JP3107814B2 - マイケルソン型スペクトル線幅測定装置 - Google Patents
マイケルソン型スペクトル線幅測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、レーザ光のスペクトル線幅を高分解能で
測定する測定装置に係り、特にマイケルソン型干渉光学
計を該測定装置の測定光学系に取り入れることにより、
該測定光学系の構成を簡素化する一方、測定原理をスペ
クトル線幅の高分解能測定方法として従来からよく知ら
れている遅延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法と同
一とし、次世代の光コヒーレント通信用の半導体レーザ
や超精密光計測システムの光周波数安定化光源用半導体
レーザのスペクトル線幅測定にも十分対応できるように
して、しかも小型高性能化を可能としたマイケルソン型
スペクトル線幅測定装置に関するものである。
測定する測定装置に係り、特にマイケルソン型干渉光学
計を該測定装置の測定光学系に取り入れることにより、
該測定光学系の構成を簡素化する一方、測定原理をスペ
クトル線幅の高分解能測定方法として従来からよく知ら
れている遅延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法と同
一とし、次世代の光コヒーレント通信用の半導体レーザ
や超精密光計測システムの光周波数安定化光源用半導体
レーザのスペクトル線幅測定にも十分対応できるように
して、しかも小型高性能化を可能としたマイケルソン型
スペクトル線幅測定装置に関するものである。
半導体レーザのスペクトル線幅を測定する主な方法と
しては、第１に光スペクトルアナライザの測定光学系に
代表される回折格子やファブリ・ペロ干渉計等を使った
分光方法、第２に２つのレーザ光の出力間のビート信号
を測定するヘテロダイン法、第３に検波器への局部発振
入力として、被測定レーザ自身の、時間τだけ前の光出
力を利用する遅延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法
などがある。 第１の方法は、回折格子に被測定光（被測定レーザ光
ともいう。）を入射させたとき、その被測定光に含まれ
ている異なった波長がそれぞれ違った回折角で反射する
という原理を用いた波長分離方法や、反射率が高く精度
のよい平行板を２枚向かい合わせて多重反射を起こすよ
うにし、さらにその２枚の平行板間の距離を微少に変え
ることが可能な構造とすることにより、非常に狭帯域の
掃引型フィルタを構成し、被測定光を各波長ごとに分離
するような空間周波数による分光方法である。 第２の方法は、被測定光と、該被測定光と発振波長が
非常に近く、かつ周波数が極度に安定化され、さらに該
被測定光と全く相関を持たない局部発振用レーザ光とを
ヘテロダイン干渉させ、そのとき、発生するビート信号
をスペクトルアナライザに表示させることによりリアル
タイムで線幅を測定する方法である。 第３の方法は、1980年に「半導体レーザの発振スペク
トルの新しい高分解能測定法（大越等:OQE−50）」とし
て報告された方法である。この第３の方法は、マッハ−
ツェンダ干渉計を測定光学系の基本としており、その測
定光学系は被測定光を第１のビームスプリッタにより２
つの光に分岐し、その分岐した一方の光をファイバ中で
遅延させ、他方の光は無変調状態又は音響光学変調器に
より周波数変調した状態のどちらかで空中を伝搬させた
後、一方の光と他方の光とを第２のビームスプリッタで
混合し、ホモダイン検波又はヘテロダイン検波をする構
成となっている。 しかし、この第３の方法は、第２の方法がとっている
わずかに周波数の異なった光によってビームダウンし、
スペクトル線幅を測定する方法とは原理的に異なり、半
導体レーザから出力される光が持つ発振スペクトルのゆ
らぎをパワースペクトル密度に換算し、その自己相関の
結果をスペクトルアナライザ上に表示させてスペクトル
線幅を測定するものである。そのため遅延時間によって
周波数分解能が決定され、該遅延時間と周波数分解能と
は反比例の関係を持つようになる。ただし、第２のビー
ムスプリッタで混合する時に２つの光がコヒーレント長
内で相関関係をもたず、独立の２つの光として扱えるよ
うにするためファイバ中を伝搬する光の光路長と空中を
伝搬する光の光路長との差は、被測定光のコヒーレント
長よりも充分長くする必要があるなどの制約がある。
しては、第１に光スペクトルアナライザの測定光学系に
代表される回折格子やファブリ・ペロ干渉計等を使った
分光方法、第２に２つのレーザ光の出力間のビート信号
を測定するヘテロダイン法、第３に検波器への局部発振
入力として、被測定レーザ自身の、時間τだけ前の光出
力を利用する遅延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法
などがある。 第１の方法は、回折格子に被測定光（被測定レーザ光
ともいう。）を入射させたとき、その被測定光に含まれ
ている異なった波長がそれぞれ違った回折角で反射する
という原理を用いた波長分離方法や、反射率が高く精度
のよい平行板を２枚向かい合わせて多重反射を起こすよ
うにし、さらにその２枚の平行板間の距離を微少に変え
ることが可能な構造とすることにより、非常に狭帯域の
掃引型フィルタを構成し、被測定光を各波長ごとに分離
するような空間周波数による分光方法である。 第２の方法は、被測定光と、該被測定光と発振波長が
非常に近く、かつ周波数が極度に安定化され、さらに該
被測定光と全く相関を持たない局部発振用レーザ光とを
ヘテロダイン干渉させ、そのとき、発生するビート信号
をスペクトルアナライザに表示させることによりリアル
タイムで線幅を測定する方法である。 第３の方法は、1980年に「半導体レーザの発振スペク
トルの新しい高分解能測定法（大越等:OQE−50）」とし
て報告された方法である。この第３の方法は、マッハ−
