JP2009098106A - 光周波数の測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反復率をスキャニングしなくてもモードロックレーザが異なる反復率で光周波数を測定するときの光コム序数差値を測定でき、それによって光コム序数および被測定レーザ周波数の測定を行うことができる光周波数の測定方法および装置を提供する。
【解決手段】一台または二台の周波数安定化されたモードロックレーザコムを異なる反復率で操作して被測定レーザとビート周波数をそれぞれ生成する。反復率が異なるときに生成される二つのビート周波数の光コム序数差値を測定することによってビート周波数を生成する光コム序数を計算して取得し、被測定レーザの周波数を測定する。光コム序数差値の測定は分光装置が概略光コム序数を提供するか、或いはモードロックレーザを三種類の異なる反復率で操作するときの測定によって取得される。
【選択図】 図９

Description

本発明は光周波数の測定方法およびその装置に関し、特に、一台または二台のモードロックレーザ光コムを異なるパルス反復率で操作することによって被測定レーザの光周波数を測定するものであり、ビート周波数の測定、オフセット周波数および反復率からそのビート周波数を生成する光コム序数差値を算出し、そのビート周波数を生成する光コム序数および被測定レーザ周波数を測定する方法およびその装置に関する。

１９９９年にドイツのヘンシュ教授がフェムト秒パルスレーザをセシウム原子のＤ１スペクトル線の周波数測定に応用した後、モードロックレーザの光周波数測定への応用が注目を集め始めた。

超短パルスレーザが発生する光は、繰り返し周波数で決まる間隔を持った細いスペクトル成分の列となり、これらのスペクトル列は、形状が櫛に似ていることから、「光コム(Comb)」と呼ばれる。図１に示すように、周波数域上のモードロックレーザは周波数間隔が等しい光コム線から構成される光コムであり、各光コム線の周波数はパルス反復周波数f_rの整数倍にオフセット周波数f_oを一つ加えたものであり、即ち、第ｎ本の光コム線の周波数f_nは下記の数式によって表される。
f_n＝n×f_r+f_o

ｎは正の整数であり、f_rはパルス反復周波数または略称反復率であり、f_oはキャリア・エンベロープ・オフセット周波数または略称オフセット周波数である。オフセット周波数f_oは自己参照技術によって測定することができ、図２はf-2f自己参照技術（self-referencing technique）を示す。

しかし、自己参照技術によってモードロックオフセット周波数を測定するとき、０とf_rとの間ではf_oおよびf_r-f_oの二つの値が測定され、何れが正確なオフセット周波数なのかを更に判断する必要があり、定義の相違に基づいて二つの値に反復率の整数倍をそれぞれ加えてもオフセット周波数を定義することができる。また、一つの測定されたビート周波数f_bに対して被測定レーザの周波数f_Lが光コム線より高くても低くてもf_bは同様のビート周波数が生成されるので、未知のレーザの周波数は恐らくf_L＝n×f_r+f_o±f_bまたはf_L＝n×f_r+(f_r-f_o)±f_b=(n+1)×f_r-f_o±f_bとなる。ｎは後で決定されるので、一般の文献において被測定レーザの周波数f_Lは下記の数式によって表される。
f_L＝n×f_r±f_o±f_b

後者の表示方法においてはオフセット周波数が恐らく-f_oであると判断される。以上の二種類の表示方法によって取得される光コム序数値は差異があるが、同一の被測定レーザ周波数が取得される。本発明では前者の表示方法によって被測定レーザの周波数を表示する。即ち、光コムの周波数は反復率の整数倍に正のオフセット周波数を一つ加えたものである。

正確なオフセット周波数およびビート周波数の符号は反復率またはオフセット周波数を変更し、その後ビート周波数の相対変化に基づいて判断することができ、光コム序数ｎは以下の数種類の従来技術による方法で先に確定することができる。第１の方法は、被測定レーザの周波数の測定値履歴によるものであり、数値が正確に±f_r/4になった場合、ｎの数値を確定することができる。第２の方法は、波長計を利用して先に被測定レーザのおよその周波数を確認し、波長計が測定した周波数の正確度が±f_r/4にある場合、この方法で被測定レーザの周波数がどの光コム線に近いかを判断することができ、ｎの数値が決定される。一般の商業用波長計の正確度は約2×10^-7であり、この不確定度が１５５０ｎｍの波長のレーザに対して引き起こす周波数上の不確定度は約４０ＭＨｚであるので、光コムの間隔が少なくとも１６０ＭＨｚ以上の場合、商業用の波長計によって光周波数を測定できる。

