JPS633230A - 光デジタルスペクトルアナライザ - 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」 この発明は光干渉計よりの干渉信号を光検波して電気信
号に変換し、その電気信号をデジタル信号に変換し、そ
のデジタル信号を倍率変更回路で倍率変更して高速フー
リエ変換する光デジタルスペクトルアナライザに関する
。

「従来の技術」 従来において光源の光のコヒーレンス長を測定するには
、その光を光干渉計へ入射し、その結果得られた干渉光
を包絡検波してその包絡により求めていた。このコヒー
レンス長の測定は、従来においては例えば第４図に示す
ように光源よりの光をマイケルソン干渉計に入射し、時
間的な干渉光を得てその干渉光の包路線を検波して求め
ていた。

即ちレーザーダイオードなどの光源１１からの被測定光
は、マイケルソン干渉計などの光干渉計に入射される。

即ち光源１１からの光はビームスプリッタ−１２に入射
され、そのビームスプリッタ−１２の透過光は固定反射
鏡１３に入射され、その反射光はビームスプリッタ−１
２に戻り、またビームスプリ、クー１２で分利反射され
た他方の光は可動反射鏡１４に入射され、可動反射鏡１
４よりの反射波と固定反射鏡１３よりの反射波とがビー
ムスプリフタ−１２で合成されて干渉波が得られる。そ
の干渉波は光検出器１５に入射されて電気信号に変換さ
れ、その電気信号の包絡線が包路線検波器１６で検波さ
れる。この干渉波の時間的な干渉縞を得るため、可動反
射鏡１４は駆動器１７により周期的にビームスプリンタ
ー１２に対して前後に進退させられる。この可動反射鏡
１４の移動を時間軸として、包路線検波器１６の検波出
力が記録器或いは表示器１８に供給されて光ａ１１より
の光の時間的コヒーレンス長の測定結果が表示される。

つまりビームスプリッタ−１２に対する固定反射鏡１３
、可動反射鏡１４の距離が等しい時、干渉波の強度は最
強となり、その強度に対する、次の干渉縞のピーク値と
の差からコヒーレンス長が求められる。

このようなアナログを用いた干渉光の包ｙ？検出は、包
絡検波回路の時定数の影響を受けるなど好ましくない。

このような点から光干渉計よりの干渉光を電気信号に変
換したものをデジタルスペクトルアナライザに入力し、
そのデジタル信号をデジタル処理して包絡を検出するこ
とが提案されている。この場合やその他、干渉光をデジ
タル信号として高速フーリエ変換して処理する場合に、
干渉光の基準点、つまり前記例では可動反射鏡１４より
ビームスプリンター１２までの距離と、固定反射鏡１３
よりビームスプリンター１２までの距離とが等しい状態
における干渉光の出力時点を中心にその前後の同数のデ
ータを高速フーリエ変換に用いる。

前記基準時点では両反射鏡１３．１４からの光が同位相
であって、干渉光のレベルは最大になり、この基準時点
に対し、干渉光の包絡が対称波形となるはずである。

しかし実際にはビームスプリッタ−１２の屈折率分散や
、光学系の先非対称性などによって前記基準時点におい
て両反射鏡１３．１４とビームスプリンター１２との光
路差が等しくならず、このため干渉光はその基準位置に
対して最大とならず、基準時点に対してずれた状態とな
る。このような状態で取込んだデータを高速フーリエ変
換すると、その基準時点に対して対称波形にないため誤
差が生じる。この誤茅を補正するため、従来においては
干渉光の最大値が得られる時点と基準時点とのずれと対
応する光路差に対する位相差で、干渉光の複素スペクト
ラムを補正することが提案されている。しかしそのよう
な補正を行うには、その位相差情報を読み手厚用メモリ
に格納してお（ことが安価な装置を構成する上で好まし
いが、温度変動によって前記位１０差が変動する場合は
正しい補正を行うことはできない。−方、このような位
相差を補正するため、前記位相差を測定する光源や光ス
ィッチなどを設けると測定装置の価格が高くなることに
なる。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば、光干渉計よりの干渉光を電気信号に
変換してデジタル信号として取込み、そのデジタル信号
を倍率変更回路に供給して倍率を上げてバッファメモリ
に取込み、そのバッファメモリに取込んだデータを取出
して高速フーリエ変換する光デジタルスペクトルアナラ
イザにおいて、上記倍率変更回路の出力中の実数部と虚
数部とをそれぞれ自乗し、その各自乗値を加算し、その
加算値が最大となるデータを検出し、そのデータを中心
として上記バッファメモリより高速フーリエ変換に必要
とするデータを取出して高速フーリエ変換する。このよ
うにすることによって常に中心時点で最大となり、かつ
波形がほぼ対称となり正しい高速フーリエ変換結果が得
られる。