ツェンダ干渉計を測定光学系の基本としており、その測
定光学系は被測定光を第１のビームスプリッタにより２
つの光に分岐し、その分岐した一方の光をファイバ中で
遅延させ、他方の光は無変調状態又は音響光学変調器に
より周波数変調した状態のどちらかで空中を伝搬させた
後、一方の光と他方の光とを第２のビームスプリッタで
混合し、ホモダイン検波又はヘテロダイン検波をする構
成となっている。 しかし、この第３の方法は、第２の方法がとっている
わずかに周波数の異なった光によってビームダウンし、
スペクトル線幅を測定する方法とは原理的に異なり、半
導体レーザから出力される光が持つ発振スペクトルのゆ
らぎをパワースペクトル密度に換算し、その自己相関の
結果をスペクトルアナライザ上に表示させてスペクトル
線幅を測定するものである。そのため遅延時間によって
周波数分解能が決定され、該遅延時間と周波数分解能と
は反比例の関係を持つようになる。ただし、第２のビー
ムスプリッタで混合する時に２つの光がコヒーレント長
内で相関関係をもたず、独立の２つの光として扱えるよ
うにするためファイバ中を伝搬する光の光路長と空中を
伝搬する光の光路長との差は、被測定光のコヒーレント
長よりも充分長くする必要があるなどの制約がある。
第１の方法では、回折格子の機械的作製精度つまり、
単位長さ当たりの回折格子間隔や高精度平行板の平行平
面度と反射率等の機械的要因からその周波数分解能が決
定されるため、最高分解能が10MHZ程度で留まってしま
う。そのため光コヒーレント通信で必要とされている1M
HZ以下の線幅を持つ半導体レーザの線幅測定には、この
第１の方法では対応できないという課題がある。 第２の方法では、被測定レーザ光と、該被測定レーザ
光と発振波長が近く、かつ周波数が極度に安定化された
局部発振用レーザから出力されるレーザ光とをヘテロダ
イン干渉させることにより線幅を測定するため、被測定
光に応じた周波数を持つ局部発振用レーザの超安定化装
置が測定毎に必要となる上に、該局部発振用レーザから
出力されるレーザ光の線幅を何らかの方法であらかじめ
測定しておく必要があるという課題がある。 第３の方法では、被測定光自身の時間τだけ前の光出
力を局部発振用レーザの代りに利用するために第２の方
法で必要な被測定半導体レーザ光と発振波長が近く、か
つ周波数が極度に安定化した局部発振用レーザを必要と
しない上に、遅延時間の調整だけで、その周波数分解能
を調節できる。 例えば、遅延時間を与える光ファイバの長さを10kmと
したとき、周波数分解能は5KHzとすることができ、また
光ファイバの長さを20kmとしたとき、周波数分解能2.5k
Hzとすることができる。しかも局部発振用レーザとして
線幅をあらかじめ測定しておく必要がないなど他の方法
にない優れた特徴を有する。しかしながら、この第３の
方法では、測定光学系に光が一方向に伝搬するマッハ−
ツェンダ干渉計を基本的に採用している。そのため周波
数分解能を高くとるために遅延時間を多く与えようとし
た場合、光ファイバが１方向の遅延回路としてしか利用
されていないことから非常に長い光ファイバが必要とな
り、光ファイバによるコストが過大となっている。しか
もそれに伴い構成部品が重複した構成となっている。さ
らに、精度良く線幅を測定したい場合、線幅の非常に細
い半導体レーザのスペクトル測定ではスペクトルアナラ
イザの1/f雑音を避けるためにヘテロダイン法による測
定により、一方、光周波数シフタのシフト量が有限であ
るために該光周波数シフタのシフト量よりも線幅の太い
スペクトル測定ではスペクトルアナライザの折り返しを
避けるためホモダイン法による測定を必要とする。この
ためヘテロダイン法とホモダイン法の切り替えがスペク
トル線幅測定装置には必要となるが、測定光学系をマッ
ハ−ツェンダ干渉計を基本構成とした遅延自己ホモダイ
ン法又はヘテロダイン法においては、光周波数シフタを
駆動させたときと駆動させないときの光軸が異なってい
るためにこれを解決するための光学系が大きくなること
も加わってコストがかかってしまうという課題がある。
単位長さ当たりの回折格子間隔や高精度平行板の平行平
面度と反射率等の機械的要因からその周波数分解能が決
定されるため、最高分解能が10MHZ程度で留まってしま
う。そのため光コヒーレント通信で必要とされている1M
HZ以下の線幅を持つ半導体レーザの線幅測定には、この
第１の方法では対応できないという課題がある。 第２の方法では、被測定レーザ光と、該被測定レーザ
光と発振波長が近く、かつ周波数が極度に安定化された
局部発振用レーザから出力されるレーザ光とをヘテロダ
イン干渉させることにより線幅を測定するため、被測定
光に応じた周波数を持つ局部発振用レーザの超安定化装
置が測定毎に必要となる上に、該局部発振用レーザから
出力されるレーザ光の線幅を何らかの方法であらかじめ
測定しておく必要があるという課題がある。 第３の方法では、被測定光自身の時間τだけ前の光出
力を局部発振用レーザの代りに利用するために第２の方
法で必要な被測定半導体レーザ光と発振波長が近く、か
つ周波数が極度に安定化した局部発振用レーザを必要と
しない上に、遅延時間の調整だけで、その周波数分解能
を調節できる。 例えば、遅延時間を与える光ファイバの長さを10kmと
したとき、周波数分解能は5KHzとすることができ、また
光ファイバの長さを20kmとしたとき、周波数分解能2.5k
Hzとすることができる。しかも局部発振用レーザとして
線幅をあらかじめ測定しておく必要がないなど他の方法
にない優れた特徴を有する。しかしながら、この第３の
方法では、測定光学系に光が一方向に伝搬するマッハ−
ツェンダ干渉計を基本的に採用している。そのため周波
数分解能を高くとるために遅延時間を多く与えようとし
た場合、光ファイバが１方向の遅延回路としてしか利用
されていないことから非常に長い光ファイバが必要とな
り、光ファイバによるコストが過大となっている。しか
