(57)【要約】【課題】自由な光路長制御を行うことができる光路長制御装置を得る。【解決手段】異なる波長を有する複数のレーザ光を発生するレーザ光源２，３、光スイッチ４、光スイッチ切り替え信号発生器２１、光分岐器５、光サーキュレータ６、周波数シフタ１２、光カプラ１３、光カプラで合波された光をヘテロダイン検波し、前記光カプラに入力された２つのレーザ光のビート信号を取り出して電気信号に変換する光バランスト受信器１４、位相検波器１６、光スイッチで切り替える前に得られる位相検波器からの信号に情報として含まれる位相の値と、光スイッチで切り替えた後に得られる位相検波器からの信号に情報として含まれる位相の値との差を検出し、検出される位相差と予め設定された位相差とが一致するように光移相器でレーザ光の位相を調整するための信号を出力する位相差検出器１９を備える。【選択図】図１
2010191262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する第１レーザ光源と、
切り替え信号の受信に基づいて前記レーザ光に対して切り替え前の伝送路とは別の伝送路に変更する光スイッチと、
前記光スイッチを切り替えるための切り替え信号を発生する光スイッチ切り替え信号発生器と、
前記光スイッチからのレーザ光を２つに分岐する光分岐器と、
前記光分岐器からのレーザ光を第１のポートから入力して第２のポートへ出力し、第２のポートから入力されるレーザ光を第３のポートへ出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光を光路長を変化させることで所定の位相に調整して出力する光移相器と、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光を、入力方向と逆方向にして、入力されるポートと同じポートから出力するレーザ光方向変換手段と、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光を、入力される変調信号の周波数に応じて周波数シフトして出力する周波数シフタと、
前記周波数シフタで周波数シフトさせるための変調信号を発生する第１変調信号発生器と、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光と、前記光分岐器からの光サーキュレータを通過しないレーザ光とを合波して出力する光カプラと、
前記光カプラで合波された光をヘテロダイン検波し、前記光カプラに入力された２つのレーザ光のビート信号を取り出して電気信号に変換する光受信器と、
前記第１変調信号発生器からの信号と、前記光受信器からのビート信号との位相を比較することで、前記光分岐器で分岐したレーザ光のうち、前記光移相器を通過する方のレーザ光の位相を検波し、この位相の情報を含んだ信号を出力する位相検波器と、
前記光スイッチで切り替える前に得られる位相検波器からの信号に情報として含まれる位相の値と、前記光スイッチで切り替えた後に得られる位相検波器からの信号に情報として含まれる位相の値との差を検出し、検出される位相差と予め設定された位相差とが一致するように前記光移相器でレーザ光の位相を調整するための信号を出力する位相差検出手段と
を備え、
前記第１レーザ光源は、異なる波長を有する複数のレーザ光を含む
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光路長制御装置において、
前記光スイッチの代わりに、前記第１レーザ光源からの複数のレーザ光を合波して出力する光合波器を設け、
前記光合波器で合波したレーザ光に対し、前記第１レーザ光源から発生されるレーザ光の波長の違いで分離して出力する複数の第１光分波器をさらに備え、
前記光受信器の代わりに、前記複数の第１光分波器で分離されたレーザ光のうち、同一の波長どうしでそれぞれヘテロダイン検波し、前記光カプラに入力された２つのレーザ光のビート信号を取り出して電気信号に変換する複数の光受信器を設け、
前記位相検波器の代わりに、前記複数の光受信器からのビート信号と前記第１変調信号発生器からの信号との位相を比較することで、前記光分岐器で分岐したレーザ光のうち、前記光移相器を通過する方のレーザ光の位相を検波し、この位相の情報を含んだ信号を出力する複数の位相検波器を設け、
前記複数の位相検波器により前記複数のレーザ光の位相を同時に検波し、この複数の位相検波器からの出力信号を前記位相差検出手段に伝送する
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源から発生するレーザ光と異なる波長を有するレーザ光を発生する第２レーザ光源と、
入力される変調信号に応じて、前記第２レーザ光源からのレーザ光に対して強度変調を与える第１光変調器と、
前記第１光変調器で強度変調を与えるための変調信号を発生する第２変調信号発生器と、
前記光分岐器で分岐したレーザ光のうち、前記光移相器を通過する方のレーザ光と、前記第１光変調器からのレーザ光とを合波して出力する光合波器と、
前記光合波器で合波され前記光移相器を通過したレーザ光を波長の違いで分離して出力する第２光分波器と、
前記第２光分波器で分波されたレーザ光のうち、前記第１光変調器からのレーザ光を直接検波により電気信号に変換して出力する光電変換器と
をさらに備え、
前記光移相器によるレーザ光の位相の調整により、前記光合波器から前記第２光分波器までの間の光路長を一定に制御することで、前記光電変換器からの電気信号の位相を安定化させる
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記光サーキュレータの代わりに、入射するレーザ光に対して、２つの直交する偏光成分に分離して出射する偏光ビームスプリッタを設けると共に、
前記レーザ光方向変換手段としてファラデーローテーター反射器を用いた
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源に対して入力される変調信号に応じて強度変調を与える第２光変調器と、
前記第２光変調器で強度変調を与えるための変調信号を発生する第３変調信号発生器と、
前記第２光変調器で出力された複数のレーザ光を波長の違いで分離して出力する第３光分波器と
をさらに備えることを特徴とする光路長制御装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
切り替え信号の受信に基づいて、接続されている２つの伝送路のうち、切り替え前の伝送路と別の伝送路に変更するスイッチを、前記位相検波器と前記光移相器との間に２つ設け、
スイッチの切り替えにより、前記位相検波器で検波した位相と予め設定された位相とが一致するように前記光移相器でレーザ光の位相を調整するための信号と、前記位相差検出手段からの信号とのいずれかを前記光移相器８に入力する
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光路長制御装置において、
入力される変調信号に応じて時間とともに連続的に周波数が変化するレーザ光を発生するレーザ光源と、
前記レーザ光源で発生するレーザ光の発生周波数を時間とともに連続的に変化させるための変調信号を発生する変調信号発生器と、
前記レーザ光源からのレーザ光を２つに分岐する光分岐器と、
前記光分岐器からのレーザ光を第１のポートから入力して第２のポートへ出力し、第２のポートから入力されるレーザ光を第３のポートへ出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光を光路長を変化させることで所定の位相に調整して出力する光移相器と、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光を、入力方向と逆方向にして、入力されるポートと同じポートから出力するレーザ光方向変換手段と、
