(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリースペクトルレンジが既知であり、かつ、共振モードが掃引可能な光共振器に、周波数がその周波数確度の範囲で既知である第１の周波数を有する被測定光と第２の周波数を有する被測定光とを合波した合波光を入射して前記第１の周波数を有する被測定光と前記第２の周波数を有する被測定光の差周波数を測定する周波数測定方法であって、
前記第１の周波数、前記第２の周波数および前記フリースペクトルレンジに基づいて前記第１の周波数と前記第２の周波数の間に有る前記共振モードの数ｎを求める段階と、
前記共振モードを掃引したときの前記第１の周波数を有する被測定光が共振する掃引位置（ＶA1，ＶA2）と前記第２の周波数を有する被測定光が共振する掃引位置（ＶB1，ＶB2）とを求める段階と、
前記第１の周波数を有する被測定光の共振位置、前記第２の周波数を有する被測定光の共振位置、前記数ｎおよび前記フリースペクトルレンジに基づいて前記差周波数を求める段階とからなる周波数測定方法。
【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、光計測の分野で利用される周波数測定方法に係り、特に多波長のレーザー光の発振周波数を高確度に測定する周波数測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信において、周波数の異なる複数の信号光を重畳させ、１本の光ファイバーに伝送させる波長多重通信（WDM:Wavelength Division Multiplexing）が開発されている。それぞれのチャネルのキャリア周波数は（ITU:International Telecommunication Unit）から勧告されており、それらは193.1THzを基準周波数として、そこから100GHzの整数倍離れた位置に配置されている。また、キャリア周波数の周波数確度は1GHz以下が要求されている。それぞれのキャリア周波数は、上記の条件を満たすように設定されているが、光源の劣化、周囲条件の変化等により、設定値からずれる恐れがあり、従って、全てのキャリア周波数を常に監視する必要がある。
【０００３】
高速に全てのキャリア周波数を測定する方法として、共振周波数を掃引した光共振器を用いる方法が提案された。図７にこの方法の構成を示した。この方法は、数ＴＨｚ程度の非常に広いフリースペクトルレンジを持った光共振器の共振周波数を掃引し、そこに周波数を測定したい多重化されたレーザー光を入射して、光共振器の透過光量を観測することにより、レーザー光の周波数を測定するものである。図８に示した様に、多重化されたレーザー光の内、最も低周波数なレーザー光周波数をν1 、最も高周波数なレーザー光周波数をνM とすれば、フリースペクトルレンジと掃引範囲はそれぞれνM −ν1 以上が必要であった。これにより唯一つの共振モードを透過したレーザー光のみを観測することができた。従って、横軸を掃引中の特定の共振モードの周波数、縦軸を光共振器の透過光量とすれば、それぞれのレーザー光の周波数と光量を測定することができた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の共振周波数を掃引した光共振器を用いる方法は、光共振器のフリースペクトルレンジが非常に広い（数ＴＨｚ）ために、共振モードの透過幅が広く（数十ＧＨｚ）、分解能が低いという問題があった。
本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、高分解能で高確度な波長測定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明の周波数測定方法は、フリースペクトルレンジの狭い光共振器を用いることによって、共振モードの幅を狭め、周波数測定の分解能と確度を向上させることを特徴としている。フリースペクトルレンジを被測定レーザー光の設定周波数確度と比較して同等か或いは若干広く設定することにより、設定周波数とフリースペクトルレンジから、レーザー光を透過させている共振モードのモードが計算できることを特徴としている。
【０００６】
