JP7181613B2 - デュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置 - Google Patents

デュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置 Download PDF

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Description

本発明は、２つの光周波数コムを出力するデュアル光周波数コム生成光学系、及び該デュアル光周波数コム生成光学系を備えるレーザー装置及び計測装置に関する。本願は、２０１７年１０月１３日に、日本に出願された特願２０１７－１９９８４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
周波数軸上においてスペクトル強度が櫛状に精密かつ等間隔に並べられた光は、光周波数コムと呼ばれている。例えば、超短パルスレーザーであるモード同期レーザーのスペクトル分布には、等間隔に並ぶ多数の光周波数モード列が現れる。すなわち、モード同期レーザーから光周波数コムが出射される。櫛状のスペクトル強度を有する光周波数コムは、時間・空間・周波数の精密なものさしとして広く活用されている。光周波数領域における光周波数モード列の間隔は、繰り返し周波数と呼ばれている。
例えば、非特許文献１に記載されているように、繰り返し周波数が互いに異なる光周波数コムのマルチヘテロダイン検出を行うことによって、光周波数領域における分子や原子の情報を取り出すことができる。繰り返し周波数が互いに異なる光周波数コムは、デュアル光周波数コムと呼ばれている。デュアル光周波数コムを出力するモード同期レーザー（レーザー装置）を２台用いて、広帯域・高精度・高分解能な分光計測を行うことができる。
I. Coddington, N. Newbury and W. Swann, "Dual-comb spectroscopy," Optica, Vol. 3, No. 4, pp. 414-426 (2016).
しかしながら、上述の非特許文献１に開示されているように、２台のレーザー装置を用いると、これらのレーザー装置が互いに異なる環境外乱や機械的な擾乱を受ける。２台のレーザー装置が互いに異なる環境外乱や機械的な擾乱を受けることによって、マルチヘテロダイン検出時に得られる干渉信号の信号対雑音比（Signal- to noise ratio：ＳＮ比）が低くなる。一方、干渉信号のＳＮ比を高くすると、２台のレーザー装置を相対的に位相同期させるための大がかりな光学系が必要となり、レーザー装置が大型になる。
本発明は、上述の事情を勘案したものであって、互いに繰り返し周波数が異なる光周波数コムの信号対雑音比を高め、且つ光学系や装置全体の小型化を図ることが可能なデュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置及び計測装置を提供する。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系は、偏光の向きが第１方向である第１レーザー光を導波すると共に、偏光の向きが前記第１方向とは異なる第２方向である第２レーザー光を導波し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々の偏光の向きを保持し、偏波保持型光ファイバからなる環状の第２ループ部と偏波保持型光ファイバからなる環状の第３ループ部と偏波保持型光カプラからなる連結部とを有し、前記第２ループ部と前記第３ループ部が前記連結部によって連結され、数字の８の字を描くように構成されている第１ループ光ファイバと、前記第２ループ部に設けられ、前記第１ループ光ファイバに前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を導入する導入部と、前記第２ループ部に設けられ、前記導入部から導入された前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の前記偏光の向きを保持しつつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を増幅して第１レーザー増幅光及び第２レーザー増幅光を生成し、前記第１ループ光ファイバの周方向及び該周方向とは逆方向に前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を出射する増幅部と、前記連結部と前記第３ループ部と前記第３ループ部に配置された偏波保持型光アイソレータによって構成され、前記周方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光と前記周方向とは逆方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光との各々のうち、前記連結部での干渉によって前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差に応じて強め合った前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光のみを前記第３ループ部を周回させて前記第２ループ部に戻し、前記連結部での干渉によって前記位相差に応じて弱められた前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記第３ループ部を周回させて前記偏波保持型光アイソレータによって除去するレーザー増幅光戻し部と、前記第３ループ部に設けられ、前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第１方向である第１光周波数コムと前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第２方向である第２光周波数コムとを前記第１ループ光ファイバから導出する導出部と、を備える。前記第２ループ部、前記第３ループ部、前記連結部及び前記偏波保持型光アイソレータは可飽和吸収体として機能し、前記レーザー増幅光戻し部によって前記第２ループ部に戻された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記増幅部によって増幅され、前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記第２ループ部及び前記第３ループ部を構成する偏波保持型光ファイバの長さに応じた非線形位相シフトを受け、前記第１ループ光ファイバを周回し、モード同期状態に移行し、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長との光路長差は、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率との屈折率差に応じ、前記第１光周波数コムの繰り返し周波数と前記第２光周波数コムの繰り返し周波数との繰り返し周波数差に依存する。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第３ループ部において前記偏波保持型光アイソレータと前記導出部との間の前記連結部を介さない前記偏波保持型光ファイバに位相変調部が設けられている。前記位相変調部は外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第１方向である前記第１レーザー増幅光の位相のみを変調する第１電気光学変調器と、外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第２方向である前記第２レーザー増幅光の位相のみを変調する第２電気光学変調器と、を有する。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系は、偏光の向きが第１方向である第１レーザー光を導波すると共に、偏光の向きが前記第１方向とは異なる第２方向である第２レーザー光を導波し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々の偏光の向きを保持し、偏波保持型光ファイバからなる環状の第２ループ部と偏波保持型光ファイバからなる線形部と偏波保持型光カプラからなる連結部とを有し、前記第２ループ部と前記線形部が前記連結部によって連結され、数字の９の字を描くように構成されている第１ループ光ファイバと、前記第２ループ部に設けられ、前記第１ループ光ファイバに前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を導入する導入部と、前記第２ループ部に設けられ、前記導入部から導入された前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の前記偏光の向きを保持しつつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を増幅して第１レーザー増幅光及び第２レーザー増幅光を生成し、前記第１ループ光ファイバの周方向及び該周方向とは逆方向に前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を出射する増幅部と、前記連結部と前記線形部と前記線形部において前記連結部と接続されている端部とは反対側の端部に接続された空間型共振部によって構成され、前記周方向に沿って導波されて前記空間型共振部に入射した前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光と前記周方向とは逆方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光との各々のうち、前記空間型共振部での共振によって前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差に応じて強め合った前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記線形部を介して前記第２ループ部に戻し、前記空間型共振部での共振によって前記位相差に応じて弱められた前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記空間型共振部で除去するレーザー増幅光戻し部と、を備えている。
前記連結部に前記線形部と構成する偏波保持型光ファイバとは異なる導出用の偏波保持型光ファイバが接続され、前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第１方向である第１光周波数コムと前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第２方向である第２光周波数コムとが前記導出用の偏波保持型光ファイバから導出され、前記第２ループ部、前記線形部、前記連結部及び前記空間型共振部は可飽和吸収体として機能し、前記レーザー増幅光戻し部によって前記第２ループ部に戻された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記増幅部によって増幅され、前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記第２ループ部及び前記線形部を構成する偏波保持型光ファイバの長さと前記空間型共振部に応じた非線形位相シフトを受け、前記第１ループ光ファイバを周回し、モード同期状態に移行し、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長との光路長差は、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率との屈折率差に応じ、前記第１光周波数コムの繰り返し周波数と前記第２光周波数コムの繰り返し周波数との繰り返し周波数差に依存する。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記空間型共振部での共振によって強め合う前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差は前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光の波長の半分の偶数倍に相当する。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第３ループ部において前記偏波保持型光アイソレータと前記導出部との間の前記連結部を介さない前記偏波保持型光ファイバに位相変調部が設けられている。前記位相変調部は、外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第１方向である前記第１レーザー増幅光の位相のみを変調する第１電気光学変調器と、外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第２方向である前記第２レーザー増幅光の位相のみを変調する第２電気光学変調器と、を有してもよい。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第２ループ部において前記導入部と前記連結部との間の前記偏波保持型光ファイバに設けられ、前記周方向及び前記周方向とは逆方向に沿って導波される前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光の両方に対して個別に作用し、前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差をシフトさせる偏波多重型の非相反位相シフト部と、前記第２ループ部において前記導入部と前記連結部との間の前記非相反位相シフト部を介さない前記偏波保持型光ファイバに設けられ、前記第２ループ部における前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光の光路長を制御可能な共振器長制御素子と、を備えてもよい。
また、本発明のデュアル光周波数コム生成光学系は、偏光の向きが第１方向である第１レーザー光を導波すると共に、偏光の向きが前記第１方向とは異なる第２方向である第２レーザー光を導波し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々の偏光の向きを保持し、偏波保持型光ファイバからなり、環状に構成されている第１ループ光ファイバと、前記第１ループ光ファイバに設けられ、前記第１ループ光ファイバに前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を導入する導入部と、前記第１ループ光ファイバに設けられ、前記導入部から導入された前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の前記偏光の向きを保持しつつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を増幅して第１レーザー増幅光及び第２レーザー増幅光を生成し、前記第１ループ光ファイバの周方向及び該周方向とは逆方向に前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を出射する増幅部と、前記第１ループ光ファイバに設けられ、可飽和吸収体及び偏波保持型光アイソレータによって構成され、前記周方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光と前記周方向とは逆方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光との各々のうち、前記可飽和吸収体に入射して前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差に応じて強め合った前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光のみを反射し、前記可飽和吸収体に入射して前記位相差に応じて弱められた前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記第１ループ光ファイバを周回させて前記偏波保持型光アイソレータによって除去するレーザー増幅光戻し部と、前記第１ループ光ファイバに設けられ、前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第１方向である第１光周波数コムと前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第２方向である第２光周波数コムとを前記第１ループ光ファイバから導出する導出部と、を備えている。前記レーザー増幅光戻し部によって前記第１ループ光ファイバに反射された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記増幅部によって増幅され、前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記第１ループ光ファイバを構成する偏波保持型光ファイバの長さに応じた非線形位相シフトを受け、前記第１ループ光ファイバを周回し、モード同期状態に移行し、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長との光路長差は、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率との屈折率差に応じ、第１光周波数コムの繰り返し周波数と第２光周波数コムの繰り返し周波数との繰り返し周波数差に依存する。
本発明のレーザー装置は、上述のデュアル光周波数コム生成光学系と、前記デュアル光周波数コム生成光学系の前記導入部に接続され、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を発する光源と、を備えている。
本発明の計測装置は、上述のレーザー装置と、前記デュアル光周波数コム生成光学系から導出される前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの進行方向の奥側に配置され、前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムを分離して互いに異なる進路に進行させる偏波分離部と、前記偏波分離部によって互いに分離された前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの少なくとも一方の進路上に配置された試料よりも前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの進行方向の奥側に配置され、測定対象の前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムを干渉させる偏波干渉部と、前記偏波干渉部で得られる干渉信号の進行方向の奥側に配置され、前記干渉信号から前記試料の情報を抽出する試料情報抽出部と、を備えている。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置によれば、互いに繰り返し周波数が異なる光周波数コムの信号対雑音比を高め、且つ光学系の小型化を図ることができる。
本発明の第１実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第１実施形態の計測装置の平面図である。 本発明の第２実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第３実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第４実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第５実施形態のレーザー装置の平面図である。 図６のレーザー装置の非相反位相シフト部の第１構成例の平面図である。 図６のレーザー装置の非相反位相シフト部の第２構成例の平面図である。 本発明の第６実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第７実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第８実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第９実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第１０実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第１１実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第１２実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明の第１３実施形態のレーザー装置の平面図である。 本発明のレーザー装置の平面図である。 本発明の別のレーザー装置の平面図である。
以下、本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１に示すように、本発明の第１実施形態のレーザー装置６０Ａは、光源５、偏波保持型光ファイバ６、偏波分離素子１２、一方の端部が偏波分離素子１２に接続された偏波保持型光ファイバ３１、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａを備えている。偏波保持型光ファイバ６の入射側の端部（一方の端部）は、光源５に接続されている。偏波保持型光ファイバ６の出射側の端部（他方の端部）は、偏波分離素子１２に接続されている。偏波保持型光ファイバ３１の入射側の端部（一方の端部）は、偏波分離素子１２に接続されている。偏波保持型光ファイバ３１の出射側の端部（他方の端部）は、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに接続されている。
光源５は、少なくとも、光軸Ａに対して偏光の向きが第１方向であるレーザー光（第１レーザー光）Ｓ１と光軸Ａに対して偏光の向きが第２方向であるレーザー光（第２レーザー光）Ｓ２とを含むレーザー光Ｓ０を発する。光軸Ａは、光の進行方向を示している。光軸Ａが図１の紙面に垂直な方向を向くとすると、第１方向は紙面の上側及び下側を向く方向であり、第２方向は紙面の左側及び右側を向く方向である。第１方向と第２方向は互いに異なれば、それぞれ任意の方向に向いていてよい。例えば、偏波保持型ファイバの遅軸と速軸を第１方向と第２方向としてレーザー光を導波してもよい。本実施形態の光源５は、レーザー光Ｓ１，Ｓ２と、光軸Ａに対して偏光の向きが第１方向及び第２方向とは異なる任意の方向である第３レーザー光Ｓ３，Ｓ４，…とを発する半導体レーザーである。
光源５から発せられたレーザー光Ｓ０の偏光の向きは、偏波保持型光ファイバ６において保持される。偏波分離素子１２は、レーザー光Ｓ０から、レーザー光Ｓ１，Ｓ２のみを偏波保持型光ファイバ３１に出射する。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａは、第１ループ光ファイバ３０と、第１ループ光ファイバ３０に設けられた導入部２１、増幅部４０、レーザー増幅光戻し部７０、及び、導出部２４とを備えている。
第１ループ光ファイバ３０は、図１の右側に示す第２ループ部３２と、図１の左側に示す第３ループ部３３と、第２ループ部３２及び第３ループ部３３とを連結する連結部２２とを備えている。連結部２２は、偏波保持型光カプラで構成されている。すなわち、第１ループ光ファイバ３０は、連結部２２を結び目として、数字の「８」を描くように構成されている。第２ループ部３２は、偏波保持型光ファイバ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃで構成されている。第３ループ部３３は、偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃで構成されている。以下では、偏波保持型光ファイバ３２Ｃ，３２Ａ，３２Ｂの順に光が導波される方向、及び、偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの順に光が導波される方向をＲ１方向（周方向）と称する。また、Ｒ１方向に沿って逆向きの方向をＲ２方向（逆方向）と称する。第１ループ光ファイバ３０は、導入部２１及び偏波保持型光ファイバ３１を介して、偏波分離素子１２に接続されている。
導入部２１は、第２ループ部３２に設けられ、偏波保持型光カプラで構成されている。導入部２１においてＲ１方向の手前側の端部（すなわち、偏波保持型光ファイバ３１の出射側の端部に接続されている端部）に、偏波保持型光ファイバ３２Ｃが接続されている。導入部２１におけるＲ１方向の奥側の端部に、偏波保持型光ファイバ３２Ａが接続されている。導入部２１には、レーザー光Ｓ１，Ｓ２と、希土類添加光ファイバによって構成される増幅部４０で増幅されたレーザー増幅光（第１レーザー増幅光，第２レーザー増幅光）Ｌ１，Ｌ２が通る。そのため、導入部２１は、少なくともレーザー光Ｓ１，Ｓ２の第１波長とレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の第２波長とを導入及び導出可能な波長分割多重型且つ偏波保持型の光カプラで構成されている。
増幅部４０は、第２ループ部３２の偏波保持型光ファイバ３２Ａと偏波保持型光ファイバ３２Ｂとの間に設けられ、偏波保持型光増幅ファイバで構成されている。光増幅ファイバとしては、例えば希土類添加光ファイバが挙げられる。希土類添加光ファイバに添加される希土類元素としては、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）等が挙げられる。なお、希土類添加光ファイバに添加される希土類元素は、第１波長及び第２波長を考慮して適宜選定される。
連結部２２の第２ループ部３２側の端部に、偏波保持型光ファイバ３２Ｂ，３２Ｃが接続されている。連結部２２の第３ループ部３３側の端部に、偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｃが接続されている。
レーザー増幅光戻し部７０は、増幅部４０によって増幅されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のモード同期を行う。レーザー増幅光戻し部７０は、連結部２２、第３ループ部３３に設けられた偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ、及び偏波保持型光アイソレータ２３を有する。偏波保持型光アイソレータ２３は、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｂから入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のみを偏波保持型光ファイバ３３Ｃへ通過させ、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｃから入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を光吸収や分岐等によって第１ループ光ファイバ３０から除去する。
導出部２４は、第３ループ部３３に設けられ、偏波保持型光カプラで構成されている。
導出部２４においてＲ１方向の手前側の端部（すなわち、連結部２２側の端部）に、偏波保持型光ファイバ３３Ａが接続されている。導出部２４においてＲ１方向の奥側の端部に、偏波保持型光ファイバ３３Ｂ，３４の各々の入射側の端部（一方の端部）が接続されている。偏波保持型光ファイバ３４は、導出部２４を介して、第１ループ光ファイバ３０から、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コム（第１光周波数コム，第２光周波数コム）Ｃ１，Ｃ２を取り出すために設けられる。
上述のように、第１ループ光ファイバ３０が偏波保持型光ファイバで構成され、第１ループ光ファイバ３０に設けられる各構成要素が偏波保持可能であるので、第１ループ光ファイバ３０で導波及び制御される偏光の向きは保持される。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
次に、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａの動作、及び、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａを用いて光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成する原理について説明する。
光源５から発せられたレーザー光Ｓ０は、偏波保持型光ファイバ６に導波され、偏波分離素子１２に入射する。偏波分離素子１２によって、レーザー光Ｓ０からレーザー光Ｓ１，Ｓ２が分離され、レーザー光Ｓ１，Ｓ２のみが偏波保持型光ファイバ３１に導波される。
偏波保持型光ファイバ３１を導波したレーザー光Ｓ１，Ｓ２は、導入部２１を介して偏波保持型光ファイバ３２Ａに導波され、増幅部４０に入射する。増幅部４０によって、レーザー光Ｓ１，Ｓ２が増幅され、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が生成される。増幅部４０として希土類添加光ファイバが用いられているため、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長（第２波長）は、増幅する前のレーザー光Ｓ１，Ｓ２の波長（第１波長）とは異なる。第２波長を有するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、増幅部４０からＲ１方向及びＲ２方向の両方に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｂ，３２Ａに導波される。
レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、増幅部４０からＲ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ａ、導入部２１をこの順に通り、偏波保持型光ファイバ３２Ｃに導波される。
Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｂに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｃに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、連結部２２に入射する。Ｒ１方向に沿って増幅部４０から偏波保持型光ファイバ３２Ｂを導波して連結部２２に入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、偏波保持型光ファイバ３２Ｂの長さに応じた非線形位相シフトを受ける。Ｒ２方向に沿って増幅部４０から偏波保持型光ファイバ３２Ａ、導入部２１、偏波保持型光ファイバ３２Ｃを導波して連結部２２に入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、偏波保持型光ファイバ３２Ａ，３２Ｃの長さに応じた非線形位相シフトを受ける。
連結部２２を構成する偏波保持型光カプラでは、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｂから入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｃから入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が干渉する。連結部２２の偏波保持型光カプラでは、偏波保持型光ファイバ３２Ｂから入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と、偏波保持型光ファイバ３２Ｃから入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２との位相差φによって、偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の光量比が変わる。位相差φは、偏波保持型光ファイバ３２Ｂ，Ｃの各々から連結部２２に入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が受けた非線形位相シフトの差に相当する。位相差φが第２波長の半分の奇数倍である場合（所定の条件を満たす場合）、連結部２２の偏波保持型光カプラにおける干渉によって強められたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が全てＲ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波される。
連結部２２からＲ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、導出部２４に入射する。導出部２４に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部は、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｂに導波され、偏波保持型光アイソレータ２３を通り、偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波され、再び連結部２２に入射する。一方で、連結部２２からＲ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、偏波保持型光アイソレータ２３で除去される。すなわち、第３ループ部３３は、位相差φに基づいて連結部２２からＲ１方向に導出されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のみを周回させ、連結部２２に戻す。
偏波保持型光ファイバ３３ＣからＲ１方向に沿って連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部（約半分）は、引き続きＲ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｃに導波され、導入部２１及び偏波保持型光ファイバ３２Ａを通り、再び増幅部４０で増幅される。偏波保持型光ファイバ３３ＣからＲ１方向に沿って連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の残部は、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｂに導波され、再び増幅部４０で増幅される。増幅部４０で増幅されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、前段で説明したようにＲ１，Ｒ２方向の両方に沿って導波され、繰り返し増幅される。
上述のレーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の導波及びデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの動作では、第２ループ部３２は、利得のある非線形増幅光ファイバーループミラーとして機能する。第２ループ部３２、連結部２２、偏波保持型光アイソレータ２３、偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、可飽和吸収体のように機能する。すなわち、連結部２２及び第３ループ部３３は、可飽和吸収体のように機能する。連結部２２での干渉によって強め合ったレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のみが、第３ループ部３３の偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃを周回し、第２ループ部３２に戻り、増幅部４０で増幅される。連結部２２での干渉に基づく弱いレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、第３ループ部３３の偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波されるが、偏波保持型光アイソレータ２３によって除去される。このようにレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の光強度に応じて第１ループ光ファイバ３０での損失が変わる。
連結部２２からＲ１，Ｒ２方向の各々の方向に沿って第２ループ部３２に導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、各偏波保持型光ファイバの長さに応じた非線形位相シフトを受ける。第２ループ部３２及び第３ループ部３３における循環回数が所定の回数より少ないときは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが低く、第２ループ部３２における利得は小さい。第２ループ部３２における利得は小さい状態では、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が連続光である状態で動作する。第２ループ部３２及び第３ループ部３３におけるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の循環回数が所定の回数以上になり、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが所定のパワーより高くなったときは、第２ループ部３２における利得は非常に大きくなる。第２ループ部３２における利得が非常に大きくなると、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がパルス光である状態で動作する。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ連続光又はパルス光である状態で発振する間にモード同期状態に移行し、光周波数コムＣ１，Ｃ２が生成される。生成された光周波数コムＣ１，Ｃ２は、導出部２４から、偏波保持型光ファイバ３４に導出される。
光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１及び光周波数コムＣ２の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの共振器長によって決まる。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの共振器長は、偏波保持型光ファイバ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと増幅部４０を構成する偏波保持型増幅光ファイバとの合計の長さ、すなわち第１ループ光ファイバ３０の長さに相当する。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａにおけるレーザー増幅光Ｌ１の共振器の光路長は、レーザー増幅光Ｌ１の屈折率とデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの共振器長によって決まる。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａにおけるレーザー増幅光Ｌ２の共振器の光路長は、レーザー増幅光Ｌ２の屈折率とデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの共振器長によって決まる。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの共振器長はレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２で共通しているが、偏光の向きがレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２では第１の向きと第２の向きで異なる。そのため、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率は、互いに異なる。したがって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率差Δｎに応じて、レーザー増幅光Ｌ１の共振器の光路長とレーザー増幅光Ｌ２の共振器の光路長とは互いに異なる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器の光路長差をΔＬとすると、繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、（ｆｒｅｐ１＋Δｆｒｅｐ）で表わされる。周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存する。
上述の動作原理に基づき、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、連結部２２から、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がＲ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波される。一方、強度の小さい連続光を含むレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｃにも導波される。但し、偏波保持型光アイソレータ２３が設けられているので、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、第３ループ部３３を周回する。しかしながら、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、偏波保持型光ファイバ３３Ｃのみで導波され、第３ループ部３３を周回しない。したがって、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のモード同期レーザーを構成する共振器において、Ｒ１方向のみにレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が周回する第３ループ部３３の偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは共通部分となる。このことをふまえ、偏波保持型光ファイバ３２Ｂの長さと偏波保持型光ファイバ３２Ａ，３２Ｃの合計の長さとの差は、位相差φが第２波長の半分の奇数倍になるように設定されている。そのうえで、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の各々の屈折率及び第２波長等を考慮し、偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの合計の長さは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように設定されている。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａによれば、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を共通の第１ループ光ファイバ３０内でモード同期状態に移行させつつ、共振させる。この際、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが互いに異なるので、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率が異なる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２にとって、第１ループ光ファイバ３０で構成される共振器の光路長は、互いに異なる。このことによって、導出部２４から、偏光の向きが第１方向であり且つ繰り返し周波数ｆｒｅｐ１を有する光周波数コムＣ１と、偏光の向きが第２方向であり且つ光周波数コムＣ１とは異なる繰り返し周波数ｆｒｅｐ２を有する光周波数コムＣ２を得ることができる。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、偏光の向きが互いに異なるレーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を用いる。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、モード同期レーザーを共通にしつつ、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率を互いに異ならせ、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長を互いに異ならせることができる。このことによって、１台のモード同期レーザーで繰り返し周波数が異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）を発生させることができる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が１台のモード同期レーザーとしてデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａを共有することによって、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａが受ける環境外乱や機械的な擾乱を共通にすることができる。このことによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２の各々に含まれる環境外乱や機械的な擾乱の差を抑え、これらの環境外乱や機械的な擾乱を共通雑音として容易に除去し、光周波数コムＣ１，Ｃ２のＳＮ比を高くすることができる。さらに、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａを共有することによって、従来のように光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成するモード同期レーザーを個別に用意する場合に比べて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａの小型化を図ることができる。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、第１ループ光ファイバ３０が第２ループ部３２及び第３ループ部３３で構成され、第２ループ部３２及び第３ループ部３３が連結部２２によって連結されている。連結部２２では、第２ループ部３２をＲ１，Ｒ２方向の両方に沿って導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が干渉する。位相差φに応じて強め合ったレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、Ｒ１方向のみに沿って第３ループ部３３で周回する。したがって、連結部２２及び第３ループ部３３は単純なミラーのように機能する。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０Ａでは、第３ループ部３３を単純なミラーとして動作させることによって、非線形光学効果による位相シフトに影響されることなく、連結部２２を介してレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を偏波保持型光ファイバ３２Ｂ，３２Ｃの両方に戻すことができる。このことによって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の位相差φによる干渉現象を生じさせることなく、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｃから連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を偏波保持型光ファイバ３２Ｂ、３２Ｃの両方に導波させる。すなわち、第３ループ部３３で周回したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を第２ループ部３２の偏波保持型光ファイバ３２Ｂ、３２Ｃの両方に導波できる。したがって、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの動作を安定させ、モード同期動作を良好に発生させることができる。
［計測装置の構成］
本発明の第１実施形態の計測装置５０の構成について説明する。図２に示すように、計測装置５０は、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａを有するレーザー装置６０Ａ、偏波分離部５２、偏波干渉部５６、試料情報抽出部５８を備えている。偏波保持型光ファイバ３４の出射側の端部（他方の端部）は、偏波分離部５２に接続されている。偏波干渉部５６は、偏波分離部５２で分離された光周波数コムＣ１，Ｃ２同士を干渉させる。試料情報抽出部５８は、偏波干渉部５６で干渉した光周波数コムＣ１，Ｃ２の干渉信号から試料の情報を抽出する。
偏波分離部５２は、互いに偏光の向きが異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２を分離するために、偏波保持型光ファイバ３４から出射された光周波数コムＣ１，Ｃ２の進行方向の奥側に配置されている。偏波分離部５２は、例えば偏波分離型の光ビームスプリッタで構成されている。偏波分離部５２によって互いに分離された光周波数コムＣ１，Ｃ２の進路Ｘ３５，Ｘ３６のうち、光周波数コムＣ１の進路Ｘ３５上に、試料Ｓが配置されている。試料Ｓは、計測装置５０の測定対象である。光周波数コムＣ２の進路Ｘ３６に沿って、進路Ｘ３６を偏波干渉部５６に向けて折り返すための偏波保持型のミラー５７Ａ，５７Ｂが設けられている。
偏波干渉部５６は、偏波分離部５２で分離された光周波数コムＣ１，Ｃ２同士を干渉させる。偏波干渉部５６は、試料Ｓの情報を含む光周波数コムＣ１（以下、光周波数コムＣ３とする）と光周波数コムＣ２とを干渉させるために、試料Ｓより光周波数コムＣ３の進行方向の奥側に配置されている。偏波干渉部５６は、偏波分離型の光ビームスプリッタやハーフミラーで構成されている。
試料情報抽出部５８は、偏波干渉部５６で干渉した光周波数コムＣ１，Ｃ２の干渉信号から試料の情報を抽出する。試料情報抽出部５８は、偏波干渉部５６で光周波数コムＣ２，Ｃ３が互いに干渉することで発生するマルチヘテロダイン信号（干渉信号）の進行方向の奥側に配置されている。試料情報抽出部５８は、マルチヘテロダイン信号から試料Ｓに関する情報を取得可能であって、一般に知られている光学系、例えば受光器で電気信号に変換する装置等で構成されている。
［計測装置を用いた計測方法］
計測装置５０では、偏波保持型光ファイバ３４から出射した光周波数コムＣ１，Ｃ２が偏波分離部５２によって互いに異なる進路に進行するように分離される。光周波数コムＣ１は、進路Ｘ３５に沿って進行し、試料Ｓを通過する。試料Ｓを通過する際に、光周波数コムＣ１に試料Ｓが有する光学的な情報が付加される。光周波数コムＣ２は偏波保持型のミラー５７Ａ，５７Ｂによって折り返され、進路Ｘ３５に沿って進行する。
進路Ｘ３５に沿って進行する光周波数コムＣ３と進路Ｘ３６に沿って進行する光周波数コムＣ２は、偏波干渉部５６で再び合わさり、互いに干渉する。光周波数コムＣ２，Ｃ３の干渉によって、マルチヘテロダイン信号が生成される。マルチヘテロダイン信号は進路Ｘ３７に沿って進行し、試料情報抽出部５８に入射する。図２に示すように、試料情報抽出部５８において、マルチヘテロダイン信号は、例えば高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：FFT）によって、高周波数帯域のモード分解スペクトルに変換される。モード分解スペクトルの波形（図２に破線で示す波形）Ｗから、試料Ｓの光学的な情報が抽出される。モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔は、繰り返し周波数差Δｆｒｅｐに相当する。
［計測装置の作用効果］
計測装置５０では、偏波分離部５２によって光周波数コムＣ１，Ｃ２の進路を分離し、光周波数コムＣ１に試料Ｓの光学的な情報を付加できる。偏波干渉部５６では、光周波数コムＣ２，Ｃ３を互いに干渉させることによって、光周波数コムＣ２，Ｃ３に共通して含まれる環境外乱や機械的な擾乱を除去し、高周波数帯域で容易に観測可能なモード分解スペクトルを得ることができる。試料情報抽出部５８では、得られたモード分解スペクトルのスペクトル分布の波形Ｗから試料Ｓの情報を抽出できる。したがって、本発明の計測装置５０によれば、高ＳＮ比の光周波数コムＣ１，Ｃ２を用いるので、試料Ｓの情報を高精度に取得できる。計測装置５０において光周波数コムＣ１，Ｃ２の発生に関する構成を共通化しているので、従来のように光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成する光学系をそれぞれ個別のスペースに用意する必要がなく、計測装置５０の小型化を図ることができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。なお、第２実施形態以降の各実施形態に関する説明及び図面において、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ、レーザー装置６０Ａ及び計測装置５０と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。第２実施形態以降の各実施形態では、基本的に第１実施形態と異なる構成及び作用について説明し、説明する構成及び作用以外は第１実施形態と共通する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図３に示すように、第２実施形態のレーザー装置６０Ｂは、レーザー装置６０Ａの偏波保持型光ファイバ６及び偏波分離素子１２に替えて偏波保持型光ファイバ４２を備えると共に、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａを備えている。
偏波保持型光ファイバ４２は、偏波保持型光ファイバ６と同様に、内部で導波するレーザー光Ｓ１，Ｓ２の偏光の向きを保持可能な光ファイバである。光軸Ａを中心とする偏波保持型光ファイバ４２のクラッド７７の偏光軸Ｊ４２は、光軸Ａを中心とする偏波保持型光ファイバ３１のクラッド７１の偏光軸Ｊ３１に対して４５°，１３５°，２２５°，３１５°のうち何れかの角度をなしている。偏光軸Ｊ４２，Ｊ３１は、断面視でコア８０を挟んでクラッド７７，７１の各々に設けられている一対の応力付与部８０，８０の位置によって決まる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
レーザー装置６０Ｂでは、光源５から発せられたレーザー光Ｓ０が偏波保持型光ファイバ４２に導波される際に、複数の偏光の向きのレーザー光Ｓ０から偏光軸Ｊ４２に沿う偏光の向きのレーザー光ＳＸ（図示略）が取り出される。レーザー光ＳＸが偏波保持型光ファイバ３１に導波されると、偏光軸Ｊ３１によってレーザー光Ｓ１，Ｓ２に分離される。レーザー光Ｓ１，Ｓ２のみがデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの導入部２１に入射する。
導入部２１を介してデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに導入されたレーザー光Ｓ１，Ｓ２の導波及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の発生等は、第１実施形態で説明した内容と同様である。偏波保持型光ファイバ３４からは、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が得られる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｂは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａを有するので、レーザー装置６０Ａと同様の効果を奏する。また、レーザー装置６０Ｂでは、偏波保持型光ファイバ４２，３１の各々の偏光軸Ｊ４２，Ｊ３１を光軸Ａに直交する断面において互いに４５°（又は１３５°，２２５°，３１５°）をなすように傾けるので、偏波分離素子１２を使わずにレーザー光ＬＸをレーザーＳ１，Ｓ２に分けることができる。例えば、光源５を構成する半導体レーザーの出射口に偏波保持型光ファイバ４２が直接接続されていれば、偏光軸Ｊ４２を偏光軸Ｊ３１に対して光軸Ａを中心に傾けた状態で、偏波保持型光ファイバ４２，３１の端部を融着等により接続できる。このような構成によって、偏波分離素子１２を使わずに、レーザー装置６０Ｂの構成をレーザー装置６０Ａの構成に比べて簡易にすることができる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第２実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図３に示すレーザー装置６０Ｂを備えている。レーザー装置以外の第２実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｂではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第２実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図４に示すように、第３実施形態のレーザー装置６０Ｃは、レーザー装置６０Ａの１台の光源５、偏波保持型光ファイバ６及び偏波分離素子１２に替えて、２台の光源５Ａ，５Ｂ、２本の偏波保持型光ファイバ６Ａ，６Ｂ及び偏波結合素子１４を備えると共に、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａを備えている。
光源５Ａ，５Ｂは、光源５と同様、半導体レーザーで構成されている。光源５Ａはレーザー光Ｓ１のみを発し、光源５Ｂはレーザー光Ｓ２のみを発する。偏波結合素子１４は、異なる経路としての偏波保持型光ファイバ６Ａ，６Ｂから入射したレーザー光Ｓ１，Ｓ２を結合し、結合したレーザー光Ｓ１，Ｓ２を共通の偏波保持型光ファイバ３１に出射する。偏波結合素子１４は、例えば偏光ビームスプリッタで構成されている。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
レーザー装置６０Ｃでは、光源５Ａから発せられたレーザー光Ｓ１が偏波保持型光ファイバ６Ａに導波されると共に、光源５Ｂから発せられたレーザー光Ｓ２が偏波保持型光ファイバ６Ｂに導波される。レーザー光Ｓ１，Ｓ２が偏波保持型光ファイバ６Ａ，６Ｂから偏波結合素子１４に入射すると、互いに結合する。結合したレーザー光Ｓ１，Ｓ２は、偏波保持型光ファイバ３１を介して、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａの導入部２１に入射する。
導入部２１を介してデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに導入されたレーザー光Ｓ１，Ｓ２の導波は、第１実施形態で説明した内容と同様である。偏波保持型光ファイバ３４からは、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が得られる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｃは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ａを有するので、レーザー装置６０Ａと同様の効果を奏する。また、レーザー装置６０Ｃでは、レーザー光Ｓ１，Ｓ２を互いに異なる光源で発生させ、互いに異なる偏波保持型光ファイバで導波させ、偏波結合素子１４で結合し、レーザー光Ｌ１，Ｌ２を得る。このことによって、レーザー光Ｓ１，Ｓ２を個別に制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の特性を容易且つ高精度に調整できる。例えば、光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１あるいは光周波数コムＣ２の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２のみを変調及び制御することや、光周波数コムＣ１又は光周波数コムＣ２のみの光周波数の位相を制御できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第３実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図４に示すレーザー装置６０Ｃを備えている。レーザー装置以外の第３実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｃではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第３実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図５に示すように、第４実施形態のレーザー装置６０Ｄにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｄは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂの第３ループ部３３の偏波保持型光ファイバ３３Ｂには、位相変調部７２が組み込まれている。位相変調部７２は、第３ループ部３３で導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の位相を変調できる。位相変調部７２は、Ｒ１方向の手前側に設けられた電気光学変調器（第１電気光学変調器）７３Ａと、Ｒ１方向の奥側に設けられた電気光学変調器（第２電気光学変調器）７３Ｂと、を備えている。偏波保持型光ファイバ３３Ｂの端部と電気光学変調器７３Ａ，７３Ｂとの間には、それぞれ出射端子８１、コリメータレンズ８２が設けられている。電気光学変調器７３Ａ，７３Ｂの各々には、第３ループ部３３の外部から、増幅器８３を介して高周波発生器８４から高パワーの高周波電気信号が供給される。電気光学変調器７３Ａは、偏光の向きが第１方向であるレーザー増幅光Ｌ１の位相のみを変調できる。電気光学変調器７３Ｂは、偏光の向きが第２方向であるレーザー増幅光Ｌ２の位相のみを変調できる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂ及びレーザー装置６０Ｄでは、第１実施形態で説明した内容と同様の導波及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ３４からは、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が得られる。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂ及びレーザー装置６０Ｄでは、Ｒ１，Ｒ２方向に沿って第３ループ部３３に導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のうち、Ｒ１方向に沿って位相変調部７２に入射したレーザー増幅光Ｌ１の光路長が電気光学変調器７３Ａによって変化する。また、Ｒ１方向に沿って位相変調部７２に入射したレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、電気光学変調器７３Ｂによって変化する。すなわち、電気光学変調器７３Ａ，７３Ｂによるレーザー増幅光Ｌ１の光路長の変化量によって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが変化する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｄは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂを有するので、レーザー装置６０Ａと同様の効果を奏する。また、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂ及びレーザー装置６０Ｃでは、電気光学変調器７３Ａによるレーザー増幅光Ｌ１の光路長の変化量と電気光学変調器７３Ｂによるレーザー増幅光Ｌ２の光路長の変化量との差を調整することによって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを高精度に制御できる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを高精度に制御することで、光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１、又は光周波数コムＣ２の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２のみを容易に制御できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、本発明の第４実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図５に示すレーザー装置６０Ｄを備えている。レーザー装置以外の第４実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｄではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第４実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。レーザー装置６０Ｄによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易に制御できるので、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を容易に制御すると共に、第４実施形態の計測装置の測定分解能を容易に調整できる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図６に示すように、第５実施形態のレーザー装置６０Ｅにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｅは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃは、少なくとも第４実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｂの構成を備えている。加えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃの第２ループ部３２の偏波保持型光ファイバ３２Ｃには、偏波多重型の非相反位相シフト部９０が組み込まれている。ここで、「偏波多重型」であるとは、偏光の向きが第１方向であるレーザー増幅光Ｌ１と、偏光の向きが第２方向であるレーザー増幅光Ｌ２の両方に対して作用することを示す。前述の「非相反」であるとは、Ｒ１方向に導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と、Ｒ２方向に導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の両方に対して個別に作用することを示す。すなわち、非相反位相シフト部９０は、Ｒ１方向に導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２とＲ２方向に導波されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２との位相差φをシフトさせることができる。
図７及び図８は、非相反位相シフト部９０の第１構成例及び第２構成例を示す。図７に示すように、第１構成例の非相反位相シフト部９０Ａは、２台のファラデーローテータ９１，９２と、１／４波長板（quarter-wave plate：ＱＷＰ）９３と、を備えている。非相反位相シフト部９０Ａでは、基台９８のＲ１方向の手前側及び奥側の端部に、偏波保持型光ファイバ３２Ｃに接続されたコリメータ１００Ａ，１００Ｂが設けられている。Ｒ１方向に沿って、基台９８に、コリメータ１００Ａ，１００Ｂの間に、ファラデーローテータ９１、ＱＷＰ９３、ファラデーローテータ９２が間隔をあけてこの順に配置されている。
ファラデーローテータ９１は、Ｒ１方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きを所定の方向に回転させる。所定の方向は、例えば、第１方向から光軸Ａを中心に所定の角度θだけ回転させた方向である。ファラデーローテータ９１は、Ｒ２方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きを所定の逆方向に回転させる。所定の逆方向は、例えば、第１方向から光軸Ａを中心に所定の角度θだけＲ１方向からの入射時とは逆側に回転させた方向である。
ファラデーローテータ９２は、Ｒ２方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きを所定の方向に回転させる。所定の方向は、例えば、第１方向から光軸Ａを中心に所定の角度θだけ回転させた方向である。ファラデーローテータ９２は、Ｒ１方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きを所定の逆方向に回転させる。所定の逆方向は、例えば、第１方向から光軸Ａを中心に所定の角度θだけＲ１方向からの入射時とは逆側に回転させた方向である。
非相反位相シフト部９０Ａでは、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｃを通ってコリメータ１００Ａからファラデーローテータ９１に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きは、ファラデーローテータ９１によって第１方向及び第２方向から第３方向及び第４方向に変更される。偏光の向きが第３方向及び第４方向になったレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、ＱＷＰ９３に入射する。Ｒ１方向に沿ってＱＷＰ９３から出射されてファラデーローテータ９２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きは、ファラデーローテータ９２によって第３方向から第１方向に、及び、第４方向から第２方向に戻る。ファラデーローテータ９２を通過したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、コリメータ１００Ｂから偏波保持型光ファイバ３２Ｃに導波される。
非相反位相シフト部９０Ａにおいて、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３２Ｃを通ってコリメータ１００Ｂからファラデーローテータ９２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きは、先にファラデーローテータ９２によってＲ１方向とは逆に回転する。この際、ＱＷＰ９３の結晶軸をＲ１方向の偏光の向きに合わせておけば、Ｒ２方向に沿って進行するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２に対して相対的な位相差９０°を与えることができる。したがって、ＱＷＰ９３を通過した後に、ファラデーローテータ９１によって偏光の向きが戻される。ＱＷＰ９３の結晶軸の向きは、例えばレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の第１方向／第２方向から第３方向／第４方向とは逆に変更された向きに合わせることができる。
非相反位相シフト部９０Ａによれば、偏波保持型光ファイバ３２ＣからＲ１方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と、Ｒ２方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の両方に、位相差オフセットを付与できる。位相差オフセットは、ＱＷＰ９３の特性に基づいている。
ファラデーローテータ９１，９２の間に配置される波長板の数は、図７では１であるが、変更されてもよい。ＱＷＰ９３のＲ１方向の奥側に、すなわち、ＱＷＰ９３とファラデーローテータ９２との間に、１／２波長板（half-wave plate：ＨＷＰ）と、ＱＷＰ９３とは異なるＱＷＰが設けられてもよい。
図８に示すように、第２構成例の非相反位相シフト部９０Ｂは、４台のファラデーローテータ９１Ａ，９１Ｂ，９２Ａ，９２Ｂ、２つのＱＷＰ９３Ａ，９３Ｂを備えている。ファラデーローテータ９１Ａ，９１Ｂは、ファラデーローテータ９１と同様に機能する。ファラデーローテータ９２Ａ，９２Ｂは、ファラデーローテータ９２と同様に機能する。ＱＷＰ９３Ａ，９３Ｂは、ＱＷＰ９３と同様に機能する。
非相反位相シフト部９０Ｂでは、第１構成例の非相反位相シフト部９０Ａにおけるファラデーローテータ９１、ＱＷＰ９３、及び、ファラデーローテータ９２の一連の構成が並列に設けられている。基台９８には、Ｒ１方向に沿って、コリメータ１００Ａ，１００Ｂの間に、第１系列としてファラデーローテータ９１Ａ、ＱＷＰ９３Ａ、ファラデーローテータ９２Ａが互いに間隔をあけてこの順に配置されている。コリメータ１００Ａ，１００Ｂの間には、第１系列とは異なる位置に、Ｒ１方向に沿って、第２系列としてファラデーローテータ９１Ｂ、ＱＷＰ９３Ｂ、ファラデーローテータ９２Ｂが間隔をあけてこの順に配置されている。第１系統において、ファラデーローテータ９１ＡのＲ１方向の手前側には、偏波分離結合素子９７Ａが設けられている。ファラデーローテータ９２ＡのＲ１方向の奥側には、偏波分離結合素子９７Ｂが設けられている。第２系統において、ファラデーローテータ９１ＢのＲ１方向の手前側には、偏波保持型のミラー９９Ａが設けられている。ファラデーローテータ９２ＢのＲ１方向の奥側には、偏波保持型のミラー９９Ｂが設けられている。
非相反位相シフト部９０Ｂでは、Ｒ１方向に沿ってコリメータ１００Ａからファラデーローテータ９１に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、互いの偏光の向きの違いに基づいて偏波分離結合素子９７Ａによって分離される。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一方のレーザー増幅光Ｌ１は、偏波分離結合素子９７Ａから第１系統に向けて進行する。レーザー増幅光Ｌ１は、ファラデーローテータ９１Ａ、ＱＷＰ９３Ａ、ファラデーローテータ９２Ａをこの順に通過し、ＱＷＰ９３Ａの特性に基づく位相シフトを受ける。偏波分離結合素子９７Ａによって分離されたレーザー増幅光Ｌ２は、ミラー９９Ａによって折り返されて第２系統に向けて進行し、ファラデーローテータ９１Ｂ、ＱＷＰ９３Ｂ、ファラデーローテータ９２Ｂをこの順に通過し、ＱＷＰ９３Ｂ、の特性に基づく位相シフトを受ける。ファラデーローテータ９２Ｂから出射されたレーザー増幅光Ｌ２は、ミラー９９Ｂによって偏波分離結合素子９７Ｂに折り返される。偏波分離結合素子９７Ｂに入射したレーザーＬ１，Ｌ２は、各々の偏光の向きを第１方向又は第２方向に維持しつつ、結合され、コリメータ１００ＢからＲ１方向の奥側の偏波保持型光ファイバ３２Ｃに入射する。
非相反位相シフト部９０Ｂにおいて、Ｒ２方向に沿ってコリメータ１００Ｂから偏波分離結合素子９７Ｂに入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、進行方向が逆になる点を除き、Ｒ１方向に沿って進行しつつ非線形位相シフトを受けるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と同様に、非線形位相シフトを受ける。
非相反位相シフト部９０Ｂによれば、偏波保持型光ファイバ３２ＣからＲ１方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１と、Ｒ２方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１の両方に、ＱＷＰ９３Ａの特性に基づく位相シフトを付与できる。また、偏波保持型光ファイバ３２ＣからＲ１方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ２と、Ｒ２方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ２の両方に、ＱＷＰ９３Ｂの特性に基づく位相差にオフセットを付与できる。非相反位相シフト部９０Ｂでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２に対して個別に位相シフトを付与できるので、非相反位相シフト部９０Ａに比べて光周波数コムＣ１，Ｃ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを高精度に制御できる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃ及びレーザー装置６０Ｅでは、第４実施形態で説明した内容と同様の導波及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ３４からは、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が得られる。但し、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃ及びレーザー装置６０Ｅでは、Ｒ１，Ｒ２方向に沿って第２ループ部３２に導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が非相反位相シフト部９０によって非線形位相シフトを受ける。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｅは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃを有するので、レーザー装置６０Ｄと同様の効果を奏する。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃ及びレーザー装置６０Ｅでは、非相反位相シフト部９０を用いてレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２への非線形位相シフト量を調整することによって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを制御できる。したがって、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃ及びレーザー装置６０Ｅによれば、非相反位相シフト部９０を用いて、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを調整できる。非相反位相シフト部９０として非相反位相シフト部９０Ｂを用いてレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを個別に制御すれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを細かく調整できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第５実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図６に示すレーザー装置６０Ｅを備えている。レーザー装置以外の第５実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｅではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られる。このことによって、第５実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。レーザー装置６０Ｅによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易に制御できる。したがって、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を容易に制御すると共に、第５実施形態の計測装置の測定分解能を容易に且つ高精度に調整できる。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図９に示すように、第６実施形態のレーザー装置６０Ｆにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｆは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｄを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｄは、少なくとも第５実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｃの構成を備えている。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｄの第２ループ部３２の偏波保持型光ファイバ３２Ｂには、共振器長制御素子７６が組み込まれている。共振器長制御素子７６によって、第２ループ部３２におけるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の光路長が調節可能になる。共振器長制御素子７６としては、例えば圧電素子や音響光学素子、電気光学素子等が挙げられる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作及び作用効果］
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｄ及びレーザー装置６０Ｆでは、第５実施形態で説明した内容と同様の導波及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ３４からは、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が得られる。デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｄ及びレーザー装置６０Ｆでは、Ｒ１，Ｒ２方向に沿って第２ループ部３２に導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の光路長さを共振器長制御素子７６によって変更できる。共振器長制御素子７６によって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長を制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易に且つ細かく制御できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第６実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図６に示すレーザー装置６０Ｆを備えている。レーザー装置以外の第６実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｆではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第６実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。レーザー装置６０Ｆによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを高精度に制御できる。このことによって、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を高精度に制御し、第６実施形態の計測装置の測定分解能を高精度に調整できる。
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１０に示すように、本発明の第７実施形態のレーザー装置６０Ｇにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｇは、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅは、第１ループ光ファイバ３０、導入部２１、増幅部４０、連結部２２、空間型共振部１０２を備えている。第１ループ光ファイバ３０は、図１０の右側に示す第２ループ部３２と、図１０の左側に示す偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３４，３３Ｃを備えている。偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３４は共通の偏波保持型光ファイバで構成されているが、互いに接続された異なる偏波保持型光ファイバで構成されてもよい。偏波保持型光ファイバ３３Ａの入射側の端部（一方の端部）は連結部２２の第２ループ部３２側とは反対側に接続されている。偏波保持型光ファイバ３３Ａの出射側の端部（他方の端部）は計測装置５０の偏波分離部５２に接続されている。偏波保持型光ファイバ３３Ｃの入射側の端部（一方の端部）は連結部２２の第２ループ部３２側とは反対側に接続されている。偏波保持型光ファイバ３３Ｃの出射側の端部（他方の端部）には、空間型共振部１０２が接続されている。偏波保持型光ファイバ３３Ｃでは光が長手方向に沿って往復するので、「入射側」及び「出射側」は偏波保持型光ファイバ３３Ｃに最初に光が入射する側及び最初に光が出射する側を意味する。第１ループ光ファイバ３０において、連結部２２より図１０の左側では、環状のループ経路は構成されていない。すなわち、第１ループ光ファイバ３０は、連結部２２を結び目として、数字の「９」を描くように構成されている。
レーザー増幅光戻し部７０は、連結部２２と、偏波保持型光ファイバ３３Ｃ及び空間型共振部１０２で構成される線形部３８と、を有する。
以下では、偏波保持型光ファイバ３３Ｃの出射側の端部から、連結部２２に対して離間する直線方向の１つをＰ１方向と称する。また、Ｐ１方向に沿って逆向きの直線方向をＰ２方向と称する。空間型共振部１０２は、偏波保持型の出射端１０４、レンズ１０８、偏波保持型のミラー１０６を備えている。出射端１０４は、偏波保持型光ファイバ３３Ｃの出射側の端部に設けられている。レンズ１０８は、出射端１０４よりＰ１方向の奥側に配置されている。ミラー１０６は、レンズ１０８よりＰ１方向の奥側に配置されている。ミラー１０６の反射面１０６ｒにおけるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の透過率は、０％である。レンズ１０８は、Ｐ１方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２をコリメートすると共に、Ｐ２方向に沿って入射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を出射端１０４上に集光する。
レーザー装置６０Ｇにおける光源５から連結部２２までのレーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の導波は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から連結部２２までのレーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の導波と同様である。
連結部２２では、位相差φによって、連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３３Ｃの各々に導波される比率が決まる。第１ループ光ファイバ３０が「９」を描くように構成されているので、位相差φが第２波長の半分の偶数倍である場合（所定の条件を満たす場合）、連結部２２の偏波保持型光カプラにおける干渉によって強められたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が全てＲ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波される。連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部（約５０％）が偏波保持型光ファイバ３３Ａに導波される。連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の残部（約５０％）が偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波される。
連結部２２から偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、偏波保持型光ファイバ３３Ｃの他方の端部から空間型共振部１０２に入射し、出射端１０４を通って空間内に出射し、Ｐ１方向に沿って拡散してレンズ１０８に入射する。レンズ１０８に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、レンズ１０８によってコリメートされ、Ｐ１方向に沿って伝搬し、ミラー１０６の反射面１０６ｒによって反射される。反射面１０６ｒによって反射されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、Ｐ２方向に沿って伝搬し、レンズ１０８に入射し、レンズ１０８によって出射端１０４に集光する。出射端１０４に集光したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、出射端１０４を通過し、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波される。
偏波保持型光ファイバ３３Ｃに導波され、Ｒ１方向に沿って連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の導波は、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａ及びレーザー装置６０ＡにおいてＲ１方向に沿って連結部２２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の導波と同様である。連結部２２から偏波保持型光ファイバ３３Ａ，３４には、互いに異なる繰り返し周波数を有する光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られる。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｇは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅを有し、レーザー装置６０Ａと同様の効果を奏する。また、レーザー装置６０Ｇは、空間型共振部１０２を備えるので、出射端１０４，ミラー１０６の離間距離を変えることによって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長を調節でき、加えて共振器長の調節範囲を大きく確保できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第７実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１０に示すレーザー装置６０Ｇを備えている。レーザー装置以外の第２実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｇではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第７実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１１に示すように、第８実施形態のレーザー装置６０Ｈは、レーザー装置６０Ｇの偏波保持型光ファイバ６及び偏波分離素子１２に替えて偏波保持型光ファイバ４２を備えると共に、第７実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅを備えている。第２実施形態と同様に、光軸Ａを中心とする偏波保持型光ファイバ４２のクラッド７７の偏光軸Ｊ４２は、光軸Ａを中心とする偏波保持型光ファイバ３１のクラッド７１の偏光軸Ｊ３１に対して４５°，１３５°，２２５°，３１５°のうち何れかの角度をなしている。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｈは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅを有し、レーザー装置６０Ｇと同様の効果を奏する。また、レーザー装置６０Ｇによれば、第２実施形態と同様に、偏波分離素子１２を使わずに光源５から発せられたレーザー光をレーザーＳ１，Ｓ２に分けることができる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第８実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１１に示すレーザー装置６０Ｈを備えている。レーザー装置以外の第８実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｈではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第８実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１２に示すように、第９実施形態のレーザー装置６０Ｉは、レーザー装置６０Ｇの１台の光源５、偏波保持型光ファイバ６及び偏波分離素子１２に替えて、２台の光源５Ａ，５Ｂ、２本の偏波保持型光ファイバ６Ａ，６Ｂ及び偏波結合素子１４を備えると共に、第７実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅを備えている。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｉは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅを有し、レーザー装置６０Ｇと同様の効果を奏する。レーザー装置６０Ｉによれば、第３実施形態と同様に、レーザー光Ｓ１，Ｓ２を個別に制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の特性を容易且つ高精度に調整できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第９実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１２に示すレーザー装置６０Ｉを備えている。レーザー装置以外の第９実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｉではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第９実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１３に示すように、本発明の第１０実施形態のレーザー装置６０Ｊにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｊは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｆを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｆは、第７実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｅの構成と、第４実施形態で説明した位相変調部７２を備えている。空間型共振部１０２のレンズ１０８とミラー１０６との間には、位相変調部７２の電気光学変調器７３Ａ，７３Ｂが組み込まれている。位相変調部７２は、空間型共振部１０２で共振するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の位相を変調できる。電気光学変調器７３Ａ，７３Ｂの各々には、空間型共振部１０２の外部から増幅器８３を介して高周波発生器８４から高パワーの高周波信号が供給される。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｊは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｆを有するので、レーザー装置６０Ｇと同様の効果を奏する。レーザー装置６０Ｊにおいては、第４実施形態で説明したように、電気光学変調器７３Ａによるレーザー増幅光Ｌ１の光路長の変化量と電気光学変調器７３Ｂによるレーザー増幅光Ｌ２の光路長の変化量との差を調整できる。このことによって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを高精度に制御できる。すなわち、レーザー装置６０Ｊでは、光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１、又は光周波数コムＣ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐ２のみを容易に制御できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第１０実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１３に示すレーザー装置６０Ｊを備えている。レーザー装置以外の第１０実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｊではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第１０実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第１１実施形態）
次に、本発明の第１１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１４に示すように、第１１実施形態のレーザー装置６０Ｋにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｋは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｇを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｇは、少なくとも第１０実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｆの構成を備えている。加えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｇの第２ループ部３２の偏波保持型光ファイバ３２Ｃには、第５実施形態で説明した偏波多重型の非相反位相シフト部９０が組み込まれている。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｋは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｇを有するので、レーザー装置６０Ｊと同様の効果を奏すると共に、第５実施形態と同様に、非相反位相シフト部９０を用いて、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを調整できる。レーザー装置６０Ｋでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬを個別に制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを細かく調整できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第１１実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１４に示すレーザー装置６０Ｋを備えている。レーザー装置以外の第１１実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｋではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第１１実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第１２実施形態）
次に、本発明の第１２実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１５に示すように、第１２実施形態のレーザー装置６０Ｌにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｌは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｈを備えている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｈは、少なくとも第１１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｇの構成を備えている。加えて、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｈの第２ループ部３２の偏波保持型光ファイバ３２Ｂには、共振器長制御素子７６が組み込まれている。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｌは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｈを有するので、レーザー装置６０Ｋと同様の効果を奏すると共に、第６実施形態と同様に、Ｒ１，Ｒ２方向に沿って第２ループ部３２に導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の光路長さを共振器長制御素子７６によって変更できる。レーザー装置６０Ｌによれば、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長を制御し、光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１、又は光周波数コムＣ２の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２のみ、あるいは光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易に且つ細かく制御できる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第１２実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１５に示すレーザー装置６０Ｌを備えている。レーザー装置以外の第１２実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｌではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第１２実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（第１３実施形態）
次に、本発明の第１３実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１６に示すように、第１３実施形態のレーザー装置６０Ｍにおける光源５から導入部２１までの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置６０Ａにおける光源５から導入部２１までの構成と同様である。レーザー装置６０Ｍは、第７実施形態のレーザー装置６０Ｇの空間型共振部１０２に替えて可飽和吸収反射体１１０を備えている。
可飽和吸収反射体１１０は、連結部２２での干渉によって強め合い、偏波保持型光ファイバ３３Ｃを通って入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２（パルス光）のみを偏波保持型光ファイバ３３Ｃに反射する。可飽和吸収反射体１１０は、連結部２２での干渉に基づいて弱まり、偏波保持型光ファイバ３３Ｃを通って入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を吸収し、偏波保持型光ファイバ３３Ｃには出射しない。すなわち、可飽和吸収反射体１１０は、第１実施形態で説明した第３ループ部３３や第７実施形態で説明した空間型共振部１０２と同様に機能する。
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置６０Ｍは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｍを有するので、レーザー装置６０Ａやレーザー装置６０Ｇと同様の効果を奏する。レーザー装置６０Ｍは、連結部２２で強め合ったレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を第２ループ部３２に戻す構成として可飽和吸収反射体１１０を備えているので、レーザー装置６０Ｍの小型化を図ることができる。
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第１３実施形態の計測装置は、図２に示す計測装置５０のレーザー装置６０Ａに替えて、図１６に示すレーザー装置６０Ｍを備えている。レーザー装置以外の第１３実施形態の計測装置の構成は、計測装置５０と同様である。レーザー装置６０Ｍではレーザー装置６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ３４から光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、第１３実施形態の計測装置は、計測装置５０と同様に動作し、計測装置５０と同様の効果を奏する。
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系について説明したが、本発明に係る別の実施形態として、例えば図１７に示すデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎや、図１８に示すデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｐが挙げられる。
図１７に示すように、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎでは、第１ループ光ファイバ３０は連結部を有さず、環状に配置された偏波保持型光ファイバ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄで構成されている。第１ループ光ファイバ３０には、Ｒ１方向に沿って、導入部２１、増幅部４０、導出部２４、可飽和吸収体７５、及び、偏波保持型光アイソレータ２５が設けられている。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎにおけるレーザー増幅光戻し部７０は、可飽和吸収体７５及び偏波保持型光アイソレータ２５で構成されている。可飽和吸収体７５は、第２波長を含む波長帯域に感度を有する。可飽和吸収体７５に所定のパワー以上のレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が入射したときのみ、可飽和吸収体７５の損失が小さくなり、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を偏波保持型光ファイバ３０Ｃ，３０Ｄに出射する。偏波保持型光アイソレータ２５は、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３０Ｅから入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を偏波保持型光ファイバ３０Ｄに通過させる。偏波保持型光アイソレータ２５は、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３０Ｄから入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を第１ループ光ファイバ３０から除去する。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎにおいて、光源５から発せられたレーザー光Ｓ０からレーザー光Ｓ１，Ｓ２が取り出されてレーザー光Ｓ１，Ｓ２が増幅部４０によって波長変換されるまでの過程は、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａと同様である。増幅部４０で増幅された後のレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部は、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３０Ｂ、導出部２４、偏波保持型光ファイバ３０Ｃを通り、可飽和吸収体７５に入射する。増幅部４０で増幅された後のレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の残部は、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３０Ｅに導波され、偏波保持型光アイソレータ２５を通り、偏波保持型光ファイバ３０Ｄに導波され、可飽和吸収体７５に入射する。
可飽和吸収体７５は、Ｒ２方向に沿って可飽和吸収体７５に入射する強いレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のみが反射され、第１ループ光ファイバ３０で導波される。可飽和吸収体７５に入射する強いレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、高パワーになったパルス光である。Ｒ２方向に沿って可飽和吸収体７５から出射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部は、導出部２４から偏波保持型光ファイバ３４に導出される。Ｒ２方向に沿って可飽和吸収体７５ら出射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の残部は、偏波保持型光ファイバ３０Ｂに導波され、増幅部４０に入射し、繰り返し増幅される。
上述の動作原理によって、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がモード同期状態へ移行し、光周波数コムＣ１，Ｃ２が生成される。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の各々の屈折率及び第２波長等を考慮し、偏波保持型光ファイバ３０Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの合計の長さは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように設定されている。
図１８に示すように、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｐでは、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎの構成において、偏波保持型光ファイバ３０Ｃ，３０Ｄの間に設けられた可飽和吸収体７５に替えて、偏波保持型光ファイバ３０Ｂに共振器長制御素子７６が設けられている。共振器長制御素子７６によって、第１ループ光ファイバ３０で構成されるモード同期レーザーの共振器長は制御可能になっている。共振器長制御素子７６としては、例えば圧電素子や音響光学素子、電気光学素子等が挙げられる。
デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｐにおいて、光源５から発せられたレーザー光Ｓ０からレーザー光Ｓ１，Ｓ２が取り出され、レーザー光Ｓ１，Ｓ２が増幅部４０によって増幅されるまでの過程は、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａと同様である。増幅部４０で増幅された後のレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部は、Ｒ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ３０Ｂ、導出部２４、偏波保持型光ファイバ３０Ｃを通り、偏波保持型光アイソレータ２５に入射するが、偏波保持型光アイソレータ２５によって第１ループ光ファイバ３０から除去される。
増幅部４０で増幅された後のレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の残部は、Ｒ２方向に沿って偏波保持型光ファイバ３０Ｄに導波され、偏波保持型光アイソレータ２５及び偏波保持型光ファイバ３０Ｃを通り、導出部２４に入射する。Ｒ２方向に沿って導出部２４に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の一部は、導出部２４から偏波保持型光ファイバ３４に導出される。Ｒ２方向に沿って導出部２４に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の残部は、偏波保持型光ファイバ３０Ｂに導波され、増幅部４０に入射し、前段で説明したように繰り返し増幅される。
上述説明したように、デュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎ，１０Ｐでは、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ａと同様に、偏光の向きが互いに異なるレーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を用い、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率を互いに異ならせる。そのため、レーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器は共通にしつつ、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の互いの共振器長を異ならせることができる。このことによって、１台のモード同期レーザーを構成するデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎ，１０Ｐから繰り返し周波数が異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２を発生させることができる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が１台のモード同期レーザーとしてデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎ，１０Ｐを共有することによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２の各々に含まれる環境外乱や機械的な擾乱を共通化し、容易に除去可能にすることができる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が１台のデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎ，１０Ｐを共有することによって、従来のように光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成するモード同期レーザーを個別のスペースに用意する場合に比べてデュアル光周波数コム生成光学系１０Ｎ，１０Ｐの小型化を図ることができる。
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置は、互いに繰り返し周波数が異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２を用いる分野で広く応用可能である。本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置によれば、高ＳＮ比を有する光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られるので、本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置は、計測精度の高さを求められる分光計測や信号解析等に応用可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述の特定の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、変更可能である。
例えば、上述した各実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系の構成要素は、一例であって、同様の機能を有する公知の構成に適宜変更できる。例えば、電気光学変調器７３Ａ，７３Ｂを、音響光学素子を備えた変調器に変更してもよい。
５…光源
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｍ，１０Ｎ，１０Ｐ…デュアル光周波数コム生成光学系
２１…導入部
２２…連結部
２４…導出部
３０…第１ループ光ファイバ
３２…第２ループ部
３３…第３ループ部
４０…増幅部
５０…計測装置
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆ，６０Ｇ，６０Ｈ，６０Ｉ，６０Ｊ，６０Ｋ，６０Ｌ，６０Ｍ，６０Ｎ，６０Ｐ…レーザー装置
７０…レーザー増幅光戻し部

Claims (9)

  1. 偏光の向きが第１方向である第１レーザー光を導波すると共に、偏光の向きが前記第１方向とは異なる第２方向である第２レーザー光を導波し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々の偏光の向きを保持し、偏波保持型光ファイバからなる環状の第２ループ部と偏波保持型光ファイバからなる環状の第３ループ部と偏波保持型光カプラからなる連結部とを有し、前記第２ループ部と前記第３ループ部が前記連結部によって連結され、数字の８の字を描くように構成されている第１ループ光ファイバと、
    前記第２ループ部に設けられ、前記第１ループ光ファイバに前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を導入する導入部と、
    前記第２ループ部に設けられ、前記導入部から導入された前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の前記偏光の向きを保持しつつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を増幅して第１レーザー増幅光及び第２レーザー増幅光を生成し、前記第１ループ光ファイバの周方向及び該周方向とは逆方向に前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を出射する増幅部と、
    前記連結部と前記第３ループ部と前記第３ループ部に配置された偏波保持型光アイソレータによって構成され、 前記周方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光と前記周方向とは逆方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光との各々のうち、前記連結部での干渉によって前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差に応じて強め合った前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光のみを前記第３ループ部を周回させて前記第２ループ部に戻し、前記連結部での干渉によって前記位相差に応じて弱められた前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記第３ループ部を周回させて前記偏波保持型光アイソレータによって除去するレーザー増幅光戻し部と、
    前記第３ループ部に設けられ、前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第１方向である第１光周波数コムと前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第２方向である第２光周波数コムとを前記第１ループ光ファイバから導出する導出部と、
    を備え、
    前記第２ループ部、前記第３ループ部、前記連結部及び前記偏波保持型光アイソレータは可飽和吸収体として機能し、
    前記レーザー増幅光戻し部によって前記第２ループ部に戻された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記増幅部によって増幅され、
    前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記第２ループ部及び前記第３ループ部を構成する偏波保持型光ファイバの長さに応じた非線形位相シフトを受け、前記第１ループ光ファイバを周回し、モード同期状態に移行し、
    前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長との光路長差は、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率との屈折率差に応じ、前記第１光周波数コムの繰り返し周波数と前記第２光周波数コムの繰り返し周波数との繰り返し周波数差に依存する、
    デュアル光周波数コム生成光学系。
  2. 前記第３ループ部において前記偏波保持型光アイソレータと前記導出部との間の前記連結部を介さない前記偏波保持型光ファイバに位相変調部が設けられ、
    前記位相変調部は
    外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第１方向である前記第１レーザー増幅光の位相のみを変調する第１電気光学変調器と、
    外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第２方向である前記第２レーザー増幅光の位相のみを変調する第２電気光学変調器と、
    を有する、
    請求項１に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
  3. 偏光の向きが第１方向である第１レーザー光を導波すると共に、偏光の向きが前記第１方向とは異なる第２方向である第２レーザー光を導波し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々の偏光の向きを保持し、偏波保持型光ファイバからなる環状の第２ループ部と偏波保持型光ファイバからなる線形部と偏波保持型光カプラからなる連結部とを有し、前記第２ループ部と前記線形部が前記連結部によって連結され、数字の９の字を描くように構成されている 第１ループ光ファイバと、
    前記第２ループ部に設けられ、前記第１ループ光ファイバに前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を導入する導入部と、
    前記第２ループ部に設けられ、前記導入部から導入された前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の前記偏光の向きを保持しつつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を増幅して第１レーザー増幅光及び第２レーザー増幅光を生成し、前記第１ループ光ファイバの周方向及び該周方向とは逆方向に前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を出射する 増幅部と、
    前記連結部と前記線形部と前記線形部において前記連結部と接続されている端部とは反対側の端部に接続された空間型共振部によって構成され、前記周方向に沿って導波されて前記空間型共振部に入射した前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光と前記周方向とは逆方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光との各々のうち、前記空間型共振部での共振によって前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差に応じて強め合った前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記線形部を介して前記第２ループ部に戻し、前記空間型共振部での共振によって前記位相差に応じて弱められた前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記空間型共振部で除去する レーザー増幅光戻し部と、
    を備え、
    前記連結部に前記線形部と構成する偏波保持型光ファイバとは異なる導出用の偏波保持型光ファイバが接続され、前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第１方向である第１光周波数コムと前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第２方向である第２光周波数コムとが前記導出用の偏波保持型光ファイバから導出され、
    前記第２ループ部、前記線形部、前記連結部及び前記空間型共振部は可飽和吸収体として機能し、
    前記レーザー増幅光戻し部によって前記第２ループ部に戻された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記増幅部によって増幅され、
    前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記第２ループ部及び前記線形部を構成する偏波保持型光ファイバの長さと前記空間型共振部に応じた非線形位相シフトを受け、前記第１ループ光ファイバを周回し、モード同期状態に移行し、
    前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長との光路長差は、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率との屈折率差に応じ、前記第１光周波数コムの繰り返し周波数と前記第２光周波数コムの繰り返し周波数との繰り返し周波数差に依存する、
    デュアル光周波数コム生成光学系。
  4. 前記空間型共振部での共振によって強め合う前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差は前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光の波長の半分の偶数倍に相当する、
    請求項３に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
  5. 前記空間型共振部に位相変調部が設けられ、
    前記位相変調部は
    外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第１方向である前記第１レーザー増幅光の位相のみを変調する第１電気光学変調器と、
    外部から供給される高周波電気信号に応じて偏光の向きが第２方向である前記第２レーザー増幅光の位相のみを変調する第２電気光学変調器と、
    を有する 、
    請求項３又は４に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
  6. 前記第２ループ部において前記導入部と前記連結部との間の前記偏波保持型光ファイバに設けられ、前記周方向及び前記周方向とは逆方向に沿って導波される前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光の両方に対して個別に作用し、前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差をシフトさせる偏波多重型の非相反位相シフト部と、
    前記第２ループ部において前記導入部と前記連結部との間の前記非相反位相シフト部を介さない前記偏波保持型光ファイバに設けられ、前記第２ループ部における前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光の光路長を制御可能な共振器長制御素子と、
    を備える、
    請求項２又は５に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
  7. 偏光の向きが第１方向である第１レーザー光を導波すると共に、偏光の向きが前記第１方向とは異なる第２方向である第２レーザー光を導波し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々の偏光の向きを保持し、偏波保持型光ファイバからなり、環状に構成されている第１ループ光ファイバと、
    前記第１ループ光ファイバに設けられ、前記第１ループ光ファイバに前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を導入する導入部と、
    前記第１ループ光ファイバに設けられ、前記導入部から導入された前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の前記偏光の向きを保持しつつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を増幅して第１レーザー増幅光及び第２レーザー増幅光を生成し、前記第１ループ光ファイバの周方向及び該周方向とは逆方向に前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を出射する増幅部と、
    前記第１ループ光ファイバに設けられ、可飽和吸収体及び偏波保持型光アイソレータによって構成され、前記周方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光と前記周方向とは逆方向に沿って導波された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光との各々のうち、前記可飽和吸収体に入射して前記第１レーザー増幅光と前記第２レーザー増幅光との位相差に応じて強め合った前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光のみを反射し、前記可飽和吸収体に入射して前記位相差に応じて弱められた前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光を前記第１ループ光ファイバを周回させて前記偏波保持型光アイソレータによって除去するレーザー増幅光戻し部と、
    前記第１ループ光ファイバに設けられ、前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第１方向である第１光周波数コムと前記第１ループ光ファイバで生成され且つ偏光の向きが前記第２方向である第２光周波数コムとを前記第１ループ光ファイバから導出する導出部と、
    を備え、
    前記レーザー増幅光戻し部によって前記第１ループ光ファイバに反射された前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記増幅部によって増幅され、
    前記第１レーザー増幅光及び前記第２レーザー増幅光は前記第１ループ光ファイバを構成する偏波保持型光ファイバの長さに応じた非線形位相シフトを受け、前記第１ループ光ファイバを周回し、モード同期状態に移行し、
    前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバの光路長との光路長差は、前記第１レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率と前記第２レーザー増幅光の前記第１ループ光ファイバにおける屈折率との屈折率差に応じ、第１光周波数コムの繰り返し周波数と第２光周波数コムの繰り返し周波数との繰り返し周波数差に依存する、
    デュアル光周波数コム生成光学系。
  8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系と、
    前記デュアル光周波数コム生成光学系の 前記導入部に接続され、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を発する光源と、
    を備える、
    レーザー装置。
  9. 請求項８に記載のレーザー装置と、
    前記レーザー装置の前記デュアル光周波数コム生成光学系か ら導出される前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの進行方向の奥側に配置され、前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムを分離して互いに異なる進路に進行させる偏波分離部と、
    前記偏波分離部によって互いに分離された前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの少なくとも一方の進路上に配置された試料よりも前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの進行方向の奥側に配置され、測定対象の前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムを干渉させる偏波干渉部と、
    前記偏波干渉部で得られる干渉信号の進行方向の奥側に配置され、前記干渉信号から前記試料の情報を抽出する試料情報抽出部と、
    を備える、
    計測装置。
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