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公開番号2025025182
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-21
出願番号2023129744
出願日2023-08-09
発明の名称光周波数の遠隔校正システム
出願人株式会社マグネスケール
代理人弁理士法人タス・マイスター
主分類G02F 1/01 20060101AFI20250214BHJP(光学)
要約【課題】被校正光源の光周波数を、離れた場所に配設された光周波数コム装置を用いて遠隔校正可能な校正システムを提供する。
【解決手段】一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部103と、光周波数コム装置を用いて、スレーブ校正部103に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正部102と、スレーブ校正部103とマスター校正部102とを接続する光伝送部106とを備える。マスター校正部102は、光伝送部106を介して伝送されたスレーブ校正部103の被校正光源の出力光の光周波数を、光周波数コム装置を用いて校正し、光周波数コム装置の出力光と被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力に対して、光周波数を測定して校正する。また、マスター校正部102は、時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なRF発振器に基づいて、光周波数コム装置の動作周波数を安定化する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定し、校正するマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、を備え、
前記マスター校正部は、前記光伝送部を介して伝送された前記スレーブ校正部の被校正光源の出力光の光周波数を、前記光周波数コム装置を用いて校正する際に、光周波数コム装置の出力光と被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、光周波数を測定し、校正するように構成されるとともに、時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて、前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
続きを表示（約 5,500 文字）【請求項２】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、
前記スレーブ校正部の稼働状況を受信する機能、前記被校正光源の校正命令を前記マスター校正部に送信する機能、及び校正結果を前記マスター校正部から受信する機能を有する管理部と、を備え、
前記スレーブ校正部は、稼働状況を前記管理部に送信する機能、前記マスター校正部からの光路切替信号を受信する機能、前記被校正光源の出力光の光路を切り替えることにより光伝送路に結合させる機能を有し、
前記マスター校正部は、校正命令を前記管理部から受診して光路切替命令を前記スレーブ校正部に送信し、前記スレーブ校正部から前記光伝送路を介して伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、前記光周波数コム装置を用いて校正する際に、前記光周波数コム装置の出力光と前記被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、光周波数を測定し、校正する機能、校正結果を前記管理部に送信する機能、更に、ＧＰＳ経由で時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて、前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
【請求項３】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正室と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、
前記スレーブ校正部の稼働状況を受信する機能、前記被校正光源の校正命令を前記マスター校正部に送信する機能、及び校正結果を前記マスター校正室から受信する機能を有する管理部と、を備え、
前記スレーブ校正部は、稼働状況を前記管理室に送信する機能、前記マスター校正部からの光路切替信号を受信する機能、前記被校正光源の出力光の光路を切り替えることにより光伝送路に結合させる機能を有し、
前記マスター校正部は、校正命令を前記管理部から受信して光路切替命令を前記スレーブ校正部に送信し、前記スレーブ校正部から前記光伝送路を介して伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、位相同期により光周波数コムの周波数安定度が転送されたオフセットレーザが含まれる前記光周波数コム装置を用いて校正する際に、前記光周波数コム装置の出力光と前記被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、光周波数を測定し、校正する機能、校正結果を前記管理部に送信する機能、更に、ＧＰＳ経由で時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて、前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
【請求項４】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、
前記スレーブ校正部の稼働状況を受信する機能、前記被校正光源の校正命令を前記マスター校正部に送信する機能、及び校正結果を前記マスター校正部から受信する機能を有する管理部と、を備え、
前記スレーブ校正部は、稼働状況を前記管理部に送信する機能、前記マスター校正部からの光路切替信号を受信する機能、前記被校正光源の出力光の光路を切り替えることにより光伝送路に結合させる機能、前記被校正光源の出力光の光周波数に光変調器による周波数変調を与えるとともに、時々刻々と前記被校正光源ごとに異なる変調周波数の変化を与える符号化機能を有し、
