JP7454183B2 - Spectrometer and spectrometer measurement method - Google Patents
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Description
本開示は、光周波数コムを用いる分光測定器及びその方法に関する。 The present disclosure relates to a spectrometer and method using an optical frequency comb.
2台の光周波数コムの一方をプローブ光、他方をローカル光とし、広帯域かつ高精度な分光測定を行う手法が提案されている(例えば、非特許文献1を参照。)。 A method has been proposed in which one of two optical frequency combs is used as a probe light and the other as a local light to perform broadband and highly accurate spectroscopic measurements (see, for example, Non-Patent Document 1).
2台の光周波数コムを用いて分光測定を行う手法では、光周波数コムが広帯域になるほど、2つの光周波数コムの間での光周波数ゆらぎが小さいことが求められる。なお、光周波数ゆらぎに求められる条件は数1で表される。このため、非特許文献1では、2つの光周波数コムの間での同期を行うことで広帯域な測定を行っている。このように、2つの光周波数コムの間での同期を行わない非同期の分光測定には、光周波数コムの周波数ゆらぎのため、広帯域な測定が困難であるという課題があった。
そこで、本発明は、前記課題を解決するために、2つの光周波数コムが非同期であっても広帯域な測定ができる分光測定器及び分光測定方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, in order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a spectrometer and a spectrometer measurement method that can perform broadband measurements even when two optical frequency combs are asynchronous.
上記目的を達成するために、本発明に係る分光測定器は、非同期である2つの光周波数コムから一部の帯域を切り出し、その帯域ごとに分光測定を行った測定結果を所定の光周波数にて連結することとした。 In order to achieve the above object, the spectrometer according to the present invention cuts out some bands from two asynchronous optical frequency combs, performs spectroscopic measurements for each band, and converts the measurement results to a predetermined optical frequency. We decided to connect them.
具体的には、本発明に係る分光測定器は、
互いの光コムの繰り返し周波数が異なる2台の光周波数コムと、
それぞれの前記光コムから同じ中心光周波数波長の帯域を切り出し、一方をプローブ光、他方をサンプリング光とするバンドパスフィルタと、
前記サンプリング光と被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第1ビート信号を生成するインパルス応答測定回路と、
連続光を出力する連続光源と、
前記連続光と前記被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第2ビート信号、及び前記連続光と前記サンプリング光との第3ビート信号、を生成する基準周波数測定回路と、
前記バンドパスフィルタに設定する前記中心光周波数を変更すること、
前記インパルス応答測定回路に、前記中心光周波数が異なる前記帯域毎に前記第1ビート信号を生成させること、
前記基準周波数測定回路に、前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域毎に、2つの前記帯域の前記中心光周波数の間にある光周波数の前記連続光での前記第2ビート信号及び前記第3ビート信号を生成させること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第2ビート信号と前記第3ビート信号の複素共役を乗算した乗算信号を計算すること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第1ビート信号と前記乗算信号の複素共役を乗算し、前記第1ビート信号を前記連続光の前記光周波数を原点とする波形に変換すること、及び
ぞれぞれの前記波形を前記原点で連結すること、
を行う制御回路と、
を備える。
Specifically, the spectrometer according to the present invention includes:
Two optical frequency combs whose repetition frequencies are different from each other,
a bandpass filter that cuts out a band with the same center optical frequency wavelength from each of the optical combs, and uses one as a probe light and the other as a sampling light;
an impulse response measurement circuit that generates a first beat signal of the sampling light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured;
a continuous light source that outputs continuous light;
a reference frequency measurement circuit that generates a second beat signal of the continuous light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured, and a third beat signal of the continuous light and the sampling light;
changing the center optical frequency set in the bandpass filter;
causing the impulse response measurement circuit to generate the first beat signal for each of the bands having different center optical frequencies;
The reference frequency measuring circuit is provided with the second beat signal and the third beat signal in the continuous light having an optical frequency between the center optical frequencies of the two bands, for each of the two bands having different center optical frequencies. generating a beat signal;
calculating a multiplication signal obtained by multiplying the complex conjugate of the second beat signal and the third beat signal for each of the two bands having different center optical frequencies;
For each of the two bands having different center optical frequencies, multiply the first beat signal by the complex conjugate of the multiplication signal, and convert the first beat signal into a waveform having the optical frequency of the continuous light as the origin. and connecting each of the waveforms at the origin,
A control circuit that performs
Equipped with.
