(57)【要約】【課題】発振周波数安定性に優れた無変調の中赤外光源を提供する。【解決手段】本発明の中赤外交レーザ光源は、励起光源と、信号光源と、励起光源の出力光と信号光源の出力光とを合波する合波手段と、合波手段の出力に接続された光導波路を用いた差周波発生手段とを有し、差周波発生手段の出力光からレーザ光源を得て、励起光源の出力光の一部、及び／又は信号光源の出力光の一部を取り出す第１の分波手段と、第１の分波手段からの出力光を入力するエタロンと、エタロンからの出力光の光強度それぞれを検出する第１の光検出手段と、第１の分波手段が励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、第１の光検出手段により検出された光強度を用いて励起光源の光波長をフィードバック制御により安定化し、第１の分波手段が信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、光検出手段により検出された光強度を用いて信号光源の光波長をフィードバック制御により安定化する安定化手段とを備えることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と、
信号光源と、
前記励起光源の出力光と前記信号光源の出力光とを合波する合波手段と、
前記合波手段の出力に接続された光導波路を用いた差周波発生手段とを有し、
前記差周波発生手段の出力光からレーザ光源を得る中赤外レーザ光源において、
前記励起光源の出力光の一部、又は前記信号光源の出力光の一部を取り出す第１の分波手段と、
前記第１の分波手段からの出力光を入力するエタロンと、
前記エタロンからの出力光の光強度を検出する第１の光検出手段と、
前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段により検出された光強度を用いて前記励起光源の光波長をフィードバック制御により安定化し、前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段により検出された光強度を用いて前記信号光源の光波長をフィードバック制御により安定化する安定化手段と
を備えることを特徴とする中赤外レーザ光源。
【請求項２】
前記エタロンは、正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更するピエゾ素子を備え、
前記安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力が入力され、前記第１の光検出手段の出力を、前記ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、
前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記励起光源の光波長を制御し、
前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記信号光源の光波長を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項３】
前記第１の分波手段と前記エタロンとの間に挿入された第２の分波手段と、
前記第２の分波手段からの出力光を検出する第２の光検出手段とをさらに備え、
前記安定化手段は、
前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力と前記第２の光検出手段の出力の比が一定となるように前記励起光源の光波長を制御し、
前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力と前記第２の光検出手段の出力の比が一定となるように前記信号光源の光波長を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項４】
前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記信号光源の光波長を掃引し、
前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記励起光源の光波長を掃引する
手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項５】
励起光源と、
信号光源と、
前記励起光源の出力光と前記信号光源の出力光とを合波する合波手段と、
前記合波手段の出力に接続された光導波路を用いた差周波発生手段とを有し、
前記差周波発生手段の出力光からレーザ光源を得る中赤外レーザ光源において、
前記励起光源の出力光の一部を取り出す第１の分波手段と、
前記信号光源の出力光の一部を取り出す第２の分波手段と、
前記第１の分波手段からの出力光を入力する第１のエタロンと、
前記第２の分波手段からの出力光を入力する第２のエタロンと、
前記第１のエタロンからの出力光の光強度を検出する第１の光検出手段と、
前記第２のエタロンからの出力光の光強度を検出する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段により検出された光強度を用いて前記励起光源の光波長をフィードバック制御により安定化する第１の安定化手段と、
前記第２の光検出手段により検出された光強度を用いて前記信号光源の光波長をフィードバック制御により安定化する第２の安定化手段と
を備えることを特徴とする中赤外レーザ光源。
【請求項６】
前記第１のエタロンおよび前記第２のエタロンは、それぞれ正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更する第１のピエゾ素子および第２のピエゾ素子を備え、
前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力が入力され、前記第１の光検出手段の出力を、前記第１のピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記励起光源の光波長を制御し、
前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力が入力され、前記第２の光検出手段の出力を、前記第２のピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第２の光検出手段の出力の値が極大となるように前記信号光源の光波長を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項７】
前記第１の分波手段と前記第１のエタロンとの間に挿入された第３の分波手段と、
前記第２の分波手段と前記第２のエタロンとの間に挿入された第４の分波手段と、
前記第３の分波手段からの出力光を検出する第３の光検出手段と、
前記第４の分波手段からの出力光を検出する第４の光検出手段とをさらに備え、
前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力と前記第３の光検出手段の出力の比が一定となるように前記励起光源の光波長を制御し、
前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力と前記第４の光検出手段の出力の比が一定となるように前記信号光源の光波長を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項８】