前記光サーキュレータを通過したレーザ光と、前記光分岐器からの光サーキュレータを通過しないレーザ光とを合波して出力する光カプラと、
前記光カプラで合波された光をヘテロダイン検波し、前記光カプラに入力された２つのレーザ光のビート信号を取り出して電気信号に変換する光受信器と、
前記光受信器からの時間とともに変化するビート信号の周波数を検出し、この周波数の情報を含んだ信号を検出し、この周波数と予め設定された所望の周波数とが一致するように前記光移相器でレーザ光の位相を調整するための信号を出力する周波数検出器と
を備えることを特徴とする光路長制御装置。
【請求項８】
請求項３から７までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源と光合波器の間、前記光分岐器と前記光サーキュレータの間、前記光サーキュレータと前記光合波器の間、前記レーザ光方向変換手段と前記第２光分波器の間および前記第２光分波器と前記光電変換器の間の少なくとも一つの光路長を短くした
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源から発生するレーザ光が前記光受信器に到達するまでの間の経路に、光ファイバが用いられる
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記光移相器は、前記光サーキュレータと前記レーザ光方向変換手段との間に設けられた
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記光カプラは、入力される２つのレーザ光を位相差９０°ハイブリッドで合波させ、２つに分岐して出力し、
前記光受信器として、前記光カプラによる合波後の２つの出力光を自乗検波してその差を取り出すことで、前記光カプラに入力された２つのレーザ光のビート信号を電気信号に変換して出力する光バランスト受信器を用いた
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光路長制御装置において、
前記光カプラから前記光バランスト受信器までの２つの光路の長さを等しく設定した
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の光路長制御装置において、
前記光カプラによる出力光の分岐比を１対１に設定した
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源から発生するレーザ光が、前記光受信器に到達するまでの間の経路に、このレーザ光の波長における分散の値が小さくなるように調整された分散シフト光ファイバを含む
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源から発生するレーザ光が、前記光受信器に到達するまでの間の経路に、レーザ光の伝送により生じた分散と符合が逆の分散を与えることで、この分散を打ち消す分散補償器を含む
ことを特徴とする光路長制御装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の光路長制御装置において、
前記第１レーザ光源から前記光受信器までの間に、前記レーザ光源からの複数のレーザ光が伝送される際に生じる分散による位相差を、前記位相差検出手段において位相差を検出する際に、あらかじめ補償しておく機能を含む
ことを特徴とする光路長制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光路長の変動を補正するための光路長制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光が媒質中を伝搬する場合、その光路において温度変動等の擾乱が生じると、媒質中の屈折率が変化するため、光路長が変動する。したがって、ＲｏＦ（Radio On Fiber）伝送等で、ＲＦ変調を光信号に施す際、伝送するＲＦ信号に高位相安定が求められる場合には、光路長を所望の値に制御する必要がある。
【０００３】
従来の光路長制御装置として、擾乱による光路長変動を補正する制御を行うものがある（例えば、非特許文献１参照）。この装置では、伝送するＲＦ信号を変調信号発生器より発生させ、レーザ光源からのレーザ光に対し光変調器によりＲＦ変調を施して、光合波器を介して伝送させる。
【０００４】
一方、前述したレーザ光を発生するレーザ光源とは別に、光路長制御用のレーザ光源を備えている。この光路長制御用のレーザ光源からのレーザ光は、光分岐器５により２分岐され、一方はヘテロダイン検波のためのローカル光として、光カプラに入力される。光分岐器５からのもう一方のレーザ光は、光サーキュレータ、光合波器、光移相器、光サーキュレータ、光分波器を通過し、さらに光サーキュレータから光移相器、光合波器、光サーキュレータを再度通過して、周波数シフタに入力される。
【０００５】
その後、このレーザ光は、周波数シフタにより、基準信号源からの変調信号だけ周波数シフトされ、光カプラに入力される。光カプラにおいて、入力された２つのレーザ光は合波され、光バランスト受信器によりヘテロダイン検波される。その後、光バランスト受信器から周波数が上記基準信号源の変調周波数であるヘテロダイン検波によるビート信号が出力され、位相検波器に入力される。
【０００６】
位相検波器では、基準信号源からの信号とビート信号との位相を比較し、光移相器で信号光の位相を所望の位相と一致させるための例えば電圧値などの制御信号が出力される。この制御信号は、ループフィルタを介して光移相器に入力され、制御信号に応じた量だけ光信号の位相がシフトされる。ここで、光バランスト受信器からのビート信号により得られる制御信号が、光移相器に入力されるという動作が繰り返されることにより、帰還回路が構成され、この帰還回路により、擾乱による光路長変動を補正する制御を行う。
【０００７】
したがって、光合波器で合波されたＲＦ変調が施された信号光は、光移相器、光サーキュレータを通過して光分波器で分波され、光電変換器で直接検波により、電気信号に変換されるが、この変換されたＲＦ信号は高い位相安定性が得られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Musha et al., "Robust and precise length stabilization of a 25-km long optical fiber using an optical interferometric method with a digital phase-frequency discriminator", Applied Physics B 82, pp555-559, 2006（Fig. 2）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の光路長制御装置は、レーザ光を２つに分岐して、ヘテロダイン検波を行い、この検波で得られるビート信号と、ビート信号を得るために用いた周波数シフト用基準信号との位相比較を行うことで、光信号の位相を検波する。さらに、この検波した位相が所望の位相と一致するように光信号の位相を調整するための電圧値などの制御信号が、位相検波器から光移相器に伝送され、光移相器により、制御信号に応じた量だけ光信号の位相がシフトされる。ここで、ヘテロダイン位相検波と光移相器による位相制御が繰り返されることにより、帰還回路が構成され、この帰還回路により、擾乱による光路長変動を補正する制御を行う。
【００１０】
しかしながら、このような構成では、光波長オーダーの長さでの光路長制御は可能だが、それ以上の光路長を制御できないという課題がある。
【００１１】
