JPH08101066A - 光スペクトラム測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定帯域がある程度あって、しかも、測定分解
能が高く周波数確度も高い光スペクトラム測定装置を提
供する。 【構成】光周波数コム信号発生器２は周波数安定化光源
１からの光とマイクロ波発振器３からのマイクロ波とを
受けて、コム信号光を発生する。該コム信号光は合波器
４で被測定光と合波され、この合波された光は受光器５
で電気信号に変換される。この電気信号をＲＦスペクト
ラムアナライザ６で測定することで被測定光のスペクト
ラムが測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光スペクトラムを測定
する装置に係り、特に、光通信及び光計測の分野で重要
視されている半導体レーザの出射光等の詳細なスペクト
ラムを測定する装置に関する。また、「詳細なスペクト
ラム測定」に付随した「狭い測定帯域」という二つの相
入れない性質を折衷するような改善された特徴を持ち、
光スペクトルの広帯域にわたる特性の概要を満足できる
精度で測定できるようにもした装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、実用化されている光スペクトラム
測定装置を図１３に示す。図１３の光スペクトラム測定
装置では、スリット３１から入射された被測定光はコリ
メータ３２にて平行光線となり回折格子（グレーティン
グ）３３へ入射される。回折格子３３で反射されたこの
回折格子３３の入射光に対する傾斜角で定まる波長λを
有する光はコリメータ３４で反射されて、スリット３５
を介して受光器３６へ入射される。受光器３６は入射さ
れた光の光強度に応じた光強度信号を出力する。また、
回折格子３３の入射光に対する傾斜角は例えばモータ等
からなる駆動機構３７にて制御される。

【０００３】このような光スペクトラム測定装置におい
て、駆動機構３７にて回折格子３３を回動させると、前
記傾斜角が順次変化し、この回折格子３３で反射されコ
リメータ３４に入射される光の波長λが連続的に変化す
る。従って、回折格子３３の各回動角に対する受光器３
６から出力される光強度信号の各信号レベルの関係をグ
ラフ化すると、被測定光のスペクトラムが得られる。図
１４の光スペクトラム測定装置は、図１３の装置にファ
ブリ・ペロー共振器３８を加えて波長選択性を増し、分
解能を向上させたものである。

【０００４】さらに、高分解能が得られる方法として、
ヘテロダイン法と呼ばれる方法またはホモダイン法と呼
ばれる方法がある。図１５でこれらの方法を説明する。
ローカル光源４１からのローカル光と被測定光とを合波
器４２で合波する。この合波された光を受光器４３で検
波すると、被測定光とローカル光それぞれの周波数の差
の周波数成分を持ち、それぞれの光電界強度の積に比例
した電気信号が得られる。それぞれの光の周波数は極め
て高い（数１００ＴHz）が、２つの光の周波数が近い場
合には差の周波数（中間周波数）は受光器で直接検出で
きる程度の周波数になる。この信号をバンドパスフィル
タで所望周波数範囲に制限して測定するのがヘテロダイ
ン法で、２つの光の周波数を等しくし、検出する周波数
を低い周波数（０Hz近く）にしてローパスフィルタを用
いて周波数範囲を制限して測定するのがホモダイン法で
ある。これらの方法によれば、被測定光の詳細なスペト
ラムが得られるものの、被測定光はその周波数がローカ
ル光の周波数の近傍の周波数でなければならず、測定範
囲が極端に狭いという欠点がある。

【０００５】そこで、前記ローカル光の周波数を掃引す
ることで測定範囲を拡げるようにした光スペクトラム測
定装置が提案されている。図１６にこれらの方法を用い
た光スペクトラム測定装置を示す。図１６の光スペクト
ラム測定装置では、ローカル光源４１からのローカル光
と被測定光とを合波器４２で合波し、合波された光を受
光器４３で検波するのは前述のとおりであるが、本装置
では掃引信号発生部４０からの掃引信号によってローカ
ル光の周波数が変化する。ローカル光の周波数が変化し
ていくと、フィルタ４５の後の検波器４６で検出される
レベルは被測定光のスペクトラムを順に辿ったものとな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、高速光通信技術
としてコヒーレント光通信技術、光周波数多重化技術が
期待されている。このような通信系で扱われる光は、例
えば、波長1.55μｍ、スペクトラムの拡がり数ＭHz以下
の光である。そして、このような光を周波数確度１００
ＭHz以下で再現性良く測定したいという要求がある。し
かし、図１３及び図１４に示す、回折格子やファブリ・
ペロー干渉計を用いた分光を基盤とした光スペクトラム
測定装置では、光通信に用いるレーザ光等のスペクトラ
ムを測定するに十分な分解能及び周波数確度は得られな
い。回折格子を用いたもので分解能１ＧHz、周波数確度
１０ＧHz、ファブリ・ペロー干渉計を用いたもので分解
能１０ＭHz、周波数確度１ＧHz程度である。