前記第１の分波手段と前記第１のエタロンとの間に挿入された第３の分波手段と、
前記第３の分波手段からの出力光を検出する第３の光検出手段とをさらに備え、
前記第２のエタロンは、正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更するピエゾ素子を備え、
前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力と前記第３の光検出手段の出力の比が一定となるように前記励起光源の光波長を制御し、
前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力が入力され、前記第２の光検出手段の出力を、前記ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第２の光検出手段の出力の値が極大となるように前記信号光源の光波長を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項９】
前記第２の分波手段と前記第２のエタロンとの間に挿入された第４の分波手段と、
前記第４の分波手段からの出力光を検出する第４の光検出手段とをさらに備え、
前記第１のエタロンは、正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更するピエゾ素子を備え、
前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力が入力され、前記第１の光検出手段の出力を、前記ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記励起光源の光波長を制御し、
前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力と前記第４の光検出手段の出力の比が一定となるように前記信号光源の光波長を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項１０】
前記励起光源と、前記信号光源と、前記分波手段と、前記合波手段と、前記差周波発生手段と、前記エタロンと前記光検出手段とが光ファイバを用いて光学的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の中赤外レーザ光源。
【請求項１１】
前記差周波発生手段が周期分局反転構造を有するリッジ型ニオブ酸リチウム導波路であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の中赤外レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差周波発生を利用した中赤外光レーザ光源の構成に関し、より詳細には、周波数を安定させる中赤外光レーザ光源の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
中赤外光（波長がおよそ２．５〜４μｍの光）を発生する光源として、二次非線形現象の一種である差周波発生を利用する波長変換光源が知られている。図１は、差周波発生を利用する従来の波長変換光源１００の構成を示す図である。
【０００３】
図１において、励起光源１０１から出力される波長λ１の光と、信号光源１０２から出力される波長λ２の光とが、合波器１０３において同一光軸光線に合波される。合波された光は、非線形結晶１０４に入力される。非線形結晶１０４内部では、二次非線形効果である差周波発生によって、波長λ３の中赤外光が発生する。
【０００４】
このとき、励起光波長λ１と、信号光波長λ２と、差周波光波長λ３とは、以下の関係式（式１）を満足することが知られている。  
１／λ３＝１／λ１−１／λ２            （式１）
【０００５】
仮に、励起光λ１を１．０６４μｍ、信号光波長λ２を１．５６μｍとした場合には、λ３＝３．３μｍの中赤外光を発生させることが可能である。
【０００６】
従来、このような差周波を利用した中赤外光を発生させるためには、大型のレーザを用いてワットクラスの大出力光を非線形結晶に入力させる必要があった（例えば、ロッキードマーチン社のArgos Model 2400等（http://www.lockheedmartin.com/us/products/aculight/argos.html））。これは、非線形結晶におけるバルク結晶の波長変換効率が非常に小さいので、観測可能な中赤外光を発生させるために、大きな励起光量が必要とするからである。
【０００７】
近年、周期分極反転ニオブ酸リチウム導波路（ＰＰＬＮ（Periodically Poled LiNbO3）導波路）を用いた高効率波長変換技術が進展し、小型、低出力の励起レーザ、例えば半導体レーザ（光出力１００ｍＷ程度）を励起光源とする小型の中赤外光源を作成することが可能となった（特許文献１参照）。ＰＰＬＮ導波路において、非線形結晶に周期分極反転構造を人工的に作成し、擬似位相整合条件を満足させることができ、また、導波路構造を用いて光パワー密度を高め、かつ、三つの光の相互作用長を長くすることができる。
【０００８】
図２は、励起光源と信号光源に半導体レーザを用い、導波路型波長変換素子を用いた中赤外光源２００の構成を示す図である。実線矢印は光信号、破線矢印は電気信号を示す。さらに、中赤外光源の出力側に任意ガスが充填されているガスセルを配置し、ガスセルを透過した光を光検出器によって検波して任意のガスの中赤外領域における吸収スペクトルを計測するシステムを図示している。
【０００９】
励起光コントローラ２０２からの電気信号により励起光を発生する半導体レーザ（以下、励起光ＬＤとする）２０１から出力される励起光と、信号光コントローラ２０４からの電気信号により信号光を発生する半導体レーザ（以下、信号光ＬＤとする）２０３から出力される信号光は、励起光ＬＤ２０１および信号光ＬＤ２０３に光学的に接続されている光ファイバを導波して、合波器２０５に導かれる。合波器２０５の内部で合波された励起光と信号光は、合波器２０５に光学的に接続されている光ファイバを導波して波長変換モジュール（以下、ＤＦＧモジュールとする）２０６に導かれる。合波された光は、ＤＦＧモジュール２０６の内部において、２枚のレンズを介してＰＰＬＮ光導波路に入射し、中赤外光に波長変換される。ＤＦＧモジュール２０６から出力される中赤外光は、任意ガスが充填されているガスセル２０７を透過する。その後、ガスセル２０７を透過した中赤外光は、光検出器２０８によって強度が計測される。
【００１０】
このとき、信号光ＬＤ２０３としてＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）を用いると、その発振周波数（発振波長）が駆動電流によって変化するので、図３に示すように鋸歯状波的に駆動電流を掃引し、ガスセル２０７を透過した光強度を光検出器２０８で測定すると、オシロスコープ２０９の画面上にガスの吸引スペクトルを表示させることが可能となる。
【００１１】
