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JP2005172688A - Standard apparatus for optical wavelength - Google Patents

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JP2005172688A
JP2005172688A JP2003415128A JP2003415128A JP2005172688A JP 2005172688 A JP2005172688 A JP 2005172688A JP 2003415128 A JP2003415128 A JP 2003415128A JP 2003415128 A JP2003415128 A JP 2003415128A JP 2005172688 A JP2005172688 A JP 2005172688A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a controlling system of apparatus and to miniature the apparatus itself as well as to improve stability of wavelength in apparatus in a standard apparatus for optical wavelength. <P>SOLUTION: In the standard apparatus for optical wavelength equipped with a plane of incidence 2a and a plane of emission 2b formed with the Brewster window, an optical wavelength standard cell 2 encapsulated with absorbing material so as to absorb incident light in the specified optical wavelength zone injected from the plane of incidence, and a pair of total reflection mirrors 4 arranged in opposed position intervening both the plane of incidence and the plane of emission of the optical wavelength standard cell 2, incident light is forced to inject into interior of the optical wavelength standard cell 2 and then multiply reflected light resulting from its several reciprocations inside the optical wavelength standard cell 2 is emitted out of the optical wavelength standard cell 2, after transmitted light from the optical wavelength standard cell 2 is reflected multiply by the pair of total reflection mirrors 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、光波長基準装置に関するものであり、特に、光通信波長帯の光波の波長計測器やレーザ共振器を用いた波長安定化光源に対して波長基準を与える光波長基準装置に関するものである。   The present invention relates to an optical wavelength reference device, and more particularly to an optical wavelength reference device that gives a wavelength reference to a wavelength-stabilized light source using a wavelength measuring device or a laser resonator of an optical wave in an optical communication wavelength band. is there.

従来、光の絶対波長(あるいは周波数)の安定化技術として、原子または分子の吸収スペクトルの中心を波長基準とし、単一縦モードのレーザ光源から得られるレーザ波長を、この光波長基準と一致させる制御技術が研究されており、このような光波長の基準器として原子あるいは分子を封じた光波長基準セルが開発されている。   Conventionally, as a technique for stabilizing the absolute wavelength (or frequency) of light, the center of the absorption spectrum of an atom or molecule is used as a wavelength reference, and the laser wavelength obtained from a single longitudinal mode laser light source is matched with this optical wavelength reference. Control technology has been studied, and an optical wavelength reference cell in which atoms or molecules are sealed has been developed as a reference device for such an optical wavelength.

図13は、従来の光通信波長帯における光波長基準装置の構成の一例を示す模式図である。同図において、この光波長基準装置100は、光通信波長の1.5μm帯に吸収スペクトルを有するアセチレン分子あるいはシアン化水素分子を封じた光波長基準セル101と、光波長基準セル101を挟んで一対の全反射鏡を対向させて配置させたファブリー・ペロー光共振器102とによって構成されている。   FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of an optical wavelength reference device in a conventional optical communication wavelength band. In this figure, this optical wavelength reference device 100 includes an optical wavelength reference cell 101 in which an acetylene molecule or hydrogen cyanide molecule having an absorption spectrum in the 1.5 μm band of the optical communication wavelength is sealed, and a pair of optical wavelength reference cells 101. It is constituted by a Fabry-Perot optical resonator 102 in which total reflection mirrors are arranged to face each other.

ファブリー・ペロー光共振器102を構成するのは、光波長基準セル101にてドップラーフリーな線幅の細い飽和吸収線を光波長基準として用いるためであり、光波長基準セル101内における光の強度を増幅し、光波長基準セル101内の分子の光吸収効果の飽和特性に基づいて光出力波長を観測している。   The Fabry-Perot optical resonator 102 is configured to use a saturated absorption line with a narrow Doppler-free line width as an optical wavelength reference in the optical wavelength reference cell 101, and the intensity of light in the optical wavelength reference cell 101. And the light output wavelength is observed based on the saturation characteristics of the light absorption effect of the molecules in the light wavelength reference cell 101.

図14は、従来の光波長基準装置を用いた波長安定化レーザ光の構成の一例を示す構成図である。同図において、安定化光源である波長可変レーザ105からの出力光は光波長基準装置103に入力され、波長可変レーザ105の発振波長と光波長基準装置103の基準波長との差を、ファブリー・ペロー光共振器102の共振器長を可変するための圧電素子104a、光検出器112、信号発生器113、およびロックインアンプ114から成る位相敏感検波系により検出し、その検出信号を負帰還回路115を用いて圧電素子105bの印加電圧にフィードバックすることによりファブリー・ペロー光共振器102の共振波長を光波長基準装置103の基準波長に安定化させている。また、周波数変調器106、光分岐器107、信号発生器108、光検出器109、電気ミキサー110、および負帰還回路111から構成されるもう一つの負帰還制御系により、ファブリー・ペロー光共振器102の共振器長に同期させて波長可変レーザ105の共振器長を負帰還制御している。このとき、波長可変レーザ105の共振器長は、光分岐器107で分岐された光波長基準装置103からの戻り光によって制御される。このように、従来の波長安定化レーザでは、これらの2つの負帰還制御系を用いて波長可変レーザ105の発振波長を光波長基準装置103の基準波長に安定化させている。   FIG. 14 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a wavelength-stabilized laser beam using a conventional optical wavelength reference device. In the figure, the output light from the wavelength tunable laser 105 which is a stabilizing light source is input to the optical wavelength reference device 103, and the difference between the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser 105 and the reference wavelength of the optical wavelength reference device 103 is expressed as Fabry Detection is performed by a phase sensitive detection system including a piezoelectric element 104a for changing the resonator length of the Perot optical resonator 102, a photodetector 112, a signal generator 113, and a lock-in amplifier 114, and the detected signal is a negative feedback circuit. The resonant wavelength of the Fabry-Perot optical resonator 102 is stabilized at the reference wavelength of the optical wavelength reference device 103 by feeding back to the applied voltage of the piezoelectric element 105 b using 115. Further, a Fabry-Perot optical resonator is provided by another negative feedback control system including a frequency modulator 106, an optical splitter 107, a signal generator 108, a photodetector 109, an electric mixer 110, and a negative feedback circuit 111. The resonator length of the wavelength tunable laser 105 is negatively feedback controlled in synchronization with the resonator length of 102. At this time, the resonator length of the wavelength tunable laser 105 is controlled by the return light from the optical wavelength reference device 103 branched by the optical splitter 107. Thus, in the conventional wavelength stabilization laser, the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser 105 is stabilized at the reference wavelength of the optical wavelength reference device 103 using these two negative feedback control systems.

つぎに、上述した位相敏感検波系により行われる処理について説明する。ここで、図15は、位相敏感検波の概念を説明するための説明図である。圧電素子104aに信号発生器113からの変調信号を印加することにより、ファブリー・ペロー光共振器102の共振器長は変調され、また同時に、この共振器長と同期して波長可変レーザ105の共振器長も変更される。したがって、波長可変レーザ105から信号発生器113の変調周波数で周波数変調された変調レーザ光が出力される。図15の横軸は、この変調レーザ光の中心波長λSであり、縦軸は光波長基準装置103からの光出力P0である。また、K1は、光波長基準セル101の吸収特性の一例を示す特性カーブである。この特性カーブK1において、ポイントA1に対応する波長光では、ポイントA2、A3に対応する波長光よりも吸収特性が大であることを意味している。一方、横軸の下部に示す波形は、光波長基準セル101に印加される変調レーザ光を示すものである。位相敏感検波出力では、変調レーザ光そのものが印加点を中心に変調周波数fmにて変調(微少変動)されているので、同図に示すように、印加点を中心に波長変動が生じた波形となる。 Next, processing performed by the above-described phase sensitive detection system will be described. Here, FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the concept of phase-sensitive detection. By applying a modulation signal from the signal generator 113 to the piezoelectric element 104a, the resonator length of the Fabry-Perot optical resonator 102 is modulated, and at the same time, the resonance of the wavelength tunable laser 105 is synchronized with the resonator length. The captain is also changed. Therefore, a modulated laser beam that is frequency-modulated with the modulation frequency of the signal generator 113 is output from the wavelength tunable laser 105. The horizontal axis in FIG. 15 is the center wavelength λ S of this modulated laser beam, and the vertical axis is the optical output P 0 from the optical wavelength reference device 103. K1 is a characteristic curve showing an example of the absorption characteristic of the optical wavelength reference cell 101. This characteristic curve K1 means that the wavelength light corresponding to the point A1 has a larger absorption characteristic than the wavelength light corresponding to the points A2 and A3. On the other hand, the waveform shown at the bottom of the horizontal axis indicates the modulated laser light applied to the optical wavelength reference cell 101. The phase-sensitive detector output, since modulated laser beam itself is modulated (slight variation) at the modulation frequency f m around the application point, as shown in the figure, the wavelength variation around the application point occurs waveform It becomes.

さて、図15に示すカーブK1上のポイントA1に対応する波長光が入射する場合では、縦軸の左側に示すような周波数2fmのビート周波数の出力が検出され。一方、カーブK1上のポイントA2またはA3に対応する波長光が入射する場合では、変調周波数fmのビート周波数の出力が検出される。 Now, in the case where the wavelength light corresponding to a point A1 on the curve K1 shown in FIG. 15 is incident, the output of the beat frequency of the frequency 2f m as shown in the left side of the vertical axis is detected. On the other hand, the wavelength light corresponding to a point A2 or A3 on the curve K1 is the case of incident, the output of the beat frequency of the modulation frequency f m is detected.

