JP3749304B2

JP3749304B2 - 光周波数コム発生装置

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Publication number: JP3749304B2
Application number: JP09630896A
Authority: JP
Inventors: 誠範待鳥; 茂衣川
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2016-03-25
Also published as: JPH09258286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広帯域に光周波数基準を発生するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６に従来の光周波数コム発生装置の構成を示す。従来の光周波数コム発生装置は光周波数コム発生器１と発振器２１とから構成されていた。
所定周波数の正弦波状マイクロ波によって駆動可能な光周波数コム発生器１は、電気光学効果を利用した光位相変調器１１の両側に少なくとも１枚ずつのミラー１２ａ，１２ｂを配置して光共振器１２を構成したものである。このような光周波数コム発生器１では、入力された光が光共振器１２内を往復する時間に同期したマイクロ波を発振器２１から光位相変調器１１への駆動入力とすることで、光位相変調器１１を１回だけ通過する場合に比べ、数１０倍以上の深い位相変調をかけることができる。この結果、より高次の側帯波を強く発生させることができ、隣接した側帯波の周波数間隔ｆm は全て入力されたマイクロ波の周波数ｆm に等しくなる。従って、周波数軸上で櫛の歯状に等間隔に並んだスペクトラムを光周波数の相対的な基準とすることができる。また、入力された光の周波数νが既知であれば、各側帯波の周波数は入力されたマイクロ波の周波数に側帯波次数を乗じたものを入力された光の周波数に加えたものとなり、絶対的な光周波数基準とすることができる。
【０００３】
ところで、光周波数コム発生器が内包している光位相変調器が広帯域にわたり高い位相変調指数を維持できるものである場合、入力するマイクロ波の周波数を、入射光が光共振器内を１往復する時間の逆数（自由スペクトル域）の自然数倍にすると、光周波数コム信号を発生させることができる。通常の光周波数コム発生器では自由スペクトル域が１〜３ＧＨｚ程度であり、広帯域な位相変調器の動作周波数範囲はＤＣ〜２０ＧＨｚ程度である。従って、自由スペクトル域が２ＧＨｚである場合、駆動周波数として、２，４，６，・・・，２０ＧＨｚを選ぶことが可能である。
【０００４】
従来は、このような複数の周波数の中で特定の１つを選び、駆動信号を単一周波数のマイクロ波としてきた。なお、入力される光およびマイクロ波の電力を一定として、駆動周波数を上げると、光周波数コム信号の側帯波周波数間隔が広がるため、ほぼ周波数に比例して一定強度以上の側帯波が発生する周波数範囲は拡大する。
また、発生した側帯波は他の光源（以下、局発光源という。）からの光と合波して受光され、その受光信号（ヘテロダイン信号）の周波数から、側帯波と他の光源からの光の周波数差を検出する目的で利用される。この検出された周波数差に対応する信号は後述する光周波数オフセットロック制御に用いられ、光周波数コム発生装置の主な使途となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光周波数コム発生装置に望まれる基本的な特性は、入力される光および駆動マイクロ波の電力が一定の条件下（光位相変調器に入力できるマイクロ波の電力には限度がある。）で、一定光量以上の側帯波が発生する周波数範囲が広いことである。この観点からは、広帯域で駆動可能な光位相変調器を内蔵した光周波数コム発生器では、より高い周波数で駆動することが望ましい。
