(57)【要約】【課題】波長測定安定度を維持しながら基準光源部の構成を簡略化できる、低コストで信頼性の高い光波長計を提供すること。【解決手段】干渉計と基準光源部と信号処理部と表示部とを含み、前記信号処理部は前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づき被測定光の波長を測定するように構成された光波長計において、  前記基準光源部の基準光源として、縦多モードで発振するレーザーを設けたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
2014092475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計と基準光源部と信号処理部と表示部とを含み、前記信号処理部は前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づき被測定光の波長を測定するように構成された光波長計において、
前記基準光源部の基準光源として、縦多モードで発振するレーザーを設けたことを特徴とする光波長計。
【請求項２】
前記干渉計は、マイケルソン型であることを特徴とする請求項１に記載の光波長計。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づき干渉縞数をカウントして被測定光の波長を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光波長計。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づきフーリエ変換を行い被測定光の波長を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光波長計。
【請求項５】
前記レーザーの共振器モード間隔（フリースペクトラムレンジ）が５００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光波長計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長計に関し、詳しくは、光波長計に用いられる基準光源の安定化と、装置全体の構成の簡略化に関するものである。
【０００２】
図９は、従来の光波長計の概略構成例を示すブロック図である。光波長計は、入力される被測定光ＭＯの波長または周波数を測定表示するものであり、大きくは、干渉計１と、基準光源部２と、信号処理部３と、表示部４との４つの部分から構成されている。
【０００３】
図１０は、干渉計１の一例を示す構成説明図である。干渉計１はマイケルソン型であって、５角形状のケース１ａに組み込まれている。ケース１ａの外周側面には、被測定光ＭＯの入力端子１ｂと基準光ＲＯの入力端子１ｃが設けられるとともに、基準光電気信号ＳROの出力端子１ｄと被測定光電気信号ＳMOの出力端子１ｅが設けられている。
【０００４】
基準光ＲＯを出力する基準光源としては、Ｈｅ-Ｎｅレーザーなどの既知の単一縦モードを持つ光源を使用する。基準光ＲＯは、第１ミラー１ｆによって反射されてからビームスプリッタ１ｇに入射される。
【０００５】
一方、被測定光ＭＯは、第１ミラー１ｆを透過した後、基準光ＲＯの光路に対して紙面の上下方向に異なる光路を通ってビームスプリッタ１ｇに入射される。
【０００６】
ビームスプリッタ１ｇに入射された基準光ＲＯおよび被測定光ＭＯは、それぞれ互いに直交する透過光と反射光との２光路に分割される。
【０００７】
透過光は第２ミラー１ｈにより第３ミラー１ｉに向けて反射され、反射光は第３ミラー１ｉにより第２ミラー１ｈに向けて反射される。第２ミラー１ｈで反射された光は一方のコーナーキューブによる移動ミラー１ｊにより全反射され、第３ミラー１ｉで反射された光は他方のコーナーキューブによる移動ミラー１ｋで全反射される。
【０００８】
ここで、移動ミラー１ｊ，１ｋは、第２ミラー１ｈと第３ミラー１ｉ間の光軸上に設けられているリニアガイド１ｍに、光軸に沿って移動自在に組み付けられている。
【０００９】
