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測定装置

国内特許コード P170014019
整理番号 (S2013-1350-N0)
掲載日 2017年4月7日
出願番号 特願2015-538858
出願日 平成26年8月21日(2014.8.21)
国際出願番号 JP2014004314
国際公開番号 WO2015045266
国際出願日 平成26年8月21日(2014.8.21)
国際公開日 平成27年4月2日(2015.4.2)
優先権データ
  • 特願2013-197192 (2013.9.24) JP
発明者
  • 黒川 隆志
  • 柏木 謙
  • 田中 洋介
  • 塩田 達俊
出願人
  • 国立大学法人東京農工大学
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 測定装置
発明の概要 分光光学系を有する測定装置の測定帯域を広げ、当該測定装置の制御系を簡単にし、かつ、当該測定装置を安価にする。被測定試料の透過特性または反射特性を測定する測定装置であって、一定の周波数間隔を有する複数のモード光を含むコム光を出力する周波数コム光源と、コム光が入力され、コム光における複数のモード光を一つずつ周波数分解する分光光学系と、分光光学系から取り出された複数のモード光のうち少なくとも1つのモード光の強度を検出する光検出器とを備え、光検出器が強度を検出する1つのモード光は、コム光源の出力から、光検出器の入力までの間に配置された被測定試料を透過または反射し、コム光のモード間隔周波数は、分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置を提供する。
従来技術、競合技術の概要


図25は、周波数コム光源を備える従来の測定装置1400である。測定装置1400を用いて、被測定試料1420の光周波数応答特性を測定することができる。測定装置1400は、モード光の間隔が10GHzオーダーである周波数コム光源1402と、複数の低密度周波数のコム光を発生させるインターリーバ1408と、インターリーバ1408から出射される低密度周波数のコム光を選択する光スイッチ1410と、光スイッチ1410からの出射光を増幅するEDFA(光増幅器)1412と、光増幅器1412からの出射光のうち1つのモード光を取り出す可変光フィルタ1414を備える。



測定装置1400においては、可変光フィルタ1414を透過した1つのモード光(周波数f)が、周波数シフタ1416により、光周波数軸上をMHzオーダーの周波数fだけ掃引される。当該掃引された1つのモード光は、被測定試料1420を透過し、高速光検出器1422に入射する。高速光検出器1422には、掃引された1つのモード光に加えて、可変波長レーザ1430の出射光も入射する。高速光検出器1422の出力は、電気アンプ1424およびローパスフィルタ1426を経て、光パワーメータ1428に出力される。これにより、掃引された1つのモード光が可変波長レーザ1430の出射光により光ヘテロダイン検波される。



測定装置1400では、周波数コム光源1402から出力されるコム光のうち1つのモード光を取り出し、周波数シフタ1416によりMHzオーダーで周波数掃引して変化させる。それゆえ、被測定試料1420への入射光を、MHzオーダーで制御することができる。また、インターリーバ1408を一段または二段用いてモード間隔を広げているので、可変光フィルタ1414の分解能よりも小さなモード間隔のコム光源に対しても、1つのモード光を選択できる。さらに、光ヘテロダイン検波により、被測定試料1420を透過した光の強度および周波数を測定することができる。したがって、測定装置1400は、被測定試料1420の光周波数に対する応答特性について、MHzオーダーでの分解能を有する(例えば、特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2011-017649号公報

産業上の利用分野


本発明は、測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
被測定試料の透過特性または反射特性を測定する測定装置であって、
一定の周波数間隔を有する複数のモード光を含むコム光を出力する周波数コム光源と、
前記コム光が入力され、前記コム光における前記複数のモード光を一つずつ周波数分解する分光光学系と、
前記分光光学系から取り出された前記複数のモード光のうち少なくとも1つのモード光の強度を検出する光検出器と
を備え、
前記光検出器が強度を検出する前記1つのモード光は、前記コム光源の出力から、前記光検出器の入力までの間に配置された前記被測定試料を透過または反射し、
前記コム光のモード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置。

【請求項2】
前記モード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能の2倍以上である
請求項1に記載の測定装置。

【請求項3】
前記分光光学系は、前記複数のモード光のうち、指定される1つのモード光だけを取り出す出射スリットを有し、
前記光検出器は、前記出射スリットから出射された前記1つのモード光の強度を検出する単一の光電変換素子を有する、
請求項1または2に記載の測定装置。

【請求項4】
前記光検出器は、前記分光光学系によって周波数分解された前記複数のモード光を並列的に検出するイメージセンサを有する、請求項1または2に記載の測定装置。

【請求項5】
前記コム光源は、
前記モード間隔周波数と同一の繰り返し周波数の光パルスを出力するパルス光源と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスのスペクトルを周波数シフトさせる周波数シフタと、
前記光パルスの有する周波数帯域を拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と
を有する請求項1から4のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項6】
前記周波数シフタにおけるシフト量に応じて、前記分光光学系が取り出す光周波数の範囲をシフトさせる制御機能を有する制御部を更に備える
請求項5に記載の測定装置。

【請求項7】
前記パルス光源は、
単一周波数の連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と
を有する請求項5または6に記載の測定装置。

【請求項8】
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数よりも小さい周波数で位相変調して、それぞれのモード光に1次の両側サイドバンド光を生じさせて、前記光変調器に入力する位相変調器と、
前記位相変調器に信号を入力する信号発生器と、
前記光検出器の出力と前記信号発生器の信号が位相調整された信号とを受信するロックイン検波器と
を更に有し、
前記分光光学系は、指定される1つのモード光と当該モード光の前記1次の両側サイドバンド光とを同時に取り出して前記光検出器に入射し、
前記光検出器から出力される電気信号は前記ロックイン検波器に送られ、変調信号を用いて位相敏感検波され、直交した2つの信号が取り出される
請求項7に記載の測定装置。

【請求項9】
前記光変調器は、前記連続光が分岐して入力される第1の光変調器および第2の光変調器を含み、
前記第1の光変調器は、前記モード間隔周波数がfの前記コム光の前記種コム光を生成し、前記第2の光変調器は、前記モード間隔周波数がfの前記コム光の前記種コム光を生成し、
とfとの差は、fおよびfのいずれよりも小さく、
前記モード間隔周波数がfの前記コム光および前記モード間隔周波数がfの前記コム光の一方または両方が、前記被測定試料を透過または反射しており、
前記モード間隔周波数がfの前記コム光と前記モード間隔周波数がfの前記コム光とは合波され、前記分光光学系に入射される
請求項7に記載の測定装置。

【請求項10】
前記光パルス合成部は、前記第1の光変調器および前記第2の光変調器に対応する第1の光パルス合成部および第2の光パルス合成部を含み、
前記帯域拡大部は、前記第1の光パルス合成部および前記第2の光パルス合成部に対応する第1の帯域拡大部および第2の帯域拡大部を含む
請求項9に記載の測定装置。

【請求項11】
被測定試料の透過特性または反射特性をヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光源から出力されて異なるモード間隔周波数のコム光となった2種類のコム光が、合波されて入力されるデュアルコム受光器と
を備え、
前記コム光源は、
前記コム光において隣接する複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数と同一の間隔を有し、且つ、前記コム光よりも少ない数のモード光を含む光パルスを出力するパルス光源と、
前記モード光が存在する周波数帯域を前記光パルスより拡大した前記コム光を、前記光パルスに基づいて生成する帯域拡大部と、
前記パルス光源が出力する前記光パルスの周波数を、前記モード間隔周波数よりも狭い範囲でシフトさせることで、前記コム光の各モード光の周波数を一括してシフトさせる周波数シフタと
を有し、
前記パルス光源は、
連続光を出力する連続発振レーザと、
前記連続光の周波数を、前記モード間隔周波数に応じた周波数で変調して、複数のモード光を含む種コム光を生成する、第1の光変調器および第2の光変調器と、
前記種コム光における各モード光の位相および振幅を調整し、光パルスを合成する光パルス合成部と、
を含み、
前記連続光は2つに分岐され、前記第1の光変調器および前記第2の光変調器にそれぞれ入射されて、
前記第1の光変調器は、前記モード間隔周波数がfの前記コム光の前記種コム光を生成し、前記第2の光変調器は、前記モード間隔周波数がfの前記コム光の前記種コム光を生成し、
とfとの差は、fおよびfのいずれよりも小さく、
前記モード間隔周波数がfの前記コム光および前記モード間隔周波数がfの前記コム光の一方または両方が、前記被測定試料を透過または反射しており、
前記モード間隔周波数がfの前記コム光と前記モード間隔周波数がfの前記コム光とは合波され、前記デュアルコム受光器に入射される測定装置。

【請求項12】
前記光パルス合成部は、前記第1の光変調器および前記第2の光変調器に対応する第1の光パルスシンセサイザおよび第2の光パルスシンセサイザを含み、
前記帯域拡大部は、前記第1の光パルスシンセサイザおよび前記第2の光パルスシンセサイザに対応する第1の帯域拡大部および第2の帯域拡大部を含む
請求項11に記載の測定装置。

【請求項13】
前記光パルス合成部と前記帯域拡大部との間に、光周波数シフタをさらに備える
請求項8から12のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項14】
前記光パルス合成部は、前記第1の光変調器および前記第2の光変調器に対応する第1の分散付与器および第2の分散付与器を含み、
前記帯域拡大部は、前記第1の分散付与器および前記第2の分散付与器に対応する第1の帯域拡大部および第2の帯域拡大部を含み、
前記デュアルコム受光器は、
異なるモード間隔周波数のコム光が合波されて入力される光電変換素子と、
前記光電変換素子からの出力が入力されるディジタイザと
を有し、
前記測定装置は、
前記第1の分散付与器と前記第1の帯域拡大部との間に設けられた一の周波数シフタと、
前記連続発振レーザからの出力を前記第1の光変調器および前記第2の光変調器に分岐する分岐カプラと前記連続発振レーザとの間に設けられた他の周波数シフタと
をさらに備える、
請求項11に記載の測定装置。

【請求項15】
被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光が入力され、前記コム光における前記複数のモード光のうち、指定される1つのモード光だけを取り出す分光光学系と、
前記分光光学系から取り出された前記1つのモード光と前記被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と
を備え、
前記コム光において隣接する前記複数のモード光の周波数間隔であるモード間隔周波数は、前記分光光学系の光周波数分解能より大きい測定装置。

【請求項16】
被測定光源の発光スペクトルをヘテロダイン検波により測定する測定装置であって、
周波数が異なる複数のモード光を含むコム光を出力するコム光源と、
前記コム光と前記被測定光源の被測定光とが合波された光の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力が入力される電気スペクトラムアナライザと
を備える測定装置。

【請求項17】
前記コム光源と前記分光光学系との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第1の波長変換部と、
前記第1の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定試料を透過または反射した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第2の波長変換部と
をさらに備える
請求項1から10のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項18】
前記コム光源と前記デュアルコム受光器との間において、
近赤外の波長帯域のコム光を、前記近赤外の波長帯域よりも長波長である中赤外の波長帯域のコム光に変換する、第1の波長変換部と、
前記第1の波長変換部において中赤外の波長帯域に変換されたコム光を、前記被測定試料を透過または反射した後に、近赤外の波長帯域のコム光に再び変換する、第2の波長変換部と
をさらに備える
請求項11または12に記載の測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015538858thum.jpg
出願権利状態 公開
※ 国立大学法人東京農工大学では、先端産学連携研究推進センターにおいて、知的財産の創出・権利化・活用に取り組んでいます。上記の特許・技術の内容および導入に興味・関心がありましたら、当センターまでお気軽にお問い合わせください。


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