JPH04118534A

JPH04118534A - 光周波数カウンタ

Info

Publication number: JPH04118534A
Application number: JP23958490A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sakai; 義久界; Itaru Yokohama; 横浜　至; Shoichi Sudo; 昭一須藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-04-20
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH087101B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、光通信及び光計測における光源の光周波数を
測定するために、原子または分子気体の共鳴線及び吸収
線を基準にし、被測定光とのビート信号を測定すること
によって、被測定光の光周波数を測定するように構成さ
れた光周波数カウンタに関するものである。

「従来の技術」第６図は、マイケルソン干渉計を用いた従来の光周波数
カウンタの説明図である。被測定光１をビームスプリッ
タ２で２分し、ミラー３．４で反射させ光受光器５の受
光面上で干渉させる。このとき、ミラー３を平行移動さ
せながら、干渉信号の変化を読み取り、その干渉信号に
フーリエ変換処理を施すことにより被測定光の光周波数
を測定するものである。

「発明が解決しようとする課題」しかしながら、かかる従来の光周波数カウンタでは、測
定中に干渉計が温度変動等の外乱により変動してしまう
。そのため、精度は１０ＭＨｚ程度に制限される。また
、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を用いて、光路長の変動を補正し
なければならなかった。さらに、ミラーを機械的に移動
させるため測定に時間がかかるという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、高精度にしかも安定で高速に光周波数を測定でき
る実用的な光周波数カウンタを提供することを目的とす
る。

１課題を解決するための手段」前記課題を解決するため、本発明では、所定の波長の光
を吸収する媒体を周波数基準として用いている発振周波
数安定化光源と、該発振周波数安定化光源からの出力光
を、周波数シフトを受けない０次光と、所定の周波数シ
フトを受けた１次光に分割する光周波数シフタと、該光
周波数シフタより出射した０次光及び１次光と被測定光
とをそれぞれ結合するための光カップラと、該光カップ
ラより出射された光を充電変換する光検出器と、この光
検出器より出力されたビート信号によって光周波数を同
定する光周波数判定手段とを備えたことを特徴とするも
のである。

「作用」本発明における構成系では、所定の波長の光を吸収する
媒体を周波数基市として用いている発振周波数安定化光
源の出力光およびその光周波数シフト光と、被測定光と
のビート信号を求めることにより、高精度に被測定光の
絶対周波数を同定することができる。

「実施例」以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の光周波数カウンタの実施例を示す構成
ブロック図である。この実施例では、第１図に示すよう
に、光吸収媒体の吸収波長で発振している発振周波数安
定化光源１１と、光周波数シフタ１２と、光カップラ１
３，１４．１５と、光受光器１６．１７と、光周波数判
定回路１８と、光周波数表示部１９とから構成されてい
る。

ここで、前記光力・ゾブラ１３は、被測定光１１０の入
力端を有し、この入力端より入射した被測定光１１０を
二分するものであり、二分された被測定光１１０は、光
カップラ１３の２つの出力端より光カップラ１４．１５
に入射されるようになっている。一方、光カップラ１４
．１５の入力端には、発振周波数安定化光源１１からの
出力光を、周波数シフトを受けない０次光と、所定の周
波数シフトを受けた１次光に分割する光周波数シフタ１
２の出力端が接続され、光周波数シフタ１２がら出射さ
れた０次光及び１次光と被測定光１１０とを合波させる
ようになっている。

なお、光カップラ１４．１５の出力端は、それぞれ光受
光器１６．１７に接続されており、これら光受光器１６
．１７において、合波された光が光電変換されるように
なっている。光受光器１６゜１７の出力は、光周波数判
定回路１８へ供給され、さらに光周波数判定回路１８は
被測定光の周波数を同定した後、光周波数表示部１９に
被測定光の周波数を表示させるようになっている。

次に、発振周波数安定化光源１１は、第２図に示すよう
に、半導体レーザ２１．光カップラ２２、光周波数変調
器２３、光周波数基準用吸収セル２４、受光器２５、帰
還回路２６から構成されている。光カップラ２２は、半
導体レーザ２１と光周波数変調器２３間に挿入され、入
力端が半導体レーザ２１の出力端に、出力端が光周波数
変調器２３の入力端にそれぞれ接続されている。

