(57)【要約】【課題】高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現する。【解決手段】ヘテロダイン光源（１）が、光周波数コムを生成する光周波数コム装置（１）と、第１出力光を発生する第１周波数可変レーザ（３）と、第１周波数制御機構（５、７）と、第２出力光を発生する第２周波数可変レーザ（４）と、第２周波数制御機構（６、８）と、第１出力光と第２出力光とを重ね合わせて光出力を生成する光結合器（２０）とを備えている。第１周波数制御機構は、第１出力光と光周波数コムとを重ね合わせた光に応答して第１出力光の周波数を光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する。第２周波数制御機構は、第２出力光と光周波数コムとを重ね合わせた光に応答して第２出力光の周波数を光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する。【選択図】図２
2011203550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、
第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、
前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する第１周波数制御機構と、
第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、
前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する第２周波数制御機構と、
前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて光出力を生成する光結合器
とを備える
ヘテロダイン光源。
【請求項２】
請求項１に記載のヘテロダイン光源であって、
前記第１周波数制御機構が、前記第１入力光から前記第１入力光におけるうなりに対応する電気信号である第１ビート信号を取り出し、前記第１ビート信号に応答して前記第１出力光の周波数を制御するように構成され、
前記第２周波数制御機構が、前記第２入力光から前記第２入力光におけるうなりに対応する電気信号である第２ビート信号を取り出し、前記第２ビート信号に応答して前記第２出力光の周波数を制御するように構成された
ヘテロダイン光源。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載のヘテロダイン光源であって、
前記第２周波数制御機構が、前記Δ２を走査するように構成された
ヘテロダイン光源。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のヘテロダイン光源であって、
下記式：
ｍ１≠ｍ２
を成立させる
ヘテロダイン光源。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のヘテロダイン光源であって、
前記第１周波数可変レーザと前記第２周波数可変レーザが、半導体レーザである
ヘテロダイン光源。
【請求項６】
光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、前記レーザ光出力を計測対象に入射するヘテロダイン光源と、
前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収又は光損失を計測する計測系
とを具備し、
前記ヘテロダイン光源が、
前記光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、
第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、
前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する第１周波数制御機構と、
第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、
前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する第２周波数制御機構と、
前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて前記レーザ光出力を生成する光結合器
とを備える
光吸収／損失計測装置。
【請求項７】
光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、前記レーザ光出力を計測対象に入射するヘテロダイン光源と、
