周波数可変光源並びに周波数校正システム及び方法
【課題】周波数可変範囲が広く、且つ高い精度で光パルス列の周波数を変化させることができる周波数可変光源、並びに当該周波数可変光源で生成される光パルス列を用いた周波数校正システム及び方法を提供する。
【解決手段】光周波数コム発生装置１１は、所定の周波数間隔の複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する。周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、光周波数コムにおける光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有し、当該透過帯域が可変である。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３から出力される精度が高い一定周波数の基準信号を用いて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に掃引する。
【解決手段】光周波数コム発生装置１１は、所定の周波数間隔の複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する。周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、光周波数コムにおける光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有し、当該透過帯域が可変である。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３から出力される精度が高い一定周波数の基準信号を用いて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に掃引する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数が時間とともに変化する光パルス列を生成する周波数可変光源、並びに当該周波数可変光源から射出される光パルス列を用いた周波数校正システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数可変光源で生成される光パルス列は、例えば周波数多重伝送方式（波長多重伝送方式）による光通信における基準周波数として用いられ、或いは高分解能の周波数分析に利用される。以下、かかる光パルス列を生成する従来の周波数可変光源の一例について説明する。図９は従来の周波数可変光源を示すブロック図であり、図１０は従来の周波数可変光源で生成される光パルス列を示す図である。
【０００３】
図９に示す通り、従来の周波数可変光源１００は、周波数基準光源１０１、光スイッチ１０２、光ループ回路１０３、及びタイミング制御回路１０４を含んで構成される。周波数基準光源１０１は単一周波数の連続光を射出し、光スイッチ１０２は周波数基準光源１０１からの連続光をパルス化する。光ループ回路１０３は、光合波分岐器１０５、光周波数シフタ１０６、光遅延線１０７、及び光増幅器１０８を含んで構成され、光スイッチ１０２からの光パルスを周回させて個々の光パルスの周波数を変化させる。タイミング制御回路１０４は、光スイッチ１０２と光ループ回路１０３の光周波数シフタ１０６とを制御して、光パルスの生成タイミング及び周波数を変化させるタイミングを制御する。
【０００４】
上記構成において、図１０（ａ）に示す制御信号Ｓ１０１（幅Ｔｗ、周期Ｔ）がタイミング制御回路１０４から光スイッチ１０２に出力されると、光スイッチ１０２において周波数基準光源１０１からの連続光が幅Ｔｗの光パルスとされ、この光パルスが光ループ回路１０３に入力される。尚、タイミング制御回路１０４から制御信号Ｓ１０１が出力されるタイミングと同じタイミングで、図１０（ｂ）に示す制御信号Ｓ１０２（幅Ｔｓ）がタイミング制御回路１０４から光周波数シフタ１０６に出力される。
【０００５】
光周波数シフタ１０６は、タイミング制御回路１０４からの制御信号Ｓ１０２が入力されている場合には、光の周波数をΔｆだけシフトする。よって、光ループ回路１０３に入力された光パルスは、光ループ回路１０３を周回する毎に光周波数シフタ１０６で周波数がΔｆだけ変化する。尚、光パルスは光ループ回路１０３を周回する度に減衰等により強度が低下するが、その強度の低下は光増幅器１０８により補償される。従って、光合波分岐器１０５に接続された外部出力端子からは、図１０（ｃ），（ｄ）に示す通り、強度が一定であって、各光パルスの時間間隔がＴｄであり、各光パルス毎に周波数がΔｆだけ変化する光パルス列が出力される。尚、従来の周波数可変光源の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開平１０−１９０６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来の周波数可変光源１００において、光ループ回路１０３を周回する光パルスは光増幅器１０８によって増幅されるが、光増幅器１０８によって発生する自然放出光も光ループ回路１０３を周回して増幅される。このため、光ループ回路１０３を周回する光パルスは、増幅された自然放出光による雑音の影響を受けてしまい、周回数を増大させることができず、その結果として周波数の可変範囲が波長換算で数ｎｍ程度に限定されてしまうという問題があった。仮に、上記の雑音の影響を排除することができたとしても、光ループ回路１０３内に設けられる光増幅器１０８の周波数帯域は波長換算で数十ｎｍしかなく、原理的にこれ以上の範囲で周波数を変化させることはできない。
【０００７】
又、周波数可変光源としては、上述した光ループ回路１０３を用いた周波数可変光源以外に、外部共振器型の周波数可変光源、又は分布帰還型レーザ光源若しくは分布ブラッグ反射型レーザ光源等の周波数可変光源が実現されている。しかしながら、これらの周波数可変光源では、周波数の変化率の精度が波長換算で波長オーダーでしかできないため、必要となる精度は得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周波数可変範囲が広く、且つ高い精度で光パルス列の周波数を変化させることができる周波数可変光源、並びに当該周波数可変光源で生成される光パルス列を用いた周波数校正システム及び方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の周波数可変光源は、周波数が時間とともに変化する光パルス列を生成する周波数可変光源（１０、２０、３０）において、所定の周波数間隔の複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置（１１）と、前記光周波数コムにおける前記光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有し、当該透過帯域が可変な周波数可変光バンドパスフィルタ（１２）と、前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を連続的に変化させる掃引装置（１３，１４）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、光周波数コム発生装置で発生した光周波数コムが、その光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有する周波数可変光バンドパスフィルタにより、掃引装置の制御の下で掃引される。
又、本発明の周波数可変光源は、前記掃引装置は、一定周波数の基準信号を出力する発振器（１３）と、前記発振器から出力される前記基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を線形的に掃引するフィルタ掃引回路（１４）とを備えることを特徴としている。
又、本発明の周波数可変光源は、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの一部を受光して受光信号を出力する第１受光器（２２）を備え、前記掃引装置は、前記第１受光器から出力される前記受光信号と、前記発振器から出力される前記基準信号との位相差を検出する位相比較器（２３）と、前記位相比較器によって検出された位相差を一定とする制御信号を前記フィルタ掃引回路に出力する第１制御回路（２４）とを備えることを特徴としている。
又、本発明の周波数可変光源は、前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を可変することができる周波数帯域に含まれる周波数を有する基準光を発生する基準光源（３２）と、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスと、前記基準光源からの基準光とを合波する合波器（３１）と、前記合波器で合波された光を受光して受光信号を出力する第２受光器（３３）と、前記第２受光器から出力される前記受光信号に基づいて、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの光周波数が前記基準光源の周波数と一定の値となるように前記光周波数コム発生装置を制御する第２制御回路（３４）とを備えることを特徴としている。
更に、本発明の周波数可変光源は、前記基準光源が、周波数が変動しない光を前記基準光として発生することを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の周波数構成システムは、光を取り扱う光学機器における基準周波数を校正する周波数校正システムにおいて、光ファイバ網（Ｎ１〜Ｎ６）と、前記光ファイバ網に接続された前記光学機器（４０）と、前記光ファイバ網に接続された上記の何れかに記載の周波数可変光源（５０）とを備えることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の周波数構成方法は、光を取り扱う光学機器（４０）における基準周波数を校正する周波数校正方法において、上記の何れかに記載の周波数可変光源（５０）から生成される前記光パルス列を光ファイバ網に送信するステップと、前記光ファイバ網を介して送信されてきた前記光パルス列を用いて前記光学機器の基準周波数を校正するステップとを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、周波数可変範囲が広く、且つ高い精度で光パルス列の周波数を変化させることができる周波数可変光源を提供できるという効果がある。
