JPH06265468A - Spectroscopic method and spectroscopic device - Google Patents
Spectroscopic method and spectroscopic deviceInfo
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- JPH06265468A JPH06265468A JP5054263A JP5426393A JPH06265468A JP H06265468 A JPH06265468 A JP H06265468A JP 5054263 A JP5054263 A JP 5054263A JP 5426393 A JP5426393 A JP 5426393A JP H06265468 A JPH06265468 A JP H06265468A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子または分子の吸収を測定するFM分光法
による分光装置について、ショット雑音限界以下で動作
する高感度な分光装置を得る。
【構成】 第1の光源の光が試料へ入射しないように偏
光ビームスプリッタを設置し、この偏光ビームスプリッ
タでの反射光が入射により位相同期して光を発振する第
2の光源を設置し、第2の光源の光が試料に完全に入射
する。前記注入同期された第2の光源として、振幅スク
イーズド状態で発振するレーザを用いる。
(57) [Summary] [Object] To obtain a high-sensitivity spectroscopic device that operates below the shot noise limit for the spectroscopic device by FM spectroscopy that measures the absorption of atoms or molecules. [Configuration] A polarization beam splitter is installed so that the light from the first light source does not enter the sample, and a second light source that oscillates light in synchronization with the reflected light from the polarization beam splitter upon incidence is installed. The light of the second light source is completely incident on the sample. A laser that oscillates in an amplitude squeezed state is used as the injection-locked second light source.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて原子
または分子の吸収を測定する分光装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spectroscopic device for measuring absorption of atoms or molecules using laser light.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は、従来のFM分光装置の概略構成
を示すブロック構成図であり、1はFM変調用光源(以
下、マスタレーザと称する)、2は光源用直流電源、3
はFM変調用交流電源、4は分光用試料、5は光検波
器、6は増幅器、7は周波数選択検出器、8は記録計で
ある。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional FM spectroscopic device. 1 is a light source for FM modulation (hereinafter referred to as a master laser), 2 is a DC power source for the light source, and 3 is
Is an AC power source for FM modulation, 4 is a spectroscopic sample, 5 is a photodetector, 6 is an amplifier, 7 is a frequency selective detector, and 8 is a recorder.
【0003】光源1として半導体レーザを用い、光源用
直流電源2から光源1への注入電流に、FM変調用交流
電源3からの交流電流を重畳して周波数変調(FM変調)
を行い、マスタレーザ1よりFM変調を受けたビーム光
を発射する。このビーム光は、分光用試料4を通過する
際、分光用試料4の吸収特性に応じて、そのFM変調成
分が振幅変調(AM変調)に変換される。AM変調を受け
たビーム光は、光検波器5に入り、検出され、検波電流
に変換される。この検波電流は、増幅器6で増幅され、
増幅された検波電流は、周波数選択検出器7で信号成分
として測定され、記録計8に記録される。A semiconductor laser is used as the light source 1, and a frequency modulation (FM modulation) is performed by superimposing an AC current from the FM modulation AC power supply 3 on an injection current from the light source DC power supply 2 to the light source 1.
Then, the master laser 1 emits FM-modulated beam light. When this beam light passes through the spectroscopic sample 4, its FM modulation component is converted into amplitude modulation (AM modulation) according to the absorption characteristics of the spectroscopic sample 4. The beam light subjected to the AM modulation enters the photodetector 5, is detected, and is converted into a detection current. This detected current is amplified by the amplifier 6,
The amplified detection current is measured as a signal component by the frequency selective detector 7 and recorded in the recorder 8.
【0004】このように、FM分光法とは、試料を構成
する原子または分子の吸収特性に応じてFM−AM変換
されたAM信号成分を光検波器で検出する方法である。As described above, the FM spectroscopy is a method in which the AM signal component FM-AM converted according to the absorption characteristics of the atoms or molecules constituting the sample is detected by the photodetector.