【０００７】また、図１５に示す、ヘテロダイン法やホ
モダイン法を用いた場合、例えば、原子や分子の吸収線
を周波数基準として用い、半導体レーザ等の発振周波数
を安定化することにより周波数確度を維持する技術や発
振線幅を狭窄化する技術等既に確立された技術で得られ
る光をローカル光とすれば、分解能１００ｋHz、周波数
確度１００ＭHz程度が得られるが、受光器の応答帯域に
よる制限から高々数１０ＧHzの範囲しか測定できので、
広帯域の測定に対応するためには、被測定光毎にその光
の周波数近傍のローカル光を用意しなければならない。
そして、図１６に示す、ヘテロダイン法やホモダイン法
を利用した光スペクトラム測定装置は、周波数基準光の
周波数を掃引しなければならないので、前述のヘテロダ
イン法やホモダイン法で得られる分解能、周波数確度の
維持は困難である。それは、周波数確度は周波数基準光
の周波数確度に依存し、被測定光のスペクトラムを高分
解能で測定するためには周波数基準光の発振線幅が被測
定光の線幅に対して十分狭くなくてはならないが、周波
数を掃引するとなると、周波数基準光の確度の維持や狭
い線幅の維持は困難であるからである。

【０００８】この発明の目的は、前記課題を解決し、測
定帯域が或る程度あって、かつ、測定分解能が高い光
スペクトラム測定装置を、また、測定分解能が高く周
波数確度も高い光スペクトラム測定装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】周波数基準光として光周
波数コム発生器のコム信号光を用いることとした。すな
わち、周波数安定化光源と、マイクロ波発振器と、前記
周波数安定化光源からの光と前記マイクロ波発振器から
のマイクロ波とを受けて、該マイクロ波の周波数に応じ
たコム信号光を発生する光周波数コム信号発生器と、該
コム信号光と被測定光とを合波する合波器と、該合波器
で合波された光を受けて光電変換する受光器と、該受光
器の出力信号を受けて、該出力信号のスペクトラムを測
定する測定手段とを備えた。

【００１０】また、被測定光の絶対周波数を確定するた
めに、前記周波数安定化光源を第１の周波数及び該第１
の周波数から所定周波数離れた第２の周波数の光を切り
換えて出力できるような周波数安定化光源とし、かつ、
前記マイクロ波発振器を第３の周波数及び該第３の周波
数とは異なる第４の周波数のマイクロ波を切り換えて出
力できるようなマイクロ波発振器とした。

【００１１】

【作用】周波数安定化光源からの光をマイクロ波発振器
からの出力で駆動される光周波数コム信号発生器に入射
すると、高次側帯波を伴う光が出射される。周波数安定
化光源の発振周波数をν、マイクロ波発振器の発振周波
数をｆとすると、光周波数コム信号発生器の出射光（コ
ム信号光）には、ν，ν±ｆ，ν±２ｆ，・・・の周波
数成分（側帯波）が現れる。このコム信号光の各側帯波
は前記ローカル光（基準光）として使用するに十分な周
波数安定性と狭い線幅とを備えている。このコム信号光
と被測定光とを合波して、受光帯域ｆ／２以上の受光器
によって光電変換すると、受光信号として被測定光の周
波数に近い周波数をもった側帯波との差周波成分が現れ
る。被測定光のスペクトラムの広がりよりも、基準光の
線幅を十分狭くしておけば、この受光信号をＲＦスペク
トラムアナライザ（電気信号のスペクトラム分析器）で
観測することにより、被測定光のスペクトラムを直視で
きる。ここで、周波数安定化光源の発振周波数νを変化
させ、また、マイクロ波発振器の発振周波数をｆ＋ｆd
に変化させると、ＲＦスペクトラムアナライザで観測し
ているスペクトラムがシフトする。このシフト方向とシ
フト量（ｎ×ｆd ）とから、被測定光とビートを生じて
いる側帯波の次数（ｎ）及び被測定光とｎ次側帯波との
周波数軸上の位置関係を知ることができる。このことに
より、被測定光の周波数を高確度に測定することができ
る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第一の実施例を示す図であ
る。周波数安定化光源１からの出射光は光周波数コム信
号発生器２に入射されるようになっている。マイクロ波
発振器３から出力されたマイクロ波も光周波数コム信号
発生器２に入力されるようになっており、光周波数コム
信号発生器２からのコム信号光は合波器４に入射するよ
うになっている。合波器４へは被測定光も入射されるよ
うになっており、合波器４で合波された光は受光器５に
入射される。受光器５の出力は測定手段６としてのＲＦ
スペクトラムアナライザに入力される。光周波数コム信
号発生器２は周波数安定化光源１からの光とマイクロ波
発振器３からのマイクロ波とを受けてコム信号光を発生
する。該コム信号光は合波器４で被測定光と合波され
る。この合波された光を受光器５で検波すると、被測定
光とローカル光それぞれの周波数の差の周波数成分を持
ち、それぞれの光電界強度の積に比例した電気信号が得
られる。それぞれの光の周波数は極めて高い（数１００
ＴHz）が、２つの光の周波数が近い場合には差の周波数
（中間周波数）は受光器５で直接検出できる程度の周波
数になる。前記電気信号をＲＦスペクトラムアナライザ
６で測定することで、被測定光のスペクトラムが測定で
きる。ＲＦスペクトラムアナライザ６がフィルタとして
働くので、不要なビート（離れた側帯波とのビート等）
はカットされる。

