JP3805555B2 - Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator - Google Patents

Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator Download PDF

Info

Publication number
JP3805555B2
JP3805555B2 JP08478999A JP8478999A JP3805555B2 JP 3805555 B2 JP3805555 B2 JP 3805555B2 JP 08478999 A JP08478999 A JP 08478999A JP 8478999 A JP8478999 A JP 8478999A JP 3805555 B2 JP3805555 B2 JP 3805555B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
frequency comb
component
laser light
optical frequency
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP08478999A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000275107A5 (en
JP2000275107A (en
Inventor
元伸 興梠
元一 大津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanagawa Academy of Science and Technology
Original Assignee
Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanagawa Academy of Science and Technology filed Critical Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority to JP08478999A priority Critical patent/JP3805555B2/en
Publication of JP2000275107A publication Critical patent/JP2000275107A/en
Publication of JP2000275107A5 publication Critical patent/JP2000275107A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3805555B2 publication Critical patent/JP3805555B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数間隔一定の側帯波をもつレーザ光からなる光周波数コムを利用したレーザ周波数測定方法、レーザ周波数制御方法、レーザ周波数測定装置及びレーザ光発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、2つのレーザ光をヘテロダイン検波し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側帯波を等周波数間隔毎に数百本発生させるもので、発生される側帯波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、この側帯波と被測定レーザ光をヘテロダイン検波することにより、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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、光周波数コムと被測定レーザ光をヘテロダイン検波してその差周波数を測定あるいは制御する場合、コムの1つのモード(サイドバンド)と被測定レーザ光とで直接ビート発生を行いビート測定していたために、コムのサイドバンドパワーでSN比が決定していた。サイドバンドパワーはコムの中心周波数から離れるに従って減少する傾向にあるので、コムのパワーが小さい場合にSN比が低くなり十分な測定精度を確保することができなくなってしまうという問題点があった。
【0004】
本発明の目的は、このような従来の問題点に鑑み、光周波数コムと被測定レーザ光をヘテロダイン検波してその差周波数を測定あるいは制御するに当たり、SN比を改善して十分な測定精度を確保し、広範囲に亘ってレーザ周波数を測定あるいは制御することができるようにしたレーザ周波数測定方法、レーザ周波数制御方法、レーザ周波数測定装置及びレーザ光発生装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ周波数測定方法は、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出し、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ周波数測定方法は、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るとともに、上記光周波数コムから第2の非線形光学結晶素子を介して光第2高調波発生により光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合し、その混合光から上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出し、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とする。
本発明に係るレーザ周波数測定方法において、上記第2の光周波数コム成分は、例えば、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分である。
また、本発明に係るレーザ周波数測定方法では、例えば、上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方のレーザ光を基準として、検出された上記ヘテロダイン成分に基づいて、他方のレーザ光の周波数を測定する。
【0006】
本発明に係るレーザ周波数制御方法は、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出し、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように帰還制御することを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ周波数制御方法は、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るとともに、第2の非線形光学結晶素子を介して光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合し、その混合光から上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出し、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように帰還制御することを特徴とする。
本発明に係るレーザ周波数制御方法において、上記第2の光周波数コム成分は、例えば、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分である。
【0007】
本発明に係るレーザ周波数測定装置は、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、上記光周波数コム発生手段により生成された光周波数コムと第2のレーザ光とを混合する光学系と、上記光学系により混合された上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光が入射される非線形光学結晶素子と、上記非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段とを備え、上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ周波数測定装置は、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムと第2のレーザ光とを混合する第1の光学系と、上記第1の光学系により混合された上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光が入射される第1の非線形光学結晶素子と、上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムが入射される第2の非線形光学結晶素子と、上記第1の非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記第2の非線形光学結晶素子を介して得られる光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合する第2の光学系と、上記第2の光学系により混合された上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段と、上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とする。
本発明に係るレーザ周波数測定装置において、上記第2の光周波数コム成分は、例えば、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分である。
また、本発明に係るレーザ周波数測定装置では、例えば、上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方のレーザ光を基準として、上記ヘテロダイン検波手段により検出された上記ヘテロダイン成分に基づいて、他方のレーザ光の周波数を測定する。
【0008】
本発明に係るレーザ光発生装置は、第1のレーザ光を出射する第1のレーザ光源と、上記第1のレーザ光源から出射された第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、第2のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、上記光周波数コム発生手段により生成された光周波数コムと上記第2のレーザ光源から出射された第2のレーザ光とを混合する光学系と、上記光学系により混合された上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光が入射される非線形光学結晶素子と、上記非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段と、上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように上記第1のレーザ光源と第2のレーザ光源の一方を帰還制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ光発生装置は、第1のレーザ光を出射する第1のレーザ光源と、上記第1のレーザ光源から出射された第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、第2のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムと第2のレーザ光とを混合する第1の光学系と、上記第1の光学系により混合された上記光周波数コムと上記第2のレーザ光源から出射された第2のレーザ光の混合光が入射される第1の非線形光学結晶素子と、上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムが入射される第2の非線形光学結晶素子と、上記第1の非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記第2の非線形光学結晶素子を介して得られる光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合する第2の光学系と、上記第2の光学系により混合された上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段と、上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように上記第1のレーザ光源と第2のレーザ光源の一方を帰還制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係るレーザ光発生装置において、上記第2の光周波数コム成分は、例えば、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0010】
本発明は、例えば図1に示すような構成のレーザ周波数測定システム100に適用される。
【0011】
この図1に示したレーザ周波数測定システム100は、基準レーザ光を出射する第1のレーザ光源110と、この第1のレーザ光源110から出射された基準レーザ光が入射される光周波数コム発生器120と、被測定レーザ光を出射する第2のレーザ光源130と、上記光周波数コム発生器120により発生された光周波数コムと上記第2のレーザ光源130から出射された被測定レーザ光とを混合する光学系140と、この光学系140により混合されたレーザ光が入射される非線形光学結晶素子150と、この非線形光学結晶素子50から出射されたレーザ光を受光する光検出器160と、この光検出器160による検出出力が供給される周波数測定器170とからなる。
【0012】
このレーザ周波数測定システム100において、上記光学系140により混合されたレーザ光が入射される非線形光学結晶素子150から出射されるレーザ光には、上記光学系140により混合されたレーザ光すなわち光周波数コムと被測定レーザ光との和周波数成分と、光第2高調波発生(SHG)による光第2高調波成分が含まれる。
【0013】
そして、上記周波数測定器170では、上記非線形光学結晶素子150から出射されたレーザ光を受光する光検出器160による検出出力に基づいて、上記被測定レーザ光と光周波数コムの和周波数成分と光第2高調波発生(SHG)による光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出することにより、上記被測定レーザ光の周波数を測定する。
【0014】
このレーザ周波数測定システム100において、上記第1のレーザ光源110には、例えば波長が1.548μmの基準レーザ光を出射するレーザダイオードを用いた。上記光周波数コム発生器120は、上記第1のレーザ光源110から出射された基準レーザ光の周波数を中心に低周波数側と高周波数側に周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する。上記光周波数コム発生器120としては、結合空洞共振器型光周波数コム発生器(CC_OFCG: Coupled Cavity Optical Frequency Comb Generator)や例えば特開平7−58386号公報に記載されているような導波路型光位相変調器を用いた光周波数コム発生器を使用することができる。
【0015】
このレーザ周波数測定システム100では、上記光周波数コム発生器120により発生された帯域10THz、平均パワー0.4mW、パルス幅1psの光周波数コムを帯域幅が4.5THzのファイバー増幅器21により平均パワー180mWまで増幅して光学系140に入射するようにしてある。
【0016】
また、上記第2のレーザ光源130が出射する被測定レーザ光は波長が1.528μmで平均パワー15mWとした。したがって、基準レーザ光と被測定レーザ光の間の差周波数(δν)は2.4THzとなっている。
【0017】
また、このレーザ周波数測定システム100では、上記非線形光学結晶素子150として周期的に分極反転されたニオブ酸リチウムPPLN(periodically poled lithium niobate)結晶が用いられており、1.552μm付近の波長に対する光第2高調波に位相整合させている。ここで、上記非線形光学結晶素子150によるSHGの中心周波数に対応する波長0.776μmは、1.528μmの被測定レーザ光と光周波数コムの1.576μm付近の成分の和周波数成分の波長にも対応している。
【0018】
ここで、上記光学系140により被測定レーザ光と光周波数コムを混合したレーザ光を分解能が0.1nmの光スペクトラムアナライザにより観測した結果を図2に示してある。この図2から明らかなように、上記ファイバー増幅器121により増幅された光周波数コムは、上記ファイバー増幅器121のカットオフにより帯域制限され、1.528μm帯域では減衰してしまっている。
【0019】
また、上記非線形光学結晶素子150から出射されたレーザ光を分解能が0.1nmの光スペクトラムアナライザにより観測した結果を図3に示してある。
【0020】
図3において、(A)は上記第2のレーザ光源130をオフにしたときに上記非線形光学結晶素子150から出射されたSHG光周波数コムのスペクトラムを示し、(B)は、上記第2のレーザ光源130をオンにしたときに上記非線形光学結晶素子150から出射されたSHG光周波数コムのスペクトラムを示している。
【0021】
この図3から明らかなように、(A)は上記第2のレーザ光源130をオフにしたときに上記非線形光学結晶素子150から出射されたSHG光周波数コムのスペクトラム(A)よりも、上記第2のレーザ光源130をオンにしたときに上記非線形光学結晶素子150から出射されたSHG光周波数コムのスペクトラム(B)の方が、範囲が広いとともにパワーが大きい。
【0022】
このように、SHGの中心周波数を1.552μm付近の波長に設定したPPLN結晶を上記非線形光学結晶素子150として用いることにより、光周波数コムの1.576μm付近の成分と1.528μmの被測定レーザ光の和周波数と光周波数コムの1.552μm付近の成分のSHGを1つのの結晶で行うことができる。そして、上記光周波数コムの1.576μm付近の成分と1.528μmの被測定レーザ光の和周波数と光周波数コムの1.552μm付近の成分のSHG成分は共に0.776μmの波長帯域で重なるために、その両者のヘテロダイン(ビート)成分を上記光検出器160による検出出力に基づいて検出することができる。
【0023】
ここで、被測定レーザ光と光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分を分解能1MHz、スパン100MHzの無線周波数スペクトラムアナライザにより観測した結果を図4に示してある。
【0024】
図4において、(A)は上記光学系140により光周波数コムと被測定レーザ光を混合したレーザ光をゲルマニウムピン(Ge−PIN)フォトダイオードで検出し、その検出出力に基づいて観測した被測定レーザ光と光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分のスペクトラムを示し、(B)は上記非線形光学結晶素子150からの出射光をシリコンアバランシェフォトダイオード(Si−APD)で検出し、その検出出力に基づいて観測した上記被測定レーザ光と光周波数コムを混合した和周波数の光周波数コムとSHG光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分のスペクトラムを示している。
【0025】
この図4から明らかなように、上記光検出器160による検出出力に基づいて上記被測定レーザ光と光周波数コムを混合した和周波数の光周波数コムとSHG光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分を検出することにより、SN比を5dB程度改善することができた。
【0026】
すなわち、上記被測定レーザ光と光周波数コムを混合した和周波数の光周波数コムとSHG光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分は、位相が揃っているので、高いSN比で検出することができる。なお、このレーザ周波数測定システム100では、上記非線形光学結晶素子150として用いる非線形光学結晶を選択したり、レーザパワーを上げることによりさらに高いSN比で検出することが可能となる。
【0027】
このレーザ周波数測定システム100のように、基準レーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと被測定レーザ光との光混合により得られる上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と、上記光周波数コムから光第2高調波発生により得られる光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出することにより、高いSN比でヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記被測定レーザ光の周波数を高い測定精度を確保して広範囲に亘って測定することができる。
【0028】
ここで、上記レーザ周波数測定システム100では、第1のレーザ光源110から出射される基準レーザ光に基づいて光周波数コム発生120により光周波数コムを発生し、第2のレーザ光源130から出射される被測定レーザ光の周波数を測定するようにしたが、ヘテロダイン成分の検出による周波数測定は相対的な周波数測定であるから、第1のレーザ光源110と第2のレーザ光源130を置き換えて、被測定レーザ光に基づいて光周波数コム発生120により光周波数コムを発生するようにしてもよい。
【0029】
また、上記レーザ周波数測定システム100では、第1のレーザ光源110と第2のレーザ光源130を用いてヘテロダイン成分の検出による周波数測定を行ったが、3個のレーザ光源を用い、そのうちの1つから出射される基準レーザ光に基づいて他の2個のレーザ光源から出射されるレーザ光の差周波数を測定する等の変形も可能である。
【0030】
また、上記レーザ周波数測定システム100では、上記光学系140を介して光周波数コムと被測定レーザ光を混合したレーザ光が入射される上記非線形光学結晶素子150により、上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るようにしたが、図5に示すレーザ周波数測定システム100Aのように、上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を個別の非線形光学結晶素子150A,150Bにより得るようにすることもできる。
【0031】