【０００６】
ところが、光周波数コム信号は、その中に含まれる側帯波と局発光源からの光とのヘテロダイン信号を利用する目的で利用されるため、駆動周波数を高くすることは、実用上、局発光源の光周波数を任意に設定する際の障害となる場合が多い。これは主に受光器の応答帯域による制限に由来する。通常、２ＧＨｚ程度まで応答する受光器は安価であり、受光信号の増幅、分周等の処理に要する電気回路も取扱いが容易で、かつ安価である。このことから、実現が容易な受光帯域の２倍である４ＧＨｚ程度以下の周波数で光周波数コム発生器を駆動することが望まれている。この場合、発生する側帯波は４ＧＨｚ程度以下の周波数間隔で等間隔に多数存在するため、各々の側帯波から±２ＧＨｚ程度の帯域で受光できれば、側帯波発生範囲の全域にわたって、局発光源の光周波数を任意に設定することができる。
【０００７】
さらに、ヘテロダイン信号に基づいて局発光源の発振周波数を制御する場合、ＧＨｚオーダまでの信号を直接扱うことの困難から、プリスケーラによって分周した信号を、基準周波数を与える信号と位相比較して制御信号を得ることが多い。このような制御方法は、ヘテロダイン信号を生成する２つの光の周波数差が、位相比較のために与えた基準周波数に分周比を乗じた周波数（オフセット周波数）に固定されるため、光周波数オフセットロック制御と呼ばれており、光周波数コム発生装置の主な使途となっている。このとき、分周後の信号速度は位相比較器を構成するロジックＩＣの動作速度で制限され（通常数１０ＭＨｚが上限である）、ヘテロダイン信号の周波数が高いほど、分周比を上げる必要がある。分周比を上げることは、ヘテロダイン信号を生成する２つの光の周波数差に対して、位相比較時の周波数分解能を落とすことになる。このため、結果的に光周波数オフセットロック制御が施された２つの光の周波数差の安定度が劣化することになる。従って、この観点からも光周波数コム信号に含まれる側帯波の周波数間隔は狭いことが望まれる。
【０００８】
ここで、側帯波発生範囲に関して典型的な数値を挙げて説明する。波長１．５５μｍ帯の半導体レーザの発振可能な帯域幅は１００ｎｍ程度に及び、エルビウム添加ファイバアンプの利得帯域でも４０ｎｍ近くであることを考えると、側帯波発生範囲は１０ｎｍ以上であることが望まれる。典型的な数値を挙げると、１２ＧＨｚ程度で駆動した場合、波長１．５５μｍの光入力１０ｍＷ、マイクロ波入力２Ｗ程度で−７０ｄＢｍ以上の側帯波発生範囲が２４ｎｍ（３ＴＨｚ）となる場合でも、駆動周波数を４ＧＨｚ程度とすると、側帯波発生範囲は約１／３の８ｎｍ（１ＴＨｚ）程度となってしまう。
【０００９】
以上述べたように、従来の光周波数コム発生装置では、光位相変調器に入力できるマイクロ波の電力に限度があることから、側帯波の周波数間隔を広げない限り、側帯波発生範囲を広げることはできず、受光帯域との関係で側帯波の周波数間隔を広げられないから、実用的な側帯波発生範囲は得られなかった。
この発明の目的は、実用上十分な狭い側帯波の周波数間隔を維持しながら、従来のものより実用にかなう広い側帯波発生範囲を得ることができる光周波数コム発生装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、広帯域で駆動可能な光位相変調器を内蔵した光周波数コム発生器に入力するマイクロ波駆動信号として、側帯波の周波数間隔と等しい周波数成分（基本周波数を有する成分）が得られるような、基本波その高調波、または高調波同士を積極的に重畳したマイクロ波を利用する。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の光周波数コム発生装置は、光位相変調器を内蔵した光共振器からなる光周波数コム発生器と、該光周波数コム発生器を駆動する駆動装置とを有し、前記駆動装置が、前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数の自然数倍の周波数成分を二つ以上出力するための高調波発生手段と、該高調波発生手段から出力された周波数成分を二つ以上含む出力信号から前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数を基本周波数とする駆動信号を得る駆動信号発生手段とを備えている。
さらに、請求項２記載の光周波数コム発生装置は、光位相変調器を内蔵した光共振器からなる光周波数コム発生器と、該光周波数コム発生器を駆動する駆動装置とを有し、前記駆動装置が、前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数の信号を発生する発振器と、該発振器の出力信号から、前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数である基本周波数成分と該基本周波数の奇数次高調波成分とからなる駆動信号を得るリミッティングアンプとを備えている。
【００１２】
【作用】
光周波数コム発生器は、共振器長が光の往復と同期してわずかに伸縮する光共振器と見なすことができる。従って、光が１往復する時間の整数倍の時間差をもって光共振器に入射した光は、通常の光共振器と同様の振る舞いをする。つまり、よく知られている通り、一定光量の単色光が常時入射されている場合、ある時刻に入射した光が１往復する際の位相推移が２πの整数倍であれば、共振を生じて、理想的には入射光量と等量の透過光が得られる。また、別の時刻に入射した光が１往復する際の位相推移が２πの整数倍からπ／（フィネス）以上離れたものであれば、透過光量は共振時の１／２以下となる。ここに、フィネスは共振時に共振器内を往復する光の平均往復回数であり、フィネスが高いほど光の往復位相推移に対する透過光量の変化は急峻となる。このように、光周波数コム発生器の動作は時間領域で観ると、一定光量の単色光から短光パルスを作り出すシャッターと見ることもできる。マイクロ波を入力しない状態で共振条件を満足している光周波数コム発生器に単一周波数のマイクロ波を入力する場合、シャッターの開閉周波数は駆動周波数の２倍であり、シャッターの開閉時間はフィネスと位相変調指数と駆動周波数の積に逆比例する。フィネスは光学的に決まる量であり、一定と考えられる。位相変調指数は電力の１／２乗に比例する。また、駆動周波数によっても変化するが、通常の広帯域で駆動可能な光位相変調器では１５ＧＨｚ程度まではほぼ一定と考えてもよい。したがって、駆動電力を一定とする場合、シャッターの開閉時間は駆動周波数に逆比例するものと考えられる。一般に時間的に短いパルスは周波数領域では幅の広いスペクトラムを有しており、周期的なパルス列は周波数領域ではパルス間隔の逆数の整数倍のみにスペクトラムをもつ（フーリエ級数に展開される）ことが知られている。つまり、シャッターの開閉時間が短いほど広範囲に強いスペクトラムを有し、駆動周波数と同じ間隔で側帯波が並ぶことになる。
【００１３】
ところで、光共振器の共振条件から光の往復位相が２π／（フィネス）以上ずれると透過光量は微少となり、共振条件から往復位相がπずれるまでの間、透過光量はほとんど減少しない。従って、光共振器をシャッターとして使用する場合、シャッターの開閉時間を短縮するには共振条件の近傍±２π／（フィネス）程度で往復位相、つまりマイクロ波電界が急変するようにすればよく、共振条件から離れた時点では任意に変化しても透過光にはほとんど影響しない。このことから、光周波数コム発生器に入力するマイクロ波駆動信号は正弦波である必要はなく、矩形波に近い形状やパルス状のものであってもよいことがわかる。むしろ、正弦波とその正弦波の振幅をリミッター等で制限した波形を考えると、側帯波発生範囲は同一で、駆動電力は振幅制限した方が少ないことがわかる。
【００１４】
より具体的に、所望の側帯波間隔と等しい周波数の基本波に対して、３次高調波を重畳した場合について、定量的な説明を加える。印加されるマイクロ波電界をＥ（ｔ）、基本波の振幅をＥ１、角周波数をω、３次高調波の振幅をＥ３とし、時刻ｔ＝０において基本波と３次高調波の初期位相は（ｓｉｎ表示で）ともに０とする。また、総電力を１とする。
Ｅ（ｔ）＝Ｅ１ｓｉｎωｔ＋Ｅ３ｓｉｎ３ωｔ ………（１）
（Ｅ１の２乗）＋（Ｅ３の２乗）＝１ ………（２）
これまでの説明で、共振条件の近傍でマイクロ波電界の時間変化率を大きくとれば、より側帯波発生範囲を広げられることを示した。そこで、ｔ＝０で共振条件が満足されているものとして、この時刻でのＥ（ｔ）の時間変化率を考えると、
Ｅ’（０）＝ω・（Ｅ１＋３・Ｅ３）（’は時間微分を示す）……（３）
となる。（２）、（３）式から、Ｅ１を消去し、ｑ＝Ｅ’（０）／ωとおくと、
ｑ＝√（１−（Ｅ３の２乗））＋３・Ｅ３ ………（４）
を得る。０≦Ｅ３≦１に注意すると、１≦ｑ≦３であることがわかる。このことは、３次高調波のみで駆動した場合、基本波のみで駆動した場合の３倍の側帯波発生範囲が得られることを示している。また、基本波と３次高調波を重畳した場合、基本波のみの場合と３次高調波のみの場合の中間的な側帯波発生範囲が得られることを示唆している。（４）式の右辺を基本波と３次高調波の電力Ｐ１、Ｐ３として書き改めると、
ｑ＝√（１−Ｐ３）＋√（３・Ｐ３） ………（５）
である。Ｐ３＝０．１、０．３として、それぞれｑを概算すると、１．９、２．５となる。このことは基本波の１／１０程度の電力の３次高調波を重畳するだけで、側帯波発生範囲は約２倍となり、大きな効果が得られることを示している。
【００１５】
なお、時間領域で考えて、基本周波数が一定でパルス幅が狭まることは、光周波数コム信号の光量が低下することを意味するが、光入力がｍＷオーダで−７０ｄＢｍ程度までの側帯波を利用する通常の使用方法では、スペクトラムが広がる効果が支配的であり、光量低下の影響は少ない。
【００１６】
また、基本波と高調波との位相差によって駆動信号波形は変化し、光周波数コム信号のスペクトラムが非対称となる場合も生じる。最も顕著な例は、基本波の１／４の電力の２次高調波を（ｓｉｎ表示で）初期位相０またはπで重畳した場合である（図５，図６）この場合、光周波数コム信号の下側帯波または上側帯波がほとんど発生しない。しかしながら、通常、光周波数コム信号の両側帯波を同時に利用することはなく、偶数次高調波が存在する場合や基本波と高調波の初期位相が０でない場合でも実用可能である。さらに光周波数コム発生器は駆動信号に対して非線形であるから、直流（バイアス）電界の影響も考慮する必要がある（図７）。しかし、バイアス電界を印加することは光共振器の往復位相を変化することと等価であるから、光周波数コム発生器の温度を変化して、共振器長を変化させても同等の効果が得られる。入射光の周波数が可変の場合には、これを変化してもよい。
【００１７】
また、基本波を含まずに２次高調波と３次高調波のみが重畳された場合、（２次の）非線形性により、出力にはその差周波である基本波成分が現れる（図１０(a),(b) ）。以上のように、高調波の混合については振幅及び初期位相に大きな自由度があるが、原則的に基本周波数に相当する側帯波が十分な強度で発生することが必要である。このため、例えば、基本波と３次高調波を１：９で混合すること等は望ましくない。
【００１８】
駆動信号の簡単な例を図８〜図１１に示す。図８は基本波に２次高調波を重畳した例であり、図９は基本波に３次高調波を重畳した例、図１０は２次高調波に３次高調波を重畳した例、図１１は基本波に２次高調波と３次高調波を重畳した例である。これらの図で実線は信号波形を、破線は信号波形の１次微分を示している。また、鎖線はバイアスを示しており、実線との交点付近で光パルスが発生する。従って、この時点の１次微分の値が、出力されるスペクトラムの広がりを示している。１次微分の正負はそれぞれ上下側帯波に対応している。また、図１２には全電力を２として、基本波と１つの高調波を重畳した場合の最大微係数を示した。当然、高次高調波ほど微係数つまりスペクトラムの広がりが大きくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の光周波数コム発生装置は、図１および図２に示すように、光周波数コム発生器１とその駆動装置（駆動信号源）２とから構成される。光周波数コム発生器１は光位相変調器１１を内蔵した光共振器であり、マイクロ波駆動信号を入力として入射した光に変調をかけ、高次までの側帯波を発生する。また、光周波数コム発生器１は特定の周波数をもつマイクロ波で駆動できるとともに、この周波数の少なくとも１つの２以上の整数倍でも駆動可能なものである。例えば、４ＧＨｚでも１２ＧＨｚでも駆動可能なもの等である。広帯域で駆動可能な光位相変調器を内蔵した光周波数コム発生器では、この条件は満足されている。これ以外に広帯域で駆動可能な光位相変調器の電極をマイクロ波共振を生じるように加工したものや、マイクロ波導波管を利用したものでも、この条件を満足するものは使用できる。
【００２０】
駆動信号源２は光周波数コム発生器１を駆動するための周期的なマイクロ波駆動信号を発生するためのものであり、光周波数コム発生器１を駆動することができる周波数成分を含むものである。例えば、４、８、１２、１６ＧＨｚで駆動可能な光周波数コム発生器に対して、所望の側帯波間隔が４ＧＨｚであるとき、通常は４ＧＨｚ成分を基本波とし、１２ＧＨｚの周波数成分（３次高調波）等を含むものを利用する。この場合、２ＧＨｚ成分を基本波とする駆動信号であっても、４、８ＧＨｚ等の周波数成分を含んでいればよいことになるが、２、６ＧＨｚ等の光周波数コム発生器の駆動に寄与しない不要な周波数成分を含むため、駆動電力一定の条件下では不利であり、実用的ではない。また、８ＧＨｚと１２ＧＨｚを重畳した信号は、その最大公約数である４ＧＨｚを基本周波数とするため利用できる。このように、駆動信号は必ずしも基本波成分を含まなくともよい。そして、重畳する高調波を複数とし、三つ以上の周波数成分を重畳するようにしてもよい。
【００２１】
このような駆動信号を発生する方法としては、基本波または高調波を重畳する方法（その構成を図１に示す。）と、基本波を歪ませる方法（その構成を図２に示す。）とがある。図１に示す構成は、第１の実施の形態であり、高調波発生手段３と駆動信号発生手段４とが分離できる構成のものである。図２に示す構成は、第２の実施の形態であり、高調波発生手段３と駆動信号発生手段４とが分離できない、一体となった構成のものである。
【００２２】
いずれの方法による場合でも、基本波のみの駆動に対して十分に有為な効果が見られるのは、駆動信号の全電力一定の条件下で、駆動信号の歪率（高調波の総電力が全電力に占める割合）が３％〜１００％（１００％は高調波に次数の異なる高調波を重畳する場合）であり、かつ、入射光の往復位相推移が２πの整数倍となる時点付近で、この位相推移の時間変化率が基本波のみの駆動に対して１．５〜５倍程度の範囲にあるときである。このような条件下では、側帯波の周波数間隔を４ＧＨｚにした場合でも、１６ｎｍ以上の側帯波発生範囲を容易に実現できる（従来は、前述のように８ｎｍ程度）。なお、位相推移の時間変化率を５倍以上に増加させても、出力される光パルスの時間幅が狭くなることによる平均出力光量の低下と、入射光が多数の側帯波に分散されることによる各側帯波の光量低下の影響が現れ、−７０ｄＢｍ以上の強度をもつ側帯波の発生範囲は僅かに増加するに過ぎず、１０倍程度以上で減少に転じる。また、側帯波の周波数間隔を４ＧＨｚとする場合、５倍以上の位相推移の時間変化率を実現するためには２０ＧＨｚ以上の高調波を扱う必要が生じ、経済的にも有効とはいえない。
【００２３】
図１３は、規格化可検出レベルをパラメータとして、往復位相変調指数とフィネスの積に対する可検出レベル以上の最高側帯波次数（つまり、有効な側帯波発生範囲）を示している。（ここではフィネスは一定と考えているから、）往復位相変調指数が増加すると出力される光パルスの幅が狭まり、スペクトラムが広がると同時に平均出力光量も低下する。このことにより、非常に深い変調がかかると一定強度以上の側帯波は減少していく。
図１４は、往復位相変調指数とフィネスの積を１００として規格化したものである。高調波を重畳して実効的に往復位相変調指数とフィネスの積を５倍以上にできたとしても、規格化可検出レベル −５５ｄＢでは、可検出最高次数は増加しない。
【００２４】
ここで、規格化可検出レベルは最大透過光量に対する受光系の検出限界光量であり、現状では、数ｍＷの入射光量に対して１〜５％程度である０．１ｍＷ（−１０ｄＢｍ）前後が最大透過光量であり、受光系の検出限界光量は−６０〜−６５ｄＢｍ程度である。従って、典型的な規格化可検出レベルは−５５ｄＢ（−６５−（−１０））程度である。また、最大透過光量は入射光量に光周波数コム発生器の最大透過率（共振ピークでの透過率）をかけた光量、受光系の検出限界光量は所定のＳＮ比（通常，２５ｄＢ前後）が得られる最小光量、往復位相変調指数は非正弦波駆動の場合は共振点通過時の傾斜に対応する実効的な値である。そして、現状の正弦波駆動では、往復位相変調指数がπ〜２π（ｒａｄ）程度である。フィネスは２０〜３０程度。従って、往復位相変調指数とフィネスの積は、６０〜１８０程度である。
【００２５】
【実施例】
ここでは光周波数コム発生器の駆動可能な周波数を２、４、６、８、１０、１２、１４、１６ＧＨｚとし、所望の側帯波間隔が４ＧＨｚである場合について説明する。これらの駆動周波数は、広帯域で駆動可能な導波路型光位相変調器を内蔵した光周波数コム発生器の典型的な値である。これ以外の場合でも、駆動信号源の実施は光周波数コム発生器の駆動可能な周波数に応じて自由に行うことできる。
【００２６】
図３に基づいて本発明の第１の実施例（第１の実施の形態に対応する。）について説明する。本実施例は４ＧＨｚ成分を基本波とし、３次高調波である１２ＧＨｚを重畳した駆動信号を光周波数コム発生器１に入力するものである。
光周波数コム発生器１は入射光に対して、駆動信号源２からの駆動信号を受けて、変調動作を行い、多数の側帯波成分を含む光周波数コム信号を発生する。駆動信号源２は、発振器２１、位相ロック発振器２２、位相シフタ２３、混合器２４および増幅器２５からなる。発振器２１は基本波である４ＧＨｚの信号を出力する。位相ロック発振器２２は、発振器２１の出力する信号の一部を参照して、その３倍の周波数をもち、かつ参照した信号と位相が同期した信号を出力する。位相シフタ２３は、最終的に得られる駆動信号に含まれる基本波と３倍波の位相差を所望の値とするために、発振器２１から混合器２４への信号経路の途中に設けられている。通常、この位相差は（１）式のように（ｓｉｎ表示で）０としておけばよい。混合器２４は、発振器２１と位相ロック発振器２２の出力に基づく信号を混合する。増幅器２５は混合器２４からの出力を増幅して、光周波数コム発生器１の駆動信号を出力する。
【００２７】
なお、駆動信号源２の内部構成には自由度が大きく、様々な形態が考えられる。例えば、位相ロック発振器２２の代わりに周波数トリプラー（一般には周波数マルチプライヤー）を用いて、逓倍出力を増幅して利用すること等である。増幅器２５の配置については、基本波と３倍波を独立に増幅した後に混合するようにしてもよい。図３に示した配置では、増幅器２５は少なくとも４ＧＨｚ、１２ＧＨｚを増幅できることが要求され、一般には広帯域アンプが使用される。しかし、基本波と３倍波を独立に増幅する場合、それぞれのアンプは狭帯域のものでもよい。
【００２８】
ここでは光周波数コム発生器１の応答帯域を１６ＧＨｚとしているため、３次高調波を重畳する実施例を示したが、２０ＧＨｚ以上の応答帯域をもつ場合には５次高調波（２０ＧＨｚ）を重畳すれば、さらに、側帯波発生範囲を拡大することができる。また、煩雑にはなるが本実施例を拡張し、複数の高調波を重畳することも可能である。
【００２９】
次に本発明の第２の実施例（第２の実施の形態に対応する。）として、駆動信号源２の部分を図４に示した。光周波数コム発生器１については、第１の実施例と同様であるため省略した。本実施例の駆動信号源２は、光周波数コム発生器１に入力する駆動信号を、４ＧＨｚ成分を基本波とし、リミッティングアンプ２６を介して発生するものである。
発振器２１は基本波である４ＧＨｚの信号を発生する。リミッティングアンプ２６は、この基本波信号を増幅しながら振幅制限するものである。さらに必要に応じて、リミッティングアンプ２６の出力を増幅器２５で増幅して、駆動信号を発生する。リミッティングアンプ２６としては、ログアンプが代表的であるが、通常のアンプを飽和させて使用することや、増幅作用はないが、リミッターを利用すること等も可能である。このようにして発生した駆動信号は台形に近い波形となり、理想的な振幅制限が行われた場合には、奇数次高調波のみを含むものとなる。
同様に考えて、リミッティングアンプ２６の代わりに、周波数トリプラーや電気信号のコム発生器のような周波数マルチプライヤーを利用して、その出力を直接増幅して駆動信号を得ることもできる。このような非線形性をもつ素子を利用した際に、基本波と高調波との位相差が問題となる場合には、主要な高調波に対して、位相シフタのような周波数分散をもつ素子や伝送路を付加して位相補償を行うことも可能である。
【００３０】
図１５に第１の実施例とほぼ同じ構成の光周波数コム発生装置を用いた実験結果を示す。図において、(a) は基本波（３．８１ＧＨｚ，２００ｍＷ）のみ、(b) は３次高調波（２５ｍＷ）のみ、(c) は基本波（３．８１ＧＨｚ，２００ｍＷ）に３次高調波（２５ｍＷ）を重畳させた重畳波、で駆動した場合の出力光スペクトラム（包絡線）を示す。この例においては、(c) の駆動電力は１．１倍強に過ぎないが、包絡線の傾斜は１．５倍程度緩やかとなっっている。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の光周波数コム発生装置は、マイクロ波駆動信号として、側帯波の周波数間隔と等しい周波数成分が得られるような、基本波その高調波、または高調波同士を積極的に重畳したマイクロ波を利用することとしたから、
実用上十分な狭い側帯波の周波数間隔を維持しながら、従来のものより実用にかなう広い側帯波発生範囲を得ることができる光周波数コム発生装置を実現することができた。
【００３２】
このことは本発明の光周波数コム発生装置を利用したシステムにおいて、ヘテロダイン信号の取扱いを容易にし、かつシステムを安価に実現できるということにつながる。また、光周波数コム発生装置が主として利用される光周波数オフセットロック制御系においては、ヘテロダイン信号を生成する２つの光の周波数差の安定度が高まることにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図５】駆動信号（マイクロ波）をｓｉｎωｔ＋（１／２）ｓｉｎ２ωｔとしたときの例であり、（ａ）は光共振器の透過率−往復位相特性を示す図、（ｂ）は重畳した波形を示す図、（ｃ）は時間軸に沿った透過光量の変化を示す図、（ｄ）は出力光のスペクトラム（包絡線）を示す図である。
【図６】駆動信号（マイクロ波）をｓｉｎωｔ−（１／２）ｓｉｎ２ωｔとしたときの例であり、（ａ）は光共振器の透過率−往復位相特性を示す図、（ｂ）は重畳した波形を示す図、（ｃ）は時間軸に沿った透過光量の変化を示す図、（ｄ）は出力光のスペクトラム（包絡線）を示す図である。
【図７】駆動信号（マイクロ波）をｓｉｎωｔ−（１／２）ｃｏｓ２ωｔとしたときの例であり、（ａ）は光共振器の透過率−往復位相特性を示す図、（ｂ）は重畳した波形を示す図、（ｃ）は時間軸に沿った透過光量の変化を示す図、（ｄ）は出力光のスペクトラム（包絡線）を示す図である。
【図８】基本波に２次高調波を重畳した駆動信号の例であり、（ａ）はｙ＝ｓｉｎｘ＋ｓｉｎ２ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図、（ｂ）はｙ＝ｓｉｎｘ−ｃｏｓ２ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図である。
【図９】基本波に３次高調波を重畳した駆動信号の例であり、（ａ）はｙ＝ｓｉｎｘ＋ｓｉｎ３ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図、（ｂ）はｙ＝ｓｉｎｘ−ｃｏｓ３ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図である。
【図１０】２次高調波に３次高調波を重畳した駆動信号の例であり、（ａ）はｙ＝ｓｉｎ２ｘ＋ｓｉｎ３ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図、（ｂ）はｙ＝ｃｏｓ２ｘ＋ｃｏｓ３ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図である。
【図１１】基本波に２次高調波および３次高調波を重畳した駆動信号の例であり、ｙ＝ｃｏｓｘ＋ｃｏｓ２ｘ＋ｃｏｓ３ｘの波形（実線）とその１次微分（点線）を示す図である。
【図１２】基本波にｎ次高調波を重畳したときの、規格化高調波電力と最大微係数との関係を示す図である。
【図１３】規格化可検出レベルをパラメータとした（往復位相変調指数）×（フィネス）とコム信号の可検出最高次数（片側）との関係を示す図である。
【図１４】規格化可検出レベルをパラメータとした（往復位相変調指数）×（フィネス）〔相対値〕とコム信号の可検出最高次数（片側）〔相対値〕との関係を示す図である。
【図１５】本発明の光周波数コム発生装置の実験結果を示す図である。
【図１６】従来の光周波数コム発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１光周波数コム発生器
２駆動装置（駆動信号源）
３高調波発生手段
４駆動信号発生手段
１１光位相変調器
１２光共振器
１２ａミラー
１２ｂミラー
２１発振器
２２位相ロック発振器
２３位相シフタ
２４混合器
２５増幅器
２６リミッティングアンプ

Claims

入射光を受けて光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生装置であって、光位相変調器を内蔵した光共振器からなる光周波数コム発生器（１）と、該光周波数コム発生器を駆動する駆動装置（２）とを有し、前記駆動装置が、前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数の自然数倍の周波数成分を二つ以上出力するための高調波発生手段（３）と、該高調波発生手段から出力された周波数成分を二つ以上含む出力信号から前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数を基本周波数とする駆動信号を得る駆動信号発生手段（４）とを含む、基本周波数の間隔でなる光周波数コム信号を出力する光周波数コム発生装置。
入射光を受けて光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生装置であって、光位相変調器を内蔵した光共振器からなる光周波数コム発生器（１）と、該光周波数コム発生器を駆動する駆動装置（２）とを有し、前記駆動装置が、前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数の信号を発生する発振器（２１）と、該発振器の出力信号から、前記光共振器の共振器長で定められる側帯波の周波数間隔と等しい周波数である基本周波数成分と該基本周波数の奇数次高調波成分とからなる駆動信号を得るリミッティングアンプ（２６）とを含む、基本周波数の間隔でなる光周波数コム信号を出力する光周波数コム発生装置。