特許 7256777 レーザ線幅の測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-04

(45)【発行日】2023-04-12

(54)【発明の名称】レーザ線幅の測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 9/02 20060101AFI20230405BHJP

【ＦＩ】

G01J9/02

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020147649

(22)【出願日】2020-09-02

(65)【公開番号】P2022042290

(43)【公開日】2022-03-14

【審査請求日】2022-05-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(74)【代理人】

【識別番号】100170667

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 浩次

(72)【発明者】

【氏名】石村 昇太

(72)【発明者】

【氏名】釣谷 剛宏

【審査官】嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－０３３３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８１１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５７２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０８０６２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ ９／００－Ｇ０１Ｊ ９／０４

Ｇ０１Ｍ １１／００－Ｇ０１Ｍ １１／０８

Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｏｐｔｉｃａ

ＩＥＴ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ

ＡＰＳ Ｊｏｕｒｎａｌｓ

Ｓｃｉｔａｔｉｏｎ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象のレーザが射出するレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光に分岐する分岐手段と、
前記第２レーザ光に遅延を与える遅延手段と、
前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光と、前記第１レーザ光と、に基づき前記レーザのレーザ線幅を測定する測定手段と、
を備え、
前記遅延手段は、複数のコアを備えたマルチコア光ファイバを有し、前記第２レーザ光を、前記複数のコアの内の少なくとも２つのコアを直列に接続した第１コアにおいて双方向に伝搬させることで前記第２レーザ光に遅延を与えることを特徴とする測定装置。

【請求項2】

前記遅延手段は、前記第１コアの第１端部から入力され、前記第１コアを伝搬して前記第１端部とは異なる第２端部から出力された前記第２レーザ光を、前記第２端部に入力させることで、前記第２レーザ光を前記第１コアにおいて双方向に伝搬させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記遅延手段は、前記第１コアの前記第２端部に接続され、前記第２端部から出力された前記第２レーザ光を前記第２端部に向けて反射する反射手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記反射手段は、反射するレーザ光の偏波面を、反射前のレーザ光の偏波面に対して所定量だけ回転させることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。

【請求項5】

前記反射手段は、ファラデー回転ミラーであり、
前記所定量は９０度であることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。

【請求項6】

前記第２レーザ光及び前記第１レーザ光の内の一方の偏波面を９０度だけ回転させる偏波回転手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。

【請求項7】

前記測定手段は、
前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光の周波数をシフトさせる周波数シフト手段と、
前記周波数シフト手段により周波数がシフトされた前記第１レーザ光と、前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光とを合波して第３レーザ光を出力する合波手段と、
前記第３レーザ光を光電変換して電気信号を出力する光電変換手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項8】

前記測定手段は、前記電気信号に基づき前記レーザのレーザ線幅を判定することを特徴とする請求項７に記載の測定装置。

【請求項9】

測定対象のレーザが射出するレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光に分岐する分岐手段と、
前記第２レーザ光に遅延を与える遅延手段と、
前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光と、前記第１レーザ光と、に基づき前記レーザのレーザ線幅を測定する測定手段と、
を備え、
前記測定手段は、
前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光と、前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光との和に対応する第３レーザ光と、前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光と、前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光との差に対応する第４レーザ光と、前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光及び前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光の内の一方のレーザ光の位相をπ／２だけシフトさせたレーザ光と、他方のレーザ光との和に対応する第５レーザ光と、前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光及び前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光の内の一方のレーザ光の位相をπ／２だけシフトさせたレーザ光と、他方のレーザ光との差に対応する第６レーザ光と、を出力する出力手段と、
前記第３レーザ光及び前記第４レーザ光それぞれを光電変換し、前記第３レーザ光を光電変換して得た信号と前記第４レーザ光を光電変換して得た信号との差に対応する第１電気信号を出力する第１光電変換手段と、
前記第５レーザ光及び前記第６レーザ光それぞれを光電変換し、前記第５レーザ光を光電変換して得た信号と前記第６レーザ光を光電変換して得た信号との差に対応する第２電気信号を出力する第２光電変換手段と、
を備えていることを特徴とする測定装置。

