JPH0431342B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ≪産業上の利用分野≫ 本発明は、光の波長のスペクトル幅を測定する
光スペクトル幅測定装置の改良に関するものであ
る。

≪従来の技術≫ 従来、レーザ光の波長のスペクトル幅を測定す
る装置としては、回析格子なプリズムを用いた分
光器、あるいはフアブリ・ベロー・エタロンを用
いたものが知られているが、前者の分解能はせい
ぜい0.1nｍ（約50GHz）しかなく、後者ではミラ
ー間隔数10cmのものを使えば数ＭHzの可能性はあ
るが、調整が非常に難しい波長が変動する場合は
測定できない。

第５図は最近、菊池氏らにより提案され名所で
採用された遅延自己ヘテロダイン方式に基づくレ
ーザスペクトル幅測定装置を示す構成説明図であ
る（電子通信学会技術研究報告OQE80−50、1/
６）。レーザ光源１から出射した光はビームスプリ
ツタ２の光路に分離され、一方の光は単一モード
フアイバ５に入射する。ビームスプリツタ２から
出力する他方の光は音響光学変調器３によつて周
波数シフトfmが与えられる。４は音響光学変調
器３を励振する発振器である。ビームスプリツタ
２からの出力光と音響光学変調器３からの出力光
は再びビームスプリツタ６で結合され、受光素子
７の受光面上で干渉する。単一モードフアイバ５
における光の遅延時間はレーザ光出力のコヒーレ
ンス長より充分長くとつてあるので、２つの光路
を通つた光の間には相関がなくなり、しかも両者
の雑音の統計的性質は等しいので、スペクトルア
ナライザ８で受光素子７の出力のパワースペクト
ルを測定することにより、被測定レーザ光のパワ
ースペクトルを求めることができる。この方式に
よれば、位相ゆらぎによつて生じるレーザ光のス
ペクトルの拡がりを数10KHzの分解能で測定でき
る。

≪発明が解決しようとする問題点≫ しかしながら、第５図装置において高価な単一
モードフアイバを使用しており、分解能はその長
さと対応するので、分解能を上げようとすると装
置がコスト高となるという欠点がある。

本発明は上記の問題点を解決するためになされ
たもので、分解能に対するコストを低減した光ス
ペクトル幅測定装置を簡単な構成で実現すること
を目的とする。

≪問題点を解決するための手段≫ 本発明の光スペクトル幅測定装置は入力光を回
折により２方向に分割するとともに回折光の周波
数をシフトする光学変調器と、この光学変調器の
一方の出力光に関連した光を入射して遅延するフ
アイバと、このフアイバの出力光に関連した光と
前記光学変調器の他方の出力光に関連した光を前
記光学変調器で合成した後入射する受光素子と、
この受光素子の出力が連続してその周波数スペク
トルを測定する周波数分析手段とを備えたことを
特徴とする。

≪作用≫ 上記のような構成の装置によれば、光学変調器
における回折を利用して入力光の分割・合成およ
び変調を行うことにより、ビームスプリツタを用
いずに簡単な構成の光スペクトル幅測定装置を実
現できる。

≪実施例≫ 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。

第１図Ａは本発明に係わる光スペクトル幅測定
装置の一実施例を示す構成説明図である。第５図
と同一の部分には同じ記号を付してある。１１は
被測定光を光フアイバで入力する光コネクタ、１
２はこの光コネクタ１１からの入射光を平行光に
するレンズ、１３はレンズ１２を通つた光を通過
させる一方逆方向の光を阻止する光アイソレー
タ、３は光アイソレータ１３を通過した光を２方
向に分離するとともに変調する音響光学変調器
（Acousto optic modulator、以下AOMと呼
ぶ）、４はこのAOM３を励振する発振器、９は
前記AOM３において回折で生じる一方の出力光
（図の左下方向）の光を集光するレンズ、５はこ
のレンズ９で集光された光を入射する単一モード
フアイバ、５１はアルミニウムなどの金属を蒸着
してミラーを構成した前記単一モードフアイバ５
の端面、１０はアイソレータ１３から入射して
AOM３を透過した他方の出力光を反射して前記
AOM３に戻すミラー、７はこのミラー１０から
の反射光と前記端面５１で反射しフアイバ５、レ
ンズ９を介して入射する光をAOM３で合成した
後入射する受光素子、８はこの受光素子７の出力
を入力して光のスペクトルを測定するスペクトル
アナライザである。前記単一モードフアイバ５の
端面５１の部分を拡大したものを第１図Ｂに示
す。

第２図は上記のような構成の光スペクトル幅測
定装置の動作を説明するために光路を示した動作
説明図である。周波数foの入射光は音響光学変調
器（AOM）３で２方向に分離される。矢印Ａ方
向の進行波の作用によりAOM３の１次回折光
（図の左下方向に進む実線）はAOM３で回折さ
れる際にドツプラシフトを受けて変調され、周波
数がf_p＋f_nとなる（f_nはAOM３の変調周波数）。
この１次回折光はAOM３からの一方の出射光と
なり、レンズ９で集光された後フアイバ５に入射
し、ミラー５１で反射された後フアイバ５を戻つ
て遅延時間τ_dを与えられ、再びレンズ９を通過し
た後AOM３を透過（０次回折光）して受光素子
７に入射する（図の点線）。アイソレータ１３か
らの入射光のうちAOM３を透過する光（０次回
折光）はドツプラシフトを受けずに周波数f_pのま
ま進み、ミラー１０で反射されて再びAOM３に
戻り、逆方向のドツプラシフトを受けて周波数f_p
−f_nの１次回折光を生じ、受光素子７に入射す
る。２つの光路を経由した光は受光素子７で干渉
し、2f_n成分がスペクトルアナライザ８で表示さ
れる。