【００１３】第一の実施例では被測定光の周波数は分か
らないものの、スペクトラムのプロフィールは詳細に分
かるので、例えば、高速光通信に使用できる光かどうか
のチェックができる。中心周波数は波長計を用いれば分
解能１００ＭHz以下で測定可能であるから、スペクトラ
ムの詳細なプロフィールが得られることだけでも測定装
置としての意味がある。第一の実施例で、ＲＦスペクト
ラムアナライザの代わりに測定手段６として周波数カウ
ンタを用いれば、カウント値の変動を調べることで被測
定光の周波数の安定度が測定できる。

【００１４】ここで、光周波数コム信号発生器２の概要
を図２に基づいて説明する。光周波数コム信号発生器２
は光共振器２１とその内部に納められ図２（ｂ）に示す
光共振器２１の自由スペクトル域（ＦＳＲ；ＦＳＲ＝
〔光共振器内の光の往復時間〕の−１乗、ｆ＝ｍ×ＦＳ
Ｒ、ここでｍは自然数（通常２〜５））に対応するμ波
帯の周波数ｆで光の位相変調を行う光位相変調器２２と
で構成されている。

【００１５】次に、光周波数コム信号発生器２の動作を
説明する。光周波数を光共振器２１の共振周波数近傍に
安定化した周波数安定化光源１から出射されたレーザ光
を光周波数コム信号発生器２に入射する。また、光共振
器２１の自由スペクトル域に対応する周波数ｆの変調信
号をマイクロ波発振器３から光周波数コム信号発生器２
に入力する。入射したレーザ光は内部の光位相変調器２
２により、光共振器２１の自由スペクトル域に対応する
周波数ｆで位相変調を受けるため、入射レーザ光の両側
にｆの光周波数間隔で数本の側帯波が発生する〔図２
（ｃ）〕。この側帯波は光共振器２１の共振条件に適合
するため光共振器２１を構成する反射ミラー２１ａ，２
１ｂにより反射を繰り返す。この反射の繰り返しによ
り、レーザ光は光位相変調器２２によりさらに位相変調
を受けるため、各側帯波は、自分自身を基本波モードの
光としてさらに側帯波を生み出す〔図２（ｄ）〕。これ
らの側帯波は、光周波数間隔がｆで固定されているため
重なり合い強度を強める〔図２（ｅ）〕。図２（ｃ）、
（ｄ）は図２（ｅ）の定常状態に達するまでの状態を説
明するために、例として１往復、２往復としてある。図
２（ｃ）〜（ｅ）に示されているように、周波数νの入
射レーザ光は光共振器２１内での往復を繰り返すうちに
レベルが下がり、発生した側帯波はレベルが上がってい
く。このようにして生み出された側帯波の群は、光共振
器２１を構成する反射ミラー２１ａ，２１ｂの反射率の
不完全性により外部に透過し、この透過光は光周波数コ
ム信号発生器２に入射したレーザ光の光周波数νを中心
にｆの光周波数間隔で並ぶ数百本の光スペクトル線から
成るコム信号光となる。例えば、ν＝１９３ＴHz（波長
１．５５μｍ）、ｆ＝５．５ＧHzとすると、利用可能な
側帯波の発生範囲は１０ｎｍ（１．２５ＴHz）以上にな
る。

【００１６】第一の実施例の場合、図３（ａ）のよう
に、被測定光の周波数が側帯波周波数と一致したとき
は、図３（ｂ）のように、負の周波数成分が折り返され
て重なり、また、図３（ｃ）のように、被測定光の周波
数が側帯波間の中央に位置するときは、図３（ｄ）のよ
うに、ｎ次側帯波と（ｎ＋１）次側帯波との干渉成分が
重なってスペクトラムの測定ができなくなる。つまり、
デッドゾーンが存在する。被測定光をデッドゾーンから
外すためには、周波数安定化光源１の発振周波数νまた
はマイクロ波発振器３の発振周波数ｆ、すなわち、コム
信号光の中心周波数νまたは側帯波間隔ｆを変化させ
て、被測定光と側帯波との位置関係を変えればよい。従
って、第一の実施例で、周波数が予め分かっているよう
な光の測定を行う場合には、それらの光がデッドゾーン
に入らないような、周波数安定化光源１の発振周波数ν
とマイクロ波発振器３の発振周波数ｆにしておけばよ
い。また、第一の実施例では、図３（ｅ）及び（ｆ）の
ように、入射光の周波数から上下に同じ周波数離れた周
波数を持つ被測定光を測定すると同じスペクトラムにな
ってしまう。つまり、被測定光が＋次数（上）の側帯波
とビートを生じているのか、−次数（下）の側帯波とビ
ートを生じているのかが識別できない。しかし、被測定
光のスペクトラムのプロフィールの詳細な測定には障害
とならない。

