Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5836739B2 - Optical frequency measurement device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5836739B2 - Optical frequency measurement device - Google Patents

Optical frequency measurement device Download PDF

Info

Publication number
JP5836739B2
JP5836739B2 JP2011214330A JP2011214330A JP5836739B2 JP 5836739 B2 JP5836739 B2 JP 5836739B2 JP 2011214330 A JP2011214330 A JP 2011214330A JP 2011214330 A JP2011214330 A JP 2011214330A JP 5836739 B2 JP5836739 B2 JP 5836739B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
optical
optical frequency
output
frequency comb
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011214330A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013072848A (en
Inventor
俊朗 堀川
俊朗 堀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2011214330A priority Critical patent/JP5836739B2/en
Publication of JP2013072848A publication Critical patent/JP2013072848A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5836739B2 publication Critical patent/JP5836739B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

本発明は、光周波数測定装置に係り、少なくともモード周波数とオフセット周波数のいずれかを可変とすることで、光出力される光周波数コムの周波数を連続的かつ動的に可変制御可能なレーザ装置を備える光周波数測定装置に関する。 The present invention relates to an optical frequency measurement device, at least either mode frequency and the offset frequency by a variable, continuous and dynamically variably controllable laser device the frequency of the optical frequency comb is light output The present invention relates to an optical frequency measuring device provided .

従来、周波数軸上で櫛状に並んだ複数のスペクトル成分(光周波数コム)を発生させる光周波数コム発生器を有するレーザ装置が存在する。光周波数コムは、光の物差しと呼ばれ、周波数軸上で櫛状に並んだ複数のスペクトル成分のスペクトル間隔を示すモード周波数と当該複数のスペクトル成分の並びを周波数ゼロ点まで延長したときのゼロ点との間に生じるオフセット周波数とを一度キャリブレーションすれば、それを以って被測定光に対する周波数の基準器とすることができる。このため、光周波数コムを光の物差しとして使用するための様々な構成が提案されている。   Conventionally, there is a laser apparatus having an optical frequency comb generator that generates a plurality of spectral components (optical frequency combs) arranged in a comb shape on the frequency axis. The optical frequency comb is called a light ruler, and the mode frequency indicating the spectral interval of multiple spectral components arranged in a comb shape on the frequency axis and the zero when the arrangement of the multiple spectral components is extended to the frequency zero point. Once the offset frequency generated between the points is calibrated, it can be used as a frequency reference for the light to be measured. For this reason, various configurations for using the optical frequency comb as an optical ruler have been proposed.

例えば特許文献1では、第1光周波数コム発生器と第2光周波数コム発生器とを直列に接続し、第1光周波数コム発生器の出力を更に第2光周波数コム発生器で変調している。このような構成により、第1光周波数コム発生器の後段の第2光周波数コム発生器から光出力される光周波数コムの発生範囲を広くしながら、そのモード周波数を小さくすることが可能とされている。このため、特許文献1では、例えば被測定光の高精度な周波数測定のために光出力される光周波数コムと被測定光とによるビート信号の周波数を低くすることが可能となっている。   For example, in Patent Document 1, a first optical frequency comb generator and a second optical frequency comb generator are connected in series, and the output of the first optical frequency comb generator is further modulated by the second optical frequency comb generator. Yes. With such a configuration, it is possible to reduce the mode frequency while widening the generation range of the optical frequency comb output from the second optical frequency comb generator subsequent to the first optical frequency comb generator. ing. For this reason, in Patent Document 1, for example, it is possible to lower the frequency of the beat signal generated by the optical frequency comb and the measured light that are optically output for high-precision frequency measurement of the measured light.

特開2006−293247号公報JP 2006-293247 A

しかしながら、特許文献1では、第2光周波数コム発生器から光出力される光周波数コムのモード周波数を小さくできても、周波数軸上での各モードの位置を連続的に変化させることができない。このため、例えば被測定光の高精度な周波数測定をする場合に、第2光周波数コム発生器から光出力される光周波数コムと被測定光とによるビート信号の周波数を低くすることが十分にはできないおそれが残る。   However, in Patent Document 1, even if the mode frequency of the optical frequency comb output from the second optical frequency comb generator can be reduced, the position of each mode on the frequency axis cannot be changed continuously. For this reason, for example, when measuring the frequency of the measured light with high accuracy, it is sufficient to reduce the frequency of the beat signal generated by the optical frequency comb output from the second optical frequency comb generator and the measured light. There is a possibility that it will not be possible.

本発明は、前記問題点を解消するべくなされたもので、少なくともモード周波数とオフセット周波数のいずれかを可変とすることで、光出力される光周波数コムの周波数を連続的かつ動的に可変制御可能なレーザ装置を備える光周波数測定装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and at least one of the mode frequency and the offset frequency is made variable so that the frequency of the optical frequency comb to be output is continuously and dynamically controlled. It is an object of the present invention to provide an optical frequency measurement device including a possible laser device.

本願の請求項1に係る発明は、周波数軸上で櫛状に並んだ複数のスペクトル成分を発生させる第1、第2光周波数コム発生器を有するレーザ装置を備える光周波数測定装置であって、前記第1光周波数コム発生器は、周波数基準に基づき基準となる光出力を行い、前記第2光周波数コム発生器は、少なくとも前記複数のスペクトル成分のスペクトル間隔を示すモード周波数と該複数のスペクトル成分の並びを周波数ゼロ点まで延長したときのゼロ点との間に生じるオフセット周波数のいずれかが変更可能とされ自身の光出力を前記レーザ装置の光出力として出力し、前記第1光周波数コム発生器の光出力と前記第2光周波数コム発生器の光出力とが混合され光ヘテロダインにより生じる第1ビートを検出する第1光電変換器と、該第1光電変換器から出力される第1ビート信号の周波数が一定値となるように前記第2光周波数コム発生器を制御し、該第2光周波数コム発生器の光出力の周波数を安定させる第1処理制御部と、該第2光周波数コム発生器の出力光と被測定レーザ光源の被測定光とが混合され光ヘテロダインにより生じる第2ビートを検出する第2光電変換器と、該第2光電変換器から出力される第2ビート信号を解析し、変更可能とされている前記モード周波数及び前記オフセット周波数を自動で変更することで、該第2ビート信号の信号強度、S/N比、及び周波数の調整を行い、調整された該第2ビート信号に基づき前記被測定光の光周波数を求める第2処理制御部と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。 The invention according to claim 1 of the present application is an optical frequency measurement device including a laser device having first and second optical frequency comb generators that generate a plurality of spectral components arranged in a comb shape on the frequency axis, The first optical frequency comb generator performs a reference optical output based on a frequency reference, and the second optical frequency comb generator includes a mode frequency indicating at least spectral intervals of the plurality of spectral components and the plurality of spectra. It is possible to change any of the offset frequency generated between the zero point when the extended sequence of components to zero point frequency, and outputs its optical output as light output of the laser device, the first optical frequency A first photoelectric converter for detecting a first beat generated by optical heterodyne by mixing the optical output of the comb generator and the optical output of the second optical frequency comb generator; First processing for controlling the second optical frequency comb generator so that the frequency of the first beat signal output from the converter becomes a constant value and stabilizing the frequency of the optical output of the second optical frequency comb generator A second photoelectric converter for detecting a second beat generated by optical heterodyne by mixing the output light of the second optical frequency comb generator and the measured light of the measured laser light source; and the second photoelectric conversion The second beat signal output from the analyzer is analyzed, and the mode frequency and the offset frequency that can be changed are automatically changed, whereby the signal intensity, S / N ratio, and frequency of the second beat signal are changed. And the second processing control unit that obtains the optical frequency of the light to be measured based on the adjusted second beat signal .

本願の請求項2に係る発明は、前記周波数基準に原子時計を用いるようにしたものである。   The invention according to claim 2 of the present application uses an atomic clock as the frequency reference.

本願の請求項に係る発明は、前記第1処理制御部が前記第1ビート信号の周波数を計測するカウンタを備え、該カウンタの周波数基準を原子時計の出力信号に同期させたものである。 In the invention according to claim 3 of the present application, the first processing control unit includes a counter for measuring the frequency of the first beat signal, and the frequency reference of the counter is synchronized with the output signal of the atomic clock.

本願の請求項に係る発明は、前記原子時計の少なくとも1つを協定世界時により校正するようにしたものである。 In the invention according to claim 4 of the present application, at least one of the atomic clocks is calibrated by Coordinated Universal Time.

