JP2003195380A - 光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増幅器や光変調器、あるいは帯域光強度検出
器や位相差検出器による帯域を越える信号を伝送するこ
とができる光学的ミリ波・サブミリ波発生装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と
第２コヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、その
差周波数（ν₁-ν₂あるいはν₂-ν₁）を持った第１の電
磁波を発生する手段を備えた装置において、さらに、第
１のコヒーレント光と第２のコヒーレント光と第３のコ
ヒーレント光（周波数ν₃）とを混合する手段と、第１
のコヒーレント光と第３のコヒーレント光との混合によ
り第２の電磁波を発生する手段と、該第２の電磁波と予
め決められた第１の高周波信号とを比較する手段と、上
記の比較により得られた情報により、上記の第１のコヒ
ーレント光の波長を調整する手段と、を備えた構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ミリ波やサブミ
リ波の信号源から離れた位置に、レーザ光を用いて、忠
実にミリ波やサブミリ波を伝送する光学的ミリ波あるい
はサブミリ波の発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】低周波信号やミリ波信号を、光を用いて
伝送する装置としては、文献１（J.J.O'Reilly, P.M. L
ane, R. Heidemann and R.Hofstetter, "Optical gener
ationof very narrow linewidth millimetre wavesigna
ls," Electron. Lett. 28,[25], pp.2309-2311, (199
2).）に記載されたものがあり、これは、図９に示す構
成をもった伝送装置である。図９は、第1の従来例を示
す図であり、光源からの光線を変調器で変調して、電磁
信号で変調された光線を発生し、この光線を光路に沿っ
て伝送し、この光線を光信号から電波信号に変換する変
換器に通すことにより、もとの電磁信号を再生する機能
をもった、電磁信号を伝送する伝送装置のブロック図を
示す図である。ここで、光源としては、レーザ光源が使
われることが多く、また、光路は光ファイバーを用いて
構成されることが多い。また、変調器としては、強度変
調器が使われることが多い。また、変換器としては、半
導体光検出器が使われることが多い。

【０００３】また、このような伝送装置で、ミリ波信号
を伝送する場合は、いくつかの困難があることが知られ
ている。例えば、変調器を駆動するために大電力のミリ
波の信号を必要とするが、周波数が高くなるほどそれら
を得る事が困難であり、また搬送波を抑圧するほど深い
変調をかけることができないため、光変調器の帯域を越
える高い周波数の変調を行うことはできなかった。この
ため、ミリ波の信号を伝送する場合の実用的な周波数上
限は、６０ＧＨｚ程度であった。

【０００４】また、上記のほかの構成を持った伝送装置
としては、文献２（R.T. Ramos andA.J. Seeds, "Fast
heterodyneoptical phase-lock loop using double qua
ntum well laser diodes," Electron.Lett. 28, [1],
pp.82-83, (1992).）に記載されたものがあり、これ
は、図１０に示す構成をもった伝送装置である。図１０
は、第２の従来例を示す図であり、２台のレーザの光出
力をヘテロダイン混合し、差周波にあたるミリ波周波数
のビート信号を発生させ、これと同じ周波数の強度変調
を光に付加する方法を用いた伝送装置を示すブロック図
である。

【０００５】このような伝送装置では、ビート信号の周
波数純度を高めるために光位相同期ループ（ＯＰＬＬ）
などの位相比較機構を備える場合が多い。この伝送装置
の特徴は、レーザ光を伝送する電磁信号で光変調しない
点にある。従って、伝送できる信号帯域幅は、変調器や
変調信号の帯域幅で制限されることがないことである。
また、レーザ光源には小電力で発振や変調の行える半導
体レーザなどを用いることができる点にある。また、光
検出器の帯域は、通常、光変調器の帯域より広いので、
上記の装置より高い周波数のミリ波信号を伝送すること
ができる、という可能性を有している。

【０００６】また、図１０に示す伝送装置の帯域幅は、
光強度検出器あるいは位相差検出器により決められるこ
とが多い。位相差検出器については、分周器と併用する
ことによって、その周波数帯域を拡大することは可能で
あるが、このような改善を行っても、光強度検出器ある
いは位相差検出器による帯域を越える信号を伝送するこ
とは困難であった。このため、ミリ波信号を伝送する場
合の周波数上限は、１００ＧＨｚ程度と見込まれる。

【０００７】本発明は、形態的には上記の第１の従来例
の技術よりも第２の従来例の技術に近いものであるが、
補助的なレーザ光源と波長変換素子を新たに用いること
により、新しい動作原理に基づいて動作する様にしたも
のであり、これまで動作限界とされてきた光検出器の帯
域限界を超える高い周波数のミリ波あるいはサブミリ波
の信号発生を容易に可能にするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記で説明した様に、
低周波信号やミリ波あるいはサブミリ波信号を含めた電
磁信号を、光を用いて伝送する従来の装置では、変調器
を駆動するために大電力のミリ波あるいはサブミリ波の
信号を必要とする。しかし、ミリ波あるいはサブミリ波
帯で、大電力の信号を得る事は困難であり、また光変調
器の帯域を越える高い周波数の変調を行うことも困難で
あった。また、光強度検出器あるいは位相差検出器で制
限される帯域を越える信号を伝送することはできない、
という問題があった。

【０００９】この発明は、上記に鑑み提案されたもの
で、電力増幅器や光変調器、あるいは光強度検出器や位
相差検出器による帯域を越える信号を伝送することがで
きる光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】一般に、上記した第２の
従来例のようにコヒーレント光源である２台のレーザ光
のヘテロダイン混合によってミリ波の信号を発生させる
場合、その周波数は、２台のレーザ光の差周波数に等し
く、差周波数が大きいほど高い周波数のミリ波あるいは
サブミリ波信号を発生させることができる。しかし、通
常の光検出器はその動作帯域を越える高い周波数の変調
信号を検出することができないため、この周波数上限
が、発生できるミリ波あるいはサブミリ波信号の周波数
の上限となっていた。

【００１１】そこで、第１の発明では、第３のコヒーレ
ント光と波長変換素子を新たに用意し、光領域であらか
じめ波長変換を行い、ミリ波あるいはサブミリ波の変調
信号を通常の光検出器でも検出可能な比較的低い周波数
の変調信号に変換するものであり、第１のコヒーレント
光（周波数ν₁）と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）
とを混合して、その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−
ν₁）を持った第１の電磁信号を発生する手段を備えた
装置において、第１のコヒーレント光と第２のコヒーレ
ント光と第３のコヒーレント光（周波数ν₃）とを混合
する手段と、第１のコヒーレント光と第３のコヒーレン
ト光との混合により第２の電磁信号を発生する手段と、
該第２の電磁信号と予め決められた第１の高周波信号と
を比較する手段と、上記の比較により得られた情報によ
り、上記の第１のコヒーレント光の波長を調整する手段
と、を備えたことを特徴としている。

【００１２】また、第３のコヒーレント光源である第３
のレーザ光源の波長変動の影響を抑制するために、第２
の発明は、第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と第２
のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、その差
周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１の電
磁信号を発生する手段を備えた装置において、第１のコ
ヒーレント光と第２のコヒーレント光と第３のコヒーレ
ント光（周波数ν₃）を混合することにより第３の電磁
信号を発生する手段と、該第３の電磁信号と予め決めら
れた第２の高周波信号とを比較する手段と、上記の比較
により得られた情報により、第３のコヒーレント光の波
長を調整する手段と、を備えたことを特徴としている。

【００１３】また、これらの２つの特徴を両方備えるこ
とにより、周波数のより安定したミリ波あるいはサブミ
リ波が得られるので、第３の発明は、第２の発明に加え
て、上記の第１のコヒーレント光と第３のコヒーレント
光との混合により第２の電磁信号を発生する手段と、第
２の電磁信号と第１の高周波信号とを比較する手段と、
この比較により得られた情報により、第１のコヒーレン
ト光の波長を調整する手段と、を備えたことを特徴とし
ている。

【００１４】また、これらのコヒーレント光は、他の装
置でも利用できる様にするために、第４の発明は、第３
の発明に加えて、重ね合わされた第１のコヒーレント光
と第２のコヒーレント光と第３のコヒーレント光とを出
力する手段を備えたことを特徴としている。