図16は、位相敏感検波系から出力される出力波形の概要を示した図である。いま、横軸に変調レーザ光の中心波長λSをとり、縦軸に位相敏感検波系の出力の変調周波数fmに同期した成分をとると、図15のポイントA1では、周波数fmに同期した成分が観測されないのに対し、同図のポイントA2、A3では周波数fmに同期した成分が観測されるため、図16に示すカーブK2のようになる。したがって、変調周波数fmに同期した成分がゼロとなるように、より詳細には、位相敏感検波して得られる吸収特性の微分信号に基づいて波長可変レーザ105と光波長基準装置103とを制御することで、安定した光波長基準装置として機能させることができる。 FIG. 16 is a diagram showing an outline of an output waveform output from the phase sensitive detection system. Now, the horizontal axis represents the center wavelength lambda S of the modulated laser light, taking the components synchronizing the modulation frequency f m of the output of the phase-sensitive detection system on the vertical axis, at point A1 of FIG. 15, the frequency f m Synchronization to the components that are not observed, because the synchronous component is observed to the point A2, A3 at the frequency f m in the figure, so that the curve K2 shown in FIG. 16. Thus, modulated to a frequency f m to the synchronous component is zero, more specifically, controls and the optical wavelength reference device 103 tunable laser 105 based on a differential signal of the absorption characteristics obtained by phase-sensitive detection By doing so, it can function as a stable optical wavelength reference device.

なお、上述した光波長基準装置は、光波長基準セルに対して変調レーザ光を入力するタイプの基準装置であった。これに対して、光波長基準セルを外部の磁場から遮蔽するための光波長基準セルを磁気シールド槽で覆い、光波長基準を得るための入射信号として上記変調レーザ光に代えて磁場変調をかけた光を用いた装置も存在する(例えば、特許文献1)。   The above-described optical wavelength reference device is a type of reference device that inputs modulated laser light to an optical wavelength reference cell. In contrast, the optical wavelength reference cell for shielding the optical wavelength reference cell from an external magnetic field is covered with a magnetic shield tank, and magnetic field modulation is applied instead of the modulated laser beam as an incident signal for obtaining the optical wavelength reference. There is also an apparatus that uses light (for example, Patent Document 1).

特開平10−290041号公報(第4−5頁、図1など)JP-A-10-290041 (page 4-5, FIG. 1, etc.)

しかしながら、従来の光波長基準セル装置を用いて構成した波長安定化レーザ光源においては、光波長基準セル装置を構成するファブリー・ペロー光共振器の長さとレーザ光源の共振器長とを同期させる必要があった。そのため、この波長安定化レーザ光源においては、レーザ光源の共振器長とファブリー・ベロー光共振器の長さを同期させる制御系と、ファブリー・ペロー光共振器の共振波長を光波長基準セルの波長基準に同期する制御系を同時に動作させる必要があり、その構成が複雑であった。   However, in a wavelength-stabilized laser light source configured using a conventional optical wavelength reference cell device, it is necessary to synchronize the length of the Fabry-Perot optical resonator constituting the optical wavelength reference cell device with the resonator length of the laser light source. was there. Therefore, in this wavelength-stabilized laser light source, the control system that synchronizes the resonator length of the laser light source and the length of the Fabry-Bello optical resonator, and the resonance wavelength of the Fabry-Perot optical resonator are set to the wavelength of the optical wavelength reference cell. It is necessary to simultaneously operate the control system synchronized with the reference, and the configuration is complicated.

また、波長基準となる分子吸収スペクトルの中心を検出するために、上述したような周波数変調光を用いなければならなかった。そのため、安定化させたいレーザ光自身が周波数変動しているので、応用面において、例えば、波長計測を行う場合において、その分解能や測定精度が低下してしまうため、その有用性が制限されるといった問題点があった。   Further, in order to detect the center of the molecular absorption spectrum serving as the wavelength reference, it has been necessary to use frequency-modulated light as described above. Therefore, since the frequency of the laser beam itself to be stabilized fluctuates, in terms of application, for example, when performing wavelength measurement, its resolution and measurement accuracy are reduced, so that its usefulness is limited. There was a problem.

一方、上記の特許文献1では、より高安定な波長安定化周波数を得るためにLD発振光を無変調光を用いることを特徴としているが、その代償として上述したような磁場変調をかけた光を用いるようにしている。そのため、磁場変動の影響を抑制するため磁気シールド槽や、ゼーマン変調用コイルなどが必要であり、構造が精密かつ複雑になり、かつ、制御系の構成も複雑になるといった欠点を有していた。また、これらの構造や制御系の複雑さに伴ってコストも増大するといった欠点も存在していた。   On the other hand, the above-mentioned Patent Document 1 is characterized in that unmodulated light is used as the LD oscillation light in order to obtain a more stable wavelength stabilization frequency. Is used. For this reason, a magnetic shield tank, a Zeeman modulation coil, etc. are required to suppress the influence of magnetic field fluctuations, which has the disadvantage that the structure becomes precise and complicated, and the configuration of the control system becomes complicated. . In addition, there is a drawback that the cost increases with the complexity of these structures and control systems.

この発明は、上述した従来の欠点に鑑みてなされたものであり、安定化させたいレーザ光自身を変調することなく、波長安定性に優れた光波長基準装置を提供することを目的とする。また、簡易な構造を有し、簡易な制御系で構成された光波長基準装置を提供することを目的とする。さらに、従来よりもより小型化した光波長基準装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional drawbacks, and an object thereof is to provide an optical wavelength reference device having excellent wavelength stability without modulating the laser beam itself to be stabilized. It is another object of the present invention to provide an optical wavelength reference device having a simple structure and configured with a simple control system. It is another object of the present invention to provide an optical wavelength reference device that is smaller than the conventional one.

そこで、上述した課題を解決するため、本発明では、光波長基準セルの両端面をブリュスター窓とし、光波長基準セルの外部に対向するように配置した一対の全反射鏡を用いて光波長基準セル中を光が低損失で複数回往復する構造にして、光波長基準セル内の分子と光波の相互作用距離を増大させるようにしているので、ファブリー・ペロー光共振器を用いなくとも、波長安定性に優れ、簡易な構造と簡易な制御系で構成された光波長基準装置を提供するものである。   Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention uses a pair of total reflection mirrors arranged so that both end faces of the optical wavelength reference cell have Brewster windows and face the outside of the optical wavelength reference cell. Since the structure in which the light reciprocates multiple times in the reference cell multiple times with low loss is designed to increase the interaction distance between molecules and light waves in the optical wavelength reference cell, without using a Fabry-Perot optical resonator, The present invention provides an optical wavelength reference device that has excellent wavelength stability and is configured with a simple structure and a simple control system.

また、本発明では、ブリュスター窓が形成された光波長基準セルの端面により、光波長基準セルの材質(ガラス)と空気との間を光が1回通過するごとに生じるフレネル反射を約4%を抑制することができるようにし、光波長基準セル中を光が複数回数往復させた場合でも、従来法で発生した大きな光損失を、大幅に低減させるようにしている。その結果、光強度をほとんど低減させることなく波長基準セル中の分子と光波の相互作用距離を増大させることができ、従来よりもより小型化した光波長基準装置を提供するものである。   In the present invention, the end face of the optical wavelength reference cell in which the Brewster window is formed causes about 4 Fresnel reflections that occur each time light passes between the material (glass) of the optical wavelength reference cell and air. % Can be suppressed, and even when light reciprocates a plurality of times in the optical wavelength reference cell, the large optical loss generated by the conventional method is greatly reduced. As a result, it is possible to increase the interaction distance between molecules and light waves in the wavelength reference cell with almost no reduction in light intensity, and to provide an optical wavelength reference device that is smaller than the conventional one.

すなわち、本発明の請求項1にかかる光波長基準装置は、ブリュスター窓で形成された入射面および出射面を具備し、該入射面から入射した所定の光波長帯の入射光を吸収させるための吸収物質が封入されてなる光波長基準セルと、前記光波長基準セルの入射面と出射面とを挟んで対向させて配置した一対の全反射鏡とを備え、前記入射光を前記光波長基準セル内に入射させ、該光波長基準セルからの透過光を前記一対の全反射鏡により多重反射させ、該光波長基準セル中を複数回往復させた多重反射光を該光波長基準セルの外部に出力することを特徴とする。   That is, the optical wavelength reference device according to claim 1 of the present invention includes an incident surface and an output surface formed by a Brewster window, and absorbs incident light in a predetermined light wavelength band incident from the incident surface. And a pair of total reflection mirrors arranged opposite to each other with the incident surface and the output surface of the optical wavelength reference cell interposed therebetween, and the incident light is converted into the optical wavelength. Incident light enters the reference cell, the reflected light from the optical wavelength reference cell is multiple-reflected by the pair of total reflection mirrors, and the multiple reflected light reciprocated a plurality of times in the optical wavelength reference cell is transmitted to the optical wavelength reference cell. It is characterized by output to the outside.

また、本発明の請求項2にかかる光波長基準装置は、上記の発明において、前記光波長基準セルの内部に入射光を入射させるための入力端および前記多重反射光を該光波長基準セルの外部に出力させるための出力端にそれぞれ接続された偏波保持型光ファイバをさらに備えることを特徴とする。   An optical wavelength reference device according to a second aspect of the present invention is the optical wavelength reference device according to the above invention, wherein an input end for allowing incident light to enter the optical wavelength reference cell and the multiple reflected light are input to the optical wavelength reference cell. It is further characterized by further comprising polarization-maintaining optical fibers respectively connected to output terminals for outputting to the outside.

