JPH0549055B2 - - Google Patents
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- JPH0549055B2 JPH0549055B2 JP61189944A JP18994486A JPH0549055B2 JP H0549055 B2 JPH0549055 B2 JP H0549055B2 JP 61189944 A JP61189944 A JP 61189944A JP 18994486 A JP18994486 A JP 18994486A JP H0549055 B2 JPH0549055 B2 JP H0549055B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/002—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light using optical mixing
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J9/04—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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- H04B10/50—Transmitters
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- G01J3/28—Investigating the spectrum
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Description
【発明の詳細な説明】
≪産業上の利用分野≫
本発明は、高精度かつ高分解能の光周波数スペ
クトル・アナライザに関する。
クトル・アナライザに関する。
≪従来の技術≫
従来の光周波数スペクトル・アナライザとして
は次のようなものがある。
は次のようなものがある。
イ 回折格子やプリズムを分光器として用いたも
の。
の。
ロ フアブリ・ペロー共振器を分光器として用い
たもの：第１２図に示すように、２枚のハーフ
ミラーHMを対向して配置し共振器を構成す
る。光速をｃ、２枚のハーフミラーの距離をＬ
とすると、この共振器はｃ／2Lの周波数間隔
で共振周波数を持つ。左側のハーフミラーHM
に被測定光を入射すると共振周波数と同じ周波
数の光は透過して受光器PDに入射する。ハー
フミラーHMをPZTなどで振動させて共振周波
数を掃引すると、受光器PDの出力から被測定
光のスペクトルを観測できる。
たもの：第１２図に示すように、２枚のハーフ
ミラーHMを対向して配置し共振器を構成す
る。光速をｃ、２枚のハーフミラーの距離をＬ
とすると、この共振器はｃ／2Lの周波数間隔
で共振周波数を持つ。左側のハーフミラーHM
に被測定光を入射すると共振周波数と同じ周波
数の光は透過して受光器PDに入射する。ハー
フミラーHMをPZTなどで振動させて共振周波
数を掃引すると、受光器PDの出力から被測定
光のスペクトルを観測できる。
≪発明が解決しようとする問題点≫
しかしながら、上記のイの方式の光周波数スペ
クトル・アナライザでは、波長分解能が0.1nｍ
（＝30GHz相当）程度、絶対精度が2nｍ（＝600G
Hz相当）程度と、共に悪い。またロの方式の光周
波数スペクトル・アナライザは、周波数分解能が
数10MHzが限定である。基準波長の光を入力して
測定すれば絶対波長も測定できるが、取扱が非常
に難しく、精度も悪い（ミラーの平行度や垂直入
射の調整、ミラー間隔の変動による周波数エラー
等）。また複数モードで発振しているレーザ光を
同時に測定することが困難という欠点もある。
クトル・アナライザでは、波長分解能が0.1nｍ
（＝30GHz相当）程度、絶対精度が2nｍ（＝600G
Hz相当）程度と、共に悪い。またロの方式の光周
波数スペクトル・アナライザは、周波数分解能が
数10MHzが限定である。基準波長の光を入力して
測定すれば絶対波長も測定できるが、取扱が非常
に難しく、精度も悪い（ミラーの平行度や垂直入
射の調整、ミラー間隔の変動による周波数エラー
等）。また複数モードで発振しているレーザ光を
同時に測定することが困難という欠点もある。
将来のコヒーレント光通信分野や光応用計測分
野では1MHz以下の高精度、高分解能での周波数
測定が必要とされるので、上記の各方式では不十
分である。
野では1MHz以下の高精度、高分解能での周波数
測定が必要とされるので、上記の各方式では不十
分である。
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、絶対精度で超高精度、超高分解能
な光周波数スペクトル・アナライザを実現するこ
とを目的とする。
されたもので、絶対精度で超高精度、超高分解能
な光周波数スペクトル・アナライザを実現するこ
とを目的とする。
≪問題点を解決するための手段≫
本発明に係る光周波数スペクトラム・アナライ
ザは、入力する掃引電気信号に対応して周波数掃
引した光を出力する可変波長レーザとこの可変波
長レーザの掃引周波数に対応し所定の周波数のみ
でマーカ光を出力する或いは通常マーカ光を出力
しておき所定の周波数のみでマーカ光を出力しな
いマーカ光源とこのマーカ光源からの出力光を入
射して電気信号に変換する受光素子とを備えたマ
ーカ付き可変波長光源部と、このマーカ付き可変
波長光源部の出力光と被測定光に関連する光を入
射しその周波数の差に対応する周波数の電気信号
を出力する光ヘテロダイン検波部と、この光ヘテ
ロダイン検波部の電気出力を入力するフイルタ部
と、このフイルタ部の電気出力を力する検波部
と、前記受光素子からの電気信号をマーカ信号入