【００１５】また、第５の発明は、第１ないし第４のい
ずれかの発明に加えて、第１のコヒーレント光と第２の
コヒーレント光と第３のコヒーレント光とを混合する手
段は、四光波混合等の非線形光学効果であることを特徴
としている。

【００１６】また、第１のコヒーレント光源である第１
のレーザ光源からの光の波長を制御するにあたり、第２
の電磁信号の位相と第１の高周波信号の位相との差を検
出して帰還信号とすることにより、その波長の変動を抑
制することができることから、第６の発明は、第１、第
３、第４あるいは第５のいずれかの発明に加えて、第２
の電磁信号と予め決められた第１の高周波信号とを比較
する手段は、第２の電磁信号の位相と第１の高周波信号
の位相との差を検出する手段であることを特徴としてい
る。

【００１７】また、第３のコヒーレント光源である第３
のレーザ光源からの光の波長を制御するにあたり、第３
の電磁信号の位相と第２の高周波信号の位相との差を検
出して帰還信号とすることにより、その波長の変動を抑
制することができることから、第７の発明は、第２、第
３、第４あるいは第５の発明に加えて、第３の電磁信号
と予め決められた第２の高周波信号とを比較する手段
は、第３の電磁信号の位相と第２の高周波信号の位相と
の差を検出する手段であることを特徴としている。

【００１８】また、非線形素子に入射する光をあらかじ
め変調する事によって発生される側帯波を被混合光の一
部として用いることにより、ミリ波あるいはサブミリ波
の出力周波数を自由に変えられるようになることから、
第８の発明は、第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と
第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、そ
の差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１
の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、第１
のコヒーレント光を変調して第１のコヒーレント光の側
帯波を発生する手段と、第２のコヒーレント光を変調し
て第２のコヒーレント光の側帯波を発生する手段と、第
３のコヒーレント光（周波数ν₃）を変調して第３のコ
ヒーレント光の側帯波を発生する手段と、第１のコヒー
レント光の側帯波と第３のコヒーレント光の側帯波との
混合により第２の電磁信号を発生する手段、あるいは、
第１のコヒーレント光の側帯波と第２のコヒーレント光
の側帯波と第３のコヒーレント光の側帯波との混合によ
り第３の電磁信号を発生する手段、と、前記第２の電磁
信号あるいは第３の電磁信号と予め決められた第1の高
周波信号あるいは第２の高周波信号とを比較する手段
と、上記の比較により得られた情報により、上記の第１
のコヒーレント光の波長あるいは第3のコヒーレント光
の波長をそれぞれ調整する手段と、を備えたことを特徴
としている。

【００１９】また、第９の発明は、第８の発明に加え
て、上記の混合される第１のコヒーレント光の側帯波の
搬送波に対する位置は、上記の混合される第３のコヒー
レント光の側帯波の搬送波に対する位置の反対側であ
り、また、混合される第３のコヒーレント光の側帯波の
搬送波に対する位置は、上記の混合される第２のコヒー
レント光の側帯波の搬送波に対する位置の反対側である
ことを特徴としている。

【００２０】また、第１０の発明は、第１の発明のコヒ
ーレント光の光源数を増やした構成により、多種類の電
磁信号が得られることから、第１のコヒーレント光（周
波数ν₁）と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混
合して、その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を
持った第１の電磁信号を発生する手段を備えた装置にお
いて、Ｎを３以上のいずれかの整数とするとき、第１か
ら第Ｎに至るそれぞれのコヒーレント光の伝搬する光路
と、第１のコヒーレント光と第Ｎのコヒーレント光（周
波数ν_N）を混合する手段と、第１のコヒーレント光と
第Ｎのコヒーレント光との混合により第２の電磁信号を
発生する手段と、該第２の電磁信号と予め決められた第
１の高周波信号とを比較する手段と、上記の比較により
得られた情報により、上記の第１のコヒーレント光の波
長を調整する手段と、を備えたことを特徴としている。

【００２１】ここで、本発明の想定するコヒーレント光
の順序について説明する。簡単には、最低周波数のコヒ
ーレント光の周波数をν₂（あるいはν₁）とし、最高周
波数のコヒーレント光の周波数をν₁（あるいはν₂）と
して、ν₁に向かってν₂から順にν₃、ν₄、ν₅、…
ν_N、ν₁と、することができる。しかし、本発明におい
ては、この様に並べることに限定する理由は無い。３つ
のコヒーレント光を混合する場合の組み合わせを、周波
数に関わらず書くことにして、たとえば、次の様に表わ
す。 <ν₂、ν₃、ν₁> さらに、他の組み合わせとして、<ν₃、ν₄、ν₁>、ま
た、同様に、<ν₄、ν₅、ν₁>、これを繰り返して <ν_N-1、ν_N、ν₁>、 とすることができるとき、これらのコヒーレント光に
は、周波数の高低に依存しない順序が付けられる。本発
明ではこのような順番を、念頭に置いている。

【００２２】また、第１１の発明は、第２の発明のコヒ
ーレント光の光源数を増やした構成により、多種類の電
磁波が得られることから、第１のコヒーレント光（周波
数ν ₁）と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合
して、その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持
った第１の電磁信号を発生する手段を備えた装置におい
て、Ｎを３以上のいずれかの整数とし、ｋを３以上Ｎ以
下のいずれかの整数とするとき、第１から第Ｎに至るそ
れぞれのコヒーレント光の伝搬する光路と、第１のコヒ
ーレント光から第Ｎのコヒーレント光（周波数ν_N）ま
でを混合する手段と、第１のコヒーレント光と第ｋのコ
ヒーレント光と第（ｋ−１）のコヒーレント光の混合に
より第ｋの電磁信号を発生する手段と、該第ｋの電磁信
号と予め決められた第（ｋ−１）の高周波信号とを比較
する手段と、上記の比較により得られた情報により、第
ｋのコヒーレント光の波長を調整する手段と、を備えた
ことを特徴としている。

【００２３】また、これらの2つの特徴を両方備えるこ
とにより、周波数のより安定したミリ波あるいはサブミ
リ波が得られるので、第１２の発明は、第１１の発明に
加えて、上記の、第１のコヒーレント光と第Ｎのコヒー
レント光との混合により電磁信号を発生する手段と、前
記の電磁信号と予め与えられた高周波信号とを比較する
手段と、この比較により得られた情報により第１のコヒ
ーレント光の波長を調整する手段と、を備えたことを特
徴としている。

【００２４】また、第２のコヒーレント光から幾つかの
コヒーレント光を経由して第１のコヒーレント光を制御
する経路には任意性があることから、第１３の発明は、
第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と第２のコヒーレ
ント光（周波数ν₂）とを混合して、その差周波数（ν₁
−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１の電磁信号を発
生する手段を備えた装置において、Ｎを３以上のいずれ
かの整数とするとき、第１から第Ｎに至るそれぞれのコ
ヒーレント光の伝搬する光路と、第２のコヒーレント光
の周波数から制御された周波数だけずれた発振周波数を
もったコヒーレント光（周波数ν_R）と第Ｎのコヒーレ
ント光（周波数ν_N）とを混合して、電磁信号を発生す
る手段と、前記電磁信号と予め決められた高周波信号と
を比較する手段と、第１のコヒーレント光と第Ｎのコヒ
ーレント光との周波数差を制御する手段と、上記の比較
により得られた情報により、上記の第１のコヒーレント
光の波長を調整する手段と、を備えたことを特徴として
いる。

【００２５】また、第１のコヒーレント光から幾つかの
コヒーレント光を経由して第２のコヒーレント光を制御
する経路についても任意性があることから、第１４の発
明は、第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と第２のコ
ヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、その差周波
数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１の電磁信
号を発生する手段を備えた装置において、Ｎを３以上の
いずれかの整数とするとき、第１から第Ｎに至るそれぞ
れのコヒーレント光の伝搬する光路と、第１のコヒーレ
ント光の周波数から制御された周波数だけずれた発振周
波数をもったコヒーレント光（周波数ν_R）と第Ｎのコ
ヒーレント光（周波数ν_N）とを混合して、電磁信号を
発生する手段と、前記の電磁信号と予め決められた高周
波信号とを比較する手段と、第２のコヒーレント光と第
Ｎのコヒーレント光との周波数差を制御する手段と、上
記の比較により得られた情報により、上記の第１のコヒ
ーレント光の波長を調整する手段と、を備えたことを特
徴としている。