すなわち、本発明の周波数測定方法は、フリースペクトルレンジが既知であり、かつ、共振モードが掃引可能な光共振器に、周波数がその周波数確度の範囲で既知である第１の周波数を有する被測定光と第２の周波数を有する被測定光とを合波した合波光を入射して前記第１の周波数を有する被測定光と前記第２の周波数を有する被測定光の差周波数を測定する周波数測定方法であって、前記第１の周波数、前記第２の周波数および前記フリースペクトルレンジに基づいて前記第１の周波数と前記第２の周波数の間に有る前記共振モードの数ｎを求める段階と、前記共振モードを掃引したときの前記第１の周波数を有する被測定光が共振する掃引位置（ＶA1，ＶA2）と前記第２の周波数を有する被測定光が共振する掃引位置（ＶB1，ＶB2）とを求める段階と、前記第１の周波数を有する被測定光の共振位置、前記第２の周波数を有する被測定光の共振位置、前記数ｎおよび前記フリースペクトルレンジに基づいて前記差周波数を求める段階とからなっている。
本発明の周波数測定方法は、高分解能、高確度にレーザー光の周波数を測定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る周波数測定方法の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係わる周波数測定の原理を以下に示す。光共振器の透過スペクトルは、鋭いLorentzianの透過域が等間隔に並んだ形状をしており、透過のピーク周波数（共振周波数）と間隔（FSR ：フリースペクトルレンジ）は共振器長と共振器内部の屈折率で決定される。共振周波数を掃引させた光共振器にレーザー光を入射すれば、共振周波数とレーザー光周波数が一致したときに出射光が観測される。複数の光源からのレーザー光を多重化して入射した場合は、それぞれのレーザー光周波数に依存したときに出射光が観測される。従って、それぞれの出射光とそのときの共振周波数とからそれぞれの光源間の差周波数を精度良く見積もることができる。
【０００８】
以下に光源が２つの場合について具体的に説明する。
２つのレーザー光源Ａ，Ｂからのレーザー光を合波後に、共振周波数を鋸歯状に掃引させた光共振器に入射したとする。掃引範囲は光共振器のフリースペクトルレンジよりも十分広いとする。この状態で光共振器の透過光量を受光器で観測する。光共振器の共振モードの共振周波数（Ｒi ）と光源Ａ、Ｂの発振周波数（νA 、νB ）の関係が、図１に示した状態にあり共振周波数が低周波側に掃引されているとする。この場合、掃引により、Ｒ0 、Ｒ1 がνA と一致するときに光共振器からパルス光が出射される。同様に、Ｒn 、Ｒn+1 がνB と一致するときにもパルス光が出射される。Ｒn は、Ｒ0 に対して、高周波数側にｎ番目の共振モードの共振周波数を示している。光共振器の共振周波数が信号発生器の電圧に比例して制御できるとすれば、信号発生器の出力電圧を横軸に、光共振器の透過光量を縦軸にとると、図２に示したように、周期的なパルスを観測することができる。ＰAiは、光源Ａからのレーザー光によるパルス光である。共振周波数の掃引幅がフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）よりも十分に広いため、１掃引内において複数のパルスが出射される。同様に、ＰBiは、光源Ｂからのレーザー光によるパルス光である。ＰA1、ＰA2、ＰB1、ＰB2のパルスが出射されたときの信号発生器の出力電圧をＶA1、ＶA2、ＶB1、ＶB2とすれば、νA 、νB は、
νB −νA ＝〔ｎ＋（ＶB1−ＶA1）／（ＶA2−ＶA1）〕・ＦＳＲ    （１）
と表わすことができる。従って、νA とνB の間にある共振モードの数ｎが既知であれば、ＶA1、ＶA2、ＶB1を測定することにより、簡単に光源Ａ，Ｂ間の差周波数を測定することが可能である。また、νA が既知であれば、式（１）より、光源Ｂの絶対周波数を測定することが可能である。
【０００９】
図３は本発明に係る周波数測定方法を適用した測定系を示したものである。ここでは光源は、周波数が安定化された周波数基準光源と、周波数を測定したい被周波数測定光源の２台とした。周波数基準光源１は、1545.1754nm にあるアセチレンガスの吸収線を周波数基準として発振周波数の安定化が施されている。被周波数測定光源２は、半導体レーザ（LD）、グレーティング、ミラーをリットマン型に配置した外部共振器構造LD光源である。ミラーの角度をモーターで粗調、PZT で微調することにより発振周波数を可変している。±0.6GHzの確度で周波数を制御可能である。光共振器３は、フリースペクトルレンジ1.49928GHz、フィネス150 のコンフォーカルエタロンを用いた。共振周波数における透過率は20％であった。内蔵のPZT に電圧を印加することにより、共振周波数をフリースペクトルレンジの３倍程度まで掃引可能である。