力とし前記検波部の電気出力を光パワー入力とし
前記掃引電気信号に関連する電気信号を周波数軸
入力とする信号処理・表示部とを具備し、信号処
理・表示部が前記被測定光の光周波数スペクトル
をマーカとともに出力することを特徴とする。
ザは、入力する掃引電気信号に対応して周波数掃
引した光を出力する可変波長レーザとこの可変波
長レーザの掃引周波数に対応し所定の周波数のみ
でマーカ光を出力する或いは通常マーカ光を出力
しておき所定の周波数のみでマーカ光を出力しな
いマーカ光源とこのマーカ光源からの出力光を入
射して電気信号に変換する受光素子とを備えたマ
ーカ付き可変波長光源部と、このマーカ付き可変
波長光源部の出力光と被測定光に関連する光を入
射しその周波数の差に対応する周波数の電気信号
を出力する光ヘテロダイン検波部と、この光ヘテ
ロダイン検波部の電気出力を入力するフイルタ部
と、このフイルタ部の電気出力を力する検波部
と、前記受光素子からの電気信号をマーカ信号入
力とし前記検波部の電気出力を光パワー入力とし
前記掃引電気信号に関連する電気信号を周波数軸
入力とする信号処理・表示部とを具備し、信号処
理・表示部が前記被測定光の光周波数スペクトル
をマーカとともに出力することを特徴とする。
≪作用≫
上記のような構成の光周波数スペクトラム・ア
ナライザによれば、マーカ付き可変波長光源部の
光出力を用いて被測定光をヘテロダイン検波する
ことにより、上記の目的を達成できる。
ナライザによれば、マーカ付き可変波長光源部の
光出力を用いて被測定光をヘテロダイン検波する
ことにより、上記の目的を達成できる。
≪実施例≫
以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第１図は本発明に係る光スペクトラムアナライ
ザの一実施例を示す構成ブロツク図である。帯状
の矢印は光信号の流れを示し実線の矢印は電気信
号の流れを示す。１は被測定光を入射する磁気光
学結果効晶（YIG、鉛ガラス他）などを用いた偏
光制御部、２はこの偏光制御部１の出力光を入力
する光増幅部、３は掃引信号発生器、１０はこの
掃引信号発生器３により周波数掃引を制御される
マーカ付き可変波長光源部、HM２はこのマーカ
付き可変波長光源部１０の基準波長光Rsおよび
可変波長光Rvを合成するハーフミラー、HM１
はこのハーフミラーHM２および前記光増幅部２
の出力光を入力するハーフミラー、４はPINフオ
トダイオードやアバランシエフオトダイオードな
どからなり前記ハーフミラーHM１の出力光を入
力する光ヘテロダイン検波部、５はこの光ヘテロ
ダイン検波部４の電気出力を入力して増幅すると
ともにバンドパス特性を有するフイルタ部、６は
このフイルタ部５の電気出力の入力する検波部、
７はこの検波部６の電気出力を入力する信号処
理・表示部である。
ザの一実施例を示す構成ブロツク図である。帯状
の矢印は光信号の流れを示し実線の矢印は電気信
号の流れを示す。１は被測定光を入射する磁気光
学結果効晶（YIG、鉛ガラス他）などを用いた偏
光制御部、２はこの偏光制御部１の出力光を入力
する光増幅部、３は掃引信号発生器、１０はこの
掃引信号発生器３により周波数掃引を制御される
マーカ付き可変波長光源部、HM２はこのマーカ
付き可変波長光源部１０の基準波長光Rsおよび
可変波長光Rvを合成するハーフミラー、HM１
はこのハーフミラーHM２および前記光増幅部２
の出力光を入力するハーフミラー、４はPINフオ
トダイオードやアバランシエフオトダイオードな
どからなり前記ハーフミラーHM１の出力光を入
力する光ヘテロダイン検波部、５はこの光ヘテロ
ダイン検波部４の電気出力を入力して増幅すると
ともにバンドパス特性を有するフイルタ部、６は
このフイルタ部５の電気出力の入力する検波部、
７はこの検波部６の電気出力を入力する信号処
理・表示部である。
光増幅部２はAIGaAsレーザ（780nｍ帯）や
InGaAsPレーザ（1500nｍ帯）などで構成され、
下記の３方式のものを用いることができる。
InGaAsPレーザ（1500nｍ帯）などで構成され、
下記の３方式のものを用いることができる。
(イ) 共振器形半導体レーザ増幅器と呼ばれ、発振
閾値近傍のバイアス電流を流し、レーザダイオ
ードに信号光を入射して誘導放出により線形光
増幅を行うもの。
閾値近傍のバイアス電流を流し、レーザダイオ
ードに信号光を入射して誘導放出により線形光
増幅を行うもの。
(ロ) 光注入同期増幅器と呼ばれ、発振しているレ
ーザダイオードに信号光を入射して発振光の光
周波数および位相を制御するもの。
ーザダイオードに信号光を入射して発振光の光
周波数および位相を制御するもの。
(ハ) 進行波形レーザ増幅器と呼ばれ、レーザダイ
オード・チツプの両端面を無反射コートし、信
号光の通過のみで光増幅するもの。
オード・チツプの両端面を無反射コートし、信
号光の通過のみで光増幅するもの。
上記のような構成の光スペクトラムアナライザ
の動作を次に詳しく説明する。偏光制御部１に周
波数ωiの被測定光が入射すると、磁気光学効果結
晶の旋光性を利用して印加磁界を制御することに
より、入射光の偏光面をハーフミラーHM２の出
力光と同じ偏光面となるように制御する。偏光制
御部１の光出力は光増幅部２で増幅された後（周
波数ωi′）ハーフミラーHM１でマーカ付き可変
波長光源部１０の周波数ωpの出力光と合成され、
光ヘテロダイン検波部４で両周波数の差ωp−
ωi′（ただしこの場合はωi′＝ωi）の周波数をもつ
電気信号に変換される。光ヘテロダイン検波部４
の電気出力はフイルタ５のバンドパス特性を一部
が通過し検波部６でパワーとして取出される。信
号処理・表示部７は掃引信号発生器３からの掃引
に関連した信号を周波数軸信号として入力し、検
波部６の電気出力をパワー信号として入力して被
測定光７１および基準光７２をスペクトル表示す
るとともに、マーカ付き可変波長光源部１０から
出力されるマーカ電気信号Enを入力して、マー
カ７３を表示する。
の動作を次に詳しく説明する。偏光制御部１に周
波数ωiの被測定光が入射すると、磁気光学効果結
晶の旋光性を利用して印加磁界を制御することに
より、入射光の偏光面をハーフミラーHM２の出
力光と同じ偏光面となるように制御する。偏光制
御部１の光出力は光増幅部２で増幅された後（周
波数ωi′）ハーフミラーHM１でマーカ付き可変
波長光源部１０の周波数ωpの出力光と合成され、
光ヘテロダイン検波部４で両周波数の差ωp−
ωi′（ただしこの場合はωi′＝ωi）の周波数をもつ
電気信号に変換される。光ヘテロダイン検波部４
の電気出力はフイルタ５のバンドパス特性を一部
が通過し検波部６でパワーとして取出される。信
号処理・表示部７は掃引信号発生器３からの掃引
に関連した信号を周波数軸信号として入力し、検
波部６の電気出力をパワー信号として入力して被
測定光７１および基準光７２をスペクトル表示す
るとともに、マーカ付き可変波長光源部１０から
出力されるマーカ電気信号Enを入力して、マー
カ７３を表示する。
第２図は第１図装置におけるマーカ付き可変波
長光源部１０の詳細を示す構成ブロツク図であ
る。マーカ付き可変波長光源部１０において、１
１は波長を制御する掃引電気信号Eiが加わる入力
端子、１２はこの入力端子１１を介して前記掃引
電気信号Eiを入力する可変波長レーザ、BS１は
この可変波長レーザ１２の出力光を入射して２方
向に分離するビームスプリツタ、FP１はこのビ
ームスプリツタBS１の透過光を入力するフアブ
リ・ペロー・エタロンからなる共振器でマーカ光
源を構成するもの、EO１はこの共振器FP１内の
光軸上に設けられた電気光学素子、Ｅ１はこの電
気光学素子EO１を駆動する信号源、PD１は前記
共振器FP１の出力光を入射して電気信号に変換
する受光素子、１４は一定波長の出力光を発生す
る高安定、高精度の基準波長レーザ光源である。
長光源部１０の詳細を示す構成ブロツク図であ
る。マーカ付き可変波長光源部１０において、１
１は波長を制御する掃引電気信号Eiが加わる入力
端子、１２はこの入力端子１１を介して前記掃引
電気信号Eiを入力する可変波長レーザ、BS１は
この可変波長レーザ１２の出力光を入射して２方
向に分離するビームスプリツタ、FP１はこのビ
ームスプリツタBS１の透過光を入力するフアブ
リ・ペロー・エタロンからなる共振器でマーカ光
源を構成するもの、EO１はこの共振器FP１内の
光軸上に設けられた電気光学素子、Ｅ１はこの電
気光学素子EO１を駆動する信号源、PD１は前記
共振器FP１の出力光を入射して電気信号に変換
する受光素子、１４は一定波長の出力光を発生す
る高安定、高精度の基準波長レーザ光源である。
上記のような構成のマーカ付き可変波長光源部
の動作を次に説明する。可変波長レーザ１２は入
力端子１１を介して加わる信号Eiに対応する波長
の出力光を発生する。この出力光の一部はビーム
スプリツタBS１で反射されて可変波長出力光Rv
となり、他の一部は透過して共振器FP１に入力
する。共振器FP１は光路上に存在する電気光学
素子EO１の作用により等価的な共振器間隔を変
えることができる。したがつて共振器FP１の出
力光Rnは信号源Ｅ１の出力（電圧）に対応する
波長間隔でピーク値を生ずる。受光素子PD１は
この出力光Rnを電気式号に変換してマーカ信号
Enを端子１３から出力する。第３図はこのマー
カ信号Enを周波数領域で示したスペクトラム・
チヤートである。基準波長レーザ光源１４は可変
波長レーザ光源１２の出力帯域の範囲内で一定波
長の出力光Rsを発生する。
の動作を次に説明する。可変波長レーザ１２は入
力端子１１を介して加わる信号Eiに対応する波長
の出力光を発生する。この出力光の一部はビーム
スプリツタBS１で反射されて可変波長出力光Rv
となり、他の一部は透過して共振器FP１に入力
する。共振器FP１は光路上に存在する電気光学
素子EO１の作用により等価的な共振器間隔を変
えることができる。したがつて共振器FP１の出
力光Rnは信号源Ｅ１の出力（電圧）に対応する
波長間隔でピーク値を生ずる。受光素子PD１は
この出力光Rnを電気式号に変換してマーカ信号
Enを端子１３から出力する。第３図はこのマー
カ信号Enを周波数領域で示したスペクトラム・
チヤートである。基準波長レーザ光源１４は可変
波長レーザ光源１２の出力帯域の範囲内で一定波
長の出力光Rsを発生する。
第１図ではパルス光を被測定光してそのスペク
トルを測定する場合を示すために、掃引信号発生
器３にパルス同期信号を加えている。第４図はこ
の場合の動作を説明するためのタイムチヤートで
ある。パルス光に同期したトリガ信号（第４図
Ｂ）を掃引信号発生器３に入力し、これに同期し
て可変波長出力光Rvの周波数ωpを第４図Ａのよ
うにステツプ状に掃引する。同時に信号処理・表
示部７に周波数ωpの掃引に対応した（第４図Ａ
と同様の）信号を送る。その結果、１つのパルス
光ごとに１点のωpのパワースペクトルを測定す
ることになり、掃引後、第５図の説明図に示すよ
うなパルス光の全スペクトルを出力できる。
トルを測定する場合を示すために、掃引信号発生
器３にパルス同期信号を加えている。第４図はこ
の場合の動作を説明するためのタイムチヤートで
ある。パルス光に同期したトリガ信号（第４図
Ｂ）を掃引信号発生器３に入力し、これに同期し
て可変波長出力光Rvの周波数ωpを第４図Ａのよ
うにステツプ状に掃引する。同時に信号処理・表
示部７に周波数ωpの掃引に対応した（第４図Ａ
と同様の）信号を送る。その結果、１つのパルス
光ごとに１点のωpのパワースペクトルを測定す
ることになり、掃引後、第５図の説明図に示すよ
うなパルス光の全スペクトルを出力できる。
本実施例における光周波数の動作例を次に示
す。基準波長光Rsの波長：780nｍ（レーザダイ
オードの波長をRb（ルビジウム）の吸収線にロツ
クする） 可変波長光Rvの波長：780nｍ±50nｍ ωiの波長：780nｍ±50nｍ 第１図の実施例に述べたような構成によれば、
測定データとともに基準光とマーカ光が表示また
は記録されるので、基準光の波長からマーカ光の
間隔数を数えるとともに、内挿を行えば波長の絶
対値を容易に知ることができる。
す。基準波長光Rsの波長：780nｍ（レーザダイ
オードの波長をRb（ルビジウム）の吸収線にロツ
クする） 可変波長光Rvの波長：780nｍ±50nｍ ωiの波長：780nｍ±50nｍ 第１図の実施例に述べたような構成によれば、
測定データとともに基準光とマーカ光が表示また
は記録されるので、基準光の波長からマーカ光の
間隔数を数えるとともに、内挿を行えば波長の絶
対値を容易に知ることができる。
また光はスペクトラムアナライザの周波数分解
能はマーカ付き可変波長光源部１０の可変波長出
力光Rvのスペクトル幅とフイルタ部５の帯域幅
で決まる。可変波長出力Rvのスペクトル幅はマ
ーカ付き可変波長光源部１０内の可変波長レーザ
１２で決まるので、これに後述（第７図〜第１０
図）のような外部共振器形レーザダイオードを使
用することにより、優れた周波数分解能（100k
Hz）を得ることができる。
能はマーカ付き可変波長光源部１０の可変波長出
力光Rvのスペクトル幅とフイルタ部５の帯域幅
で決まる。可変波長出力Rvのスペクトル幅はマ
ーカ付き可変波長光源部１０内の可変波長レーザ
１２で決まるので、これに後述（第７図〜第１０
図）のような外部共振器形レーザダイオードを使
用することにより、優れた周波数分解能（100k
Hz）を得ることができる。
また絶対精度で高精度（10-12）、高安定
（10-12）な光周波数スペクトラム・アナライザを
得ることができる。
（10-12）な光周波数スペクトラム・アナライザを
得ることができる。
また光パルスの測定が容易という利点もある。
なお光ヘテロダイン検波部４にＷ−Ni（タング
ステン、ニツケル）点接触ダイオードやジヨゼフ
ソン素子を使うこともできる。
ステン、ニツケル）点接触ダイオードやジヨゼフ
ソン素子を使うこともできる。
また、上記の実施例ではフイルタ部５としてバ
ンドパスフイルタを用いたが、これに限らず、ロ
ーパスフイルタを用いてもよい。その場合には
ωpの掃引に伴つて、ωi′＝ωpとなるωi′の光パワ
ーが検出されることになる。
ンドパスフイルタを用いたが、これに限らず、ロ
ーパスフイルタを用いてもよい。その場合には
ωpの掃引に伴つて、ωi′＝ωpとなるωi′の光パワ
ーが検出されることになる。
また上記第２図の実施例において、フアブリ・
ペロー・エタロンFP１の共振器間隔を自由に変
えることができる場合には電気光学素子EO１が
不要となる。
ペロー・エタロンFP１の共振器間隔を自由に変
えることができる場合には電気光学素子EO１が
不要となる。
第６図は第１図装置におけるマーカ付き可変波
長光源部１０の一変形例を示す構成ブロツク図で
ある。第２図装置と同じ部分は同一の記号を付し
て説明を省略する。CL１はビームスプリツタBS
１の透過光を入力する標準物質を封入した吸収セ
ルでマーカ光源を構成するもの、PD１はこの吸
収レスCL１の出力光Rnを入射して電気信号に変
換する受光素子、CP１はこの受光素子PD１の出
力が接続する比較器、１３はこの比較器CP１の
出力が接続するマーカ信号出力端子である。標準
物質としてはCs（852nｍ付近に２本の吸収線）、
Rb（780nｍ付近に４本、794nｍ付近に４本の吸収
線）、NH3（多数の吸収線）、H2O（多数の吸収線）
などが使用される。
長光源部１０の一変形例を示す構成ブロツク図で
ある。第２図装置と同じ部分は同一の記号を付し
て説明を省略する。CL１はビームスプリツタBS
１の透過光を入力する標準物質を封入した吸収セ
ルでマーカ光源を構成するもの、PD１はこの吸
収レスCL１の出力光Rnを入射して電気信号に変
換する受光素子、CP１はこの受光素子PD１の出
力が接続する比較器、１３はこの比較器CP１の
出力が接続するマーカ信号出力端子である。標準
物質としてはCs（852nｍ付近に２本の吸収線）、
Rb（780nｍ付近に４本、794nｍ付近に４本の吸収
線）、NH3（多数の吸収線）、H2O（多数の吸収線）
などが使用される。
上記のような構成のマーカ付き可変波長光源部
１０の動作を次に説明する。可変波長レーザ１２
の出力光の一部はビームスプリツタBS１を透過
して吸収セルCL１に入射する。入射光は吸収セ
ルCL１の内部に封入された標準物質により特定
の波長（前述）で吸収を受け、前記波長でピーク
値（最下点）を有する透過光Rnを出力する。受
光素子PD１はこの出力光Rnを電気信号に変換
し、比較器CP１で波形整形した後マーカ信号En
として端子１３から出力する。量子標準のマーカ
光が出力されるので、高精度の波長測定が可能で
ある。
１０の動作を次に説明する。可変波長レーザ１２
の出力光の一部はビームスプリツタBS１を透過
して吸収セルCL１に入射する。入射光は吸収セ
ルCL１の内部に封入された標準物質により特定
の波長（前述）で吸収を受け、前記波長でピーク
値（最下点）を有する透過光Rnを出力する。受
光素子PD１はこの出力光Rnを電気信号に変換
し、比較器CP１で波形整形した後マーカ信号En
として端子１３から出力する。量子標準のマーカ
光が出力されるので、高精度の波長測定が可能で
ある。
第７図は第２図のマーカ付き可変波長光源部１
０における可変波長レーザ１２の一具体例で、共
振器内に波長選択性の素子を挿入したものを示す
構成ブロツク図である。図においてLD２は半導
体レーザ、１２１，１２２はこの半導体レーザ
LD２の両端に設けられた無反射コート部、LS５
はこの無反射コート部１２１から出射される光を
平行光とするレンズ、HM４はこのレンズLS５
を通過した光が反射されるとともに共振光を外部
へ出力するハーフミラー、LS６は無反射コート
部１２２から出射される光を平行光とするレン
ズ、UM１はこのレンズLS６を通過する光が入
射する第１の超音波変調器、UM２はこの超音波
変調器UM１からの出力光が入射する第２の超音
波変調器、Ｍ１はこの超音波変調器UM２から出
射した光を反射するミラー、DR１は前記超音波
変調器UM１，UM２を周波数Ｆで励振する発振
器である。半導体レーザLD２の無反射コート部
１２１から出射した光はレンズLD５で平行光と
された後ハーフミラーHM４で反射され、反射光
は光路を元に戻つて再び半導体レーザLD２に入
射する。無反射コート部１２２から出射した周波
数f01の光はレンズLS６で平行光とされ、第１の
超音波変調器UM１に入射する。超音波により生
じる回折格子に対して特定の入射角および出射角
を満足するような光の波長は超音波の波長が変わ
れば変化する。入射光は回折の際に超音波による
ドツプラシフトを受け、＋１次回折光（超音波の
方向の回折される方向が同じ）の周波数はf01＋
Ｆとなる。超音波変調器UM１からの出射光は超
音波変調器UM２で再び回折する。超音波変調器
UM２では超音波の進行波の方向と回折光の関係
が超音波変調器UM１における場合と逆で、−１
次回折光となるので、ドツプラシフト量は−Ｆと
なり、超音波変調器UM２の出力光の数端数はf01
＋Ｆ−Ｆ＝f01となる。超音波変調器UM２の出力
光はミラーＭ１で反射した後超音波変調器UM２
でドツプラシフトを受けて周波数がf01−Ｆとな
つた後、超音波変調器UM１でf01−Ｆ＋Ｆ＝f01
となり、元の周波数f01となつて半導体レーザLD
２に戻るので、共振状態が持続する。この様な構
成な構成で超音波の波長（周波数Ｆ）を変えれ
ば、共振する光の波長を掃引することができる。
ハーフミラーHM４を介して共振した光が外部に
出力される。
０における可変波長レーザ１２の一具体例で、共
振器内に波長選択性の素子を挿入したものを示す
構成ブロツク図である。図においてLD２は半導
体レーザ、１２１，１２２はこの半導体レーザ
LD２の両端に設けられた無反射コート部、LS５
はこの無反射コート部１２１から出射される光を
平行光とするレンズ、HM４はこのレンズLS５
を通過した光が反射されるとともに共振光を外部
へ出力するハーフミラー、LS６は無反射コート
部１２２から出射される光を平行光とするレン
ズ、UM１はこのレンズLS６を通過する光が入
射する第１の超音波変調器、UM２はこの超音波
変調器UM１からの出力光が入射する第２の超音
波変調器、Ｍ１はこの超音波変調器UM２から出
射した光を反射するミラー、DR１は前記超音波
変調器UM１，UM２を周波数Ｆで励振する発振
器である。半導体レーザLD２の無反射コート部
１２１から出射した光はレンズLD５で平行光と
された後ハーフミラーHM４で反射され、反射光
は光路を元に戻つて再び半導体レーザLD２に入
射する。無反射コート部１２２から出射した周波
数f01の光はレンズLS６で平行光とされ、第１の
超音波変調器UM１に入射する。超音波により生
じる回折格子に対して特定の入射角および出射角
を満足するような光の波長は超音波の波長が変わ
れば変化する。入射光は回折の際に超音波による
ドツプラシフトを受け、＋１次回折光（超音波の
方向の回折される方向が同じ）の周波数はf01＋
Ｆとなる。超音波変調器UM１からの出射光は超
音波変調器UM２で再び回折する。超音波変調器
UM２では超音波の進行波の方向と回折光の関係
が超音波変調器UM１における場合と逆で、−１
次回折光となるので、ドツプラシフト量は−Ｆと
なり、超音波変調器UM２の出力光の数端数はf01
＋Ｆ−Ｆ＝f01となる。超音波変調器UM２の出力
光はミラーＭ１で反射した後超音波変調器UM２
でドツプラシフトを受けて周波数がf01−Ｆとな
つた後、超音波変調器UM１でf01−Ｆ＋Ｆ＝f01
となり、元の周波数f01となつて半導体レーザLD
２に戻るので、共振状態が持続する。この様な構
成な構成で超音波の波長（周波数Ｆ）を変えれ
ば、共振する光の波長を掃引することができる。
ハーフミラーHM４を介して共振した光が外部に
出力される。
また可変波長レーザ１２の第２の具体例とし
て、第８図のように共振器内に光の屈折率を制御
できる素子を挿入したものを用いてもよい。第７
図と同一の部分には同じ記号を付して説明を省略
する。EO１はLiNbO3（ニオブ酸リチウム）等か
らなりレンズLS６の出力光を入射する両面無反
射コートの電気光学素子、Ｅ２はこの電気光学素
子EO１を制御する信号源である。半導体レーザ
LD２を出射した光はレンズLS６で平行光となつ
た後電気光学素子EO１を通過し、ミラーＭ１で
反射した後元の光路を逆行して、再び半導体レー
ザLD２に入射する。この結果HM４とミラーＭ
１の間で共振器を構成できる。HM４とミラーＭ
１の間の電気光学素子EO１の光路に沿つた長さ
１を除く距離をL3、電気光学素子EO１の屈折率
をn3、光速をｃ、ｐを整数とすると、発振周波数
f02は f02＝ｐ・ｃ／２（L3＋n3(V)１） ……(1) となる。すなわち信号源Ｅ２により電気光学素子
EO１の電解強度を変えることにより屈折率n3を
変化させることができ、その結果発振周波数f02
を掃引できる。
て、第８図のように共振器内に光の屈折率を制御
できる素子を挿入したものを用いてもよい。第７
図と同一の部分には同じ記号を付して説明を省略
する。EO１はLiNbO3（ニオブ酸リチウム）等か
らなりレンズLS６の出力光を入射する両面無反
射コートの電気光学素子、Ｅ２はこの電気光学素
子EO１を制御する信号源である。半導体レーザ
LD２を出射した光はレンズLS６で平行光となつ
た後電気光学素子EO１を通過し、ミラーＭ１で
反射した後元の光路を逆行して、再び半導体レー
ザLD２に入射する。この結果HM４とミラーＭ
１の間で共振器を構成できる。HM４とミラーＭ
１の間の電気光学素子EO１の光路に沿つた長さ
１を除く距離をL3、電気光学素子EO１の屈折率
をn3、光速をｃ、ｐを整数とすると、発振周波数
f02は f02＝ｐ・ｃ／２（L3＋n3(V)１） ……(1) となる。すなわち信号源Ｅ２により電気光学素子
EO１の電解強度を変えることにより屈折率n3を
変化させることができ、その結果発振周波数f02
を掃引できる。
第９図は可変波長レーザ１２の第２の具体例
で、第８図の可変波長レーザを２重共振器形とし
たものを示す構成ブロツク図である。第８図と同
一の部分は同じ記号を付して説明を省略する。
BS２はレンズLS６からの出射光を２方向に分離
するビームスプリツタ、EO２はこのビームスプ
リツタBS２を透過した光を入射する電気光学素
子、Ｍ１はこの電気光学素子EO２の出力光を反
射するミラー、EO３は前記ビームスプリツタBS
２で反射した光を入射する電気光学素子、Ｍ２は
この電気光学素子EO３の出射光を反射するミラ
ーである。前記光学素子EO２，EO３の光路方向
の長さをそれぞれl4，l5、屈折率をそれぞれn4，
n5、HM４，Ｍ１間の光路に沿つたl4を除く距離
をL4，HM４，Ｍ２間の光路に沿つたl5を除く距
離をL5、ｑを整数とすると、この場合の発振周
波数f03は f03＝ｑ・ｃ／２｜（L4＋n4（V1）l4） −（L5＋n5（V2）l5）｜ ……(2) となる。(2)式は(1)式よりも分母も小さくできるの
で、第８図装置の場合よりも発振周波数の可変範
囲を大きくできる。
で、第８図の可変波長レーザを２重共振器形とし
たものを示す構成ブロツク図である。第８図と同
一の部分は同じ記号を付して説明を省略する。
BS２はレンズLS６からの出射光を２方向に分離
するビームスプリツタ、EO２はこのビームスプ
リツタBS２を透過した光を入射する電気光学素
子、Ｍ１はこの電気光学素子EO２の出力光を反
射するミラー、EO３は前記ビームスプリツタBS
２で反射した光を入射する電気光学素子、Ｍ２は
この電気光学素子EO３の出射光を反射するミラ
ーである。前記光学素子EO２，EO３の光路方向
の長さをそれぞれl4，l5、屈折率をそれぞれn4，
n5、HM４，Ｍ１間の光路に沿つたl4を除く距離
をL4，HM４，Ｍ２間の光路に沿つたl5を除く距
離をL5、ｑを整数とすると、この場合の発振周
波数f03は f03＝ｑ・ｃ／２｜（L4＋n4（V1）l4） −（L5＋n5（V2）l5）｜ ……(2) となる。(2)式は(1)式よりも分母も小さくできるの
で、第８図装置の場合よりも発振周波数の可変範
囲を大きくできる。
第１０図は可変波長レーザ１２の第４の具体例
で、第８図の可変波長レーザダイオードを１チツ
プ上に集積化したものを示す構成図である。１２
３はAlGaAs、InGaAsPなどから構成されるレー
ザダイオード、１２４はこのレーザダイオード１
２３の接合部に設けられた光増幅部、１２５は同
じく導波路形外部共振器、１２６，１２７はレー
ザダイオード１２３の両端にもうけられたミラ
ー、１２８は前記光増幅部１２４に対応してレー
ザダイオード１２３の表面に設けられた電極、１
２９は前記導波路形外部共振器１２５に対応して
レーザダイオード１２３の表面に設けられた電極
である。電極１２８を介して接合部に電流ILDを
注入して光増幅部１２４においてレーザ光を発生
させ、導波路形外部共振器１２５に電極１２９を
介して電流IFを流し導波路形外部共振器１２５の
屈折率を変化させて発振周波数を掃引する。光増
幅器１２４および導波路形外部共振器１２５の接
合部に沿つた流さをそれぞれl6，l7、屈折率をそ
れぞれn6，n7、ｒを整数とすると、発振周波数
f04は f04＝ｒ・ｃ／２（n6l6＋n7（IF）l7） ……(3) となる。
で、第８図の可変波長レーザダイオードを１チツ
プ上に集積化したものを示す構成図である。１２
３はAlGaAs、InGaAsPなどから構成されるレー
ザダイオード、１２４はこのレーザダイオード１
２３の接合部に設けられた光増幅部、１２５は同
じく導波路形外部共振器、１２６，１２７はレー
ザダイオード１２３の両端にもうけられたミラ
ー、１２８は前記光増幅部１２４に対応してレー
ザダイオード１２３の表面に設けられた電極、１
２９は前記導波路形外部共振器１２５に対応して
レーザダイオード１２３の表面に設けられた電極
である。電極１２８を介して接合部に電流ILDを
注入して光増幅部１２４においてレーザ光を発生
させ、導波路形外部共振器１２５に電極１２９を
介して電流IFを流し導波路形外部共振器１２５の
屈折率を変化させて発振周波数を掃引する。光増
幅器１２４および導波路形外部共振器１２５の接
合部に沿つた流さをそれぞれl6，l7、屈折率をそ
れぞれn6，n7、ｒを整数とすると、発振周波数
f04は f04＝ｒ・ｃ／２（n6l6＋n7（IF）l7） ……(3) となる。
第１１図は第２図の基準波長レーザ光源１４の
具体例を示す構成ブロツク図である。図におい
て、LD３は半導体レーザ、BS３はこの半導体レ
ーザLD３の出力光が入射するビームスプリツタ、
CL２はこのビームスプリツタBS３の反射光を入
射する標準物質が封入された吸収セル、PD３は
この吸収セルCL２の透過光が入射する受光素子、
LA１はこの受光素子PD３の電気出力を入力しこ
れに対応する出力で前記半導体レーザLD３の電
流を制御するロツクインアンプ、DR２は前記半
導体レーザLD３の電流を周波数変調するととも
に前記ロツクインアンプLA１の位相検波周波数
を供給する発振器である。ビームスプリツタBS
３の透過光がこの基準波長レーザ光源の出力光と
なる。標準物質としてはCs，Rb，NH3，H2Oな
ど任意の物質を用いることができる。半導体レー
ザLD３の出力光はビームスプリツタBS３で反射
されて吸収セルCL２に入射し、吸収セル内CL２
の標準物質による吸収を受ける。吸収量を受光素
子PD３で検出し、ロツクインアンプLA１を介し
て半導体レーザLD３の電流に帰還する。半導体
レーザLD３の出力波長は標準物質の吸収スペク
トル線にロツクされるので、高安定、高精度の基
準波長光源を実現できる。
具体例を示す構成ブロツク図である。図におい
て、LD３は半導体レーザ、BS３はこの半導体レ
ーザLD３の出力光が入射するビームスプリツタ、
CL２はこのビームスプリツタBS３の反射光を入
射する標準物質が封入された吸収セル、PD３は
この吸収セルCL２の透過光が入射する受光素子、
LA１はこの受光素子PD３の電気出力を入力しこ
れに対応する出力で前記半導体レーザLD３の電
流を制御するロツクインアンプ、DR２は前記半
導体レーザLD３の電流を周波数変調するととも
に前記ロツクインアンプLA１の位相検波周波数
を供給する発振器である。ビームスプリツタBS
３の透過光がこの基準波長レーザ光源の出力光と
なる。標準物質としてはCs，Rb，NH3，H2Oな
ど任意の物質を用いることができる。半導体レー
ザLD３の出力光はビームスプリツタBS３で反射
されて吸収セルCL２に入射し、吸収セル内CL２
の標準物質による吸収を受ける。吸収量を受光素
子PD３で検出し、ロツクインアンプLA１を介し
て半導体レーザLD３の電流に帰還する。半導体
レーザLD３の出力波長は標準物質の吸収スペク
トル線にロツクされるので、高安定、高精度の基
準波長光源を実現できる。
基準波長レーザ光源１４の具体例として示した
第１１図の方法は線形吸収法とよばれ、ドツプラ
シフトにより吸収スペクトルが比較的太くなる
が、飽和吸収法（堀、門田、北野、薮崎、小川：
飽和吸収分光を用いた半導体レーザの周波数安定
化、信学技報 OQE82−116）によりドツプラシ
フトで隠れている超微細構造の吸収線を検出し
て、これに半導体レーザLD３の発振波長をロツ
クすればさらに高安定とすることができる。
第１１図の方法は線形吸収法とよばれ、ドツプラ
シフトにより吸収スペクトルが比較的太くなる
が、飽和吸収法（堀、門田、北野、薮崎、小川：
飽和吸収分光を用いた半導体レーザの周波数安定
化、信学技報 OQE82−116）によりドツプラシ
フトで隠れている超微細構造の吸収線を検出し
て、これに半導体レーザLD３の発振波長をロツ
クすればさらに高安定とすることができる。
≪発明の効果≫
以上述べたように本発明によれば、絶対精度で
超高精度（10-12）、高安定（10-12）かつ超高分
解能（100kHz）な光周波数スペクトラム・アナ
ライザを実現することができる。また光パルスの
測定も可能である。
超高精度（10-12）、高安定（10-12）かつ超高分
解能（100kHz）な光周波数スペクトラム・アナ
ライザを実現することができる。また光パルスの
測定も可能である。
第１図は本発明に係る光周波数スペクトラム・
アナライザの１実施例を示す構成ブロツク図、第
２図は第１図装置のマーカ付き可変波長光源１０
の構成ブロツク図、第３図は第２図装置の動作を
説明するためのスペクトラムチヤート、第４図は
第２図装置の動作の１態様を示すタイムチヤー
ト、第５図は同動作説明図、第６図はマーカ付き
可変波長光源１０のマーカ光源部分の一変形例を
示す構成ブロツク図、第７図〜第１０図は第２図
における可変波長レーザ１２の４つの具体例を示
す構成説明図、第１１図は第２図の基準波長レー
ザ１４の具体的構成例を示す構成ブロツク図、第
１２図は従来の光周波数スペクトル・アナライザ
を示す基本構成図、第１３図は第１２図装置の動
作を説明するための特性曲線図である。 ３……掃引信号発生器、４……光ヘテロダイン
検波部、５……フイルタ部、６……検波部、７…
…信号処理・表示部、１０……マーカ付き可変波
長光源部、１２……可変波長レーザ、７３……マ
ーカ、Ei……掃引電気信号、Rn……マーカ光、
FP１……フアブリ・ペロー・エタロン、EO１…
…電気光学素子、CL１……吸収セル、Ｅ１……
信号源、HM１，HM２……ハーフミラー。
アナライザの１実施例を示す構成ブロツク図、第
２図は第１図装置のマーカ付き可変波長光源１０
の構成ブロツク図、第３図は第２図装置の動作を
説明するためのスペクトラムチヤート、第４図は
第２図装置の動作の１態様を示すタイムチヤー
ト、第５図は同動作説明図、第６図はマーカ付き
可変波長光源１０のマーカ光源部分の一変形例を
示す構成ブロツク図、第７図〜第１０図は第２図
における可変波長レーザ１２の４つの具体例を示
す構成説明図、第１１図は第２図の基準波長レー
ザ１４の具体的構成例を示す構成ブロツク図、第
１２図は従来の光周波数スペクトル・アナライザ
を示す基本構成図、第１３図は第１２図装置の動
作を説明するための特性曲線図である。 ３……掃引信号発生器、４……光ヘテロダイン
検波部、５……フイルタ部、６……検波部、７…
…信号処理・表示部、１０……マーカ付き可変波
長光源部、１２……可変波長レーザ、７３……マ
ーカ、Ei……掃引電気信号、Rn……マーカ光、
FP１……フアブリ・ペロー・エタロン、EO１…
…電気光学素子、CL１……吸収セル、Ｅ１……
信号源、HM１，HM２……ハーフミラー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 入力する掃引電気信号に対応して周波数掃引
した光を出力する可変波長レーザとこの可変波長
レーザの掃引周波数に対応し所定の周波数のみで
マーカ光を出力する或いは通常マーカ光を出力し
ておき所定の周波数のみでマーカ光を出力しない
マーカ光源とこのマーカ光源からの出力光を入射
して電気信号に変換する受光素子とを備えたマー
カ付き可変波長光源部と、 このマーカ付き可変波長光源部の出力光と被測
定光に関連する光を入射しその周波数の差に対応
する周波数の電気信号を出力する光ヘテロダイン
検波部と、 この光ヘテロダイン検波部の電気出力を入力す
るフイルタ部と、 このフイルタ部の電気出力を入力する検波部
と、前記受光素子からの電気信号をマーカ信号入
力とし前記検波部の電気出力を光パワー入力とし
前記掃引電気信号に関連する電気信号を周波数軸
入力とする信号処理・表示部とを具備し、 信号処理・表示部が前記被測定光の光周波数ス
ペクトルをマーカとともに出力することを特徴と
する光周波数スペクトラム・アナライザ。 ２ パルス光を被測定光とし、前記パルス光に同
期した掃引電気信号により可変波長レーザの出力
周波数をステツプ状に掃引することにより、パル
ス光の光周波数スペクトルを測定する特許請求の
範囲第１項記載の光周波数スペクトラム・アナラ
イザ。 ３ マーカ光源が標準物質を封入した吸収セルを
備え、可変波長レーザの出力光を前記吸収セルに
入射して前記標準物質に対応する特定の波長で吸
収を受けた透過光をマーカ光として出力する特許
請求の範囲第１項記載の光周波数スペクトラム・
アナライザ。 ４ マーカ光源が可変波長レーザ光源の出力光を
入力するフアブリ・ペロー共振器を備え、前記フ
アブリ・ペロー共振器の出力光をマーカ光として
出力する特許請求の範囲第１項記載の光周波数ス
ペクトラム・アナライザ。 ５ フアブリ・ペロー共振器内に電気光学素子を
備え、電気信号により等価的な共振器間隔を変え
るように構成した特許請求の範囲第４項記載の光
周波数スペクトラム・アナライザ。 ６ 可変波長レーザがレーザ共振器内に超音波変
調器を備えた特許請求の範囲第１項記載の光周波
数スペクトラム・アナライザ。 ７ 可変波長レーザがレーザ共振器内に電気光学
素子を備えた特許請求の範囲第１項記載の光周波
数スペクトラム・アナライザ。 ８ マーカ付き可変波長光源部が一定波長の光を
出力する基準波長レーザ光源を備えた特許請求の
範囲第１項記載の光周波数スペクトラム・アナラ
イザ。 ９ 基準波長レーザ光源として原子の吸収スペク
トルにレーザダイオードの発振波長を制御するも
のを用いる特許請求の範囲第８項記載の光周波数
スペクトラム・アナライザ。 １０ 被測定光の偏光面を制御する偏光制御部
と、この偏光制御部の出力光を増幅する光増幅部
とを備え、光ヘテロダイン検波部がマーカ付き可
変波長光源部の出力光と前記光増幅部の出力光の
周波数の差に対応する周波数の電気信号を出力す
る特許請求の範囲第１項記載の光周波数スペクト
ラム・アナライザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61189944A JPS6345515A (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 光周波数スペクトラム・アナライザ |
| US06/943,670 US4856899A (en) | 1985-12-20 | 1986-12-18 | Optical frequency analyzer using a local oscillator heterodyne detection of incident light |
| GB8630375A GB2185567B (en) | 1985-12-20 | 1986-12-19 | Optical frequency analyzer |
| DE3643569A DE3643569C2 (de) | 1985-12-20 | 1986-12-19 | Analysator für optische Frequenzen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61189944A JPS6345515A (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 光周波数スペクトラム・アナライザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345515A JPS6345515A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH0549055B2 true JPH0549055B2 (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=16249818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61189944A Granted JPS6345515A (ja) | 1985-12-20 | 1986-08-13 | 光周波数スペクトラム・アナライザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6345515A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4270718B2 (ja) * | 2000-04-27 | 2009-06-03 | 株式会社アドバンテスト | 基準波長光発生装置 |
| JP4608528B2 (ja) * | 2007-08-24 | 2011-01-12 | アンリツ株式会社 | 光スペクトルモニタ |
| JP5023094B2 (ja) * | 2009-03-11 | 2012-09-12 | アンリツ株式会社 | 光ヘテロダインスペクトラムアナライザ |
-
1986
- 1986-08-13 JP JP61189944A patent/JPS6345515A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345515A (ja) | 1988-02-26 |
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