また、本発明に係る分光測定方法は、
互いの光コムの繰り返し周波数が異なる2台の光周波数コムと、
それぞれの前記光コムから同じ中心光周波数波長の帯域を切り出し、一方をプローブ光、他方をサンプリング光とするバンドパスフィルタと、
前記サンプリング光と被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第1ビート信号を生成するインパルス応答測定回路と、
連続光を出力する連続光源と、
前記連続光と前記被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第2ビート信号、及び前記連続光と前記サンプリング光との第3ビート信号、を生成する基準周波数測定回路と、
を備える分光測定装置が行う分光測定方法であって、
前記バンドパスフィルタに設定する前記中心光周波数を変更すること、
前記インパルス応答測定回路に、前記中心光周波数が異なる前記帯域毎に前記第1ビート信号を生成させること、
前記基準周波数測定回路に、前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域毎に、2つの前記帯域の前記中心光周波数の間にある光周波数の前記連続光での前記第2ビート信号及び前記第3ビート信号を生成させること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第2ビート信号と前記第3ビート信号の複素共役を乗算した乗算信号を計算すること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第1ビート信号と前記乗算信号の複素共役を乗算し、前記第1ビート信号を前記連続光の前記光周波数を原点とする波形に変換すること、及び
ぞれぞれの前記波形を前記原点で連結すること、
を特徴とする。
Furthermore, the spectroscopic measurement method according to the present invention includes:
Two optical frequency combs whose repetition frequencies are different from each other,
a bandpass filter that cuts out a band with the same center optical frequency wavelength from each of the optical combs, and uses one as a probe light and the other as a sampling light;
an impulse response measurement circuit that generates a first beat signal of the sampling light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured;
a continuous light source that outputs continuous light;
a reference frequency measurement circuit that generates a second beat signal of the continuous light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured, and a third beat signal of the continuous light and the sampling light;
A spectroscopic measurement method performed by a spectrometry device comprising:
changing the center optical frequency set in the bandpass filter;
causing the impulse response measurement circuit to generate the first beat signal for each of the bands having different center optical frequencies;
The reference frequency measuring circuit is provided with the second beat signal and the third beat signal in the continuous light having an optical frequency between the center optical frequencies of the two bands, for each of the two bands having different center optical frequencies. generating a beat signal;
calculating a multiplication signal obtained by multiplying the complex conjugate of the second beat signal and the third beat signal for each of the two bands having different center optical frequencies;
For each of the two bands having different center optical frequencies, multiply the first beat signal by the complex conjugate of the multiplication signal, and convert the first beat signal into a waveform having the optical frequency of the continuous light as the origin. and connecting each of the waveforms at the origin,
It is characterized by
本発明に係る分光測定器は、バンドパスフィルタでプローブ光とサンプリング光の帯域を分割し、バンドパスフィルタの中心波長とCW光源波長(基準周波数)を変えて、順次測定を行い、その後、各分割帯域の測定結果を別途算出した光周波数にて連結する。 The spectrometer according to the present invention divides the bands of probe light and sampling light using a bandpass filter, sequentially performs measurements by changing the center wavelength of the bandpass filter and the CW light source wavelength (reference frequency), and then performs measurements for each band. The measurement results of the divided bands are connected using separately calculated optical frequencies.
光周波数コムの帯域を分割して分光測定し、分割帯域における測定結果を連結することで広帯域な測定を実現することができる。そして、帯域を分割することで広帯域に求められる光周波数コムの周波数揺らぎに求められる条件を緩和することができる。つまり、周波数揺らぎを安定させなくても、広帯域な測定を実現することができる。本分光測定器は、光周波数コムの周波数揺らぎの条件を緩和でき、非同期である2台の光周波数コムで広帯域な測定を可能とする。
さらに、本分光測定器は、非同期の光周波数コムを利用できるため、プローブ光とサンプリング光が互いに遠隔に設置されているような状況(例えば光伝送路)でも測定可能である。
Broadband measurement can be achieved by dividing the band of the optical frequency comb, performing spectroscopic measurements, and connecting the measurement results in the divided bands. By dividing the band, it is possible to relax the conditions required for the frequency fluctuation of the optical frequency comb required for a wide band. In other words, wideband measurement can be achieved without stabilizing frequency fluctuations. This spectrometer can ease the frequency fluctuation conditions of the optical frequency comb, and enables broadband measurements with two asynchronous optical frequency combs.