すなわち、図5に示すレーザ周波数測定システム100Aでは、第1のレーザ光源110から出射された基準レーザ光に基づいて光周波数コム発生器120により周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コム発生器120により発生された光周波数コムと第2のレーザ光源130から出射された被測定レーザ光を第1の光学系140Aを混合し、この第1の光学系140Aにより混合されたレーザ光から第1の非線形光学結晶素子150Aにより上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分を得るとともに、第2の非線形光学結晶素子150Bにより上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分を第2の光学系140Bにより混合するようになっている。そして、周波数測定器170は、上記第2の光学系140Bから出射される混合光を受光する光検出器160による検出出力に基づいて、上記被測定レーザ光と光周波数コムの和周波数成分と、光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出することにより、上記被測定レーザ光の周波数を測定する。
【0032】
このレーザ周波数測定システム100Aでは、上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分を得るため第1の非線形光学結晶素子150Aと、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るため第2の非線形光学結晶素子150Bの特性を個別に最適化することができるので、ヘテロダイン成分のSN比をさらに高くすることができる。
【0033】
また、本発明は、例えば図6に示すような構成のレーザ光発生装置200に適用される。
【0034】
この図6に示したレーザ光発生装置200は、基準レーザ光を出射する第1のレーザ光源210と、この第1のレーザ光源210から出射された基準レーザ光が入射される光周波数コム発生器220と、被制御レーザ光を出射する第2のレーザ光源230と、上記光周波数コム発生器220により発生された光周波数コムと上記第2のレーザ光源230から出射された被制御レーザ光とを混合する光学系240と、この光学系240により混合されたレーザ光が入射される非線形光学結晶素子250と、この非線形光学結晶素子250から出射されたレーザ光を受光する光検出器260と、この光検出器260による検出出力に基づいて上記第2のレーザ光源230を制御する制御装置270とからなる。
【0035】
このレーザ光発生装置200において、光周波数コム発生器220は、第1のレーザ光源210から出射された基準レーザ光の周波数を中心に低周波数側と高周波数側に周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する。また、光学系240は、上記光周波数コム発生器220により発生された光周波数コムと上記第2のレーザ光源230から出射された被制御レーザ光とを混合し、その混合光を光第2高調波発生(SHG)用の非線形光学結晶素子250に供給する。また、上記非線形光学結晶素子250は、上記光学系240を介して供給される光周波数コムと被制御レーザ光の混合光を入射光とし、基準レーザ光と被制御レーザ光の波長の中間の周波数に中心周波数を設定した光第2高調波発生(SHG)を行う。そして、制御装置270は、この非線形光学結晶素子250から出射されたレーザ光を受光する光検出器260による検出出力に基づいて、上記レーザ光に含まれる上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と上記非線形光学結晶素子250による光第2高調波発生により得られる光第2高調波成分のヘテロダイン(ビート)成分を検出し、その検出出力を上記第2のレーザ光源230に帰還することにより、上記第2のレーザ光源230が出射する被制御レーザ光の周波数を上記光周波数コムにより与えられる目的の周波数にロックする制御を行う。
【0036】
このレーザ光発生装置200のように、基準レーザ光の周波数を中心に低周波数側と高周波数側に周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムと被制御レーザ光とを混合し、上記光周波数コムと被制御レーザ光との混合光から光第2高調波発生により得られる光第2高調波成分と、上記混合光に含まれる上記光周波数コムと被制御レーザ光の和周波数成分とのヘテロダイン成分を検出し、高いSN比でヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力を帰還して被制御レーザ光の周波数を制御することにより、被制御レーザ光の周波数を広範囲に亘って高精度に制御することができる。したがって、このレーザ光発生装置200では、広い周波数範囲に亘って極めて安定した被制御レーザ光を発生することができる。
【0037】
ここで、上記レーザ光発生装置200では、第1のレーザ光源210から出射される基準レーザ光に基づいて光周波数コム発生220により光周波数コムを発生し、第2のレーザ光源230から出射される被制御レーザ光の周波数を制御するようにしたが、ヘテロダイン成分の検出による周波数制御は相対的制御であるから、第1のレーザ光源210と第2のレーザ光源230を置き換えて、被測定レーザ光に基づいて光周波数コム発生220により光周波数コムを発生するようにしてもよい。
【0038】
また、上記レーザ光発生装置200では、上記光学系240を介して光周波数コムと被制御レーザ光を混合したレーザ光が入射される上記非線形光学結晶素子250により、上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るようにしたが、上記光周波数コムと被測定レーザ光の和周波数成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を個別の非線形光学結晶素子により得るようにしてもよい。各非線形光学結晶素子を個別に最適化することにより、ヘテロダイン成分のSN比をさらに高くすることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ周波数測定方法では、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出するので、高いSN比で上記ヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を広範囲に亘って高い測定精度を確保して測定することができる。
また、本発明に係るレーザ周波数測定方法では、第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るとともに、上記光周波数コムから第2の非線形光学結晶素子を介して光第2高調波発生により光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出するので、高いSN比で上記ヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を広範囲に亘って高い測定精度を確保して測定することができる。そして、このレーザ周波数測定方法では、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るため第1の非線形光学結晶素子と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るため第2の非線形光学結晶素子の特性を個別に最適化することができるので、ヘテロダイン成分のSN比をさらに高くすることができる。
そして、本発明に係るレーザ周波数測定方法では、例えば、上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方のレーザ光を基準として、上記ヘテロダイン検波手段により検出された上記ヘテロダイン成分に基づいて、高い測定精度を確保して他方のレーザ光の周波数を広範囲に亘って測定することができる。
【0040】
本発明に係るレーザ周波数制御方法では、第1のレーザ光から生成した光周波数コムと第2のレーザ光の混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出するので、高いSN比で上記ヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように帰還制御することにより、上記差周波数を広範囲に亘って高精度に制御することができる。
また、本発明に係るレーザ周波数制御方法では、第1のレーザ光から生成した光周波数コムと第2のレーザ光の混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るとともに、第2の非線形光学結晶素子を介して光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出するので、高いSN比でヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように帰還制御することにより、上記差周波数を広範囲に亘って高精度に制御することができる。さらに、このレーザ周波数制御方法では、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るため第1の非線形光学結晶素子と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るため第2の非線形光学結晶素子の特性を個別に最適化することができるので、ヘテロダイン成分のSN比をさらに高くすることができる。
【0041】
本発明に係るレーザ周波数測定装置では、光周波数コム発生手段により第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光との混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分をヘテロダイン検波手段により検出するので、高いSN比で上記ヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を広範囲に亘って高い測定精度を確保して測定することができる。
また、本発明に係るレーザ周波数測定装置では、光周波数コム発生手段により第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、第2の非線形光学結晶素子を介して得られる光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分をヘテロダイン検波手段により検出するので、高いSN比で上記ヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記差周波数を広範囲に亘って高い測定精度を確保して測定することができる。さらに、このレーザ周波数測定方法では、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るため第1の非線形光学結晶素子と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るため第2の非線形光学結晶素子の特性を個別に最適化することができるので、ヘテロダイン成分のSN比をさらに高くすることができる。
そして、本発明に係るレーザ周波数測定装置では、例えば、上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方のレーザ光を基準として、上記ヘテロダイン検波手段により検出された上記ヘテロダイン成分に基づいて、高い測定精度を確保して他方のレーザ光の周波数を広範囲に亘って測定することができる。
【0042】
本発明に係るレーザ光発生装置では、光周波数コム発生手段により第1のレーザ光源から出射された第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コム発生手段により生成された光周波数コムと上記第2のレーザ光源から出射された第2のレーザ光の混合光から、1つの非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分をヘテロダイン検波手段により検出するので、高いSN比でヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、制御手段により上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように広い周波数範囲に亘って極めて安定に帰還制御することができる。
また、本発明に係るレーザ光発生装置では、光周波数コム発生手段により第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、第2の非線形光学結晶素子を介して得られる光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分をヘテロダイン検波手段により検出するので、高いSN比で上記ヘテロダイン成分を検出することができ、上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、制御手段により上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように広い周波数範囲に亘って極めて安定に帰還制御することができる。さらにこのレーザ光発生装置では、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るため第1の非線形光学結晶素子と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得るため第2の非線形光学結晶素子の特性を個別に最適化することができるので、ヘテロダイン成分のSN比をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したレーザ周波数測定システムの構成を示すブロック図である。
【図2】上記レーザ周波数測定システムおいて被測定レーザ光と光周波数コムを混合したレーザ光を分解能が0.1nmの光スペクトラムアナライザにより観測した結果を示す図である。
【図3】上記レーザ周波数測定システムおいて、非線形光学結晶素子から出射されたレーザ光を分解能が0.1nmの光スペクトラムアナライザにより観測した結果を示す図であり、(A)は第2のレーザ光源をオフにしたときに上記非線形光学結晶素子から出射されたSHG光周波数コムのスペクトラムを示し、(B)は、上記第2のレーザ光源をオンにしたときに上記非線形光学結晶素子から出射されたSHG光周波数コムのスペクトラムを示している。
【図4】上記レーザ周波数測定システムおいて、被測定レーザ光と光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分を分解能1MHz、スパン100MHzの無線周波数スペクトラムアナライザにより観測した結果を示す図であり、(A)は被測定レーザ光と光周波数コムを混合したレーザ光に含まれる被制御レーザ光と光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分のスペクトラムを示し、(B)は非線形光学結晶素子から出射されたレーザ光に含まれる上記被測定レーザ光と光周波数コムを混合した和周波数の光周波数コムとSHG光周波数コムのヘテロダイン(ビート)成分のスペクトラムを示している。
【図5】本発明を適用したレーザ周波数測定システムの他の構成例を示すブロック図である。
【図6】本発明を適用したレーザ光発生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
100,100A レーザ周波数測定システム、110 第1のレーザ光源、120 光周波数コム発生器、121 ファイバー増幅器、130 第2のレーザ光源、140,140A,140B 光学系、150,150A,150B 非線形光学結晶素子、160 光検出器、170 周波数測定器、 200 レーザ光発生装置、210 第1のレーザ光源、220 光周波数コム発生器、230 第2のレーザ光源、240 光学系、250 非線形光学結晶素子と260 光検出器、270 制御装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser frequency measurement method, a laser frequency control method, a laser frequency measurement device, and a laser light generation device using an optical frequency comb composed of laser light having sidebands with a constant frequency interval.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when heterodyne detection is performed on two laser beams and the difference frequency is measured or controlled, the band is limited by the band of the light receiving element and is generally about several tens of GHz. Therefore, an optical frequency comb generator is used. A wideband heterodyne detection system is constructed. The optical frequency comb generator generates several hundred sidebands of incident laser light at equal frequency intervals, and the frequency stability of the generated sideband is almost the same as that of the original laser light. Therefore, by performing heterodyne detection on the sideband and laser light to be measured, a wideband heterodyne detection system extending over several THz can be constructed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, conventionally, when heterodyne detection of the optical frequency comb and the laser beam to be measured is performed to measure or control the difference frequency, beat measurement is performed by directly generating a beat with one mode (sideband) of the comb and the laser beam to be measured. Therefore, the signal-to-noise ratio was determined by the sideband power of Com. Since the sideband power tends to decrease with increasing distance from the center frequency of the comb, there has been a problem that when the power of the comb is small, the SN ratio becomes low and sufficient measurement accuracy cannot be secured.
[0004]
In view of such conventional problems, the object of the present invention is to improve the S / N ratio and provide sufficient measurement accuracy in heterodyne detection of the optical frequency comb and the measured laser beam and measuring or controlling the difference frequency. It is an object of the present invention to provide a laser frequency measurement method, a laser frequency control method, a laser frequency measurement device, and a laser light generation device that are secured and capable of measuring or controlling a laser frequency over a wide range.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The laser frequency measurement method according to the present invention generates an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser light, and mixes the optical frequency comb with the second laser light. Then, a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb and an optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained from the mixed light through one nonlinear optical crystal element, And detecting the heterodyne component of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb, and detecting the light of the second optical frequency comb component and the optical frequency comb based on the detection output of the heterodyne component. A difference frequency from the second harmonic component is measured.
