(57)【要約】  分光光学系を有する測定装置の測定帯域を広げ、当該測定装置の制御系を簡単にし、かつ、当該測定装置を安価にする。被測定試料の透過特性または反射特性を測定する測定装置であって、一定の周波数間隔を有する複数のモード光を含むコム光を出力する周波数コム光源と、コム光が入力され、コム光における複数のモード光を一つずつ周波数分解する分光光学系と、分光光学系から取り出された複数のモード光のうち少なくとも１つのモード光の強度を検出する光検出器とを備え、光検出器が強度を検出する１つのモード光は、コム光源の出力から、光検出器の入力までの間に配置された被測定試料を透過または反射し、コム光のモード間隔周波数は、分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置を提供する。
2015045266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定試料の透過特性または反射特性を測定する測定装置であって、
一定の周波数間隔を有する複数のモード光を含むコム光を出力する周波数コム光源と、
前記コム光が入力され、前記コム光における前記複数のモード光を一つずつ周波数分解する分光光学系と、
前記分光光学系から取り出された前記複数のモード光のうち少なくとも１つのモード光の強度を検出する光検出器と
を備え、
前記光検出器が強度を検出する前記１つのモード光は、前記コム光源の出力から、前記光検出器の入力までの間に配置された前記被測定試料を透過または反射し、
前記コム光のモード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置。
【請求項２】
前記モード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能の２倍以上である
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記分光光学系は、前記複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す出射スリットを有し、
前記光検出器は、前記出射スリットから出射された前記１つのモード光の強度を検出する単一の光電変換素子を有する、
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記光検出器は、前記分光光学系によって周波数分解された前記複数のモード光を並列的に検出するイメージセンサを有する、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記コム光源は、
前記モード間隔周波数と同一の繰り返し周波数の光パルスを出力するパルス光源と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスのスペクトルを周波数シフトさせる周波数シフタと、
前記光パルスの有する周波数帯域を拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と
を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記周波数シフタにおけるシフト量に応じて、前記分光光学系が取り出す光周波数の範囲をシフトさせる制御機能を有する制御部を更に備える
請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記パルス光源は、
単一周波数の連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と
を有する請求項５または６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数よりも小さい周波数で位相変調して、それぞれのモード光に１次の両側サイドバンド光を生じさせて、前記光変調器に入力する位相変調器と、
前記位相変調器に信号を入力する信号発生器と、
前記光検出器の出力と前記信号発生器の信号が位相調整された信号とを受信するロックイン検波器と
を更に有し、
前記分光光学系は、指定される１つのモード光と当該モード光の前記１次の両側サイドバンド光とを同時に取り出して前記光検出器に入射し、
前記光検出器から出力される電気信号は前記ロックイン検波器に送られ、変調信号を用いて位相敏感検波され、直交した２つの信号が取り出される
請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記光変調器は、前記連続光が分岐して入力される第１の光変調器および第２の光変調器を含み、
前記第１の光変調器は、前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光の前記種コム光を生成し、前記第２の光変調器は、前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光の前記種コム光を生成し、
ｆ１とｆ２との差は、ｆ１およびｆ２のいずれよりも小さく、
前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光および前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光の一方または両方が、前記被測定試料を透過または反射しており、
前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光と前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光とは合波され、前記分光光学系に入射される
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記光パルス合成部は、前記第１の光変調器および前記第２の光変調器に対応する第１の光パルス合成部および第２の光パルス合成部を含み、
前記帯域拡大部は、前記第１の光パルス合成部および前記第２の光パルス合成部に対応する第１の帯域拡大部および第２の帯域拡大部を含む
請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】
被測定試料の透過特性または反射特性をヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光源から出力されて異なるモード間隔周波数のコム光となった２種類のコム光が、合波されて入力されるデュアルコム受光器と
を備え、
前記コム光源は、
前記コム光において隣接する複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数と同一の間隔を有し、且つ、前記コム光よりも少ない数のモード光を含む光パルスを出力するパルス光源と、
前記モード光が存在する周波数帯域を前記光パルスより拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスの周波数を、前記モード間隔周波数よりも狭い範囲でシフトさせることで、前記コム光の各モード光の周波数を一括してシフトさせる周波数シフタと
を有し、
前記パルス光源は、
連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する、第１の光変調器および第２の光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と、
を含み、
前記連続光は２つに分岐され、前記第１の光変調器および前記第２の光変調器にそれぞれ入射されて、
前記第１の光変調器は、前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光の前記種コム光を生成し、前記第２の光変調器は、前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光の前記種コム光を生成し、
ｆ１とｆ２との差は、ｆ１およびｆ２のいずれよりも小さく、
前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光および前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光の一方または両方が、前記被測定試料を透過または反射しており、
前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光と前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光とは合波され、前記デュアルコム受光器に入射される測定装置。
【請求項１２】
前記光パルス合成部は、前記第１の光変調器および前記第２の光変調器に対応する第１の光パルスシンセサイザおよび第２の光パルスシンセサイザを含み、
前記帯域拡大部は、前記第１の光パルスシンセサイザおよび前記第２の光パルスシンセサイザに対応する第１の帯域拡大部および第２の帯域拡大部を含む
請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記光パルス合成部と前記帯域拡大部との間に、光周波数シフタをさらに備える
請求項８から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記光パルス合成部は、前記第１の光変調器および前記第２の光変調器に対応する第１の分散付与器および第２の分散付与器を含み、
前記帯域拡大部は、前記第１の分散付与器および前記第２の分散付与器に対応する第１の帯域拡大部および第２の帯域拡大部を含み、
前記デュアルコム受光器は、
異なるモード間隔周波数のコム光が合波されて入力される光電変換素子と、
前記光電変換素子からの出力が入力されるディジタイザと
を有し、
前記測定装置は、
前記第１の分散付与器と前記第１の帯域拡大部との間に設けられた一の周波数シフタと、
前記連続発振レーザからの出力を前記第１の光変調器および前記第２の光変調器に分岐する分岐カプラと前記連続発振レーザとの間に設けられた他の周波数シフタと
をさらに備える、
請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１５】
被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光が入力され、前記コム光における前記複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す分光光学系と、
前記分光光学系から取り出された前記１つのモード光と前記被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と
を備え、
前記コム光において隣接する前記複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置。
【請求項１６】
被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光と前記被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力が入力される電気スペクトラムアナライザと
を備える測定装置。
【請求項１７】
前記コム光源と前記分光光学系との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第１の波長変換部と、
前記第１の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定試料を透過または反射した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第２の波長変換部と
