JP7731097B2 - Single-comb spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、電気光学変調コムを用いて精密分光するシングルコム分光装置に関するものである。 The present invention relates to a single-comb spectroscopy device that performs precision spectroscopy using an electro-optic modulation comb.
従来の分光器は、分散型とフーリエ分光型の2つに大きく分けられる。分散型の分光器は、プリズムや回折格子等の分散型素子を利用して光スペクトルを空間上で分離して各波長の強度を順次計って行くというものである。分散型の分光器には、分散素子の制限により高い波長分解能が得られず、波長毎に強度を計っていくので広いスペクトル帯域の計測には時間を要するという問題があった。 Conventional spectrometers can be broadly divided into two types: dispersive and Fourier transform. Dispersive spectrometers use dispersive elements such as prisms and diffraction gratings to separate the optical spectrum in space and measure the intensity of each wavelength sequentially. Dispersive spectrometers have the problem that they cannot achieve high wavelength resolution due to the limitations of the dispersive elements, and because they measure the intensity for each wavelength, it takes a long time to measure a wide spectral band.
フーリエ分光型の分光器は、分散型の分光器に比べて単一検出器で多波長を同時分光できるという利点があり、赤外線波長域の分子分光等で多く用いられている。しかしながら、フーリエ分光型の分光器の周波数分解能とデータ取得スピードは、遅延ステージの移動距離と移動スピードで決定され、機械的なステージ移動が限界に達しているため、性能の向上に限界があった。 Fourier spectrometers have the advantage over dispersive spectrometers of being able to simultaneously measure multiple wavelengths with a single detector, and are widely used in molecular spectroscopy in the infrared wavelength range. However, the frequency resolution and data acquisition speed of Fourier spectrometers are determined by the travel distance and speed of the delay stage, and because mechanical stage movement has reached its limit, there has been a limit to how much performance can be improved.
近年注目されるデュアルコム分光は、繰り返し周波数がわずかに異なる2台のモード同期(ML:Mode-Locked)レーザー光源を用いる。繰返し周波数がわずかに異なるため、遅延ステージを動かすことなく、2つの光の相対位相に可変できる。これにより、フーリエ分光に比べてデータ取得時間は桁オーダーで短縮される。更に相対位相変化量も大きくできるため周波数分解能も高くできる(非特許文献1参照)。 Dual-comb spectroscopy, which has attracted attention in recent years, uses two mode-locked (ML) laser light sources with slightly different repetition rates. Because the repetition rates are slightly different, the relative phase of the two beams can be varied without moving the delay stage. This reduces data acquisition time by an order of magnitude compared to Fourier spectroscopy. Furthermore, the amount of relative phase change can be made larger, allowing for higher frequency resolution (see non-patent document 1).
このようにデュアルコム分光は、高速かつ高分解能な分光法であるが、2台のMLレーザーの繰り返し周波数と位相を複雑な制御機構を用いて高精度に同期させる必要があり、高度な技術を必要とする。このため、デュアルコム分光は、一部のMLレーザーの先端研究機関でのみで実施され、光コムを用いた高速な精密分光を世の中に広く普及させるための壁となっていた。また、測定時間をさらに短くするためには、MLレーザーの繰り返し周波数をさらに上げることが必要となるが、光共振器ベースのMLレーザーでは繰り返し周波数が数GHz程度で限界であった。 As such, dual-comb spectroscopy is a high-speed, high-resolution spectroscopy method, but it requires highly advanced technology, as the repetition rate and phase of two ML lasers must be synchronized with high precision using a complex control mechanism. For this reason, dual-comb spectroscopy has only been performed at a few cutting-edge ML laser research institutes, and has been a barrier to widespread adoption of high-speed, precision spectroscopy using optical combs. Furthermore, to further shorten measurement times, it is necessary to further increase the repetition rate of the ML laser, but the repetition rate of optical resonator-based ML lasers is limited to a few GHz.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、1台のレーザー光源で従来のデュアルコム分光と同程度の高い周波数分解能で簡便に精密分光を行うことが可能なシングルコム分光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a single-comb spectroscopy device that can easily perform precision spectroscopy with a single laser light source at a frequency resolution as high as that of conventional dual-comb spectroscopy.
本発明のシングルコム分光装置は、連続波レーザー光源と、前記連続波レーザー光源からのレーザー光を所定の繰り返し周波数で位相変調して電気光学変調コムを発生させるように構成された第1の変調器と、前記電気光学変調コムのキャリアエンベロープオフセット周波数を検出するように構成された検出部と、前記キャリアエンベロープオフセット周波数に基づいて前記連続波レーザー光源の光周波数を変調するように構成された帰還回路部と、試料を透過した前記電気光学変調コムの観測結果から分光データを得るように構成された分光計測部と、前記分光データを前記キャリアエンベロープオフセット周波数を示すキャリアエンベロープオフセット信号と同期して取得するように構成されたデジタイザーと、前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを出力するように構成されたデータ集積装置とを備え、前記デジタイザーは、前記分光データに前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを付加するラベリングを行うことを特徴とするものである。 The single-comb spectroscopic device of the present invention comprises a continuous-wave laser light source, a first modulator configured to generate an electro-optic modulation comb by phase-modulating laser light from the continuous-wave laser light source at a predetermined repetition rate, a detection unit configured to detect the carrier envelope offset frequency of the electro-optic modulation comb, a feedback circuit unit configured to modulate the optical frequency of the continuous-wave laser light source based on the carrier envelope offset frequency, a spectroscopic measurement unit configured to obtain spectroscopic data from the observation results of the electro-optic modulation comb transmitted through a sample, a digitizer configured to acquire the spectroscopic data in synchronization with a carrier envelope offset signal indicating the carrier envelope offset frequency, and a data accumulation device configured to output data of the carrier envelope offset frequency, wherein the digitizer performs labeling to add data of the carrier envelope offset frequency to the spectroscopic data.
また、本発明のシングルコム分光装置の1構成例において、前記帰還回路部は、前記連続波レーザー光源の注入電流値を変化させることにより前記連続波レーザー光源の光周波数を変調することを特徴とするものである。
また、本発明のシングルコム分光装置の1構成例は、前記連続波レーザー光源の後段に設けられた、シングルサイドバンド電気光学変調器または音響光学素子からなる第2の変調器をさらに備え、前記帰還回路部は、前記第2の変調器を制御することにより前記連続波レーザー光源の光周波数を変調することを特徴とするものである。
また、本発明のシングルコム分光装置の1構成例において、前記帰還回路部は、前記キャリアエンベロープオフセット周波数が前記繰り返し周波数の分だけ連続的に変化するように前記連続波レーザー光源の光周波数を変調することを特徴とするものである。
また、本発明のシングルコム分光装置の1構成例において、前記帰還回路部は、周波数変調用信号を出力するように構成された周波数変調用信号発生器と、前記キャリアエンベロープオフセット信号を分周するように構成された分周器と、前記周波数変調用信号と前記分周器の出力信号とを比較した結果に基づいて前記連続波レーザー光源の光周波数の変調用の周波数制御信号を出力するように構成された周波数変調用帰還回路とから構成されることを特徴とするものである。
In addition, in one configuration example of the single-comb spectrometer of the present invention, the feedback circuit section is characterized in that it modulates the optical frequency of the continuous wave laser light source by changing the injection current value of the continuous wave laser light source.