【００１７】図４は本発明の第二の実施例を示す図であ
る。第二の実施例は、前記デッドゾーンを避けるため、
周波数安定化光源１として２台の光源を使用した例であ
る。その他の構成は第一の実施例と同じである。前記２
台の光源のうち１台は周波数基準光源１１で、他の１台
は該周波数基準光源１１に対して、適切に一定の（光周
波数コム信号発生器２を構成するファブリ・ペロー干渉
計（光共振器）の自由スペクトル域の整数倍の）周波数
を隔ててオフセットロック（周波数追従制御）がかけら
れるスレーブ光源１２である。前記２台の光源からの光
は、光スイッチ１３によっていずれか一方が選択され光
周波数コム信号発生器２に入射される。このようにして
おくことで、前記２台の光源１１，１２のうちの一方か
らの光を入射光として発生したコム信号光でデッドゾー
ンの問題が生じた場合、他方からの光を入射光として発
生したコム信号光を用いることで問題は回避できる。す
なわち、入射光の周波数νを変えることでコム信号光の
側帯波の周波数軸上の位置が変わり被測定光をデッドゾ
ーンから外すことができる。

【００１８】図５は本発明の第三の実施例を示す図であ
る。第三の実施例は、周波数安定化光源１として２台の
光源を使用しており、また、マイクロ波発振器３は発振
周波数ｆが可変のものである。その他の構成は第一の実
施例と同じである。前記２台の光源のうち１台は周波数
基準光源１１で、他の１台は該周波数基準光源に対し
て、オフセットロック（周波数追従制御）がかけられる
スレーブ光源１２である。オフセット量は可変となって
いる。このオフセット量を僅かに変化させることでコム
信号光の中心周波数を変化させることができる。前述し
たデッドゾーンの問題が生じた場合は、オフセット量を
第二の実施例と同じく光周波数コム信号発生器２を構成
するファブリ・ペロー干渉計の自由スペクトル域の整数
倍の周波数にすればよい。第一の実施例及び第二の実施
例では被測定光の周波数を決定することができなかった
が、第三の実施例では周波数安定化光源１の発振周波数
ν及びマイクロ波発振器３の発振周波数ｆをそれぞれ変
えることができるようにしたので、被測定光の周波数を
決定することができる。

【００１９】被測定光の周波数を決定するためには、コ
ム信号光のどの次数の側帯波とビートを生じていて、被
測定光の周波数が該側帯波の周波数より低いか高いかが
分かればよい。測定手段６で観測しているスペクトラム
の周波数は被測定光の周波数とｎ次の側帯波の周波数と
の差の周波数であるから、これらのことから被測定光の
周波数を決定できる。以下に、被測定光とビートを生じ
ている側帯波の次数を判定する原理について述べる。図
６は次数判定の原理を説明するための図である。図６に
おいて、縦軸は光のパワーを表し、横軸は周波数を表
す。いま、図６（ａ）に示すように被測定光の周波数ν
t が＋１次の側帯波（周波数はν＋ｆ）と＋２次の側帯
波（周波数はν＋２ｆ）との間にあったとすると、受光
器５で受光する光の周波数は図６（ｂ）のように、被測
定光と＋１次の側帯波、被測定光と＋２次の側帯波それ
ぞれのビート信号の周波数〔νt −（ν＋ｆ）〕及び
〔（ν＋２ｆ）−νt 〕となる。被測定光から＋１次及
び＋２次の側帯波より離れた位置にある側帯波とのビー
ト信号は信号そのもののパワーが小さいことと受光器５
の周波数特性のために無視できる。ここで、図６（ｃ）
に示すようにマイクロ波の発振周波数をｆd ずらして、
ｆ＋ｆd とすると、コム信号光の各側帯波の周波数間隔
はｆ＋ｆd となり、被測定光と＋１次の側帯波及び＋２
次の側帯波との位置関係が変化する。この位置関係の変
化はビート信号の周波数の変化となり、図６（ｄ）に示
すように、図６（ｂ）の状態と比べ、＋１次の側帯波と
のビート信号はｆd 、＋２次の側帯波とのビート信号は
２ｆd 移動する。つまり、ｎ次の側帯波とのビート信号
はｎｆd 移動することになる。このように、マイクロ波
の発振周波数を変化させることで、測定手段６で観測し
ているスペクトラムの周波数が変化することから、被測
定光がコム信号光のどの次数の側帯波とビートを生じて
いるかが分かる。