をさらに備える
請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１８】
前記コム光源と前記デュアルコム受光器との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第１の波長変換部と、
前記第１の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定試料を透過または反射した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第２の波長変換部と
をさらに備える
請求項１１または１２に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２５は、周波数コム光源を備える従来の測定装置１４００である。測定装置１４００を用いて、被測定試料１４２０の光周波数応答特性を測定することができる。測定装置１４００は、モード光の間隔が１０ＧＨｚオーダーである周波数コム光源１４０２と、複数の低密度周波数のコム光を発生させるインターリーバ１４０８と、インターリーバ１４０８から出射される低密度周波数のコム光を選択する光スイッチ１４１０と、光スイッチ１４１０からの出射光を増幅するＥＤＦＡ（光増幅器）１４１２と、光増幅器１４１２からの出射光のうち１つのモード光を取り出す可変光フィルタ１４１４を備える。【０００３】
測定装置１４００においては、可変光フィルタ１４１４を透過した１つのモード光（周波数ｆｍ）が、周波数シフタ１４１６により、光周波数軸上をＭＨｚオーダーの周波数ｆだけ掃引される。当該掃引された１つのモード光は、被測定試料１４２０を透過し、高速光検出器１４２２に入射する。高速光検出器１４２２には、掃引された１つのモード光に加えて、可変波長レーザ１４３０の出射光も入射する。高速光検出器１４２２の出力は、電気アンプ１４２４およびローパスフィルタ１４２６を経て、光パワーメータ１４２８に出力される。これにより、掃引された１つのモード光が可変波長レーザ１４３０の出射光により光ヘテロダイン検波される。【０００４】
測定装置１４００では、周波数コム光源１４０２から出力されるコム光のうち１つのモード光を取り出し、周波数シフタ１４１６によりＭＨｚオーダーで周波数掃引して変化させる。それゆえ、被測定試料１４２０への入射光を、ＭＨｚオーダーで制御することができる。また、インターリーバ１４０８を一段または二段用いてモード間隔を広げているので、可変光フィルタ１４１４の分解能よりも小さなモード間隔のコム光源に対しても、１つのモード光を選択できる。さらに、光ヘテロダイン検波により、被測定試料１４２０を透過した光の強度および周波数を測定することができる。したがって、測定装置１４００は、被測定試料１４２０の光周波数に対する応答特性について、ＭＨｚオーダーでの分解能を有する（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１１−０１７６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、測定装置１４００においては、コム光のモード間隔を広げて１つのモード光だけを取り出すために、インターリーバ１４０８、光スイッチ１４１０および可変光フィルタ１４１４を用いている。また、可変光フィルタ１４１４の分解能よりもモード間隔を大きくするために、インターリーバ１４０８を一段または二段にして用いている。光増幅器（ＥＤＦＡ）１４１２はこれらの部品の損失を補うために必要である。これらの部品の使用可能な波長帯は通信波長帯である１５２０〜１５７０ｎｍなので、測定帯域がこの波長帯に限定されるという問題がある。また、インターリーバ１４０８で分配した低密度周波数コム光の中から１つの低密度周波数コム光を光スイッチ１４１０で順次選択しなければならない。そのため、測定に時間がかかるという問題がある。さらに、測定装置１４００においては、光ヘテロダイン検波のための波長可変レーザが必要であるので、測定装置の制御系が複雑であり、かつ、測定装置が高価となる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、被測定試料の透過特性または反射特性を測定する測定装置であって、一定の周波数間隔を有する複数のモード光を含むコム光を出力する周波数コム光源と、コム光が入力され、コム光における複数のモード光を一つずつ周波数分解する分光光学系と、分光光学系から取り出された複数のモード光のうち少なくとも１つのモード光の強度を検出する光検出器とを備え、光検出器が強度を検出する１つのモード光は、コム光源の出力から、光検出器の入力までの間に配置された被測定試料を透過または反射し、コム光のモード間隔周波数は、分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置を提供する。【０００７】
本発明の第２の態様においては、被測定試料の透過特性または反射特性をヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、前記コム光源から出力されて異なるモード間隔周波数のコム光となった２種類のコム光が、合波されて入力されるデュアルコム受光器とを備え、コム光源は、コム光において隣接する複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数と同一の間隔を有し、且つ、コム光よりも少ない数のモード光を含む光パルスを出力するパルス光源と、モード光が存在する周波数帯域を光パルスより拡大したコム光を、光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と、パルス光源が出力する光パルスの周波数を、モード間隔周波数よりも狭い範囲でシフトさせることで、コム光の各モード光の周波数を一括してシフトさせる周波数シフタとを有し、パルス光源は、連続光を出力する連続発振レーザと、連続光の周波数を、モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する、第１の光変調器および第２の光変調器と、種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と、を含み、連続光は２つに分岐され、第１の光変調器および第２の光変調器にそれぞれ入射されて、第１の光変調器は、モード間隔周波数がｆ１のコム光の種コム光を生成し、第２の光変調器は、モード間隔周波数がｆ２のコム光の種コム光を生成し、ｆ１とｆ２との差は、ｆ１およびｆ２のいずれよりも小さく、モード間隔周波数がｆ１のコム光およびモード間隔周波数がｆ２のコム光の一方または両方が、被測定試料を透過または反射しており、モード間隔周波数がｆ１のコム光とモード間隔周波数がｆ２のコム光とは合波され、デュアルコム受光器に入射される測定装置を提供する。【０００８】
本発明の第３の態様においては、被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、コム光が入力され、コム光における複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す分光光学系と、分光光学系から取り出された１つのモード光と被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器とを備え、コム光において隣接する複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数は、分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置を提供する。【０００９】
本発明の第４の態様においては、被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、コム光と被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と、光検出器の出力が入力される電気スペクトラムアナライザとを備える測定装置を提供する。【００１０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態における測定装置１００を示す図である。
【図２】図１における出射スリット５８の面上に分光されて結像したコムのモード光を示す図である。
【図３】第１の実施形態の変形例である測定装置１０５を示す図である。
【図４】第２の実施形態における測定装置２００を示す図である。
【図５】ＳＳＢ変調器１４が１本のレーザ光の周波数をシフトすることを示す図である。
【図６】ＳＳＢ変調器１４により周波数シフトされるコム光を示す図である。
【図７】光パルスシンセサイザ２４を用いた短パルス光源１２を有する周波数コム光源１０を示す図である。
【図８】分散付与器２１を用いた短パルス光源１２を有する周波数コム光源１０を示す図である。
【図９】第３の実施形態における測定装置３００を示す図である。
【図１０】第４の実施形態における測定装置４００を示す図である。
【図１１】第５の実施形態における測定装置５００を示す図である。
【図１２】２つの経路を用いたデュアルコム分光の場合におけるスペクトルの変化を示す図である。
【図１３】第５の実施形態の変形例である測定装置５５０を示す図である。
【図１４】ＳＳＢ変調器３４−２がコム光を光周波数軸上でシフトさせる様子を示す図である。
【図１５】第６の実施形態における測定装置６００を示す図である。
【図１６】第７の実施形態における測定装置７００を示す図である。
【図１７】１つの経路を用いたデュアルコム分光の場合におけるスペクトルの変化を示す図である。
【図１８】第８の実施形態における測定装置８００を示す図である。
【図１９】第８の実施形態における光周波数計測の原理を示す図である。
【図２０】第９の実施形態における測定装置９００を示す図である。
【図２１】第１０の実施形態における測定装置１０００を示す図である。
【図２２】第１１の実施形態における測定装置１１００と測定装置１１０６を示す図である。
【図２３】白色ランプ１２０４および分光光学系１２２０を備える測定装置である。
【図２４】波長可変レーザ光源を備える測定装置である。
【図２５】周波数コム光源を備える従来の測定装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、第１の実施形態における測定装置１００を示す図である。測定装置１００は、被測定試料４０の透過特性または反射特性を測定する。測定装置１００は、周波数コム光源１０、分光光学系５０、光検出器としての単一の光電変換素子６０、ＡＤコンバータ７０、駆動回路８０および制御部としてのプロセッサ９０を備える。
【００１４】
周波数コム光源１０から出射された光は、コリメートレンズ３５を経由して、被測定試料４０に入力される。被測定試料４０から出力された光は、コリメートレンズ４５を経由して、分光光学系５０に入力される。分光光学系５０から出力された光は、単一の光電変換素子６０に入力される。単一の光電変換素子６０は例えばフォトダイオードである。単一の光電変換素子６０を用いる場合、単一の光電変換素子６０の出力は、ＡＤコンバータ７０を経由してプロセッサ９０に入力される。プロセッサ９０は、ＡＤコンバータ７０から出力される信号を取り込むとともに、駆動回路に制御信号を送る。駆動回路８０は、当該制御信号に基づいて分光光学系５０における回折格子５５の回転角度を制御する。
【００１５】
