JP3756959B2 - 光周波数コム発生器 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、周波数間隔一定のサイトバンドをもつレーザ光を発生する光周波数コム発生器に関し、特に、光位相変調器を用いた光周波数コム発生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２つのレーザ光をヘテロダイン検波させてその差周波数を測定あるいは制御する場合、その帯域は受光素子の帯域で制限され、おおむね数十ＧＨｚ程度であるので、光周波数コム発生器を用いて広帯域なヘテロダイン検波系を構築するようにしている。光周波数コム発生器は、入射したレーザ光のサイドバンドを等周波数間隔毎に数百本発生させるもので、発生されたサイドバンドの周波数安定度はもとのレーザ光のそれとほぼ同等である。そこで、このサイドバンドと他のレーザ光をヘテレドダイン検波させれば、数ＴＨｚに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することができる。
【０００３】
従来の光周波数コム発生器は、例えば図７に示すように、２枚の反射鏡３１，３２を対向させて設置してなる光共振器３３と、マイクロ波の変調信号が注入されるマイクロ波導波管３４中にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）などの電気光学結晶基板３５を設置してなるバルク型の光位相変調器３６とを備え、上記光共振器３３内を往復するレーザ光の光路上に上記光位相変調器３６を設置した構造となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の如き構造の従来の光周波数コム発生器では、次のような問題点があった。第１に、光共振器３３内を往復するレーザ光の光路上に光位相変調器３６が設置されているために、１往復当たり２回の入射損失と２回の出射損失があるので上記光共振器３３のフィネスが低下し、サイドバンドの発生効率が極めて低い。第２に、光共振器３３を構成する２枚の反射鏡３１，３２を正確に平行に保持するための保持具が必要であり、光周波数コム発生器全体が大型化する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、高効率、低コスト、無調整で精度の良好な光周波数コム発生器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光周波数コム発生器は、周波数ｆｍの変調信号を発生する発振器と、上記発振器からの変調信号に応じて、入射されたレーザ光を変調する導波路型光位相変調器と、上記導波路型光位相変調器の光入射端と光出射端に形成され、入射されたレーザ光を上記光位相変調器内部で共振させる入射端反射膜と出射端反射膜とからなり、上記導波路型光位相変調器は、レーザ光が入射される光軸に沿って光導波路が形成された電気光学結晶基板からなり、この電気光学結晶基板上に上記光導波路に沿って該光導波路上に形成された電極と上記電極を挟んで該光導波路の両側に形成された共通電極を有し、入射されたレーザ光の周波数ｆｓと、これを中心に低周波側と高周波側に変調信号の周波数ｆｍ間隔毎に発生するサイドバンドの周波数ｆｓ±ｎｆｍとが、上記光位相変調器内部における共振周波数と一致し、上記発振器から上記電極と共通電極に印加される変調信号に応じて、入射されたレーザ光を変調することにより、上記入射されたレーザ光のサイドバンドを上記変調信号の周波数ｆｍ間隔毎に発生することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光周波数コム発生器において、上記導波路型光位相変調器は、例えば、上記発振器から変調信号が光導波路の一端近傍位置において上記電極と共通電極に印加される。
【０００８】
【作用】
本発明に係る光周波数コム発生器では、入射端反射膜と出射端反射膜が光入射端と光出射端に形成された光位相変調器自身が光共振器として機能する。また、導波路型光位相変調器は、変調信号による電界を導波路に集中させることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明に係る光周波数コム発生器の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る光周波数コム発生器１０を用いて構築したヘテロダイン検波系を示すブロックである。このヘテロダイン検波系は、ヘテロダイン検波用のレーザ光を出射する第１のレーザ光源１と、被測定用のレーザ光を出射する第２のレーザ光源１と、上記第１のレーザ光源１からのヘテロダイン検波用のレーザ光が入射される光周波数コム発生器１０と、上記光周波数コム発生器１０で発生された光周波数コムと上記第２のレーザ光源２からの被測定用のレーザ光とを混合する光学系３と、この光学系３により混合されたレーザ光を受光する光検出器４とからなり、ヘテロダイン検波出力として上記光周波数コムと被測定用のレーザ光の差周波数成分を上記光検出器４から出力する。
【００１１】
上記光周波数コム発生器１０は、本発明に係る光周波数コム発生器であって、発振器１１からの周波数ｆｍの変調信号に応じて、入射されたレーザ光の位相を変調する導波路型光位相変調器１２を備える。
【００１２】
上記導波路型光位相変調器１２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）などの電気光学結晶基板１３からなる。この基板１３には、光軸に沿って導波路１４が形成されているとともに、上記光軸に沿って上記導波路１４上と該導波路１４の両側に電極１５，１６が形成されている。また、上記基板１３には、上記光軸に対して垂直な光入射端と光出射端にクロム，金，アルミニウムあるいは誘電体多層膜などを蒸着することにより、入射端反射膜１７と出射端反射膜１８が形成されている。
【００１３】
このような構造の導波路型光位相変調器１２において、上記入射端反射膜１７と出射端反射膜１８は、該入射端反射膜１７を介して入射端から導波路１４に入射されたレーザ光を該導波路１４内部で共振させるファブリペロエタロンを構成している。
【００１４】
そして、この導波路型光位相変調器１２では、上記発振器１１からの周波数ｆｍの変調信号が上記電極１５，１６に印加され、上記変調信号の応じた電界が上記導波路１４に印加されることにより、上記入射端から上記導波路１４に入射されたレーザ光の位相を上記変調信号に応じて変調する。しかも、上記導波路型光位相変調器１２では、変調信号による電界を導波路１４に集中させて、極めて小さな変調所要電力で効率良くレーザ光の位相を変調することができる。
【００１５】
このような構成の光周波数コム発生器では、図３に示すような周波数ｆｓのレーザ光を上記導波路型光位相変調器１２に入射することにより、図４に示すように、上記レーザ光の周波数ｆｓを中心に低周波側と高周波側に上記変調信号の周波数ｆｍ間隔毎にサイドバンドｆｓ±ｎｆｍが発生する。
【００１６】
ここで、変調周波数ｆｍを５．８ＧＨｚとして、本発明に係る光周波数コム発生器１０が出射したレーザ光と従来の光周波数コム発生器が出射したレーザ光のサイドバンドのエンベロープを光スペクトルアナライザで実測して比較した結果を図５に示してある。従来の光周波数コム発生器では、サイドバンドのエンベロープの幅が３２ｎｍで４ＴＨｚまで広がった光周波数コムを発生していたのに対し、本発明に係る光周波数コム発生器１０では、サイドバンドのエンベロープの幅が４８ｎｍで６．１ＴＨｚまで広がった光周波数コムを発生することができた。
【００１７】
従って、本発明に係る光周波数コム発生器１０を用いることにより、サイドバンドの光強度が増し、より広帯域でＳ／Ｎの高いヘテロダイン検波系を構築することができる。
【００１８】
なお、上述の実施例では、導波路型光位相変調器１２を用いて光周波数コム発生器１０を構成したが、図６に示すように、バルク型の光位相変調器２２を用いて光周波数コム発生器２０を構成することもできる。
【００１９】
この光周波数コム発生器２０は、光入射端と光出射端に入射端反射膜２７と出射端反射膜２８が形成されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）などの電気光学結晶基板２３をマイクロ波導波管２９中に設置して成るバルク型の光位相変調器２２を備える。上記入射端反射膜２７と出射端反射膜２８は、該入射端反射膜２７を介して入射端から上記電気光学結晶基板２３に入射されたレーザ光を該基板２４内部で共振させるファブリペロエタロンを構成している。そして、このバルク型の光位相変調器２２では、発振器２１からマイクロ波の変調信号が上記マイクロ波導波管２９内に注入されることにより、入射されたレーザ光の位相を上記変調信号に応じて変調する。これにより、上記レーザ光の周波数ｆｓを中心に低周波側と高周波側に上記変調信号の周波数ｆｍ間隔毎にサイドバンドｆｓ±ｎｆｍを発生する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係る光周波数コム発生器では、光位相変調器の光入射端と光出射端に入射端反射膜と出射端反射膜を形成したことにより、光位相変調器自身が光共振器として機能するので、高効率、低コスト、無調整で精度の良好な光周波数コム発生器を実現することができる。さらに、上記光位相変調器として導波路型光位相変調器を用いることにより、上記導波路型光位相変調器において、変調信号による電界を導波路に集中させて、極めて小さな変調所要電力で効率良くレーザ光の位相を変調することができる。
【００２１】
従って、本発明に係る光周波数コム発生器では、サイドバンドの光強度が増し、より広帯域でＳ／Ｎの高いヘテロダイン検波系を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光周波数コム発生器を用いて構築したヘテロダイン検波系を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光周波数コム発生器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】上記光周波数コム発生器に入射されるレーザ光のスペクトル図である。
【図４】上記光周波数コム発生器により発生した光周波数コムのスペクトル図である。
【図５】本発明に係る光周波数コム発生器が出射したレーザ光と従来の光周波数コム発生器が出射したレーザ光のサイドバンドのエンベロープを光スペクトルアナライザで実測した結果を示す特性特性線図である。
【図６】本発明に係る光周波数コム発生器の他の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】従来の光周波数コム発生器の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０・・・・・光周波数コム発生器
１１，２１・・・・・発振器
１２，２２・・・・・光位相変調器
１３，２３・・・・・電気光学結晶基板
１４・・・・・・・・導波路
１７，２７・・・・・入射反射膜
１８，２８・・・・・出射反射膜
２９・・・・・・・・マイクロ波導波管
Claims (2)
- 周波数ｆｍの変調信号を発生する発振器と、
上記発振器からの変調信号に応じて、入射されたレーザ光を変調する導波路型光位相変調器と、
上記導波路型光位相変調器の光入射端と光出射端に形成され、入射されたレーザ光を上記光位相変調器内部で共振させる入射端反射膜と出射端反射膜とからなり、
上記導波路型光位相変調器は、レーザ光が入射される光軸に沿って光導波路が形成された電気光学結晶基板からなり、この電気光学結晶基板上に上記光導波路に沿って該光導波路上に形成された電極と上記電極を挟んで該光導波路の両側に形成された共通電極を有し、入射されたレーザ光の周波数ｆｓと、これを中心に低周波側と高周波側に変調信号の周波数ｆｍ間隔毎に発生するサイドバンドの周波数ｆｓ±ｎｆｍとが、上記光位相変調器内部における共振周波数と一致し、上記発振器から上記電極と共通電極に印加される変調信号に応じて、入射されたレーザ光を変調することにより、上記入射されたレーザ光のサイドバンドを上記変調信号の周波数ｆｍ間隔毎に発生することを特徴とする光周波数コム発生器。 - 上記導波路型光位相変調器は、上記発振器から変調信号が光導波路の一端近傍位置において上記電極と共通電極に印加されることを特徴とする請求項１記載の光周波数コム発生器。
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