この発明は上述した点に鑑みてなされたので、自由な光路長制御を行うことができる光路長制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る光路長制御装置は、レーザ光を発生する第１レーザ光源と、切り替え信号の受信に基づいて前記レーザ光に対して切り替え前の伝送路とは別の伝送路に変更する光スイッチと、前記光スイッチを切り替えるための切り替え信号を発生する光スイッチ切り替え信号発生器と、前記光スイッチからのレーザ光を２つに分岐する光分岐器と、前記光分岐器からのレーザ光を第１のポートから入力して第２のポートへ出力し、第２のポートから入力されるレーザ光を第３のポートへ出力する光サーキュレータと、前記光サーキュレータを通過したレーザ光を光路長を変化させることで所定の位相に調整して出力する光移相器と、前記光サーキュレータを通過したレーザ光を、入力方向と逆方向にして、入力されるポートと同じポートから出力するレーザ光方向変換手段と、前記光サーキュレータを通過したレーザ光を、入力される変調信号の周波数に応じて周波数シフトして出力する周波数シフタと、前記周波数シフタで周波数シフトさせるための変調信号を発生する第１変調信号発生器と、前記光サーキュレータを通過したレーザ光と、前記光分岐器からの光サーキュレータを通過しないレーザ光とを合波して出力する光カプラと、前記光カプラで合波された光をヘテロダイン検波し、前記光カプラに入力された２つのレーザ光のビート信号を取り出して電気信号に変換する光受信器と、前記第１変調信号発生器からの信号と、前記光受信器からのビート信号との位相を比較することで、前記光分岐器で分岐したレーザ光のうち、前記光移相器を通過する方のレーザ光の位相を検波し、この位相の情報を含んだ信号を出力する位相検波器と、前記光スイッチで切り替える前に得られる位相検波器からの信号に情報として含まれる位相の値と、前記光スイッチで切り替えた後に得られる位相検波器からの信号に情報として含まれる位相の値との差を検出し、検出される位相差と予め設定された位相差とが一致するように前記光移相器でレーザ光の位相を調整するための信号を出力する位相差検出手段とを備え、前記第１レーザ光源は、異なる波長を有する複数のレーザ光を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る光路長制御装置によれば、ヘテロダイン検波を用いた光路長制御装置において、波長の異なる複数のレーザ光を使用することにより、従来よりも制御可能な光路長が増加する、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態２による光路長制御装置の構成図である。
【図２】図１の光サーキュレータ１０を用いず、反射器２６を用いて光分波器１１からの参照光を反射させ、光分波器１１を通過して再び光ファイバ９に伝送させる場合の変形例を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による光路長制御装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による光路長制御装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による光路長制御装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５による光路長制御装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６による光路長制御装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光路長制御装置の構成図である。レーザ光源１は、レーザ光を発生し、変調信号発生器２４は、光変調器２３で変調を施すためのＲＦ信号を発生する。光変調器２３は、レーザ光源１からのレーザ光を、変調信号発生器２４から与えられるＲＦ信号に応じて強度変調し、変調後のレーザ光を光合波器７に伝送する。この変調されたレーザ光を以下では信号光と称し、本装置では、この信号光に変調されているＲＦ信号の位相を所望の位相と一致させるために光路長を制御するものとする。なお、このことは以降の他の実施の形態においても当てはまるとする。
【００１７】
レーザ光源２およびレーザ光源３は、レーザ光を発生し、光スイッチ４に伝送する。ここで、レーザ光源２からのレーザ光とレーザ光源３からのレーザ光は波長が異なるように設定しておく。また、レーザ光源１からのレーザ光の波長とも異なるように設定しておく。光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１は、スイッチ（ａ）１７を切り替えるための信号を発生し、スイッチ（ａ）１７に伝送する。光スイッチ４は、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１からの信号を受信すると、スイッチを切り替え、切り替え前の伝送路とは別の他方の伝送路に変更し、入力されたレーザ光を光分岐器５へ伝送する。
【００１８】
光分岐器５は、入力されるレーザ光を２つに分岐し、一方のレーザ光を光カプラ１３に伝送し、他方のレーザ光を光サーキュレータ６に伝送する。この光カプラ１３に伝送されるレーザ光を以下ではローカル光と称し、ヘテロダイン検波のためのレーザ光として使用する。また、光サーキュレータ６に伝送されるレーザ光を以下では参照光と称し、ヘテロダイン検波のためのレーザ光として使用する。なお、このことは以降の他の実施の形態においても当てはまるとする。
【００１９】
光サーキュレータ６は、光分岐器５からのレーザ光を光合波器７に伝送し、光合波器７からのレーザ光を周波数シフタ１２に伝送する。光合波器７は、レーザ光源１からの信号光と光サーキュレータ６からの参照光とを合波して光移相器８に伝送するとともに、光移相器８からの参照光を光サーキュレータ６に伝送する。光移相器８は、光合波器７からの参照光を予め設定された所定の位相に調整し、参照光と信号光を光ファイバ９に伝送するとともに、光ファイバ９からの参照光を光合波器７に伝送する。この光移相器８としては、例えばファイバストレッチャのような光路長を変化させることでレーザ光の位相を調整させるものが挙げられる。
【００２０】
光ファイバ９は、光移相器８からの信号光と参照光を光サーキュレータ１０に伝送するとともに、光サーキュレータ１０からの参照光を光移相器８に伝送する。光サーキュレータ１０は、光ファイバ９からの信号光と参照光を光分波器１１に伝送し、さらに光分波器１１から出力された参照光を光移相器８に伝送する。光分波器１１は、光サーキュレータ１０からの信号光と参照光を分離し、参照光は光サーキュレータ１０に伝送する。光電変換器２５は、光分波器１１からの信号光を直接検波により電気信号に変換し、位相安定化されたＲＦ信号として外部に出力する。
【００２１】
基準信号源１５は、ローカル光と参照光を用いたヘテロダイン検波において参照光を周波数シフトさせるときの変調信号を発生する。周波数シフタ１２は、光サーキュレータ６からの参照光を基準信号源１５からの変調信号に応じて周波数をシフトさせ、光カプラ１３に伝送する。この周波数シフタ１２としては、例えば音響光学素子に超音波を加えることで入力光の周波数をシフトさせるＡＯ変調器（Acoust Optic Modulator：AOM）などが挙げられる。
【００２２】
光カプラ１３は、ローカル光と参照光とを位相差９０°ハイブリッドで合波し、光バランスト受信器１４に伝送する。光バランスト受信器１４は、光カプラ１３からの２つのレーザ光をヘテロダイン検波した後、得られるビート信号（以下ではヘテロダインビート信号と称する）を位相検波器１６に伝送する。位相検波器１６は、基準信号源１５からの基準信号と、光バランスト受信器１４からのヘテロダインビート信号との位相を比較し、参照光の位相の情報を含んだ例えば電圧値などの信号が出力される。
