(57)【要約】【課題】  発振光周波数を高確度に制御することができる高確度周波数可変光源およびこれを用いた光スペクトル計測装置を提供する。【解決手段】  中心光周波数ｆc 、光周波数間隔ｆの複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、かつ中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆを独立に制御可能な光周波数コム発生部と、中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆの制御に応じて通過中心周波数を制御し、光周波数コムの１つの光周波数成分を切り出す周波数可変光バンドパスフィルタとを備える。【選択図】        図１
2005156802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心光周波数ｆc 、光周波数間隔ｆの複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、かつ中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆを独立に制御可能な光周波数コム発生部と、
前記中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆの制御に応じて通過中心周波数を制御し、前記光周波数コムの１つの光周波数成分を切り出す周波数可変光バンドパスフィルタと
を備えたことを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項２】
請求項１に記載の高確度周波数可変光源において、
前記光周波数コム発生部は、
中心光周波数がｆc で繰り返し周期が１／ｆの光パルスを発生するパルス光源と、
前記繰り返し周期１／ｆを保ったまま、前記光パルスの光周波数成分の分布域の外側の広い光周波数領域に新たな光周波数成分を生成し、前記光周波数コムとして出力する光キャリア倍増手段と、
前記パルス光源の出力光または前記光キャリア倍増手段の出力光と、所定の光周波数を有する標準光とを合波し、前記光周波数コムの１つの光周波数成分と前記標準光のビート信号の周波数を検出する光周波数検出手段と、
前記光周波数検出手段で検出されたビート信号の周波数が一定になるように前記パルス光源の中心光周波数ｆc を制御するとともに、前記パルス光源の繰り返し周期１／ｆを制御する光周波数制御手段と
を備えたことを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項３】
請求項２に記載の高確度周波数可変光源において、
前記光周波数検出手段は、原子または分子の吸収線等の絶対値が安定したスペクトルを参照して前記標準光を発生させる光周波数標準光源を含むことを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項４】
請求項２に記載の高確度周波数可変光源において、
前記光周波数検出手段は、前記ビート信号のうち最も低周波のビート信号のみを切り出して前記光周波数制御手段に送出する低域通過フィルタを含むことを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項５】
請求項４に記載の高確度周波数可変光源において、
前記低域通過フィルタの遮断周波数は、ｆ／２であることを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項６】
請求項１に記載の高確度周波数可変光源において、
前記周波数可変光バンドパスフィルタの通過中心周波数は、ｆc ＋ｎｆ（ｎは整数）に設定されたことを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項７】
請求項１に記載の高確度周波数可変光源において、
前記周波数可変光バンドパスフィルタの通過帯域は、ｆ〜２ｆの範囲に設定されたことを特徴とする高確度周波数可変光源。
【請求項８】
請求項１に記載の高確度周波数可変光源と、
前記高確度周波数可変光源の出力光を測定対象の光部品を介して入力し、その光パワーを測定する光パワーメータと、
前記高確度周波数可変光源から得られる出力光の光周波数情報と、前記光パワーメータで測定された光パワー情報に基づいて、前記光部品におけるスペクトルデータを算出するスペクトルデータ算出部と
を備えたことを特徴とする光スペクトル計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、発振光周波数が高確度に制御された高確度周波数可変光源およびこれを用いた光スペクトル計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光周波数確度の高い光源は、波長多重（ＷＤＭ）通信システムの光源として、またＷＤＭ通信システムに用いられる光部品の光周波数特性測定用の光源として重要になっている。近年、ＷＤＭ通信の高密度化、狭チャネル化等により、特に光周波数特性測定用の光源には10-7以下の確度が求められている。
【０００３】
現在、光源の発振光周波数に所定の光周波数確度をもたせるには、光周波数が既知の参照光（通常はHe−Neレーザ）を用いて光源の発振光周波数を測定し、フィードバック制御する方法がとられている。例えば、光路長遅延量ΔＬが調整できるマイケルソン干渉計等を用い、ΔＬを掃引したときの光源および参照光のフリンジ数ｘ，ｘref を測定することにより、発振光周波数ｆを
ｆ＝（ｘ／ｘref)(ｎref／ｎ）ｆref 
により算出する。ここで、ｎ，ｎref は、マイケルソン干渉計の光路媒質である空気の被測定光周波数での屈折率および参照光周波数での屈折率である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマイケルソン干渉計を用いた方法では、ΔＬの掃引機械精度誤差および温度依存誤差によるｘ，ｘref の精度、温度や湿度や気圧等の環境依存性誤差によるｎref ／ｎの精度の限界により、光周波数の測定精度は10-6程度であり、高確度化には限界があった。なお、これらは光周波数を波長に変換し、長さで計測している点に根本的な問題があった。