光周波数変調器２３は、半導体レーザ２１の出力光に対
して所定の周波数変調をかける。光周波数基準用吸収セ
ル２４を透過した変調光は、受光器２５で光電変換され
帰還回路２６で吸収線の中心周波数からの誤差信号を発
生し、半導体レーザ２１の発振周波数を周波数基準に追
従させるように制御した注入電流を半導体レーザ２１に
供給し、半導体レーザ２１の発振周波数を安定化するも
のである。なお、ここでは、外部光周波数変調器を用い
た例を示したが、半導体レーザの直接変調の手段を用い
ても同様の効果が得られる。

次に、本実施例の光周波数カウンタの動作を第１図に従
って説明する。

発振周波数安定化光源１１がらの出射光２７は、光周波
数シフタ１２を通り、周波数シフトを受けない０次光と
、ある所定の周波数シフトを受けた１次光に分割され、
それぞれ光カップラ１４，１５に入射する。

また、被測定光１１０は光カップラ１３によって２分さ
れ、光カップラ１４．１５にそれぞれ入射される。光カ
ップラ１４．１５においては、それぞれ０次光と被測定
光１１０．１次光と被測定光１１０が合波され、光受光
器１６．１７で光電変換される。それぞれのビート信号
は光周波数判定回路１８において、被測定光１１０と発
振周波数安定化光との周波数差、および周波数の大小関
係が判定され、被測定光１１０の光周波数が同定され、
光周波数表示部１９に表示される。

例えば、第１図の装置構成において、半導体レーザ２１
として波長１．５３６μｍで発振するＩｎＧａＡｓＰ系
の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ型ＬＤ）を使用し、
また光吸収媒体として、同位体置換アセチレンガス（１
３ｃ２Ｈ２）を用いた。

第２図はアセチレンガスと同位体置換アセチレンガスの
吸収特性を示した図である。セル長は１０Ｃｍ、圧力は
７６０　Ｔｏｒｒである。そのうち、１４５３６μｍ付
近の２つの吸収線を利用して前記半導体レーザの発振周
波数を安定化した。例えば、吸収線の中心波長１５３５
．９７７ｎｍ（光周波数１９５３１５ＧＨｚ）のものを
用いた。

この吸収線を使い半導体レーザの中心発振波長の変動を
ｌ　Ｘ　１０−０−５ｎ光周波数にして］　Ｍ　Ｈｚ　
）以下に抑えた。

この発振周波数安定化光源１１の出力光２７を光周波数
シフタ１２に入力する。光周波数シフタ１２として光フ
アイバ入出力型の音響光学変調器を用いた周波数シフト
量は一１２０ＭＨｚで、その０次光（周波数シフトなし
の光）と１次光（−１２０ＭＨｚ周波数シフトした光）
とを光ファイバで取り出し、被測定光１１０と光カップ
ラ１４，１５で合波し、周波数帯域１０ＧＨｚのＩ　ｎ
　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ系ＭＱＷ構造の高速アバランシェ
・フォトダイオード（ＡＰＤ）で充電変換し、そのビー
ト信号を求めた。

そのビート信号の出現周波数によって、被測定光の光周
波数を決定する。

例えば、発振周波数安定化光源の光周波数をｆＯ１光周
波数シフト量ｆｍとすると、第４図（ａ）のように第１
の光受光器１６で測定された０次光とのビート信号の周
波数がｆｉｌで、第２の光受光器１７で測定された１次
光とのビート信号の周波数がｆ２１であり、ｆｌｌ〈ｆ２１かつｆ２１＞ｆｒｎであったとすると、被測定光１１０の光周波数ｆ１は、ｆｌ＝ｆｏ＋ｆｌｌ・・・・・・　（１）になる。また
第４図（ｂ）のようにｆ＋２＜ｆ２２かつｆ　２２＜　ｆ　ｍであったとする
と、被測定光１１０の光周波数ｆ１はになる。

の場合、ｆｌ＝ｆｏ−ｆ１２・・・・・・　（２）同様に第４図
（Ｃ）のようにｆ１３＞ｆ２３被測定光の光周波数ｆ３はｆ３＝ｆｏ−ｆ２３・・・・・・（３）になる。

この構成系で、光周波数１９５２９６ＧＨｚから１９５
３２５ＧＨｚ（波長１．５３５９μｍから１．５３６１
□ｍ）までの被測定光の光周波数をＩＭＨｚの精度で測
定することができた。

本実施例では、光周波数シフトが負の場合を示したが正
の周波数にシフトする場合も同様に用いることができる
。

また、第５図のように、複数の入力端を備えた光スィッ
チ５１０に複数の発振周波数安定化光源５１．５２，５
３．　　・・・、５９を接続し、これら発振周波数安定
化光源５１，５２，５３．　　　・・５９を切り換えて
用いれば、さらに広い範囲の波長の被測定光の光周波数
を測定することができる。

特に、第３図に示したアセチレンガス及び同位体置換ア
セチレンガスを用いれば１．５０μｍから１゜５６μｍ
の広範囲にわたって局在する吸収線を使うことによって
、１．５０μｍから１．５６μｍの広範囲にわたってＩ
ＭＨｚの高精度で光周波数を測定することが可能である
。

また、光吸収性ガスとしてアンモニアガス、メタンガス
、二酸化炭素等を用いても前記機能と同様の動作原理に
よって発振波長安定化を行うことができる。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

「発明の効果Ｊ以上、説明したように、本発明は所定の波長の光を吸収
する媒体を周波数基準として用いている発振周波数安定
化光源と、該発振周波数安定化光源からの出力光を、周
波数シフトを受けない０次光と、所定の周波数シフトを
受けた１次光に分割する光周波数シフタと、該光周波数
シフタより出射した０次光及び１次光と被測定光とをそ
れぞれ結合するための光カップラと、該光カップラより
出射された光を光電変換する光検出器と、この光検出器
より出力されたビート信号によって光周波数を同定する
光周波数判定手段とを備えたことを特徴とするものであ
るから、所定の波長の光を吸収する媒体を周波数基準と
して用いている発振周波数安定化光源とその光周波数シ
フト光とのビート信号を求めることにより、高精度に測
定光の絶対周波数を同定することができ、レーザ光の発
振周波数を極めて高精度に測定することができることか
ら、コヒーレント光通信における波長標準光源や光計測
における光源の光周波数を測定するのに利用できる利点
がある。

また、本発明では複数台の発振周波数安定化光源は勿論
のこと１台の発振周波数安定化光源によっても、高精度
に測定光の絶対周波数を同定することができるといった
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図は本発明の光周波数カウンタを示す構成ブロ
ック図、第２図は発振周波数安定化光源を示す構成ブロ
ック図、第３図はアセチレンガス及び同位体置換アセチ
レンガスの光吸収特性を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）
、（ｃ）はそれぞれ光周波数決定のための説明図、第５
図は本発明の光周波数カウンタの第２の実施例を示す構
成ブロック図、第６図は従来の光干渉計を用いた従来の
光周波数カウンタを示す構成ブロック図である。１．１１０・・・被測定光、２・・・ビームスプリッタ
、３．４・・・ミラー　５，１６，１７．２５・・・受
光器、１１・・・発振周波数安定化光源、１２・・・光
周波数シフタ、１３，１４，１５．２２・・・光カップ
ラ、１８・・・光周波数判定回路、１９・・・光周波数
表示部、５１０・・・光スィッチ、２１・・・半導体レ
ーザ、２３・・・光周波数変調器、２４・・・吸収セル
、２６・・・帰還回路、２７・・・出力光、５１，５２
．５３〜５９・・・発振周波数、安定化光源。第４ｒＩＩＪｆｏｌ光受光器１６のビト信号光受光器１７のビート信号（ｂ）光受光器１６のビート信号光受光器１７のビート信号光受光器１６のビート信号光受光器１７のビート信号１：測定光２：ビームスプリッタ３．４：ミラー５：光受光器

Claims

【特許請求の範囲】

所定の波長の光を吸収する媒体を周波数基準として用い
ている発振周波数安定化光源と、該発振周波数安定化光
源からの出力光を、周波数シフトを受けない０次光と、
所定の周波数シフトを受けた１次光に分割する光周波数
シフタと、該光周波数シフタより出射した０次光及び１
次光と被測定光とをそれぞれ結合するための光カップラ
と、該光カップラより出射された光を光電変換する光検
出器と、この光検出器より出力されたビート信号によっ
て光周波数を同定する光周波数判定手段とを備えたこと
を特徴とする光周波数カウンタ。