単一モードフアイバ５における光の遅延時間τ_d
はレーザ光出力のコヒーレンス長より充分長くと
つてあるので、２つの光路を通つた光の間には相
関がなく、しかも両者の雑音の統計的性質は等し
いので、スペクトルアナライザ８からは周波数
2f_nを中心とした被測定レーザ光のパワースペク
トルが得られる。

前掲論文（菊池他）より明らかなようにスペク
トルアナライザ８で観測されるスペクトルの半値
全幅をΔνとすると入力光のスペクトル幅（半値
全幅）Δν_BはΔν／２と等しくなる。変調周波数
2f_nはΔμの1/2すなわちΔν_Bより大きいことが必要
で、これが測定できるスペクトル幅の上限を決め
る。

例えばf_n＝80MHzとすると2f_n＝160MHzとなり、
Δν／２すなわち測定スペクトル幅Δν_Bの上限は
160MHzとなる。またフアイバ５の長さは分解能
を決め、例えば1.5Kmのフアイバを用いた場合遅
延時間は往復で15μsとなり分解能は約15KHzとな
る。

このような構成の光スペクトル幅測定装置によ
れば、光学変調器で光の分岐を兼ねているので構
成が簡単で小形化できる。

また遅延時間を与える際に単一モードフアイバ
内で光を往復させているので、同じ分解能を得る
ために必要な単一モードフアイバの長さを1/2に
でき、コストを安くするとともに小形化できる。
また逆に同じ長さのフアイバを用いて分解能を２
倍にすることもできる。

音響光学変調器を２回通過させることにより、
光学変調器の変調周波数の２倍の周波数シフトを
与えることができるので、測定できるスペクトル
幅の範囲が２倍に拡がる。

なお上記の実施例では光コネクタ１１に光が戻
ることを防ぐために光アイソレータ１３を用いて
いるが、測定対象が戻り光があつてもよい場合は
省略できる。また入力光が空間伝搬で平行光の場
合は光コネクタ１１およびレンズ１２も省略でき
る。

また上記の実施例ではフアイバ端面５１に金属
を蒸着してミラーを構成しているが、別のミラー
をフアイバ端面に接してもよい。

また上記の実施例では光学変調器として音響光
学変調器を用いているが、光に周波数シフトが与
えられる変調器ならば電気光学変調器、導波路形
光変調器などを任意に用いることができる。

また音響光学変調器３において高次（ｎ次）の
回折光を利用すればさらに周波数シフト量が逓倍
（2nf_n）されるので、測定できるスペクトル幅レ
ンジが広がる。

第３図は本発明に係る第２の実施例で、第１図
装置におけるAOMの回折・透過の関係を逆にし
たものを示す構成説明図である。第１図と同じ部
分には同一の記号を付して説明を省略する。第１
図装置と異なるのは入射光に対する光学変調器３
からの０次回折光をフアイバ５に入射し、１次回
折光（透過光）をミラー１０に入射するように構
成した点である。動作原理・効果・変形例などは
第１図の場合と同様である。

第４図は本発明に係る第３の実施例を示す構成
説明図で、第１図と同じ部分には同一の記号を付
して説明を省路する。アイソレータ１３からの周
波数f_pの入射光に対するAOM３の０次回折光は
レンズ９１で集光された後フアイバ５に入射し所
定の遅延時間を経た後他端から出射してレンズ９
２で平行光となり、再びAOM３を透過し周波数
f_pで受光素子７入射する。一方AOM３で分離さ
れた１次回折光はドツプラシフトを受け周波数が
f_p＋f_nとなる。上記の２つの光は受光素子７で干
渉し、スペクトルアナライザ８で周波数f_n成分が
観測される。

この様な構成の光スペクトル幅測定装置によれ
ば、ビームスプリツタおよびミラーが不要なので
構成が簡単で小形になり、光学系などのアライン
メントが容易となる。

変調周波数f_nはΔνの1/2すなわちΔν_Bより大き
いことが必要で、これが測定できるるスペクトル
幅の上限を決める。例えばf_n＝80MHzとすると、
Δν／２すなわち測定スペクトル幅Δν_Bの上限は
80MHzとなる。またフアイバ５の長さは分解能を
決め、例えば1.5Kmのフアイバを用いた場合遅延
時間は7.5μsとなり分解能は約30KHzとなる。

また、AOM３の１次回折光の代りにｎ次回折
光を用いれば、周波数シフトはnf_nとなる。

その他の変形例・効果などは第１図装置の場合
同様である。

≪発明の効果≫ 以上述べたように本発明によれば、分解能に対
するコストを低減した光スペクトル幅測定装置を
簡単な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光スペクトル幅測定装置
の一実施例を示す構成説明図、第２図は第１図装
置の動作を説明するための動作説明図、第３図お
よび第４図はそれぞれ本発明に係る光スペクトル
幅測定装置の第２および第３の実施例を示す構成
説明図、第５図は従来の光スペクトル幅測定装置
を示す構成説明図である。 ３……光学変調器、５……フアイバ、７……受
光素子、８……周波数分析手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力光を回折により２方向に分割するととも
   に回折光の周波数をシフトする光学変調器と、こ
   の光学変調器の一方の出力光に関連した光を入射
   して遅延するフアイバと、このフアイバの出力光
   に関連した光と前記光学変調器の他方の出力光に
   関連した光を前記光学変調器で合成した後入射す
   る受光素子と、この受光素子の出力が接続してそ
   の周波数スペクトルを測定する周波数分析手段と
   を備えたことを特徴とする光スペクトル幅測定装
   置。