本発明によれば、少なくともモード周波数とオフセット周波数のいずれかを可変とすることで、レーザ装置から光出力される光周波数コムの周波数が連続的かつ動的に可変制御可能となる。 According to the present invention, by changing at least one of the mode frequency and the offset frequency, the frequency of the optical frequency comb output from the laser device can be continuously and dynamically controlled.

本発明の第1実施形態に係るレーザ装置の概略的な構成を示す模式図1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1に示したレーザ装置を具体的に示す模式図Schematic diagram specifically showing the laser apparatus shown in FIG. 第1、第2光周波数コム発生器で発生する第1、第2光周波数コムを示す模式図(A)、(B)Schematic diagram showing first and second optical frequency combs generated by first and second optical frequency comb generators (A) and (B) 図2で示したレーザ装置を適用した光周波数測定装置を示す模式図Schematic diagram showing an optical frequency measuring device to which the laser device shown in FIG. 2 is applied. 図4で示した光周波数測定装置における第1、第2光周波数コムと被測定光との関係を示す模式図The schematic diagram which shows the relationship between the 1st, 2nd optical frequency comb and to-be-measured light in the optical frequency measuring apparatus shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る第2光周波数コムを示す模式図The schematic diagram which shows the 2nd optical frequency comb which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図6で示した第2光周波数コムを用いた際の第1光周波数コムと被測定光との関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the first optical frequency comb and the measured light when the second optical frequency comb shown in FIG. 6 is used. 本発明の第3実施形態に係る第2光周波数コムを示す模式図The schematic diagram which shows the 2nd optical frequency comb which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図8で示した第2光周波数コムを用いた際の第1光周波数コムと被測定光との関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the first optical frequency comb and the measured light when the second optical frequency comb shown in FIG. 8 is used. 図2で示したレーザ装置を適用した別の光周波数測定装置を示す模式図Schematic diagram showing another optical frequency measuring device to which the laser device shown in FIG. 2 is applied.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明の第1実施形態に係るレーザ装置について図1〜図3を用いて以下に説明する。   The laser apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

なお、図1は本発明の第1実施形態に係るレーザ装置の概略的な構成を示す模式図、図2は図1に示したレーザ装置を具体的に示す模式図、図3は第1、第2光周波数コム発生器で発生する第1、第2光周波数コムを示す模式図(A)、(B)、を示す。   1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram specifically showing the laser device shown in FIG. 1, and FIG. Schematic diagrams (A) and (B) showing first and second optical frequency combs generated by the second optical frequency comb generator are shown.

図1、図2に示す如く、本実施形態のレーザ装置100は、概略的には、第1、第2光周波数コム発生器102、106と、ビームコンバイナ(BC)108と、ビームスプリッタ(BS)110と、第1光電変換器112と、第1処理制御部114と、を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the laser apparatus 100 of the present embodiment schematically includes first and second optical frequency comb generators 102 and 106, a beam combiner (BC) 108, and a beam splitter (BS ) 110, a first photoelectric converter 112, and a first processing control unit 114.

前記第1、第2光周波数コム発生器102、106はそれぞれ、時間軸上においては、超短光パルスを一定の時間間隔で発生させる。その隣接する光パルス間における光電界振動位相のずれる量はキャリアエンベロープ位相オフセット(CEO)と呼ばれている。また、周波数軸上においては、第1、第2光周波数コム発生器102、106はそれぞれ、図3(A)、(B)に示す如く、1オクターブに亘り櫛状に等間隔に並んだ複数のスペクトル成分(モード)を発生させる。なお、図3(A)、(B)で、縦軸が信号強度Iで横軸が周波数fで示される。これらはそれぞれ、第1、第2光周波数コムと称される。図3(A)、(B)に示す如く、それらのスペクトル成分のスペクトル間隔(モード周波数fsm、fvm)のままその並びを周波数ゼロ点まで延長したときにゼロ点との間でオフセット周波数fsceo、fvceoが求められる。オフセット周波数fsceo、fvceoはそれぞれ、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数fsceo、fvceoと称され、これが周波数領域でのキャリアエンベロープ位相(CEP)に相当する。なお、第1、第2光周波数コムの各スペクトル成分(各モード)の周波数軸上の位置は、モード周波数fsm、fvmをそれぞれΔfだけ変化させ、その変化前後に基準となるレーザ光との間で生じるビートの周波数差を用いることで特定することができる(基準となるレーザ光は本実施形態では図示しないが、第1、第2光周波数コム発生器102、106に予め設けてもよいし、適宜外部から導入してもよい)。   Each of the first and second optical frequency comb generators 102 and 106 generates ultrashort optical pulses at regular time intervals on the time axis. The amount of deviation of the optical electric field oscillation phase between the adjacent optical pulses is called carrier envelope phase offset (CEO). In addition, on the frequency axis, the first and second optical frequency comb generators 102 and 106 are each arranged in a comb shape at regular intervals over one octave as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). Spectral components (modes) are generated. 3A and 3B, the vertical axis is signal intensity I and the horizontal axis is frequency f. These are referred to as first and second optical frequency combs, respectively. As shown in FIGS. 3A and 3B, the offset frequency fseo between the zero point when the arrangement is extended to the frequency zero point while maintaining the spectral interval (mode frequencies fsm, fvm) of these spectral components. fvceo is required. The offset frequencies fseo and fvceo are called carrier envelope offset frequencies fseo and fvceo, respectively, which correspond to the carrier envelope phase (CEP) in the frequency domain. The position on the frequency axis of each spectral component (each mode) of the first and second optical frequency combs is such that the mode frequencies fsm and fvm are changed by Δf, respectively, and the reference laser beam before and after the change. (The reference laser beam is not shown in the present embodiment, but may be provided in advance in the first and second optical frequency comb generators 102 and 106). May be introduced from the outside as appropriate).

第1光周波数コム発生器102は、図1、図2に示す如く、周波数基準に基づき(第2光周波数コム発生器106に対して)基準となる光出力を行う。即ち、第1光周波数コム発生器102には周波数の可変性を持たせる必要がなく高精度化されており、モード周波数fsmとオフセット周波数fsceoとが固定されている。第1光周波数コム発生器102には、例えばモードロック(同期)レーザ(光ファイバにエルビウムをドープしたエルビウム添加光ファイバ増幅器)と帯域拡大ファイバ(高非線形ファイバ)の構成によるものなどを使用することができる。なお、第1光周波数コム発生器102の周波数基準には原子時計104が用いられている。言い換えるならば、第1光周波数コム発生器102の周波数基準は原子時計104の出力信号に同期している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first optical frequency comb generator 102 outputs a reference optical output based on the frequency reference (to the second optical frequency comb generator 106). That is, the first optical frequency comb generator 102 does not need to have frequency variability and is highly accurate, and the mode frequency fsm and the offset frequency fseo are fixed. For the first optical frequency comb generator 102, for example, a mode-locked (synchronized) laser (erbium-doped optical fiber amplifier doped with erbium in an optical fiber) and a band expanding fiber (highly nonlinear fiber) are used. Can do. An atomic clock 104 is used as a frequency reference for the first optical frequency comb generator 102. In other words, the frequency reference of the first optical frequency comb generator 102 is synchronized with the output signal of the atomic clock 104.

