JP2006179779A - Double frequency stabilization mode synchronization laser light source - Google Patents
Double frequency stabilization mode synchronization laser light source Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006179779A JP2006179779A JP2004373256A JP2004373256A JP2006179779A JP 2006179779 A JP2006179779 A JP 2006179779A JP 2004373256 A JP2004373256 A JP 2004373256A JP 2004373256 A JP2004373256 A JP 2004373256A JP 2006179779 A JP2006179779 A JP 2006179779A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- light source
- laser light
- mode
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
- G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
- G06F16/22—Indexing; Data structures therefor; Storage structures
- G06F16/2228—Indexing structures
- G06F16/2272—Management thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は二重周波数安定化モード同期レーザ光源に係り、特に、光通信用光源において発振周波数やパルスの繰り返し周波数が正確に固定された二重周波数安定化モード同期レーザ光源に関するものである。 The present invention relates to a dual-frequency stabilized mode-locked laser light source, and more particularly to a dual-frequency stabilized mode-locked laser light source in which an oscillation frequency and a pulse repetition frequency are accurately fixed in an optical communication light source.
モード同期パルスレーザの周波数スペクトルは、出力光パルスの繰り返し周波数で一定間隔に並びかつモード間の位相が揃った多数の離散スペクトル(縦モード)で構成される。周波数間隔が正確に固定された「光のものさし」は周波数計測や時間標準に利用することができるため、モード同期レーザの周波数安定化技術に近年高い関心が寄せられている(非特許文献1、2)。
一般にモード同期ファイバレーザは共振器にファイバを利用するため他のレーザに比べて共振器長が数mから数百mと長くなり、このためわずかな温度変化や機械的振動によって繰り返し周波数が変動しやすいという課題があった。そこで繰り返し周波数を長期にわたって安定に保つために、例えば特許文献1では、高調波再生モード同期ファイバレーザからクロック信号を抽出し、クロック周波数と外部信号発生器(シンセサイザ)の周波数との差を位相比較器により検出し、その誤差信号をレーザの共振器長にフィードバックすることで、レーザの繰り返し周波数を外部基準シンセサイザに同期させる方法が開示されている。この方法によりモード間隔は高い精度で一定にすることができる。
一方、モード同期レーザを「光のものさし」として応用するためには、その繰り返し周波数だけでなく各縦モードの発振周波数の絶対値を正確に安定化する必要がある。すなわち「光のものさし」の間隔が一定でもそれらが左右に動いては確度(絶対精度)が出ない。そこで例えば特許文献2では、波長可変モード同期ファイバレーザの縦モード一本を抜き出し、この単色光の周波数が分子の共鳴周波数に一致するよう発振波長を制御することで、絶対周波数が確定した安定なレーザを実現する方法が開示されている。
The frequency spectrum of the mode-locked pulse laser is composed of a large number of discrete spectra (longitudinal modes) arranged at regular intervals at the repetition frequency of the output light pulse and having the phases between the modes aligned. Since the “optical ruler” in which the frequency interval is accurately fixed can be used for frequency measurement and time standard, there has recently been a great interest in frequency stabilization technology for mode-locked lasers (Non-patent
In general, a mode-locked fiber laser uses a fiber as a resonator, so the resonator length is several meters to several hundred meters longer than other lasers. Therefore, the frequency changes repeatedly due to slight temperature changes and mechanical vibrations. There was a problem that it was easy. Therefore, in order to keep the repetition frequency stable over a long period of time, for example, in
On the other hand, in order to apply a mode-locked laser as an “optical ruler”, it is necessary to accurately stabilize not only the repetition frequency but also the absolute value of the oscillation frequency of each longitudinal mode. In other words, even if the interval between the “light rulers” is constant, the accuracy (absolute accuracy) cannot be obtained if they move left and right. Therefore, for example, in
しかしながら、特許文献2の方法では、抜き出した特定の縦モード一本の周波数は安定化できるものの、キャリヤ・エンベロープオフセット(Carrier−Envelope Offset:CEO)周波数の揺らぎにより、その他の縦モードの周波数が揺らいでしまい、スペクトル全体で見ると全ての縦モードに対しては周波数が安定化できないという課題がある。
CEO周波数fCEOとは、レーザ共振器内の光パルスの位相速度と群速度の違いに由来する縦モード全体のオフセット周波数である(図1)。モード同期レーザの各縦モード(N次モード)の周波数fNは、繰り返し周波数frepだけではなくCEO周波数fCEOにも依存し、2つのパラメータを用いて
fN=Nfrep+fCEO (1)
と表すことができる。ここでNは整数で、モードの次数を表す。
図2に示すように、光パルスのピークにおける搬送波の位相が共振器を周回するごとにΔΦCEOだけシフトしていくとすると、fCEOは
fCEO=(ΔΦCEO/2π)frep (2)
と表される。ここでΔΦCEOは、搬送波周波数ωc、共振器長lc、共振器内の群速度vgおよび位相速度vpを用いて
ΔΦCEO=ωClC(1/vg−1/vp) (3)
で与えられる。
ファイバレーザにおいては、共振器に群速度分散が存在することによって共振器内の群速度vgと位相速度vpに差が生じ、その差は温度や圧力によってランダムに変化するため、CEO周波数の揺らぎが生じる。したがって特許文献2に記載の方法では、ある一本の縦モードの周波数が安定化できたとしても、その他の縦モードの周波数はCEO周波数の揺らぎによって変動するため、スペクトル全体の周波数を安定化することが不可能であることがわかる。
However, in the method of
The CEO frequency f CEO is the offset frequency of the entire longitudinal mode derived from the difference between the phase velocity and group velocity of the optical pulse in the laser resonator (FIG. 1). Each longitudinal mode of the mode-locked laser frequency f N of the (N-order mode) is a repetition frequency f rep is also dependent on the CEO frequency f CEO not only, f N = Nf rep + f CEO using two parameters (1)
It can be expressed as. Here, N is an integer and represents the order of the mode.
As shown in FIG. 2, when the phase of the carrier at the peak of the optical pulse and shifts only .DELTA..PHI CEO each orbiting the resonator, f CEO is f CEO = (ΔΦ CEO / 2π ) f rep (2)
It is expressed. Here .DELTA..PHI CEO is the carrier frequency omega c, cavity length l c, the group velocity v .DELTA..PHI with g and the phase velocity v p CEO = ω C l C (1 / v g -1 / v p in the resonator (3)
Given in.
In the fiber laser resonator to cause a difference in group velocity v g and the phase velocity v p in the resonator by the group velocity dispersion is present, the difference to vary randomly with temperature and pressure, the CEO frequency Fluctuation occurs. Therefore, in the method described in
また高調波のモード同期を利用しているために縦モード周波数が突然他の周波数に変化してしまうモードホップfhopが生じると、fCEOにはfhopも含まれることになる。そしてこのfhopも温度によって変化する。
チタンサファイアレーザのように繰り返し周波数が100MHz程度の基本波モード同期レーザにおいては、自己参照法と呼ばれる方法によってfCEOの安定化を実現している(非特許文献3)。この方法では、非線形光学効果によりスペクトルを1オクターブ以上に広げて得られる第2N次モードともとの第N次モードの第二高調波とのビートをとることによりfCEOを検出する。第2N次モードの周波数は式(1)より
f2N=2Nfrep+fCEO (4)
で与えられる。一方第N次モードfNの第二高調波の周波数は
2fN=2Nfrep+2fCEO (5)
と表される。したがって式(4)と(5)のビート周波数(fCEO=2fN−f2N)よりfCEOを検出することができる。この変化を電圧信号に変換してレーザ共振器内の反射鏡の回転角にフィードバックすることにより絶対周波数を安定化することができる。しかしこの方法は非線形光学結晶による第二高調波発生を必要とするなど構成が複雑になるという課題がある。さらにこのレーザの出力は周波数間隔が100MHzと狭いため、縦モードを1本抽出して高安定な光基準として用いることができないという課題がある。
Further, when the mode hop f hop the longitudinal mode frequency resulting in a sudden change to another frequency in order to utilize the harmonic mode-locking occurs, it will also include f hop in f CEO. This f hop also varies with temperature.
In a fundamental wave mode-locked laser having a repetition frequency of about 100 MHz such as a titanium sapphire laser, f CEO is stabilized by a method called a self-reference method (Non-patent Document 3). In this method, f CEO is detected by taking a beat with the second harmonic of the Nth order mode and the second Nth mode obtained by extending the spectrum to one octave or more by the nonlinear optical effect. The frequency of the second N-th mode is f 2N = 2Nf rep + f CEO (4) from equation (1).
Given in. While the second frequency harmonics of the N-th mode f N is 2f N = 2Nf rep + 2f CEO (5)
It is expressed. Therefore, f CEO can be detected from the beat frequency (f CEO = 2f N −f 2N ) in equations (4) and (5). The absolute frequency can be stabilized by converting this change into a voltage signal and feeding it back to the rotation angle of the reflecting mirror in the laser resonator. However, this method has a problem that the configuration is complicated, for example, the second harmonic generation by the nonlinear optical crystal is required. Furthermore, since the output of this laser has a narrow frequency interval of 100 MHz, there is a problem that one longitudinal mode cannot be extracted and used as a highly stable light reference.
本発明は、以上の点に鑑み、特に、CEO周波数fCEOを安定化するために、ある縦モード一本の絶対周波数fと繰り返し周波数frepとをそれぞれ独立に安定化する二重の周波数安定化フィードバック機構を設け、それらを同時に動作させることで、全ての縦モードの絶対周波数を安定化するモード同期レーザ光源を提供することを目的とする。
すなわち、例えば、式(1)において、予め定められたある次数の縦モード一本の絶対周波数fおよび繰り返し周波数frepを同時に安定化することにより、結果的にCEO周波数の揺らぎを抑制することが可能となり、全ての縦モードの周波数が安定化される。これに対して、従来の特許文献2等の技術ではfを安定化してもfrepを安定化していないので、fCEOあるいはモードホップfhopの変化に伴いfrepが変化し、f以外の周波数では絶対周波数が変化してしまうという課題があった。
In view of the above points, the present invention is particularly capable of double frequency stabilization in which one absolute frequency f and one repetition frequency f rep are independently stabilized in order to stabilize the CEO frequency f CEO. It is an object of the present invention to provide a mode-locked laser light source that stabilizes the absolute frequency of all longitudinal modes by providing an integrated feedback mechanism and operating them simultaneously.
That is, for example, in Formula (1), by stabilizing the absolute frequency f and the repetition frequency f rep of one predetermined longitudinal mode at the same time, it is possible to suppress the fluctuation of the CEO frequency as a result. It becomes possible and the frequency of all longitudinal modes is stabilized. In contrast, since in the
本発明の主な特徴のひとつは、光パルスを発生させるレーザにおいてそのレーザ発振の縦モードスペクトルの周波数間隔と該縦モードスペクトルのうちその一本の縦モードの発振周波数とをそれぞれ独立に安定化することによって全ての発振縦モードを同時に絶対周波数安定化された二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源である。
また、本発明は、二重周波数安定化モード同期レーザ光源において、縦モードスペクトルの周波数間隔を安定化する方法として、出力光パルスの繰り返し周波数と外部基準シンセサイザからの周波数との差を誤差信号として用いレーザ共振器にフィードバックすると同時に、光パルスから一本の縦モード周波数を狭帯域光フィルタにより抽出し、該周波数が分子の共鳴周波数からずれた場合に発生する誤差信号をレーザ共振器にフィードバックすることができる。
また、本発明は、二重周波数安定化モード同期レーザ光源において、分子の共鳴線からの誤差信号を共振器の温度変化にフィードバックし、温度を高精度に制御することができる。
本発明の第一の解決手段によると、
光パルスを発生させるレーザと、
前記レーザの発振を安定化するための回路と
を備え、
前記回路が、前記レーザに対して、そのレーザ発振の縦モードスペクトルの周波数間隔と該縦モードスペクトルのうちその一本の縦モードの発振周波数とをそれぞれ独立に安定化することによって、全ての発振縦モードを同時に絶対周波数安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源が提供される。
本発明の第二の解決手段によると、
共振器長を可変する素子及び出力が可変な励起光源により、繰り返し周波数及び発振周波数をチューニングさせることができるレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出力光パルスの繰り返し周波数に等しいクロック信号を出力するクロック抽出回路と、
前記クロック抽出回路からのクロック信号と基準シンセサイザからの周波数との差を繰り返し周波数調整用信号として出力する第1回路と、
前記レーザ光源からの出力光パルスから一本の縦モード周波数を抽出する光フィルタと、
参照信号を発振する発振器と、
前記発振器からの参照信号で駆動され、前記光フィルタで抽出された光信号の位相を変調する光位相変調器と、
安定な共鳴吸収線をもつ原子又は分子を封入し、前記光位相変調器からの光信号の中心周波数が共鳴線の周波数に一致したときに光信号を吸収する周波数基準セルと、
前記周波数基準セルから出力される光信号を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器からの電気信号の位相敏感検波により得られる、光周波数の共鳴線からのずれ量に比例する誤差信号を絶対周波数調整用信号として出力する第2回路と、
を備え、
前記レーザ光源によるレーザ発振の縦モードスペクトルの周波数間隔と該縦モードスペクトルのうちその一本の縦モードの発振周波数とを、前記第1回路からの繰り返し周波数調整用信号及び前記第2回路からの絶対周波数調整用信号を独立に前記レーザ光源にフィードバックして安定化することによって、全ての発振縦モードを絶対周波数安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源が提供される。
One of the main features of the present invention is that the frequency interval of the longitudinal mode spectrum of the laser oscillation and the oscillation frequency of one longitudinal mode of the longitudinal mode spectrum are stabilized independently in the laser that generates the optical pulse. By doing so, it is a dual frequency stabilized mode-locked pulse laser light source in which all oscillation longitudinal modes are simultaneously stabilized in absolute frequency.
In addition, the present invention provides a method for stabilizing the frequency interval of the longitudinal mode spectrum in a dual-frequency stabilized mode-locked laser light source, using the difference between the repetition frequency of the output light pulse and the frequency from the external reference synthesizer as an error signal. At the same time as feeding back to the laser resonator, a single longitudinal mode frequency is extracted from the optical pulse by a narrow-band optical filter, and an error signal generated when the frequency deviates from the resonance frequency of the molecule is fed back to the laser resonator. be able to.
Further, according to the present invention, in a dual frequency stabilization mode-locked laser light source, an error signal from a molecular resonance line is fed back to a temperature change of the resonator, and the temperature can be controlled with high accuracy.
According to the first solution of the present invention,
A laser that generates optical pulses;
A circuit for stabilizing the oscillation of the laser,
The circuit stabilizes the frequency interval of the longitudinal mode spectrum of the laser oscillation and the oscillation frequency of the longitudinal mode spectrum of the longitudinal mode spectrum independently from each other by the circuit. There is provided a dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser source characterized by simultaneously stabilizing the longitudinal mode in absolute frequency.
According to the second solution of the present invention,
A laser light source capable of tuning a repetition frequency and an oscillation frequency by an element that varies the resonator length and an excitation light source whose output is variable;
A clock extraction circuit that outputs a clock signal equal to a repetition frequency of an output light pulse from the laser light source;
A first circuit that repeatedly outputs a difference between a clock signal from the clock extraction circuit and a frequency from a reference synthesizer as a frequency adjustment signal;
An optical filter that extracts one longitudinal mode frequency from an output light pulse from the laser light source;
An oscillator that oscillates a reference signal;
An optical phase modulator that is driven by a reference signal from the oscillator and modulates the phase of the optical signal extracted by the optical filter;
A frequency reference cell that encapsulates an atom or molecule having a stable resonance absorption line and absorbs the optical signal when the center frequency of the optical signal from the optical phase modulator matches the frequency of the resonance line;
A photodetector for converting an optical signal output from the frequency reference cell into an electrical signal;
A second circuit that outputs, as an absolute frequency adjustment signal, an error signal that is obtained by phase-sensitive detection of an electrical signal from the photodetector and is proportional to the amount of deviation of the optical frequency from the resonance line;
With
The frequency interval of the longitudinal mode spectrum of the laser oscillation by the laser light source and the oscillation frequency of one longitudinal mode of the longitudinal mode spectrum are determined from the repetition frequency adjustment signal from the first circuit and the second circuit. Provided is a dual-frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source characterized in that all oscillation longitudinal modes are stabilized in absolute frequency by independently feeding back and stabilizing the absolute frequency adjustment signal to the laser light source. The
本発明によって、その絶対周波数が安定化された高安定な縦モード周波数スペクトル(光コム)を一台の光源で容易に得ることができる。このように周波数が正確に制御された光コムは周波数標準に利用できるだけでなく、高純度マイクロ波発生や光周波数の高精度位相制御などにも応用することができる。 According to the present invention, a highly stable longitudinal mode frequency spectrum (optical comb) whose absolute frequency is stabilized can be easily obtained with a single light source. The optical comb whose frequency is accurately controlled as described above can be used not only for frequency standards but also for high-purity microwave generation and high-accuracy phase control of optical frequencies.
1.第1の実施の形態
図3は、第1の実施形態の二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源の概略構成を示すブロック図である。なお、図中実線は光信号、点線は電気信号をそれぞれ示す(以下同様)。
同図において、二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源は、モード同期パルスレーザ光源1、光フィルタ2、周波数基準セル3、光位相変調器41、発振器42、光検出器43、ロックインアンプ44、クロック抽出回路5、PLL(Phase Locked Loop)回路6、レーザ光源1の共振器長を可変する圧電素子(PZT)7、レーザ光源1の励起用光源8を備える。
モード同期パルスレーザ光源1には、例えば、エルビウムなどの希土類添加ファイバを利得媒質としたファイバレーザを用いることが有効である。レーザ光源1は共振器長を可変するPZT7ならびに出力が可変な励起光源8を有し、これらにより、繰り返し周波数や発振周波数をチューニングさせることができるレーザ光源である(詳細は後述)。
光フィルタ2は、モード同期パルスレーザ光源1の出力光から透過特性で定められる縦モード一本を抽出するために用いられる。光フィルタ2は、例えば、ファイバブラッググレーティング等の狭帯域透過特性を有する光フィルタを用いることが特に有効である。
レーザ光源1は、例えば、GHz帯での高繰り返し動作が可能であり周波数間隔が例えば、10〜40GHzと広いため、狭帯域光フィルタ2により縦モード1本を抽出でき高安定な周波数標準光を容易に得ることができるという特徴を有する。
光位相変調器41は発振器42で駆動され、光信号の位相を変調幅Δω、変調周波数ωmで変調する。周波数基準セル3は、光周波数において経時変動のない安定な共鳴吸収線をもつ原子・分子を適当な圧力で容器に封入したもので、例えば光通信に用いられる波長1.5μm帯で安定な吸収線をもつアセチレン(C2H2)あるいはシアン化水素(HCN)分子を用いることができる。光検出器43は、周波数基準セル3から出力される光信号を電気信号に変換する。さらに、ロックインアンプ44は、光検出後の電気信号と発振器42からの参照信号から、周波数基準セル3の吸収スペクトルの一次微分信号を出力し、フィードバック用信号を発生する(詳細は後述)。
1. First Embodiment FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a dual frequency stabilization mode-locked pulsed laser light source of the first embodiment. In the figure, a solid line indicates an optical signal, and a dotted line indicates an electrical signal (the same applies hereinafter).
In the figure, the dual frequency stabilization mode-locked pulse laser light source includes a mode-locked pulse
For the mode-locked pulse
The
The
Light phase modulator 41 is driven by an
クロック抽出回路5は、光源1の出力パルス列から繰り返し周波数に等しいクロック信号を出力する。ここでは、クロック信号は、一例として、時間的なオン・オフ波形ではなく、正弦波電気信号を指す。すなわちクロック抽出回路5によって、例えば、10GHzの繰り返しの光パルス列から、周波数が10GHzのマイクロ波信号を得ることができる。レーザ光源1内部では、図4に示すように、得られたクロック信号で光変調器11を直接駆動する。PLL回路6は、シンセサイザ61、位相比較器62、フィードバック回路63を備える。シンセサイザ61は、セシウムやルビジウムなどの原子時計にロックしてさらに高安定化させておくことができる。
図4は、モード同期パルスレーザ光源の構成の一例を示す図である。
このレーザ光源1は、ファイバレーザを用いたものであり、PZT7、励起光源8、ペルチェ(温度制御回路)付ファイバ9、エルビウムファイバ10、光変調器11、クロック抽出回路12、増幅器13、WDM14〜16を備える。レーザ光源1は、再生モード同期により光パルスを発生している。フィードバック制御には、PZT部7、励起光源部8、ペルチェ付光ファイバ部9を用いる。
The
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of a mode-locked pulse laser light source.
This laser
次に、レーザ光源1の動作を説明する。
励起光源8で発生した励起光をWPMカップラ14を介してエルビウムファイバ10に入射するとエルビウムイオンが励起され、連続したレーザ光が発振する。このレーザ光は、WDMカップラ15、16により出力される。クロック抽出回路12は、出力光からクロック信号を出力する。この正弦波のクロック信号は、増幅器13で増幅された後、光変調器11に供給される。光変調器11は、クロック抽出回路12で抽出されたクロック信号で駆動され、その繰り返し周波数のパルスを発生させる役割を果たしている。従って、モード同期パルスレーザ光源1は、正弦波のクロック信号に同期した周波数でレーザ光が強度変調されている。
Next, the operation of the
When the excitation light generated by the excitation light source 8 is incident on the
次に、本実施の形態による周波数安定化の原理について説明する。
まず、光フィルタ2によってその透過特性で定められる一本の縦モードを抽出し、光位相変調器41を介して周波数基準セル3に入力する。次に、光検出器43およびロックインアンプ44によって該縦モードの周波数と分子の共鳴周波数との誤差信号を検出し、励起光源8の励起電流にフィードバックし、発振周波数が分子の共鳴周波数に一致する方向に負帰還することにより光源1の発振周波数を変化させる。すなわち、該縦モード一本の絶対周波数fを安定化させる。なお、ここで励起光源のパワー変化によりファイバレーザの増幅媒質であるエルビウムファイバ10中でのクラマース・クローニッヒの関係より媒質の屈折率が変化し周波数が変化する原理を用いている。このように、適当な縦モードを光フィルタ2で抽出すれば、その周波数を吸収線の周波数に安定化することができる。光フィルタ2はある程度の波長可変性を有しているので、所望のモードを抽出することが可能である。
図7は、周波数基準セル3の吸収線からのレーザ発振周波数のずれ量を位相敏感検波により誤差信号として検出する方法を説明する図である。
以下に、位相敏感検波は、主に、光位相変調器41、発振器42、光検出器43、ロックインアンプ44により行われる。
図7(a)のように、光位相変調器41は、周波数ωcの光信号を変調幅Δω、変調周波数ωmで位相変調する。この位相変調された光信号を周波数基準セル3に入射し、周波数基準セル3からの光信号を光検出器43により光検出した電気信号ysig(t)と、発振器42からの周波数ωmの参照信号yref(t)=cos(ωmt)をロックインアンプ44に入力する。周波数基準セル3の吸収スペクトルをf(ω)とすると、光検出後の電気信号ysig(t)は、
Next, the principle of frequency stabilization according to this embodiment will be described.
First, one longitudinal mode determined by the transmission characteristic is extracted by the
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of detecting a deviation amount of the laser oscillation frequency from the absorption line of the
Hereinafter, the phase sensitive detection is mainly performed by the optical phase modulator 41, the
As shown in FIG. 7 (a), the optical phase modulator 41, the frequency omega c of the optical signal modulation width [Delta] [omega, phase modulation at the modulation frequency omega m. The phase-modulated optical signal is incident on the
また、該縦モード一本の絶対周波数fの安定化と同時に、クロック抽出回路5によって共振器内の光パルスからクロック信号を抽出し、PLL回路6に入力する。次に、PLL回路6において該クロック信号の周波数とシンセサイザ61の発振周波数との誤差信号を検出し、PZT7にフィードバックし、クロック周波数が該シンセサイザの周波数に一致するようにPZT7の出力をチューニングすることにより、光源1の繰り返し周波数frepを変化させる。
フィードバックに関しては、例えば、PZTによる共振器長変化あるいは励起光源8への励起電流変化によって、frepおよびfがどのくらい変化するかその割合により最適なパラメータにフィードバックすればよい。一般には、一例として、励起電流を変化させるとfrepよりfCEO及びfが大きく変化するので、PZT7によりfrepを安定化し、励起電流によりfCEO及びfを安定化すればよい。
以上の結果、レーザ光源1の一本の縦モードの絶対周波数fが周波数基準セル3内の分子の共鳴周波数に一致し、かつ光パルスの繰り返し周波数frepがPLL回路6内の外部シンセサイザ61の発振周波数に一致した高安定な縦モードスペクトル群を得ることができる。すなわちレーザ光源1のスペクトルを構成する全ての縦モードの絶対周波数が同時に安定化される。
なお、本技術は、ファイバレーザの他にも、半導体を用いたモード同期パルスレーザに、共振器長と励起パワーあるいは温度を制御することにより同様に適用できる(以下の実施の形態においても同様)。
At the same time as the stabilization of the absolute frequency f of one longitudinal mode, the
Regarding feedback, for example, it is only necessary to feed back to an optimum parameter depending on the ratio of how much f rep and f change due to a change in resonator length due to PZT or a change in excitation current to the excitation light source 8. In general, as an example, since the varying the excitation current f rep than f CEO and f is largely changed, the f rep stabilized by pZT7, may be stabilized f CEO and f by the excitation current.
As a result, the absolute frequency f of one longitudinal mode of the
In addition to the fiber laser, the present technology can be similarly applied to a mode-locked pulse laser using a semiconductor by controlling the resonator length and pumping power or temperature (the same applies to the following embodiments). .
2.第2の実施の形態
図5は、第2の実施の形態の二重周波数モード同期レーザ光源の概略構成の一例を示すブロック図である。
2. Second Embodiment FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a dual frequency mode-locked laser light source according to a second embodiment.
図5に示すように、すなわち、第1の実施の形態とは逆に、周波数基準セル3の出力信号(縦モードと分子の吸収線の誤差信号)をPZT7に、PLL回路6の出力信号(クロックとシンセサイザの誤差信号)を励起光源8にそれぞれフィードバックしても、同様の安定化を実現することができる。
As shown in FIG. 5, that is, contrary to the first embodiment, the output signal of the frequency reference cell 3 (the error signal of the longitudinal mode and the absorption line of the numerator) is sent to the
3.第3の実施の形態
図6は、第3の実施の形態の二重周波数モード同期レーザ光源の概略構成の一例を示すブロック図である。
図6に示すように、周波数変化の殆どは微小な温度変化によるため誤差信号は温度変化を反映している。そこでこの誤差信号をレーザ共振器のペルチェ付ファイバ9にフィードバックする方法もある。fCEO及びfは温度変化に特に敏感であることから、図6では温度変化への対処としてペルチェ付きファイバ9にフィードバックをかけている。これによってもレーザの温度制御が完全になされモードホップとfCEO及びfが抑制される。
またfCEO及びfを制御するには励起光源のパワーばかりでなく共振器内に位相を変化させる素子を挿入し、そこにフィードバックをしても良い。
3. Third Embodiment FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a dual frequency mode-locked laser light source according to a third embodiment.
As shown in FIG. 6, since most of the frequency change is caused by a minute temperature change, the error signal reflects the temperature change. Therefore, there is a method of feeding back this error signal to the
In order to control f CEO and f, not only the power of the excitation light source but also an element for changing the phase may be inserted into the resonator, and feedback may be provided there.
本発明の二重周波数安定化モード同期ファイバレーザ光源は、光通信波長帯における超高安定光パルス光源として、超高速光時分割多重伝送、波長分割多重伝送、光の位相を利用したコヒーレント伝送など光通信技術への幅広い用途が考えられる。また、これらのほかにも、本レーザ光源を光周波数標準や高純度マイクロ波発生に利用することが可能である。すなわち、縦モードの周波数間隔が正確に固定されかつ全ての縦モードの発振周波数が常に一定であるスペクトル列を出力することから、光のものさしとして高精度な光周波数標準技術への応用が可能である。また、高調波再生モード同期パルスファイバレーザは繰り返し周波数が数十GHz程度でありマイクロ波からTHz波帯の周波数であることから、異なる二つの縦モードのビートを発生させることにより、高安定なマイクロ波を発生させることが可能となる。 The dual frequency stabilization mode-locked fiber laser light source of the present invention is an ultra-high stability optical pulse light source in the optical communication wavelength band, such as ultrafast optical time division multiplex transmission, wavelength division multiplex transmission, coherent transmission utilizing the phase of light, etc. A wide range of applications to optical communication technology can be considered. In addition to these, the present laser light source can be used for optical frequency standards and high-purity microwave generation. In other words, since a spectrum sequence in which the frequency interval of the longitudinal mode is accurately fixed and the oscillation frequency of all longitudinal modes is always constant is output, it can be applied to a high-precision optical frequency standard technology as a measure of light. is there. In addition, since the harmonic reproduction mode-locked pulse fiber laser has a repetition frequency of about several tens of GHz and a frequency in the microwave to THz band, it is possible to generate a highly stable micro wave by generating beats of two different longitudinal modes. Waves can be generated.
1 モード同期レーザ光源
2 光フィルタ
3 周波数基準セル
41 光位相変調器
42 発振器
43 光検出器
44 ロックインアンプ
5 クロック抽出回路
6 PLL回路
61 シンセサイザ
62 位相比較器
63 フィードバック回路
7 PZT
8 励起光源
9 ペルチェ付ファイバ
10 エルビウムファイバ
1 mode-locked
8 Excitation
Claims (7)
前記レーザの発振を安定化するための回路と
を備え、
前記回路が、前記レーザに対して、そのレーザ発振の縦モードスペクトルの周波数間隔と該縦モードスペクトルのうちその一本の縦モードの発振周波数とをそれぞれ独立に安定化することによって、全ての発振縦モードを同時に絶対周波数安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。 A laser that generates optical pulses;
A circuit for stabilizing the oscillation of the laser,
The circuit stabilizes the frequency interval of the longitudinal mode spectrum of the laser oscillation and the oscillation frequency of the longitudinal mode spectrum of the longitudinal mode spectrum independently from each other by the circuit. A dual-frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source characterized by simultaneously stabilizing the longitudinal mode in absolute frequency.
前記回路は、
出力光パルスの繰り返し周波数と外部基準シンセサイザからの周波数との差を誤差信号として用い前記レーザのレーザ共振器にフィードバックすると同時に、
光パルスから一本の縦モード周波数を狭帯域光フィルタにより抽出し、該周波数が分子の共鳴周波数からずれた場合に発生する誤差信号を前記レーザのレーザ共振器にフィードバックすることにより、
全ての発振縦モードを同時に絶対周波数安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。 The dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source according to claim 1,
The circuit is
While using the difference between the repetition frequency of the output light pulse and the frequency from the external reference synthesizer as an error signal and feeding back to the laser resonator of the laser,
By extracting one longitudinal mode frequency from the optical pulse by a narrow band optical filter and feeding back an error signal generated when the frequency deviates from the resonance frequency of the molecule to the laser resonator of the laser,
A dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source characterized in that all oscillation longitudinal modes are simultaneously stabilized in absolute frequency.
さらに、分子の共鳴線からの誤差信号を共振器の温度変化にフィードバックし、温度を高精度に制御する回路を備えることを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。 The dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source according to claim 1,
A dual-frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source, further comprising a circuit for feeding back an error signal from a molecular resonance line to a temperature change of the resonator and controlling the temperature with high accuracy.
前記レーザ光源からの出力光パルスの繰り返し周波数に等しいクロック信号を出力するクロック抽出回路と、
前記クロック抽出回路からのクロック信号と基準シンセサイザからの周波数との差を繰り返し周波数調整用信号として出力する第1回路と、
前記レーザ光源からの出力光パルスから一本の縦モード周波数を抽出する光フィルタと、
参照信号を発振する発振器と、
前記発振器からの参照信号で駆動され、前記光フィルタで抽出された光信号の位相を変調する光位相変調器と、
安定な共鳴吸収線をもつ原子又は分子を封入し、前記光位相変調器からの光信号の中心周波数が共鳴線の周波数に一致したときに光信号を吸収する周波数基準セルと、
前記周波数基準セルから出力される光信号を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器からの電気信号の位相敏感検波により得られる、光周波数の共鳴線からのずれ量に比例する誤差信号を絶対周波数調整用信号として出力する第2回路と、
を備え、
前記レーザ光源によるレーザ発振の縦モードスペクトルの周波数間隔と該縦モードスペクトルのうちその一本の縦モードの発振周波数とを、前記第1回路からの繰り返し周波数調整用信号及び前記第2回路からの絶対周波数調整用信号を独立に前記レーザ光源にフィードバックして安定化することによって、全ての発振縦モードを絶対周波数安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。 A laser light source capable of tuning a repetition frequency and an oscillation frequency by an element that varies the resonator length and an excitation light source whose output is variable;
A clock extraction circuit that outputs a clock signal equal to a repetition frequency of an output light pulse from the laser light source;
A first circuit that repeatedly outputs a difference between a clock signal from the clock extraction circuit and a frequency from a reference synthesizer as a frequency adjustment signal;
An optical filter that extracts one longitudinal mode frequency from an output light pulse from the laser light source;
An oscillator that oscillates a reference signal;
An optical phase modulator that is driven by a reference signal from the oscillator and modulates the phase of the optical signal extracted by the optical filter;
A frequency reference cell that encapsulates an atom or molecule having a stable resonance absorption line and absorbs the optical signal when the center frequency of the optical signal from the optical phase modulator matches the frequency of the resonance line;
A photodetector for converting an optical signal output from the frequency reference cell into an electrical signal;
A second circuit that outputs, as an absolute frequency adjustment signal, an error signal that is obtained by phase-sensitive detection of an electrical signal from the photodetector and is proportional to the amount of deviation of the optical frequency from the resonance line;
With
The frequency interval of the longitudinal mode spectrum of the laser oscillation by the laser light source and the oscillation frequency of one longitudinal mode of the longitudinal mode spectrum are determined from the repetition frequency adjustment signal from the first circuit and the second circuit. A dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source characterized in that all oscillation longitudinal modes are stabilized in absolute frequency by feeding back and stabilizing the absolute frequency adjustment signal to the laser light source independently.
前記第1回路の繰り返し周波数調整用信号により、前記レーザ光源の共振器長を可変として繰り返し周波数を安定化し、
前記第2の回路の絶対周波数調整用信号により、前記レーザ光源の励起光源の出力を可変として絶対周波数を安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。 The dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source according to claim 4,
With the repetition frequency adjustment signal of the first circuit, the repetition rate is stabilized by making the resonator length of the laser light source variable,
A dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source characterized in that the absolute frequency is stabilized by changing the output of the pumping light source of the laser light source in accordance with the absolute frequency adjustment signal of the second circuit.
前記第1の回路の繰り返し周波数調整用信号により、前記レーザ光源の励起光源の出力を可変として繰り返し周波数を安定化し、
前記第2の回路の絶対周波数調整用信号により、前記レーザ光源の共振器長を可変として絶対周波数を安定化することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。 The dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source according to claim 4,
With the repetition frequency adjustment signal of the first circuit, the output of the excitation light source of the laser light source is made variable to stabilize the repetition frequency,
A dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source characterized in that the absolute frequency is stabilized by making the resonator length of the laser light source variable by the absolute frequency adjusting signal of the second circuit.
前記レーザ光源は、温度制御するための素子をさらに有し、
前記第2の回路の絶対周波数調整用信号を前記素子にフィードバックし、温度を制御することを特徴とする二重周波数安定化モード同期パルスレーザ光源。
The dual frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source according to claim 4,
The laser light source further includes an element for temperature control,
A dual-frequency stabilized mode-locked pulsed laser light source that feeds back an absolute frequency adjustment signal of the second circuit to the element and controls temperature.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004373256A JP2006179779A (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Double frequency stabilization mode synchronization laser light source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004373256A JP2006179779A (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Double frequency stabilization mode synchronization laser light source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006179779A true JP2006179779A (en) | 2006-07-06 |
Family
ID=36612990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004373256A Pending JP2006179779A (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Double frequency stabilization mode synchronization laser light source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006179779A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008251723A (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Tohoku Univ | Pulse laser light source |
JP2009117566A (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Mitsutoyo Corp | Frequency-stabilized laser device, and laser frequency stabilizing method |
JP2010190693A (en) * | 2009-02-18 | 2010-09-02 | Anritsu Corp | Light signal monitoring device |
JP2010271135A (en) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and apparatus for optical reflectometry measurement |
JP2011181691A (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Advantest Corp | Pulse laser, optical frequency stabilized laser, measuring device, and measuring method |
KR101127153B1 (en) * | 2009-04-27 | 2012-03-21 | 한국전자통신연구원 | Dual mode optical fiber laser module |
JP2014013935A (en) * | 2013-09-17 | 2014-01-23 | Advantest Corp | Pulse laser, optical frequency stabilized laser, measuring device, and measuring method |
JP2017508301A (en) * | 2014-03-17 | 2017-03-23 | メンロ システムズ ゲーエムベーハー | Method of operating a laser device, use of a resonance device and a phase shifter |
-
2004
- 2004-12-24 JP JP2004373256A patent/JP2006179779A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008251723A (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Tohoku Univ | Pulse laser light source |
JP2009117566A (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Mitsutoyo Corp | Frequency-stabilized laser device, and laser frequency stabilizing method |
JP2010190693A (en) * | 2009-02-18 | 2010-09-02 | Anritsu Corp | Light signal monitoring device |
KR101127153B1 (en) * | 2009-04-27 | 2012-03-21 | 한국전자통신연구원 | Dual mode optical fiber laser module |
JP2010271135A (en) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and apparatus for optical reflectometry measurement |
JP2011181691A (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Advantest Corp | Pulse laser, optical frequency stabilized laser, measuring device, and measuring method |
JP2014013935A (en) * | 2013-09-17 | 2014-01-23 | Advantest Corp | Pulse laser, optical frequency stabilized laser, measuring device, and measuring method |
JP2017508301A (en) * | 2014-03-17 | 2017-03-23 | メンロ システムズ ゲーエムベーハー | Method of operating a laser device, use of a resonance device and a phase shifter |
US10720750B2 (en) | 2014-03-17 | 2020-07-21 | Menlo Systems Gmbh | Method for operating a laser device, resonator arrangement and use of a phase shifter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4951762B2 (en) | Pulsed laser light source | |
US9097656B2 (en) | Methods for precision optical frequency synthesis and molecular detection | |
US9246302B2 (en) | Precision photonic oscillator and method for generating an ultra-stable frequency reference using a two-photon rubidium transition | |
JP5198833B2 (en) | Optical frequency comb stabilized light source | |
US8981273B2 (en) | Optical frequency tracking and stabilization based on extra-cavity frequency | |
JP2002539627A (en) | Oscillation of stabilized ultrashort light pulses and its use in synthesizing optical frequencies | |
JP2017528925A (en) | Low carrier phase noise fiber oscillator | |
KR101633466B1 (en) | apparatus and method for frequency stabilization of the optical comb of fiber femtosecond lasers using optical modes extracted directly from the optical comb | |
JP6074764B2 (en) | Optical frequency comb stabilized light source and method | |
JP6133236B2 (en) | Optical frequency comb stabilized light source and signal generator | |
US20230014323A1 (en) | Laser Device for Generating an Optical Frequency Comb | |
Bagayev et al. | A femtosecond self-mode-locked Ti: sapphire laser with high stability of pulse-repetition frequency and its applications | |
CN114361931B (en) | Ultra-low noise electro-optical frequency comb generating device | |
JP2006179779A (en) | Double frequency stabilization mode synchronization laser light source | |
Liu et al. | Selection and amplification of a single optical frequency comb mode for laser cooling of the strontium atoms in an optical clock | |
JP5324332B2 (en) | Optical frequency comb stabilized light source | |
EP4318828A1 (en) | A system and a method for stabilising nir-vis laser to any frequency using cavity transfer lock to frequency shifted c-band stable laser | |
JP6226431B2 (en) | Signal generator | |
JP2019522232A (en) | Spectral narrowing module, narrowing spectral line apparatus, and method therefor | |
JP6284176B2 (en) | Narrow linewidth light source with optical frequency averaging achieved by parallel operation of external optical resonators | |
JP2019039972A (en) | Signal generator and signal generating method | |
JP2020503569A (en) | Terahertz laser source and method for emitting terahertz radiation | |
CN113654669A (en) | Method for realizing mid-infrared band optical wavelength standard based on fiber femtosecond optical comb | |
JP4956749B2 (en) | Ultra-high accuracy optical phase synchronization system | |
Takahashi et al. | Ultra-broad absolute-frequency tunable light source locked to a fiber-based frequency comb |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20061208 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20061208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090428 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090901 |