JP4861663B2 - 測定装置、方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物のテラヘルツ領域の伝達特性の測定に関する。

従来より、被測定物のテラヘルツ領域の伝達特性を測定することが知られている。

例えば、特許文献１の図１を参照して、強度変調されたテラヘルツ光を用いて、被測定物の伝達特性を得る装置が知られている。被測定物には、キャリア周波数（f₂−f₁）および側帯周波数（f₂−f₁±f_IF）を有するテラヘルツ光を入射することになる。これにより、被測定物に入射されるテラヘルツ光の実効的なスペクトル幅（以下、「入射スペクトル幅」という）が変調周波数f_IFの2倍（2×f_IF）に広がる。

国際公開第０３／００５００２号パンフレット

しかしながら、上記のような従来技術によれば、被測定物の伝達特性の周波数分解能が低くなる。入射スペクトル幅が広いほど被測定物の伝達特性の測定の際の周波数分解能が低くなるからである。

そこで、変調周波数f_IFを低くして周波数分解能を高くしようとすると、被測定物の群遅延時間の測定精度（群遅延分解能）が低くなってしまう。

このように、上記のような従来技術によれば、周波数分解能および群遅延分解能を両方とも良くすることができない。

そこで、本発明は、被測定物の伝達特性の測定の際の周波数分解能を高くすることを課題とする。

本発明にかかる測定装置は、入射光を生成する入射光生成手段と、前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する参照光生成手段と、前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と、前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する光検出信号出力手段と、前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段とを備えるように構成される。

上記のように構成された測定装置によれば、入射光生成手段は、入射光を生成する。参照光生成手段は、前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する。光検出信号出力手段は、前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と、前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する。特性測定手段は、前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する。

また、本発明にかかる測定装置は、前記応答光は、前記入射光が前記被測定物を透過した光であるようにしてもよい。

また、本発明にかかる測定装置は、前記応答光は、前記入射光が前記被測定物により反射された光であるようにしてもよい。

また、本発明にかかる測定装置は、前記差分周波数を有する差分周波数信号を出力する差分周波数信号出力手段を備え、前記入射光生成手段が、波長可変光を生成する波長可変光源と、波長固定光を生成する波長固定光源と、前記波長可変光および前記波長固定光を合波する第一合波手段と、前記第一合波手段の出力を受けて、前記波長可変光の光周波数と前記波長固定光の光周波数との差の光周波数を有する前記入射光を出力する第一光出力手段と、を有し、前記参照光生成手段が、前記波長可変光源と、前記波長固定光源と、前記差分周波数信号および前記波長固定光を受けて、前記波長固定光の光周波数を前記差分周波数だけ変換させる光周波数変換手段と、前記波長可変光および前記光周波数変換手段の出力を合波する第二合波手段と、前記第二合波手段の出力を受けて前記参照光を出力する第二光出力手段とを有するようにしてもよい。

また、本発明にかかる測定装置は、前記特性測定手段が、前記差分周波数信号および前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定するようにしてもよい。

また、本発明にかかる測定装置は、前記入射光および前記参照光を合波する基準合波手段と、前記基準合波手段の出力を受けて前記差分周波数を有する基準信号を出力する基準信号出力手段と、を備え、前記特性測定手段が、前記基準信号および前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定するようにしてもよい。

本発明は、入射光を生成する入射光生成工程と、前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する参照光生成工程と、前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と、前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する光検出信号出力工程と、前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程とを備えた測定方法である。

本発明は、入射光を生成する入射光生成手段と、前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する参照光生成手段と、前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する光検出信号出力手段とを有する測定装置における処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明は、入射光を生成する入射光生成手段と、前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する参照光生成手段と、前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する光検出信号出力手段とを有する測定装置における処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、第一の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第一の実施形態にかかる測定装置１は、光ファイバ（被測定物）２の伝達特性（例えば、振幅特性および位相特性）を測定するための装置である。測定装置１は、波長可変光源１２、分波器１４、第一合波器１６、第一テラヘルツ光発生器（第一光出力手段）１８、波長固定光源２２、分波器２４、光周波数変換器２５、第二合波器２６、第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８、差分周波数信号源３０、第三合波器４２、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４、ネットワークアナライザ（特性測定手段）５０を備える。

波長可変光源１２は、波長可変光を生成する。波長可変光は、光周波数f₁のCW（連続波：Continuous Wave）光である。波長可変光の光周波数f₁は、f₂+Δf_lowからf₂+Δf_highまで変化する。

分波器１４は、波長可変光源１２から波長可変光を受け、波長可変光を分けて、第一合波器１６および第二合波器２６に出力する。

波長固定光源２２は、波長固定光を生成する。波長固定光は、光周波数f₂のCW光である。波長固定光の光周波数f₂は一定である。

分波器２４は、波長固定光源２２から波長固定光を受け、波長固定光を分けて、第一合波器１６および光周波数変換器２５に出力する。

差分周波数信号源３０は、差分周波数f_IFを有する差分周波数信号を出力する。

光周波数変換器２５は、差分周波数信号源３０から差分周波数信号を受け、さらに波長固定光源２２から波長固定光を受ける。そして、光周波数変換器２５は、波長固定光の光周波数f₂を差分周波数f_IFだけ変換させて出力する。光周波数変換器２５の出力の光周波数は、f₂＋f_IFまたはf₂−f_IFが考えられるが、本実施形態においては、光周波数変換器２５の出力の光周波数をf₂＋f_IFとする。光周波数変換器２５の出力する光は、第二合波器２６に与えられる。

第一合波器１６は、分波器１４から波長可変光を受け、さらに、分波器２４から波長固定光を受ける。そして、第一合波器１６は、波長可変光および波長固定光を合波する。

第一テラヘルツ光発生器（第一光出力手段）１８は、第一合波器１６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と波長固定光の光周波数f₂との差の光周波数f₁−f₂を有する入射光を出力する。

第一テラヘルツ光発生器１８は、例えば、低温成長ガリウム砒素より成る光伝導膜上に、平行伝送線路を形成することにより構成できる。また、入射光はテラヘルツ光（光周波数が0.1THz〜10THzの光）である。

入射光は、光ファイバ（被測定物）２の一端に入射される。入射光は、光ファイバ２を透過し、光ファイバ２の他端から出射される。このように、入射光を光ファイバ２に入射した結果、光ファイバ２から得られた光を応答光という。第一の実施形態においては、応答光は、入射光が光ファイバ２を透過した光である。

第二合波器２６は、分波器１４から波長可変光を受け、さらに、光周波数変換器２５の出力する光を受ける。そして、第二合波器２６は、波長可変光および光周波数変換器２５の出力する光を合波する。

第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８は、第二合波器２６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と、光周波数変換器２５の出力する光の光周波数f₂＋f_IFとの差の光周波数f₁−f₂−f_IFを有する光を出力する。第二テラヘルツ光発生器２８は、例えば、低温成長ガリウム砒素より成る光伝導膜上に、平行伝送線路を形成することにより構成できる。第二テラヘルツ光発生器２８の出力する光を参照光という。参照光の光周波数はf₁−f₂−f_IFであり、入射光の光周波数f₁−f₂との差が一定の差分周波数f_IFである。また、参照光はテラヘルツ光（光周波数が0.1THz〜10THzの光）である。

なお、波長可変光源１２、分波器１４、第一合波器１６、第一テラヘルツ光発生器１８、波長固定光源２２および分波器２４は、入射光を生成する入射光生成手段に相当する。また、波長可変光源１２、分波器１４、波長固定光源２２、分波器２４、光周波数変換器２５、第二合波器２６および第二テラヘルツ光発生器２８は、参照光を生成する参照光生成手段に相当する。

第三合波器４２は、光ファイバ２から応答光を受ける。さらに、第三合波器４２は、第二テラヘルツ光発生器２８から参照光を受ける。そして、第三合波器４２は、応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４に与える。

テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４は、第三合波器４２の出力を受け、応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号を出力する。すなわち、テラヘルツ光検出器４４は、応答光と参照光とに基づき光検出信号を出力する。なお、テラヘルツ光検出器４４は、第一テラヘルツ光発生器１８および第二テラヘルツ光発生器２８と同様な構成をとることができる。

ネットワークアナライザ（特性測定手段）５０は、テラヘルツ光検出器４４から光検出信号を受ける。さらに、ネットワークアナライザ５０は、差分周波数信号源３０から差分周波数f_IFを有する差分周波数信号を受ける。ネットワークアナライザ５０は、光検出信号および差分周波数信号に基づき、光ファイバ２の特性を測定する。例えば、ネットワークアナライザ５０は、光ファイバ２の伝達特性（例えば、振幅特性および位相特性）を測定する。

ネットワークアナライザ５０は、振幅・位相比較器５２、データ処理部５４を有する。振幅・位相比較器５２は、光検出信号の振幅および差分周波数信号の振幅を比較する。例えば、光検出信号の振幅を、差分周波数信号の振幅で割る。しかも、振幅・位相比較器５２は、光検出信号の位相および差分周波数信号の位相を比較する。例えば、光検出信号の位相から、差分周波数信号の位相を減じる。

データ処理部５４は、振幅・位相比較器５２の結果に基づき、光ファイバ２の伝達特性を導出する。光周波数f₁−f₂の入射光（テラヘルツ光）が光ファイバ２を透過した応答光の振幅および位相が測定できる。また、波長可変光の光周波数f₁は、f₂+Δf_lowからf₂+Δf_highまで変化する。よって、入射光の光周波数がΔf_lowからΔf_highまでの範囲内おける光ファイバ２の振幅特性および位相特性が測定される。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

まず、波長可変光源１２が波長可変光（光周波数f₁）を、波長固定光源２２が波長固定光（光周波数f₂）を生成する。ただし、光周波数f₁は、f₂+Δf_lowからf₂+Δf_highまで変化する。

そして、分波器１４が、波長可変光源１２から波長可変光を受け、波長可変光を分けて、第一合波器１６および第二合波器２６に出力する。また、分波器２４が、波長固定光源２２から波長固定光を受け、波長固定光を分けて、第一合波器１６および光周波数変換器２５に出力する。なお、光周波数変換器２５には、差分周波数信号源３０から差分周波数f_IFを有する差分周波数信号も与えられる。

第一合波器１６が、波長可変光および波長固定光を合波する。第一テラヘルツ光発生器１８が、第一合波器１６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と波長固定光の光周波数f₂との差の光周波数f₁−f₂を有する入射光を出力する。

入射光は、光ファイバ２の一端に入射される。入射光は、光ファイバ２を透過し、光ファイバ２の他端から応答光として出射される。応答光は、第三合波器４２に与えられる。

光周波数変換器２５は、波長固定光の光周波数f₂を差分周波数f_IFだけ変換させて出力する。光周波数変換器２５の出力する光（光周波数f₂＋f_IF）は、第二合波器２６に与えられる。

第二合波器２６は、波長可変光および光周波数変換器２５の出力する光を合波する。第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８は、第二合波器２６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と、光周波数変換器２５の出力する光の光周波数f₂＋f_IFとの差の光周波数f₁−f₂−f_IFを有する参照光を出力する。参照光は、第三合波器４２に与えられる。

第三合波器４２は、応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４に与える。テラヘルツ光検出器４４は、第三合波器４２の出力を受け、応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号を出力する。

ネットワークアナライザ５０は、光検出信号および差分周波数信号を受け、光ファイバ２の特性を測定する。具体的には、振幅・位相比較器５２が、光検出信号の振幅（位相）および差分周波数信号の振幅（位相）を比較する。その比較結果に基づき、データ処理部５４がデータ処理を行い、入射光の光周波数がΔf_lowからΔf_highまでの範囲内おける光ファイバ２の振幅特性および位相特性を測定する。

第一の実施形態によれば、光ファイバ２に入射される入射光（テラヘルツ光）のスペクトルは、キャリア周波数（f₂−f₁）を含むものの、側帯周波数（f₂−f₁±f_IF）を含まない。よって、入射光の実効的なスペクトル幅を狭くすることができる。これにより、光ファイバ２の伝達特性の測定の際の周波数分解能が高くなる。なお、周波数分解能は、波長可変光源１２および波長固定光源２２の光周波数安定度で定まる高い値となる。

しかも、第一の実施形態によれば、光ファイバ２から得られた応答光を直接検波するのではなく、テラヘルツ光検出器４４によりヘテロダイン検波するため、ダイナミックレンジの高い、高感度測定が可能となる。

さらに、第一の実施形態によれば、入射光および参照光は、波長可変光源１２および波長固定光源２２により生成される。ここで、波長可変光の光周波数f₁と、波長固定光の光周波数f₂とが不安定であり、それぞれf₁’とf₂’とに変化してしまったとする。しかし、テラヘルツ光検出器４４が出力する光検出信号の周波数は差分周波数f_IFであることにかわりはない。これにより、波長可変光の光周波数f₁と波長固定光の光周波数f₂とが不安定であっても、テラヘルツ光検出器４４によるヘテロダイン検波によって不安定さが相殺されるため、安定した測定が可能となる。

第二の実施形態
第二の実施形態は、応答光が光ファイバ２による反射光である点が第一の実施形態と異なる。

図２は、第二の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第二の実施形態にかかる測定装置１は、波長可変光源１２、分波器１４、第一合波器１６、第一テラヘルツ光発生器（第一光出力手段）１８、波長固定光源２２、分波器２４、光周波数変換器２５、第二合波器２６、第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８、差分周波数信号源３０、結合器４１、第三合波器４２、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４、ネットワークアナライザ（特性測定手段）５０を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

結合器４１は、第一テラヘルツ光発生器１８、光ファイバ２および第三合波器４２に接続されている。結合器４１は、第一テラヘルツ光発生器１８が出力する入射光を光ファイバ２の一端に与える。さらに、結合器４１は、光ファイバ２により反射されて、光ファイバ２の一端に戻ってきた光を第三合波器４２に与える。

なお、結合器４１以外は第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。ただし、第一テラヘルツ光発生器１８の出力する入射光は、結合器４１を介して、光ファイバ２の一端に入射される。応答光は、入射光が光ファイバ２により反射された光である。第三合波器４２は、光ファイバ２から、結合器４１を介して、応答光を受ける。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

まず、波長可変光源１２が波長可変光（光周波数f₁）を、波長固定光源２２が波長固定光（光周波数f₂）を生成する。ただし、光周波数f₁は、f₂+Δf_lowからf₂+Δf_highまで変化する。

そして、分波器１４が、波長可変光源１２から波長可変光を受け、波長可変光を分けて、第一合波器１６および第二合波器２６に出力する。また、分波器２４が、波長固定光源２２から波長固定光を受け、波長固定光を分けて、第一合波器１６および光周波数変換器２５に出力する。なお、光周波数変換器２５には、差分周波数信号源３０から差分周波数f_IFを有する差分周波数信号も与えられる。

第一合波器１６が、波長可変光および波長固定光を合波する。第一テラヘルツ光発生器１８が、第一合波器１６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と波長固定光の光周波数f₂との差の光周波数f₁−f₂を有する入射光を出力する。

入射光は、結合器４１を介して、光ファイバ２の一端に入射される。入射光は、光ファイバ２により反射され、光ファイバ２の一端に戻り、光ファイバ２の一端から応答光として出射される。応答光は、結合器４１を介して、第三合波器４２に与えられる。

光周波数変換器２５は、波長固定光の光周波数f₂を差分周波数f_IFだけ変換させて出力する。光周波数変換器２５の出力する光（光周波数f₂＋f_IF）は、第二合波器２６に与えられる。

第二合波器２６は、波長可変光および光周波数変換器２５の出力する光を合波する。第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８は、第二合波器２６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と、光周波数変換器２５の出力する光の光周波数f₂＋f_IFとの差の光周波数f₁−f₂−f_IFを有する参照光を出力する。参照光は、第三合波器４２に与えられる。

第三合波器４２は、応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４に与える。テラヘルツ光検出器４４は、第三合波器４２の出力を受け、応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号を出力する。

ネットワークアナライザ５０は、光検出信号および差分周波数信号を受け、光ファイバ２の特性を測定する。具体的には、振幅・位相比較器５２が、光検出信号の振幅（位相）および差分周波数信号の振幅（位相）を比較する。その比較結果に基づき、データ処理部５４がデータ処理を行い、入射光の光周波数がΔf_lowからΔf_highまでの範囲内おける光ファイバ２の振幅特性および位相特性を測定する。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。しかも、第二の実施形態によれば、光ファイバ２による反射光に基づき、光ファイバ２の伝達特性を測定できる。

第三の実施形態
第三の実施形態は、応答光が光ファイバ２を透過した光および光ファイバ２による反射光である点が第一の実施形態と異なる。

図３は、第三の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第三の実施形態にかかる測定装置１は、波長可変光源１２、分波器１４、第一合波器１６、第一テラヘルツ光発生器（第一光出力手段）１８、波長固定光源２２、分波器２４、光周波数変換器２５、第二合波器２６、第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８、差分周波数信号源３０、結合器４１ａ、分波器４１ｂ、第三合波器４２ａ、第四合波器４２ｂ、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ａ、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ｂ、ネットワークアナライザ（特性測定手段）５０を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

結合器４１ａは、第一テラヘルツ光発生器１８、光ファイバ２および第四合波器４２ｂに接続されている。結合器４１ａは、第一テラヘルツ光発生器１８が出力する入射光を光ファイバ２の一端に与える。さらに、結合器４１は、光ファイバ２により反射されて、光ファイバ２の一端に戻ってきた光を第四合波器４２ｂに与える。

分波器４１ｂは、第二テラヘルツ光発生器２８の出力する参照光を分けて、第三合波器４２ａおよび第四合波器４２ｂに与える。

第三合波器４２ａは、光ファイバ２から第一応答光（光ファイバ２を透過した光）を受ける。さらに、第三合波器４２は、分波器４１ｂから参照光を受ける。そして、第三合波器４２は、第一応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４ａに与える。

第四合波器４２ｂは、光ファイバ２から第二応答光（光ファイバ２により反射された光）を結合器４１ａを介して受ける。さらに、第三合波器４２は、分波器４１ｂから参照光を受ける。そして、第四合波器４２ｂは、第二応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４ｂに与える。

テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ａおよびテラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ｂは、第一の実施形態におけるテラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４と同じものである。

ただし、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ａは、第一応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号をネットワークアナライザ５０に出力する。

一方、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ｂは、第二応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号をネットワークアナライザ５０に出力する。

なお、結合器４１ａ、分波器４１ｂ、第三合波器４２ａ、第四合波器４２ｂ、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ａ、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４ｂ以外は、第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。ただし、応答光は、入射光が光ファイバ２を透過した光（第一応答光）および光ファイバ２により反射された光（第二応答光）である。

次に、第三の実施形態の動作を説明する。

まず、波長可変光源１２が波長可変光（光周波数f₁）を、波長固定光源２２が波長固定光（光周波数f₂）を生成する。ただし、光周波数f₁は、f₂+Δf_lowからf₂+Δf_highまで変化する。

そして、分波器１４が、波長可変光源１２から波長可変光を受け、波長可変光を分けて、第一合波器１６および第二合波器２６に出力する。また、分波器２４が、波長固定光源２２から波長固定光を受け、波長固定光を分けて、第一合波器１６および光周波数変換器２５に出力する。なお、光周波数変換器２５には、差分周波数信号源３０から差分周波数f_IFを有する差分周波数信号も与えられる。

第一合波器１６が、波長可変光および波長固定光を合波する。第一テラヘルツ光発生器１８が、第一合波器１６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と波長固定光の光周波数f₂との差の光周波数f₁−f₂を有する入射光を出力する。

入射光は、結合器４１ａを介して、光ファイバ２の一端に入射される。入射光は、光ファイバ２を透過して、光ファイバ２の他端から応答光として出射される。第一応答光（光ファイバ２を透過した光）は、第三合波器４２ａに与えられる。

しかも、入射光は、光ファイバ２により反射され、光ファイバ２の一端に戻り、光ファイバ２の一端から第二応答光（光ファイバ２により反射された光）として出射される。第二応答光は、結合器４１ａを介して、第四合波器４２ｂに与えられる。

光周波数変換器２５は、波長固定光の光周波数f₂を差分周波数f_IFだけ変換させて出力する。光周波数変換器２５の出力する光（光周波数f₂＋f_IF）は、第二合波器２６に与えられる。

第二合波器２６は、波長可変光および光周波数変換器２５の出力する光を合波する。第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８は、第二合波器２６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と、光周波数変換器２５の出力する光の光周波数f₂＋f_IFとの差の光周波数f₁−f₂−f_IFを有する参照光を出力する。参照光は、分波器４１ｂに与えられる。分波器４１ｂは、参照光を分けて、第三合波器４２ａおよび第四合波器４２ｂに与える。

第三合波器４２ａは、第一応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４ａに与える。テラヘルツ光検出器４４ａは、第三合波器４２ａの出力を受け、第一応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号を出力する。

第四合波器４２ｂは、第二応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４ｂに与える。テラヘルツ光検出器４４ｂは、第四合波器４２ｂの出力を受け、第二応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号を出力する。

ネットワークアナライザ５０は、光検出信号および差分周波数信号を受け、光ファイバ２の特性を測定する。具体的には、振幅・位相比較器５２が、光検出信号の振幅（位相）および差分周波数信号の振幅（位相）を比較する。その比較結果に基づき、データ処理部５４がデータ処理を行い、入射光の光周波数がΔf_lowからΔf_highまでの範囲内おける光ファイバ２の振幅特性および位相特性を測定する。

第三の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。しかも、第三の実施形態によれば、光ファイバ２を透過した透過光（第一応答光）および光ファイバ２による反射光（第二応答光）に基づき、光ファイバ２の伝達特性を測定できる。

第四の実施形態
第四の実施形態は、ネットワークアナライザ５０に差分周波数信号を与えるかわりに、入射光および参照光を合波した光をテラヘルツ光検出器４４ｃによりヘテロダイン検波した基準信号を与える点が第一の実施形態と異なる。

図４は、第四の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第四の実施形態にかかる測定装置１は、波長可変光源１２、分波器１４、第一合波器１６、第一テラヘルツ光発生器（第一光出力手段）１８、波長固定光源２２、分波器２４、光周波数変換器２５、第二合波器２６、第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８、差分周波数信号源３０、第三合波器４２、テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）４４、テラヘルツ光検出器（基準信号出力手段）４４ｃ、分波器４６ａ、分波器４６ｂ、基準合波器４６ｃ、ネットワークアナライザ（特性測定手段）５０を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

分波器４６ａは、第一テラヘルツ光発生器１８から入射光を受け、入射光を分けて、光ファイバ２および基準合波器４６ｃに出力する。

分波器４６ｂは、第二テラヘルツ光発生器２８の出力する参照光を分けて、第三合波器４２および基準合波器４６ｃに与える。

なお、第三合波器４２は、応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４に与えることは第一の実施形態と同様である。ただし、参照光を、分波器４６ｂを介して、第二テラヘルツ光発生器２８から受ける。

基準合波器４６ｃは、分波器４６ａから入射光を受ける。さらに、基準合波器４６ｃは、分波器４６ｂから参照光を受ける。そして、基準合波器４６ｃは、入射光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４ｃに与える。

テラヘルツ光検出器（基準信号出力手段）４４ｃは、基準合波器４６ｃの出力を受け、入射光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する基準信号を出力する。

ネットワークアナライザ（特性測定手段）５０は、光検出信号をテラヘルツ光検出器４４から受け、さらに基準信号をテラヘルツ光検出器４４ｃから受けて、光ファイバ２の特性を測定する。ネットワークアナライザ５０は、振幅・位相比較器５２、データ処理部５４を有する。振幅・位相比較器５２は、光検出信号の振幅（位相）および基準信号の振幅（位相）を比較する。データ処理部５４は、振幅・位相比較器５２の結果に基づき、光ファイバ２の伝達特性を導出する。

なお、分波器４６ａ、分波器４６ｂ、基準合波器４６ｃ、テラヘルツ光検出器４４ｃ、ネットワークアナライザ５０以外は、第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

まず、波長可変光源１２が波長可変光（光周波数f₁）を、波長固定光源２２が波長固定光（光周波数f₂）を生成する。ただし、光周波数f₁は、f₂+Δf_lowからf₂+Δf_highまで変化する。

そして、分波器１４が、波長可変光源１２から波長可変光を受け、波長可変光を分けて、第一合波器１６および第二合波器２６に出力する。また、分波器２４が、波長固定光源２２から波長固定光を受け、波長固定光を分けて、第一合波器１６および光周波数変換器２５に出力する。なお、光周波数変換器２５には、差分周波数信号源３０から差分周波数f_IFを有する差分周波数信号も与えられる。

第一合波器１６が、波長可変光および波長固定光を合波する。第一テラヘルツ光発生器１８が、第一合波器１６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と波長固定光の光周波数f₂との差の光周波数f₁−f₂を有する入射光を出力する。

入射光は、分波器４６ａにより分けられて、光ファイバ２および基準合波器４６ｃに与えられる。光ファイバ２に与えられた入射光は、光ファイバ２を透過し、光ファイバ２の他端から応答光として出射される。応答光は、第三合波器４２に与えられる。

光周波数変換器２５は、波長固定光の光周波数f₂を差分周波数f_IFだけ変換させて出力する。光周波数変換器２５の出力する光（光周波数f₂＋f_IF）は、第二合波器２６に与えられる。

第二合波器２６は、波長可変光および光周波数変換器２５の出力する光を合波する。第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）２８は、第二合波器２６の出力を受けて、波長可変光の光周波数f₁と、光周波数変換器２５の出力する光の光周波数f₂＋f_IFとの差の光周波数f₁−f₂−f_IFを有する参照光を出力する。

参照光は、分波器４６ｂにより分けられて、第三合波器４２および基準合波器４６ｃに与えられる。

第三合波器４２は、応答光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４に与える。テラヘルツ光検出器４４は、第三合波器４２の出力を受け、応答光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する光検出信号を出力する。

基準合波器４６ｃは、入射光および参照光を合波してテラヘルツ光検出器４４ｃに与える。テラヘルツ光検出器４４ｃは、基準合波器４６ｃの出力を受け、入射光の光周波数f₁−f₂と、参照光の光周波数f₁−f₂−f_IFとの差の周波数f_IF（すなわち、差分周波数f_IF）を有する基準信号を出力する。

ネットワークアナライザ５０は、光検出信号をテラヘルツ光検出器４４から受け、さらに基準信号をテラヘルツ光検出器４４ｃから受けて、光ファイバ２の特性を測定する。具体的には、振幅・位相比較器５２が、光検出信号の振幅（位相）および基準信号の振幅（位相）を比較する。その比較結果に基づき、データ処理部５４がデータ処理を行い、入射光の光周波数がΔf_lowからΔf_highまでの範囲内おける光ファイバ２の振幅特性および位相特性を測定する。

第四の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。しかも、第四の実施形態によれば、ネットワークアナライザ５０に差分周波数信号を与えるかわりに、入射光および参照光を合波した光をテラヘルツ光検出器４４ｃによりヘテロダイン検波した基準信号を与える。このため、光ファイバ２の伝達特性の不安定性を解消することができる。

なお、第四の実施形態においては、光ファイバ（被測定物）２を透過した光を応答光として、光ファイバ２の特性を測定している。しかし、第二の実施形態のように、光ファイバ２により反射された光を応答光としてもよい。また、第三実施の形態のように、光ファイバ２を透過した光および光ファイバ２により反射された光を応答光としてもよい。

また、上記の実施形態において、ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分（例えば、振幅・位相比較器５２およびデータ処理部５４）を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の実施形態を実現できる。

第一の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。 第二の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。 第三の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。 第四の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 測定装置
２ 光ファイバ（被測定物）
１２ 波長可変光源
１４ 分波器
１６ 第一合波器
１８ 第一テラヘルツ光発生器（第一光出力手段）
２２ 波長固定光源
２４ 分波器
２５ 光周波数変換器
２６ 第二合波器
２８ 第二テラヘルツ光発生器（第二光出力手段）
３０ 差分周波数信号源
４１ 結合器
４１ａ 結合器
４１ｂ 分波器
４２ 第三合波器
４２ａ 第三合波器
４２ｂ 第四合波器
４４ テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）
４４ａ テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）
４４ｂ テラヘルツ光検出器（光検出信号出力手段）
４４ｃ テラヘルツ光検出器（基準信号出力手段）
４６ａ 分波器
４６ｂ 分波器
４６ｃ 基準合波器
５０ ネットワークアナライザ（特性測定手段）
５２ 振幅・位相比較器
５４ データ処理部

Claims (6)

1. 入射光を生成する入射光生成手段と、
   前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する参照光生成手段と、
   前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と、前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する光検出信号出力手段と、
   前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段と、
   を備えた測定装置であって、
   前記測定装置が、さらに、前記差分周波数を有する差分周波数信号を出力する差分周波数信号出力手段を備え、
   前記入射光生成手段が、
   波長可変光を生成する波長可変光源と、
   波長固定光を生成する波長固定光源と、
   前記波長可変光および前記波長固定光を合波する第一合波手段と、
   前記第一合波手段の出力を受けて、前記波長可変光の光周波数と前記波長固定光の光周波数との差の光周波数を有する前記入射光を出力する第一光出力手段と、
   を有し、
   前記参照光生成手段が、
   前記波長可変光源と、
   前記波長固定光源と、
   前記差分周波数信号および前記波長固定光を受けて、前記波長固定光の光周波数を前記差分周波数だけ変換させる光周波数変換手段と、
   前記波長可変光および前記光周波数変換手段の出力を合波する第二合波手段と、
   前記第二合波手段の出力を受けて前記参照光を出力する第二光出力手段と、
   を有する、
   測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記応答光は、前記入射光が前記被測定物を透過した光である、
   測定装置。
3. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記応答光は、前記入射光が前記被測定物により反射された光である、
   測定装置。
4. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記特性測定手段が、前記差分周波数信号および前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する、
   測定装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の測定装置であって、
   前記入射光および前記参照光を合波する基準合波手段と、
   前記基準合波手段の出力を受けて前記差分周波数を有する基準信号を出力する基準信号出力手段と、
   を備え、
   前記特性測定手段が、前記基準信号および前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する、
   測定装置。
6. 入射光を生成する入射光生成工程と、
   前記入射光の光周波数との差が一定の差分周波数である光周波数を有する参照光を生成する参照光生成工程と、
   前記入射光を被測定物に入射して得られた応答光と、前記参照光とに基づき、前記差分周波数を有する光検出信号を出力する光検出信号出力工程と、
   前記光検出信号を受けて、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程と、
   を備えた測定方法であって、
   前記測定方法が、さらに、前記差分周波数を有する差分周波数信号を出力する差分周波数信号出力工程を備え、
   前記入射光生成工程が、
   波長可変光源により波長可変光を生成する工程と、
   波長固定光源により波長固定光を生成する工程と、
   前記波長可変光および前記波長固定光を合波する第一合波工程と、
   前記第一合波工程の出力を受けて、前記波長可変光の光周波数と前記波長固定光の光周波数との差の光周波数を有する前記入射光を出力する第一光出力工程と、
   を有し、
   前記参照光生成工程が、
   前記波長可変光源により波長可変光を生成する工程と、
   前記波長固定光源により波長固定光を生成する工程と、
   前記差分周波数信号および前記波長固定光を受けて、前記波長固定光の光周波数を前記差分周波数だけ変換させる光周波数変換工程と、
   前記波長可変光および前記光周波数変換工程の出力を合波する第二合波工程と、
   前記第二合波工程の出力を受けて前記参照光を出力する第二光出力工程と、
   を有する、
   測定方法。

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