また、本発明の請求項3にかかる光波長基準装置は、ブリュスター窓で形成された入射面および出射面を具備し、該入射面から入射した所定の光波長帯の入射光を吸収させるための吸収物質が封入されてなる光波長基準セルと、前記光波長基準セルの入射面と出射面とを挟んで対向させて配置した一対の全反射鏡と、前記光波長基準セルの内部に入射光を入射させるとともに、該光波長基準セルの外部に前記多重反射光を出力させるための入出力端に接続された第1の偏波保持型光ファイバと、前記第1の偏波保持型光ファイバに接続され、前記光波長基準セルに光源からの光を導き、該光波長基準セルからの戻り光を光源とは異なる光路に分離出力するための偏波保持型光サーキュレータと、前記偏波保持型光サーキュレータに接続され、入射光の入力レベルを調整するための光増幅器と、前記光波長基準セルの外部に前記多重反射光を一時的に出力させるための第2の偏波保持型光ファイバと、前記第2の偏波保持型光ファイバに接続され、一時的に出力された多重反射光を前記光波長基準セルに再入射させるための偏波保持型光ファイバブラッググレーティングとを備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical wavelength reference apparatus including an incident surface and an output surface formed by a Brewster window for absorbing incident light in a predetermined light wavelength band incident from the incident surface. A light wavelength reference cell in which a light absorbing material is enclosed, a pair of total reflection mirrors disposed opposite to each other with an incident surface and an output surface of the light wavelength reference cell interposed therebetween, and incident on the inside of the light wavelength reference cell A first polarization maintaining optical fiber connected to an input / output terminal for inputting light and outputting the multiple reflected light to the outside of the optical wavelength reference cell; and the first polarization maintaining light. A polarization maintaining optical circulator connected to a fiber, for guiding light from a light source to the optical wavelength reference cell, and separating and outputting return light from the optical wavelength reference cell to an optical path different from the light source; and the polarization Connected to a holding optical circulator, An optical amplifier for adjusting an input level of incident light; a second polarization maintaining optical fiber for temporarily outputting the multiple reflected light outside the optical wavelength reference cell; and the second polarization A polarization-maintaining optical fiber Bragg grating is provided, which is connected to the holding optical fiber and temporarily re-enters the multi-reflected light output to the optical wavelength reference cell.

また、本発明の請求項4にかかる光波長基準装置は、上記の発明において、前記光波長基準セル内の分子の吸収特性が飽和領域に達しない程度の状態に設定されるように前記光波長基準セルへの入射光強度を前記光増幅器の増幅率および/または該偏波保持型光ファイバブラッググレーティングの反射率にて制御することを特徴とする。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 4 of the present invention is the optical wavelength reference device according to the above invention, wherein the optical wavelength reference device is set so that the absorption characteristics of molecules in the optical wavelength reference cell do not reach a saturation region. The light intensity incident on the reference cell is controlled by the amplification factor of the optical amplifier and / or the reflectance of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating.

また、本発明の請求項5にかかる光波長基準装置は、上記の発明において、前記光波長基準セル内の分子にホールバーニングを生じさせ、かつ、前記偏波保持型光ファイバブラッググレーティングからの戻り光が線形微弱光となるように前記光波長基準セルへの入射光強度を前記光増幅器の増幅率および/または該偏波保持型光ファイバブラッググレーティングの反射率にて制御することを特徴とする。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 5 of the present invention is the optical wavelength reference device according to the above-described invention, wherein hole burning is caused in the molecules in the optical wavelength reference cell, and the return from the polarization maintaining optical fiber Bragg grating is provided. The incident light intensity to the optical wavelength reference cell is controlled by the amplification factor of the optical amplifier and / or the reflectance of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating so that the light becomes linear weak light. .

また、本発明の請求項6にかかる光波長基準装置は、上記の発明において、前記光増幅器が、エルビウム添加ファイバ光増幅器であることを特徴とする。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 6 of the present invention is characterized in that, in the above invention, the optical amplifier is an erbium-doped fiber optical amplifier.

また、本発明の請求項7にかかる光波長基準装置は、上記の発明において、前記所定の光波長帯が光通信波長帯であることを特徴とする。   The optical wavelength reference device according to claim 7 of the present invention is characterized in that, in the above invention, the predetermined optical wavelength band is an optical communication wavelength band.

また、本発明の請求項8にかかる光波長基準装置は、上記の発明において、前記吸収物質がアセチレン分子またはシアン化水素分子であることを特徴とする。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 8 of the present invention is characterized in that, in the above invention, the absorbing material is an acetylene molecule or a hydrogen cyanide molecule.

この発明にかかる光波長基準装置によれば、光波長基準セルの両端面をブリュスター窓とし、光波長基準セルの外部に対向するように配置した一対の全反射鏡を用いて光波長基準セル中を光が低損失で複数回往復する構造にして、光波長基準セル内の分子と光波の相互作用距離を増大させるようにしているので、ファブリー・ペロー光共振器を用いずになくとも、波長安定性に優れ、従来よりもより小型化した光波長基準装置を提供することができるという効果を奏する。   According to the optical wavelength reference device of the present invention, the optical wavelength reference cell is formed by using a pair of total reflection mirrors arranged so that both end faces of the optical wavelength reference cell are Brewster windows and face the outside of the optical wavelength reference cell. Since the structure is such that light is reciprocated multiple times with low loss inside, and the interaction distance between molecules and light waves in the optical wavelength reference cell is increased, without using a Fabry-Perot optical resonator, There is an effect that it is possible to provide an optical wavelength reference device that is excellent in wavelength stability and smaller than the conventional one.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である光波長基準装置について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an optical wavelength reference apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1−1は、実施の形態1にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(上面図)であり、図1−2はその側面図である。これらの図に示す光波長基準装置は、自身への入射光および自身からの出射光の反射を防ぐためにブリュスター角の傾斜がつけられた光波長基準セルの端面(ブリュスター窓)2a,2bが形成され、光通信波長帯(1.5μm帯)に吸収スペクトルを有するアセチレン分子あるいはシアン化水素分子が封入された光波長基準セル2と、偏波保持型光ファイバ3に光を結合させるための光結合器4a,4bと、光波長基準セル2の内部を光が複数回往復するために光波長基準セル2を挟んでその両端に対向させて配置した一対の全反射鏡5と、光波長基準セル2および全反射鏡5を収めた外箱6とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1-1 is a schematic diagram (top view) showing the configuration of the optical wavelength reference device according to the first embodiment, and FIG. 1-2 is a side view thereof. The optical wavelength reference devices shown in these figures are the end faces (Brewster windows) 2a, 2b of the optical wavelength reference cell having a Brewster angle inclined to prevent reflection of incident light and outgoing light from itself. Is used to couple light to the optical wavelength reference cell 2 in which acetylene molecules or hydrogen cyanide molecules having an absorption spectrum in the optical communication wavelength band (1.5 μm band) are enclosed, and the polarization maintaining optical fiber 3. A coupler 4a, 4b, a pair of total reflection mirrors 5 disposed opposite to both ends of the optical wavelength reference cell 2 so that the light reciprocates a plurality of times inside the optical wavelength reference cell 2, and an optical wavelength reference An outer box 6 containing the cell 2 and the total reflection mirror 5 is provided.

また、図1−1に示すように、入射光の入射位置(光結合器4aの取り付け位置)と出射光の取り出し位置(光結合器4bの取り付け位置)とは、上面から見て外箱6の短手方向に変位させている。その理由は、光波長基準セル2の内部を複数回往復させた光を取り出すためである。そのため、光結合器4a,4bに結合させる偏波保持型光ファイバ3をそれぞれ所定の角度(α)だけ傾きをもたせている。なお、この入射傾角α(あるいは出射傾角)は、全反射鏡5によって反射させられた光同士が相互に遮られることなく光波長基準セル2内を効率よく往復するための角度であり、全反射鏡5の間隔や、光のビーム径などによって決定される。詳細については、後述する。   As shown in FIG. 1-1, the incident position of incident light (attachment position of the optical coupler 4a) and the extraction position of outgoing light (attachment position of the optical coupler 4b) are the outer box 6 as viewed from above. It is displaced in the short direction. The reason is to take out light that has reciprocated a plurality of times within the optical wavelength reference cell 2. Therefore, the polarization maintaining optical fiber 3 to be coupled to the optical couplers 4a and 4b is inclined by a predetermined angle (α). The incident inclination angle α (or the outgoing inclination angle) is an angle for efficiently reciprocating the light wavelength reference cell 2 between the light beams reflected by the total reflection mirror 5 without being mutually blocked. It is determined by the distance between the mirrors 5 and the beam diameter of the light. Details will be described later.

図2は、本発明の光波長基準装置を用いて波長安定化レーザ光を得るための構成の一例を示す模式図である。同図において、レーザ装置20からレーザ光(無変調レーザ光)が位相変調器21に入力され、位相変調器21にて位相変調された変調レーザ光が光波長基準装置1に入力される。光波長基準装置1の光出力(P0)は、位相敏感検波手段22で検波される。位相敏感検波手段22は、光波長基準装置1からの光出力(P0)が小さくなるようにレーザ装置20を制御する。このようにして、レーザ装置20から出力される無変調レーザ光が所望の波長帯の出力、すなわち光波長基準出力となる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a configuration for obtaining a wavelength-stabilized laser beam using the optical wavelength reference apparatus of the present invention. In the drawing, laser light (unmodulated laser light) is input from a laser device 20 to a phase modulator 21, and modulated laser light that is phase-modulated by the phase modulator 21 is input to the optical wavelength reference device 1. The optical output (P 0 ) of the optical wavelength reference device 1 is detected by the phase sensitive detection means 22. The phase sensitive detection means 22 controls the laser device 20 so that the light output (P 0 ) from the optical wavelength reference device 1 becomes small. In this way, the unmodulated laser light output from the laser device 20 becomes an output in a desired wavelength band, that is, an optical wavelength reference output.

