JP2004062153A - 基準高周波信号発生方法および基準高周波信号発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】１つのレーザ光源で、ビート信号の線幅を、時間的に変動しない数十ｋＨｚ以下とし、かつ、周波数を任意に設定可能とする。
【解決手段】ＣＷレーザ光源１６からのＣＷ光を、正弦波の電気信号が印加された電界吸収型変調器１７に入射する。電界吸収型変調器１７からは、変調周波数に等しい間隔の線スペクトルから成る変調側波帯が発生する。高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９は、光スペクトル幅を拡大し、線スペクトルの本数を増やす。光ファイバグレーティング２０−１，２０−２および光サーキュレータ２１−１，２１−２からなる波長可変の波長選択素子は、２本の線スペクトルを選び出し、光カプラ１１−２により合波し、そのビート信号をフォトディテクタ１２によってヘテロダイン検波する。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＷレーザ光源１６からのＣＷ光を、正弦波の電気信号が印加された電界吸収型変調器１７に入射する。電界吸収型変調器１７からは、変調周波数に等しい間隔の線スペクトルから成る変調側波帯が発生する。高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９は、光スペクトル幅を拡大し、線スペクトルの本数を増やす。光ファイバグレーティング２０−１，２０−２および光サーキュレータ２１−１，２１−２からなる波長可変の波長選択素子は、２本の線スペクトルを選び出し、光カプラ１１−２により合波し、そのビート信号をフォトディテクタ１２によってヘテロダイン検波する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの異なる波長を有するＣＷ光をヘテロダイン検波し差周波を発生させる基準高周波信号発生方法および基準高周波信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基準高周波信号発生方法は、主に２つの方法に分類される。第１の基準高周波信号発生方法は、２つのＣＷレーザ出力光の差周波を利用するものであり、第２の基準高周波信号発生方法は、固定周波数間隔の線スペクトルから成る光周波数コム（ｃｏｍｂ）を発生させ、そのうちの２本の線スペクトルを選択してその差周波を利用するものである。
【０００３】
図７は、従来技術の第１の基準高周波信号発生方法を適用した基準高周波信号発生装置の構成例を示すブロック図である（例えば、非特許文献１を参照）。２つの波長可変レーザ１０−１，１０−２からの光を光カプラ１１により合波し、フォトディテクタ（フォトダイオード）１２によりヘテロダイン検波する。レーザの波長を変化させることで、ビート周波数を任意に変えることが可能となる。
【０００４】
図８は、従来技術の第２の基準高周波信号発生方法を適用した基準高周波信号発生装置の構成例を示すブロック図である（例えば、非特許文献２を参照）。固定周波数間隔の光周波数コムを発生させる方法としては、モード同期パルスレーザを使用する方法と、ファブリーペロー共振器中に挿入した位相変調器に大振幅の位相変調を加え、この共振器に単一周波数光を通す方法とが挙げられる。固定周波数間隔光周波数コム発生器１３の出力光スペクトルにおいては、変調周波数に等しい間隔の線スペクトルが複数本発生する。そのうちの２本の線スペクトルを波長選択素子１５で選び出して光カプラ１１により合波し、そのビート信号をフォトディテクタ（フォトダイオード）１２によりヘテロダイン検波する。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｏ． Ｐ． Ｇｏｕｇｈ， Ｃ． Ｆ． Ｃ． Ｓｉｌｖａ ａｎｄ Ａ． Ｊ． Ｓｅｅｄｓ， ”Ｅｘａｃｔ ｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ ｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｂｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌｏｃｋｅｄ ｌａｓｅｒ ｃｏｍｂ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ”， １９９９ ＩＥＥＥ／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ − Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ， Ａｕｓｔｒａｌｉａ， Ｗ−４．３， ｐｐ． ６１−６４， １９９９
【非特許文献２】
Ｍ． Ｋｏｕｒｏｇｉ， Ｂ． Ｗｉｄｉｙａｔｏｍｏｋｏ， Ｙ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ ａｎｄ Ｍ． Ｏｈｔｓｕ， ”Ｌｉｍｉｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｄｕｅ ｔｏ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ｖｏｌ． ３１， ｎｏ． １２， ｐｐ． ２１２０−２１２６， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第１の基準高周波信号発生方法においては，２つのレーザ光源が必要になり、また、ビート信号のスペクトル線幅は、２つのレーザの線幅で決まってしまう。したがって、ＤＦＢレーザを用いた場合には、ビート信号のスペクトル線幅を数十ｋＨｚ以下にするのは困難である。さらに、各レーザ光源の発振周波数をｋＨｚオーダまで安定させるのは非常に困難であり、この結果、ビート信号の周波数が時間的に変動してしまうという問題がある。
【０００７】
また、上述した第２の基準高周波信号発生方法では、レーザ光源は１つで済む。しかしながら、光周波数コム発生器としてモード同期パルスレーザを用いた場合、その繰り返し周波数はレーザの共振器長で制限される。このため、繰り返し周波数の整数倍であるところのビート周波数を任意に変化させることができないという問題がある。同様に、ファブリーペロー共振器中の位相変調器を利用した光周波数コム発生器においても、変調周波数はファブリーペロー共振器長で制限されるため、やはりビート周波数を任意に変化させることができないという問題がある。
【０００８】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、使用するレーザ光源が１つで済み、得られるビート信号の線幅を数十ｋＨｚ以下とすることができ、また、その周波数が時間的に変動せず、かつ、周波数を任意に設定することができる基準高周波信号発生方法および基準高周波信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の基準高周波信号発生方法は、ＣＷ光に対して周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させる変調側波帯発生工程と、前記複数の線スペクトルの中から、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選出する線スペクトル選択工程と、該選出した２つの線スペクトルのビート信号をヘテロダイン検波し差周波を発生させる検波工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の基準高周波信号発生方法において、前記変調側波帯発生工程が、前記変調側帯波を非線形光学材料に通すことで、前記変調側帯波の線スペクトルの本