もそれに伴い構成部品が重複した構成となっている。さ
らに、精度良く線幅を測定したい場合、線幅の非常に細
い半導体レーザのスペクトル測定ではスペクトルアナラ
イザの1/f雑音を避けるためにヘテロダイン法による測
定により、一方、光周波数シフタのシフト量が有限であ
るために該光周波数シフタのシフト量よりも線幅の太い
スペクトル測定ではスペクトルアナライザの折り返しを
避けるためホモダイン法による測定を必要とする。この
ためヘテロダイン法とホモダイン法の切り替えがスペク
トル線幅測定装置には必要となるが、測定光学系をマッ
ハ−ツェンダ干渉計を基本構成とした遅延自己ホモダイ
ン法又はヘテロダイン法においては、光周波数シフタを
駆動させたときと駆動させないときの光軸が異なってい
るためにこれを解決するための光学系が大きくなること
も加わってコストがかかってしまうという課題がある。
そこで、この発明では、信号検出器への局部発振入力
となる被測定レーザ自身の時間τだけ前の光出力を、遅
延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法の測定光学系に
おける基本構成となっているマッハ−ツェンダ型光学干
渉計ではなく、マイケルソン型光学干渉計の構成により
得られるようにし、この結果遅延時間を与えるための光
ファイバを双方向の遅延回路として利用し、光ファイバ
の長さを実効的に２倍とする。 さらに、光の分岐と混合検波を１つの四端子方向性結
合器で行う手段をとり、またヘテロダイン法によって線
幅測定を行う場合に必要な周波数変調器の構造を反射型
で、かつ入射光と同一の光軸上に変調光が出射するもの
を利用する。 これらの手段を採用したことにより、この本発明で
は、遅延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法と同様な
測定原理を有しながら、言え替えれば非常に高い分解能
を所持しながら、光ファイバの長さや構成部品がマッハ
−ツェンダ干渉計型の測定光学系に対し約半分で構成で
き従来の課題の解決が可能となる。
となる被測定レーザ自身の時間τだけ前の光出力を、遅
延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法の測定光学系に
おける基本構成となっているマッハ−ツェンダ型光学干
渉計ではなく、マイケルソン型光学干渉計の構成により
得られるようにし、この結果遅延時間を与えるための光
ファイバを双方向の遅延回路として利用し、光ファイバ
の長さを実効的に２倍とする。 さらに、光の分岐と混合検波を１つの四端子方向性結
合器で行う手段をとり、またヘテロダイン法によって線
幅測定を行う場合に必要な周波数変調器の構造を反射型
で、かつ入射光と同一の光軸上に変調光が出射するもの
を利用する。 これらの手段を採用したことにより、この本発明で
は、遅延自己ホモダイン法又はヘテロダイン法と同様な
測定原理を有しながら、言え替えれば非常に高い分解能
を所持しながら、光ファイバの長さや構成部品がマッハ
−ツェンダ干渉計型の測定光学系に対し約半分で構成で
き従来の課題の解決が可能となる。
この発明のように、自己相関によるビート信号スペク
トルから被測定レーザのスペクトル線幅を精度良く測定
する方法の分解能は、遅延時間に依存していることが知
られている。 一般に１つの光源から出力された光を２つの光路に分
けたとき、該２つの光路における光の遅延時間差が被測
定光のコヒーレント時間より充分に長い場合、２つの光
路を通った光の間には相関がなくなることは良く知られ
ている。したがって、遅延を与えるための光ファイバの
長さを充分に長くとれば、第３のポートと第４のポート
とからファイバカップラに戻ってきた光の間には、相関
はないと言える。このとき、２つの光の雑音の統計的性
質はもともと１つの光源から出力されたものであるため
等しい。よって、この２つの光を第３のポートと第４の
ポートとからファイバカップラにより混合光としたとき
に得られるパワースペクトルから被測定光の線幅測定が
可能となる。
トルから被測定レーザのスペクトル線幅を精度良く測定
する方法の分解能は、遅延時間に依存していることが知
られている。 一般に１つの光源から出力された光を２つの光路に分
けたとき、該２つの光路における光の遅延時間差が被測
定光のコヒーレント時間より充分に長い場合、２つの光
路を通った光の間には相関がなくなることは良く知られ
ている。したがって、遅延を与えるための光ファイバの
長さを充分に長くとれば、第３のポートと第４のポート
とからファイバカップラに戻ってきた光の間には、相関
はないと言える。このとき、２つの光の雑音の統計的性
質はもともと１つの光源から出力されたものであるため
等しい。よって、この２つの光を第３のポートと第４の
ポートとからファイバカップラにより混合光としたとき
に得られるパワースペクトルから被測定光の線幅測定が
可能となる。
【第１の実施例】 第１図は、本発明に係る第１の実施例であるマイケル
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 四端子方向性結合器（本実施例では、ファイバカップ
ラを使用する）20の各端子に設けた第１、第２、第３及
び第４のポートを１、２、３、４でそれぞれ示す。被測
定光をファイバカップラ20の第１のポート１に導入する
ための光入力端子を５で示す。この光入力端子（コネク
タ）５から被測定光を入力し、第１のポート１に入った
該被測定光は、ファイバカップラ20の中に取り込まれ同
じ位相で２分岐された後、該光入力端子５と相対する第
３のポート３及び第４のポート４に出力される。第３の
ポート３に出力された光は、その終端面に設けられた第
２の反射鏡８で反転（反射ともいう）された後、再び第
３のポート３を透過してファイバカップラ20に導入され
る。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を通過した後、該光ファイバ７の終