原子時計104は、図2に示す如く、例えばセシウム(133)などの特定の原子や分子のスペクトルにおける吸収線あるいは輝線を用いた時計であり、周波数基準となる周波数を出力する。原子時計104は、国際原子時(TAI)に同期している協定世界時(UTC)により校正されている。このため、原子時計104は、単体の原子時計の精度(1*10−12〜1*10−13)に比べて、極めて高精度(1*10−15レベル)とされている。原子時計104としては、より精度の高い(1*10−15〜1*10−18)光格子時計などを用いてもよい。なお、協定世界時(UTC)とは、世界各国の原子時計約300台の相互比較結果ならびに数機関の一次周波数標準器の評価結果を元に計算される国際原子時(TAI)に対してうるう秒調節を実施して、世界時(UT1、地球の自転の観測から決められる)との差が0.9秒以内に維持されている時系である(出典;産総研 光周波数コム 2009年7月16日発表 「長さの国家標準」が新方式に −光周波数コム装置を利用し「波長」を高精度化−)。このため、第1光周波数コム発生器102は、協定世界時(UTC)により校正された原子時計104と同じ精度とされ、極めて正確である。 As shown in FIG. 2, the atomic clock 104 is a clock using absorption lines or emission lines in the spectrum of a specific atom or molecule such as cesium ( 133 C S ), for example, and outputs a frequency serving as a frequency reference. The atomic clock 104 is calibrated according to Coordinated Universal Time (UTC) synchronized with International Atomic Time (TAI). For this reason, the atomic clock 104 has extremely high accuracy (1 * 10 −15 level) compared to the accuracy of a single atomic clock (1 * 10 −12 to 1 * 10 −13 ). As the atomic clock 104, a more accurate (1 * 10 −15 to 1 * 10 −18 ) optical lattice clock or the like may be used. The Coordinated Universal Time (UTC) is leap with respect to the International Atomic Time (TAI), which is calculated based on the results of an intercomparison of about 300 atomic clocks around the world and the evaluation results of the primary frequency standards of several institutions. Second time adjustment, a time system in which the difference from universal time (determined from observations of UT1, Earth's rotation) is maintained within 0.9 seconds (Source: AIST Optical Frequency Com 2009/7 Announced on May 16 “National standard of length” is a new method-“Frequency” is improved by using optical frequency comb device-). For this reason, the first optical frequency comb generator 102 has the same accuracy as the atomic clock 104 calibrated by Coordinated Universal Time (UTC) and is extremely accurate.

第2光周波数コム発生器106は、図1、図2に示す如く、モード周波数設定機能とオフセット周波数設定機能とを備え、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとが変更可能とされている。そして、第2光周波数コム発生器106は、第1光周波数コム発生器102の光出力に基づき安定化された光出力を行う。即ち、第2光周波数コム発生器106は単体での精度・安定性を過剰に要求するものではなく、それらを第1光周波数コム発生器102に依存するという思想に基づいている。第2光周波数コム発生器106には、例えば安定化レーザ光源とそのレーザ光を入射する共振器の中にEOMなどの変調器を組み込んだものなどを使用することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the second optical frequency comb generator 106 has a mode frequency setting function and an offset frequency setting function, and the mode frequency fvm and the offset frequency fvceo can be changed. Then, the second optical frequency comb generator 106 performs a stabilized optical output based on the optical output of the first optical frequency comb generator 102. That is, the second optical frequency comb generator 106 does not require excessive accuracy and stability as a single unit, but is based on the idea that they depend on the first optical frequency comb generator 102. As the second optical frequency comb generator 106, for example, a stabilized laser light source and a resonator in which the laser light is incident and a modulator such as an EOM can be used.

前記ビームスプリッタ110は、図1、図2に示す如く、第2光周波数コム発生器106の出力光(第2光周波数コム)を透過した光と反射した光の2つに分岐する。ビームスプリッタ110を透過した光は、レーザ装置100の出力光として外部に導かれる。即ち、第2光周波数コム発生器106の光出力は、レーザ装置100の光出力として出力される(必要に応じて、第1光周波数コム発生器102の光出力もレーザ装置100の光出力として出力してもよい)。一方、ビームスプリッタ110で反射した光は、ビームコンバイナ108に向かう。   As shown in FIGS. 1 and 2, the beam splitter 110 branches the light that has passed through the output light (second optical frequency comb) of the second optical frequency comb generator 106 into reflected light. The light transmitted through the beam splitter 110 is guided to the outside as output light of the laser device 100. That is, the optical output of the second optical frequency comb generator 106 is output as the optical output of the laser device 100 (if necessary, the optical output of the first optical frequency comb generator 102 is also output as the optical output of the laser device 100. May be output). On the other hand, the light reflected by the beam splitter 110 goes to the beam combiner 108.

前記ビームコンバイナ108は、図1、図2に示す如く、ビームスプリッタ110で反射分岐された第2光周波数コムと第1光周波数コム発生器102で発生した第1光周波数コムとを重ね合わせる(混合する)。すると、光ヘテロダインにより、第2光周波数コムと第1光周波数コムとでビートが生じる。ビートは第1光電変換器112に入射する。なお、混合されるのは第1、第2光周波数コムなので多くのビートが生じることとなる。   The beam combiner 108 superimposes the second optical frequency comb reflected and branched by the beam splitter 110 and the first optical frequency comb generated by the first optical frequency comb generator 102 as shown in FIGS. Mix). Then, a beat occurs between the second optical frequency comb and the first optical frequency comb due to the optical heterodyne. The beat is incident on the first photoelectric converter 112. Since the first and second optical frequency combs are mixed, many beats are generated.

前記第1光電変換器112は、図1、図2に示す如く、ビートを電気信号(ビート信号)に変換する。即ち、第1光電変換器112は、第1光周波数コム発生器102の光出力と第2光周波数コム発生器106の光出力とが混合され光ヘテロダインにより生じるビートを検出することとなる。ここで、第1光電変換器112の感度は、(一般の光電変換器と同様に)ビートが低周波であるほど高感度とされている。このため、第1光電変換器112では、多くのビートのうちで最も低い周波数のビート(周波数fBmin(主に後述される図5を参照))を相応の信号強度で検出することができる(なお、周波数fBmin自体は、周波数軸上では周波数0Hzから周波数fBminの位置で観測される)。即ち、図5からも明らかなように、検出されるビート(周波数fBminやそれに近い周波数)がモード周波数fvmの半分よりもはるかに低い周波数となる。このため、逆に言うならば、第1光電変換器112としては(高速動作が不要な)感度帯域が低周波領域に限られた周波数帯域の狭いものを使用することができる。   The first photoelectric converter 112 converts a beat into an electric signal (beat signal) as shown in FIGS. That is, the first photoelectric converter 112 detects the beat generated by the optical heterodyne by mixing the optical output of the first optical frequency comb generator 102 and the optical output of the second optical frequency comb generator 106. Here, the sensitivity of the first photoelectric converter 112 is higher as the beat has a lower frequency (similar to a general photoelectric converter). Therefore, the first photoelectric converter 112 can detect the lowest frequency beat (frequency fBmin (refer mainly to FIG. 5 described later)) among the many beats with an appropriate signal intensity (note that The frequency fBmin itself is observed from the frequency 0 Hz to the frequency fBmin on the frequency axis). That is, as is clear from FIG. 5, the detected beat (frequency fBmin or a frequency close thereto) is a frequency much lower than half the mode frequency fvm. For this reason, in other words, as the first photoelectric converter 112, a photoelectric converter having a narrow frequency band in which the sensitivity band (which does not require high-speed operation) is limited to a low frequency region can be used.

前記第1処理制御部114は、図2に示す如く、信号変換部116と信号処理部118と制御部120とを備える。信号変換部116は、例えば第1光電変換器112から出力されるビート信号(周波数fBmin)からノイズを除去・増幅し出力する。信号処理部118は、例えば図示せぬカウンタを備えている。なお、カウンタの周波数基準にも原子時計104が用いられている。つまり、カウンタの周波数基準が原子時計104の出力信号に同期している。信号処理部118は、信号変換部116からの出力信号(ビート信号)の周波数fBminをカウンタで計測し、その計数値を出力する。制御部120は、例えば信号処理部118から出力された計数値に基づき、当該計数値が一定となるように第2光周波数コム発生器106を電気的・機械的にフィードバック制御する。そして、制御部120は、第2光周波数コム発生器106の出力光を安定化させる。なお、第1光周波数コム発生器102の周波数基準は、原子時計104の出力信号に同期している。同時にカウンタの周波数基準も原子時計104の出力信号に同期している。このため、第2光周波数コム発生器106の出力光(の周波数)が第1光周波数コムに従い安定化(ロック)された時点で、ビート信号のカウンタでの計測値(計測結果)が原子時計104の出力信号に同期している状態となる。   As shown in FIG. 2, the first processing control unit 114 includes a signal conversion unit 116, a signal processing unit 118, and a control unit 120. The signal converter 116 removes and amplifies noise from the beat signal (frequency fBmin) output from the first photoelectric converter 112, for example, and outputs the result. The signal processing unit 118 includes a counter (not shown), for example. The atomic clock 104 is also used as a reference for the counter frequency. That is, the frequency reference of the counter is synchronized with the output signal of the atomic clock 104. The signal processing unit 118 measures the frequency fBmin of the output signal (beat signal) from the signal conversion unit 116 with a counter, and outputs the count value. For example, based on the count value output from the signal processing unit 118, the control unit 120 electrically and mechanically feedback-controls the second optical frequency comb generator 106 so that the count value becomes constant. Then, the control unit 120 stabilizes the output light of the second optical frequency comb generator 106. The frequency reference of the first optical frequency comb generator 102 is synchronized with the output signal of the atomic clock 104. At the same time, the frequency reference of the counter is also synchronized with the output signal of the atomic clock 104. Therefore, when the output light (frequency) of the second optical frequency comb generator 106 is stabilized (locked) according to the first optical frequency comb, the measurement value (measurement result) of the beat signal counter is the atomic clock. 104 is synchronized with the output signal.

