JPH087101B2 - 光周波数カウンタ - Google Patents
光周波数カウンタInfo
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- JPH087101B2 JPH087101B2 JP23958490A JP23958490A JPH087101B2 JP H087101 B2 JPH087101 B2 JP H087101B2 JP 23958490 A JP23958490 A JP 23958490A JP 23958490 A JP23958490 A JP 23958490A JP H087101 B2 JPH087101 B2 JP H087101B2
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- Japan
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- light
- frequency
- optical
- optical frequency
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
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て従来の光周波
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。
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。
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。
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。
「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。
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。
「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
る媒体を周波数基準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。
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。
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13,1
4,15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。
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13,1
4,15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、前記光カップラ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1
3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12の出力端が接続され、光
周波数シフタ12から出射された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。
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1
3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12の出力端が接続され、光
周波数シフタ12から出射された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。
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2
3、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。
に、半導体レーザ21、光カップラ22、光周波数変調器2
3、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。
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。
従って説明する。
発振周波数安定化光源11からの出射光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。
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11
0の光周波数が同定され、光周波数表示部19に表示され
る。
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11
0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（13C2H2）を用いた。
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（13C2H2）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76
0Torrである。そのうち、1.536μｍ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19
5315GHz）のものを用いた。
の吸収特性を示した図である。セル長は10cm、圧力は76
0Torrである。そのうち、1.536μｍ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19
5315GHz）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１×10-5nm（光周波数にして1MHz）以下に抑えた。
を１×10-5nm（光周波数にして1MHz）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として光ファイバ
入出力型の音響光学変調器を用いた周波数シフト量は−
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InGaAsP系MQW構造の高速アバランシェ・
フォトダイオード（APD）で光電変換し、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。
フタ12に入力する。光周波数シフタ12として光ファイバ
入出力型の音響光学変調器を用いた周波数シフト量は−
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InGaAsP系MQW構造の高速アバランシェ・
フォトダイオード（APD）で光電変換し、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f0、高周
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f11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、 f11＜f21かつf21＞fm であったとすると、被測定光110の光周波数f1は、 f1＝f0＋f11……（１） になる。また第４図（ｂ）のように f12＜f22かつf22＜fm であったとすると、被測定光110の光周波数f1は、 f1＝f0−f12……（２） になる。同様に第４図（ｃ）のように f13＞f23 の場合、被測定光の光周波数f3は、 f3＝f0−f23……（３） になる。
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f11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、 f11＜f21かつf21＞fm であったとすると、被測定光110の光周波数f1は、 f1＝f0＋f11……（１） になる。また第４図（ｂ）のように f12＜f22かつf22＜fm であったとすると、被測定光110の光周波数f1は、 f1＝f0−f12……（２） になる。同様に第４図（ｃ）のように f13＞f23 の場合、被測定光の光周波数f3は、 f3＝f0−f23……（３） になる。
この構成系で、光周波数195296GHzから195325GHz（波
長1.5359μｍから1.5361μｍ）までの被測定光の光周波
数を1MHzの精度で測定することができた。
長1.5359μｍから1.5361μｍ）までの被測定光の光周波
数を1MHz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。
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イ
ッチ510に複数の発振周波数安定化光源51,52,53,・・
・,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。
ッチ510に複数の発振周波数安定化光源51,52,53,・・
・,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、1.50
μｍから1.56μｍの広範囲にわたって1MHzの高精度で光
周波数を測定することが可能である。
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、1.50
μｍから1.56μｍの広範囲にわたって1MHz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。
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。
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」 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。
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。
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。
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……光スイッチ、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。
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……光スイッチ、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。
Claims (1)
- 【請求項１】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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23958490A JPH087101B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 光周波数カウンタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23958490A JPH087101B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 光周波数カウンタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118534A JPH04118534A (ja) | 1992-04-20 |
| JPH087101B2 true JPH087101B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=17046963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23958490A Expired - Fee Related JPH087101B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 光周波数カウンタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087101B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4607312B2 (ja) * | 2000-12-05 | 2011-01-05 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 光周波数測定システム |
| JP2011007802A (ja) * | 2010-08-16 | 2011-01-13 | Japan Science & Technology Agency | 光周波数測定システム |
-
1990
- 1990-09-10 JP JP23958490A patent/JPH087101B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04118534A (ja) | 1992-04-20 |
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