端面に設けられた第１の反射鏡６で反転（反射ともい
う）され再び該遅延を与えるための光ファイバ７を通過
することにより、被測定光が持つスペクトル間の相関性
を除き得るだけ遅延された後、第４のポート４を介し、
ファイバカップラ20に導入される。このファイバカップ
ラ20で反射され戻ってきた第３のポート３と第４のポー
ト４のそれぞれの光は混合され、第１のポート１と第２
のポート２に分岐される。第２のポート２に出力された
混合光つまり、スペクトル線幅成分の信号を持った光は
受光器９で電気信号に変換され、電気信号出力端子10か
ら外部に出力する。
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 四端子方向性結合器（本実施例では、ファイバカップ
ラを使用する）20の各端子に設けた第１、第２、第３及
び第４のポートを１、２、３、４でそれぞれ示す。被測
定光をファイバカップラ20の第１のポート１に導入する
ための光入力端子を５で示す。この光入力端子（コネク
タ）５から被測定光を入力し、第１のポート１に入った
該被測定光は、ファイバカップラ20の中に取り込まれ同
じ位相で２分岐された後、該光入力端子５と相対する第
３のポート３及び第４のポート４に出力される。第３の
ポート３に出力された光は、その終端面に設けられた第
２の反射鏡８で反転（反射ともいう）された後、再び第
３のポート３を透過してファイバカップラ20に導入され
る。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を通過した後、該光ファイバ７の終
端面に設けられた第１の反射鏡６で反転（反射ともい
う）され再び該遅延を与えるための光ファイバ７を通過
することにより、被測定光が持つスペクトル間の相関性
を除き得るだけ遅延された後、第４のポート４を介し、
ファイバカップラ20に導入される。このファイバカップ
ラ20で反射され戻ってきた第３のポート３と第４のポー
ト４のそれぞれの光は混合され、第１のポート１と第２
のポート２に分岐される。第２のポート２に出力された
混合光つまり、スペクトル線幅成分の信号を持った光は
受光器９で電気信号に変換され、電気信号出力端子10か
ら外部に出力する。
【第２の実施例】 第２図は、本発明に係る第２の実施例であるマイケル
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 光入力端子５から入力し、第１のポート１に入った被
測定光はファイバカップラ20の中に取り込まれて同じ位
相で２分岐された後、光入力端子５と相対する第３のポ
ート３及び第４のポート４に出力される。第３のポート
３に出力された光は、その終端面に設けられたハーフミ
ラ21で一部反射され残りの光は光ファイバ22へ伝搬して
いく。 反射した光は再び第３のポート３を透過してファイバ
カップラ20に導入される。また光ファイバ22へ伝搬した
光は光出力端子23から被測定光のモニタとして外部に取
り出される。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を透過した後、該遅延を与えるため
の光ファイバ７の終端面に設けられた反射鏡50で反射さ
れ再び該遅延を与えるための光ファイバ７を透過して測
定光のスペクトル間の相関性を除き得るだけ遅延された
後、第４のポート４を介し、ファイバカップラ20に導入
される。 反射鏡50で反射されファイバカップラ20に戻ってきた
第３のポート３と第４のポート４のそれぞれの光は混合
され、その混合光つまりスペクトル線幅成分の信号を持
った光が第２のポート２に出力される。第２のポート２
に出力された該混合光は受光器９で電気信号に変換さ
れ、電気信号出力端子10から外部に信号を出力する。そ
のため、この構成は被測定光のモニタ言い替えれば被測
定光の入力パワーやサイドモードを測定しながらスペク
トル線幅の測定が可能である。つまり、この実施例で
は、入射光そのものを観測できるようにするために第１
の実施例における第１又は第２の反射鏡６、８のいずれ
かをハーフミラ21で置換し、該ハーフミラ21で反射する
光は受光器９に送り、該ハーフミラ21で透過した光はモ
ニター光として取り出すことができる。
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 光入力端子５から入力し、第１のポート１に入った被
測定光はファイバカップラ20の中に取り込まれて同じ位
相で２分岐された後、光入力端子５と相対する第３のポ
ート３及び第４のポート４に出力される。第３のポート
３に出力された光は、その終端面に設けられたハーフミ
ラ21で一部反射され残りの光は光ファイバ22へ伝搬して
いく。 反射した光は再び第３のポート３を透過してファイバ
カップラ20に導入される。また光ファイバ22へ伝搬した
光は光出力端子23から被測定光のモニタとして外部に取
り出される。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を透過した後、該遅延を与えるため
の光ファイバ７の終端面に設けられた反射鏡50で反射さ
れ再び該遅延を与えるための光ファイバ７を透過して測
定光のスペクトル間の相関性を除き得るだけ遅延された
後、第４のポート４を介し、ファイバカップラ20に導入
される。 反射鏡50で反射されファイバカップラ20に戻ってきた
第３のポート３と第４のポート４のそれぞれの光は混合
され、その混合光つまりスペクトル線幅成分の信号を持
った光が第２のポート２に出力される。第２のポート２
に出力された該混合光は受光器９で電気信号に変換さ
れ、電気信号出力端子10から外部に信号を出力する。そ
のため、この構成は被測定光のモニタ言い替えれば被測
定光の入力パワーやサイドモードを測定しながらスペク
トル線幅の測定が可能である。つまり、この実施例で
