JPH087100B2 - Optical frequency counter - Google Patents
Optical frequency counterInfo
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- JPH087100B2 JPH087100B2 JP2239582A JP23958290A JPH087100B2 JP H087100 B2 JPH087100 B2 JP H087100B2 JP 2239582 A JP2239582 A JP 2239582A JP 23958290 A JP23958290 A JP 23958290A JP H087100 B2 JPH087100 B2 JP H087100B2
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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構成
された光周波数カウンタに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial field of application" The present invention uses the resonance line and absorption line of an atomic or molecular gas as a reference to measure the optical frequency of a light source in optical communication and optical measurement. The present invention relates to an optical frequency counter configured to measure an optical frequency of light under measurement by measuring a beat signal with light.
「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１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。"Prior Art" FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional optical frequency counter using a Michelson interferometer. The measured light 1 is divided into two by the beam splitter 2, reflected by the mirrors 3 and 4, and interfered on the light receiving surface of the optical receiver 5. At this time, while the mirror 3 is moved in parallel, the change in the interference signal is read and the interference signal is subjected to Fourier transform processing to measure the optical frequency of the light under measurement.
「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、H
e−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。“Problems to be Solved by the Invention” However, in such a conventional optical frequency counter,
During measurement, the interferometer fluctuates due to disturbances such as temperature fluctuations. Therefore, the accuracy is limited to about 10MHz. Also, H
The variation in optical path length had to be corrected by using an e-Ne laser or the like. Further, there is a problem that it takes time to measure because the mirror is mechanically moved.
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。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a practical optical frequency counter capable of measuring an optical frequency with high accuracy, stability, and high speed.
「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。"Means for Solving the Problems" In order to solve the above problems, in the present invention, a plurality of oscillation frequency stabilizing light sources that use a medium that absorbs light of a predetermined wavelength as a frequency reference and each have different oscillation frequencies, An optical coupler for coupling the output light from the oscillation frequency stabilizing light source and the measured light, a photodetector for photoelectrically converting the light emitted from the optical coupler, and a beat output from the photodetector An optical frequency determining means for identifying an optical frequency by a signal is provided.
「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。"Operation" In the configuration system according to the present invention, by obtaining a beat signal between a plurality of oscillation frequency stabilizing light sources and a measured light whose frequency reference is a medium that absorbs light of a predetermined wavelength,
The absolute frequency of the measured light can be identified with high accuracy.
「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。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.
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）の示すように、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13,14,1
5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。FIG. 1A is a configuration block diagram showing an embodiment of the optical frequency counter of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 oscillating at the absorption wavelength of the light absorbing medium and the optical couplers 13, 14 and 1 are used.
5, optical receivers 16 and 17, an optical frequency determination circuit 18, and an optical frequency display unit 19.
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1
3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。Here, the optical coupler 13 has an input end of the measured light 110, and divides the measured light 110 incident from the input end into two, and the divided measured light 110 is the optical coupler 1
The light is incident on the optical couplers 14 and 15 from the two output terminals of 3. On the other hand, at the input ends of the optical couplers 14 and 15,
The output terminals of the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 are connected to each other, and the light under measurement 110 and the output light of the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 are combined.
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、合波された光が光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。The output ends of the optical couplers 14 and 15 are connected to optical receivers 16 and 17, respectively, and the combined light is photoelectrically converted in these optical receivers 16 and 17.
The outputs of the optical receivers 16 and 17 are supplied to the optical frequency determination circuit 18, and the optical frequency determination circuit 18 further identifies the frequency of the measured light and then causes the optical frequency display unit 19 to display the frequency of the measured light. It is like this.
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112、光周
波数変調器113、光周波数基準用吸収セル114、受光器11
5、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111の出力端に、出力端が光
周波数変調器113の入力端にそれぞれ接続されている。Next, the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 are shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a semiconductor laser 111, an optical coupler 112, an optical frequency modulator 113, an optical frequency reference absorption cell 114, and a light receiver 11
5. The feedback circuit 116 is included. Optical coupler 112
Is inserted between the semiconductor laser 111 and the optical frequency modulator 113, the input end is connected to the output end of the semiconductor laser 111, and the output end is connected to the input end of the optical frequency modulator 113.
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。The optical frequency modulator 113 subjects the output light of the semiconductor laser 111 to a predetermined frequency modulation. The modulated light transmitted through the optical frequency reference absorption cell 114 is photoelectrically converted by the photodetector 115 and an error signal from the center frequency of the absorption line is generated by the feedback circuit 116 to cause the oscillation frequency of the semiconductor laser 111 to follow the frequency reference. The injection current controlled as described above is supplied to the semiconductor laser 111 to stabilize the oscillation frequency of the semiconductor laser 111. Although the example using the external optical frequency modulator is shown here, the same effect can be obtained by using the direct modulation means of the semiconductor laser.
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11,12
と合波され、光受器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。Next, the operation of the optical frequency counter of this embodiment will be described with reference to FIG. The measured light 110 is an optical coupler 13.
It is divided into two by and is made incident on the optical couplers 14 and 15, respectively. Here, the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12
Are combined and photoelectrically converted by the optical receivers 16 and 17. The beat signal is processed by the optical frequency determination circuit 18, the optical frequency of the measured light is identified, and displayed on the optical frequency display unit 19.
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InCaAsP系の分布帰還
側半導体レーザ（DFB型LD）を使用し、また光吸収媒体
として、アセチレンガス（12C2H2）と同位体置換アセチ
レンガス（13C2H2）を用いた。For example, in the device configuration shown in FIG.
An InCaAsP-based distributed feedback semiconductor laser (DFB LD) that oscillates at a wavelength of 1.536 μm is used as 1, and acetylene gas ( 12 C 2 H 2 ) and isotope-substituted acetylene gas ( 13 C 2 H 2 ) was used.
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76
0Torr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。FIG. 2 is a diagram showing absorption characteristics of acetylene gas and isotope-substituted acetylene gas. Cell length is 10 cm, pressure is 76
It is 0 Torr. Of these, two oscillation lines near 1.536 μm were utilized to stabilize the oscillation frequency of the semiconductor laser.
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、1536.049nm
（光周波数195306GHz）、1535.977nm（光周波数195315G
Hz）であり、周波数差は9GHz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１×
10-5nm（光周波数にして1MHz）以下に抑えた。FIG. 3 shows the detailed characteristics of the two absorption lines used. The central wavelengths of the absorption lines are 1536.049 nm, respectively.
(Optical frequency 195306GHz), 1535.977nm (optical frequency 195315G
Hz) and the frequency difference is 9 GHz. By using these two absorption lines, the fluctuation of the center oscillation wavelength of the two semiconductor lasers can be reduced to 1 ×
It was kept below 10 -5 nm (optical frequency of 1 MHz).
この２台の発振周波数安定化光源11,12の出力光117と
被測定光110を光カップラ14,15で合波し、周波数帯域10
GHzのInGaAsP系MQW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。The output light 117 of the two oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 and the measured light 110 are combined by the optical couplers 14 and 15, and the frequency band 10
The beat signal was obtained by photoelectric conversion using a high-speed avalanche photodiode (APD) with a GHz InGaAsP MQW structure. The optical frequency of the measured light is determined by the appearance frequency of the beat signal.
例えば、第１の発振周波数安定化光源11の光周波数を
f10、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f11が現れた場合、被測定光110の光周波数f1
は、 f1＝f10−f11 ……（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＝f10＋f12＝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、 f3＝f20＋f23 ……（３） になる。For example, if the optical frequency of the first oscillation frequency stabilizing light source 11 is
Assuming that f10 and the optical frequency of the second oscillation frequency stabilizing light source 12 are f20, when the beat signal f11 appears only in the first light receiver 16 as shown in FIG. Frequency f1
Becomes f1 = f10−f11 (1). Similarly, as shown in FIG. 4 (b), when it appears in both the first light receiver 16 and the second light receiver 17, the optical frequency f2 of the measured light is f2 = f10 + f12 = f20−f22 ( 2) Similarly, when it appears only in the second photodetector 17 as shown in FIG. 4 (c), the optical frequency f3 of the measured light becomes f3 = f20 + f23 (3).
この構成系で、光周波数195296GHzから195325GHz（波
長1.5359μｍから1.5361μｍ）までの被測定光の光周波
数を1MHzの精度で測定することができた。With this system, it was possible to measure the optical frequency of the measured light from 195296 GHz to 195325 GHz (wavelengths 1.5359 μm to 1.5361 μm) with an accuracy of 1 MHz.
さらに、第５図のように、光スイッチ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1
1,12の出力端は、光スイッチ51の入力端にそれぞれ接続
されており、また、光スイッチ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。Further, as shown in FIG. 5, the same effect can be obtained by switching the output light of the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 using the optical switch 51. In this case, the oscillation frequency stabilizing light source 1
The output ends of 1 and 12 are respectively connected to the input ends of the optical switch 51, and the optical switch 51 internally switches the optical path to output one output light of the oscillation frequency stabilizing light sources 11 and 12 to the optical coupler. It is configured to emit to 13.
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。The output light is combined with the measured light 110 by the optical coupler 13, photoelectrically converted by the optical receiver 16, and its output is supplied to the optical frequency determination circuit 18, and further, the optical frequency determination circuit.