Furthermore, one configuration example of the single-comb spectroscopic device of the present invention further includes a second modulator consisting of a single-sideband electro-optical modulator or an acousto-optical element, arranged downstream of the continuous-wave laser light source, and the feedback circuit section is characterized in that it modulates the optical frequency of the continuous-wave laser light source by controlling the second modulator.
Furthermore, in one configuration example of the single-comb spectrometer of the present invention, the feedback circuit section is characterized in that it modulates the optical frequency of the continuous wave laser light source so that the carrier envelope offset frequency changes continuously by the repetition frequency.
In addition, in one configuration example of the single-comb spectrometer of the present invention, the feedback circuit section is characterized by being composed of a frequency modulation signal generator configured to output a frequency modulation signal, a frequency divider configured to divide the carrier envelope offset signal, and a frequency modulation feedback circuit configured to output a frequency control signal for modulating the optical frequency of the continuous wave laser light source based on the result of comparing the frequency modulation signal with the output signal of the frequency divider.
また、本発明のシングルコム分光装置は、光周波数が連続的に変化するように構成された連続波レーザー光源と、前記連続波レーザー光源からのレーザー光を所定の繰り返し周波数で位相変調して電気光学変調コムを発生させるように構成された変調器と、前記電気光学変調コムのキャリアエンベロープオフセット周波数を検出するように構成された検出部と、試料を透過した前記電気光学変調コムの観測結果から分光データを得るように構成された分光計測部と、前記分光データを前記キャリアエンベロープオフセット周波数を示すキャリアエンベロープオフセット信号と同期して取得するように構成されたデジタイザーと、前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを出力するように構成されたデータ集積装置とを備え、前記デジタイザーは、前記分光データに前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを付加するラベリングを行うことを特徴とするものである。
また、本発明のシングルコム分光装置の1構成例において、前記連続波レーザー光源は、光周波数が前記繰り返し周波数の分だけ連続的に変化することを特徴とするものである。
In addition, the single comb spectroscopic device of the present invention comprises a continuous wave laser light source configured to continuously change the optical frequency, a modulator configured to phase modulate the laser light from the continuous wave laser light source at a predetermined repetition frequency to generate an electro-optic modulation comb, a detection unit configured to detect the carrier envelope offset frequency of the electro-optic modulation comb, a spectroscopic measurement unit configured to obtain spectroscopic data from the observation results of the electro-optic modulation comb that has passed through a sample, a digitizer configured to acquire the spectroscopic data in synchronization with a carrier envelope offset signal that indicates the carrier envelope offset frequency, and a data accumulation device configured to output data of the carrier envelope offset frequency, wherein the digitizer performs labeling to add data of the carrier envelope offset frequency to the spectroscopic data.
In one configuration example of the single-comb spectrometer of the present invention, the continuous wave laser light source is characterized in that the optical frequency changes continuously by the repetition frequency.
また、本発明のシングルコム分光装置の1構成例は、前記電気光学変調コムに波長分散を与えることにより光パルス列に変換するように構成された分散媒質と、前記光パルス列のパルス幅を圧縮することにより短パルス化するように構成された分散補償器と、前記分散補償器を出射した光パルス列の帯域を拡大させるように構成された非線形媒質とをさらに備え、前記分光計測部は、前記非線形媒質によって帯域が拡大された光を前記試料に入射させることを特徴とするものである。
Furthermore, one example configuration of the single-comb spectroscopic device of the present invention further includes a dispersive medium configured to convert the electro-optic modulation comb into an optical pulse train by applying chromatic dispersion to the electro-optic modulation comb, a dispersion compensator configured to shorten the pulse width of the optical pulse train by compressing the pulse width, and a nonlinear medium configured to expand the bandwidth of the optical pulse train output from the dispersion compensator, and the spectroscopic measurement unit is characterized in that the light whose bandwidth has been expanded by the nonlinear medium is incident on the sample.
電気光学変調コムベースのシングルコム分光は電気光学変調コムの種光源の光周波数を高精度に制御できることから、本発明では、1台の連続波レーザー光源で従来のデュアルコム分光と同程度の高い周波数分解能で簡便に精密分光を行うことが可能となる。さらに、本発明の分光データ取得時間は分光計測部のラインセンサの掃引速度で決定されるため、従来のデュアルコム分光よりも1桁以上短時間での分光計測が期待できる。 Because electro-optic modulation comb-based single-comb spectroscopy allows for highly accurate control of the optical frequency of the electro-optic modulation comb's seed light source, this invention makes it possible to easily perform precise spectroscopy with a single continuous-wave laser light source at a frequency resolution comparable to that of conventional dual-comb spectroscopy. Furthermore, because the spectroscopic data acquisition time of this invention is determined by the sweep speed of the line sensor in the spectroscopic measurement unit, spectroscopic measurements can be expected to be performed in an order of magnitude or more shorter than conventional dual-comb spectroscopy.
[発明の原理]
本発明は、上記デュアルコム分光法の問題点を克服するため、MLレーザーの代わりに、CW(Continuous Wave)半導体レーザーを種光源とする電気光学変調(EO:Electro-Optic)コムのキャリアエンベロープオフセット(CEO:Carrier Envelope Offset)周波数を利用して半導体レーザーを高速変調するシングルコム分光装置を提案する。
[Principles of the Invention]
To overcome the problems of the dual-comb spectroscopy, the present invention proposes a single-comb spectroscopy device that uses a CW (Continuous Wave) semiconductor laser as a seed light source instead of an ML laser to rapidly modulate the semiconductor laser using the carrier envelope offset (CEO) frequency of an electro-optic (EO) comb.
図1は、EOコムを示す説明図である。EOコムは、図1に示すように、周波数軸上では等しい間隔の繰り返し周波数frepで櫛状に並ぶ多数のモードの集合体となる。このように周波数軸上に櫛状に並ぶレーザー光の集合体が、EOコムと呼ばれている。EOコムの各モードのスペクトル周波数fnは、CEO周波数をfCEOとすると、fn=fceo+n×frep(nは整数)と表すことができる。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an EO comb. As shown in FIG. 1, an EO comb is a collection of many modes arranged in a comb-like pattern on the frequency axis at a repetition frequency f rep that is equally spaced. This collection of laser beams arranged in a comb-like pattern on the frequency axis is called an EO comb. The spectral frequency f n of each mode of the EO comb can be expressed as f n = f ceo + n × f rep (n is an integer), where f CEO is the CEO frequency.