【００２６】また、重ね合わされた第１ないし第Ｎのコ
ヒーレント光のいずれか複数を出力してそれらを混合し
て電磁信号にすることにより、種々の電磁波を得る事が
できることから、第１５の発明は、第１０ないし第１４
の発明に加えて、重ね合わされた第１ないし第Ｎのコヒ
ーレント光のいずれか複数を出力する手段を備えたこと
を特徴としている。

【００２７】また、第１６の発明は、第１０ないし第１
５のいずれかの発明に加えて、第１ないし第Ｎのいずれ
かのコヒーレント光を混合する手段は、非線形光学効果
を用いた手段であることを特徴としている。

【００２８】また、第１７の発明は、第１０ないし第１
６のいずれかの発明に加えて、第２の電磁信号と予め決
められた第１の高周波信号とを比較する手段は、第２の
電磁信号の位相と第１の高周波信号の位相との差を検出
する手段であることを特徴としている。

【００２９】また、第１８の発明は、第１１ないし第１
７のいずれかの発明に加えて、第ｋの電磁信号と予め決
められた第（ｋ−１）の高周波信号とを比較する手段
は、第ｋの電磁信号の位相と第（ｋ−１）の高周波信号
の位相との差を検出する手段であることを特徴としてい
る。

【００３０】また、第１９の発明は、第８の発明のコヒ
ーレント光の光源数を増やした構成により、多種類の電
磁波が得られることから、第１０ないし第１８の発明に
加えて、第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と第２の
コヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、その差周
波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１の電磁
信号を発生する手段を備えた装置において、Ｎを３以上
のいずれかの整数とし、発生する電磁波には順に番号が
付され、この番号の付けられた電磁波に対応する高周波
信号には独自に順に番号が付されているものとすると
き、第1から第Ｎまでのコヒーレント光（周波数ν₁から
ν_N）のすべてか、あるいはそれらの一部をそれぞれ共
通にあるいは別々に変調する手段と、前記の変調された
コヒーレント光の側帯波を、被混合光の一部として用い
ることにより、第２ないし第Ｎのいずれかまでの電磁信
号を発生する手段と、これらの電磁信号と予め決められ
た第１ないし第（Ｎ−１）のいずれかまでの高周波信号
とを比較する手段と、上記の比較により得られた情報に
より、上記の第１から第Ｎのいずれかまでのコヒーレン
ト光の波長を調整する手段と、を備えたことを特徴とし
ている。

【００３１】また、第２０の発明は、第１９の発明に加
えて、上記の混合される第１のコヒーレント光の側帯波
の搬送波に対する位置は、上記の混合される第Ｎのコヒ
ーレント光の側帯波の搬送波に対する位置の反対側であ
り、また、ｋを３以上Ｎ以下のいずれかの整数とすると
き、上記の混合される第ｋのコヒーレント光の側帯波の
搬送波に対する位置は、上記の混合される第（ｋ−１）
のコヒーレント光の側帯波の搬送波に対する位置の反対
側であることを特徴としている。

【００３２】また、第２１の発明は、コンピュータを用
いた制御装置を用いることによって、望みのミリ波ある
いはサブミリ波を容易に取り出せる様にするために、第
１ないし第１９のいずれかの発明に加えて、予め決めら
れた第１の電磁信号の周波数に対応した表で、構成され
たＯＰＬＬに関わる電磁波の周波数を含む表を参照し
て、その電磁信号を発生する手段を調整する手段を備え
た事を特徴としている。

【００３３】また、第２２の発明は、コンピュータを用
いた制御装置を用いることによって、望みのミリ波ある
いはサブミリ波を取り出すための設定を容易に行うため
に、第１ないし第１８のいずれかの発明に加えて、予め
決められた第１の電磁信号の周波数に対応した表で、ミ
リ波あるいはサブミリ波の発生に関わるコヒーレント光
の周波数を含む表を参照して、少なくともミリ波あるい
はサブミリ波の発生に関わるコヒーレント光を発生する
手段を調整する手段を備えた事を特徴としている。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の動作原理をまず
説明し、続いて実施の形態を第１から第５の実施例とし
て図面に基づいて詳細に説明する。なお、図において、
同様の構成あるいは同様の機能をもつものについては同
じ符号を用いている。

【００３５】本発明の動作原理を、図１を用いて説明す
る。図１は、本発明の望ましい構成例を示すブロック図
である。波長＝１５５０ｎｍのレーザ光源１、波長＝１
５５１ｎｍのレーザ光源２、ビームスプリッタ４、光―
ミリ波変換器８、とそれらを結ぶ光ファイバによる光路
などがあり、上記した第２の従来例に、一部類似した構
成を持っているが、従来例における光強度検出器の部分
を、点線で囲まれた光位相同期部３０で置き換えること
により、従来のものにない構成になっている。また、そ
の類似した構成部分の動作は、第１のコヒーレント光源
である周波数ν ₁で連続発振するレーザ光源１の出力光
と、第２のコヒーレント光源である周波数ν₂で連続発
振するレーザ光源２の出力光を50:50の分岐比を有する
ビームスプリッタ４（ファイバーカプラ等）で重ね合わ
せ、その出力の一方を光ファイバー２３で伝送し（光出
力１）、ファイバーの終端部に設けられた光−ミリ波変
換器８によって、第１のコヒーレント光と第２のコヒー
レント光とを混合し、ミリ波あるいはサブミリ波の電磁
信号（第１の電磁信号）を発生させるものである。光−
ミリ波変換器８としては、１ＴＨｚ以下の帯域では低温
成長GaAs光伝導スイッチ素子、２００ＧＨｚ程度以下で
あれば単一走行キャリア型フォトダイオード素子（ＵＴ
Ｃ−ＰＤ）などを使用することができる事が知られてい
る。ここまでの構成や動作は、既に知られたものと類似
のものである。

【００３６】しかし、このような既に知られた構成のま
までは、レーザ光の周波数揺らぎに起因するミリ波信号
の周波数の揺らぎは避けられない。そこで、本発明にお
いては、ビームスプリッタ４のもう一方の出力光を、第
３のコヒーレント光であるレーザ光源３の出力光と非線
形素子からなる波長変換器７で混合し、新たなコヒーレ
ント光を発生させる。この波長変換器７では、主に四光
波混合（ＦＷＭ）の作用によって多数のコヒーレント光
が発生する。発生した各光波の周波数関係を図３(ｃ)に
示す。図３（ｃ）は、四光波混合で発生した新たな光波
（短い実線で示す）のうち、例えば周波数が（2ν₁−ν
₃）の光と、周波数が（2ν₃−ν₂）の光を示しており、
これらは、周波数が互いに接近するため、それらの干渉
信号（ビート信号）を光強度検出器９で、周波数がｆ₃
の低周波の信号（第３の電磁信号）として検出すること
ができる。このビート信号をバンドパスフィルタ５９で
濾波し、発振周波数ｆ_LのＲＦ（ラジオ波）信号源と位
相比較し、負帰還制御を施して光位相同期ループ（ＯＰ
ＬＬ２）を構成している。このＯＰＬＬの部分は、図１
１に抜き出して示した様に、通常の周波数シンセサイザ
ー等に用いられるＰＬＬと同様の構成を持っている事が
わかる。これにより、上記のビート信号と上記のＲＦ信
号を同期させるようにレーザ光源３の発振周波数は自動
調整されるため、この結果、レーザ光源３の発振周波数
は、次の関係を満たすように自動制御される。

【００３７】

【数１】

【００３８】図１における光強度検出器９の出力には、
周波数がｆ₂＝（ν₁−ν₃）（光強度検出器の動作可能
な最大周波数程度の値）の高周波成分（第２の電磁信
号）も含まれている。この出力をバンドパスフィルタ６
０で濾波し、周波数がｆ_Hのミリ波信号源と位相比較
し、レーザ光源１へ負帰還制御を施してＯＰＬＬ1を構
成することにより、次の関係を満たすように、レーザ光
源１の発振周波数は自動制御される。

【００３９】

【数２】

【００４０】なお、負帰還制御は、レーザ光源１に限定
する理由はなく、レーザ光源２へ負帰還制御を施しても
同様の結果が得られる。また、レーザ光源１の発振周波
数がレーザ光源２の発振周波数との比較における高低に
よってOPLL１の信号極性が逆転するのは、通常の周波数
シンセサイザ等に用いられるＰＬＬの場合と同様に容易
に理解できる。さらに、数１および数２より、次の関係
が得られる。