ここで、図14に示した従来の光波長基準装置を用いて波長安定化レーザ光を得る場合と比較する。当該従来技術では、レーザ装置103から出力されるレーザ光は変調レーザ光でなければならなかった。このことは、ファブリー・ペロー光共振器を用いることに関係している。すなわち、ファブリー・ペロー光共振器を用いて制御系を構成する場合には、レーザ光源の共振器長とファブリー・ペロー光共振器長とを同期させる必要があるため、レーザ光源から出力されるレーザ光は必然的に変調レーザ光とならざるを得なかった。一方、本発明では、レーザ装置20から出力されるレーザ光は無変調レーザ光を用いることができる。なぜなら、本発明では、ファブリー・ペロー光共振器を用いずに構成できるので、図2に示すように、レーザ装置20からの無変調光出力を位相変調器21で位相変調し、この位相変調出力を光波長基準装置1に出力するような構成をとることができるからである。   Here, it compares with the case where a wavelength stabilization laser beam is obtained using the conventional optical wavelength reference | standard apparatus shown in FIG. In the related art, the laser beam output from the laser device 103 must be a modulated laser beam. This is related to the use of a Fabry-Perot optical resonator. In other words, when a control system is configured using a Fabry-Perot optical resonator, it is necessary to synchronize the resonator length of the laser light source and the Fabry-Perot optical resonator length. The light inevitably became modulated laser light. On the other hand, in the present invention, unmodulated laser light can be used as the laser light output from the laser device 20. This is because the present invention can be configured without using a Fabry-Perot optical resonator, and as shown in FIG. 2, the non-modulated light output from the laser device 20 is phase-modulated by the phase modulator 21, and this phase-modulated output is output. This is because it is possible to adopt a configuration that outputs to the optical wavelength reference device 1.

つぎに、本発明の動作機構について説明する。図1−1および図1−2において、偏波保持型光ファイバ3からの単一偏波光が光結合器4aにより平行ビームにコリメートされ、ブリュスター窓2aを介して光波長基準セル2に入射し、入射光の一部が光波長基準セル2の内部の分子に吸収され、その一部がブリュスター窓2bより出射される。この出射光は、光波長基準セル2の外部に配置された一方の全反射鏡5により反射され、ブリュスター窓2bを介して再び光波長基準セル2に戻り、この戻り光は光波長基準セル2の内部の分子との相互作用の後にブリュスター窓2aより出射された後、光波長基準セル2の外部に配置された他方の全反射鏡5により反射され、再び光波長基準セル2ヘ戻る。この動作を複数回繰り返した後に光波長基準セル2の外部へ光結合器4bを介し、偏波保持型光ファイバ3に結合されて出力される。   Next, the operation mechanism of the present invention will be described. In FIGS. 1-1 and 1-2, the single polarized light from the polarization maintaining optical fiber 3 is collimated into a parallel beam by the optical coupler 4a and enters the optical wavelength reference cell 2 through the Brewster window 2a. A part of the incident light is absorbed by molecules inside the optical wavelength reference cell 2, and a part of the incident light is emitted from the Brewster window 2b. The emitted light is reflected by one total reflection mirror 5 arranged outside the optical wavelength reference cell 2, and returns to the optical wavelength reference cell 2 again through the Brewster window 2b. After being emitted from the Brewster window 2a after interaction with the molecules inside 2, the light is reflected by the other total reflection mirror 5 arranged outside the optical wavelength reference cell 2, and returns to the optical wavelength reference cell 2 again. . After this operation is repeated a plurality of times, the light is coupled to the polarization maintaining optical fiber 3 via the optical coupler 4b and output to the outside of the optical wavelength reference cell 2.

つぎに、光が光波長基準セル2を1回通過するごとに受ける光損失について考える。図3−1および図3−2は、ブリュスター窓が形成された光波長基準セル2の端面(入射面)へ光が入射する様子を模式的に示すものである。より詳細には、図3−1は、TM波の光がブリュスター角θで入射する様子を示す斜視図であり、図3−2は、その側面図である。ここで、入射光軸をブリュスター窓に投影した軸をx軸とし、ブリュスター窓の平面内においてx軸に直交する軸をy軸とし、このxy平面に対して直交する軸にz軸を定義する。このように定義すれば、光の電界成分ETMおよび光の磁界成分HTMは、それぞれ、ETM=(Ex,0,Ez)およびHTM=(0,Hy,0)で表すことができる。 Next, let us consider the optical loss that light receives each time it passes through the optical wavelength reference cell 2 once. FIGS. 3A and 3B schematically show how light enters the end face (incident surface) of the optical wavelength reference cell 2 in which the Brewster window is formed. More specifically, FIG. 3A is a perspective view illustrating a state in which TM wave light is incident at a Brewster angle θ, and FIG. 3B is a side view thereof. Here, an axis obtained by projecting the incident optical axis onto the Brewster window is defined as an x axis, an axis orthogonal to the x axis in the plane of the Brewster window is defined as a y axis, and a z axis is defined as an axis orthogonal to the xy plane. Define. If defined in this way, the electric field component E TM of light and the magnetic field component H TM of light are expressed by E TM = (E x , 0, E z ) and H TM = (0, H y , 0), respectively. be able to.

図4−1は、図3−1に対して、入射光軸とy軸を含む平面内において、光が入射角αの角度をもって入射した様子を示す斜視図であり、図4−2は、その側面図である。ここで、この入射角αは、図1−1および図1−2において、光波長基準セル2の出力端側に配置した全反射鏡5によって光が遮られることなく偏波保持型光ファイバ3に光結合するために必要な角度である。いま、対向する一対の全反射鏡の間隔をLとし、光のビーム径をwとすれば、必要な最小角度αminは次式で与えられる。 4A is a perspective view illustrating a state in which light is incident at an incident angle α in a plane including the incident optical axis and the y axis with respect to FIG. 3A, and FIG. It is the side view. Here, the incident angle α is equal to the polarization maintaining optical fiber 3 without being blocked by the total reflection mirror 5 arranged on the output end side of the optical wavelength reference cell 2 in FIGS. 1-1 and 1-2. This is the angle required to optically couple to Now, if the distance between a pair of opposing total reflection mirrors is L and the beam diameter of light is w, the required minimum angle α min is given by the following equation.

Figure 2005172688
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このとき、入射光の電界はy軸成分を含まないため入射角αに依らず一定であるのに対し、磁界の成分は入射角αに依存したx成分、y成分およびz成分を有する。   At this time, since the electric field of incident light does not include the y-axis component, it is constant regardless of the incident angle α, whereas the magnetic field component has an x component, a y component, and a z component depending on the incident angle α.

ここで、光波長基準セル2を1回通過する際の光損失は、空気とブリュスター窓の境界面が4個所あることを考慮すれば、光が空気からブリュスター窓に入射する際に光が受ける反射損失を4倍することで算出できる。つぎに、この空気−ブリュスター窓間の光反射率を算出することを試みる。   Here, the light loss when passing through the optical wavelength reference cell 2 once is considered to be the light loss when light enters the Brewster window from the air, considering that there are four boundary surfaces between the air and the Brewster window. Can be calculated by multiplying the reflection loss received by 4 times. Next, an attempt is made to calculate the light reflectance between the air and the Brewster window.

図5は、図4−1の斜視図上にxy平面およびx'y'平面の回転座標系を定義した図である。図5に示すように、入射角αで入射する光の光軸をブリュスター窓の平面に投影したx’軸と元のx軸とが成す角度φだけxy座標を回転したx'y'座標を用いることにより、入射光をTE波とTM波とに分離して表記することができるため、光反射率の算出が容易になる。以下、xyz座標系において入射光の電磁界を定義し、つぎにx'y'z座標に座標変換して、空気−ブリュスター窓の境界面における光反射率を導出する。   FIG. 5 is a diagram in which a rotational coordinate system of the xy plane and the x′y ′ plane is defined on the perspective view of FIG. 4-1. As shown in FIG. 5, the x′y ′ coordinate obtained by rotating the xy coordinate by an angle φ formed by the x ′ axis projected from the optical axis of the light incident at the incident angle α on the plane of the Brewster window and the original x axis. Since the incident light can be separated into TE wave and TM wave and expressed, the light reflectance can be easily calculated. Hereinafter, an electromagnetic field of incident light is defined in the xyz coordinate system, and then coordinate conversion is performed to x′y′z coordinates to derive the light reflectance at the boundary surface of the air-Brewster window.

図5において、入射光の電磁界はxyz座標系において次式で表記できる。   In FIG. 5, the electromagnetic field of incident light can be expressed by the following equation in the xyz coordinate system.

Figure 2005172688
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Figure 2005172688
Figure 2005172688

ここで、E0は電界の振幅であり、Wは波動インピーダンスである。また、入射光の波数ベクトルkはその大きさをk0とすると、次式で与えられる。ただし、( )の中は、それぞれx方向、y方向、z方向の成分を示している。 Here, E 0 is the amplitude of the electric field, and W is the wave impedance. Further, the wave number vector k of incident light is given by the following equation, where the magnitude is k 0 . However, the inside of () has shown the component of the x direction, the y direction, and the z direction, respectively.

Figure 2005172688
Figure 2005172688

また、座標の回転角φは、入射光軸の入射角αを用いて次式で与えられる。   Also, the rotation angle φ of the coordinates is given by the following equation using the incident angle α of the incident optical axis.