そして、一方の移動ミラー１ｊで全反射された光は第２ミラー１ｈにより反射されてビームスプリッタ１ｇに再び入射され、他方の移動ミラー１ｋで全反射された光は第３ミラー１ｉにより反射されてビームスプリッタ１ｇに再び入射される。
【００１０】
これにより、基準光ＲＯおよび被測定光ＭＯそれぞれの透過光と反射光は、ビームスプリッタ１ｇで合波される。
【００１１】
このとき、ともにコーナーキューブで構成された一対の移動ミラー１ｊ，１ｋを光軸上に設けられているリニアガイド１ｍ上で光軸に沿って移動させることにより、２つの移動ミラー１ｊ，１ｋからの反射光の光路長に差ができ、干渉縞の強度変化が見られる。
【００１２】
この干渉縞の光強度信号は、図１０の紙面に対して上下方向の下段に設けられている基準光用受光器１ｎにより基準光電気信号ＳROに変換されて出力端子１ｄから外部に出力されるとともに、上段に設けられている被測定光用受光器１ｐで被測定光電気信号ＳMOに変換されて出力端子１ｅから外部に出力される。
【００１３】
図９の信号処理部３では、干渉計１より得られた被測定光電気信号ＳMOおよび基準光電気信号ＳROに基づき、被測定光の波長を計算する。
【００１４】
干渉計１に設けられている移動ミラー１ｊ，１ｋの位置変化により、移動ミラー１ｊを通る光線の光路と移動ミラー１ｋを通る光線の光路との間の光路長差が０〜Δｄまで変化する間に、基準光側と被測定信号光側でそれぞれ干渉縞が観測される。
【００１５】
ここで、これら干渉縞の個数が、図１１に示すように、基準光側でＮｒ個、被測定光側でＮｕ個観測測定されたとすると、基準光波長をλr、被測定光波長をλU、基準光波長での空気の屈折率をｎr、被測定光波長での空気の屈折率をｎUとしたとき、以下の関係式（１）、（２）が成り立つ。
【００１６】
ｎｕ・Δｄ＝λｕ・Ｎｕ      （１）
ｎｒ・Δｄ＝λｒ・Ｎｒ      （２）
【００１７】
これら（１）、（２）式から、被測定光波長λUは、
λｕ＝（Ｎｒ/Ｎｕ）・（ｎｕ/ｎｒ）・λｒ        （３）
で求めることができ、この演算結果は表示部４に表示される。
【００１８】
（３）式の基準光波長λｒは、前もって設定された固定値を代入して計算されるが、基準光の実際の波長が設定値からずれた場合には、干渉縞の間隔が変わることによって干渉縞の個数Ｎｒの値も変わってしまい、被測定光波長λUの測定結果もずれてしまうことになる。
【００１９】
ところで、レーザーの発振波長（周波数）は、利得曲線と共振器モードで決定される。Ｈｅ−Ｎｅレーザーの場合、主にＮｅ分子の運動によるドップラー効果によって、利得曲線は通常１．５ＧＨｚ程度の半値全幅（以下ＦＷＨＭ）を持つ。
【００２０】
光速度をｃ、レーザーの共振器長をＬとすると、共振器が取りうる周波数、すなわち共振器モード周波数ｆ（Ｎ）は、
ｆ（Ｎ）＝Ｎ・ｃ/（２Ｌ）            （４）
Ｎ：整数
となる。
【００２１】
このため、温度変化によりレーザー共振器長が変化すると、共振器モードによって発振周波数が変化することになり、基準光の実際の波長も変化してしまう。共振器が制御されていない無安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザーの波長（周波数）の不確かさは１．５×１０-6程度であることが知られている（非特許文献１）。
【００２２】
したがって、これを基準光として波長計に使用すると、被測定光の波長測定値の不確かさも、１．５×１０-6よりも安定することはない。
【００２３】
そこで、波長計の波長測定安定度を改善するために、図９に示す基準光源部２では、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２ａの光出力の一部をビームサンプラ２ｂによって取り出し、受光部２ｃで電気信号に変換して制御部２ｄに帰還している。制御部２ｄは、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２ａのレーザー管の共振器長を制御し、周波数（波長）が安定な単一縦モードのレーザー光を出力させる。
【００２４】