周波数コム光源１０は、スーパーコンティニューム光と呼ばれるコム光を出力する。周波数コム光源１０は、パルス光源としての短パルス光源１２と、短パルス光源１２の光パルスの光強度を増幅するＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（光ファイバ型増幅器））１６と、ＥＤＦＡ１６が出力する光パルスの光周波数帯域を拡大する帯域拡大部としてのＨＮＬＦ（Ｈｉｇｈｌｙ−Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ）１８とを有する。
【００１６】
短パルス光源１２は、光パルスを発生させる。また、周波数コム光源１０は、短パルス光源１２が出力する光パルスの繰り返し周波数に等しいモード間隔周波数のコム光を発生する。なお、本明細書においてモード間隔周波数とは、コム光において隣接する複数のモード光の周波数間隔を指す。本例では、短パルス光源１２が出力する光パルスの繰り返し周波数を１２．５ＧＨｚとすれば、複数のモード光の周波数間隔は１２．５ＧＨｚである。また、当該光パルスは、波長帯域において、中心波長が１．５５μｍで、かつ、広がりが１０ｎｍ程度である光パルスである。短パルス光源１２から出力された光パルスは、ＥＤＦＡ１６に入力される。
【００１７】
ＥＤＦＡ１６は、短パルス光源１２から出力された光パルスの光強度を増幅する。ＥＤＦＡ１６から出射された光パルスは、ＨＮＬＦ１８に入力される。
【００１８】
ＨＮＬＦ１８は、光パルスの繰り返し周波数に等しいモード間隔周波数のスーパーコンティニューム光と呼ばれるコム光を発生する。モード光が存在する周波数帯域を光パルスより拡大したコム光を、光パルスに基づいて生成する。例えば、ＨＮＬＦ１８は、波長帯域で１０ｎｍ程度の広がりを有する光パルスを、数百ｎｍ程度に拡大する。これにより、ＨＮＬＦ１８は、入力された光パルスよりも広い波長帯域（周波数帯域）において、周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力する。ＨＮＬＦ１８は、ＧｅＯ２等を添加した石英系光ファイバ、または、断面内に空孔が周期配列して存在するフォトニッククリスタルファイバであってよい。ＨＮＬＦ１８から出射されたコム光は、コリメートレンズ４５を経由して、分光光学系５０に入射する。
【００１９】
分光光学系５０には、被測定試料を透過したコム光が入力される（透過光学系）。なお、分光光学系５０には、被測定試料から反射したコム光が入力されてもよい（反射光学系）。反射光学系の場合には、コリメートレンズ３５から出射した光はミラー４２で反射されて、被測定試料４０に入力される。そして、被測定試料４０から反射された光が、ミラー４２を経てコリメートレンズ４５に入力される。
【００２０】
分光光学系５０は、被測定試料を透過したコム光または被測定試料から反射したコム光が入力され、コム光における複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す。分光光学系５０は、コム光が入力される入射スリット５２、入射スリット５２を透過した光が入力されるコリメートレンズ５４、コリメートレンズ５４を透過したコム光を回折する回折格子５５、レンズ５６から出力された光を透過させる出射スリット５８を有する。当該回折されたコム光はレンズ５６を介して出射スリット５８の面上にモード光のスペクトルを結像する。
【００２１】
出射スリット５８の面上に結像されたモード光のスペクトルのうち、回折格子５５の角度に応じて定められる１つのモード光だけが出射スリット５８を通過し、単一の光電変換素子６０に出射する。
【００２２】
また、コム光におけるモード間隔周波数は、コム光が生成される段階において、各々厳密に定まっている。よって、回折格子５５の回転角度を調整することにより出射スリット５８を介して、ある１つのモード光を取得することができ、そのモード光の周波数は厳密に定まっている。これにより、回折格子５５の回転角度を調節することにより、被測定試料に対してモード周波数間隔ごとの光周波数応答特性を測定することができる。
【００２３】
単一の光電変換素子６０は、分光光学系５０から取り出された１つのモード光の強度を検出する。当該１つのモード光は、周波数コム光源１０の出力から、単一の光電変換素子６０の入力までの間に配置された被測定試料４０を透過または反射した光である。単一の光電変換素子６０は、出射スリット５８から出射された１つのモード光の強度を時間に応じてアナログ電気信号に変換する。当該アナログ電気信号は、ＡＤコンバータ７０に衆力されてデジタル電気信号に変換される。当該デジタル電気信号は、光強度信号として、プロセッサ９０に入力される。
【００２４】
プロセッサ９０は、光強度信号を受信して駆動回路８０を制御する。プロセッサ９０は、回折格子５５の回転角度の情報を予め有している。よって、プロセッサ９０は当該回転角度の情報を基に、出射スリット５８から出射された１つのモード光の周波数の情報を予め有している。プロセッサ９０は、当該１つのモード光の周波数の情報とＡＤコンバータ７０から得られた光強度信号とを基にして、分光光学系５０から取得される周波数スペクトルがわかる。
【００２５】
プロセッサ９０は、分光光学系５０から１つのモード光を用いた測定が終了した後に、さらに、分光光学系５０から取り出されるモード光を指定する。例えば、プロセッサ９０は、既に観測した１つのモード光よりも周波数が高いまたは低いモード光を指定してよい。
【００２６】
プロセッサ９０は、コム光における複数のモード光のうち１つのモード光だけを順次取り出すべく、駆動回路８０に回折格子５５の回転角度を制御する制御信号を送信する。駆動回路８０は、当該制御信号を受信して、回折格子５５の回転角度を調整する。なお、回折格子５５の回転角度とは、コリメートレンズ５４から出射された平行光に対する、回折格子５５の入射光面の角度であってよい。
【００２７】
本例で用いられるコム光は、例えば波長帯域が１．２〜１．８μｍの近赤外帯域とすることができる。つまり、測定装置の波長帯域を、従来の測定装置よりも広げることができる。また、本例の測定装置１００においては、光ヘテロダイン検波のための波長可変レーザが不要である。それゆえ、従来の測定装置に比較して制御系が簡単になる。また、それゆえ、測定装置自体を安価に製造することができる。
【００２８】
図２は、図１における出射スリット５８の面上に分光されて結像したコムのモード光を示す図である。コム光の周波数間隔と分光光学系５０の光周波数分解能の関係が表されている。切立ったスペクトルが光コムのモード光のもつ本来のスペクトルである。モード光に比べてなだらかなスペクトルは、分光光学系５０によってその分解能まで拡がったモード光のスペクトルである。
【００２９】
回折格子５５で回折された光は、周波数に応じた角度で射出される。出射スリット５８は、回折格子５５で回折された光のうち、所定の周波数範囲の光を通過させる。本例において、分光光学系５０の光周波数分解能は、出射スリット５８が光を通過させる周波数範囲の幅を指す。回折格子５５を出射スリット５８に対して回転させることで、出射スリット５８を通過する光の周波数が変化する。
【００３０】
コム光は回折格子５５で回折されて、出射スリット面上にモード光のスペクトルが展開される。モード間隔周波数は、分光光学系５０の光周波数分解能より大きくないと、１つのモード光のみを出射スリット５８から取り出すことができない。例えば、モード間隔周波数は、分光光学系５０の光周波数分解能の２倍以上である。望ましくは、モード光のモード間隔は、分光光学系５０の光周波数分解能の３倍から４倍である。
【００３１】
本例では、モード光のモード間隔は１２．５ＧＨｚである。なお、高性能の分光器では一般に、回折格子５５、入射スリット５２および出射スリット５８を合わせた分光光学系５０の光周波数分解能は、１５００ｎｍの波長の光に対して約４ＧＨｚである。したがって、本例のモード光のモード間隔周波数は、分光光学系５０の光周波数分解能の約３倍である。それゆえ、約４ＧＨｚの光周波数分解能を有する本例の分光光学系５０であっても、コム光における複数のモード光を、各々独立に取り出すことができる。
【００３２】
図３は、第１の実施形態の変形例である測定装置１０５を示す図である。本例では、光検出器として、単一の光電変換素子６０に代えて、イメージセンサ６２を用いる。当該イメージセンサ６２の出力は、画像処理回路７２において処理されて、プロセッサ９０に出力される。なお、本例では第１の実施形態（図１）の例と異なり、出射スリット５８を用いない。
【００３３】
イメージセンサ６２は、アレイ状に配列された複数の光電変換素子を有する。回折格子５５から出射される複数のモード光のスペクトルは、イメージセンサ６２における異なる各々の光電変換素子にそれぞれ入射する。これによりイメージセンサ６２は、分光光学系５０から出力された複数のモード光の強度を、アナログの電気信号として並列的に検出する。画像処理回路７２は、イメージセンサ６２において並列的に検出されたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換してプロセッサ９０に出力する。なお、イメージセンサ６２は、イメージセンサ６２の光電変換機能と画像処理回路７２のアナログ‐デジタル変換機能とを合わせて有してもよい。
【００３４】
本例では、出射スリット５８が無くとも、各モード光の強度を測定することができる。また、出射スリット５８を用いないので、回折格子５５は固定されてよい。したがって、本例では回折格子５５を駆動する駆動回路８０も無くともよいが、回折格子を粗調整用に回転するために駆動回路があってもよい。よって、第１の実施形態（図１）と比較して、簡易な構成にできる。また、同時に複数のモード光のスペクトルを取得できるので、計測速度を高めることができる。
【００３５】
図４は、第２の実施形態における測定装置２００を示す図である。第２の実施形態における周波数コム光源１０は、短パルス光源１２とＥＤＦＡ１６との間に周波数シフタとしてのＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ）変調器１４（単側波帯光変調器）と、当該ＳＳＢ変調器１４に変調信号を入力する信号発生器１５と、ＥＤＦＡ１６とＨＮＬＦ１８との間にパルス圧縮器１７とを備える点が、第１の実施形態と異なる。また、プロセッサ９０がＳＳＢ変調器１４の周波数を制御する点も、第１の実施形態と異なる。
【００３６】
短パルス光源１２において発生した光パルスは、繰り返し周波数が例えば１２．５ＧＨｚとすると、その周波数に等しいモード間隔の複数のモード光を含む。なお、図４（ａ）は短パルス光源１２から出射した光パルス（例えば半値幅を４ｐｓ）の模式図であって、上側は強度スペクトル（横軸を光周波数、縦軸を光強度）、下側は時間波形（横軸を時間、縦軸を光強度）である。短パルス光源１２において発生した光パルスは、ＳＳＢ変調器１４に入射する。
【００３７】
ＳＳＢ変調器１４は、信号発生器１５から出力される正弦波信号により、短パルス光源１２が出力する光パルスのスペクトルを一括してシフトさせる。ＳＳＢ変調器１４は、周波数確度が１Ｈｚ以下と極めて高い信号発生器１５を用いるので、高精度にＭＨｚオーダーの周波数シフトを実現することができる。
【００３８】
なお、図４（ｂ）はＳＳＢ変調器１４から出射した光パルスの模式図である。上側の強度スペクトル（横軸を光周波数、縦軸を光強度）は一括してΔｆだけシフトする様子を示す。なお、ここでは強度スペクトルのみを模式的に示したが、位相スペクトルも同様に一括してΔｆだけシフトする。下側は時間波形（横軸を時間、縦軸を光強度）で、光パルスの時間波形がＳＳＢ変調器出射後も保持される様子を示す。光パルスの時間波形は、半値幅を４ｐｓで保持される。ＳＳＢ変調器１４において中心周波数がΔｆだけシフトされた光パルスは、ＥＤＦＡ１６を介して、ＨＮＬＦ１８に入射する。
【００３９】