は、入射光そのものを観測できるようにするために第１
の実施例における第１又は第２の反射鏡６、８のいずれ
かをハーフミラ21で置換し、該ハーフミラ21で反射する
光は受光器９に送り、該ハーフミラ21で透過した光はモ
ニター光として取り出すことができる。
【第３の実施例】 第３図は、本発明に係る第３の実施例である超音波光
周波数シフタの構成図を示す。 入射光61は、光透過性を有する超音波伝達媒体基板31
の側面に設けられた光入出力用側面32にその光軸が垂直
となるように入射した光を示す。信号源62から何も信号
が出力されていない場合、超音波伝達媒体基板31内での
入射光61の光軸方向は変化することなく直進する。直進
した光63は、光入出力用側面32と平行で、かつ超音波伝
達媒体基板31の相対する位置にある第１の反射鏡36を有
する第１の反射側面37で、その光軸は変わることなく反
射され、第１の反射光64となり入射光61の透過した光路
を逆方向に進んで出力光68となる構成となっている。し
たがって、入射光61の周波数と同じ周波数を持った該出
力光68が入射光61と同一の光軸上に出力されることにな
る。 一方、信号源62から励起子34例えば、圧電性基板の共
振周波数を持った信号が出力されている場合、超音波65
が該圧電性基板に励振され、超音波入力用側面33より超
音波伝達媒体基板31内を進行型の粗密波として伝搬す
る。この超音波65は、入射光61とブラッグ回折条件が満
たされるようにその進行方向は調整されている。また超
音波65が端面反射すると、前記超音波伝達媒体基板31内
に超音波65の定在波が生じ、それが原因となって周波数
変調しなくなるので、それを除くために超音波65の進行
方向にある超音波伝達媒体基板31の側面を斜研磨して超
音波散乱側面35を形成している。光入出力用側面32から
超音波伝達媒体基板31に入射した入射光61は、超音波65
と相互作用をすることにより光軸方向がブラッグ回折条
件を満たす方向に変化する。このとき、入射光の周波数
は超音波65により、その周波数分だけ一度目の周波数変
調を受ける。ブラッグ回折により、光軸が変化した回折
光66は、その光軸方向と垂直になるように設けられた第
２の反射鏡38を備えた第２の反射側面39で反射され、第
２の反射光67となる。第２の反射光67は、回折光66と同
じ光路をとるために再び超音波65でブラッグ回折を受
け、その光軸が入射光61と同一となる。しかも、このと
き、２度目の周波数変調が反射光67にかかり、光入出力
用側面32から外部へ出力される構成となっている。した
がって、入射光61の周波数に超音波の２倍の周波数を加
えた周波数を持った出力光68が入射光61と同一の光軸上
に出力されることになる。 以上述べたように、この超音波光周波数シフタは、同
一の光軸上で周波数変調のかかった光と周波数変調のか
かっていない光を切り替えて出力することが可能な構成
となっている。
周波数シフタの構成図を示す。 入射光61は、光透過性を有する超音波伝達媒体基板31
の側面に設けられた光入出力用側面32にその光軸が垂直
となるように入射した光を示す。信号源62から何も信号
が出力されていない場合、超音波伝達媒体基板31内での
入射光61の光軸方向は変化することなく直進する。直進
した光63は、光入出力用側面32と平行で、かつ超音波伝
達媒体基板31の相対する位置にある第１の反射鏡36を有
する第１の反射側面37で、その光軸は変わることなく反
射され、第１の反射光64となり入射光61の透過した光路
を逆方向に進んで出力光68となる構成となっている。し
たがって、入射光61の周波数と同じ周波数を持った該出
力光68が入射光61と同一の光軸上に出力されることにな
る。 一方、信号源62から励起子34例えば、圧電性基板の共
振周波数を持った信号が出力されている場合、超音波65
が該圧電性基板に励振され、超音波入力用側面33より超
音波伝達媒体基板31内を進行型の粗密波として伝搬す
る。この超音波65は、入射光61とブラッグ回折条件が満
たされるようにその進行方向は調整されている。また超
音波65が端面反射すると、前記超音波伝達媒体基板31内
に超音波65の定在波が生じ、それが原因となって周波数
変調しなくなるので、それを除くために超音波65の進行
方向にある超音波伝達媒体基板31の側面を斜研磨して超
音波散乱側面35を形成している。光入出力用側面32から
超音波伝達媒体基板31に入射した入射光61は、超音波65
と相互作用をすることにより光軸方向がブラッグ回折条
件を満たす方向に変化する。このとき、入射光の周波数
は超音波65により、その周波数分だけ一度目の周波数変
調を受ける。ブラッグ回折により、光軸が変化した回折
光66は、その光軸方向と垂直になるように設けられた第
２の反射鏡38を備えた第２の反射側面39で反射され、第
２の反射光67となる。第２の反射光67は、回折光66と同
じ光路をとるために再び超音波65でブラッグ回折を受
け、その光軸が入射光61と同一となる。しかも、このと
き、２度目の周波数変調が反射光67にかかり、光入出力
用側面32から外部へ出力される構成となっている。した
がって、入射光61の周波数に超音波の２倍の周波数を加
えた周波数を持った出力光68が入射光61と同一の光軸上
に出力されることになる。 以上述べたように、この超音波光周波数シフタは、同
一の光軸上で周波数変調のかかった光と周波数変調のか
かっていない光を切り替えて出力することが可能な構成
となっている。
【第４の実施例】 第４図は、本発明に係る第４の実施例であるマイケル
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 光入力端子５から入力し、第１のポート１に入った被
測定光はファイバカップラ20の中に取り込まれて同じ位
相で２分岐された後、光入力端子５と相対する第３のポ
ート３及び第４のポート４に出力される。第３のポート
３に出力された光は、その終端面に設けられた超音波光