【００４１】

【数３】

【００４２】ここで、レーザ光源１とレーザ光源２の発
振周波数の差（ν₁−ν₂）は正確に3ｆ_H + ｆ_Lに一致す
るため、ＲＦ信号源１２やミリ波信号源１３の出力を安
定化させることにより、安定で高純度なミリ波の変調信
号が得られることが分かる。また、（ν₁−ν₂）の値
は、光強度検出器の動作可能な最大周波数、ｆ_H、の3倍
以上の値（ｆ_Lがｆ_Hにほぼ等しいならば約4倍の値）で
あり、これは、上記した従来構成には無かった特徴であ
る。しかも、その出力であるミリ波あるいはサブミリ波
の周波数を、ミリ波信号源１３のミリ波出力の周波数ｆ
_HあるいはＲＦ信号源の発振周波数ｆ_Lを変えるだけで容
易に制御できる、という特徴を持っている。

【００４３】波長変換素子としては、ＦＷＭ（Four Wav
e Mixing）のほかに自己位相変調、カー効果，コヒーレ
ントラマン効果、ソリトン効果等を含むあらゆる種類の
３次の非線形媒質を用いることができるほか、カスケー
ドされた２次非線形光学効果（cascadedsecond-order n
onlinearity）等の効果を有する２次の非線形素子を用
いることもできる。また、特に1.5μmの光通信波長帯に
おいては、半導体光増幅器（ＳＯＡ）や非線形ループミ
ラー（ＮＯＬＭ：NonlinearOptical Loop Mirror）、Ｐ
ＰＬＮ(周期的分極反転型LiNbO₃)などの非線形素子が適
している。

【００４４】［第１実施例］次に第１の実施例として、
マルチトーンミリ波信号発生器として動作させた光学的
ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置の例を図２に示
す。この実施例における装置の構成は、図１と同様であ
るが、図２に示す様に、光出力２の部分に光フィルタ６
と光―ミリ波変換器が設けられている点で異なってい
る。また、バンドパスフィルタ５９、６０の代わりに、
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５４、５５が設けられてい
る点においても異なっているが、ＬＰＦに関しては、周
波数ミキサ型の位相比較器１０、１１を挟んで、図1の
バンドパスフィルタ５９、６０と同様の機能を果たす。
ＬＰＦは、ループフィルタが十分に高周波信号を減衰す
る特性を有する場合には必要ではない。

【００４５】図２のミリ波出力１には、周波数（ν₁−
ν₂）、あるいは同じ値であるが、（3ｆ_H + ｆ_L）の信
号だけが含まれている。また、光出力２には、周波数ν
₁、ν₂、ν₃の３種類のコヒーレント光が含まれてお
り、ミリ波出力２には，これらのコヒーレント光の混合
により、（3ｆ_H+ ｆ_L）だけでなく、ｆ_H 、（2ｆ_H + ｆ
_L）の周波数の信号も同時に得る事ができる。そこで図
１の光出力２にファイバーブラッググレーティングなど
の狭帯域バンド反射フィルタ６を挿入して、上記の３種
類のコヒーレント光からひとつのコヒーレント光のみを
除去した後、混合することによって、あるいはファブリ
ー・ペロ共振器や回折格子分光器、アレイ導波路格子
（ＡＷＧ）などの狭帯域バンドパスフィルタを用いて上
記の３種類のコヒーレント光からふたつのコヒーレント
光を選択して混合することによって、３種類の信号
ｆ_H、（2ｆ_H + ｆ_L）、（3ｆ_H + ｆ_L）のいずれかの信
号を選択的に取り出すことができる。

【００４６】また、周波数ν₁、ν₂、ν₃のコヒーレン
ト光を混合して、３種類の信号ｆ_H、（2ｆ_H + ｆ_L）、
（3ｆ_H + ｆ_L）を含む信号を発生させ、ミリ波あるいは
サブミリ波帯域のフィルタを用いて、３種類の信号
ｆ_H、（2ｆ_H + ｆ_L）、（3ｆ_H + ｆ _L）のいずれかの信
号を選択的に取り出すことができる。

【００４７】上記の様に選択的に取り出すことは、これ
らのいずれの方法によっても可能であるが、一般に、ミ
リ波あるいはサブミリ波帯域のフィルタを用いるより
も、上記の光領域の狭帯域バンド反射フィルタあるいは
狭帯域バンドパスフィルタを用いた方が、装置を小型化
でき簡単な構成とすることができる。

【００４８】［第２実施例］次に第２の実施例として、
広帯域光周波数カウンタとして動作させた光学的ミリ波
あるいはサブミリ波の発生装置の例を以下に示す。

【００４９】図１において、いずれのレーザに対しても
ＯＰＬＬを実施しない場合、通常の周波数カウンタを２
台使って周波数ｆ₂＝（ν₁−ν₃）、ｆ₃＝（（2ν₃−ν
₂）−（2ν₁−ν₃））、を正確に測定すれば、未知の光
の周波数ν₁を、数４の関係を用いて正確に測定するこ
とができる。ｆ₂、ｆ₃は、ＯＰＬＬ１およびＯＰＬＬ２
を実施した場合、それぞれｆ_H、ｆ_Lに等しくなる周波数
である。ただし、レーザ２の発振周波数ν₂は、他の安
定な周波数基準にロックされているなどして既知とす
る。また、ＯＰＬＬ１またはＯＰＬＬ２の一方を実施し
てｆ₂、またはｆ₃を既知としてもよく、この場合、カウ
ンタは1台でよい。被測定信号光の周波数の範囲は、少
なくとも±3ｆ₂であり、最大で±4ｆ₂程度まで（ｆ₃が
ｆ₂にほぼ等しい場合）測定可能である。

【００５０】

【数４】

【００５１】従来の高精度光周波数カウンタでは、１台
のレファレンスレーザとともに１台の被測定レーザ光を
光検出器に同時に入射し、それらのレーザ光間のビート
信号周波数をカウントし、その値をレファレンスレーザ
の光周波数の値に加算（または減算）する、という方法
が採られており、被測定光の光周波数とレファレンスレ
ーザの光周波数とは、光検出器の帯域以内に接近してい
る必要があった。しかし、本発明の光学的ミリ波あるい
はサブミリ波の発生装置を用いた周波数カウンタでは、
上記の様に、被測定レーザ光とレファレンスレーザ光と
の周波数差は、少なくとも光検出器の帯域幅の３倍まで
許すことができるようになった。

【００５２】［第３実施例］次に第３の実施例として、
２つのコヒーレント光の周波数差を分周するコヒーレン
ト光を発生する分周器として動作させた光学的ミリ波あ
るいはサブミリ波の発生装置の例を次に示す。

【００５３】図１において、ＯＰＬＬ２だけを実施し、
ＯＰＬＬ１を実施しない場合、次の関係が成り立ち、光
周波数の分周器が実現できる。

【数５】

【００５４】ここで、正確に分周するためには、数５に
おいてｆ_L＝０、である事が望ましい。しかしその周波
数下限は、位相同期を行う必要性から、ＭＨｚ程度の値
になる．その具体的な値は、レーザ光源の種類によって
異なる。しかし、このような下限近くの値においては、
ｆ_L＜＜（ν₁−ν₂）、であるから近似的に、（ν₁−ν
₂）＝３（ν₁−ν₃）、が成り立っている。

【００５５】ここで、数5において正確にｆ_L ＝ 0とす
るためには、ホモダインとして知られる構成とする。こ
のためには、例えば、図４に示す構成とする。図４は、
ホモダインのＯＰＬＬを実現するためのブロック図であ
り、図に示される様に、レーザ光源３の出力部に、光変
調器３２を設けて、その出力光をRF信号源（周波数
ｆ _L）の信号で位相変調する。

【００５６】このＯＰＬＬの部分は、図１２に抜き出し
て示した様に、図１１に抜き出して示した実施例１のＯ
ＰＬＬとは、レーザ光源３からの光を予めＲＦ発振器か
らの信号で変調して、位相比較器としての周波数ミキサ
において、その周波数で復調するという点で、異なって
いる。