又、本発明によれば、周波数可変光源からの光パルス列の周波数を、基準光の周波数を基準として変化させることができるという効果がある。
更に、本発明によれば、複数の光学機器における基準周波数を容易に構成することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による周波数可変光源並びに周波数校正システム及び方法について詳細に説明する。
【００１２】
〔周波数可変光源〕
〈第１実施形態〉
図１は、本発明の第１実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の周波数可変光源１０は、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４を含んで構成される。尚、発振器１３及びフィルタ掃引回路１４は、本発明にいう掃引装置に対応する。
【００１３】
光周波数コム発生装置１１は、所定の周波数間隔で櫛状に並んだ複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する。ここで、光周波数コム発生装置１１の内部構成について説明する。図２は、光周波数コム発生装置１１の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す通り、光周波数コム発生装置１１は、モード同期レーザ１６、光増幅器１７、及び高光学非線形性光ファイバ１８を含んで構成される。
【００１４】
モード同期レーザ１６は、周波数間隔がｆ（例えば、数ＫＨｚ）である複数の光周波数成分からなるレーザ光を射出する。この周波数間隔ｆは、モード同期レーザ１６の縦モードの間隔である。尚、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数帯域は、光周波数コム発生装置１１で発生される光周波数コムの周波数帯域よりも遥かに狭い。光増幅器１７は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光を所定の増幅率で増幅する。ここで、光増幅器１７で増幅可能な周波数帯域は、例えばモード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数帯域程度あれば良い。
【００１５】
高光学非線形性光ファイバ１８は、高い非線形性を有する光ファイバであり、非線形光学効果によって光増幅器１７で増幅されたレーザ光からスーパーコンティニウム光を生成する。このスーパーコンティニウム光は、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数間隔ｆと同じ周波数間隔を有する複数の光周波数成分からなり、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数帯域の数百倍（例えば、波長換算で数百ｎｍ）程度の周波数帯域を有する。このスーパーコンティニウム光の光周波数成分の周波数間隔ｆは、前述の通り、モード同期レーザ１６の縦モード間隔であるため、モード同期レーザ１６を駆動している発振器（図示省略）の周波数安定度のレベルまで極めて高い精度で制御することができる。高光学非線形性光ファイバ１８は、このスーパーコンティニウム光を上記の光周波数コムとして出力する。
【００１６】
図１に戻り、周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、所定幅の透過帯域（周波数の透過帯域）を有し、光周波数コム発生装置１１からの光周波数コムの一部を透過させる。具体的に、この周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、光周波数コム発生装置１１で発生する光周波数コムにおける光周波数成分の周波数間隔ｆよりも狭い透過帯域を有しており、この透過帯域の光周波数成分のみを透過させる。又、周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、透過帯域の幅を変えることなく、周波数領域において透過帯域を高速に可変（掃引）することが可能である。この周波数可変光バンドパスフィルタ１２としては、例えば光ファイバファブリペローエタロンに代表されるエタロン型フィルタ、音響光学効果型チューナブルフィルタ、誘電体多層膜フィルタ、又はグレーティングフィルタ等を使用することができる。
【００１７】
発振器１３は、精度が高い一定周波数の基準信号を発生する。尚、この基準信号の周波数（周期）は、周波数可変光源１０から出力されるレーザ光の周波数を変化させる周期に応じて設定されている。例えば、周波数可変光源１０から出力されるレーザ光の周波数を周期Ｔで変化させる場合には、基準信号の周期もＴに設定される。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３からの基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。具体的には、例えば周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数が単位時間当たり一定の周波数だけ連続的に変化するように、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を線形的に掃引する。
【００１８】
次に、上記構成における周波数可変光源１０の動作について説明する。図３は、本発明の第１実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。図２に示すモード同期レーザ１６からレーザ光が射出されると、このレーザ光は光増幅器１７で増幅された後に高光学非線形性光ファイバ１８に入射し、これによりスーパーコンティニウム光が生成され、光周波数コムとして光周波数コム発生装置１１から出力される。この光周波数コムは、図３（ａ）に示す通り、周波数間隔ｆを有する複数の光周波数成分からなる。
【００１９】
光周波数コム発生装置１１から射出された光周波数コムは、周波数可変光バンドパスフィルタ１２に入射し、その一部が周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過して周波数可変光源１０の外部に出力される。ここで、図３（ａ）において、符号Ｔｒを付して示す矩形領域は、周波数可変光バンドパスフィルタ１２が入射した光周波数を透過する透過帯域を示している。図示の通り、透過帯域Ｔｒは、光周波数コム発生装置１１で発生する光周波数コムにおける光周波数成分の周波数間隔ｆよりも狭く設定されており、これにより周波数可変光バンドパスフィルタ１２は光周波数コムに含まれる光周波数成分の１つのみを一時に透過する。つまり、光周波数コムの複数の光周波数成分が一時に周波数光バンドパスフィルタ１２を透過することはない。
【００２０】
又、例えばモード同期レーザ１６からのレーザ光の射出と同時に、発振器１３からフィルタ掃引回路１４に対して、精度が高い一定周波数の基準信号が出力される。この基準信号は、例えば図３（ｂ）に示す通り正弦波状の信号であり、その周期Ｔは周波数可変光源１０から出力されるレーザ光の周波数を変化させる周期に設定されている。発振器１３から出力された基準信号は、フィルタ掃引回路１４に出力される。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３からの基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。
【００２１】
具体的に、フィルタ掃引回路１４は、図３（ｃ）に示す通り、例えば周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域Ｔｒの中心周波数が単位時間当たり一定の周波数だけ連続的に変化するように、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域Ｔｒを線形的に掃引する。そして、基準信号の周期Ｔ毎に、透過帯域Ｔｒの中心周波数を掃引開始の周波数に変化させ、以後同様に鋸波状に周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域Ｔｒの中心周波数を掃引する。尚、フィルタ掃引回路１４は、例えば波長換算で数十〜数百ｎｍの範囲で透過帯域Ｔｒの中心周波数を掃引する。
【００２２】
フィルタ掃引回路１４によって周波数可変光バンドパスフィルタ１２が掃引されることにより、周波数可変光源１０からは、図３（ｄ），（ｅ）に示す通り、強度が一定であって、各光パルスの時間間隔がＴｄであり、各光パルス毎に周波数がΔｆ（＝ｆ）だけ変化する光パルス列が出力される。
【００２３】
以上の通り、本発明の第１実施形態による周波数可変光源１０によれば、所定の周波数間隔ｆで櫛状に並んだ複数の光周波数成分を有し、その光周波数成分が占める周波数帯域が数百ｎｍと広い光周波数コムを光周波数コム発生装置１１から発生させて、この光周波数コムを、透過帯域が光周波数コムの光周波数成分の周波数間隔ｆよりも狭く設定された周波数光バンドパスフィルタ１２を用いて掃引しているため、光パルスの周波数の可変範囲を広げることができる。又、光周波数コムの光周波数成分は、高い精度をもって周波数間隔ｆで並んでいるため、パルス毎に高精度で周波数が変化する光パルス列を生成することができる。
【００２４】
〈第２実施形態〉
図４は、本発明の第２実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。尚、図４においては、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図４に示す通り、本実施形態の周波数可変光源２０は、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４に加えて、光分岐器２１、受光器２２、位相比較器２３、及び演算増幅回路２４を含んで構成される。尚、受光器２２は本発明にいう第１受光器に対応し、演算増幅回路２４は本発明にいう第１制御回路に対応する。
【００２５】
光分岐器２１は、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部を分岐する。この光分岐器２１で分岐されなかった残りは、周波数可変光源２０の外部に出力される。尚、光分岐器２１の分岐率（光分岐器２１で分岐する光の強度）は任意でよいが、周波数可変光源２０の外部に出力される光（光パルス列）の強度低下を防止するため、光分岐器２１の分岐率は極力小さいことが好ましい。受光器２２は、光分岐器２１で分岐された光を受光して受光信号を出力する。
【００２６】
位相比較器２３は、受光器２２から出力される受光信号と、発振器１３から出力される基準信号との位相差を検出し、その検出結果を出力する。演算増幅回路２４は、位相比較器２３の検出結果に基づいて、受光器２２から出力される受光信号と発振器１３から出力される基準信号との位相差を一定とする制御信号をフィルタ掃引回路１４に出力する。
【００２７】
次に、上記構成における周波数可変光源２０の動作について説明する。図２に示すモード同期レーザ１６からレーザ光が射出されると、第１実施形態と同様に、このレーザ光は光増幅器１７で増幅された後に高光学非線形性光ファイバ１８に入射し、これによりスーパーコンティニウム光が生成され、光周波数コムとして光周波数コム発生装置１１から出力される。
【００２８】
光周波数コム発生装置１１から射出された光周波数コムは、周波数可変光バンドパスフィルタ１２に入射し、その一部が周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する。周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光は、光分岐器２１に入射して一部が分岐され、残りが周波数可変光源２０の外部に出力される。分岐器２１で分岐された光は受光器２２で受光されて、受光器２２からは分岐器２１で分岐された光に応じた受光信号が出力される。
【００２９】
受光器２２からの受光信号が入力されると、位相比較器１３はこの受光信号と発振器１３からの基準信号との位相差を検出し、その検出結果を出力する。この検出結果は演算増幅回路２４に入力される。演算増幅回路２４は、位相比較器２３の検出結果に基づいて、受光器２２から出力される受光信号と発振器１３から出力される基準信号との位相差を一定とする制御信号をフィルタ掃引回路１４に出力する。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３からの基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。周波数光バンドパスフィルタ１２は、フィルタ掃引回路１４によって制御されるが、図５（ａ）に示す通り、その透過帯域の中心周波数がフィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して線形に変化しないことがある。つまり、フィルタ掃引回路１４が周波数光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数を線形的に変化させようとしても、周波数光バンドパスフィルタ１２の特性から、実際にはフィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して透過帯域の中心周波数がずれることが考えられる。
【００３１】
このときには、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムの周波数成分が、周波数光バンドパスフィルタ１２により一定の時間間隔で掃引されなくなる。このため、図５（ｂ）に示す通り、周波数可変光源２０から出力される光パルス列をなす各光パルスの時間間隔が一定ではなくなるとともに、図５（ｃ）に示す通り、周波数の時間変化も非線形的になる。
【００３２】
図４に示す本発明の第２実施形態による周波数可変光源２０は、かかる不具合を解消するために、図４に示す構成としている。即ち、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部を受光器２２で受光し、これにより得られた受光信号と発振器１３から出力される基準信号との位相差を位相比較器２３で比較し、その位相差を一定とするための制御信号を演算増幅回路２４がフィルタ掃引回路１４に出力している。これにより、周波数光バンドパスフィルタ１２の特性にずれがあっても、フィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して周波数光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数を線形的に変化させることができ、高い精度で周波数が変化する光パルス列を生成することができる。
【００３３】
〈第３実施形態〉
図６は、本発明の第３実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。尚、図６においては、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図６に示す通り、本実施形態の周波数可変光源３０は、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４に加えて、光合分岐器３１、絶対光周波数安定化光源３２、受光回路３３、及び演算増幅回路３４を含んで構成される。尚、絶対光周波数安定化光源３２は本発明にいう基準光源に対応し、受光回路３３は本発明にいう第２受光器に対応し、演算増幅回路３４は本発明にいう第２制御回路に対応する。
【００３４】
光合分岐器３１は、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部を分岐するとともに、分岐した光の一方と絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光とを合波する。この光合分岐器３１で分岐されなかった周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の残りは、周波数可変光源３０の外部に出力される。尚、光合分岐器３１の分岐率（光合分岐器３１で分岐する光の強度）は任意でよいが、周波数可変光源３０の外部に出力される光（光パルス列）の強度低下を防止するため、光合分岐器３１の分岐率は極力小さいことが好ましい。
【００３５】
絶対光周波数安定化光源３２は、周波数が変化しないか又は周波数の変動が極めて小さく、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の掃引範囲内に含まれる周波数を有する基準光を射出する。この絶対光周波数安定化光源３２は、例えばアセチレンガスやシアン化水素ガス等を備えており、これらのガスの分子吸収線に周波数が固定された基準光を射出する。受光回路３３は、光合分岐器３１で合波された光を受光して受光信号を出力する。この、受光回路３３は、周波数可変光源３０から出力される光パルス列の周波数変化率（図３（ｅ）に示すΔｆ（＝ｆ））と同等かそれ以下の周波数帯を検出可能に構成されている。ここで、周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光の周波数が、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数に近い場合には、上記の受光信号としてビート信号が出力される。
【００３６】
演算増幅回路３４は、受光回路３３から出力される受光信号に基づいて、光周波数コム発生装置１１を制御する。具体的には、受光回路３３から受光信号としてビート信号が出力された場合には、そのビート信号が一定値となるように、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムを周波数領域においてシフトさせる。これにより、周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する光パルスの所定の周波数成分を、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数と一定の差を持った安定した既知の周波数にすることができる。尚、演算増幅回路３４からの制御信号は図２に示すモード同期レーザ１６に入力されており、このモード同期レーザ１６の発振周波数が制御されるよう構成されている。
【００３７】
次に、上記構成における周波数可変光源３０の動作について説明する。図７は、本発明の第３実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。図２に示すモード同期レーザ１６からレーザ光が射出されると、第１実施形態と同様に、このレーザ光は光増幅器１７で増幅された後に高光学非線形性光ファイバ１８に入射し、これによりスーパーコンティニウム光が生成され、光周波数コムとして光周波数コム発生装置１１から出力される。光周波数コム発生装置１１から射出された光周波数コムは、周波数可変光バンドパスフィルタ１２に入射し、その一部が周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する。周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光は、光合分岐器３１に入射して一部が分岐され、残りが周波数可変光源３０の外部に出力される。
【００３８】
又、第１実施形態と同様に、例えばモード同期レーザ１６からのレーザ光の射出と同時に、発振器１３からフィルタ掃引回路１４に対して、精度が高い一定周波数の基準信号が出力される。そして、この基準信号に基づいて、フィルタ掃引回路１４は周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。これにより、周波数可変光源３０からは、図７（ａ），（ｂ）に示す通り、強度が一定であって、各光パルスの時間間隔がＴｄであり、各光パルス毎に周波数がΔｆ（＝ｆ）だけ変化する光パルス列が出力される。