【０００５】
本発明は、従来技術とは異なる構成により（該当する先行技術文献はない）、発振光周波数を高確度に制御することができる高確度周波数可変光源およびこれを用いた光スペクトル計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の高確度周波数可変光源は、中心光周波数ｆc 、光周波数間隔ｆの複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、かつ中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆを独立に制御可能な光周波数コム発生部と、中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆの制御に応じて通過中心周波数を制御し、光周波数コムの１つの光周波数成分を切り出す周波数可変光バンドパスフィルタとを備える（請求項１）。
【０００７】
この光周波数コム発生部は、中心光周波数がｆc で繰り返し周期が１／ｆの光パルスを発生するパルス光源と、繰り返し周期１／ｆを保ったまま、光パルスの光周波数成分の分布域の外側の広い光周波数領域に新たな光周波数成分を生成し、光周波数コムとして出力する光キャリア倍増手段と、パルス光源の出力光または光キャリア倍増手段の出力光と、所定の光周波数を有する標準光とを合波し、光周波数コムの１つの光周波数成分と標準光のビート信号の周波数を検出する光周波数検出手段と、光周波数検出手段で検出されたビート信号の周波数が一定になるようにパルス光源の中心光周波数ｆc を制御するとともに、パルス光源の繰り返し周期１／ｆを制御する光周波数制御手段とを備える（請求項２）。
【０００８】
光周波数検出手段は、原子または分子の吸収線等の絶対値が安定したスペクトルを参照して標準光を発生させる光周波数標準光源を含む構成としてもよい（請求項３）。また、光周波数検出手段は、ビート信号のうち最も低周波のビート信号のみを切り出して光周波数制御手段に送出する低域通過フィルタを含む構成としてもよい（請求項４）。
【０００９】
低域通過フィルタの遮断周波数はｆ／２としてもよい（請求項５）。周波数可変光バンドパスフィルタの通過中心周波数は、ｆc ＋ｎｆ（ｎは整数）に設定してもよい（請求項６）。周波数可変光バンドパスフィルタの通過帯域は、ｆ〜２ｆの範囲に設定してもよい（請求項７）。
【００１０】
本発明の光スペクトル計測装置は、本発明の高確度周波数可変光源と、高確度周波数可変光源の出力光を測定対象の光部品を介して入力し、その光パワーを測定する光パワーメータと、高確度周波数可変光源から得られる出力光の光周波数情報と、光パワーメータで測定された光パワー情報に基づいて、光部品におけるスペクトルデータを算出するスペクトルデータ算出部とを備える（請求項８）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高確度周波数可変光源は、中心光周波数および光周波数間隔が高確度に制御された光周波数コムから１つの光スペクトル成分のみを抜き出す構成により、発振スペクトルのモニタおよび制御に機械的な長さ計測を用いず、すべて電気的な計測のみで対応することができる。これにより、従来のような機械精度や環境変動を影響を受けることなく、絶対周波数の確度に優れた出力光を安定に得ることができる。
【００１２】
また、本発明の高確度周波数可変光源を用いて測定系を構成することにより、周波数確度に優れた光学特性測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の高確度周波数可変光源の実施形態を示す。図において、高確度周波数可変光源は、光周波数コム発生部１１と周波数可変光バンドパスフィルタ１２から構成される。光周波数コム発生部１１は、パルス光源２１、光キャリア倍増手段２２、光周波数検出部２３および光周波数制御部２４から構成される。さらに、光周波数検出部２３は、光分岐器３１、光周波数標準光源３２、光結合器３３、光検出器３４、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３５から構成される。
【００１４】
パルス光源２１は、光周波数制御部２４から出力される制御信号により中心光周波数ｆc が制御され、周波数ｆのクロックに同期した繰り返し周期１／ｆの光パルスを発生する。なお、中心光周波数ｆc は、パルス光源２１の温度や注入電流によって制御される。この光パルスの光周波数スペクトルは、図２(a) のように、光周波数軸上に光周波数間隔ｆで等間隔に並んだ光周波数成分の合成である。この光パルスを光キャリア倍増手段（例えば光非線形媒質などのスーパーコンティニウム光源）２２に入射すると、図２(b) に示すように、媒質中の光非線形効果によって光周波数間隔ｆを保ったまま、光パルスの光周波数成分の分布域の外側の広い光周波数領域に新たな光周波数成分が生成される。これらの光周波数成分の位相は、すべて時間領域において光パルスに同期している。
【００１５】
光キャリア倍増手段２２から出力される中心光周波数ｆc 、光周波数間隔ｆの複数の光周波数成分（ｆc ＋ｎｆ）を有する光周波数コムは、光分岐器３１でその光パワーの一部が分岐され、光周波数標準光源３２から出力される標準光と光結合器３３で合波され、光検出器３４に受光される。光検出器３４から出力される電気信号は、低域通過フィルタ３５を介して光周波数制御部２４にフィードバックされる。ここで、光周波数標準光源３２は、アセチレンあるいはシアン等の分子吸収線や原子吸収線等に対して発振波長をロックした構成の光源であり、概ね10-7程度の波長確度を有し、現状の波長計に比べて非常に高い波長確度を有している。