The laser frequency measurement method according to the present invention generates an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light, and the optical frequency comb, the second laser light, And a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb is obtained from the mixed light through the first nonlinear optical crystal element, and the second nonlinear optical crystal element is obtained from the optical frequency comb. To obtain an optical second harmonic component by optical second harmonic generation, and mix the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb from the mixed light. A heterodyne component between the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb is detected, and the second optical frequency comb component and the optical frequency comb are detected based on the detection output of the heterodyne component. of And measuring the difference frequency between the second harmonic component.
In the laser frequency measurement method according to the present invention, the second optical frequency comb component is, for example, a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light.
In the laser frequency measurement method according to the present invention, for example, based on one of the first laser light and the second laser light as a reference, the other laser light is detected based on the detected heterodyne component. Measure the frequency.
[0006]
The laser frequency control method according to the present invention generates an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser light, and mixes the optical frequency comb and the second laser light. Then, a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb and an optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained from the mixed light through one nonlinear optical crystal element, And detecting a heterodyne component of the second optical frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb, and calculating a difference frequency between the first laser beam and the second laser beam based on the detection output of the heterodyne component. The feedback control is performed so as to be constant.
The laser frequency control method according to the present invention generates an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light, and the optical frequency comb and the second laser light And a second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb is obtained from the mixed light via the first nonlinear optical crystal element, and the second optical frequency comb component is obtained via the second nonlinear optical crystal element. An optical second harmonic component of the optical frequency comb due to second harmonic generation is obtained, the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are mixed, and the mixed light A heterodyne component between a second optical frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb is detected, and a difference between the first laser beam and the second laser beam based on a detection output of the heterodyne component Constant frequency Characterized by a feedback control such that.
In the laser frequency control method according to the present invention, the second optical frequency comb component is, for example, a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light.
[0007]
The laser frequency measuring device according to the present invention includes an optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light, and the optical frequency comb generating means. An optical system for mixing the generated optical frequency comb and the second laser light, a nonlinear optical crystal element on which the mixed light of the optical frequency comb and the second laser light mixed by the optical system is incident, A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained through the nonlinear optical crystal element, and a heterodyne component of the optical second harmonic component of the optical frequency comb due to optical second harmonic generation are obtained. Heterodyne detection means for detecting, based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means, the second optical frequency comb component and the optical frequency And measuring the difference frequency between the number comb of optical second harmonic component.
The laser frequency measuring apparatus according to the present invention includes an optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light, and the optical frequency comb generation described above. The first optical system for mixing the optical frequency comb generated by the means and the second laser light, and the mixed light of the optical frequency comb and the second laser light mixed by the first optical system are incident Obtained through the first nonlinear optical crystal element, the second nonlinear optical crystal element to which the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means is incident, and the first nonlinear optical crystal element. A second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb, and an optical second harmonic component of the optical frequency comb generated by optical second harmonic generation obtained through the second nonlinear optical crystal element From the mixed light of the second optical system that mixes the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb mixed by the second optical system. Heterodyne detection means for detecting a heterodyne component of a frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb, and the second optical frequency comb component based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means And measuring the difference frequency between the optical second harmonic component of the optical frequency comb.
In the laser frequency measurement device according to the present invention, the second optical frequency comb component is, for example, a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light.
Further, in the laser frequency measuring device according to the present invention, for example, based on the heterodyne component detected by the heterodyne detection means with reference to one of the first laser beam or the second laser beam, The frequency of the other laser beam is measured.
[0008]
A laser beam generator according to the present invention includes a first laser light source that emits a first laser beam, and a sideband having a constant frequency interval based on the first laser beam emitted from the first laser light source. An optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of a laser beam, a second laser light source for emitting a second laser light, an optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means, and the second An optical system for mixing the second laser light emitted from the laser light source, a nonlinear optical crystal element on which the mixed light of the optical frequency comb mixed by the optical system and the second laser light is incident, A heterodyne of a second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained through the nonlinear optical crystal element, and an optical second harmonic component of the optical frequency comb by optical second harmonic generation. Heterodyne detection means for detecting the minute, and the first laser light source so as to make the difference frequency between the first laser light and the second laser light constant based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means And control means for performing feedback control of one of the second laser light sources.
The laser light generator according to the present invention includes a first laser light source that emits the first laser light, and a side having a constant frequency interval based on the first laser light emitted from the first laser light source. An optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of a laser beam having a band; a second laser light source for emitting a second laser light; an optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means; The first optical system that mixes the two laser beams, the optical frequency comb mixed by the first optical system, and the mixed light of the second laser beam emitted from the second laser light source. Obtained through the first nonlinear optical crystal element, the second nonlinear optical crystal element to which the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means is incident, and the first nonlinear optical crystal element. Above The second optical frequency comb component having the same frequency interval as several combs and the optical second harmonic component of the optical frequency comb obtained by the optical second harmonic generation obtained through the second nonlinear optical crystal element are mixed. The second optical frequency comb, and the second optical frequency comb from the mixed light of the second optical frequency comb component mixed by the second optical system and the optical second harmonic component of the optical frequency comb. Heterodyne detection means for detecting a heterodyne component of the component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb, and the first laser light and the second laser based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means Control means for feedback-controlling one of the first laser light source and the second laser light source so as to make the difference frequency of light constant.
In the laser beam generator according to the present invention, the second optical frequency comb component is, for example, a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser beam.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
The present invention is applied to, for example, a laser frequency measurement system 100 configured as shown in FIG.
[0011]