【００１０】
光共振器のフリースペクトルレンジが約1.5GHzであるのに対して被周波数測定光源の周波数確度が0.6GHzであることから、式（１）のｎを、ミスカウント無しに計算することができる。
周波数基準光源１と被周波数測定光源２からのレーザー光を合波器４で合波して光共振器３に入射した。光共振器３は、光共振器内蔵PZTに電圧を印加して共振周波数を掃引した。光共振器３から出射されたレーザー光は受光器５で受光され受光信号に変換された。受光信号の電圧を縦軸に、掃引信号電圧を横軸にした図を図４に示した。図中のＴ１，Ｔ２，Ｔ３が被周波数測定光源２からの、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が周波数基準光源１からの信号である。周波数基準光源１と被周波数測定光源２の信号を明確に区別するために、周波数基準光源１の出力を被周波数測定光源２と比較して５ｄＢ低下させて光共振器３に入力した。図４を見ると、掃引電圧が高くなるほど、つまりＰＺＴが伸びるほど、ピーク間隔が詰まってきていることが分かる。これはＰＺＴの伸縮距離が、印加電圧に対して非線型であるためである。そこで、図４からＰＺＴの非線型性を計算し、補正したものを図５に示した。また、ピーク間隔がフリースペクトルレンジに対応することから、横軸を周波数に換算した。
【００１１】
ピーク位置検出はコンピューターによって自動的に行われ信号位置、周波数基準光源１の発振周波数、被周波数測定光源２の設定周波数と周波数基準光源１の発振周波数から計算されたｎを式（１）に代入して被周波数測定光源２の発振周波数を見積もった。
【００１２】
高精度波長計（分解能10MHz ）の測定値を基準として、本発明の方法により測定された被周波数測定光源２の発振周波数の測定精度の波長依存性を測定した。結果を図６に示した。今回使用した被周波数測定光源の発振可能な波長範囲が1480-1555nm であったため、この波長域内でのみの測定となった。図から、周波数基準光源から65nm離れた波長域においても±0.1GHzの精度で周波数が測定できていることが分かる。0.2GHz以上に測定精度が劣化しているものが観測されているが、これは被周波数測定光源が多モード発振してしまったためである。
この実施の形態では、光源は２つであったが、光源を３つ以上に増やしても、同様にそれぞれのレーザー光周波数を測定することできる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係わる周波数測定方法は、掃引信号によって共振周波数を掃引させた光共振器に、複数の被周波数測定光源からのレーザー光を入射し、光共振器を透過したレーザー光を受光器で受光し、受光器から出力された受光信号と、掃引信号との関係から被周波数測定光源の発振周波数を検出する系において、レーザー光の周波数が予めある確度で既知であることを利用して、光共振器のフリースペクトルレンジが狭くても、被周波数測定光源の周波数を高確度に測定できる。フリースペクトルレンジが狭いために共振モードの幅も狭くでき、結果として高分解能で高確度に測定できた。
従って、本発明に係わる周波数測定方法をＷＤＭ系に用いることにより、ＷＤＭ系の光源の発振周波数を、高確度、高分解能に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数測定方法を説明するための図であって、被測定光の周波数と光共振器の共振周波数の関係を示す図である。
【図２】本発明の周波数測定方法を説明するための図であって、光共振器の透過光量と掃引信号の関係を示す図である。
【図３】本発明の周波数測定方法を適用した測定系を示す図である。
【図４】掃引信号と受光信号の関係を示す図である。
【図５】ＰＺＴの非線形性を補正した後の周波数と受光信号の関係を示す図である。
【図６】本発明の周波数測定方法による測定結果を示す図である。
【図７】光共振器を用いた周波数測定を説明するための図である。
【図８】従来の周波数測定方法における被測定光の周波数と、掃引中の共振モードの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  周波数基準光源
２  被周波数測定光源
３  光共振器
４  合波器
５  受光器
６  解析器
【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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