Furthermore, since this spectrometer can utilize an asynchronous optical frequency comb, it can perform measurements even in situations where the probe light and sampling light are installed far from each other (for example, on an optical transmission line).
従って、本発明は、2つの光周波数コムが非同期であっても広帯域な測定ができる分光測定器及び分光測定方法を提供することができる。 Therefore, the present invention can provide a spectrometer and a spectrometer measurement method that can perform broadband measurements even when two optical frequency combs are asynchronous.
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。 Note that the above inventions can be combined as much as possible.
本発明は、2つの光周波数コムが非同期であっても広帯域な測定ができる分光測定器及び分光測定方法を提供することができる。 The present invention can provide a spectrometer and a spectrometer measurement method that can perform broadband measurements even when two optical frequency combs are asynchronous.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. Note that components with the same reference numerals in this specification and the drawings indicate the same components.
図1は、本実施形態の分光測定器301を説明する図である。分光測定器301は、2つの光周波数コムから所定の帯域を切り出し、当該帯域のコムで被測定光ファイバ50の線形光サンプリング測定を行う。そして、分光測定器301は、切り出す帯域を変え、再度線形光サンプリング測定を行う。分光測定器301は、これを任意の回数を繰り返し、得られた測定結果を連結することで広帯域な測定結果を得る。被測定光ファイバ50は、例えば、マルチコア光ファイバであり、各コアへ光コムを配分し、各コアからの光コムを合波するファンインファンアウトも含まれる。
FIG. 1 is a diagram illustrating a
分光測定器301の具体的構成は次のとおりである。分光測定器301は、
互いの光コムの繰り返し周波数が異なる2台の光周波数コム(11-1、11-2)と、
それぞれの前記光コムから同じ中心光周波数の帯域を切り出し、一方をプローブ光、他方をサンプリング光とするバンドパスフィルタ(13-1、13-2)と、
前記サンプリング光と被測定光ファイバ50を通過した前記プローブ光との第1ビート信号を生成するインパルス応答測定回路18と、
連続光を出力する連続光源(20-1、20-2)と、
前記連続光と被測定光ファイバ50を通過した前記プローブ光との第2ビート信号、及び前記連続光と前記サンプリング光との第3ビート信号、を生成する基準周波数測定回路28と、
これらの動作を制御するとともに測定結果の演算を行う制御回路30と、
を備える。
The specific configuration of the
Two optical frequency combs (11-1, 11-2) whose repetition frequencies are different from each other,
bandpass filters (13-1, 13-2) that cut out a band with the same center optical frequency from each of the optical combs, and use one as probe light and the other as sampling light;
an impulse
Continuous light sources (20-1, 20-2) that output continuous light;
a reference
a
Equipped with.
