JPH02307027A - 光周波数測定装置 - 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、光の絶対周波！（または波長）を測定する装
置の実現に関する。

〈従来の技術〉 従来、光の絶対周波数を測定する一般的な手段としては
、回折格子を利用する分光測定（光スペクトラムアナラ
イザ）や、内部に基準光路差と基準光源を持ち、干渉信
号から波長を測定するもの等がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のような測定手段の場合、その測定
精度が±５ｘｌＯ’程度であり、分光分析や光通信等の
ようにより高い測定精度が要求される分野では不十分で
ある。

本発明はこのような問題点を解決するために成されたも
ので、光の絶対周波数を高精度で測定することのできる
装置を実現することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は被測定光の周波数を測定する光周波数測定装置
に係るもので、その特徴とするところは出力光の周波数
が安定化な周波数基準光源と、出力光の周波数が可変の
周波数可変光源と、前記周波数基準光源および前記周波
数可変光源の出力光を入射するエタロンと、前記周波数
基準光源および前記周波数可変光源からのエタロン透過
光をそれぞれ検出する第１および第２の光検出器と、前
記第１の光検出器の出力に基づいて前記エタロンの透過
周波数の１つを前記周波数基準光源の出力光の周波数に
制御する第１の制御手段と、前記第２の光検出器の出力
に基づいて前記周波数可変光源の出力光の周波数を前記
エタロンの各透過周波数に順次掃引制御する第２の制御
手段と、前記第２の光検出器の出力ピーク数を計数する
カウンタと、周波数可変光源の出力光と被測定光とを合
波する合波手段と、この合波手段の出力光からビード信
号を検出する第３の光検出器と、この第３の光検出器の
出力信号と前記カウンタの出力から被測定光の周波数を
演算する演算部とを備えた点にある。

く作用〉 演算部において、周波数基準光源の出力周波数と、エタ
ロンの透過ピーク間隔と、カウンタで計数される透過ピ
ーク数と、第３の光検出器の出力から求められるビード
周波数とから被測定光源の絶対周波数を高精度に測定す
ることができる。

〈実施例〉 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。

第１図は本発明に係る光周波数測定装置の一実施例を示
す構成ブロック図である０図において、３０はレーザ等
からなる被測定光源、４０は被測定光源３０の出力光の
周波数を測定する光周波数測定装置である。光周波数測
定装置４０において、ｌは例えばＲｂ等の原子吸収線に
半導体レーザの波長を制御する等により周波数を非常に
安定にした周波数基準光源、２はこの周波数基準光源１
の出力光を入射するファブリ・ペロー・エタロン、３は
周波数基準光源１の出力光がエタロン２を透過した光を
検出するフォトダイオード等の第１の光検出器、４はロ
ックインアンプ等で構成され光検出器３の出力を入力し
てエタロン２の面間距離（ミラー間の距離）を制御する
第１の制御手段、２３は制御手段４の出力によりエタロ
ン２の面間距離を変化させる圧電素子等のトランスジュ
ーサ、５は制御信号により出力光の周波数を変化できる
周波数可変光源で、例えば位相制御領域を持つＤＢＲ型
半導体レーザで位相制御領域へ流す電流を可変するもの
、６は周波数可変光源５の出力光を２つの方向に分離す
る第１のハーフミラ−１７はハーフミラ−６の透過光が
エタロン２を透過した光を検出するフォトダイオード等
の第２の光検出器、８はロックインアンプ等で構成され
光検出器７の出力を入力して周波数可変光源５の出力周
波数を変化させる第２の制御手段、９は被測定光源ｌＯ
の出力光とハーフミラ−６の反射光を合波する合波手段
を構成する第２のハーフミラ−５１０はハーフミラ−９
で合波された光を検出するフォトダイオード等の第３の
光検出器、１１は光検出器１０の出力を増幅する増幅器
で、その周波数帯域がＦＳＲ以上であるもの、１２は光
検出器７の出力パルス数を計数するカウンタ、１３は増
幅器１１およびカウンタ１２の出力を入力して被測定光
源３０の出力光の絶対周波数を演算する演算部である。

次に上記構成の装置の動作を第２図を用いて説明する。

第２図において５１は周波数基準光源１の出力光の周波
数スペクトル、５２はエタロン２の透過強度の周波数特
性、５３は被測定光源３０の出力光の周波数スペクトル
である。