【請求項10】

前記第１光電変換手段及び前記第２光電変換手段はバランスドフォトダイオードであることを特徴とする請求項９に記載の測定装置。

【請求項11】

測定対象のレーザが射出するレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光に分岐する分岐手段と、
前記第２レーザ光に遅延を与える遅延手段と、
前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光と、前記第１レーザ光と、に基づき前記レーザのレーザ線幅を測定する測定手段と、
を備え、
前記測定手段は、
前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光と、前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光との和又は差に対応する第３レーザ光と、前記分岐手段により分岐された前記第１レーザ光及び前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光の内の一方のレーザ光の位相をπ／２だけシフトさせたレーザ光と、他方のレーザ光との和又は差に対応する第４レーザ光と、を出力する出力手段と、
前記第３レーザ光を光電変換して第１電気信号を出力する第１光電変換手段と、
前記第４レーザ光を光電変換して第２電気信号を出力する第２光電変換手段と、
を備えていることを特徴とする測定装置。

【請求項12】

前記測定手段は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号に基づき前記レーザのレーザ線幅を判定することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項13】

前記出力手段は９０度光ハイブリッドであることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項14】

前記遅延手段は、複数のコアを備えたマルチコア光ファイバを有し、前記第２レーザ光を、前記複数のコアの内の少なくとも２つのコアを直列に接続した第１コアにおいて双方向に伝搬させることで前記第２レーザ光に遅延を与えることを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザが射出する光のスペクトル線幅（以下、レーザ線幅）の測定技術に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１は、レーザ線幅の測定構成を開示している。以下、非特許文献１の測定構成について簡単に説明する。まず、測定対象のレーザが射出したレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光に２分岐し、第１レーザ光の周波数を音響光学変調器（ＡＯＭ）により数１０ＭＨｚ程度だけシフトさせる。また、第２レーザ光については、数キロ程度の長さの光ファイバを伝送させる。ＡＯＭによる周波数シフト後の第１レーザ光と、光ファイバ伝送後の第２レーザ光とを合波して光電変換することで、周波数シフト後の第１レーザ光と、光ファイバ伝送後の第２レーザ光とのビート成分に対応する電気信号を取得する。合波の際の第１レーザ光に対する第２レーザ光の遅延量がコヒーレンス長以上であると、第１レーザ光の周波数の揺らぎと、第２レーザ光の周波数の揺らぎに相関はなく、よって、光電変換で得られる電気信号の周波数の揺らぎは、測定対象のレーザのレーザ線幅に対応するものと見做すことができる。したがって、この電気信号の周波数変動量に基づきレーザ線幅を測定することができる。

【0003】

非特許文献２も、レーザ線幅の測定構成を開示している。非特許文献２においては、測定対象のレーザが射出した第１レーザ光と、基準レーザが射出した第２レーザ光とを合波して光電変換することでレーザ線幅を測定している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ"，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １６ （１６），６３０，１９８０年

【文献】Ｋ． Ｋｉｋｕｃｈｉ，"Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ－ｌａｓｅｒ ｐｈａｓｅ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｔ－ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ ｏｆｆｌｉｎｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ２０ （５），５２９１－５３０２，２０１２年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献２の構成は、基準レーザを必要とし、測定構成のコストが高くなる。また、非特許文献２の構成において測定されるレーザ線幅は、正確には、測定対象のレーザ線幅と基準レーザのレーザ線幅を合わせたものである。非特許文献１の構成は、基準レーザを必要としないが、第２レーザ光の第１レーザ光に対する遅延をコヒーレンス長以上とするために、極めて長い距離の光ファイバを必要とする。さらに、非特許文献１及び非特許文献２の構成は、共に、第１レーザ光と第２レーザ光の偏波面が一致する様に、合波前に第１レーザ光及び／又は第２レーザ光の偏波面を手動で調整しなければならず、測定における操作が煩雑になる。