ＨＮＬＦ１８は、中心周波数がシフトされた光パルスに基づいて、コム光を発生させる。当該コム光は、入力された光パルスよりも広い周波数帯域において、入力パルスと同じモード間隔周波数を有するコム光である。ただし、当該コム光は、光パルスの強度／位相スペクトルがＳＳＢ変調器１４により周波数軸上をΔｆだけシフトしたことを反映して、複数のモード光の全てが周波数軸上をΔｆだけシフトする。
【００４０】
なお、従来、単色の連続光に対してＳＳＢ変調器１４を用いることにより、単色の連続光を周波数シフトすることは確認されている（特許文献１においても可変光フィルタ１４１４を通過した単色光の連続光に対してこの現象は用いられている）。
【００４１】
図５は、ＳＳＢ変調器１４が１本のレーザ光の周波数をシフトすることを示す図である。光周波数ｆ０のレーザ光は、信号発生器１５からＳＳＢ変調器１４に印加される電圧の周波数ｆに応じて、周波数軸上の正方向に周波数ｆだけ掃引される。
【００４２】
再び図４の説明に戻る。ＳＳＢ変調器１４がピコ秒パルスの振幅だけでなく位相のスペクトルもシフトさせ、かつ、光パルスの時間波形を変化させないことは本出願の発明者により初めて確認された。なお、ＳＳＢ変調器１４は波長依存性を有する。それゆえ、ＳＳＢ変調器１４は、光パルスのもつ波長帯域が拡がる前である、短パルス光源１２の直後に配置することが望ましい。ＳＳＢ変調器１４をパルス圧縮器１７またはＨＮＬＦ１８の後に配置すると、光パルスのもつ波長帯域が既に拡がっているので、ＳＳＢ変調器１４の持つ波長依存性に起因して、スペクトルを上手くシフトさせることができない。
【００４３】
プロセッサ９０は、ＳＳＢ変調器１４におけるシフト量に応じて、分光光学系５０が取り出す光周波数の範囲をシフトさせる。例えばプロセッサ９０は、信号発生器１５の周波数を制御することにより各モード光の周波数シフト量をＭＨｚオーダーで制御し、かつ、当該周波数シフト量に応じて回折格子５５の回転角度を調整する。
【００４４】
プロセッサ９０は、分光光学系５０が取り出す光周波数の範囲に中心がシフトされた測定対象のモード光の周波数と一致するように、回折格子５５の回転角度を調整する。例えばプロセッサ９０は、シフトされた測定対象のモード光が、出射スリット５８におけるスリットの中心を通過するように、回折格子５５の回転角度を調整する。これにより、シフトされたモード光の１つを単一の光電変換素子６０により検出することができる。したがって、光周波数の応答特性の測定を、ＭＨｚオーダーの高分解能で実現することができる。なお、光周波数シフタを用いた第２の実施形態において、単一の光電変換素子６０の代わりにイメージセンサ６２を配置し、出射スリット５８を除いた構成にしてもよいことはもちろんである。
【００４５】
図６は、ＳＳＢ変調器１４により周波数シフトされるコム光を示す図である。コム光に含まれる複数のモード光（‥ｆｍ−１、ｆｍ、ｆｍ＋１‥）の各々は、信号発生器１５からＳＳＢ変調器１４に印加される電圧の周波数ｆに応じて、周波数軸上の正方向に周波数ｆだけ掃引される。本例では、周波数ｆだけ掃引された光周波数ｆｍのモード光が、分光光学系５０から取り出される。なお、信号発生器１５を制御してＳＳＢ変調器１４に印加される電圧の周波数ｆは、プロセッサ９０が制御する。
【００４６】
図７は、光パルスシンセサイザ２４を用いた短パルス光源１２を有する周波数コム光源１０を示す図である。本例では、光パルス合成部として、光パルスシンセサイザ２４を用いる。周波数コム光源１０は、短パルス光源１２と、短パルス光源１２から出射された光パルスが入射するＥＤＦＡ１６と、ＥＤＦＡ１６が出射する光パルスのパルス幅を圧縮するパルス圧縮器１７と、パルス圧縮器１７から出射された光の光周波数帯域を拡大するＨＮＬＦ１８とを有する。
【００４７】
短パルス光源１２は、連続発振レーザとしての周波数安定化レーザ２０と、連続光から種コム光を生成する光変調器２２と、種コム光を基に光パルスを合成する光パルスシンセサイザ２４とを有する。周波数安定化レーザ２０は、発振周波数が長時間一定な（例えば１日当たりの周波数変動１ＭＨｚ以下）連続光を出力する。周波数安定化レーザは、図７（ａ‐１）に示すように一定の単一光周波数を有し、図７（ｂ‐１）に示すように時間的に連続して出力されるレーザである。
【００４８】
光変調器２２は、連続光の周波数を、発生しようとする光パルスの繰り返し周波数に応じた周波数で変調して、複数の側帯波を発生する。ここでは、周波数安定化レーザ２０から発振する連続光の単一光周波数と当該単一光周波数から発生した側帯波群とを合わせて種コム光と呼ぶ。光変調器２２は、信号発生器２３からＲＦ変調を受けて、連続光の光を変調する。光変調器２２は、誘電体結晶であるＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）光変調器であってよい。
【００４９】
本例の光変調器２２は、信号発生器２３が発生する例えば１２．５ＧＨｚの正弦波信号によって周波数間隔が１２．５ＧＨｚである約３０本の側帯波を発生する（図７（ａ‐２））。これらの側帯波群が種コム光となる。なお、変調後の光は、連続光ではなく、時間的に不連続な波形となる（図７（ｂ‐２））。
【００５０】
光サーキュレータ２５は、光変調器２２から入力された光を光パルスシンセサイザ２４に出力する。光パルスシンセサイザ２４は、光変調器２２から入力された種コム光における各モード光の位相および振幅を調整する。光パルスシンセサイザ２４は、アレイ導波路格子２６、強度変調器２７、位相変調器２８、電流制御器２９およびミラー３０を有する。アレイ導波路格子２６は、強度変調器２７に光を導波させる。
【００５１】
種コム光の各モード光は、アレイ導波路格子２６によって異なるチャネル導波路へ分波される。チャネルごとに設置された強度変調器２７および位相変調器２８によって、各モード光の位相および振幅を調整されて光パルスが合成される（図７（ａ−３））。この光パルスシンセサイザ２４については非特許文献１がある。合成された光パルスは、光サーキュレータ２５を経由し、ＥＤＦＡ１６へ出力される（非特許文献１：Ｈ．Ｔｓｕｄａ，  Ｙ．  Ｔａｎａｋａ，Ｔ．  Ｓｈｉｏｄａ，ａｎｄ  Ｔ．  Ｋｕｒｏｋａｗａ："Ａｎａｌｏｇ  ａｎｄ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，"  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．２６，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．  ６７０−６７７，（２００８））。
【００５２】
これにより、本例では、繰り返し周波数１２．５ＧＨｚ（パルス間隔８０ｐｓ）を有する光パルスが合成される（図７（ｂ−３））。光パルスシンセサイザ２４で合成された光パルスは、ＥＤＦＡ１６を経てパルス圧縮器１７に入力される。
【００５３】
パルス圧縮器１７は、光パルスのパルス幅を圧縮することにより、光パルスの光強度ピークを高くする。パルス圧縮された光パルスは、ＨＮＬＦ１８に入力される。
【００５４】
ＨＮＬＦ１８は、モード光が存在する周波数帯域を光パルスより拡大したコム光を生成する（図７（ａ−４））。なお、当該コム光のモード間隔周波数は、種コム光のモード間隔周波数と同じ１２．５ＧＨｚで維持される。
【００５５】
図８は、分散付与器２１を用いた短パルス光源１２を有する周波数コム光源１０を示す図である。本例では、光パルス合成部として、光パルスシンセサイザ２４の代わりに、分散付与器２１を用いる。分散付与器２１は、合成しようとする光パルスの中心波長において分散の絶対値が大きな値を持つものであって、例えば、波長１．５５μｍ付近においては標準の単一モードファイバを用いることができる。分散付与器２１を用いても、光パルスシンセサイザ２４と同様に、連続光を基にして光パルスを合成することができる。光パルスシンセサイザを用いる場合に比べて、合成される光パルスの質（例えばＦＴ積）はやや劣るものの、デバイス構成が簡単なため低コストとなり、操作も簡便となる利点がある。
【００５６】
図９は、第３の実施形態における測定装置３００を示す図である。測定装置３００により、ＦＭ分光を実行することができる。測定装置３００は、基本的には、第１の実施形態における測定装置１００の周波数コム光源１０を、図７の周波数コム光源１０とした構成である。ただし、位相変調器３１、信号発生器３２、位相調整器１２０およびロックイン検波器１１０を設ける点が異なる。
【００５７】
本例の短パルス光源１２は、周波数安定化レーザ２０および光変調器２２の間に位相変調器３１を有する。位相変調器３１には、信号発生器３２からＭＨｚオーダーの変調電圧が加えられる。位相変調器３１は、周波数安定化レーザ２０の連続光の周波数を、モード間隔周波数よりも小さい周波数で位相変調する。本例では、位相変調器３１の変調周波数は、光変調器２２の変調周波数よりも小さい。位相変調器３１は、周波数安定化レーザ２０が発振した単一周波数連続光に１次の両側サイドバンド光を生じさせて（図９（ａ‐１））、当該光を光変調器２２に入力する。
【００５８】
つまり、本例では、周波数安定化レーザ２０から出射する連続発振光を位相変調器３１で位相変調するだけで、周波数コム全てのモードを同じように位相変調することができる。
【００５９】
光変調器２２は、位相変調器３１から入力された光を変調して種コム光を生成する。種コム光の各モードは１次の両側サイドバンドを有する（図９（ａ‐２））。信号発生器３２が発生する正弦波信号は、位相変調器３１に入力される。同時に信号発生器３２が発生する正弦波信号は位相調整器１２０によって位相が調整されて、ロックイン検波器１１０にも入力される。
【００６０】
位相変調器３１により浅く位相変調された１つのモード光は、分光光学系５０によって取り出され、光検出器としての単一の光電変換素子６０に入射する。制御部としてのプロセッサ９０は、ロックイン検波器１１０から出力される信号を取り込むとともに、駆動回路８０に制御信号を送る。駆動回路８０は、当該制御信号に基づいて分光光学系５０における回折格子５５の回転角度を制御する。単一の光電変換素子６０が検出する光強度には、位相変調器３１における変調信号と同じ周波数で変動する成分が含まれる。当該成分には、変調信号と位相がπ／２ずれている直交位相成分と、変調信号と同位相の同位相成分とが含まれる（ＳＩＮ成分およびＣＯＳ成分）。
【００６１】
これらのＳＩＮ成分とＣＯＳ成分の振幅がそれぞれ位相と振幅の情報を含む。この合成波のＳＩＮ成分とＣＯＳ成分それぞれを、位相変調器３１における変調信号を用いてロックイン検波器１１０で検出する。ロックイン検波器１１０は、位相変調器３１における変調信号と、当該変調信号の位相をπ／２変化させた信号とを用いて、ＳＩＮ成分とＣＯＳ成分をそれぞれ検波する。これにより、振幅と位相の変化を検出できる。本例では、位相変調器３１によって位相変調されたコム光が、被測定試料４０と分光光学系５０を通った後、単一の光電変換素子６０で電気信号に変換され、位相変調器３１における変調信号によってダブルバランス検波され、吸収と位相の微小変動が検出される。
【００６２】
図１０は、第４の実施形態における測定装置４００を示す図である。測定装置４００は２つの光路を用いたデュアルコム分光に用いられる。測定装置４００のデュアルコム受光器１５０は、被測定試料４０を透過または反射する信号光と参照光とをヘテロダイン検波することにより、被測定試料４０の光周波数応答特性を検出する。
【００６３】
測定装置４００の周波数コム光源１０は、図７に記載の周波数コム光源１０と基本的に同じである。ただし、周波数安定化レーザ２０からの出力が分岐カプラ３３により分岐されて、一方は、被測定試料４０を透過する信号光となり、他方は参照光となる点が異なる。
【００６４】