「実施例」 第１図はこの発明による光デジタルスペクトルアナライ
ザを示し、光干渉計２１は例えば先に述べたマイケルソ
ン干渉計であり、光源１１よりの光信号が入射され、光
干渉計２１よりの干渉光は光検波器１５において電気信
号に変換され、その電気信号は必要に応じて増幅器２２
で増幅され、更に不要な高周波骨を除去する低域通過濾
波器２３を通ってＡＤ変換器２４において一定周期でデ
ジタル信号に変換される。

ＡＤ変換器２４の出力は倍率変更回路（いわゆるズーム
プロセッサ）２５へ供給され、この回路２５においてデ
ジタル乗算器２６でｃｏｓ２πｆｃｎΔｔの搬送波と乗
算され、その乗算出力はデジタル低域通過濾波器２７に
供給されて不要な高周波成分が除去される。またＡＤ変
換器２４の出力はデジタル乗算器２８で５ｉｎ２πｆｃ
ｎΔｔの搬送波、つまり乗算器２６に供給される搬送波
と直交関係の搬送波と掛算され、その出力はデジタル低
域通過濾波器２９にて不要な高周波成分が除去される。

このデジタル低域通過濾波器２７．２９はサンプリング
スイッチ３１．３２によりＡＤ変換器２４におけるサン
プリング周期よりも遅い周期で取出されて、バッファメ
モリ３３に取込まれる。バックアメモリ３３に取込まれ
たデータは、高速フーリエ変換演算部３４に取込まれて
高速フーリエ変換され、その変換結果はＣＲ７表示器３
５に表示され、その他、更に必要に応じて演算処理され
る。

演算に必要なデータの保持などのためにメモリ３６が設
けられ、更に全体の制御は中央処理装置３７によって行
われる。

高速フーリエ変換に用いるデータ数を、例えば１０２４
とすると、従来においては可動反射鏡１４が基準位置く
基準時点）、つまり可動反射鏡１４と固定反射鏡１３と
のビームスプリッタ−１２に対する距離差が等しい状態
を中心として、そのデータを除いてその前後に５１１．
５１２のデータをバッファメモリ３３に取込んでそのデ
ータを高速フーリエ変換していた。しかし先に述べたよ
うに位相誤差が生じて、例えば第２図Ａに示すように基
中時点Ｐ０で干渉光のレベルが最大とならないような干
渉光が得られる。このような状態でこのデータをフーリ
エ変換するとこれが誤差となって現われる。

このためこの発明においては、倍率変更回路２５のスイ
ッチ３１．３２の出力である実部と虚部とを、それぞれ
第３図に示すように自乗器４１゜４２で自乗し、その各
自乗値を加算器４３で加算し、その加算結果の最大値を
最大値検出器４４で検出する。この最大値が得られた点
のデータを基準時点として、バックアメモリ３３から高
速フーリエ変換に必要とするデータを取込んで高速フー
リエ変換する。このためバッファメモリ３３には、高速
フーリエ変換に用いるデータ数、例えば１０２４よりも
多くのデータ１０２４±２αだけ取込み、これは先に述
べたように基準時点を中心にその前後にαずつ多く取る
ようにする。このαとしては６４．１２８．２５６など
を用いることができる。