【0006】

本発明は、簡易にレーザ線幅を測定する技術を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によると、測定装置は、測定対象のレーザが射出するレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光に分岐する分岐手段と、前記第２レーザ光に遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段により遅延された前記第２レーザ光と、前記第１レーザ光と、に基づき前記レーザのレーザ線幅を測定する測定手段と、を備え、前記遅延手段は、複数のコアを備えたマルチコア光ファイバを有し、前記第２レーザ光を、前記複数のコアの内の少なくとも２つのコアを直列に接続した第１コアにおいて双方向に伝搬させることで前記第２レーザ光に遅延を与えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、簡易にレーザ線幅を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態による測定装置の構成図。

【図2】一実施形態による測定装置の構成図。

【図3】一実施形態による測定装置の構成図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0011】

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による測定装置１の構成図である。測定装置１は、測定対象であるレーザ５０のレーザ線幅を測定する。レーザ５０が射出するレーザ光は、測定装置１のカップラ１０に入力される。なお、レーザ５０が射出するレーザ光の偏波の方向をＸ方向と定義する。また、Ｘ方向及びレーザ光の伝搬方向の両方に直交する方向をＹ方向と定義する。さらに、レーザ光の偏波面の方向がＸ方向であることをＸ偏波と表記し、Ｙ方向であることをＹ偏波と表記する。図１の矢印近傍の"Ｘ"及び"Ｙ"の文字は、近傍の矢印により示されるレーザ光がＸ偏波であるかＹ偏波であるかを示している。カップラ１０は、入力されるＸ偏波のレーザ光を２分岐して、一方を測定部３０に出力し、他方を遅延付与部２０に出力する。なお、以下の説明において、カップラ１０が測定部３０に出力するレーザ光を第１レーザ光と表記し、カップラ１０が遅延付与部２０に出力するレーザ光を第２レーザ光と表記する。

【0012】

遅延付与部２０は、第２レーザ光に遅延を与える。遅延付与部２０の偏波ビームスプリッタ２００は、カップラ１０と、光ファイバ２０１と、偏波回転部４０と、に接続される。偏波ビームスプリッタ２００は、カップラ１０に接続されているポートから入力されたＸ偏波の光を、光ファイバ２０１に接続されているポートから出力し、Ｙ偏波の光を偏波回転部４０に接続されているポートから出力する。また、偏波ビームスプリッタ２００は、光ファイバ２０１に接続されているポートから入力されたＸ偏波の光をカップラ１０に接続されているポートから出力し、Ｙ偏波の光を偏波回転部４０に接続されているポートから出力する。したがって、カップラ１０から偏波ビームスプリッタ２００に入力されたＸ偏波の第２レーザ光は、光ファイバ２０１に入力される。本実施形態においては、光ファイバ２０１は、シングルコア光ファイバであるものとする。光ファイバ２０１のコアの一端は、上述した様に偏波ビームスプリッタ２００に接続され、他端は、ファラデー回転ミラー（ＦＲＭ）２０２に接続される。したがって、偏波ビームスプリッタ２００から光ファイバ２０１に入力された第２レーザ光は、光ファイバ２０１のコアを伝搬した後、ＦＲＭ２０２に入力される。なお、光ファイバ２０１のコアを伝搬する過程で、第２レーザ光の偏波面は変動し、よって、ＦＲＭ２０２に入射する第２レーザ光の偏波面は、Ｘ偏波とは異なり得る。なお、光ファイバ２０１が第２レーザ光に与える偏波面の変動量は、様々な要因に依存し、事前にその変動量を決定することは難しい。ＦＲＭ２０２は、第２レーザ光を光ファイバ２０１のコアに向けて反射するが、その際、第２レーザ光の偏波面を、反射前の偏波面に対して９０度だけ回転させる。

【0013】

ＦＲＭ２０２で反射された第２レーザ光は、光ファイバ２０１のコアを伝搬して偏波ビームスプリッタ２００に入力される。なお、光ファイバ２０１において、第２レーザ光の偏波面は変動するが、この変動は、第２レーザ光がＦＲＭ２０２に向かって伝搬する際に受けた偏波面の変動と同じ量であり、かつ、その向きは逆向きとなる。つまり、光ファイバ２０１が第２レーザ光に与える偏波面の変動は、光ファイバ２０１の同じコアを双方向に伝送されることによって相殺される。したがって、光ファイバ２０１が偏波ビームスプリッタ２００に第２レーザ光を出力する際の第２レーザ光の偏波面は、偏波ビームスプリッタ２００が光ファイバ２０１に第２レーザ光を出力した際の第２レーザ光の偏波面に対して、ＦＲＭ２０２が与えた９０度だけ回転されたものとなる。つまり、光ファイバ２０１が偏波ビームスプリッタ２００に出力する第２レーザ光はＹ偏波となる。したがって、偏波ビームスプリッタ２００は、Ｙ偏波の第２レーザ光を偏波回転部４０に出力する。偏波回転部４０は、例えば、１／２波長板であり、Ｙ偏波の第２レーザ光の偏波面を９０度だけ回転させる。したがって、偏波回転部４０は、Ｘ偏波の第２レーザ光を、測定部３０のカップラ３０３に出力する。

【0014】

一方、カップラ１０が測定部３０に出力した第１レーザ光は、音響光学変調器（ＡＯＭ）３０２に入力される。ＡＯＭ３０２は、発振器３０１が生成して出力する正弦波信号の周波数だけ第１レーザ光の周波数をシフトさせ、周波数シフト後の第１レーザ光をカップラ３０３に出力する。カップラ３０３は、周波数シフトされた第１レーザ光と第２レーザ光を合波して、Ｘ偏波の第３レーザ光をフォトダイオード（ＰＤ）３０４に出力する。ＰＤ３０４は、第３レーザ光を光電変換し、周波数シフトされた第１レーザ光と、第２レーザ光とのビート成分に対応する電気信号を出力する。仮に、レーザ５０が射出するレーザ光の周波数に揺らぎがなく、レーザ５０が理想的な線スペクトルのレーザ光を射出するものとすると、ＰＤ３０４が出力する電気信号は、第１レーザ光（周波数シフトされている）と、第２レーザ光の周波数差をその周波数とする正弦波信号となる。ここで、レーザ５０が射出するレーザ光の周波数が変動すると、ＰＤ３０４が出力する電気信号の周波数もそれに応じて変動する。したがって、判定部３０５は、ＰＤ３０４が出力する電気信号の周波数の揺らぎ（周波数変動量）を検出することで、レーザ５０のレーザ線幅を測定することができる。

【0015】

なお、ＰＤ３０４が出力する電気信号の中心周波数は、発振器３０１が生成する正弦波信号の周波数になる。ここで、発振器３０１が生成する正弦波信号に揺らぎが生じると、その揺らぎは、測定結果に重畳される。したがって、判定部３０５は、発振器３０１が生成する正弦波信号の周波数に対する、ＰＤ３０４が出力する電気信号の周波数の変動を測定する構成とすることもできる。発振器３０１が生成する正弦波信号の周波数を基準としてＰＤ３０４が出力する電気信号の周波数の変動を測定することで、発振器３０１が生成する正弦波信号の周波数の変動を相殺することができる。

【0016】

なお、カップラ３０３における第２レーザ光の第１レーザ光に対する遅延量は、２つのレーザ光の周波数の揺らぎに相関が無くなる様に設定する。本実施形態において、この第２レーザ光に遅延を与えるのは、遅延付与部２０、より正確には、光ファイバ２０１である。したがって、光ファイバ２０１の長さは、カップラ３０３における第２レーザ光の第１レーザ光に対する遅延量が、コヒーレンス長以上となる様に設定する。但し、非特許文献１の構成とは異なり、本実施形態では、光ファイバ２０１において第２レーザ光を双方向に伝搬させるため、非特許文献１の構成と比較して光ファイバ２０１の長さを半分にすることができる。