前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収を計測する計測装置
とを具備し、
前記ヘテロダイン光源が、
前記光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、
第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、
前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する第１周波数制御機構と、
第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、
前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する第２周波数制御機構と、
前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて前記レーザ光出力を生成する光結合器
とを備え、
前記計測装置が、前記第２出力光の周波数を特定の周波数範囲で走査させながら前記光吸収を計測することによって前記周波数範囲における前記計測対象の光吸収スペクトルを取得し、前記光吸収スペクトルを用いて分光分析を行う
分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘテロダイン計測法において使用されるヘテロダイン光源に関し、特に、光周波数コム装置を用いたヘテロダイン光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
光コム又は光周波数コムとは、周波数軸上において等間隔な成分からなる櫛形のスペクトルを持つ光信号のことである。図１は、光周波数コムのスペクトルの例である。光周波数コムのｎ次モードの周波数ｆ（ｎ）は、次式で表わされる：
ｆ（ｎ）＝ｎ・ｆｒ＋ｆ０，
ここで、ｆ０は、オフセット周波数であり、ｆｒは、繰り返し周波数である。光周波数コムは、時間軸上で表わせば、超短光パルスの列となる。
【０００３】
近年では、極めて周波数の精度が高い（即ち、上述のオフセット周波数ｆ０、繰り返し周波数ｆｒの精度が高い）光周波数コムを発生する光周波数コム装置が開発されている。光周波数コム装置が達成可能な周波数の精度の高さは、協定世界時に同期した光周波数コム装置が、平成２１年７月１６日に、計量法第１３４条の規定に基づき新しい長さの特定標準器として指定されたことからも理解されよう。光周波数コム装置については、例えば、特開２００８−３１１６２９号公報に開示されている。
【０００４】
出願人は、光周波数コム装置を光ヘテロダイン計測法において使用される光源（ヘテロダイン光源）に応用することを検討している。光ヘテロダイン計測法とは、概略的には、信号光と参照光とを重ね合わせて得られるビート信号から、該信号光が持っている情報を取り出す方法である。光の周波数は高いため、直接にその波形を電気的信号に変換して観測することは困難である。一方、ビート信号は、信号光と参照光の周波数の差の周波数（ヘテロダイン周波数と呼ばれる）の成分を有しているから、光の周波数よりも相当に低くできる。これは、ビート信号の周波数、振幅、位相は、電気的信号に変換して観測可能であることを意味している。ビート信号から信号光が持つ情報を電気的信号として取り出すことが、光ヘテロダイン計測法の基本的原理である。光ヘテロダイン計測法による計測対象は、広い範囲に及ぶが、例えば、距離計測、速度計測、分光分析等が挙げられる。光ヘテロダイン計測法においては、信号光又は参照光として用いる光の周波数（即ち、波長）の安定性が重要であり、光周波数コム装置をヘテロダイン光源として用いれば、高精度の計測を実現できる可能性がある。
【０００５】
光周波数コム装置をヘテロダイン光源として使用する場合における一つの問題は、大強度の光周波数コムを発生することが、実際上、困難なことである。光周波数コム装置の構成としては、概略的には、チタンサファイアレーザを用いた構成と、モード同期ファイバレーザを用いた構成が挙げられる。チタンサファイアレーザを用いた光周波数コム装置は、高出力且つ広帯域という特長を有しているが、大型で高価であり、計測装置としての実用的な応用は難しい。一方、モード同期ファイバレーザを用いた光周波数コム装置は、小型且つ安価であるが、出力が低いという問題がある。
【０００６】
