JPS62198725A - 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、光スペクトル・アナライザ等に用いられて精
密な波ＳＩｌ定を可能にする可変波長光源の改良に関す
る。

（従来の技術） 従来、光スペクトル・アナライザ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必要であった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、基準波長光源の波長から離れた帯域を測
定す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、可変波良光源の入力と発振波
長を精度よく対応づけをするのは容易でない。

さらに先行技術としてファブリ・ペロー共振器を利用し
てマーカ出力を発生するものがあるが、通常の７？ブリ
・ペロー共振器は高精度なものを製作するのが難しく、
高価という問題があった。

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、′Ｒ精度な波長測定を可能とする可変波長光源を
簡便に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
レーザ光源の出力帯域内で一定波長の光出力を発生する
基準波長レーザ光源と、この基準波長レーザ光源の出力
光と前記可変波長レーザ光源の出力光を入力する光ファ
イバ共振器とを備え、光ファイバ共振器の出力が基準波
長光源の出力波長を基準として所定の波長間隔でピーク
をもつ光出力を発生するように構成したことを特徴とす
る。

（実施例） 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。

ｆｆ１１図は本発明に係る可変波長光源の一実施例を示
す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信号Ｅｉが加わる入力端子
、２はこの入力端子１を介して前記電気信＠ＥＬを入力
する可変波長レーザ光源、１８１はこの可変波長レーザ
光源２の出力光が透過する戻り光防止用のアイソレータ
、ＨＭｌはこのアイソレータ１８１の出力光を入射して
その反射光を可変波長光Ｒｔ＋とじて外部に出力するハ
ーフミラ−１３は一定波長の出力光を発生する＾安定、
高精度の基準波長レーザ光源、１８２はこの基準波長レ
ーザ光源３の出り光Ｒｓが透過する戻り光防止用のアイ
ソレータ、Ｍｌはこのアイソレータ１８２の出力光を入
ｔＡするミラー、ＨＭ２は前記ハーフミラ−ＨＭＩの透
過光および前記ミラーＭ１の反射光を入射するハーフミ
ラ−１ＬＳＩはこのハーフミラ−）−１Ｍ２の出力光を
入力する集光用のレンズ、４はこのレンズＬＳＩで集光
された光を入力する光ファイバ・リング干渉計（参考文
献；Ｌ、Ｆ、３ｔｏｋｅｓ、Ｍ、Ｃｈｏｄｏｒｏｗ、Ｈ
，Ｊ、Ｓｈａｗ：５ｅｎｓｉｔｉｖｅ△Ｉ　ｌ　−３ｉ
　ｎｇ　ｌ　ｅ−Ｍｏｄｅ−Ｆ　ｉ　ｂｅｒＲｅｓｏｎ
ａｎｔ　　Ｒｉｎｇ　　（ｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ
、Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　ｌ−ｉｇｈｔｗａｖｅ　
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ、ＬＴ−１，Ｎｏ、１
．Ｍａｒｃｈ　　１９８３）で構成された光ファイバ共
＠器である。光ファイバ共振器４において、ＣＰｌは前
記レンズＬＳＩからの入射光を光ファイバを介してその
一方の入射端４１に入力する方向性結合器、ＦＢｌはこ
の方向性結合器ＣＰ１の一方の出射端４２を介して出力
光の一部を入射する光フ？イバ、ＰＣｌはこの光ファイ
バＦＢＩの途中に設けられた偏波面制御部、ＰＭｌは同
様に光ファイバＦＢＩの途中に設けられその出射光が光
ファイバＦＢＩを介して前記方向性結合器ＣＰ１の他方
の入射端４３に入射する位相変調部である。位相変調部
ＰＭＩは例えば円筒状のピエゾ素子の周囲に光ファイバ
をさきつけて構成される。１８２は前記方向性結合器Ｃ
Ｐ　１の他方の出射端４４を介して出力光の他の一部を
光ファイバを介して入力するレンズ、８Ｍ３はこのレン
ズ１８２の出力光を入射するハーフミラ−１ＬＳ３はこ
のハーフミラ−８Ｍ３の反射光を入力し外部へ出力する
レンズ、１８４は前記ハーフミラ−ＨＭ　３の透過光を
入力するレンズ、ＰＤｌはこのレンズＬＳ４の出射光を
入！）ｉＪ′ｒｊる受光素子、ＬＡｌはこの受光素子Ｐ
Ｄ１の出力電気信号を入力するロックインアンプ、５は
このロックインアンプＬＡ１の出力を入力しその出力が
前記位相変調器ＰＭＩを制御する安定化制御回路である
。基準波長レーザ光源３にはロックインアンプＬＡ１か
ら参照周波数ｆ１＋１と同一の周波数の変調用信号が印
加される。