前記マスター校正部は、校正命令を前記管理部から受診して光路切替命令を前記スレーブ校正部に送信し、前記スレーブ校正部から前記光伝送路を介して伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、前記光周波数コム装置を用いて校正する際に、前記光周波数コム装置の出力光と前記被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、前記被校正光源の出力光の符号化に用いたＲＦ信号をミキシングして復号化することによって選択的に光周波数を測定し、校正する機能、校正結果を前記管理部に送信する機能、更に、ＧＰＳ経由で時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて、前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
【請求項５】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、
前記スレーブ校正部の稼働状況を受信する機能、前記被校正光源の校正命令を前記マスター校正部に送信する機能、及び校正結果を前記マスター校正部から受信する機能を有する管理部と、を備え、
前記スレーブ校正部は、稼働状況を前記管理部に送信する機能、前記マスター校正部からの光路切替信号を受信する機能、前記被校正光源の出力光の光路を切り替えることにより光伝送路に結合させる機能、前記被校正光源の出力光の光周波数に光変調器による周波数変調を与えるとともに、時々刻々と前記被校正光源ごとに異なる変調周波数の変化を与える符号化機能を有し、
前記マスター校正部は、校正命令を前記管理部から受診して光路切替命令を前記スレーブ校正部に送信し、前記スレーブ校正部から前記光伝送路を介して伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、位相同期により光周波数コムの周波数安定度が転送されたオフセットレーザが含まれる前記光周波数コム装置を用いて校正する機能を有し、校正時に前記光周波数コム装置の出力光と前記被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、前記被校正光源の出力光の符号化に用いたＲＦ信号をミキシングして復号化することによって選択的に光周波数を測定し、校正する機能、校正結果を前記管理部に送信する機能、更に、ＧＰＳ経由で時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
【請求項６】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、
前記スレーブ校正部の稼働状況を受信する機能、前記被校正光源の校正命令を前記マスター校正部に送信する機能、及び校正結果を前記マスター校正部から受信する機能を有する管理部と、を備え、
前記スレーブ校正部は、稼働状況を前記管理部に送信する機能、前記マスター校正部からの光路切替信号を受信する機能、前記被校正光源の出力光の光路を切り替えることにより光伝送路に結合させる機能、前記被校正光源の出力光の光周波数に光変調器による周波数変調を与えるとともに、時々刻々と前記被校正光源ごとに異なる変調周波数の変化を与える符号化機能を有し、
前記マスター校正部は、校正命令を前記管理部から受診して光路切替命令を前記スレーブ校正部に送信し、前記スレーブ校正部から前記光伝送路を介して伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、前記光周波数コム装置を用いて校正する際に、前記光周波数コム装置の出力光と前記被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、前記被校正光源の出力光の符号化に用いたＲＦ信号をミキシングして復号化することによって選択的に光周波数を測定し、校正する機能、前記復号化を同時に複数の前記被校正光源の光周波数を校正するために実行する機能、校正結果を前記管理部に送信する機能、更に、ＧＰＳ経由で時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
【請求項７】
一以上の被校正光源を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置を備え、該光周波数コム装置を用いて、前記スレーブ校正部に備えられた被校正光源の光周波数を測定して校正するマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、
前記スレーブ校正部の稼働状況を受信する機能、前記被校正光源の校正命令を前記マスター校正部に送信する機能、及び校正結果を前記マスター校正部から受信する機能を有する管理部と、を備え、
前記スレーブ校正部は、稼働状況を前記管理部に送信する機能、前記マスター校正部からの光路切替信号を受信する機能、前記被校正光源の出力光の光路を切り替えることにより光伝送路に結合させる機能、前記被校正光源の出力光の光周波数に光変調器による周波数変調を与えるとともに、時々刻々と前記被校正光源ごとに異なる変調周波数の変化を与える符号化機能を有し、
前記マスター校正部は、校正命令を前記管理部から受診して光路切替命令を前記スレーブ校正部に送信し、前記スレーブ校正室から前記光伝送路を介して伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、位相同期により光周波数コムの周波数安定度が転送されたオフセットレーザが含まれる前記光周波数コム装置を用いて校正する機能を有し、校正時に前記光周波数コム装置の出力光と前記被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を言用いて、前記被校正光源の出力光の符号化に用いたＲＦ信号をミキシングして復号化することによって選択的に光周波数を測定し、校正する機能、前記復号化を同時に複数の前記被校正光源の光周波数を校正するために実行する機能、校正結果を前記管理部に送信する機能、更に、ＧＰＳ経由で時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有している、光周波数の遠隔校正システム。
【請求項８】
前記管理部は、前記マスター校正部から受信した校正結果を管理する機能を有している、請求項２から７に記載したいずれか１項の光周波数の遠隔校正システム。
【請求項９】
一以上のスレーブ校正部にそれぞれ備えられた一以上の被校正光源の光周波数を、マスター校正部に備えられた光周波数コム装置を用いて校正する方法であって、
前記スレーブ校正部と前記マスター校正部とを光伝送部により接続し、
前記スレーブ校正部に設けられた被校正光源の出力光を、前記光伝送部を介して前記マスター校正部に伝送し、