Figure 2005172688
Figure 2005172688

つぎに、x'y'z座標において、入射光の電磁界を記述すると、上記の式(1)〜(3)は次式のように表記できる。   Next, when the electromagnetic field of incident light is described in the x′y′z coordinates, the above equations (1) to (3) can be expressed as the following equations.

Figure 2005172688
Figure 2005172688

Figure 2005172688
Figure 2005172688

Figure 2005172688
Figure 2005172688

ここで、角度θ'は、x'z平面における入射光軸とz軸の成す角度であり、ブリュスター角θと次式の関係で与えられる。   Here, the angle θ ′ is an angle formed by the incident optical axis and the z axis in the x′z plane, and is given by the relationship between the Brewster angle θ and the following equation.

Figure 2005172688
Figure 2005172688

ところで、屈折率の異なる2つの誘電体境界面におけるTE波、TM波に対する光電界の反射・透過の問題は一般的によく知られており、例えば、誘電体領域1、2における屈折率をそれぞれnl、n2とすると、境界面における光電界の反射率は次式で与えられる。 By the way, the problem of reflection / transmission of an optical electric field with respect to a TE wave and a TM wave at two dielectric interfaces having different refractive indexes is generally well known. Assuming n 1 and n 2 , the reflectance of the optical electric field at the interface is given by the following equation.

Figure 2005172688
Figure 2005172688

そこで、式(6)におけるTM波およびTE波の成分比率を考慮することにより、式(10)を用いて光反射率Rは次式で求められる。   Therefore, by considering the component ratio of the TM wave and the TE wave in the equation (6), the light reflectance R can be obtained by the following equation using the equation (10).

Figure 2005172688
Figure 2005172688

前述したように、光波長基準セル2を1回通過するごとに空気とブリュスター窓の境界面が4個所あることを考慮すれば、光波長基準セル2の光損失は、式(11)の光反射率Rを用いて次式で与えられる。   As described above, considering that there are four interfaces between the air and the Brewster window every time it passes through the optical wavelength reference cell 2, the optical loss of the optical wavelength reference cell 2 is expressed by the equation (11). Using the light reflectance R, it is given by

Figure 2005172688
Figure 2005172688

例えば、光波長基準セル2のブリュスター窓が石英ガラスで構成されている場合、nl=1.0(空気)、n2=1.5(ガラス)であることから、ブリュスター角θは、θ=tan-1(nl/n2)=56.3度となる。この条件のもとで、光の入射角αをパラメータとして、式(9)、式(11)および式(12)を用いて光損失(1回通過相当)を算出した結果が図6である。同図において、比較のために光波長基準セル2の各端面がブリュスター窓でない場合(すなわち、θ=0度)の算出結果も示している。 For example, when the Brewster window of the optical wavelength reference cell 2 is made of quartz glass, n l = 1.0 (air) and n 2 = 1.5 (glass), so the Brewster angle θ is , Θ = tan −1 (n 1 / n 2 ) = 56.3 degrees. FIG. 6 shows the result of calculating the optical loss (equivalent to one pass) using the equations (9), (11), and (12) under the conditions, using the incident angle α of light as a parameter. . In the figure, for comparison, a calculation result in a case where each end face of the optical wavelength reference cell 2 is not a Brewster window (that is, θ = 0 degree) is also shown.

例えば、対向して配置した全反射鏡の間隔Lが150mmで、入射光のビーム径wが2mmの場合に、入射角αは、式(1)から、tan-1(w/2L)=0.38度以上に設定する必要がある。そこで、入射角αを1度とし、この入射角における光損失を図6から求める。まず、光波長基準セル2の各端面がブリュスター窓でない場合には、約0.7dB(約15%)の損失があるが、ブリュスター窓の場合には、約3.5×10-4dB(約0.008%)の損失しかない。 For example, when the distance L between the total reflection mirrors arranged opposite to each other is 150 mm and the beam diameter w of the incident light is 2 mm, the incident angle α is tan −1 (w / 2L) = 0 from Equation (1). It is necessary to set it to 38 degrees or more. Therefore, the incident angle α is set to 1 degree, and the optical loss at this incident angle is obtained from FIG. First, when each end face of the optical wavelength reference cell 2 is not a Brewster window, there is a loss of about 0.7 dB (about 15%), but in the case of a Brewster window, about 3.5 × 10 −4. There is only a loss of dB (about 0.008%).

図7は、入射角(α)が1度のときに光波長基準セル内部の光通過回数に対する光損失の関係を算出した結果を示すグラフである。例えば、全反射鏡5により光波長基準セル2の内部を光が10往復(20回通過)する場合を考える。光波長基準セル2の各端面がブリュスター窓でない場合には、約14.2dB(約96.2%)もの損失があるのに対して、ブリュスター窓の場合には、たかだか約0.007dB(約0.16%)の損失しかない。このように、ブリュスター窓を備えることにより実用上問題のないレベルにまで損失を抑制できることがわかる。   FIG. 7 is a graph showing a result of calculating the relationship of the optical loss with respect to the number of times the light passes inside the optical wavelength reference cell when the incident angle (α) is 1 degree. For example, consider a case where light is reciprocated 10 times (20 times) inside the optical wavelength reference cell 2 by the total reflection mirror 5. When each end face of the optical wavelength reference cell 2 is not a Brewster window, there is a loss of about 14.2 dB (about 96.2%), whereas in the case of a Brewster window, at most about 0.007 dB. There is only a loss of (about 0.16%). As described above, it can be seen that the loss can be suppressed to a level where there is no practical problem by providing the Brewster window.

つぎに、光波長基準セル2の内部を光が通過することができる最大通過回数について考える。この最大通過回数は、光波長基準セル2の断面の直径(楕円形の場合は長軸長)をDとすると、光のビーム径wを用いて2×(D/w−1)で与えられる。例えば、光波長基準セル2の断面の直径Dが20mmであり、光のビーム径wが2mmの場合、最大通過回数は18回となる。このとき波長基準セルの長さが100mmである場合、光と光波長基準セル2の内部分子との相互作用距離は1.8mであり、非常に長い相互作用長を実現できる。このため光波長基準セル2の内部圧力を下げることができ、線幅の狭い吸収線の観測が可能となる。   Next, the maximum number of passes through which light can pass through the optical wavelength reference cell 2 will be considered. This maximum number of passes is given by 2 × (D / w−1) using the beam diameter w of light, where D is the diameter of the cross section of the optical wavelength reference cell 2 (long axis length in the case of an ellipse). . For example, when the diameter D of the cross section of the optical wavelength reference cell 2 is 20 mm and the light beam diameter w is 2 mm, the maximum number of passes is 18. At this time, when the length of the wavelength reference cell is 100 mm, the interaction distance between the light and the internal molecule of the optical wavelength reference cell 2 is 1.8 m, and a very long interaction length can be realized. For this reason, the internal pressure of the optical wavelength reference cell 2 can be lowered, and an absorption line with a narrow line width can be observed.

最後に、光波長基準装置1の入出力端における光ファイバ結合について考える。本発明の光波長基準セル2の端面(入出射面)がブリュスター窓で形成されているため、入射光の備波状態をTM波に固定することが重要であり、光波長基準セル2との光結合には偏波保持型光ファイバ3が好適である。偏波保持型光ファイバ3を用いることにより偏波保存型セルとなり安定性が大幅に向上する。   Finally, optical fiber coupling at the input / output end of the optical wavelength reference device 1 will be considered. Since the end face (incident / exit surface) of the optical wavelength reference cell 2 of the present invention is formed by a Brewster window, it is important to fix the wave-breaking state of incident light to the TM wave. For the optical coupling, the polarization maintaining optical fiber 3 is suitable. By using the polarization-maintaining optical fiber 3, a polarization-maintaining cell is obtained, and the stability is greatly improved.

なお、上述の実施の形態では、図1−1に示すように、光波長基準装置1への光の入射角に所定の角度だけ傾きをもたせているが、図8−1および図8−2に示す光波長基準装置14のように、入射角に傾きをもたせないで入射させることもできる。この場合、図1−1に示す光波長基準装置1と同等のサイズで、同等の最大通過回数を実現するためには、図8−1に示すように、全反射鏡5の傾斜角をα/2に設定すればよい。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1-1, the incident angle of light to the optical wavelength reference device 1 is inclined by a predetermined angle, but FIG. 8-1 and FIG. As in the optical wavelength reference device 14 shown in FIG. 4, the incident angle can be made incident without an inclination. In this case, in order to achieve the same maximum number of passages with the same size as the optical wavelength reference device 1 shown in FIG. 1-1, the inclination angle of the total reflection mirror 5 is set to α as shown in FIG. What is necessary is just to set to / 2.

以上説明したように、この実施の形態の光波長基準装置によれば、光波長基準セルの両端面をブリュスター窓とし、光波長基準装置の入出力端は、偏波保持型光ファイバで結合することにより光波長基準セル内の光損失および各種光ファイバ素子と本装置の接続損失を低減させることができる。   As described above, according to the optical wavelength reference device of this embodiment, both end faces of the optical wavelength reference cell are Brewster windows, and the input / output ends of the optical wavelength reference device are coupled by polarization maintaining optical fibers. By doing so, it is possible to reduce the optical loss in the optical wavelength reference cell and the connection loss between the various optical fiber elements and this apparatus.