【0005】従来のFM分光法では、FM変調されたレ
ーザ光を光源に用いるが、一般に、レーザ光をFM変調
する場合には、その振幅もわずかにAM変調される。す
なわち、光源用直流電源2からの注入電流にFM変調用
交流電源3からの交流電流を重畳してFM変調を行う
際、FM変調成分に加えて重畳された高周波電流の振幅
成分によって、AM変調成分も発生する。このAM変調
成分は、試料の吸収特性によるFM−AM変換されたA
M信号成分と周波数が同一になるので、吸収の有無に関
係なくバックグラウンド成分として観測されていた(IE
EE.J.QuantumElectron.QE-18.4.の第582頁〜第
595頁参照)。In the conventional FM spectroscopy, an FM-modulated laser beam is used as a light source. Generally, when the laser beam is FM-modulated, its amplitude is also slightly AM-modulated. That is, when performing the FM modulation by superimposing the AC current from the FM modulation AC power supply 3 on the injection current from the light source DC power supply 2, the AM modulation is performed by the amplitude component of the superimposed high frequency current in addition to the FM modulation component. Ingredients are also generated. This AM-modulated component is FM-AM-converted A according to the absorption characteristics of the sample.
Since the frequency is the same as the M signal component, it was observed as a background component regardless of absorption or non-absorption (IE
EE. J. Quantum Electron. QE-18.4. Pp. 582-
(See page 595).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のFM分光装置においては、光源のFM変調時に発生
する不要なAM変調成分は、検出されたAM信号成分と
同一周波数となるため、測定されるAM信号成分のバッ
クグラウンドを押し上げるので、標準量子限界であるシ
ョット雑音限界までの検出ができず、検出感度が低下す
るという問題があった。However, in the conventional FM spectroscope described above, the unnecessary AM modulation component generated at the time of the FM modulation of the light source has the same frequency as the detected AM signal component, and is therefore measured. Since the background of the AM signal component is pushed up, the shot noise limit, which is the standard quantum limit, cannot be detected, and there is a problem that the detection sensitivity decreases.
【0007】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、原子または分子の
吸収特性を測定するFM分光法による分光装置におい
て、ショット雑音限界もしくはそれ以下での測定が可能
な高感度な分光装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to limit the shot noise to or below the shot noise limit in a spectroscopic apparatus by FM spectroscopy for measuring the absorption characteristics of atoms or molecules. An object of the present invention is to provide a highly sensitive spectroscopic device capable of performing measurement at room temperature.
【0008】本発明の前記以外の目的及び新規な特徴
は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにす
る。The other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の分光方法は、第1の光源によりFM変調し
た光信号を分光用測定試料に入射し、該分光用測定試料
から透過したAM光信号を検出して前記分光用測定試料
の原子または分子の吸収スペクトルを測定する分光方法
において、前記分光用測定試料に入射する光信号とし
て、第1の光源をFM変調した光信号によって第2の光
源を注入同期して発振させたFM光信号を用いることに
より、第1の光源のFM変調時のAM変調成分を抑圧し
たことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the spectroscopic method of the present invention is such that an optical signal FM-modulated by a first light source is incident on a spectroscopic measurement sample and transmitted from the spectroscopic measurement sample. In the spectroscopic method of detecting the AM optical signal and measuring the absorption spectrum of atoms or molecules of the spectroscopic measurement sample, the optical signal incident on the spectroscopic measurement sample is an FM-modulated optical signal of the first light source. It is characterized in that the AM modulation component at the time of the FM modulation of the first light source is suppressed by using the FM optical signal oscillated by injection locking the second light source.
【0010】本発明の分光装置は、周波数変調された第
1の光源と、該第1光源からの出力を検波する光検波器
と、該光検波器からの出力電流が入力される増幅器と、
該増幅器からの出力電流が入力される周波数選択検出器
と、該周波数選択検出器で選択された信号成分が入力さ
れる記録計とからなり、前記第1の光源と前記光検波器
との間の光路に試料を配置し、前記第1の光源と前記光
検波器との間の光路に試料を配置し、該試料の原子また
は分子の吸収を測定する分光装置において、第2の光源
を設置し、前記第1の光源からの出力光を前記第2の光
源に入力し、当該第2の光源と前記光検波器との間の光
路に試料を配置したことを特徴とする。The spectroscopic device of the present invention comprises a frequency-modulated first light source, a photodetector for detecting an output from the first light source, and an amplifier to which an output current from the photodetector is input.
A frequency selective detector to which the output current from the amplifier is input, and a recorder to which the signal component selected by the frequency selective detector is input, are provided between the first light source and the photodetector. A second light source in a spectroscopic apparatus for arranging a sample in the optical path of the sample, arranging the sample in the optical path between the first light source and the photodetector, and measuring the absorption of atoms or molecules of the sample. The output light from the first light source is input to the second light source, and the sample is placed in the optical path between the second light source and the photodetector.