【0017】

さらに、本実施形態では、光ファイバ２０１の同じコアにおいて第２レーザ光を双方向に伝搬させるため、光ファイバ２０１が第２レーザ光に与える偏波変動は相殺される。したがって、手動による偏波面の調整は不要となる。なお、図１では、カップラ３０３において第１レーザ光と第２レーザ光の偏波面を一致させるため、遅延付与部２０が出力するＹ偏波の第２レーザ光を偏波回転部４０によりＸ偏波にしていた。しかしながら、例えば、カップラ１０と偏波ビームスプリッタ２００の間で第２レーザ光の偏波面を９０度だけ回転させる構成とすることができる。なお、この場合、偏波ビームスプリッタ２００は、Ｙ偏波のレーザ光を光ファイバ２０１に出力し、Ｘ偏波のレーザ光をカップラ３０３に出力する。また、光ファイバ２０１とＦＲＭ２０２の間で、第２レーザ光が往復する際に、第２レーザ光の偏波面を合計で９０度だけ回転させる構成とすることができる。さらに、カップラ１０からカップラ３０３までの間において、第１レーザ光の偏波面を９０度だけ回転させてＹ偏波とし、カップラ３０３においては、Ｙ偏波の第１レーザ光とＹ偏波の第２レーザ光を合波する構成とすることもできる。また、本実施形態では、ＦＲＭ２０２により第２レーザ光を反射させて、第２レーザ光を、再度、光ファイバ２０１に入射させていた。しかしながら、反射前の偏波の方向と、反射後の偏波の方向との関係が既知である任意の光学部材をＦＲＭ２０２に代えて使用することができる。

【0018】

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、発振器３０１及びＡＯＭ３０２により、第１レーザ光の周波数をシフトさせていた。つまり、カップラ３０３が合波する第１レーザ光と第２レーザ光の周波数は異なっており、測定装置１は、レーザ５０のレーザ線幅の測定にヘテロダイン検波を使用していた。本実施形態においては、コストの高いＡＯＭ３０２を省略するため、第１レーザ光の周波数をシフトさせない。したがって、測定装置１は、ホモダイン検波によりレーザ５０のレーザ線幅を測定する。

【0019】

図２は、本実施形態による測定装置１の構成図である。なお、第一実施形態の測定装置１と同様の構成要素には同じ参照符号を付与し、その説明については基本的に省略する。また、各レーザ光の偏波面は、第一実施形態と同様であるため、図２においては偏波面の表記を省略している。

【0020】

まず、第２レーザ光を遅延させるための構成と、第２レーザ光の偏波面を第１レーザ光の偏波面に一致させるための構成は、第一実施形態と同様である。したがって、測定部３０には、カップラ１０からＸ偏波の第１レーザ光が入力され、偏波回転部４０からＸ偏波の第２レーザ光が入力される。本実施形態において、測定部３０は、９０度光ハイブリッド３０６を有し、第１レーザ光及び第２レーザ光は、９０度光ハイブリッド３０６に入力される。なお、図２に示す様に、９０度光ハイブリッド３０６に入力される第１レーザ光及び第２レーザ光の電界成分をそれぞれＥ_１及びＥ_２と表記する。９０度光ハイブリッド３０６は、第１レーザ光と第２レーザ光との和である第３レーザ光と、第１レーザ光と第２レーザ光との差である第４レーザ光と、をバランスドＰＤ３０７に出力する。第３レーザ光の電界成分はＥ_１＋Ｅ_２であり、第４レーザ光の電界成分はＥ_１－Ｅ_２である。さらに、９０度光ハイブリッド３０６は、第１レーザ光と、位相をπ／２だけシフトさせた第２レーザ光との和である第５レーザ光と、第１レーザ光と、位相をπ／２だけシフトさせた第２レーザ光との差である第６レーザ光と、をバランスドＰＤ３０８に出力する。第５レーザ光の電界成分はＥ_１＋ｊＥ_２であり、第６レーザ光の電界成分はＥ_１－ｊＥ_２である。なお、第１レーザ光と第２レーザ光の関係が逆転している構成であっても良い。

【0021】

バランスドＰＤ３０７は、第３レーザ光を光電変換して得た第３電気信号と、第４レーザ光を光電変換して得た第４電気信号との差分を出力する。例えば、第３レーザ光を光電変換して得られる第３電気信号は、正確には、第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分（積成分）に加えて、第１レーザ光の２乗成分と、第２レーザ光の２乗成分とを、含んでいる。第一実施形態のヘテロダイン検波において、第１レーザ光の２乗成分及び第２レーザ光の２乗成分の周波数帯域は、第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分の周波数帯域とは異なるため、フィルタにより分離可能である。しかしながら、本実施形態においてはホモダイン検波であるため、総ての成分の周波数帯域は、略同じとなる。ここで、第４電気信号も、第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分に加えて、第１レーザ光の２乗成分と、第２レーザ光の２乗成分とを、含んでいる。しかしながら、第４電気信号に含まれる第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分は、第３電気信号に含まれる第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分とは逆相である。一方、第４電気信号に含まれる第１レーザ光の２乗成分及び第２レーザ光の２乗成分は、第３電気信号に含まれるものと同相である。したがって、第３電気信号と第４電気信号との差分により、第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分を取り出すことができる。バランスドＰＤ３０８についても同様である。なお、バランスドＰＤ３０７が出力する信号は同相（Ｉ）成分に対応し、バランスドＰＤ３０８が出力する信号は直交（Ｑ）成分に対応する。

【0022】

したがって、判定部３０５は、バランスドＰＤ３０７が出力するＩ成分を示す電気信号と、バランスドＰＤ３０８が出力するＱ成分を示す電気信号とに基づき、レーザ５０のレーザ線幅を判定することができる。具体的には、判定部３０５は、Ｉ成分を示す電気信号とＱ成分を示す電気信号とに基づき、電気信号全体の振幅を判定する。レーザ５０が理想的な線スペクトルのレーザ光を射出するものとすると、この電気信号の振幅は一定（直流）となる。一方、レーザ５０が射出するレーザ光の周波数が変動すると、この電気信号の振幅は、その周波数に応じて変動する。したがって、判定部３０５は、Ｉ成分を示す電気信号とＱ成分を示す電気信号とに基づき、電気信号の周波数を検出することで、レーザ５０のレーザ線幅を測定することができる。

【0023】

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第二実施形態との相違点を中心に説明する。第二実施形態の９０度光ハイブリッド３０６と、２つのバランスドＰＤ３０７及び３０８と、を含む部分の構成は、光通信システムのホモダイン検波で使用されるのと同様の構成である。光通信システムにおいては、９０度光ハイブリッド３０６に入力される第１レーザ光及び第２レーザ光の内の一方が信号光となり、他方が局所光となる。ホモダイン検波で必要な成分は、第二実施形態でレーザ線幅の測定に使用する成分と同様、つまり、局所光と信号光とのビート成分であり、局所光の２乗成分及び信号光の２乗成分は、復調において干渉成分となる。したがって、通常、ホモダイン検波においては、図２に示す様に、バランスドＰＤを使用して干渉成分である、局所光の２乗成分及び信号光の２乗成分を除去する。ここで、局所光の振幅は一定であるが、信号光の振幅は、一般的に、搬送している情報により変化する。つまり、信号光の２乗成分は、直流ではなく、局所光と信号光とのビート成分の周波数帯域に少なくとも部分的に重複する周波数帯域を有する信号となる。したがって、光通信システムのホモダイン検波においてはバランスドＰＤが必要となる。

【0024】

しかしながら、第二実施形態の構成において、第１レーザ光と第２レーザ光の振幅は共に一定である。したがって、第１レーザ光の２乗成分と、第２レーザ光の２乗成分は、共に、直流成分であり、フィルタや、デジタル信号処理により除去可能である。本実施形態は、第二実施形態のバランスドＰＤ３０７及びバランスドＰＤ３０８に代えて、通常のＰＤを使用するものである。

【0025】

図３は、本実施形態による測定装置１の構成図である。なお、第二実施形態の測定装置１と同様の構成要素には同じ参照符号を付与し、その説明については基本的に省略する。第二実施形態との相違点は、バランスドＰＤ３０７に代えてＰＤ３０９を使用し、バランスドＰＤ３０８に代えてＰＤ３１０を使用することである。なお、図３においては、ＰＤ３０９に第３レーザ光（電界成分Ｅ_１＋Ｅ_２）を入力しているが、第４レーザ光（電界成分Ｅ_１－Ｅ_２）を入力する構成とすることもできる。また、図３においては、ＰＤ３１０に第５レーザ光（電界成分Ｅ_１＋ｊＥ_２）を入力しているが、第６レーザ光（電界成分Ｅ_１－ｊＥ_２）を入力する構成とすることもできる。

【0026】

ＰＤ３０９は、第３レーザ光を光電変換して得た第３電気信号を判定部３０５に出力し、ＰＤ３１０は、第５レーザ光を光電変換して得た第５電気信号を判定部３０５に出力する。第３電気信号は、第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分に加えて、第１レーザ光の２乗成分と、第２レーザ光の２乗成分とを含む。判定部３０５は、第３電気信号の直流成分を除去することで、第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分を取り出す。第１レーザ光と第２レーザ光のビート成分は、同相（Ｉ）成分に対応する。直流成分を除去する処理は、アナログ領域で行っても、デジタル領域で行っても良い。第５電気信号は、第１レーザ光と、π／２だけ位相がシフトされた第２レーザ光とのビート成分に加えて、第１レーザ光の２乗成分と、π／２だけ位相がシフトされた第２レーザ光の２乗成分とを含む。判定部３０５は、第５電気信号の直流成分を除去することで、第１レーザ光と、π／２だけ位相がシフトされた第２レーザ光のビート成分を取り出す。第１レーザ光と、π／２だけ位相がシフトされた第２レーザ光のビート成分は、直交（Ｑ）成分に対応する。直流成分を除去する処理は、アナログ領域で行っても、デジタル領域で行っても良い。そして、判定部３０５は、第二実施形態と同様に、Ｉ成分及びＱ成分に基づきレーザ５０のレーザ線幅を測定する。

【0027】

以上、本実施形態は、バランスドＰＤに代えて、通常のＰＤを使用するため、第二実施形態と比較して測定装置１のコストを抑えることができる。

【0028】

＜その他の実施形態＞
第一実施形態から第三実施形態において、光ファイバ２０１は、シングルコア光ファイバであるものとしていた。しかしながら、光ファイバ２０１として、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを使用することができる。マルチコア光ファイバの少なくとも２つのコアを直列に接続することで、光ファイバ２０１の長さを、短くすることができる。例えば、マルチコア光ファイバの第１端部において、第１コアと第２コアを接続し、当該マルチコア光ファイバの第１端部とは異なる第２端部において、第２コアと第３コアを接続するといったことを繰り返すことで、マルチコア光ファイバのｎ個（ｎは２以上の整数）のコアを直列に接続することができる。マルチコア光ファイバのｎ個のコアを直列に接続することで、シングルコア光ファイバを光ファイバ２０１として使用する場合と比較して、光ファイバ２０１の長さを１／ｎにすることができる。

【0029】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0030】

１０：カップラ、２０：遅延付与部、３０：測定部

【図1】

【図2】

【図3】