JP2017528925A - 低キャリア位相ノイズファイバ発振器 - Google Patents

Abstract

本開示は、低キャリア位相ノイズのファイバ周波数コムレーザの設計に関する。これらの低キャリア位相ノイズ発振器の例は、グラフェン変調器などのキャビティ内振幅変調器の使用によってソリトン及び分散補償ファイバレーザの双方から構成され得る。低キャリア位相ノイズ分散補償ファイバ周波数コムレーザでは、グラフェン及び／又はバルク変調器が、例えば、グラフェン変調器を介したコムレーザの繰返し率の高帯域幅制御を介して外部連続波（ｃｗ）基準レーザへの１つのコム線の位相ロックのためにさらに使用され得る。結果として、低位相ノイズ無線周波数（ＲＦ）信号が生成され得る。ある実施例では、約１００ｋＨｚまでの周波数範囲にわたって少なくとも約１０ｄＢの位相ノイズ抑制を示す周波数コムが提供される。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１４年９月２２日出願の米国特許出願第６２／０５３４０１号、発明の名称「ＬＯＷ ＣＡＲＲＩＥＲ ＰＨＡＳＥ ＮＯＩＳＥ ＦＩＢＥＲ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＳ」及び２０１４年１２月１８日出願の米国特許出願第６２／０９３８８９号、発明の名称「ＬＯＷ ＣＡＲＲＩＥＲ ＰＨＡＳＥ ＮＯＩＳＥ ＦＩＢＥＲ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＳ」の優先権の利益を主張し、その各々がその全体において参照によりここに取り込まれる。

本開示は、低キャリア位相ノイズファイバ発振器及びそのアプリケーションの構成に関する。

高輝度広帯域の光周波数コム発生源は、医学、分光学、顕微鏡検査、測距、センシング及び度量衡学において多数のアプリケーションを有する。そのような発生源は、大量市場アプリケーションに対して非常に堅牢で、長期安定性を有し、かつ高度の光集積で最少の部品点数からなる必要がある。

米国特許第６７８５３０３号明細書 米国特許第６９５６８８７号明細書 米国特許第７８０９２２２号明細書 米国特許第８５９９４７３号明細書 米国特許第８７９２５２５号明細書 国際公開第ＷＯ２０１５／０７３２５７号

Ｃ．Ｈａｉｓｃｈ他著、「Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ａｎａｌｙｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３、０１２００１（２０１２年） Ｉ．Ｈａｒｔｌ、Ｌ．Ｄｏｎｇ及びＭ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ、Ｔ．Ｒ．Ｓｃｈｉｂｌｉ、Ａ．Ｏｎａｅ、Ｆ．−Ｌ．Ｈｏｎｇ、Ｈ．Ｉｎａｂａ、Ｋ．Ｍｉｎｏｓｈｉｍａ及びＨ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ著、「Ｆｉｂｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、ＡＳＳＰ、ｐａｐｅｒ ＷＥ４、Ｖｉｅｎｎａ（２００５年） Ｈｕｄｓｏｎ他著、「Ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３０、ｐｐ．２９４８−２９５０（２００５年） Ｃ．Ｃ．Ｌｅｅ、Ｃ．Ｍｏｈｒ、Ｊ．Ｂｅｔｈｇｅ、Ｓ．Ｓｕｚｕｋｉ、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ、Ｉ．Ｈａｒｔｌ及びＴ．Ｒ．Ｓｃｈｉｂｌｉ著、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｇａｉｎ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｂｙ ａｎ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３７、ｐｐ．３０８４−３０８６（２０１２年） Ｌ．Ｃ．Ｓｉｎｃｌａｉｒ、Ｉ．Ｃｏｄｄｉｎｇｔｏｎ、Ｗ．Ｃ．Ｓｗａｎｎ、Ｇ．Ｂ．Ｒｉｅｋｅｒ、Ａ．Ｈａｔｉ、Ｋ．Ｉｗａｋｕｎｉ及びＮ．Ｒ．Ｎｅｗｂｕｒｙ著、「Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｌａｂ」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．２２、ｐｐ．６９９６−７００６（２０１４年） Ｗ．Ｚｈａｎｇ他著、「Ａｄｖａｎｃｅｄ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ ｐｈａｓｅ ｎｏｉｓｅ ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｂｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＵＦＦＣ ５８、９００（２０１１年）

一態様において、本開示は、小型ファイバソリトンレーザに基づく非常にコヒーレントな周波数コムの生成のための新たな発生源を特徴とする。

他の実施形態では、受動モードロックエルビウム（Ｅｒ）ファイバレーザが実現される。そのような発振器のキャリアエンベロープオフセット周波数は、例えばグラフェン変調器などのキャビティ内振幅変調器によって高いレベルの精度に適宜安定化可能である。これらの発生源の出力パワーを増加するのに適切な増幅段がさらに使用され、スペクトルカバレッジを増加させ、又はモードロックレーザのスペクトル出力を対象のスペクトル領域にシフトさせるのにスーパーコンティニューム生成、差周波発生（ＤＦＧ）などの非線形周波数変換段並びに光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）及び増幅器（ＯＰＡ）が実装され得る。あるアプリケーションについては、周波数シフトは、必須ではないが、発生源のコヒーレンス又はコム構造を保持し得る。

ファイバコムレーザは、低位相ノイズ無線周波数（ＲＦ）生成、ＲＦ周波数標準、レーダ、グローバル測位システム、加速度計、ジャイロスコープ、比重計、原子干渉計、さらには慣性航法システム及び測地学などの多数のアプリケーションにおいて使用され得る。低濃度気体検出など、キャビティ内又はグラフェン変調器の他のアプリケーションも可能である。

これらのアプリケーションの一部は繰返し率制御のための振幅又はグラフェン変調器の使用によって多くの利益を受けることができ、ここで、光周波数領域におけるグラフェン変調器の変調帯域幅はコムレーザのフリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数の線幅よりも広いことが好ましい。

振幅又はグラフェン変調器は、コムシステムの繰返し率をキャビティ強化分光法のための外部キャビティのキャビティモード間隔にロックするためにも使用され得る。

他の実施形態では、周波数コムシステムは、キャビティ内グラフェン変調器及びキャビティ内バルク変調器を有するファイバ発振器を備える。周波数コムシステムは、少なくともキャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏの制御のために構成され得る。周波数コムシステムは、約１００ｋＨｚまでの周波数範囲にわたって少なくとも約１０ｄＢの位相ノイズ抑制を示す周波数コムを提供することができる。

図１は、実施形態によるＥｒコムシステムを模式的に示す。 図２は、Ｅｒソリトンコムレーザの実施形態のロックされたキャリアエンベロープオフセット周波数に対応するＲＦスペクトルを模式的に示す。 図３は、実施形態によるＥｒコムシステムの代替実施形態を模式的に示す。 図４は、低キャリア位相ノイズコムシステムの例におけるキャリアエンベロープオフセット周波数線幅との関係において光周波数領域におけるグラフェン変調器の変調範囲を模式的に示す。 図５Ａは、光周波数標準へのＥｒコムレーザのロックのための実施形態を模式的に示す。 図５Ｂは、ファイバ増幅器及びファイバスーパーコンティニューム発生源を備える低振幅ノイズの差周波生成（ＤＦＧ）のための実施形態を模式的に示す。 図６は、高速繰返し率制御のための振幅変調器を用いる光キャビティへのコムレーザのロックのための実施形態を模式的に示す。 図７は、光音響検出を用いて、光キャビティにロックされたコムレーザで広帯域吸収スペクトルを測定するための実施形態を模式的に示す。

非常に非線形なファイバ又は導波路における周波数広域化又はスーパーコンティニューム生成とともに、受動モードロックレーザに基づく広帯域光周波数コム発生源は、大きな関心となってきた。特に、短パルスファイバレーザとともに使用される場合、全ファイバシステム構成は、非常に簡素化された製造工程、低コスト性、及び高度の熱機械安定性といった利益をもたらすスーパーコンティニューム生成に対して可能となる。実地での実際のアプリケーションでは、全偏波保持（ＰＭ）設計が切望されている。したがって、本開示は、低キャリア位相ノイズファイバ発振器及びそのアプリケーションの構成に関する。発振器は、モードロックされ得る。

以下の特許及び出願：米国特許第７８０９２２２号（‘２２２）、発明の名称「Ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」、米国特許第８５９９４７３号（‘４７３）、発明の名称「Ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ」、米国特許第８７９２５２５号（‘５２５）、発明の名称「Ｃｏｍｐａｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｓｙｓｔｅｍｓ」、２０１５年５月２１日発行の国際公開第ＷＯ２０１５／０７３２５７（‘２５７）、発明の名称「Ｃｏｍｐａｃｔ ｆｉｂｅｒ ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ」の各々が、それらの全体において参照によりここに取り込まれる。上記特許文献は、本明細書の部分を形成するようにその全体において参照によりここに取り込まれる。ここに開示される低キャリア位相ノイズファイバ発振器の種々の実施形態が、上記特許文献において開示されたシステム及び方法の種々の構成要素又は実施形態を利用する（又はそれによって利用される）ことができる。