【００５７】これにより、周波数（2ν₃−ν₂）の光と
周波数（2ν₁−ν₃）の光の間のビート信号には、本来
のビート信号の周波数、ｆ＝（2ν₃−ν₂）−（2ν₁−
ν₃）、に加えて、ｆにＲＦ発振器の発振周波数ｆ_Lが加
わったような信号、ｆ_C=ｆ_L±ｆ、が得られるようにな
る。この後者のビート信号をｆ_Lで復調すれば、あらか
じめ与えたｆ_Lでの変調が打ち消され、周波数ミキサの
出力に本来のビート信号ｆだけがそのまま現れる．そこ
で通常のＯＰＬＬを構成することにより、ｆ＝0、とす
ることができる．この構成は、ホモダインのＯＰＬＬと
して知られるものの一つであり、変調と復調の操作を行
うことによって不要な直流成分を除去し、微弱なFWM光
を高感度に検出することができる、という特長がある．
ｆ＝0から、（2ν₁−ν₃）＝（2ν₃−ν₂）、が成立す
るため、数５でｆ_L＝0とおいたものが得られる事にな
る。

【００５８】上記の様にして、数5においてｆ_L = 0、と
することにより、ν₃によって周波数差（ν₁−ν₂）
が、（ν₁−ν₃）：（ν₃−ν₂）について、正確に１／
３：２／３に分割される。この場合、周波数ν₁、ν₂、
ν₃のいずれも既知である必要はない。また、この実施
例ではｆ₂さえ知る必要がなく、例えば、ｆ₂は光検出器
の帯域を越える周波数領域にあってもよい。またｆ_Lを
ｆ₂ にほぼ等しくできるならば、実質的に周波数差（ν
₁−ν₂）を（ν₁−ν₃）：（ν₃−ν₂）について、１／
４：３／４に分割できる。

【００５９】［第４実施例］次に第４の実施例として、
サブミリ波信号発生器として動作させた光学的ミリ波あ
るいはサブミリ波の発生装置の例を次に示す。

【００６０】図１の構成に用いた概念を多段階に再帰的
に拡張することにより、発生できる周波数をサブミリ波
帯にまで拡張することができる。図５は、レーザ光源
１、２のほかに、複数の補助的なレーザ光源を用いるも
ので、全部でＮ台のレーザ光源を用いて再帰的に構成し
た光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置のブロッ
ク図を示す。また、このＮ＝４の場合の装置で得られる
出力の周波数関係を図６に示す。このような装置では、
以下に説明する様に、一般にミリ波信号源からの周波数
がｆ_Hの信号の約３^(N-2)の倍（ただし、Ｎ≧３とする）
の周波数を持つミリ波あるいはサブミリ波信号を得る事
ができる。

【００６１】図５は、レーザ光源１、レーザ光源２、ビ
ームスプリッタ４、光―ミリ波変換器８、とそれらを結
ぶ光路などを持ち、第１のコヒーレント光源である周波
数ν ₁で連続発振するレーザ光源１の出力光と、第２の
コヒーレント光源である周波数ν₂で連続発振するレー
ザ光源２の出力光を50:50の分岐比を有するビームスプ
リッタ４（ファイバーカプラ等）で重ね合わせ、その出
力の一方を光ファイバー２３で伝送し（光出力１）、フ
ァイバーの終端部に設けられた光−ミリ波変換器８によ
って第１のコヒーレント光と第２のコヒーレント光とを
混合し、ミリ波あるいはサブミリ波の電磁波を発生させ
るものである。ビームスプリッタ４のもう一方の出力光
を、第３のコヒーレント光であるレーザ光源３の出力光
とビームスプリッタ５により重ね合わせ、その出力の一
方を光フィルタを通じて出力し、その他の一方の出力光
を、第４のコヒーレント光であるレーザ光源４の出力光
とビームスプリッタにより重ね合わせる。以下同様に、
再帰的にビームスプリッタとレーザ光源と光フィルタを
追加して、予定の数だけレーザ光源等を追加することが
できる。また、ビームスプリッタ５から５７を多段階的
に接続する代わりに、図には示していないが、1台のス
ターカプラ等で代用することもできる。

【００６２】予定された最後のビームスプリッタにおい
ては、その出力の一方を、光フィルタを通じて出力し、
その他の一方の出力光を、３次の非線形素子等からなる
波長変換器７へ導入し、新たなコヒーレント光を発生さ
せる。この波長変換器７では、上記と同様に、主に四光
波混合（ＦＷＭ）の作用によって多数のコヒーレント光
が発生する。これらのコヒーレント光の干渉の結果とし
て得られる比較的低周波数のビート信号を光強度検出器
９で検出した後、予め用意されたミリ波あるいはサブミ
リ波信号源からの信号やＲＦ信号源からの信号の位相と
の比較を行い、得られた信号を用いて、それぞれに対応
したレーザ光源の発振波長の自動調整を行うものであ
る。

【００６３】図６は、図５の構成において、４台のレー
ザ光源を用いた場合の、それぞれのコヒーレント光、お
よび四光波混合光のスペクトルを示す図である。ここ
で、図６には波長変換器からの出力光のうち、主要なス
ペクトル成分のみを示している。特に、図６(ａ)は、レ
ーザ光源１とレーザ光源２の周波数差をレーザ光源１と
レーザ光源４の周波数差の約９倍に広げる場合を示して
いる。図６(ａ)に示されるように、互いに周波数が接近
する２組の四光波混合光が得られ、それらそれぞれに予
め決められたＲＦ信号（周波数ｆ_L1、ｆ_L2）に位相同期
することによって、４台のレーザ間の周波数関係が確定
し、正確にｆ₁₂=9ｆ₁₄＋３ｆ_L2＋ｆ_L1が成立するように
なる。ここで、ｆ₁₂＝（ν₁−ν₂）、ｆ₁₄＝（ν₁−
ν₄）、を示すものとする。

【００６４】ここで、ｆ₁₄＝ｆ_Hとなるように制御する
ことにより、入力したミリ波の周波数ｆ₁₂はｆ_Hの９倍
に高められることになる。従来技術により、１００ＧＨ
ｚ（波長＝３ｍｍ）程度のミリ波は容易に発生できるこ
とから、本発明の装置により、波長1/3ｍｍ程度のサブ
ミリ波が得られることになる。また、光出力３からの光
を混合することにより、ｆ_H、２ｆ_H、３ｆ_H、６ｆ_H、８
ｆ_Hのマルチトーン信号も同時に得ることができる。

【００６５】さらにこの概念を拡張することにより、
（N−２）台の補助的なレーザを用いることにより、サ
ブミリ波の周波数をｆ_Hの3^N-2倍に拡大することが可能
である。その限界は、光‐ミリ波変換器の帯域の上限で
きめられるが、現状では、光‐ミリ波変換器として低温
成長ＧａＡｓ光伝導素子を用いた場合で、数THz程度で
ある。この様に発生したミリ波やサブミリ波は、空間に
放射しても導波管で取り出しても配線で取り出してもよ
い。

【００６６】また、このように多数のレーザを用いる場
合は、波長変換器７に達するまでの光路に多数のビーム
スプリッタの置かれたレーザ光源ほど、より大きな光強
度のものを使用することが望ましい。例えば、図６にお
いては、レーザ光源３はレーザ光源4よりも出力を大き
くするのがよく、順次大きい順で、レーザ光源5、レー
ザ光源6・・・とすれば良い。ただし、レーザ光源2の光
強度はレーザ光源1の光強度とほぼ同じ大きさにするこ
とが望ましい。これは、光への変調度を１とし、効率的
な伝送を行うためである。

【００６７】ただし前述の方法は、ＯＰＬＬを行うため
に十分に大きな非線形効果による変換効率が得られるこ
とが前提である。実際には周波数差が大きくなればなる
ほど非線形効率が小さくなるのが普通である。従って、
それぞれのレーザ光源の出力の望ましい形態について
は、上記の大小関係に加えて、３次の非線形効果による
変換効率を考慮して決定するのが望ましい。

【００６８】また、図６(b)に示すように、ｆ₁₄＝ｆ_Hと
するとき、近似的にｆ₄₃＝２ｆ_H、ｆ₃₂＝４ｆ_Hとするこ
とも可能である。この場合は、ｆ_H、２ｆ_H、４ｆ_H、７
ｆ_Hのマルチトーン信号も同時に得ることができる。こ
の様に、ミリ波信号源やＲＦ信号源の周波数の組み合わ
せを選択することにより、マルチトーン信号の自由度を
拡張することができる。そのような周波数の組み合わせ
と、それから得られるマルチトーン信号の組み合わせ
を、コンピュータを用いた制御装置に記憶しておき、希
望するミリ波周波数に応じて予め記憶された設定を読み
出し、それらミリ波信号源やＲＦ信号源の発振周波数を
設定する構成とすることにより、自由にミリ波周波数を
選択することができる。