本発明は、広帯域性、高分解能、高速性、簡便性を兼ね備え、かつ従来法のようにレーザーの高度な位相同期を必要としないので、レーザーの専門家以外でも手軽に扱え、フィールド環境での利用も可能な分光装置を実現し、高分解能・高速リアルタイム計測を実現する。 This invention combines broadband, high resolution, high speed, and simplicity, and does not require advanced phase synchronization of the laser as in conventional methods. This allows for easy operation by anyone other than laser experts, and realizes a spectroscopic device that can be used in field environments, enabling high-resolution, high-speed real-time measurements.
[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。図2は、本発明の第1の実施例に係るシングルコム分光装置の基本構成を示す概略図である。シングルコム分光装置は、EOコム生成部1と、広帯域光生成部2と、分光計測部3と、CEO信号検出部4aと、帰還回路部4bとを備えている。
[First Example]
[0023] The following describes in detail embodiments of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing the basic configuration of a single-comb spectrometer according to a first embodiment of the present invention. The single-comb spectrometer includes an EO comb generator 1, a broadband light generator 2, a spectroscopic measurement unit 3, a CEO signal detector 4a, and a feedback circuit 4b.
EOコム生成部1は、EOコムを発生し、EOコムに分散を付与して光パルス化する。EOコム生成部1から出力された光パルスは、広帯域光生成部2に入射され、非線形効果(自己位相変調効果、相互位相変調効果等)を引き起こして広帯域光が生成される。この広帯域光を用いて分光計測部3で分光データを取得する。 The EO comb generator 1 generates an EO comb and applies dispersion to the EO comb to generate optical pulses. The optical pulses output from the EO comb generator 1 are input to the broadband light generator 2, which generates broadband light by inducing nonlinear effects (self-phase modulation effect, cross-phase modulation effect, etc.). This broadband light is used by the spectroscopic measurement unit 3 to acquire spectroscopic data.
EOコムは、モード間隔を信号発生器で任意に設定でき、モード間隔を広げることで帯域を広げることが可能であるが、一方で分子分光等の精密分光を行うには分解能が足りなくなる。そこで、EOコムモード間隔を補間する必要がある。 The mode spacing of an EO comb can be set arbitrarily using a signal generator, and the bandwidth can be broadened by widening the mode spacing. However, this does not provide sufficient resolution for precision spectroscopy such as molecular spectroscopy. Therefore, it is necessary to interpolate the EO comb mode spacing.
本実施例では、広帯域光生成部2から出力される広帯域光をCEO信号検出部4aに入力してCEO信号を検出する。EOコムのCEO周波数と繰り返し周波数をRF周波数カウンターで計測できれば、EOコム生成部1内部の連続波(CW)レーザー光源の光周波数をRF周波数カウンター精度で計測可能であるため、1台のEOコムだけで精密分光が可能となる。CEO周波数と帰還回路部4bを用いてCWレーザー光源を高速周波数変調することにより、EOコムモード間隔を補間し、広帯域かつ高速にシングルコム分光が実現可能となる。 In this embodiment, the broadband light output from the broadband light generation unit 2 is input to the CEO signal detection unit 4a to detect the CEO signal. If the CEO frequency and repetition rate of the EO comb can be measured with an RF frequency counter, the optical frequency of the continuous wave (CW) laser light source inside the EO comb generation unit 1 can be measured with the accuracy of an RF frequency counter, making precise spectroscopy possible with just one EO comb. By high-speed frequency modulating the CW laser light source using the CEO frequency and feedback circuit unit 4b, the EO comb mode spacing can be interpolated, enabling wideband and high-speed single comb spectroscopy.
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図3は、本発明の第2の実施例に係るシングルコム分光装置の構成例を示す図である。本実施例は、第1の実施例の具体例を示すものである。
[Second Example]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Fig. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a single-comb spectrometer according to the second embodiment of the present invention. This embodiment shows a specific example of the first embodiment.
EOコム生成部1は、半導体レーザーからなるCWレーザー光源5と、光変調部6(第1の変調器)と、信号発生器7と、分散媒質8とから構成される。
広帯域光生成部2は、光増幅器9と、分散補償器10と、高非線形媒質11とから構成される。
The EO comb generator 1 includes a CW laser light source 5 made of a semiconductor laser, an optical modulator 6 (first modulator), a signal generator 7 , and a dispersion medium 8 .
The broadband light generating unit 2 comprises an optical amplifier 9 , a dispersion compensator 10 , and a highly nonlinear medium 11 .
分光計測部3は、光分波器12と、回折格子13-1,13-2と、ラインセンサ14-1,14-2と、デジタイザー16とから構成される。
CEO信号検出部4aは、自己参照干渉計17と、RF周波数カウンター21とから構成される。
帰還回路部4bは、分周器18と、周波数変調用信号発生器19と、周波数変調用帰還回路20とから構成される。
The spectroscopic measurement unit 3 comprises an optical splitter 12, diffraction gratings 13-1 and 13-2, line sensors 14-1 and 14-2, and a digitizer 16.
The CEO signal detector 4 a comprises a self-referencing interferometer 17 and an RF frequency counter 21 .
The feedback circuit section 4 b comprises a frequency divider 18 , a frequency modulation signal generator 19 , and a frequency modulation feedback circuit 20 .
EOコム生成部1では、EOコムの種光源として、CWレーザー光源5を使用する。CWレーザー光源5は、分光試料15の光吸収スペクトルが存在する波長のCW光を生成する。CWレーザー光源5から出力されたCW光は、光変調部6に入射する。 The EO comb generator 1 uses a CW laser light source 5 as the seed light source for the EO comb. The CW laser light source 5 generates CW light at a wavelength that is included in the optical absorption spectrum of the spectroscopic sample 15. The CW light output from the CW laser light source 5 is incident on the optical modulator 6.
光変調部6は、内部に強度変調器と位相変調器とを備えている。強度変調器と位相変調器とは、信号発生器7からの例えば周波数frep=25GHzの正弦波状のマイクロ波信号S1によって駆動される。これにより、光変調部6は、CWレーザー光源5からのCW光を繰り返し周波数frepで位相変調し、繰り返し周波数frepの周波数モード間隔を持つEOコムを発生する。 The optical modulation unit 6 includes an intensity modulator and a phase modulator. The intensity modulator and the phase modulator are driven by a sinusoidal microwave signal S1 having a frequency f rep = 25 GHz, for example, from a signal generator 7. As a result, the optical modulation unit 6 phase-modulates the CW light from the CW laser light source 5 at the repetition frequency f rep , and generates an EO comb having a frequency mode spacing of the repetition frequency f rep .
シングルモードファイバー等の分散媒質8は、光変調部6を出射したEOコムに波長分散を与えることにより、EOコムを繰り返し周波数frepの光パルス列に変換する。分散媒質8を透過した光パルス列は、広帯域光生成部2に入射する。 A dispersive medium 8 such as a single-mode fiber applies chromatic dispersion to the EO comb output from the optical modulator 6, thereby converting the EO comb into an optical pulse train with a repetition frequency of f rep . The optical pulse train transmitted through the dispersive medium 8 enters the broadband light generator 2.