【００２３】
スイッチ（ａ）１７は、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１からの信号が受信されない場合は、位相検波器１６からの信号を、メモリ１８または位相差検出器１９のうち直前に接続されている方に伝送するが、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１からの信号を受信すると、スイッチを切り替え、他方に経路を変更して位相検波器１６からの信号を伝送する。
【００２４】
位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器２２は、メモリ１８および位相差検出器１９の所定の動作を開始するためのトリガ信号を発生し、メモリ１８および位相差検出器１９にそれぞれ伝送する。メモリ１８は、スイッチ（ａ）１７からの信号が有する参照光の位相情報を蓄積しておき、トリガ信号を受信すると、蓄積した参照光の位相情報を含んだ信号を位相差検出器１９に伝送する。
【００２５】
位相差検出器１９は、トリガ信号を受信すると、入力される２つの信号に情報として含まれる参照光の位相の差を検出し、この差と予め設定された所望の位相差とが一致するように光移相器８で参照光の位相を調整するための例えば電圧値などの制御信号をループフィルタ２０に伝送する。ループフィルタ２０は、帰還回路により参照光の位相制御を行うために用いるフィルタであり、通常ローパスフィルタを用い、制御信号に含まれるフィルタ帯域より高周波の成分を除去して光移相器８に伝送する。
【００２６】
次に、図１の光路長制御装置の全体の動作について説明する。まず、レーザ光源１からレーザ光が発生され、光変調器２３により、変調信号発生器２４から与えられるＲＦ信号に応じて強度変調が施され、光合波器７で参照光と合波された後、光移相器８、光ファイバ９、光サーキュレータ１０を通過して、光分波器１１で参照光と分離され、外部に出力される。
【００２７】
また、レーザ光源２およびレーザ光源３から、互いに異なりかつ信号光とも異なる波長を有するレーザ光が発生され、光スイッチ４に伝送される。光スイッチ４は光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１からの信号の受信により、切り替え前の伝送路とは別の他方の伝送路に変更するが、まず初期状態として、光スイッチ４からレーザ光源２のレーザ光が出力されているとする。
【００２８】
光スイッチ４を介して出力されるレーザ光源２のレーザ光は、光分岐器５により２つに分岐され、一方のレーザ光はローカル光として光カプラ１３に伝送され、他方のレーザ光は参照光として光サーキュレータ６に伝送される。光サーキュレータ６からの参照光は、光合波器７に伝送され、レーザ光源１からの信号光と合波された後、光移相器８に伝送される。光移相器８からの信号光と参照光は、光ファイバ９、光サーキュレータ１０を通過して、光分波器１１で信号光と参照光は分離される。分離された信号光は、外部に出力され、参照光は、再び光サーキュレータ１０に伝送された後、光ファイバ９、光移相器８、光合波器７、光サーキュレータ６を通過して周波数シフタ１２に伝送される。
【００２９】
周波数シフタ１２に入力された参照光は、基準信号源１５から発生される変調信号の周波数だけ周波数シフトされて光カプラ１３に伝送される。その後、光分岐器５からのローカル光と周波数シフタ１２からの参照光は、光カプラ１３により位相差９０°ハイブリッドで合波され、光バランスト受信器１４に伝送される。この光カプラ１３からの２つのレーザ光は、光バランスト受信器１４によりヘテロダイン検波され、得られるヘテロダインビート信号が位相検波器１６に伝送される。
【００３０】
なお、光カプラ１３に入力されるローカル光と参照光とを位相差９０°ハイブリッドで合波させた後、光バランスト受信器１４で光カプラ１３からの２つのレーザ光を自乗検波してその差を取り出すことで、得られる信号は上記ビート信号成分のみとなり、自乗検波成分は原理的にゼロとなる。したがって、本装置では自乗検波成分に含まれる光源からの強度雑音の影響を受けないという効果が得られる（参考文献：国際公開第ＷＯ２００４／１０７５６７号パンフレット等）。
【００３１】
このヘテロダインビート信号は、位相検波器１６により、基準信号源１５からの基準信号の位相と比較され、参照光の位相の情報を含んだ例えば電圧値などの信号が出力される。ここで、スイッチ（ａ）１７は、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１からの信号の受信により、切り替え前の伝送路とは別の他方の伝送路に変更するが、まず初期状態として、メモリ１８に接続されているとする。これにより、位相検波器１６からの信号は、メモリ１８に伝送され、メモリ１８によりスイッチ（ａ）１７からの信号が有する参照光の位相情報を蓄積しておく。
【００３２】
次に、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１から切り替え信号が発生されたとすると、光スイッチ４は、この信号を受信後、伝送路が切り替えられ、光スイッチ４からレーザ光源３のレーザ光が出力される。また、スイッチ（ａ）１７は、上記信号を受信後、伝送路が切り替えられ、位相差検出器１９に接続される。光スイッチ４からのレーザ光は、前述した動作と同様にして、光バランスト受信器１４によりヘテロダイン検波され、位相検波器１６により、ヘテロダインビート信号と基準信号源１５からの基準信号との位相が比較され、参照光の位相の情報を含んだ信号がスイッチ（ａ）１７を通過して位相差検出器１９に伝送される。
【００３３】
ここで、位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器２２からトリガ信号が発生されたとすると、メモリ１８は、トリガ信号を受信後、蓄積した参照光の位相情報を含んだ信号を位相差検出器１９に伝送する。また、位相差検出器１９は、メモリ１８からの信号に情報として含まれる参照光の位相と、スイッチ（ａ）１７からの信号に情報として含まれる参照光の位相との差を検出し、この差と予め設定された所望の位相差とが一致するように光移相器８で参照光の位相を調整するための制御信号をループフィルタ２０に伝送する。さらに上記制御信号は、ループフィルタ２０により、フィルタ帯域外の成分が除去された後、光移相器８に伝送される。
【００３４】
光移相器８は、入力された制御信号に応じて、光合波器７からの参照光の位相を調整する。ここで、光バランスト受信器１４からのビート信号により得られる制御信号が光移相器８に入力され、光移相器８がこの制御信号に応じて参照光の位相を調整するという動作が繰り返されることにより、帰還回路が構成される。この帰還回路により、擾乱による光路長変動を補正する制御を行う。したがって、光合波器７で合波された信号光は、光移相器８、光ファイバ９、光サーキュレータ１０を通過して光分波器１１で分波され、光電変換器２５で直接検波により、電気信号に変換されるが、この変換されたＲＦ信号は高い位相安定性が得られている。
【００３５】
次に、図１の光路長制御装置における効果について説明する。ここで、図１において、各部品間の光伝送路は全て光ファイバを用いているとする。レーザ光源２からのレーザ光とレーザ光源３からのレーザ光との間の周波数差をΔｆ、ファイバの屈折率をｎ、光速をｃとすると、位相差検出器１９で検出した位相差が得られる本装置内のファイバ長の間隔ΔＬは次式（１）で表される。
【００３６】
【数１】
2010191262.tif 000003
【００３７】