好都合なことに、受動モードロック処理は、例えば、米国特許第６９５６８８７号（‘８８７）及び米国特許第７４５３９１３号（‘９１３）、双方とも発明の名称が「Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒｓ ａｎｄ ｔｗｏ ｐｈｏｔｏｎ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｌｉｍｉｔｅｒｓ」に開示されるような可飽和吸収体の使用を介して初期Ｑスイッチング不安定性から展開するように設計される。自己開始受動モードロックは、’２５７に記載されるような、例えば非線形増幅ループミラーを伴う、より複雑なキャビティ設計の全偏波保持構成においても実現され得る。

光ファイバ周波数コムは、例えばＨｏｌｚｗａｒｔｈ他の米国特許第６７８５３０３号（‘３０３）に開示されるように、レーザ共振器内の繰返し率及びキャリアエンベロープオフセット周波数（ＣＥＯ）の双方を制御することによってそのようなモードロックレーザから適宜構成される。共振器の繰返し率は、圧電変換器又は電気光学変換器を用いてＭＨｚの繰返し率で変調され得る。キャリアエンベロープオフセット周波数は、光ポンプパワーの変調を介して制御される。‘３０３に記載されるようなキャリアエンベロープオフセット周波数の安定化のためのポンプパワー制御での制約は、特にＥｒファイバレーザでは、制限された制御帯域幅であり、実現可能な制御帯域幅は１００ｋＨｚのオーダーにすぎない。したがって、大きなキャリア位相ノイズは効果的なノイズ抑制のために通常は大きな制御帯域幅を必要とするため、大きな内在キャリア位相ノイズを有するファイバレーザから高品質コムレーザシステムを構成するのは非常に難しい。

例えば、ソリトンファイバレーザは、一般に大きな内在キャリア位相ノイズを有し、これによりコムアプリケーションにおけるソリトンファイバレーザの使用性が制限される。一方、ソリトンファイバレーザは、非常に堅牢でかつ非常に信頼性の高いものとすることができるので、実地におけるアプリケーションには望ましい。

ＣＥＯ周波数の速い制御のための最近の方法が、グラフェン変調器の使用によるＦｅｒｍａｎｎ他の米国特許第８７９２５２５号（‘５２５）「Ｃｏｍｐａｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｓｙｓｔｅｍｓ」に開示された。米国特許第８７９２５２５号（‘５２５）は、その全体において参照によりここに取り込まれる。

非常にコヒーレントなファイバ周波数コムシステム１００ａの実施形態を図１に示す。システムは、利得媒体として所定長の偏波保持型の負の分散のＥｒファイバ１０５を備える。少なくとも１つの好ましい実施例では、ファイバは、安定性の増加のために偏波保持型となる。ファイバは、コリメータカプラでキャビティの各側で終端される。ポンプ結合のために波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）１１０が使用され、出力結合のために出力カプラ（ＯＣ）１１５が使用されて出力１１２を供給する。これらの２つの構成要素における適切な微細光学系アセンブリによって、Ｅｒファイバからの出力が両端で確実にコリメートされる。少なくとも一実施形態では、コリメート機能並びにＷＤＭ及びＯＣ機能は、個別の構成要素によって実行され得る。

そして、可飽和吸収体（ＳＡ）１２０が、キャビティの一方側（例えば、ＯＣ１１５側）で使用されて受動モードロックを確実にする。ＳＡ１２０は、キャビティミラーとして作用する。半導体可飽和吸収体だけでなく、幾つかの例を挙げると、グラフェンベース又はカーボンナノチューブベースの可飽和吸収体も使用され得る。光学構成要素（例えば、レンズＬ１ １１８）が光をＳＡに結合するのに使用され得る。キャビティの逆側（例えば、ＷＤＭ１１０側）は、振幅変調器１２５とともに使用されるミラーで終端される。例えば、‘５２５に記載されるように、ミラー構造体上に置かれたグラフェン変調器が使用され得る。グラフェン変調器は、構成によっては繰返し率制御にも使用され得る。ファイバレーザは、例えば、９７６ｎｍでシングルモードポンプダイオード１３０によってポンピングされ得る。ファイバレーザの繰返し率は、例えば‘５２５にも開示されるように、キャビティ内ファイバに取り付けられた１又は２個の圧電変換器（ＰＺＴ）１３５によって適宜制御され得る。高い（１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚよりも高い）フィードバック帯域幅の繰返し率制御を可能とするのに電気光学変調器（不図示）が組み込まれてもよい。アセンブリを簡素化するために、一部又は全部のキャビティ内ファイバが偏波保持型となるように選択されることができ、ドーピングされていないファイバ又はＥｒドープファイバを備える非偏波保持型の構成要素の使用もアプリケーションによっては許容可能である。

標準的な電気通信互換ファイバを有するある実施例では、１００ＭＨｚで動作するキャビティは、３００〜５００ｆｓのパルスを生成することができる。約１０％の出力結合係数の出力カプラがあれば、数ｍＷの出力パワーを１５６０ｎｍの波長で得ることができる。レーザのキャリアエンベロープオフセット周波数の簡便な測定及び制御のために、出力が、ファイバ増幅器及びスーパーコンティニュームファイバ（図１には不図示）にスプライスされて、オクターブにわたるスペクトルの少なくとも有意な部分を生成することができる。そして、キャリアエンベロープオフセット周波数は、下流側ｆ−２ｆ干渉計及び検出器を用いて適宜抽出されることができ、図５Ａに関して以下にさらに説明される。少なくとも一実施形態では、位相検出器及びＰＩＤ（比例−積分−微分）ループフィルタに基づく位相ロックループを備える従来のフィードバック電子装置が、その後キャリアエンベロープオフセット周波数を外部ＲＦ周波数にロックする。そのようなフィードバックループはさらに、周波数コムレーザの繰返し率を外部ＲＦ基準値にロックするために使用され得る。ある実施形態では、コム線の１又は２本（又はそれ以上）が外部基準レーザにロックされ得る。

例えば図２に示すような大きな絶対値のキャビティ分散を有するファイバレーザを用いても、非常に安定した周波数コムを得ることができる。図２は、安定化されたキャリアエンベロープオフセット周波数のＲＦスペクトルを示し、７０ＭＨｚにおけるコヒーレントなキャリアとノイズ背景との間の（１ｋＨｚの分解能帯域幅について）約２５ｄＢより高い信号／ノイズ比が得られる。この例では、長さＬ＝０．９ｍのキャビティ内ファイバが使用され、約−４２０００ｆｓ^２のキャビティ内分散を与える。したがって、分散の絶対量は、例えば、その全体において参照によりここに取り込まれるＦｅｒｍａｎｎ他の米国特許第８５９９４７３号（‘４７３）「Ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ」に記載されるように、約４５０００ｆｓ^２／Ｌよりも大きく、１００００ｆｓ^２／Ｌ（又はそれ未満）よりも充分に大きい。グラフェン変調器は、有利なことに、１００ｋＨｚより高いフィードバック帯域幅でキャリアエンベロープオフセット周波数の制御を可能とし、これにより、アプリケーションによっては優れた性能を与える。

周波数コムレーザの出力はさらに、例えば、Ｆｅｒｍａｎｎ他の米国特許第８１２０７７８号（‘７７８）に開示されるようなＤＦＧを用いて中赤外（ＩＲ）に周波数シフトされ得る。

周波数コムのあるアプリケーションでは、ソリトンレーザで取得可能なキャリアエンベロープオフセット周波数ノイズが高すぎる。この場合、米国特許第８５９９４７３号に開示され、参照により取り込まれる分散補償によるキャビティ設計が好適となり得る。一方、グラフェン変調器は、分散補償ファイバコムレーザのキャリア位相ノイズをさらに改善することができる。他の例の非常にコヒーレントなファイバ周波数コムシステム１００ｂを図３に示す。この例では、システム１００ｂは、分散補償Ｅｒファイバコムレーザを備える。システム１００ｂは、図１に示すシステム１００ａと同様であるが、システム１００ｂでは、正の分散及び負の分散のファイバの組合せが実装される。この例では、Ｅｒファイバ１０５及び分散補償ファイバ（ＤＣＦ又はＤＣファイバ）１５０の２つの異なるファイバが、スプライス１５５を介して接続される。追加長のＥｒファイバ及び／又はＤＣＦが使用され、例えば、スプライスによって選択的に接続されることができる。Ｅｒファイバ１０５及びＤＣＦ１５０の配置は、図３に示すものと異なっていてもよく、例えば、ＤＣファイバ１５０がＷＤＭ付近に配置され、Ｅｒファイバ１０５がＯＣ付近に配置されてもよい。正及び負の分散のファイバの他の組合せが、種々の実施形態において利用され得る。種々の好適な実施例では、ファイバの少なくとも１つが、Ｅｒ（及び／又は他の希土類元素）でドーピングされるべきである。分散の絶対量は、米国特許第８５９９４７３号に記載されるように、好ましくは１００００ｆｓ^２／Ｌ未満である。可飽和吸収体１２０は、分散補償ファイバレーザの安定動作を可能とするために、好ましくは１ｐｓ未満のキャリア寿命を有する。多量子ウェル、バルク半導体、カーボンナノチューブ、その他グラフェンベースの可飽和吸収体が実装されてもよい。キャリア位相ロック及び繰返し率ロック、その他周波数シフトが、図１に関して説明したように実現され得る。

‘２５７に関して記載したように、高帯域幅のキャリアエンベロープオフセット周波数制御を可能とするのに、可飽和吸収体のない受動モードロックファイバレーザがグラフェン変調器と組み合わせられてもよい。そのような設計は、ここではさらには記載されない（例えば‘２５７を参照）。分散補償のために異なる分散の２つのファイバを用いることに加えて、ファイバグレーティング、バルクグレーティング又はプリズムが、分散補償のために使用されてもよい。さらに、グラフェン変調器が、より小型のキャビティアセンブリのために‘５２５に開示されるような可飽和吸収体と組み合わせられてもよい。そのような設計も、ここではさらには記載されない（例えば‘５２５を参照）。通常は、そのようなファイバ周波数コムは、１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲における繰返し率で構成され得る。

多くの周波数コムアプリケーションでは、２つの自由度の周波数コム（繰返し率ｆ_ｒ及びキャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏ）のロックは必要とされない。逆に、１つのコムモードのみを外部の単一周波数基準レーザにロックし、又は１つのコムモードを気体基準セル、超安定キャビティ（例えば、高フィネスキャビティ）若しくは光学原子クロックにロックされる単一周波数基準レーザにロックすれば充分である。

外部基準レーザへの周波数コムモードのロックは、レーザの少なくとも繰返し率の制御によって適宜実行され得る。そのような手法が、例えば、Ｈａｒｔｌ他の米国特許第７８０９２２２号（‘２２２）「Ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」及び‘５２５（例えば、少なくとも第３欄第１７〜２０行、第３欄第３１〜３５行、第６欄第３１〜３４行及び第１０欄第５１〜５３行参照）に開示された。好都合なことに、グラフェン変調器が、繰返し率制御に使用可能である。米国特許第７８０９２２２号の内容は、その全体において参照によりここに取り込まれる。

そのような「単一的に」ロックされた周波数コムの重要なアプリケーションは、これらに限定されないが、低位相ノイズＲＦ生成並びに光学タイミング及び周波数標準の光ファイバ伝送線への伝達を含む。

ＲＦ発生におけるノイズを低減するために、キャリアエンベロープオフセット周波数が、例えばＷ．Ｚｈａｎｇ他によるＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＵＦＦＣ５８９００（２０１１年）に記載されるように、そのようなロック手法からさらに電子的に除外され得る。そして、グラフェン変調器は、１００ｋＨｚよりも高い帯域幅において繰返し率変調を可能とすることができる。１ＭＨｚよりも高い繰返し率変調帯域幅も可能である。約１ＭＨｚの変調周波数でのＲＦ周波数変調範囲Δｆ_ＲＦは、ＲＦ領域において数Ｈｚのオーダー、例えば、約１Ｈｚ付近又はそれより高くなり得る。１００ＭＨｚの繰返し率で動作するＥｒファイバレーザでは、ＲＦ領域における変調範囲が、約２×１０^６倍だけ光周波数領域において拡大される。したがって、グラフェン変調器は、数ＭＨｚの周波数変調範囲Δｆ_ｏｐｔで、及びＭＨｚ範囲での変調周波数でも、光周波数領域において光コム線の変調に使用され得る。なお、Δｆ_ｏｐｔ≒２×１０^６×Δｆ_ＲＦである。

実現可能な変調範囲の例を図４に関してさらに説明する。ここでは、光キャリア周波数に対する光周波数領域におけるグラフェン変調範囲Δｆ_ｏｐｔ（矢印４１０によって示され、この例では約１ＭＨｚである）がプロットされる。この特定の例では、光キャリア周波数（通常は２００ＴＨｚの範囲）が、横軸の原点として設定される。比較のため、図４は、低キャリア位相ノイズ発振器の標準的キャリアエンベロープオフセット周波数線幅Δｆ_ｃｅｏも示す（矢印４２０によって示す）。この例については、Δｆ_ｃｅｏ≒１００ｋＨｚである。以下にさらに記載するように、変調範囲Δｆ_ｏｐｔ（例えば、グラフェン変調範囲）４１０が、図４に示すようにキャリアエンベロープオフセット周波数線幅Δｆ_ｃｅｏ４２０よりも広ければ有利となる。

グラフェン変調器の使用によって、光領域における周波数コム線の速い変調について幾つかの実用上の利益が得られる。一比較例として、Ｄ．Ｄ．Ｈｕｄｓｏｎ他の「Ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３０、ｐｐ．２９４８−２９５０（２００５年）の図３に示すような電気光学変調器（ＥＯＭ）を検討する。Ｄ．Ｄ．Ｈｕｄｓｏｎによって証明されたように、１００ＭＨｚの繰返し率付近で動作する標準的なファイバレーザでは、光周波数領域における最大ＤＣ応答は５００Ｖの印加電圧において約１０ＭＨｚ（Ｈｕｄｓｏｎ、図３ａ）であり、ＥＯＭ伝達関数はわずか２３０ｋＨｚの変調周波数で−３ｄＢだけロールオフする。ロールオフについての理由の１つは、ＥＯＭにおいてその性能を高い変調周波数で制限する圧電共振である。さらに、ＥＯＭに対する高い駆動電圧要件が比較的大きく要因を形成し、分散が周波数コムへのＥＯＭの集積可能性を大幅に制限する。グラフェンベースの変調器は、高い駆動電圧を必要とせず、３００ｋＨｚより高い周波数で−３ｄＢのロールオフの伝達関数を示し、１ＭＨｚより高い周波数でのロールオフでさえも可能となる。

繰返し率制御についてのグラフェン変調器の利用は、光領域におけるコム線の実現可能な変調範囲Δｆ_ｏｐｔが、ポンプ電流変調で取得可能なキャリア位相変調帯域幅よりも広い変調周波数でのフリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数線幅Δｆ_ｃｅｏよりも広い場合に、特に好適である。特に、Δｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏであることは、実施例によっては有利となり得る。標準的なＥｒファイバレーザによって（ポンプ電流変調を介して）約１００ｋＨｚのキャリア位相変調帯域幅が可能となるので、（グラフェン変調器で実現可能な）変調周波数≒１００ｋＨｚでの光領域におけるコム線の実現可能な変調範囲は、好ましくは、フリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数線幅よりも広い。種々の実施例において、有益な結果は、Δｆ_ｏｐｔ＞（Δｆ_ｃｅｏ／１０）又はΔｆ_ｏｐｔ＞（Δｆ_ｃｅｏ／１００）で取得可能となる。他の実施例では、システムは、Ｘ＝１、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、７５、１００又はそれ以上について、Δｆ_ｏｐｔ＞（Δｆ_ｃｅｏ／Ｘ）となるように構成され得る。

少なくとも１つの実施形態では、上記条件は、図３に示すシステム１００ｂに関して説明したような分散補償Ｅｒファイバレーザで充足され、ここで、フリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数線幅は３００ｋＨｚよりも狭く、グラフェン変調器で実現可能な１００ｋＨｚより高い変調周波数での光領域におけるコム線の実現可能な変調範囲はＭＨｚ範囲となり得る。図４は、この条件が充足される場合の例をさらに示す。例示として、フリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数線幅は、キャリアエンベロープオフセット周波数を外部ＲＦ周波数に弱くロックし、ＲＦ信号アナライザを用いて３ｄＢ点を跨ぐキャリアエンベロープオフセット周波数帯域幅を測定することによって測定可能である。

実際には、あるアプリケーションでは、グラフェン変調器が比較的「高い」変調率においてのみ繰返し率制御に使用され、圧電変換器（ＰＺＴ）又はポンプ電流変調などの従来の装置が「低い」変調率における繰返し率制御に使用され得る。高周波と低周波の区分けはレーザ設計の仕様によるものであり、ある実施例では、低周波と高周波の境界は約２０ｋＨｚから約２００ｋＨｚの範囲となり得る。

外部連続波（ｃｗ）基準レーザ１６０への位相ロックに使用されるグラフェン変調器の実施形態を図５Ａのシステム５００にさらに示す。ｃｗ基準レーザ１６０は、光基準周波数ν_ｃｗを供給する。Ｅｒコムレーザ１００ｃは、好ましくは、図３に示すレーザ１００ｂに関して記載したような分散補償設計を備え、反復周波数ｆ_ｒにおいてパルスを生成する。Ｅｒコムレーザ出力１１２はＥｒ増幅器１６５でさらに増幅され、広帯域コンティニュームがスーパーコンティニュームファイバ（ＳＣＦ）１７０で生成される。適切なカプラ１７２が、ｃｗ基準レーザ１６０と干渉するようにＥｒ増幅器１６５の出力の一部を分波する。

図５Ａに示す例では、コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_０は、ｆ−２ｆ干渉計１８０及び検出器Ｄ１ １８２によって測定される。ｃｗレーザ１６０と周波数コムレーザの第ｎコム線との間のＲＦうなり周波数ｆ_ｂは、検出器Ｄ２ １８４によって測定される。そして、検出器Ｄ１及びＤ２の出力は、図示するミキサ１８５を介して電子的に混合され、これはＲＦ周波数ν_ｃｗ−ｎ×ｆ_ｒを生成する。そして、生成されたＲＦ周波数は、グラフェン変調器、コムポンプレーザ、同様に１個又は数個のＰＺＴコントローラのフィードバック制御による外部ＲＦ周波数基準に位相ロックされ、ここで、グラフェン変調器は最も高いフィードバック帯域幅のために使用される。さらに、ＰＺＴコントローラは、より低いフィードバック帯域幅のために実装される。図５Ａにおいて、細い黒い線は、上記の種々の構成要素間の電気接続を示す。システム全体はまた、好ましくは、安定性において最適となるように熱的及び音響的に絶縁される。少なくとも１つの実施形態では、電気光学又は音響光学変調器１６３も、さらなる周波数制御のためにそのようなコムシステムに組み込まれてもよい。

低位相ノイズＲＦ信号を生成するために、Ｅｒコムレーザの出力の一部分が、図５Ａに示すＥｒ増幅器１６５に加えて１以上のＥｒ増幅器（不図示）に向けられてもよく、Ｅｒ増幅器出力が、光をＲＦ変換するための半導体ダイオードに向けられてもよい。Ｅｒコムレーザの繰返し率よりも高いＲＦ周波数が、Ｅ_ｒコムレーザｆ_ｒの繰返し率の分数倍の反復周波数ｆ_ｘでパルスを生成してｆ_ｘ＝（ｎ／ｍ）ｆ_ｒとなるように、１以上の追加のＥｒ増幅器の上流又は下流の追加のインタリーブ段又はフィルタキャビティを用いて生成される得る。１以上の追加のＥｒ増幅器ではなく、追加のカプラが、図５Ａに示すＥｒ増幅器１６５の下流で同じ目的のために使用され得る。

特定のコム繰返し率又は可変繰返し率を生成するために、適切なファイバ伸張段又は光遅延線が、Ｅｒコムレーザに組み込まれてもよい。電圧依存性、温度依存性又は圧力依存性の屈折率を有する光学材料が、コムレーザの繰返し率の調整のためにコムキャビティに組み込まれてもよい。そのような幾つかの選択肢が‘４７３に記載されている。

グラフェン変調器の代わりに、任意のタイプのキャビティ内振幅変調器が使用されてもよい。また、Ｅｒコムレーザの代わりに、ｃｗ基準レーザへのロックのために、又はＲＦ生成のために、例えば、希土類ファイバ（例えば、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｈｏファイバ）又は２以上の希土類でともにドーピングされたファイバなどの他の任意のファイバコムレーザが使用されてもよい。ファイバコムレーザは、各ファイバが少なくとも１つの他のファイバに対して異なるドーパントを有する複数のファイバを含んでいてもよい。

周波数コムの多数のアプリケーションは振幅ノイズに影響されるので、フィードバック回路がさらに組み込まれて、コム発生源の振幅ノイズを最小化するようにポンプダイオード電流に作用するようにしてもよい。そのような振幅ノイズの低減は、ＤＦＧ、ＯＰＯ又はＯＰＡによる低位相ノイズＲＦ生成又は周波数シフトアプリケーションにおいて特に有益である。追加的又は代替的に、第２のグラフェン変調器が、高いフィードバック帯域幅での振幅ノイズ抑制のためにコムレーザに組み込まれてもよい。そのような手法は、‘５２５においてすでに検討されたので、ここではさらには説明しない。２つのグラフェン変調器の組込みを可能とするために、変調器の一方が、好ましくは可飽和吸収体と集積される。

適切なフィードバック回路を介した振幅ノイズ抑制のための他の手法が実施されてもよい。例えば、電気光学変調器（ＥＯＭ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）又は導波路変調器のような振幅変調器が、振幅ノイズ制御のために、図５Ａに示す発振器１００ｃと増幅器１６５の間に挿入され得る。そして、フィードバック制御に対して必要な誤差信号は、例えば、増幅信号のわずかな部分を検出器にそらすことによって誘導され得る。そして、検出信号は、増幅器を介して増幅され、サーボループを介して振幅変調器の電圧制御入力にフィードバックされる。強度ノイズ低減サーボは、単一の比例積分段に基づいていればよく、増幅器出力と振幅変調器損失の間の制限された振幅ノイズ伝達関数から導入される振幅ロールオフ及び位相遅れを中和する進相回路を含んでいてもよい。原理として、任意のノイズ低減回路の性能を向上又は最適化するために、誤差信号が、発振器出力１１２の下流の任意の位置に誘導され得る。ある構成では、スーパーコンティニュームファイバ（例えば、図５ＡにおけるＳＣＦ１７０）における周波数変換後の出力のわずかな部分が、スーパーコンティニューム出力における振幅ノイズを低減するようにフィードバック制御に使用され得る。

また、ある実施例では、低ノイズの偏波保持（ＰＭ）エルビウムファイバ周波数コムレーザが設けられてもよい。図５Ａにおいて、変調器１２５は、追加のキャビティ内変調器との組合せにおいて発振器キャビティに配置されたグラフェンベースのＥＯＭ、例えば、バルクＥＯＭ、ＡＯＭ又は低ノイズ構成のための導波路変調器を備えてもよい。グラフェンＥＯＭと追加のキャビティ内変調器の組合せが、キャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏと光うなり信号ｆ_ｂｅａｔを櫛歯の１つと光学基準との間に位相ロックするのに利用されてもよい。グラフェン変調器は、キャビティエンドミラーとして構成されてもよい。ある実施形態では、変調器１２５は、モードロックのために半導体可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭ）に集積されてもよい。

上記のように、ある実施例では、振幅変調器は発振器の外部に配置され得る。ある構成では、導波路ＥＯＭ、例えば、ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州ミルピタス）社製のＪＤＳＵ ＯＣ−１９２変調器又は類似の装置が、小型構成における追加ノイズ抑制を与えるようにキャビティの外部に配置され得る。例えば、図５Ａを再度参照すると、導波路ＥＯＭは、発振器１００ｃと下流側ファイバ増幅器（例えば、Ｅｒ増幅器１６５又は追加のＥｒファイバ増幅器）との間又は発振器１００ｃとｆ−２ｆ干渉計（例えば、ＳＣＦ１７０、ｆ−２ｆ干渉計１８０）とともに配置された下流側スーパーコンティニューム生成器の間に配置され得る。

例示として、一実施例では、ｆ_ｃｅｏ及びｆ_ｂｅａｔの位相ノイズは、非ＰＭのＥｒコムを含む従来型システムの２〜３倍程度低いことが特定された。ある実施形態では、少なくとも約１０ｄＢ、１５ｄＢ又は２０ｄＢの抑制を、例えば約数ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲の周波数範囲にわたって得ることができる。また、低ノイズ周波数コムの実施例は、例えば、約１μｍにおけるＹｂ系システム、約２μｍにおけるＴｍ系システム、及び／又はＤＦＧ若しくはＯＰＡを介した中ＩＲ生成システムにおいて、他の波長で実施可能となることが期待される。

振幅ノイズ抑制手法は、ＤＦＧ又はＯＰＡを含む周波数シフト手法において、例えば、２〜２０μｍのスペクトル範囲における中ＩＲイメージングのためのアプリケーションにおいて特に有用である。これらのアプリケーションについては、周波数シフト手法におけるコム構造の保持が不要となり得る。一方、モードロックレーザ発生源の振幅ノイズ低減によって、スペクトル分析に有益な中ＩＲ出力の振幅ノイズを大幅に低減することができる。

ＤＦＧを介した周波数シフトを可能とするために、図５Ｂに示すようなレーザシステム５５０が使用され得る。システム５５０は、発振器１００ｄを含む。発振器１００ｄは、図１、３及び５Ａに関して説明した発振器１００ａ、１００ｂ及び１００ｃのいずれかを備えるが、他の実施形態において他の任意のモードロック発振器が実装されてもよい。以下の実施形態では、Ｅｒ発振器及びＥｒ増幅器が使用されるが、他の希土類ドープファイバ発振器又は増幅器が実施されてもよい。発振器１００ｄの出力は、ファイバカプラ１７２ｂを介して２つの部分に分波され、第１の部分は下流側の第１のＥｒ増幅器１６５ａ及び周波数シフトのためのスーパーコンティニュームファイバ（ＳＣＦ）１７０を備え、第２の部分は第２のＥｒ増幅器１６５ｂ及び高出力増幅器１９４（例えば、Ｅｒファイバ電力増幅器）を備える。光アイソレータ及びフィルタがさらに各種増幅段の間に挿入されてもよく、ここではさらには示されない。

また、バルク又はファイバ圧縮要素が、Ｅｒ電力増幅器からの出力におけるパルス幅を減少させるのにＥｒ電力増幅器１９４の下流でさらに使用されてもよい。そのようなバルク圧縮要素は、例えば、バルクガラス、プリズム、チャープミラー、ボリュームブラッググレーティング又は屈折グレーティングを備え、図５Ｂに個別には示されない。ファイバ圧縮要素は、例えば、所定長のファイバ又はファイバブラッググレーティングを備えていればよい。所定長のファイバ又はファイバとバルク圧縮要素の組合せなどの非線形圧縮要素が使用されてもよい。そのような線形又は非線形圧縮要素は、図５Ｂに個別には示されない。

所定長のファイバ又はファイバ若しくはバルクブラッググレーティングなどの分散要素が、Ｅｒ電力増幅器におけるパルスを時間的に伸張し、Ｅｒ電力増幅器内の非線形性を低減するのにＥｒ電力増幅器１９４の上流で使用されてもよい。そのような伸張構成要素も、個別には示されない。

さらに他の代替として、Ｔｍ、Ｈｏ又はＴｍ：Ｈｏ増幅器が、１．７〜２．３μｍの範囲でスーパーコンティニュームファイバ１７０の出力を増幅するのに使用されてもよい。対称及び非対称双方のスーパーコンティニュームファイバ生成が使用され得る。非対称スーパーコンティニューム生成は主に、ラマンソリトン生成を介してＥｒ増幅器の出力を赤色シフトさせる。第１のＥｒ増幅器、所定長のラマンシフトファイバ、所定長のＴｍ増幅ファイバ、及び他の所定長のラマンシフトファイバの組合せが、第１の増幅ファイバ１６５ａの出力を赤色シフト及び増幅するのに特に有利となり得る。そのような構成であれば、１．７〜２．３μｍの範囲における波長調整可能なラマンソリトン出力を得ることができる。他の実施形態では、電力増幅器１９４の出力の少量部分をスーパーコンティニュームファイバに向けることによって、スーパーコンティニューム出力を生成することができ、これにより、ＤＦＧ又はＯＰＡにおける２つの独立した増幅器アームの必要性が減少する。そのような実施例は、図５Ｂに個別には示されない。

ＳＣＦ１７０及びＥｒ電力増幅器１９４の出力は、レンズＬ２ １１８ｂ及びＬ３ １１８ｃを介してコリメートされ、ミラーＭ１ ２０２、ビームスプリッタＢＳ１ ２０４及び合焦レンズＬ４ １１８ｄを介して非線形結晶２０８に向けられることができ、これは破線２１０に示すように位相整合角の変化を可能とするために、好ましくは回転台に搭載される。ＳＣＦ１７０出力とＥｒ電力増幅器１９４出力の間の群遅延調整のための追加のミラー及び平行移動段が挿入されてもよく、図５Ｂに個別には示されない。

非線形結晶２０８はＳＣＦ出力とＥｒファイバ電力増幅器出力との間のＤＦＧを生成し、ＤＦＧ出力２１４は放物ミラーＭ２ ２１２を介してシステムから放出される。色分散から生じる収差を低減又は回避するために、レンズの代わりに、ミラー又は放物ミラーがシステムの任意の部分でさらに使用されてもよい。

Ｅｒシステムの場合において、増幅された高出力増幅器１９４の部分とスーパーコンティニュームファイバ１７０の部分との間のＤＦＧ又はＯＰＡは、ＤＦＧ結晶として例えばＧａＳｅを用いて約５〜１５μｍの間で調整可能な出力を生成することができ、ここで、波長調整は、（ある実施例において）スーパーコンティニュームファイバに注入されるパルスパワーの制御、結晶配向及び２つの増幅経路間の群遅延の調整の組合せを含む。ある実施例では、約３〜１５μｍの間で調整可能な出力を得ることができる。例えば、ＤＦＧ結晶としてのＧａＳｅの代わりに、数例を挙げると、ＯＰＧａＡｓ、ＯＰＧａＰ又はＰＰＬＮ（例えば、光学的にパターン化されたＧａＡｓ、光学的にパターン化されたＧａＰ又は周期的に極性のあるニオブ酸リチウム）のような周期的に極性のある結晶が、ＤＦＧに使用されてもよい。周期的に極性のある結晶をＤＦＧに用いる場合、角度調整よりも、波長調整のために適切な極性周期を選択することが有利となり得る。これは、異なる極性周期又は極性周期の扇形状の変化を有する結晶の使用を介して実現され得る。線形平行移動段への結晶の載置によって、波長調整のための極性周期の適切な選択が可能となる。

ある実施形態では、少なくとも発振器ポンプ電流及び／又は増幅器の少なくとも１つに対するポンプ電流へのフィードバックを用いることによってノイズ低減を得ることができる。少なくとも１つの実施形態では、キャビティ内又はキャビティ外振幅変調器又はグラフェン変調器をフィードバックに用いることでノイズ低減を得ることができる。振幅又は強度ノイズ低減のための可能な手法の例を図５Ｂに示す。この例では、発振器１００ｄの出力２１２の少量部分がカプラ１７２ｃを介して検出器Ｄ１ ２２０に向けられてから、検出器Ｄ１の出力が増幅器２２４を介して増幅され、サーボループを介して発振器ポンプダイオード１３０又はキャビティ内振幅変調器１２５のポンプ電流にフィードバックされる。キャビティ外変調器を用いる実施例は、図５Ｂに個別には示されない。強度ノイズ低減サーボは、単一の比例積分段に基づき、発振器出力とポンプ電流又は振幅変調器損失との間の制限された振幅ノイズ伝達関数から導入される振幅ロールオフ及び位相遅れを中和する進相回路も含み得る。

レーザ発振器におけるグラフェン変調器はまた、発振電圧をグラフェン変調器に印加することによって、例えば２ＭＨｚの高周波変調をレーザの出力に与えることができる。これは、サイドバンドをコム線に加え、グラフェンがＰｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ−Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）キャビティロック法においてサイドバンド生成器として作用することを可能とする。ＰＤＨ法において、光学強化キャビティ及びレーザがともにロックされ、キャビティモードにレーザ周波数を整合させるので、レーザ光が高反射率キャビティミラーを介してキャビティに効率的に結合される。第２のミラーから反射される光及び第１のミラーから反射される光が、フォト検出器によってモニタされる。入力光を変調することによって、反射光も、レーザ及びキャビティモードの相対的整合についての情報を搬送する態様で同様に変調される。フォト検出器信号は、レーザ及びキャビティをロックするためのフィードバックのための単純な無線周波数フィルタリング及び混合によって誤差信号に変換され得る。同じグラフェン構成要素は、上述したような周波数コム制御の部分として作用することができ、同様に、ＰＤＨロックに必要な変調を付加し、サイドバンドを生成するための電気光学変調器のような追加構成要素の必要性がなくなる。両機能を実行するために、周波数コム制御のための駆動信号及び変調のための駆動信号が簡素な回路２８５によって電子的に合成され、グラフェン変調器が合成信号によって駆動される。他の実施例では、グラフェン変調器はＰｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ−Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）ロックに必要な変調信号の生成のためのみに使用され、発振器ポンプパワーへのフィードバックがレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数の制御に使用され得る。

図６に示す例示のシステム６００では、レーザ及びキャビティは：（例えば、検出器Ｄ２ ２５０を介して）発振器ポンピングを制御することによってキャリアエンベロープオフセット周波数を所望値に安定化させること、媒体速度制御としてレーザキャビティ長を制御する圧電変換器（ＰＺＴ）１３５並びに高速制御及びサイドバンド生成器として振幅変調器（例えば、グラフェン）を用いて、（例えば、検出器Ｄ３ ２５５を介して）ＰＤＨ法によってキャビティに繰返し率をロックすること、及び（例えば、検出器Ｄ１ ２６５を介して）繰返し率の所望値からの差をフィードバック信号として用いて、リング型圧電変換器（リングＰＺＴ）２６０を用いてキャビティ長を安定化させることによって、ともにロックされ得る。異なる組合せのアクチュエータ及びフィードバックが、必要に応じて選択され得る。例えば、グラフェンは、キャリアエンベロープオフセット周波数をロックするのに使用され得る一方で、圧電変換器は繰返し率を制御する。発振器１００ｅは、ここに記載される発振器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄのいずれかであればよく、他の任意のモードロック発振器が使用されてもよい。

他の代替例は、ＰＤＨロックに使用される変調信号を生成するためにグラフェン変調器を用いること、レーザのキャリアエンベロープオフセット周波数制御のためのポンプ電流変調を用いること、及び繰返し率を外部ＲＦ基準２８０にロックすることによってレーザの繰返し率を安定化することである。そして、レーザキャビティ長を外部キャビティにロックするのにＰＤＨロックからの出力が使用されてもよく、レーザキャビティ内に位置する圧電変換器に適用される高速制御ループが高速繰返し率制御に使用され、外部キャビティのミラーの１つに取り付けられた他の圧電変換器を介して外部キャビティ長を制御するのに低速制御ループが使用され得る。

（図６に示す２つのミラー２７０間の）ロックされた高フィネスキャビティ２６５が、低濃度ガス検出のようなアプリケーションに対して有用である。図６に示す実施例では、光が、モード整合若しくは偏波光学系又はグレーティング２５８を介してカプラ１７２ｂから高フィネスキャビティ２６５における気体に向けて方向付けられる。高フィネスキャビティ２６５における光は、例えば、気体セルを介した一回の通過よりも充分に長い時間にわたってキャビティにおける気体と相互作用して感度を向上することができる。高フィネスキャビティを介して伝送される光は、フーリエ変換分光計などの従来的な分光計２７５によって測定され得る。

図７に示す関連の実施形態では、システム７００はキャビティ２６５における気体からのスペクトルを測定するのに使用され、光学音響分光法によって測定される。光は、ここに記載する周波数コム７１０のいずれかから、又は他の任意の周波数コムから到来し得る。光学強化キャビティ２６５内の光強度は、光がキャビティなしに単に合焦された場合よりも、焦点において何倍も大きい。光音響信号は強度に比例するので、キャビティ強化光音響測定の感度は、従来の光音響システムよりも充分に高くなり得る。光音響分光法では、音響周波数で変調された光がサンプルを励起し、光音響センサ３１０、例えば、容量マイクロフォン、エレクトレットマイクロフォン、圧電センサ及び光カンチレバーを用いて検出され得る音響波をもたらす。広帯域測定では、光変調が、入力ビームをコム７１０から可変経路遅延を有する干渉計３００を通過させて、その間の可変時間遅延を有するパルス対を生成するフーリエ法によって適用され得る。干渉計遅延が走査されるにつれて、合成ビームにおける波長は異なる音響周波数で振幅変調を有することになる。サンプルと相互作用する波長は、光音響センサ３１０によって検出されるそれらの特性周波数で音響波を発生させる。そして、光音響信号（干渉計経路遅延と合成され、光基準ビームで通常は測定される）は、（例えば、コンピュータ３２０によって）フーリエ変換されてサンプルの吸収スペクトルを明らかにする。

ＯＰＯ、ＤＦＧ、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）などの周波数シフトのための追加の構成がファイバレーザの出力とキャビティの入力との間に実装されてもよく、キャビティ伝送スペクトルは好ましくは周波数シフトされた発生源のスペクトルと重なる。一実施例では、図５Ｂに示すようなシステム５５０が、キャビティの上流で使用され得る。振幅ノイズ低減回路は、含まれていても含まれていなくてもよい。追加の電気光学又は音響光学変調器が、コム発生源７１０のキャリアエンベロープオフセット周波数又は繰返し率、同様に振幅ノイズのキャビティ内又はキャビティ外制御のためにさらに実装されてもよい。

以下の特許、特許出願公開及び非特許文献が本開示に関係する。
米国特許第６７８５３０３号（‘３０３）、発明の名称「Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ， ｕｌｔｒａ−ｓｈｏｒｔ ｌｉｇｈｔ ｐｕｌｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｔｈｅｒｅｏｆ ｆｏｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ」
米国特許第６９５６８８７号（‘８８７）及び米国特許第７４５３９１３号（‘９１３）、発明の名称「Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒｓ ａｎｄ ｔｗｏ ｐｈｏｔｏｎ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｌｉｍｉｔｅｒｓ」
米国特許第７８０９２２２号（‘２２２）、発明の名称「Ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」
米国特許第８５９９４７３号（‘４７３）、発明の名称「Ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ」
米国特許第８７９２５２５号（‘５２５）、発明の名称「Ｃｏｍｐａｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｓｙｓｔｅｍｓ」
ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ２０１５／０７３２５７号（‘２５７）、２０１５年５月２１日公開、発明の名称「Ｃｏｍｐａｃｔ ｆｉｂｅｒ ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ」
Ｃ．Ｈａｉｓｃｈ他「Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ａｎａｌｙｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３、０１２００１（２０１２年）
Ｉ．Ｈａｒｔｌ、Ｌ．Ｄｏｎｇ及びＭ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ、Ｔ．Ｒ．Ｓｃｈｉｂｌｉ、Ａ．Ｏｎａｅ、Ｆ．−Ｌ．Ｈｏｎｇ、Ｈ．Ｉｎａｂａ、Ｋ．Ｍｉｎｏｓｈｉｍａ及びＨ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ、「Ｆｉｂｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、ＡＳＳＰ、ｐａｐｅｒ ＷＥ４、Ｖｉｅｎｎａ（２００５年）
Ｈｕｄｓｏｎ他、「Ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３０、ｐｐ．２９４８−２９５０（２００５年）
Ｃ．Ｃ．Ｌｅｅ、Ｃ．Ｍｏｈｒ、Ｊ．Ｂｅｔｈｇｅ、Ｓ．Ｓｕｚｕｋｉ、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ、Ｉ．Ｈａｒｔｌ及びＴ．Ｒ．Ｓｃｈｉｂｌｉ、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｇａｉｎ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｂｙ ａｎ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３７、ｐｐ．３０８４−３０８６（２０１２年）
Ｌ．Ｃ．Ｓｉｎｃｌａｉｒ、Ｉ．Ｃｏｄｄｉｎｇｔｏｎ、Ｗ．Ｃ．Ｓｗａｎｎ、Ｇ．Ｂ．Ｒｉｅｋｅｒ、Ａ．Ｈａｔｉ、Ｋ．Ｉｗａｋｕｎｉ及びＮ．Ｒ．Ｎｅｗｂｕｒｙ、「Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｌａｂ」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．２２、ｐｐ．６９９６−７００６（２０１４年）
Ｗ．Ｚｈａｎｇ他、「Ａｄｖａｎｃｅｄ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ ｐｈａｓｅ ｎｏｉｓｅ ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｂｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＵＦＦＣ ５８、９００（２０１１年）

このように、開示の種々の態様がここに記載された。これらの態様の幾つかを以下にまとめる。

第１の態様では、周波数コムシステムはＥｒソリトンレーザ及びグラフェン変調器を備え、前記Ｅｒソリトンレーザは、Ｌをキャビティ内ファイバ長として、１００００ｆｓ^２／Ｌより大きいキャビティ分散の絶対値を有することによって特徴付けられ、前記グラフェン変調器はキャリア位相制御のために構成される。

第２の態様では、周波数コムシステムはＥｒソリトンレーザ及びグラフェン変調器を備え、前記Ｅｒソリトンレーザは、Ｌをキャビティ内ファイバ長として、１００００ｆｓ^２／Ｌより大きいキャビティ分散の絶対値で特徴付けられ、前記グラフェン変調器は繰返し率制御のために構成される。

第３の態様では、周波数コムシステムはＥｒソリトンレーザ及びグラフェン変調器を備え、前記Ｅｒソリトンレーザは、Ｌをキャビティ内ファイバ長として、１００００ｆｓ^２／Ｌより大きいキャビティ分散の絶対値で特徴付けられ、前記グラフェン変調器は振幅ノイズ制御のために構成される。

第４の態様では、周波数コムシステムはＥｒソリトンレーザ及びグラフェン変調器を備え、前記Ｅｒソリトンレーザは、Ｌをキャビティ内ファイバ長として、１００００ｆｓ^２／Ｌ未満のキャビティ分散の絶対値で特徴付けられ、前記グラフェン変調器はキャリア位相制御のために構成される。

第５の態様では、周波数コムシステムはＥｒソリトンレーザ及びグラフェン変調器を備え、前記Ｅｒソリトンレーザは、Ｌをキャビティ内ファイバ長として、１００００ｆｓ^２／Ｌ未満のキャビティ分散の絶対値で特徴付けられ、前記グラフェン変調器は繰返し率制御のために構成される。

第６の態様では、周波数コムシステムはＥｒソリトンレーザ及びグラフェン変調器を備え、前記Ｅｒソリトンレーザは、Ｌをキャビティ内ファイバ長として、１００００ｆｓ^２／Ｌ未満のキャビティ分散の絶対値で特徴付けられ、前記グラフェン変調器は振幅ノイズ制御のために構成される。

第７の態様では、ファイバ周波数コムシステムは、３ｄＢ線幅Δｆ_ｃｅｏ＜１ＭＨｚのフリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数を有することによって特徴付けられ、前記ファイバ周波数コムシステムはさらにキャビティ内振幅変調器を備え、前記キャビティ内振幅変調器は前記周波数コムシステムの繰返し率制御のために構成され、前記振幅変調器は光周波数領域における周波数変調範囲Δｆ_ｏｐｔのコム線を可能とするように構成され、前記周波数変調範囲は、２０ｋＨｚよりも高い少なくとも１つの変調周波数で実現可能であり、Δｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏ／１００である。

第８の態様では、第７の態様によるファイバ周波数コムシステムがｃｗ基準レーザをさらに備え、前記周波数コムシステムがさらに、前記ｃｗ基準レーザと前記周波数コムシステムの少なくとも１つのコム線との間にうなり信号ｆ_ｂを生成するように構成され、前記振幅変調器は前記ｃｗ基準レーザへの前記コム線の高精度位相ロックのために構成される。

第９の態様では、第８の態様によるファイバ周波数コムシステムが、前記ファイバ周波数コムシステムのキャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏを検出するシステムをさらに備え、ν_ｃｗを前記基準レーザの光周波数、ｎを整数、ｆ_ｒを前記ファイバ周波数コムシステムの繰返し率として、ｆ_ｂをｆ_ｃｅｏに混合して周波数ｆ_０＝ν_ｃｗ−ｎ×ｆ_ｒのＲＦ信号を生成する。

第１０の態様では、第９の態様によるファイバ周波数コムシステムが、アクチュエータに動作可能に接続され、位相ロックループを介して外部ＲＦ周波数基準にｆ_０をロックする変調機能を与えることによって周波数ｆ_０の低位相ノイズＲＦ信号を生成することができる制御システムをさらに備える。

第１１の態様では、第８〜第１０の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムが、ｆ−２ｆ干渉計、複数の光検出器及びミキサをさらに備える。

第１２の態様では、第８〜第１１の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムにおいて、前記ｃｗ基準レーザが高フィネス光キャビティ、気体基準セル又は光原子クロックにさらにロックされている。

第１３の態様では、第７〜第１２の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムにおいて、前記振幅変調器がグラフェン変調器又は音響光学変調器を備える。

第１４の態様では、第７〜第１３の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムが、低位相ノイズＲＦ生成のために構成される。

第１５の態様では、第７〜第１４の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムが、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏ又はＰｒドープファイバの１つ又は組合せを備える。

第１６の態様では、第７〜第１５の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムにおいて、Δｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏ／１０である。

第１７の態様では、第７〜第１６の態様のいずれか１つによるファイバ周波数コムシステムにおいて、Δｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏである。

第１８の態様では、キャビティ強化光学分光システムが、モードロック発振器を備えるコム発生源、変調周波数での前記コム発生源のキャビティ内振幅変調のための高帯域幅キャビティ内変調器、光キャビティであって該光キャビティの伝送が少なくとも第１の狭いスペクトル範囲における前記コム発生源の放射スペクトルと重なるスペクトルを備える光キャビティ、前記第１の狭いスペクトル範囲においてキャビティからの反射光を検出するように構成された検出器、変調周波数からの誤差信号を生成するように構成された位相検出器又はミキサ、及び前記誤差信号に応答し、キャビティモード共振を前記コム発生源のコム周波数にロックするように構成された電子フィードバックループを備える。

第１９の態様では、第１８の態様によるキャビティ強化光学分光システムにおいて、前記キャビティ内変調器がグラフェン変調器を備える。

第２０の態様では、第１８の態様又は第１９の態様によるキャビティ強化光学分光システムにおいて、前記キャビティ内変調器が、キャビティモード間隔に前記コム発生源の繰返し率をロックするために構成される。

第２１の態様では、キャビティ強化光学分光システムが、モードロック発振器を備えるコム発生源、電子フィードバックループを介して前記コム発生源の繰返し率制御のために構成されたグラフェン変調器、及び光キャビティであって該光キャビティの伝送が少なくとも第１の狭いスペクトル範囲において前記コム発生源の放射スペクトルと重なるスペクトルを備える光キャビティを備える。

第２２の態様では、第２１の態様によるキャビティ強化光学分光システムが、前記コム発生源のキャリアエンベロープオフセット周波数の制御のために前記光キャビティの上流の音響光学又は電気光学変調器をさらに備える。

第２３の態様では、第２１の態様又は第２２の態様によるキャビティ強化光学分光システムが、前記コム発生源の出力スペクトルの周波数シフトのために少なくとも１つのＤＦＧ、ＯＰＯ又はＯＰＡ段をさらに備える。

第２４の態様では、ＤＦＧ又はＯＰＡに基づく中ＩＲファイバ発生源が、モードロックファイバ発振器と、少なくとも１つのファイバ増幅器及びファイバスーパーコンティニューム段と、前記ファイバ発振器及びファイバ増幅器をポンピングするように構成された少なくとも１つのポンプダイオードであって電流源によって駆動されるポンプダイオードとを備え、前記ファイバスーパーコンティニューム段が、ファイバスーパーコンティニューム出力とファイバ増幅器出力の少なくとも一部分との間のＤＦＧ又はＯＰＡを介して調整可能中ＩＲ出力を生成するように構成され、さらに中ＩＲ出力の振幅ノイズを低減するフィードバックループを介した振幅ノイズ低減構成を備え、前記振幅ノイズ低減構成は前記発振器又は増幅器ポンプダイオード電流の制御に基づく。

第２５の態様では、第２４の態様による中ＩＲファイバ発生源において、前記振幅ノイズ低減構成が前記モードロックファイバ発振器内部にグラフェン変調器を備える。

第２６の態様では、周波数コムシステムが、キャビティ内グラフェン変調器及びキャビティ内バルク変調器を有するファイバ発振器を備え、前記周波数コムシステムは少なくともキャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏの制御のために構成される。

第２７の態様では、第２６の態様による周波数コムシステムが、前記発振器から下流に配置された導波路変調器をさらに備える。

第２８の態様では、第２６の態様又は第２７の態様による周波数コムシステムにおいて、前記ファイバ発振器が偏波保持型である。

第２９の態様では、第２６から第２８の態様のいずれか１つによる周波数コムシステムが、前記ファイバ発振器から下流に配置されたスーパーコンティニューム生成器及びｆ−２ｆ干渉計をさらに備える。

第３０の態様では、第２６から第２９の態様のいずれか１つによる周波数コムシステムが、約１００ｋＨｚまでの周波数範囲にわたって少なくとも約１０ｄＢの位相ノイズ抑制を示す周波数コムを提供する。

いずれか又はすべての態様又は実施形態において、ここに開示されるコムレーザは、約１００ｋＨｚまでの周波数範囲にわたって少なくとも約１０ｄＢの位相ノイズ抑制を示すように構成されることができる。

いずれか又はすべての態様又は実施形態において、ここに開示されるコムレーザは、Δｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏ／１００、Δｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏ／１０、又はΔｆ_ｏｐｔ＞Δｆ_ｃｅｏとなるように構成されることができる。

いずれか又はすべての態様又は実施形態において、ここに開示されるコムレーザは、グラフェン変調器を備えることができる。グラフェン変調器は、キャリア位相制御、繰返し率制御又は振幅ノイズ制御を与えるように構成されることができる。

このように、発明が幾つかの態様及び実施形態において説明された。その態様及び実施形態は相互に排他的ではなく、１つの態様又は実施形態とともに記載された要素は、所望の設計対象を実現する適切な態様において他の態様又は実施形態と組み合わされ、再構成され、又はそこから除外され得ることが理解されるべきである。各態様又は実施形態に必須とされ又は要件とされる単一の構成又は構成のグループはない。

本発明を概説する目的のため、本発明の所定の態様、効果及び新規な特徴がここに記載される。一方、必ずしもすべてのそのような効果がいずれか特定の態様又は実施形態によって実現され得るものではないことが理解されるべきである。したがって、本発明は、ここに教示又は示唆され得るような他の効果を必ずしも実現することなく１以上の効果を実現する態様で具現化又は実施され得る。

ここで使用する「一実施形態」、「ある実施形態」又は「実施形態」との言及は、実施形態との関係で記載した特定の要素、構成、構造又は特徴が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。明細書の種々の箇所において文言「一実施形態では」とあるのは、必ずしもすべて同じ実施形態に言及するものではない。特に「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」、「ｍａｙ」、「例えば」といったここで使用される条件的文言は、特に断りがない限り、又は使用される文脈からそうでないと理解されない限り、一般に、ある構成、要素及び／又はステップを、ある実施形態は含み、他の実施形態は含まないことを伝えるものである。さらに、この出願及び添付の請求項で使用される冠詞「ａ」、「ａｎ」又は「ｔｈｅ」は、特に断りがない限り「１以上」又は「少なくとも１つの」を意味するものと解釈されるべきである。

ここで使用する用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｈａｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」又はこれらの他の活用形は、オープンエンドの用語であり、非排他的な包含に及ぶものとする。例えば、要素の列挙を備える処理、方法、物品又は装置は必ずしもそれらの要素のみに限定されず、明示的に列挙されない他の要素又はそのような処理、方法、物品若しくは装置に内在する他の要素を含み得る。また、特にそうでないと明示されない限り、「ｏｒ」とは、包括的な「又は」を意味し、排他的な「又は」を意味するものではない。例えば、Ａ又はＢは、以下の：Ａが真であり（又は存在し）かつＢが偽である（又は存在しない）、Ａが偽であり（又は存在せず）かつＢが真である（又は存在する）、又はＡ及びＢが真である（又は存在する）ことのいずれか１つによって充足される。ここで使用する項目の列挙の「少なくとも１つの」に言及する文言は、それら項目の任意の組合せのことであり、単一の要素を含む。例として、「Ａ、Ｂ又はＣの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ並びにＡ、Ｂ及びＣを含むものとする。「Ｘ、Ｙ及びＺの少なくとも１つ」のような接続的な文言は、特に断りがない限り、項目、用語などがＸ、Ｙ又はＺの少なくとも１つとなり得ることを伝えるように一般的に使用される文脈として理解される。したがって、このような接続的な文言は、一般に、ある実施形態がＸの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ及びＺの少なくとも１つが各々存在することを要件とすることを示唆するものではない。

したがって、所定の実施形態のみがここに具体的に記載されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多数の変形がなされ得ることは明らかである。さらに、頭字語は、明細書及び請求項の可読性を高めるためにのみ使用される。これらの頭字語は、使用される用語の一般性を弱めるものではないことに留意すべきであり、請求項の範囲をそこに記載される実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (20)

1. １ＭＨｚよりも狭い３ｄＢ線幅Δｆ_ｃｅｏのフリーラン・キャリアエンベロープオフセット周波数を有するファイバ周波数コムシステムであって、
   キャビティ内振幅変調器をさらに備え、該キャビティ内振幅変調器が前記ファイバ周波数コムシステムの繰返し率制御のために構成され、前記キャビティ内振幅変調器が光周波数領域において周波数変調範囲Δｆ_ｏｐｔのコム線を可能とするように構成され、前記周波数変調範囲が２０ｋＭｚよりも高い少なくとも１つの変調周波数で実現可能であり、Δｆ_ｏｐｔがΔｆ_ｃｅｏ／１００よりも大きい、ファイバ周波数コムシステム。
2. 連続波（ｃｗ）基準レーザをさらに備え、
   前記ファイバ周波数コムシステムがさらに、前記ｃｗ基準レーザと前記ファイバ周波数コムシステムの少なくとも１つのコム線との間でうなり信号ｆ_ｂを生成するように構成され、
   前記キャビティ内振幅変調器が、前記ｃｗ基準レーザへの前記コム線の高精度位相ロックのために構成された、請求項１に記載のファイバ周波数コムシステム。
3. 前記ファイバ周波数コムの前記キャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏを検出するように構成されたシステムをさらに備え、
   前記システムが、ν_ｃｗを前記基準レーザの光周波数、ｎを整数、ｆ_ｒを前記ファイバ周波数コムシステムの繰返し率として、前記うなり信号ｆ_ｂをｆ_ｃｅｏに混合して周波数ｆ_０＝ν_ｃｗ−ｎ×ｆ_ｒの無線周波数（ＲＦ）信号を生成するように構成された、請求項２に記載のファイバ周波数コムシステム。
4. アクチュエータに動作可能に接続され、少なくとも１つの位相ロックループを介して外部ＲＦ周波数基準にｆ_０をロックする変調機能を与えるように構成された制御システムをさらに備え、それにより該制御システムが、周波数ｆ_０の低位相ノイズＲＦ信号を生成するように構成された、請求項３に記載のファイバ周波数コムシステム。
5. ｆ−２ｆ干渉計、複数の光検出器及びミキサをさらに備える、請求項２から４のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
6. 前記ｃｗ基準レーザが、高フィネス光キャビティ、気体基準セル又は光原子クロックにさらにロックされるように構成された、請求項２から５のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
7. 前記キャビティ内振幅変調器が、グラフェン変調器又は音響光学変調器を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
8. 前記ファイバ周波数コムシステムが、低位相ノイズ無線周波数（ＲＦ）生成のために構成された、請求項１から７のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
9. 前記ファイバ周波数コムシステムが、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏ又はＰｒドープファイバの１つ又は組合せを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
10. Δｆ_ｏｐｔがΔｆ_ｃｅｏ／１０よりも大きい、請求項１から９のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
11. Δｆ_ｏｐｔがΔｆ_ｃｅｏよりも大きい、請求項１から１０のいずれか一項に記載のファイバ周波数コムシステム。
12. 差周波生成（ＤＦＧ）又は光学パラメトリック増幅（ＯＰＡ）に基づく中赤外（ＩＲ）ファイバ発生源であって、
    モードロックファイバ発振器と、
    ファイバ増幅器と、
    ファイバスーパーコンティニューム段と、
    前記ファイバ発振器及び前記ファイバ増幅器をポンピングするように構成されたポンプダイオードであって、ポンプダイオード電流を前記ファイバ発振器及び前記ファイバ増幅器に供給するように構成された電流源によって駆動されるように構成されたポンプダイオードと
    を備え、前記ファイバスーパーコンティニューム段が、前記ファイバスーパーコンティニューム段からの出力と前記ファイバ増幅器からの出力の少なくとも一部分との間のＤＦＧ又はＯＰＡを介して可変の中ＩＲ出力を生成するように構成され、
    さらに、
    前記可変の中ＩＲ出力の振幅ノイズを低減するフィードバックループを介した振幅ノイズ低減構成と
    を備え、前記振幅ノイズ低減構成が、前記ファイバ発振器への前記ポンプダイオード電流又は前記ファイバ増幅器への前記ポンプダイオード電流の制御に基づく、中ＩＲファイバ発生源。
13. 前記振幅ノイズ低減構成が、前記モードロックファイバ発振器内部にグラフェン変調器を備える、請求項１２に記載の中ＩＲファイバ発生源。
14. 周波数コムシステムであって、
    キャビティ内グラフェン変調器及びキャビティ内バルク変調器を有するファイバ発振器を備え、前記周波数コムシステムが、少なくともキャリアエンベロープオフセット周波数ｆ_ｃｅｏの制御のために構成される周波数コムシステム。
15. 前記ファイバ発振器から下流に配置された導波路変調器をさらに備える、請求項１４に記載の周波数コムシステム。
16. 前記ファイバ発振器が偏波保持型である、請求項１４又は１５に記載の周波数コムシステム。
17. 前記ファイバ発振器から下流に配置されたスーパーコンティニューム生成器及びｆ−２ｆ干渉計をさらに備える、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の周波数コムシステム。
18. 約１００ｋＨｚまでの周波数範囲にわたって少なくとも約１０ｄＢの位相ノイズ抑制を示す周波数コムを提供するように構成された、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の周波数コムシステム。
19. キャビティ強化光学分光システムであって、
    モードロック発振器を備えるコム発生源、
    変調周波数での前記コム発生源のキャビティ内振幅変調のための高帯域幅キャビティ内変調器、
    光キャビティであって、該光キャビティの伝送が少なくとも第１の狭いスペクトル範囲における前記コム発生源の放射スペクトルと重なるスペクトルを備える光キャビティ、
    前記第１の狭いスペクトル範囲において前記キャビティからの反射光を検出するように構成された検出器、
    前記変調周波数からの誤差信号を生成するように構成された位相検出器又はミキサ、及び
    前記誤差信号に応答し、キャビティモード共振を前記コム発生源のコム周波数にロックするように構成された電子フィードバックループ
    を備えたキャビティ強化光学分光システム。
20. キャビティ強化光学分光システムであって、
    モードロック発振器を備えるコム発生源、
    電子フィードバックループを介して前記コム発生源の繰返し率制御のために構成されたグラフェン変調器、及び
    光キャビティであって、該光キャビティの伝送が少なくとも第１の狭いスペクトル範囲において前記コム発生源の放射スペクトルと重なるスペクトルを備える光キャビティ
    を備えたキャビティ強化光学分光システム。

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