このようにして、干渉縞の位置、つまり（３）式の基準光側における干渉縞の個数Ｎｒを安定化させて、測定不確かさを改善している。
【００２５】
なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの波長（周波数）の安定化は以下に示すような様々な手法で行われている。
ａ）レーザー出力レベルをモニターしてレーザーの共振器長を一定に制御する方法
ｂ）Ｈｅ−Ｎｅレーザーの隣接する縦モードは直交することを利用して、偏光ビームスプリッタ等で２モードを分離後にモニターし、強度比が一定になるように共振器長を制御して一方を取り出す方法
ｃ）ゼーマン分離を利用して共振器長を制御する方法
ｄ）ヨウ素等の分子の吸収線を使用して共振器長を制御する方法等
【００２６】
これらの方法を利用することで基準光に起因する不確かさを低減させ、波長計の測定安定度を改善している。
【００２７】
非特許文献１には、無安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザーの波長（周波数）の不確かさについて記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】洪鋒雷、大苗敦、「波長標準としての633ｎｍ未安定化ヘリウム・ネオンレーザ  −国際度量衡委員会の勧告−」、産総研計量標準報告  ２０１０年８月、Ｖｏｌ.８  Ｎｏ.１、p.１１〜１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかし、図９に示す従来の構成によれば、基準光源部２の部品点数が多くなることによってコスト上昇の原因となっていた。
【００３０】
また、測定系や制御系の調整がずれることにより、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２ａの発振波長がずれたり、Ｈｅ−Ｎｅガスのガス抜けが起こりやすくなって寿命が短くなり、信頼性を低下させる要因となっていた。
【００３１】
本発明は、これらの従来の問題点に着目したものであり、その目的は、波長測定安定度を維持しながら基準光源部の構成を簡略化できる、低コストで信頼性の高い光波長計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
このような課題を達成する請求項１の発明は、
干渉計と基準光源部と信号処理部と表示部とを含み、前記信号処理部は前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づき被測定光の波長を測定するように構成された光波長計において、
前記基準光源部の基準光源として、縦多モードで発振するレーザーを設けたことを特徴とする。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光波長計において、
前記干渉計は、マイケルソン型であることを特徴とする。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の光波長計において、
前記信号処理部は、前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づき干渉縞数をカウントして被測定光の波長を測定することを特徴とする。
【００３５】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載の光波長計において、
前記信号処理部は、前記干渉計から出力される基準光の干渉縞情報と被測定光の干渉縞情報に基づきフーリエ変換を行い被測定光の波長を測定することを特徴とする。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の光波長計において、
前記レーザーの共振器モード間隔（フリースペクトラムレンジ）が５００ＭＨｚ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