したがって、高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現することには、技術的ニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３１１６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の観点では、ヘテロダイン光源が、光周波数コムを生成する光周波数コム装置と、第１出力光を発生する第１周波数可変レーザと、第１周波数制御機構と、第２出力光を発生する第２周波数可変レーザと、第２周波数制御機構と、前記第１出力光と前記第２出力光とを重ね合わせて光出力を生成する光結合器とを備えている。第１周波数制御機構は、前記第１出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第１入力光を受け取り、前記第１入力光に応答して前記第１出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ１次モードの周波数からΔ１だけ高い周波数に調整する。第２周波数制御機構は、前記第２出力光と前記光周波数コムとを重ね合わせた第２入力光を受け取り、前記第２入力光に応答して前記第２出力光の周波数を前記光周波数コムのｍ２次モードの周波数からΔ２（≠Δ１）だけ高い周波数に調整する。
【００１０】
このような構成のヘテロダイン光源では、Δ１とΔ２の差分の周波数成分を有するうなりを発生可能であり、光ヘテロダイン計測法に適用可能である。また、本発明のヘテロダイン光源は、光周波数コム装置とは別に第１周波数可変レーザ及び第２周波数可変レーザとが設けられ、第１周波数可変レーザ及び第２周波数可変レーザによってレーザ光出力が生成される。このような構成では、第１周波数可変レーザ及び第２周波数可変レーザとして高出力のレーザ（例えば、半導体レーザ）を使用することにより、光へテロダイン計測法による計測に適した高出力のレーザ光出力を生成することができる。加えて、本発明によって光へテロダイン干渉を利用可能になると、光高周波数のスーパーヘテロダインのほかに、微弱光の光検出や、機械的振動などの影響の減少が可能になる。
【００１１】
ヘテロダイン光源に含まれる周波数可変レーザ及び周波数制御機構の数は、３以上であることも可能である。
【００１２】
一実施形態では、第１周波数制御機構が、前記第１入力光から前記第１入力光におけるうなりに対応する電気信号である第１ビート信号を取り出し、前記第１ビート信号に応答して前記第１出力光の周波数を制御するように構成され、第２周波数制御機構が、前記第２入力光から前記第２入力光におけるうなりに対応する電気信号である第２ビート信号を取り出し、前記第２ビート信号に応答して前記第２出力光の周波数を制御するように構成される。
【００１３】
特定用途では、第２周波数制御機構が前記Δ２を走査するように構成されていることも好ましい。
【００１４】
当該ヘテロダイン光源は、下記式：
ｍ１≠ｍ２
を成立させるように構成されることも好ましい。この場合でも、該光周波数コム装置によって生成された光周波数コムを用いるスーパーヘテロダインによってΔ２−Δ１のヘテロダイン周波数のビート信号を生成可能である。
【００１５】
一実施形態では、第１周波数可変レーザと第２周波数可変レーザが、半導体レーザである。
【００１６】
本発明の他の観点では、光吸収計測装置が、光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、該レーザ光出力を計測対象に入射する上記の構成のヘテロダイン光源と、前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収を計測する計測系とを具備する。
【００１７】
本発明の他の観点では、分光分析装置が、光周波数コムとレーザ光出力とを生成し、該レーザ光出力を計測対象に入射する上記の構成のヘテロダイン光源と、前記計測対象から得られる信号光と前記光周波数コムとを重ね合わせた重ね合わせ光を受け取り、前記重ね合わせ光のうなりに対応するビート信号から前記計測対象における光吸収を計測する計測装置とを具備する。計測装置は、前記第２出力光の周波数を特定の周波数範囲で走査させながら前記光吸収を計測することによって前記周波数範囲における前記計測対象の光吸収スペクトルを取得し、前記光吸収スペクトルを用いて分光分析を行う。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高出力で、且つ、周波数の精度が高いヘテロダイン光源を、光周波数コム装置を用いて実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、光周波数コムのスペクトルの例を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の一実施形態におけるヘテロダイン光源の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、一実施形態において、光周波数コム装置が生成する光周波数コムと、各レーザダイオードが生成するレーザ光の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図４】図４は、本実施形態のヘテロダイン光源が適用された分光分析装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本実施形態のヘテロダイン光源が適用された光分析装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態におけるヘテロダイン光源１の構成を示すブロック図である。