光周波数コム(11-1、11-2)が出力する光コムのスペクトルは同等の波長域Fに広がっているとする。線形光サンプリングとして被測定光ファイバ50のインパルス応答を測定するため、プローブ光とサンプリング光ともにフーリエ変換限界パルス(各縦モードの位相関係がフラット)であることが理想的な条件である。このため、光周波数コム(11-1、11-2)は、パッシブモードロックファイバレーザであることが好ましい。
It is assumed that the spectrum of the optical combs output by the optical frequency combs (11-1, 11-2) is spread over an equivalent wavelength range F. Since the impulse response of the
図1のfrepは、光コムの繰り返し周波数であり、パッシブモードロックファイバレーザの場合、数MHz~数GHz程度である。線形光サンプリングとして等価時間サンプリングを行うため、光周波数コム(11-1、11-2)が出力する光コムは、互いにの繰返し周波数をΔfだけ離調している。つまり、プローブ光を出力する光周波数コム11-1の光コムの繰り返し周波数frepに対し、サンプリング光を出力する光周波数コム11-2の光コムの繰り返し周波数はfrep+Δfとする。なお、frepとΔfとの比率は、Δf/frep=1e-5程度である。
また、光周波数コム(11-1、11-2)は参照周波数にロックしていないため、中心周波数(絶対周波数)は揺らいでいるが、繰り返し周波数frepと繰り返し周波数はfrep+Δfは安定しているものとする。
f rep in FIG. 1 is the repetition frequency of the optical comb, which is approximately several MHz to several GHz in the case of a passive mode-locked fiber laser. Since equivalent time sampling is performed as linear optical sampling, the optical frequency combs (11-1, 11-2) output optical combs whose repetition frequencies are offset from each other by Δf. That is, the repetition frequency f rep of the optical frequency comb 11-1 that outputs the probe light is set to f rep +Δf, whereas the repetition frequency of the optical frequency comb 11-2 that outputs the sampling light is f rep +Δf. Note that the ratio between f rep and Δf is approximately Δf/f rep =1e −5 .
Also, since the optical frequency combs (11-1, 11-2) are not locked to the reference frequency, the center frequency (absolute frequency) fluctuates, but the repetition frequency f rep and the repetition frequency f rep +Δf are stable. It is assumed that
線形光サンプリングでは2つの光周波数コムのスペクトルが重なっている領域しか被測定光ファイバの光周波数特性を測定できない。このため、プローブ光とサンプリング光を切り出すBPF(バンドパスフィルタ)(13-1、13-2)の中心周波数は同じとする。 With linear optical sampling, the optical frequency characteristics of the optical fiber to be measured can only be measured in a region where the spectra of two optical frequency combs overlap. Therefore, the center frequencies of BPFs (band pass filters) (13-1, 13-2) that cut out the probe light and the sampling light are the same.
インパルス応答測定回路18は、光90度ハイブリッド15とアナログデジタル変換器17を有する。基準周波数測定回路28は、光90度ハイブリッド(25-1~25-4)とアナログデジタル変換器17を有する。
The impulse
連続光源(20-1、20-2)は、制御回路30から指示された光周波数の連続光を出力する。図2は、BPF(13-1、13-2)に設定される中心周波数と帯域、連続光の光周波数との関係を説明する図である。
まず、連続光源20-1は、出力する連続光として、1回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数と2回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数との間にある光周波数CW#1を設定する。
そして、連続光源20-2は、出力する連続光として、2回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数と3回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数との間にある光周波数CW#2を設定する。
なお、BPF(13-1、13-2)が切り出す帯域が2つ(設定される中心光周波数が2つ(1回目と2回目))だけの場合、連続光源は1つ(連続光の光周波数は1つ)だけでよい。
The continuous light sources (20-1, 20-2) output continuous light at an optical frequency instructed by the
First, the continuous light source 20-1 outputs continuous light with a center optical frequency set to the BPF (13-1, 13-2) at the first time and a center light frequency set at the BPF (13-1, 13-2) at the second time. An optical
Then, the continuous light source 20-2 outputs continuous light with a center optical frequency set to BPF (13-1, 13-2) in the second time and a center light frequency set in BPF (13-1, 13-2) in the third time. An optical
Note that when the BPF (13-1, 13-2) cuts out only two bands (two set center optical frequencies (first and second)), there is only one continuous light source (continuous light Only one frequency is required.
さらに、BPF(13-1、13-2)に4回以上中心光周波数が設定される場合、連続光源20-1は、出力する連続光として、3回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数と4回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数との間にある光周波数CW#3を設定する。連続光源20-2は、出力する連続光として、4回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数と5回目にBPF(13-1、13-2)に設定された中心光周波数との間にある光周波数CW#4を設定する。このように、BPF(13-1、13-2)に中心光周波数が設定される毎に連続光源(20-1、20-2)は出力する連続光の光周波数を切り替えていく。
Furthermore, when the center optical frequency is set to BPF (13-1, 13-2) four or more times, the continuous light source 20-1 outputs continuous light to BPF (13-1, 13-2) for the third time. ) and the center optical frequency set in BPF (13-1, 13-2) for the fourth time. The continuous light source 20-2 outputs continuous light with a center light frequency set to BPF (13-1, 13-2) at the fourth time and a center light frequency set to BPF (13-1, 13-2) at the fifth time. The optical
BPF(13-1、13-2)で切り出される帯域は、図2のように隣接する帯域の一部が重複し、連続光の光周波数は、当該帯域が重複する範囲にあることが望ましい。 It is desirable that the bands cut out by the BPFs (13-1, 13-2) partially overlap adjacent bands as shown in FIG. 2, and that the optical frequency of the continuous light is in a range where the bands overlap.