【0011】つまり、本発明の分光方法及び分光装置に
おいては、前記FM変調された第1の光源の出力光入力
して、前記第1の光源の出力光に位相同期して発振する
第2の光源を設置したことを最も重要な特徴とする。That is, in the spectroscopic method and the spectroscopic device of the present invention, the output light of the FM-modulated first light source is input and oscillates in phase synchronization with the output light of the first light source. The most important feature is the installation of a light source.
【0012】また、前記位相同期された第2の光源とし
て、振幅スクイーズド状態で発振する光源を用いる。A light source that oscillates in an amplitude squeezed state is used as the phase-synchronized second light source.
【0013】[0013]
【作用】前述の手段によれば、FM分光法による分光方
法及び装置において、不要なAM変調成分を含んだFM
変調された第1の光源からの光を、第2の光源に注入す
ることによって、第2の光源の出力光は、第1の光源か
らの光に位相同期し、FM変調成分は保存されるが、A
M変調成分は抑圧されて消失する。したがって、分光用
試料に入射する第2の光源の光には不要なAM変調成分
を含まないので、分光用試料で発生するAM信号のみが
光検波器で検波される。その検出限界は、第2の光源か
らの発振光の振幅雑音特性のみで定まり、ショット雑音
限界の測定が可能になり、高感度な分光装置を得ること
ができる。According to the above-mentioned means, in the spectroscopic method and apparatus by the FM spectroscopic method, the FM containing unnecessary AM modulation component is included.
By injecting the modulated light from the first light source into the second light source, the output light from the second light source is phase-locked with the light from the first light source, and the FM modulation component is preserved. But A
The M modulation component is suppressed and disappears. Therefore, since the light of the second light source incident on the spectroscopic sample does not include an unnecessary AM modulation component, only the AM signal generated by the spectroscopic sample is detected by the photodetector. The detection limit is determined only by the amplitude noise characteristic of the oscillation light from the second light source, the shot noise limit can be measured, and a highly sensitive spectroscopic device can be obtained.
【0014】ここで、第2の光源の発振光の振幅雑音特
性がショット雑音レベル以下の振幅スクイーズド状態の
場合には、ショット雑音レベル以下の測定が可能にな
る。Here, when the amplitude noise characteristic of the oscillation light of the second light source is in the amplitude squeezed state below the shot noise level, it is possible to measure below the shot noise level.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【0016】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一名称および同一符号を
つけ、その繰り返しの説明は省略する。In all the drawings for explaining the embodiments, those having the same function are designated by the same name and the same reference numeral, and the repeated description thereof will be omitted.
【0017】図1は、本発明による分光装置の第1の実
施例の概略構成を示すブロック構成図である。第1の実
施例の分光装置は、図1に示すように、マスタレーザ
(FM変調用光源)1、光源用直流電源2、FM変調用
交流電源3、分光用試料4、光検波器5、増幅器6、周
波数選択検出器7、記録計8、光アイソレータ9、10
0%反射鏡10、注入同期用レーザ光源(第2の光源)
11、注入同期用レーザ直流電源12、ファラデーロー
テータ13、偏光ビームスプリッタ14で構成されてい
る。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a spectroscopic device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the spectroscopic device of the first embodiment includes a master laser (FM modulation light source) 1, a light source DC power supply 2, an FM modulation AC power supply 3, a spectroscopic sample 4, an optical detector 5, Amplifier 6, frequency selective detector 7, recorder 8, optical isolator 9, 10
0% reflector 10, injection locking laser light source (second light source)
11, a laser DC power supply 12 for injection locking, a Faraday rotator 13, and a polarization beam splitter 14.
【0018】そして、前記FM変調用光源1からの光の
前記試料への入射を完全に阻止するように偏光ビームス
プリッタ14を設置し、該偏光ビームスプリッタ14で
反射した前記光源1からの光が入射することで該入射光
に位相同期して光を発振する注入同期用レーザ光源(第
2の光源)11を設置し、該注入同期用レーザ光源(第
2の光源)11からの光が前記試料に完全に入射するよ
うにしている。A polarization beam splitter 14 is installed so as to completely prevent the light from the FM modulation light source 1 from entering the sample, and the light from the light source 1 reflected by the polarization beam splitter 14 is An injection locking laser light source (second light source) 11 that oscillates light in synchronization with the incident light by being incident is installed, and the light from the injection locking laser light source (second light source) 11 is It is designed to be completely incident on the sample.