即ち、第1処理制御部114は、第1光電変換器112から出力されるビート信号の周波数fBminが一定値となるように第2光周波数コム発生器106を制御する。そして、第1処理制御部114により第2光周波数コム発生器106の光出力が安定化されている。   That is, the first processing control unit 114 controls the second optical frequency comb generator 106 so that the frequency fBmin of the beat signal output from the first photoelectric converter 112 becomes a constant value. Then, the optical output of the second optical frequency comb generator 106 is stabilized by the first processing control unit 114.

このように、本実施形態においては、第1、第2光周波数コム発生器102、106を有する。しかし、本実施形態においては、これらを相互に合成させたり、干渉させたり、或いは変調させるようにしたものではなく、第1光周波数コム発生器102を基準にして、第2光周波数コム発生器106の光出力を安定化させている。このため、第2光周波数コムを第1光周波数コムと同程度に高精度化し且つ高安定化することができる。しかも、第2光周波数コム発生器106は、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとをそれぞれ設定できることから、レーザ装置100はその光出力である第2光周波数コムの周波数を連続的且つ動的に可変制御することが可能である。即ち、本実施形態においては、第2光周波数コムの各モードの位置を周波数軸上で連続的に変えることができる。つまり、本実施形態は、従来技術のようなモード周波数とオフセット周波数とを固定的に決めて使用するという思想に基づくレーザ装置(光周波数コム発生器)を、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとを設定可能(可変)にすることで連続的且つ動的に周波数を可変制御可能なレーザ装置(可変周波数光周波数コム発生器)に革新した(進歩させた)ものといえる。   Thus, in this embodiment, it has the 1st, 2nd optical frequency comb generator 102,106. However, in the present embodiment, these are not combined with each other, interfered with, or modulated, and the second optical frequency comb generator is based on the first optical frequency comb generator 102. The light output of 106 is stabilized. For this reason, the second optical frequency comb can be made as highly accurate and stable as the first optical frequency comb. Moreover, since the second optical frequency comb generator 106 can set the mode frequency fvm and the offset frequency fvceo, the laser device 100 continuously and dynamically varies the frequency of the second optical frequency comb that is the optical output. It is possible to control. That is, in the present embodiment, the position of each mode of the second optical frequency comb can be continuously changed on the frequency axis. That is, this embodiment uses a laser device (optical frequency comb generator) based on the idea of fixedly determining and using a mode frequency and an offset frequency as in the prior art, and uses a mode frequency fvm and an offset frequency fvceo. It can be said that the laser device (variable frequency optical frequency comb generator) capable of variably controlling the frequency continuously and dynamically by making it configurable (variable) has been revolutionized (advanced).

同時に、通常のレーザ光だと波長で数十nm程度まで周波数を変化させるとスペクトル線幅の劣化が大きいのに比べ、本実施形態においては、周波数が連続的に変化してもスペクトル線幅の劣化を招くこともない。   At the same time, when the frequency is changed to about several tens of nanometers with a normal laser beam, the spectral line width is greatly deteriorated in this embodiment, compared with the case where the frequency is continuously changed. There is no degradation.

また、本実施形態においては、第1光周波数コムと第2光周波数コムとが混合され光ヘテロダインにより生じるビートを検出する第1光電変換器112と、第1光電変換器112から出力されるビート信号の周波数fBminが一定値となるように第2光周波数コム発生器106を制御する第1処理制御部114と、を備え、第1処理制御部114により第2光周波数コム発生器106の光出力が安定化される。このため、第2光周波数コム発生器106の光出力の安定化を簡易的な構成でありながら容易に且つ第1光周波数コム発生器102と同程度の精度で行うことができる。   In this embodiment, the first photoelectric converter 112 that detects the beat generated by the optical heterodyne by mixing the first optical frequency comb and the second optical frequency comb, and the beat output from the first photoelectric converter 112. A first processing control unit 114 that controls the second optical frequency comb generator 106 so that the frequency fBmin of the signal becomes a constant value, and the first processing control unit 114 controls the light of the second optical frequency comb generator 106. The output is stabilized. For this reason, the optical output of the second optical frequency comb generator 106 can be easily stabilized with the same degree of accuracy as the first optical frequency comb generator 102 with a simple configuration.

また、本実施形態においては、第1光周波数コム発生器102の周波数基準には原子時計104が用いられ、且つ信号処理部118のカウンタの周波数基準は原子時計104の出力信号に同期し、更に原子時計104は協定世界時により校正されている。このため、単体の原子時計の精度に比べても、本実施形態の原子時計では更に高精度で、安定した周波数とすることができる。つまり、第1光周波数コム発生器102からの光出力も極めて高精度であり、且つビート信号は高精度に計測することができる。即ち、第2光周波数コム発生器106の光出力も極めて高精度にすることができる。   In this embodiment, the atomic clock 104 is used as the frequency reference of the first optical frequency comb generator 102, and the frequency reference of the counter of the signal processing unit 118 is synchronized with the output signal of the atomic clock 104. The atomic clock 104 is calibrated by Coordinated Universal Time. For this reason, even if compared with the accuracy of a single atomic clock, the atomic clock of this embodiment can achieve a more accurate and stable frequency. That is, the optical output from the first optical frequency comb generator 102 is also highly accurate, and the beat signal can be measured with high accuracy. That is, the optical output of the second optical frequency comb generator 106 can be made extremely accurate.

また、本実施形態においては、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとをそれぞれ変更できることから、第1光電変換器112から出力されるビート信号の周波数fBminを低く抑えることができる。即ち、第1光電変換器112のビートに対する周波数感度帯域は、通常であればモード周波数fvmの少なくとも半分を必要とするのに対し、本実施形態においては、モード周波数fvmの半分さえ必要としない。このため、第1光電変換器112は低域の周波数に存在するビートに対して感度を備えるだけでよいので高速動作が必要とならない。つまり、第1光電変換器112を低コストに抑えることができる。   In the present embodiment, since the mode frequency fvm and the offset frequency fvceo can be changed, the frequency fBmin of the beat signal output from the first photoelectric converter 112 can be kept low. That is, the frequency sensitivity band for the beat of the first photoelectric converter 112 normally requires at least half of the mode frequency fvm, whereas in the present embodiment, even half of the mode frequency fvm is not required. For this reason, the first photoelectric converter 112 only needs to be sensitive to beats existing in the low frequency range, so that high-speed operation is not required. That is, the first photoelectric converter 112 can be suppressed at a low cost.

即ち、本実施形態においては、モード周波数とオフセット周波数とを可変とすることで、第2光周波数コム発生器106から光出力される第2光周波数コムの周波数を連続的かつ動的に可変制御可能となる。   That is, in the present embodiment, the mode frequency and the offset frequency are made variable so that the frequency of the second optical frequency comb output from the second optical frequency comb generator 106 is continuously and dynamically controlled. It becomes possible.

なお、本実施形態のレーザ装置100で光周波数測定装置130を構成した場合の一例について図4を用いて説明する。   An example when the optical frequency measuring device 130 is configured by the laser device 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

光周波数測定装置130は、前述したレーザ装置100に加え、図4に示す如く、ビームコンバイナ132と第2光電変換器134と第2処理制御部135とを備える。   In addition to the laser device 100 described above, the optical frequency measurement device 130 includes a beam combiner 132, a second photoelectric converter 134, and a second processing control unit 135, as shown in FIG.

前記ビームコンバイナ132は、図4に示す如く、第2光周波数コム発生器106の出力光(第2光周波数コム)と被測定レーザ光源OJからの被測定光(周波数fsub)とを混合する。すると、光ヘテロダインにより、第2光周波数コムと被測定光(周波数fsub)とでビート(周波数fBsub)が生じる(図5)。ビート(周波数fBsub)は第2光電変換器134に入射する。   As shown in FIG. 4, the beam combiner 132 mixes the output light (second optical frequency comb) of the second optical frequency comb generator 106 and the measured light (frequency fsub) from the measured laser light source OJ. Then, a beat (frequency fBsub) is generated between the second optical frequency comb and the light to be measured (frequency fsub) by optical heterodyne (FIG. 5). The beat (frequency fBsub) is incident on the second photoelectric converter 134.