これは光学系の非対称性に対応して選定する。加算回路
４３の加算値が最大となる時のバッファメモリ３３に取
込んだデータの番地を基準として、バッファメモリ３３
へのデータ取込みを０番地から行い１０２４＋２α番地
まで取込む場合はその中央番地、即ちＯ番地から数えて
５１１＋αに対し±αの範囲内に、前記最大となるデー
タ取込み番地が在る時はその最大値の番地を中心として
その前に５１１のデータ、その後に５１２のデータをバ
ッファメモリ３３から取出し、全体として１０２４のデ
ータを高速フーリエ演算部へ供給する。また前記最大値
が得られる番地が５１１＋α±α番地の範囲から外れる
場合で、その最大値が得られる番地が５１１より小さい
時は５１１番地を中心として１０２４のデータを取出し
、また最大値が得られる番地が５１１＋２αよりも大き
い時は５１１＋２αを中心として１０２４のデータを取
出して高速フーリエ変換を行う。

即ち例えば第２図Ｂに示すように１０００＋２αのデー
タを取込み、そのデータについてその中心を含む１００
０分にっての実部分、つまり干渉光のレベルのピーク値
を見ると、第２図Ａに示したようにその基準点とピーク
値とがずれている場合において、前述したように実数部
と虚数部の自乗の和の開平値を求めると、第２図Ｃに示
すようにピーク値が基準時点となり、対称の波形が得ら
れる。

なお倍率変更回路２５を通さない場合において、つまり
ＡＤ変換器２４の出力をバッファメモリ３３に直接取込
む場合においては、その最大値が得られる番地を中心と
してその前後の所定数のデータを取出して高速フーリエ
変換を行えばよい。

しかし倍率変更回路２５を通してバッファメモリ３３に
取込む場合においては、つまり高分解能に測定を行う場
合においては、そのデータが複素変調されるため、その
実部分、または虚部骨のみの最大値を検出しても不十分
であり、実数部と虚数部のベクトル和の最大値を検出す
ることによって正しい基準点を求めることができる。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば、複雑な位相差を求
める必要がなく、その位相差情報をメモリに記憶してお
いた場合においては温度変化などによって正しい補正が
できなくなり、またその位相差を測定する手段を設ける
と高価なものとなるが、この発明においては自乗演算と
加算演算を行って最大値を求めることによって容易に正
しいビーク位置をフーリエ変換の際の中心点に一致させ
ることができ、正しいフーリエ変換を行うことが可能で
ある。しかも面倒な測定を行う必要がなく、また温度変
動などたよってそのずれが変化した場合などにおいても
その都度その最高値を求めることによって正しく補正を
行うことができる。なおこの発明は時間的干渉縞の出力
に対する場合に限らず、空間的干渉縞を入力して高速フ
ーリエ変換する場合にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光デジタルスペクトルアナライ
ザを示すブロック図、第２図はその動作の説明に供する
ための波形図、第３図はその基準位置を求めるための手
段を示すブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光干渉計よりの干渉光を光検波して電気信号に変
   換し、その電気信号を標本化してデジタル信号として取
   込み、そのデジタル信号を倍率変更回路で処理してバッ
   ファメモリに取込み、そのバッファメモリに取込んだデ
   ータを読出して高速フーリエ変換する光デジタルスペク
   トルアナライザにおいて、 上記バッファメモリへの取込みは上記光干渉計の出力光
   基準点を中心とし、高速フーリエ変換に用いるデータ数
   より多くのデータを取り込み、上記倍率変更回路の出力
   中の実数部と虚数部とをそれぞれ自乗する自乗手段と、 その各自乗値を加算する加算手段と、 その加算値の最大値を検出する最大値検出手段と、 その最大値が得られるデータ位置を中心として上記バッ
   ファメモリより高速フーリエ変換に必要とするデータを
   取込み、高速フーリエ変換する手段とを有することを特
   徴とする光デジタルスペクトルアナライザ。