【0019】次に、第1の実施例の分光装置の動作を図
1を参照して説明する。Next, the operation of the spectroscopic device of the first embodiment will be described with reference to FIG.
【0020】マスタレーザ1として半導体レーザを用
い、光源用直流電源2からマスタレーザ1への注入電流
に、FM変調用交流電源3からの交流電流を重畳してF
M変調を行い、マスタレーザ1よりFM変調を受けたビ
ーム光を発射する。このマスタレーザ1の出力光(以
下、マスタレーザ光と称する)には、FM変調成分の他
に、わずかにAM変調成分を含んでいる。マスタレーザ
光は光アイソレータ9を通過し、100%反射鏡10、
偏光ビームスプリッタ14で順次100%反射され、フ
ァラデーローテータ13を通過して注入同期用レーザ光
源(以下、スレーブレーザと称する)11に注入され
る。A semiconductor laser is used as the master laser 1, and an AC current from the FM modulation AC power supply 3 is superposed on an injection current from the light source DC power supply 2 to the master laser 1 so that F
M-modulation is performed, and a beam light subjected to FM modulation is emitted from the master laser 1. The output light of the master laser 1 (hereinafter, referred to as a master laser light) contains a slight AM modulation component in addition to the FM modulation component. The master laser light passes through the optical isolator 9, and is 100% reflecting mirror 10,
The light is sequentially reflected by the polarization beam splitter 14 by 100%, passes through the Faraday rotator 13, and is injected into an injection locking laser light source (hereinafter referred to as a slave laser) 11.
【0021】この注入により、スレーブレーザ11は、
マスタレーザ光の位相に同期して、出力光を発振する。
このスレブレーザ11の出力光(以下、スレーブレーザ
光と称する)は、マスタレーザ光に含まれていたAM変
調成分を含んでいない。このスレーブレーザ光は、ファ
ラデーローテータ13を通過して、偏光ビームスプリッ
タ14に至る。By this injection, the slave laser 11 is
The output light is oscillated in synchronization with the phase of the master laser light.
The output light of the slave laser 11 (hereinafter referred to as slave laser light) does not include the AM modulation component included in the master laser light. The slave laser light passes through the Faraday rotator 13 and reaches the polarization beam splitter 14.
【0022】ここで、スレーブレーザ光を入力光と同一
方向の偏光で発振させたならば、スレーブレーザ光の偏
光方向は、マスタレーザ光がファラデーローテータ13
で45度回転され、さらに、スレーブレーザ光が同一方
向に45度回転するので、合計90度の回転を受け、偏
光ビームスプリッタ14を100%通過する。偏光ビー
ムスプリッタ14を通過したスレーブレーザ光は、分光
用試料4を通過する際、分光用試料4の吸収特性に応じ
て、そのFM変調成分がAM変調に変換される。AM変
調を受けたスレーブレーザ光は、光検波器5に入り、検
出され、検波電流に変換される。この検波電流は、増幅
器6で増幅され、増幅された検波電流は、周波数選択検
出器7で周波数ごとの特性値として測定され、記録計8
に記録される。Here, if the slave laser light is oscillated with polarization in the same direction as the input light, the master laser light is polarized by the Faraday rotator 13 in the polarization direction of the slave laser light.
Is rotated by 45 degrees, and the slave laser light is rotated by 45 degrees in the same direction. Therefore, the slave laser light is rotated by 90 degrees in total and passes through the polarization beam splitter 14 by 100%. When the slave laser light that has passed through the polarization beam splitter 14 passes through the spectroscopic sample 4, its FM modulation component is converted into AM modulation according to the absorption characteristics of the spectroscopic sample 4. The slave laser light subjected to AM modulation enters the photodetector 5, is detected, and is converted into a detection current. This detected current is amplified by the amplifier 6, and the amplified detected current is measured as a characteristic value for each frequency by the frequency selection detector 7, and the recorder 8
Recorded in.
【0023】以上の説明からわかるように、第1の実施
例の分光装置によれば、次のような効果を得ることがで
きる。As can be seen from the above description, the following effects can be obtained with the spectroscopic device of the first embodiment.