前記第2光電変換器134は、図4に示す如く、ビートを電気信号(ビート信号)に変換する。即ち、第2光電変換器134は、被測定光(周波数fsub)と第2光周波数コム発生器106の光出力とが混合され光ヘテロダインにより生じるビートを検出することとなる。   The second photoelectric converter 134 converts the beat into an electric signal (beat signal) as shown in FIG. That is, the second photoelectric converter 134 detects the beat generated by the optical heterodyne in which the light to be measured (frequency fsub) and the optical output of the second optical frequency comb generator 106 are mixed.

前記第2処理制御部135は、図4に示す如く、信号解析部136と自動調整値解析部138とfvm設定演算部140とfvceo設定演算部142とfvm制御部144とfvceo制御部146とを備える。   As shown in FIG. 4, the second processing control unit 135 includes a signal analysis unit 136, an automatic adjustment value analysis unit 138, an fvm setting calculation unit 140, an fvceo setting calculation unit 142, an fvm control unit 144, and an fvceo control unit 146. Prepare.

信号解析部136は、図4に示す如く、第2光電変換器134から出力されるビート信号(周波数fBsub)をノイズ除去・増幅し、図示せぬカウンタで計数値を求める(このカウンタに対しても原子時計104を用いてもよい)。そして、信号解析部136では、その計数値からビート信号の周波数fBsubが求められる。そして、被測定光(周波数fsub)と混合された第2光周波数コムのモードの周波数軸上の位置に基づき、被測定光の周波数fsubが求められる。   As shown in FIG. 4, the signal analysis unit 136 removes and amplifies the beat signal (frequency fBsub) output from the second photoelectric converter 134, and obtains a count value with a counter (not shown). May also use the atomic clock 104). Then, the signal analysis unit 136 obtains the frequency fBsub of the beat signal from the count value. Then, based on the position on the frequency axis of the mode of the second optical frequency comb mixed with the measured light (frequency fsub), the frequency fsub of the measured light is obtained.

自動調整値解析部138は、図4に示す如く、信号解析部136で求められた被測定光の周波数fsubに対して最適なビート信号(周波数fBsub)が第2光電変換器134で得られるような第2光周波数コムを定める。即ち、自動調整値解析部138は、最適なビート信号(周波数fBsub)が得られるように、被測定光(周波数fsub)と混合される第2光周波数コムのモードの周波数軸上の位置を自動的に決定する。なお、ここでの最適なビート信号(周波数fBsub)は、新たに定められるものであり、信号解析部136に入力するビート信号(周波数fBsub)とは基本的に異なってくる。また、最適なビート信号とは、第2光電変換器134から出力される信号として強度が強く、且つS/N比が高いものを指し、具体的にはその周波数fBsubが可能な限り低いものが望ましい。なお、周波数fBsubがあまりに0Hzに近づくと、短い計測時間では長周期の揺れが生じる。このため、第2光電変換器134では例えば、その増幅部に相応のハイパスフィルタや直流カット回路などを設けることで、ビート信号の周波数fBsubがあまりに0Hzに近くならないようにされている。   As shown in FIG. 4, the automatic adjustment value analysis unit 138 obtains an optimum beat signal (frequency fBsub) with respect to the frequency fsub of the light to be measured obtained by the signal analysis unit 136 by the second photoelectric converter 134. A second optical frequency comb is determined. That is, the automatic adjustment value analysis unit 138 automatically sets the position on the frequency axis of the mode of the second optical frequency comb mixed with the light to be measured (frequency fsub) so that an optimum beat signal (frequency fBsub) is obtained. To decide. Note that the optimum beat signal (frequency fBsub) here is newly determined, and is basically different from the beat signal (frequency fBsub) input to the signal analysis unit 136. The optimum beat signal is a signal output from the second photoelectric converter 134 having a high intensity and a high S / N ratio. Specifically, a signal whose frequency fBsub is as low as possible. desirable. When the frequency fBsub is too close to 0 Hz, a long period of fluctuation occurs in a short measurement time. For this reason, in the second photoelectric converter 134, for example, a corresponding high-pass filter or a DC cut circuit is provided in the amplifying section so that the frequency fBsub of the beat signal does not become too close to 0 Hz.

fvm設定演算部140及びfvceo設定演算部142はそれぞれ、図4に示す如く、自動調整値解析部138で求められた第2光周波数コムのモードの周波数軸上の位置からそれぞれ、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとを求める。この時、第1光周波数コムと第2光周波数コムとの間に生じるビート信号の周波数fBminが最適なビート信号となるように、fvm設定演算部140とfvceo設定演算部142との間で、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoの調整が自動的に行われてもよい。なお、ここでの最適なビート信号とは、第1光電変換器112から出力される信号として強度が強く、且つS/N比が高いものを指し、具体的にはその周波数fBminが可能な限り低いものが望ましい。つまり、第1光電変換器112も第2光電変換器134と同様の構成であり、ビート信号の周波数fBminもあまりに0Hzに近くならないようにされている。   As shown in FIG. 4, the fvm setting calculation unit 140 and the fvceo setting calculation unit 142 respectively have a mode frequency fvm from the position on the frequency axis of the mode of the second optical frequency comb obtained by the automatic adjustment value analysis unit 138. An offset frequency fvceo is obtained. At this time, between the fvm setting calculation unit 140 and the fvceo setting calculation unit 142 so that the frequency fBmin of the beat signal generated between the first optical frequency comb and the second optical frequency comb becomes an optimal beat signal, The mode frequency fvm and the offset frequency fvceo may be automatically adjusted. The optimal beat signal here means a signal having a high intensity and a high S / N ratio as a signal output from the first photoelectric converter 112, and specifically, its frequency fBmin is as much as possible. A low one is desirable. That is, the first photoelectric converter 112 has the same configuration as the second photoelectric converter 134, and the frequency fBmin of the beat signal is not too close to 0 Hz.

fvm制御部144及びfvceo制御部146はそれぞれ、図4に示す如く、fvm設定演算部140及びfvceo設定演算部142で求められたモード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとを自動的に第2光周波数コム発生器106に設定する。   As shown in FIG. 4, the fvm control unit 144 and the fvceo control unit 146 automatically convert the mode frequency fvm and the offset frequency fvceo obtained by the fvm setting calculation unit 140 and the fvceo setting calculation unit 142, respectively, into the second optical frequency comb. Set to generator 106.

このように、第2処理制御部135が第2光周波数コムのモード周波数fvmとオフセット周波数fvceoを自動的に調整することで、第2光周波数コム(のモード)と被測定光(のスペクトル)とによって最適なビート信号(周波数fBsub)が得られるようになる。しかし、これにより第2光周波数コムが(必ずではないが)変化させられるので、第1処理制御部114により、第1光周波数コムを基準に第2光周波数コムを安定化させるようにフィードバック制御を行う。   As described above, the second processing control unit 135 automatically adjusts the mode frequency fvm and the offset frequency fvceo of the second optical frequency comb, so that the second optical frequency comb (mode) and the light to be measured (the spectrum thereof) are obtained. Thus, an optimum beat signal (frequency fBsub) can be obtained. However, since this changes the second optical frequency comb (but not necessarily), the first processing control unit 114 performs feedback control so as to stabilize the second optical frequency comb with reference to the first optical frequency comb. I do.

ここで、第1光周波数コムを基準に第2光周波数コムを安定化する制御を行うときには、第1光周波数コムのいずれかのモードを基準にする。その基準とした第1光周波数コムのモードに最も近い第2光周波数コムのモードとのビートを用いて安定化する制御を行なう。第1光周波数コムと第2光周波数コムとで生じるビートのうち、ビートの周波数が最低なもの、即ち最適なビート信号が得られるように、前回と同じとは限らずに選択される。つまり、今回の基準となる第1光周波数コムのモードは、基本的に前回基準となった第1光周波数コムのモードから変更される。そして、今回の基準となる第1光周波数コムのモードに最も近い第2光周波数コムのモードにより、最適なビート信号(周波数fBmin)が得られるようになる。なお、第1、第2光周波数コムではどのモードを基準にしてもその精度は全く等価とされている。これによって、第2光周波数コムのフィードバック制御が外れることなく、安定したフィードバック制御が続けられる。なお、第2光周波数コムのモードも、必ずしも前回と同じとは限らない(同じ場合もある。)。   Here, when the control for stabilizing the second optical frequency comb is performed with reference to the first optical frequency comb, any mode of the first optical frequency comb is used as a reference. Stabilization control is performed using a beat with the mode of the second optical frequency comb closest to the mode of the first optical frequency comb as the reference. Of the beats generated by the first optical frequency comb and the second optical frequency comb, the beats having the lowest beat frequency, that is, the optimum beat signal are selected so as not to be the same as the previous one. That is, the mode of the first optical frequency comb that is the current reference is basically changed from the mode of the first optical frequency comb that is the previous reference. An optimum beat signal (frequency fBmin) can be obtained by the second optical frequency comb mode closest to the first optical frequency comb mode that is the current reference. In the first and second optical frequency combs, the accuracy is completely equivalent regardless of which mode is used as a reference. Thus, stable feedback control is continued without losing feedback control of the second optical frequency comb. Note that the mode of the second optical frequency comb is not necessarily the same as the previous mode (there may be the same case).

したがって、光周波数測定装置130では、第1光周波数コムを基準に第2光周波数コムを安定化する制御を行いながら、同時に、第2光周波数コムと被測定光とのビート信号(周波数fBsub)が最適になる制御を行うことが可能である。   Therefore, the optical frequency measuring device 130 performs control for stabilizing the second optical frequency comb based on the first optical frequency comb, and at the same time, beat signals (frequency fBsub) between the second optical frequency comb and the measured light. It is possible to perform control that makes the optimum.

そして、被測定光が如何なる周波数であってもビート信号の周波数fBsubを安定した一定の値(一定の周波数或いは一定の周波数で且つ低い周波数)とすることができ、周波数測定を容易且つ高精度に行うことができる。   The frequency fBsub of the beat signal can be set to a stable and constant value (a constant frequency or a constant frequency and a low frequency) regardless of the frequency of the light to be measured, and the frequency measurement can be performed easily and with high accuracy. It can be carried out.

また、光周波数測定装置130では、第2光電変換器134で検出されるビート信号の周波数fBsubも低く抑えることができる。即ち、第2光電変換器134の周波数感度帯域は、通常であればモード周波数fvmの少なくとも半分を必要とするのに対し、ここでは、モード周波数fvmの半分さえ必要としない。このため、第2光電変換器134は低域の周波数に存在するビートに対して感度を備えるだけでよいので高速動作が必要とならない。即ち、第2光電変換器134も低コストに抑えることができる。   Further, in the optical frequency measuring device 130, the frequency fBsub of the beat signal detected by the second photoelectric converter 134 can also be suppressed low. That is, the frequency sensitivity band of the second photoelectric converter 134 normally requires at least half of the mode frequency fvm, but here does not require even half of the mode frequency fvm. For this reason, the second photoelectric converter 134 only needs to be sensitive to beats existing in the low frequency range, so that high-speed operation is not required. That is, the second photoelectric converter 134 can also be reduced in cost.

また、光周波数測定装置130では、第1光周波数コムをノギスの本尺に見立て、第2光周波数コムをノギスの副尺に見立てて、第1、第2光周波数コムのモードの数を互いにわずかに変えた場合には、被測定光の周波数fsubを極めて高精度に測定することができる。具体的に説明するならば、周波数軸上の同じ特定の周波数範囲において、第1、第2光周波数コムのモードの数を互いにわずかに変えた場合(例えば「わずかに変えた」の一例としては、第1光周波数コムのモードの数を699本とし、第2光周波数コムのモードの数を700本とするなどである)であり、第1、第2光周波数コムがノギスのバーニヤ機能と同様に微細な周波数まで測定可能とすることができる。なお、特定の周波数範囲は、光周波数コムの端に位置するモードが含まれずに、確実にモードを認識できる最大の範囲とすることが望ましい。   Further, in the optical frequency measuring device 130, the first optical frequency comb is regarded as a caliper main scale, the second optical frequency comb is regarded as a caliper vernier, and the number of modes of the first and second optical frequency combs is mutually determined. When it is slightly changed, the frequency fsub of the light to be measured can be measured with extremely high accuracy. Specifically, when the number of modes of the first and second optical frequency combs is slightly changed from each other in the same specific frequency range on the frequency axis (for example, as an example of “slightly changed”) The number of modes of the first optical frequency comb is 699, the number of modes of the second optical frequency comb is 700, etc.), and the first and second optical frequency combs are vernier functions of calipers, Similarly, it is possible to measure up to a minute frequency. Note that the specific frequency range is desirably the maximum range in which the mode can be reliably recognized without including the mode located at the end of the optical frequency comb.

本発明について第1実施形態を挙げて説明したが、本発明は第1実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。   Although the present invention has been described with reference to the first embodiment, the present invention is not limited to the first embodiment. That is, it goes without saying that improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

第1実施形態においては、モード周波数fvmとオフセット周波数fvceoとをそれぞれ変更可能としていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図6、図7で示す第2実施形態の如くであってもよい。なお、第2実施形態の概略構成は、第1実施形態においてオフセット周波数fvceoをオフセット周波数fsceoと同じく固定しただけなので、他の構成要素についての符号は第1実施形態で使用した符号を用いる。また、図7の周波数fsub、fBsubはそれぞれ、光周波数測定装置が図4の如く構成された際の被測定光の周波数、ビート信号の周波数を示している。   In the first embodiment, the mode frequency fvm and the offset frequency fvceo can be changed, but the present invention is not limited to this. For example, the second embodiment shown in FIGS. 6 and 7 may be used. Note that the schematic configuration of the second embodiment is merely that the offset frequency fvceo is fixed in the same manner as the offset frequency fseo in the first embodiment, and therefore the symbols used for the other components are the same as those used in the first embodiment. Also, the frequencies fsub and fBsub in FIG. 7 indicate the frequency of the light to be measured and the frequency of the beat signal when the optical frequency measuring device is configured as shown in FIG.

第2実施形態においては、オフセット周波数fsceoとオフセット周波数fvceoとが等しくされているが、第2光周波数コム発生器106のモード周波数fvmが第1光周波数コム発生器102のモード周波数fsmと異なる。このため、図7に示す如く、必ず低い周波数のビート(fBminなど)が生じて第1光電変換器112に検出されることから、第1光電変換器112の周波数感度帯域は、モード周波数fvmの半分を必要としない。即ち、第1実施形態に比べてオフセット周波数fvceoの設定に関わる構成要素を省略できるとともに、第1光電変換器112を低コストに抑えることができる。   In the second embodiment, the offset frequency fseo and the offset frequency fvceo are equal, but the mode frequency fvm of the second optical frequency comb generator 106 is different from the mode frequency fsm of the first optical frequency comb generator 102. For this reason, as shown in FIG. 7, since a low frequency beat (such as fBmin) is always generated and detected by the first photoelectric converter 112, the frequency sensitivity band of the first photoelectric converter 112 is equal to the mode frequency fvm. Half is not needed. That is, as compared with the first embodiment, the components related to the setting of the offset frequency fvceo can be omitted, and the first photoelectric converter 112 can be reduced in cost.

或いは、図8、図9で示す第3実施形態の如くであってもよい。なお、第3実施形態の概略構成は、第1実施形態においてモード周波数fvmをモード周波数fsmと同じく固定しただけなので、他の構成要素についての符号は第1実施形態で使用した符号を用いる。   Or it may be like 3rd Embodiment shown in FIG. 8, FIG. Note that the schematic configuration of the third embodiment is merely that the mode frequency fvm is fixed in the same manner as the mode frequency fsm in the first embodiment, and therefore, the symbols used for the other components are the same as those used in the first embodiment.

第3実施形態においては、モード周波数fsmとモード周波数fvmとが等しくされているが、第2光周波数コム発生器106のオフセット周波数fvceoと第1光周波数コム発生器102のオフセット周波数fsceoとが異なる。このため、図9に示す如く、必ず低い周波数のビート(fBminなど)が生じて第1光電変換器112に検出されることから、第1光電変換器112の周波数感度帯域は、モード周波数fvmの半分を必要としない。即ち、第1実施形態に比べてモード周波数fvmの設定に関わる構成要素を省略できるとともに第1光電変換器112を低コストに抑えることができる。   In the third embodiment, the mode frequency fsm and the mode frequency fvm are equal, but the offset frequency fvceo of the second optical frequency comb generator 106 and the offset frequency fseo of the first optical frequency comb generator 102 are different. . For this reason, as shown in FIG. 9, a low frequency beat (such as fBmin) is always generated and detected by the first photoelectric converter 112. Therefore, the frequency sensitivity band of the first photoelectric converter 112 is equal to the mode frequency fvm. Half is not needed. That is, as compared with the first embodiment, the components relating to the setting of the mode frequency fvm can be omitted, and the first photoelectric converter 112 can be reduced in cost.