【００２０】図７は被測定光とコム信号光との周波数軸
上の位置関係の一意な決定法を説明するための図であ
る。図７から分かるように、被測定光とコム信号光のｎ
次の側帯波との干渉成分（すなわち観測されるスペクト
ラム）の周波数の変化から、前記ｎ次の側帯波が＋ｎ次
なのか、−ｎ次なのか、また、被測定光がｎ次の側帯波
より高周波側にあるのか、低周波側にあるのかが判断で
きる。被測定光の周波数は、周波数安定化光源１の発振
周波数ν及びマイクロ波発振器３の発振周波数ｆをそれ
ぞれ変化（この例では増加）させて、観測しているスペ
クトラム（干渉成分，ビート信号）の周波数とその増減
から決定する。νを増加したとき、観測しているスペク
トラムの周波数が減少すれば（つまり、ｎ次の側帯波が
被測定光に近づく）、注目している側帯波（ｎ次の側帯
波）より被測定光が高周波であり、反対に、増加すれば
（つまり、ｎ次の側帯波が被測定光から遠ざかる）、低
周波である。注目している側帯波より被測定光が高周波
である場合、発振周波数ｆをｆ＋ｆd としたとき、観測
しているスペクトラムの周波数が減少すれば（つまり、
ｎ次の側帯波が被測定光に近づく）、ｎ次の側帯波は＋
ｎ次の側帯波（コム信号の上側帯波）であり、反対に、
増加すれば（つまり、ｎ次の側帯波が被測定光から遠ざ
かる）、ｎ次の側帯波は−ｎ次の側帯波（コム信号の下
側帯波）である。また、注目している側帯波より被測定
光が低周波である場合、発振周波数ｆをｆ＋ｆd とした
とき、観測しているスペクトラムの周波数が増加すれば
（つまり、ｎ次の側帯波が被測定光から遠ざかる）、ｎ
次の側帯波は＋ｎ次の側帯波であり、反対に、減少すれ
ば（つまり、ｎ次の側帯波が被測定光に近づく）、ｎ次
の側帯波は−ｎ次の側帯波である。

【００２１】第三の実施例を用いて被測定光の周波数を
求める測定手順の例を次に示す。 １．周波数安定化光源１の発振周波数をν−νd （第１
の周波数に相当する）、マイクロ波発振器３の発振周波
数をｆ（第３の周波数に相当する）として被測定光を測
定する。 ２．周波数安定化光源１の発振周波数をν（第２の周波
数に相当する）に増加する。 (1) 観測しているスペクトラムの周波数が減少すれば、
注目している側帯波（ｎ次の側帯波）より被測定光は高
周波である。 (2) 観測しているスペクトラムの周波数が増加すれば、
低周波である。 ３．マイクロ波発振器３の発振周波数をｆ＋ｆd （第４
の周波数に相当する）に増加する。 (1) 手順１．の結果から、注目している側帯波（ｎ次の
側帯波）より被測定光が高周波である場合 観測しているスペクトラムの周波数が減少すれば、ｎ
次の側帯波は＋ｎ次の側帯波（コム信号の上側帯波）で
ある。観測しているスペクトラムの周波数は、〔νt −
（ν＋ｎｆ）〕から〔νt −（ν＋ｎｆ＋ｎｆd ）〕に
変化する。ここで、νt は被測定光の周波数である。 観測しているスペクトラムの周波数が増加すれば、ｎ
次の側帯波は−ｎ次の側帯波（コム信号の下側帯波）で
ある。観測しているスペクトラムの周波数は、〔νt −
（ν−ｎｆ）〕から〔νt −（ν−ｎｆ−ｎｆd ）〕に
変化する。 (2) 手順１．の結果から、注目している側帯波より被測
定光が低周波である場合 観測しているスペクトラムの周波数が増加すれば、ｎ
次の側帯波は＋ｎ次の側帯波である。観測しているスペ
クトラムの周波数は、〔（ν＋ｎｆ）−νt〕から
〔（ν＋ｎｆ＋ｎｆd ）−νt 〕に変化する。 観測しているスペクトラムの周波数が減少すれば、ｎ
次の側帯波は−ｎ次の側帯波である。観測しているスペ
クトラムの周波数は、〔（ν−ｎｆ）−νt〕から
〔（ν−ｎｆ−ｎｆd ）−νt 〕に変化する。 ４．手順２．〜３．で観測しているスペクトラムの周波
数の増減から〜のどの場合であるかを判断し、増減
の大きさ、すなわちｎｆd から側帯波の次数ｎを求め、
被測定光の周波数νt を決定する。

【００２２】例えば、の場合、観測しているスペクト
ラムの周波数は、〔νt −（ν＋ｎｆ）〕から〔νt −
（ν＋ｎｆ＋ｎｆd ）〕に変化する。ここで、ν、ｆ、
ｆdは既知の値であり、〔νt −（ν＋ｎｆ）〕、〔νt
−（ν＋ｎｆ＋ｎｆd ）〕は測定値である。２つの測
定値の差ｎｆd と既知の値ｆd から側帯波の次数ｎを求
め、この値ｎ、測定値〔νt −（ν＋ｎｆ）〕、既知の
値ν及びｆから被測定光の周波数νt を求める。この測
定手順では、手順２．、３．で周波数安定化光源１の発
振周波数及びマイクロ波発振器３の発振周波数を増加さ
せているが、一方を増加させ、他方を減少させるように
してもよく、両方を減少させるようにしてもよい。

【００２３】図８は本発明の第四の実施例を示す図であ
る。第四の実施例は、第一の実施例の合波器４と受光器
５との間に分光器７を配したものである。また、マイク
ロ波発振器３は発振周波数ｆが可変のものとしている。
回折格子等の波長分散素子を分光器として補助的に使用
し、被測定光とその近傍の側帯波のみを選択して受光す
ることにより、側帯波の次数決定及び受光信号のＳＮ比
向上が可能である。また、第三の実施例のように周波数
安定化光源１の発振周波数νを可変としなくても、被測
定光が＋次数（上）の側帯波とビートを生じているの
か、−次数（下）の側帯波とビートを生じているのかの
識別も可能である。従来の回折格子を用いた光スペクト
ラムアナライザの周波数分解能は、回折格子の分解能で
決まり、波長１．５５μｍ程度の光に対して１０ＧＨｚ
程度（波長分解能０．１ｎｍ程度）である。典型的な光
周波数コム信号発生器の駆動周波数は５〜２０ＧＨｚ程
度であるから、回折格子を使用して１本ないし２本の側
帯波を選択することができる。

