JPS62198724A - 可変波長光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光スベク１−ル・アナライＩＪ’等に用いら
れて精密な波長測定を可能にする可変波長光源の改良に
関する。

（従来の伎術） 従来、光スペクトル・アナライチアや分光器などを用い
て波長特性や分光特性を測定する場合、精度を上げるに
は波長の基準となる光源が８狡であった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、基準波長光源と異なる波長を測定でる場
合に誤差が大きくなるという欠点があった。

また、基準波長光源として可変波長光源を使用すれば、
波長範囲は広くとれるが、可変波長光源の入力と発掘波
長をｖｊ度よく対応づけをするのは容易でなかった。

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、高精瓜な波長測定を可能とする可変波長光源を簡
単な構成で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） 本発明に係る可変波長光源は入力信号に対応して出力光
の波長が変化する可変波長レーザ光源と、この可変波長
レーザ光源の出力光を入力する標準物質を封入した吸収
セルとを備え、前記可変波長レーザ光源の出力光の特定
の波長に１１３いて吸収を受けた前記吸収セルの透過光
をマー力先として出力するように構成したことを特１殻
とする。

（実施例） 以下本発明を図面を用いて詳しく説明７Ｊる。

第１図は本発明に係る可変波長光源の一実施例を示ず構
成ブロック図である。可変波長光源１０において、１は
波長を制御する入力電気イ、ｉ号［Ｌが加わる入力端子
、２はこの入力端子１を介して前記１１ｉ気［８号Ｅｔ
を入力する可変波長レーザ光源、ＢＳｌはこの可変波長
レーザ光源２の出力光を入係１して２方向に分１ｌｌＩ
Ｉするビームスプリッタ、ＣＩ−１はこのビームスプリ
ッタＢＳ１の透過光を入力する標準物質を封入した吸収
セル、ＰＤｌはこのＩｙ＆収セルＣｌ−１の出力光１（
１を入射して電気１３号に変換する受光素子、ＣＰＩは
この受光素子ＰＤ１の出力が接続する比較器、３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
＃ｆＪ）、Ｒｂ　（７８０ｎｍ付近に４本、７９４ｎｍ
付近に４木の吸収線）、ＮＨ３（多数の吸収線）、１−
１２０（多数の吸収線）などが使用される。

上記のような構成の可変波長光源の動作を次に説明する
。可変波長レーザ光源２は入力端子１を介して加わる信
号Ｅｉに対応して出力光の波長を変化することができる
。この出力光の一部はビームスプリッタＢＳ１で反射し
て可変波長出力光Ｒυとなり、他の一部は透過して吸収
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
Ｒｍを出力する。受光素子ＰＤ１はこの出力光Ｒｕ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Ｅｘとして端子３から出力する。

なお第１図装置において吸収セルＣＬＩの出力Ｒｗを直
接取出してマーカ光出力としてｂよい。

第１図装置において、可変波長光源２としては半導体レ
ーザの注入電流や温度を変えて波長を変化させるもの、
外部吸収ヒルの片方のミラーを回折格子どし、その回転
角を変えて波長を変化させるもの、そのほか各種のもの
を使用できる。

第２図は可変波長レーザ光源２の１実施例を示す（１４
成ブ１コック図である。図においてＬＤｌは半導体レー
デ、ａ、ｂはこの半導体レーザＬＤ１の両端に設けられ
た無反射コート部、ＬＳＩはこの無反則コート部ａから
出射される光を平（１光とするレンズ、ＢＳ２はこのレ
ンズＬＳＩを通過した光が反射されるとともに共振光を
外部へ出力するビームスプリッタ、ＬＳ２は無反射コー
ト部すから出射される光を平行光とするレンズ、ＵＭｌ
はこのレンズＬ　Ｓ　２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、Ｍコ（よこの超
音波変調器ＩＪＭ２から出用した光を反射するミラー、
ＯＲ１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’Ｊ’　Ｌ　Ｄ　１
の無反射コート部ａから出射した光はレンズＬＳ１で平
行光とされた後ビームスプリッタ１３８２で反射され、
反射光は光路を元に戻って再び半導体レーザしＤｌに入
用する。無反引コート部すから出射した周波数ｆｏ＋の
光はレンズＬＳ２で平行光とされ、第１の超音波変調器
４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ケる。