【0024】すなわち、不要なAM変調成分を含んだマ
スタレーザ光は、偏光ビームスプリッタ14により、分
光用試料4側への侵入を阻止され、その一方、スレーブ
レーザ光は、マスタレーザ光の注入により位相同期して
発振する際、マスタレーザ光の不要なAM変調成分が消
失し、分光用試料4に入射するスレーブレーザ光には、
不要なAM変調成分が含まれていないので、分光用試料
4で発生するAM信号成分のみが光検波器5で検波され
る。したがって、検出限界はスレーブレーザ光の雑音特
性のみで定まり、スレーブレーザとして通常のレーザを
用いた場合には、ショット雑音限界での測定が可能にな
る。That is, the master laser light containing the unnecessary AM modulation component is prevented from entering the spectroscopic sample 4 side by the polarization beam splitter 14, while the slave laser light is injected by the master laser light. When oscillating in phase synchronization, unnecessary AM modulation components of the master laser light disappear and slave laser light incident on the spectroscopic sample 4 is
Since no unnecessary AM modulation component is included, only the AM signal component generated in the spectroscopic sample 4 is detected by the photodetector 5. Therefore, the detection limit is determined only by the noise characteristics of the slave laser light, and when a normal laser is used as the slave laser, measurement at the shot noise limit becomes possible.
【0025】さらに、スレーブレーザとして定電流動作
させた半導体レーザを用いれば、その振幅雑音はショッ
ト雑音レベルより小さな振幅スクイーズド状態となり、
ショット雑音レベル以下の測定が可能になる。スレーブ
レーザ光を振幅スクイーズド状態で用いた場合、吸収特
性によって損失が生じるが、この分光法を用いる場合に
生じるような非常に小さな吸収損失では、振幅スクイー
ズド状態の破壊はわずかであり、問題にならない。Furthermore, if a semiconductor laser operated at a constant current is used as the slave laser, its amplitude noise becomes an amplitude squeezed state smaller than the shot noise level,
It is possible to measure below the shot noise level. When the slave laser light is used in the amplitude squeezed state, the absorption characteristic causes a loss, but the amplitude squeezed state is slightly destroyed at a very small absorption loss such as that caused when using this spectroscopy. do not become.
【0026】以下では、前記した効果が、実験によって
定量的に確認されたことを説明する。In the following, it will be explained that the above-mentioned effects were quantitatively confirmed by experiments.
【0027】図2は、第1の実施例の分光装置の効果の
有無を判定する装置の概略構成を示すブロック構成図で
あり、15は50%−50%ビームスップリッタ、5
1,52は光検波器、16は遅延線路、17は差動増幅
器、18はスペクトラムアナライザである。なお、ビー
ムスップリッタ15、二つの光検波器51,52、遅延
線路16、差動増幅器17で構成された検波回路を遅延
型バランスドミキサと称する。FIG. 2 is a block diagram showing the schematic arrangement of an apparatus for determining the presence / absence of the effect of the spectroscopic apparatus of the first embodiment. Reference numeral 15 denotes a 50% -50% beam splitter, 5
Reference numerals 1 and 52 are optical detectors, 16 is a delay line, 17 is a differential amplifier, and 18 is a spectrum analyzer. The detection circuit composed of the beam splitter 15, the two optical detectors 51 and 52, the delay line 16, and the differential amplifier 17 is called a delay type balanced mixer.
【0028】次に、測定方法を簡単に説明する。偏光ビ
ームスプリッタ14を通過したスレーブレーザ光を、5
0%−50%ビームスプリッタ15で等分し、光検波器
51,52で検波する。二つの検波電流の内、一方は遅
延線路16を通して、他方は直接に、それぞれ差動増幅
器17に接続し、その出力信号をスペクトラムアナライ
ザ18で測定する。Next, the measuring method will be briefly described. The slave laser light that has passed through the polarization beam splitter 14
It is equally divided by the 0% -50% beam splitter 15, and detected by the photodetectors 51 and 52. One of the two detected currents is connected to the differential amplifier 17 through the delay line 16 and the other is directly connected to the differential amplifier 17, and the output signal thereof is measured by the spectrum analyzer 18.