【００２４】図９は分光器７による不要な帯域の抑圧を
示す図であり、被測定光の両隣にある２本の側帯波が分
光器７によって選択されていることを示している。分光
器７の構成例を図１０に示す。分光器７は定偏角回折格
子７１と該定偏角回折格子７１を回動させる回転機構７
２とスリット７３，７４とで構成されている。このよう
な構成の分光器７が合波器４と受光器５との間に配され
ている場合は、合波器４からの入射光はスリット７３を
通って、定偏角回折格子７１に入射され、その入射角及
び波長に応じた角度で反射され、スリット７４を通った
光が受光器５に入射される。周知のとおり、回折格子の
角度を知ることにより、選択される光の中心周波数を算
定することができる。従って、２０ＧＨｚ程度の駆動周
波数をもつ光周波数コム発生器を使用する場合、回折格
子によって選択される側帯波が特定できる、すなわち、
側帯波の次数決定を行うことが可能である。また、受光
帯域内で被測定光と干渉する側帯波以外の不要な側帯波
を抑圧することで、ＳＮ比を向上させることが可能であ
る。この効果は、周波数軸上で被測定光の近傍にある側
帯波が高次になる程（側帯波は高次になる程そのパワー
が低下する）、また、被測定光が微弱であるほど顕著で
ある。従って、回折格子の使用は測定可能帯域とダイナ
ミックレンジの拡大に寄与する。この分光器７の利用
は、側帯波の次数決定またはＳＮ比の向上もしくはその
両方を目的として、第一の実施例、第二の実施例、第三
の実施例、他にも適用できる。

【００２５】第一の実施例でデッドゾーンについて指摘
したが、被測定光をデッドゾーンから外すためには、周
波数安定化光源１の発振周波数νまたはマイクロ波発振
器３の発振周波数ｆ（コム信号光の中心周波数νまたは
側帯波間隔ｆ）を変化させられるようになっていればよ
い。また、第三の実施例のところで述べたように、被測
定光の周波数を確定するためには、周波数安定化光源１
の発振周波数ν及びマイクロ波発振器３の発振周波数ｆ
を変化させられるようになっていればよい。コム信号光
の中心周波数νまたは側帯波間隔ｆを変化させる方法
は、第二の実施例にあるような２つの入射光を切り替え
て使用する方法、第三の実施例にあるような１つの入射
光の発振周波数νを変化させる方法の他、周波数安定
度、線幅の維持等で多少劣ると思われるが、光源１台で
その発振周波数νを変化させるような方法でもよい。発
振周波数νは２点で固定したものでよいから、掃引した
場合と比べれば、このような方法でも分解能の点では有
利である。

【００２６】他にも、図１１に示すように、光周波数コ
ム信号発生器を２つ備えて、それぞれから発生するコム
信号光を切り替えるようにする方法もある。この場合、
入射光の周波数νや駆動周波数ｆを可変とする必要はな
い。そして、例えば、駆動周波数を固定のｆd だけ変化
させるのでは被測定光がデッドゾーンに入ってしまう等
の不都合が生ずる場合は、それぞれ駆動周波数の僅かに
異なる３つの光周波数コム信号発生器を用いて、不都合
が生じない２つの光周波数コム信号発生器を用いるよう
にすればよい。

【００２７】図１２は本発明の第五の実施例を示す図で
ある。第五の実施例は、第三の実施例に制御部９を加え
て、周波数安定化光源１とマイクロ波発振器３の発振周
波数が制御部９からの指令によって変化するようにし、
また、演算部１０を加えて、測定手段６からの測定値及
び予め設定されている設定値を用いて演算をするように
したものである。制御部９は測定手段６と演算部１０も
制御する。他は第三の実施例と同じである。このような
手段を加えることで、被測定光の周波数の決定を自動化
している。