また、この実施の形態の光波長基準装置によれば、光波長基準セルの外部に配置した対向する全反射鏡を用いて光波長基準セル中を光が複数回往復する構造にして光波長基準セル内の分子と光波の相互作用距離を増大させることにより、低圧力セルとして圧力幅を減少させることができるので、ファブリー・ペロー光共振器を用いずに狭い吸収線を観測することができる。その結果、従来、波長安定化光源を構成する際に必要であった2つの制御系を1つにすることができる。   Further, according to the optical wavelength reference device of this embodiment, the optical wavelength reference device is configured such that light is reciprocated a plurality of times in the optical wavelength reference cell using the opposing total reflection mirrors arranged outside the optical wavelength reference cell. By increasing the interaction distance between molecules and light waves in the cell, the pressure width can be reduced as a low-pressure cell, so that a narrow absorption line can be observed without using a Fabry-Perot optical resonator. As a result, two control systems conventionally required when configuring a wavelength-stabilized light source can be made one.

さらに、この実施の形態の光波長基準装置によれば、ブリュスター窓で形成された光波長基準セルの両端面により、光波長基準セルの材質(ガラス)と空気との間を光が1回通過するごとに生じるフレネル反射を約4%抑制することができる。このため、光波長基準セルの内部を光が複数回数往復させた場合に、従来法では大きな光損失が発生するが、本発明では、その光強度をほとんど減衰させることなく光波長基準セルの内部分子と光波との相互作用距離を増大させることができる。このように、光波長基準セルの構成に多重反射機構を用いることにより、光波長基準セルを小型化し、かつ、高感度化することができる。   Furthermore, according to the optical wavelength reference device of this embodiment, light is transmitted once between the material (glass) of the optical wavelength reference cell and the air by both end faces of the optical wavelength reference cell formed by the Brewster window. The Fresnel reflection that occurs each time it passes can be suppressed by about 4%. For this reason, when light is reciprocated a plurality of times inside the optical wavelength reference cell, a large optical loss occurs in the conventional method. However, in the present invention, the optical wavelength reference cell does not substantially attenuate the light intensity. The interaction distance between molecules and light waves can be increased. Thus, by using the multiple reflection mechanism in the configuration of the optical wavelength reference cell, the optical wavelength reference cell can be reduced in size and increased in sensitivity.

また、この実施の形態の光波長基準装置によれば、波長基準となる分子吸収スペクトルの中心を検出するための位相敏感検波系を構成する際に、レーザ光源の共振器長を変調する必要がなく、レーザ装置からの出力光を外部で周波数変調する構成が可能となるため、無変調のレーザ出力光を得ることができ、様々な光計測に応用する場合の波長分解能や測定精度を増大させることができる。   In addition, according to the optical wavelength reference apparatus of this embodiment, it is necessary to modulate the resonator length of the laser light source when configuring a phase sensitive detection system for detecting the center of the molecular absorption spectrum serving as the wavelength reference. In addition, since it is possible to externally modulate the output light from the laser device, unmodulated laser output light can be obtained, and the wavelength resolution and measurement accuracy when applied to various optical measurements are increased. be able to.

(実施の形態2)
図9−1は、実施の形態2にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(上面図)であり、図9−2はその側面図である。同図に示すこの実施の形態の光波長基準装置11は、実施の形態1の構成に加え、光波長基準装置11の光結合器4b側(反射端側)の偏波保持型光ファイバ3に接続された偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10を備えている。一方、光波長基準装置11の光結合器4a側(入力端側)では、光源からの光を光波長基準セル2に入射させるとともに、光波長基準セル2からの戻り光を出射光として出力させるための偏波保持型光サーキュレータ7と、偏波保持型光サーキュレータ7に接続されるエルビウム添加ファイバ光増幅器8とを備えている。なお、その他の構成は、図1−1および図1−2に示す実施の形態1の構成と同一または同等であり、これらの部分には同一符号を付して示している。
(Embodiment 2)
FIG. 9A is a schematic diagram (top view) illustrating the configuration of the optical wavelength reference device according to the second embodiment, and FIG. 9B is a side view thereof. The optical wavelength reference device 11 of this embodiment shown in the figure is added to the polarization maintaining optical fiber 3 on the optical coupler 4b side (reflection end side) of the optical wavelength reference device 11 in addition to the configuration of the first embodiment. A polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 is provided. On the other hand, on the optical coupler 4a side (input end side) of the optical wavelength reference device 11, the light from the light source is incident on the optical wavelength reference cell 2, and the return light from the optical wavelength reference cell 2 is output as outgoing light. A polarization-maintaining optical circulator 7 and an erbium-doped fiber optical amplifier 8 connected to the polarization-maintaining optical circulator 7. Other configurations are the same as or equivalent to the configurations of the first embodiment shown in FIGS. 1-1 and 1-2, and these portions are denoted by the same reference numerals.

この実施の形態の光波長基準装置11では、光源からの光をエルビウム添加ファイバ光増幅器8で増幅し、偏波保持型光サーキュレータ7を介して光波長基準セル2に入射することにより、光波長基準セルからの出射光をその入射光と分岐して外部へ抽出することができる。また、光波長基準セル2の入力端側に設置したエルビウム添加ファイバ光増幅器8の増幅度と、その反射端側に設置した偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10の反射率を調整することで、吸収線の測定感度を増大させることができる。   In the optical wavelength reference device 11 of this embodiment, light from a light source is amplified by an erbium-doped fiber optical amplifier 8 and is incident on the optical wavelength reference cell 2 via the polarization maintaining optical circulator 7. The light emitted from the reference cell can be branched out from the incident light and extracted to the outside. Further, by adjusting the amplification factor of the erbium-doped fiber optical amplifier 8 installed on the input end side of the optical wavelength reference cell 2 and the reflectance of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 installed on the reflection end side thereof, The measurement sensitivity of the absorption line can be increased.

なお、偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10の帯域は、数GHzと広く、一方、図15などに示される光波長基準セル2の吸収特性の帯域は数百MHz程度のオーダーである。したがって、偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10に対する温度制御などの複雑な制御機構は不要である。   The bandwidth of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 is as wide as several GHz, while the band of the absorption characteristics of the optical wavelength reference cell 2 shown in FIG. 15 is on the order of several hundred MHz. Therefore, a complicated control mechanism such as temperature control for the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 is unnecessary.

以上説明したように、この実施の形態の光波長基準装置によれば、偏波保持型光ファイバブラッググレーティングにより反射した光を光波長基準セルの反射端側から逆方向に入射させ、光を双方向に伝搬させることで光波長基準セルの内部分子と光波との相互作用距離を2倍に拡大することができ、単方向に伝搬させる光波長基準装置と比較して、さらに高精度な光波長基準装置を実現することができる。また、この相互作用距離を2倍に拡大することができるので、実施の形態1と同等の性能を実現する場合に、装置をより小型化することができる。   As described above, according to the optical wavelength reference apparatus of this embodiment, the light reflected by the polarization-maintaining optical fiber Bragg grating is incident in the opposite direction from the reflection end side of the optical wavelength reference cell, and both the lights are incident. Propagating in the direction can double the interaction distance between the internal molecules of the optical wavelength reference cell and the optical wave, and the optical wavelength is more accurate than the optical wavelength reference device that propagates in a single direction. A reference device can be realized. In addition, since this interaction distance can be doubled, the apparatus can be further downsized when realizing the same performance as in the first embodiment.

なお、この実施の形態の光波長基準装置11では、光波長基準セル2の反射端側から光を逆方向に戻す機構として偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10を用いる構成としたが、その他にも、例えば光波長基準セル2の内部の光結合器4bの位置に全反射鏡や光減衰器などを用いてレベル調整された反射光を入力側に戻すような構成としてもよい。   In the optical wavelength reference device 11 of this embodiment, the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 is used as a mechanism for returning the light from the reflection end side of the optical wavelength reference cell 2 in the reverse direction. Alternatively, for example, the configuration may be such that the reflected light level-adjusted using a total reflection mirror or an optical attenuator is returned to the input side at the position of the optical coupler 4b inside the optical wavelength reference cell 2.

また、この実施の形態では、図1−1に示す光波長基準装置1のように光結合器4aに結合させる偏波保持型光ファイバ3を所定の角度(α)をもたせて入射させる場合を示したが、図8−1に示す光波長基準装置14のように、入射角をもたせずに入射させてもよいことは言うまでもない。   In this embodiment, the polarization maintaining optical fiber 3 to be coupled to the optical coupler 4a is made incident at a predetermined angle (α) as in the optical wavelength reference device 1 shown in FIG. Although shown, it goes without saying that it may be incident without having an incident angle as in the optical wavelength reference device 14 shown in FIG.

(実施の形態3)
図10−1は、実施の形態3にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(上面図)であり、図10−2はその側面図である。同図に示すこの実施の形態の光波長基準装置12は、構成に関して言えば、実施の形態2と同一または同等であるが、光波長基準セル2への入射光強度が異なる点が実施の形態2との相違点である。以下、実施の形態3の動作機構について説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 10-1 is a schematic diagram (top view) illustrating the configuration of the optical wavelength reference device according to the third embodiment, and FIG. 10-2 is a side view thereof. The optical wavelength reference device 12 of this embodiment shown in the figure is the same as or equivalent to the second embodiment in terms of the configuration, but the embodiment differs in that the incident light intensity to the optical wavelength reference cell 2 is different. This is a difference from 2. Hereinafter, the operation mechanism of the third embodiment will be described.

光波長基準セル2への光の入射強度がある程度まで高められると、ホ−ルバーニングと呼ばれる現象が生ずる。この状態において、入射光と反対向きに弱い線形微弱光を入射すると、セル内分子の吸収特性に飽和吸収線と呼ばれる鋭いディップが現れる。この実施の形態では、この飽和吸収線を利用して、高精度な光波長基準出力を得ようとするものである。   When the incident intensity of light to the optical wavelength reference cell 2 is increased to a certain extent, a phenomenon called hole burning occurs. In this state, when weak linear weak light is incident in the opposite direction to the incident light, a sharp dip called a saturated absorption line appears in the absorption characteristics of the molecules in the cell. In this embodiment, the saturated absorption line is used to obtain a highly accurate optical wavelength reference output.