これらにより、波長測定安定度を維持しながら基準光源部の構成を簡略化できる、低コストで信頼性の高い光波長計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザーの電場の大きさを示す説明図である。
【図３】３つの縦モードで発振するレーザーの周波数と電場の大きさの関係についての説明図である。
【図４】縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザーの電場の大きさを示す他の説明図である。
【図５】干渉縞波形の最大ズレ量の計算値例を示すグラフである。
【図６】測定波長の最大ズレ量の計算値例を示すグラフである。
【図７】測定波長の安定度の実測例を示すグラフである。
【図８】波長測定結果例を示すグラフである。
【図９】従来の光波長計の概略構成例を示すブロック図である。
【図１０】干渉計１の一例を示す構成説明図である。
【図１１】図９の装置における干渉縞の個数説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図９と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図９の相違点は、基準光源部２と５の構成にある。
【００４０】
図１において、基準光源部５は、無安定化縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザー５ａのみで構成されている。ここで、無安定化縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザー５ａの「無安定化」とは、従来技術の図９の基準光源部２のようにレーザー共振器長を制御していないということを意味する。そして、「縦多モード」とは、複数の互いに発振周波数が異なる多周波数成分を持つということを意味する。
【００４１】
図２は縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザーの電場の大きさを示した説明図であり、（Ａ）は初期状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の状態から発振周波数がΔｆだけずれた状態を示す。曲線ｋ(ｆ)はＨｅ−Ｎｅレーザーの利得曲線であり、中心周波数ｆ0に対して対称な特性を持つ。
【００４２】
（Ａ）の場合も（Ｂ）の場合も、利得曲線ｋ(ｆ)にしたがって各発振縦モードの電場の大きさが決まる。したがって（Ａ）から（Ｂ）の状態へ、周波数がΔｆだけずれた場合、ｆ0へ近づくモードは大きくなり、ｆ0から遠ざかるモードは小さくなる。
【００４３】
したがって、発振モード数が多ければ、レーザーの電場分布は（Ｃ）のように中心周波数ｆ0を持つ利得曲線ｋ(ｆ)と同等な特性を示すものと見なせる。この結果、基準光源の波長λ0は、λ0＝ｃ／ｆ0となる。なお、ｃは光速度である。
【００４４】
ここで、中心周波数ｆ0はＨｅ−Ｎｅレーザーの発振の際に使われるＮｅの上位準位エネルギーと下位準位エネルギーの差から決まる安定した値であるので、波長λ0も安定した値となる。
【００４５】
図１０の干渉計１内部の移動ミラー１ｊ，１ｋの位置変化により、移動ミラー１ｊを通る光線の光路と移動ミラー１ｋを通る光線の光路との間の光路長差が０〜Δｄまで変化する間に、観測される基準光側の干渉縞の位置は安定する。
【００４６】
したがって、基準光の干渉縞数Ｎｒは、個々の縦モードの発振周波数変動Δｆに関係なく一定となり、（３）式を使った被測定光波長λUの波長λrが正確に求められ、単一縦モード発振タイプの波長（周波数）安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザー光を使用するのと同様に、光波長計の測定不確かさを改善することができる。
【００４７】
基準光源部５として縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザー５ａを用いた場合の動作を、３つの縦モードで発振する直線偏光出力タイプのＨｅ−Ｎｅレーザーの例について、さらに詳しく説明する。
【００４８】
