JP2007212427A - 光周波数検出装置、光スペクトラムアナライザおよび光信号処理装置 - Google Patents
光周波数検出装置、光スペクトラムアナライザおよび光信号処理装置 Download PDFInfo
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Abstract
高精度かつ広帯域での光周波数検出等が可能な光周波数検出装置、光スペクトラムアナライザ、および光信号処理装置を提供する。
【解決手段】
レーザー光源11と、光周波数コム発生装置12と、光アンプ13と、ファブリペロー光共振器14と、被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器15と、光検出器16と、電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器17と、光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理する制御処理装置18とを備える。
【選択図】 図1
Description
また、光スペクトラムアナライザ(OSA)は、物質の吸収スペクトルの測定等に用いられる。
制御処理装置84は、信号発生器821を制御信号CRLにより制御するとともに、電気信号Srをスペクトラムとして解析し、ディスプレイ86に表示する。
しかし、図8の光周波数検出装置7では、基準となるレーザーダイオードと光検出器がそれぞれ2つずつ用いるなど、構成が複雑となる欠点があり、またこのため操作が煩雑となり価格も高くなるという問題があった。一方、図9の光スペクトラムアナライザ8は、測定可能範囲がたかだか10GHz程度と極めて狭いという問題があった。またSSB変調装置を掃引する信号発生器は、GPIBなどで制御されるため、周波数掃引に時間を要し、測定時間が長くなる欠点があった。
本発明の他の目的は、高精度かつ広帯域でのスペクトラム解析が可能な光スペクトラムアナライザを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記の光周波数検出機能および光スペクトラム解析機能を兼ね備えた光信号処理装置を安価に提供することにある。
(1)「波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光周波数検出装置。」
前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプと、
前記光アンプからの増幅光を入射し、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器と、
が備えられていることを特徴とする(1)に記載の光周波数検出装置。」
(5)「波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち1つの成分光を通過させる波長可変フィルタ(光周波数コム発生装置の後段でかつ光検出器の前段であれば配置箇所に限定されない)と、
前記1つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する光単側波帯光変調装置と、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記光単側波帯光変調装置の周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。」
(8)「波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムを第1パスまたは第2パスの何れかに切り換える光路切り換え器と、
を備え、
第1パスは、
被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
を含み、
第2パスは、
前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち1つの成分光を通過させる波長可変フィルタと、
前記1つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する光単側波帯光変調装置と、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
を含み、
さらに、前記光路切り換え器が前記第1パスをアクティブにしているときに、前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理し、
前記光路切り換え器が前記第2パスをアクティブにしているときに、前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記光単側波帯光変調装置による周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置を備えたことを特徴とする光信号処理装置。」
前記光路切り換え器と前記光結合器との間に、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器が備えられていることを特徴とする(8)に記載の光信号処理装置。」
(10)「前記光単側波帯光変調装置が光単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記光単側波帯光変調器が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする(8)または(9)に記載の光信号処理装置。」
本発明の光信号処理装置は、レーザー光源、光周波数コム発生装置を、光周波数検出装置と光スペクトラムアナライザで共用するようにしたので、低コストで本発明の光周波数検出装置の機能および本発明の光スペクトラムアナライザの機能を兼ね備えた光信号処理装置を製造することができる。
図1は、本発明の光周波数検出装置の一実施形態を示すブロック図である。図1において、光周波数検出装置1は、レーザー光源11と、光周波数コム発生装置12と、光アンプ13と、ファブリペロー光共振器14と、光結合器(カプラ−)15と、光検出器16と、光周波数検出器17と、制御処理装置18と、ディスプレイ19とを備えている。
光周波数コム発生器122は、単一モード光ファイバーを介して、基準周波数レーザー光L0を入射しこのレーザー光L0から周波数間隔Fが可変の光周波数コムCOMを発生する。
光周波数コム発生器122の出射光は、単一モード光ファイバーを介して光周波数コム発生器122の後段に設けられた光アンプ13に入射され増幅される。本実施形態では、光周波数コム発生装置12のコム間隔は、たとえば25GHz以下とすることができる。
光アンプ13で増幅された光はファブリペロー光共振器14に入射する。本実施形態では、ファブリペロー光共振器14は、光周波数コム発生器122から変調器を除いたものが使用される。ファブリペロー光共振器14は、共振ピーク間周波数差(FSR:Free Spectral Range)が、光周波数コム発生器122で発生するコムの周波数間隔と同じであり、光アンプ13からの増幅光を入射し、光アンプ13で発生したASE(Amplified Spontaneous Emission:自然増幅放出光)雑音を除去して、光周波数コム発生器122が発生する周波数コムを透過する。したがって、光周波数検出器17でのS/N比が向上する。
光周波数検出器17は、電気信号S1からビート周波数fBEATを検出する。
制御処理装置18は、光周波数コム発生器122が発生する光周波数コムCOMのコム間隔Fを変更する制御信号CRL1をVCO121に出力するとともに、光周波数検出器17が検出したビート周波数fBEATから被測定光BUMの周波数を検出処理する。
図1では、制御処理装置18は、光周波数検出結果をディスプレイ19に表示する。
まず、制御処理装置18により、コム間隔FをF1に設定する。前述したように、F1は具体的には25GHzである。このとき発生するビート周波数をfBEAT1,fBEAT2とする。図2(A)に示すように、被測定光BUMの周波数をfxとすると、光周波数検出器17は、ビート周波数、
fBEAT1=fx−(F0+N×F1)・・・(1)
fBEAT2={F0+(N+1)×F1}−fx・・・(2)
を検出する。ここで、F0は光周波数コムの中心周波数であり、基準周波数レーザー光L0の周波数でもある。
そこで、次に、コム間隔をF1からF1+ΔF(ここでは、ΔF>0とする)に変化させる。具体的には、ΔFはMHzオーダとすることができる。
fBEAT1’=fx−(F0+N×(F1+ΔF))・・・(3)
fBEAT2’={F0+(N+1)×(F1+ΔF)}−fx・・・(4)
を検出する。
(1)式および(3)から、
fBEAT1’−fBEAT1=−N×ΔF・・・(5)
fBEAT2’−fBEAT2=(N+1)×ΔF・・・(6)
となる。ここで、ΔFをたとえば、1,2,3,4,5MHzと変化させながら、一方のビート周波数の変化、fBEAT1’−fBEAT1((5)式)、またはfBEAT2’−fBEAT2((6)式)を測定する。この測定結果は、図3(A),(B)に示すように、直線上にプロットされる。図3(A),(B)では、fBEAT1’−fBEAT1、fBEAT2’−fBEAT2をΔfBEATで示してある。
図5(A)は本発明の光スペクトラムアナライザ2を示すブロック図である。図5(A)において、光スペクトラムアナライザ2は、レーザー光源21と、光周波数コム発生装置22と、光アンプ23と、波長可変フィルタ24と、SSB変調装置25と、光検出器26と、制御処理装置27と、ディスプレイ28を備えている。
制御処理装置27は、波長可変フィルタ24の通過特性を制御信号CRL2により変更制御するとともに、VCO251によるSSB変調器252の周波数掃引を制御信号CRL3により制御し、かつ光検出器26が検出した信号Srをスペクトラムとして解析する。
図5(A)では、制御処理装置27は、光周波数検出結果をディスプレイ28に表示される。
レーザー光源21では、波長ロッカー211によりゆらぎが軽減されているので、分解能が図9の光スペクトラムアナライザ8に比べて10〜100倍程度に向上している。
波長可変フィルタ24により、光周波数コムCOMのうちから1つのコム成分(図6(B)ではFn)を抽出する(切出す)。なお、この光周波数コム発生装置22と波長可変フィルタ24とより、実質上、計測範囲はたとえば400倍に拡大する。
なお、本実施形態では、SSB変調装置25の出力の周波数掃引にVCO251を使用しているので、1ステップあたり10μsecオーダでの高速掃引を行うことができる。
《第3実施形態》
光周波数コム発生装置32は、図1および図5(A)におけると同様に構成され、VCO321と、VCO321の出力により変調される光周波数コム発生器322とからなる。光周波数コム発生器322は、図示はしないが、LiNbO3基板に共振器と変調電極とを形成することで構成されている。光周波数コム発生装置32は、基準周波数レーザー光L0を入射しこのレーザー光L0から周波数間隔fsが可変の光周波数コムCOMを発生し、この光周波数コムCOMは光アンプ33により増幅される。
第1パス35は、ファブリペロー光共振器351と、光結合器352と、光検出器353と、光周波数検出器354とを含む。
光検出器353は、光結合器15の出射光(結合光B1)を電気信号S1に変換する。なお、本実施形態でも、光周波数検出器354の前段に、図3(C)に示したと同様の低域通過フィルタLPFを設けることができる。
光周波数検出器354は、電気信号S1からビート周波数fBEATを検出する。
SSB光変調装置362は、1つの成分光Bnを入射し、この成分光Bnを周波数掃引して試料364に照射する。SSB光変調装置362は、VCO3621とSSB光変調器3622とからなり、SSB光変調器3622の出力BmodがVCO3621により周波数掃引される。SSB光変調器3622は図5(A)のSSB光変調器252と同じであり、VCO3621は図5(A)のVCO251と同じである。
制御処理装置37は、光路切り換え器34が第1パス35をアクティブにしているときに、光周波数コム発生装置32が発生する光周波数コムCOMのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、光周波数検出器354が検出したビート周波数fBEATから被測定光BUMの周波数を検出処理する。
2 光スペクトラムアナライザ
3 光信号処理装置
11,21,31 レーザー光源
12,22,32 光周波数コム発生装置
14,351 ファブリペロー光共振器
13,23,33 光アンプ
15,352 光結合器
16,26,353,363 光検出器
17,354 光周波数検出器
18,27,37 制御処理装置
19,28,38 ディスプレイ
24,361 波長可変フィルタ
25,362 SSB光変調装置
29,364 試料
34 光路切り換え器
35 第1パス
36 第2パス
60 被測定光源
111,211,311 波長ロッカー
112,212,312 レーザーダイオード
121,221,251,321,3621 VCO
122,222,322 光周波数コム発生器
252,3622 SSB光変調器
Claims (12)
- 波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光周波数検出装置。 - 前記光周波数コム発生装置と前記光結合器との間に、
前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプと、
前記光アンプからの増幅光を入射し、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器と、
が備えられていることを特徴とする請求項1に記載の光周波数検出装置。 - 前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の光周波数検出装置。
- 前記光周波数検出器の前段に、前記光周波数コムのコム間隔の1/2の周波数よりも低い周波数成分のみを透過する低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の光周波数検出装置。
- 波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち1つの成分光を通過させる波長可変フィルタと、
前記1つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する単側波帯光変調装置と、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記単側波帯光変調装置の周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。 - 前記単側波帯光変調装置が単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記単側波帯光変調器の出力が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする請求項5に記載の光スペクトラムアナライザ。
- 前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする請求項5または6に記載の光スペクトラムアナライザ。
- 波長ロッカーを備え、基準周波数レーザー光を生成するレーザー光源と、
前記基準周波数レーザー光を入射し当該レーザー光から周波数間隔が可変の光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムを第1パスまたは第2パスの何れかに切り換える光路切り換え器と、
を備え、
第1パスは、
被測定光と前記光周波数コムとを結合する光結合器と、
前記光結合器の出射光を電気信号に変換する光検出器と、
前記電気信号からビート周波数を検出する光周波数検出器と、
を含み、
第2パスは、
前記光周波数コムを入射し、当該光周波数コムを構成する成分光のうち1つの成分光を通過させる波長可変フィルタと、
前記1つの成分光を入射し、当該成分光を周波数掃引して試料に照射する単側波帯光変調装置と、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
を含み、
さらに、前記光路切り換え器が前記第1パスをアクティブにしているときに、前記光周波数コム発生装置が発生する光周波数コムのコム間隔を変更制御する信号を出力するとともに、前記光周波数検出器が検出したビート周波数から前記被測定光の周波数を検出処理し、
前記光路切り換え器が前記第2パスをアクティブにしているときに、前記波長可変フィルタの通過特性を変更制御するとともに、前記単側波帯光変調装置による周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置を備えたことを特徴とする光信号処理装置。 - 前記光周波数コム発生装置と前記光路切り換え器との間に前記光周波数コム発生装置からの周波数コムを増幅する光アンプが備えられ、
前記光路切り換え器と前記光結合器との間に、前記光周波数コム発生装置が発生する周波数コムの周波数間隔と同じ共振ピーク間周波数差の光を透過するファブリペロー光共振器が備えられていることを特徴とする請求項8に記載の光信号処理装置。 - 前記単側波帯光変調装置が単側波帯光変調器と電圧制御発振器とからなり、前記単側波帯光変調器が前記電圧制御発振器により周波数掃引されることを特徴とする請求項8または9に記載の光信号処理装置。
- 前記光周波数コム発生器の後段に、光周波数コムをフラットにする特性のフィルタを設けたことを特徴とする請求項8から10の何れかに記載の光信号処理装置。
- 前記光周波数検出器の前段に、前記光周波数コムのコム間隔の1/2の周波数よりも低い周波数成分のみを透過する低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項8から11の何れかに記載の光信号処理装置。
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李 錫貞 S. J.LEE: "低RF電力、高変換効率、フラットスペクトルの発生可能な導波路型光周波数コム発生器の提案", 応用物理学関係連合講演会講演予稿集 EXTENDED ABSTRACTS (THE 49TH SPRING MEETING, 2002);THE JAPAN SOC, vol. 第49回, 第3分冊, JPN6011048300, 27 March 2002 (2002-03-27), pages 1053, ISSN: 0002017532 * |
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