図11は、光波長基準セルにホールバーニングが生じたときの吸収特性の波形を概念的に示す図である。同図において、横軸は変調レーザ光の中心波長λSであり、縦軸は光波長基準装置12からの光出力P0である。この特性カーブK3では、中央付近に上述の飽和吸収線が生じている。同図に示すように、ホールバーニングが生じていないときの吸収特性の極小値近傍の波形(同図の破線)に比べて、ホールバーニングが生じているときの吸収特性の波形(すなわち飽和吸収線)の方が急峻な特性を有しているので、より狭い吸収線(飽和吸収線幅)の観測が可能となる。 FIG. 11 is a diagram conceptually showing a waveform of the absorption characteristic when hole burning occurs in the optical wavelength reference cell. In the figure, the horizontal axis represents the center wavelength λ S of the modulated laser beam, and the vertical axis represents the optical output P 0 from the optical wavelength reference device 12. In the characteristic curve K3, the above-described saturated absorption line is generated near the center. As shown in the figure, the waveform of the absorption characteristic when hole burning occurs (that is, the saturated absorption line) compared to the waveform near the minimum value of the absorption characteristic when hole burning does not occur (broken line in the figure). ) Has a steeper characteristic, so that a narrower absorption line (saturated absorption line width) can be observed.

なお、ホールバーニングが生じているときに、入射光と反対向きの再入射光の強度を大きくし過ぎると、検出感度が低下してしまう。図12は、再入射光の強度と検出精度との関係を説明するための図である。再入射光の強度が微弱な場合にはK3(実線)で示されるように飽和吸収線を生じさせることができるのでより狭い吸収線の観測が可能となる。   When hole burning occurs, if the intensity of re-incident light opposite to the incident light is increased too much, the detection sensitivity is lowered. FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the intensity of re-incident light and detection accuracy. When the intensity of the re-incident light is weak, a saturated absorption line can be generated as shown by K3 (solid line), so that a narrower absorption line can be observed.

一方、再入射光の強度が比較的強い場合には、K4(破線)で示されるように飽和吸収線の中心部の両側が持ち上がった状態となり、飽和吸収線の波形が鈍ってしまう。この状態では、高感度な観測をすることができず、狭い吸収線の観測が不可能となる。逆に、波形K3の極値付近の特性が劣化するので、実施の形態2で観測できた狭い吸収線(線形吸収線幅)の観測もできなくなるので、再入射光のレベル調整が重要である。   On the other hand, when the intensity of the re-incident light is relatively strong, both sides of the central portion of the saturated absorption line are raised as indicated by K4 (broken line), and the waveform of the saturated absorption line becomes dull. In this state, high-sensitivity observation cannot be performed and narrow absorption lines cannot be observed. On the contrary, since the characteristic near the extreme value of the waveform K3 deteriorates, it becomes impossible to observe the narrow absorption line (linear absorption line width) that can be observed in the second embodiment. Therefore, the level adjustment of the reincident light is important. .

この再入射光の強度を最適に設定する上で、特に重要な役割を果たすのが、エルビウム添加ファイバ光増幅器8および偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10である。実施の形態2では、線形吸収線幅の観測を行うために、光波長基準セル2の内部分子を飽和させないようにエルビウム添加ファイバ光増幅器8の増幅度と、偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10の反射率を最適に設定することで、狭い吸収線を観測することができた。   The erbium-doped fiber optical amplifier 8 and the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 play a particularly important role in optimally setting the intensity of the re-incident light. In the second embodiment, in order to observe the linear absorption line width, the amplification factor of the erbium-doped fiber optical amplifier 8 and the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 are set so as not to saturate the internal molecules of the optical wavelength reference cell 2. Narrow absorption lines could be observed by optimally setting the reflectivity of.

これに対して、この実施の形態では、飽和吸収線幅の観測を行うために、光波長基準セル2の内部分子を飽和領域に遷移させてホールバーニングの状態を生じさせるとともに、再入射光によって生ずる飽和吸収線のSN比を劣化させないようにエルビウム添加ファイバ光増幅器8の増幅度と、偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10の反射率を最適に設定することで、さらに狭い吸収線の観測が可能となる。   On the other hand, in this embodiment, in order to observe the saturated absorption line width, the internal molecules of the optical wavelength reference cell 2 are shifted to the saturated region to cause a state of hole burning, and by re-incident light. Narrower absorption lines can be observed by optimally setting the amplification factor of the erbium-doped fiber optical amplifier 8 and the reflectivity of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 so as not to deteriorate the SN ratio of the generated saturated absorption line. It becomes possible.

このように、この実施の形態の光波長基準装置11では、光源からの光をエルビウム添加ファイバ光増幅器8で増幅し、偏波保持型光サーキュレータ7を介して光波長基準セル2に入射することにより、光波長基準セルからの出射光をその入射光と分岐して外部へ抽出することができる。また、光波長基準セル2の入力端に設置したエルビウム添加ファイバ光増幅器8の増幅度と、その出力端に設置した偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10の反射率を調整することで、最適な飽和吸収線の測定が可能となる。   Thus, in the optical wavelength reference device 11 of this embodiment, the light from the light source is amplified by the erbium-doped fiber optical amplifier 8 and incident on the optical wavelength reference cell 2 via the polarization maintaining optical circulator 7. Thus, the outgoing light from the optical wavelength reference cell can be branched out from the incident light and extracted to the outside. Further, by adjusting the amplification degree of the erbium-doped fiber optical amplifier 8 installed at the input end of the optical wavelength reference cell 2 and the reflectance of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 installed at the output end thereof, an optimum is achieved. Saturated absorption lines can be measured.

以上説明したように、この実施の形態の光波長基準装置によれば、光波長基準セルの内部分子を飽和領域に遷移させてホールバーニングの状態を生じさせるとともに、再入射光によって生ずる飽和吸収線のSN比を劣化させないようにエルビウム添加ファイバ光増幅器8の増幅度と、偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10の反射率を最適に設定するようにしているので、さらに高精度な光波長基準装置を実現することができる。   As described above, according to the optical wavelength reference apparatus of this embodiment, the internal molecules of the optical wavelength reference cell are shifted to the saturation region to cause a state of hole burning, and the saturated absorption line generated by re-incident light. Since the amplification factor of the erbium-doped fiber optical amplifier 8 and the reflectivity of the polarization-maintaining optical fiber Bragg grating 10 are optimally set so as not to deteriorate the SN ratio of the optical fiber, the optical wavelength reference device with higher accuracy can be obtained. Can be realized.

なお、この実施の形態の光波長基準装置11では、光波長基準セル2の出力端側から逆方向に戻す機構として偏波保持型光ファイバブラッググレーティング10を用いる構成としたが、その他にも、例えば光波長基準セル2の内部の光結合器4bの位置に全反射鏡や光減衰器などを用いてレベル調整された反射光を入力側に戻すような構成としてもよい。   In the optical wavelength reference device 11 of this embodiment, the polarization maintaining optical fiber Bragg grating 10 is used as a mechanism for returning from the output end side of the optical wavelength reference cell 2 in the reverse direction. For example, the configuration may be such that the reflected light whose level is adjusted using a total reflection mirror, an optical attenuator, or the like is returned to the input side at the position of the optical coupler 4b inside the optical wavelength reference cell 2.

また、この実施の形態では、図1−1に示す光波長基準装置1のように光結合器4aに結合させる偏波保持型光ファイバ3を所定の角度(α)をもたせて入射させる場合を示したが、図8−1に示す光波長基準装置14のように、入射角をもたせずに入射させてもよいことは言うまでもない。   In this embodiment, the polarization maintaining optical fiber 3 to be coupled to the optical coupler 4a is made incident at a predetermined angle (α) as in the optical wavelength reference device 1 shown in FIG. Although shown, it goes without saying that it may be incident without having an incident angle as in the optical wavelength reference device 14 shown in FIG.

以上のように、本発明にかかる光波長基準装置は、波長安定化レーザ光源や光波長計測装置などに有用であり、特に、これらの波長安定化レーザ光源や光波長計測装置などの小型化、高安定化、高感度化、高精度化に寄与する。   As described above, the optical wavelength reference device according to the present invention is useful for a wavelength stabilized laser light source, an optical wavelength measuring device, and the like, in particular, downsizing of these wavelength stabilized laser light source and optical wavelength measuring device, Contributes to high stability, high sensitivity, and high accuracy.

実施の形態1にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(上面図)である。1 is a schematic diagram (top view) illustrating a configuration of an optical wavelength reference device according to a first embodiment; 実施の形態1にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(側面図)である。1 is a schematic diagram (side view) showing a configuration of an optical wavelength reference device according to a first embodiment; 本発明の光波長基準装置を用いて波長安定化レーザ光を得るための構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure for obtaining a wavelength stabilization laser beam using the optical wavelength reference | standard apparatus of this invention. TM波の光がブリュスター角θで入射する様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that the light of TM wave injects with Brewster angle (theta). TM波の光がブリュスター角θで入射する様子を示す側面図である。It is a side view which shows a mode that the light of TM wave injects with Brewster angle (theta). 入射光軸とy軸を含む平面内において、光が入射角αの角度をもって入射した様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that the light entered with the angle of incident angle (alpha) within the plane containing an incident optical axis and a y-axis. 入射光軸とy軸を含む平面内において、光が入射角αの角度をもって入射した様子を示す側面図である。It is a side view which shows a mode that the light entered with the angle of incident angle (alpha) in the plane containing an incident optical axis and a y-axis. 図4−1の斜視図上にxy平面およびx'y'平面の回転座標系を定義した図である。It is the figure which defined the rotational coordinate system of xy plane and x'y 'plane on the perspective view of FIG. 光の入射角αをパラメータとして、式(9)、式(11)および式(12)を用いて光損失(1回通過相当)を算出した結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the result of having calculated the optical loss (equivalent to one pass) using Formula (9), Formula (11), and Formula (12) by using the incident angle α of light as a parameter. 入射角(α)が1度のときに光波長基準セル内部の光通過回数に対する光損失の関係を算出した結果の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the result of having calculated the relationship of the optical loss with respect to the frequency | count of light passage inside an optical wavelength reference cell, when an incident angle ((alpha)) is 1 degree. 実施の形態1の変形例の構成を示す模式図(上面図)である。FIG. 6 is a schematic diagram (top view) showing a configuration of a modified example of the first embodiment. 実施の形態1の変形例の構成を示す模式図(側面図)である。FIG. 6 is a schematic diagram (side view) showing a configuration of a modified example of the first embodiment. 実施の形態2にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(上面図)である。FIG. 6 is a schematic diagram (top view) illustrating a configuration of an optical wavelength reference device according to a second embodiment; 実施の形態2にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(側面図)である。It is a schematic diagram (side view) which shows the structure of the optical wavelength reference | standard apparatus concerning Embodiment 2. FIG. 実施の形態3にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(上面図)である。FIG. 6 is a schematic diagram (top view) illustrating a configuration of an optical wavelength reference device according to a third embodiment. 実施の形態3にかかる光波長基準装置の構成を示す模式図(側面図)である。It is a schematic diagram (side view) which shows the structure of the optical wavelength reference | standard apparatus concerning Embodiment 3. FIG. 光波長基準セルにホールバーニングが生じたときの吸収特性の波形を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the waveform of the absorption characteristic when hole burning arises in the optical wavelength reference cell. 再入射光の強度と検出精度との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the intensity | strength of re-incident light, and a detection accuracy. 従来の光通信波長帯における光波長基準装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the optical wavelength reference apparatus in the conventional optical communication wavelength band. 従来の光波長基準装置を用いた波長安定化レーザ光の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the wavelength stabilization laser beam using the conventional optical wavelength reference | standard apparatus. 位相敏感検波の概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the concept of a phase sensitive detection. 位相敏感検波系から出力される出力波形の概要を示した図である。It is the figure which showed the outline | summary of the output waveform output from a phase sensitive detection system.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,12,14,103 光波長基準装置
2,101 光波長基準セル
2a,2b ブリュスター窓
3 偏波保持型光ファイバ
5 全反射鏡
6 外箱
7 偏波保持型光サーキュレータ
8 エルビウム添加ファイバ光増幅器
10 偏波保持型光ファイバブラッググレーティング
20 レーザ装置
21 位相変調器
22 位相敏感検波手段
102 ファブリー・ペロー光共振器
104a,b 圧電素子
105 波長可変レーザ
106 周波数変調器
107 光分岐器
108,113 信号発生器
109,112 光検出器
110 電気ミキサー
111,115 負帰還回路
114 ロックインアンプ
1, 11, 12, 14, 103 Optical wavelength reference device 2, 101 Optical wavelength reference cell 2a, 2b Brewster window 3 Polarization maintaining optical fiber 5 Total reflection mirror 6 Outer box 7 Polarization maintaining optical circulator 8 Addition of erbium Fiber optical amplifier 10 polarization maintaining optical fiber Bragg grating 20 laser device 21 phase modulator 22 phase sensitive detection means 102 Fabry-Perot optical resonator 104a, b piezoelectric element 105 wavelength tunable laser 106 frequency modulator 107 optical splitter 108, 113 Signal Generator 109, 112 Photodetector 110 Electric Mixer 111, 115 Negative Feedback Circuit 114 Lock-in Amplifier

Claims (8)

ブリュスター窓で形成された入射面および出射面を具備し、該入射面から入射した所定の光波長帯の入射光を吸収させるための吸収物質が封入されてなる光波長基準セルと、
前記光波長基準セルの入射面と出射面とを挟んで対向させて配置した一対の全反射鏡と、
を備え、
前記入射光を前記光波長基準セル内に入射させ、該光波長基準セルからの透過光を前記一対の全反射鏡により多重反射させ、該光波長基準セル中を複数回往復させた多重反射光を該光波長基準セルの外部に出力することを特徴とする光波長基準装置。
An optical wavelength reference cell comprising an entrance surface and an exit surface formed by a Brewster window, in which an absorbing material for absorbing incident light in a predetermined optical wavelength band incident from the entrance surface is enclosed;
A pair of total reflection mirrors arranged opposite to each other across the incident surface and the output surface of the light wavelength reference cell;
With
Multiple reflected light in which the incident light is incident into the optical wavelength reference cell, the transmitted light from the optical wavelength reference cell is multiple-reflected by the pair of total reflection mirrors, and reciprocated in the optical wavelength reference cell a plurality of times Is output to the outside of the optical wavelength reference cell.
前記光波長基準セルの内部に入射光を入射させるための入力端および前記多重反射光を該光波長基準セルの外部に出力させるための出力端にそれぞれ接続された偏波保持型光ファイバをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光波長基準装置。   A polarization maintaining optical fiber connected to an input end for allowing incident light to enter the optical wavelength reference cell and an output end for outputting the multiple reflected light to the outside of the optical wavelength reference cell; The optical wavelength reference device according to claim 1, further comprising: ブリュスター窓で形成された入射面および出射面を具備し、該入射面から入射した所定の光波長帯の入射光を吸収させるための吸収物質が封入されてなる光波長基準セルと、
前記光波長基準セルの入射面と出射面とを挟んで対向させて配置した一対の全反射鏡と、
前記光波長基準セルの内部に入射光を入射させるとともに、該光波長基準セルの外部に前記多重反射光を出力させるための入出力端に接続された第1の偏波保持型光ファイバと、
前記第1の偏波保持型光ファイバに接続され、前記光波長基準セルに光源からの光を導き、該光波長基準セルからの戻り光を光源とは異なる光路に分離出力するための偏波保持型光サーキュレータと、
前記偏波保持型光サーキュレータに接続され、入射光の入力レベルを調整するための光増幅器と、
前記光波長基準セルの外部に前記多重反射光を一時的に出力させるための第2の偏波保持型光ファイバと、
前記第2の偏波保持型光ファイバに接続され、一時的に出力された多重反射光を前記光波長基準セルに再入射させるための偏波保持型光ファイバブラッググレーティングと、
を備えたことを特徴とする光波長基準装置。
An optical wavelength reference cell comprising an entrance surface and an exit surface formed by a Brewster window, in which an absorbing material for absorbing incident light in a predetermined optical wavelength band incident from the entrance surface is enclosed;
A pair of total reflection mirrors arranged opposite to each other across the incident surface and the output surface of the light wavelength reference cell;
A first polarization maintaining optical fiber connected to an input / output terminal for causing incident light to be incident inside the optical wavelength reference cell and outputting the multiple reflected light to the outside of the optical wavelength reference cell;
Polarized wave connected to the first polarization maintaining optical fiber, for guiding light from a light source to the optical wavelength reference cell, and separating and outputting return light from the optical wavelength reference cell to an optical path different from the light source A holding optical circulator;
An optical amplifier connected to the polarization maintaining optical circulator for adjusting the input level of incident light;
A second polarization maintaining optical fiber for temporarily outputting the multiple reflected light outside the optical wavelength reference cell;
A polarization-maintaining optical fiber Bragg grating connected to the second polarization-maintaining optical fiber for re-entering the temporarily reflected multiple reflected light into the optical wavelength reference cell;
An optical wavelength reference device comprising:
前記光波長基準セル内の分子の吸収特性が飽和領域に達しない程度の状態に設定されるように前記光波長基準セルへの入射光強度を前記光増幅器の増幅率および/または該偏波保持型光ファイバブラッググレーティングの反射率にて制御することを特徴とする請求項3に記載の光波長基準装置。   The incident light intensity to the optical wavelength reference cell is set so that the absorption characteristics of the molecules in the optical wavelength reference cell do not reach the saturation region. 4. The optical wavelength reference device according to claim 3, wherein the optical wavelength reference device is controlled by a reflectance of the optical fiber Bragg grating. 前記光波長基準セル内の分子にホールバーニングを生じさせ、かつ、前記偏波保持型光ファイバブラッググレーティングからの戻り光が線形微弱光となるように前記光波長基準セルへの入射光強度を前記光増幅器の増幅率および/または該偏波保持型光ファイバブラッググレーティングの反射率にて制御することを特徴とする請求項3に記載の光波長基準装置。   The incident light intensity to the optical wavelength reference cell is caused to cause hole burning in the molecules in the optical wavelength reference cell, and the return light from the polarization maintaining optical fiber Bragg grating becomes linear weak light. 4. The optical wavelength reference device according to claim 3, wherein the optical wavelength reference device is controlled by an amplification factor of an optical amplifier and / or a reflectance of the polarization maintaining optical fiber Bragg grating. 前記光増幅器が、エルビウム添加ファイバ光増幅器であることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一つに記載の光波長基準装置。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 3, wherein the optical amplifier is an erbium-doped fiber optical amplifier. 前記所定の光波長帯が光通信波長帯であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の光波長基準装置。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 1, wherein the predetermined optical wavelength band is an optical communication wavelength band. 前記吸収物質がアセチレン分子またはシアン化水素分子であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の光波長基準装置。   The optical wavelength reference apparatus according to claim 1, wherein the absorbing material is an acetylene molecule or a hydrogen cyanide molecule.
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