本例の光変調器２２は、周波数安定化レーザ２０の連続光が分岐して入力される第１の光変調器２２−１および第２の光変調器２２−２を含む。第１の光変調器２２−１には、周波数ｆ１の変調電圧が与えられる。一方、第２の光変調器２２−２には、周波数ｆ２の変調電圧が与えられる。これにより、第１の光変調器２２−１は、モード間隔周波数がｆ１の種コム光を生成する。また、第２の光変調器２２−２は、モード間隔周波数がｆ２の種コム光を生成する。
【００６５】
本例では、ｆ１とｆ２との差は、ｆ１およびｆ２のいずれよりも十分に小さい。具体的には、ｆ１は１２．５ＧＨｚである。一方、ｆ２は（１２．５＋δｆ）ＧＨｚであり、またδｆは一般に数ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚに設定する。
【００６６】
測定においては、δｆおよびｆ１の比またはδｆおよびｆ２の比によりサンプリング点数の上限が定まる。したがって、δｆをｆ１またはｆ２よりも十分小さく設定することにより、サンプリング点数を多くとることができる。これにより、測定帯域を広くすることができる。
【００６７】
モード間隔周波数がｆ１の種コム光およびモード間隔周波数がｆ２の種コム光は、それぞれＥＤＦＡ１６−１および１６−２、パルス圧縮器１７−１および１７−２、ならびに、ＨＮＬＦ１８−１および１８−２を経て、モード間隔周波数がｆ１のコム光およびモード間隔周波数がｆ２の種コム光となる。
【００６８】
本例の光パルスシンセサイザ２４は、第１の光変調器２２−１および第２の光変調器２２−２に対応する、第１の光パルス合成部としての第１の光パルスシンセサイザ２４−１および第２の光パルス合成部としての第２の光パルスシンセサイザ２４−２を含む。第１の光パルスシンセサイザ２４−１には、第１の光変調器２２−１からモード間隔周波数がｆ１の種コム光が入力される。同様に、第２の光パルスシンセサイザ２４−２には、第２の光変調器２２−２からモード間隔周波数がｆ２の種コム光が入力される。
【００６９】
帯域拡大部としてのＨＮＬＦ１８は、第１の光パルスシンセサイザ２４−１および第２の光パルスシンセサイザ２４−２に対応する第１の帯域拡大部としてのＨＮＬＦ１８−１および第２の帯域拡大部としてのＨＮＬＦ１８−２を含む。ＨＮＬＦ１８−１および１８−２は、それぞれモード間隔周波数がｆ１のコム光およびモード間隔周波数がｆ２のコム光を発生させる。
【００７０】
モード間隔周波数がｆ１のコム光は、被測定試料４０を透過または反射して、信号光となる。モード間隔周波数がｆ２のコム光はミラー４２を経由し、参照光となる。被測定試料４０を透過または反射したモード間隔周波数がｆ１のコム光と、モード間隔周波数がｆ２のコム光とは合波ミラー３６において合波され、分光光学系５０に入射される。当該合波された光は、分光光学系５０で分光され、単一の光電変換素子６０でヘテロダイン検波される。コム光の中心周波数ｆＣ（周波数安定化レーザ２０の発振周波数に等しい）からＮ番目の信号モード光の周波数はｆＣ＋Ｎ・ｆ１となる。また、Ｎ番目の参照モード光の周波数はｆＣ＋Ｎ・（ｆ１＋δｆ）となる。両者の周波数差Ｎ・δｆをｆ１よりも小さく設定すれば、分光光学系によりＮ番目の信号モード光と参照モード光が選択され、単一の光電変換素子６０に入射する。したがって、単一の光電変換素子６０の最大帯域をｆ１に設定すれば、両者間のヘテロダイン信号が得られる。これにより、被測定試料４０の光周波数応答特性が検出される。
【００７１】
本例では、１つの周波数安定化レーザ２０から信号光と参照光の光コムを独立に発生させるので、２つの光コムのモードは同期されており安定である。また、デュアルコム受光器１５０により参照光を検出する前に、信号光と参照光とを合波することにより、高感度な検出ができる。つまり、信号光の強度が吸収により減衰しても、強い参照光とのヘテロダイン検波により高感度な検出ができる。なお、本明細書において、単に、モード間隔周波数がｆ１またはｆ２のコム光と記載した場合、当該コム光は、被測定試料４０を透過したコム光または被測定試料４０から反射されたコム光に限定されない。
【００７２】
なお、本例においても、第１の実施形態と同様に光パルスシンセサイザ２４とパルス圧縮器１７の間に、ＳＳＢ変調器３４をさらに備えてよい。具体的には、ＳＳＢ変調器３４は、光パルスシンセサイザ２４−１から出力されたモード間隔周波数がｆ１の種コム光および光パルスシンセサイザ２４−２から出力されたモード間隔周波数がｆ２の種コム光を、光周波数軸上で周波数掃引してよい。これにより、ＳＳＢ変調器３４を用いない場合と比較して、さらに高い分解能でスペクトル測定をすることができる。また、第２の実施形態（図４）と同様に、制御部としてのプロセッサ９０が分光光学系５０における回折格子５５とＳＳＢ変調器３４とを制御し、かつ、単一の光電変換素子６０の出力信号を取得してもよい。
【００７３】
図１１は、第５の実施形態における測定装置５００を示す図である。測定装置５００は、測定装置４００と同様に２つの光路を用いたデュアルコム分光に用いられる。測定装置５００のデュアルコム受光器１６０は、被測定試料４０の光透過特性または光反射特性を、被測定試料４０を透過または反射する信号光と参照光とを用いてヘテロダイン検波により測定する。
【００７４】
ただし、測定装置５００のデュアルコム受光器１６０は、分光光学系５０および単一の光電変換素子６０に代えて、単一の光電変換素子６０および電気スペクトラムアナライザ１３０を有する点が、デュアルコム受光器１５０と異なる。つまり、被測定試料を透過または反射したモード間隔周波数がｆ１のコム光と、モード間隔周波数がｆ２のコム光とは合波され、まず、単一の光電変換素子６０に入力される。そして、単一の光電変換素子６０の出力は、電気スペクトラムアナライザ１３０に入力される。
【００７５】
なお、測定装置５００は、ＨＮＬＦ１８−２と合波ミラー３６との間に、可変波長フィルタ１９を設ける点も、測定装置４００と異なる。可変波長フィルタ１９を用いることにより、測定に使用しないモード間隔周波数ｆ２のコム光（参照光）の一部をフィルタリングする。
【００７６】
本例のデュアルコム分光法によれば、モード間隔周波数ｆ１のコム光（信号光）とモード間隔周波数ｆ２のコム光（参照光）とをヘテロダイン検波する。つまり、電気スペクトラムアナライザ１３０は、ヘテロダイン検波された電気信号のスペクトルを検出する。したがって、マイクロ波波長帯域の電気スペクトラムアナライザ１３０により、被測定試料４０の光周波数応答特性を検出することができる。さらに、数ＭＨｚ前後の高分解な分光を実現するためには、単一の光電変換素子６０があれば足りる。また、一度の測定において測定波長帯域を広くして測定することができるので、一度の測定で大容量な情報を取得することができる。
【００７７】
図１２は、２つの経路を用いたデュアルコム分光の場合におけるスペクトルの変化を示す図である。図１２（ａ‐１）は、ＨＮＬＦ１８−１から出力されるモード間隔周波数がｆ１のコム光を示す。図１２（ｂ‐１）は、ＨＮＬＦ１８−２から出力されるモード間隔周波数がｆ２のコム光を示す。上述のように、ｆ２はｆ１よりもδｆだけ大きいので、モード間隔周波数がｆ２のコム光は、モード間隔周波数がｆ１のコム光と連続光に由来する中央のモード光（太線）とを一致させた位置から、０、δｆ、２δｆ、３δｆ‥の周波数差を有する。
【００７８】
図１２（ａ‐２）は、被測定試料４０を透過した後のモード間隔周波数がｆ１のコム光を示す。図１２（ｂ‐２）は、可変波長フィルタ１９を透過した後のモード間隔周波数がｆ２のコム光を示す。モード間隔周波数がｆ１のコム光は、被測定試料４０を透過して、特定のモード光の光強度が減衰する。当該減衰した情報を有するモード間隔周波数がｆ１のコム光が、被測定試料４０の光周波数応答特性を示す信号光となる。なお、中央のモード光（太線）よりも低周波数のスペクトルは測定に用いない場合はフィルタリングしてよい。
【００７９】
図１２（ａ‐３）は、被測定試料４０を透過した後のモード間隔周波数がｆ１のコム光（信号光）とモード間隔周波数がｆ２のコム光（参照光）とが、合波ミラー３６で合波され、ヘテロダイン検波されたスペクトルを示す。当該スペクトルは、分光光学系５０を有するデュアルコム受光器１５０でも、電気スペクトラムアナライザ１３０を有するデュアルコム受光器１６０でも、測定することができる。
【００８０】
上述のように、δｆは１２．５ＧＨｚよりも十分に小さい周波数（波長帯域でマイクロ波のオーダー）である。それゆえ、δｆ、２δｆ、３δｆ‥は、電気スペクトラムアナライザ１３０でも検出することができる。
【００８１】
図１３は、第５の実施形態の変形例である測定装置５５０を示す図である。本例では、デュアルコム受光器１６０は、単一の光電変換素子６０およびディジタイザ１４０を有する。ディジタイザ１４０は、時間的に変化するアナログ信号を順次ＡＤ変換してデジタル信号として記録する。また、光パルス合成部として、第１の光パルスシンセサイザ２４−１および第２の光パルスシンセサイザ２４−２に代えて、第１の分散付与器２１−１および第２の分散付与器２１−２を有する。さらに、周波数シフタとしてのＳＳＢ変調器３４−２が第１の分散付与器２１−１とパルス圧縮器１７−１の間に設けられる。また、ＳＳＢ変調器３４−１が、周波数安定化レーザ２０と分岐カプラ３３との間に設けられる。上記の点が第５の実施形態の測定装置５００と異なる。ＳＳＢ変調器３４−１によって、第５の実施形態と同様に、モード間隔周波数がｆ１とｆ２の２つのコム光を光周波数軸上で周波数掃引することができる。
【００８２】
図１４は、ＳＳＢ変調器３４−２がコム光を光周波数軸上でシフトさせる様子を示す図である。図１４の左側上段は、図１３の第１の分散付与器２１−１から出力される、モード間隔周波数がｆ１であるコム光を示す。図１４の左側下段は、図１３の第２の分散付与器２１−１から出力される、モード間隔周波数がｆ２であるコム光を示す。モード間隔周波数がｆ２のコム光は、モード間隔周波数がｆ１のコム光に対して光周波数ｆ０で一致している。モード間隔周波数がｆ２のコム光は、モード間隔周波数がｆ１のコム光に対して光周波数ｆ０から、０、δｆ、２δｆ、３δｆ‥の周波数差を有する。
【００８３】
図１４の左側上段における図面左向きの矢印は、モード間隔周波数がｆ１のコム光を周波数シフトさせる向きを表す。本例では、モード間隔周波数がｆ１のコム光を低周波数方向に、４δｆだけ周波数シフトさせる。図１４の右側上段は、ＳＳＢ変調器３４−２によってシフトされたモード間隔周波数がｆ１のコム光を示す。また、図１４の右側下段は、モード間隔周波数がｆ２のコム光を示す。
【００８４】
このように、ＳＳＢ変調器３４−２によって、モード間隔周波数がｆ１のコム光のみを光周波数軸上でシフトして、２つのコム光が一致するモードを選択することができる。これによって、測定したい波長域に合わせて２つのコム光のモードを一致させることができる。
【００８５】
図１５は、第６の実施形態における測定装置６００を示す図である。測定装置６００は１つの光路を用いたデュアルコム分光に用いられる。測定装置６００は、光変調器２２−１および２２−２から出力された光が、光パルスシンセサイザ２４に入力される前に分岐カプラ３３で合波される点で、第４の実施形態における測定装置４００と異なる。その他の点は、測定装置４００と同様である。また、第２の実施形態（図４）と同様に、制御部としてのプロセッサ９０が分光光学系５０における回折格子５５とＳＳＢ変調器３４とを制御し、かつ、単一の光電変換素子６０の出力信号を取得してもよい。
【００８６】
図１６は、第７の実施形態における測定装置７００を示す図である。測定装置７００は、１つの光路を用いたデュアルコム分光に用いられる。測定装置７００は、光変調器２２−１および２２−２から出力された光が、光パルスシンセサイザ２４に入力される前に分岐カプラ３３で合波される点で、第５の実施形態における測定装置５００と異なる。その他の点は、測定装置５００と同様である。