第３の方法は、馬龍生らが発表した方法であり、波長計を利用しなくても光コムの序数ｎを決定することができるものである。その方法では、一台の光コムを利用して複数組の異なる反復率f_rおよびf_r'のときの被測定レーザとのビート周波数を測定し、同時に反復率が変更されたときの光コム序数の変更値ｍを記録し、公式を取得してそれによって光コム序数ｎを計算することができるものである（一般の文献の表示方法を使用して導き出したものである）。

（数１）
n＝[±f_o'-(±f_o)+m f_r'±f_b'-(±f_b)]/(f_r-f_r') （１）

ｍは反復率がf_rからf_r'に変更されたときの光コム序数の変更量であり、f_b、f_b'はそれぞれ被測定レーザおよび光コムのビート周波数であり、f_r、f_r'およびf_o、f_o'はそれぞれ光コムの調整前後の反復率およびオフセット周波数である。当時f_o、f_o'、f_b、f_b'の符号を唯一決定することができなかったので、上述の公式内の±を一つ一つ確定させることができず、二個または二個以上の異なるｍ値の測定結果を比較することによって異なる組合せにおいて正確な光コム序数ｎ値を算出することができた。また、徐々に反復率を変更すると同時に光コム序数の変化を逐一数える方法によって行われ、低反復率のレーザに必要な光コム序数変化量は百を超えるのでこの方法は好適ではなかった。

上述の三種類の光周波数の測定方法では、十分な測定データ、正確な波長計および徐々に反復率を変化させて光コム序数の総変化量を全て数えることが必要であり、それらによって被測定レーザの周波数を取得することができ、これらの方法は明らかに各種反復率の光周波数測定方法に適用されるものではない。

彭錦龍らはモードロックレーザを利用して光コム序数を絶対測定する方法を発表し、この方法は広範囲な反復率に適用させることができる（詳細内容は特許文献１を参照）。先ず、反復率を変更した後、ビート周波数の変化方向に基づいてビート周波数の符号を判断することができ、その後オフセット周波数を変更し、ビート周波数の変化方向に基づいてモードロックレーザの正確なオフセット周波数（一般文献の表示方法に基づいて述べるとオフセット周波数の符号）を判断する（図３、４を参照）。この光コム序数の決定方法は二種類の異なる反復率のモードロックレーザ光コムを使用して被測定レーザとビート周波数を生成し、被測定レーザの周波数は下記の数式で表される。

（数２）
f_L＝n f_r1+f_o1±f_b1 （２）

（数３）
f_L＝(n+m) f_r2+f_o2±f_b2 （３）

数式（２）および（３）から数式（４）を導くことができる。

（数４）
n＝[m f_r2+f_o2-f_o1±f_b2-(±f_b1)]/(f_r1-f_r2) （４）

数式（４）のf_r1、f_r2、f_o1、f_o2、f_b1、f_b2は全てマイクロ周波数測定装置で容易に測定でき、正確なf_o1, f_o2およびf_b1, f_b2の符号は前述の方法によって決定することができる。数式（４）および馬龍生らが導き出した結果は、オフセット周波数の表示方法が異なる他は数式は同一である。その他異なるのは彭錦龍らは簡単な光コム序数差値の測定方法を開示し、数式（４）からｍを導き出すことができ、数式（５）で表される。

（数５）

正確なオフセット周波数およびビート周波数の符号は前述の方法によって唯一決定することができる。図５、６に示すように、一つの光コム序数を変更するのに必要なパルス反復周波数の変化量を利用してf_r1/ｎを測定し、数式（５）を利用してｍの値を算出する。この方法では光コム序数の変化を終始逐一数える必要がなく、馬龍生らによる方法よりも簡単であるが、依然として徐々に反復率を変更し、その後、ビート周波数が本来の値に二度回復したかどうかに基づいて一つの光コム序数の変化があったかどうかを判断する。このような方法では依然として時間を浪費し、一台の自動化された光周波数測定装置を構成するのは困難であり、光周波数の測定を迅速に行うことはできない。

そこで本発明の発明者は反復率をスキャニングしなくてもｍ値を測定し、光コム序数および被測定レーザの周波数を測定できる方法およびこの方法に基づいて設計された光周波数測定装置を案出した。
台湾専利第９５１３９２９２ 特開２００４−３４０６９０ 特開平９−２９７０６５