例えば、式（１）において、Δｆ＝１００ＧＨｚ、ｎ＝１．４５とすると、ΔＬ＝２．１ｍｍが得られる。このとき、ファイバ長２．１ｍｍの範囲内では、位相差とファイバ長は１対１の対応関係にあるため、位相差の測定値からファイバ長の絶対値を知ることができ、所望のファイバ長に制御することが可能となる。一方、従来の構成では、光波長オーダーでの位相を検波し、制御することは可能だが、それ以上のファイバ長を制御することは困難である。したがって、図１の構成を用いることで、光源の周波数差に応じたファイバ長を制御することが可能となり、従来と比較して制御可能なファイバ長を増加させる効果が得られる。
【００３８】
なお、図１の構成例によれば、レーザ光源１と光変調器２３との間、光変調器２３と光合波器７の間、レーザ光源２と光スイッチ４の間、レーザ光源３と光スイッチ４の間、光スイッチ４と光分岐器５の間、光分岐器５と光サーキュレータ６の間、光サーキュレータ６と光合波器７の間、光合波器７と光移相器８の間、光移相器８と光ファイバ９の間、光ファイバ９と光サーキュレータ１０の間、光サーキュレータ１０と光分波器１１の間、光分波器１１と光電変換器２５の間、光分岐器５と光カプラ１３の間、光サーキュレータ６と光周波数シフタ１２の間、光周波数シフタ１２と光カプラ１３の間、および光カプラ１３と光バランスト受信器１４の間が光ファイバによって接続されているので、装置の小型化が可能になる。また、高い信頼性が得られるとともに、取り扱いが容易となり、自由性の高い配置が得られるなど効果がある。ただし、この実施の形態１では、レーザ光の伝送路の全てを光ファイバだけを用いることに限定するものではなく、例えば空間など、他のものを用いても構わない。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００３９】
また、光移相器８は、光合波器７から光分波器１１までの間であれば、どの位置に設置されてもよい。ただし、光移相器８を光サーキュレータ１０と光分波器１１の間に設置する場合、参照光はこの経路を片道分しか伝送しないのに対し、その他の位置に設置する場合、参照光はその経路を往復する。したがって、例えば光移相器８にファイバストレッチャなどの光路長を変化させるものを用いた場合、光移相器８を光サーキュレータ１０と光分波器１１の間以外に設置することで、上記間に設置する場合に対し光路長調整量が半分となるという効果がある。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４０】
また、周波数シフタ１２は、光サーキュレータ６から光分波器１１までの間、光サーキュレータ６と光カプラ１３の間および光分岐器５と光カプラ１３の間であれば、どの位置に設置されてもよい。ただし、光合波器７から光分波器１１までの間に設置する場合、参照光とともに信号光も周波数シフトされるため、信号光の周波数シフトが好ましくない場合に、上記以外に設置した方がよい。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４１】
また、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１から発生する切り替え信号を、メモリ１８および位相差検出器１９用のトリガ信号として使用することで、位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器２２が不要になるという効果が得られる。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４２】
また、光分岐器５の分岐比については特に言及していないが、ヘテロダインビート信号電力および光バランスト受信器１４から出力される雑音電力に対し、位相検波が実現できるだけの信号対雑音比（Sigｎal to Noise Ratio、以下Ｓ／Ｎと称する）が確保できていればどのような分岐比でも構わない。また、ヘテロダイン検波を行う際にショット雑音限界に達していれば、さらなる検波性能の向上が得られる。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４３】
また、前述したように、光バランスト受信器１４は光カプラ１３からの２つのレーザ光を自乗検波してその差を取り出すため、光カプラ１３の分岐比は自乗検波成分がゼロとなる１：１にするのが好ましい。また、前述した光源の強度雑音の影響をさらに低下させるためには、光カプラ１３から光バランスト受信器１４までの２つの光路の長さを等しく設定すればよい。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４４】
また、図１の構成では、参照光の位相を所望の位相と一致させるように、光路長を制御しているが、信号光の位相を所望の位相と一致させるためには、信号光と参照光の伝送経路ができるだけ一致している方が好ましい。したがって、例えば図１の構成では、レーザ光源１と光合波器７の間、光分岐器５と光サーキュレータ６の間、光サーキュレータ６と光合波器７の間、光分波器１１と光電変換器２５の間および参照光が光分波器１１から光サーキュレータ１０へ伝送される間は、信号光と参照光のうちどちらか一方のみが伝送されている経路であり、これらはできるだけ短い方が好ましい。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４５】
また、図２に示すように、光サーキュレータ１０を用いず、反射器２６を用いて光分波器１１からの参照光を反射させ、光分波器１１を通過して再び光ファイバ９に伝送させてもよい。
【００４６】
また、光ファイバ等の物質中を光が伝播する場合、光の速さが光の波長（周波数）により異なる現象が生じ、これを分散と呼んでいる。一般的なシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと称する）の分散値は、波長１．３μｍ付近でほぼ０であり、波長１．５５μｍ付近で約１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍである。この「ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ」という単位は、波長が１ｎｍ離れた２つの光がファイバ長１ｋｍを伝播したときに生じる伝播時間の差を表している。
【００４７】
また、一般的に、光通信などの用途で使用されるＳＭＦは、透過損失が最も小さい１．５５μｍ帯のものが使われることが多い。したがって、図１の構成で、レーザ光源２およびレーザ光源３から発生するレーザ光の波長を１．５５μｍ帯とし、光ファイバ９や各部品の接続に使用している光ファイバにＳＭＦを用いた場合、レーザ光源２およびレーザ光源３からのレーザ光が光ファイバを伝送する間に、分散による位相差が生じてしまい、光路長変動による所望の位相差のみを検出できなくなる。この対処法としては、本装置で用いている光ファイバに分散シフトファイバや分散補償器を用いればよい。
【００４８】
分散シフトファイバは、一般的に、ファイバ内部の屈折率を調整することで、波長１．５５μｍ付近における分散の値を０としたファイバであり、このファイバを用いることで、分散の影響を抑圧することができる。また、分散補償器は、ＳＭＦ等により生じた分散と符合が逆の分散を与えることで、伝送系全体の分散を打ち消すものであり、これを使用することでも同様に、分散の影響を抑圧することができる。また、本装置において、２つのレーザ光を使用したときの分散により生じる位相差が既知である場合には、あらかじめ位相差検出器１９やメモリ１８でこの値を補償しておけば、所望の位相差を検出することができる。
【００４９】
また、図１では、レーザ光源２とレーザ光源３の２つの光源を用いたが、それ以上の個数のレーザ光源を用いてもよい。その場合、位相差の情報として得られる数をＮ（Δθ）は、用いたレーザ光源の個数をＮ個とすると、次式（２）で表される。
【００５０】
【数２】
2010191262.tif 000004
【００５１】
したがって、これら複数の位相差の情報をもとに光路長を制御することで、単一の位相差の情報で光路長を制御するのに対し、より正確な光路長制御が可能になるという効果が得られる。例えば、得られた位相差の平均値を導出し、この平均値と予め設定された所望の位相差とが一致するように、光移相器８で参照光の位相を調整するための制御信号を発生させてもよい。
【００５２】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による光路長制御装置の構成図である。図３の構成は、図１の構成に対して、光スイッチ４、光バランスト受信器１４、位相検波器１６、スイッチ（ａ）１７、メモリ１８、位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器２２を設けず、光合波器３１と、光分波器３２と、光分波器３３と、光バランスト受信器３４と、光バランスト受信器３５と、位相検波器３６と、位相検波器３７と、位相差検出器用トリガ信号発生器３８を設けている。
【００５３】
光合波器３１は、レーザ光源２からのレーザ光とレーザ光源３からのレーザ光とを合波して光分岐器５に伝送する。なお、光分岐器５から光カプラ１３に伝送されるレーザ光源２からのレーザ光を以下ではローカル光Ａと称し、光分岐器５から光カプラ１３に伝送されるレーザ光源３からのレーザ光を以下ではローカル光Ｂと称して、ともにヘテロダイン検波のためのレーザ光として使用する。また、光サーキュレータ６に伝送されるレーザ光源２からのレーザ光を以下では参照光Ａと称し、光サーキュレータ６に伝送されるレーザ光源３からのレーザ光を以下では参照光Ｂと称して、ともにヘテロダイン検波のためのレーザ光として使用する。なお、このことは以降の他の実施の形態においても当てはまるとする。
【００５４】
光分波器３２と光分波器３３は、ともに光カプラ１３からのローカル光Ａおよび参照光Ａと、ローカル光Ｂおよび参照光Ｂとを分離し、光バランスト受信器３４もしくは光バランスト受信器３５に伝送する。なお、以降の説明では、光バランスト受信器３４に伝送されるレーザ光をローカル光Ａおよび参照光Ａ、光バランスト受信器３５に伝送されるレーザ光をローカル光Ｂおよび参照光Ｂとする。ただし、このことは限定されるものではなく、光バランスト受信器３４に伝送されるレーザ光がローカル光Ｂおよび参照光Ｂ、光バランスト受信器３５に伝送されるレーザ光がローカル光Ａおよび参照光Ａであっても構わない。
【００５５】
光バランスト受信器３４は、光分波器３２と光分波器３３からのローカル光Ａおよび参照光Ａの成分を有するレーザ光をヘテロダイン検波した後、得られるビート信号（以下ではヘテロダインビート信号Ａと称する）を位相検波器３６に伝送する。光バランスト受信器３５は、光分波器３２と光分波器３３からのローカル光Ｂおよび参照光Ｂの成分を有するレーザ光をヘテロダイン検波した後、得られるビート信号（以下ではヘテロダインビート信号Ｂと称する）を位相検波器３７に伝送する。
【００５６】
位相検波器３６は、基準信号源１５からの基準信号と、光バランスト受信器３４からのヘテロダインビート信号Ａとの位相を比較し、参照光Ａの位相の情報を含んだ例えば電圧値などの信号を位相差検出器１９に伝送する。位相検波器３７は、基準信号源１５からの基準信号と、光バランスト受信器３５からのヘテロダインビート信号Ｂとの位相を比較し、参照光Ｂの位相の情報を含んだ例えば電圧値などの信号を位相差検出器１９に伝送する。位相差検出器用トリガ信号発生器３８は、位相差検出器１９の所定の動作を開始するためのトリガ信号を発生し、位相差検出器１９に伝送する。その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００５７】
次に、図３の光路長制御装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。信号光の動作は前述の実施の形態１と同様である。レーザ光源２およびレーザ光源３から、互いに異なりかつ信号光とも異なる波長を有するレーザ光が発生され、光合波器３１に伝送される。光合波器３１からの２つの波長の異なるレーザ光は、光分岐器５により２つに分岐され、一方はローカル光Ａおよびローカル光Ｂとして光カプラ１３に伝送され、他方は参照光Ａおよび参照光Ｂとして光サーキュレータ６に伝送される。参照光Ａおよび参照光Ｂが、光サーキュレータ６から光カプラ１３に伝送されるまでは、前述の実施の形態１と同様の動作を行う。
【００５８】
その後、光分岐器５からのローカル光Ａおよびローカル光Ｂと、周波数シフタ１２からの参照光Ａおよび参照光Ｂは、光カプラ１３により位相差９０°ハイブリッドで合波され、光分波器３２および光分波器３３に伝送される。光分波器３２と光分波器３３は、光カプラ１３からのローカル光Ａおよび参照光Ａと、ローカル光Ｂおよび参照光Ｂとを分離し、ローカル光Ａおよび参照光Ａを光バランスト受信器３４に、ローカル光Ｂおよび参照光Ｂを光バランスト受信器３５にそれぞれ伝送する。光バランスト受信器３４は、光分波器３２と光分波器３３からのローカル光Ａおよび参照光Ａの成分を有するレーザ光をヘテロダイン検波し、得られるヘテロダインビート信号Ａを位相検波器３６に伝送する。光バランスト受信器３５は、光分波器３２と光分波器３３からのローカル光Ｂおよび参照光Ｂの成分を有するレーザ光をヘテロダイン検波し、得られるヘテロダインビート信号Ｂを位相検波器３７に伝送する。
【００５９】
位相検波器３６は、基準信号源１５からの基準信号と、光バランスト受信器３４からのヘテロダインビート信号Ａとの位相を比較し、参照光Ａの位相の情報を含んだ例えば電圧値などの信号を位相差検出器１９に伝送する。位相検波器３７は、基準信号源１５からの基準信号と、光バランスト受信器３５からのヘテロダインビート信号Ｂとの位相を比較し、参照光Ｂの位相の情報を含んだ例えば電圧値などの信号を位相差検出器１９に伝送する。位相差検出器用トリガ信号発生器３８は、位相差検出器１９の所定の動作を開始するためのトリガ信号を発生し、位相差検出器１９に伝送する。この光カプラ１３からの２つのレーザ光は、光バランスト受信器１４によりヘテロダイン検波され、得られるヘテロダインビート信号が位相検波器１６に伝送される。このヘテロダインビート信号Ａおよびヘテロダインビート信号Ｂは、位相検波器３６および位相検波器３７により、それぞれ基準信号源１５からの基準信号の位相と比較され、参照光の位相の情報を含んだ信号が、それぞれ位相差検出器１９に伝送される。
【００６０】
ここで、位相差検出器用トリガ信号発生器３８からトリガ信号が発生されたとすると、位相差検出器１９は、入力される２つの信号に情報として含まれる参照光の位相の差を検出し、この差と予め設定された所望の位相差とが一致するように光移相器８で参照光の位相を調整するための制御信号をループフィルタ２０に伝送する。その後の動作は、前述の実施の形態１と同様である。
【００６１】
次に、図３の光路長制御装置における効果で、実施の形態１で記載していない点について説明する。図１の構成では、参照光の位相を検波する際、まず、レーザ光源２を用いて検波し、その後、光スイッチ４で光路を切り替えた後、レーザ光源３を用いて検波し、その位相差を検出することで光路長制御を実施している。したがって、互いの位相検波が同時に行われているわけではなく、少なくとも光スイッチの切り替え時間の間は、測定時間差が生じてしまう。しかし、図３の構成では、レーザ光源２およびレーザ光源３のレーザ光を同時に伝送し、２つの位相検波器を用いて同時に位相を検波しているため、図１で生じる測定時間差の間の光路長変動の影響を受けなくなり、より正確な光路長制御が可能になるという効果が得られる。また、光スイッチ４やスイッチ（ａ）１７等が不要となるので、低コスト化、小型化などの効果も得られる。
【００６２】