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に対応する波長の出力光を発生する。基準波長レ
ーザ光１１’ｉ３は可変波長レーザ光源２の出力帯域の
範囲内で一定波長の出力光Ｒｓを発生する。可変波長レ
ーザ２の出力光はアイソレータ１８１およびハーフミラ
−ＨＭｌを介し、出力光Ｒｓはアイソレータ１８２およ
びミラーＭ１を介してそれぞれハーフミラ−１４Ｍ２に
入射し、その合成光がレンズＬＳ１で集光されて光ファ
イバ共振器４に入射する。光ファイバ共振器４の入射光
は方向性結合器ＣＰ１に入射し、方向性結合器ＣＰ１の
出射光の一部が光ファイバＦＢ１、偏波面制御部ＰＣＩ
および位相変調部ＰＭＩを周回して方向性結合器ＣＰ１
に再入射したものと干渉する。この結果光ファイバ・リ
ング干渉計（光ファイバ共振器４）の入出力［（４１−
４４間）の伝送強度は周回光の位相遅れφの関数Ｔ（φ
）となり、第２図に示すように２πｒａｄ毎に鋭い（凹
みの）ピークを有する。位相遅れφは位相変調部ＰＭ１
を制御してファイバＦＢＩの長さＬを変えると変化する
。光ファイバ共振器４の出力光は方向性結合器ＣＰ１か
らレンズＬＳ２゜ハーフミラ−８Ｍ３およびレンズＬＳ
４を介して受光素子ＰＤ１に入射し電気信号に変検され
た後、０ツクインアンプＬＡＩに入力する。受光素子Ｐ
Ｄ１の出力信号は可変波長光ＷＡ２の出力光および基準
光Ｒｓに基づく信号を含んでいるが、基準波長レーザ光
ｓｉ３からの光のみはロックインアンプＬＡ１の参照信
号と同一周波数ｆＩＬで周波数変調されているので、位
相検波によりロックインアンプＬＡ１の出力として取出
すことができる。安定化制御１Ｊｉ［５はこのロックイ
ンアンプＬＡ１の出力（例えば周波数スペクトルの微分
値）が例えば０となるように、位相変調部ＰＭ１を駆動
してファイバＦＢＩの長さしを制御することにより、光
ファイバ・リング干渉計を基準波長レーデ光源３の出力
周波数に共振させる。さらに安定化制御回路５に印加す
る（ＤＣの）マーカ間隔制御信号を適当な値に設定して
、ファイバＦＢＩの複数の異なる長さしの前記共振点に
制御することにより、可変波長レーザ光源２に対応する
共振器４の出力光のピークの波長間隔を変えることがで
きる。第３図に示すように、出力光Ｒｔの可変波長光Ｒ
υに対応する周波数スペクトラム成分（８）は、基準波
長光Ｒｓの周波数スペクトラム（Ａ）に周波数軸上で同
期する。したがって出力光Ｒｍを周波数軸上の基準光付
きマーカ光として利用することができる。

このような構成の可変波長光源によれば、光ファイバ共
振器４のファイバｉｌ−を選択することにより、心数な
マーカ出力を簡便に１ｑることができる。

また光ファイバ共振器は共振器長を長くして、容易にＱ
を高くすることができるので、マーカ信号のスペクトル
を非常に狭くできるという利点もある。

なお第１図装置において、可変波長レーデ光源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、外部共振器の片方のミラーを回折格子とし、
その回転角を変えて波長を変化さぼるもの、外部共振器
内に音費光学変ＦＪＩ器を設け、その変調周波数を変え
て波長を変化させるもの、外部共振器内に電気光学素子
を設け、その屈折率を゛電気的に変えて波長を変化させ
るもの、その他各種のものを使用できる。

第４図は前記基準波長レーザ光源３の１実施例を示す構
成ブロック図である。図において、ＬＤｌは半導体レー
ザ、ＢＳ２はこの半導体レーｔアＬＤ１の出力光が入射
するビームスプリッタ、ＣＬｌはこのビームスプリッタ
８８２の反射光を入射する標準物質が封入された吸収セ
ル、ＰＯ２はこの吸収セルＣＬ１の出力光が入射する受
光素子、ＬＡ２はこの受光素子ＰＤ２の電気出力を入力
しこれに対応する出力で前記半導体レーザＬＤ１のｆ＠
流を制御するロックインアンプ、ＤＲｌは前記半導体レ
ーザＬＤ１の電流な（周波数ｆ１で）周波数変調する発
振器である。第１図装置の場合にこの発掘器ＤＲ１は前
記ロックインアンプＬＡ１の内部にある。ビームスプリ
ッタＢＳ２の透過光がこの基準波長レーデ光［３の出力
光となる。標準物質としてはＣｓ　ｒ　Ｒｂ　ｒ　Ｎ　
Ｈ３＊　Ｈ２０など任意の物質を用いることができる。

半導体レープＬＤ１の出力光はビームスプリッタ８８２
で反射されて吸収セルＣＬ１に入射し、吸収セル内ＣＬ
１の標準物質による吸収を受ける。

吸収層を受光素子ＰＤ２で検出し、ロックインアンプＬ
Ａ２を介して半導体レーザＬＤ１の電流に帰還する。半
導体レーザＬＤ１の出力波長は標準物質の吸収スペクト
ル線にロックされるので、高安定、高精度の基準波長光
源を実現できる。

なお第４図装置で用いた方法は線形吸収法とよばれ、ド
ツプラシフトにより吸収スペクトルが比較的太くなるが
、飽和吸収法（堀、開田、北野。

薮崎、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、儒学技報　０ＱＥ８２−１１６）によりドツ
プラシフトで隠れている超微細構造の吸収線を検出して
、これに半導体レーザＬＤ１の発振波長をロックすれば
さらに高安定とすることができる。

また第１図装置において、光ファイバ共振器４として光
ファイバ・リング干渉計の代りに、光ファイバ両端面に
反射ミラーをコーティングした光ファイバ・ファブリ・
ペロー共振器を用いてもよい。

第５図は本発明に係る可変波長光源の１応用例である光
スベク１〜ラムアナラ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）などを用いた偏光制御部
、１２はこの偏光制御１＠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ザ光源２（第１図）の周波数
掃引をｖ１″ｍされる可変波長光源、８Ｍ４はこの可変
波長光源１０の可変波長光Ｒ１Ｊおよび前記光増幅部１
２の出力光を入力するハーフミラ−１１４はＰＩＮフォ
ト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ートＩＭ４の出力光を入力する光ヘ
テロダイン検波部、１５はこの光ヘテロダイン検波部１
４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、ＰＯ２は前記可変波
長光［１０の出力光Ｒｍを電気信号に変換し前記信号処
理・表示部１７に入力する受光素子である。光増幅部１
２はＧａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓレーザ（７８０ｎｍ帯）やＩ
ｖＬＧａΔｓＰレーザ（１５ＱＱｎｍ帯）などで構成さ
れ、下記の３方式のものを用いることができる。