レーザーの発振周波数は、従来技術の項で説明したように、共振器長で決まる離散的な共振器モードで決定される。この共振器モードの発振周波数間隔（フリースペクトラムレンジ）をＦＳＲ、共振器長をＬ、光速をｃとすると、
ＦＳＲ＝ｃ/（２Ｌ）          （５）
となる。
【００４９】
Ｈｅ−Ｎｅレーザーの利得曲線は、Ｎｅ分子の運動によるドップラー効果によって広がっている。この曲線を、半値全幅がＦＷＨＭのガウス型とする。この利得曲線の中心周波数ｆ0からの周波数のズレをδｆとすると、
発振モードの電場振幅は、
ｋ(δｆ)＝ＥＸＰ[-ln(2)(δｆ/ＦＷＨＭ)2]          （６）
となる。利得中心周波数ｆ0はレーザー発振の際のＮｅのエネルギー順位差によって決まる安定した量である。
【００５０】
Ｈｅ−Ｎｅレーザーの隣接する縦モードは、互いに方位が直交する直線偏光状態にあることが知られている。また、直線偏光出力タイプは、共振器内部にブリュースター窓が設けられており、隣接モードのうち一方だけ発振するような構造になっているので、Ｎ番目のモードを中心に３モードで発振していたとすると、共振器モードが２個離れた、Ｎ−２番目、Ｎ番目、Ｎ＋２番目の３つの縦モードで同時発振する。
【００５１】
Ｎ番目のモードが利得曲線の中心よりΔｆ離れているとすると、Ｎ−２番目のモードの周波数はｆ0＋Δｆ−２ＦＳＲ、Ｎ＋２番目のモードの周波数はｆ0＋Δｆ＋２ＦＳＲであるので、３つの縦モードの電場振幅Ｋ(ｍ)は、（５）式と（６）式から、
Ｋ(ｍ)＝ｅｘｐ[-ln(2)((Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ)/ＦＷＨＭ)2]      （７）
となる。ｍは共振器モード数で、ｍ＝Ｎ−２、Ｎ、Ｎ＋２になる。
【００５２】
この３つの縦モードで同時発振をしているＨｅ−Ｎｅレーザーを、本発明の基準光源部５の光源として使用する。
【００５３】
図３は、３つの縦モードで発振するレーザーの周波数と電場の大きさの関係についての説明図である。（Ａ）は利得曲線Ｋ（Δｆ）であり、利得中心周波数ｆ0に対して対称な特性をもっている。（Ｂ）はＮ番目のモードの周波数が利得中心周波数ｆ0に一致している場合の共振器モードの周波数と（Ａ）の利得曲線の関係を示している。
【００５４】
（Ｃ）は（Ｂ）のような共振器モード状態の場合の、直線偏光出力タイプのレーザーの３つのモードの電場の大きさの関係を示していている。すなわち、（７）式中のΔｆ＝０の場合であり、Ｎ番目のモードの周波数が利得中心周波数ｆ0と一致していれば、Ｎ−２番目とＮ＋２番目のモードの電場の大きさは一致することが分かる。
【００５５】
（Ｄ）はＮ番目のモードが利得中心周波数ｆ0よりΔｆだけズレている場合の共振器モードを示す。その場合の３つのモードの電場の大きさは（Ｅ）のようになる。（Ｂ）と（Ｅ）の比較から明らかなように、利得中心周波数ｆ0に近くなったＮ−２番目のモードの電場は大きくなり、逆に利得中心周波数ｆ0より離れたＮ番目のモードとＮ＋２番目のモードの電場は小さくなる。
【００５６】
このような特性を持った無安定化縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザー５ａを従来技術で説明した図９の構成における基準光源として使用した場合、前述のように、利得中心周波数ｆ0に近づいたモードの電場は大きくなるので干渉縞波形への影響が大きくなり、離れたモードの電場は小さくなるので干渉縞波形への影響が小さくなって、３つの縦モードの合成による干渉縞の位置は、従来の単一縦モード発振タイプのレーザーの周波数が変動した場合の干渉縞位置に比べて安定する。
【００５７】
従来技術で説明したように、図１０の干渉計内のビームスプリッタ１ｇで２分割された２本の光線は、移動ミラー１ｊ，１ｋでそれぞれ反射して再びビームスプリッタ１ｇによって重ね合わされる。
【００５８】
ｍ番目の発振モードの２光路の電場Ｄは、２光路の光路長差をΔｄとし、片方の光路の電場の位相を基準とし、時間ｔ、発振モードの周波数ｆ0＋Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ、光速ｃとすると、
Ｄ(ｔ,ｍ,０)＝ｅｘｐ｛（i・２π[ｆ0＋Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ]ｔ）｝      （８）
Ｄ(ｔ,ｍ,Δｄ)＝ｅｘｐ[i・２π[ｆ0＋Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ](ｔ−Δｄ/ｃ)]  （９）
となる。
【００５９】
本実施例のように３つのモードを持つレーザーを使用した場合は、基準光用受光器１ｎには３つのモードが２つの光路へ分離された後に重ね合わされているので、合計６つの成分の和であり、なおかつ、３つの発振モードの電場振幅は（７）式で表わされるので、受光器上での電場Ｅ(ｔ)は、
Ｅ(ｔ)＝ΣＫ（ｍ）[Ｄ(ｔ,ｍ,０)＋Ｄ(ｔ,ｍ,Δｄ)]    (ｍ＝Ｎ−２、Ｎ、Ｎ＋２)
(１０)
となる。
【００６０】
干渉縞信号強度Ｉは、Ｅ（ｔ）と、その複素共役Ｅ*（ｔ）の積なので、
Ｉ＝Ｅ(ｔ)Ｅ*（ｔ）
＝Σ[Ｋ（ｍ）]2[Ｄ(ｔ,ｍ,０)・Ｄ*(ｔ,ｍ,０)＋Ｄ(ｔ,ｍ,Δｄ)・Ｄ*(ｔ,ｍ,Δｄ)]
＋Σ[Ｋ（ｍ）]2[Ｄ(ｔ,ｍ,０)・Ｄ*(ｔ,ｍ,Δｄ)＋Ｄ(ｔ,ｍ,Δｄ)・Ｄ*(ｔ,ｍ,０)]
＋・・・
＝２Σ[Ｋ（ｍ）]2
＋２Σ[Ｋ（ｍ）]2ｃｏｓ２π[ｆ0＋Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ]（Δｄ/ｃ）
＋・・・                    （１１）
となる。
【００６１】
ここで、第１項は定数項である。
第２項は光路長差Δｄの関数であり、各縦モードの干渉縞の和である。
第３項の「・・・」は、周波数が２ＦＳＲまたは４ＦＳＲを持つ時間変化する項の集まりである。
【００６２】
たとえば、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの共振器長を０.３〜０．５ｍとすると、（５）式からＦＳＲは３００〜５００ＭＨｚであり、図１０の基準光用受光器１ｎで電気信号に変換された干渉信号を図１の信号処理部３内にあるカットオフ周波数が１０ＭＨｚ程度のローパスフィルタを通すことで、（１１）式の周波数成分が２ＦＳＲまたは４ＦＳＲを持つ「・・・」の第３項は無視できる。
【００６３】
したがって、干渉縞数の計算に使用される干渉縞強度Ｉは、（７）式と（１１）式を使って、
Ｉ＝Σ２ｅｘｐ[-２ln(２)((Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ)/ＦＷＨＭ)2]
×（１＋ｃｏｓ２π[ｆ0＋Δｆ−(Ｎ−ｍ)ＦＳＲ]（Δｄ/ｃ））      （１２）
ｍ＝Ｎ−２、Ｎ、Ｎ＋２    （１３）
となる。
【００６４】
実際は、ｍ番目の発振縦モードの電場振幅Ｋ（ｍ）が発振閾値Ｔｈ以上ならば、図４の（Ａ）に示すように利得曲線ｋ(δｆ)≧Ｔｈとなるような周波数範囲内にある（Ｂ）の共振器モードで発振するので、発振モードは３モードに限らず（Ｃ）のような多数モードとなり、（１２）式のｍの条件の代わりに、
Ｋ（ｍ）≧Ｔｈ、ｍ＝・・・、Ｎ−２、Ｎ、Ｎ＋２、・・・        （１４）
を適用できる。
【００６５】
利得曲線に対して、共振器モード間隔ＦＳＲが小さくなれば、モード数が多くなることはよく知られている。（１２）式および（１４）式を使った、光路長がΔｄ＝０〜１６ｍｍまで変化する干渉計におけるＮ番目のモードの利得中心周波数からのズレΔｆが変化した場合の干渉縞の位置ズレ量の計算例について説明する。
【００６６】
図５は（１２）式を元にＨｅ−Ｎｅレーザーの周波数がΔｆ＝−ＦＳＲ〜＋ＦＳＲだけ変化した時の、光路長差Δｄ＝１６ｍｍ付近における干渉縞位置の最大変化量ΔＸの計算結果例である。Ｈｅ−ＮｅレーザーのＦＳＲが小さくなって、同時発振するモード数が増えるほど干渉縞の位置が安定することが分かる。
【００６７】
（３）式から干渉縞の位置の安定性と波長測定値の安定度の関係式を導く。（３）式の基準光の干渉縞数ＮｒがΔＮｒだけ変化したとすると、被測定光の波長測定結果のズレΔλUは、