【００６９】また、十分に大きな３次の非線形効果によ
る変換効率が得られない場合には、図６(ｃ)に示すよう
に、周波数の拡大率は６倍にとどめて、つまりｆ₁₂=6ｆ
_HとしてＯＰＬＬへの負担を軽減することも可能であ
る。同図において、ν₁と（２ν₃−ν₂）の間のビート
信号は、ν₁の大きな光強度を反映してＯＰＬＬを行う
ために十分な強度となる。ν₁および３つの四光波混合
光から得られる２つのビート信号を、それらそれぞれに
予め決められたＲＦ信号（周波数ｆ_L1、ｆ_L2）に位相同
期することによって、４台のレーザ間の周波数関係が確
定し、正確にｆ₁₂=６ｆ₁₄＋２ｆ_L2＋ｆ_L1が成立するよ
うになる。ここでｆ₁₄＝ｆ_Hとなるように制御すること
により、入力したミリ波の周波数ｆ₁₂はｆ_Hの６倍に高
められることになる。さらに、同時に得られるマルチト
ーン信号は、ｆ_H、２ｆ_H、３ｆ_H、５ｆ_Hである。

【００７０】［第５実施例］次に第５の実施例として、
発生できる周波数領域をさらに拡張した光学的ミリ波あ
るいはサブミリ波の発生装置の例を図７に示す。この例
では、上記の図１、図2、あるいは図5の構成に、さらに
光変調器１８を組み合わせて用いることにより、発生で
きる周波数領域をさらに拡大したものである。

【００７１】図７の構成では、図１の構成におけるビー
ムスプリッタ５の出力の一方を光フィルタに送り、他方
を光変調器１８に送る。この光変調器１８では入射光を
周波数ｆ_mのＲＦ信号で変調した後、３次の非線形素子
等からなる波長変換器７で混合し、それから光強度検出
器９により、低周波数の信号（周波数ｆ₂の第２の電磁
信号、および周波数ｆ₃の第３の電磁信号）に変換する
ものである。

【００７２】３台のレーザ光源からのコヒーレント光
に、あらかじめ周波数ｆ_mの強度変調を付加したとする
と、それぞれの線スペクトルは周波数間隔ｆ_mを隔てて
新たに２本のサイドバンド光を伴うようになる。そこで
これら計９本の線スペクトルを３次の非線形媒質に導入
すると、ＦＷＭによってさらに多くの線スペクトルが発
生する。この中から主要なものだけを抜き出して描いた
ものが図８である。この例では、まず、ν₁₁とν₃₂から
発生する周波数2ν₁₁−ν₃₂のＦＷＭ光と、ν₃₂とν₂₁
から発生する周波数2ν₃₂−ν₂₁のＦＷＭ光は周波数が
接近するので、これらをＯＰＬＬ2を使って周波数がｆ_L
のＲＦ信号源に対して位相同期をかけることができる。
さらにν₁₂とν₃₁の差周波をＯＰＬＬ１を使って周波数
がｆ_Hのミリ波信号源と位相同期をかけると、つぎの関
係が成り立つ様になる。

【００７３】

【数６】

【００７４】このようにして、ｆ_Hの3倍にｆ_mの6倍を加
えたものにほぼ等しい周波数を持つミリ波またはサブミ
リ波の発生が可能になる。ここで、ｆ_mとしては自由な
値をとれるので、ｆ_Hやｆ_Lが固定された環境においても
（ν₁−ν₂）の値を自由に設定することができる。ここ
では、変調器１８として強度変調器を用いて説明した
が、その代わりに光位相変調器を使用することもできる
ことは明らかである。

【００７５】また、図７では、波長変換器の直前に光変
調器を配置しているが、光変調器を各レーザ光源の直後
に配置したり、あるいはレーザ光源を駆動する電流に直
接変調を与えて同様の効果を得ることも可能である。た
だし、これらの場合、光出力１には変調によって発生す
るサイドバンド光が混入することになるので、光フィル
タ等を用いてこれらを除去する必要がある。

【００７６】また、光源となるレーザとしてモード同期
レーザ等のパルスレーザや2モード発振レーザ等を用い
ることにより、光変調器を用いずに、光変調器を用いる
場合と同様の効果を得ることも可能である。ただし、パ
ルスレーザを用いる場合のパルス間隔は、ＯＰＬＬの応
答可能時間よりも十分に短いことが必要である。また、
パルスレーザを用いる場合は、光パルスを電気信号に変
換した時に得られる最高次の信号を、上記の場合の変調
信号とみなすことができる。

【００７７】以上の実施の形態においては、レーザ光源
の近くで光学的にミリ波あるいはサブミリ波を発生する
装置について説明したが、レーザ光源と光―ミリ波変換
器は、光ファイバで結ばれているために、遠隔地にあっ
ても、上記の機能を発揮することができる。例えば、ミ
リ波やサブミリ波を必要とする電波天文学などをはじめ
とする分光学的研究において、複数の離れた場所に同一
周波数で高安定・高純度で、且つ、周波数可変なミリ波
やサブミリ波を容易に供給することができる。

【００７８】さらに、半導体レーザでは、供給電流や印
加電圧を変化させることによって、その発振周波数を変
化させることができることが知られている。このため、
各レーザ装置を制御するコンピュータを用いて、希望す
るミリ波周波数とそのために必要な倍率が指定される
と、あらかじめプログラムされた周波数配置になるよう
に、コンピュータが各レーザの発振周波数を自動的に設
定する構成とすることが望ましい。このような構成にお
いては、望ましい周波数配置が得られた後、ＯＰＬＬを
機能させる。

【００７９】

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。

【００８０】第１の発明は、第３のコヒーレント光と波
長変換素子を新たに用意し、光領域であらかじめ波長変
換を行い、ミリ波あるいはサブミリ波の変調信号を通常
の光検出器でも検出可能な比較的低い周波数の変調信号
に変換することを目的としたものであり、第１のコヒー
レント光（周波数ν₁）と第２のコヒーレント光（周波
数ν₂）とを混合して、その差周波数（ν₁−ν₂あるい
はν₂−ν₁）を持った第１の電磁信号を発生する手段を
備えた装置において、さらに、第１のコヒーレント光と
第２のコヒーレント光と第３のコヒーレント光（周波数
ν₃）とを混合する手段と、第１のコヒーレント光と第
３のコヒーレント光との混合により第２の電磁信号を発
生する手段と、該第２の電磁信号と予め決められた第１
の高周波信号とを比較する手段と、上記の比較により得
られた情報により、上記の第１のコヒーレント光の波長
を調整する手段とを備えた光学的ミリ波あるいはサブミ
リ波の発生装置としたので、光領域であらかじめ波長変
換を行うことができるようになり、第２の電磁信号のほ
ぼ３倍の周波数をもった電磁波を発生することができる
様になった。

【００８１】また、第２の発明では、第１のコヒーレン
ト光（周波数ν₁）と第２のコヒーレント光（周波数
ν₂）とを混合して、その差周波数（ν₁−ν₂あるいは
ν₂−ν ₁）を持った第１の電磁信号を発生する手段を備
えた装置において、さらに、第１のコヒーレント光と第
２のコヒーレント光と第３のコヒーレント光（周波数ν
₃）とを混合することにより第３の電磁信号を発生する
手段と、該第３の電磁信号と予め決められた第２の高周
波信号とを比較する手段と、上記の比較により得られた
情報により、第３のコヒーレント光の波長を調整する手
段と、を備えた光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生
装置としたので、第２の電磁信号のほぼ３倍の周波数を
もった安定した電磁波を発生することができる様になっ
た。

【００８２】また、第３の発明では、第２の発明に加え
て、上記の第１のコヒーレント光と第３のコヒーレント
光との混合により第２の電磁信号を発生する手段と、第
２の電磁信号と第１の高周波信号とを比較する手段と、
この比較により得られた情報により、第１のコヒーレン
ト光の波長を調整する手段と、をさらに備えたので、第
２の電磁信号のほぼ３倍の周波数をもった、より安定し
た電磁波を発生することができる様になった。