周波数シフタ内で反射された後、再び第３のポート３を
透過してファイバカップラ20に導入される。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を透過した後、該遅延を与えるため
の光ファイバ７の終端面に設けられた反射鏡50で反転
（反射ともいう）され、再び該光ファイバ７を透過して
測定光のスペクトル間の相関性を除き得るだけ遅延され
た後、第４のポート４を介し、ファイバカップラ20に導
入される。 反射鏡50で反射され、ファイバカップラ20に戻ってき
た第３のポート３と第４のポート４のそれぞれの光は混
合され、その一部の混合光つまりスペクトル線幅成分の
信号を持った光が第２のポート２に出力される。第２の
ポート２に出力された混合光は、受光器９で電気信号に
変換され、出力端子10から外部に出力する構成となって
いる。 したがって、この構成は信号源62からの信号のON,OFF
によりホモダイン法又はヘテロダイン法のスペクトル線
幅測定が可能な構成となっている。ただし、この第４の
実施例においては、ホモダイン法又はヘテロダイン法に
よる測定を可能とするために用いる光周波数変調器とし
て第３の実施例で示した超音波光周波数シフタを利用し
た測定装置を示したが、これに限定されるものではな
い。つまり、光周波数変調器は入射光の光軸と同一の光
軸上に変調光及び無変調光の両方を出射する構成のもの
を用いれば実現可能である。
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 光入力端子５から入力し、第１のポート１に入った被
測定光はファイバカップラ20の中に取り込まれて同じ位
相で２分岐された後、光入力端子５と相対する第３のポ
ート３及び第４のポート４に出力される。第３のポート
３に出力された光は、その終端面に設けられた超音波光
周波数シフタ内で反射された後、再び第３のポート３を
透過してファイバカップラ20に導入される。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を透過した後、該遅延を与えるため
の光ファイバ７の終端面に設けられた反射鏡50で反転
（反射ともいう）され、再び該光ファイバ７を透過して
測定光のスペクトル間の相関性を除き得るだけ遅延され
た後、第４のポート４を介し、ファイバカップラ20に導
入される。 反射鏡50で反射され、ファイバカップラ20に戻ってき
た第３のポート３と第４のポート４のそれぞれの光は混
合され、その一部の混合光つまりスペクトル線幅成分の
信号を持った光が第２のポート２に出力される。第２の
ポート２に出力された混合光は、受光器９で電気信号に
変換され、出力端子10から外部に出力する構成となって
いる。 したがって、この構成は信号源62からの信号のON,OFF
によりホモダイン法又はヘテロダイン法のスペクトル線
幅測定が可能な構成となっている。ただし、この第４の
実施例においては、ホモダイン法又はヘテロダイン法に
よる測定を可能とするために用いる光周波数変調器とし
て第３の実施例で示した超音波光周波数シフタを利用し
た測定装置を示したが、これに限定されるものではな
い。つまり、光周波数変調器は入射光の光軸と同一の光
軸上に変調光及び無変調光の両方を出射する構成のもの
を用いれば実現可能である。
【第５の実施例】 第５図は、本発明に係る第５の実施例であるマイケル
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 光入力端子５から入力し、第１のポート１に入った被
測定光は、ファイバカップラ20の中に取り込まれて同じ
位相で２分岐された後、光入力端子５と相対する第３の
ポート３および第４のポート４に出力される。第３のポ
ート３に出力された光は、その終端面に設けられたハー
フミラ21で一部反射され、残りの光は光ファイバ22へ伝
搬していく。反射した光は、再び第３のポート３を透過
してファイバカップラ20に導入される。また、光ファイ
バ22へ伝搬した光は光出力端子23から被測定光のモニタ
として外部に取り出される。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を透過した後、該遅延を与えるため
の光ファイバ７の終端面に設けられた超音波光周波数シ
フタ内で反射され再び該遅延を与えるための光ファイバ
７を透過して測定光のスペクトル間の相関性を除き得る
だけ遅延された後、第４のポート４を介し、ファイバカ
ップラ20に導入される。反射手段（第５図ではハーフミ
ラ）21で反転（反射ともいう）されファイバカップラ20
に戻ってきた第３のポート３と第４のポート４の光は混
合され、その混合光つまりスペクトル線幅成分の信号を
持った光が第２のポート２に出力される。第２のポート
２に出力された混合光は受光器９で電気信号に変換さ
れ、電気信号出力端子10から外部に出力される。そのた
め、この構成は被測定光のモニタつまり、被測定光の入
力パワーやサイドモードを測定しながらホモダイン法又
はヘテロダイン法のスペクトル線幅の測定が可能な構成
である。ただし、本実施例においては、ホモダイン法又
はヘテロダイン法による測定を可能とするために用いる
光周波数変調器として第３の実施例で示した超音波光周
波数シフタを利用した測定装置を示したが、これに限定
されるものではない。つまり、光周波数変調器は入射光
の光軸と同一の光軸上に変調光及び無変調光の両方を出
射する構成のものを用いれば実現可能である。
ソン型スペクトル線幅測定装置の構成図である。 光入力端子５から入力し、第１のポート１に入った被
測定光は、ファイバカップラ20の中に取り込まれて同じ
位相で２分岐された後、光入力端子５と相対する第３の
ポート３および第４のポート４に出力される。第３のポ
ート３に出力された光は、その終端面に設けられたハー
フミラ21で一部反射され、残りの光は光ファイバ22へ伝