Δλｕ＝（ΔＮｒ/Ｎｕ）・（ｎｕ/ｎｒ）・λｒ              （１５）
になる。
【００６８】
また、
ΔＮｒ＝ΔＸ/λｒ                                          （１６）
であるから、（１５）式の両辺を（３）式の両辺で割ったものに（１６）式を代入してΔＮｒを消去すると、
Δλｕ＝（ΔＸ/Ｎｒ）・（λｕ/λｒ）                      （１７）
になる。
【００６９】
λｕ＝1550nm、λｒ＝633nm、Ｎｒ＝２６万として、図５の干渉縞位置の最大変化量ΔＸの結果を（１７）式に代入し、測定波長の最大ズレ量ΔλUを計算すると、図６のようになる。図６によれば、ＦＳＲが狭くなって同時に発振するモード数が増えるほど測定波長が安定になり、発振閾値Ｔが小さいＨｅ−Ｎｅレーザーを使用すれば測定波長が安定になることが明らかである。
【００７０】
図７は、基準光源として実際に何種類かのＦＳＲが異なるＨｅ−Ｎｅレーザーを使用し、被測定光として市販されている周波数安定化光源 (波長1550.515nm、不確かさσ＜１０-9)の波長安定性（最大値−最小値）の測定結果例である。なお、干渉計は、光路長差が１６ｍｍ変化するものを使用した。
【００７１】
計算結果から求めた図６と同様に、ＦＳＲが小さくなりモード数が多くなることによって安定度が改善されていることが分かる。ここで、不確かさσは、σ＝Δλ/２√３で計算できるから、ＦＳＲ＜５００ＭＨｚ程度の多モードレーザーを使用すれば、σ＝０．０５ｐｍ程度になる。
【００７２】
図８は、図７の結果の中のＦＳＲ＝４３８ＭＨｚのＨｅ−Ｎｅレーザーを使用した場合の波長測定結果である。従来の単一縦モードの波長を安定化させたＨｅ-Ｎｅレーザーを使用した波長計の測定波長１５５０ｎｍにおける不確かさは３σ≦０．３ｐｍのものが多いが、本発明に基づく多モード発振非安定化Ｈｅ-Ｎｅレーザーを使用した波長計でも、同等の不確かさを実現できる。
【００７３】
これらから明らかなように、基準光光源として、従来から用いられている高価な周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザーの代わりに安価な無安定化多モードＨｅ−Ｎｅレーザーを使用しても、従来と同等な高精度の光波長計が実現できる。
【００７４】
なお、上記実施例では、基準光の干渉縞数と被測定光の干渉縞数を比較する方法で被測定光の波長を算出する場合について説明したが、フーリエ変換を用いて波長を算出する方法であってもよい。この場合、基準光の干渉縞波形を使用して被測定光の干渉縞波形をサンプリングした後にフーリエ変換を行い、被測定信号の周波数および波長を算出しているので、被測定光の干渉縞位置が安定する本発明を用いれば、同様に測定不確かさを改善することができる。
【００７５】
また、フーリエ変換を用いたスペクトラムアナライザにも応用できる。
【００７６】
また、波長633nmのＨｅ−Ｎｅレーザーを使用した場合について説明したが、発振波長域は543nmなどの他の発振波長を持つものでもよい。
【００７７】
また、利得曲線の中心周波数が安定しているＡｒレーザーなどの他の種類のガスレーザーでもよい。
【００７８】
また、使用する干渉計の構成や、干渉計に使用している光学素子、受光素子の種類は問わない。
【００７９】
また、干渉計を利用した波長計以外の種々の測定器にも応用できる。
【００８０】
さらに、上記説明の中では波長不確かさを通信波長帯域の1550nmで説明したが、他の波長域にも応用できる。
【００８１】
以上説明したように、本発明によれば、波長測定安定度を維持しながら基準光源部の構成を簡略化できる、低コストで信頼性の高い光波長計を実現できる。
【符号の説明】
【００８２】
１  干渉計
３  信号処理部
４  表示部
５  基準光源部
５ａ  無安定化縦多モードＨｅ−Ｎｅレーザー
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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