JPH0712679A - 光共振器周波数特性測定方法および装置 - Google Patents
光共振器周波数特性測定方法および装置Info
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- JPH0712679A JPH0712679A JP15742793A JP15742793A JPH0712679A JP H0712679 A JPH0712679 A JP H0712679A JP 15742793 A JP15742793 A JP 15742793A JP 15742793 A JP15742793 A JP 15742793A JP H0712679 A JPH0712679 A JP H0712679A
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- light
- optical path
- resonator
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定レーザ共振器の出力を二つに分岐して
干渉させてそのレーザ共振器の周波数特性を測定する方
法および装置において、光学系の光路長を長くしかも連
続的に変化させることにより、低コストで高分解能かつ
安定な測定を可能とする。 【構成】 干渉計の一方の光路、特に長い光路に伝搬光
を繰り返し伝搬させるとともに、その伝搬光にその繰り
返しごとに周波数シフトを与え、合波した後に光学的あ
るいは電気的フィルタにより所望の周波数成分を抽出す
る。
干渉させてそのレーザ共振器の周波数特性を測定する方
法および装置において、光学系の光路長を長くしかも連
続的に変化させることにより、低コストで高分解能かつ
安定な測定を可能とする。 【構成】 干渉計の一方の光路、特に長い光路に伝搬光
を繰り返し伝搬させるとともに、その伝搬光にその繰り
返しごとに周波数シフトを与え、合波した後に光学的あ
るいは電気的フィルタにより所望の周波数成分を抽出す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光共振器の試験に利用す
る。特に、光コヒーレント伝送または光コヒーレント計
測用の光源として用いられる狭線幅レーザのスペクトル
線幅測定あるいは変調時のスペクトル特性の測定、ある
いは時間幅がピコ秒以下の光パルスを発生する超短パル
スレーザの開発および調整のための波長分散特性の測定
に利用される光共振器周波数特性測定方法および装置に
関する。
る。特に、光コヒーレント伝送または光コヒーレント計
測用の光源として用いられる狭線幅レーザのスペクトル
線幅測定あるいは変調時のスペクトル特性の測定、ある
いは時間幅がピコ秒以下の光パルスを発生する超短パル
スレーザの開発および調整のための波長分散特性の測定
に利用される光共振器周波数特性測定方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来の光共振器周波数特性測定装
置を示し、光学系としてマイケルソン干渉計を用いた構
成例を示す。すなわち、被測定レーザ共振器７１の出力
光をハーフミラー７２により二つに分岐し、その二つの
分岐光をそれぞれ全反射ミラー７３、７４で反射してハ
ーフミラー７２により再び合波し、その合波光を受光器
７５により受光する。
置を示し、光学系としてマイケルソン干渉計を用いた構
成例を示す。すなわち、被測定レーザ共振器７１の出力
光をハーフミラー７２により二つに分岐し、その二つの
分岐光をそれぞれ全反射ミラー７３、７４で反射してハ
ーフミラー７２により再び合波し、その合波光を受光器
７５により受光する。
【０００３】このような構成において、全反射ミラー７
３または７４を移動させることにより干渉計の一方の光
路長を変化させ、受光器７５により得られる干渉出力の
直流成分をフーリエ変換して得られる周波数領域での位
相情報から、被測定レーザ共振器７１の波長分散特性を
求めることができる。
３または７４を移動させることにより干渉計の一方の光
路長を変化させ、受光器７５により得られる干渉出力の
直流成分をフーリエ変換して得られる周波数領域での位
相情報から、被測定レーザ共振器７１の波長分散特性を
求めることができる。
【０００４】また、電気のスペクトルアナライザその他
を用いて高周波成分を観測すると、位相情報の微分成分
としてレーザの周波数雑音成分が得られる。さらに、光
ファイバを用いて光路長差を長くし、二つの光路のコヒ
ーレンス性をなくすことによってビートスペクトルを生
じさせ、そのスペクトルからスペクトル線幅を測定する
遅延自己ホモダイン／ヘテロダイン法もよく知られてい
る。
を用いて高周波成分を観測すると、位相情報の微分成分
としてレーザの周波数雑音成分が得られる。さらに、光
ファイバを用いて光路長差を長くし、二つの光路のコヒ
ーレンス性をなくすことによってビートスペクトルを生