搬していく。反射した光は、再び第３のポート３を透過
してファイバカップラ20に導入される。また、光ファイ
バ22へ伝搬した光は光出力端子23から被測定光のモニタ
として外部に取り出される。 一方、第４のポート４に出力された光は遅延を与える
ための光ファイバ７を透過した後、該遅延を与えるため
の光ファイバ７の終端面に設けられた超音波光周波数シ
フタ内で反射され再び該遅延を与えるための光ファイバ
７を透過して測定光のスペクトル間の相関性を除き得る
だけ遅延された後、第４のポート４を介し、ファイバカ
ップラ20に導入される。反射手段（第５図ではハーフミ
ラ）21で反転（反射ともいう）されファイバカップラ20
に戻ってきた第３のポート３と第４のポート４の光は混
合され、その混合光つまりスペクトル線幅成分の信号を
持った光が第２のポート２に出力される。第２のポート
２に出力された混合光は受光器９で電気信号に変換さ
れ、電気信号出力端子10から外部に出力される。そのた
め、この構成は被測定光のモニタつまり、被測定光の入
力パワーやサイドモードを測定しながらホモダイン法又
はヘテロダイン法のスペクトル線幅の測定が可能な構成
である。ただし、本実施例においては、ホモダイン法又
はヘテロダイン法による測定を可能とするために用いる
光周波数変調器として第３の実施例で示した超音波光周
波数シフタを利用した測定装置を示したが、これに限定
されるものではない。つまり、光周波数変調器は入射光
の光軸と同一の光軸上に変調光及び無変調光の両方を出
射する構成のものを用いれば実現可能である。
以上、述べたように、従来の遅延自己ホモダイン法の
基本測定光学系をマイケルソン型干渉計に置き換え、さ
らに、反射型の超音波周波数変調器を使うことにより遅
延を与えるための光ファイバが従来のものと比較し半分
で済むこと、四端子方向性結合器（ファイバカップラ）
が１個で済むこと、それらに伴い部品点数が少なくなる
ことに加え、ホモダイン法又はヘテロダイン法における
両測定を行う場合に光軸が同一となるようにすることが
できる。 このことにより従来型の遅延自己ホモダイン法に対し
て小型で低価格の測定器が実現できるようになった。
基本測定光学系をマイケルソン型干渉計に置き換え、さ
らに、反射型の超音波周波数変調器を使うことにより遅
延を与えるための光ファイバが従来のものと比較し半分
で済むこと、四端子方向性結合器（ファイバカップラ）
が１個で済むこと、それらに伴い部品点数が少なくなる
ことに加え、ホモダイン法又はヘテロダイン法における
両測定を行う場合に光軸が同一となるようにすることが
できる。 このことにより従来型の遅延自己ホモダイン法に対し
て小型で低価格の測定器が実現できるようになった。
第１図は本発明に係る第１の実施例を、第２図は本発明
に係る第２の実施例を、第３図は本発明に係る第３の実
施例を、第４図は本発明に係る第４の実施例を、第５図
は本発明に係る第５の実施例をそれぞれ示す。 図中、１は第１のポート、２は第２のポート、３は第３
のポート、４は第４のポート、５は光入力端子、６は第
１の反射鏡、７は光ファイバ、８は第２の反射鏡、９は
受光器、10は電気信号出力端子、20は四端子方向性結合
器（ファイバカップラ）、31は超音波伝達媒体基板、32
は光入出力用側面、33は超音波入力用側面、34は励起
子、35は超音波散乱側面、36は第１の反射鏡、37は第１
の光の反射側面、38は第２の反射鏡、39は第２の光の反
射側面、50は反射鏡をそれぞれ示す。
に係る第２の実施例を、第３図は本発明に係る第３の実
施例を、第４図は本発明に係る第４の実施例を、第５図
は本発明に係る第５の実施例をそれぞれ示す。 図中、１は第１のポート、２は第２のポート、３は第３
のポート、４は第４のポート、５は光入力端子、６は第
１の反射鏡、７は光ファイバ、８は第２の反射鏡、９は
受光器、10は電気信号出力端子、20は四端子方向性結合
器（ファイバカップラ）、31は超音波伝達媒体基板、32
は光入出力用側面、33は超音波入力用側面、34は励起
子、35は超音波散乱側面、36は第１の反射鏡、37は第１
の光の反射側面、38は第２の反射鏡、39は第２の光の反
射側面、50は反射鏡をそれぞれ示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04 G01J 3/00 - 3/52 G02F 1/11 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (4)
- 【請求項１】第１のポート（１）に光源からの光が入力
され、該第１のポートから入力された光を第３のポート
（３）及び第４のポート（４）に出力し、該第３のポー
トから入力された光を第２のポート（２）及び前記第１
のポートに出力し、前記第４のポートから入力された光
を前記第１のポート及び前記第２のポートに出力する四
端子方向性結合器（20）と； 前記第４のポートに、その一方の端子が接続された遅延
を与えるための光ファイバ（７）と； 該光ファイバの他方の端子に接続され、該光ファイバ内
を伝搬する光の伝搬方向を反転する反射鏡（50）と； 前記第３のポートに接続され、該第３のポート内を伝搬
する光の内の一部の光の伝搬方向を反転するとともに前
記一部の光以外の光を透過させるハーフミラ（21）と； 該ハーフミラを透過した光を伝搬させる光ファイバ（2
2）と； 該光ファイバを伝搬してきた光を外部へ取り出すための
光出力端子（23）と； 前記反射鏡と前記ハーフミラとでそれぞれ反転され、前
記第２のポートで混合された混合光を受光して電気信号
に変換する受光器（９）とを備えたマイケルソン型スペ
クトル線幅測定装置。 - 【請求項２】第１のポート（１）に光源からの光が入力
され、該第１のポートから入力された光を第３のポート
（３）及び第４のポート（４）に出力し、該第３のポー
トから入力された光を第２のポート（２）及び前記第１
のポートに出力し、前記第４のポートから入力された光