なお、光分波器３２と光分波器３３は、一方を光分岐器５と光カプラ１３の間、もう一方を光サーキュレータ６と周波数シフタ１２の間もしくは光サーキュレータ６と光カプラ１３の間に設置することもできる。ただし、一方を光分岐器５と光カプラ１３の間、もう一方を光サーキュレータ６と光カプラ１３の間に設置した場合には、ローカル光と参照光を合波するための光カプラがもう一つ必要になり、また、一方を光分岐器５と光カプラ１３の間、もう一方を光サーキュレータ６と周波数シフタ１２の間に設置した場合には、ローカル光と参照光を合波するための光カプラと、ヘテロダイン検波において参照光を周波数シフトさせる周波数シフタがもう一つ必要になる。
【００６３】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による光路長制御装置の構成図である。図４の構成は、図１の構成に対して、光サーキュレータ６、光サーキュレータ１０を設けず、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）４１、ファラデーローテーター反射器４２を設けている。また、光分岐器５と光カプラ１３との間で偏波面が９０°回転するように光ファイバを接続している。
【００６４】
ＰＢＳ４１は入射するレーザ光に対して、２つの直交する偏光成分に分離して出射する。ファラデーローテーター反射器４２は、光分波器１１からの参照光の偏光面を４５°回転させて反射させ、再び光分波器１１に伝送する。その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００６５】
次に、図４の光路長制御装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。信号光の動作は前述の実施の形態１と同様である。レーザ光源２およびレーザ光源３から発生されるレーザ光の動作は、光分岐器５に伝送されるまでは前述の実施の形態１と同様である。光分岐器５からの参照光はＰＢＳ４１を通過して、光合波器７に伝送される。また、信号光と参照光が、光合波器７から光ファイバ９に伝送されるまでは前述の実施の形態１と同様である。光ファイバ９から伝送される信号光と参照光は、光分波器１１により分離され、信号光は外部に出力され、参照光は４５°ファラデーローテーター反射器４２で偏光面を４５°回転されて反射され、光分波器１１を通過して再び光ファイバ９に伝送される。その後の動作は、前述の実施の形態１と同様である。
【００６６】
次に、図４の光路長制御装置における効果で、実施の形態１で記載していない点について説明する。光ヘテロダイン検波では、検波効率を最大にするためには、ローカル光と参照光の偏波面を一致させる必要がある。しかし、光ファイバ９や本装置内の各部品の光路接続にＳＭＦ等の偏波面が保存されない光ファイバを使用した場合、ヘテロダイン検波効率が劣化するという欠点が生じる。この欠点を解消するためには、本装置内に用いる光ファイバに偏波面保存ファイバを使用するという方法がある。またそれ以外の方法として、図４の構成を用いると、光ファイバ９に偏波面が保存されない光ファイバを使用したとしても、参照光はＰＢＳ４１と４５°ファラデーローテーター反射器４２との間を往復で２回通過して偏波面を９０°回転しているので、ＰＢＳ４１と４５°ファラデーローテーター反射器４２との間の偏波変動を補償することができる。さらに、前述したように、光分岐器５と光カプラ１３との間で偏波面が９０°回転するようにして光ファイバを接続させているため、ローカル光と参照光との偏波面が一致した状態で、ヘテロダイン検波を行う。したがって、図４の構成では、光ファイバに偏波面が保存されない光ファイバを使用した場合でも、高いヘテロダイン検波効率が得られるという効果がある。
【００６７】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による光路長制御装置の構成図である。図５の構成は、図１の構成に対して、レーザ光源３を設けず、光変調器５１、変調信号発生器５２、光分波器５３を設けている。
【００６８】
変調信号発生器５２は、光変調器５１で変調を施すためのＲＦ信号を発生する。光変調器５１はレーザ光源２からのレーザ光を、変調信号発生器５２から与えられるＲＦ信号に応じて強度変調し、変調後のレーザ光を光分波器５３に伝送する。この光変調器５１としては、例えばマッハツエンダー型ＬＮ強度変調器などが挙げられる。このＬＮ強度変調器は、変調により、入力されたレーザ光に対して、スペクトル上で変調周波数分シフトしたレーザ光がサイドバンドに発生する。光分波器５３は、光変調器５１から出力されるスペクトル上で変調周波数分シフトされたレーザ光と、変調周波数分シフトされていないレーザ光とを分離し、光スイッチ４に伝送する。その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００６９】
次に、図５の光路長制御装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。信号光の動作は前述の実施の形態１と同様である。レーザ光源２から発生されるレーザ光は、光変調器５１により、変調信号発生器５２から与えられるＲＦ信号に応じて強度変調が施され、光分波器５３に伝送される。その後、光分波器５３により、スペクトル上で変調周波数分シフトされたレーザ光と、変調周波数分シフトされていないレーザ光とに分離され、光スイッチ４に伝送される。その後の動作は、前述の実施の形態１と同様である。
【００７０】
次に、図５の光路長制御装置における効果で、実施の形態１で記載していない点について説明する。一般に、ヘテロダイン検波では、ローカル光と参照光との間に光路差がある場合、ヘテロダインビート信号に位相雑音が発生し、検波性能が劣化する。このビート信号のスペクトルから得られるＳ／Ｎ比は、ローカル光と参照光との間の光路差の他に光源の線幅が影響し、光源の線幅が狭いほど高いＳ／Ｎ比を得ることができ、検波性能が向上する（参考文献：国際公開第ＷＯ２００４／１０７５６７号パンフレット等）。ただし、狭線幅の光源は、線幅が広い光源に対して通常高額となる。そこで、図５の構成では、光源が一つのみで動作可能となっており、実施の形態１に対して低コストであるという効果が得られる。また、光源が１つ不要となるため、小型化などのメリットも得られる。
【００７１】
なお、例えば光変調器５１に前述したＬＮ強度変調器を用いた場合、前述したように、変調により入力されたレーザ光に対して、スペクトル上で変調周波数分シフトしたレーザ光がサイドバンドに発生し、さらに前述の動作の説明で、光分波器５３により、変調周波数分シフトされたレーザ光と、変調周波数分シフトされていないレーザ光とに分離されるとした。しかし、例えば光変調器５１のバイアスを調整することで、変調されていないレーザ光を発生させず、前述の変調されたサイドバンドのレーザ光のみを発生させることができる。そこで、光分波器５３でこの２つのレーザ光を分離してもよい。また、レーザ光源、光変調器および変調信号発生器の代わりに、波長可変光源を用いて複数のレーザ光を発生させてもよい。
【００７２】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による光路長制御装置の構成図である。図６の構成は、図１の構成に対して、スイッチ（ｂ）６１、スイッチ（ｃ）６２、スイッチ（ｂ）・スイッチ（ｃ）切り替え信号発生器６３をさらに設けている。スイッチ（ｂ）・スイッチ（ｃ）切り替え信号発生器６３は、スイッチ（ｂ）６１および・スイッチ（ｃ）６２を切り替えるための信号を発生し、スイッチ（ｂ）６１およびスイッチ（ｃ）６２に伝送する。スイッチ（ｂ）６１およびスイッチ（ｃ）６２は、スイッチ（ｂ）・スイッチ（ｃ）切り替え信号発生器６３からの信号が受信されない場合は、スイッチ（ｂ）６１から直接スイッチ（ｃ）６２に接続されている経路か、それ以外のもう一方の経路のうち直前に接続されている方に伝送するが、スイッチ（ｂ）・スイッチ（ｃ）切り替え信号発生器６３からの信号を受信すると、スイッチを切り替え、他方に経路を変更して位相検波器１６からの信号を伝送する。その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００７３】