じさせ、そのスペクトルからスペクトル線幅を測定する
遅延自己ホモダイン／ヘテロダイン法もよく知られてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の光共振器周波数特性装置では、干渉出力の直流成分か
ら波長分散特性を測定する場合に、被測定レーザ共振器
の共振器長程度に干渉計の光路長差を設定する必要があ
り、半導体レーザのような短い共振器長の場合にはよい
が、気体レーザのような極めて長い共振器長のレーザを
測定する場合には干渉計の光路長差も大きくする必要が
ある。このため、干渉計の安定性が損なわれ、安定な測
定ができないという問題があった。また、レーザ周波数
雑音を測定する場合でも、その検出感度は光路長に比例
するため、少しでも長い範囲にわたって光路長を変化さ
せる必要がある。さらに、遅延自己法においても、最近
は半導体レーザの線幅が１００ｋＨｚより細くなり、分
解能を上げるためには必要なファイバ長が数百ｋｍ以上
になりコスト的な問題が生じてきている。
の光共振器周波数特性装置では、干渉出力の直流成分か
ら波長分散特性を測定する場合に、被測定レーザ共振器
の共振器長程度に干渉計の光路長差を設定する必要があ
り、半導体レーザのような短い共振器長の場合にはよい
が、気体レーザのような極めて長い共振器長のレーザを
測定する場合には干渉計の光路長差も大きくする必要が
ある。このため、干渉計の安定性が損なわれ、安定な測
定ができないという問題があった。また、レーザ周波数
雑音を測定する場合でも、その検出感度は光路長に比例
するため、少しでも長い範囲にわたって光路長を変化さ
せる必要がある。さらに、遅延自己法においても、最近
は半導体レーザの線幅が１００ｋＨｚより細くなり、分
解能を上げるためには必要なファイバ長が数百ｋｍ以上
になりコスト的な問題が生じてきている。
【０００６】本発明は、これらの課題を解決するため、
光学系の光路長を極めて長くしかも連続的に変化させる
ことを可能とし、低コストで高分解能かつ安定な測定が
可能な光共振器周波数特性測定方法および装置を提供す
ることを目的とする。
光学系の光路長を極めて長くしかも連続的に変化させる
ことを可能とし、低コストで高分解能かつ安定な測定が
可能な光共振器周波数特性測定方法および装置を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は光
共振器周波数特性測定方法であり、被測定レーザ共振器
の出力光を二つに分岐してその二つの分岐光に光路長差
を与えた後に合波し、合波された光を光電変換して被測
定レーザ共振器の光周波数特性を測定する光共振器周波
数特性測定方法において、二つの分岐光の一方に周波数
シフトを与え、この一方の分岐光をその光路に繰り返し
伝搬させ、この繰り返し伝搬によって生じた光路長差に
相当する周波数成分を抽出することを特徴とする。
共振器周波数特性測定方法であり、被測定レーザ共振器
の出力光を二つに分岐してその二つの分岐光に光路長差
を与えた後に合波し、合波された光を光電変換して被測
定レーザ共振器の光周波数特性を測定する光共振器周波
数特性測定方法において、二つの分岐光の一方に周波数
シフトを与え、この一方の分岐光をその光路に繰り返し
伝搬させ、この繰り返し伝搬によって生じた光路長差に
相当する周波数成分を抽出することを特徴とする。
【０００８】本発明の第二の観点は上述の方法を実施す
る装置であり、被測定レーザ共振器の出力光を二つに分
岐してその二つの分岐光に光路長差を与えた後に合波す
る光学手段と、合波された光を光電変換して被測定レー
ザ共振器の光周波数特性を測定する測定手段とを備えた
光共振器周波数特性測定装置において、二つの分岐光の
一方の光路に配置された周波数シフタと、この一方の分
岐光をその光路に繰り返し伝搬させる手段と、この繰り
返し伝搬させる手段によって生じた光路長差に相当する
周波数成分を抽出する手段とを備えたことを特徴とす
る。
る装置であり、被測定レーザ共振器の出力光を二つに分
岐してその二つの分岐光に光路長差を与えた後に合波す
る光学手段と、合波された光を光電変換して被測定レー
ザ共振器の光周波数特性を測定する測定手段とを備えた
光共振器周波数特性測定装置において、二つの分岐光の
一方の光路に配置された周波数シフタと、この一方の分
岐光をその光路に繰り返し伝搬させる手段と、この繰り
返し伝搬させる手段によって生じた光路長差に相当する
周波数成分を抽出する手段とを備えたことを特徴とす
る。
【０００９】二つの分岐光のうち光路長の長いほうの分
岐光に周波数シフトを与えて繰り返し伝搬させることが
よい。
岐光に周波数シフトを与えて繰り返し伝搬させることが
よい。
【００１０】周波数成分を抽出する手段としては、光に
より所望の周波数成分を抽出する光学フィルタでもよ
く、電気信号に変化された後に所望の周波数成分を抽出
する電気フィルタでもよい。
より所望の周波数成分を抽出する光学フィルタでもよ