を前記第１のポート及び前記第２のポートに出力する四
端子方向性結合器（20）と； 前記第４のポートに、その一方の端子が接続された遅延
を与えるための光ファイバ（７）と； 該光ファイバの他方の端子に接続され、該光ファイバ内
を伝搬する光の伝搬方向を反転する反射鏡（50）と； 前記第３のポートに接続された入射光の光軸と同一の光
軸上に変調光と無変調光とを切り替えて出射可能な光周
波数変調器（60）と； 前記反射鏡と前記光周波数変調器とでそれぞれ反転さ
れ、前記第２のポートで混合された混合光を受光して電
気信号に変換する受光器（９）とを備えたマイケルソン
型スペクトル線幅測定装置。 - 【請求項３】第１のポート（１）に光源からの光が入力
され、該第１のポートから入力された光を第３のポート
（３）及び第４のポート（４）に出力し、該第３のポー
トから入力された光を第２のポート（２）及び前記第１
のポートに出力し、前記第４のポートから入力された光
を前記第１のポート及び前記第２のポートに出力する四
端子方向性結合器（20）と； 前記第４のポートに、その一方の端子が接続された遅延
を与えるための光ファイバ（７）と； 該光ファイバの他方の端子に接続された入射光の光軸と
同一の光軸上に変調光と無変調光とを切り替えて出射可
能な光周波数変調器（60）と； 前記第３のポートに接続され、該第３のポート内を伝搬
する光の内の少なくとも一部の光の伝搬方向を反転する
反射手段（21）と； 前記光周波数変調器と前記反射手段（21）とでそれぞれ
反転され、前記第２のポートで混合された混合光を受光
して電気信号に変換する受光器（９）とを備えたマイケ
ルソン型スペクトル線幅測定装置。 - 【請求項４】前記光周波数変調器が、光入出力用側面
（32）、超音波入力用側面（33）、超音波散乱側面（3
5）、第１の光の反射側面（37）及び第２の光の反射側
面（39）を有する超音波伝達媒体基板（31）と、該超音
波伝達媒体基板に超音波を励起するため前記超音波入力
用側面に接触して設けられた励起子（34）と、前記超音
波伝達媒体基板に超音波が励起されていないとき、該超
音波伝達媒体基板の前記光入出力用側面から入射された
光と同一の光軸を持つ反射光を該光入出力用側面から出
射せしめるため前記第１の光の反射側面に設けられた第
１の反射鏡（36）と、前記超音波伝達媒体基板に超音波
が励起されたとき、前記光入出力用側面から入射され、
前記超音波によってブラッグ回折された光を反射させ、
入射された光と同一の光軸を持つ反射光を前記光入出力
用側面から出射せしめるため前記第２の光の反射側面に
設けられた第２の反射鏡（38）とを備えた超音波光周波
数シフタであることを特徴とする請求項２及び請求項３
のいずれかに記載のマイケルソン型スペクトル線幅測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02337345A JP3107814B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | マイケルソン型スペクトル線幅測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02337345A JP3107814B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | マイケルソン型スペクトル線幅測定装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000166866A Division JP3193705B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 超音波光周波数シフタ及びそれを用いたマイケルソン型スペクトル線幅測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204222A JPH04204222A (ja) | 1992-07-24 |
| JP3107814B2 true JP3107814B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=18307756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02337345A Expired - Fee Related JP3107814B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | マイケルソン型スペクトル線幅測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3107814B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07312528A (ja) * | 1994-02-08 | 1995-11-28 | Goldstar Electron Co Ltd | オーディオシステムのボリューム予約装置およびボリューム予約方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP02337345A patent/JP3107814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07312528A (ja) * | 1994-02-08 | 1995-11-28 | Goldstar Electron Co Ltd | オーディオシステムのボリューム予約装置およびボリューム予約方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04204222A (ja) | 1992-07-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |