JPH06281505A - 光波長計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉計やその他の雑音の影響を少なくし、波
長が既知の光と未知の光を同時に処理する必要のない光
波長計を提供する。 【構成】 光路切換器１は波長が既知である基準光と波
長が未知である信号光の光路を切り換えて出射し、光分
岐合波器２で分岐し、一方の光を移動鏡３で移動しなが
ら反射して光分岐合波器２に戻し、他の一方の光を固定
鏡４で反射して光分岐合波器２に戻してこれらを合波
し、光検出器５で検出し、雑音発生器６で確率密度の分
布がガウス分布の雑音を発生して電圧制御発振器７の出
力を周波数変調し、乗算器８で光検出器５の出力と乗算
し、低域通過フィルタ９で高周波成分を除去し、その出
力をレベル変換器１０で矩形波に変換してレベルを変換
し、高周波パルス発生器１１で高周波パルス列を発生
し、レベル変換器１０の出力と論理積をとり、規則的に
バースト部分を発生させ、カウンタ回路１３で１バース
ト部分中の高周波パルスの数をカウントし、信号処理部
１４で加算平均化をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光の干渉信号を位相
雑音のある信号と乗算し、その差周波数信号と高周波パ
ルスの論理積をとり、一群の高周波パルスをカウントし
て加算平均することにより、波長が既知の光と未知の光
を同時に処理する必要がなく、かつ干渉計やその他の雑
音の影響を少なくする光波長計についてのものである。

【０００２】

【従来の技術】次に、従来技術による光波長計の構成を
図１４に示す。図１４の２は光分岐合波器、３は移動
鏡、４は固定鏡、２２と２３は光検出器、２４と２５は
位相同期ループ回路（以下、ＰＬＬ回路という。）、２
６は比較回路、２７は論理積回路、２８はカウンタ回路
である。

【０００３】光分岐合波器２は、光波長が既知の光と未
知の光の２光束を同時に入射してそれぞれ分岐する。分
岐した２光束は、一方は移動鏡３で反射されて光分岐合
波器２へ戻り、他の一方は固定鏡４で反射されて分岐合
波器２へ戻る。光分岐合波器２に戻った分岐光は、それ
ぞれ合波されて出力される。光分岐合波器２からの２つ
の合波光のうち、光波長が既知の光は光検出器２３に入
射して検出され、光波長が未知の光は光検出器２２に入
射して検出される。

【０００４】ＰＬＬ回路２４は光検出器２２からの信号
に対し、図示を省略した内部の電圧制御発振器の周波数
と位相を合わせて連続な信号として出力する。ＰＬＬ回
路２５は光検出器２３からの信号に対し、例えば１００
０倍の周波数を位相を合わせて連続な信号として出力す
る。

【０００５】比較回路２６は、ＰＬＬ回路２４からの信
号を入力してカウントし、そのまま信号を出力し、あら
かじめ初期設定により決めたカウント数になると出力を
遮断する。論理積回路２７はＰＬＬ回路２５からの信号
と比較回路２６からの信号の論理積をとる。カウンタ回
路２８は論理積回路２７からの信号をカウントし、処理
することにより、未知の光の波長を得る。このような技
術は、新技術コミュニケーションズ社発行の「Ｏ ｐｌ
ｕｓ Ｅ Ｎｏ．９３ ８月 １９８７」の１３１ペー
ジの図９でも説明されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１４の構成では、移
動鏡３の移動速度が変化すると、波長測定に誤差が生じ
る要因となり、またその他の振動や回路の位相雑音など
によっても測定結果に影響を与える。さらに、光波長が
既知の光と未知の光を同時に処理する必要があるので、
回路の構成が大きくなり、複雑になるという問題があ
る。

【０００７】この発明は、光の干渉信号を位相雑音のあ
る信号と乗算し、その差周波数信号と高周波パルスの論
理積をとり、一群の高周波パルスをカウントして平均す
ることにより、干渉計やその他の雑音の影響を少なく
し、波長が既知の光と未知の光を同時に処理する必要の
ない光波長計の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決する手段】この目的を達成するために、こ
の発明では、波長が既知である基準光と波長が未知であ
る信号光の光路を切り換える光路切換器１と、光路切換
器１からの光を分岐する光分岐合波器２と、分岐した一
方を光を移動しながら反射し、光分岐合波器２に戻す移
動鏡３と、他の一方の分岐した光を反射し、光分岐合波
器２に戻す固定鏡４と、移動鏡３と固定鏡４からの光を
光分岐合波器２で合波した光を検出する光検出器５と、
確率密度の分布がガウス分布の雑音を発生する雑音発生
器６と、雑音発生器６からの出力信号３２で周波数変調
される電圧制御発振器７と、光検出器５からの出力信号
３１と電圧制御発振器７からの出力信号３３を乗算する
乗算器８と、乗算器８の出力信号の高周波成分を除去す
る低域通過フィルタ９と、低域通過フィルタ９からの出
力信号３４を矩形波に変換し、レベルを変換するレベル
変換器１０と、高周波パルス列を発生する高周波パルス
発生器１１と、高周波パルス発生器１１からの出力信号
３６とレベル変換器１０からの出力信号３５の論理積を
とり、規則的にバースト部分が発生する出力信号３７を
出力する論理積回路１２と、論理積回路１２からの出力
信号３７の１バースト部分中の高周波パルスの数をカウ
ントするカウンタ回路１３と、カウンタ回路１３でカウ
ントした結果を取り込み、加算平均化をする信号処理部
１４とを備える。

【０００９】

【作用】次に、この発明による光波長計の構成を図１に
示す。図１の１は光路切換器、２は光分岐合波器、３は
移動鏡、４は固定鏡、５は光検出器、６は雑音発生器、
７は電圧制御発振器、８は乗算器、９は低域通過フィル
タ（以下、ＬＰＦという。）、１０はレベル変換器、１
１は高周波パルス発生器、１２は論理積回路、１３はカ
ウンタ回路、１４は信号処理部である。

【００１０】図１で、光路切換器１は既知の波長光であ
る基準光と未知の波長光である入射光を入射し、切り換
えてどちらか一方の光を通過させる。光分岐合波器２は
光路切換器１からの光を分岐し、移動鏡３は分岐した一
方の光を移動しながら反射する。固定鏡４は他の一方の
光を反射する。光分岐合波器２は移動鏡３と固定鏡４か
らの光を合波する。光検出器５は光分岐合波器２からの
合波光を検出する。

【００１１】雑音発生器６は確率密度がガウス分布であ
る雑音を発生する。電圧制御発振器７は、光検出器５か
らの出力信号３１とわずかに周波数の異なる出力信号３
３を出力する。この時、雑音発生器６の出力信号３２に
より、出力信号３３に位相雑音を付加する。乗算器８は
光検出器５の出力信号３１と電圧制御発振器７からの出
力信号３３を乗算する。ＬＰＦ９は乗算器８で発生した
高調波成分を除去する。レベル変換器１０はＬＰＦ９か
らの出力信号３４を入力し、デューティ比５０％の矩形
波に変換するとともに電圧レベルを調整する。ここでは
例として、ＴＴＬレベルである０Ｖ／５Ｖとする。

【００１２】高周波パルス発生器１１はデューティ比５
０％の高周波パルスを発生する。論理積回路１２はレベ
ル変換器１０からの出力信号３５と高周波パルス発生器
１１からの出力信号３６の論理積をとり、バースト状の
信号３７を出力する。カウンタ回路１３は、論理積回路
１２からの信号３７の１つのバースト部分中の高周波パ
ルスの数をカウントし、次のバースト部分が入力する前
に出力する。

【００１３】信号処理部１４は１バースト部分ごとにカ
ウンタ回路で数えた結果を加算平均し、１バースト部分
中の高周波パルスの平均値を出す。この平均値は、光波
長が既知の光の波長に対応する。次に光路切換器１の通
過ポートを光波長が未知の光に切り換えて同様の操作を
行うことにより、未知の光に対応した１バースト部分中
の高周波パルスの平均値が求められる。この値と先に得
られた既知の光波長による平均値の間には、以下の関係
が成り立つ。「既知の光波長：既知の光の場合の平均値
＝未知の光波長：未知の光の場合の平均値」。この関係
から未知の光波長を求める。

【００１４】

【実施例】次に図１の動作を図２〜１３により説明す
る。図２は光検出器５の出力信号３１の波形である。図
３は雑音発生器６の出力信号３２の波形であり、ここで
は確率密度の分布がガウス分布であるような雑音を発生
している。

【００１５】図４は電圧制御発振器７の出力信号１７の
例であり、光検出器５からの出力信号３１とわずかに周
波数の異なる出力信号３３に、雑音発生器６からの雑音
を付加して出力する。

【００１６】図５は、図２や図４と同じ縮尺で示した出
力信号３４の波形であり、光検出器５の出力信号３１と
電圧制御発振器７の出力信号３３の波形を乗算器８で乗
算し、ＬＰＦ９を通過した波形である。図６は、説明の
ため図５の時間軸を縮めた出力信号３４の波形である。
図７はレベル変換器１０の出力信号３５であり、図６の
波形を０Ｖ／５Ｖに変換した波形である。図８は高周波
パルス発生器１１の出力信号３６の波形であり、図９は
図７と図８の波形を入力とし、論理積をとる論理積回路
１２の出力信号３７の波形である。

【００１７】ここで、図５と図６に示した出力信号３４
は、雑音発生器６によって位相雑音が付加されている。
これにより、例えば移動鏡３の移動速度の時間的なばら
つきや振動などによる信号３４の位相雑音は、雑音発生
器６で付加された位相雑音に覆い隠され、無視する事が
できる。

【００１８】つぎに、信号３４の拡大図を図１０に示
し、信号３５の拡大図を図１１に示す。図１０で、出力
信号３４は雑音発生器６により付加された位相雑音によ
り、位相ゆらぎを持っている。したがって、レベル変換
器１０でこの波形を変換すると、そのときの波形は図１
１に示すように、パルス幅はｔ１〜ｔ７の間で変化す
る。この時、ｔ４の場合をパルス幅揺らぎの中心値とす
ると、パルス幅揺らぎの確率密度はガウス分布となる。

【００１９】図１２のアは信号３５のパルス幅がｔ１の
場合の信号３７であり、イは信号１９のパルス幅がｔ２
の場合の信号３７である。図１２のウは信号３５のパル
ス幅がｔ３の場合の信号３７であり、エは信号３５のパ
ルス幅がｔ４の場合の信号３７である。図１２のオは信
号３５のパルス幅がｔ５の場合の信号３７であり、カは
信号３５のパルス幅がｔ６の場合の信号３７である。図
１２のキは信号３５のパルス幅がｔ７の場合の信号３７
である。図１２に示した波形のパルス幅の発生率は、図
１１に示した確率密度を量子化したものと等価になる。

【００２０】次に、図１３のアに量子化前の確率密度関
数を示し、イに量子化した確率密度を示す。図１３のイ
に示したような確率密度分布を持つ揺らぎの加算平均を
求めることにより、信号３５の平均のパルス幅の中に含
まれる高周波パルスの数がわかる。図１３イで、１ディ
ジットは信号３６の１周期分である。この操作を光波長
が既知の光と未知の光について行い、「既知の光波長：
既知の光の場合の平均値＝未知の光波長：未知の光の場
合の平均値」の関係にそれぞれ得られた値を代入して処
理する事により、未知の光波長がわかる。

【００２１】

【発明による効果】この発明によれば、信号に位相雑音
を付加し、加算平均をとっているため、移動鏡の移動速
度のばらつきや振動による誤差を無視できる。また、移
動鏡で光波長が既知の光に与える位相差と未知の光に与
える位相差の時間的な同一性が必要ないため、２つの光
を同時に処理する必要がないことと、ＰＬＬなどの帰還
ループがないため回路が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による光波長計の構成図である。

【図２】光検出器５の出力信号３１の波形例である。

【図３】雑音発生器６の出力信号３２の確率密度分布で
ある。

【図４】電圧制御発振器７の出力信号３３の波形例であ
る。

【図５】ＬＰＦ９の出力信号３４の波形例である。

【図６】図５の時間軸を短縮した波形である。

【図７】レベル変換器１０の出力信号３５の波形例であ
る。

【図８】高周波パルス発生器１１の出力信号３６の波形
例である。

【図９】論理積回路１２の出力信号３７の波形例であ
る。

【図１０】ＬＰＦ９の出力信号３４の拡大図である。

【図１１】レベル変換器１０の出力信号３５の拡大図と
パルス幅の確率密度分布である。

【図１２】図１１によるｔ１〜ｔ７の場合の信号３７の
波形図である。

【図１３】レベル変換器１０の出力信号３５のパルス幅
の量子化後の確率密度分布である。

【図１４】従来技術による光波長計の構成図である。

【符号の説明】

１ 光路切換器 ２ 光分岐合波器 ３ 移動鏡 ４ 固定鏡 ５ 光検出器 ６ 雑音発生器 ７ 電圧制御発振器 ８ 乗算器 ９ 低域通過フィルタ １０ レベル変換器 １１ 高周波パルス発生器 １２ 論理積回路 １３ カウンタ回路 １４ 信号処理部 ２２・２３ 光検出器 ２４・２５ 位相同期ループ回路 ２６ 比較回路 ２７ 論理積回路 ２８ カウンタ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長が既知である基準光と波長が未知で
   ある入射光の光路を切り換える光路切換器(1) と、 光路切換器(1) からの光を分岐する光分岐合波器(2)
   と、 分岐した一方を光を移動しながら反射し、光分岐合波器
   (2) に戻す移動鏡(3)と、 他の一方の分岐した光を反射し、光分岐合波器(2) に戻
   す固定鏡(4) と、 移動鏡(3) と固定鏡(4) からの光を光分岐合波器(2) で
   合波した光を検出する光検出器(5) と、 確率密度の分布がガウス分布の雑音を発生する雑音発生
   器(6) と、 雑音発生器(6) からの出力信号(32)で周波数変調される
   電圧制御発振器(7) と、 光検出器(5) からの出力信号(31)と電圧制御発振器(7)
   からの出力信号(33)を乗算する乗算器(8) と、 乗算器(8) の出力信号の高周波成分を除去する低域通過
   フィルタ(9) と、 低域通過フィルタ(9) からの出力信号(34)を矩形波に変
   換し、レベルを変換するレベル変換器(10)と、 高周波パルス列を発生する高周波パルス発生器(11)と、 高周波パルス発生器(11)からの出力信号(36)とレベル変
   換器(10)からの出力信号(35)の論理積をとり、規則的に
   バースト部分が発生する出力信号(37)を出力する論理積
   回路(12)と、 論理積回路(12)からの出力信号(37)の１バースト部分中
   の高周波パルスの数をカウントするカウンタ回路(13)
   と、 カウンタ回路(13)でカウントした結果を取り込み、加算
   平均化をする信号処理部(14)とを備えることを特徴とす
   る光波長計。