く、電気信号に変化された後に所望の周波数成分を抽出
する電気フィルタでもよい。
【００１１】二つの分岐光の光路長差を被測定レーザ共
振器の共振器長の零以外の整数倍となる近傍で変化させ
る手段を備えることがよい。
振器の共振器長の零以外の整数倍となる近傍で変化させ
る手段を備えることがよい。
【００１２】
【作用】干渉計の光路長の長い方の光路の伝搬光を繰り
返しその光路に伝搬させるとともに、その伝搬光にその
繰り返しごとに周波数シフトを与える。これにより、そ
の光路を１回周回するごとに光周波数が所定の周波数だ
けシフトし、光周波数のシフト量から、その光が第二の
光路を何回周回したか、すなわち光路長を識別すること
ができる。したがって、二つの分岐光を合波した後に光
学的あるいは電気的フィルタで所望の周波数成分を抽出
すれば、光路長の長い方の光路を所定の回数だけ周回し
た光と、光路長の短い方の光路を伝搬した光との干渉信
号を選択的に測定することができる。
返しその光路に伝搬させるとともに、その伝搬光にその
繰り返しごとに周波数シフトを与える。これにより、そ
の光路を１回周回するごとに光周波数が所定の周波数だ
けシフトし、光周波数のシフト量から、その光が第二の
光路を何回周回したか、すなわち光路長を識別すること
ができる。したがって、二つの分岐光を合波した後に光
学的あるいは電気的フィルタで所望の周波数成分を抽出
すれば、光路長の長い方の光路を所定の回数だけ周回し
た光と、光路長の短い方の光路を伝搬した光との干渉信
号を選択的に測定することができる。
【００１３】
【実施例】図１は本発明第一実施例の光共振器周波数特
性測定装置を示すブロック構成図である。
性測定装置を示すブロック構成図である。
【００１４】この実施例装置は、被測定レーザ共振器１
１の出力光を二つに分岐してその二つの分岐光に光路長
差を与えた後に合波する光学手段としてハーフミラー１
２、１３および全反射ミラー１４、１６を備え、合波さ
れた光を光電変換して被測定レーザ共振器１１の光周波
数特性を測定する測定手段として受光器１７および信号
処理装置１９を備える。
１の出力光を二つに分岐してその二つの分岐光に光路長
差を与えた後に合波する光学手段としてハーフミラー１
２、１３および全反射ミラー１４、１６を備え、合波さ
れた光を光電変換して被測定レーザ共振器１１の光周波
数特性を測定する測定手段として受光器１７および信号
処理装置１９を備える。
【００１５】ここで本実施例の特徴とするところは、二
つの分岐光の一方の光路に配置された周波数シフタ１５
を備え、この一方の分岐光をその光路に繰り返し伝搬さ
せるようにハーフミラー１２、１３が配置され、繰り返
し伝搬によって生じた光路長差に相当する周波数成分を
抽出する手段として電気フィルタ１８を備えたことにあ
る。
つの分岐光の一方の光路に配置された周波数シフタ１５
を備え、この一方の分岐光をその光路に繰り返し伝搬さ
せるようにハーフミラー１２、１３が配置され、繰り返
し伝搬によって生じた光路長差に相当する周波数成分を
抽出する手段として電気フィルタ１８を備えたことにあ
る。
【００１６】被測定レーザ共振器１１の出力光は、ハー
フミラー１２を通過してハーフミラー１３により二つに
分岐される。このとき、一方の分岐光すなわちハーフミ
ラー１３を通過した光はそのまま受光器１７に入射し、
他方の分岐光すなわちハーフミラー１３により反射され
た光は、全反射ミラー１４、周波数シフタ１５、全反射
ミラー１６およびハーフミラー１２を経由して再びハー
フミラー１３に入射する。したがって、その一部が受光
器１７に入射し、一部が再び全反射ミラー１４、周波数
シフタ１５、全反射ミラー１６およびハーフミラー１２
を経由する光路に伝搬する。
フミラー１２を通過してハーフミラー１３により二つに
分岐される。このとき、一方の分岐光すなわちハーフミ
ラー１３を通過した光はそのまま受光器１７に入射し、
他方の分岐光すなわちハーフミラー１３により反射され
た光は、全反射ミラー１４、周波数シフタ１５、全反射
ミラー１６およびハーフミラー１２を経由して再びハー
フミラー１３に入射する。したがって、その一部が受光
器１７に入射し、一部が再び全反射ミラー１４、周波数
シフタ１５、全反射ミラー１６およびハーフミラー１２
を経由する光路に伝搬する。
【００１７】このような構成において、被測定レーザ共
振器１１の出力光の電界をＥ（ｔ）とすると、 Ｅ（ｔ）＝Ａ exp〔ｊ｛ωｔ＋φ（ｔ）｝〕 …（１） と書き表すことができる。ただし、ωは光角周波数、Ａ
は電界振幅、φ（ｔ）は位相変動である。電界振幅Ａの
ゆらぎは小さく、測定したいものはφ（ｔ）である。光
路長差Ｌの干渉計を用いて遅延時間τ＝ｃ／Ｌ、ただし
ｃは光速、が与えられた電界は、 Ｅ（ｔ＋τ）＝Ａ cos｛ω（ｔ＋τ）＋φ（ｔ＋τ）｝〕 …（２） となる。（１）式と（２）の干渉出力Ｔ（ｔ）は、 Ｉ（ｔ） ＝｛Ｅ（ｔ）＋Ｅ（ｔ＋τ）｝2 ＝Ａ2 cos2｛ω（ｔ＋τ）＋φ（ｔ＋τ）｝ ＋２Ａ2 cos｛ω（ｔ＋τ）＋φ（ｔ＋τ）｝ cos｛ωｔ＋φ（ｔ）｝ ＋Ａ2 cos2｛ωｔ＋φ（ｔ）｝ ＝Ａ2 ＋Ａ2 cos｛ωτ＋φ（ｔ＋τ）−φ（ｔ）｝ …（３） となる。ただし、光の２倍の周波数で変化する項すなわ
ち第二高調波成分は無視した。（３）式においてωτは
定数であり、φ（ｔ＋τ）−φ（ｔ）に求めたい位相情
報が含まれている。τを変化させることによってφ（ｔ
＋τ）−φ（ｔ）を測定する。このとき、τを大きく変
化させることができれば、測定に非常に有利である。
振器１１の出力光の電界をＥ（ｔ）とすると、 Ｅ（ｔ）＝Ａ exp〔ｊ｛ωｔ＋φ（ｔ）｝〕 …（１） と書き表すことができる。ただし、ωは光角周波数、Ａ
は電界振幅、φ（ｔ）は位相変動である。電界振幅Ａの
ゆらぎは小さく、測定したいものはφ（ｔ）である。光
路長差Ｌの干渉計を用いて遅延時間τ＝ｃ／Ｌ、ただし
ｃは光速、が与えられた電界は、 Ｅ（ｔ＋τ）＝Ａ cos｛ω（ｔ＋τ）＋φ（ｔ＋τ）｝〕 …（２） となる。（１）式と（２）の干渉出力Ｔ（ｔ）は、 Ｉ（ｔ） ＝｛Ｅ（ｔ）＋Ｅ（ｔ＋τ）｝2 ＝Ａ2 cos2｛ω（ｔ＋τ）＋φ（ｔ＋τ）｝ ＋２Ａ2 cos｛ω（ｔ＋τ）＋φ（ｔ＋τ）｝ cos｛ωｔ＋φ（ｔ）｝ ＋Ａ2 cos2｛ωｔ＋φ（ｔ）｝ ＝Ａ2 ＋Ａ2 cos｛ωτ＋φ（ｔ＋τ）−φ（ｔ）｝ …（３） となる。ただし、光の２倍の周波数で変化する項すなわ
ち第二高調波成分は無視した。（３）式においてωτは
定数であり、φ（ｔ＋τ）−φ（ｔ）に求めたい位相情
報が含まれている。τを変化させることによってφ（ｔ
＋τ）−φ（ｔ）を測定する。このとき、τを大きく変
化させることができれば、測定に非常に有利である。
【００１８】図１に示したように周波数シフタ１５を用
いたレーザ光を多重回周波数シフトさせる場合を考え
る。ｎ回まで周波数シフトωs （＝２πｆs 、ｆs はシ
フト周波数）させた場合は、 Ｅns（ｔ）＝ＡＲn cos｛（ω＋ｎωs)(ｔ＋ｎτ）＋φ（ｔ＋ｎτ）｝ …（４） となる。ただし、Ｒは干渉計を周回するときのカップリ
ング（損失）係数である。これから干渉出力Ｉs （ｔ）
を計算すると、
いたレーザ光を多重回周波数シフトさせる場合を考え
る。ｎ回まで周波数シフトωs （＝２πｆs 、ｆs はシ
フト周波数）させた場合は、 Ｅns（ｔ）＝ＡＲn cos｛（ω＋ｎωs)(ｔ＋ｎτ）＋φ（ｔ＋ｎτ）｝ …（４） となる。ただし、Ｒは干渉計を周回するときのカップリ
ング（損失）係数である。これから干渉出力Ｉs （ｔ）
を計算すると、
【００１９】
【数１】 となる。ここで、φ（ｔ）はエルゴート過程であるとし
た。また、この場合にも光の２倍の周波数で変化する項
は無視した。（ω＋ｎ2 ωs ）τは定数項である。した
がって、電気フィルタ１８によりｎωs の項だけ取り出
せば、φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）の成分だけを取り出す
ことができる。すなわち、遅延時間τから周回回数ｎの
分だけ大きいｎτが得られる。
た。また、この場合にも光の２倍の周波数で変化する項
は無視した。（ω＋ｎ2 ωs ）τは定数項である。した
がって、電気フィルタ１８によりｎωs の項だけ取り出
せば、φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）の成分だけを取り出す
ことができる。すなわち、遅延時間τから周回回数ｎの
分だけ大きいｎτが得られる。
【００２０】具体的な例として、レーザ光源１１として
波長１．５５μｍのＤＦＢレーザ、周波数シフタ１５と
してシフト周波数１００ＭＨｚに設定された音響光学変
調器、受光器１７としてＧｅフォトダイオードを用いて
測定を行った。このとき、１ＧＨｚを中心周波数として
帯域幅１００ＭＨｚのバンドパスフィルタを電気フィル
タ１８として用い、１０回周回した信号との相関信号を
検出することができた。
波長１．５５μｍのＤＦＢレーザ、周波数シフタ１５と
してシフト周波数１００ＭＨｚに設定された音響光学変
調器、受光器１７としてＧｅフォトダイオードを用いて
測定を行った。このとき、１ＧＨｚを中心周波数として
帯域幅１００ＭＨｚのバンドパスフィルタを電気フィル
タ１８として用い、１０回周回した信号との相関信号を
検出することができた。
【００２１】図２は本発明第二実施例の光共振器周波数
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、周波数成分を抽出する手段として光フィルタ２１を
用いたことが第一実施例と異なる。すなわち、光フィル
タ２１を受光器１７の入力側に配置し、受光器１７の出
力を信号処理装置１９に供給する。光フィルタ２１は、
受光器１７で検出する前にｎ回周回した光信号のみを先
に選択する。この場合には、たとえば周波数シフタ１５
によるシフト周波数を１ＧＨｚとし、光フィルタ２１と