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１音波の方向と回折される方向が同じ）
の周波数はｌ’ｏ１＋Ｆとなる。超音波変調ｉ！ＩＬＪ
ＭＩからの出射光は超音波変調器（１Ｍ２で再び回折す
る。超音波′！Ｊｌ調器ＵＭ２では超音波の進行波と回
折光の関係が超音波変調ｉ！！ｉ’ＵＭ１における場合
と逆で、−１次回析光となるので、ドツプラシフト量は
−Ｆとなり、超音波変調器ＵＭ２の出力光の周波数はｆ
ｏ　＋　＋Ｆ−Ｆ−ｒ。１となる。超音波変調器ＬＪＭ
２の出力光はミラーＭ１で反射した後超音波変ｊｌ器Ｕ
Ｍ２でドツプラシフトを受けて周波数がｆｏ＋　　Ｆと
なっ１．：後、超音波変ｘｉｕＭｉでｆｏ　＋　−Ｆ＋
Ｆ−ｆ□　Ｉとなり、元の周波数ｆ’ｏ＋　となって半
導体レーザＬＤ１に戻るので、共振状態が持続する。こ
の様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。ビームスプリ
ッタ［３８２を介して共振した光が外部に出力される。

第３図は可変波長レーザ光源２の第２の実施例を示す構
成ブロック図である。第２図と同一の部分には同じ記号
を付して説明を省略する。８３３はレンズＬ　Ｓ　２か
らの出射光を２方向に分離するビームスプリッタ、ＥＯ
ｌはこのビームスプリッタ［３８３を透過した光を入射
する電気光学素子、Ｍｌはこの電気光学素子ＥＯＩの出
射光を反射するミラー、Ｅ　０２１．１前記ビームスプ
リツタ８８３で反則した光を入ｔＪＪする電気光学素子
、Ｍ２はこの電気光学素子ＥＯ２の出射光を反ｒＪＩづ
るミラー、ｖｌはこの電気光学素子ＥＯ２を制御する信
号源である。電気光学素子ＥＯ１，ＥＯ２の光路方向の
長さをそれぞれｆｆ１ｌ＋　Ｑ２、屈折率をそれぞれｎ
ｌｌ　ｎ２、ビームスプリッタ［３８２，Ｍ１１！Ｊの
光路に沿ったＩ２＋を除く距離を１−１、ビームスプリ
ッタ８８２．Ｍ２間の光路に沿ったｉ２を除く距離をＬ
２％Ｑを整数とすると、この場合の発振周波数「０２は ｆｏ　　２−　　ｑ　−Ｃ／２１（Ｌ＋＋ｎ＋４！＋）
　　　　　（Ｌ２　　＋ｎ２　　　（Ｖｌ　　）１２２
　　）　　１となる。すなわち信号源ｖ１により電気光
学素子ＥＯ２の電界強度を変えて屈折率ｎ２を変化さぜ
ることにより、発概周波敗ｆ０２を広範囲に局引できる
。

第４図は本発明の第３の実施例で飽和吸収（参考；堀、
門出、北野、蝕崎、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０ＱＥ８２−１１６＞
を利用したものを示を要部構成ブロック図である。第１
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
。Ｍ２は可変波長光源２の出力光の一部がビームスプリ
ッタＢＳ１で反射した光の方向を変えるためのミラー、
８８３はこのミラーＭ２の反射光を入射するビームスプ
リッタ、ＰＤ３はこのビームスプリッタＢＳ３の反射光
が参照光として垂直方向から吸収セルＣＬＩに入射した
ときの透過光を入射する受光素子、Ｍ３は前記ビームス
プリッタＢＳ３の透過光を入射するミラー、８８４はこ
のミラーＭ３の反射光を入用し反射光をプローブ光とし
て吸収セルＣＬ１に反対方向から入射するビームスプリ
ッタ、ＰＤ２はこのプローブ光が吸収セルＣＬ１を透過
後、ビームスプリッタＢＳ１で反射した光を入射する受
光＊子、△１はこの受光素子ＰＤ２おＪ、びＰＤ３の出
ツノの差を演ｎする演算器である。

可変波長光ＰＡ２の出力光はビームスプリッタＢＳ１を
透過して飽和光として吸収セルＣＬＩに入射し光路上の
標準物質の吸収を飽和させる。ビームスプリッタＢＳ１
の反射光はミラーＭ２．ビームスプリッタＢＳ３．ミラ
ーＭ３おにびビームスプリッタ［３８４を介し、吸収セ
ルＣＬＩに、／′ｆコープ光として飽和光と逆方向から
入射プる。プローブ光は飽■１光Ｊ、りも十分細いので
、吸収セルＣＬ１中で飽和光とプローブ光の光軸を重ね
ることができる。プローブ光は標準物質の共鳴周波数以
外の周波数でドツプラ族がりのある吸収を受ける。

ビームスプリッタＢＳ３で反射して飽和光およびプロー
ブ光と垂直方向から吸収セルＣＬ１に入射する窄照光は
ドツプラ族がりのある吸収を受ける。

吸収を受けたプ［１−ブ光と参照先はそれぞれ受光素子
ＰＤ２およびＰＤ３で検出され、演ｉ器Ａ　１で引算さ
れてプローブ光の吸収信ｑが含むドツプラ族がりの部分
が除去された、飽和吸収信号のみの鋭い吸収信号をマー
カ信＠Ｅｘとして出力する。

ドツプラシフトで隔れている超微細構造の吸収線を検出
するので、第１図装置のように線形吸収法を用いた場合
と比べて高精１食・高安定とすることができる。

第５図は飽和吸収を用いた本発明の第４の実施例を示す
要部構成ブロック図で、吸収セルＣＬ１を透過した飽和
光をミラーＭ４で反射し、そのままプローブ光として反
対方向から吸収セルＣＬ１に再入射して飽和光と重畳さ
せ、ビームスプリッタＢＳＩを介してマーカ光出力を取
出すものである。

第６図は本発明に係る可変波長光源の１応用例である光
スペクトラムアナラーイザを示す構成ブロック図である
。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。１１は被測定光を入射する磁気光学効
果結晶（ＹＩＧ、鉛ガラス他）などを用いた（Ｉａ光制
御部、１２はこの偏光制御部１１の出力光を入力する光
増幅部、１３は掃引信号発生器、１０はこの掃引信号発
生器１３により可変波長レーデ光源２の周波ａ　Ｍｌ引
を制御される可変波長光源、ＨＭＩはこの可変波長光源
１０の可変波長光Ｒυおよび前記光増幅部１２の出力光
を入力するハーフミラ−１１４はＰＩＮ）第１・ダイオ
ードやアバランシェフォトダイオードなどからなり前記
ハーフミラ−ＨＭ１の出力光を入力する光ヘテロゲイン
検波部、１５はこの光ヘテロゲイン検波部１４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
フィルタ部、１６はこのフィルタ部１５の電気出力を入
力する検波部、１７はこの検波部１６の電気出力を入力
する信号処理・表示部である。光増幅部１２はＧａＡｌ
Ａｓレーザ（７８０ｎｍ帯）やＩｎ、Ｇａ　Ａ　ｓ　Ｐ
レーザ（１５００ｎｍ帯）なトチ構成すれ、下記の３方
式のものを用いることができる。

（イ）共１辰器形手導体レーザ増幅器と呼ばれ、発振閾
１ｉｆｉ近胸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。

〈口）光注入同期増幅器と呼ばれ、発搬しているレーザ
ダイオードに信号光を入射して発撮光の光周波数および
位相を制御するもの。

（ハ）進行波形レーデ増幅器と呼ばれ、レーザダイオー
ド・チップの両端面を無反射コートし、信号光の通過の
みで光増幅するしの。

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１１に周波数ωＬ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
可変波長光源１ｏの出力光Ｒυと同じ偏光面となるよう
に制御する。

陽光制御部１１の光出力は光増幅部１２で増幅された後
ハーフミラ−１−Ｉ　Ｍ　１で可変波長光源１ｏの周波
数ω０の出力光と合成され、光ヘテロダイン検波部１４
で画周波数の差ω０−ω１′（ただしこの場合はω（′
−ω、）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１４の電気出力はフィルタ１５のバンド
パス特性を一部が通過し検波部１６でパワー、として取
出される。信号処理・表示部１７は掃引信号発生器１３
からの＋１１引に関連した信号を周波数軸信号として入
力し、検波部１６の電気出力をパワー信号として入力し
て被測定光Ｃをスベク１−ル表示するとともに、可変波
長光源１０力日う出力されるマーカ信号を入力して、こ
こではマーカ（ｊｌ　（周波数ωｓ＋　）、　ｄ２　（
周波数ωＳ２）を表示する。