ガスセル２０７を透過した光が固定波長のまま変化しない場合は、光検出器２０８によって受光される受光量の表示電圧値は、一定値を示したままである。しかし、中赤外光の波長が変化して吸収線の波長に一致すると、ガスの光吸収を受けるために透過光量が減少するので表示電圧値が減少する。したがって、ＤＦＢ−ＬＤに周期的な変調信号を印加して発振波長を周期的に掃引すると、オシロスコープ２０９の画面上には、吸収を伴うディップを持った電圧波形、すなわちガス吸収スペクトルを表示させることが可能となる。この方法は、近赤外線波長（波長１μｍ〜２μｍ）においては、ＴＤＬＳ（Tunable Diode Laser Spectroscopy）法として知られている方法である。
【００１２】
ここで、製造プロセスコントロール、燃焼制御、あるいは環境ガスモニタリングなどの実用上の観点からすると、オシロスコープ画面上に計測された波形が、中赤外波長域に多数存在するガス吸収線のどれに対応するかを判別することが重要である。
【００１３】
これは、ガス吸収線の１本１本が分子の振動回転モードに対応しており、ＨＩＴＲＡＮ（高分解能分子吸収）などのデータベースを利用することによって、モニタリングしたガスの種類の道程、ガス濃度だけでなく、温度情報、圧力情報を解析することが可能となり、効率的なプロセス制御が行えるなどの産業上の利点があるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第４４６３８４２号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】O. Tadanaga, T. Yanagawa, Y. Nishida, H. Miyazawa, K. Magari, and H.Suzuki: “Efficient 3-μm difference frequency generation using a direct-bonded quasi-phase-matched liNbO3 ridge waveguide”, Appl. Phys. Lett., 2006, 88, P.061101
【非特許文献２】T. Yanagawa, S. Saito, and Y. Yamamoto, “Frequency stabilization of 1.5 μm InGaAsP distributed feedback laser to NH3 absorption lines, “Appl. Phys. Lett. 45, 826 (1984).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ＨＩＴＲＡＮのデータベースを構築するような分光学への応用を考えると、出力される中赤外光の波長、すなわち光周波数が時間的に安定である（揺るがない）ことが求められる。しかし、図２の構成による中赤外レーザ２００は、ＬＤ駆動電流の安定度、あるいはＬＤ制御温度の安定度の程度、すなわち周波数にして±５００ＭＨｚ程度の周波数安定性しか得ることができなかった。したがって、細かいスペクトル構造を観測する分光学の用途には、その安定性が不十分であるという問題があった。
【００１７】
この、光周波数を安定する方法として、１．５μｍ帯などの近赤外線波長域では、半導体レーザの駆動電流に周波数ｆの変調信号を印加することによって発振波長を周波数変調し、半導体レーザから出力する光を石英系ガラスに反射させて光サンプリングするビームサンプラにより分波した光を、１．５μｍ帯に吸収が存在するアンモニアやアセチレンガスを充填してあるガスセルに透過させてモニタＰＤ（光検出器）で検出し、微分検波した出力信号を駆動電流にフィードバックするような安定化の方法が知られている（非特許文献２参照）。
【００１８】
しかしながら、近赤外線用途のビームサンプラに多数用いられる石英製ガラスは、中赤外波長域では多格子振動による吸収により不透明であるため、使用できないという問題がある。また、半導体レーザに変調信号を直接印加するために、半導体レーザの光出力に強調変調がかかることになり、分光学の用途からは望ましくないという問題があった。
【００１９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発振周波数安定性に優れた無変調の中赤外光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、励起光源と、信号光源と、前記励起光源の出力光と前記信号光源の出力光とを合波する合波手段と、前記合波手段の出力に接続された光導波路を用いた差周波発生手段とを有し、前記差周波発生手段の出力光からレーザ光源を得る中赤外レーザ光源であって、前記励起光源の出力光の一部、又は前記信号光源の出力光の一部を取り出す第１の分波手段と、前記第１の分波手段からの出力光を入力するエタロンと、前記エタロンからの出力光の光強度を検出する第１の光検出手段と、前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段により検出された光強度を用いて前記励起光源の光波長をフィードバック制御により安定化し、前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段により検出された光強度を用いて前記信号光源の光波長をフィードバック制御により安定化する安定化手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の中赤外レーザ光源であって、前記エタロンは、正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更するピエゾ素子を備え、前記安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力が入力され、前記第１の光検出手段の出力を、前記ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記励起光源の光波長を制御し、前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記信号光源の光波長を制御することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の中赤外レーザ光源であって、前記第１の分波手段と前記エタロンとの間に挿入された第２の分波手段と、前記第２の分波手段からの出力光を検出する第２の光検出手段とをさらに備え、前記安定化手段は、前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力と前記第２の光検出手段の出力の比が一定となるように前記励起光源の光波長を制御し、前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記第１の光検出手段の出力と前記第２の光検出手段の出力の比が一定となるように前記信号光源の光波長を制御することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の中赤外レーザ光源であって、前記第１の分波手段が前記励起光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記信号光源の光波長を掃引し、前記第１の分波手段が前記信号光源の出力光の一部を取り出す場合は、前記励起光源の光波長を掃引する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、励起光源と、信号光源と、前記励起光源の出力光と前記信号光源の出力光とを合波する合波手段と、前記合波手段の出力に接続された光導波路を用いた差周波発生手段とを有し、前記差周波発生手段の出力光からレーザ光源を得る中赤外レーザ光源であって、前記励起光源の出力光の一部を取り出す第１の分波手段と、前記信号光源の出力光の一部を取り出す第２の分波手段と、前記第１の分波手段からの出力光を入力する第１のエタロンと、前記第２の分波手段からの出力光を入力する第２のエタロンと、前記第１のエタロンからの出力光の光強度を検出する第１の光検出手段と、前記第２のエタロンからの出力光の光強度を検出する第２の光検出手段と、前記第１の光検出手段により検出された光強度を用いて前記励起光源の光波長をフィードバック制御により安定化する第１の安定化手段と、前記第２の光検出手段により検出された光強度を用いて前記信号光源の光波長をフィードバック制御により安定化する第２の安定化手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の中赤外レーザ光源であって、前記第１のエタロンおよび前記第２のエタロンは、それぞれ正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更する第１のピエゾ素子および第２のピエゾ素子を備え、前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力が入力され、前記第１の光検出手段の出力を、前記第１のピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記励起光源の光波長を制御し、前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力が入力され、前記第２の光検出手段の出力を、前記第２のピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第２の光検出手段の出力の値が極大となるように前記信号光源の光波長を制御することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の中赤外レーザ光源であって、前記第１の分波手段と前記第１のエタロンとの間に挿入された第３の分波手段と、前記第２の分波手段と前記第２のエタロンとの間に挿入された第４の分波手段と、前記第３の分波手段からの出力光を検出する第３の光検出手段と、前記第４の分波手段からの出力光を検出する第４の光検出手段とをさらに備え、前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力と前記第３の光検出手段の出力の比が一定となるように前記励起光源の光波長を制御し、前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力と前記第４の光検出手段の出力の比が一定となるように前記信号光源の光波長を制御することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の中赤外レーザ光源であって、前記第１の分波手段と前記第１のエタロンとの間に挿入された第３の分波手段と、前記第３の分波手段からの出力光を検出する第３の光検出手段とをさらに備え、前記第２のエタロンは、正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更するピエゾ素子を備え、前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力と前記第３の光検出手段の出力の比が一定となるように前記励起光源の光波長を制御し、前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力が入力され、前記第２の光検出手段の出力を、前記ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第２の光検出手段の出力の値が極大となるように前記信号光源の光波長を制御することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の中赤外レーザ光源であって、前記第２の分波手段と前記第２のエタロンとの間に挿入された第４の分波手段と、前記第４の分波手段からの出力光を検出する第４の光検出手段とをさらに備え、前記第１のエタロンは、正弦波の周波数変調信号により駆動され、ミラー間隔を変更するピエゾ素子を備え、前記第１の安定化手段は、前記第１の光検出手段の出力が入力され、前記第１の光検出手段の出力を、前記ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は前記周波数の奇数倍で微分検波して、前記第１の光検出手段の出力の値が極大となるように前記励起光源の光波長を制御し、前記第２の安定化手段は、前記第２の光検出手段の出力と前記第４の光検出手段の出力の比が一定となるように前記信号光源の光波長を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の中赤外レーザ光源であって、前記励起光源と、前記信号光源と、前記分波手段と、前記合波手段と、前記差周波発生手段と、前記エタロンと前記光検出手段とが光ファイバを用いて光学的に接続されていることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の中赤外レーザ光源であって、前記差周波発生手段が周期分局反転構造を有するリッジ型ニオブ酸リチウム導波路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の中赤外光源によれば、光周波数安定化された無変調の中赤外光を得ることができるので、吸収スペクトルの超微細構造を探求するような分光学上の応用に使用可能な光源を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】差周波発生を利用する従来の波長変換光源の構成を示す図である。
【図２】励起光源と信号光源に半導体レーザを用い、導波路型波長変換素子を用いた中赤外光源の構成を示す図である。
【図３】信号光ＬＤの駆動電流を示す鋸歯状波である。
【図４】波長を表示するための手段を備える中赤外光源の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる中赤外光源の構成を示す図である。
【図６】信号光ＬＤの駆動電流の変化に対する光検出器の出力ＰＤ１／ＰＤ２を示す図表である。
【図７】本発明の実施例２にかかる中赤外光源の構成を示す図である。
【図８】図７に記載の中赤外光源において使用される周波数掃引エタロンの構造を示す図である。
【図９】エタロンのミラー間隔の変化に対する励起光ＬＤの光検出器の出力ＰＤ３を示す図表である。
【図１０】図９に記載の中赤外光源において使用される周波数掃引エタロンの構造を示す図である。本発明の実施例３にかかる中赤外光源の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５にかかる中赤外光源の構成を示す図である。
【図１２】波長３３９２ｎｍに存在するメタンの吸収線群（Ｐ７ブランチ）を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず、本発明の各実施例を説明する前に、中赤外光源から出力された波長を、外部の波長計により計測するための手段を備える中赤外光源の構成を説明する。
【００３４】
