(57)【要約】【課題】レーザ光の波長を高精度かつ校正などの操作を必要とすることなくリアルタイムで計測することのできる新規なレーザ波長計測方法を提供するとともに、十分に小型化することができる新規なレーザ波長計測装置を提供する。【解決手段】未知の第１の波長を有する第１のレーザ光と既知の第２の波長を有する第２のレーザ光とを混合して、混合レーザ光を形成する。次いで、  前記混合レーザ光を光伝導素子に入射して、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との差周波数を有する電磁波を生成する。次いで、前記電磁波をジョセフソン素子に入射することにより、前記差周波数を検出し、前記差周波数及び前記第２のレーザ光の前記既知の第２の波長から、前記第１のレーザ光の前記未知の第１の波長を計測する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未知の第１の波長を有する第１のレーザ光と既知の第２の波長を有する第２のレーザ光とを混合して、混合レーザ光を形成する工程と、
前記混合レーザ光を光伝導素子に入射して、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との差周波数を有する電磁波を生成する工程と、
前記電磁波をジョセフソン素子に入射することにより、前記差周波数を検出し、前記差周波数及び前記第２のレーザ光の前記既知の第２の波長から、前記第１のレーザ光の前記未知の第１の波長を計測する工程と、
を具えることを特徴とする、レーザ波長計測方法。
【請求項２】
前記第１のレーザ光の強度と、前記第２のレーザ光の強度とを同一に設定することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ波長計測方法。
【請求項３】
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との混合は、光ファイバ内で行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ波長計測方法。
【請求項４】
前記差周波数は、ジョセフソンの関係式：ΔＶ＝（ｈ／２ｅ）Δｆ（ｈ：プランク定数、ｅ：電荷素量、ΔＶ：シャピロステップの電圧間隔、Δｆ：差周波数）から導出することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のレーザ波長計測方法。
【請求項５】
前記光伝導素子は、フォトダイオードであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のレーザ波長計測方法。
【請求項６】
前記光伝導素子は、光伝導スイッチであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のレーザ波長計測方法。
【請求項７】
未知の第１の波長を有する第１のレーザ光を発射する第１のレーザ光源と、
既知の第２の波長を有する第２のレーザ光を発射する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との混合レーザ光を導入することにより、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との差周波数を有する電磁波を生成するための光伝導素子と、
前記電磁波を導入することにより、前記差周波数を検出するためのジョセフソン素子と、
を具えることを特徴とする、レーザ波長計測装置。
【請求項８】
前記第１のレーザ光源からの前記第１のレーザ光の強度と、前記第２のレーザ光源からの前記第２のレーザ光の強度とを同一に設定したことを特徴とする、請求項７に記載のレーザ波長計測装置。
【請求項９】
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との混合するための、光ファイバを具えることを特徴とする、請求項７又は８に記載のレーザ波長計測装置。
【請求項１０】
前記光伝導素子は、フォトダイオードであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一に記載のレーザ波長計測装置。
【請求項１１】
前記光伝導素子は、光伝導スイッチであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一に記載のレーザ波長計測装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一に記載のレーザ波長計測装置を具えることを特徴とする、発振器。
【請求項１３】
請求項７〜１１のいずれか一に記載のレーザ波長計測装置を具えることを特徴とする、波長検出器。
【請求項１４】
請求項７〜１１のいずれか一に記載のレーザ波長計測装置を具えることを特徴とする、光通信用インターフェイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムの分野、及びレーザ計測分野などにおいて好適に用いることのできる、レーザ波長計測方法及びレーザ波長計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ波長の計測は、干渉型分光装置や回折格子を用いた分光装置などを用いることにより実施していた。しかしながら、これらの装置においては、可動鏡あるいは回折格子を設置する必要があったため小型化が困難であった。また、波長の実際の計測においては校正などの追加の操作が必要とされるため、計測の高速化を実現することができないでいた。さらに、波長分解能が低いため、計測精度を向上させることができないでいた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レーザ光の波長を高精度かつ校正などの操作を必要とすることなくリアルタイムで計測することのできる新規なレーザ波長計測方法を提供するとともに、十分に小型化することができる新規なレーザ波長計測装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
未知の第１の波長を有する第１のレーザ光と既知の第２の波長を有する第２のレーザ光とを混合して、混合レーザ光を形成する工程と、
前記混合レーザ光を光伝導素子に入射して、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との差周波数を有する電磁波を生成する工程と、
前記電磁波をジョセフソン素子に入射することにより、前記差周波数を検出し、前記差周波数及び前記第２のレーザ光の前記既知の第２の波長から、前記第１のレーザ光の前記未知の第１の波長を計測する工程と、
を具えることを特徴とする、レーザ波長計測方法に関する。
【０００５】
また、本発明は、
未知の第１の波長を有する第１のレーザ光を発射する第１のレーザ光源と、
既知の第２の波長を有する第２のレーザ光を発射する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との混合レーザ光を導入することにより、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との差周波数を有する電磁波を生成するための光伝導素子と、
前記電磁波を導入することにより、前記差周波数を検出するためのジョセフソン素子と、
を具えることを特徴とする、レーザ波長計測装置に関する。
【０００６】
本発明の方法及び装置によれば、波長計測に供する第１のレーザ光源（被計測用レーザ光源）と、波長計測に際して参照光として用いるレーザ光を発射させるための第２のレーザ光源（参照用レーザ光源）とを準備する。計測に供すべき前記第１のレーザ光源の発振波長は未知であり、参照のために用いる前記第２のレーザ光源の発振波長は既知である。
【０００７】
そして、前記第１のレーザ光源から発射された未知の第１の波長を有する第１のレーザ光（被計測レーザ光）と、前記第２のレーザ光源から発射された既知の第２の波長を有する第１のレーザ光（参照レーザ光）とを混合し、光伝導素子に入射させることによって電磁波に変換し、さらにこの電磁波をジョセフソン素子に入射させることによって、前記第１の波長及び前記第２の波長の差周波数を検出するようにしている。前述したように、前記第２の波長は既知であるので、前記第２の波長及び前記差周波数より、未知の前記第１の波長を導出することができる。
【０００８】
このように、本発明によれば、可動鏡や回折格子などを用いることがないため、レーザ波長計測装置自体を小型化することができる。また、光伝導素子やジョセフソン素子などの高精度な素子を用い、校正などの操作を行うことなく直接的にレーザ波長を計測するようにしているので、高精度かつリアルタイムなレーザ波長の計測を実現することができる。
【０００９】
本発明のその他の特徴及び利点については、以下の発明の実施の形態で説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のレーザ計測装置を概略的に示す構成図である。図１に示すレーザ計測装置１０は、被計測用の第１のレーザ光源１１及び参照用の第２のレーザ光源１２を有するとともに、これらレーザ光源の前方において光伝導素子１３及び超伝導体ジョセフソン素子１４を有している。第１のレーザ光源１１及び光伝導素子１３、並びに第２のレーザ光源１２及び光伝導素子１３は、それぞれ光ファイバ１５で接続されている。また、光伝導素子１３と超伝導体ジョセフソン素子１４とは所定のケーブル１６で接続されている。
【００１１】
第１のレーザ光源１１からは、測定に供すべき未知の第１の波長λ１を有する第１のレーザ光（被計測レーザ光）Ｌ１が発せられ、第２のレーザ光源１２からは、参照光として使用する既知の第２の波長λ２を有する第２のレーザ光（参照レーザ光）Ｌ２が発せられる。これらのレーザ光は光ファイバ内で波長混合され、混合レーザ光ＬＭが形成される。この混合レーザ光ＬＭは、第１のレーザ光Ｌ１（周波数ｆ１＝ｃ／λ１；ｃは光速）と、第２のレーザ光Ｌ２（周波数ｆ２＝ｃ／λ２；ｃは光速）との差周波数Δｆ＝｜ｆ１−ｆ２｜で振幅変調される。
【００１２】
なお、第１のレーザ光Ｌ１の強度と第２のレーザ光Ｌ２の強度とは同一であることが好ましい。これによって、以下に示す超伝導体ジョセフソン素子での差周波数の検出を精度良く行うことができ、レーザ光波長の計測をより正確に実行することができる。
【００１３】
次いで、混合レーザ光ＬＭは光ファイバ１５内を伝播して、光伝導素子１３に導入される。光伝導素子１３では混合レーザ光−電磁波変換が行われ、混合レーザ光ＬＭは、第１のレーザ光Ｌ１と第１のレーザ光Ｌ２との差周波数Δｆに相当する周波数を有する電磁波ＷＥに変換される。
【００１４】
例えば、第１の波長λ１が光ファイバ通信で使用する１５４７ｎｍ（〜１９３．７９ＴＨｚ）であり、第２の波長λ２が同じく光ファイバ通信で使用する１５４７．１ｎｍ（〜１９３．７７７ＴＨｚ）である場合、電磁波ＷＥの周波数はその差周波数である約１２ＧＨｚとなる。
【００１５】
光伝導素子１３は、電磁波ＷＥの周波数が１００ＧＨｚ以下の範囲ではフォトダイオードから構成することが好ましく、電磁波ＷＥが１００ＧＨｚ〜数ＴＨｚの範囲では光伝導スイッチから構成することが好ましい。
【００１６】
次いで、電磁波ＷＥはケーブル１６内を伝播して超伝導体ジョセフソン素子１４に導入される。このとき、電磁波ＷＥの周波数Δｆは、ジョセフソン素子の、接合電流−電圧特性におけるシャピロステップの電圧間隔を利用した公知の関係式であるジョセフソンの関係式：ΔＶ＝（ｈ／２ｅ）Δｆ（ｈ：プランク定数、ｅ：電荷素量、ΔＶ：シャピロステップの電圧間隔、Δｆ：差周波数）を用いて導出する。
【００１７】
具体的には、超伝導体ジョセフソン素子１４において、前記関係式におけるシャピロステップの電圧間隔ΔＶが直接的に計測されるので、この計測値を前記関係式内に導入することによって差周波数Δｆを導出することができる。
【００１８】
以上のような工程を経ることにより、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の差周波数Δｆが既知となるので、同じ既知の第２の波長λ２（周波数ｆ２）を併用することによって、未知の第１の波長λ１（周波数ｆ１）を導出することができ、結果として、第１のレーザ光源１１のレーザ波長を計測することができる。
【００１９】
図２は、参照用レーザ光の波長（第２のレーザ光Ｌ２の波長λ２）を変化させた場合の、実際に計測された被計測レーザ光の波長（第１のレーザ光Ｌ１の波長λ１）の測定結果を示すグラフである。被計測レーザ光の実際の波長に対して、計測された波長は斜線で示す範囲内で変動することが判明した。但し、この変動幅は約３００ｆｍであり、極めて小さいことが判明した。結果として、本発明によれば、被計測レーザ光の波長を極めて高精度に計測できることが分かる。
【００２０】
また、上述したように、本発明によれば、従来のような校正を必要とすることなく、リアルタイムでレーザ波長の計測を行うことができ、さらに、従来のような可動鏡や回折格子などを設ける必要がないので、計測装置自体を小型化することができる。
【００２１】
上述した本発明のレーザ波長計測装置及び計測方法は、光通信におけるインターフェイスのみならず、波長検出器や発振器などにも好適に用いることができる。
【００２２】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記具体例においては、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とを光ファイバを用いて混合しているが、ハーフミラーなどを用いて任意の空間内で混合させることもできる。さらに、空間を伝播させ、ジョセフソン素子１４に電磁気的に結合させることもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光の波長を高精度かつ校正などの操作を必要とすることなくリアルタイムで計測することのできる新規なレーザ波長計測方法を提供するとともに、十分に小型化することができる新規なレーザ波長計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ計測装置を概略的に示す構成図である。
【図２】参照用レーザ光の波長を変化させた場合の、実際に計測された被計測レーザ光の波長の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  レーザ波長計測装置
１１  第１のレーザ光源
１２  第２のレーザ光源
１３  光伝導素子
１４  ジョセフソン素子
１５  光ファイバ
１６  ケーブル
【図１】
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【図２】
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