光分岐部14-1は、被測定光ファイバ50を通過したプローブ光を光90度ハイブリッド15、光90度ハイブリッド25-1、及び光90度ハイブリッド25-2に入力する。
光分岐部14-2は、サンプリング光を光90度ハイブリッド15、光90度ハイブリッド25-3、及び光90度ハイブリッド25-4に入力する。
光分岐部14-3は、連続光源20-1からの連続光を光90度ハイブリッド25-1、及び光90度ハイブリッド25-3に入力する。
光分岐部14-4は、連続光源20-2からの連続光を光90度ハイブリッド25-2、及び光90度ハイブリッド25-4に入力する。
The optical branching unit 14-1 inputs the probe light that has passed through the optical fiber to be measured 50 to the 90-degree
The optical branching unit 14-2 inputs the sampling light to the 90-degree
The light branching unit 14-3 inputs the continuous light from the continuous light source 20-1 to the 90-degree optical hybrid 25-1 and the 90-degree optical hybrid 25-3.
The light branching unit 14-4 inputs the continuous light from the continuous light source 20-2 to the 90-degree optical hybrid 25-2 and the 90-degree optical hybrid 25-4.
インパルス応答測定回路18は、光周波数コム11-2からの光コムをBPF13-2で切り出されたサンプリング光と、光周波数コム11-1からの光コムをBPF13-1で切り出され被測定光ファイバ50を通過したプローブ光との第1ビート信号を生成する。インパルス応答測定回路18は、BPFが切り出した帯域毎、且つ被測定光ファイバ50の伝搬モードの数だけ第1ビート信号を生成する。なお、第1ビート信号は、次のように表現される。
基準周波数測定回路28は、光周波数コム11-1からの光コムをBPF13-1で切り出され被測定光ファイバ50を通過したプローブ光と、連続光源(20-1、20-2)からの連続光との第2ビート信号を生成する。さらに、基準周波数測定回路28は、光周波数コム11-2からの光コムをBPF13-2で切り出されたサンプリング光と、連続光源(20-1、20-2)からの連続光との第3ビート信号を生成する。インパルス応答測定回路18は、BPFが切り出した帯域毎に第2ビート信号及び第3ビート信号を生成する。なお、第2ビート信号及び第3ビート信号は、次のように表現される。
制御回路30は、BPF(13-1、13-2)が切り出す帯域及び連続光源(20-1、20-2)が出力する連続光の光周波数を調整し、被測定光ファイバ50の測定を行う。つまり、制御回路30は、BPF(13-1、13-2)に第1の中心光周波数を設定し、光周波数コム(11-1、11-2)の光コムから任意の帯域のプローブ光とサンプリング光を切り出す。そして、制御回路30は、同時に、インパルス応答測定回路18にプローブ光とサンプリング光によるインパルス応答測定をさせ、基準周波数測定回路28に基準周波数の測定をさせる。続いて、制御回路30は、BPF(13-1、13-2)に次の中心光周波数を設定し、同様にインパルス応答測定回路18にインパルス応答測定をさせ、基準周波数測定回路28に基準周波数の測定をさせる。制御回路30は、これをBPF(13-1、13-2)に設定する中心光周波数、及び連続光源(20-1、20-2)を変化させて順次測定させる。最後に、制御回路30は、全ての帯域のインパルス応答測定結果を測定した基準周波数で連結する。
The
図3は、制御回路30の動作を説明する図である。制御回路30は、
BPF(13-1、13-2)に設定する前記中心光周波数を変更すること(ステップS01)、
インパルス応答測定回路18に、前記中心光周波数が異なる前記帯域毎に前記第1ビート信号を生成させること(ステップS02)、
基準周波数測定回路28に、前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域毎に、2つの前記帯域の前記中心光周波数の間にある光周波数の前記連続光での前記第2ビート信号及び前記第3ビート信号を生成させること(ステップS03)、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第2ビート信号と前記第3ビート信号の複素共役を乗算した乗算信号を計算すること(ステップS04)、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第1ビート信号と前記乗算信号の複素共役を乗算し、前記第1ビート信号を前記連続光の前記光周波数を原点とする波形に変換すること(ステップS05)、及び
ぞれぞれの前記波形を前記原点で連結すること(ステップS06)、
を行う。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the
changing the center optical frequency set in BPF (13-1, 13-2) (step S01);
causing the impulse
The reference
calculating a multiplication signal obtained by multiplying the complex conjugate of the second beat signal and the third beat signal for each of the two bands having different center optical frequencies (step S04);
For each of the two bands having different center optical frequencies, multiply the first beat signal by the complex conjugate of the multiplication signal, and convert the first beat signal into a waveform having the optical frequency of the continuous light as the origin. (step S05), and connecting each of the waveforms at the origin (step S06).
I do.
図4を用いて、図3の測定方法を詳細に説明する。
(1)ステップS01~S04
BPF(13-1、13-2)に中心光周波数i(本例ではi=1~3とする)を順に設定し、連続光源(20-1、20-2)にそれぞれ光周波数CW#1とCW#2を設定する。そして、それぞれの帯域(BPF#1~BPF#3)で第1ビート信号、第2ビート信号、及び第3ビート信号を測定する。そして、第2ビート信号と第3ビート信号の複素共役を乗算した次式の乗算信号を計算する。
(1) Steps S01 to S04
The center optical frequency i (in this example, i = 1 to 3) is set in order for the BPF (13-1, 13-2), and the optical
上記のように測定及び計算された信号(第1ビート信号、乗算信号)をフーリエ変換すると、図4(A)のようになる。 When the signals measured and calculated as described above (first beat signal, multiplication signal) are Fourier-transformed, the result is as shown in FIG. 4(A).
(2)ステップS05
次式の信号を計算する。
Calculate the signal of the following equation.
上記のように計算された3信号をフーリエ変換すると、図4(B)のようになる。数5の第1式及び第2式の信号は、BPF#1及びBPF#2のときのインパルス応答(第1ビート信号)をCW1に対する相対周波数のスペクトルに変換したものである。数5の第3式の信号は、BPF#3のときのインパルス応答(第1ビート信号)をCW2に対する相対周波数のスペクトルに変換したものである。
When the three signals calculated as described above are Fourier transformed, the result is as shown in FIG. 4(B). The signals of the first and second equations in
ここで、さらに次の計算を行う。
(3)ステップS06
図4(2)の上段の信号(数5の第1式)と図4(2)の中段の信号(数5の第2式)とを、0Hz(CW#1に対する相対周波数)を転結点として連結する。
図4(2)の中段の信号(数5の第2式)と図4(2)の下段の信号(数5の第3式)とを、数6の周波数(CW#1に対する相対周波数)を転結点として連結する。
図4(3)は、3つの信号を連結した結果を説明する図である。
(3) Step S06
The upper signal in Figure 4 (2) (first equation of Equation 5) and the middle signal in Figure 4 (2) (Second equation of Equation 5) are combined at 0Hz (relative frequency to CW #1). Connect as points.
The middle signal in FIG. 4 (2) (the second equation of Equation 5) and the signal in the lower part of FIG. Connect as a turning point.
FIG. 4(3) is a diagram illustrating the result of concatenating three signals.
(4)補足
本実施例では、i=1~3の場合を説明したが、図2のようにi=4以上の場合、次のように処理する。
連続光源20-1に光周波数CW#3を設定し、第1ビート信号、第2ビート信号及び第3ビート信号を測定する。
上述したように、
そして、この信号と図4(2)の下段の信号(数5の第3式)とを、数9の周波数(CW#2に対する相対周波数)を転結点として連結する。
Optical
As mentioned above,
Then, this signal and the signal in the lower part of FIG. 4 (2) (the third equation of Equation 5) are connected using the frequency of Equation 9 (relative frequency to CW #2) as a turning point.
(発明の効果)
本発明の分光測定器は、光周波数コムの全帯域をそのまま使うのではなく、光周波数コムの帯域を分割してインパルス応答測定を行い、連続光源を分割帯域の連結点の基準として各測定結果を矛盾なく連結する。
本発明の分光測定器は、光周波数コムの帯域を分割し、測定時の帯域を小さくすることで、光周波数コムの周波数揺らぎに求められる条件を緩和できる。また、分割帯域における測定結果を連結することで、広帯域な測定を実現することもできる。すなわち、本発明の分光測定器は、周波数揺らぎを安定させなくても、広帯域な測定を実現できる。
本発明の分光測定器は、光周波数コムの周波数揺らぎの条件を緩和することで、2台の光周波数コムが非同期であっても広帯域な測定を可能にする。このため、プローブ光用の光周波数コムとサンプリング光用の光周波数コムが遠隔に設置されているような状況(例えば、図5のように被測定光ファイバが光伝送路であるような状況)でも、本発明の分光測定器はそれを測定できる。
(Effect of the invention)
The spectrometer of the present invention does not use the entire band of the optical frequency comb as it is, but divides the band of the optical frequency comb and performs impulse response measurements, and each measurement result is obtained using a continuous light source as a reference point at the connection point of the divided bands. Concatenate without contradiction.
The spectrometer of the present invention can relax the conditions required for frequency fluctuations of the optical frequency comb by dividing the band of the optical frequency comb and reducing the band during measurement. Further, by connecting measurement results in divided bands, wideband measurement can also be realized. That is, the spectrometer of the present invention can realize broadband measurement without stabilizing frequency fluctuations.
The spectrometer of the present invention allows broadband measurement even when two optical frequency combs are asynchronous by relaxing the frequency fluctuation conditions of the optical frequency comb. Therefore, in situations where the optical frequency comb for probe light and the optical frequency comb for sampling light are installed remotely (for example, in a situation where the optical fiber under test is an optical transmission line as shown in Figure 5) However, the spectrometer of the present invention can measure it.
11-1、11-2:光周波数コム
13-1、13-2:バンドパスフィルタ(BPF)
14-1、14-2、14-3、14-4:光分岐部
15:光90度ハイブリッド
17:アナログデジタル変換器
18:インパルス応答測定回路
20-1、20-2:連続光源
25-1、25-2、25-3、25-4:光90度ハイブリッド
28:基準周波数測定回路
50:被測定光ファイバ
301:分光測定器
11-1, 11-2: Optical frequency comb 13-1, 13-2: Band pass filter (BPF)
14-1, 14-2, 14-3, 14-4: Optical branch 15: Optical 90 degree hybrid 17: Analog-digital converter 18: Impulse response measurement circuit 20-1, 20-2: Continuous light source 25-1 , 25-2, 25-3, 25-4: Optical 90 degree hybrid 28: Reference frequency measurement circuit 50: Optical fiber to be measured 301: Spectrometer
Claims (2)
それぞれの前記光コムから同じ中心光周波数の帯域を切り出し、一方をプローブ光、他方をサンプリング光とするバンドパスフィルタと、
前記サンプリング光と被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第1ビート信号を生成するインパルス応答測定回路と、
単一の光周波数である連続光を出力する連続光源と、
前記連続光と前記被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第2ビート信号、及び前記連続光と前記サンプリング光との第3ビート信号、を生成する基準周波数測定回路と、
前記バンドパスフィルタに設定する前記中心光周波数を変更すること、
前記インパルス応答測定回路に、前記中心光周波数が異なる前記帯域毎に前記第1ビート信号を生成させること、
前記基準周波数測定回路に、前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域毎に、2つの前記帯域の前記中心光周波数の間にある前記単一の光周波数の前記連続光での前記第2ビート信号及び前記第3ビート信号を生成させること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第2ビート信号と前記第3ビート信号の複素共役を乗算した乗算信号を計算すること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第1ビート信号と前記乗算信号の複素共役を乗算し、前記第1ビート信号を前記連続光の前記単一の光周波数を原点とする波形に変換すること、及び
ぞれぞれの前記波形を前記原点で連結すること、
を行う制御回路と、
を備える分光測定器。 Two optical frequency combs whose repetition frequencies are different from each other,
a bandpass filter that cuts out a band with the same center optical frequency from each of the optical combs, and uses one as a probe light and the other as a sampling light;
an impulse response measurement circuit that generates a first beat signal of the sampling light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured;
a continuous light source that outputs continuous light with a single optical frequency ;
a reference frequency measurement circuit that generates a second beat signal of the continuous light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured, and a third beat signal of the continuous light and the sampling light;
changing the center optical frequency set in the bandpass filter;
causing the impulse response measurement circuit to generate the first beat signal for each of the bands having different center optical frequencies;
The reference frequency measurement circuit includes, for each of the two bands having different center optical frequencies, the second beat signal in the continuous light having the single optical frequency between the center optical frequencies of the two bands. and generating the third beat signal;
calculating a multiplication signal obtained by multiplying the complex conjugate of the second beat signal and the third beat signal for each of the two bands having different center optical frequencies;
For each of the two bands having different center optical frequencies, the first beat signal and the complex conjugate of the multiplication signal are multiplied, and the first beat signal is set at the single optical frequency of the continuous light. converting into waveforms, and connecting each of the waveforms at the origin;
A control circuit that performs
A spectrometer equipped with
それぞれの前記光コムから同じ中心光周波数の帯域を切り出し、一方をプローブ光、他方をサンプリング光とするバンドパスフィルタと、
前記サンプリング光と被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第1ビート信号を生成するインパルス応答測定回路と、
単一の光周波数である連続光を出力する連続光源と、
前記連続光と前記被測定光ファイバを通過した前記プローブ光との第2ビート信号、及び前記連続光と前記サンプリング光との第3ビート信号、を生成する基準周波数測定回路と、
を備える分光測定装置が行う分光測定方法であって、
前記バンドパスフィルタに設定する前記中心光周波数を変更すること、
前記インパルス応答測定回路に、前記中心光周波数が異なる前記帯域毎に前記第1ビート信号を生成させること、
前記基準周波数測定回路に、前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域毎に、2つの前記帯域の前記中心光周波数の間にある前記単一の光周波数の前記連続光での前記第2ビート信号及び前記第3ビート信号を生成させること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第2ビート信号と前記第3ビート信号の複素共役を乗算した乗算信号を計算すること、
前記中心光周波数が異なる2つの前記帯域のそれぞれについて、前記第1ビート信号と前記乗算信号の複素共役を乗算し、前記第1ビート信号を前記連続光の前記単一の光周波数を原点とする波形に変換すること、及び
ぞれぞれの前記波形を前記原点で連結すること、
を特徴とする分光測定方法。 Two optical frequency combs whose repetition frequencies are different from each other,
a bandpass filter that cuts out a band with the same center optical frequency from each of the optical combs, and uses one as a probe light and the other as a sampling light;
an impulse response measurement circuit that generates a first beat signal of the sampling light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured;
a continuous light source that outputs continuous light with a single optical frequency ;
a reference frequency measurement circuit that generates a second beat signal of the continuous light and the probe light that has passed through the optical fiber to be measured, and a third beat signal of the continuous light and the sampling light;
A spectroscopic measurement method performed by a spectrometry device comprising:
changing the center optical frequency set in the bandpass filter;
causing the impulse response measurement circuit to generate the first beat signal for each of the bands having different center optical frequencies;
The reference frequency measurement circuit includes, for each of the two bands having different center optical frequencies, the second beat signal in the continuous light having the single optical frequency between the center optical frequencies of the two bands. and generating the third beat signal;
calculating a multiplication signal obtained by multiplying the complex conjugate of the second beat signal and the third beat signal for each of the two bands having different center optical frequencies;
For each of the two bands having different center optical frequencies, the first beat signal and the complex conjugate of the multiplication signal are multiplied, and the first beat signal is set at the single optical frequency of the continuous light. converting into waveforms, and connecting each of the waveforms at the origin;
A spectroscopic measurement method characterized by:
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