広帯域光生成部2の光増幅器9は、光パルス列を増幅する。分散補償器10は、光増幅器9によって増幅された光パルス列のパルス幅を分散媒質を用いて圧縮することにより、短パルス化する。分散補償器10を出射した高出力短光パルス列は、高非線形ファイバー、フォトニック結晶ファイバー、シリコン細線導波路、シリコン細線導波路等の高非線形媒質11に入射する。 The optical amplifier 9 in the broadband light generation unit 2 amplifies the optical pulse train. The dispersion compensator 10 shortens the pulse width of the optical pulse train amplified by the optical amplifier 9 by compressing the pulse width using a dispersive medium. The high-power short optical pulse train output from the dispersion compensator 10 is incident on a highly nonlinear medium 11, such as a highly nonlinear fiber, photonic crystal fiber, silicon wire waveguide, or silicon wire waveguide.
高非線形媒質11は、高出力短光パルス列の帯域を拡大する。高非線形媒質11によって帯域が拡大された広帯域光は分光計測部3とCEO信号検出部4aとに入射する。 The highly nonlinear medium 11 expands the bandwidth of the high-power short optical pulse train. The broadband light whose bandwidth has been expanded by the highly nonlinear medium 11 is incident on the spectroscopic measurement unit 3 and the CEO signal detection unit 4a.
分光計測部3の光分波器12は、広帯域光を2分岐する。回折格子13-1は、光分波器12によって分岐された一方の光である参照光を波長ごとに異なる方向へ分光する。ラインセンサ14-1は、回折格子13-1によって分光された光を受光して電気信号(参照信号)Srefに変換する。 The optical splitter 12 of the spectroscopic measurement unit 3 splits the broadband light into two beams. The diffraction grating 13-1 splits the reference light, which is one of the beams split by the optical splitter 12, into different directions for each wavelength. The line sensor 14-1 receives the light split by the diffraction grating 13-1 and converts it into an electrical signal (reference signal) S ref .
光分波器12によって分岐された他方の光は分光試料15に入射する。回折格子13-2は、分光試料15を透過した光を波長ごとに異なる方向へ分光する。ラインセンサ14-2は、回折格子13-2によって分光された光を受光して電気信号(分光信号)Sspに変換する。 The other light beam split by the optical splitter 12 is incident on the spectroscopic sample 15. The diffraction grating 13-2 splits the light that has passed through the spectroscopic sample 15 into different directions for each wavelength. The line sensor 14-2 receives the light split by the diffraction grating 13-2 and converts it into an electrical signal (spectroscopic signal) Ssp .
デジタイザー16は、ラインセンサ14-2で得られた受光信号Sspをラインセンサ14-1で得られた参照信号Srefの強度で規格化することにより、高い信号対雑音比で分光試料15の吸収光スペクトルを取得することができる。 The digitizer 16 can acquire the absorption spectrum of the spectroscopic sample 15 with a high signal-to-noise ratio by normalizing the received light signal S sp obtained by the line sensor 14-2 with the intensity of the reference signal S ref obtained by the line sensor 14-1.
一方、CEO信号検出部4aの自己参照干渉計17は、広帯域光生成部2の高非線形媒質11からの広帯域光を入力とし、CEO周波数fCEOを示すCEO信号SCEOを検出する。自己参照干渉計17は、広帯域光に含まれている、高周波成分と低周波成分との光干渉信号を生成し、生成した光干渉信号を光電変換して、得られた電気信号からCEO信号SCEOを出力する機能を有している。 On the other hand, the self-referencing interferometer 17 of the CEO signal detection unit 4a receives as input the broadband light from the highly nonlinear medium 11 of the broadband light generation unit 2 and detects a CEO signal S CEO indicating a CEO frequency f CEO . The self-referencing interferometer 17 has the function of generating an optical interference signal of high-frequency and low-frequency components contained in the broadband light, photoelectrically converting the generated optical interference signal, and outputting the CEO signal S CEO from the obtained electrical signal.
本実施例では、CEO周波数fCEOをEOコムの繰り返し周波数frep分だけ変化させる。例えば、信号発生器7の周波数を25GHz(=frep)に設定した場合、EOコムのモード間隔は25GHzとなる。したがって、CEO周波数fCEOを25GHz周波数変調することでEOコムの各周波数モード間隔を補間して精密分光できる。しかし、25GHzのような広帯域幅を高速変調できる信号発生器は存在しないため、CEO信号SCEOを分周器18でN分周(Nは2以上の整数)して周波数を下方変換する。 In this embodiment, the CEO frequency f CEO is changed by the repetition frequency f rep of the EO comb. For example, if the frequency of the signal generator 7 is set to 25 GHz (= f rep ), the mode spacing of the EO comb is 25 GHz. Therefore, by frequency-modulating the CEO frequency f CEO by 25 GHz, the frequency mode spacing of the EO comb can be interpolated to perform precise spectroscopy. However, since there is no signal generator capable of high-speed modulation of a wide bandwidth such as 25 GHz, the CEO signal S CEO is frequency-downconverted by dividing it by N (N is an integer greater than or equal to 2) using the frequency divider 18.
帰還回路部4bの周波数変調用信号発生器19は、fCEOの基準値を基準周波数としてfrep/Nの変調幅で連続的に周波数変化することを繰り返す周波数変調用信号SMOD1を出力する。なお、後述のように周波数変調用信号SMOD1の周波数は、デジタイザー16からの制御に従って変化する。 The frequency modulation signal generator 19 of the feedback circuit 4b outputs a frequency modulation signal S MOD1 that repeats continuous frequency changes with a modulation width of f rep /N, using the reference value of f CEO as the reference frequency. Note that the frequency of the frequency modulation signal S MOD1 changes under control of the digitizer 16, as will be described later.
帰還回路部4bの周波数変調用帰還回路20は、周波数変調用信号SMOD1と分周器18の出力信号とを位相比較し、この比較結果に基づいて周波数制御信号SCTL1を出力する。本実施例の周波数制御信号SCTL1は、CWレーザー光源5の光周波数をfrepの変調幅で変調するための信号であり、具体的にはCWレーザー光源5の注入電流値を変化させるための信号である。 The frequency modulation feedback circuit 20 of the feedback circuit section 4b compares the phase of the frequency modulation signal S MOD1 with the output signal of the frequency divider 18, and outputs a frequency control signal S CTL1 based on the comparison result. The frequency control signal S CTL1 in this embodiment is a signal for modulating the optical frequency of the CW laser light source 5 with a modulation width of f rep , and more specifically, is a signal for changing the injection current value of the CW laser light source 5.