前記マスター校正部では、伝送された前記被校正光源の出力光の光周波数を、前記光周波数コム装置を用いて校正する際に、光周波数コム装置の出力光と被校正光源の出力光のビート信号の電気的な出力を用いて、光周波数を測定し、校正するとともに、時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて、前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化するようにした、光周波数の遠隔校正方法。
【請求項１０】
一以上の被校正光源、及び該被校正光源の光周波数を測定する光周波数測定部を備えたスレーブ校正部の一以上と、
光周波数コム装置、及び光周波数を校正する光周波数校正部を備えたマスター校正部と、
前記スレーブ校正部とマスター校正部とを接続する光伝送部と、を備え、
前記マスター校正部は、時間及び周波数に係る標準器に基づいた遠隔校正が可能なＲＦ発振器に基づいて、前記光周波数コム装置の動作周波数を安定化する機能を有するとともに、前記光周波数コム装置の出力光を、前記伝送部を介して前記スレーブ校正部に伝送するように構成され、
前記スレーブ校正部は、前記光周波数測定部を用いて、該スレーブ校正部に設置された被校正光源の出力光と、該スレーブ校正部に伝送された前記光周波数コム装置の出力光のビート信号の電気的な出力に基づいて、該被校正光源の出力光の光周波数を測定し、得られたビート信号のＲＦ周波数信号を、前記伝送部を介して前記マスター校正部に伝送するように構成され、
前記マスター校正部は、更に、前記スレーブ校正部から前記伝送部を介して伝送されたビート信号のＲＦ周波数信号に基づいて、前記周波数校正部により、前記被校正光源の出力光の周波数を校正するように構成された光周波数の遠隔校正システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スレーブ校正部に設けられた被校正光源の光周波数を、マスター校正部に設けられた光周波数コム装置を用いて校正する校正システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
レーザ光源の光周波数を高精度に計測・校正する技術として、光周波数コム装置の出力光と被校正光源の出力光を干渉させて生じるビート信号を用いる方法が広く利用されている。その代表的な例として、特許文献１があげられる。特許文献１では、単一の被測定光源の出力光を、被測定光源に近接した光周波数コム装置の出力光と干渉させて得られるビート信号の周波数と、光周波数コム装置の繰り返し周波数および搬送波－包絡線オフセット（ＣＥＯ）周波数と、被測定光源の光周波数を波長計で測定して求めたモード次数を基に、光周波数を高精度に求める手段を提供している。特許文献２においては光周波数コムに同期されたオフセットレーザと被測定光源のビート信号も追加し、波長計を用いることなく校正に利用する方法を提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－５６０１号公報
特開２０１４－１９０７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２を始めとして、これまでは光周波数コム装置と同一の部屋内に設置された１個の被校正光源の光周波数を校正する事を前提とした運用が想定されており、遠隔地に設置された被校正光源を遠隔校正する校正方式、更には、複数の遠隔地に設置された複数の被校正光源を選択的にあるいは同時に校正可能な分散型の校正方式についてはこれまで議論がされてこなかった。
【０００５】
一方で近年の産業界、とくに製造業では、工場設備の遠隔命令／操作や、設備／検査データのデジタル化を進め、生産性を極限まで高める”Ｉｎｄｕｓｔｒｙ４．０”へのパラダイムシフトを通じて企業の収益性・国際競争力を高めることの重要性が増している。
【０００６】
ところが、上記従来の光周波数の校正システムでは、校正対象の光源を、使用している設備から取り外して、校正を行うための光周波数コム装置を備えた校正部まで搬送した後、校正作業を行う必要があり、校正のための作業に加えて、校正対象の光源の取り外し、取り付け、搬送といった付随的な作業が必要であり、校正に要するリードタイムが長いという問題があった。具体的には、校正対象の光源を使用している設備から取り外して、校正を行うための光周波数コム装置を備えた校正部まで搬送した後、当該光周波数コム装置の付近に設置し、その後、光源のウォームアップを行って校正を実行する。そして、校正を終了すると、校正対象の光源を再び取り外して、元の設備まで搬送し、当該設備に取り付け直した後、光源のウォームアップと光学調整を行い、この後、設備を再稼働するといった手順が実行される。
【０００７】
このように、従来の光周波数校正システムでは、工場の生産性が損なわれる側面があった。また、被校正光源が複数存在する場合には、これらを一つ一つ手作業で取り外し、搬送し、取り付けし、ウォームアップする必要があるため、人件費と設備のダウンタイムの増加を招くことになる。さらに現行の光周波数コムを用いた校正方式では、光源１個を校正するために長時間の測定が必要であり、被校正器の数だけ光周波数コム装置を稼働させる必要がある。
【０００８】
さらに技術的な問題として、波長６３３ｎｍ帯の波長計量器の校正対象として一般的なヨウ素安定化ヘリウム・ネオン（ＨｅＮｅ）レーザや軸ゼーマン型ＨｅＮｅレーザの光出力が０．１ｍＷオーダーと低いことも校正システムの大規模化に対する障害となる。
【０００９】
順を追って説明すると、ＨｅＮｅレーザの出力光の波長は６３３ｎｍ付近であるが、エルビウムドープファイバレーザをオシレーターに用いる光周波数コムの出力光の中心波長は１５５０ｎｍ付近と、６３３ｎｍから離れており、非線形光ファイバによる非線形光学効果などを用いてこの光周波数コムの帯域を波長６３３ｎｍまで拡大させても縦モード１本の光出力は数ｎＷオーダーと低い数値を取りうる。
【００１０】
このため、この光周波数コムの縦モード１本と被校正光源の出力光のビート周波数を、光検出器で光電変換して測定する時に、ビート信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低く、このＳ／Ｎ比が３０ｄＢ以上はないと周波数カウンタでスリップ・サイクルという問題が生じ、正しく周波数を測定できないという技術的背景も手伝って周波数測定を困難にしている。
（【００１１】以降は省略されています）

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