【００２８】次に、第五の実施例の動作を説明する。 (1) 制御部９は周波数安定化光源１とマイクロ波発振器
３にそれぞれ指令を送り、発振周波数をそれぞれν−ν
d 及びｆに設定する（設定）。 (2) 制御部９は測定手段６に測定指令を送る。測定手
段６は測定指令により測定を行う（測定）。測定値
は演算部１０に送られ記憶される。 (3) 制御部９は周波数安定化光源１に指令を送り、発振
周波数をνに変更する（設定）。 (4) 制御部９は測定手段６に測定指令を送る。測定手
段６は測定指令により測定を行う（測定）。測定値
は演算部１０に送られ記憶される。 (5) 制御部９はマイクロ波発振器３に指令を送り、発振
周波数をｆ＋ｆd に変更する（設定）。 (6) 制御部９は測定手段６に測定指令を送る。測定手
段６は測定指令により測定を行う（測定）。測定値
は演算部１０に送られ記憶される。 (7) 制御部９は演算部１０に演算指令を送る。演算部
１０は演算指令により〔測定値−測定値〕の演算
を行う（演算）。 (8) 制御部９は演算部１０に演算指令を送る。演算部
１０は演算指令により〔測定値−測定値〕の演算
を行う（演算）。 (9) 演算部９は演算の後、次の判定を行う。 先ず、判定を行う。 判定 演算（測定値−測定値）の結果が正か負
か。正なら被測定光はｎ次側帯波より高周波数である。
負なら被測定光はｎ次側帯波より低周波数である。次
に、判定を行う。 判定 判定で結果が高周波数である場合 演算（測定値−測定値）の結果が正か負か。正な
らｎ次側帯波は＋ｎ次側帯波である。負ならｎ次側帯波
は−ｎ次側帯波である。 判定で結果が低周波数である場合 演算（測定値−測定値）の結果が正か負か。正な
らｎ次側帯波は−ｎ次側帯波である。負ならｎ次側帯波
は＋ｎ次側帯波である。

【００２９】(10)演算部１０は判定の後、その判定結果
に応じた演算を行う。 先ず、側帯波の次数ｎを求め、次に、そのｎを用いて被
測定光の周波数νtを演算する。 (a) 被測定光がｎ次側帯波より高周波数であって、ｎ次
側帯波が＋ｎ次側帯波である場合 ｎ＝〔｛νt −（ν＋ｎｆ）｝−｛νt −（ν＋ｎｆ＋
ｎｆd ）｝〕／ｆd νt ＝｛νt −（ν＋ｎｆ）｝＋（ν＋ｎｆ） ここで、ｎ は被測定光とビートを生じている側帯波の
次数、νt は被測定光の周波数、ν は周波数安定化光
源１からの入射光の周波数すなわちコム信号光の中心の
周波数、ｆ はマイクロ波発振器３の発振周波数すなわ
ちコム信号光の側帯波の周波数間隔、ｆd はマイクロ波
発振器３の発振周波数の変化分であり、 ｛νt −（ν
＋ｎｆ）｝は測定値、｛νt −（ν＋ｎｆ＋ｎｆd
）｝は測定値である。 (b) 被測定光がｎ次側帯波より高周波数であって、ｎ次
側帯波が−ｎ次側帯波である場合 ｎ＝〔｛νt −（ν−ｎｆ−ｎｆd ）｝−｛νt −（ν
−ｎｆ）｝〕／ｆd νt ＝｛νt −（ν−ｎｆ）｝＋（ν−ｎｆ） ここで、｛νt −（ν−ｎｆ）｝は測定値、｛νt −
（ν−ｎｆ−ｎｆd ）｝は測定値である。 (c) 被測定光がｎ次側帯波より低周波数であって、ｎ次
側帯波が−ｎ次側帯波である場合 ｎ＝〔｛（ν−ｎｆ）−νt ｝−｛（ν−ｎｆ−ｎｆd
）−νt ｝〕／ｆd νt ＝（ν−ｎｆ）−｛（ν−ｎｆ）−νt ｝ ここで、｛（ν−ｎｆ）−νt ｝は測定値、｛（ν−
ｎｆ−ｎｆd ）−νt ｝は測定値である。 (d) 被測定光がｎ次側帯波より低周波数であって、ｎ次
側帯波が＋ｎ次側帯波である場合 ｎ＝〔｛（ν＋ｎｆ＋ｎｆd ）−νt ｝−｛（ν＋ｎ
ｆ）−νt ｝〕／ｆd νt ＝（ν＋ｎｆ）−｛（ν＋ｎｆ）−νt ｝ ここで、｛（ν＋ｎｆ）−νt ｝は測定値、｛（ν＋
ｎｆ＋ｎｆd ）−νt ｝は測定値である。 第五の実施例を用いれば、このようにして被測定光の周
波数νt を自動で測定できる。

【００３０】

【発明の効果】周波数安定化光源からの光をマイクロ波
発振器からの出力で駆動される光周波数コム発生器に入
射し、発生したコム信号光を周波数基準光として用い、
該コム信号光と被測定光とを合波器で合波し、合波され
た光を受光器で光電変換して、該受光器の出力信号を測
定手段で測定することとしたから、測定できる被測定光
の周波数範囲が広く、かつ、被測定光のスペクトラムの
プロフィールが詳細に再現性良く測定できる光スペクト
ラム測定装置が得られた。

【００３１】また、被測定光の絶対周波数を確定するた
めに、前記周波数安定化光源を第１の周波数及び該第１
の周波数から所定周波数離れた第２の周波数の光を切り
換えて出力できるような周波数安定化光源とし、かつ、
前記マイクロ波発振器を第３の周波数及び該第３の周波
数とは異なる第４の周波数のマイクロ波を切り換えて出
力できるようなマイクロ波発振器としたから、詳細なス
ペクトラムの測定が従来よりも広帯域にわたって可能と
なり、コヒーレント光通信技術、光周波数多重化技術等
の高速光通信技術で使用される送信光源及び受信側に置
かれる局部発振光源の周波数、あるいは周波数選択用フ
ィルタの中心周波数の測定にも耐える高い周波数確度及
び再現性を備えた光スペクトラム測定装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す図である。

