JP3292306B2 - 光周波数測定装置 - Google Patents
光周波数測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光の周波数を測定する
光周波数測定装置に関する。
光周波数測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光の波長を測定する装置は、例え
ばマイケルソン干渉計を用いたもののように機械的可動
部があり、大形になり、かつ高精度のものを得ることが
困難であった。
ばマイケルソン干渉計を用いたもののように機械的可動
部があり、大形になり、かつ高精度のものを得ることが
困難であった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、ＣＰ
Ｍレーザダイオードよりなる光パルス発振手段から、光
導波路の長さで定まる共振周波数でモードロックしたレ
ーザ光パルスが発生され、かつその光パルスの繰り返し
周波数を変化させる周波数制御手段が設けられ、この周
波数制御手段に、周波数掃引制御手段からランプ信号が
与えられて光パルスの繰り返し周波数が掃引され、かつ
そのレーザ光パルスのスペクトラム周波数が掃引され
る。光パルス発振手段より出射したレーザ光パルスと被
測定光とが合波手段で合波され、その合波された光は光
−電気変換手段により、電気信号に変換され、ゼロビー
ト計数手段により、その電気信号から、上記スペクトラ
ム周波数掃引にもとづき、被測定光の周波数と光パルス
のスペクトラム周波数との差ビートが取り出され、その
差ビートがゼロビートになる回数が計数され、その計数
値が所定値に達すると周波数掃引制御手段による周波数
掃引が停止される。また周波数測定手段により、上記電
気信号から光パルスの繰り返し周波数成分が取り出さ
れ、その光パルス繰り返し周波数成分から、周波数掃引
の開始時と、停止時との各光パルスの繰り返し周波数が
それぞれ計測され、これら周波数掃引開始時と停止時と
の各光パルス繰り返し周波数と、ゼロビート計数手段で
の周波数掃引停止のための計数値の所定値とを用いて被
測定光の周波数が算出される。
Ｍレーザダイオードよりなる光パルス発振手段から、光
導波路の長さで定まる共振周波数でモードロックしたレ
ーザ光パルスが発生され、かつその光パルスの繰り返し
周波数を変化させる周波数制御手段が設けられ、この周
波数制御手段に、周波数掃引制御手段からランプ信号が
与えられて光パルスの繰り返し周波数が掃引され、かつ
そのレーザ光パルスのスペクトラム周波数が掃引され
る。光パルス発振手段より出射したレーザ光パルスと被
測定光とが合波手段で合波され、その合波された光は光
−電気変換手段により、電気信号に変換され、ゼロビー
ト計数手段により、その電気信号から、上記スペクトラ
ム周波数掃引にもとづき、被測定光の周波数と光パルス
のスペクトラム周波数との差ビートが取り出され、その
差ビートがゼロビートになる回数が計数され、その計数
値が所定値に達すると周波数掃引制御手段による周波数
掃引が停止される。また周波数測定手段により、上記電
気信号から光パルスの繰り返し周波数成分が取り出さ
れ、その光パルス繰り返し周波数成分から、周波数掃引
の開始時と、停止時との各光パルスの繰り返し周波数が
それぞれ計測され、これら周波数掃引開始時と停止時と
の各光パルス繰り返し周波数と、ゼロビート計数手段で
の周波数掃引停止のための計数値の所定値とを用いて被
測定光の周波数が算出される。
【０００４】更に請求項２の発明によれば、前記発明に
おいて、前記電気信号から前記差ビートの成分が抽出さ
れ、その差ビート成分の周波数が測定され、周波数掃引
制御手段は、ゼロビート計数手段がゼロビートを所定値
計数してから、更に予め決めた周波数だけ周波数掃引を
追加して停止し、演算手段は、ゼロビート計数値と、周
波数掃引開始時の光パルス繰り返し周波数と、追加周波
数掃引の終了時の光パルス繰り返し周波数及び差ビート
成分の周波数とから被測定光の周波数を演算する。
おいて、前記電気信号から前記差ビートの成分が抽出さ
れ、その差ビート成分の周波数が測定され、周波数掃引
制御手段は、ゼロビート計数手段がゼロビートを所定値
計数してから、更に予め決めた周波数だけ周波数掃引を
追加して停止し、演算手段は、ゼロビート計数値と、周
波数掃引開始時の光パルス繰り返し周波数と、追加周波
数掃引の終了時の光パルス繰り返し周波数及び差ビート
成分の周波数とから被測定光の周波数を演算する。
【０００５】
【実施例】図１にこの発明の実施例を示す。光パルス発
振器１２は例えばＣＰＭレーザダイオード１により構成
される。ＣＰＭ (Colliding-Pulse Modelocking) レー
ザダイオード１は例えばAppl.Phys,Letters,Vol.58,No.
12,1991,pp1253〜1255,Y.K.Chen 等著“Subpicosecond
monolithic colling-pulse mode-locked multiplequant
um well lasers ”に示されている。このレーザダイオ
ード１は光導波路２上の中央部にナチュラブル アブソ
ーバー電極３が形成され、その両側に、ゲインセクショ
ン電極４が光導波路２に沿って配列して形成され、これ
ら電極３，４にそれぞれ適当なバイアス電圧Ｖc ，Ｖb
を印加することにより、モードロックレーザ光パルスを
発生する。この光パルスの繰り返し周波数Ｆ0 は次式で
表わせる。
振器１２は例えばＣＰＭレーザダイオード１により構成
される。ＣＰＭ (Colliding-Pulse Modelocking) レー
ザダイオード１は例えばAppl.Phys,Letters,Vol.58,No.
12,1991,pp1253〜1255,Y.K.Chen 等著“Subpicosecond
monolithic colling-pulse mode-locked multiplequant
um well lasers ”に示されている。このレーザダイオ
ード１は光導波路２上の中央部にナチュラブル アブソ
ーバー電極３が形成され、その両側に、ゲインセクショ
ン電極４が光導波路２に沿って配列して形成され、これ
ら電極３，４にそれぞれ適当なバイアス電圧Ｖc ，Ｖb
を印加することにより、モードロックレーザ光パルスを
発生する。この光パルスの繰り返し周波数Ｆ0 は次式で
表わせる。
【０００６】Ｆ0 ＝Ｃ／（ｎＬ） Ｃは真空中の光速、ｎは光導波路２の屈折率、Ｌは光導
波路２の長さ レーザダイオード１からは図２Ａに示すような光パルス
が放射され、モードロック状態にあるその光パルスのス
ペクトラムは図２Ｂに示すように、周波数Ｆ0 の間隔で
Ｓ1 , Ｓ2 ，Ｓ3 …と配列される。またこのスペクトラ
ムＳ1 , Ｓ2 ，Ｓ3 …はＦ0 の整数倍であり、それぞれ
ＮＦ0 ，（Ｎ＋１）Ｆ0 ，（Ｎ＋２）Ｆ 0 …の関係にあ
る。
波路２の長さ レーザダイオード１からは図２Ａに示すような光パルス
が放射され、モードロック状態にあるその光パルスのス
ペクトラムは図２Ｂに示すように、周波数Ｆ0 の間隔で
Ｓ1 , Ｓ2 ，Ｓ3 …と配列される。またこのスペクトラ
ムＳ1 , Ｓ2 ，Ｓ3 …はＦ0 の整数倍であり、それぞれ
ＮＦ0 ，（Ｎ＋１）Ｆ0 ，（Ｎ＋２）Ｆ 0 …の関係にあ
る。
【０００７】この光パルス発振器１２には光パルスの繰
り返し周波数Ｆ0 を変化させる周波数制御手段が設けら
れる。そのためこの例では両電極４の更に外側に変調用
電極５が光導波路２上に形成され、変調用電極５に与え
る電圧又は電流を変化させることにより、光導波路２の
屈折率ｎが変化されて、光パルス繰り返し周波数Ｆ0 が
変化される。またこのように光パルスの繰り返し周波数
Ｆ0 を変化させると、レーザ光パルスの光導波路２内の
光の波長が変化し、光導波路２における共振光波長（周
波数）が変化し、放射されるレーザ光パルスの周波数
（スペクトラム）が変化する。光パルス繰り返し周波数
Ｆ0 、光パルス周波数を変化させるには光導波路２の屈
折率ｎを変化させる他にレーザダイオード１の温度を変
化させてもよい。
り返し周波数Ｆ0 を変化させる周波数制御手段が設けら
れる。そのためこの例では両電極４の更に外側に変調用
電極５が光導波路２上に形成され、変調用電極５に与え
る電圧又は電流を変化させることにより、光導波路２の
屈折率ｎが変化されて、光パルス繰り返し周波数Ｆ0 が
変化される。またこのように光パルスの繰り返し周波数
Ｆ0 を変化させると、レーザ光パルスの光導波路２内の
光の波長が変化し、光導波路２における共振光波長（周
波数）が変化し、放射されるレーザ光パルスの周波数
（スペクトラム）が変化する。光パルス繰り返し周波数
Ｆ0 、光パルス周波数を変化させるには光導波路２の屈
折率ｎを変化させる他にレーザダイオード１の温度を変
化させてもよい。
【０００８】このような光パルス発振器１２の周波数制
御手段としての変調用電極５に周波数掃引制御回路１４
から鋸歯状のランプ電圧ＶSWを与える。これにより光導
波路２で構成されるマイクロ波共振器の共振周波数が例
えば高くなる方向に変化し、この共振周波数の変化によ
って光パルス発振器１２の光パルス繰り返し周波数Ｆ 0
は図２Ｃ−ａに示すように直線的に高くなる方向に周波
数掃引する。この繰り返し周波数Ｆ0 が周波数掃引する
と共に、レーザダイオード１から出射されるレーザ光ス
ペクトラムの周波数Ｎ・Ｆ0 も周波数掃引する。レーザ
ダイオード１から出射されるレーザ光は合波器１５に与
えられる。合波器１５には光入力端子から被測定コヒー
レント光Ｐx が与えられる。この被測定光Ｐx の周波数
をＦx とする。
御手段としての変調用電極５に周波数掃引制御回路１４
から鋸歯状のランプ電圧ＶSWを与える。これにより光導
波路２で構成されるマイクロ波共振器の共振周波数が例
えば高くなる方向に変化し、この共振周波数の変化によ
って光パルス発振器１２の光パルス繰り返し周波数Ｆ 0
は図２Ｃ−ａに示すように直線的に高くなる方向に周波
数掃引する。この繰り返し周波数Ｆ0 が周波数掃引する
と共に、レーザダイオード１から出射されるレーザ光ス
ペクトラムの周波数Ｎ・Ｆ0 も周波数掃引する。レーザ
ダイオード１から出射されるレーザ光は合波器１５に与
えられる。合波器１５には光入力端子から被測定コヒー
レント光Ｐx が与えられる。この被測定光Ｐx の周波数
をＦx とする。
【０００９】レーザダイオード１から出射されたレーザ
光と被測定コヒーレント光Ｐx は合波１５で合波され、
その合波光が光−電気変換器１６に入力され、電気信号
に変換される。光−電気変換器１６から出力される電気
信号はレーザダイオード１からのレーザ光に含まれる各
スペクトラム成分の周波数Ｎ・Ｆ0 と被測定光Ｐx の周
波数Ｆx との差の周波数成分、即ち差のビート周波数成
分を持つ信号として出力される。ここではカットオフ周
波数が例えばレーザ光のスペクトラム間隔Ｆ0 （図２Ｂ
参照）の半分（Ｆ0 ／２）以下のローパスフィルタ１７
を設け、これら差の周波数成分のうち例えば被測定光Ｐ
x の周波数に最も近い１つのレーザ光スペクトラムとの
差周波数成分を取出す。ローパスフィルタ１７から出力
される差のビート周波数成分はゼロビート計数回路１９
に与えられる。
光と被測定コヒーレント光Ｐx は合波１５で合波され、
その合波光が光−電気変換器１６に入力され、電気信号
に変換される。光−電気変換器１６から出力される電気
信号はレーザダイオード１からのレーザ光に含まれる各
スペクトラム成分の周波数Ｎ・Ｆ0 と被測定光Ｐx の周
波数Ｆx との差の周波数成分、即ち差のビート周波数成
分を持つ信号として出力される。ここではカットオフ周
波数が例えばレーザ光のスペクトラム間隔Ｆ0 （図２Ｂ
参照）の半分（Ｆ0 ／２）以下のローパスフィルタ１７
を設け、これら差の周波数成分のうち例えば被測定光Ｐ
x の周波数に最も近い１つのレーザ光スペクトラムとの
差周波数成分を取出す。ローパスフィルタ１７から出力
される差のビート周波数成分はゼロビート計数回路１９
に与えられる。
【００１０】ゼロビート計数回路１９は例えばビート周
波数がゼロに近づいたことを検出するローパスフィルタ
１９Ａと、ローパスフィルタ１９Ａが信号を検出したと
き、その検出信号を整流平滑してパルス信号（図２Ｃ−
ｂ参照）を出力する検波回路１９Ｂと、この検波回路１
９Ｂが出力するパルス信号を計数して周波数掃引される
レーザ光スペクトラムと被測定光Ｐx との周波数が一致
する回数を計数するゼロビートカウンタ１９Ｃとから構
成されている。つまりレーザ光の周波数が周波数掃引さ
れることにより図２Ｂに示したスペクトラムＳ1 ，
Ｓ2 ，Ｓ3 …が一方向に移動し、順次被測定光Ｐx の周
波数Ｆx を通過する。従ってローパスフィルタ１７の出
力信号周波数は各スペクトラムが周波数Ｆx に接近する
につれて低下し、それから離れるにつれて高くなり、周
波数Ｆx とほぼ一致した時点ではゼロビート状態とな
る。
波数がゼロに近づいたことを検出するローパスフィルタ
１９Ａと、ローパスフィルタ１９Ａが信号を検出したと
き、その検出信号を整流平滑してパルス信号（図２Ｃ−
ｂ参照）を出力する検波回路１９Ｂと、この検波回路１
９Ｂが出力するパルス信号を計数して周波数掃引される
レーザ光スペクトラムと被測定光Ｐx との周波数が一致
する回数を計数するゼロビートカウンタ１９Ｃとから構
成されている。つまりレーザ光の周波数が周波数掃引さ
れることにより図２Ｂに示したスペクトラムＳ1 ，
Ｓ2 ，Ｓ3 …が一方向に移動し、順次被測定光Ｐx の周
波数Ｆx を通過する。従ってローパスフィルタ１７の出
力信号周波数は各スペクトラムが周波数Ｆx に接近する
につれて低下し、それから離れるにつれて高くなり、周
波数Ｆx とほぼ一致した時点ではゼロビート状態とな
る。
【００１１】ローパスフィルタ１９Ａはこのゼロビート
近傍の低いカットオフ周波数（例えば１ＫＨｚ程度）を
有しており、各スペクトラムが被測定光Ｐx の周波数Ｆ
x を通過する毎にローパスフィルタ１９Ａから低周波の
信号が得られる。この低周波信号は検波回路１９Ｂによ
り整流平滑され、パルス信号とされる。即ち、掃引され
ている各スペクトラムＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 …が周波数Ｆx
と一致する毎に図２Ｃ−ｂに示すようなパルスがゼロビ
ート状態を表す信号として得られる。このゼロビート状
態はゼロビートカウンタ１９Ｃによって計数される。
近傍の低いカットオフ周波数（例えば１ＫＨｚ程度）を
有しており、各スペクトラムが被測定光Ｐx の周波数Ｆ
x を通過する毎にローパスフィルタ１９Ａから低周波の
信号が得られる。この低周波信号は検波回路１９Ｂによ
り整流平滑され、パルス信号とされる。即ち、掃引され
ている各スペクトラムＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 …が周波数Ｆx
と一致する毎に図２Ｃ−ｂに示すようなパルスがゼロビ
ート状態を表す信号として得られる。このゼロビート状
態はゼロビートカウンタ１９Ｃによって計数される。
【００１２】一方、光−電気変換器１６の出力に中心周
波数がほぼＦ0 のバンドパスフィルタ２３を接続し、こ
れより抽出した光パルスの繰り返し周波数成分の周波数
を周波数測定器１３で常時測定する。ゼロビート計数回
路１９で計数したゼロビート回数ｎは周波数掃引制御回
路１４に与えられる。周波数掃引制御回路１４はランプ
電圧Ｖswの掃引を開始させ、繰り返し周波数Ｆ0 が予め
決めた周波数Ｆ00になった直後のｎのインクリメントを
検出すると掃引を停止すると共にゼロビートカウンタ１
９Ｃをリセットし、この掃引停止中に周波数測定器１３
により測定された繰り返し周波数Ｆ01が演算回路２１に
取り込まれる。その後、周波数掃引が再開され、ゼロビ
ート計数回路１９の計数値ｎが予め設定した回数、例え
ば１００回に達すると、ランプ電圧Ｖswの掃引を停止さ
せ、その時の繰り返し周波数Ｆ02を演算回路２１に取り
込ませる。
波数がほぼＦ0 のバンドパスフィルタ２３を接続し、こ
れより抽出した光パルスの繰り返し周波数成分の周波数
を周波数測定器１３で常時測定する。ゼロビート計数回
路１９で計数したゼロビート回数ｎは周波数掃引制御回
路１４に与えられる。周波数掃引制御回路１４はランプ
電圧Ｖswの掃引を開始させ、繰り返し周波数Ｆ0 が予め
決めた周波数Ｆ00になった直後のｎのインクリメントを
検出すると掃引を停止すると共にゼロビートカウンタ１
９Ｃをリセットし、この掃引停止中に周波数測定器１３
により測定された繰り返し周波数Ｆ01が演算回路２１に
取り込まれる。その後、周波数掃引が再開され、ゼロビ
ート計数回路１９の計数値ｎが予め設定した回数、例え
ば１００回に達すると、ランプ電圧Ｖswの掃引を停止さ
せ、その時の繰り返し周波数Ｆ02を演算回路２１に取り
込ませる。
【００１３】図３Ａ及びＢに、繰り返し周波数Ｆ0 がＦ
0 ＝Ｆ00の時点（この時点を周波数掃引開始点と呼ぶこ
とにする）と周波数掃引停止時点とにおける各レーザ光
スペクトラム（実線垂直矢印Ｓ）と被測定光Ｐx の周波
数（実線矢印Ｆx ）との関係をそれぞれ示す。これらの
図におけるレーザ光スペクトラムに付けられた符号
Ｓ 0 ，Ｓ1 ，…のサフィックス番号はスペクトラム周波
数が高くなる方向Ｗに掃引されるにつれて被測定光周波
数Ｆx と一致する順に付けられており、図２Ｂと逆方向
である。
0 ＝Ｆ00の時点（この時点を周波数掃引開始点と呼ぶこ
とにする）と周波数掃引停止時点とにおける各レーザ光
スペクトラム（実線垂直矢印Ｓ）と被測定光Ｐx の周波
数（実線矢印Ｆx ）との関係をそれぞれ示す。これらの
図におけるレーザ光スペクトラムに付けられた符号
Ｓ 0 ，Ｓ1 ，…のサフィックス番号はスペクトラム周波
数が高くなる方向Ｗに掃引されるにつれて被測定光周波
数Ｆx と一致する順に付けられており、図２Ｂと逆方向
である。
【００１４】この測定値Ｆ01とＦ02及びゼロビート計数
値ｎが計測できることにより被測定光Ｐx の周波数Ｆx
を求めることができる。即ち、掃引開始時点及び掃引停
止時点の繰り返し周波数Ｆ01，Ｆ02がいずれもゼロビー
ト状態であるので、被測定光Ｐx の周波数Ｆx と測定値
Ｆ01，Ｆ02の関係は次式 Ｆx ＝Ｎ・Ｆ01 …（１） Ｆx ＝（Ｎ−ｎ）・Ｆ02 …（２） で表される。但しＮは繰り返し周波数Ｆ0 を基本波とし
た場合の高調波の次数に等しい数である。（１），
（２）式より次式 Ｎ＝［ｎ・Ｆ02／（Ｆ02−Ｆ01）］ …（３） が得られる。但しＸを任意の数とすると、式［Ｘ］はＸ
に最も近い整数を表すものとする。式（３）によりＮを
計算すれば誤りのないＮの値を決定することができ、そ
のＮの値を使って式（２）により周波数Ｆx を計算する
ことができる。こうして計算された周波数Ｆx は図１の
表示器２２に表示される。なお例えばＦ0 ＝１０ＧＨ
ｚ、ｎ＝１０、Ｎ＝３×１０4 とすればＦ0 はｎＦ／Ｎ
（数ＭＨｚ）程度のわずかの変化を与えればよい。
値ｎが計測できることにより被測定光Ｐx の周波数Ｆx
を求めることができる。即ち、掃引開始時点及び掃引停
止時点の繰り返し周波数Ｆ01，Ｆ02がいずれもゼロビー
ト状態であるので、被測定光Ｐx の周波数Ｆx と測定値
Ｆ01，Ｆ02の関係は次式 Ｆx ＝Ｎ・Ｆ01 …（１） Ｆx ＝（Ｎ−ｎ）・Ｆ02 …（２） で表される。但しＮは繰り返し周波数Ｆ0 を基本波とし
た場合の高調波の次数に等しい数である。（１），
（２）式より次式 Ｎ＝［ｎ・Ｆ02／（Ｆ02−Ｆ01）］ …（３） が得られる。但しＸを任意の数とすると、式［Ｘ］はＸ
に最も近い整数を表すものとする。式（３）によりＮを
計算すれば誤りのないＮの値を決定することができ、そ
のＮの値を使って式（２）により周波数Ｆx を計算する
ことができる。こうして計算された周波数Ｆx は図１の
表示器２２に表示される。なお例えばＦ0 ＝１０ＧＨ
ｚ、ｎ＝１０、Ｎ＝３×１０4 とすればＦ0 はｎＦ／Ｎ
（数ＭＨｚ）程度のわずかの変化を与えればよい。
【００１５】ところで、図１の実施例においてゼロビー
ト計数回路１９がゼロビートを検出してから周波数掃引
制御回路１４によりランプ電圧掃引を停止し、その結果
繰り返し周波数Ｆ0 の掃引が実際に停止されるまでには
時間遅れがあるのでゼロビート検出時点での正確な繰り
返し周波数を得ることが困難である。またゼロビートカ
ウンタ１９Ｃはローパスフィルタ１７の出力信号周波数
である差ビート周波数Ｆifがローパスフィルタ１９Ａの
カットオフ周波数より低くなった時にローパスフィルタ
１９Ａから出力されるパルス状信号をゼロビート検出信
号として計数する。従って、ゼロビート検出信号はロー
パスフィルタ１９Ａのパスバンド幅に対応したパルス幅
を有している。即ち、レーザ光の掃引スペクトラムの１
つと被測定光の周波数Ｆx が完全に一致して差ビート周
波数Ｆifが０となるゼロビート状態の時点を検出するこ
とはできず、従って、正確なゼロビート時点での繰り返
し周波数Ｆ02を決定することはできない。更に、ゼロビ
ートを検出してから繰り返し周波数Ｆ01，Ｆ02の測定を
それぞれ開始するまでに被測定光の周波数Ｆx が変動す
る。そこで以下に請求項２の発明による実施例を図４を
参照して説明するように、周波数掃引停止時点を意図的
にゼロビート時点からずらし、掃引停止時点での差ビー
ト周波数Ｆifを測定することにより高精度で被測定光周
波数Ｆx を決定することができる。
ト計数回路１９がゼロビートを検出してから周波数掃引
制御回路１４によりランプ電圧掃引を停止し、その結果
繰り返し周波数Ｆ0 の掃引が実際に停止されるまでには
時間遅れがあるのでゼロビート検出時点での正確な繰り
返し周波数を得ることが困難である。またゼロビートカ
ウンタ１９Ｃはローパスフィルタ１７の出力信号周波数
である差ビート周波数Ｆifがローパスフィルタ１９Ａの
カットオフ周波数より低くなった時にローパスフィルタ
１９Ａから出力されるパルス状信号をゼロビート検出信
号として計数する。従って、ゼロビート検出信号はロー
パスフィルタ１９Ａのパスバンド幅に対応したパルス幅
を有している。即ち、レーザ光の掃引スペクトラムの１
つと被測定光の周波数Ｆx が完全に一致して差ビート周
波数Ｆifが０となるゼロビート状態の時点を検出するこ
とはできず、従って、正確なゼロビート時点での繰り返
し周波数Ｆ02を決定することはできない。更に、ゼロビ
ートを検出してから繰り返し周波数Ｆ01，Ｆ02の測定を
それぞれ開始するまでに被測定光の周波数Ｆx が変動す
る。そこで以下に請求項２の発明による実施例を図４を
参照して説明するように、周波数掃引停止時点を意図的
にゼロビート時点からずらし、掃引停止時点での差ビー
ト周波数Ｆifを測定することにより高精度で被測定光周
波数Ｆx を決定することができる。
【００１６】即ち、図４に図１と対応する部分に同一符
号を付けて示すように、この実施例ではローパスフィル
タ１７の出力差ビート信号のビート周波数Ｆifを測定す
る周波数測定器１８が設けられ、周波数掃引制御回路１
４はゼロビートカウンタ１９Ｃがゼロビートを所定回数
ｎ計数した時点から更にレーザ光スペクトラム間隔Ｆ 0
の半分に対応した光パルス繰り返し周波数幅Ｆ0 ／２
（Ｎ−ｎ）より小さいΔＦだけ掃引を追加して停止す
る。即ち、掃引停止時の差ビート周波数Ｆifがスペクト
ラム間隔の半分、Ｆ0 ／２、より小さくなるようにΔＦ
を選ぶ。なお、繰り返し周波数Ｆ0 はほぼＦ00からＦ03
まで掃引されるが、その掃引幅は繰り返し周波数Ｆ00，
Ｆ03に比べて十分小さいのでＦ0 はその繰り返し周波数
掃引領域内の任意の値に選ぶことができる。また一般に
Ｎ≫ｎが成立するのでΔＦはＦ0 ／２Ｎより小さく選べ
ばよい。その結果、レーザ光のスペクトラムも図３Ｂ中
に破線で示すように差周波数Ｆifだけシフトし、そのシ
フト量Ｆifは差ビート周波数としてローパスフィルタ１
７の出力信号周波数を測定することにより得ることがで
きる。
号を付けて示すように、この実施例ではローパスフィル
タ１７の出力差ビート信号のビート周波数Ｆifを測定す
る周波数測定器１８が設けられ、周波数掃引制御回路１
４はゼロビートカウンタ１９Ｃがゼロビートを所定回数
ｎ計数した時点から更にレーザ光スペクトラム間隔Ｆ 0
の半分に対応した光パルス繰り返し周波数幅Ｆ0 ／２
（Ｎ−ｎ）より小さいΔＦだけ掃引を追加して停止す
る。即ち、掃引停止時の差ビート周波数Ｆifがスペクト
ラム間隔の半分、Ｆ0 ／２、より小さくなるようにΔＦ
を選ぶ。なお、繰り返し周波数Ｆ0 はほぼＦ00からＦ03
まで掃引されるが、その掃引幅は繰り返し周波数Ｆ00，
Ｆ03に比べて十分小さいのでＦ0 はその繰り返し周波数
掃引領域内の任意の値に選ぶことができる。また一般に
Ｎ≫ｎが成立するのでΔＦはＦ0 ／２Ｎより小さく選べ
ばよい。その結果、レーザ光のスペクトラムも図３Ｂ中
に破線で示すように差周波数Ｆifだけシフトし、そのシ
フト量Ｆifは差ビート周波数としてローパスフィルタ１
７の出力信号周波数を測定することにより得ることがで
きる。
【００１７】図３Ｂから明らかなように被測定光周波数
Ｆx は次式 Ｆx ＝（Ｎ−ｎ）Ｆ03−Ｆif …（４） で与えられる。繰り返し周波数Ｆ02（ゼロビート状態）
からΔＦだけ繰り返し周波数Ｆ0 をずらしたときの繰り
返し周波数Ｆ03を周波数測定器１３で測定し、それと共
にその時のローパスフィルタ１７の出力信号周波数であ
る差ビート周波数Ｆifを周波数測定器１８で測定する。
これらの測定値と式（３）で求めたＮとを式（４）に代
入して被測定光周波数Ｆx を計算することができる。式
（４）の計算にはゼロビートを検出してから測定する周
波数Ｆ01，Ｆ02の値は使用しないので高い精度でＦx の
値を決定することができる。
Ｆx は次式 Ｆx ＝（Ｎ−ｎ）Ｆ03−Ｆif …（４） で与えられる。繰り返し周波数Ｆ02（ゼロビート状態）
からΔＦだけ繰り返し周波数Ｆ0 をずらしたときの繰り
返し周波数Ｆ03を周波数測定器１３で測定し、それと共
にその時のローパスフィルタ１７の出力信号周波数であ
る差ビート周波数Ｆifを周波数測定器１８で測定する。
これらの測定値と式（３）で求めたＮとを式（４）に代
入して被測定光周波数Ｆx を計算することができる。式
（４）の計算にはゼロビートを検出してから測定する周
波数Ｆ01，Ｆ02の値は使用しないので高い精度でＦx の
値を決定することができる。
【００１８】上述のΔＦの値をＦ0 ／２Ｎより小さく選
ぶ理由を以下に簡単に説明する。ΔＦとＦifの関係は次
式（５）であらわされる。 Ｆif＝（Ｆ03−Ｆ02）×（Ｎ−ｎ）＝ΔＦ（Ｎ−ｎ） …（５） 図３Ｂに示すように被測定光Ｐx の周波数Ｆx が破線で
示すスペクトラムＳn とＳn+1 との間にあるとすると、
同じ差ビート周波数Ｆifの値が得られる場合としては周
波数Ｆx と破線スペクトラムＳn の周波数Ｆ03（Ｎ−
ｎ）の差と、周波数Ｆx と破線スペクトラムＳn+1 の周
波数Ｆ03（Ｎ−ｎ−１）との差の２つの場合が可能であ
り、後者の場合は計数値ｎとスペクトラムＳn+1 が対応
しないので誤った測定が行われることになる。従って、
差ビート周波数Ｆifが周波数掃引停止直前に検出したゼ
ロビートの原因となった実線のスペクトラムＳn がシフ
トした同じ次数の破線のスペクトラムＳn との差周波数
Ｆifのみを抽出する必要がある。そのためにゼロビート
回数ｎを計数してから周波数ＦifがＦ02／２を越えない
範囲で掃引を停止する必要がある。従ってΔＦはΔＦ＜
Ｆ02／２（Ｎ−ｎ）を満足する任意の値に選べばよい。
次式 Ｆ02／２（Ｎ−ｎ）＞Ｆ02／２Ｎ＞Ｆ00／２Ｎ が成立するので、ΔＦはＦ00／２Ｎより小さい値に選べ
ば十分であり、前述のようにＮを２×１０4 、ｎを１０
０程度に選べば、Ｆ0 を掃引領域内の任意の値に選び、
かつΔＦはＦ0 ／２Ｎより小となるように選べばよい。
更に好ましくは、被測定光の周波数Ｆx の変動が最大に
許容できるようにするためΔＦを次式 ΔＦ＝Ｆ02／４（Ｎ−ｎ）≒Ｆ0 ／４Ｎ …（６） のように選ぶ。この場合もＮとｎを上述のように選べば
掃引領域内の任意に決めた周波数Ｆ0 に対しΔＦをＦ0
／４Ｎに選ぶことができる。
ぶ理由を以下に簡単に説明する。ΔＦとＦifの関係は次
式（５）であらわされる。 Ｆif＝（Ｆ03−Ｆ02）×（Ｎ−ｎ）＝ΔＦ（Ｎ−ｎ） …（５） 図３Ｂに示すように被測定光Ｐx の周波数Ｆx が破線で
示すスペクトラムＳn とＳn+1 との間にあるとすると、
同じ差ビート周波数Ｆifの値が得られる場合としては周
波数Ｆx と破線スペクトラムＳn の周波数Ｆ03（Ｎ−
ｎ）の差と、周波数Ｆx と破線スペクトラムＳn+1 の周
波数Ｆ03（Ｎ−ｎ−１）との差の２つの場合が可能であ
り、後者の場合は計数値ｎとスペクトラムＳn+1 が対応
しないので誤った測定が行われることになる。従って、
差ビート周波数Ｆifが周波数掃引停止直前に検出したゼ
ロビートの原因となった実線のスペクトラムＳn がシフ
トした同じ次数の破線のスペクトラムＳn との差周波数
Ｆifのみを抽出する必要がある。そのためにゼロビート
回数ｎを計数してから周波数ＦifがＦ02／２を越えない
範囲で掃引を停止する必要がある。従ってΔＦはΔＦ＜
Ｆ02／２（Ｎ−ｎ）を満足する任意の値に選べばよい。
次式 Ｆ02／２（Ｎ−ｎ）＞Ｆ02／２Ｎ＞Ｆ00／２Ｎ が成立するので、ΔＦはＦ00／２Ｎより小さい値に選べ
ば十分であり、前述のようにＮを２×１０4 、ｎを１０
０程度に選べば、Ｆ0 を掃引領域内の任意の値に選び、
かつΔＦはＦ0 ／２Ｎより小となるように選べばよい。
更に好ましくは、被測定光の周波数Ｆx の変動が最大に
許容できるようにするためΔＦを次式 ΔＦ＝Ｆ02／４（Ｎ−ｎ）≒Ｆ0 ／４Ｎ …（６） のように選ぶ。この場合もＮとｎを上述のように選べば
掃引領域内の任意に決めた周波数Ｆ0 に対しΔＦをＦ0
／４Ｎに選ぶことができる。
【００１９】上述の周波数ΔＦの追加の掃引を行う実施
例においては、ゼロビート回数がｎとなった時に周波数
掃引を停止して繰り返し周波数Ｆ02を測定し、その後周
波数掃引をΔＦだけ追加したが、ゼロビート回数がｎと
なっても掃引を停止せずそのままΔＦだけ追加の掃引を
続けてから停止するようにしてもよい。その場合は周波
数Ｆ02の測定を行わず、Ｎを式（１）と（４）から得ら
れる次式 Ｎ＝［（Ｆif＋ｎＦ03）／（Ｆ03−Ｆ01）］ …（７） によって決定し、そのＮと、Ｆif及びＦ03の値を式
（４）に代入して周波数Ｆx を計算する。
例においては、ゼロビート回数がｎとなった時に周波数
掃引を停止して繰り返し周波数Ｆ02を測定し、その後周
波数掃引をΔＦだけ追加したが、ゼロビート回数がｎと
なっても掃引を停止せずそのままΔＦだけ追加の掃引を
続けてから停止するようにしてもよい。その場合は周波
数Ｆ02の測定を行わず、Ｎを式（１）と（４）から得ら
れる次式 Ｎ＝［（Ｆif＋ｎＦ03）／（Ｆ03−Ｆ01）］ …（７） によって決定し、そのＮと、Ｆif及びＦ03の値を式
（４）に代入して周波数Ｆx を計算する。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば機械
的可動部がないから光周波数を高精度に測定することが
できる。つまり従来の技術でマイケルソン干渉計を使っ
た波長計では精度が１０-6程度であったが、この発明に
よれば１０-10 〜１０-11 程度の測定精度を得ることが
できる。
的可動部がないから光周波数を高精度に測定することが
できる。つまり従来の技術でマイケルソン干渉計を使っ
た波長計では精度が１０-6程度であったが、この発明に
よれば１０-10 〜１０-11 程度の測定精度を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。
【図２】ＡはＣＰＭレーザダイオードから放射された光
パルスの例を示す図、Ｂはその光パルスのスペクトラム
を示す図、Ｃは繰り返し周波数掃引とゼロビート検出と
の説明図である。
パルスの例を示す図、Ｂはその光パルスのスペクトラム
を示す図、Ｃは繰り返し周波数掃引とゼロビート検出と
の説明図である。
【図３】Ａは周波数掃引前のレーザ光スペクトラムと被
測定光周波数との関係を示す図、Ｂは周波数掃引後のレ
ーザ光スペクトラムと被測定光周波数との関係を示す図
である。
測定光周波数との関係を示す図、Ｂは周波数掃引後のレ
ーザ光スペクトラムと被測定光周波数との関係を示す図
である。
【図４】請求項２の発明の実施例を示すブロック図。
Claims (2)
- 【請求項１】 光導波路の長さで定まる共振周波数でモ
ードロックしたレーザ光パルスを発生し、その光パルス
の繰り返し周波数を変化させる周波数制御手段を有する
ＣＰＭレーザダイオードよりなる光パルス発振手段と、 上記周波数制御手段にランプ信号を与えて、上記光パル
スの繰り返し周波数を掃引させ、かつそのレーザ光パル
スのスペクトラム周波数を掃引させる周波数掃引制御手
段と、 上記光パルス発振手段より出射した上記レーザ光パルス
と被測定光とを合波する合波手段と、 その合波手段により合波された光を電気信号に変換する
光−電気変換手段と、 上記光パルスのスペクトラム周波数の掃引にもとづき、
上記被測定光の周波数と上記光パルスのスペクトラム周
波数との差ビートを上記電気信号から検出し、その差ビ
ートがゼロビートとになる回数を計数し、その計数値が
所定値ｎに達すると上記周波数掃引制御手段による周波
数掃引を停止させるゼロビート計数手段と、 上記光−電気変換手段の出力から上記光パルスの繰り返
し周波数成分を取出すバンドパスフィルタを含み、その
バンドパスフィルタの出力から、上記周波数掃引の開始
時と、停止時との上記光パルスの各繰り返し周波数
Ｆ 01 、Ｆ 02 をそれぞれ計測する周波数測定手段と、 その周波数測定手段で計測した周波数掃引開始時と停止
時との各光パルス繰り返し周波数Ｆ 01 、Ｆ 02 と、上記所
定値ｎとを用いて上記被測定光の周波数を算出する演算
手段と、 を具備する光周波数測定装置。 - 【請求項２】 光導波路の長さで定まる共振周波数でモ
ードロックしたレーザ光パルスを発生し、その光パルス
の繰り返し周波数を変化させる周波数制御手段を有する
ＣＰＭレーザダイオードよりなる光パルス発振手段と、 上記周波数制御手段にランプ信号を与えて、上記光パル
スの繰り返し周波数を掃引させ、かつそのレーザ光パル
スのスペクトラム周波数を掃引させる周波数掃引制御手
段と、 上記光パルス発振手段より出射した上記レーザ光パルス
と被測定光とを合波する合波手段と、 その合波手段により合波された光を電気信号に変換する
光−電気変換手段と、 上記光パルスのスペクトラム周波数の掃引にもとづき、
上記被測定光の周波数と上記光パルスのスペクトラム周
波数との差ビートを上記電気信号から検出し、その差ビ
ートがゼロビートとになる回数を計数し、その計数値が
所定値ｎに達すると上記周波数掃引制御手段による周波
数掃引を停止させるゼロビート計数手段と、 上記光−電気変換手段の出力から上記光パルスの繰り返
し周波数成分を取出すバンドパスフィルタを含み、その
バンドパスフィルタの出力から、上記周波数掃引の開始
時と、停止時との上記光パルスの各繰り返し周波数
Ｆ 01 、Ｆ 02 をそれぞれ計測する周波数測定手段と、 上記光−電気変換手段の出力から上記差ビートの成分を
抽出するローパスフィルタと、 そ のローパスフィルタから抽出された差ビート成分の周
波数Ｆ if を測定するビート周波数測定手段とを備え、 上 記周波数掃引制御手段は上記ゼロビート計数手段が上
記ゼロビートを上記所定値ｎを計数してから更に予め決
めた周波数だけ周波数掃引を追加して停止し、上記演算
手段は上記所定値ｎと、上記周波数掃引開始時の上記光
パルス繰り返し周波数Ｆ 01 と、上記追加の周波数掃引終
了時の上記光パルス繰り返し周波数Ｆ 03 と、上記追加の
周波数掃引終了時の上記差ビート成分周波数Ｆ if とから
上記被測定光の周波数を算出するように構成されている
ことを特徴とする光周波数測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01101792A JP3292306B2 (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 光周波数測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01101792A JP3292306B2 (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 光周波数測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203501A JPH05203501A (ja) | 1993-08-10 |
| JP3292306B2 true JP3292306B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=11766345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01101792A Expired - Fee Related JP3292306B2 (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 光周波数測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3292306B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010204006A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Anritsu Corp | 光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法 |
| JP5429763B2 (ja) * | 2013-05-22 | 2014-02-26 | アンリツ株式会社 | 光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法 |
-
1992
- 1992-01-24 JP JP01101792A patent/JP3292306B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05203501A (ja) | 1993-08-10 |
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