirror (15) of the mode-locked resonator (17)
Are provided movably in the optical axis direction.
また、前記出力ミラー（16）に臨ませて、例えば時間
分解能2psを有するストリークカメラからなる高速応答
検出器（18）を設け、さらにこの高速応答検出器（18）
にはモニタ装置（10）が結合されている。Further, a high-speed response detector (18) composed of, for example, a streak camera having a time resolution of 2 ps is provided facing the output mirror (16), and the high-speed response detector (18) is further provided.
Is connected to a monitor device (10).
つぎに、以上のような構成による作用を説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described.
まず、モードロック作用について説明すると、モード
ロック共振器（17）内のレーザ媒体であるArレーザ管
（14）に適当な放電電流値を与え、レーザ発振させる。
この発振状態でモードロック素子（13）に高周波信号を
印加し、変調させることによりCWレーザ発振からモード
ロック発振にかえることができる。モードロックパルス
としては例えば、CW出力1.5WのArレーザ（発振波長5145
Å）に対し、高周波発振器（１）からの65MHz高周波信
号によりレーザ光を変調させるとパルス幅90ps、パルス
間隔6.7ns、平均パワー0.5Wのモードロックパルスを得
ることができた。First, the mode-locking operation will be described. An appropriate discharge current value is applied to an Ar laser tube (14), which is a laser medium in a mode-locked resonator (17), to cause laser oscillation.
By applying a high-frequency signal to the mode-locked element (13) and modulating it in this oscillation state, it is possible to change from CW laser oscillation to mode-locked oscillation. As a mode-locked pulse, for example, an Ar laser with a CW output of 1.5 W (oscillation wavelength 5145
On the other hand, when the laser light was modulated by a 65 MHz high frequency signal from the high frequency oscillator (1), a mode-locked pulse having a pulse width of 90 ps, a pulse interval of 6.7 ns, and an average power of 0.5 W was obtained.
つぎに、本発明では、分析しようとしている被分析信
号を既知の高周波信号とミクサ（３）で合波し、このヘ
テロダイン高周波信号を増幅器（11）を介してモードロ
ック素子（13）に印加させる。Next, in the present invention, a signal to be analyzed is multiplexed with a known high-frequency signal by a mixer (3), and the heterodyne high-frequency signal is applied to a mode-locked element (13) via an amplifier (11). .
モードロックの特徴は、出力の周期Ｔ＝2L/c（Ｌは共
振器長、ｃは光速）であることは良く知られていること
であり、モードロック素子（13）に印加させるヘテロダ
イン高周波は、モードロックレーザ共振器（17）のレー
ザキャビティ内（全反射ミラー（15）と出力ミラー（1
6）との間）を光が往復する時間の逆数（周期の逆数は
周波数）の変調を与える単一周波数をもった高周波信号
を被分析信号で変調したものが用いられる。It is well known that the mode-locking feature is that the output period T = 2L / c (L is the length of the resonator and c is the speed of light). The heterodyne high frequency applied to the mode-locking element (13) is In the laser cavity of the mode-locked laser cavity (17) (total reflection mirror (15) and output mirror (1
A signal obtained by modulating a high-frequency signal having a single frequency that modulates the reciprocal of the time (the reciprocal of the cycle is the frequency) of the time that light travels back and forth between (6) and (5) is modulated by the signal to be analyzed.
全反射ミラー（15）がレーザの光軸方向に±5cm程度
移動できるような機構となっているので、全反射ミラー
（15）を少しずつ調整しながらキャビティ長を変化させ
ると、あるところでモードロックしたパルスが発生す
る。このパルス間隔を、ストリークカメラからなる高速
応答検出器（18）で測定することにより、被分析信号の
周波数を知ることができる。The mechanism is such that the total reflection mirror (15) can move about ± 5 cm in the optical axis direction of the laser. If the cavity length is changed while adjusting the total reflection mirror (15) little by little, mode lock will occur at a certain point. Pulse is generated. The frequency of the signal to be analyzed can be known by measuring this pulse interval with a high-speed response detector (18) comprising a streak camera.
「発明の効果」 本発明は、以上のように構成したので、モードロック
されたレーザパルス光を検出し、パルス間隔、パルス強
度を測定することにより発振にかかわっている被分析信
号の高周波成分の周波数、すなわちスペクトルを光分解
能で安定して知ることが可能となる。[Effect of the Invention] Since the present invention is configured as described above, the mode-locked laser pulse light is detected, and the pulse interval and the pulse intensity are measured to measure the high-frequency component of the analyzed signal involved in the oscillation. The frequency, that is, the spectrum, can be known stably with optical resolution.
ちなみに、実際には高周波発振器（１）のみからモー
ドロックさせたときの周波数が65MHzである場合、パル
ス間隔は7.6923nsである。そして例えば、20KHzの被分
析信号を合波させモードロックさせると、パルス間隔は
7.6899nsとなり、周波数のずれは2.4psで、充分分解可
能であった。したがって高速応答検出器として時間分解
能2psをもつストリークカメラを用いれば20KHz程度の周
波数分解能が可能となる。Incidentally, when the frequency when the mode is locked only from the high frequency oscillator (1) is 65 MHz, the pulse interval is 7.6923 ns. Then, for example, if the signal to be analyzed at 20 KHz is multiplexed and mode-locked, the pulse interval becomes
It was 7.6899 ns, and the frequency shift was 2.4 ps, which was sufficient for resolution. Therefore, if a streak camera having a time resolution of 2 ps is used as a high-speed response detector, a frequency resolution of about 20 KHz can be achieved.
第１図は、本発明に係わるスペクトル分析器の一実施例
を示す構成図、第２図は、従来のスペクトル分析器の一
例を示す構成図である。 （１）……高周波発振器、（２）……被分析信号源、
（３）……ミクサ、（４）……音響光学結晶、（５）…
…被伝播媒体、（６）……入射光、（７）……回折光、
（８）……透過光、（９）……検出器、（10）……モニ
タ装置、（11）……増幅器、（12）……音響光学結晶、
（13）……モードロック素子、（14）……レーザ媒体、
（15）……全反射ミラー、（16）……出力ミラー、（1
7）……モードロック共振器、（18）……高速応答検出
器。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a spectrum analyzer according to the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram showing one example of a conventional spectrum analyzer. (1) high frequency oscillator, (2) signal source to be analyzed,
(3) ... mixer, (4) ... acousto-optic crystal, (5) ...
... Propagation medium, (6) ... Incident light, (7) ... Diffraction light,
(8) ... transmitted light, (9) ... detector, (10) ... monitor device, (11) ... amplifier, (12) ... acousto-optic crystal,
(13) Mode lock element (14) Laser medium
(15)… total reflection mirror, (16)… output mirror, (1
7) Mode-lock resonator, (18) High-speed response detector.
Claims (3)
レーザ媒体とを対向する全反射ミラーと出力ミラーとの
間に組みこんでモードロックレーザ共振器を構成し、前
記全反射ミラーをレーザ光軸方向に可動自在に設けると
ともに出力ミラー側に高速応答検出器を設けてなり、前
記モードロック素子をヘテロダイン高周波で駆動し、得
られるモードロックレーザパルス光のパルス間隔を高速
応答検出器で測定することにより被分析信号の周波数ス
ペクトルを求めるようにしたことを特徴とするスペクト
ル分析器。1. A mode-locked laser resonator comprising an acousto-optic device as a mode-locking device and a laser medium interposed between a total reflection mirror and an output mirror facing each other. A high-speed response detector is provided on the output mirror side, and the mode-locking element is driven at a heterodyne high frequency, and the pulse interval of the obtained mode-locked laser pulse light is measured by the high-speed response detector. A spectrum analyzer for obtaining a frequency spectrum of the signal to be analyzed.
ザ共振器のレーザキャビティ内を光が往復する時間の逆
数の変調を与える単一周波数をもった高周波信号を被分
析信号で変調したものからなる請求項（１）記載のスペ
クトル分析器。2. The heterodyne high-frequency signal is a signal obtained by modulating a high-frequency signal having a single frequency that modulates a reciprocal of a time required for light to reciprocate in a laser cavity of a mode-locked laser resonator with a signal to be analyzed. (1) The spectrum analyzer according to (1).
り、モードロック素子はヘテロダイン高周波の印加され
るLiNbO3結晶とこの結晶の貼着された合成石英ガラスと
からなる請求項（１）または（２）記載のスペクトル分
析器。3. The high-speed response detector comprises a streak camera, and the mode-locking element comprises a LiNbO 3 crystal to which heterodyne high frequency is applied and a synthetic quartz glass to which the crystal is adhered. ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10864988A JP2756967B2 (en) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | Spectrum analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10864988A JP2756967B2 (en) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | Spectrum analyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01277767A JPH01277767A (en) | 1989-11-08 |
| JP2756967B2 true JP2756967B2 (en) | 1998-05-25 |
Family
ID=14490160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP10864988A Expired - Fee Related JP2756967B2 (en) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | Spectrum analyzer |
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| JP (1) | JP2756967B2 (en) |
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|---|---|---|---|---|
| PL222898B1 (en) * | 2013-01-27 | 2016-09-30 | Inst Optyki Stosowanej | Optical system for spectral analysis of the spectrum of radio waves |
| PL222897B1 (en) * | 2013-01-27 | 2016-09-30 | Inst Optyki Stosowanej | Detection system for RF signals |
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1988
- 1988-04-29 JP JP10864988A patent/JP2756967B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH01277767A (en) | 1989-11-08 |
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