【００３９】
ここで、本実施形態では、光合分波器３１で分岐された光（周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光）は絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光と合波されて受光回路３３で受光される。光合分波器３１で分岐された光と絶対光周波数安定化光源３２からの基準光との周波数の差が、図７（ｂ）に示すΔｆ（＝ｆ）よりも大きい場合には、受光回路３３からは受光信号が出力されない。これは、前述した通り、受光回路３３が、周波数可変光源３０から出力される光パルス列の周波数変化率（Δｆ）と同等かそれ以下の周波数帯を検出可能に構成されているからである。
【００４０】
いま、図７（ｂ）に示す通り、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数をｆ０とすると、光合分波器３１で分岐された光の周波数が基準光の周波数ｆ０に近い場合（これらの周波数の差がΔｆ以下の場合）に、受光回路３３からは受光信号としてビート信号が出力される。図７（ｂ）に示す例では、時刻ｔ１，ｔ２における光パルスが生成されるときに、図７（ｃ）に示すビート信号が出力される。尚、図７（ｄ）は、ビート信号の一部を拡大した図である。
【００４１】
受光回路３３から受光信号としてのビート信号が出力されると、演算増幅回路３４は、光周波数コム発生装置１１に対して制御信号を出力し、受光回路３３からのビート信号が一定値となるように、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムを周波数領域においてシフトさせる。具体的には、図２に示すモード同期レーザ１６を制御して、モード同期レーザ１６の発振周波数を制御する。かかる制御により、周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する所定の周波数成分（図７（ｂ）に示す時刻ｔ１，ｔ２における光パルスの周波数成分）を、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数と一定値シフトした周波数に固定させることができる。
【００４２】
以上の通り、本実施形態では、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部と絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光とを合波し、それらの周波数の差をビート信号により検出し、ビート信号が一定値となるように、光周波数コム発生装置１１を制御している。これにより、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムの周波数成分の１つを基準光の周波数に一致させることができ、これにより光周波数コムの各々の周波数成分を、基準光を基準とした周波数に固定することができる。或いは、一定周波数シフトした周波数に固定することができる。よって、光パルス列の周波数を基準光の周波数を基準として変化させることができる。
【００４３】
〈第４実施形態〉
本発明の第４実施形態による周波数可変光源は、図４に示す第２実施形態による周波数可変光源２０が備える構成と、図６に示す第３実施形態による周波数可変光源３０が備える構成とを共に備える。つまり、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４に加えて、光分岐器２１、受光器２２、位相比較器２３、及び演算増幅回路２４と、光合分岐器３１、絶対光周波数安定化光源３２、受光回路３３、及び演算増幅回路３４とを組み合わせた構成である。
【００４４】
かかる構成により、第２実施形態のように、周波数光バンドパスフィルタ１２の特性にずれがあっても、周波数光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数をフィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して線形に変化させることができるとともに、第３実施形態のように、光パルス列の周波数を絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数を基準として変化させることができる。
【００４５】
〔周波数校正システム及び方法〕
図８は、本発明の一実施形態による周波数校正システムの概略構成を示すブロック図である。図８に示す通り、本実施形態の周波数校正システムは、相互に接続された光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６と、光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６に接続された光測定器４０と、光ファイバ網Ｎ１に接続された周波数可変光源５０とを含んで構成される。
【００４６】
光測定器４０は、光を取り扱う光学機器の一種であり、例えば、光スペクトラムアナライザ、波長計等である。尚、ここでは、光を取り扱う光学機器として光測定器４０を例に挙げるが、光を取り扱う光学機器としては、光測定器４０以外に波長可変光源（周波数可変光源）等であっても良い。周波数可変光源５０は、前述した本発明の第１〜第３実施形態による周波数可変光源１０，２０，３０の何れかである。
【００４７】
上記構成において、各光パルスの時間間隔が一定であり、各光パルス毎に周波数が所定量だけ変化する光パルス列が周波数可変光源５０から射出されると、この光パルス列は、光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６の各々に送信される。そして、光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６を介して送信されてきた光パルス列を用いて各光測定器４０の基準周波数を校正することにより、全ての光測定器４０の基準周波数を、周波数可変光源５０の周波数に一致させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態による周波数可変光源並びに周波数校正システム及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、スーパーコンティニウム光を生成する光源として、図２に示す構成の光周波数コム発生装置１１を用いていたが、かかる光源に限定される訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光周波数コム発生装置１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態による周波数校正システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来の周波数可変光源を示すブロック図である。
【図１０】従来の周波数可変光源で生成される光パルス列を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 周波数可変光源
１１ 光周波数コム発生装置
１２ 周波数可変光バンドパスフィルタ
１３ 発振器
１４ フィルタ掃引回路
２０ 周波数可変光源
２２ 受光器
２３ 位相比較器
２４ 演算増幅回路
３０ 周波数可変光源
３１ 光合分岐器
３２ 絶対光周波数安定化光源
３３ 受光回路
３４ 演算増幅回路
４０ 光測定器
５０ 周波数可変光源
Ｎ１〜Ｎ６ 光ファイバ網
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数が時間とともに変化する光パルス列を生成する周波数可変光源、並びに当該周波数可変光源から射出される光パルス列を用いた周波数校正システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数可変光源で生成される光パルス列は、例えば周波数多重伝送方式（波長多重伝送方式）による光通信における基準周波数として用いられ、或いは高分解能の周波数分析に利用される。以下、かかる光パルス列を生成する従来の周波数可変光源の一例について説明する。図９は従来の周波数可変光源を示すブロック図であり、図１０は従来の周波数可変光源で生成される光パルス列を示す図である。
【０００３】
図９に示す通り、従来の周波数可変光源１００は、周波数基準光源１０１、光スイッチ１０２、光ループ回路１０３、及びタイミング制御回路１０４を含んで構成される。周波数基準光源１０１は単一周波数の連続光を射出し、光スイッチ１０２は周波数基準光源１０１からの連続光をパルス化する。光ループ回路１０３は、光合波分岐器１０５、光周波数シフタ１０６、光遅延線１０７、及び光増幅器１０８を含んで構成され、光スイッチ１０２からの光パルスを周回させて個々の光パルスの周波数を変化させる。タイミング制御回路１０４は、光スイッチ１０２と光ループ回路１０３の光周波数シフタ１０６とを制御して、光パルスの生成タイミング及び周波数を変化させるタイミングを制御する。
【０００４】
上記構成において、図１０（ａ）に示す制御信号Ｓ１０１（幅Ｔｗ、周期Ｔ）がタイミング制御回路１０４から光スイッチ１０２に出力されると、光スイッチ１０２において周波数基準光源１０１からの連続光が幅Ｔｗの光パルスとされ、この光パルスが光ループ回路１０３に入力される。尚、タイミング制御回路１０４から制御信号Ｓ１０１が出力されるタイミングと同じタイミングで、図１０（ｂ）に示す制御信号Ｓ１０２（幅Ｔｓ）がタイミング制御回路１０４から光周波数シフタ１０６に出力される。
【０００５】