（１）まず制御手段４により、エタロン２の透過光のピ
ーク（第２図のＰ、、Ｐ２・・・）の１つを周波数基準
光源１の出力光周波数ｆＲｂに制御する。

ここではエタロン２の透過ピークＰ、がｆＲｂにロック
される。

（２）次に制御手段８により、周波数可変光８５の出力
光周波数ｆＹを掃引させて、エタロン２の透過ピークＰ
＋　、Ｐ２・・・に順次制御する０周波数可変光源５の
出力周波数はｆＲｂ、ｆＲｂ十ＦｓＲ，ｆＲｂ＋２ＦＳ
Ｒ，・・・と変化するが、このときの透過ピークの数は
カウンタ１２で計数される（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ　　Ｓｐ
ｅｃｔｒｕｍ　　Ｒａｎｇｅ：エタロンの透過ピーク周
波数の間隔）０周波数可変光源５の出力光周波数ｆＶと
被測定光源３０の出力光周波数ｆｒ＋との差の周波数ｆ
ａを有するビード信号が増幅器１１の出力から検出され
ると、演算部１３が掃引制御信号により制御手段８の周
波数挿引を停止し、最終のピーク（ＰＮ　）まで周波数
を戻し、そこで安定化する。そのときのビード周波数ｆ
Ｂを用いて次に述べる演算を行なう。

（３）演算部１３において次式により被測定光周波数ｆ
Ｍの絶対値を演算する。

ｆｒ＋　＝ｔａ　ｂ　十Ｎ−ＦＳＲ十ｆａ　　　・・・
（１）ここでＮはカウンタ１２で計数される透過ピーク
の数である。また次式を用いて波長λｉの絶対値を演算
することもできる。

λＭ　　＝ＣＯ／ｆＭ　　　　　　　　−（２＞ただし
Ｃｏは真空中の光の速度である。なおエタロン２の面間
距離をＬとすると、ＦＳＲは次式で表されるが、この値
は例えばルビジウムの異なる吸収線間の周波数差等を利
用してあらかじめキャリブレーションが行なわれる。

Ｆ　Ｓ　Ｒ＝　ｃ　／　２　ｆ、　　　　　　　　　　
−（３）このような構成の光周波数測定装置によれば、
周波数または波長の絶対値を高精度で測定するこ・とが
できる、上記装置の精度は周波数基準光源１の安定度で
決定されるため、例えば周波ｆ＆基準光源１としてルビ
ジウム光源を用いた場合、その安定度は１０４オーダな
ので、このオークの測定精度が実現できる。

また周波数可変光源５の周波数可変幅の範囲内で任意の
周波数を測定することができる。

なお上記の実施例では光の分離・合波にハーフミラ−を
用いていているが、これに限らず光ファイバやファイバ
カグラを用いて行なってもよい。

またファブリ・ベロー・エタロン２の共振器長を変える
なめに圧電素子を用いる代りに、エタロン２のミラー間
に電気光学素子を配置してその電圧に帰還してもよい。

また周波数可変光源として半導体レーザの注入電流や温
度により出力周波数を制御するものを用いてもよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、光の絶対周波数を高
精度で測定することのできる光周波数測定装置を簡単な
構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光周波数測定装置の１実施例を示
す構成ブロック図、第２図は第１図装置の動作を説明す
るための特性曲線図である。 １・・・周波数基準光源、２・・・エタロン、３・・・
第１の光検出器、４・・・第１の制御手段と、５・・・
周波数可変光源、７・・・第２の光検出器、８・・・第
２の制御手段、９・・・合波手段、１０・・・第３の光
検出器、１２・・・カウンタ、１３・・・演算部、３０
・・・被測定光源、４０・・・光周波数測定装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定光の周波数を測定する光周波数測定装置において
   、出力光の周波数が安定な周波数基準光源と、出力光の
   周波数が可変の周波数可変光源と、前記周波数基準光源
   および前記周波数可変光源の出力光を入射するエタロン
   と、前記周波数基準光源および前記周波数可変光源から
   のエタロン透過光をそれぞれ検出する第１および第２の
   光検出器と、前記第１の光検出器の出力に基づいて前記
   エタロンの透過周波数の１つを前記周波数基準光源の出
   力光の周波数に制御する第１の制御手段と、前記第２の
   光検出器の出力に基づいて前記周波数可変光源の出力光
   の周波数を前記エタロンの各透過周波数に順次掃引制御
   する第２の制御手段と、前記第２の光検出器の出力ピー
   ク数を計数するカウンタと、周波数可変光源の出力光と
   被測定光とを合波する合波手段と、この合波手段の出力
   光からビード信号を検出する第３の光検出器と、この第
   ３の光検出器および前記カウンタの出力から被測定光の
   周波数を演算する演算部とを備えたことを特徴とする光
   周波数測定装置。