【００１６】
光周波数コムと標準光を合波することにより、その光周波数スペクトルは図２(c) に示すように、等間隔ｆで配置された光周波数コムの光ピーク間に標準光の光ピークが発生する。このとき、標準光の光ピークとこれに最も近い光周波数コムの光ピークとの光周波数間隔ｆd を常に一定に保つように光周波数制御部２４の制御を実行すれば、光周波数コムに含まれるすべての光周波数成分の光周波数は、標準光に対して常に一定の光周波数間隔を保持することになる。これにより、光周波数コムの中心光周波数ｆc および各光周波数成分は、標準光と同等の波長確度を有することになる。また、光周波数間隔ｆd をΔｆだけシフトさせるように制御すれば、光周波数コムの中心光周波数ｆc および各光周波数成分は基準光と同等の波長確度を保ったまま、光周波数をΔｆだけシフトさせることができる。
【００１７】
ところで、光周波数コムと標準光を合波すると、その光パワーには、標準光とこれに最も近い光周波数コムの光周波数成分との光周波数間隔ｆd に等しい周波数を有するビート成分が発生する。なお、標準光に最も近い光周波数成分との差周波数は必ずｆ／２以下であり、それ以外の光周波数成分との差周波数はｆ／２以上になる。したがって、遮断周波数ｆ／２の低域通過フィルタ３５を用いれば、図３に示すように標準光に最も近い光周波数成分とのビート成分のみを容易に検出することができる。なお、光検出器３４の帯域制限により、低域通過フィルタ３５の機能を兼ねることもできる。光周波数制御部２４では、このビート成分の周波数をモニタすることによりｆd の値を正確に検知することが可能であり、上記のようなパルス光源２１の制御を実現することができる。
【００１８】
なお、光周波数コム発生部１１において、光分岐器３１を光キャリア倍増手段２２の入力側に配置し、パルス光源２１の出力光と標準光とを合波して光検出器３４に受光させるようにしてもよい。
【００１９】
光周波数コム発生部１１は、以上のようにして中心光周波数ｆc が標準光とのビート成分検出により正確にモニタおよび制御され、光周波数間隔ｆが繰り返し周期１／ｆのクロックにより正確に制御され、ｆc ＋ｎｆの複数の光周波数成分を有する光周波数コムを出力する。本発明の高確度周波数可変光源は、この中心光周波数ｆc と光周波数間隔ｆの制御に応じて周波数可変光バンドパスフィルタ１２の通過中心周波数を制御し、光周波数コムの１つの光周波数成分を切り出す構成である。
【００２０】
周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、中心光周波数ｆc および光周波数間隔ｆの制御に応じて通過中心周波数が制御される構成である。例えば、光周波数コムを誘電体多層膜フィルタに入力してその１つの光周波数成分を選択出力する構成、あるいは光周波数コムをアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）に入力して分波し、その１つの光周波数成分を光スイッチにより選択出力する構成により実現できる。
【００２１】
ここで、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の通過帯域幅を２ｆより狭くすることにより、光周波数コムから単一スペクトルのみを切り出すことができる。この通過帯域幅の最適値は、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の通過中心周波数の制御精度に依存する。例えば、通過帯域幅が２ｆあるいは０に近い場合には、通過中心周波数がｆc ＋ｎｆの近辺でなければ、切り出すスペクトルが２つあるいは０となり、単一スペクトルのみを確実に切り出すことができない（図４(e),(f))。一方、通過帯域幅がｆの場合に単一スペクトルのみを確実に切り出すには、通過中心周波数がｆc ＋ｎｆ±ｆ／２の範囲にあればよい（図４(b),(c))。すなわち、図４に示すように、通過帯域幅がほぼｆであれば通過中心周波数はｆの幅をもって設定することができ、逆に通過中心周波数がほぼｆc ＋ｎｆであれば通過帯域幅は０〜２ｆの幅をもって設定することができ、両者の設定精度はトレードオフの関係にある。
【００２２】
図５は、本発明の高確度周波数可変光源を用いた光スペクトル計測装置の構成例を示す。図において、高確度周波数可変光源４１の出力光を測定対象の光部品４２を介して光パワーメータ４３に入力し、その光パワーを測定する。スペクトルデータ算出部４４は、高確度周波数可変光源４１から得られる出力光の光周波数情報と、光パワーメータ４３で測定された光パワー情報に基づいて、光部品４２におけるスペクトルデータを算出する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の高確度周波数可変光源の実施形態を示す図。
【図２】光周波数コム発生部１１の各部の光スペクトルを示す図。
【図３】光周波数検出部２３で検出されるビート成分を示す図。
【図４】周波数可変光バンドパスフィルタ１２の特性を示す図。
【図５】本発明の高確度周波数可変光源を用いた光スペクトル計測装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１１  光周波数コム発生部
１２  周波数可変光バンドパスフィルタ
２１  パルス光源
２２  光キャリア倍増手段
２３  光周波数検出部
２４  光周波数制御部
３１  光分岐器
３２  光周波数標準光源
３３  光結合器
３４  光検出器
３５  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
４１  高確度周波数可変光源
４２  光部品
４３  光パワーメータ
４４  スペクトルデータ算出部
【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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