光周波数シフタ１０６は、タイミング制御回路１０４からの制御信号Ｓ１０２が入力されている場合には、光の周波数をΔｆだけシフトする。よって、光ループ回路１０３に入力された光パルスは、光ループ回路１０３を周回する毎に光周波数シフタ１０６で周波数がΔｆだけ変化する。尚、光パルスは光ループ回路１０３を周回する度に減衰等により強度が低下するが、その強度の低下は光増幅器１０８により補償される。従って、光合波分岐器１０５に接続された外部出力端子からは、図１０（ｃ），（ｄ）に示す通り、強度が一定であって、各光パルスの時間間隔がＴｄであり、各光パルス毎に周波数がΔｆだけ変化する光パルス列が出力される。尚、従来の周波数可変光源の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開平１０−１９０６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来の周波数可変光源１００において、光ループ回路１０３を周回する光パルスは光増幅器１０８によって増幅されるが、光増幅器１０８によって発生する自然放出光も光ループ回路１０３を周回して増幅される。このため、光ループ回路１０３を周回する光パルスは、増幅された自然放出光による雑音の影響を受けてしまい、周回数を増大させることができず、その結果として周波数の可変範囲が波長換算で数ｎｍ程度に限定されてしまうという問題があった。仮に、上記の雑音の影響を排除することができたとしても、光ループ回路１０３内に設けられる光増幅器１０８の周波数帯域は波長換算で数十ｎｍしかなく、原理的にこれ以上の範囲で周波数を変化させることはできない。
【０００７】
又、周波数可変光源としては、上述した光ループ回路１０３を用いた周波数可変光源以外に、外部共振器型の周波数可変光源、又は分布帰還型レーザ光源若しくは分布ブラッグ反射型レーザ光源等の周波数可変光源が実現されている。しかしながら、これらの周波数可変光源では、周波数の変化率の精度が波長換算で波長オーダーでしかできないため、必要となる精度は得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周波数可変範囲が広く、且つ高い精度で光パルス列の周波数を変化させることができる周波数可変光源、並びに当該周波数可変光源で生成される光パルス列を用いた周波数校正システム及び方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の周波数可変光源は、周波数が時間とともに変化する光パルス列を生成する周波数可変光源（１０、２０、３０）において、所定の周波数間隔の複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置（１１）と、前記光周波数コムにおける前記光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有し、当該透過帯域が可変な周波数可変光バンドパスフィルタ（１２）と、前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を連続的に変化させる掃引装置（１３，１４）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、光周波数コム発生装置で発生した光周波数コムが、その光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有する周波数可変光バンドパスフィルタにより、掃引装置の制御の下で掃引される。
又、本発明の周波数可変光源は、前記掃引装置は、一定周波数の基準信号を出力する発振器（１３）と、前記発振器から出力される前記基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を線形的に掃引するフィルタ掃引回路（１４）とを備えることを特徴としている。
又、本発明の周波数可変光源は、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの一部を受光して受光信号を出力する第１受光器（２２）を備え、前記掃引装置は、前記第１受光器から出力される前記受光信号と、前記発振器から出力される前記基準信号との位相差を検出する位相比較器（２３）と、前記位相比較器によって検出された位相差を一定とする制御信号を前記フィルタ掃引回路に出力する第１制御回路（２４）とを備えることを特徴としている。
又、本発明の周波数可変光源は、前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を可変することができる周波数帯域に含まれる周波数を有する基準光を発生する基準光源（３２）と、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスと、前記基準光源からの基準光とを合波する合波器（３１）と、前記合波器で合波された光を受光して受光信号を出力する第２受光器（３３）と、前記第２受光器から出力される前記受光信号に基づいて、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの光周波数が前記基準光源の周波数と一定の値となるように前記光周波数コム発生装置を制御する第２制御回路（３４）とを備えることを特徴としている。
更に、本発明の周波数可変光源は、前記基準光源が、周波数が変動しない光を前記基準光として発生することを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の周波数構成システムは、光を取り扱う光学機器における基準周波数を校正する周波数校正システムにおいて、光ファイバ網（Ｎ１〜Ｎ６）と、前記光ファイバ網に接続された前記光学機器（４０）と、前記光ファイバ網に接続された上記の何れかに記載の周波数可変光源（５０）とを備えることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の周波数構成方法は、光を取り扱う光学機器（４０）における基準周波数を校正する周波数校正方法において、上記の何れかに記載の周波数可変光源（５０）から生成される前記光パルス列を光ファイバ網に送信するステップと、前記光ファイバ網を介して送信されてきた前記光パルス列を用いて前記光学機器の基準周波数を校正するステップとを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、周波数可変範囲が広く、且つ高い精度で光パルス列の周波数を変化させることができる周波数可変光源を提供できるという効果がある。
又、本発明によれば、周波数可変光源からの光パルス列の周波数を、基準光の周波数を基準として変化させることができるという効果がある。
更に、本発明によれば、複数の光学機器における基準周波数を容易に構成することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による周波数可変光源並びに周波数校正システム及び方法について詳細に説明する。
【００１２】
〔周波数可変光源〕
〈第１実施形態〉
図１は、本発明の第１実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の周波数可変光源１０は、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４を含んで構成される。尚、発振器１３及びフィルタ掃引回路１４は、本発明にいう掃引装置に対応する。
【００１３】
光周波数コム発生装置１１は、所定の周波数間隔で櫛状に並んだ複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する。ここで、光周波数コム発生装置１１の内部構成について説明する。図２は、光周波数コム発生装置１１の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す通り、光周波数コム発生装置１１は、モード同期レーザ１６、光増幅器１７、及び高光学非線形性光ファイバ１８を含んで構成される。
【００１４】
モード同期レーザ１６は、周波数間隔がｆ（例えば、数ＫＨｚ）である複数の光周波数成分からなるレーザ光を射出する。この周波数間隔ｆは、モード同期レーザ１６の縦モードの間隔である。尚、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数帯域は、光周波数コム発生装置１１で発生される光周波数コムの周波数帯域よりも遥かに狭い。光増幅器１７は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光を所定の増幅率で増幅する。ここで、光増幅器１７で増幅可能な周波数帯域は、例えばモード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数帯域程度あれば良い。
【００１５】
高光学非線形性光ファイバ１８は、高い非線形性を有する光ファイバであり、非線形光学効果によって光増幅器１７で増幅されたレーザ光からスーパーコンティニウム光を生成する。このスーパーコンティニウム光は、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数間隔ｆと同じ周波数間隔を有する複数の光周波数成分からなり、モード同期レーザ１６から射出されるレーザ光の周波数帯域の数百倍（例えば、波長換算で数百ｎｍ）程度の周波数帯域を有する。このスーパーコンティニウム光の光周波数成分の周波数間隔ｆは、前述の通り、モード同期レーザ１６の縦モード間隔であるため、モード同期レーザ１６を駆動している発振器（図示省略）の周波数安定度のレベルまで極めて高い精度で制御することができる。高光学非線形性光ファイバ１８は、このスーパーコンティニウム光を上記の光周波数コムとして出力する。
【００１６】
図１に戻り、周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、所定幅の透過帯域（周波数の透過帯域）を有し、光周波数コム発生装置１１からの光周波数コムの一部を透過させる。具体的に、この周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、光周波数コム発生装置１１で発生する光周波数コムにおける光周波数成分の周波数間隔ｆよりも狭い透過帯域を有しており、この透過帯域の光周波数成分のみを透過させる。又、周波数可変光バンドパスフィルタ１２は、透過帯域の幅を変えることなく、周波数領域において透過帯域を高速に可変（掃引）することが可能である。この周波数可変光バンドパスフィルタ１２としては、例えば光ファイバファブリペローエタロンに代表されるエタロン型フィルタ、音響光学効果型チューナブルフィルタ、誘電体多層膜フィルタ、又はグレーティングフィルタ等を使用することができる。