【0029】いま、遅延線路16の遅延時間をτとする
と、周波数ωim=πmτ(ただし、mは0または自然
数)を満たす場合には、差動増幅器17の二つの入力信
号が同相となるので、差動増幅器17の出力では二つの
入力検波電流の差の成分が出力され、遅延型バランスド
ミキサの入力信号光のAM雑音成分に関係なくショット
雑音レベルを示す。一方、周波数ωonが関係式Now, assuming that the delay time of the delay line 16 is τ, when the frequency ωim = πmτ (where m is 0 or a natural number), the two input signals of the differential amplifier 17 are in phase, so that At the output of the differential amplifier 17, a component of the difference between the two input detection currents is output, and shows a shot noise level regardless of the AM noise component of the input signal light of the delay type balanced mixer. On the other hand, the frequency ωon is
【0030】[0030]
【数1】 ωon=π(2n+1)τ/2 (ただし、nは0または自然数) を満たす場合には、二つの入力信号が互いに逆相となる
ので、差動増幅器17の出力では二つの入力検波電流の
和の成分が出力され、遅延型バランスドミキサの入力信
号光のAM雑音成分を示す。When ωon = π (2n + 1) τ / 2 (where n is 0 or a natural number), the two input signals have opposite phases, so the differential amplifier 17 outputs two inputs. The sum component of the detection currents is output and indicates the AM noise component of the input signal light of the delay type balanced mixer.
【0031】図3に図2の構成による遅延型バランスド
ミキサおよびスペクトラムアナライザ18からなる測定
装置で測定した雑音の実験結果を示す。図3において、
横軸は測定周波数、縦軸は雑音レベルである。トレース
(A)はマスタレーザの光を直接検波したしたときであ
り、周波数ωimでショット雑音レベルを示し、周波数ω
onでマスタレーザの振幅雑音を示している。FIG. 3 shows an experimental result of noise measured by the measuring apparatus including the delay type balanced mixer and the spectrum analyzer 18 having the configuration of FIG. In FIG.
The horizontal axis represents the measurement frequency and the vertical axis represents the noise level. trace
(A) is the case where the light of the master laser is directly detected, and shows the shot noise level at the frequency ωim.
On indicates the amplitude noise of the master laser.
【0032】図3からわかるように、周波数ωimの雑音
レベルよりも周波数ωonの雑音レベルの方が大きいの
で、マスタレーザの振幅雑音は過剰雑音の状態にある。
トレース(B)は、注入同期無しで、スレーブレーザ11
単独の振幅雑音を示したものである。このとき、スレー
ブレーザ11は定電流動作をさせているので、その振幅
雑音は振幅スクイーズド状態(振幅雑音がショット雑音
レベルより小さい状態)になっており、周波数ωimの雑
音レベルよりも周波数ωonの雑音レベルの方が、小さく
なっている。As can be seen from FIG. 3, since the noise level of the frequency ωon is higher than the noise level of the frequency ωim, the amplitude noise of the master laser is in the excessive noise state.
Trace (B) shows the slave laser 11 without injection locking.
This shows a single amplitude noise. At this time, since the slave laser 11 is operating at a constant current, its amplitude noise is in the amplitude squeezed state (the amplitude noise is smaller than the shot noise level), and the frequency of the frequency ωon is higher than that of the frequency ωim. The noise level is lower.
【0033】図4に注入同期状態におけるスレーブレー
ザ光の振幅雑音をショット雑音レベルで規格化した特性
を示す。図4において、横軸は離調周波数で、マスタレ
ーザ光の周波数からスレーブレーザ光の自走周波数の差
であり、縦軸の0はショット雑音レベルである。トレー
ス(C)はスレーブレーザ光の自走状態の雑音レベルで、
振幅スクイーズド状態になっている。FIG. 4 shows a characteristic in which the amplitude noise of the slave laser light in the injection locked state is standardized by the shot noise level. 4, the horizontal axis represents the detuning frequency, which is the difference between the frequency of the master laser light and the free-running frequency of the slave laser light, and 0 on the vertical axis is the shot noise level. Trace (C) is the noise level of the free-running state of the slave laser light,
Amplitude squeezed.
【0034】トレース(D)は、図3のトレース(A)のマ
スタレーザ光で注入同期した状態の雑音レベルであり、
少なくとも、スレーブレーザ光がマスタレーザ光に位相
同期している図4のロックレンジ内では振幅スクイーズ
ド状態を維持し、振幅雑音の増加は生じていない。この
ことは、注入同期によって、スレーブレーザ光の周波数
および位相成分はマスタレーザ光に位相同期し、かつ、
マスタレーザ光に含まれていた不要なAM変調成分を完
全に抑圧でき、その検出限界はスレーブレーザ光の雑音
特性のみで決まることを示している。Trace (D) is the noise level in the injection locked state with the master laser light of trace (A) of FIG.
At least within the lock range of FIG. 4 in which the slave laser light is phase-locked with the master laser light, the amplitude squeezed state is maintained and the amplitude noise does not increase. This means that by injection locking, the frequency and phase components of the slave laser light are phase locked to the master laser light, and
It has been shown that the unnecessary AM modulation component contained in the master laser light can be completely suppressed, and the detection limit thereof is determined only by the noise characteristic of the slave laser light.