図４は、波長を外部の波長計により計測するための手段を備える中赤外光源４００の構成を示す図である。図４の中赤外光源４００は、励起光源となる励起光ＬＤ４０１と、励起光ＬＤ４０１を制御する励起光コントローラ４０２と、信号光源となる信号光ＬＤ４０３と、信号光ＬＤ４０３を制御する信号光コントローラ４０４とを備える。また、中赤外光源４００は、励起光ＬＤ４０１から出力された励起光と、信号光ＬＤ４０３から出力された信号光とを合波する合波手段となる合波器４０５と、合波器４０５により合波された光を入力し、差周波発生により中赤外光を出力する差周波発生手段となるＤＦＧモジュール４０６とを備える。さらに、中赤外光源４００は、励起光ＬＤ４０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ４０３から出力された信号光を分波する分波手段となる分波器４１１、４１２と、分波器４１１、４１２から分波された光を外部の波長計に出力するためのコネクタ４１３、４１４とを備える。
【００３５】
本構成においては、信号光ＬＤ４０３として１．５μｍ帯ＤＦＢ−ＬＤ、励起光ＬＤ４０１として１０６４ｎｍＤＦＢ−ＬＤ、また合波器４０５として誘電体多層膜１５５０／１０６４（ダイクロイックミラーあるいは二波長ミラー、波長選択ミラーを用いた）ＷＤＭフィルタ（カップラ）を用いた。さらにそれぞれの光部品から出力されるファイバピグテイルを融着接続することによって、各光部品を光学的に接続した。
【００３６】
なお、各光部品のファイバピグテイルは偏波保持ファイバであることが望ましい。ＤＦＧモジュール４０６内部の波長変換素子（ＰＰＬＮ導波路）は偏波依存性を有するため、光ファイバ中を導波する励起光、信号光の偏波を固定する必要があるからである。
【００３７】
励起光ＬＤ４０１は励起光コントローラ４０２により駆動電流を制御され、励起光を出力する。また、信号光ＬＤ４０３は信号光コントローラ４０４により駆動電流を制御され、信号光を出力する。励起光ＬＤ４０１から出力され、分波器４１１を通過する９９／１００の励起光は、出力光ファイバを通って、融着接続されている合波器４０５に導かれる。同様に信号光ＬＤから出力され、分波器４１２を通過する９９／１００の信号光についても、出力光ファイバを通って、融着接続されている合波器４０５に導かれる。合波器４０５の内部で信号光と励起光は光フィルタによって合波されて出力側の光ファイバピグテイルから出力される。さらに、合波器４０５から出力された励起光と信号光とは、ＤＦＧモジュール４０６に入力され、ＤＦＧモジュール４０６内部に位置する２枚のレンズを介してＰＰＬＮ導波路において光学的に結合され、中赤外光に波長変換される。
【００３８】
励起光ＬＤ４０１からの出力光は、分波器４１１により１／１００の励起光として分波器４１１の内部で光ファイバに入力されて取り出され、モニタポートにおいてコネクタ４１３を介して出力光をモニタするための外部装置の波長計に入力される。同様に、信号光ＬＤ４０３からの出力光は、分波器４１２により１／１００の励起光として取り出され、モニタポートにおいてコネクタ４１４を介して出力光をモニタするための外部装置に接続される。
【００３９】
図２に示されているような従来の中赤外光源においては、周波数安定性に優れた中赤外レーザ光源が得られないという問題のほかに、出力された中赤外光の波長を計測する手段がないという別の問題点があった。これは、中赤外波長領域においては実用上有効な波長計あるいは分光計が製品として存在しない、あるいは存在しても非常に高価であるということが理由に挙げられている。このため、従来の中赤外光において、その中赤外光の波長を同定する作業は、計測されたガス吸収スペクトルの形状をデータベースに照合しデータベース上の吸収線位置から波長を判別することが必要であった。この問題を解決するために、励起光ＬＤ４０１及び信号光ＬＤ４０３と、合波器４０５との中間位置に、１：９９分波器４１１、４１２を配置し、モニタポートにおいてコネクタ接続によって励起光及び信号光の出力を装置外部に取り出すことが可能な構造とした。
【００４０】
本構成においては、励起光ＬＤ４０１の駆動電流２００ｍＡ（光出力６０ｍＷ）、信号光ＬＤ４０３の駆動電流を１５０ｍＡ（光出力２０ｍＷ）として、１２０μＷの波長３μｍの中赤外光出力を得ることができた。
【００４１】
さらに、モニタポートからの光出力を図示しない光波長計にコネクタ接続して、信号光波長、励起光波長を測定したところ、それぞれ１５６０．３ｎｍ、１０６４．２ｎｍであり、出力された中赤外波長が３３４７．０ｎｍであることが分かった。
【００４２】
［実施例１］
図５は、本発明の実施例１にかかる中赤外光源５００の構成を示す図である。図５の中赤外光源５００は、励起光源となる励起光ＬＤ５０１と、励起光ＬＤ５０１を制御して励起光ＬＤの出力光波長を掃引する励起光コントローラ５０２と、信号光源となる信号光ＬＤ５０３と、信号光ＬＤ５０３をフィードバック制御して信号光ＬＤの出力を安定化させる安定化手段となる信号光コントローラ５０４とを備える。また、中赤外光源５００は、励起光ＬＤ５０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ５０３から出力された信号光を合波する合波手段となる合波器５０５と、合波器５０５により合波された光を入力し、差周波発生により中赤外光を出力する差周波発生手段となるＤＦＧモジュール５０６とを備える。さらに、中赤外光源５００は、励起光ＬＤ５０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ５０３から出力された信号光を分波する分波手段となる分波器５１１、５１２と、分波器５１１、５１２から分波された光をそれぞれ外部に出力するためのコネクタ５１３、５１４とを備える。
【００４３】
さらに、中赤外光源５００は、信号光側において、分波器５１２からの光をさらに分波する分波器５１５と、分波器５１２からの光を入力するエタロン５１６と、エタロン５１６からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器５１７と、分波器５１２からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器５１８と、信号光コントローラ５０４に外部変調信号を入力する外部変調信号発生器５２２とを備え、励起光側において、励起光コントローラ５０２に波長掃引信号を入力する波長掃引信号発生器５２１を備える。
【００４４】
図５の中赤外光源５００は、図４に記載の中赤外光源４００の構成において、信号光の分波器５１２の後段にエタロン５１６を配置し、エタロンを透過した光を受光する光検出器５１７、エタロン５１６に入力する光を受光する光検出器５１８を分波器５１５の後段に配置したものである。エタロン５１６を配置することにより、信号光周波数特性の測定を可能とし、コントローラ５０４によりフィードバック制御することにより信号光の周波数安定化を図ることができる。信号光のコネクタ５１４は、光検出器５１８ないしはエタロン５１６からの反射光を利用して、波長計により信号光波長の測定ができるように設置した。
【００４５】
分波器５１５は、分波器５１２からの光を、光検出器５１８及びエタロン５１６にそれぞれ分波する。光検出器５１７はエタロン５１６から出力する光の光強度をモニタし、光検出器５１８はエタロン５１６に入力する光の光強度をモニタする。光検出器５１７及び光検出器５１８は、モニタした光強度を電気信号に変換し、信号光コントローラ５０４に入力して、フィードバック制御を行う。
【００４６】
エタロンは、高精度に並行度が管理された石英などの光学ガラス板の両面に反射コーティングを施したものである。入射する光と反射面から折り返す光の干渉効果によって、エタロンを透過した光の強度が一定の周波数間隔（ｃ／２ｎｄ（ｃは光速、ｎはガラス板の屈折率、ｄは板厚））で周期的に変化するようなデバイスであって、市販されている製品、例えば京セラ（http://www.kyocera.co.jp/news/2012/1203_etyd.html）を使うことができる。
【００４７】
本実施例においては、信号光ＬＤ５０３として発信波長１５５０ｎｍのＤＦＢ−ＬＤを用い、駆動電流１５０ｍＡ（光出力２０ｍＷ）の条件で動作させた。コネクタ５１４から出力された信号光の光波長を波長計で測定したところ、１５５０．２９〜１５５０．３０ｎｍの±５ｐｍの範囲で時間的に揺らいでいることを確認した。出力された信号光は分波器５１２によって分波された後、光検出器５１８によってエタロン５１６への入射強度が測定される。一方、エタロン５１６の透過光は光検出器５１７によって受光されるが、先に述べた干渉の効果を受けるので、信号光ＬＤ５０３の駆動（ＡＣＣ）電流を変化させると、信号光の周波数が変化し、光検出器５１７の受光強度が周期的に変動する特徴を有する。
【００４８】
図６は、信号光ＬＤ５０３の駆動電流の変化に対する光検出器５１７のモニタ電流値（電圧値）ＰＤ１の変化（図６（ａ））、及び光検出器５１８のモニタ電流値（電圧値）ＰＤ２の変化（図６（ｂ））、信号光ＬＤ５０３からの出力光の光周波数の変化（図６（ｃ）、（ｅ））、ＰＤ１／ＰＤ２の変化（図６（ｄ））を示す図である。
【００４９】
信号光ＬＤ５０３の駆動電流を変化させると、図６（ａ）に見られるようにＰＤ１は変化するが、ＰＤ１とＰＤ２の比をとると、ＬＤのパワー増大に起因するＰＤ１、ＰＤ２の出力増大が相殺されるため、エタロン５１６の周波数間隔で光強度が周期的に変化する図６（ｄ）のような出力特性が得ることができる。
【００５０】
ここで、波長が安定化するように制御するために、図６（ｄ）において、ＰＤ１／ＰＤ２の変化の傾きが最大となる点を動作点として設定する。次に、信号光コントローラ５０４に光検出器５１７および５１８からの電気信号を入力して、ＰＤ１／ＰＤ２が設定した動作点の値で安定するように、信号光コントローラ５０４により信号光の駆動電流を増減させるフィードバック制御を実行する。コネクタ５１４から出力される信号光の光波長を波長計で測定したところ、このフィードバック制御により、１５５０．２９５〜１５５０．２９６ｎｍの±０．５ｐｍ（光周波数では±６５ＭＨｚ）の精度で波長が安定化することを確認した。図６では２周期程度の変化を示したが、実際の駆動には、エタロンの透過特性の高々１／２周期程度の変化しか与えず、上記一定値を制御することが容易にできる。
【００５１】
一方、本実施例において、励起光ＬＤ５０１については中赤外光源４００における励起光ＬＤ４０１と同様の１０６４ｎｍＤＦＢ−ＬＤを用いた。分波器５１１からモニタされる励起光波長を測定したところ、１０６４．０１ｎｍであった。式１を用いた計算によって、ＤＦＧモジュール５０６から出力される中赤外光波長は３３２９．１ｎｍであることが明らかとなった。この中赤外出力光は、分光測定などの使用用途によって、信号光を図６において示したように波長をロックした場合に、励起光の周波数を掃引ないし変調することによって、自由に周波数（波長）を変えることができるのは言うまでもない。
【００５２】
［実施例２］
図７は、本発明の実施例２にかかる中赤外光源７００の構成を示す図である。図７の中赤外光源７００は、励起光源となる励起光ＬＤ７０１と、励起光ＬＤ７０１をフィードバック制御して励起光ＬＤの出力を安定化させる安定化手段となる励起光コントローラ７０２と、信号光源となる信号光ＬＤ７０３と、信号光ＬＤ７０３を制御して信号光ＬＤの出力光波長を掃引する信号光コントローラ７０４とを備える。また、中赤外光源７００は、励起光ＬＤ７０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ７０３から出力された信号光を合波する合波手段となる合波器７０５と、合波器７０５により合波された光を入力し、差周波発生により中赤外光を出力する差周波発生手段となるＤＦＧモジュール７０６と、励起光ＬＤ７０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ７０３から出力された信号光を分波する分波手段となる分波器７１１、７１２と、分波器７１１、７１２から分波された光をそれぞれ外部に出力するためのコネクタ７１３、７１４とを備える。
【００５３】
さらに、中赤外光源７００は、励起光側において、分波器７１１からの光をさらに分波する分波器７１５と、分波器７１１からの光を入力するエタロン７１６と、エタロン７１６からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器７１７と、励起光コントローラ７０２及びエタロン７１６に外部変調信号を入力する外部変調信号発生器７２１とを備え、信号光側において、信号光コントローラ７０４に波長掃引信号を入力する波長掃引信号発生器７２２を備える。本実施例においては、励起光ＬＤ７０１からの出力を分波器７１１に入力し、分波された光出力を、ピエゾ素子が実装されたエタロン（周波数掃引エタロン）７１６に入力するように構成されている。
【００５４】
図８は、図７に記載の中赤外光源７００において使用される周波数掃引エタロン７１６の２つの例となる構造を示す図である。図８（ａ）の周波数掃引エタロン８１０は、光軸方向にそれぞれ垂直に配置されたミラー８１２及び光学ガラス８１３と、ミラー８１２に装着されたピエゾ素子８１１とを備える。
【００５５】
周波数掃引エタロン８１０は、ピエゾ素子８１１に印加される電圧により、ピエゾ素子が装着されたミラー８１２を光軸方向に振動させる。ミラー８２１の振動により光学ガラス８１３とミラー８１２との間の距離（光学ガラスの右側とミラーの左側の間の反射距離）を変化させて、エタロンにおける周波数の透過特性を変化させている。ここで、ピエゾ素子８１１は円筒形の構成であり、円筒の空洞の空間を光が透過する。
【００５６】
図８（ｂ）の周波数掃引エタロン８２０は、光軸に対して斜めに配置された光学ガラス８２３と、光学ガラス８２３の両面に取り付けられた誘電体多層膜などのミラー面８２２と、光学ガラス８２３のミラー面８２２端部に取り付けられたピエゾ素子８２１と、光学ガラス８２３の反対側のミラー面８２２端部（ピエゾ素子取り付け位置と対角上）に設けられた回転中心とを備える。
【００５７】
周波数掃引エタロン８２０は、ピエゾ素子８２１に電圧を印加して光学ガラスを振動させる。光学ガラス８２３は振動により回転中心を軸として回転するためミラー面８２２の光軸に対する角度を変更しながら、光学ガラス８２３内を通過する光の実行距離を変化させて、周波数の透過特性を変化させている。
【００５８】
周波数掃引エタロン７１６においては、ピエゾ素子に、外部変調信号発生器７２１からの外部変調信号により変調電圧を印加することによって、エタロンのキャビティ長を変化させることができる。エタロンにおいて前記したようにその共振周波数（ｃ／２ｎｄ（ｃは光速、ｎはガラス板の屈折率、ｄは板厚））に一致する光は共振器内部に取り込まれるが、一致しない光は反射されるので、外部変調信号を印加することにより、光検出器７１７のモニタ電流値ＰＤ３がエタロン７１６の共振周波数間隔で周期的に変化する、図９のような出力特性が得ることができる。
【００５９】
ここで、光検出器７１７の受光信号をロックインアンプに入力し、ピエゾ素子に印加した正弦波の周波数又は３倍の周波数で検波することにより微分検波を行い、図９に示すようにエタロン７１６の透過光の極大値を求め、フィードバック制御により、その極大値を示す波長の周波数において光検出器７１７のモニタ電流値ＰＤ３を安定化するように制御する。すなわち、エタロン透過光の極大値を示す波長を中心周波数として、その中心周波数の周囲で周波数の正負のズレを符合が異なる電流として励起光ＬＤ７０１の駆動電流にフィードバック制御すると、励起光の発振周波数を、エタロン７１６の透過スペクトル極大周波数を中心とする周波数に安定化することが可能となる。このとき、励起光ＬＤ７０１の出力光は連続波（ＣＷ）のままであり、変調信号はのっていない。  周波数掃引エタロン７１６に対して、外部変調信号７２１により外部から周波数５０Ｈｚ変調信号を印加し、前記したようなフィードバック制御をかけることによって励起光ＬＤ７０１の出力光の光波長安定化を行ったところ、波長１０６４．０００〜１０６４．００１ｎｍと測定され、±０．５ｐｍの波長精度で安定化できることがわかった。一方、信号光ＬＤ７０３から出力される信号光を分波器７１２からコネクタ７１４を介してモニタ光を波長計で測定したところ、１５５０．３０ｎｍであった。式１を用いた計算によって、ＤＦＧモジュール７０６から出力される中赤外光波長は３３９１．９７ｎｍであることがわかった。
【００６０】
［実施例３］
図１０は、本発明の実施例４にかかる中赤外光源１０００の構成を示す図である。図１０の中赤外光源１０００は、励起光源となる励起光ＬＤ１００１と、励起光ＬＤ１００１をフィードバック制御して励起光ＬＤの出力を安定化させる安定化手段となる励起光コントローラ１００２と、信号光源となる信号光ＬＤ１００３と、信号光ＬＤ１００３をフィードバック制御して信号光ＬＤの出力を安定化させる安定化手段となる信号光コントローラ１００４とを備える。また、中赤外光源１０００は、励起光ＬＤ１００１から出力された励起光及び信号光ＬＤ１００３から出力された信号光を合波する合波手段となる合波器１００５と、合波器１００５により合波された光を入力し、差周波発生により中赤外光を出力する差周波発生手段となるＤＦＧモジュール１００６と、励起光ＬＤ１００１から出力された励起光及び信号光ＬＤ１００３から出力された信号光を分波する分波手段となる分波器１０１１、１０１２と、分波器１０１１、１０１２から分波された光をそれぞれ外部に出力するためのコネクタ１０１３、１０１４とを備える。
【００６１】
さらに、中赤外光源１０００は、励起光側において、分波器１０１１からの光をさらに分波する分波器１０１５と、分波器１０１１からの光を入力するエタロン１０１７と、エタロン１０１７からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器１０１９と、励起光コントローラ１００２及びエタロン１０１７に外部変調信号を入力する外部変調信号発生器１０２３とを備える。一方で、中赤外線光源１０００は、信号光側において、分波器１０１２からの光をさらに分波する分波器１０１６と、分波器１０１２からの光を入力するエタロン１０１８と、エタロン１０１８からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器１０２０と、分波器１０１６からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器１０２２と、信号光コントローラ１００４に外部変調信号を入力する外部変調信号発生器１０２４とを備える。
【００６２】
本実施例においては、信号光ＬＤ１００３については実施例１で実施した、分波器１０１２の後段にエタロン１０１８を実装する構成とし、ＰＤ１／ＰＤ２の値を一定値とするようなフィードバック制御を行って波長安定化する一方、励起光ＬＤ１００１については実施例２で実施した、分波器１０１１の後段に周波数掃引エタロン１０１７を実装する構成として、正弦波の外部変調信号ｆに対する光検出器１０１９の出力ＰＤ３を微分検波することによって波長安定化する構成とした。本構成とすることによって、信号光波長、励起光波長ともに高精度に安定化することが可能となる。モニタポートからの出力を図示していない波長計に入力することにより、それぞれの発振波長が、１５５０．３０１ｎｍ、１０６４．００１ｎｍであり、時間的に安定していることを確認した。式１によって計算される中赤外光波長としては、３３９１．９８４ｎｍを得ることができた。引き続き、波長の時間安定性を調べたところ、２時間の測定において１ｐｍのズレもあらわれず、本構成による中赤外光源の波長安定性が優れていることが明らかになった。
【００６３】
また、本実施例においては、信号光側のエタロン１０１８の温度を変化させることによって中赤外光の波長掃引を行った。すなわち、エタロン１０１８に用いられる石英ガラスの屈折率はおよそ、１０ｐｍ／℃の温度依存を有するため、エタロン１０１８の温度を±２５℃変化させることによって０．４ｎｍ（およそ５０ＧＨｚ）の波長掃引を実行することが可能となる。
【００６４】
［実施例４］
本発明において、上述した実施例の他に、下記のように変形した実施例とすることもできる。
【００６５】
第１に、実施例１（図５）において、信号光ＬＤ５０３ではなく、励起光ＬＤ５０１においてフィードバック制御を行う構成とすることもできる。すなわち、励起光側の分波器５１１の後段に、分波器５１５と、エタロン５１６と、光検出器５１７及び５１８とを設け、エタロンの入出力光の比（ＰＤ１／ＰＤ２）を一定値とするようなフィードバック制御を行って波長安定化するように構成することもできる。
【００６６】
第２に、実施例２（図７）において、励起光ＬＤ７０１ではなく、信号光ＬＤ７０３においてフィードバック制御を行う構成とすることもできる。すなわち、信号光側の分波器７１２の後段に、分波器７１５と、エタロン７１６（波長掃引エタロン）と、光検出器７１７とを設け、正弦波の外部変調信号ｆに対する光検出器７１７の出力ＰＤ３を微分検波することによって波長安定化するように構成することもできる。
【００６７】
第３に、実施例３（図１０）において、励起光ＬＤを、信号光ＬＤと同一の方法によりフィードバック制御する構成とすることもできる。つまり、実施例１に示すフィードバック制御を信号光側及び励起光側のそれぞれにおいて行う構成とすることもできる。
【００６８】
第４に、実施例３（図１０）において、信号光ＬＤを、励起光ＬＤと同一の方法によりフィードバック制御する構成とすることもできる。つまり、実施例２に示すフィードバック制御を信号光側及び励起光側のそれぞれにおいて行う構成とすることもできる。
【００６９】
第５に、実施例３（図１０）において、信号光ＬＤのフィードバック制御を実施例２に示す方法で行い、励起光ＬＤのフィードバック制御を実施例１に示す方法で行うように構成することもできる。
【００７０】
［実施例５］