ヘテロダイン光源１は、光周波数コム装置２と、レーザダイオード（半導体レーザ）３、４と、光検出器５、６と、制御系７、８とを備えている。光周波数コム装置２は、光周波数コムを生成し、光ファイバ１１に出力する。一実施形態では、光周波数コム装置２としてモード同期ファイバレーザが使用される。レーザダイオード３は、単色のレーザ光を生成して光ファイバ１２に出力し、同様に、レーザダイオード４は、単色のレーザ光を生成して光ファイバ１３に出力する。レーザダイオード３、４は、それらが生成するレーザ光の周波数（即ち、波長）が可変であるように構成されている。
【００２１】
図３は、光周波数コム装置２が生成する光周波数コムと、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数スペクトルを示す図である。光周波数コム装置２が生成する光周波数コムは、周波数軸上において等間隔な成分から構成されており、当該光周波数コムのｎ次モードの周波数ｆ（ｎ）は、次式で表わされる：
ｆ（ｎ）＝ｎ・ｆｒ＋ｆ０，        ・・・（１）
ここで、ｆ０は、オフセット周波数であり、ｆｒは、繰り返し周波数である。一方、レーザダイオード３、４は、単一の周波数成分のレーザ光を発生する。以下では、レーザダイオード３が生成するレーザ光の周波数をｆ１、レーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数をｆ２と記載する。
【００２２】
レーザダイオード３が生成するレーザ光の周波数ｆ１が該光周波数コムのｍ１次モードの周波数ｆ（ｍ１）と、（ｍ１＋１）次モードの周波数ｆ（ｍ１＋１）の間にあるとして、差分Δ１を下記のように定義する：
Δ１＝ｆ１−ｆ（ｍ１）．        ・・・（２）
同様に、レーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数ｆ２が該光周波数コムのｍ２次モードの周波数ｆ（ｍ２）と、（ｍ２＋１）次モードの周波数ｆ（ｍ２＋１）の間にあるとして、差分Δ２を下記のように定義する：
Δ２＝ｆ２−ｆ（ｍ２）．        ・・・（３）
ここで、ｍ１、ｍ２は、同じであっても異なっていてもよい。
【００２３】
式（１）、（２）によれば、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２は、それぞれ、下記の式で表わされる。
ｆ１＝ｍ１・ｆｒ＋ｆ０＋Δ１，      ・・・（４）
ｆ２＝ｍ２・ｆｒ＋ｆ０＋Δ２，      ・・・（５）
一実施形態では、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２は、数百ＴＨｚのオーダーであり、繰り返し周波数ｆｒは、数十ＭＨｚから数ＧＨｚのオーダーである。
【００２４】
図２に戻り、光検出器５には、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード３が生成したレーザ光とを重ね合わせた光が入力される。詳細には、光ファイバ１１に光分波器１４が設けられ、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムが分波される。同様に、光ファイバ１２に光分波器１５が設けられ、レーザダイオード３が生成したレーザ光が分波される。光分波器１４、１５によって分波された光周波数コム及びレーザ光は、光結合器１６に入力される。光分波器１４、１５の出力と光結合器１６の入力は、光ファイバで結合される。光結合器１６は、その出力が光検出器５に接続されており、受け取った光周波数コム及びレーザ光を合波して光検出器５に供給する。光検出器５は、受け取った入力光（即ち、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード３が生成したレーザ光とを重ね合わせた光）に対応する電気信号５ａを出力する。電気信号５ａには、レーザダイオード３が発生したレーザ光の周波数ｆ１と、光周波数コムのｍ１次モードの周波数ｆ（ｍ１）（＝ｍ１・ｆｒ＋ｆ０）との差分Δ１の周波数の成分が含まれている。
【００２５】
同様に、光検出器６には、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード４が生成したレーザ光とを重ね合わせた光が入力される。詳細には、光ファイバ１１に光分波器１７が設けられ、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムが分波される。同様に、光ファイバ１３に光分波器１８が設けられ、レーザダイオード４が生成したレーザ光が分波される。光分波器１７、１８によって分波された光周波数コム及びレーザ光は、光結合器１９に入力される。光分波器１７、１８の出力と光結合器１９の入力は、光ファイバで結合される。光結合器１９は、その出力が光検出器６に接続されており、受け取った光周波数コム及びレーザ光を合波して光検出器６に出力する。光検出器６は、受け取った入力光（即ち、光周波数コム装置２が生成した光周波数コムとレーザダイオード４が生成したレーザ光とを重ね合わせた光）に対応する電気信号６ａを出力する。電気信号６ａには、レーザダイオード４が発生したレーザ光の周波数ｆ２と、光周波数コムのｍ２次モードの周波数ｆ（ｍ２）（＝ｍ２・ｆｒ＋ｆ０）との差分Δ２の周波数の成分が含まれている。
【００２６】
制御系７は、レーザダイオード３が発生するレーザ光の周波数ｆ１と、光周波数コムのｍ１次モードの周波数ｆ（ｍ１）との差分Δ１が所望値になるようにレーザダイオード３が発生するレーザ光の周波数ｆ１を制御する。この制御は、光検出器５から出力される電気信号５ａに応答して行われる。電気信号５ａには差分Δ１の周波数の成分が含まれているから、電気信号５ａから差分Δ１を検出することができる。制御系７は、検出した差分Δ１に応答して差分Δ１が所望値になるようにレーザダイオード３が発生するレーザ光の周波数ｆ１を制御する。
【００２７】
同様に、制御系８は、レーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２と、光周波数コムのｍ２次モードの周波数ｆ（ｍ２）との差分Δ２が所望値になるようにレーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２を制御する。この制御は、光検出器６から出力される電気信号６ａに応答して行われる。電気信号６ａには差分Δ２の周波数の成分が含まれているから、電気信号６ａから差分Δ２を検出することができる。制御系８は、検出した差分Δ２に応答して差分Δ２が所望値になるようにレーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２を制御する。ここで、レーザダイオード４が発生するレーザ光の周波数ｆ２は、差分Δ２が上述の差分Δ１とは異なるように調節される。
【００２８】
光ファイバ１１には、光周波数コム出力ポート２１が設けられる。光周波数コム出力ポート２１は、光周波数コム装置２によって生成された光周波数コムを外部に出力する。一方、光ファイバ１２には、レーザダイオード３、４が発生したレーザ光を合波する光結合器２０が設けられる。光結合器２０の出力側にレーザ光出力ポート２２が設けられる。レーザ光出力ポート２２は、光結合器２０によって合波された光（レーザダイオード３、４が発生したレーザ光を合波して得られる光）を外部に出力する。以下では、光周波数コム出力ポート２１から出力される光を光周波数コム出力と呼び、レーザ光出力ポート２２から出力される光をレーザ光出力と呼ぶことにする。
【００２９】
上記のように構成されたヘテロダイン光源１は、光ヘテロダイン計測法に使用可能である。レーザ光出力ポート２２から出力されたレーザ光出力を信号光の生成に用い、光周波数コム出力ポート２１から出力された光周波数コム出力を参照光として用いることにより、Δ２−Δ１のヘテロダイン周波数の成分を有するビート信号が得られる。このビート信号から周波数ｆ２における計測対象に関する情報を得る、即ち、光ヘテロダイン計測を行うことができる。例えば、Δ２−Δ１が約５０ｋＨｚになるようにレーザダイオード３、４を設定すれば、ビート信号の５０ｋＨｚ近傍の周波数帯域の成分から周波数ｆ２における計測対象に関する情報を得ることができる。このとき、制御系８によってΔ２を逐次に走査すれば、計測対象から情報を得る周波数ｆ２を走査することができる。
【００３０】
ここで、レーザダイオード３、４が生成するレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２が近接していなくても、即ち、ｍ１≠ｍ２であっても、スーパーヘテロダインによって光ヘテロダイン計測を行うことができることに留意されたい。光周波数コム出力を併用することにより、ｍ１≠ｍ２であり、周波数ｆ１、ｆ２が近接していなくても、ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１の成分を有するビート信号が得られる。これは、レーザダイオード３、４が生成すべきレーザ光の周波数ｆ１、ｆ２の自由度が高いことを意味しており、光ヘテロダイン計測法によって計測を行う上で好適である。
【００３１】
本実施形態のヘテロダイン光源１の利点は、高出力で、且つ、生成した光（レーザ光出力及び光周波数コム）の周波数の精度を高くできることである。光周波数コム出力ポート２１から出力される光周波数コムは、例えば光周波数コム装置２としてモード同期ファイバレーザを用いることにより、その周波数の精度を高くすることができる。また、レーザ光出力ポート２２から出力されるレーザ光出力は、光周波数コムを基準として周波数が制御されるため、やはり、周波数の精度を高くすることができる。その一方で、レーザ光出力は、レーザダイオード３、４によって生成されるので、高い出力を実現できる。このような利点を持つ本実施形態のヘテロダイン光源１によって光ヘテロダイン干渉を利用できると、光高周波数のスーパーヘテロダインのほかに、微弱光の光検出や、機械的振動などの影響の減少が可能になる。
【００３２】
以上には、本発明のヘテロダイン光源の実施形態が具体的に記載されているが、本発明の実施形態は、当業者には自明な様々な変更がなされ得る。例えば、レーザダイオード３、４の代わりに、他の周波数可変レーザを用いてもよい。
【００３３】
また、図２には、２つのレーザダイオード３、４によって生成されたレーザ光を合波してレーザ光出力を生成するヘテロダイン光源１が図示されているが、３以上のレーザダイオード（周波数可変レーザ）によって生成されたレーザ光を合波してレーザ光出力を生成してもよい。この場合、対応する数の光検出器及び制御系がヘテロダイン光源１に追加される。例えば、周波数ｆ３のレーザ光を生成する第３のレーザダイオードが、レーザダイオード３、４に追加して設けられてもよい。ここで、周波数ｆ３が、光周波数コム出力のｍ３次モードの周波数ｆ（ｍ３）と、（ｍ３＋１）次モードの周波数ｆ（ｍ３＋１）の間にあるとして、差分Δ３を
Δ３＝ｆ３−ｆ（ｍ３），        ・・・（６）
として定義する。この場合には、レーザ光出力から生成される信号光と光周波数コム出力とを重ね合わせた光から、Δ２−Δ１のヘテロダイン周波数の成分と、Δ３−Δ１のヘテロダイン周波数の成分とを有するビート信号が得られる。ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１、及びΔ３−Δ１を適切に調節すれば、周波数ｆ２、ｆ３における計測対象に関する情報が、異なる周波数帯に含まれるようなビート信号を生成することができる。これは、周波数ｆ２、ｆ３に関する情報を同一のビート信号から得られることを意味しており、多くの情報を得る光ヘテロダイン計測を実現する上で好ましい。
【００３４】
続いて、図２の構成のヘテロダイン光源１の具体的な応用例について説明する。図２の構成のヘテロダイン光源１の好適な応用例の一つは、光吸収や光損失の計測である。以下では、光吸収や光損失を計測する計測システムへのヘテロダイン光源１の応用について述べる。
【００３５】
図４は、図２の構成のヘテロダイン光源１を用いた分光分析システム３０の構成を示す図である。図４の分光分析システム３０は、計測対象の光吸収を計測して分光分析を行う構成を有しており、ヘテロダイン光源１と計測セル３１と光検出器３２と信号処理装置３３とを備えている。計測対象は計測セル３１に収容される。
【００３６】
ヘテロダイン光源１のレーザ光出力ポート２２は光ファイバ３４の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成されたレーザ光出力は、光ファイバ３４に入力される。光ファイバ３４の他端から出射されたレーザ光出力は、集光レンズ３５を介して計測セル３１に入射される。レーザ光出力が計測セル３１を通過すると、計測対象による光吸収が起こる。計測セル３１から出射された信号光は、対物レンズ３６を介して光ファイバ３７に入射される。一方、ヘテロダイン光源１の光周波数コム出力ポート２１は光ファイバ３８の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力は、光ファイバ３８に入力される。光結合器３９は、計測セル３１から出射された信号光と光周波数コム出力とを合波し、光ファイバ３９ａを介して光検出器３２に送る。信号処理装置３３は、光検出器３２から出力される電気信号に対して分光分析のための演算処理を行う。
【００３７】
このような分光分析システム３０の構成では、以下のようにして計測セル３１に収容されている計測対象の分光分析が行われる。光検出器３２は、計測セル３１から出射された信号光とヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力とを重ね合わせた光を受け取る。したがって、光検出器３２から出力される電気信号は、ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１の成分を有するビート信号を含んでいる。このビート信号から、信号処理装置３３は、計測セル３１の計測対象の周波数ｆ２における光吸収を得ることができる。このとき、差分Δ２を所望の範囲で走査すれば、即ち、ヘテロダイン光源１のレーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数ｆ２を所望の周波数範囲で走査すれば、当該周波数範囲における光吸収スペクトルを得ることができる。得られた光吸収スペクトルを用いて計測セル３１内の計測対象の分光分析を行うことができる。
【００３８】
一方、図５は、図２の構成のヘテロダイン光源１を用いた光損失計測システム４０の構成を示す図である。図５の光損失計測システム４０は、計測対象である光デバイス４１で発生する光損失を計測する構成を有しており、ヘテロダイン光源１と光検出器４２と信号処理装置４３とを備えている。
【００３９】
ヘテロダイン光源１のレーザ光出力ポート２２は光ファイバ４４の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成されたレーザ光出力は、光ファイバ４４に入力される。光ファイバ４４の他端は、光サーキュレータ４５の第１のポートに接続されている。光サーキュレータ４５の第２のポートは、光ファイバ４６を介して光デバイス４１に接続される。光サーキュレータ４５の第３のポートは、光ファイバ４７を介して光結合器４８に接続される。光サーキュレータ４５は、ヘテロダイン光源１によって生成されたレーザ光出力を光ファイバ４６を介して光デバイス４１に送ると共に、光デバイス４１から返ってきた信号光を光ファイバ４７を介して光結合器４８に送る。一方、ヘテロダイン光源１の光周波数コム出力ポート２１は光ファイバ４９の一端に接続されており、ヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力は、光ファイバ４９に入力される。光結合器４８は、光デバイス４１から出射された信号光と光周波数コム出力とを合波し、光ファイバ５０を介して光検出器４２に送る。信号処理装置４３は、光検出器４２から出力される電気信号に対して光損失計測のための演算処理を行う。
【００４０】
このような光損失計測システム４０の構成では、以下のようにして光デバイス４１における光損失の計測が行われる。光検出器４２は、光デバイス４１から出射された信号光とヘテロダイン光源１によって生成された光周波数コム出力とを重ね合わせた光を受け取る。したがって、光検出器４２から出力される電気信号は、ヘテロダイン周波数Δ２−Δ１の成分を有するビート信号を含んでいる。このビート信号から、信号処理装置４３は、光デバイス４１の周波数ｆ２における光損失を得ることができる。このとき、ヘテロダイン光源１のレーザダイオード４が生成するレーザ光の周波数ｆ２を所望の周波数範囲で走査すれば、当該周波数範囲における光損失の周波数特性を得ることができる。
【００４１】
この光損失計測システムにおいて、光デバイス４１の代わりに光ネットワークを接続すれば、当該光ネットワークの周波数ｆ２における光吸収を計測できる。また、光デバイス４１の代わりに様々な計測対象を接続すれば、当該計測対象の光損失を計測することができる。
【００４２】
以上には、光吸収の計測のための計測システムの構成を提示したが、本発明のヘテロダイン光源は、他にも、光ヘテロダイン計測法による様々な計測に応用できる。例えば、本発明のヘテロダイン光源は、光ヘテロダイン計測法による物体の速度の計測にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１：ヘテロダイン光源
２：光周波数コム装置
３、４：レーザダイオード
５、６：光検出器
５ａ、６ａ：電気信号
７、８：制御系
１１、１２、１３：光ファイバ
１４、１５、１７、１８：光分波器
１６、１９、２０：光結合器
２１：光周波数コム出力ポート
２２：レーザ光出力ポート
３０：分光分析システム
３１：計測セル
３２：光検出器
３３：信号処理装置
３４、３７、３８：光ファイバ
３５：集光レンズ
３６：対物レンズ
３９：光結合器
３９ａ：光ファイバ
４０：光損失計測システム
４１：光デバイス
４２：光検出器
４３：信号処理装置
４４：光ファイバ
４５：光サーキュレータ
４６：光ファイバ
４７：光ファイバ
４８：光結合器
４９、５０：光ファイバ
【図１】
2011203550.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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