CWレーザー光源5の光周波数は、周波数制御信号SCTL1に応じて変化する。こうして、CEO周波数fCEOの周波数変調幅の分だけCWレーザー光源5の光周波数を連続的に変化させることができる。 The optical frequency of the CW laser light source 5 changes in response to the frequency control signal S CTL1 . In this way, the optical frequency of the CW laser light source 5 can be continuously changed by the frequency modulation width of the CEO frequency f CEO .
一方、CEO信号検出部4aのRF周波数カウンター21は、CEO信号SCEOの周波数fCEOを取得する。分光計測部3のデジタイザー16は、RF周波数カウンター21の出力を基に、ラインセンサ14-2で得られた受光信号Sspとラインセンサ14-1で得られた参照信号SrefとをCEO信号SCEOと同期して取り込み、デジタル化する。 Meanwhile, the RF frequency counter 21 of the CEO signal detection unit 4a acquires the frequency f CEO of the CEO signal S CEO . Based on the output of the RF frequency counter 21, the digitizer 16 of the spectroscopic measurement unit 3 captures the light reception signal S sp obtained by the line sensor 14-2 and the reference signal S ref obtained by the line sensor 14-1 in synchronization with the CEO signal S CEO and digitizes them.
デジタイザー16は、分光データ(受光信号Sspのデータ、または受光信号Sspを参照信号Srefの強度で規格化したデータ)の取り込みが終了すると、周波数変調用信号発生器19から出力される周波数変調用信号SMOD1の周波数を変化させる。こうして、分光データの取り込みが終了する度に、周波数変調用信号発生器19の出力周波数を変化させることにより、fn=fceo+n×frepのモード毎に分光データを取得することができる。デジタイザー16による周波数変調用信号発生器19の制御は、以降の実施例についても同じである。 When the digitizer 16 finishes acquiring spectroscopic data (data of the received light signal Ssp , or data obtained by normalizing the received light signal Ssp with the intensity of the reference signal Sref ), it changes the frequency of the frequency modulation signal SMOD1 output from the frequency modulation signal generator 19. In this way, by changing the output frequency of the frequency modulation signal generator 19 each time acquisition of spectroscopic data is completed, spectroscopic data can be acquired for each mode of fn = fceo + nxfrep . The control of the frequency modulation signal generator 19 by the digitizer 16 is the same in the following embodiments.
本実施例での計測時間は、周波数変調用信号発生器19の変調速度、もしくはラインセンサ14-1,14-2とデジタイザー16とによるデータ取得時間となり、マイクロ秒オーダーの高速な分光が可能となる。一般的には、データ取得時間が周波数変調速度よりも数桁高速であるため、データ取得時間が計測時間となる。 In this embodiment, the measurement time is the modulation speed of the frequency modulation signal generator 19, or the data acquisition time using the line sensors 14-1, 14-2 and digitizer 16, enabling high-speed spectroscopy on the order of microseconds. Generally, the data acquisition time is several orders of magnitude faster than the frequency modulation speed, so the data acquisition time is the measurement time.
仮に周波数変調用信号発生器19の変調速度と、ラインセンサ14-1,14-2とデジタイザー16とによるデータ取得時間とが同程度であった場合には、図3の信号線100で示すように周波数変調用信号発生器19とデジタイザー16とを同期させる必要がある。 If the modulation speed of the frequency modulation signal generator 19 and the data acquisition time by the line sensors 14-1, 14-2 and digitizer 16 were approximately the same, it would be necessary to synchronize the frequency modulation signal generator 19 and digitizer 16 as shown by signal line 100 in Figure 3.
こうして、本実施例では、1台のレーザー光源で従来のデュアルコム分光と同程度の高い周波数分解能で簡便に精密分光を行うことができる。 In this way, in this embodiment, precision spectroscopy can be easily performed with a single laser light source at a frequency resolution comparable to that of conventional dual-comb spectroscopy.
なお、本実施例では、CEO信号SCEOを計測してCWレーザー光源5の光周波数を制御しているが、CEO周波数fCEOがゼロ周波数近傍や信号発生器7の設定周波数の半分の周波数での制御が困難である。EOコムのモードの間隔を完全に補間する場合には2つの自己参照干渉計を用意する必要がある。どちらか一つの自己参照干渉計をマッハツェンダー干渉計で構成し、この干渉計の光路にシングルサイドバンド変調器や音響光学素子を挿入してCEO信号SCEOを疑似的に周波数シフトさせるようにすれば、周波数変調用帰還回路20でEOコムモード間隔を完全補間することができる。 In this embodiment, the CEO signal S CEO is measured to control the optical frequency of the CW laser light source 5, but control is difficult when the CEO frequency f CEO is near zero or at half the frequency set by the signal generator 7. To completely interpolate the EO comb mode spacing, two self-referencing interferometers are required. If one of the self-referencing interferometers is configured as a Mach-Zehnder interferometer and a single-sideband modulator or an acousto-optic element is inserted into the optical path of this interferometer to artificially frequency-shift the CEO signal S CEO , the EO comb mode spacing can be completely interpolated by the frequency modulation feedback circuit 20.
[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図4は、本発明の第3の実施例に係るシングルコム分光装置の構成例を示す図である。本実施例のシングルコム分光装置は、EOコム生成部1aと、広帯域光生成部2と、分光計測部3と、CEO信号検出部4aと、帰還回路部4cとを備えている。帰還回路部4cは、分周器18と、周波数変調用信号発生器19と、周波数変調用帰還回路20cとから構成される。
[Third Example]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Fig. 4 shows an example of the configuration of a single-comb spectrometer according to the third embodiment of the present invention. The single-comb spectrometer of this embodiment includes an EO comb generator 1a, a broadband light generator 2, a spectroscopic measurement unit 3, a CEO signal detector 4a, and a feedback circuit 4c. The feedback circuit 4c includes a frequency divider 18, a frequency modulation signal generator 19, and a frequency modulation feedback circuit 20c.
第2の実施例では、CWレーザー光源5の光周波数を変化させるために、周波数変調用帰還回路20からの周波数制御信号SCTL1によってCWレーザー光源5の注入電流値を制御していた。 In the second embodiment, in order to change the optical frequency of the CW laser light source 5, the injection current value of the CW laser light source 5 is controlled by the frequency control signal SCTL1 from the frequency modulation feedback circuit 20.
これに対して、本実施例では、EOコム生成部1の代わりに、EOコム生成部1aを設け、CWレーザー光源5から出力されたCW光を周波数変調する。EOコム生成部1aは、CWレーザー光源5と、光変調部6と、信号発生器7と、分散媒質8と、変調器22(第2の変調器)と、周波数可変用信号発生器23と、周波数逓倍器24と、RF増幅器25とから構成される。 In contrast, in this embodiment, an EO comb generator 1a is provided instead of the EO comb generator 1, and frequency modulates the CW light output from the CW laser light source 5. The EO comb generator 1a is composed of the CW laser light source 5, an optical modulator 6, a signal generator 7, a dispersion medium 8, a modulator 22 (second modulator), a frequency-variable signal generator 23, a frequency multiplier 24, and an RF amplifier 25.