A laser frequency measurement system 100 shown in FIG. 1 includes a first laser light source 110 that emits a reference laser beam, and an optical frequency comb generator that receives the reference laser beam emitted from the first laser light source 110. 120, a second laser light source 130 that emits laser light to be measured, an optical frequency comb generated by the optical frequency comb generator 120, and a laser light to be measured emitted from the second laser light source 130. An optical system 140 to be mixed, a nonlinear optical crystal element 150 to which the laser light mixed by the optical system 140 is incident, a photodetector 160 that receives the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element 50, and The frequency measuring device 170 is supplied with a detection output from the photodetector 160.
[0012]
In this laser frequency measurement system 100, the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element 150 on which the laser light mixed by the optical system 140 is incident is included in the laser light mixed by the optical system 140, that is, an optical frequency comb. And a sum frequency component of the laser light to be measured and an optical second harmonic component by optical second harmonic generation (SHG).
[0013]
Then, in the frequency measuring device 170, based on the detection output by the photodetector 160 that receives the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element 150, the sum frequency component of the measured laser light and the optical frequency comb and the light The frequency of the laser beam to be measured is measured by detecting the heterodyne component of the optical second harmonic component caused by second harmonic generation (SHG).
[0014]
In the laser frequency measurement system 100, the first laser light source 110 is a laser diode that emits a reference laser beam having a wavelength of 1.548 μm, for example. The optical frequency comb generator 120 is an optical frequency composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval on the low frequency side and the high frequency side around the frequency of the reference laser light emitted from the first laser light source 110. Generate a com. Examples of the optical frequency comb generator 120 include a coupled cavity resonator type optical frequency comb generator (CC_OFCG) and a waveguide type light described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-58386. An optical frequency comb generator using a phase modulator can be used.
[0015]
In this laser frequency measurement system 100, an optical frequency comb having a bandwidth of 10 THz, an average power of 0.4 mW and a pulse width of 1 ps generated by the optical frequency comb generator 120 is averaged by a fiber amplifier 21 having a bandwidth of 4.5 THz and an average power of 180 mW. So as to be incident on the optical system 140.
[0016]
The laser beam to be measured emitted from the second laser light source 130 has a wavelength of 1.528 μm and an average power of 15 mW. Therefore, the difference frequency (δν) between the reference laser beam and the laser beam to be measured is 2.4 THz.
[0017]
Further, in the laser frequency measurement system 100, a periodically poled lithium niobate PPLN (periodically poled lithium niobate) crystal is used as the nonlinear optical crystal element 150, and the optical frequency for a wavelength near 1.552 μm is used. Phase matched to the second harmonic. Here, the wavelength of 0.776 μm corresponding to the center frequency of SHG by the nonlinear optical crystal element 150 is the wavelength of the sum frequency component of the laser light to be measured of 1.528 μm and the component near 1.576 μm of the optical frequency comb. It corresponds.
[0018]
Here, FIG. 2 shows a result obtained by observing the laser beam obtained by mixing the laser beam to be measured and the optical frequency comb by the optical system 140 with an optical spectrum analyzer having a resolution of 0.1 nm. As apparent from FIG. 2, the optical frequency comb amplified by the fiber amplifier 121 is band-limited by the cut-off of the fiber amplifier 121 and attenuated in the 1.528 μm band.
[0019]
FIG. 3 shows the result of observation of the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element 150 with an optical spectrum analyzer having a resolution of 0.1 nm.
[0020]
3A shows the spectrum of the SHG optical frequency comb emitted from the nonlinear optical crystal element 150 when the second laser light source 130 is turned off, and FIG. 3B shows the second laser. The spectrum of the SHG optical frequency comb emitted from the nonlinear optical crystal element 150 when the light source 130 is turned on is shown.
[0021]
As is apparent from FIG. 3, (A) is more than the spectrum (A) of the SHG optical frequency comb emitted from the nonlinear optical crystal element 150 when the second laser light source 130 is turned off. The spectrum (B) of the SHG optical frequency comb emitted from the nonlinear optical crystal element 150 when the second laser light source 130 is turned on has a wider range and higher power.
[0022]
In this way, by using a PPLN crystal in which the center frequency of SHG is set to a wavelength near 1.552 μm as the nonlinear optical crystal element 150, a component near 1.576 μm of the optical frequency comb and a laser to be measured of 1.528 μm are used. SHG with a component near 1.552 μm of the sum frequency of light and the optical frequency comb can be performed with one crystal. Since the sum frequency of the component near 1.576 μm of the optical frequency comb and the laser light under measurement of 1.528 μm and the SHG component of the component near 1.552 μm of the optical frequency comb overlap in the wavelength band of 0.776 μm. In addition, both heterodyne (beat) components can be detected based on the detection output of the photodetector 160.
[0023]
Here, FIG. 4 shows the result of observing the heterodyne (beat) component of the laser light to be measured and the optical frequency comb with a radio frequency spectrum analyzer having a resolution of 1 MHz and a span of 100 MHz.
[0024]
In FIG. 4, (A) shows a laser beam obtained by mixing an optical frequency comb and a laser beam to be measured by the optical system 140 with a germanium pin (Ge-PIN) photodiode and observing it based on the detected output. The spectrum of the heterodyne (beat) component of the laser beam and the optical frequency comb is shown, and (B) shows the output light from the nonlinear optical crystal element 150 detected by a silicon avalanche photodiode (Si-APD) and based on the detected output. The spectrum of the heterodyne (beat) component of the optical frequency comb of the sum frequency which mixed the said to-be-measured laser beam and optical frequency comb observed in this way, and the SHG optical frequency comb is shown.
[0025]
As apparent from FIG. 4, the heterodyne (beat) component of the sum frequency optical frequency comb and the SHG optical frequency comb, which is a mixture of the laser light to be measured and the optical frequency comb, based on the detection output from the optical detector 160 is obtained. By detecting, the SN ratio could be improved by about 5 dB.
[0026]
That is, the optical frequency comb of the sum frequency obtained by mixing the laser light to be measured and the optical frequency comb and the heterodyne (beat) component of the SHG optical frequency comb have the same phase, and can be detected with a high S / N ratio. In this laser frequency measurement system 100, it is possible to detect a higher S / N ratio by selecting a nonlinear optical crystal used as the nonlinear optical crystal element 150 or increasing the laser power.
[0027]
Like this laser frequency measurement system 100, an optical frequency comb composed of laser light having sidebands with a constant frequency interval is generated based on the reference laser light, and obtained by optical mixing of the optical frequency comb and the measured laser light. By detecting the heterodyne component of the sum frequency component of the optical frequency comb and the laser beam to be measured and the optical second harmonic component obtained from the optical frequency comb by optical second harmonic generation, a high SN ratio is obtained. The heterodyne component can be detected, and the frequency of the laser beam to be measured can be measured over a wide range while ensuring high measurement accuracy based on the detection output of the heterodyne component.
[0028]
Here, in the laser frequency measurement system 100, an optical frequency comb is generated by the optical frequency comb generation 120 based on the reference laser light emitted from the first laser light source 110 and is emitted from the second laser light source 130. The frequency of the laser beam to be measured is measured. Since the frequency measurement by detecting the heterodyne component is a relative frequency measurement, the first laser light source 110 and the second laser light source 130 are replaced to measure the frequency to be measured. An optical frequency comb may be generated by the optical frequency comb generation 120 based on the laser light.
[0029]
In the laser frequency measurement system 100, frequency measurement is performed by detecting the heterodyne component using the first laser light source 110 and the second laser light source 130. Three laser light sources are used, one of which is used. Modifications such as measuring the difference frequency between the laser beams emitted from the other two laser light sources based on the reference laser beam emitted from the laser beam are possible.
[0030]
In the laser frequency measurement system 100, the optical frequency comb and the laser to be measured are received by the nonlinear optical crystal element 150 to which a laser beam obtained by mixing the optical frequency comb and the laser beam to be measured is incident via the optical system 140. Although the sum frequency component of light and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained, the sum frequency of the optical frequency comb and the laser light to be measured is obtained as in the laser frequency measurement system 100A shown in FIG. The component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb can be obtained by the individual nonlinear optical crystal elements 150A and 150B.
[0031]
That is, in the laser frequency measurement system 100A shown in FIG. 5, an optical frequency composed of laser light having sidebands with a constant frequency interval by the optical frequency comb generator 120 based on the reference laser light emitted from the first laser light source 110. A comb is generated, and the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generator 120 and the measured laser light emitted from the second laser light source 130 are mixed with the first optical system 140A, and the first optical system is mixed. A sum frequency component of the optical frequency comb and the laser light to be measured is obtained from the laser light mixed by the system 140A by the first nonlinear optical crystal element 150A, and light of the optical frequency comb is obtained by the second nonlinear optical crystal element 150B. A second harmonic component is obtained, and the sum frequency component of the optical frequency comb and laser light to be measured and the optical second harmonic of the optical frequency comb. The component is adapted to mix the second optical system 140B. And the frequency measuring device 170 is based on the detection output by the photodetector 160 that receives the mixed light emitted from the second optical system 140B, and the sum frequency component of the laser light to be measured and the optical frequency comb, The frequency of the laser beam to be measured is measured by detecting a heterodyne component with the optical second harmonic component of the optical frequency comb.
[0032]
In this laser frequency measurement system 100A, a first nonlinear optical crystal element 150A is obtained to obtain the sum frequency component of the optical frequency comb and the laser light to be measured, and a second second harmonic component is obtained to obtain the optical second harmonic component of the optical frequency comb. Since the characteristics of the non-linear optical crystal element 150B can be individually optimized, the SN ratio of the heterodyne component can be further increased.
[0033]
Further, the present invention is applied to a laser beam generator 200 having a configuration as shown in FIG. 6, for example.
[0034]
The laser light generator 200 shown in FIG. 6 includes a first laser light source 210 that emits a reference laser light, and an optical frequency comb generator that receives the reference laser light emitted from the first laser light source 210. 220, a second laser light source 230 that emits controlled laser light, an optical frequency comb generated by the optical frequency comb generator 220, and a controlled laser light emitted from the second laser light source 230. An optical system 240 to be mixed, a nonlinear optical crystal element 250 to which the laser light mixed by the optical system 240 is incident, a photodetector 260 for receiving the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element 250, and And a control device 270 for controlling the second laser light source 230 based on the detection output from the photodetector 260.
[0035]
In this laser light generator 200, the optical frequency comb generator 220 has sidebands with a constant frequency interval on the low frequency side and the high frequency side centered on the frequency of the reference laser light emitted from the first laser light source 210. An optical frequency comb composed of laser light is generated. Further, the optical system 240 mixes the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generator 220 and the controlled laser light emitted from the second laser light source 230, and uses the mixed light as an optical second harmonic. A non-linear optical crystal element 250 for wave generation (SHG) is supplied. Further, the nonlinear optical crystal element 250 uses the mixed light of the optical frequency comb and the controlled laser light supplied via the optical system 240 as incident light, and has an intermediate frequency between the reference laser light and the controlled laser light. Optical second harmonic generation (SHG) in which the center frequency is set to is performed. The control device 270 then sums the optical frequency comb included in the laser light and the laser light to be measured based on the detection output by the photodetector 260 that receives the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element 250. Detecting the frequency component and the heterodyne (beat) component of the optical second harmonic component obtained by the optical second harmonic generation by the nonlinear optical crystal element 250, and feeding back the detected output to the second laser light source 230 Thus, control is performed to lock the frequency of the controlled laser light emitted from the second laser light source 230 to the target frequency given by the optical frequency comb.
[0036]
Like this laser light generation apparatus 200, an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval on the low frequency side and high frequency side around the frequency of the reference laser light and the controlled laser light are mixed. , An optical second harmonic component obtained by optical second harmonic generation from the mixed light of the optical frequency comb and the controlled laser light, and the sum frequency of the optical frequency comb and the controlled laser light included in the mixed light The heterodyne component can be detected, and the heterodyne component can be detected with a high S / N ratio. The frequency of the controlled laser beam is controlled by feeding back the detection output of the heterodyne component and controlling the frequency of the controlled laser beam. Can be controlled with high accuracy over a wide range. Therefore, the laser beam generator 200 can generate controlled laser beams that are extremely stable over a wide frequency range.
[0037]
Here, in the laser light generation device 200, an optical frequency comb is generated by the optical frequency comb generation 220 based on the reference laser light emitted from the first laser light source 210, and is emitted from the second laser light source 230. The frequency of the laser beam to be controlled is controlled. Since the frequency control by detection of the heterodyne component is relative control, the first laser light source 210 and the second laser light source 230 are replaced, and the laser light to be measured is measured. Based on the above, an optical frequency comb may be generated by the optical frequency comb generation 220.
[0038]
Further, in the laser beam generator 200, the optical frequency comb and the laser to be measured are received by the nonlinear optical crystal element 250 to which a laser beam obtained by mixing the optical frequency comb and the controlled laser beam is incident via the optical system 240. Although the sum frequency component of light and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained, the sum frequency component of the optical frequency comb and the laser light to be measured and the optical second harmonic of the optical frequency comb The components may be obtained by individual nonlinear optical crystal elements. By optimizing each nonlinear optical crystal element individually, the SN ratio of the heterodyne component can be further increased.
[0039]
【The invention's effect】
In the laser frequency measurement method according to the present invention, an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval is generated based on the first laser light, and the mixed light of the optical frequency comb and the second laser light. To obtain a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb and an optical second harmonic component of the optical frequency comb through one nonlinear optical crystal element. Since the heterodyne component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are detected, the heterodyne component can be detected with a high S / N ratio, and the second light is detected based on the detection output of the heterodyne component. The difference frequency between the frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb can be measured over a wide range with high measurement accuracy.
In the laser frequency measuring method according to the present invention, an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval is generated based on the first laser light, and the optical frequency comb and the second laser light are A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb is obtained from the mixed light via the first nonlinear optical crystal element, and an optical first optical frequency comb is obtained from the optical frequency comb via the second nonlinear optical crystal element. An optical second harmonic component is obtained by second harmonic generation, and the second optical frequency comb component and the light are obtained from a mixed light of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb. Since the heterodyne component with the optical second harmonic component of the frequency comb is detected, the heterodyne component can be detected with a high S / N ratio, and the second light can be detected based on the detection output of the heterodyne component. It can be measured to ensure high measurement accuracy the difference frequency between the wavenumber comb component and the optical frequency comb of the optical second harmonic component over a wide range. In this laser frequency measurement method, the first nonlinear optical crystal element and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained in order to obtain the second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb. Therefore, since the characteristics of the second nonlinear optical crystal element can be individually optimized, the SN ratio of the heterodyne component can be further increased.
In the laser frequency measurement method according to the present invention, for example, based on the heterodyne component detected by the heterodyne detection means with reference to one of the first laser light or the second laser light, The frequency of the other laser beam can be measured over a wide range while ensuring high measurement accuracy.