【００８３】また、第４の発明では、第３の発明に加え
て、重ね合わされた第１のコヒーレント光と第２のコヒ
ーレント光と第３のコヒーレント光とを出力する手段を
さらに備えたので、種々の周波数の電磁信号を利用し易
くなった。

【００８４】また、第５の発明では、第１ないし第４の
いずれかの発明に加えて、第１のコヒーレント光と第２
のコヒーレント光と第３のコヒーレント光とを混合する
手段は、四光波混合等の非線形光学効果であるように構
成したので、第３の電磁信号の周波数を低く抑えること
ができ、装置が簡単になった。

【００８５】また、第６の発明では、第１、第３、第４
あるいは第５のいずれかの発明に加えて、第２の電磁信
号と予め決められた第１の高周波信号とを比較する手段
は、第２の電磁信号の位相と第１の高周波信号の位相と
の差を検出する手段であるように構成したので、既に良
く知られた位相差検出回路を用いて、レーザ光源からの
光の波長を制御することができるようになった。

【００８６】また、第７の発明では、第２、第３、第４
あるいは第５の発明に加えて、第３の電磁信号と予め決
められた第２の高周波信号とを比較する手段は、第３の
電磁信号の位相と第２の高周波信号の位相との差を検出
する手段であるように構成したので、既に良く知られた
位相差検出回路を用いて、レーザ光源からの光の波長を
制御することができるようになった。

【００８７】また、第８の発明では、非線形素子に入射
する光を変調する事により、ミリ波あるいはサブミリ波
の出力周波数をさらに自由に変えられるようになった。

【００８８】また、第９の発明では、周波数軸上におい
て被混合光のそれぞれの位置関係を明確にしたので、ミ
リ波あるいはサブミリ波の周波数をさらに高めることが
できるようになった。

【００８９】また、第１０ないし第１４のそれぞれの発
明では、第１あるいは第２の発明と比べてコヒーレント
光の光源数を増やした構成になったので、さらに多種類
の電磁波が得られるようになった。

【００９０】また、第１５の発明では、重ね合わされた
第１ないし第Ｎのコヒーレント光のいずれか複数を出力
してそれらを混合して電磁信号にすることにより、種々
の電磁波を得る事ができるようになった。

【００９１】また、第１６の発明では、コヒーレント光
を混合する手段は、非線形光学効果を用いた手段とした
ので、差周波数が大きい場合でも効果的に混合すること
ができ、容易に種々の電磁波を得る事ができるようにな
った。

【００９２】また、第１７あるいは第１８の発明では、
位相同期ループ回路を用いて周波数を一致させることが
できるようになったので、周波数の一致が正確になっ
た。

【００９３】また、第１９の発明では、コヒーレント光
の光源数を増やした構成になったので、第８の周波数領
域をさらに広げることができる様になった。

【００９４】また、第２０の発明では、周波数軸上にお
いて被混合光のそれぞれの位置関係を明確にしたので、
ミリ波あるいはサブミリ波の周波数をさらに高めること
ができるようになった。

【００９５】また、第２１あるいは第２２の発明では、
コンピュータを用いた制御装置を用いることによって、
望みのミリ波あるいはサブミリ波を容易に取り出せる様
になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい構成例を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の望ましい構成例を示すブロック図であ
る。

【図３】第１のコヒーレント光と第２のコヒーレント光
と第３のコヒーレント光の四光波混合で発生した新たな
光波のうち、周波数が（２ν₁−ν₃）と、（２ν₃−
ν₂）の光の周波数関係を示す図である。

【図４】ホモダインのＯＰＬＬを実現するためのブロッ
ク図である。

【図５】全部でＮ台のレーザ光源を用いて再帰的に構成
した光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置のブロ
ック図である。

【図６】４台のレーザ光源を用いた場合の、それぞれの
コヒーレント光の四光波混合によるスペクトルを示す図
である。

【図７】発生できる周波数領域をさらに拡張した光学的
ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置のブロック図であ
る。

【図８】発生できる周波数領域をさらに拡張した光学的
ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置から得られる多く
の線スペクトルのうち、主要なものだけを抜き出した図
である。