本応用例にお１ブる光周波数の初作例を次に示す。

ω５の波長：　７８０ｎｍ付近でωｓ１−ω５２＝６　
、８　Ｇ　Ｈｚ　（Ｒｂの吸収線を使用）ω０の波長：
　７８０ｎｍ±１０ｎｍ ω、の波長：　７８０　ｎ　ｍ±１０ｎｍ第１０ｎ クトルを測定する場合を示すために、ｈヤ引信号発生器
１３にパルス同期信号を加えている。被測定パルス光に
同期したトリが信号を掃引信号発生器１３に入力し、こ
れに同期して可変波長光源１０の可変波長光Ｒυの周波
数をステップ状に１１負引する。同時に信号処理・表示
部１７にステップ周波数に対応した信号を送る。その結
果、１つのパルス光ごとに１点の周波数のパワースペク
トルを測定することになり、掃引後はパルス光の全スペ
クトルを出力できる。

第６図の実ｍ例に述べたような構成によれば、光スペク
トラムアナライザの周波数分解能は可変波長光ＷＡ１０
の可変波長出力光Ｒυのスペクトル幅とフィルタ部１５
の帯域幅で決まる。可変波長出力Ｒυのスペクトル幅は
可変波長レーザ光源２で決まるので、これに前述（第２
図，第３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を得ることが
できる。

なお上記の応用例ではフＣルタ部１５としてバンドパス
フィルタを用いたが、これに限らず、ローパスフィルタ
を用いてもよい。

第７図は本発明に係る可変波長光源の第２の応用例で、
従来の光スペクトラム・アナライザ（または分光器、以
下同様）の光源として使用したものを示す構成ブロック
図である。被測定光および可変波長光源１０のマーカ先
出力［く１は光スペクトル・アナライ１ア１８の第１お
よび第２のチャンネルにそれぞれ入力する。光スペクト
ル・アナライザ１８からの同期信号は可変波長光源１０
の波長可変人力Ｅｔとなる。このような構成で、光スペ
クトル・アナライザ１８の画面上にはその掃引に同期し
て画面上に被測定光のスペクトルｅおよびマーカ光のス
ペクトル「が現れる。

第８図は本発明に係る可変波長光源の第３の応用３４　
？’ある光ネットワーク・アナライザを示す構成ブロッ
ク図である。可変波長光源１ｏの可変波長出力光Ｒυを
被測定物１９に入射してその出力光を受光素子ＰＤ３で
検出し、出力なＸＹレコーダ２０の第１のＹ軸入力Ｙ１
とする。可変波長光源１０からのマーカ光出力Ｒｍは受
光素子ＰＤ４で検出されてＸＹレコーダ２０の第２のＹ
軸入力Ｙ２となる。ランプジェネレータ２１の出力は可
変波長光源１０の波長可変人力Ｅ、およびＸＹレコーダ
２０のＸ＠大入力なる。この結果ＸＹレコーダ２０上に
は分光特性９ととちにマーカ光りが記録される。

なＪ３第２．第３の応用例において、マーカ光［く亀の
代りにマーカ信号ＥＷを用いてもよい。

上記の各応用例によれば、測定データとともに波長が正
確に分っているマーカ光が表示または記録されるので、
高精度に波長特性・分光特性等を知ることができる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、可変波長光とともに
量子標準のマーカ光が出力されるので、高精度な波長測
定が可能な可変波長光源を実現することができる。また
可変波長レーザ光源の入力信号と発振波長の間の関係に
精度が要求されないので、可変波長レーザ光源の構成が
簡単である

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変波長光源の１実施を示す構成
ブロック図、第２図〜第５図は第１装置の各構成要素の
実施例を承り構成ブロック第６図は本発明に係る可変波
長光源の１応用例示す構成ブ〔１ツク図０、第７図は本
発明に係る可波長光源の第２の応用例を示づ構成ブロッ
ク図第８図は本発明に係る可変波長光源の第３の応例を
示す構成ブロック図である。 Ｅｌ・・・入力信号、２・・・可変波長レーザ光源、Ｌ
ｌ・・・吸収セル、１０・・・可変波長光源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号に対応して出力光の波長が変化する可変
   波長レーザ光源と、この可変波長レーザ光源の出力光を
   入力する標準物質を封入した吸収セルとを備え、前記可
   変波長レーザ光源の出力光の特定の波長において吸収を
   受けた前記吸収セルの透過光をマーカ光として出力する
   ように構成したことを特徴とする可変波長光源。
2. （２）吸収セルの透過光を入力して電気信号に変換する
   受光素子を備え、前記受光素子の出力をマーカ信号出力
   とする特許請求の範囲第１項記載の可変波長光源。