【0035】以上の説明からわかるように、第1の実施
例の分光装置によれば、光源のFM変調時に発生する不
要なAM変調成分を完全に抑圧できることが定量的に確
認された。As can be seen from the above description, it has been quantitatively confirmed that the spectroscopic device of the first embodiment can completely suppress the unnecessary AM modulation component generated during the FM modulation of the light source.
【0036】なお、AM信号成分を検出する検出器とし
て、FM変調用交流信号に同期してAM信号成分のみを
検出するロックイン検出器を用いても同様に動作するこ
とはいうまでもない。Needless to say, a lock-in detector that detects only the AM signal component in synchronization with the AC signal for FM modulation may be used as the detector that detects the AM signal component, and the same operation is performed.
【0037】図5は、本発明による分光装置の第2の実
施例の概略構成を示すブロック構成図である。FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the spectroscopic device according to the present invention.
【0038】第2の実施例の分光装置は、図5に示すよ
うに、第2の光源の出力光方向と反対側から第1の光源
の光を注入する配置であり、その作用・効果は前記第1
の実施例と同じである。As shown in FIG. 5, the spectroscopic device of the second embodiment has an arrangement for injecting the light of the first light source from the side opposite to the output light direction of the second light source. The first
Is the same as the embodiment described above.
【0039】なお、前記実施例では、マスタレーザ1と
スレーブレーザ11との間に光アイソレータを設置した
が、これは、マスタレーザ光がスレーブーレーザ11で
反射してマスタレーザ1に戻るのと、スレーブレーザ光
がマスタレーザ1に入射して、マスタレーザ1が不安定
になるのを防止するためのものであり、本発明の主たる
構成要素ではない。In the above embodiment, an optical isolator is installed between the master laser 1 and the slave laser 11. This is because the master laser light is reflected by the slave laser 11 and returns to the master laser 1. The purpose is to prevent the slave laser light from entering the master laser 1 and becoming unstable, and is not a main component of the present invention.
【0040】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
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し得
ることは勿論である。Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .
【0041】[0041]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の分光装
置によれば、光源をFM変調するときに発生する不要な
AM変調成分を完全に抑圧して、ショット雑音限界もし
くは、それ以下で動作し、高感度な分光を得ることがで
きる。As described above, according to the spectroscopic device of the present invention, the unnecessary AM modulation component generated when the light source is FM-modulated is completely suppressed, and the shot noise limit or less is achieved. It operates and can obtain highly sensitive spectrum.
【図1】 本発明による分光装置の第1の実施例の概略
構成を示すブロック構成図、FIG. 1 is a block configuration diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a spectroscopic device according to the present invention,
【図2】 第1の実施例の効果を判定するための装置の
概略構成を示すブロック構成図、FIG. 2 is a block configuration diagram showing a schematic configuration of an apparatus for determining the effect of the first embodiment,
【図3】 第1の実施例の注入同期無しで測定した雑音
特性を表す図、FIG. 3 is a diagram showing noise characteristics measured without injection locking according to the first embodiment;
【図4】 第1の実施例のショット雑音レベルで規格化
した場合の振幅雑音の特性を表す図、FIG. 4 is a diagram showing characteristics of amplitude noise when normalized by the shot noise level of the first embodiment;
【図5】 本発明による分光装置の第2の実施例の概略
構成を示すブロック構成図、FIG. 5 is a block configuration diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the spectroscopic device according to the present invention,
【図6】 従来の分光装置の概略構成を示すブロック構
成図。FIG. 6 is a block configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional spectroscopic device.