【００１７】
発振器１３は、精度が高い一定周波数の基準信号を発生する。尚、この基準信号の周波数（周期）は、周波数可変光源１０から出力されるレーザ光の周波数を変化させる周期に応じて設定されている。例えば、周波数可変光源１０から出力されるレーザ光の周波数を周期Ｔで変化させる場合には、基準信号の周期もＴに設定される。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３からの基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。具体的には、例えば周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数が単位時間当たり一定の周波数だけ連続的に変化するように、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を線形的に掃引する。
【００１８】
次に、上記構成における周波数可変光源１０の動作について説明する。図３は、本発明の第１実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。図２に示すモード同期レーザ１６からレーザ光が射出されると、このレーザ光は光増幅器１７で増幅された後に高光学非線形性光ファイバ１８に入射し、これによりスーパーコンティニウム光が生成され、光周波数コムとして光周波数コム発生装置１１から出力される。この光周波数コムは、図３（ａ）に示す通り、周波数間隔ｆを有する複数の光周波数成分からなる。
【００１９】
光周波数コム発生装置１１から射出された光周波数コムは、周波数可変光バンドパスフィルタ１２に入射し、その一部が周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過して周波数可変光源１０の外部に出力される。ここで、図３（ａ）において、符号Ｔｒを付して示す矩形領域は、周波数可変光バンドパスフィルタ１２が入射した光周波数を透過する透過帯域を示している。図示の通り、透過帯域Ｔｒは、光周波数コム発生装置１１で発生する光周波数コムにおける光周波数成分の周波数間隔ｆよりも狭く設定されており、これにより周波数可変光バンドパスフィルタ１２は光周波数コムに含まれる光周波数成分の１つのみを一時に透過する。つまり、光周波数コムの複数の光周波数成分が一時に周波数光バンドパスフィルタ１２を透過することはない。
【００２０】
又、例えばモード同期レーザ１６からのレーザ光の射出と同時に、発振器１３からフィルタ掃引回路１４に対して、精度が高い一定周波数の基準信号が出力される。この基準信号は、例えば図３（ｂ）に示す通り正弦波状の信号であり、その周期Ｔは周波数可変光源１０から出力されるレーザ光の周波数を変化させる周期に設定されている。発振器１３から出力された基準信号は、フィルタ掃引回路１４に出力される。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３からの基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。
【００２１】
具体的に、フィルタ掃引回路１４は、図３（ｃ）に示す通り、例えば周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域Ｔｒの中心周波数が単位時間当たり一定の周波数だけ連続的に変化するように、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域Ｔｒを線形的に掃引する。そして、基準信号の周期Ｔ毎に、透過帯域Ｔｒの中心周波数を掃引開始の周波数に変化させ、以後同様に鋸波状に周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域Ｔｒの中心周波数を掃引する。尚、フィルタ掃引回路１４は、例えば波長換算で数十〜数百ｎｍの範囲で透過帯域Ｔｒの中心周波数を掃引する。
【００２２】
フィルタ掃引回路１４によって周波数可変光バンドパスフィルタ１２が掃引されることにより、周波数可変光源１０からは、図３（ｄ），（ｅ）に示す通り、強度が一定であって、各光パルスの時間間隔がＴｄであり、各光パルス毎に周波数がΔｆ（＝ｆ）だけ変化する光パルス列が出力される。
【００２３】
以上の通り、本発明の第１実施形態による周波数可変光源１０によれば、所定の周波数間隔ｆで櫛状に並んだ複数の光周波数成分を有し、その光周波数成分が占める周波数帯域が数百ｎｍと広い光周波数コムを光周波数コム発生装置１１から発生させて、この光周波数コムを、透過帯域が光周波数コムの光周波数成分の周波数間隔ｆよりも狭く設定された周波数光バンドパスフィルタ１２を用いて掃引しているため、光パルスの周波数の可変範囲を広げることができる。又、光周波数コムの光周波数成分は、高い精度をもって周波数間隔ｆで並んでいるため、パルス毎に高精度で周波数が変化する光パルス列を生成することができる。
【００２４】
〈第２実施形態〉
図４は、本発明の第２実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。尚、図４においては、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図４に示す通り、本実施形態の周波数可変光源２０は、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４に加えて、光分岐器２１、受光器２２、位相比較器２３、及び演算増幅回路２４を含んで構成される。尚、受光器２２は本発明にいう第１受光器に対応し、演算増幅回路２４は本発明にいう第１制御回路に対応する。
【００２５】
光分岐器２１は、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部を分岐する。この光分岐器２１で分岐されなかった残りは、周波数可変光源２０の外部に出力される。尚、光分岐器２１の分岐率（光分岐器２１で分岐する光の強度）は任意でよいが、周波数可変光源２０の外部に出力される光（光パルス列）の強度低下を防止するため、光分岐器２１の分岐率は極力小さいことが好ましい。受光器２２は、光分岐器２１で分岐された光を受光して受光信号を出力する。
【００２６】
位相比較器２３は、受光器２２から出力される受光信号と、発振器１３から出力される基準信号との位相差を検出し、その検出結果を出力する。演算増幅回路２４は、位相比較器２３の検出結果に基づいて、受光器２２から出力される受光信号と発振器１３から出力される基準信号との位相差を一定とする制御信号をフィルタ掃引回路１４に出力する。
【００２７】
次に、上記構成における周波数可変光源２０の動作について説明する。図２に示すモード同期レーザ１６からレーザ光が射出されると、第１実施形態と同様に、このレーザ光は光増幅器１７で増幅された後に高光学非線形性光ファイバ１８に入射し、これによりスーパーコンティニウム光が生成され、光周波数コムとして光周波数コム発生装置１１から出力される。
【００２８】
光周波数コム発生装置１１から射出された光周波数コムは、周波数可変光バンドパスフィルタ１２に入射し、その一部が周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する。周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光は、光分岐器２１に入射して一部が分岐され、残りが周波数可変光源２０の外部に出力される。分岐器２１で分岐された光は受光器２２で受光されて、受光器２２からは分岐器２１で分岐された光に応じた受光信号が出力される。
【００２９】
受光器２２からの受光信号が入力されると、位相比較器１３はこの受光信号と発振器１３からの基準信号との位相差を検出し、その検出結果を出力する。この検出結果は演算増幅回路２４に入力される。演算増幅回路２４は、位相比較器２３の検出結果に基づいて、受光器２２から出力される受光信号と発振器１３から出力される基準信号との位相差を一定とする制御信号をフィルタ掃引回路１４に出力する。フィルタ掃引回路１４は、発振器１３からの基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。周波数光バンドパスフィルタ１２は、フィルタ掃引回路１４によって制御されるが、図５（ａ）に示す通り、その透過帯域の中心周波数がフィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して線形に変化しないことがある。つまり、フィルタ掃引回路１４が周波数光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数を線形的に変化させようとしても、周波数光バンドパスフィルタ１２の特性から、実際にはフィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して透過帯域の中心周波数がずれることが考えられる。
【００３１】
このときには、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムの周波数成分が、周波数光バンドパスフィルタ１２により一定の時間間隔で掃引されなくなる。このため、図５（ｂ）に示す通り、周波数可変光源２０から出力される光パルス列をなす各光パルスの時間間隔が一定ではなくなるとともに、図５（ｃ）に示す通り、周波数の時間変化も非線形的になる。
【００３２】
図４に示す本発明の第２実施形態による周波数可変光源２０は、かかる不具合を解消するために、図４に示す構成としている。即ち、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部を受光器２２で受光し、これにより得られた受光信号と発振器１３から出力される基準信号との位相差を位相比較器２３で比較し、その位相差を一定とするための制御信号を演算増幅回路２４がフィルタ掃引回路１４に出力している。これにより、周波数光バンドパスフィルタ１２の特性にずれがあっても、フィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して周波数光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数を線形的に変化させることができ、高い精度で周波数が変化する光パルス列を生成することができる。