【００８７】
１つの光路を用いたデュアルコム分光（第６および第７の実施形態）は、２つの経路を用いたデュアルコム分光（第４および第５の実施形態）と比較して、検出感度が低い。しかしながら、２つの経路を用いたデュアルコム分光と比較して、装置の構成部品数を削減することができ、かつ、装置の構成を簡素化することができる。したがって、２つの経路を用いたデュアルコム分光よりも高い精度を必要としない場合には、１つの経路を用いたデュアルコム分光を用いることもできる。
【００８８】
図１７は、１つの経路を用いたデュアルコム分光の場合におけるスペクトルの変化を示す図である。図１７（ａ‐１）は、ＨＮＬＦ１８から出力されるモード間隔周波数がｆ１のコム光を示す。図１７（ｂ‐１）も、ＨＮＬＦ１８から出力されるモード間隔周波数がｆ２のコム光を示す。なお、モード間隔周波数がｆ１のコム光とモード間隔周波数がｆ１のコム光とは、光パルスシンセサイザ２４に入力される前に分岐カプラ３３で合波されているが、説明のためにあえて２つに分離して図示した。
【００８９】
上述のように、ｆ２はｆ１よりもδｆだけ大きい。したがって、モード間隔周波数がｆ２のコム光は、モード間隔周波数がｆ１のコム光と連続光に由来する中央のモード光（太線）とを一致させた位置から、０、δｆ、２δｆ、３δｆ‥の周波数差を有する。
【００９０】
図１７（ａ‐２）は、被測定試料４０を透過した後における、モード間隔周波数がｆ１のコム光を示す。図１７（ｂ‐２）は、被測定試料４０を透過した後における、モード間隔周波数がｆ２のコム光を示す。モード間隔周波数がｆ１のコム光およびモード間隔周波数がｆ２のコム光は、被測定試料４０を透過して特定のモード光の光強度が減衰する。なお、中央のモード光（太線）よりも低周波数のスペクトルは測定に用いない場合はフィルタリングしてよい。
【００９１】
図１７（ａ‐３）は、被測定試料４０を透過した後のモード間隔周波数がｆ１のコム光とモード間隔周波数がｆ２のコム光とを、合成したスペクトルを示す。図１７（ａ‐４）は、スペクトル強度を補正してヘテロダイン検波をする様子を示す。上述のように、一つの経路を用いたデュアルコム分光では、被測定試料４０の透過光強度をＩｓとすると、電気スペクトラムアナライザ１３０の出力はＩｓの自乗に比例する。そこで、被測定試料４０の透過光強度Ｉｓを取得することを目的として、スペクトル強度の平方根を算出して補正する。当該補正されたスペクトルは、分光光学系５０を有するデュアルコム受光器１５０でも、電気スペクトラムアナライザ１３０を有するデュアルコム受光器１６０でも、測定することができる。
【００９２】
２つの経路を用いたデュアルコム分光（第４および第５の実施形態）、ならびに、１つの光路を用いたデュアルコム分光（第６および第７の実施形態）においては、同じ周波数安定化レーザ２０を光源とする。それゆえ、ヘテロダイン用のレーザを別途設けなくともよい。加えて、仮に周波数安定化レーザ２０の出力周波数に揺らぎが生じたとしても、同一の光源を用いてヘテロダイン検波することにより、観測する２つのコムの周波数差（δｆ）には影響が生じない。よって、仮に周波数安定化レーザ２０の出力周波数に揺らぎがある場合であっても、ヘテロダイン検波の精度を担保することができる。
【００９３】
図１８は、第８の実施形態における測定装置８００を示す図である。測定装置８００は、被測定光源３８の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する。つまり、測定装置８００は、被測定光源３８から出力される被測定光の発光スペクトルを計測する。測定装置８００は、コリメートレンズ３５および４５の間に被測定試料４０を有しないことを除いて、第２の実施形態における測定装置２００とほぼ同じである。
【００９４】
測定装置８００は、周波数コム光源１０、合波ミラー３６、被測定光源３８および分光光学系５０を有する。周波数コム光源１０は、周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力する。周波数コム光源１０は、第２の実施形態における測定装置２００の短パルス光源１２として、図７で説明した光パルスシンセサイザ２４を用いた短パルス光源１２を有する。
【００９５】
ＨＮＬＦ１８から出力されたコム光は、コリメートレンズ３５を通過後、合波ミラー３６において、被測定光源３８から出力された被測定光と合波される。合波された光は、コリメートレンズ４５を経て、分光光学系５０へ出力される。
【００９６】
分光光学系５０は、第１から第３の実施形態に記載された分光光学系５０と同じでああってよい。分光光学系５０は、コム光が入力され、コム光における複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す。なお、コム光において隣接する複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数は、分光光学系５０の光周波数分解能より大きい。
【００９７】
光検出器としての単一の光電変換素子６０は、分光光学系５０から取り出された１つのモード光と被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する。合波された光の強度は、単一の光電変換素子６０において電気信号に変換されて、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）６５を経てＡＤコンバータ７０へ出力される。なお、上述のように、回折格子５５の回転角度に応じて、出射スリット５８から出力される光周波数は予め定められている。
【００９８】
ＢＰＦ６５は、周波数ｆがｆ０＜ｆ＜ｆ０＋Δｆの範囲の電気信号のみを通過させる。したがって、単一の光電変換素子６０で検出したヘテロダイン信号の周波数帯域はＢＰＦ６５によって上記範囲に制限されて、ＡＤコンバータ７０へ透過される。なお、ＢＰＦ６５の透過周波数幅（Δｆ）の中心周波数ｆ０は、隣接するコム光の間隔の半分よりも十分に小さな周波数とする。例えば、中心周波数ｆ０は、６．２５（＝１２．５／２）ＧＨｚよりも十分に小さな値であってよい。
【００９９】
これにより、１つのモード光と被測定光から生じるヘテロダイン信号が、ＢＰＦ６５の透過周波数帯域と一致した場合に、測定装置８００は光ビートの光強度信号および周波数を測定することができる。当該１つのモード光の光強度および光周波数が既知であれば、ビート信号の被測定光の光強度および光周波数から、被測定光の光強度および光周波数を算出することができる。
【０１００】
ＡＤコンバータ７０は、当該光強度信号を制御部としてのプロセッサ９０へ出力する。プロセッサ９０は、光強度信号および光周波数（つまり、観測した光周波数スペクトル）に基づいて、ＳＳＢ変調器１４へ印加する電圧の周波数および回折格子５５の回転角度を制御してよい。例えば、プロセッサ９０は、光周波数スペクトルを一旦観測した後、ＳＳＢ変調器１４を制御してモード光を掃引してよい。また、プロセッサ９０は、光周波数スペクトルを一旦観測した後、回折格子５５の回転角度を変更して、観測に用いたモード光とは異なる光周波数のモード光を分光光学系５０が取り出すように指定してよい。
【０１０１】
図１９は、第８の実施形態における光周波数計測の原理を示す図である。図１９（ａ）に示すように、光コムのスペクトルは複数の異なるモード光を有する。図１９（ｂ）に示すように、分光光学系５０は１つのモード光を含む透過帯域幅を有する。また、ＢＰＦ６５は、分光光学系５０の周波数分解能の幅より狭い周波数幅（Δｆ）の透過帯域幅を有する。
【０１０２】
図１９（ｃ）に示すように、ＢＰＦ６５の透過周波数帯域は、ｆ０＜ｆ＜ｆ０＋Δｆの範囲である。周波数ｆ０は、隣接するコム光の間隔の半分よりも十分に小さな周波数を有する。図１９（ｄ）に示すように、１つのモード光と被測定光との光ビートの周波数がＢＰＦ６５の透過周波数と一致した場合に、測定装置８００は光強度信号を測定することができる。一方、光ビートの周波数がＢＰＦ６５の透過周波数と一致しない場合は、光強度信号が測定されない。
【０１０３】
図２０は、第９の実施形態における測定装置９００を示す図である。本例の測定装置９００は、分光光学系５０によりコム光のうち１つのモード光が分光された後に、当該モード光と被測定光源３８の被測定光とをヘテロダイン検波する点が、上述の測定装置８００と相違する。他の構成は、上述の測定装置８００と同一である。
【０１０４】
図２１は、第１０の実施形態における測定装置１０００を示す図である。測定装置１０００は、被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する。測定装置１０００は、第８の実施形態の測定装置８００と比較して、分光光学系５０および単一の光電変換素子６０を、光検出器としての単一の光電変換素子６０および電気スペクトラムアナライザ１３０に代えた点で基本的に異なる。測定装置１０００は、波長帯域でマイクロ波のオーダーのビート信号をヘテロダイン検波により検出するので、分光光学系５０に代えて、コム光と被測定光源３８の被測定光とが合波された光の強度を検出する単一の光電変換素子６０および光検出器の出力が入力される電気スペクトラムアナライザ１３０を備える。当該構成によっても、ヘテロダイン検波をすることができる。
【０１０５】
図２２は、第１１の実施形態における測定装置１１００を示す図である。測定装置１１００は、近赤外域（１．２〜１．８μｍ）である光周波数コム光源の波長帯域を、中赤外域（２．０〜５．０μｍ）の波長帯域へ変換することができる。これにより、当該中赤外の波長帯域において、被測定試料４０の透過特性もしくは反射特性の測定、または、被測定光源３８の被測定光の発光スペクトル計測をすることができる。また、透過特性もしくは反射特性の測定または発光スペクトル計測をするときに、中赤外域から近赤外域に光の波長帯域を変換する。
【０１０６】
測定装置１１００は、近赤外の周波数コム光源１０、第１の波長変換部１１０２、第２の波長変換部１１０４、分光光学系５０および光検出器としての単一の光電変換素子６０を備える。周波数コム光源１０、分光光学系５０および単一の光電変換素子６０は第１から第１０の実施形態において上述した通りである。第１の波長変換部１１０２および第２の波長変換部１１０４は、周波数コム光源１０と分光光学系５０との間に設けられる。
【０１０７】
第１の波長変換部１１０２は、分極反転デバイス１７２とポンプ光１７０とを有する。分極反転デバイス１７２は、光学異方性を有する非線形光学結晶である。分極反転デバイス１７２は、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ）であってよい。ポンプ光１７０は、周波数安定化されたレーザ光である。ポンプ光１７０は、０．９８μｍの波長を有するレーザ光であってよい。
【０１０８】
第１の波長変換部１１０２は、光周波数コム光源１０から出力された近赤外の波長帯域のコム光を、近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する。第１の波長変換部１１０２は、近赤外の波長帯域のコム光（中心波長λ１）とポンプ光１７０（波長λ２）とを合波ミラー３６により合波し、分極反転デバイス１７２に入力する。分極反転デバイス１７２は、差周波発生により、１／λ３＝１／λ２−１／λ１（式１）を満たす波長λ３の光を発生させる。差周波発生とは、非線形光学結晶にλ１およびλ２（λ２＜λ１）の２つの波長の光を入射したとき、λ１およびλ２のいずれよりも長いλ３の波長の光が発生する現象である。
【０１０９】