変調器22は、音響光学素子もしくはシングルサイドバンド電気光学変調器である。周波数可変用信号発生器23は、周波数可変用信号SMOD2を出力する。
周波数逓倍器24は、周波数可変用信号SMOD2の周波数をN倍する。RF増幅器25は、周波数逓倍器24の出力信号を増幅する。
The modulator 22 is an acousto-optical element or a single-sideband electro-optical modulator. The frequency varying signal generator 23 outputs a frequency varying signal S MOD2 .
The frequency multiplier 24 multiplies the frequency of the frequency varying signal S MOD2 by N. The RF amplifier 25 amplifies the output signal of the frequency multiplier 24 .
音響光学素子からなる変調器22は、CWレーザー光源5から出力されたCW光の周波数を、RF増幅器25の出力信号の周波数分だけシフトさせる。本実施例では、帰還回路部4cの周波数変調用帰還回路20cから出力される周波数制御信号SCTL2は、周波数可変用信号SMOD2の周波数を0~frep/Nの範囲で連続的に変化させることを繰り返すための信号である。これにより、本実施例では、CWレーザー光源5から出力されたCW光の周波数を、0~frepの範囲で連続的に周波数シフトさせることを繰り返すことができる。 The modulator 22, which is made up of an acousto-optic element, shifts the frequency of the CW light output from the CW laser light source 5 by the frequency of the output signal from the RF amplifier 25. In this embodiment, the frequency control signal S CTL2 output from the frequency modulation feedback circuit 20 c of the feedback circuit section 4 c is a signal for repeatedly changing the frequency of the frequency varying signal S MOD2 continuously within the range of 0 to f rep /N. As a result, in this embodiment, the frequency of the CW light output from the CW laser light source 5 can be repeatedly shifted continuously within the range of 0 to f rep .
変調器22としてシングルサイドバンド電気光学変調器22を用いる場合、帰還回路部4cの周波数変調用帰還回路20cから出力される周波数制御信号SCTL2は、CWレーザー光源5から出力されたCW光の周波数を、0~frepの範囲で連続的に周波数シフトさせることを繰り返すための電圧信号となる。
他の構成は第2の実施例と同じである。
When a single-sideband electro-optic modulator 22 is used as the modulator 22, the frequency control signal SCTL2 output from the frequency modulation feedback circuit 20c of the feedback circuit section 4c becomes a voltage signal for repeatedly shifting the frequency of the CW light output from the CW laser light source 5 continuously within the range of 0 to frep .
The other configurations are the same as those of the second embodiment.
なお、第2、第3の実施例では、分周器18を使用しているが、25GHzのような広帯域幅を高速変調できる周波数変調用信号発生器19を使用できる場合には、分周器18は不要である。 In the second and third embodiments, a frequency divider 18 is used, but if a frequency modulation signal generator 19 capable of high-speed modulation over a wide bandwidth such as 25 GHz can be used, the frequency divider 18 is not necessary.
[第4の実施例]
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図5は、本発明の第4の実施例に係るシングルコム分光装置の構成例を示す図である。本実施例のシングルコム分光装置は、EOコム生成部1と、広帯域光生成部2と、分光計測部3と、CEO信号検出部4aと、帰還回路部4dとを備えている。第2、第3の実施例では、CEO信号SCEOを分周器18でN分周して周波数を下方変換しているが、本実施例では、周波数変調用信号発生器19の変調帯域幅を拡大するために逓倍器を用いて周波数変調用信号発生器19の出力周波数をN倍する。
[Fourth Example]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a single-comb spectrometer according to the fourth embodiment of the present invention. The single-comb spectrometer of this embodiment includes an EO comb generator 1, a broadband light generator 2, a spectroscopic measurement unit 3, a CEO signal detector 4a, and a feedback circuit 4d. In the second and third embodiments, the CEO signal S CEO is divided by N using a frequency divider 18 to down-convert the frequency. However, in this embodiment, a multiplier is used to multiply the output frequency of the frequency modulation signal generator 19 by N in order to expand the modulation bandwidth of the frequency modulation signal generator 19.
帰還回路部4dは、周波数変調用信号発生器19と、周波数変調用帰還回路20dと、周波数逓倍器27とから構成される。
周波数逓倍器27は、周波数変調用信号発生器19から出力された周波数変調用信号SMOD1の周波数をN倍する。
The feedback circuit section 4 d comprises a frequency modulation signal generator 19 , a frequency modulation feedback circuit 20 d , and a frequency multiplier 27 .
The frequency multiplier 27 multiplies the frequency of the frequency modulation signal S MOD1 output from the frequency modulation signal generator 19 by N times.
周波数変調用帰還回路20dは、周波数逓倍器27の出力信号とCEO信号SCEOとを位相比較し、この比較結果に基づいてCWレーザー光源5の光周波数を変調するための周波数制御信号SCTL1を出力する。他の構成は第2の実施例と同じである。
こうして、本実施例では、第2の実施例と同様の効果を得ることができる。
The frequency modulation feedback circuit 20d compares the phase of the output signal of the frequency multiplier 27 with the CEO signal S CEO and, based on the comparison result, outputs a frequency control signal S CTL1 for modulating the optical frequency of the CW laser light source 5. The other configurations are the same as those of the second embodiment.
In this way, the present embodiment can achieve the same effects as the second embodiment.
本実施例では、周波数逓倍器27を第2の実施例に適用した例で説明したが、第3の実施例に適用してもよい。この場合の構成を図6に示す。
帰還回路部4eは、周波数変調用信号発生器19と、周波数変調用帰還回路20eと、周波数逓倍器27とから構成される。
In this embodiment, the frequency multiplier 27 is applied to the second embodiment, but it may also be applied to the third embodiment. The configuration in this case is shown in FIG.
The feedback circuit section 4 e comprises a frequency modulation signal generator 19 , a frequency modulation feedback circuit 20 e , and a frequency multiplier 27 .
周波数変調用帰還回路20dは、周波数逓倍器27の出力信号とCEO信号SCEOとに基づいて、周波数可変用信号SMOD2の周波数を0~frep/Nの範囲で連続的に変化させるための周波数制御信号SCTL2を出力する。第3の実施例で説明したとおり、変調器22としてシングルサイドバンド電気光学変調器22を用いる場合、周波数制御信号SCTL2は、CWレーザー光源5から出力されたCW光の周波数を、0~frepの範囲で連続的に周波数シフトさせるための電圧信号となる。 The frequency modulation feedback circuit 20d outputs a frequency control signal S CTL2 for continuously changing the frequency of the frequency varying signal S MOD2 in the range of 0 to f rep /N based on the output signal of the frequency multiplier 27 and the CEO signal S CEO . As described in the third embodiment, when a single-sideband electro-optic modulator 22 is used as the modulator 22, the frequency control signal S CTL2 becomes a voltage signal for continuously frequency-shifting the frequency of the CW light output from the CW laser light source 5 in the range of 0 to f rep .