数を増加させる線スペクトル増加過程を有し、前記線スペクトル選択工程において、前記線スペクトル増加過程によって本数が増加された線スペクトルの中から前記異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光学材料として非線形光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光ファイバとして、高次ソリトン圧縮作用を有する高次ソリトン圧縮用光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光ファイバとして、入射側から出射側にかけて異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバ、もしくは、長手方向の全体に一様に正常分散である光ファイバからなるスーパーコンティニウム発生用光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル選択工程において、２つの光サーキュレータを介して接続された、異なる反射波長を有する２つのファイバグレーティングにより、異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項４又は５記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル選択工程において、長さの異なる複数の導波路からなり、複数の波長の光を合分波するアレイ導波路格子フィルタにより、異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１６】
また、上述した問題点を解決するために、請求項８記載の基準高周波信号発生装置は、異なる２つの波長のＣＷ光を発生させる光源と、前記２つの波長のＣＷ光を合波して該２つの波長のＣＷ光のビート信号を発生させる合波器と、前記ビート信号をヘテロダイン検波する検波器とを具備し、前記異なる２つの波長のＣＷ光を発生させる光源は、１つのＣＷレーザ光源と、変調周波数が可変の変調器を備え、前記ＣＷレーザ光源からのＣＷ光を前記変調器により変調して複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させる変調側帯波発生手段と、前記変調側波帯発生手段からの出力光の中から２つの線スペクトルを選出する、波長可変の波長選択素子とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の基準高周波信号発生装置において、前記変調側波帯発生手段が、前記変調器により発生させた前記変調側波帯の線スペクトルの本数を増加させて前記波長選択素子に出力する非線形光学材料をさらに備え、前記波長選択素子が、前記非線形光学材料の出力光の中から前記２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の基準高周波信号発生装置において、前記非線形光学材料が非線形光ファイバからなることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の基準高周波信号発生装置において、前記非線形光ファイバが、高次ソリトン圧縮作用を有する高次ソリトン圧縮用光ファイバからなることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の基準高周波信号発生装置において、前記非線形光ファイバが、入射側から出射側にかけて異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバ、もしくは、長手方向の全体に一様に正常分散である光ファイバからなるスーパーコンティニウム発生用光ファイバからなることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１１又は１２記載の基準高周波信号発生装置において、前記前記波長選択素子が、２つの光サーキュレータを介して接続された、異なる反射波長を有する２つのファイバグレーティングからなることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１１又は１２記載の基準高周波信号発生装置において、前記波長選択素子が、長さの異なる複数の導波路からなり、複数の波長の光を合分波するアレイ導波路格子フィルタからなることを特徴とする。
【００２３】
この発明では、ＣＷ光に対し周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させ、必要に応じて非線形光学材料を通すことにより発生する線スペクトルの本数を増やし、さらに、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選び出し、そのビート信号をヘテロダイン検波する。したがって、使用するレーザ光源が１つで済み、得られるビート信号の線幅が数十ｋＨｚ以下とすることが可能となり、また、その周波数が時間的に変動せず、かつ、周波数を任意に設定することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。図１において、ＣＷレーザ光源１６からの、周波数νｏのＣＷ出力光を電界吸収型（ＥＡ）変調器１７に入射する。ＥＡ変調器１７には、信号発生器１４からの周波数ｆｖの正弦波電気信号を印加する。この結果、電界吸収型変調器１７の出力光は、繰り返し周波数ｆｖのパルスとなり、その光スペクトルは、元のＣＷ光の周波数νｏを中心として、間隔ｆｖの複数の線スペクトルを有する。この電界吸収型変調器１７の出力光をエルビウム光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１８で増幅後に、高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９に入射する。
【００２５】
高次ソリトン圧縮は、ソリトン次数Ｎが１よりも大きいソリトンが異常分散領域の光ファイバを伝搬するときに、その時間発展が周期的な形態を取り、各周期のはじめのところで一時幅が狭くなることを利用するものである。ソリトン次数が１よりも大きくなるための条件は、以下の式（１）で表される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
但し、ｎ２は、光ファイバの非線形屈折率係数、Ｐｏは、入射パルスのピーク強度、ＴＦＷＨＭは、入射パルスのパルス幅、ｃは、真空中の光速、Ａｅｆｆは、光ファイバの有効断面積、β２は、光ファイバの２次分散値である。したがって、式（１）を満たすＡｅｆｆと｜β２｜との値を有し、かつβ２が負である光ファイバが、高次ソリトン圧縮には必要である。なお、高次ソリトン圧縮技術の詳細については、『Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ著の”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ”（ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＲＥＳＳ）』に記述されている。
【００２８】
この高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９中の高次ソリトン圧縮により、光パルスのパルス幅が小さくなるとともに、スペクトル幅が広がり、発生する線スペクトルの数が増加する。
【００２９】
スペクトル幅拡大後の光は、光カプラ１１−１により分岐される。光カプラ１１−１の後には、それぞれ異なる反射波長を有する２つの光ファイバグレーティング２０−１，２０−２を、光サーキュレータ２１−１，２１−２を通して接続しており、線スペクトルの内の１本がそれぞれ波長選択される。
【００３０】
選択された２本の線スペクトルは、光カプラ１１−２で合波され、周波数｜ｎａ−ｎｂ｜ｘｆｖ（但しｎａ，ｎｂは整数）のビート信号を発生させる。このビート信号を光カプラ１１−３で分岐し、フォトディテクタ１２とオートコリレータ２２ヘ入射する。フォトディテクタ１２によりヘテロダイン検波を行ない、オートコリレータ２２によりビート信号の時間波形を測定する。
【００３１】
ここで、高次ソリトン圧縮後の線スペクトルの間隔は、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを変化させることにより、任意の値に設定できる。すなわち、この方法で得られる光周波数コムは、周波数間隔が可変である。
【００３２】
但し、この場合、変調周波数ｆｖが変わることで、高次ソリトン圧縮前の光パルスのピーク強度やパルス幅が変化し、その結果、高次ソリトン圧縮後の光スペクトル波形が変わって、所望の線スペクトルに対して十分なＳ／Ｎ比が取れないこともあり得る。これに対して、高次ソリトン圧縮前のエルビウム光ファイバ増幅器１８の出力強度や、電界吸収型変調器１７に入射する正弦波電気信号の振幅を変化させることで、光パルスのピーク強度や、パルス幅を調整し、高次ソリトン圧縮後の光スペクトル波形を適当に変化させることで、所望の線スペクトルに対して十分なＳ／Ｎ比が取れるようにできる。
【００３３】
また、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを変化させ、線スペクトルの間隔が変化するのに伴い、光ファイバグレーティングを物理的に伸縮させることで、反射波長を所望の線スペクトルの波長に設定する。
【００３４】
ここで、本第１実施形態の構成で実際に実験系を組み、測定を行った結果について述べる。
【００３５】
ＣＷレーザ光源１６としては、波長１５５２．５ｎｍ（周波数νｏ＝１９３．１０ＴＨｚ）の固体レーザを使用した。高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９としては、長さ５ｋｍ、モードフィールド径４．２μｍのものを使用した。また、該高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９は、波長１５５２．５ｎｍでの２次分散値が−０．９６ｐｓ２／ｋｍである。すなわち、入射光に対して異常分散を有する。
【００３６】
図２（ａ），図２（ｂ）は、各々、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを４０ＧＨｚ，３０ＧＨｚに設定した場合の高次ソリトン圧縮後の光スペクトルを示す概念図である。図示するように、各々において、間隔が４０ＧＨｚ，３０ＧＨｚの線スペクトルが発生している。
【００３７】
また、図３（ａ），図３（ｂ）は、各々、図２（ａ），図２（ｂ）に対応する高次ソリトン圧縮後の光から、９本離れた線スペクトル（周波数間隔がそれぞれ３６０ＧＨｚ，２７０ＧＨｚ）を、光ファイバグレーティング２０−１，２０−２を用いて選択し、光カプラ１１−２で合波した後の光スペクトルを示す概念図である。
【００３８】
また、図４（ａ），図４（ｂ）は、各々、図３（ａ），図３（ｂ）に対応する３６０ＧＨｚ，２７０ＧＨｚ間隔の２本の線スペクトルによるビート信号波形をオートコリレータ２２で測定した結果を示す概念図である。図示するように、周波数３６０ＧＨｚ，２７０ＧＨｚの時間波形が得られていることが分かる。
【００３９】
ここでは、２７０ＧＨｚと３６０ＧＨｚとの２つの周波数のみについての測定結果を示したが、実際には、広範囲にわたって連続的に周波数を変化させることが可能である。例えば、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを３０ＧＨｚから４０ＧＨｚへ連続的に変化させることで、２７０ＧＨｚから３６０ＧＨｚまでのビート周波数が連続的に得られる。
【００４０】
ここで、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖの可変範囲が、例えば、３０ＧＨｚから４０ＧＨｚの間のみに限定されているとしても、選択する２本の線スペクトルを変えることにより、周波数１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚまでの間で隙間なく任意の周波数のビート信号が得られる。これを示したのが図５である。図示するように、周波数１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚ（＝１ＴＨｚ）までの間で任意のビート信号周波数が得られることが分かる。例として、１０本分だけ間隔の離れた適当な２本の線スペクトルを選択し、変調周波数ｆｖを３２ＧＨｚから４０ＧＨｚまで変化させてヘテロダイン検波することにより、３２０ＧＨｚから４００ＧＨｚまでの差周波の周波数が連続的に得られる。
【００４１】
なお、上述した第１実施形態の説明の中で具体的に挙げてある数値は一例であって、これに限られるものではない。
【００４２】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ここで、図６は、本発明の第２実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００４３】
本第２実施形態では、電界吸収型変調器１７の線スペクトルの本数を増加させるための光ファイバとして、スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３を使用し、アレイ導波路格子フィルタ２４により２本の線スペクトルの選択を行う。
【００４４】
スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３の分散特性は、大きく２つのタイプに分類できる。１つは、光パルスの入射側から出射側にかけて、異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバであり、もう１つは、長手方向の全体において一様に正常分散である光ファイバである。前者は、光スペクトルの中心付近がなめらかでなく、不要なピークが発生するという問題があるが、断熱ソリトン圧縮によるパルス圧縮の効果を用いる分、入射光強度が小さくて済むという利点がある。逆に後者は、入射光強度が前者の数十倍以上必要となるという問題があるが、ピークのない滑らかな光スペクトルを発生できるという利点がある。
【００４５】
いずれのタイプのスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３においても、本発明に必要な線スペクトルを発生させる方法として利用することが可能である。
【００４６】
アレイ導波路格子フィルタ２４は、長さの異なる複数の導波路から構成され、多数の波長の光を一度に合分波できる素子である。このアレイ導波路格子フィルタ２４を用いて、スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３後の複数の線スペクトルから、所望の周波数間隔の２本の線スペクトルを選択する。そして、光カプラ１１により、選択された２本の線スペクトルを合波し、周波数｜ｎａ−ｎｂ｜ｘｆｖ（但し、ｎａ，ｎｂは整数）のビート信号をフォトディテクタ１２でヘテロダイン検波する。ここで、アレイ導波路格子フィルタ２４の温度を変化させて各出力ポートの透過スペクトル領域をシフトさせることと、アレイ導波路格子フィルタ２４の出力ポートを適当に選ぶことにより、任意の周波数間隔の２本の線スペクトルを選択することが可能である。
【００４７】
このことから、第１実施形態と同様に、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖの可変範囲が３０ＧＨｚから４０ＧＨｚの間のみに限定されているとしても、周波数１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚまでの間で隙間なく任意の周波数のビート信号が得られる。
【００４８】
上述した第１および第２実施形態では、必要なレーザ光源は１台のみで済み、また、変調器に印加する正弦波電気信号の周波数を変えることにより，各線スペクトルの周波数間隔を変化させることができる。すなわち、この方法で得られる光周波数コムは周波数間隔が可変である。これに加えて，波長選択素子により選び出す２本の線スペクトルを変えることにより、広範囲にわたって任意の周波数の差周波信号が得られる。ここで、差周波信号の周波数は、変調器へ印加する正弦波電気信号の周波数の整数倍に厳密に一致するため、時間的に変動することがない。さらに、差周波信号の線幅は、変調器へ印加する正弦波電気信号の線幅と同等になるため、数十ｋＨｚ以下の線幅が容易に得られる。そして、これが実現されることにより、電気的な方法では発生が困難であった、ミリ波・サブミリ波領域の周波数の信号を容易かつ安定に発生することが可能となる。
【００４９】
なお、上述した第１および第２実施形態では、線スペクトルの本数を増加させるために、高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９又はスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３といった非線形光ファイバを用いたが、これら以外の非線形光ファイバを用いても良い。さらに、非線形光ファイバに限られず、任意の非線形光学材料（例えば、半導体光増幅器，非線形光学結晶）を用いても良い。
【００５０】
また、非線形光学材料と波長選択素子の組み合わせとして、第１実施形態では高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９を光ファイバグレーティング２０−１，２０−２および光サーキュレータ２１−１，２１−２に組み合わせ、第２実施形態ではスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３をアレイ導波路格子フィルタ２４に組み合わせている。しかし、非線形光学材料と波長選択素子は任意に組み合わせることが可能である。例えば、図１において、高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９の代わりにスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３を用いても良い。同様に、図６において、スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３の代わりに高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９を用いても良い。
【００５１】
さらに、必要とする基準高周波信号の周波数が例えば１００ＧＨｚ程度とあまり大きくない場合には、非線形光学材料によるスペクトル拡大（線スペクトルの本数の増加）を行わなくとも良い。この場合には図１に示した高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９および図６に示したスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３を省略することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＷ光に対し周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させ、必要に応じて非線形光学材料を通すことにより発生する線スペクトルの本数を増やし、さらに、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選び出し、そのビート信号をヘテロダイン検波する。したがって、使用するレーザ光源が１つで済み、得られるビート信号の線幅が数十ｋＨｚ以下とすることが可能となり、また、その周波数が時間的に変動せず、かつ、周波数を任意に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は本第１実施形態の構成における高次ソリトン圧縮後の光スペクトル（４０ＧＨｚ間隔の複数の線スペクトル）を示す概念図であり、（ｂ）は本第１実施形態の構成における高次ソリトン圧縮後の光スペクトル（３０ＧＨｚ間隔の複数の線スペクトル）を示す概念図である。
【図３】（ａ）は本第１実施形態の構成において、光ファイバグレーティングにより波長選択し、光カプラにより合波を行った後の光スペクトル（３６０ＧＨｚ間隔の２本の線スペクトル）を示す概念図であり、（ｂ）は本第１実施形態の構成において、光ファイバグレーティングにより波長選択し、光カプラにより合波を行った後の光スペクトル（２７０ＧＨｚ間隔の２本の線スペクトル）を示す概念図である。
【図４】（ａ）は本第１実施形態の構成において、オートコリレータにより測定したビート信号の波形（周波数３６０ＧＨｚのビート信号の自己相関波形）を示す概念図であり、（ｂ）は本第１実施形態の構成において、オートコリレータにより測定したビート信号の波形（周波数２７０ＧＨｚのビート信号の自己相関波形）を示す概念図である。
【図５】本発明の基準高周波信号発生方法により、１００ＧＨｚから１ＴＨｚまでの任意の周波数が発生可能であることを示す概念図である．
【図６】本発明の第２実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来技術によるフォトニックオシレーション装置の第１具体例を示すブロック図である．
【図８】従来技術によるフォトニックオシレーション装置の第２具体例を示すブロック図である．
【符号の説明】
１１−１，１１−２ 光カプラ
１２ フォトディテクタ
１３ 固定周波数間隔光周波数コム発生器
１４ 信号発生器
１５ 波長選択素子
１６ ＣＷレーザ光源
１７ 電界吸収型変調器（変調器）
１８ エルビウム光ファイバ増幅器
１９ 高次ソリトン圧縮用光ファイバ（非線形光ファイバ）
２０−１，２０−２ 光ファイバグレーティング（波長選択素子）
２１−１，２１−２ 光サーキュレータ（波長選択素子）
２２ オートコリレータ
２３ スーパーコンティニウム発生用光ファイバ（非線形光ファイバ）
２４ アレイ導波路格子フィルタ（波長選択素子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの異なる波長を有するＣＷ光をヘテロダイン検波し差周波を発生させる基準高周波信号発生方法および基準高周波信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基準高周波信号発生方法は、主に２つの方法に分類される。第１の基準高周波信号発生方法は、２つのＣＷレーザ出力光の差周波を利用するものであり、第２の基準高周波信号発生方法は、固定周波数間隔の線スペクトルから成る光周波数コム（ｃｏｍｂ）を発生させ、そのうちの２本の線スペクトルを選択してその差周波を利用するものである。
【０００３】
図７は、従来技術の第１の基準高周波信号発生方法を適用した基準高周波信号発生装置の構成例を示すブロック図である（例えば、非特許文献１を参照）。２つの波長可変レーザ１０−１，１０−２からの光を光カプラ１１により合波し、フォトディテクタ（フォトダイオード）１２によりヘテロダイン検波する。レーザの波長を変化させることで、ビート周波数を任意に変えることが可能となる。
【０００４】
