JPH04118533A

JPH04118533A - 光周波数カウンタ

Info

Publication number: JPH04118533A
Application number: JP23958290A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sakai; 義久界; Shoichi Sudo; 昭一須藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-04-20
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH087100B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、光通信及び光計測における光源の光周波数を
測定するために、原子または分子気体の共鳴線及び吸収
線を基準にし、被測定光とのビート信号を測定すること
によって、被測定光の光周波数を測定するように措成さ
れた光周波数カウンタに関するものである。

「従来の技術」第７図は、マイケルソン干渉計を用いた従来の光周波数
カウンタの説明図である。被測定光ｌをビームスプリッ
タ２で２分し、ミラー３．４で反射させ光受光器５の受
光面上で干渉させる。このとき、ミラー３を平行移動さ
せながら、干渉信号の変化を読み取り、その干渉信号に
フーリエ変換処理を施すことにより被測定光の光周波数
を測定するものである。

「発明が解決しようとする課題」しかしながら、かかる従来の光周波数カウンタでは、測
定中に干渉計が温度変動等の外乱により変動してしまう
。そのため、精度は１０ＭＨｚ程度に制限される。また
、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を用いて、光路長の変動を補正し
なければならなかった。さらに、ミラーを機械的に移動
させるため測定に時間がかかるという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、高精度にしかも安定で高速に光周波数を測定でき
る実用的な光周波数カウンタ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」前記課題を解決するため、本発明では、所定の波長の光
を吸収する媒体を周波数基準として用いかつ各々発振周
波数が異る複数の発振周波数安定化光源と、前記発振周
波数安定化光源からの出力光と被測定光とを結合するた
めの光カップラと、該光カップラより出射された光を光
電変換する光検出器と、この光検出器より出力されたビ
ート信号によって光周波数を同定する光周波数判定手段
とを備えたことを特徴とするものである。

「作用」本発明における構成系では、所定の波長の光を吸収する
媒体を周波数基準としている複数台の発振周波数安定化
光源と被測定光とのビート信号を求めることにより、高
精度に被測定光の絶対周波数を同定することができる。

「実施例」以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図（ａ）は本発明の光周波数カウンタの実施例を示
す構成ブロック図である。この実施例では、第１図（ａ
）に示すように、光吸収媒体の吸収波長で発振している
発振周波数安定化光源１１．１２と、光カップラ１３，
１４．１５と、光受光器１６．１７と、光周波数判定回
路１８と、光周波数表示部１９とから構成されている。

ここで、前記光カップラ１３は、被測定光１１０の入力
端を有し、この入力端より入射した被測定光１１０を二
分するものであり、二分された被測定光１１０は、光カ
ップラ１３の２つの出力端より光カップラ１４．１５に
入射されるようになっている。一方、光カップラ１４．
１５の入力端には、発振周波数安定化光源１１．１２の
出力端がそれぞれ接続され、被測定光１１０と発振周波
数安定化光源１１．１２の出力光とを合波させるように
なっている。

なお、光カップラ１４．１５の出力端は、それぞれ光受
光器１６，１７に接続されており、これら光受光器１６
．１７において、合波された光が充電変換されるように
なっている。光受光器１６゜１７の出力は、光周波数判
定回路１８へ供給され、さらに光周波数判定回路１８は
被測定光の周波数を同定した後、光周波数表示部１９に
被測定光の周波数を表示させるようになっている。

次に、発振周波数安定化光源１１．１２は、第１図（ｂ
）に示すように、半導体レーザ１１１、光カップラ１１
２、光周波数変調器１１３、光周波数基準用吸収セル１
１４、受光器１１５、帰還回路１１６から構成されてい
る。光カップラ１１２は、半導体レーザ１１１と光周波
数変調器１１３間に挿入され、入力端が半導体レーザ１
１１の出力端に、出力端が光周波数変調器１１３０入力
端にそれぞれ接続されている。