After identifying the frequency of the measured light, 18 is the optical frequency display section 19
The frequency of the measured light is displayed on.
また、第６図のように、複数の入力端を備えた光スイ
ッチ61に複数の発振周波数安定化光源11,12,60,・・・6
3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。Further, as shown in FIG. 6, a plurality of oscillation frequency stabilizing light sources 11, 12, 60, ... 6 are provided in the optical switch 61 having a plurality of input terminals.
3 are connected and these oscillation frequency stabilizing light sources 11, 12, 60, ...
・ By switching 63, the optical frequency of the measured light in a wider range of wavelengths can be measured.
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から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、1.50μ
ｍから1.56μｍの広範囲にわたって1MHzの高精度で光周
波数を測定することが可能である。In particular, if the acetylene gas and the isotope-substituted acetylene gas shown in FIG. 3 are used, the absorption line localized over a wide range of 1.50 μm to 1.56 μm gives 1.50 μm.
It is possible to measure the optical frequency with a high accuracy of 1 MHz over a wide range from m to 1.56 μm.
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。Further, even if ammonia gas, methane gas, carbon dioxide or the like is used as the light absorbing gas, the oscillation wavelength can be stabilized by the same operation principle as the above function.
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。As mentioned above, although the present invention was explained concretely based on an example, the present invention is not limited to the above-mentioned example.
It goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
「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
発振周波数安定換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。[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, a plurality of oscillation frequency stabilizing light sources that use a medium that absorbs light of a predetermined wavelength as a frequency reference and have different oscillation frequencies, and the oscillation frequency stabilizing light source are provided. The optical coupler for coupling the output light from the and the measured light, the photodetector for photoelectrically converting the light emitted from the optical coupler, and the optical frequency identified by the beat signal output from the photodetector Since the optical frequency determining means is provided, it is possible to obtain a beat signal with a plurality of oscillation frequency stabilizing light sources that use a medium that absorbs light of a predetermined wavelength as a frequency reference. With this, the absolute frequency of the measurement light can be identified with high accuracy, and the oscillation frequency of the laser light can be measured with extremely high accuracy. There is an advantage that it can be used to measure the optical frequency of a light source or a light source in optical measurement.
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、13,14,15,112……光カップラ、18……光周波
数判定回路、19……光周波数表示部、21、31……光スイ
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、5
1……光スイッチ、61……光スイッチ。1 to 4 are shown for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (a) is a block diagram showing the configuration of an optical frequency counter of the present invention, and FIG. 1 (b). ) Is a block diagram showing a configuration of an oscillation frequency stabilizing light source, FIG. 2 is a diagram showing light absorption characteristics of acetylene gas and isotope-substituted acetylene gas, and FIG. 3 is acetylene gas and isotope-substituted acetylene gas around 1.536 μm. 4A, 4B, 4C, 4C, 4C, 4D, 4E, and 4C are explanatory diagrams for determining the optical frequency, and FIG. 5 is a second embodiment of the optical frequency counter of the present invention. 6 is a block diagram showing the configuration of the optical frequency counter according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration block diagram showing a conventional optical frequency counter using a conventional optical interferometer. 110 …… light to be measured, 2 …… beam splitter, 3,4 …… mirror, 5,16,17,115 …… light receiver, 11,12 …… oscillation frequency stabilizing light source, 13,14,15,112 …… optical coupler , 18 …… Optical frequency judgment circuit, 19 …… Optical frequency display, 21, 31 …… Optical switch, 111 …… Semiconductor laser, 113 …… Optical frequency modulator,
114 …… Absorption cell, 116 …… Feedback circuit, 117 …… Output light, 5
1 …… Optical switch, 61 …… Optical switch.
Claims (1)
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。1. A plurality of oscillation frequency stabilizing light sources that use a medium absorbing light of a predetermined wavelength as a frequency reference and have different oscillation frequencies, and output light from the oscillation frequency stabilizing light source and light to be measured. An optical coupler for coupling the optical coupler, a photodetector for photoelectrically converting the light emitted from the optical coupler, and an optical frequency determination means for identifying the optical frequency by the beat signal output from the photodetector. An optical frequency counter characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2239582A JPH087100B2 (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Optical frequency counter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2239582A JPH087100B2 (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Optical frequency counter |
Publications (2)
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| JPH04118533A JPH04118533A (en) | 1992-04-20 |
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| JP2239582A Expired - Fee Related JPH087100B2 (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Optical frequency counter |
Country Status (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007328044A (en) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Optical Comb Inc | Optical frequency measuring system, and method for determining frequency component of optical frequency comb |
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1990
- 1990-09-10 JP JP2239582A patent/JPH087100B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04118533A (en) | 1992-04-20 |
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