【００３３】
〈第３実施形態〉
図６は、本発明の第３実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。尚、図６においては、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図６に示す通り、本実施形態の周波数可変光源３０は、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４に加えて、光合分岐器３１、絶対光周波数安定化光源３２、受光回路３３、及び演算増幅回路３４を含んで構成される。尚、絶対光周波数安定化光源３２は本発明にいう基準光源に対応し、受光回路３３は本発明にいう第２受光器に対応し、演算増幅回路３４は本発明にいう第２制御回路に対応する。
【００３４】
光合分岐器３１は、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部を分岐するとともに、分岐した光の一方と絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光とを合波する。この光合分岐器３１で分岐されなかった周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の残りは、周波数可変光源３０の外部に出力される。尚、光合分岐器３１の分岐率（光合分岐器３１で分岐する光の強度）は任意でよいが、周波数可変光源３０の外部に出力される光（光パルス列）の強度低下を防止するため、光合分岐器３１の分岐率は極力小さいことが好ましい。
【００３５】
絶対光周波数安定化光源３２は、周波数が変化しないか又は周波数の変動が極めて小さく、周波数可変光バンドパスフィルタ１２の掃引範囲内に含まれる周波数を有する基準光を射出する。この絶対光周波数安定化光源３２は、例えばアセチレンガスやシアン化水素ガス等を備えており、これらのガスの分子吸収線に周波数が固定された基準光を射出する。受光回路３３は、光合分岐器３１で合波された光を受光して受光信号を出力する。この、受光回路３３は、周波数可変光源３０から出力される光パルス列の周波数変化率（図３（ｅ）に示すΔｆ（＝ｆ））と同等かそれ以下の周波数帯を検出可能に構成されている。ここで、周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光の周波数が、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数に近い場合には、上記の受光信号としてビート信号が出力される。
【００３６】
演算増幅回路３４は、受光回路３３から出力される受光信号に基づいて、光周波数コム発生装置１１を制御する。具体的には、受光回路３３から受光信号としてビート信号が出力された場合には、そのビート信号が一定値となるように、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムを周波数領域においてシフトさせる。これにより、周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する光パルスの所定の周波数成分を、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数と一定の差を持った安定した既知の周波数にすることができる。尚、演算増幅回路３４からの制御信号は図２に示すモード同期レーザ１６に入力されており、このモード同期レーザ１６の発振周波数が制御されるよう構成されている。
【００３７】
次に、上記構成における周波数可変光源３０の動作について説明する。図７は、本発明の第３実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。図２に示すモード同期レーザ１６からレーザ光が射出されると、第１実施形態と同様に、このレーザ光は光増幅器１７で増幅された後に高光学非線形性光ファイバ１８に入射し、これによりスーパーコンティニウム光が生成され、光周波数コムとして光周波数コム発生装置１１から出力される。光周波数コム発生装置１１から射出された光周波数コムは、周波数可変光バンドパスフィルタ１２に入射し、その一部が周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する。周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光は、光合分岐器３１に入射して一部が分岐され、残りが周波数可変光源３０の外部に出力される。
【００３８】
又、第１実施形態と同様に、例えばモード同期レーザ１６からのレーザ光の射出と同時に、発振器１３からフィルタ掃引回路１４に対して、精度が高い一定周波数の基準信号が出力される。そして、この基準信号に基づいて、フィルタ掃引回路１４は周波数可変光バンドパスフィルタ１２の透過帯域を連続的に変化させる（掃引する）。これにより、周波数可変光源３０からは、図７（ａ），（ｂ）に示す通り、強度が一定であって、各光パルスの時間間隔がＴｄであり、各光パルス毎に周波数がΔｆ（＝ｆ）だけ変化する光パルス列が出力される。
【００３９】
ここで、本実施形態では、光合分波器３１で分岐された光（周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過した光）は絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光と合波されて受光回路３３で受光される。光合分波器３１で分岐された光と絶対光周波数安定化光源３２からの基準光との周波数の差が、図７（ｂ）に示すΔｆ（＝ｆ）よりも大きい場合には、受光回路３３からは受光信号が出力されない。これは、前述した通り、受光回路３３が、周波数可変光源３０から出力される光パルス列の周波数変化率（Δｆ）と同等かそれ以下の周波数帯を検出可能に構成されているからである。
【００４０】
いま、図７（ｂ）に示す通り、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数をｆ０とすると、光合分波器３１で分岐された光の周波数が基準光の周波数ｆ０に近い場合（これらの周波数の差がΔｆ以下の場合）に、受光回路３３からは受光信号としてビート信号が出力される。図７（ｂ）に示す例では、時刻ｔ１，ｔ２における光パルスが生成されるときに、図７（ｃ）に示すビート信号が出力される。尚、図７（ｄ）は、ビート信号の一部を拡大した図である。
【００４１】
受光回路３３から受光信号としてのビート信号が出力されると、演算増幅回路３４は、光周波数コム発生装置１１に対して制御信号を出力し、受光回路３３からのビート信号が一定値となるように、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムを周波数領域においてシフトさせる。具体的には、図２に示すモード同期レーザ１６を制御して、モード同期レーザ１６の発振周波数を制御する。かかる制御により、周波数可変光バンドパスフィルタ１２を透過する所定の周波数成分（図７（ｂ）に示す時刻ｔ１，ｔ２における光パルスの周波数成分）を、絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数と一定値シフトした周波数に固定させることができる。
【００４２】
以上の通り、本実施形態では、周波数光バンドパスフィルタ１２を透過した光の一部と絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光とを合波し、それらの周波数の差をビート信号により検出し、ビート信号が一定値となるように、光周波数コム発生装置１１を制御している。これにより、光周波数コム発生装置１１から出力される光周波数コムの周波数成分の１つを基準光の周波数に一致させることができ、これにより光周波数コムの各々の周波数成分を、基準光を基準とした周波数に固定することができる。或いは、一定周波数シフトした周波数に固定することができる。よって、光パルス列の周波数を基準光の周波数を基準として変化させることができる。
【００４３】
〈第４実施形態〉
本発明の第４実施形態による周波数可変光源は、図４に示す第２実施形態による周波数可変光源２０が備える構成と、図６に示す第３実施形態による周波数可変光源３０が備える構成とを共に備える。つまり、光周波数コム発生装置１１、周波数可変光バンドパスフィルタ１２、発振器１３、及びフィルタ掃引回路１４に加えて、光分岐器２１、受光器２２、位相比較器２３、及び演算増幅回路２４と、光合分岐器３１、絶対光周波数安定化光源３２、受光回路３３、及び演算増幅回路３４とを組み合わせた構成である。
【００４４】
かかる構成により、第２実施形態のように、周波数光バンドパスフィルタ１２の特性にずれがあっても、周波数光バンドパスフィルタ１２の透過帯域の中心周波数をフィルタ掃引回路１４の制御信号のレベルに対して線形に変化させることができるとともに、第３実施形態のように、光パルス列の周波数を絶対光周波数安定化光源３２から射出される基準光の周波数を基準として変化させることができる。
【００４５】
〔周波数校正システム及び方法〕
図８は、本発明の一実施形態による周波数校正システムの概略構成を示すブロック図である。図８に示す通り、本実施形態の周波数校正システムは、相互に接続された光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６と、光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６に接続された光測定器４０と、光ファイバ網Ｎ１に接続された周波数可変光源５０とを含んで構成される。
【００４６】