次に、図６の光路長制御装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。信号光の動作は前述の実施の形態１と同様である。レーザ光源２およびレーザ光源３から発生されるレーザ光の動作は前述の実施の形態１と同様で、光バランスト受信器１４からのヘテロダインビート信号が位相検波器１６に伝送され、参照光の位相の情報を含んだ信号が出力されるまでの動作は前述の実施の形態１と同様である。ここで、図６のスイッチ（ｂ）６１とスイッチ（ｃ）６２を接続する２つの経路のうち、スイッチ（ｂ）６１から直接スイッチ（ｃ）６２に接続されている方を光路長微調整用経路とし、もう一方の経路を光路長粗調整用経路とし、さらに初期状態は、光路長粗調整用経路に接続されているとする。これより、位相検波器１６からの信号は、スイッチ（ｂ）６１を通過してスイッチ（ａ）１７に伝送される。スイッチ（ａ）１７に伝送された信号が光移相器８に入力されるまでの動作は、前述の実施の形態１と同様である。
【００７４】
ここで、本装置の温度変動等の擾乱による光路長変動が光波長オーダーよりも小さいと判断できるような場合、スイッチ（ｂ）・スイッチ（ｃ）切り替え信号発生器６３から切り替え信号を発生させる。スイッチ（ｂ）６１およびスイッチ（ｃ）６２は、この信号を受信後、伝送路が光路長微調整用経路に切り替えられ、位相検波器１６からの制御信号が直接ループフィルタ２０へ伝送される。その後の動作は、前述の実施の形態１と同様である。
【００７５】
次に、図６の光路長制御装置における効果で、実施の形態１で記載していない点について説明する。本装置の温度変動等の擾乱による光路長変動が光波長オーダーよりも小さいと判断できるような場合、図６の構成を用いて伝送路を光路長微調整用経路に切り替えることで、光波長オーダーでの位相を検波し、光路長を制御することが可能となり、より正確な光路長制御が可能になるという効果が得られる。
【００７６】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６による光路長制御装置の構成図である。図７の構成は、図１の構成に対して、レーザ光源２、レーザ光源３、光スイッチ４、周波数シフタ１２、基準信号源１５、位相検波器１６、スイッチ（ａ）１７、メモリ１８、位相差検出器１９、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１、位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器２２を設けず、ＦＭＣＷレーザ光源７１、レーザ光源周波数変調信号発生器７２、周波数検出器７３を設けている。
【００７７】
レーザ光源周波数変調信号発生器７２は、ＦＭＣＷレーザ光源７１で発生するレーザ光の発生周波数を時間とともに連続的に変化させるための変調信号を発生し、ＦＭＣＷレーザ光源７１に伝送する。ＦＭＣＷレーザ光源７１は、レーザ光源周波数変調信号発生器７２から与えられる変調信号に応じて時間とともに連続的に周波数が変化するレーザ光を光サーキュレータ６に伝送する。周波数検出器７３は、光バランスト受信器１４からの時間とともに変化するヘテロダインビート信号の周波数を検出し、この周波数の情報を含んだ例えば電圧値などの信号が出力される。その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００７８】
次に、図７の光路長制御装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。信号光の動作は前述の実施の形態１と同様である。レーザ光源周波数変調信号発生器７２から与えられる変調信号に応じて時間とともに周波数が変化するレーザ光が、ＦＭＣＷレーザ光源７１から光分岐器５に伝送される。光分岐器５により２つに分岐されたレーザ光のうち、一方はローカル光として光カプラ１３に伝送され、他方のレーザ光は参照光として光サーキュレータ６に伝送される。この参照光が、光サーキュレータ６から光カプラ１３に伝送されるまでは、前述の実施の形態１と同様の動作を行う。
【００７９】
光カプラ１３からの２つのレーザ光は、光バランスト受信器１４によりヘテロダイン検波され、得られるヘテロダインビート信号が周波数検出器７３に伝送される。このヘテロダインビート信号は、周波数検出器７３により、信号の周波数が検出され、この周波数と予め設定された所望の周波数とが一致するように光移相器８で参照光の位相を調整するための制御信号をループフィルタ２０に伝送する。その後の動作は、前述の実施の形態１と同様である。
【００８０】
ここで、ヘテロダインビート信号の周波数を検出することで、光路長の変動を判別できる原理について、簡単に説明する。ＦＭＣＷレーザ光源７１は、発生するレーザ光が時間とともに連続的に変化するため、ローカル光が光バランスト受信器１４に到達したときの周波数と、参照光が光バランスト受信器１４に到達したときの周波数は、それぞれが光バランスト受信器１４に到達するまでの時間に比例する。ここで、ＦＭＣＷレーザ光源７１の周波数の変化率を用いることで、前述の２つの周波数差から、参照光の光路長とローカル光の光路長との差を求めることができる。したがって、ヘテロダインビート信号の周波数の変化量から参照光の光路長の変動量を求めることができる。
【００８１】
次に、図７の光路長制御装置における効果で、実施の形態１で記載していない点について説明する。図７の構成では、図１の構成に対して、レーザ光源２、レーザ光源３、光スイッチ４、光分岐器５、周波数シフタ１２、基準信号源１５、位相検波器１６、スイッチ（ａ）１７、メモリ１８、位相差検出器１９、光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器２１、位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器２２が不要となるため、低コストであるという効果が得られる。また、小型化などのメリットも得られる。
【符号の説明】
【００８２】
１，２，３  レーザ光源、４  光スイッチ、５  光分岐器、６  光サーキュレータ、７  光合波器、８  光移相器、９  光ファイバ、１０  光サーキュレータ、１１  光分波器、１２  周波数シフタ、１３  光カプラ、１４  光バランスト受信器、１５  基準信号源、１６  位相検波器、１７  スイッチ（ａ）、１８  メモリ、１９  位相差検出器、２０  ループフィルタ、２１  光スイッチ・スイッチ（ａ）切り替え信号発生器、２２  位相差検出器・メモリ用トリガ信号発生器、２３  光変調器、２４  変調信号発生器、２５  光電変換器、２６  反射器、３１  光合波器、３２  光分波器、３３  光分波器、３４．３５  光バランスト受信器、３６，３７  位相検波器、３８  位相差検出器用トリガ信号発生器、４１  偏光ビームスプリッタ、４２  ファラデーローテーター反射器、５１  光変調器、５２  変調信号発生器、５３  光分波器、６１  スイッチ（ｂ）、６２  スイッチ（ｃ）、６３  スイッチ（ｂ）・スイッチ（ｃ）切り替え信号発生器、７１  ＦＭＣＷレーザ光源、７２  レーザ光源周波数変調信号発生器、７３  周波数検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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