例えば、分極反転デバイス１７２は、近赤外の波長帯域のコム光（中心波長λ１＝１．５μｍ）とポンプ光１７０（波長λ２＝０．９８μｍ）とにより、中赤外の波長帯域のコム光（中心波長λ３＝２．８μｍ）を発生させる。なお、当該中赤外の波長帯域のコム光におけるモード光の周波数間隔は、近赤外の波長帯域のコム光（中心波長λ１＝１．５μｍ）と同じ周波数間隔となる。
【０１１０】
分極反転デバイス１７２から出力される中赤外の波長帯域のコム光は、被測定試料４０に入力される。なお、本例は、被測定試料４０の透過特性を測定する場合について説明するが、第１の実施形態で説明したように、反射特性を測定するよう構成を変更してもよい。また、測定装置１１０６のように、分極反転デバイス１７２から出力される中赤外の波長帯域のコム光と被測定光源３８から出力される被測定光とを合波ミラー３６により合波して、被測定光のスペクトル計測をしてもよい。
【０１１１】
第２の波長変換部１１０４は、第１の波長変換部１１０２において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、被測定試料４０を透過または反射した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する。第２の波長変換部１１０４は、中赤外の波長帯域のコム光（波長λ１'）とポンプ光（波長λ２'）とを合波ミラー３６により合波し、分極反転デバイス１７２に入力する。分極反転デバイス１７２は、差周波発生により、１／λ３'＝１／λ２'−１／λ１'（式１）を満たす波長λ３'の光を発生させる。なお、当該近赤外の波長帯域のコム光におけるモード光の周波数間隔は、光周波数コム光源１０のコム光と同じ周波数間隔となる。
【０１１２】
本例では、近赤外域から中赤外へ波長帯域を変換し、その後、中赤外から近赤外へと再度波長帯域を変換する。これにより、中赤外域用の分光光学系５０を別途用いることなく、近赤外用の分光光学系５０をそのまま用いることができる。また、中赤外域用の光検出器は感度が低く雑音が大きい。しかし、本例では、中赤外から近赤外に波長帯域を再変換する。したがって、中赤外の波長帯域で光検出する場合と比較して、光検出の感度を上げ、かつ、雑音を減らすことができる。
【０１１３】
また、本例では、近赤外の波長帯域の光コムを差周波発生によりガス分析に有用な中赤外の波長帯域の光コムへ波長変換できる。さらに、中赤外の波長帯域のコム光を近赤外の波長帯域に再変換することにより、高感度・低雑音な光周波数応答特性の検出をすることができる。
【０１１４】
なお、本例では、分光光学系５０を有する測定装置１１００および１１０６について述べたが、分光光学系５０および単一の光電変換素子６０を光検出器および電気スペクトラムアナライザに置き換えてもよい。この場合、第１の波長変換部および第２の波長変換部は、コム光源と光検出器との間に設けられる。これにより、被測定光源３８の被測定光をヘテロダイン検波することができる。
（比較例１）
【０１１５】
図２３は、白色ランプ１２０４および分光光学系１２２０を備える測定装置１２００である。白色ランプ１２０４として、可視から赤外域にかけて連続的に広がったスペクトルを有するタングステンランプが用いられている。白色ランプ１２０４の光をコリメートレンズ１２０６により平行光束にして、光源１２０２から被測定試料１２１０に出力する。被測定試料１２１０を透過した光は、分光光学系１２２０に出力される。
【０１１６】
分光光学系１２２０には回折格子１２２２が用いられる。回折格子１２２２に光を当てて光を分散させ、スリット１２２４を通すことにより、目的の波長を有する単色光を得る。スリット１２２４の後ろに光電子増倍管またはフォトダイオードなどの光検出器１２３０を設けて、単色光を検出する。
【０１１７】
測定装置１２００は、白色ランプ１２０４を光源とするので波長帯域が広帯域であるが、分解能は分光光学系１２２０の回折格子により定められ、一般に数ＧＨｚ程度である。また、光源がタングステンランプであるので、光強度も微弱である。さらに、周波数確度を得るには基準光源による較正が必要となる。
（比較例２）
【０１１８】
図２４は、波長可変レーザ光源を備える測定装置１３００である。波長可変レーザ１３０４としては、外部共振器型の半導体レーザが一般的に用いられる。波長可変レーザ１３０４はモード間隔（一般に、約１ｐｍ＝約１００ＭＨｚ）ごとに波長を掃引できる。波長可変レーザ１３０４は、被測定試料１３１０を透過したレーザ光を光検出器１３２４で検出するだけの簡単な構成である。波長は波長可変レーザ１３０４に組み込まれた波長計で検出されるので、分光光学系は不要である。
【０１１９】
測定装置１３００では、波長可変レーザ１３０４を用いて波長を掃引するので、１０〜１００ＭＨｚ程度と高い分解能が得られる。しかし、レーザの可変波長範囲は高々１００ｎｍであるので、測定帯域が狭い（１００ｎｍ程度）という問題点がある。また、周波数確度を得るには基準光源による較正が必要となる。
（比較例３）
【０１２０】
他に、ＦＭ分光測定装置がある。ＦＭ分光法は、１９８０年に提案されたレーザ分光技術であるが、極めて高感度かつ高分解能であるので、原子分子などのスペクトルを観測できる。ＦＭ分光法では、位相変調によりレーザ光に側帯波を発生させ、この側帯波と搬送波の間でヘテロダイン検出を行う。光検出器の後にダブルバランスミキサーを用いることで、吸収と位相の両方を高感度に検出できる。光源には周波数安定化された半導体レーザを用いることで、０．１ＭＨｚの高い分解能を得ることができる（参考文献：Ｇ．Ｃ．Ｂｊｏｒｋｌｕｎｄ，"Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ"，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，５，ｐ．１５，１９８０．）。
【０１２１】
ＦＭ分光測定装置は、レーザの位相変調により、極めて高感度かつ高い分解能（０．１ＭＨｚ）が得られる。しかし、周波数安定化された半導体レーザを用いるので、測定波長範囲が極めて狭い波長範囲（１ｎｍ程度）となる。したがって、被測定試料に応じて異なる波長で測定するためには、異なる発振波長のレーザを準備する必要がある。
（比較例４）
【０１２２】
その他に、デュアルコム分光測定装置がある。デュアルコム分光法の報告は、２台のフェムト秒レーザ（１００ＭＨｚ間隔の光コム、δｆ＝４ｋＨｚ）を用いたＨＣＮ吸収スペクトルの計測結果として、２００８年位ＮＩＳＴ（米）によりなされた（参考文献Ｉ．Ｃｏｄｄｉｎｇｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，"Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｍｕｌｔｉｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｕｓｉｎｇ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｍｂｓ"Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．（１００，０１３９０２（２００８）．）。
【０１２３】
デュアルコム分光法は、電気スペクトラムアナライザを用いることで、１台の光検出器のみで１００ＭＨｚ前後の高い分解能のスペクトルを得ることができる。しかし、提案されたデュアルコム分光法では、２台のフェムト秒レーザのモードおよびレーザのモード間隔を同期する必要があるので、測定が容易ではない。また、一度に測定することができる周波数帯域が狭い。
【０１２４】
本願と比較例１から４および背景技術で記載したマルチＧＨｚコム光源との対比結果を、下記の表１にまとめる。
【０１２５】
【表１】
2015045266.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本願に記載の測定装置は、医療・ライフサイエンス、工業化学、薬品・食品などの分野で広く利用することができる。【０１２７】
医療・生体への応用（血中グルコース濃度測定等）。
例えば、糖尿病（国内に約７００万人）に関して、血液中のグルコース濃度の定量分析が非侵襲で行うことができれ、治療または予防に大きな効果が期待できる。これまで２０年以上に渡って国内外で光を用いた非侵襲分析技術の研究が進められてきたが、実用化に至っていない。その主な原因は、広帯域、高分解能、高光強度の分光分析が未開拓なことによる。【０１２８】
ガス分析（ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯｘ等）。
化学プラント等ではガス漏洩または混合比などを管理するために、分光分析技術が主流となっている。そこでは多様なガスに対応するため、近赤外から中赤外にかけて高強度の光源が必要となる。【０１２９】
光通信（変調スペクトルの測定、光源の線スペクトル測定等）。
光通信分野では、周波数資源の枯渇から１．２μｍ〜１．８μｍと広い波長領域に高密度に周波数チャンネルを割り当てる研究が進んでおり、広い周波数帯域でのＭＨｚオーダーの変調信号解析が必要となる。【０１３０】
物性研究（原子・分子のエネルギー準位の精密測定、同位体分離）。
物性研究分野では、原子・分子のエネルギー順位の精密測定または同位体分離のためにＭＨｚ精度の周波数確度が求められている。【０１３１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。【０１３２】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１３３】
１０  周波数コム光源、１２  短パルス光源、１４  ＳＳＢ変調器、１５  信号発生器、１６  ＥＤＦＡ、１７  パルス圧縮器、１８  ＨＮＬＦ、１９  可変波長フィルタ、２０  周波数安定化レーザ、２１  分散付与器、２２  光変調器、２３  信号発生器、２４  光パルスシンセサイザ、２５  光サーキュレータ、２６  アレイ導波路格子、２７  強度変調器、２８  位相変調器、２９  電流制御器、３０  ミラー、３１  位相変調器、３２  信号発生器、３３  分岐カプラ、３４  ＳＳＢ変調器、３５  コリメートレンズ、３６  合波ミラー、３８  被測定光源、４０  被測定試料、４２  ミラー、４５  コリメートレンズ、５０  分光光学系、５２  入射スリット、５４  コリメートレンズ、５５  回折格子、５６  レンズ、５８  出射スリット、６０  単一の光電変換素子、６２  イメージセンサ、６５  ＢＰＦ、７０  ＡＤコンバータ、７２  画像処理回路、８０  駆動回路、９０  プロセッサ、１００  測定装置、１０５  測定装置、１１０  ロックイン検波器、１２０  位相調整器、１３０  電気スペクトラムアナライザ、１４０  ディジタイザ、１５０  デュアルコム受光器、１６０  デュアルコム受光器、１７０  ポンプ光、１７２  分極反転デバイス、２００  測定装置、３００  測定装置、４００  測定装置、５００  測定装置、５５０  測定装置、６００  測定装置、７００  測定装置、８００  測定装置、９００  測定装置、１０００  測定装置、１１００  測定装置、１１０２  第１の波長変換部、１１０４  第２の波長変換部、１１０６  測定装置、１２００  測定装置、１２０２  光源、１２０４  白色ランプ、１２０６  コリメートレンズ、１２１０  被測定試料、１２２０  分光光学系、１２２２  回折格子、１２２４  スリット、１２３０  光検出器、１３００  測定装置、１３０４  波長可変レーザ、１３１０  被測定試料、１３２４  光検出器、１４００  測定装置、１４０２  周波数コム光源、１４０８  インターリーバ、１４１０  光スイッチ、１４１２  ＥＤＦＡ、１４１４  可変光フィルタ、１４１６  周波数シフタ、１４２０  被測定試料、１４２２  高速光検出器、１４２４  電気アンプ、１４２６  ローパスフィルタ、１４２８  光パワーメータ、１４３０  可変波長レーザ