図１１は、本発明の実施例５にかかる中赤外光源１１００の構成を示す図である。図１１の中赤外光源１１００は、励起光源となる励起光ＬＤ１１０１と、励起光ＬＤ１１０１をフィードバック制御して励起光ＬＤの出力を安定化させる安定化手段となる励起光コントローラ１１０２と、信号光源となる信号光ＬＤ１１０３と、信号光ＬＤ１１０３をフィードバック制御して信号光ＬＤの出力を安定化させる安定化手段となる信号光コントローラ１１０４とを備える。また、中赤外光源１１００は、励起光ＬＤ１１０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ１１０３から出力された信号光を合波する合波手段となる合波器１１０５と、合波器１１０５により合波された光を入力し、差周波発生により中赤外光を出力する差周波発生手段となるＤＦＧモジュール１１０６と、励起光ＬＤ１１０１から出力された励起光及び信号光ＬＤ１１０３から出力された信号光を分波する分波手段となる分波器１１１１、１１１２と、分波器１１１１、１１１２から分波された光をそれぞれ外部に出力するためのコネクタ１１１３、１１１４とを備える。
【００７１】
さらに、中赤外光源１１００は、信号光側において、分波器１１１２からの光をさらに分波する分波器１１１５と、分波器１１１５からの光を入力するエタロン１１１６と、エタロン１１１６からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器１１１７と、分波器１１１２からの光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器１１１８と、信号光コントローラ１１０４に外部変調信号を入力する外部変調信号発生器１１２６とを備える。一方で、中赤外光源１１００は、励起光側において、分波器１１１１からの励起光を分波する分波器１１２１と、分波器１１２１を介した励起光を変調する外部変調器１１２２と、外部変調器１１２２からの励起光を透過する周波数基準１１２３と、周波数基準１１２３からの励起光の光強度を検出する光検出手段となる光検出器１１２４と、励起光コントローラ１１０２及び外部変調器１１２２に外部変調信号を入力する外部変調信号発生器１１２５とを備えている。
【００７２】
本実施例においては、信号光ＬＤ１１０３については実施例１で実施したような、分波器１１１２の後段にエタロン１１１６を実装する構成とし、ＰＤ１／ＰＤ２の値を一定にするようなフィードバック制御を行って波長安定化する。一方、励起光ＬＤ１１０１については、分波器１１１１からの出力をコネクタ１１１３を介してモニタポートから外部に取り出し、外部変調器１１２２（例えばＬＮ変調器）を介して位相変調した励起光出力を、同じく外部に用意した周波数基準１１２３（本実施例においてはヨウ素ガスセル）に透過して検出器１１２４で受光する構成とする。ここで、外部変調器１１２２に印加する変調周波数ｆを参照信号として、光検出器１１２４の受光信号をロックインアンプに入力し、微分検波した信号を励起光ＬＤ１２０１の駆動電流にフィードバック制御することによって波長安定化を実行する構成とする。
【００７３】
本構成とすることによって実施例４と同様の、波長安定性に優れた中赤外光源を実現することができた。
【００７４】
また、本実施例の変形として、信号光ＬＤについては実施例２で実施したような、分波器の後段に周波数掃引エタロンを実装する構成として、正弦波の外部変調信号に対する光検出器の出力を微分検波することによって波長安定化する構成とすることもできる。
【００７５】
さらに、本実施例は、信号光ＬＤのフィードバック制御を、外部変調器１２２２及び周波数基準１２２３により行い、励起光については、実施例１又は２に示した方法によりフィードバック制御を行う構成に変形することもできる。
【００７６】
［実施例６］
本実施例においては、実施例１の中赤外光源の構成（図５）を用い、励起光ＬＤ５０１を駆動する励起光コントローラ５０２に対して、外部変調信号発生器５２１から図３に示したような鋸歯状波の信号を入力して波長掃引を行った。すなわち、周期１００Ｈｚの０．２―０．８Ｖ鋸波状外部信号を印加して、励起光ＬＤの駆動電流を６０〜２４０ｍＡ掃引することによって、１０６４ｎｍ励起光波長の波長掃引を実行した。なお、本実施例で使用した励起光コントローラ５０２においては、外部信号０〜１Ｖ入力に対して、ＬＤ駆動電流が０〜３００ｍＡまでアナログ掃引できるように調整されている。
【００７７】
図２に示したような構成を用いて、メタン（ＣＨ４）ガスが９Ｔｏｒｒ充填されてあるガスセル（２０５）を透過した中赤外光を、光検出器（２０８）を用いて測定したところ、波長３３９２ｎｍに存在するメタンの吸収線群（Ｐ７ブランチ）（図８に示す）をリアルタイム観察することができた。ここで、中赤外光をモニタする検出器としてはＰｂＳｅ、ＨｇＣｄＴｅなどの３μｍ帯に感度のあるフォトディテクタを使用することができた。
【００７８】
また、実施例３の中赤外光源の構成（図１０）を用いて、図２の構成のように、光源からの出力光をメタンガスセルに透過して検出器で受光し、温度変化（波長掃引）に対する検出器出力をモニタしたところ、２９４８．１ｃｍ−１に存在するメタンガスＰ（７）遷移のＦ２ラインを詳細に観測することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明したように、本発明によれば波長安定性に優れた中赤外光源を用意できるので、ガスの濃度測定の精度が向上する効果がある。さらに、光源から出力される中赤外光源波長を即時モニタすることが可能となる構成にできるので、ガス吸収線の同定作業が簡易となる。
【符号の説明】
【００８０】
１００、２００、４００、５００、７００、１０００、１１００  中赤外光源
１０１  励起光源
１０２  信号光源
１０３、２０５、４０５、５０５、７０５、１００５、１１０５  合波器
１０４  非線形結晶
２０１、４０１、５０１、７０１、１００１、１１０１  励起光ＬＤ
２０３、４０３、５０３、７０３、１００３、１１０３  信号光ＬＤ
２０２、４０２、５０２、７０２、１００２、１１０２  励起光コントローラ
２０４、４０４、５０４、７０４、１００４、１１０４  信号光コントローラ
２０６、４０６、５０６、７０６、１００６、１１０６  ＤＦＧモジュール  
２０７  ガスセル
２０８、５１７、５１８、７１７、７１８、１０１９〜１０２２、１１１７、１１１８、１１２４  光検出器
２０９  オシロスコープ
４１１、４１２、５１１、５１２、５１５、７１１、７１２、７１５、１０１１、１０１２、１０１５、１０１６、１１１１、１１１２、１１１５、１１２１  分波器
４１３、４１４、５１３、５１４、７１３、７１４、１０１３、１０１４、１１１３、１１１４  コネクタ
５１６、７１６、１０１７、１０１８、１１１６  エタロン
５２１、７２２  波長掃引信号発生器
５２２、７２１、１０２３、１０２４、１１２５  外部変調信号発生器
８１０、８２０  周波数掃引エタロン
８１１、８２１  ピエゾ素子  
８１２  ミラー
８２２  ミラー面
８２４  回転中心
光学ガラス  ８１３、８２３
外部変調器  １１２２
周波数基準  １１２３
【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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【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１２】
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