（イ）共ｍ画形半導体レーザ増幅器と呼ばれ、発Ｉｔｉ
ｌＥｌ値近傍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。

（ロ）光注入同期増幅器と呼ばれ、発振しているレーザ
ダイオードに信号光を入射して発振光の光周波＠および
位相を制御するもの。

（ハ）進行波形レーザ増幅器と呼ばれ、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
みで光増幅するもの。

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３１シク説明する。偏光制御部１１に周波数ω、の
被測定光が入ｔＡ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１０の出力光Ｒυと同じ偏光面となる
ように制御する。

偏光制御部１１の光出力は光増幅部１２で増幅された後
ハーフミラ−ＨＭ４で可変波長光源１０の周波数ω０の
出力光Ｒｙと合成され、光ヘテロダイン横波部１４で画
周波数の差ω０−ω、′（ただしこの場合はωｔ　′−
めｔ）の周波数をもつ電気信号に変換される。光ヘテロ
ゲイン検波部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からの挿引
に関連した信号を周波数軸信号として入力し、検波部１
６の電気出力をパワー信号として入力して被測定光１８
をスペクトル表示するとともに、可変波長光源１０から
受光素子ＰＤ３を介して出力される信号を入力して、！
！準先光１９よびマーカ２０を表示する。

本応用例における光周波数の動作例を次に示づ。

基準波長光Ｒｓの波長：　７８０ｎｍ　（レーザダイオ
ードの波長をＲｂの吸収線にロックする）ω０の波長ニ
ア８０ｎｍ±５Ｑｎｍ ω、の波長ニア８０ｎｍ±５Ｑｎｍ 第５図ではパルス光を被測定光としてそのスペクトルを
測定する場合を示すために、掃引信号発生器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
リガ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［９１０の可変波長光Ｒυの周波数ω０を
ステップ状に掃引する。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５図の実施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源１０の
可変波長出力光Ｒｖ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、これに前述のような
外部共振器形レーナダイΔ−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ィルタ部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。

上記の応用例によれば、測定データとともに基準波長を
基準として所定間隔のマーカ光が表示または記録される
ので、広範囲にわたって高精度な波長測定が可能となる
。

また可変波長レーザの入力信号と発掘波長の関係におい
て精度が要求されないので、可変波長レーデの構成を簡
単にできる。

（発明の効果） 以−Ｅ述べたように本発明によれば、高精度な波長測定
を可能とする可変波長光源を簡便に実現できる。

【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実施例を示す構
成ブロック図、第２図および第３図は第１図装置の動作
を説明するためのスペクトラム・チャート、第４図は第
１図装置の構成要素の１実施例を示す構成ブロック図、
第５図は本発明に係る可変波長光源の１応用例を示す構
成ブロック図である。 ２・・・可変波長レーザ光源、３・・・基準波長レーザ
光源、４・・・光ファイバ共振器、１０・・・可変波長
光源、Ｅｉ・・・入力信号。

Claims (3)

【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帯域
   内で一定波長の光出力を発生する基準波長レーザ光源と
   、この基準波長レーザ光源の出力光と前記可変波長レー
   ザ光源の出力光を入力する光ファイバ共振器とを備え、
   光ファイバ共振器の出力が基準波長光源の出力波長を基
   準として所定の波長間隔でピークをもった光出力を発生
   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）標準物質の吸収線に波長を制御し周波数変調した
   出力を発生する基準波長レーザ光源と、この基準波長レ
   ーザ光源の変調周波数と同一の参照周波数を用いるとと
   もに光ファイバ共振器の出力に対応した電気信号を入力
   するロックインアンプとを備え、ロックインアンプの出
   力が所定の値となるように光ファイバ共振器のファイバ
   長を制御する特許請求の範囲第１項記載の可変波長光源
   。
3. （３）光ファイバ共振器として光ファイバ・リング干渉
   計を用いた特許請求の範囲第１項記載の可変波長光源。