光測定器４０は、光を取り扱う光学機器の一種であり、例えば、光スペクトラムアナライザ、波長計等である。尚、ここでは、光を取り扱う光学機器として光測定器４０を例に挙げるが、光を取り扱う光学機器としては、光測定器４０以外に波長可変光源（周波数可変光源）等であっても良い。周波数可変光源５０は、前述した本発明の第１〜第３実施形態による周波数可変光源１０，２０，３０の何れかである。
【００４７】
上記構成において、各光パルスの時間間隔が一定であり、各光パルス毎に周波数が所定量だけ変化する光パルス列が周波数可変光源５０から射出されると、この光パルス列は、光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６の各々に送信される。そして、光ファイバ網Ｎ１〜Ｎ６を介して送信されてきた光パルス列を用いて各光測定器４０の基準周波数を校正することにより、全ての光測定器４０の基準周波数を、周波数可変光源５０の周波数に一致させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態による周波数可変光源並びに周波数校正システム及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、スーパーコンティニウム光を生成する光源として、図２に示す構成の光周波数コム発生装置１１を用いていたが、かかる光源に限定される訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光周波数コム発生装置１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態による周波数可変光源の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態による周波数可変光源の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態による周波数校正システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来の周波数可変光源を示すブロック図である。
【図１０】従来の周波数可変光源で生成される光パルス列を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 周波数可変光源
１１ 光周波数コム発生装置
１２ 周波数可変光バンドパスフィルタ
１３ 発振器
１４ フィルタ掃引回路
２０ 周波数可変光源
２２ 受光器
２３ 位相比較器
２４ 演算増幅回路
３０ 周波数可変光源
３１ 光合分岐器
３２ 絶対光周波数安定化光源
３３ 受光回路
３４ 演算増幅回路
４０ 光測定器
５０ 周波数可変光源
Ｎ１〜Ｎ６ 光ファイバ網
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が時間とともに変化する光パルス列を生成する周波数可変光源において、
所定の周波数間隔の複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムにおける前記光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有し、当該透過帯域が可変な周波数可変光バンドパスフィルタと、
前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を連続的に変化させる掃引装置と
を備えることを特徴とする周波数可変光源。
【請求項２】
前記掃引装置は、一定周波数の基準信号を出力する発振器と、
前記発振器から出力される前記基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を線形的に掃引するフィルタ掃引回路と
を備えることを特徴とする請求項１記載の周波数可変光源。
【請求項３】
前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの一部を受光して受光信号を出力する第１受光器を備え、
前記掃引装置は、前記第１受光器から出力される前記受光信号と、前記発振器から出力される前記基準信号との位相差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器によって検出された位相差を一定とする制御信号を前記フィルタ掃引回路に出力する第１制御回路と
を備えることを特徴とする請求項２記載の周波数可変光源。
【請求項４】
前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を可変することができる周波数帯域に含まれる周波数を有する基準光を発生する基準光源と、
前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスと、前記基準光源からの基準光とを合波する合波器と、
前記合波器で合波された光を受光して受光信号を出力する第２受光器と、
前記第２受光器から出力される前記受光信号に基づいて、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの光周波数が前記基準光源の周波数と一定の値となるように前記光周波数コム発生装置を制御する第２制御回路と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の周波数可変光源。
【請求項５】
前記基準光源は、周波数が変動しない光を前記基準光として発生することを特徴とする請求項４記載の周波数可変光源。
【請求項６】
光を取り扱う光学機器における基準周波数を校正する周波数校正システムにおいて、
光ファイバ網と、
前記光ファイバ網に接続された前記光学機器と、
前記光ファイバ網に接続された請求項１から請求項５の何れか一項に記載の周波数可変光源と
を備えることを特徴とする周波数校正システム。
【請求項７】
光を取り扱う光学機器における基準周波数を校正する周波数校正方法において、
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の周波数可変光源から生成される前記光パルス列を光ファイバ網に送信するステップと、
前記光ファイバ網を介して送信されてきた前記光パルス列を用いて前記光学機器の基準周波数を校正するステップと
を含むことを特徴とする周波数校正方法。
【請求項１】
周波数が時間とともに変化する光パルス列を生成する周波数可変光源において、
所定の周波数間隔の複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置と、
前記光周波数コムにおける前記光周波数成分の周波数間隔よりも狭い透過帯域を有し、当該透過帯域が可変な周波数可変光バンドパスフィルタと、
前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を連続的に変化させる掃引装置と
を備えることを特徴とする周波数可変光源。
【請求項２】
前記掃引装置は、一定周波数の基準信号を出力する発振器と、
前記発振器から出力される前記基準信号に基づいて、周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を線形的に掃引するフィルタ掃引回路と
を備えることを特徴とする請求項１記載の周波数可変光源。
【請求項３】
前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの一部を受光して受光信号を出力する第１受光器を備え、
前記掃引装置は、前記第１受光器から出力される前記受光信号と、前記発振器から出力される前記基準信号との位相差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器によって検出された位相差を一定とする制御信号を前記フィルタ掃引回路に出力する第１制御回路と
を備えることを特徴とする請求項２記載の周波数可変光源。
【請求項４】
前記周波数可変光バンドパスフィルタの前記透過帯域を可変することができる周波数帯域に含まれる周波数を有する基準光を発生する基準光源と、
前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスと、前記基準光源からの基準光とを合波する合波器と、
前記合波器で合波された光を受光して受光信号を出力する第２受光器と、
前記第２受光器から出力される前記受光信号に基づいて、前記周波数可変光バンドパスフィルタを透過した前記光周波数成分を有する光パルスの光周波数が前記基準光源の周波数と一定の値となるように前記光周波数コム発生装置を制御する第２制御回路と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の周波数可変光源。
【請求項５】
前記基準光源は、周波数が変動しない光を前記基準光として発生することを特徴とする請求項４記載の周波数可変光源。
【請求項６】
光を取り扱う光学機器における基準周波数を校正する周波数校正システムにおいて、
光ファイバ網と、
前記光ファイバ網に接続された前記光学機器と、
前記光ファイバ網に接続された請求項１から請求項５の何れか一項に記載の周波数可変光源と
を備えることを特徴とする周波数校正システム。
【請求項７】
光を取り扱う光学機器における基準周波数を校正する周波数校正方法において、
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の周波数可変光源から生成される前記光パルス列を光ファイバ網に送信するステップと、
前記光ファイバ網を介して送信されてきた前記光パルス列を用いて前記光学機器の基準周波数を校正するステップと
を含むことを特徴とする周波数校正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２６６６５４（Ｐ２００７−２６６６５４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８４８７１（Ｐ２００６−８４８７１）
【出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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