【図１】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月20日(2015.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定試料の透過特性または反射特性を測定する測定装置であって、
一定の周波数間隔を有する複数のモード光を含むコム光を出力する周波数コム光源と、
前記コム光が入力され、前記コム光における前記複数のモード光を一つすつ周波数分解する分光光学系と、
前記分光光学系から取り出された前記複数のモード光のうち少なくとも１つのモード光の強度を検出する光検出器と
を備え、
前記光検出器が強度を検出する前記１つのモード光は、前記コム光源の出力から、前記光検出器の入力までの間に配置された前記被測定試料を透過または反射し、
前記コム光のモード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能より大きく、
前記コム光源は、
前記モード間隔周波数と同一の繰り返し周波数の光パルスを出力するパルス光源と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスのスペクトルを周波数シフトさせるＳＳＢ変調器と、
前記光パルスの有する周波数帯域を拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と
を有し、
前記パルス光源は、
単一周波数の連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と
を有する
測定装置。
【請求項２】
前記モード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能の２倍以上である
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記分光光学系は、前記複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す出射スリットを有し、
前記光検出器は、前記出射スリットから出射された前記１つのモード光の強度を検出する単一の光電変換素子を有する、
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記光検出器は、前記分光光学系によって周波数分解された前記複数のモード光を並列的に検出するイメージセンサを有する、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記ＳＳＢ変調器におけるシフト量に応じて、前記分光光学系が取り出す光周波数の範囲をシフトさせる制御機能を有する制御部を更に備える
請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数よりも小さい周波数で位相変調して、それぞれのモード光に１次の両側サイドバンド光を生じさせて、前記光変調器に入力する位相変調器と、
前記位相変調器に信号を入力する信号発生器と、
前記光検出器の出力と前記信号発生器の信号が位相調整された信号とを受信するロックイン検波器と
を更に有し、
前記分光光学系は、指定される１つのモード光と当該モード光の前記１次の両側サイドバンド光とを同時に取り出して前記光検出器に入射し、
前記光検出器から出力される電気信号は前記ロックイン検波器に送られ、変調信号を用いて位相敏感検波され、直交した２つの信号が取り出される
請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
前記光変調器は、前記連続光が分岐して入力される第１の光変調器および第２の光変調器を含み、
前記第１の光変調器は、前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光の前記種コム光を生成し、前記第２の光変調器は、前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光の前記種コム光を生成し、
ｆ１とｆ２との差は、ｆ１およびｆ２のいずれよりも小さく、
前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光および前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光の一方または両方が、前記被測定試料を透過または反射しており、
前記モード間隔周波数がｆ１の前記コム光と前記モード間隔周波数がｆ２の前記コム光とは合波され、前記分光光学系に入射される
請求項１に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記光パルス合成部は、前記第１の光変調器および前記第２の光変調器に対応する第１の光パルス合成部および第２の光パルス合成部を含み、
前記帯域拡大部は、前記第１の光パルス合成部および前記第２の光パルス合成部に対応する第１の帯域拡大部および第２の帯域拡大部を含む
請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光が入力され、前記コム光における前記複数のモード光のうち、指定される１つのモード光だけを取り出す分光光学系と、
前記分光光学系から取り出された前記１つのモード光と前記被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と
を備え、
前記コム光において隣接する前記複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能より大きく、
前記コム光源は、
前記モード間隔周波数と同一の繰り返し周波数の光パルスを出力するパルス光源と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスのスペクトルを周波数シフトさせるＳＳＢ変調器と、
前記光パルスの有する周波数帯域を拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と
を有し、
前記パルス光源は、
単一周波数の連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と
を有する
測定装置。
【請求項１６】
被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光と前記被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力が入力される電気スペクトラムアナライザと
を備え、
前記コム光源は、
モード間隔周波数と同一の繰り返し周波数の光パルスを出力するパルス光源と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスのスペクトルを周波数シフトさせるＳＳＢ変調器と、
前記光パルスの有する周波数帯域を拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と
を有し、
前記パルス光源は、
単一周波数の連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と
を有する
測定装置。
【請求項１７】
前記コム光源と前記分光光学系との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第１の波長変換部と、
前記第１の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定試料を透過または反射した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第２の波長変換部と
をさらに備える
請求項１から４、６、８から１０のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
前記コム光源と前記分光光学系との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第１の波長変換部と、
前記第１の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定光と合波した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第２の波長変換部と
をさらに備える
請求項１５に記載の測定装置。
【請求項２０】
前記コム光源と前記光検出器との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第１の波長変換部と、
前記第１の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定光と合波した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第２の波長変換部と
をさらに備える
請求項１６に記載の測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
、操作も簡便となる利点がある。
［００５６］
図９は、第３の実施形態における測定装置３００を示す図である。測定装置３００により、ＦＭ分光を実行することができる。測定装置３００は、基本的には、第１の実施形態における測定装置１００の周波数コム光源１０を、図７の周波数コム光源１０とした構成である。ただし、位相変調器３１、信号発生器３２、位相調整器１２０およびロックイン検波器１１０を設ける点が異なる。なお、本例の周波数コム光源１０は、短パルス光源１２と帯域拡大部１６との間に周波数シフタとしてのＳＳＢ変調器１４を有してもよい。
［００５７］
本例の短パルス光源１２は、周波数安定化レーザ２０および光変調器２２の間に位相変調器３１を有する。位相変調器３１には、信号発生器３２からＭＨｚオーダーの変調電圧が加えられる。位相変調器３１は、周波数安定化レーザ２０の連続光の周波数を、モード間隔周波数よりも小さい周波数で位相変調する。本例では、位相変調器３１の変調周波数は、光変調器２２の変調周波数よりも小さい。位相変調器３１は、周波数安定化レーザ２０が発振した単一周波数連続光に１次の両側サイドバンド光を生じさせて（図９（ａ‐１））、当該光を光変調器２２に入力する。
［００５８］
つまり、本例では、周波数安定化レーザ２０から出射する連続発振光を位相変調器３１で位相変調するだけで、周波数コム全てのモードを同じように位相変調することができる。
［００５９］
光変調器２２は、位相変調器３１から入力された光を変調して種コム光を生成する。種コム光の各モードは１次の両側サイドバンドを有する（図９（ａ‐２））。信号発生器３２が発生する正弦波信号は、位相変調器３１に入力される。同時に信号発生器３２が発生する正弦波信号は位相調整器１２０によって位相が調整されて、ロックイン検波器１１０にも入力される。
［００６０］
位相変調器３１により浅く位相変調された１つのモード光は、分光光学系５０によって取り出され、光検出器としての単一の光電変換素子６０に入射する。制御部としてのプロセッサ９０は、ロックイン検波器１１０から出力される信号を取り込むとともに、駆動回路８０に制御信号を送る。駆動回路８０は、当該制御信号に基づいて分光光学系５０における回折格子５５の回
【国際調査報告】
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