[第5の実施例]
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図7は、本発明の第5の実施例に係るシングルコム分光装置の構成例を示す図である。本実施例のシングルコム分光装置は、EOコム生成部1と、広帯域光生成部2と、分光計測部3と、CEO信号検出部4fとを備えている。
CEO信号検出部4fは、自己参照干渉計17と、RF周波数カウンター21と、データ集積装置26と、設定部28とから構成される。
[Fifth Example]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Fig. 7 shows an example of the configuration of a single-comb spectrometer according to the fifth embodiment of the present invention. The single-comb spectrometer of this embodiment includes an EO comb generator 1, a broadband light generator 2, a spectroscopic measurement unit 3, and a CEO signal detector 4f.
The CEO signal detection unit 4f comprises a self-referencing interferometer 17, an RF frequency counter 21, a data accumulation device 26, and a setting unit .
第2の実施例では、CEO信号SCEOを基に周波数変調用帰還回路20を用いてCWレーザー光源5の光周波数を変化させていた。これに対して、本実施例では、CWレーザー光源5を、CEO周波数fCEOが定まらないフリーラングで動作させる。 In the second embodiment, the optical frequency of the CW laser light source 5 is changed based on the CEO signal S CEO using the frequency modulation feedback circuit 20. In contrast, in this embodiment, the CW laser light source 5 is operated in a free run where the CEO frequency f CEO is not determined.
本実施例では、シングルコム分光装置の運用前に、CEO周波数fCEOとCWレーザー光源5の注入電流値との関係を測定する。このとき、CWレーザー光源5の周波数は、CEO周波数fCEOを計測するRF周波数カウンター21の結果を集積するデータ集積装置26によって算出できる。 In this example, before operating the single-comb spectrometer, the relationship between the CEO frequency f CEO and the injection current value of the CW laser light source 5 is measured. At this time, the frequency of the CW laser light source 5 can be calculated by a data collection device 26 that collects the results of an RF frequency counter 21 that measures the CEO frequency f CEO .
CEO信号検出部4fの設定部28は、データ集積装置26に記憶されたCEO周波数fCEOとCWレーザー光源5の注入電流値との関係を基に、CWレーザー光源5の光周波数がfrepの変調幅で連続的に変化することを繰り返すようにCWレーザー光源5に対して注入電流値の設定を行う。
このような設定により、CWレーザー光源5のドライバ(不図示)は自動的に注入電流値を繰り返し変化させるので、CWレーザー光源5はフリーラングで動作する。
Based on the relationship between the CEO frequency f CEO stored in the data accumulation device 26 and the injection current value of the CW laser light source 5, the setting unit 28 of the CEO signal detection unit 4f sets the injection current value for the CW laser light source 5 so that the optical frequency of the CW laser light source 5 repeatedly changes continuously with a modulation width of f rep.
With such settings, the driver (not shown) of the CW laser light source 5 automatically and repeatedly changes the injection current value, so that the CW laser light source 5 operates in a free run.
第2の実施例と同様に、分光計測部3のデジタイザー16は、ラインセンサ14-2で得られた受光信号Sspとラインセンサ14-1で得られた参照信号SrefとをCEO信号SCEOと同期して取り込み、デジタル化する。 As in the second embodiment, the digitizer 16 of the spectroscopic measurement unit 3 takes in the light reception signal S sp obtained by the line sensor 14-2 and the reference signal S ref obtained by the line sensor 14-1 in synchronization with the CEO signal S CEO and digitizes them.
また、データ集積装置26は、CEO周波数fCEOの計測結果を基にCEO周波数fCEOのデータを出力する。
デジタイザー16は、分光データ(受光信号Sspのデータ、または受光信号Sspを参照信号Srefの強度で規格化したデータ)にCEO周波数fCEOのデータと繰り返し周波数frepのデータとを付加するラベリングを行う。
Furthermore, the data accumulator 26 outputs data on the CEO frequency f CEO based on the measurement result of the CEO frequency f CEO .
The digitizer 16 performs labeling by adding data on the CEO frequency f CEO and data on the repetition frequency f rep to the spectroscopic data (data on the received light signal S sp or data on the received light signal S sp normalized by the intensity of the reference signal S ref).
以上のように、本実施例では、分光データにCEO周波数fCEOのデータを付加するラベリングを行うことにより、分光データの計測条件が識別可能になる。
なお、本実施例のようにラベリングを行う構成を第1~第4の実施例に適用してもよい。
As described above, in this embodiment, by performing labeling to add data on the CEO frequency f CEO to the spectroscopic data, the measurement conditions of the spectroscopic data can be identified.
The labeling configuration of this embodiment may be applied to the first to fourth embodiments.
以上、前記実施例に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、信号対雑音比が高いことを必要としない場合は光分波器12で光分岐せず一つの光路で分光計測することができる。 The present invention has been specifically described above based on the above-mentioned embodiment, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and various modifications are possible without departing from the spirit of the invention. For example, if a high signal-to-noise ratio is not required, spectroscopic measurement can be performed using a single optical path without branching the light using the optical splitter 12.
本発明は、精密な分光データを得る技術に適用することができる。 This invention can be applied to technologies for obtaining precise spectroscopic data.
1,1a…EOコム生成部、2…広帯域光生成部、3…分光計測部、4a,4f…CEO信号検出部、4b,4c,4d,4e…帰還回路部、5…CWレーザー光源、6…光変調部、7…信号発生器、8…分散媒質、9…光増幅器、10…分散補償器、11…高非線形媒質、12…光分波器、13-1,13-2…回折格子、14-1,14-2…ラインセンサ、15…分光試料、16…デジタイザー、17…自己参照干渉計、18…分周器、19…周波数変調用信号発生器、20,20c,20d,20e…周波数変調用帰還回路、21…RF周波数カウンター、22…変調器、23…周波数可変用信号発生器、24,27…周波数逓倍器、25…RF増幅器、26…データ集積装置、28…設定部。 1, 1a...EO comb generation unit, 2...broadband light generation unit, 3...spectroscopic measurement unit, 4a, 4f...CEO signal detection unit, 4b, 4c, 4d, 4e...feedback circuit unit, 5...CW laser light source, 6...optical modulation unit, 7...signal generator, 8...dispersion medium, 9...optical amplifier, 10...dispersion compensator, 11...highly nonlinear medium, 12...optical demultiplexer, 13-1, 13-2...diffraction grating, 14-1, 14-2...light Sensor, 15...spectroscopic sample, 16...digitizer, 17...self-referencing interferometer, 18...frequency divider, 19...frequency modulation signal generator, 20, 20c, 20d, 20e...frequency modulation feedback circuit, 21...RF frequency counter, 22...modulator, 23...frequency variable signal generator, 24, 27...frequency multiplier, 25...RF amplifier, 26...data accumulation device, 28...setting unit.