図８は、従来技術の第２の基準高周波信号発生方法を適用した基準高周波信号発生装置の構成例を示すブロック図である（例えば、非特許文献２を参照）。固定周波数間隔の光周波数コムを発生させる方法としては、モード同期パルスレーザを使用する方法と、ファブリーペロー共振器中に挿入した位相変調器に大振幅の位相変調を加え、この共振器に単一周波数光を通す方法とが挙げられる。固定周波数間隔光周波数コム発生器１３の出力光スペクトルにおいては、変調周波数に等しい間隔の線スペクトルが複数本発生する。そのうちの２本の線スペクトルを波長選択素子１５で選び出して光カプラ１１により合波し、そのビート信号をフォトディテクタ（フォトダイオード）１２によりヘテロダイン検波する。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｏ． Ｐ． Ｇｏｕｇｈ， Ｃ． Ｆ． Ｃ． Ｓｉｌｖａ ａｎｄ Ａ． Ｊ． Ｓｅｅｄｓ， ”Ｅｘａｃｔ ｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ ｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｂｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌｏｃｋｅｄ ｌａｓｅｒ ｃｏｍｂ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ”， １９９９ ＩＥＥＥ／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ − Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ， Ａｕｓｔｒａｌｉａ， Ｗ−４．３， ｐｐ． ６１−６４， １９９９
【非特許文献２】
Ｍ． Ｋｏｕｒｏｇｉ， Ｂ． Ｗｉｄｉｙａｔｏｍｏｋｏ， Ｙ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ ａｎｄ Ｍ． Ｏｈｔｓｕ， ”Ｌｉｍｉｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｄｕｅ ｔｏ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ｖｏｌ． ３１， ｎｏ． １２， ｐｐ． ２１２０−２１２６， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第１の基準高周波信号発生方法においては，２つのレーザ光源が必要になり、また、ビート信号のスペクトル線幅は、２つのレーザの線幅で決まってしまう。したがって、ＤＦＢレーザを用いた場合には、ビート信号のスペクトル線幅を数十ｋＨｚ以下にするのは困難である。さらに、各レーザ光源の発振周波数をｋＨｚオーダまで安定させるのは非常に困難であり、この結果、ビート信号の周波数が時間的に変動してしまうという問題がある。
【０００７】
また、上述した第２の基準高周波信号発生方法では、レーザ光源は１つで済む。しかしながら、光周波数コム発生器としてモード同期パルスレーザを用いた場合、その繰り返し周波数はレーザの共振器長で制限される。このため、繰り返し周波数の整数倍であるところのビート周波数を任意に変化させることができないという問題がある。同様に、ファブリーペロー共振器中の位相変調器を利用した光周波数コム発生器においても、変調周波数はファブリーペロー共振器長で制限されるため、やはりビート周波数を任意に変化させることができないという問題がある。
【０００８】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、使用するレーザ光源が１つで済み、得られるビート信号の線幅を数十ｋＨｚ以下とすることができ、また、その周波数が時間的に変動せず、かつ、周波数を任意に設定することができる基準高周波信号発生方法および基準高周波信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の基準高周波信号発生方法は、ＣＷ光に対して周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させる変調側波帯発生工程と、前記複数の線スペクトルの中から、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選出する線スペクトル選択工程と、該選出した２つの線スペクトルのビート信号をヘテロダイン検波し差周波を発生させる検波工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の基準高周波信号発生方法において、前記変調側波帯発生工程が、前記変調側帯波を非線形光学材料に通すことで、前記変調側帯波の線スペクトルの本数を増加させる線スペクトル増加過程を有し、前記線スペクトル選択工程において、前記線スペクトル増加過程によって本数が増加された線スペクトルの中から前記異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光学材料として非線形光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光ファイバとして、高次ソリトン圧縮作用を有する高次ソリトン圧縮用光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光ファイバとして、入射側から出射側にかけて異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバ、もしくは、長手方向の全体に一様に正常分散である光ファイバからなるスーパーコンティニウム発生用光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル選択工程において、２つの光サーキュレータを介して接続された、異なる反射波長を有する２つのファイバグレーティングにより、異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項４又は５記載の基準高周波信号発生方法の前記線スペクトル選択工程において、長さの異なる複数の導波路からなり、複数の波長の光を合分波するアレイ導波路格子フィルタにより、異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１６】
また、上述した問題点を解決するために、請求項８記載の基準高周波信号発生装置は、異なる２つの波長のＣＷ光を発生させる光源と、前記２つの波長のＣＷ光を合波して該２つの波長のＣＷ光のビート信号を発生させる合波器と、前記ビート信号をヘテロダイン検波する検波器とを具備し、前記異なる２つの波長のＣＷ光を発生させる光源は、１つのＣＷレーザ光源と、変調周波数が可変の変調器を備え、前記ＣＷレーザ光源からのＣＷ光を前記変調器により変調して複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させる変調側帯波発生手段と、前記変調側波帯発生手段からの出力光の中から２つの線スペクトルを選出する、波長可変の波長選択素子とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の基準高周波信号発生装置において、前記変調側波帯発生手段が、前記変調器により発生させた前記変調側波帯の線スペクトルの本数を増加させて前記波長選択素子に出力する非線形光学材料をさらに備え、前記波長選択素子が、前記非線形光学材料の出力光の中から前記２つの線スペクトルを選出することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の基準高周波信号発生装置において、前記非線形光学材料が非線形光ファイバからなることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の基準高周波信号発生装置において、前記非線形光ファイバが、高次ソリトン圧縮作用を有する高次ソリトン圧縮用光ファイバからなることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の基準高周波信号発生装置において、前記非線形光ファイバが、入射側から出射側にかけて異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバ、もしくは、長手方向の全体に一様に正常分散である光ファイバからなるスーパーコンティニウム発生用光ファイバからなることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１１又は１２記載の基準高周波信号発生装置において、前記前記波長選択素子が、２つの光サーキュレータを介して接続された、異なる反射波長を有する２つのファイバグレーティングからなることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１１又は１２記載の基準高周波信号発生装置において、前記波長選択素子が、長さの異なる複数の導波路からなり、複数の波長の光を合分波するアレイ導波路格子フィルタからなることを特徴とする。
【００２３】
この発明では、ＣＷ光に対し周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させ、必要に応じて非線形光学材料を通すことにより発生する線スペクトルの本数を増やし、さらに、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選び出し、そのビート信号をヘテロダイン検波する。したがって、使用するレーザ光源が１つで済み、得られるビート信号の線幅が数十ｋＨｚ以下とすることが可能となり、また、その周波数が時間的に変動せず、かつ、周波数を任意に設定することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。図１において、ＣＷレーザ光源１６からの、周波数νｏのＣＷ出力光を電界吸収型（ＥＡ）変調器１７に入射する。ＥＡ変調器１７には、信号発生器１４からの周波数ｆｖの正弦波電気信号を印加する。この結果、電界吸収型変調器１７の出力光は、繰り返し周波数ｆｖのパルスとなり、その光スペクトルは、元のＣＷ光の周波数νｏを中心として、間隔ｆｖの複数の線スペクトルを有する。この電界吸収型変調器１７の出力光をエルビウム光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１８で増幅後に、高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９に入射する。
【００２５】
高次ソリトン圧縮は、ソリトン次数Ｎが１よりも大きいソリトンが異常分散領域の光ファイバを伝搬するときに、その時間発展が周期的な形態を取り、各周期のはじめのところで一時幅が狭くなることを利用するものである。ソリトン次数が１よりも大きくなるための条件は、以下の式（１）で表される。
【００２６】
【数１】
但し、ｎ２は、光ファイバの非線形屈折率係数、Ｐｏは、入射パルスのピーク強度、ＴＦＷＨＭは、入射パルスのパルス幅、ｃは、真空中の光速、Ａｅｆｆは、光ファイバの有効断面積、β２は、光ファイバの２次分散値である。したがって、式（１）を満たすＡｅｆｆと｜β２｜との値を有し、かつβ２が負である光ファイバが、高次ソリトン圧縮には必要である。なお、高次ソリトン圧縮技術の詳細については、『Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ著の”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ”（ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＲＥＳＳ）』に記述されている。
【００２８】
この高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９中の高次ソリトン圧縮により、光パルスのパルス幅が小さくなるとともに、スペクトル幅が広がり、発生する線スペクトルの数が増加する。
【００２９】
スペクトル幅拡大後の光は、光カプラ１１−１により分岐される。光カプラ１１−１の後には、それぞれ異なる反射波長を有する２つの光ファイバグレーティング２０−１，２０−２を、光サーキュレータ２１−１，２１−２を通して接続しており、線スペクトルの内の１本がそれぞれ波長選択される。
【００３０】
選択された２本の線スペクトルは、光カプラ１１−２で合波され、周波数｜ｎａ−ｎｂ｜ｘｆｖ（但しｎａ，ｎｂは整数）のビート信号を発生させる。このビート信号を光カプラ１１−３で分岐し、フォトディテクタ１２とオートコリレータ２２ヘ入射する。フォトディテクタ１２によりヘテロダイン検波を行ない、オートコリレータ２２によりビート信号の時間波形を測定する。
【００３１】
ここで、高次ソリトン圧縮後の線スペクトルの間隔は、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを変化させることにより、任意の値に設定できる。すなわち、この方法で得られる光周波数コムは、周波数間隔が可変である。
【００３２】
但し、この場合、変調周波数ｆｖが変わることで、高次ソリトン圧縮前の光パルスのピーク強度やパルス幅が変化し、その結果、高次ソリトン圧縮後の光スペクトル波形が変わって、所望の線スペクトルに対して十分なＳ／Ｎ比が取れないこともあり得る。これに対して、高次ソリトン圧縮前のエルビウム光ファイバ増幅器１８の出力強度や、電界吸収型変調器１７に入射する正弦波電気信号の振幅を変化させることで、光パルスのピーク強度や、パルス幅を調整し、高次ソリトン圧縮後の光スペクトル波形を適当に変化させることで、所望の線スペクトルに対して十分なＳ／Ｎ比が取れるようにできる。
【００３３】
また、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを変化させ、線スペクトルの間隔が変化するのに伴い、光ファイバグレーティングを物理的に伸縮させることで、反射波長を所望の線スペクトルの波長に設定する。
【００３４】
ここで、本第１実施形態の構成で実際に実験系を組み、測定を行った結果について述べる。
【００３５】
ＣＷレーザ光源１６としては、波長１５５２．５ｎｍ（周波数νｏ＝１９３．１０ＴＨｚ）の固体レーザを使用した。高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９としては、長さ５ｋｍ、モードフィールド径４．２μｍのものを使用した。また、該高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９は、波長１５５２．５ｎｍでの２次分散値が−０．９６ｐｓ２／ｋｍである。すなわち、入射光に対して異常分散を有する。
【００３６】
図２（ａ），図２（ｂ）は、各々、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを４０ＧＨｚ，３０ＧＨｚに設定した場合の高次ソリトン圧縮後の光スペクトルを示す概念図である。図示するように、各々において、間隔が４０ＧＨｚ，３０ＧＨｚの線スペクトルが発生している。
【００３７】
また、図３（ａ），図３（ｂ）は、各々、図２（ａ），図２（ｂ）に対応する高次ソリトン圧縮後の光から、９本離れた線スペクトル（周波数間隔がそれぞれ３６０ＧＨｚ，２７０ＧＨｚ）を、光ファイバグレーティング２０−１，２０−２を用いて選択し、光カプラ１１−２で合波した後の光スペクトルを示す概念図である。
【００３８】
また、図４（ａ），図４（ｂ）は、各々、図３（ａ），図３（ｂ）に対応する３６０ＧＨｚ，２７０ＧＨｚ間隔の２本の線スペクトルによるビート信号波形をオートコリレータ２２で測定した結果を示す概念図である。図示するように、周波数３６０ＧＨｚ，２７０ＧＨｚの時間波形が得られていることが分かる。
【００３９】
ここでは、２７０ＧＨｚと３６０ＧＨｚとの２つの周波数のみについての測定結果を示したが、実際には、広範囲にわたって連続的に周波数を変化させることが可能である。例えば、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖを３０ＧＨｚから４０ＧＨｚへ連続的に変化させることで、２７０ＧＨｚから３６０ＧＨｚまでのビート周波数が連続的に得られる。
【００４０】
ここで、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖの可変範囲が、例えば、３０ＧＨｚから４０ＧＨｚの間のみに限定されているとしても、選択する２本の線スペクトルを変えることにより、周波数１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚまでの間で隙間なく任意の周波数のビート信号が得られる。これを示したのが図５である。図示するように、周波数１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚ（＝１ＴＨｚ）までの間で任意のビート信号周波数が得られることが分かる。例として、１０本分だけ間隔の離れた適当な２本の線スペクトルを選択し、変調周波数ｆｖを３２ＧＨｚから４０ＧＨｚまで変化させてヘテロダイン検波することにより、３２０ＧＨｚから４００ＧＨｚまでの差周波の周波数が連続的に得られる。
【００４１】
なお、上述した第１実施形態の説明の中で具体的に挙げてある数値は一例であって、これに限られるものではない。
【００４２】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ここで、図６は、本発明の第２実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００４３】
本第２実施形態では、電界吸収型変調器１７の線スペクトルの本数を増加させるための光ファイバとして、スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３を使用し、アレイ導波路格子フィルタ２４により２本の線スペクトルの選択を行う。
【００４４】
スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３の分散特性は、大きく２つのタイプに分類できる。１つは、光パルスの入射側から出射側にかけて、異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバであり、もう１つは、長手方向の全体において一様に正常分散である光ファイバである。前者は、光スペクトルの中心付近がなめらかでなく、不要なピークが発生するという問題があるが、断熱ソリトン圧縮によるパルス圧縮の効果を用いる分、入射光強度が小さくて済むという利点がある。逆に後者は、入射光強度が前者の数十倍以上必要となるという問題があるが、ピークのない滑らかな光スペクトルを発生できるという利点がある。
【００４５】
いずれのタイプのスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３においても、本発明に必要な線スペクトルを発生させる方法として利用することが可能である。
【００４６】
アレイ導波路格子フィルタ２４は、長さの異なる複数の導波路から構成され、多数の波長の光を一度に合分波できる素子である。このアレイ導波路格子フィルタ２４を用いて、スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３後の複数の線スペクトルから、所望の周波数間隔の２本の線スペクトルを選択する。そして、光カプラ１１により、選択された２本の線スペクトルを合波し、周波数｜ｎａ−ｎｂ｜ｘｆｖ（但し、ｎａ，ｎｂは整数）のビート信号をフォトディテクタ１２でヘテロダイン検波する。ここで、アレイ導波路格子フィルタ２４の温度を変化させて各出力ポートの透過スペクトル領域をシフトさせることと、アレイ導波路格子フィルタ２４の出力ポートを適当に選ぶことにより、任意の周波数間隔の２本の線スペクトルを選択することが可能である。
【００４７】
このことから、第１実施形態と同様に、電界吸収型変調器１７の変調周波数ｆｖの可変範囲が３０ＧＨｚから４０ＧＨｚの間のみに限定されているとしても、周波数１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚまでの間で隙間なく任意の周波数のビート信号が得られる。
【００４８】
上述した第１および第２実施形態では、必要なレーザ光源は１台のみで済み、また、変調器に印加する正弦波電気信号の周波数を変えることにより，各線スペクトルの周波数間隔を変化させることができる。すなわち、この方法で得られる光周波数コムは周波数間隔が可変である。これに加えて，波長選択素子により選び出す２本の線スペクトルを変えることにより、広範囲にわたって任意の周波数の差周波信号が得られる。ここで、差周波信号の周波数は、変調器へ印加する正弦波電気信号の周波数の整数倍に厳密に一致するため、時間的に変動することがない。さらに、差周波信号の線幅は、変調器へ印加する正弦波電気信号の線幅と同等になるため、数十ｋＨｚ以下の線幅が容易に得られる。そして、これが実現されることにより、電気的な方法では発生が困難であった、ミリ波・サブミリ波領域の周波数の信号を容易かつ安定に発生することが可能となる。
【００４９】
なお、上述した第１および第２実施形態では、線スペクトルの本数を増加させるために、高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９又はスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３といった非線形光ファイバを用いたが、これら以外の非線形光ファイバを用いても良い。さらに、非線形光ファイバに限られず、任意の非線形光学材料（例えば、半導体光増幅器，非線形光学結晶）を用いても良い。
【００５０】
また、非線形光学材料と波長選択素子の組み合わせとして、第１実施形態では高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９を光ファイバグレーティング２０−１，２０−２および光サーキュレータ２１−１，２１−２に組み合わせ、第２実施形態ではスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３をアレイ導波路格子フィルタ２４に組み合わせている。しかし、非線形光学材料と波長選択素子は任意に組み合わせることが可能である。例えば、図１において、高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９の代わりにスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３を用いても良い。同様に、図６において、スーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３の代わりに高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９を用いても良い。
【００５１】
さらに、必要とする基準高周波信号の周波数が例えば１００ＧＨｚ程度とあまり大きくない場合には、非線形光学材料によるスペクトル拡大（線スペクトルの本数の増加）を行わなくとも良い。この場合には図１に示した高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９および図６に示したスーパーコンティニウム発生用光ファイバ２３を省略することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＷ光に対し周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させ、必要に応じて非線形光学材料を通すことにより発生する線スペクトルの本数を増やし、さらに、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選び出し、そのビート信号をヘテロダイン検波する。したがって、使用するレーザ光源が１つで済み、得られるビート信号の線幅が数十ｋＨｚ以下とすることが可能となり、また、その周波数が時間的に変動せず、かつ、周波数を任意に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は本第１実施形態の構成における高次ソリトン圧縮後の光スペクトル（４０ＧＨｚ間隔の複数の線スペクトル）を示す概念図であり、（ｂ）は本第１実施形態の構成における高次ソリトン圧縮後の光スペクトル（３０ＧＨｚ間隔の複数の線スペクトル）を示す概念図である。
【図３】（ａ）は本第１実施形態の構成において、光ファイバグレーティングにより波長選択し、光カプラにより合波を行った後の光スペクトル（３６０ＧＨｚ間隔の２本の線スペクトル）を示す概念図であり、（ｂ）は本第１実施形態の構成において、光ファイバグレーティングにより波長選択し、光カプラにより合波を行った後の光スペクトル（２７０ＧＨｚ間隔の２本の線スペクトル）を示す概念図である。
【図４】（ａ）は本第１実施形態の構成において、オートコリレータにより測定したビート信号の波形（周波数３６０ＧＨｚのビート信号の自己相関波形）を示す概念図であり、（ｂ）は本第１実施形態の構成において、オートコリレータにより測定したビート信号の波形（周波数２７０ＧＨｚのビート信号の自己相関波形）を示す概念図である。
【図５】本発明の基準高周波信号発生方法により、１００ＧＨｚから１ＴＨｚまでの任意の周波数が発生可能であることを示す概念図である．
【図６】本発明の第２実施形態による基準高周波信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来技術によるフォトニックオシレーション装置の第１具体例を示すブロック図である．
【図８】従来技術によるフォトニックオシレーション装置の第２具体例を示すブロック図である．
【符号の説明】
１１−１，１１−２ 光カプラ
１２ フォトディテクタ
１３ 固定周波数間隔光周波数コム発生器
１４ 信号発生器
１５ 波長選択素子
１６ ＣＷレーザ光源
１７ 電界吸収型変調器（変調器）
１８ エルビウム光ファイバ増幅器
１９ 高次ソリトン圧縮用光ファイバ（非線形光ファイバ）
２０−１，２０−２ 光ファイバグレーティング（波長選択素子）
２１−１，２１−２ 光サーキュレータ（波長選択素子）
２２ オートコリレータ
２３ スーパーコンティニウム発生用光ファイバ（非線形光ファイバ）
２４ アレイ導波路格子フィルタ（波長選択素子）
Claims (14)
- ＣＷ光に対して周波数可変の変調器で変調を行うことにより、複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させる変調側波帯発生工程と、
前記複数の線スペクトルの中から、異なる波長の２つの線スペクトルを波長選択素子により選出する線スペクトル選択工程と、
該選出した２つの線スペクトルのビート信号をヘテロダイン検波し差周波を発生させる検波工程と
を有することを特徴とする基準高周波信号発生方法。 - 前記変調側波帯発生工程は、前記変調側帯波を非線形光学材料に通すことで、前記変調側帯波の線スペクトルの本数を増加させる線スペクトル増加過程を有し、
前記線スペクトル選択工程において、前記線スペクトル増加過程によって本数が増加された線スペクトルの中から前記異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする請求項１記載の基準高周波信号発生方法。 - 前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光学材料として非線形光ファイバを用いることを特徴とする請求項２記載の基準高周波信号発生方法。
- 前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光ファイバとして、高次ソリトン圧縮作用を有する高次ソリトン圧縮用光ファイバを用いることを特徴とする請求項３記載の基準高周波信号発生方法。
- 前記線スペクトル増加過程において、前記非線形光ファイバとして、入射側から出射側にかけて異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバ、もしくは、長手方向の全体に一様に正常分散である光ファイバからなるスーパーコンティニウム発生用光ファイバを用いることを特徴とする請求項３記載の基準高周波信号発生方法。
- 前記線スペクトル選択工程において、２つの光サーキュレータを介して接続された、異なる反射波長を有する２つのファイバグレーティングにより、異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする請求項４又は５記載の基準高周波信号発生方法。
- 前記線スペクトル選択工程において、長さの異なる複数の導波路からなり、複数の波長の光を合分波するアレイ導波路格子フィルタにより、異なる波長の２つの線スペクトルを選出することを特徴とする請求項４又は５記載の基準高周波信号発生方法。
- 異なる２つの波長のＣＷ光を発生させる光源と、
前記２つの波長のＣＷ光を合波して該２つの波長のＣＷ光のビート信号を発生させる合波器と、
前記ビート信号をヘテロダイン検波する検波器と
を具備し、
前記異なる２つの波長のＣＷ光を発生させる光源は、
１つのＣＷレーザ光源と、
変調周波数が可変の変調器を備え、前記ＣＷレーザ光源からのＣＷ光を前記変調器により変調して複数の線スペクトルから成る変調側波帯を発生させる変調側波帯発生手段と、
前記変調側波帯発生手段からの出力光の中から２つの線スペクトルを選出する、波長可変の波長選択素子と
を有することを特徴とする基準高周波信号発生装置。 - 前記変調側波帯発生手段は、前記変調器により発生させた前記変調側波帯の線スペクトルの本数を増加させて前記波長選択素子に出力する非線形光学材料をさらに備え、
前記波長選択素子は、前記非線形光学材料の出力光の中から前記２つの線スペクトルを選出することを特徴とする請求項８記載の基準高周波信号発生装置。 - 前記非線形光学材料は非線形光ファイバからなることを特徴とする請求項９記載の基準高周波信号発生装置。
- 前記非線形光ファイバは、高次ソリトン圧縮作用を有する高次ソリトン圧縮用光ファイバからなることを特徴とする請求項１０記載の基準高周波信号発生装置。
- 前記非線形光ファイバは、入射側から出射側にかけて異常分散から正常分散に変化する分散減少光ファイバ、もしくは、長手方向の全体に一様に正常分散である光ファイバからなるスーパーコンティニウム発生用光ファイバからなることを特徴とする請求項１０記載の基準高周波信号発生装置。
- 前記波長選択素子は、２つの光サーキュレータを介して接続された、異なる反射波長を有する２つのファイバグレーティングからなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の基準高周波信号発生装置。
- 前記波長選択素子は、長さの異なる複数の導波路からなり、複数の波長の光を合分波するアレイ導波路格子フィルタからなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の基準高周波信号発生装置。
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