【図２】光周波数コム信号発生器の概要を説明するため
の図であり、（ａ）は光周波数コム信号発生器の概略構
成を示す図、（ｂ）は光共振器の共振特性を示す図、
（ｃ）は光共振器内をレーザ光が１往復したときのレー
ザスペクトルを示す図、（ｄ）は光共振器内をレーザ光
が２往復したときのレーザスペクトルを示す図、（ｅ）
は光共振器内をレーザ光が多数回往復し定常状態となっ
たときのレーザスペクトルを示す図である。

【図３】第一の実施例の測定のデッドゾーン存在と上下
側帯波の分離が困難であることを示す図であり、（ａ）
は側帯波上に被測定光が有ることを示す図、（ｂ）はそ
の場合に観測されるスペクトルを示す図、（ｃ）は側帯
波と側帯波の中間に被測定光が有ることを示す図、
（ｄ）はその場合に観測されるスペクトルを示す図、
（ｅ）（ｆ）はコム信号光の中心周波数νから上下にそ
れぞれ同じ周波数離れた位置に被測定光が有ることを示
す図、（ｇ）は（ｅ）の場合も（ｆ）の場合も観測され
るスペクトルは同じであることを示す図である。

【図４】本発明の第二の実施例を示す図である。

【図５】本発明の第三の実施例を示す図である。

【図６】次数判定の原理を説明するための図であり、
（ａ）はマイクロ波発振器の発振周波数がｆであるとき
の被測定光と側帯波との位置関係を示す図、（ｂ）はそ
の場合に観測されるビート信号の周波数とパワーを示す
図、（ｃ）はマイクロ波発振器の発振周波数がｆ＋ｆd
であるときの被測定光と側帯波との位置関係を示す図、
（ｄ）はその場合に観測されるビート信号の周波数とパ
ワーを示す図であって、（ｂ）の状態からｆd の整数倍
（被測定光の近傍の側帯波の次数に応じた整数）の周波
数の変化があることを示す図である。

【図７】被測定光とコム信号光との周波数軸上の位置関
係の一意な決定法を説明するための図である。

【図８】本発明の第四の実施例を示す図である。

【図９】分光器による不要な帯域の抑圧を示す図であ
る。

【図１０】分光器の構成例を示す図である。

【図１１】本発明のその他の実施例を示す図である。

【図１２】本発明の第五の実施例を示す図である。

【図１３】従来の光スペクトラム測定装置を示す図であ
る。

【図１４】従来の光スペクトラム測定装置を示す図であ
る。

【図１５】ヘテロダイン法と呼ばれる方法またはホモダ
イン法と呼ばれる方法を説明するための図である。

【図１６】従来の光スペクトラム測定装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 周波数安定化光源 ２，２ａ，２ｂ 光周波数コム信号発生器 ３，３ａ，３ｂ マイクロ波発振器 ４ 合波器 ５ 受光器 ６ 測定手段（ＲＦスペクトラムアナライザ） ７ 分光器 ８ 光スイッチ ９ 制御部 １０ 演算部 １１ 周波数基準光源 １２ スレーブ光源 １３ 光スイッチ １４ 受光器 １５ 周波数追従制御回路 １６ 分波器 １７ 合波器 １８ 分波器 ２１ 光共振器（ファブリ・ペロー共振器） ２１ａ，２１ｂ 反射ミラー ２２ 光位相変調器 ３１ スリット ３２ コリメータ ３３ 回折格子 ３４ コリメータ ３５ スリット ３６ 受光器 ３７ 駆動機構 ３８ ファブリ・ペロー共振器 ４０ 掃引信号発生部 ４１ ローカル光源 ４２ 合波器 ４３ 受光器 ４４ 測定部 ４５ フィルタ ４６ 検波器 ４７ 信号処理部 ７１ 定偏角回折格子 ７２ 回転機構 ７３ スリット ７４ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数安定化光源（１）と、マイクロ波
   発振器（３）と、前記周波数安定化光源からの光と前記
   マイクロ波発振器からのマイクロ波とを受けて、該マイ
   クロ波の周波数に応じたコム信号光を発生する光周波数
   コム信号発生器（２）と、該コム信号光と被測定光とを
   合波する合波器（４）と、該合波器で合波された光を受
   けて光電変換する受光器（５）と、前記受光器の出力信
   号を受けて、該出力信号のスペクトラムを測定する測定
   手段（６）とを備えた光スペクトラム測定装置。
2. 【請求項２】 被測定光の絶対周波数を確定するため
   に、前記周波数安定化光源が第１の周波数及び該第１の
   周波数から所定周波数離れた第２の周波数の光を切り換
   えて出力するようになっており、かつ、前記マイクロ波
   発振器が第３の周波数及び該第３の周波数とは異なる第
   ４の周波数のマイクロ波を切り換えて出力するようにな
   っている請求項１記載の光スペクトラム測定装置。