また、上記実施形態においては、第1光周波数コムと第2光周波数コムとが混合され光ヘテロダインにより生じるビートを検出する第1光電変換器112と、第1光電変換器112から出力されるビート信号の周波数が一定値となるように第2光周波数コム発生器106を制御する第1処理制御部114と、を備え、第1処理制御部114により第2光周波数コムが安定化されていたが、本発明はこれに必ずしも限定されない。たとえば、モード周波数若しくはオフセット周波数が変更可能であることを条件に、第1光周波数コムを直接的に第2光周波数コム発生器に入力させて安定化するようにしてもよい。   In the above embodiment, the first photoelectric converter 112 that detects the beat generated by the optical heterodyne by mixing the first optical frequency comb and the second optical frequency comb, and the beat output from the first photoelectric converter 112. A first processing control unit 114 that controls the second optical frequency comb generator 106 so that the frequency of the signal becomes a constant value, and the second optical frequency comb is stabilized by the first processing control unit 114 However, the present invention is not necessarily limited to this. For example, on the condition that the mode frequency or the offset frequency can be changed, the first optical frequency comb may be directly input to the second optical frequency comb generator to be stabilized.

また、上記実施形態においては、第1光周波数コム発生器102の周波数基準には原子時計104が用いられ、且つ信号処理部118のカウンタの周波数基準は原子時計104の出力信号に同期し、更に原子時計104は協定世界時により校正されていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、上記2つの周波数基準のうちのいずれかだけに原子時計を用いてもよいし、第1光周波数コム発生器の周波数基準に原子時計を用いない場合にはいずれにも原子時計を用いなくてもよい。また、原子時計は協定世界時により校正されていなくてもよい。   In the above embodiment, the atomic clock 104 is used as the frequency reference of the first optical frequency comb generator 102, and the frequency reference of the counter of the signal processing unit 118 is synchronized with the output signal of the atomic clock 104. Although the atomic clock 104 has been calibrated by Coordinated Universal Time, the present invention is not limited to this. For example, an atomic clock may be used for only one of the above two frequency references, or when an atomic clock is not used for the frequency reference of the first optical frequency comb generator, neither of them is used. May be. Also, atomic clocks may not be calibrated by Coordinated Universal Time.

また、上記実施形態においては、第1光周波数コム発生器102に直接的に原子時計104が接続されることで高精度化がなされていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、原子時計を(GPS衛星などの)レーザ装置の外部に設け、原子時計からの出力をレーザ装置に設けたGPS受信機を介して得るようにしてもよい。この場合には、原子時計を直接的にレーザ装置に設けないので、レーザ装置の小型化はもちろん、なによりも低コスト化が可能である。   In the above embodiment, the accuracy is improved by directly connecting the atomic clock 104 to the first optical frequency comb generator 102, but the present invention is not limited to this. For example, an atomic clock may be provided outside a laser device (such as a GPS satellite), and an output from the atomic clock may be obtained via a GPS receiver provided in the laser device. In this case, since the atomic clock is not directly provided in the laser device, the cost of the laser device can be reduced as well as the size of the laser device.

また、上記実施形態においては、第1、第2光周波数コムの拡がる帯域は1オクターブ以上とされていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、光周波数コムの拡がる帯域は1オクターブより小さくてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the zone | band which the 1st, 2nd optical frequency comb spreads was 1 octave or more, this invention is not limited to this. For example, the band over which the optical frequency comb extends may be smaller than one octave.

また、上記実施形態においては、光周波数測定装置130が自動的に被測定光の周波数fsubを測定することが可能とされていたが、例えば図10に示す別の光周波数測定装置230の如くであってもよい。   In the above embodiment, the optical frequency measurement device 130 can automatically measure the frequency fsub of the light to be measured. However, the optical frequency measurement device 130 is, for example, another optical frequency measurement device 230 shown in FIG. There may be.

光周波数測定装置230においては、信号解析部236以降については、手動で行うとされている。このため、光周波数測定装置230においては、光周波数測定装置130よりも装置構成を簡略化でき、低コスト化を更に促進することができる。   In the optical frequency measuring device 230, the signal analysis unit 236 and the subsequent steps are performed manually. For this reason, in the optical frequency measuring device 230, the device configuration can be simplified as compared with the optical frequency measuring device 130, and cost reduction can be further promoted.

なお、光周波数測定装置における被測定光は、特に光周波数(波長)基準、或いは干渉測定用の光源が対象であり、前述してきたように国際標準や国家標準に基づいて測定がなされている。即ち、被測定光は、いわば国家標準にトレーサブルに測定されている。このため、光周波数測定装置は光周波数校正装置と解することも可能である。   Note that the light to be measured in the optical frequency measuring device is particularly intended for an optical frequency (wavelength) reference or a light source for interference measurement, and is measured based on an international standard or a national standard as described above. That is, the light to be measured is measured in a manner traceable to the national standard. For this reason, the optical frequency measurement device can also be understood as an optical frequency calibration device.

本発明のレーザ装置は、高精度の光周波数コムの周波数を連続的且つ動的に可変制御可能なので、長さ原器などを構成することや、長さの基準として距離や直角度などの測長用の干渉計などに広く適用することが可能である。   Since the laser device of the present invention can continuously and dynamically variably control the frequency of a high-precision optical frequency comb, it constitutes a length master and measures the distance and the squareness as the length reference. It can be widely applied to long interferometers.

100…レーザ装置
102、202…第1光周波数コム発生器
104、204…原子時計
106、206…第2光周波数コム発生器
108、132、208、232…ビームコンバイナ(BC)
110、210…ビームスプリッタ(BS)
112、212…第1光電変換器
114…第1処理制御部
116、216…信号変換部
118、218…信号処理部
120、220…制御部
130、230…光周波数測定装置
134、234…第2光電変換器
135…第2処理制御部
136、236…信号解析部
138…自動調整値解析部
140…fvm設定演算部
142…fvceo設定演算部
144…fvm制御部
146…fvceo制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Laser apparatus 102, 202 ... 1st optical frequency comb generator 104, 204 ... Atomic clock 106, 206 ... 2nd optical frequency comb generator 108, 132, 208, 232 ... Beam combiner (BC)
110, 210 ... Beam splitter (BS)
112, 212 ... 1st photoelectric converter 114 ... 1st process control part 116, 216 ... Signal conversion part
118, 218 ... Signal processing unit 120, 220 ... Control unit 130, 230 ... Optical frequency measuring device 134, 234 ... Second photoelectric converter 135 ... Second processing control unit 136, 236 ... Signal analysis unit 138 ... Automatic adjustment value analysis Unit 140 ... fvm setting calculation unit 142 ... fvceo setting calculation unit 144 ... fvm control unit 146 ... fvceo control unit

Claims (4)