光周波数変調器１１３は、半導体レーザ１１１の出力光
に対して所定の周波数変調をかける。光周波数基準用吸
収セル１１４を透過した変調光は、受光器１１５で光電
変換され帰還回路１１６で吸収線の中心周波数からの誤
差信号を発生し、半導体レーザ１１１の発振周波数を周
波数基準に追従させるように制御した注入電流を半導体
レーザ１１１に供給し、半導体レーザ１１１の発振周波
数を安定化するものである。なお、ここでは、外部光周
波数変調器を用いた例を示したが、半導体レーザの直接
変調の手段を用いても同様の効果が得られる。

次に、本実施例の光周波数カウンタの動作を第１図（ａ
）に従って説明する。被測定光１１０は光カップラ１３
によって２分にされ、光カップラ１４゜１５にそれぞれ
入射される。ここで、それぞれ発振周波数安定化光源１
１．１２と合波され、光受容１６．１７で光電変換され
る。そのビート信号は光周波数判定回路１８で処理され
、被測定光の光周波数が同定され、光周波数表示部１９
に表示される。

例えば、第１図の装置構成において、半導体レーザ１１
１として波長１．５３６μｍで発振するＩｎＧａＡｓＰ
系の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ型ＬＤ）を使用し
、また光吸収媒体として、アセチレンガス＜　ｌ　２　
ｃ　２Ｈ２＞と同位体置換アセチレンガス（１３Ｃ２Ｈ
２）を用いた。

第２図はアセチレンガスと同位体置換アセチレンガスの
吸収特性を示した図である。セル長は１０ｃｍ、圧力は
７６０　Ｔｏｒｒである。そのうち、１．　５３６μｍ
付近の２つの吸収線を利用して前記半導体レーザの発振
周波数を安定化した。

第３図は用いた２本の吸収線の詳細な特性を示したもの
である。吸収線の中心波長は、それぞれ、１５３６．０
４９ｎｍ（光周波数　１９５３０６ＧＨｚ）、１５３５
．９７７ｎｍ（光周波数１９５３１５ＧＨｚ）であり、
周波数差は９　ＧＨｚである。この２本の吸収線を使い
２個の半導体レーザの中心発振波長の変動をＩ　Ｘ　１
０−０−５ｎ光周波数にしてＩＭＨｚ）以下に抑えた。

この２台の発振周波数安定化光源１１．１２の出力光１
１７と被測定光１１０を光カップラ１４゜１５で合波し
、周波数帯域１０ＧＨｚのＩｎＧａＡｓＰ系Ｍ　Ｑ　Ｗ
　構造の高速アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ
）で光電変換し、そのビート信号を求めた。

そのビート信号の出現周波数によって、被測定光の光周
波数を決定する。

例えば、第１の発振周波数安定化光源１１の光周波数を
ｆｌＯ１第２の発振周波数安定化光源１２の光周波数を
ｆ２０とすると、第４図　（ａ）のように第１の受光器
１６にだけビート信号ｆｌｌが現れた場合、被測定光１
１０の光周波数ｆ＋は、ｆｌ＝ｆｌＯ−ｆｌｌ　　　・
・・・・・（１）になる。同様に第４図（ｂ）のように
第１の受光器１６と第２の受光器１７の両方に現れた場
合、被測定光の光周波数ｆ２は、ｆ２＝ｆ　１０＋ｆ　１２＝ｆ２０−　ｆ２２・・・・
・・（２）になる。同様に第４図（Ｃ）のように第２の
受光器１７にだけ現れた場合、被測定光の光周波数ｆ３
は、ｆ　３＝　ｆ　２０＋ｆ　２３　　　　・・・・・・　
（３）になる。

この構成系で、光周波数１９５２９６ＧＨｚから１９５
３２５ＧＨｚ（波長１．５３５９μｍから１．５３６１
μｍ）までの被測定光の光周波数をＩＭＨｚの精度で測
定することができた。

さらに、第５図のように、光スィッチ５１を用いて発振
周波数安定化光源１１．１２の出力光を切り替えても、
同様の効果が得られる。この場合、発振周波数安定化光
源１１．１２の出力端は、光スィッチ５１の入力端にそ
れぞれ接続されており、また、光スィッチ５１は内部で
光路を切り替えて発振周波数安定化光源１１．１２の一
方の出力光を、光カップラ１３に出射するように構成さ
れている。

なお、前記出力光は、光カップラ１３で被測定光１１０
と合波され、光受光器１６で光電変換されて、その出力
が光周波数判定回路１８へ供給され、さらに光周波数判
定回路１８は被測定光の周波数を同定した後、光周波数
表示部１９に被測定光の周波数を表示させるようになっ
ている。

また、第６図のように、複数の入力端を備えた光スィッ
チ６１に複数の発振周波数安定化光源１１゜１２．６０
．　　・・・６３を接続し、これら発振周波数安定化光
源１１，１２，６０．　　・・・６３を切り換えて用い
ればさらに広い範囲の波長の被測定光の光周波数を測定
することができる。

特に、第３図に示したアセチレンガス及び同位体置換ア
セチレンガスを用いれば１．５０μｍがら１．５６μｍ
の広範囲にわたって局在する吸収線を使うことにより、
１．５０Ｉ１ｍから１．５６ｐｍの広範囲にわたってＩ
ＭＨｚの高精度で光周波数を測定することが可能である
。

また、光吸収性ガスとしてアンモニアガス、メタンガス
、二酸化炭素等を用いても前記機能と同様の動作原理に
よって発振波長安定化を行うことができる。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

「発明の効果」以上説明したように本発明は、所定の波長の光を吸収す
る媒体を周波数基準として用いかつ各々発振周波数が異
る複数の発振周波数安定化光源と、前記発振周波数安定
化光源からの出力光と被測定光とを結合するための光カ
ップラと、該光カップラより出射された光を光電変換す
る光検出器と、この光検出器より出力されたビート信号
によって光周波数を同定する光周波数判定手段とを備え
たことを特徴とするものであるから、所定の波長の光を
吸収する媒体を周波数基準として用いている複数台の発
振周波数安定化光源とのビート信号を求めることにより
、高精度に測定光の絶対周波数を同定でき、これにより
、レーザ光の発振周波数を極めて高精度に測定すること
ができることから、コヒーレント光通信における波長標
準光源や光計測における光源の光周波数を測定するのに
利用できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を説明する
ために示したもので、第１図（ａ）は本発明の光周波数
カウンタを示す構成ブロック図、第１図（ｂ）は発振周
波数安定化光源の構成を示すブロック図、第２図はアセ
チレンガス及び同位体置換アセチレンガスの光吸収特性
を示す図、第３図は１．５３６μｍ付近のアセチレンガ
ス及び同位体置換アセチレンガスの光吸収特性を示す図
、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ光周波数決
定のための説明図、第５図は本発明の光周波数カウンタ
の第２の実施例を示す構成ブロック図、第６図は本発明
の光周波数カウンタの第３の実施例を示す構成ブロック
図、第７図は従来の光干渉計を用いた従来の光周波数カ
ウンタを示す構成ブロック図である。１１０・・・被測定光、２・・・ビームスプリッタ、３
゜４・・・ミラー　５，１６，１７，１１５・・・受光
器、１１．１２・・・発振周波数安定化光源、１３，１
４゜１５．１１２・・・光カップラ、１８・・・光周波
数判定回路、１９・・・光周波数表示部、２１．３１・
・・光スィッチ、１１１・・・半導体レーザ、１１３・
・・光周波数変調器、１１４・・・吸収セル、１１６・
・・帰還回路、１１７・・・出力光、５１・・・光スィ
ッチ、６１・・・光スィッチ。光受光器１６のビート信号第４図（。江＊イ１．。イー、ユ：測定光

Claims

【特許請求の範囲】

所定の波長の光を吸収する媒体を周波数基準として用い
かつ各々発振周波数が異る複数の発振周波数安定化光源
と、前記発振周波数安定化光源からの出力光と被測定光
とを結合するための光カップラと、該光カップラより出
射された光を光電変換する光検出器と、この光検出器よ
り出力されたビート信号によって光周波数を同定する光
周波数判定手段とを備えたことを特徴とする光周波数カ
ウンタ。