1…FM変調用光源(マスタレーザ)、2…光源用直流
電源、3…FM変調用交流電源、4…分光用試料、5,
51,52…光検波器、6…増幅器、7…周波数選択検
出器、8…記録計、9…光アイソレータ、10…100
%反射鏡、11…注入同期用レーザ光源(第2の光
源)、12…注入同期用レーザ直流電源、13…ファラ
デーローテータ、14…偏光ビームスップリッタ、15
…50%−50%ビームスプリッタ、16…遅延線路、
17…差動増幅器、18…スペクトラムアナライザ、
(A)…マスタレーザ光の雑音特性、(B)…スレーブ
レーザ光の雑音特性、(C)…スレーブレーザ自走状態
の雑音特性、(D)…スレーブレーザ注入状態の雑音特
性。1 ... FM modulation light source (master laser), 2 ... Light source DC power supply, 3 ... FM modulation AC power supply, 4 ... Spectroscopic sample, 5,
51, 52 ... Photodetector, 6 ... Amplifier, 7 ... Frequency selection detector, 8 ... Recorder, 9 ... Optical isolator, 10 ... 100
% Reflection mirror, 11 ... Laser light source for injection locking (second light source), 12 ... Laser DC power supply for injection locking, 13 ... Faraday rotator, 14 ... Polarization beam splitter, 15
... 50% -50% beam splitter, 16 ... delay line,
17 ... Differential amplifier, 18 ... Spectrum analyzer,
(A) ... Noise characteristics of master laser light, (B) ... Noise characteristics of slave laser light, (C) ... Noise characteristics of slave laser free-running state, (D) ... Noise characteristics of slave laser injected state.
Claims (4)
分光用測定試料に入射し、該分光用測定試料から透過し
たAM光信号を検出して前記分光用測定試料の原子また
は分子の吸収スペクトルを測定する分光方法において、
前記分光用測定試料に入射する光信号として、第1の光
源をFM変調した光信号によって第2の光源を注入同期
して発振させたFM光信号を用いることにより、第1の
光源のFM変調時のAM変調成分を抑圧したことを特徴
とする分光方法。1. The absorption of atoms or molecules of the spectroscopic measurement sample by detecting an AM optical signal transmitted from the spectroscopic measurement sample by injecting an FM-modulated optical signal from a first light source into the spectroscopic measurement sample. In the spectroscopic method for measuring the spectrum,
As an optical signal incident on the measurement sample for spectroscopy, an FM optical signal obtained by oscillating the second light source in injection locking with an optical signal obtained by FM-modulating the first light source is used to perform FM modulation of the first light source. A spectroscopic method characterized by suppressing the AM modulation component at the time.
て、前記第1の光源をFM変調した光信号によって第2
の光源を注入同期して発振させたFM光信号が振幅スク
イーズド状態であることを特徴とする分光方法。2. The spectroscopic method according to claim 1, wherein a second optical signal is generated by FM-modulating the first light source.
The FM optical signal generated by oscillating the above light source in injection locking is in the amplitude squeezed state.
光源からの出力を検波する光検波器と、該光検波器から
の出力電流が入力される増幅器と、該増幅器からの出力
電流が入力される周波数選択検出器と、該周波数選択検
出器で選択された信号成分が入力される記録計とからな
り、前記第1の光源と前記光検波器との間の光路に試料
を配置し、前記第1の光源と前記光検波器との間の光路
に試料を配置し、該試料の原子または分子の吸収を測定
する分光装置において、第2の光源を設置し、前記第1
の光源からの出力光を前記第2の光源に入力し、当該第
2の光源と前記光検波器との間の光路に試料を配置した
ことを特徴とする分光装置。3. A frequency-modulated first light source, and the first light source.
A photodetector that detects the output from the light source, an amplifier to which the output current from the photodetector is input, a frequency selection detector to which the output current from the amplifier is input, and a selection from the frequency selection detector An optical path between the first light source and the photodetector, wherein a sample is placed in the optical path between the first light source and the photodetector. In the spectroscopic device for arranging a sample in the sample and measuring the absorption of atoms or molecules of the sample, a second light source is installed, and
The light output from the light source is input to the second light source, and the sample is placed in the optical path between the second light source and the photodetector.
て、前記第2の光源として振幅スクイーズド状態で発振
する光源を用いたことを特徴とする分光装置。4. The spectroscopic device according to claim 3, wherein a light source that oscillates in an amplitude squeezed state is used as the second light source.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05426393A JP3209466B2 (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Spectroscopic method and spectroscopic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05426393A JP3209466B2 (en) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | Spectroscopic method and spectroscopic device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265468A true JPH06265468A (en) | 1994-09-22 |
| JP3209466B2 JP3209466B2 (en) | 2001-09-17 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP3209466B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8948410B2 (en) | 2008-12-18 | 2015-02-03 | Koninklijke Philips N.V. | Active audio noise cancelling |
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1993
- 1993-03-15 JP JP05426393A patent/JP3209466B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US8948410B2 (en) | 2008-12-18 | 2015-02-03 | Koninklijke Philips N.V. | Active audio noise cancelling |
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| JP3209466B2 (en) | 2001-09-17 |
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