して帯域幅１ＧＨｚ（０．０１ｎｍ）程度のものを用い
る。
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、周波数成分を抽出する手段として光フィルタ２１を
用いたことが第一実施例と異なる。すなわち、光フィル
タ２１を受光器１７の入力側に配置し、受光器１７の出
力を信号処理装置１９に供給する。光フィルタ２１は、
受光器１７で検出する前にｎ回周回した光信号のみを先
に選択する。この場合には、たとえば周波数シフタ１５
によるシフト周波数を１ＧＨｚとし、光フィルタ２１と
して帯域幅１ＧＨｚ（０．０１ｎｍ）程度のものを用い
る。
【００２２】図３は本発明第三実施例の光共振器周波数
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、ハーフミラー１２、１３および全反射ミラー１４、
１６に代えて、光ファイバ３１、３４および光カップラ
３２、３３を用いたことが第一実施例と異なる。被測定
レーザ共振器１１の出力光は、光カップラ３２を通過し
て光カップラ３３により二つに分岐される。このとき、
一方の分岐光は受光器１７に入射し、他方の分岐光は光
ファイバ３４、周波数シフタ１５および光カップラ３２
を経由して再び光カップラ３３に入射する。したがっ
て、その一部が受光器１７に入射し、一部が再び光ファ
イバ３４、周波数シフタ１５および光カップラ３２を経
由する光路に伝搬する。
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、ハーフミラー１２、１３および全反射ミラー１４、
１６に代えて、光ファイバ３１、３４および光カップラ
３２、３３を用いたことが第一実施例と異なる。被測定
レーザ共振器１１の出力光は、光カップラ３２を通過し
て光カップラ３３により二つに分岐される。このとき、
一方の分岐光は受光器１７に入射し、他方の分岐光は光
ファイバ３４、周波数シフタ１５および光カップラ３２
を経由して再び光カップラ３３に入射する。したがっ
て、その一部が受光器１７に入射し、一部が再び光ファ
イバ３４、周波数シフタ１５および光カップラ３２を経
由する光路に伝搬する。
【００２３】この実施例は、遅延自己法による線幅その
他の測定に適している。遅延自己ヘテロダイン法ではシ
フト周波数差のみの成分を検出するのに対し、本実施例
の場合には、多重シフト周波数差の信号を電気または光
フィルタで分離し、その成分だけを測定する。１、２、
…ｎ回のビート信号成分を順番に観測すれば、遅延時間
を変化させたときのスペクトル線幅の変化も観測するこ
とができる。レーザの線幅は、周波数雑音の１／ｆ雑音
成分のために、遅延時間（観測時間）を変化させたとき
にその幅が太くなることが知られている。これを利用
し、１／ｆ雑音成分を評価することもできる。
他の測定に適している。遅延自己ヘテロダイン法ではシ
フト周波数差のみの成分を検出するのに対し、本実施例
の場合には、多重シフト周波数差の信号を電気または光
フィルタで分離し、その成分だけを測定する。１、２、
…ｎ回のビート信号成分を順番に観測すれば、遅延時間
を変化させたときのスペクトル線幅の変化も観測するこ
とができる。レーザの線幅は、周波数雑音の１／ｆ雑音
成分のために、遅延時間（観測時間）を変化させたとき
にその幅が太くなることが知られている。これを利用
し、１／ｆ雑音成分を評価することもできる。
【００２４】図４は本発明第四実施例の光共振器周波数
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、光ファイバ３４の光路内に光アンプ４１を挿入した
ことが第三実施例と異なる。これにより、光カップラ３
２、３３や光ファイバ３１、３４での損失を補償するこ
とができる。
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、光ファイバ３４の光路内に光アンプ４１を挿入した
ことが第三実施例と異なる。これにより、光カップラ３
２、３３や光ファイバ３１、３４での損失を補償するこ
とができる。
【００２５】図５は本発明第五実施例の光共振器周波数
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、測定対象とするレーザ共振器の出力光を二つに分岐
してその二つの分岐光に光路長差を与えた後に合波する
光学手段、および一方の分岐光をその光路に繰り返し伝
搬させる手段として、光ファイバ５１の端面５２、５３
による反射を利用したことが上述の実施例と異なる。す
なわち、被測定レーザ共振器１１の出力光は、端面５２
から光ファイバ５１に入射し、周波数シフタ１５を通過
する。この光は、端面５３で一部が透過して受光器１７
に入射し、一部が反射される。反射された光は再び周波
数シフタ１５を通過し、端面５２で反射される。伝搬光
は光周波数シスタ１５を往復２回通過するので、シフト
周波数は２倍、遅延時間も２倍になる。さらに、１本の
光ファイバ５１で干渉計を構成できるので、極めて安定
な測定ができる。端面５２、５３に反射コーティングを
施して反射率を高めれば、さらに信号強度を強くするこ
とができる。
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、測定対象とするレーザ共振器の出力光を二つに分岐
してその二つの分岐光に光路長差を与えた後に合波する
光学手段、および一方の分岐光をその光路に繰り返し伝
搬させる手段として、光ファイバ５１の端面５２、５３
による反射を利用したことが上述の実施例と異なる。す
なわち、被測定レーザ共振器１１の出力光は、端面５２
から光ファイバ５１に入射し、周波数シフタ１５を通過
する。この光は、端面５３で一部が透過して受光器１７
に入射し、一部が反射される。反射された光は再び周波
数シフタ１５を通過し、端面５２で反射される。伝搬光
は光周波数シスタ１５を往復２回通過するので、シフト
周波数は２倍、遅延時間も２倍になる。さらに、１本の
光ファイバ５１で干渉計を構成できるので、極めて安定
な測定ができる。端面５２、５３に反射コーティングを
施して反射率を高めれば、さらに信号強度を強くするこ
とができる。
【００２６】図６は本発明第六実施例の光共振器周波数
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、二つの分岐光の光路長差を被測定レーザ１１の共振
器長の零以外の整数倍となる近傍で変化させる手段とし
て全反射ミラー６１およびピエゾアクチュエータ６２を
備え、ハーフミラー１２と１３との間にアイソレータ６
３が挿入されたことが構成的に第一実施例と異なる。被
測定レーザ共振器１１の出力光は、ハーフミラー１２に
より一部が反射されて受光器１７に入射する。ハーフミ
ラー１２を透過した光は、光アイソレータ６３、ハーフ
ミラー１２、全反射ミラー６１、ハーフミラー１２、全
反射ミラー１４、周波数シフタ１５および全反射ミラー
１６を経由し、ハーフミラー１２に入射する。このと
き、この入射光の一部が透過して受光器１７に入射し、
一部が再び光アイソレータ６３の方向に反射される。光
アイソレータ６３は、全反射ミラー６１の反射光がハー
フミラー１３で反射されて戻ることを防ぐ。
特性測定装置を示すブロック構成図である。この実施例
は、二つの分岐光の光路長差を被測定レーザ１１の共振
器長の零以外の整数倍となる近傍で変化させる手段とし
て全反射ミラー６１およびピエゾアクチュエータ６２を
備え、ハーフミラー１２と１３との間にアイソレータ６
３が挿入されたことが構成的に第一実施例と異なる。被
測定レーザ共振器１１の出力光は、ハーフミラー１２に
より一部が反射されて受光器１７に入射する。ハーフミ
ラー１２を透過した光は、光アイソレータ６３、ハーフ
ミラー１２、全反射ミラー６１、ハーフミラー１２、全
反射ミラー１４、周波数シフタ１５および全反射ミラー
１６を経由し、ハーフミラー１２に入射する。このと
き、この入射光の一部が透過して受光器１７に入射し、
一部が再び光アイソレータ６３の方向に反射される。光
アイソレータ６３は、全反射ミラー６１の反射光がハー
フミラー１３で反射されて戻ることを防ぐ。
【００２７】ここではハーフミラーおよび全反射ミラー
を用いた例を示したが、図３または図４に示したような
光ファイバを用いた装置でも同様に光路長差を変化させ
ることができる。
を用いた例を示したが、図３または図４に示したような
光ファイバを用いた装置でも同様に光路長差を変化させ
ることができる。
【００２８】この実施例は、レーザ共振器の波長分散や
周波数雑音の測定に特に適する。ピアゾエクチュエータ
６２を用いて光路長を掃引すると、遅延時間差ｎτが共
振器周回時間の整数倍の付近で現れる干渉信号は、遅延
時間差ｎτ時間内の共振器の位相変化φ（ｔ＋ｎτ）−
φ（ｔ）を反映している。これから、共振器群遅延時間
τd は、これをフーリエ変換して、 τd ＝ｄφ（ω）／ｄω …（６） により求められる。このようにφ（ｔ＋ｎτ）−φ
（ｔ）の平均値成分から群遅延時間τd が求められる。
周波数雑音の測定に特に適する。ピアゾエクチュエータ
６２を用いて光路長を掃引すると、遅延時間差ｎτが共
振器周回時間の整数倍の付近で現れる干渉信号は、遅延
時間差ｎτ時間内の共振器の位相変化φ（ｔ＋ｎτ）−
φ（ｔ）を反映している。これから、共振器群遅延時間
τd は、これをフーリエ変換して、 τd ＝ｄφ（ω）／ｄω …（６） により求められる。このようにφ（ｔ＋ｎτ）−φ
（ｔ）の平均値成分から群遅延時間τd が求められる。
【００２９】一方、（５）式から、フィルタで切り出さ
れた周波数ｎωs 付近の干渉成分は定数をＡ0 2 でまと
めると、 Ｉs(ｔ） ＝Ａ0 2 cos｛（ω＋ｎωs ）τ＋φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝ ＝Ａ0 2〔cos｛（ω＋ｎωs）τ｝ cos｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝ −sin｛（ω＋ｎωs）τ｝ sin｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝〕 …（７） と表される。（ω＋ｎωs ）τ＝（２ｍ＋１）π／２
（ｍは整数）となるように光路長差をピアゾアクチュエ
ータ６２で調整すれば、 Ｉs(ｔ）＝Ａ0 2 sin｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝ …（８） となり、φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）が十分に小さけれ
ば、 Ｉs(ｔ）＝Ａ0 2｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝2 …（９） となる。すなわち、Ｉs （ｔ）は位相揺らぎそのものを
表していることになる。この信号の交流信号成分を電気
的なスペクトラムアナライザその他を用いて観測すれ
ば、レーザの位相の揺らぎから周波数雑音を測定するこ
とができる。
れた周波数ｎωs 付近の干渉成分は定数をＡ0 2 でまと
めると、 Ｉs(ｔ） ＝Ａ0 2 cos｛（ω＋ｎωs ）τ＋φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝ ＝Ａ0 2〔cos｛（ω＋ｎωs）τ｝ cos｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝ −sin｛（ω＋ｎωs）τ｝ sin｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝〕 …（７） と表される。（ω＋ｎωs ）τ＝（２ｍ＋１）π／２
（ｍは整数）となるように光路長差をピアゾアクチュエ
ータ６２で調整すれば、 Ｉs(ｔ）＝Ａ0 2 sin｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝ …（８） となり、φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）が十分に小さけれ
ば、 Ｉs(ｔ）＝Ａ0 2｛φ（ｔ＋ｎτ）−φ（ｔ）｝2 …（９） となる。すなわち、Ｉs （ｔ）は位相揺らぎそのものを
表していることになる。この信号の交流信号成分を電気
的なスペクトラムアナライザその他を用いて観測すれ
ば、レーザの位相の揺らぎから周波数雑音を測定するこ
とができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光共振器
周波数特性測定方法および装置は、一方の光路を所定の
回数だけ周回した光と他方の光路を伝搬した光との干渉
信号を選択的に測定する。これにより、光路長差を大き
くとることができ、それでいて安定な測定が可能とな
る。また、広い範囲に光路長を変化させて分解能を高め
ることもできる。さらに、大きな光路長差を得るために
長尺の光ファイバなど大規模な素子は不要であり、低コ
ストで実現できる。
周波数特性測定方法および装置は、一方の光路を所定の
回数だけ周回した光と他方の光路を伝搬した光との干渉
信号を選択的に測定する。これにより、光路長差を大き
くとることができ、それでいて安定な測定が可能とな
る。また、広い範囲に光路長を変化させて分解能を高め
ることもできる。さらに、大きな光路長差を得るために
長尺の光ファイバなど大規模な素子は不要であり、低コ
ストで実現できる。
【図１】本発明第一実施例の光共振器周波数特性測定装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図２】本発明第二実施例の光共振器周波数特性測定装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図３】本発明第三実施例の光共振器周波数特性測定装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図４】本発明第四実施例の光共振器周波数特性測定装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図５】本発明第五実施例の光共振器周波数特性測定装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図６】本発明第六実施例の光共振器周波数特性測定装
置を示すブロック構成図。
置を示すブロック構成図。
【図７】従来例の光共振器周波数特性測定装置を示すブ
ロック構成図。
ロック構成図。
１１、７１ 被測定レーザ共振器 １２、１３、７２ ハーフミラー １４、１６、６１、７３、７４ 全反射ミラー １５ 周波数シフタ １７、７５ 受光器 １８ 電気フィルタ １９ 信号処理装置 ２１ 光フィルタ ３１、３４、５１ 光ファイバ ３２、３３ 光カップラ ４１ 光アンプ ５２、５３ 端面 ６２ ピアゾアクチュエータ ６３ アイソレータ
Claims (3)
- 【請求項１】 被測定レーザ共振器の出力光を二つに分
岐してその二つの分岐光に光路長差を与えた後に合波す
る光学手段と、 合波された光を光電変換して上記被測定レーザ共振器の
光周波数特性を測定する測定手段とを備えた光共振器周
波数特性測定装置において、 上記二つの分岐光の一方の光路に配置された周波数シフ
タと、 この一方の分岐光をその光路に繰り返し伝搬させる手段
と、 この繰り返し伝搬させる手段によって生じた光路長差に
相当する周波数成分を抽出する手段とを備えたことを特
徴とする光共振器周波数特性測定装置。 - 【請求項２】 上記二つの分岐光の光路長差を被測定レ
ーザ共振器の共振器長の零以外の整数倍となる近傍で変
化させる手段を備えた請求項１記載の光共振器周波数特
性測定装置。 - 【請求項３】 被測定レーザ共振器の出力光を二つに分
岐してその二つの分岐光に光路長差を与えた後に合波
し、 合波された光を光電変換して上記被測定レーザ共振器の
光周波数特性を測定する光共振器周波数特性測定方法に
おいて、 上記二つの分岐光の一方に周波数シフトを与え、 この一方の分岐光をその光路に繰り返し伝搬させ、 この繰り返し伝搬によって生じた光路長差に相当する周
波数成分を抽出することを特徴とする光共振器周波数特
性測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15742793A JPH0712679A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 光共振器周波数特性測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15742793A JPH0712679A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 光共振器周波数特性測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712679A true JPH0712679A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15649403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15742793A Pending JPH0712679A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 光共振器周波数特性測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712679A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011242345A (ja) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | スペクトル測定装置及び測定方法 |
| JP2012088174A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 周波数雑音測定装置及び測定方法 |
| WO2019198485A1 (ja) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 日本電信電話株式会社 | 光スペクトル線幅演算方法、装置およびプログラム |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP15742793A patent/JPH0712679A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011242345A (ja) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | スペクトル測定装置及び測定方法 |
| JP2012088174A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 周波数雑音測定装置及び測定方法 |
| WO2019198485A1 (ja) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 日本電信電話株式会社 | 光スペクトル線幅演算方法、装置およびプログラム |
| JP2019184413A (ja) * | 2018-04-09 | 2019-10-24 | 日本電信電話株式会社 | 光スペクトル線幅演算方法、装置およびプログラム |
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