【図９】第１の従来例を示す図である。

【図１０】第２の従来例を示す図である。

【図１１】ＯＰＬＬ部分を示すブロック図である。

【図１２】ホモダインのＯＰＬＬ部分を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１、２、３ レーザ光源 ４、５ ビームスプリッタ ６ 光フィルタ ７ 波長変換器 ８ 光―ミリ波変換器 ９ 光強度検出器 １０、１１ 位相比較器 １２ ＲＦ信号源 １３ ミリ波信号源 １４ 増幅器 １５ ＲＦ信号源 １６ 光強度変調器 １７ 電力増幅器 １８ 光変調器 １９ 光―ミリ波変換器 ２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８ 光
ファイバ ３０、３１ 光位相同期部 ３２ 光変調器 ４０ 光位相同期ループフィルタ ５０ レーザ光源 ５１、５２、５３ ループフィルタ ５４、５５、５６ ローパスフィルタ ５７ ビームスプリッタ ５８ 光フィルタ ５９、６０ バンドパスフィルタ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と
   第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、そ
   の差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１
   の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、 第１のコヒーレント光と第２のコヒーレント光と第３の
   コヒーレント光（周波数ν₃）とを混合する手段と、 第１のコヒーレント光と第３のコヒーレント光との混合
   により第２の電磁信号を発生する手段と、該第２の電磁
   信号と予め決められた第１の高周波信号とを比較する手
   段と、 上記の比較により得られた情報により、上記の第１のコ
   ヒーレント光の波長を調整する手段と、を備えたことを
   特徴とする光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装
   置。
2. 【請求項２】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と
   第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、そ
   の差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１
   の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、 第１のコヒーレント光と第２のコヒーレント光と第３の
   コヒーレント光（周波数ν₃）とを混合することにより
   第３の電磁信号を発生する手段と、 該第３の電磁信号と予め決められた第２の高周波信号と
   を比較する手段と、 上記の比較により得られた情報により、第３のコヒーレ
   ント光の波長を調整する手段と、を備えたことを特徴と
   する光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置。
3. 【請求項３】 上記の第１のコヒーレント光と第３のコ
   ヒーレント光との混合により第２の電磁信号を発生する
   手段と、 第２の電磁信号と第１の高周波信号とを比較する手段
   と、 この比較により得られた情報により、第１のコヒーレン
   ト光の波長を調整する手段と、を備えたことを特徴とす
   る請求項２に記載の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の
   発生装置。
4. 【請求項４】 重ね合わされた第１のコヒーレント光と
   第２のコヒーレント光と第３のコヒーレント光とを出力
   する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の光
   学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置。
5. 【請求項５】 第１のコヒーレント光と第２のコヒーレ
   ント光と第３のコヒーレント光とを混合する手段は、非
   線形光学効果を用いた手段であることを特徴とする、請
   求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光学的ミリ波
   あるいはサブミリ波の発生装置。
6. 【請求項６】 第２の電磁信号と予め決められた第１の
   高周波信号とを比較する手段は、第２の電磁信号の位相
   と第１の高周波信号の位相との差を検出する手段である
   ことを特徴とする、請求項１、３、４あるいは５のいず
   れかに記載の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装
   置。
7. 【請求項７】 第３の電磁信号と予め決められた第２の
   高周波信号とを比較する手段は、第３の電磁信号の位相
   と第２の高周波信号の位相との差を検出する手段である
   ことを特徴とする、請求項２、３、４あるいは５のいず
   れかに記載の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装
   置。
8. 【請求項８】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）と
   第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、そ
   の差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第１
   の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、 第１のコヒーレント光を変調して第１のコヒーレント光
   の側帯波を発生する手段と、第２のコヒーレント光を変
   調して第２のコヒーレント光の側帯波を発生する手段
   と、第３のコヒーレント光（周波数ν₃）を変調して第
   ３のコヒーレント光の側帯波を発生する手段と、第１の
   コヒーレント光の側帯波と第３のコヒーレント光の側帯
   波との混合により第２の電磁信号を発生する手段、ある
   いは、第１のコヒーレント光の側帯波と第２のコヒーレ
   ント光の側帯波と第３のコヒーレント光の側帯波との混
   合により第３の電磁信号を発生する手段、と、 前記第２の電磁信号あるいは第３の電磁信号と予め決め
   られた第1の高周波信号あるいは第２の高周波信号とを
   比較する手段と、 上記の比較により得られた情報により、上記の第１のコ
   ヒーレント光の波長あるいは第3のコヒーレント光の波
   長をそれぞれ調整する手段と、を備えたことを特徴とす
   る請求項１から７のいずれかに記載の光学的ミリ波ある
   いはサブミリ波の発生装置。
9. 【請求項９】 上記の混合される第1のコヒーレント光
   の側帯波の搬送波に対する位置は、混合される第３のコ
   ヒーレント光の側帯波の搬送波に対する位置の反対側で
   あり、また、上記の混合される第３のコヒーレント光の
   側帯波の搬送波に対する位置は、混合される第２のコヒ
   ーレント光の側帯波の搬送波に対する位置の反対側であ
   ることを特徴とする請求項８に記載の光学的ミリ波ある
   いはサブミリ波の発生装置。
10. 【請求項１０】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）
    と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、
    その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第
    １の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、Ｎ
    を３以上のいずれかの整数とするとき、 第１から第Ｎに至るそれぞれのコヒーレント光の伝搬す
    る光路と、 第１のコヒーレント光と第Ｎのコヒーレント光（周波数
    ν_N）を混合する手段と、 第１のコヒーレント光と第Ｎのコヒーレント光との混合
    により第２の電磁信号を発生する手段と、 該第２の電磁信号と予め決められた第１の高周波信号と
    を比較する手段と、 上記の比較により得られた情報により、上記の第１のコ
    ヒーレント光の波長を調整する手段と、を備えたことを
    特徴とする光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装
    置。
11. 【請求項１１】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）
    と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、
    その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第
    １の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、Ｎ
    を３以上のいずれかの整数とし、ｋを３以上Ｎ以下のい
    ずれかの整数とするとき、 第１から第Ｎに至るそれぞれのコヒーレント光の伝搬す
    る光路と、 第１のコヒーレント光から第Ｎのコヒーレント光（周波
    数ν_N）までを混合する手段と、 第１のコヒーレント光と第ｋのコヒーレント光と第（ｋ
    −１）のコヒーレント光の混合により第ｋの電磁信号を
    発生する手段と、 該第ｋの電磁信号と予め決められた第（ｋ−１）の高周
    波信号とを比較する手段と、 上記の比較により得られた情報により、第ｋのコヒーレ
    ント光の波長を調整する手段と、を備えたことを特徴と
    する光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置。
12. 【請求項１２】 上記の、第１のコヒーレント光と第Ｎ
    のコヒーレント光との混合により電磁信号を発生する手
    段と、前記の電磁信号と予め与えられた高周波信号とを
    比較する手段と、この比較により得られた情報により第
    １のコヒーレント光の波長を調整する手段と、を備えた
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光学的ミリ波ある
    いはサブミリ波の発生装置。
13. 【請求項１３】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）
    と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、
    その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第
    １の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、Ｎ
    を３以上のいずれかの整数とするとき、 第１から第Ｎに至るそれぞれのコヒーレント光の伝搬す
    る光路と、 第２のコヒーレント光の周波数から制御された周波数だ
    けずれた発振周波数をもったコヒーレント光（周波数ν
    _R）と第Ｎのコヒーレント光（周波数ν_N）とを混合し
    て、電磁信号を発生する手段と、 前記電磁信号と予め決められた高周波信号とを比較する
    手段と、 第１のコヒーレント光と第Ｎのコヒーレント光との周波
    数差を制御する手段と、 上記の比較により得られた情報により、上記の第１のコ
    ヒーレント光の波長を調整する手段と、を備えたことを
    特徴とする光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装
    置。
14. 【請求項１４】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）
    と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、
    その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第
    １の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、Ｎ
    を３以上のいずれかの整数とするとき、 第１から第Ｎに至るそれぞれのコヒーレント光の伝搬す
    る光路と、 第１のコヒーレント光の周波数から制御された周波数だ
    けずれた発振周波数をもったコヒーレント光（周波数ν
    _R）と第Ｎのコヒーレント光（周波数ν_N）とを混合し
    て、電磁信号を発生する手段と、 前記電磁信号と予め決められた高周波信号とを比較する
    手段と、 第２のコヒーレント光と第Ｎのコヒーレント光との周波
    数差を制御する手段と、 上記の比較により得られた情報により、上記の第１のコ
    ヒーレント光の波長を調整する手段と、を備えたことを
    特徴とする光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装
    置。
15. 【請求項１５】 重ね合わされた第１ないし第Ｎのコヒ
    ーレント光のいずれか複数を出力する手段を備えたこと
    を特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれかに
    記載の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置。
16. 【請求項１６】 第１ないし第Ｎのいずれかのコヒーレ
    ント光を混合する手段は、非線形光学効果を用いた手段
    であることを特徴とする、請求項１０ないし請求項１５
    のいずれかに記載の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の
    発生装置。
17. 【請求項１７】 第２の電磁信号と予め決められた第１
    の高周波信号とを比較する手段は、第２の電磁信号の位
    相と第１の高周波信号の位相との差を検出する手段であ
    ることを特徴とする、請求項１０ないし請求項１６のい
    ずれかに記載の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生
    装置。
18. 【請求項１８】 第ｋの電磁信号と予め決められた第
    （ｋ−１）の高周波信号とを比較する手段は、第ｋの電
    磁信号の位相と第（ｋ−１）の高周波信号の位相との差
    を検出する手段であることを特徴とする、請求項１１な
    いし請求項１７のいずれかに記載の光学的ミリ波あるい
    はサブミリ波の発生装置。
19. 【請求項１９】 第１のコヒーレント光（周波数ν₁）
    と第２のコヒーレント光（周波数ν₂）とを混合して、
    その差周波数（ν₁−ν₂あるいはν₂−ν₁）を持った第
    １の電磁信号を発生する手段を備えた装置において、Ｎ
    を３以上のいずれかの整数とし、発生する電磁波には順
    に番号が付され、この番号の付けられた電磁波に対応す
    る高周波信号には独自に順に番号が付されているものと
    するとき、第1から第Ｎまでのコヒーレント光（周波数
    ν₁からν_N）のすべてか、あるいはそれらの一部をそれ
    ぞれ共通にあるいは別々に変調する手段と、 前記の変調されたコヒーレント光の側帯波を、被混合光
    の一部として用いることにより、第２ないし第Ｎのいず
    れかまでの電磁信号を発生する手段と、 これらの電磁信号と予め決められた第１ないし第（Ｎ−
    １）のいずれかまでの高周波信号とを比較する手段と、 上記の比較により得られた情報により、上記の第１から
    第Ｎのいずれかまでのコヒーレント光の波長を調整する
    手段と、を備えたことを特徴とする請求項１０ないし請
    求項１８のいずれかに記載の光学的ミリ波あるいはサブ
    ミリ波の発生装置。
20. 【請求項２０】 上記の混合される第１のコヒーレント
    光の側帯波の搬送波に対する位置は、上記の混合される
    第Ｎのコヒーレント光の側帯波の搬送波に対する位置の
    反対側であり、また、ｋを３以上Ｎ以下のいずれかの整
    数とするとき、上記の混合される第ｋのコヒーレント光
    の側帯波の搬送波に対する位置は、上記の混合される第
    （ｋ−１）のコヒーレント光の側帯波の搬送波に対する
    位置の反対側であることを特徴とする請求項１９に記載
    の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置。
21. 【請求項２１】 予め決められた第１の電磁信号の周波
    数に対応した表で、構成されたＯＰＬＬに関わる電磁波
    の周波数を含む表を参照して、その電磁信号を発生する
    手段を調整する手段を備えた事を特徴とする請求項１な
    いし請求項２０のいずれかに記載の光学的ミリ波あるい
    はサブミリ波の発生装置。
22. 【請求項２２】 予め決められた第１の電磁信号の周波
    数に対応した表で、ミリ波あるいはサブミリ波の発生に
    関わるコヒーレント光の周波数を含む表を参照して、少
    なくともミリ波あるいはサブミリ波の発生に関わるコヒ
    ーレント光を発生する手段を調整する手段を備えた事を
    特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれかに記載
    の光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置。