Claims (8)
前記連続波レーザー光源からのレーザー光を所定の繰り返し周波数で位相変調して電気光学変調コムを発生させるように構成された第1の変調器と、
前記電気光学変調コムのキャリアエンベロープオフセット周波数を検出するように構成された検出部と、
前記キャリアエンベロープオフセット周波数に基づいて前記連続波レーザー光源の光周波数を変調するように構成された帰還回路部と、
試料を透過した前記電気光学変調コムの観測結果から分光データを得るように構成された分光計測部と、
前記分光データを前記キャリアエンベロープオフセット周波数を示すキャリアエンベロープオフセット信号と同期して取得するように構成されたデジタイザーと、
前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを出力するように構成されたデータ集積装置とを備え、
前記デジタイザーは、前記分光データに前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを付加するラベリングを行うことを特徴とするシングルコム分光装置。 a continuous wave laser light source;
a first modulator configured to phase-modulate the laser light from the continuous wave laser light source at a predetermined repetition rate to generate an electro-optic modulation comb;
a detector configured to detect a carrier-envelope offset frequency of the electro-optic modulation comb;
a feedback circuit configured to modulate the optical frequency of the continuous wave laser light source based on the carrier envelope offset frequency;
a spectroscopic measurement unit configured to obtain spectroscopic data from an observation result of the electro-optic modulation comb transmitted through a sample;
a digitizer configured to acquire the spectroscopic data synchronously with a carrier envelope offset signal indicative of the carrier envelope offset frequency;
a data collection device configured to output data of the carrier envelope offset frequency;
The single-comb spectroscopic device is characterized in that the digitizer performs labeling by adding data of the carrier envelope offset frequency to the spectroscopic data.
前記帰還回路部は、前記連続波レーザー光源の注入電流値を変化させることにより前記連続波レーザー光源の光周波数を変調することを特徴とするシングルコム分光装置。 2. The single-comb spectroscopic device according to claim 1,
The single-comb spectrometer is characterized in that the feedback circuit section modulates the optical frequency of the continuous-wave laser light source by changing the injection current value of the continuous-wave laser light source.
前記連続波レーザー光源の後段に設けられた、シングルサイドバンド電気光学変調器または音響光学素子からなる第2の変調器をさらに備え、
前記帰還回路部は、前記第2の変調器を制御することにより前記連続波レーザー光源の光周波数を変調することを特徴とするシングルコム分光装置。 2. The single-comb spectroscopic device according to claim 1,
a second modulator, which is a single-sideband electro-optic modulator or an acousto-optical element, provided downstream of the continuous wave laser light source;
The single-comb spectrometer is characterized in that the feedback circuit section modulates the optical frequency of the continuous wave laser light source by controlling the second modulator.
前記帰還回路部は、前記キャリアエンベロープオフセット周波数が前記繰り返し周波数の分だけ連続的に変化するように前記連続波レーザー光源の光周波数を変調することを特徴とするシングルコム分光装置。 4. The single-comb spectroscopic device according to claim 1,
The single comb spectrometer is characterized in that the feedback circuit section modulates the optical frequency of the continuous wave laser light source so that the carrier envelope offset frequency changes continuously by the repetition frequency.
前記帰還回路部は、
周波数変調用信号を出力するように構成された周波数変調用信号発生器と、
前記キャリアエンベロープオフセット信号を分周するように構成された分周器と、
前記周波数変調用信号と前記分周器の出力信号とを比較した結果に基づいて前記連続波レーザー光源の光周波数の変調用の周波数制御信号を出力するように構成された周波数変調用帰還回路とから構成されることを特徴とするシングルコム分光装置。 5. The single-comb spectroscopic device according to claim 1,
The feedback circuit unit includes:
a frequency modulation signal generator configured to output a frequency modulation signal;
a frequency divider configured to divide the carrier envelope offset signal;
and a frequency modulation feedback circuit configured to output a frequency control signal for modulating the optical frequency of the continuous wave laser light source based on the result of comparing the frequency modulation signal with the output signal of the frequency divider.
前記連続波レーザー光源からのレーザー光を所定の繰り返し周波数で位相変調して電気光学変調コムを発生させるように構成された変調器と、
前記電気光学変調コムのキャリアエンベロープオフセット周波数を検出するように構成された検出部と、
試料を透過した前記電気光学変調コムの観測結果から分光データを得るように構成された分光計測部と、
前記分光データを前記キャリアエンベロープオフセット周波数を示すキャリアエンベロープオフセット信号と同期して取得するように構成されたデジタイザーと、
前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを出力するように構成されたデータ集積装置とを備え、
前記デジタイザーは、前記分光データに前記キャリアエンベロープオフセット周波数のデータを付加するラベリングを行うことを特徴とするシングルコム分光装置。 a continuous wave laser light source configured to continuously change its optical frequency;
a modulator configured to phase-modulate the laser light from the continuous wave laser light source at a predetermined repetition rate to generate an electro-optic modulation comb;
a detector configured to detect a carrier-envelope offset frequency of the electro-optic modulation comb;
a spectroscopic measurement unit configured to obtain spectroscopic data from an observation result of the electro-optic modulation comb transmitted through a sample;
a digitizer configured to acquire the spectroscopic data synchronously with a carrier envelope offset signal indicative of the carrier envelope offset frequency;
a data collection device configured to output data of the carrier envelope offset frequency;
The single-comb spectroscopic device is characterized in that the digitizer performs labeling by adding data of the carrier envelope offset frequency to the spectroscopic data.
前記連続波レーザー光源は、光周波数が前記繰り返し周波数の分だけ連続的に変化することを特徴とするシングルコム分光装置。 7. The single-comb spectroscopic device according to claim 6,
The single-comb spectroscopic device is characterized in that the optical frequency of the continuous wave laser light source changes continuously by the repetition frequency.
前記電気光学変調コムに波長分散を与えることにより光パルス列に変換するように構成された分散媒質と、
前記光パルス列のパルス幅を圧縮することにより短パルス化するように構成された分散補償器と、
前記分散補償器を出射した光パルス列の帯域を拡大させるように構成された非線形媒質とをさらに備え、
前記分光計測部は、前記非線形媒質によって帯域が拡大された光を前記試料に入射させることを特徴とするシングルコム分光装置。 8. The single-comb spectrometer according to claim 1,
a dispersion medium configured to convert the electro-optic modulation comb into an optical pulse train by applying wavelength dispersion to the electro-optic modulation comb;
a dispersion compensator configured to compress the pulse width of the optical pulse train to shorten the pulses;
a nonlinear medium configured to expand the bandwidth of the optical pulse train output from the dispersion compensator,
The spectroscopic measurement unit is a single-comb spectroscopic device characterized in that light whose bandwidth has been expanded by the nonlinear medium is incident on the sample.
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