[0040]
In the laser frequency control method according to the present invention, the optical frequency comb generated from the first laser light and the mixed light of the second laser light are passed through one nonlinear optical crystal element, and the first optical frequency comb having the same frequency interval as the optical frequency comb is used. Since the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained, the heterodyne component of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb is detected. The heterodyne component can be detected with a high S / N ratio, and feedback control is performed so that the difference frequency between the first laser beam and the second laser beam is constant based on the detection output of the heterodyne component. Thus, the difference frequency can be controlled with high accuracy over a wide range.
In the laser frequency control method according to the present invention, the same frequency as that of the optical frequency comb is obtained from the mixed light of the optical frequency comb generated from the first laser light and the second laser light through the first nonlinear optical crystal element. A second optical frequency comb component having an interval is obtained, and an optical second harmonic component of the optical frequency comb due to optical second harmonic generation is obtained via a second nonlinear optical crystal element, and the second light Since the heterodyne component of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb is detected from the mixed light of the frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb, a high SN The heterodyne component can be detected by the ratio, and feedback control is performed so that the difference frequency between the first laser beam and the second laser beam is constant based on the detection output of the heterodyne component. It can be controlled over the wave number in a wide range with high accuracy. Further, in this laser frequency control method, a first nonlinear optical crystal element and an optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained in order to obtain a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb. Therefore, since the characteristics of the second nonlinear optical crystal element can be individually optimized, the SN ratio of the heterodyne component can be further increased.
[0041]
In the laser frequency measuring device according to the present invention, the optical frequency comb generating means generates an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light, and the optical frequency comb and the second optical frequency comb A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained from the mixed light of the laser light through one nonlinear optical crystal element, and the light of the optical frequency comb generated by optical second harmonic generation Since the heterodyne component of the second harmonic component is detected by the heterodyne detection means, the heterodyne component can be detected with a high S / N ratio. Based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means, the second Measure the difference frequency between the optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb over a wide range with high measurement accuracy. It is possible.
In the laser frequency measuring device according to the present invention, the optical frequency comb generating means generates an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light, A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained from the mixed light of the second laser light via the first nonlinear optical crystal element, and obtained via the second nonlinear optical crystal element. The heterodyne component of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb is heterodyne from the mixed light of the optical second harmonic component of the optical frequency comb generated by the generated optical second harmonic. Since it is detected by the detection means, the heterodyne component can be detected with a high S / N ratio, and the difference frequency can be detected over a wide range based on the detection output of the heterodyne component. It can be measured to ensure have measurement accuracy. Further, in this laser frequency measurement method, a first nonlinear optical crystal element and an optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained in order to obtain a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb. Therefore, since the characteristics of the second nonlinear optical crystal element can be individually optimized, the SN ratio of the heterodyne component can be further increased.
And in the laser frequency measuring device according to the present invention, for example, based on the heterodyne component detected by the heterodyne detection means with reference to one of the first laser light or the second laser light, The frequency of the other laser beam can be measured over a wide range while ensuring high measurement accuracy.
[0042]
In the laser beam generator according to the present invention, an optical frequency comb composed of laser beams having sidebands having a constant frequency interval is generated based on the first laser beam emitted from the first laser light source by the optical frequency comb generator. The optical frequency obtained from the mixed light of the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means and the second laser light emitted from the second laser light source through one nonlinear optical crystal element Since the heterodyne component of the second optical frequency comb component having the same frequency interval as the comb and the optical second harmonic component of the optical frequency comb generated by the optical second harmonic generation is detected by the heterodyne detection means, the heterodyne has a high SN ratio. Component can be detected, and based on the detection output of the heterodyne component, the control means controls the difference frequency between the first laser beam and the second laser beam. It can be extremely stable feedback control over the wide frequency range to a constant.
In the laser beam generator according to the present invention, the optical frequency comb generator generates an optical frequency comb composed of laser beams having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser beam, A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained from the mixed light of the second laser light via the first nonlinear optical crystal element, and obtained via the second nonlinear optical crystal element. The heterodyne component of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb is heterodyne from the mixed light of the optical second harmonic component of the optical frequency comb generated by the generated optical second harmonic. Since it is detected by the detection means, the heterodyne component can be detected with a high S / N ratio, and the first laser is detected by the control means based on the detection output of the heterodyne component. If it is possible to extremely stable feedback control over the difference frequency of the second laser beam in a wide frequency range such that a constant. Furthermore, in this laser beam generator, in order to obtain a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb, a first nonlinear optical crystal element and an optical second harmonic component of the optical frequency comb are obtained. Since the characteristics of the second nonlinear optical crystal element can be individually optimized, the SN ratio of the heterodyne component can be further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser frequency measurement system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a result of observing a laser beam obtained by mixing a laser beam to be measured and an optical frequency comb with an optical spectrum analyzer having a resolution of 0.1 nm in the laser frequency measurement system.
FIG. 3 is a diagram showing a result of observing laser light emitted from a nonlinear optical crystal element with an optical spectrum analyzer having a resolution of 0.1 nm in the laser frequency measurement system, wherein FIG. The spectrum of the SHG optical frequency comb emitted from the nonlinear optical crystal element when the light source is turned off is shown, and (B) is emitted from the nonlinear optical crystal element when the second laser light source is turned on. The spectrum of the SHG optical frequency comb is shown.
FIG. 4 is a diagram showing a result of observation of a heterodyne (beat) component of a laser beam to be measured and an optical frequency comb with a radio frequency spectrum analyzer having a resolution of 1 MHz and a span of 100 MHz in the laser frequency measurement system; Indicates the spectrum of the heterodyne (beat) component of the controlled laser light and optical frequency comb included in the laser light mixed with the measured laser light and the optical frequency comb, and (B) indicates the laser light emitted from the nonlinear optical crystal element. The spectrum of the heterodyne (beat) component of the optical frequency comb of the sum frequency which mixed the said to-be-measured laser beam and optical frequency comb contained in SHG, and the SHG optical frequency comb is shown.
FIG. 5 is a block diagram showing another configuration example of a laser frequency measurement system to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a laser beam generator to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
100, 100A laser frequency measurement system, 110 first laser light source, 120 optical frequency comb generator, 121 fiber amplifier, 130 second laser light source, 140, 140A, 140B optical system, 150, 150A, 150B nonlinear optical crystal element , 160 photodetector, 170 frequency measuring device, 200 laser light generator, 210 first laser light source, 220 optical frequency comb generator, 230 second laser light source, 240 optical system, 250 nonlinear optical crystal element and 260 light Detector, 270 controller

Claims (20)

第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、
上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して、上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、
上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出し、
上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とするレーザ周波数測定方法。
Generating an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser light;
The optical frequency comb and the second laser light are mixed, and the second optical frequency comb component and the optical frequency comb having the same frequency interval as the optical frequency comb are transmitted from the mixed light through one nonlinear optical crystal element. The optical second harmonic component of
Detecting a heterodyne component of the second optical frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb;
A laser frequency measuring method, comprising: measuring a difference frequency between the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb based on the detection output of the heterodyne component.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項1記載のレーザ周波数測定方法。  2. The laser frequency measuring method according to claim 1, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light. 上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方を基準レーザ光として、検出されたヘテロダイン成分に基づいて、上記他方のレーザ光の周波数を測定することを特徴とする請求項1記載のレーザ周波数測定方法。  2. The laser according to claim 1, wherein one of the first laser beam and the second laser beam is used as a reference laser beam, and the frequency of the other laser beam is measured based on the detected heterodyne component. Frequency measurement method. 第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、
上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るとともに、上記光周波数コムから第2の非線形光学結晶素子を介して光第2高調波発生により光第2高調波成分を得て、
上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合し、その混合光から上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出し、
上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とするレーザ周波数測定方法。
Generating an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser light;
The optical frequency comb and the second laser light are mixed, and a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb is obtained from the mixed light via the first nonlinear optical crystal element. An optical second harmonic component is obtained by optical second harmonic generation from the optical frequency comb through the second nonlinear optical crystal element,
The second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are mixed, and the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are mixed from the mixed light. The heterodyne component of
A laser frequency measuring method, comprising: measuring a difference frequency between the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb based on the detection output of the heterodyne component.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項4記載のレーザ周波数測定方法。  5. The laser frequency measuring method according to claim 4, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light. 上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方のレーザ光を基準として、検出された上記ヘテロダイン成分に基づいて、他方のレーザ光の周波数を測定することを特徴とする請求項4記載のレーザ周波数測定方法。  5. The frequency of the other laser beam is measured based on the detected heterodyne component with reference to one of the first laser beam and the second laser beam. Laser frequency measurement method. 第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、
上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から1つの非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、
上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出し、
上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように帰還制御することを特徴とするレーザ周波数制御方法。
Generating an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser light;
The optical frequency comb and the second laser light are mixed, a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb is transmitted from the mixed light through one nonlinear optical crystal element, and the optical frequency comb The optical second harmonic component of
Detecting a heterodyne component of the second optical frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb;
A laser frequency control method, wherein feedback control is performed so that a difference frequency between the first laser beam and the second laser beam is constant based on the detection output of the heterodyne component.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項7記載のレーザ周波数制御方法。  8. The laser frequency control method according to claim 7, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light. 第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを生成し、
上記光周波数コムと第2のレーザ光とを混合し、その混合光から第1の非線形光学結晶素子を介して上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分を得るとともに、第2の非線形光学結晶素子を介して光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分を得て、
上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合し、その混合光から上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出し、
上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように帰還制御することを特徴とするレーザ周波数制御方法。
Generating an optical frequency comb composed of laser light having sidebands having a constant frequency interval based on the first laser light;
The optical frequency comb and the second laser light are mixed, and a second optical frequency comb component having the same frequency interval as the optical frequency comb is obtained from the mixed light via the first nonlinear optical crystal element. Obtaining the optical second harmonic component of the optical frequency comb by the optical second harmonic generation through the two nonlinear optical crystal elements;
The second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are mixed, and the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb are mixed from the mixed light. The heterodyne component of
A laser frequency control method, wherein feedback control is performed so that a difference frequency between the first laser beam and the second laser beam is constant based on the detection output of the heterodyne component.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項9記載のレーザ周波数制御方法。  10. The laser frequency control method according to claim 9, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light. 第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、
上記光周波数コム発生手段により生成された光周波数コムと第2のレーザ光とを混合する光学系と、
上記光学系により混合された上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光が入射される非線形光学結晶素子と、
上記非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段とを備え、
上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とするレーザ周波数測定装置。
Optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light;
An optical system for mixing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means and the second laser beam;
A nonlinear optical crystal element on which the mixed light of the optical frequency comb and the second laser light mixed by the optical system is incident;
A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained through the nonlinear optical crystal element, and a heterodyne component of the optical second harmonic component of the optical frequency comb due to optical second harmonic generation are obtained. Heterodyne detection means for detecting,
A laser frequency measurement characterized by measuring a difference frequency between the second optical frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb based on a detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means. apparatus.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項11記載のレーザ周波数測定装置。  12. The laser frequency measuring device according to claim 11, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light. 上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方を基準レーザ光として、上記ヘテロダイン検波手段により検出されたヘテロダイン成分に基づいて、上記他方のレーザ光の周波数を測定することを特徴とする請求項11記載のレーザ周波数測定装置。  The frequency of the other laser beam is measured based on the heterodyne component detected by the heterodyne detection means using either the first laser beam or the second laser beam as a reference laser beam. Item 12. The laser frequency measuring device according to Item 11. 第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、
上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムと第2のレーザ光とを混合する第1の光学系と、
上記第1の光学系により混合された上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光が入射される第1の非線形光学結晶素子と、
上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムが入射される第2の非線形光学結晶素子と、
上記第1の非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記第2の非線形光学結晶素子を介して得られる光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合する第2の光学系と、
上記第2の光学系により混合された上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段と、
上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分との差周波数を測定することを特徴とするレーザ周波数測定装置。
Optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light;
A first optical system for mixing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means and the second laser beam;
A first nonlinear optical crystal element on which the mixed light of the optical frequency comb and the second laser light mixed by the first optical system is incident;
A second nonlinear optical crystal element on which the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means is incident;
Second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained through the first nonlinear optical crystal element, and optical second harmonic generation obtained through the second nonlinear optical crystal element A second optical system for mixing the optical second harmonic component of the optical frequency comb by
From the mixed light of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb mixed by the second optical system, the light of the second optical frequency comb component and the optical frequency comb Heterodyne detection means for detecting a heterodyne component with the second harmonic component;
A laser frequency measurement characterized by measuring a difference frequency between the second optical frequency comb component and an optical second harmonic component of the optical frequency comb based on a detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means. apparatus.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項14記載のレーザ周波数測定装置。  15. The laser frequency measuring device according to claim 14, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser beam. 上記第1のレーザ光又は第2のレーザ光の一方のレーザ光を基準として、上記ヘテロダイン検波手段により検出された上記ヘテロダイン成分に基づいて、他方のレーザ光の周波数を測定することを特徴とする請求項14記載のレーザ周波数測定装置。  The frequency of the other laser beam is measured based on the heterodyne component detected by the heterodyne detection means with reference to one of the first laser beam and the second laser beam. The laser frequency measuring device according to claim 14. 第1のレーザ光を出射する第1のレーザ光源と、
上記第1のレーザ光源から出射された第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、
第2のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、
上記光周波数コム発生手段により生成された光周波数コムと上記第2のレーザ光源から出射された第2のレーザ光とを混合する光学系と、
上記光学系により混合された上記光周波数コムと第2のレーザ光の混合光が入射される非線形光学結晶素子と、
上記非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分のヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段と、
上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように上記第1のレーザ光源と第2のレーザ光源の一方を帰還制御する制御手段と
を備えることを特徴とするレーザ光発生装置。
A first laser light source that emits a first laser beam;
Optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light emitted from the first laser light source;
A second laser light source that emits a second laser light;
An optical system for mixing the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means and the second laser light emitted from the second laser light source;
A nonlinear optical crystal element on which the mixed light of the optical frequency comb and the second laser light mixed by the optical system is incident;
A second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained through the nonlinear optical crystal element, and a heterodyne component of the optical second harmonic component of the optical frequency comb due to optical second harmonic generation are obtained. Heterodyne detection means to detect;
Based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means, one of the first laser light source and the second laser light source is set so as to make the difference frequency between the first laser light and the second laser light constant. And a control means for performing feedback control.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項17記載のレーザ光発生装置。  18. The laser light generator according to claim 17, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light. 第1のレーザ光を出射する第1のレーザ光源と、
上記第1のレーザ光源から出射された第1のレーザ光に基づいて周波数間隔一定のサイドバンドを持つレーザ光からなる光周波数コムを発生する光周波数コム発生手段と、
第2のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、
上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムと上記第2のレーザ光源から出射された第2のレーザ光とを混合する第1の光学系と、
上記第1の光学系により混合された上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の混合光が入射される第1の非線形光学結晶素子と、
上記光周波数コム発生手段により発生された光周波数コムが入射される第2の非線形光学結晶素子と、
上記第1の非線形光学結晶素子を介して得られる上記光周波数コムと同じ周波数間隔の第2の光周波数コム成分と、上記第2の非線形光学結晶素子を介して得られる光第2高調波発生による上記光周波数コムの光第2高調波成分とを混合する第2の光学系と、
上記第2の光学系により混合された上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分の混合光から、上記第2の光周波数コム成分と上記光周波数コムの光第2高調波成分とのヘテロダイン成分を検出するヘテロダイン検波手段と、
上記ヘテロダイン検波手段による上記ヘテロダイン成分の検出出力に基づいて上記第1のレーザ光と第2のレーザ光の差周波数を一定にするように上記第1のレーザ光源と第2のレーザ光源の一方を帰還制御する制御手段と
を備えることを特徴とするレーザ光発生装置。
A first laser light source that emits a first laser beam;
Optical frequency comb generating means for generating an optical frequency comb composed of laser light having a sideband with a constant frequency interval based on the first laser light emitted from the first laser light source;
A second laser light source that emits a second laser light;
A first optical system that mixes the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means with the second laser light emitted from the second laser light source;
A first nonlinear optical crystal element on which a mixed light of the optical frequency comb mixed by the first optical system and the second laser light is incident;
A second nonlinear optical crystal element on which the optical frequency comb generated by the optical frequency comb generating means is incident;
Second optical frequency comb component having the same frequency interval as that of the optical frequency comb obtained through the first nonlinear optical crystal element, and optical second harmonic generation obtained through the second nonlinear optical crystal element A second optical system for mixing the optical second harmonic component of the optical frequency comb by
From the mixed light of the second optical frequency comb component and the optical second harmonic component of the optical frequency comb mixed by the second optical system, the light of the second optical frequency comb component and the optical frequency comb Heterodyne detection means for detecting a heterodyne component with the second harmonic component;
Based on the detection output of the heterodyne component by the heterodyne detection means, one of the first laser light source and the second laser light source is set so as to make the difference frequency between the first laser light and the second laser light constant. And a control means for performing feedback control.
上記第2の光周波数コム成分は、上記光周波数コムと上記第2のレーザ光の和周波数成分であることを特徴とする請求項19記載のレーザ光発生装置。  The laser light generator according to claim 19, wherein the second optical frequency comb component is a sum frequency component of the optical frequency comb and the second laser light.
JP08478999A 1999-03-26 1999-03-26 Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator Expired - Fee Related JP3805555B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08478999A JP3805555B2 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08478999A JP3805555B2 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2000275107A JP2000275107A (en) 2000-10-06
JP2000275107A5 JP2000275107A5 (en) 2005-03-17
JP3805555B2 true JP3805555B2 (en) 2006-08-02

Family

ID=13840478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP08478999A Expired - Fee Related JP3805555B2 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3805555B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7881620B2 (en) * 2005-05-04 2011-02-01 Ofs Fitel, Llc Stabilized optical fiber continuum frequency combs using post-processed highly nonlinear fibers
JP5836739B2 (en) * 2011-09-29 2015-12-24 株式会社ミツトヨ Optical frequency measurement device
JP5963080B2 (en) * 2012-07-11 2016-08-03 国立大学法人福井大学 Electromagnetic wave detection method and electromagnetic wave detection device
CN103398786B (en) * 2013-08-13 2015-09-09 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 A kind of wavemeter measuring method and device using femtosecond laser frequency comb
US10353270B2 (en) * 2015-07-03 2019-07-16 The University Of Adelaide System and method for generating an optical frequency standard
CN107727058B (en) * 2017-09-28 2020-06-19 清华大学 Optical frequency comb six-degree-of-freedom measuring method and measuring system
US11296483B2 (en) 2019-09-20 2022-04-05 Intel Corporation Methods and apparatus to control the optical frequency of a laser
CN111146670A (en) * 2019-12-11 2020-05-12 中国科学院福建物质结构研究所 Ultraviolet pulse laser
CN111146679A (en) * 2019-12-18 2020-05-12 中国科学院福建物质结构研究所 Laser sum frequency device
JP7376917B2 (en) * 2020-01-27 2023-11-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Optical frequency swept laser light source
JP2022127514A (en) * 2021-02-19 2022-08-31 国立研究開発法人情報通信研究機構 Wavelength control device, wavelength control method, and differential absorption lidar device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000275107A (en) 2000-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4594511A (en) Method and apparatus for double modulation spectroscopy
US8642982B2 (en) Fast switching arbitrary frequency light source for broadband spectroscopic applications
JP3805555B2 (en) Laser frequency measurement method, laser frequency control method, laser frequency measurement device, and laser light generator
EP0819924A2 (en) Apparatus and method for measuring characteristics of optical pulses
CN110518975B (en) Frequency spectrum detection system
CN108801476A (en) A kind of optical-fiber type adaptive equalization homodyne measuring system measuring time-varying phase signal
US20220260486A1 (en) Chirped laser dispersion spectrometer and method
US6559946B2 (en) Method and apparatus to minimize effects of ASE in optical measurements
US12025718B2 (en) Entangled radiofrequency-photonic sensor systems and sensing methods
US5390017A (en) Optical network analyzer for measuring the amplitude characteristics and group delay time dispersion characteristics of an optical circuit device
JP2007212427A (en) Optical frequency detecting apparatus, optical spectrum analyzer and optical signal processor
CN107727367A (en) A kind of laser frequency noise measuring method and system
Szafraniec et al. Swept coherent optical spectrum analysis
JP4107603B2 (en) Laser radar equipment
US7719665B2 (en) Method, apparatus, and program for measuring wavelength dispersion of optical waveguide
US20230288232A1 (en) Optical fiber sensor and brillouin frequency shift measurement method
Heng et al. Large-dynamic frequency response measurement for broadband electro-optic phase modulators
US4859843A (en) Method and apparatus for optical signal analysis using a gated modulation source and an optical delay circuit to achieve a self-homodyne receiver
Xue et al. Ultrahigh-resolution optoelectronic vector analysis utilizing photonics-based frequency up-and down-conversions
JP4612938B2 (en) Frequency variable light source
JP2002509612A (en) Wavelength measurement system
Campbell et al. Measurement of the modulation efficiency of an optical phase modulator using a self-homodyne receiver
WO2023248265A1 (en) Lidar having wavelength lock function
JPH05347346A (en) Device for measuring high frequency response characteristics of semiconductor luminous element
JP3843323B2 (en) Broadband, high-speed optical dispersion measurement system

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040413

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040413

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051004

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051205

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060418

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060510

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S201 Request for registration of exclusive licence

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100519

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100519

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110519

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120519

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees