JP3926349B2

JP3926349B2 - 光周波数コム発生器制御装置

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Publication number: JP3926349B2
Application number: JP2004163706A
Authority: JP
Inventors: 元伸興梠; 一宏今井; ウイディヤトモコバンバン
Original assignee: 株式会社光コム
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: JP2005345642A

Description

本発明は、光通信、光ＣＴ、光周波数標準機など多波長でコヒーレンス性の高い標準光源、又は、各波長間のコヒーレンス性も利用できる光源を必要とする分野に適用される光周波数コム発生器制御装置に関する。

従来より、例えば光周波数を高精度に測定する場合に光周波数コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）が使用されている。すなわち、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。

図１５は、バルク型光周波数コム発生器４００の原理的な構造を示している。

このバルク型光周波数コム発生器４００は、光位相変調器４１１と、この光位相変調器４１１を介して互いに対向するように設置された反射鏡４１２，４１３からなる光共振器４１０が使用されている。

この光共振器４１０において、反射鏡４１２を介して僅かな透過率で入射された光Ｌinは、反射鏡４１２，４１３間で共振し、その一部の光Ｌout が反射鏡４１３を通して出射される。光位相変調器４１１は、電界を印加することによって屈折率が変化する光位相変調のための光学材料からなり、この光共振器４１０を通過する光に対して、電極４１６Ａ，４１６Ｂ間に印加される交流電源ｆｍの出力に応じた位相変調をかける。

この光共振器４１０に入射された光Ｌinは、反射鏡４１２，４１３間で共振しており、光位相変調器４１１により位相変調を受け、反射鏡４１３を通して、光周波数コム出力光Ｌout として出射される。

ここで、バルク型光周波数コム発生器は、例えば図１６に示すように、光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶５１１にそれぞれ高反射膜５１２Ａ，５１２Ｂにより形成した入射端と出射端を設けることにより光変調器と光共振器を一体化したモノリシック構成とすることができる。しかし、モノリシック構成のバルク型光周波数コム発生器５００では、電気光学結晶５１１の結晶長で変調周波数が決まってしまうので、例えば光源の波長を決めた場合に調整することができない。

また、図１７に示すように、バルク型光周波数コム発生器５００は、バルク型光変調器５１０を空洞マイクロ波共振器５２０に収納して駆動する構造を採用することにより高効率が得られる。

空洞マイクロ波共振器５２０は、バルク型光変調器５１０を納める溝部５２１を有する第１の金属ブロック５２２と、マイクロ波に共振する空洞５２４を上記第１の金属ブロック５２２の溝部５２１に形成する第２の金属ブロック５２３からなり、上記溝部５２１に配置されるバルク型光変調器５１０を上記第１の金属ブロック５２２の溝部５２１の底面５２１Ａと、第２の金属ブロック５２３に絶縁板５２５を介して取り付けられた第３の金属ブロック５２６で挟持するようになっている。

特開平１５−０４３５３９号公報

ところで、空洞マイクロ波共振器に収納して駆動する駆動する構造を採用した従来のモノリシック型の光周波数コム発生器では、次のような問題点があった。
１．マクロ波共振器内のＤＣのアイソレーションのため絶縁体がマイクロ波のロスとなって、Ｑ値が低く、変調器としての電力効率が低い。
２．従来の光周波数コム発生器ではマイクロ波のカップリング調整ができず、カップリングを変えるには部品交換を必要としていた。
３．金属ブロックが結晶と接する間に厚さの異なるインジウムなどの柔らかい金属を挿入して共振周波数の調整を行っていたので、共振周波数を調整するには、分解・組み立てを行わなければならず、作業性が極めて悪い。
４．結晶によっては時々正常な制御信号と異なる異常な制御信号が発生する現象があり、異常な制御信号が発生する現象がある場合、制御点が一義的に定まらず、出力が不安定になってしまう。
５．光周波数コム発生器の制御システムでは、出力の一部を高速光検出器で検出し、そのなかの比較コム駆動周波数に同期した成分を二重平衡変調器（DBM:Double Balanced Mixer）で検出するが、ＤＢＭの特性が必ずしも理想的でないためにＩＦ信号に不要なオフセットがのってしまい、そのオフセットは局部発振器に加えるマイクロ波電力や、あるいは温度に依存して変化するため、高価な光チョッパーを使用してＩＦ信号内の光信号に依存する成分のみをロックイン増幅器で検出する必要があった。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、安定した出力が得られるようにした光周波数コム発生器制御装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明は、光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶からなる光変調器を光共振器内に備える光周波数コム発生器の制御装置であって、上記光変調器に位相制御信号として与えるマイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器と、上記電気光学結晶から出射される光周波数コムを受光して検出する高速光検出器と、この高速光検出器の検出信号が供給されるとともに上記マイクロ波信号が供給される二重平衡変調器と、上記光共振器に入射される光ビームのパワー又は上記光共振器から取り出される光周波数コムのパワーを検出する検出手段と、上記二重平衡変調器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算する割算器と、この割算器の出力を積分して上記光共振器の光共振長を帰還制御する駆動制御信号を生成する積分器と、上記二重平衡変調器の出力信号が供給されるロックイン増幅器と、上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させる変調信号を発生するとともに、この変調信号を参照信号として上記ロックイン増幅器に与える変調信号発生器とを備え、上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させることにより、上記高速光検出器から上記所定の周期でチョップした光周波数コムの検出信号を得て上記二重平衡変調器に供給し、上記割算器により上記ロックイン増幅器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算し、上記割算器の出力を上記積分器により積分して上記光共振器の光共振長を帰還制御する駆動制御信号を生成して、上記光共振器の光共振長を帰還制御することを特徴する。

本発明に係る光周波数コム発生器制御装置では、例えば、上記光変調器を内蔵する空洞マイクロ波共振器と、上記光変調器の出射端側に配置され、電気機械変換素子により移動される高反射膜の形成された可動ミラーとを備え、上記可動ミラーを所定位置に帰還制御するものとすることができる。また、上記光変調器は、入射端面に高反射膜を有する電気光学結晶からなるセミモノリシック光変調器とすることができる。さらに、上記光変調器は光導波路型の光変調器であり、バイアスＴを介して上記光導波路型の光変調器に位相制御信号と駆動制御信号を供給するものとすることができる。

また、本発明は、光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶からなる光変調器を光共振器内に備える光周波数コム発生器の制御装置であって、上記光変調を行う光ビームを発生する波長可変レーザ光源と、上記光変調器に位相制御信号として与えるマイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器と、上記電気光学結晶から出射される光周波数コムを受光して検出する高速光検出器と、この高速光検出器の検出信号が供給されるとともに上記マイクロ波信号が供給される二重平衡変調器と、上記光共振器に入射される光ビームのパワー又は上記光共振器から取り出される光周波数コムのパワーを検出する検出手段と、上記二重平衡変調器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算する割算器と、この割算器の出力を積分して上記波長可変レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を帰還制御する駆動制御信号を生成する積分器と、上記二重平衡変調器の出力信号が供給されるロックイン増幅器と、上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させる変調信号を発生するとともに、この変調信号を参照信号として上記ロックイン増幅器に与える変調信号発生器とを備え、上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させることにより、上記高速光検出器から上記所定の周期でチョップした光周波数コムの検出信号を得て上記二重平衡変調器に供給し、上記割算器により上記ロックイン増幅器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算し、上記割算器の出力を上記積分器により積分して上記光共振器の光共振長を帰還制御する駆動制御信号を生成して、上記波長可変レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を帰還制御することを特徴する。

本発明によれば、高価な光チョッパーを使用することなく、サーボゲインを一定にして安定した出力が得られる光周波数コム発生器制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１に示すような構造の光周波数コム発生器１００に適用される。

この光周波数コム発生器１００は、光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶１１１からなるセミモノリシック光変調器１１０と、上記セミモノリシック光変調器１１０を内蔵する空洞マイクロ波共振器１２０と、上記セミモノリシック光変調器１１０の出射端側に配置された可動ミラー１３０とを備える。

上記セミモノリシック光変調器１１０は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）など電圧で光を位相変調できる電気光学結晶１１１からなり、その入射端面にＨＲコーティングにより高反射膜１１２Ａが形成されているとともに、出射端面にＡＲコーティングにより無反射膜１１２Ｂが形成されている。

ここで、このセミモノリシック光変調器１１０における電気光学結晶１１１の出射端面は、図２に示すように、入射端面に対して平行ではなく、０．５°傾斜した状態に研磨されている。

また、上記可動ミラー１３０は、その入射端面にＨＲコーティングにより高反射膜１３１Ａが形成されているとともに、出射端面にＡＲコーティングにより無反射膜１３１Ｂが形成されており、上記高反射膜１３１Ａと上記セミモノリシック光変調器１１０の入射端面の高反射膜１１２Ａとで光共振器を構成している。そして、この可動ミラー１３０は、ＰＺＴ等の電気機械変換素子１３２により移動されるようになっている。

このように入射端側に高反射膜１１２Ａを有する電気光学結晶１１１からなるセミモノリシック光変調器１１０と、上記セミモノリシック光変調器１１０の出射端側に配置され、ＰＺＴ等の電気機械変換素子１３２により移動される高反射膜１３１Ａの形成された可動ミラー１３０とで構成されたセミモノリシック構成の光周波数コム発生器１００では、共振器長の粗調整を上記電気機械変換素子１３２に固定された上記可動ミラー１３０全体を移動させる位置調整することにより行い、上記電気機械変換素子１３２を駆動して上記可動ミラー１３０を移動させることにより共振器長の微調整を行うことができる。

すなわち、この光周波数コム発生器１００では、入射端側に高反射膜１１２Ａを有する電気光学結晶１１１からなるセミモノリシック光変調器１１０と、上記セミモノリシック光変調器１１０の出射端側に配置され、電気機械変換素子１３２により移動される高反射膜１３１Ａの形成された可動ミラー１３０とで構成されたセミモノリシック構成としたことにより、上記電気光学結晶１１１の結晶長に関係なく、変調周波数を任意に設定することができる。

そして、この光周波数コム発生器１００は、ファイバー入力コリメータ光変換器１５１及び集光レンズ１５２から成る入射側光学系１５０を介して基本波としての光ビームＬinが入射される。そして、上記セミモノリシック光変調器１１０において、光ビームＬinの位相を変調することにより、高反射膜からなる出射端を介して光周波数コムＬoutを取り出し、集光レンズ１６１及びファイバー出力コリメータ光変換器１６２からなる出射側光学系１６０を介して上記光周波数コムＬoutを出射する。

空洞マイクロ波共振器１２０は、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上記セミモノリシック光変調器１１０が設置された空洞部１２３Ａと、この空洞部１２３Ａの両端を連通させるコ字状に形成された空洞部１２３Ｂとから閉ループ状に形成された空洞１２３を備えている。

ここで、上記空洞マイクロ波共振器１２０は、上記セミモノリシック光変調器１１０を納める溝部１２１を有する第１の金属ブロック１２２と、マイクロ波に共振する閉ループ状の空洞１２３を上記第１の金属ブロック１２２とともに形成する第２の金属ブロック１２４及び金属カバー１４０とからなり、上記金属カバー１４０により覆われた上記第１の金属ブロック１２２の溝部１２１内に閉ループ状の空洞１２３が形成されている。上記セミモノリシック光変調器１１０を上記第１の金属ブロック１２２の溝部１２１に配置し、上記溝部１２１の底面１２１Ａと第２の金属ブロック１２４とで挟持するようになっている。

また、この空洞マイクロ波共振器１２０は、先端部分に交互に曲げられた櫛歯状の電極を有する周波数調整板１２８が外部より挿入量を調整可能に上記空洞部１２３Ａに設けられている。

この周波数調整板１２８は、上記櫛歯状の電極が上記第１の金属ブロック１２２の溝部１２１の底面１２１Ａと第２の金属ブロック１２４とに弾撥力をもって安定に接触しており、その挿入量を調整することによって広範囲に亘って、共振周波数を調整することができるようになっている。

また、この周波数調整板１２８は、止めねじ１２９を締めることによりにより固定される。

また、上記溝部１２１の幅Ｂは、真空中での伝搬波長をλ０＝Ｃ／ｆｍ（Ｃは光速）として、Ｂ＝λ０／２になっている。

また、上記空洞マイクロ波共振器１２０には、上記第１の金属ブロック１２２の溝部１２１に収納したセミモノリシック光変調器１１０の入射端と出射端に対応する位置に、入射光窓１２３ＷＩと出射光窓１２３ＷＯが形成されている。

ここで、上記空洞マイクロ波共振器１２０は、図示しないマイクロ波電源からマイクロ波信号が同軸線路を介して供給されるコネクタ１４５が設けられており、このコネクタ１４５の同軸線路に接続されたマイクロストリップライン１２５が上記第１の金属ブロック１２２の溝部１２１に設けられている。上記マイクロストリップライン１２５は、上記セミモノリシック光変調器１１０を構成している電気光学結晶１１１に接触することなく、途中で開放端となっている。そして、上記マイクロストリップライン１２５と上記第２の金属ブロック１２４に接触する電極ピン１２６の位置で、マイクロ波の入力インピーダンスを調整し、カップリングを最大に調整することができる。

この空洞マイクロ波共振器１２０では、上記第２の金属ブロック１２４には、上記マイクロストリップライン１２５と対向する位置に複数のネジ穴１２７が形成されており、導電性のネジを用いた電極ピン１２６を挿入して螺進させることにより上記電極ピン１２６の先端が上記マイクロストリップライン１２５に当接する位置を選択することによって、マイクロ波の入力インピーダンスを調整し、カップリングを最大にすることができる。

この空洞マイクロ波共振器１２０は、上記電極ピン１２６に供給されるマイクロ波信号に共振することにより、上記マイクロ波信号に応じた電界を上記セミモノリシック光変調器１１０を構成している電気光学結晶１１１に印加する。

なお、上記マイクロストリップライン１２５にバネ電極を取り付ける位置でカップリング調整を行うようにしてもよい。

上記セミモノリシック光変調器１１０は、上記空洞マイクロ波共振器１２０に内蔵されているので、上記空洞マイクロ波共振器１２０がコネクタ１４５を介して電極ピン１２６に供給されるマイクロ波信号に共振することにより、上記マイクロ波信号に応じた電界が印加され、上記マイクロ波信号に応じて屈折率が変化する。これにより、上記セミモノリシック光変調器１１０は、入射端反射膜を介して入射された基本波としての光ビームＬinに対して上記マイクロ波信号に応じた光位相変調を施すバルク型光位相変調器として機能する。

すなわち、このような構造の光周波数コム発生器１００では、入射側光学系１５０を介して入射される基本波としての光ビームＬinに対して、上記セミモノリシック光変調器１１０においてマイクロ波信号に応じて光位相変調することができ、光ビームＬinの位相を変調して、上記可動ミラー１３０の出射端反射膜を介して光周波数コムＬoutを取り出し、出射側光学系１６０を介して上記光周波数コムＬoutを出射する。

このような構造の光周波数コム発生器１００では、セミモノリシック型の構成としたことにより、共振器長さの制御を外部の可動ミラー１３０を駆動するＰＺＴ等の電気機械変換素子１３２により行うので、ＤＣのアイソレーションが不要あり、上記セミモノリシック光変調器１１０を納める溝部１２１を有する第１の金属ブロック１２２と、マイクロ波に共振する閉ループ状の空洞１２３を上記第１の金属ブロック１２２とともに形成する第２の金属ブロック１２４及び金属カバー１４０とから上記空洞マイクロ波共振器１２０を構成することによって、上記空洞マイクロ波共振器１２０のＱ値を１００程度まで向上させることができ、変調器としての電力効率を従来の２倍以上に高めることができた。

また、上記空洞マイクロ波共振器１２０の空洞１２３を閉ループ状としたことにより、マイクロ波の漏れを抑えることができるとともに、共振モードを固定することができ、しかも、小型化することができる。

また、上記空洞マイクロ波共振器１２０では、先端部分に交互に曲げられた櫛歯状の電極を有する周波数調整板１２８を採用したことにより、上記櫛歯状の電極が上記第１の金属ブロック１２２の溝部１２１の底面１２１Ａと第２の金属ブロック１２４とに弾撥力をもって安定に接触しており、空洞サイズを再現性よく調整することができる。

さらに、この光周波数コム発生器１００では、ＰＺＴ電圧を変化させた場合に、ＰＺＴ電圧を変化に応じた図４の（Ａ）に示すような正常な制御信号とは異なる図４の（Ｂ）に示すような異常な制御信号が発生する現象をなくすために、図２に模式的に示すように、上記セミモノリシック光変調器１１０における電気光学結晶１１１の出射端面を入射端面に対して平行ではなく０．５°傾斜した状態に研磨されている。

ここで、ＰＺＴ電圧を変化させた場合に異常な制御信号が発生する現象は、共振器内の光コムのサイドバンドが、光コム発生器内の光学的な横モードの共振周波数に一致し、且つ、電気光学結晶１１１のＡＲコーティングにより無反射膜１１２Ｂが形成されている出射端面での残留端面反射によりたまたま結合してしまった場合に発生すると考えれ、上記電気光学結晶１１１の出射端面を入射端面に対して平行ではなく０．５°〜５°程度傾斜した状態に研磨することで、上記出射端面での残留端面反射による結合を防止し、上記異常な制御信号が発生を防止することができた。これによって、上記電気光学結晶１１１の加工歩留まりを向上させることができる。

ここで、この光周波数コム発生器１００において上記出射側光学系１６０を介して出射された光周波数コムＬoutは、光カプラ１６５によりその一部が分割されて図５に示すような構成の光周波数コム発生器制御装置１８０に供給される。

光周波数コム発生器制御装置１８０は、上記セミモノリシック光変調器１１０に位相制御信号ｆｍとして与えるマイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器１８１を備え、このマイクロ波発振器１８１により発生されたマイクロ波信号をマイクロ波増幅器１８２により増幅して位相制御信号ｆｍとして上記セミモノリシック光変調器１１０に与えることにより、上記セミモノリシック光変調器１１０を駆動するようになっている。

そして、この光周波数コム発生器制御装置１８０は、上記光カプラ１６５により分割された光周波数コムＬoutが入射される高速光検出器１８３、この高速光検出器１８３の検出信号ＲＦがＡＣ増幅器１８４により増幅されて供給される二重平衡変調器（DBM:Double Balanced Mixer）１８５、このＤＢＭ１８５の出力信号ＩＦが供給されるロックイン増幅器１８６、このロックイン増幅器１８６の出力を積分する積分器１８７、この積分器１８７の出力が供給されるＰＺＴドライバ１８８等を備える。

さらに、この光周波数コム発生器制御装置１８０は、上記高速光検出器１８３に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させる変調信号を発生するとともに、この変調信号を参照信号として上記ロックイン増幅器１８６に与える変調信号発生器１８９を備え、上記高速光検出器１８３に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させることにより、上記高速光検出器１８３から上記所定の周期でチョップした光周波数コムの検出信号を得て、上記可動ミラー１３０を所定位置に帰還制御するようになっている。

この光周波数コム発生器制御装置１８０において、上記高速光検出器１８３は、上記光カプラ１６５により分割された光周波数コムＬoutすなわち上記セミモノリシック光変調器１１０において上記位相制御信号ｆｍにより位相変調された光変調出力として得られた光強度に依存する光周波数コムＬoutを受光して電気信号に変換する。

ここで、高速光検出器１８３は、図６に示すように、駆動電圧によって動作帯域が変化し、駆動電圧が高ければ高周波数まで光電変換することができる。

この高速光検出器１８３には、バイアス電圧が与えられており、このバイアス電圧が所定周期で低電位（Ｌ＝１Ｖ程度）と高電位（Ｈ＝Ｖｃｃ）を繰り返す変調信号により変調されている。

このように上記高速光検出器１８３に与えるバイアス電圧を所定周期で変化させるように変調することによって、上記高速光検出器１８３は、光チョッパーと同様に、上記変調信号の周期でチョップした検出信号ＲＦを出力する。

したがって、この光周波数コム発生器制御装置１８０では、上記光カプラ１６５と高速光検出器１８３に高価な光チョッパーを入れる必要がない。

上記高速光検出器１８３により得られるチョップした検出信号ＲＦは、ＡＣ増幅器１８４により増幅されアイソレータ１８５Ａを介してＤＢＭ１８５に供給される。

上記ＤＢＭ１８５は、上記マイクロ波発振器１８１により発生されたマイクロ波信号がアイソレータ１８５Ｂを介してローカル信号ＬＯとして供給されており、上記位相制御信号ｆｍにより位相変調された光変調出力として得られた光周波数コムＬoutを受光する上記高速光検出器１８３により得られる上記変調信号の周期でチョップした検出信号ＲＦに上記ローカル信号ＬＯを乗算することによって、上記検出信号ＲＦを位相検波する。

上記ＤＢＭ１８５の出力信号ＩＦが供給される上記ロックイン増幅器１８６は、上記変調信号が参照信号として供給されており、上記変調信号の周期でチョップした検出信号ＲＦを位相検波した出力信号ＩＦについて、図７に示すように、上記バイアス電圧が低電位（Ｌ）の区間の検出信号ＲＦを位相検波した出力信号ＩＦ（Ｌ）と、上記バイアス電圧が高電位（Ｈ）の区間の検出信号ＲＦを位相検波した出力信号ＩＦ（Ｈ）の差分を検出する。

上記ロックイン増幅器１８６の出力が積分器１８７を介してＰＺＴドライバ１８８に供給されることにより、上記可動ミラー１３０が帰還制御される。

この光周波数コム発生器制御装置１８０では、上記高速光検出器１８３に与えるバイアス電圧を所定周期で変化させるように変調することによって、光チョッパーと同様に、上記変調信号の周期でチョップした検出信号ＲＦを上記高速光検出器１８３から得るようにしたが、上記高速光検出器１８３に与えるバイアス電圧を所定周期で変化させるように変調する代わりに、上記高速光検出器１８３又はＡＣ増幅器１８４の出力信号ＲＦを位相変調したり、或いは、図８に示すように、上記ＤＢＭ１８５にアイソレータ１８５Ｂを介して供給するローカル信号ＬＯを位相変調する位相変調器１９０を設けるようにしても、光チョッパーとを使用したのと同じ効果が得られる。この場合、位相変調をπにすると、図９に示すように逆送の位相検波出力信号ＩＦ（０），ＩＦ（π）となり、チョッパーを用いた場合に比べて倍の信号強度が得られる。

なお、上述の実施の形態では、光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶１１１からなるセミモノリシック光変調器１１０を空洞マイクロ波共振器１２０に内蔵したセミモノリシック型の光周波数コム発生器１００に本発明を適用したが、本発明は上述の実施の形態のみに限定されるものでなく、例えば図１０に示すように、導波路型の光変調器２１０を備える光周波数コム発生器２００に適用することもできる。

この図１０に示す光周波数コム発生器２００は、上述の図５に示した構成の光周波数コム発生器制御装置１８０によりバイアスＴ２２０を介して導波路型の光変調器２１０を駆動するようにしたものである。

この光周波数コム発生器２００における導波路型の光変調器２１０は、マイクロ波発振器１８１により発生されたマイクロ波信号をマイクロ波増幅器１８２により増幅した位相制御信号ｆｍが上記バイアスＴ２２０を介して導波路型の光変調器２１０に与えられることにより駆動され、ロックイン増幅器１８６の出力を積分するが積分器１８７の出力が上記バイアスＴ２２０を介して与えられることにより光共振長さが帰還制御される。

なお、上記導波路型の光変調器２１０は、図８に示した構成の光周波数コム発生器制御装置１８０によりバイアスＴ２２０を介して導波路型の光変調器２１０を駆動するようにしてもよい。

また、上述の光周波数コム発生器１００では、上記高反射膜１３１Ａと上記セミモノリシック光変調器１１０の入射端面の高反射膜１１２Ａとで構成される光共振器の共振波長を上記光周波数コム発生器制御部１８０により帰還制御するようにしたが、例えば、図１１に示す光周波数コム発生器３００における光周波数コム発生器制御部１８０のように、波長可変レーザ光源３５０から出射されるレーザ光の波長を帰還制御するようにしてもよい。

この光周波数コム発生器３００は、波長可変レーザ光源３５０から出射されるレーザ光が入射され、このレーザ光を通過させる電気光学結晶からなる光変調器と光共振器を一体形成したモノリシック光変調器３１０からなる。上記モノリシック光変調器３１０は、空洞マイクロ波共振器３２０に内蔵されている。

そして、この図１１に示す光周波数コム発生器３００は、上述の図５又は図８に示した構成の光周波数コム発生器制御装置１８０における上記ロックイン増幅器１８６の出力を積分する積分器１８７の出力として得られる帰還制御信号を波長可変レーザ光源３５０に帰還することによって、波長可変レーザ光源３５０から出射されるレーザ光の波長を帰還制御するようになっている。

上記波長可変レーザ光源３５０としては、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、分布反射型（ＤＢＲ）レーザ、チューナブル二重導波路型（ＴＴＧ）レーザ等の各種波長可変半導体レーザを用いることができる。

ここで、上述の如き構成の光周波数コム発生器制御装置により帰還制御される光周波数コム発生器では、入射されるレーザ光のパワーが変動すると信号強度が変動するので、レーザパワーが大きく変化する系では、フィードバック利得が大きすぎてサーボが発振したり、逆に少なすぎてサーボが不安定になる虞がある。

サーボゲインを一定にするには、例えば図１２に示すように、光周波数コム発生器１００への入力側に光カプラ１４８と光検出器１７０を設けるとともに、ロックイン増幅器１８６と積分器１８７との間に割算器１７５を設ける。そして、上記光周波数コム発生器に入力されるレーザ光のパワーを上記光検出器１７０により検出し、上記割算器１７５において上記ロックイン増幅器１８６の出力信号を上記光検出器１７０による検出出力すなわち上記光周波数コム発生器１００に入力されるレーザ光のパワーで割り算することにより、サーボゲインを一定にすることができる。

また、光周波数コム発生器１００へ入力されるレーザ光のパワーをモニターしてサーボゲインを制御する代わりに、例えば図１３に示すように、高速光検出器１８３のＤＣ成分をモニターしてサーボゲインを制御しても、サーボゲインを一定にすることができる。

すなわち、図１３に示す例では、高速光検出器１８３に流れるバイアス電流を差動増幅器１７６で検出し、その検出出力をローパスフィルタ１７８を介して割算器１７５に供給するようになっている。

上記ローパスフィルタ１７８では、上記検出出力に含まれる高速のＡＣ成分及びロックインに使用している周波数成分を除去して、図１４の（Ａ）に示すような高速光検出器１８３のＤＣ成分を得ることができる。そして、ロックイン増幅器１８６の出力として得られる図１４の（Ｂ）に示すような制御信号を上記割算器において上記高速光検出器のＤＣ成分で割り算することによって、図１４の（Ｃ）のような信号が得られる。上記割算器１７５による割り算出力として得られる信号の信号強度は、入力レーザパワーに依存しないので、サーボゲインを一定することができる。

本発明を適用した光周波数コム発生器の構成例を示す模式的な断面図である。上記光周波数コム発生器に備えられたセミモノリシック光変調器における電気光学結晶を示す模式的な平面図である。上記光周波数コム発生器における空洞マイクロ波共振器の構造を示す要部横断平面図（Ａ）、要部縦断側面図（Ｂ）及び要部縦断正面図（Ｃ）である。上記光周波数コム発生器において、ＰＺＴ電圧を変化させた場合に発生するＰＺＴ電圧を変化に応じた正常な制御信号（Ａ）と異常な制御信号（Ｂ）を示す波形図。上記光周波数コム発生器を制御する光周波数コム発生器制御装置の構成例を示すブロック図である。上記光周波数コム発生器制御装置における高速光検出器の動作特性を示す図である。上記光周波数コム発生器制御装置のロックイン増幅器の動作を説明するための波形図である。上記光周波数コム発生器制御装置の他の構成例を示すブロック図である。上記光周波数コム発生器制御装置の他の構成例におけるロックイン増幅器の動作を説明するための波形図である。上記光周波数コム発生器制御装置の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光周波数コム発生器の他の構成例を示す模式的な断面図である。上記光周波数コム発生器制御装置の他の構成例を示すブロック図である。上記光周波数コム発生器制御装置のさらに他の構成例を示すブロック図である。上記光周波数コム発生器制御装置の動作特性を示す特性図である。従来のバルク型光周波数コム発生器の構成を模式的に示す図である。従来のモノリシック構成のバルク型光周波数コム発生器を模式的に示す図である。従来の空洞マイクロ波共振器と結合した構造のバルク型光周波数コム発生器を示す斜視図である。

符号の説明

１００，２００，３００光周波数コム発生器、１１０セミモノリシック光変調器、１１１電気光学結晶、１１２Ａ高反射膜、１１２Ｂ無反射膜、１２０空洞マイクロ波共振器、１２１溝部、１２１Ａ底面、１２２第１の金属ブロック、１２３空洞、１２３Ａ空洞部、１２３Ｂ空洞部、１２３ＷＩ入射光窓、１２３ＷＯ出射光窓、１２４第２の金属ブロック、１２５マイクロストリップライン、１２６電極ピン、１２７ネジ穴、１２８周波数調整板、１２９止めねじ、１３０可動ミラー、１３１Ａ高反射膜、１３１Ｂ無反射膜、１３２電気機械変換素子、１４０金属カバー、１４５コネクタ、１４８，１６５光カプラ、１５０入射側光学系、１５１ファイバー入力コリメータ光変換器、１５２集光レンズ、１６０出射側光学系、１６１集光レンズ、１６２ファイバー出力コリメータ光変換器、１７０光検出器、１７５割算器、１７６差動増幅器、１７８ローパスフィルタ、１８０光周波数コム発生器制御装置、１８１マイクロ波発振器、１８２マイクロ波増幅器、１８３高速光検出器、１８４ＡＣ増幅器、１８５ＤＢＭ、１８５Ａ，１８５Ｂアイソレータ、１８６ロックイン増幅器、１８７積分器、１８８ＰＺＴドライバ、１８９変調信号発生器、１９０位相変調器、２１０導波路型の光位相変調器、２２０バイアスＴ、３１０モノリシック光変調器、３２０空洞マイクロ波共振器、３５０波長可変レーザ光源

Claims

光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶からなる光変調器を光共振器内に備える光周波数コム発生器の制御装置であって、
上記光変調器に位相制御信号として与えるマイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器と、
上記電気光学結晶から出射される光周波数コムを受光して検出する高速光検出器と、
この高速光検出器の検出信号が供給されるとともに上記マイクロ波信号が供給される二重平衡変調器と、
上記光共振器に入射される光ビームのパワー又は上記光共振器から取り出される光周波数コムのパワーを検出する検出手段と、
上記二重平衡変調器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算する割算器と、
この割算器の出力を積分して上記光共振器の光共振長を帰還制御する駆動制御信号を生成する積分器と、
上記二重平衡変調器の出力信号が供給されるロックイン増幅器と、
上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させる変調信号を発生するとともに、この変調信号を参照信号として上記ロックイン増幅器に与える変調信号発生器とを備え、
上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させることにより、上記高速光検出器から上記所定の周期でチョップした光周波数コムの検出信号を得て上記二重平衡変調器に供給し、
上記割算器により上記ロックイン増幅器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算し、上記割算器の出力を上記積分器により積分して上記光共振器の光共振長を帰還制御する駆動制御信号を生成して、上記光共振器の光共振長を帰還制御することを特徴する光周波数コム発生器制御装置。
上記光変調器を内蔵する空洞マイクロ波共振器と、上記光変調器の出射端側に配置され、電気機械変換素子により移動される高反射膜の形成された可動ミラーとを備え、
上記可動ミラーを所定位置に帰還制御することを特徴する請求項１記載の光周波数コム発生器制御装置。
上記光変調器は、入射端面に高反射膜を有する電気光学結晶からなるセミモノリシック光変調器であ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制御装置。
上記光変調器は光導波路型の光変調器であり、バイアスＴを介して上記光導波路型の光変調器に位相制御信号と駆動制御信号を供給す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制御装置。
上記検出手段は、上記光共振器に入射される光ビームのパワーを検出する光検出器からな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制御装置。
上記検出手段は、上記光共振器から取り出される光周波数コムのパワーとして上記高速光検出器の検出信号の低周波成分を検出するローパスフィルタからな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制御装置。
光変調を行う光ビームを通過させる電気光学結晶からなる光変調器を光共振器内に備える光周波数コム発生器の制御装置であって、
上記光変調を行う光ビームを発生する波長可変レーザ光源と、
上記光変調器に位相制御信号として与えるマイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器と、
上記電気光学結晶から出射される光周波数コムを受光して検出する高速光検出器と、
この高速光検出器の検出信号が供給されるとともに上記マイクロ波信号が供給される二重平衡変調器と、
上記光共振器に入射される光ビームのパワー又は上記光共振器から取り出される光周波数コムのパワーを検出する検出手段と、
上記二重平衡変調器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算する割算器と、
この割算器の出力を積分して上記波長可変レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を帰還制御する駆動制御信号を生成する積分器と、
上記二重平衡変調器の出力信号が供給されるロックイン増幅器と、
上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させる変調信号を発生するとともに、この変調信号を参照信号として上記ロックイン増幅器に与える変調信号発生器とを備え、
上記高速光検出器に与えるバイアス電圧を所定の周期で高電位状態と低電位状態に変化させることにより、上記高速光検出器から上記所定の周期でチョップした光周波数コムの検出信号を得て上記二重平衡変調器に供給し、
上記割算器により上記ロックイン増幅器の出力を上記検出手段による検出出力で割り算し、上記割算器の出力を上記積分器により積分して上記光共振器の光共振長を帰還制御する駆動制御信号を生成して、上記波長可変レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を帰還制御することを特徴する光周波数コム発生器制御装置。