本発明の目的は、反復率をスキャニングしなくてもモードロックレーザが異なる反復率で光周波数を測定するときの光コム序数差値を測定でき、それによって光コム序数および被測定レーザ周波数の測定を行うことができる光周波数の測定方法および装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、被測定レーザの周波数の測定に使用される光周波数の測定方法を提供し、少なくとも一台の周波数安定化されたモードロックレーザを異なる反復率で操作して被測定レーザと二つのビート周波数をそれぞれ生成させるステップと、分光装置によって被測定レーザの概略周波数を測定し、概略周波数から被測定レーザとビートする概略光コム序数を算出するステップと、反復率、オフセット周波数、ビート周波数および概略光コム序数から二つのビート周波数を生成する光コム線の光コム序数差値を計算するステップか、或いはモードロックレーザ光コムを前述の二つの反復率の中の一つと近接した第３の異なる反復率で操作し、ビート周波数に参与する光コム序数を同一にし、反復率、オフセット周波数およびビート周波数測定から異なる光コム序数の差値を算出するステップと、反復率、オフセット周波数、ビート周波数および光コム序数差値からビート周波数に参与する光コム序数を計算し、被測定レーザの周波数を測定するステップと、を含む。

上述の目的を達成するために、本発明は被測定レーザの周波数の測定に使用される光周波数の測定装置を提供し、反復率がそれぞれ異なる参考周波数に固定されており、オフセット周波数も特定の周波数に固定されている少なくとも一つのモードロックレーザと、モードロックレーザ光コムと被測定レーザとのカップリングに使用される光カプラと、光カプラを通過するモードロックレーザの光コムを分光し、被測定レーザと同一の分光経路の光を光検出装置に入力する分光装置と、被測定レーザの位置および光コムとの間のビート周波数の検出に使用される光検出装置と、光検出装置が検出したビート周波数のフィルタリングに使用される無線周波数フィルタと、ビート周波数の測定に使用される無線周波数測定装置と、無線周波数フィルタおよび無線周波数測定装置とそれぞれ接続され、本発明の光周波数の測定方法を実行し、表示ユニットに測定結果を表示するのに使用される中央制御ユニットと、中央制御ユニットおよび分光装置とそれぞれ接続され、分光装置の位置を制御して被測定レーザの位置を検出し、被測定レーザの概略周波数を提供するのに使用される分光装置スキャニング制御装置と、中央制御ユニットおよびモードロックレーザとそれぞれ接続され、モードロックレーザの周波数を制御するモードロックレーザ制御装置と、を備える。

本発明は一台または二台の周波数安定化されたモードロックレーザコムを異なる反復率で操作して被測定レーザとビート周波数をそれぞれ生成し、反復率が異なるときに生成される二つのビート周波数の光コム序数差値を測定することによってビート周波数を生成する光コム序数を計算して取得し、被測定レーザの周波数を測定する。光コム序数差値の測定は分光装置が概略光コム序数を提供するか、或いはモードロックレーザを三種類の異なる反復率で操作することによる測定によって取得される。本発明によって反復率をスキャニングしなくてもモードロックレーザが異なる反復率で光周波数を測定するときの光コム序数差値を測定でき、それによって光コム序数および被測定レーザ周波数の測定を行うことができる。

本発明の光周波数の測定方法と前述のモードロックレーザが光周波数を測定する方法の相違点は、光コム序数差値ｍを測定する方法にある。本方法は一台のモードロックレーザ光コムを異なる反復率で順番に操作してビート周波数を測定するか、または二台のモードロックレーザ光コムを異なる反復率で同時に操作して同時にビート周波数を測定するのに適用される。被測定レーザの周波数の異なる反復率における各ビート周波数との関係は前述の数式（２）および数式（３）で示され、光コム序数ｎおよび光コム序数差値ｍは前述の数式（４）および数式（５）で示され、正確なオフセット周波数およびビート周波数の符号は反復率またはオフセット周波数を変更し、その後ビート周波数の相対変化に基づいて判断することができる。

前述の数式（５）において、f_r1、f_r2、f_o1、f_o2、f_b1、f_b2はすべて正確に測定でき、ｍは一つの正の整数であり、仮に先にｎをおよそ知ることができ、ｎの相対不確定度が１/ｍ未満の場合、このｎの値はｍを正確に算出するのに十分足りる。従って、二つのモードロックレーザ光コム周波数測定装置にモノクロメータまたは光スペクトラムアナライザのようなアーキテクチャを加えることによって被測定レーザの波長を大体確定することができる。

本発明において、被測定レーザの概略周波数は光速を波長および空気の屈折率で割ることによって取得され、空気の屈折率値は１と判断することができ、その誤差は1/1000を超えない。仮に比較的正確な空気屈折率が必要な場合、Edlen公式によって取得することができる。この概略周波数および光コムの反復率から概略ｎを測定することができ、数式（５）に代入することによってｍ値を算出することができる。正確なｍ値は数式（５）によって取得された数値の最も近い整数である。正確なｍ値を数式（４）に代入することによってｎを測定することができ、正確なｎは数式（４）によって取得された数値の最も近い整数であり、更に数式（２）または（３）を利用して被測定レーザの周波数を測定することができる。

また、光コム序数の差値は下記の方法によって取得することができる。モードロックレーザの反復率を三種類の異なる反復率で操作し、その中で、二種類の反復率の差値は非常に小さく、ビート周波数に参与する光コム序数は同一である。例えば、第３の反復率がf_r3であり、f_r3とf_r1との差がビート周波数に参与する光コム序数をｎに維持するほど小さく、このときのオフセット周波数がf_o1にあると仮定したとき、被測定レーザの周波数は下記の数式（６）で表される。

（数６）
f_L＝nf_r3+f_o1±f_b3 （６）

数式（２）、（３）および（６）から光コム序数の差値を取得することができる。

（数７）

（７）

数式（７）から正確なｍ値が計算され、その後数式（４）に代入すると、ｎを算出することができる。数式（４）および数式（６）からも光コム序数ｎを導き出すことができる。

（数８）
n＝[±f_b3-(±f_b1)]/(f_r1-f_r3) （８）

被測定レーザは同一の光コムとビート周波数を生成し続けるので、f_r1-f_r3の値は非常に小さく、通常±f_b3-(±f_b1)の不確定度はf_r1-f_r3よりも大幅に大きいので、数式（８）からｎ値の不確定度は１よりも大幅に大きくなり、数式（８）から取得されるｎ値は概略光コム序数であるとしか言えず、数式（８）を計算することによって取得されたｎ値を数式（５）に代入して正確なｍを計算し、その後、数式（４）に代入することによって正確なｎを算出できる。このことは本発明の重要な部分であり、先ず光コム序数の差値を測定し、その後光コム序数の差値の計算から正確な光コム序数を取得する。

前述の方法ではf_r3がf_r2に非常に近接してもよく、ビート周波数に参与する光コム序数をｎ＋ｍに維持し、仮にこのときのオフセット周波数がf_o2にあるとき、被測定レーザの周波数は数式（９）のように表すことができる。

（数９）
f_L＝(n+m)×f_r3+f_o2±f_b3 （９）

数式（２）、（３）および（９）から光コム序数の差値を取得することができる。

（数１０）

本発明の技術を若干応用し、例えばf_r3およびf_r2がビート周波数に参与する光コム序数が同一になるほど小さくなく、若干の変化があっても、この若干の光コム序数の変化量はf_r2からf_r3に徐々に変化することによって光コム序数の変化を数えることができ、仮にこのときの光コム序数がｎ＋ｍ＋ｋに変化するとき、被測定レーザの周波数は数式（１１）で表すことができる。

（数１１）
f_L＝(n+m+k)×f_r3+f_o2±f_b3 （１１）

ｋはf_r2からf_r3に徐々に変化することによって光コム序数の変化量ｋを数えることができ、このときｍは数式（１２）で表すことができる。

（数１２）

このような方法も本発明の主旨を逸脱しない。また、本発明の光周波数測定方法において、オフセット周波数は全て同一に制御することができ（一般文献の表示に基づいて述べると、符号も同一である）、それによって光コム序数またはその差値を計算するとき、オフセット周波数を消去して簡易測定による計算をすることができる。

二台のモードロックレーザ光コムを使用して周波数測定を行う長所は異なる反復率の下のビート周波数を同時に測定できることにあり、適当なビート周波数および異なる反復率時のビート周波数を同時に測定することによって、被測定レーザの周波数妨害が光コム序数の差値または光コム序数を計算するときに除去されるので、光コム序数の差値または光コム序数の測定は被測定レーザの周波数妨害の影響を受けず、光周波数の測定を迅速に完了することができる。一台のモードロックレーザ光コムではこのような長所はないが、長い積分時間または大きな反復率の差では上述の方法でも被測定レーザ周波数の測定を完了することができる。

図７に示すように、本発明の光周波数測定装置は二台のモードロックレーザ光コムを備え、反復率がそれぞれ異なる参考周波数に固定されており、オフセット周波数も特定の周波数に固定されている第１のモードロックレーザ５０ａおよび第２のモードロックレーザ５０ｂと、第１のモードロックレーザ５０ａおよび第２のモードロックレーザ５０ｂの光コムと被測定レーザ５１とのカップリングに使用される光カプラ５２と、光カプラ５２を通過する第１のモードロックレーザ５０ａおよび第２のモードロックレーザ５０ｂの光コムを分光し、被測定レーザ５１と同一の分光経路の光を光検出装置５４に入力する一組の分光装置５３と、被測定レーザ５１の位置および光コムとの間のビート周波数の検出に使用される一組の光検出装置５４と、光検出装置５４が検出したビート周波数のフィルタリングに使用される一組の無線周波数フィルタ５５と、無線周波数フィルタ５５とそれぞれ接続され、ビート周波数の測定に使用される一組の無線周波数測定装置５６と、無線周波数フィルタ５５および無線周波数測定装置５６とそれぞれ接続され、表示ユニット（図示せず）を備え、本発明の光周波数の測定方法を実行し、表示ユニットに測定結果を表示するのに使用される中央制御ユニット５７と、中央制御ユニット５７および分光装置５３とそれぞれ接続され、分光装置５３の位置を制御して被測定レーザ５１の位置を検出し、被測定レーザ５１の概略周波数を提供するのに使用される分光装置スキャニング制御装置５８と、中央制御ユニット５７、第１のモードロックレーザ５０ａおよび第２のモードロックレーザ５０ｂとそれぞれ接続され、第１のモードロックレーザ５０ａおよび第２のモードロックレーザ５０ｂの周波数を制御するモードロックレーザ制御装置５９と、を備える。

本発明の装置および方法を更に明らかにするために図８に実施例を示す。図８における部材の接続方式は、図７に示すものと同一であるので更なる説明は行わない。

図８に示すように、二台の周波数安定化されたモードロック光ファイバレーザ６０ａ、６０ｂの光コムを異なる反復率でそれぞれ操作する。モードロック光ファイバレーザ６０の周波数安定化は参考文献（J.-L. Peng, H. Ahn, R.-H. Shu, H.-C. Chui and J. W. Nicholson, Applied Physics B 86, 49 (2007）)を参照。被測定レーザ６１は光ファイバカプラ６２によってモードロック光ファイバレーザ６０ａ、６０ｂの光コムとカップリングされる。偏光制御装置６２０を調整して被測定レーザ６１および光コムの偏光を同一方向に投射させ、カップリングされた光束が回析格子６３によって分光されたあと、被測定レーザと同一の分光経路の光束が光検出装置６４に照射される。検出されたビート周波数は無線周波数フィルタ６５によってフィルタリングされた後、二台の無線周波数測定装置６６によってビート周波数がそれぞれ測定され、全ての測定過程はコンピュータ６７によって制御され、測定結果が表示される。

図９は、本発明の光周波数の測定方法において、二台のモードロックレーザ光コムを利用して光周波数を測定する操作ステップ（７１〜７９）を示すフロー図である。

ステップ７１：先ず、コンピュータによってモードロックレーザ制御装置を制御してモードロックレーザ６０ａの反復率をf_r1に固定し、オフセット周波数をf_o1に固定し、モードロックレーザ６０ｂの反復率をf_r2に固定し、オフセット周波数をf_o2に固定する。正確なオフセット周波数f_o1およびf_o2が同一の周波数に固定される場合、測定のステップを簡単にすることができる。

ステップ７２：モードロックレーザ光コムと被測定レーザとをカップリングし、分光装置によって被測定レーザと同一経路の光をフィルタリングして光検出装置に入力してビート周波数を生成する。図８に示すように、即ち、周波数測定に通じる光コムを遮断する。この動作はこの光束の光アンプの電源をオフにすることによって行うことができる。モードロックレーザ６０の概略周波数を提供するのに使用される回析格子スキャニング制御装置６８、及び、第１のモードロックレーザ６０ａおよび第２のモードロックレーザ６０ｂの周波数を制御するモードロックレーザ制御装置６９を備え、その後、回析格子６３をスキャニングして被測定レーザ６１を光検出装置６４に照射する。この動作は光検出装置６４上の直流電圧信号によって判断することができる。その後、光コムを通過させて光検出装置６４に一緒に照射する。

ステップ７３：モードロックレーザ光コムを二種類の異なる反復率で操作し、被測定レーザと生成される第１および第２のビート周波数の周波数を測定する。図８に示すように、光検出装置６４の交流出力信号は被測定レーザ６１のビート周波数信号を含み、無線周波数フィルタ６５によってビート周波数信号をフィルタリングし、二台の無線周波数測定装置６６によってビート周波数f_b1およびf_b2を同時に測定する。

ステップ７４：ビート周波数の符号を判断する。反復率f_r1およびf_r2を若干変化させ、ビート周波数f_b1およびf_b2の変化に基づいてビート周波数f_b1およびf_b2の符号を決定することができる。

ステップ７５：モードロックレーザの正確なオフセット周波数を判断する。オフセット周波数f_o1を変化させ、その後、ビート周波数f_b1の変化に基づいて正確なオフセット周波数f_o1を判断することができる。また、オフセット周波数f_o2を変化させ、その後、ビート周波数f_b2の変化に基づいて正確なオフセット周波数f_o2を判断することができる。

光コム序数差値の判断は先ずステップ７６Ａによって行うことができる。校正した回析格子６３によって被測定レーザ６１の概略周波数を知ることができ、この概略周波数および光コム反復率によって概略光コム序数ｎを知ることができ、ステップ７７Ａにおいて、数式（５）からｍ値を計算する。ビート周波数の符号は実際の測定に基づいて対応した調整を行う必要がある。測定誤差によって正確なｍ値は数式（５）の計算で取得された数値に最も近い整数である。

光コム序数差値の判断はステップ７６Ｂによって行うことができ、反復率f_r1または f_r2を第３の反復率f_r3に変更し、被測定レーザとの第３のビート周波数を測定し、この反復率の変更量は小さいので、ビート周波数に参与する光コム序数は変更がない。ステップ７４に基づいてビート周波数の符号を決定した後、ステップ７７Ｂにおいて、数式（７）または（１０）によって光コム序数差値を計算する。

ステップ７８：数式（４）からｎ値を計算する。ビート周波数の符号は実際の測定に基づいて対応した調整を行う必要がある。測定誤差によって正確なｎ値は数式（４）の計算で取得された数値に最も近い整数である。

ステップ７９：数式（２）または（３）から被測定レーザ６１の周波数を計算する。ビート周波数の符号は実際の測定に基づいて対応した調整を行う必要がある。

一台のモードロックレーザ光コムによって光周波数を測定する方法においても類似したステップが行われる。ただ、異なる反復率の下でのビート周波数は同時に測定できず、周波数測定装置によって測定される。

以上の説明は、本発明の好適な実施形態を示したものであり、本発明の実施範囲を限定するものではない。本発明の特許請求の範囲に基づいた同等効果の変更および修飾は全て本発明に含まれる。

従来技術において、光コム周波数を利用して未知のレーザ周波数を測定する基本アーキテクチャを示す図である。 従来技術において、f-2f自己参照技術を利用してオフセット周波数を測定する技術を説明する図である。 反復率またはオフセット周波数の変動によってビート周波数の符号および正確なオフセット周波数を判断する技術を示す図である。 反復率またはオフセット周波数の変動によってビート周波数の符号および正確なオフセット周波数を判断する技術を示す図である。 パルス反復率を変更することによって一つの光コム序数を変更するのに必要な反復率変化量f_r1/nを測定する技術を示す図である。 パルス反復率を変更することによって一つの光コム序数を変更するのに必要な反復率変化量f_r1/nを測定する技術を示す図である。 本発明の光周波数測定装置のシステムを示すブロック図である。 本発明の光周波数測定装置の一実施例を示すブロック図である。 本発明の光周波数測定方法を示すフロー図である。

符号の説明

５０ａ 第１のモードロックレーザ
５０ｂ 第２のモードロックレーザ
５１、６１ 被測定レーザ
５２ 光カプラ
５３ 分光装置
５４、６４ 光検出装置
５５、６５ 無線周波数フィルタ
５６、６６ 無線周波数測定装置
５７ 中央制御ユニット
５８ 分光装置スキャニング制御装置
５９、６９ モードロックレーザ制御装置
６０ａ、６０ｂ、(６０) モードロック光ファイバレーザ
６２ 光ファイバカプラ
６３ 回析格子
６７ コンピュータ
６８ 回析格子スキャニング制御装置
６２０ 偏光制御装置

Claims (10)

1. 被測定レーザの周波数の測定に使用され、
   少なくとも一台の周波数安定化されたモードロックレーザを異なる第１および第２の反復率で操作して被測定レーザと第１および第２のビート周波数をそれぞれ生成させるステップと、
   前記モードロックレーザ光コムの反復率、オフセット周波数、前記二つのビート周波数および前記第１のビート周波数と第２のビート周波数を生成する光コム序数差値から前記二台のモードロックレーザ光コムが前記二つのビート周波数を生成する光コム序数を計算するステップと、
   前記反復率、前記オフセット周波数、前記ビート周波数および前記光コム序数から前記被測定レーザの周波数を算出するステップと、を含むことを特徴とする光周波数の測定方法。
2. 分光装置によって前記被測定レーザの概略周波数を測定し、前記概略周波数および前記安定化されたモードロックレーザの反復率から前記被測定レーザの概略光コム序数を算出するステップと、
   前記モードロックレーザの反復率、前記オフセット周波数、前記二つのビート周波数および前記概略光コム序数から前記第１のビート周波数および第２のビート周波数の生成に参与する光コム序数差値を計算するステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載の光周波数の測定方法。
3. 前記モードロックレーザ光コムを異なる第３の反復率で操作して前記被測定レーザと第３のビート周波数を生成し、前記第３の反復率と前記第１または第２の反復率とは近似しており、前記二つの近似した反復率のモードロックレーザがビート周波数の生成に参与する光コム序数は同一であり、前記第１、第２、第３の反復率、オフセット周波数および前記第１、第２、第３のビート周波数から前記第１のビート周波数および前記第２のビート周波数を生成する光コム序数差値を算出するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の光周波数の測定方法。
4. 前記モードロックレーザの反復率を変化させ、その後ビート周波数の対応した変化方向に基づいて被測定レーザ周波数を計算するときに必要なビート周波数符号を判断するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の光周波数の測定方法。
5. 前記モードロックレーザのオフセット周波数を変化させ、その後ビート周波数の対応した変化方向に基づいて前記モードロックレーザの正確なオフセット周波数を判断するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の光周波数の測定方法。
6. 前記分光装置は、回析格子であることを特徴とする請求項２記載の光周波数の測定方法。
7. 前記分光装置は、プリズムであることを特徴とする請求項２記載の光周波数の測定方法。
8. 被測定レーザの周波数の測定に使用され、
   反復率がそれぞれ異なる参考周波数に固定されており、オフセット周波数も特定の周波数に固定されている少なくとも一つのモードロックレーザと、
   前記モードロックレーザの光コムと被測定レーザとのカップリングに使用される光カプラと、
   前記光カプラを通過するモードロックレーザの光コムを分光し、被測定レーザと同一の分光経路の光を光検出装置に入力する分光装置と
   被測定レーザと光コムと間のビート周波数の検出に使用される光検出装置と、
   前記光検出装置が検出したビート周波数のフィルタリングに使用される無線周波数フィルタと、
   ビート周波数の周波数測定に使用される無線周波数測定装置と、
   前記無線周波数フィルタおよび無線周波数測定装置とそれぞれ接続され、請求項１記載の光周波数の測定方法を実行し、表示ユニットに測定結果を表示するのに使用される中央制御ユニットと、
   前記中央制御ユニットおよび分光装置とそれぞれ接続され、分光装置の位置を制御して被測定レーザの位置を検出するか、或いは被測定レーザの概略周波数を提供するのに使用される分光装置スキャニング制御装置と、
   前記中央制御ユニットおよび前記モードロックレーザとそれぞれ接続され、前記モードロックレーザの周波数を制御するモードロックレーザ制御装置と、を備えることを特徴とする光周波数測定装置。
9. 前記中央制御ユニットは、表示ユニットを備えることを特徴とする請求項８記載の光周波数測定装置。
10. 前記中央制御ユニットは、コンピュータであることを特徴とする請求項８記載の光周波数測定装置。

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