周波数軸上で櫛状に並んだ複数のスペクトル成分を発生させる第1、第2光周波数コム発生器を有するレーザ装置を備える光周波数測定装置であって、
前記第1光周波数コム発生器は、周波数基準に基づき基準となる光出力を行い、
前記第2光周波数コム発生器は、少なくとも前記複数のスペクトル成分のスペクトル間隔を示すモード周波数と該複数のスペクトル成分の並びを周波数ゼロ点まで延長したときのゼロ点との間に生じるオフセット周波数のいずれかが変更可能とされ自身の光出力を前記レーザ装置の光出力として出力し
前記第1光周波数コム発生器の光出力と前記第2光周波数コム発生器の光出力とが混合され光ヘテロダインにより生じる第1ビートを検出する第1光電変換器と、
該第1光電変換器から出力される第1ビート信号の周波数が一定値となるように前記第2光周波数コム発生器を制御し、該第2光周波数コム発生器の光出力の周波数を安定させる第1処理制御部と、
該第2光周波数コム発生器の出力光と被測定レーザ光源の被測定光とが混合され光ヘテロダインにより生じる第2ビートを検出する第2光電変換器と、
該第2光電変換器から出力される第2ビート信号を解析し、変更可能とされている前記モード周波数及び前記オフセット周波数を自動で変更することで、該第2ビート信号の信号強度、S/N比、及び周波数の調整を行い、調整された該第2ビート信号に基づき前記被測定光の光周波数を求める第2処理制御部と、
を備えることを特徴とする光周波数測定装置。
An optical frequency measurement device comprising a laser device having first and second optical frequency comb generators for generating a plurality of spectral components arranged in a comb shape on the frequency axis,
The first optical frequency comb generator performs a reference optical output based on a frequency reference,
The second optical frequency comb generator has an offset frequency generated between a mode frequency indicating a spectral interval of at least the plurality of spectral components and a zero point when the arrangement of the plurality of spectral components is extended to a frequency zero point. either it is changeable, and outputs its optical output as light output of the laser device,
A first photoelectric converter for detecting a first beat generated by optical heterodyne in which the optical output of the first optical frequency comb generator and the optical output of the second optical frequency comb generator are mixed;
The second optical frequency comb generator is controlled so that the frequency of the first beat signal output from the first photoelectric converter becomes a constant value, and the optical output frequency of the second optical frequency comb generator is stabilized. A first processing control unit,
A second photoelectric converter for detecting a second beat generated by optical heterodyne by mixing the output light of the second optical frequency comb generator and the measured light of the measured laser light source;
By analyzing the second beat signal output from the second photoelectric converter and automatically changing the mode frequency and the offset frequency that can be changed, the signal strength of the second beat signal, S / A second processing control unit that adjusts the N ratio and frequency, and obtains the optical frequency of the light under measurement based on the adjusted second beat signal;
Optical frequency measurement device according to claim Rukoto equipped with.
前記周波数基準には原子時計が用いられることを特徴とする請求項1に記載の光周波数測定装置。 2. The optical frequency measuring device according to claim 1, wherein an atomic clock is used as the frequency reference. 前記第1処理制御部は前記第1ビート信号の周波数を計測するカウンタを備え、該カウンタの周波数基準は原子時計の出力信号に同期することを特徴とする請求項に記載の光周波数測定装置。 The optical frequency measurement device according to claim 2 , wherein the first processing control unit includes a counter that measures the frequency of the first beat signal, and the frequency reference of the counter is synchronized with an output signal of an atomic clock. . 前記原子時計の少なくとも1つは、協定世界時により校正されていることを特徴とする請求項に記載の光周波数測定装置。 4. The optical frequency measuring device according to claim 3 , wherein at least one of the atomic clocks is calibrated by Coordinated Universal Time.
JP2011214330A 2011-09-29 2011-09-29 Optical frequency measurement device Expired - Fee Related JP5836739B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011214330A JP5836739B2 (en) 2011-09-29 2011-09-29 Optical frequency measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011214330A JP5836739B2 (en) 2011-09-29 2011-09-29 Optical frequency measurement device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013072848A JP2013072848A (en) 2013-04-22
JP5836739B2 true JP5836739B2 (en) 2015-12-24

Family

ID=48477445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011214330A Expired - Fee Related JP5836739B2 (en) 2011-09-29 2011-09-29 Optical frequency measurement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5836739B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4412006A3 (en) * 2022-11-15 2024-12-04 Vector Atomic, Inc. Frequency agile laser system locked to an atomic reference

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103424194B (en) * 2013-08-13 2015-12-09 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 A kind of measuring method of frequency stability of femtosecond laser frequency comb and device
CA2943119A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Oewaves, Inc. Optical atomic clock
US9407373B2 (en) * 2014-05-07 2016-08-02 Honeywell International Inc. Optical synthesizer tuning using fine and coarse optical frequency combs
US9407060B2 (en) * 2014-05-07 2016-08-02 Honeywell International Inc. Mutually-referenced optical frequency combs
CN104316186B (en) * 2014-07-07 2016-08-24 华东师范大学 A kind of spectral measurement method of optically-based frequency comb
JP6448236B2 (en) 2014-07-10 2019-01-09 株式会社ミツトヨ Laser frequency measuring method and apparatus using optical frequency comb
JP6370633B2 (en) * 2014-08-07 2018-08-08 株式会社ミツトヨ Accuracy evaluation method and apparatus for laser frequency measurement by optical frequency comb
JP6522414B2 (en) * 2015-05-08 2019-05-29 株式会社ミツトヨ Evaluation method of laser frequency measuring device using optical frequency comb device
KR101811209B1 (en) 2016-12-06 2017-12-22 재단법인 막스플랑크 한국포스텍연구소 Photon generator using frequency comb and nanoplasmonic technology and generating method thereof
CN110174058B (en) * 2019-06-06 2020-06-23 浙江理工大学 Device and method for dynamic offset-frequency locking sinusoidal frequency scanning interferometric absolute ranging
JP7329376B2 (en) * 2019-07-04 2023-08-18 株式会社ミツトヨ Measuring device and measuring method
CN110967167A (en) * 2019-11-13 2020-04-07 中国科学院西安光学精密机械研究所 A microcavity optical frequency comb repetition frequency stability test system and test method
US11346869B2 (en) 2020-10-23 2022-05-31 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Calibration setup and method of measuring a signal generator
WO2022118647A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 パナソニックホールディングス株式会社 Optical frequency comb device and measurement device
KR102844795B1 (en) * 2021-09-13 2025-08-11 한국표준과학연구원 Calibration-free wavemeter based on optical frequency comb, and operating method thereof
EP4414672A4 (en) * 2021-10-27 2024-11-06 Huawei Technologies Co., Ltd. LIGHT WAVELENGTH MEASURING DEVICE AND METHOD AS WELL AS LIGHT WAVELENGTH CONTROL DEVICE AND LIGHT EMITTING SYSTEM
JP7540055B1 (en) 2023-08-09 2024-08-26 株式会社マグネスケール Remote optical frequency calibration system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3669805B2 (en) * 1997-02-28 2005-07-13 アンリツ株式会社 Frequency variable laser light source device
JP3805555B2 (en) * 1999-03-26 2006-08-02 財団法人神奈川科学技術アカデミー Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator
JP2004326671A (en) * 2003-04-28 2004-11-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Remote calibration system for weighing equipment and remote calibration method for weighing equipment
JP4793675B2 (en) * 2005-04-21 2011-10-12 独立行政法人産業技術総合研究所 Distance measuring device
JP4478800B2 (en) * 2006-05-15 2010-06-09 独立行政法人産業技術総合研究所 Clock transmission device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4412006A3 (en) * 2022-11-15 2024-12-04 Vector Atomic, Inc. Frequency agile laser system locked to an atomic reference

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013072848A (en) 2013-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5836739B2 (en) Optical frequency measurement device
CN104316186B (en) A kind of spectral measurement method of optically-based frequency comb
JP5254844B2 (en) Distance measuring device
US10197442B2 (en) Dual-comb spectroscopy with a free-running bidirectionally mode-locked fiber laser
US11255969B2 (en) Measurement apparatus and measurement method
CN103712689A (en) Continuous laser device spectral line width measurement device based on optical frequency comb
US11867809B2 (en) Measurement apparatus and measurement method
JP2012004426A (en) Unmodulated stabilization laser device
CN105548036A (en) Self-adaptive double-light-comb spectrum system
CN103954354A (en) Quantum standard laser power meter and laser power measuring method
CN112114325B (en) Measuring device and measuring method
JP2013007591A (en) Distance measuring method and device
JP2018142699A (en) Laser pulse generation and spectroscopy using temporal Talbot effect
JP2015155822A (en) Optical signal generation device, distance measurement device, spectroscopic characteristic measurement device, frequency response measurement device, and optical signal generation method
KR20250048126A (en) Light Measuring Device
CN103292918A (en) Phase change measuring system
EP2608327B1 (en) System for generating a beat signal
CN112433220B (en) Measuring device and measuring method
EP4249947A1 (en) Electro-optical distance meter
JP2008002815A (en) Wavelength change pulse light generator and optical tomography measurement apparatus using the same
KR101092484B1 (en) Terahertz spectrum analyzer
JP2013195225A (en) Device and method for measuring brillouin gain spectrum
JP2013195224A (en) Device and method for measuring brillouin gain spectrum
US20160363434A1 (en) Method of calibrating interferometer and interferometer using the same
JP2015087385A (en) Optical measurement device and optical measurement method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140801

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150818

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151008

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151027

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5836739

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees