JP3996815B2 - Optical frequency synthesizer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高確度に光周波数が制御された光を発生する光周波数シンセサイザに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光周波数可変光源は、半導体レーザ、グレーティング、ミラーがリットマン型に配置された構造を有する外部共振器型半導体レーザが主流であった。本構成では、ミラーの角度により発振光周波数を制御するので、発振光周波数の確度および安定性は低かった。
【0003】
そこで、光源の発振光周波数を高確度かつ安定に制御するために、高確度かつ安定に光周波数が制御された光周波数参照光を用意し、その光周波数と光周波数可変光源の光周波数とを比較し、両者の差(ビート)が一定になるように光周波数可変光源の発振光周波数を制御する方法が提案されている。この方法では、光周波数参照光と同程度の光周波数確度と安定性が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光周波数可変光源の発振光周波数可変帯域は、ビートを検出する光検出手段の帯域によって制限されるので、光周波数参照光の光周波数近辺の数十GHz内にとどまる。
【0005】
一方、大容量光通信において利用される帯域が数十THzと広帯域化している現状では、上記の数十GHz程度の光周波数可変帯域は不十分なものである。
【0006】
本発明は、数十THzにわたる帯域において高確度かつ安定に光周波数が制御された光を発生することができる光周波数シンセサイザを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明の光周波数シンセサイザは、発振光周波数が制御可能な光周波数可変光源と、基準光周波数ν0 の基準モードを中心に縦モード間隔fm のマルチモード光(光コム)を出力するマルチモード基準光源と、光周波数可変光源の出力光を2分岐し、その一方を光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力する光分岐手段と、光分岐手段で分岐された光周波数可変光源の出力光とマルチモード基準光源の出力光を合波する光合波手段と、光合波手段の出力光を電気信号に変換し、光周波数可変光源の出力光とマルチモード基準光源の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する光検出手段と、ビート電気信号を入力し、光周波数可変光源の発振光周波数を測定し、その測定値νX が目標光周波数νX0になるように、光周波数可変光源の発振光周波数を制御する光周波数制御部とを備え、光周波数制御部は、ビート電気信号を2分岐する電気信号分岐手段と、その一方のビート電気信号を入力して光周波数可変光源の発振光周波数ν X を測定する光周波数計数回路と、測定値ν X が目標光周波数ν X0 になるように光周波数可変光源の発振光周波数を制御する制御信号を出力する光周波数制御信号生成部と、マルチモード基準光源のある1つの縦モードの光周波数ν n と目標光周波数ν X0 の差周波数|ν n −ν X0 |の電気信号を出力する周波数シンセサイザと、電気信号分岐手段で分岐された他方のビート電気信号と周波数シンセサイザの出力電気信号をミキシングする電気信号ミキサと、電気信号ミキサの出力信号から低周波数成分を選択的に透過して光周波数可変光源に与える低域通過フィルタとを含む(請求項1)。
【0010】
第2の発明の光周波数シンセサイザは、発振光周波数が制御可能な光周波数可変光源と、基準光周波数ν 0 の基準モードを中心に縦モード間隔f m のマルチモード光(光コム)を出力するマルチモード基準光源と、光周波数可変光源の出力光を2分岐し、その一方を光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力する光分岐手段と、光分岐手段で分岐された光周波数可変光源の出力光とマルチモード基準光源の出力光を合波する光合波手段と、光合波手段の出力光を電気信号に変換し、光周波数可変光源の出力光とマルチモード基準光源の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する光検出手段と、ビート電気信号を入力し、光周波数可変光源の発振光周波数を測定し、その測定値ν X が目標光周波数ν X0 になるように、光周波数可変光源の発振光周波数を制御する光周波数制御部とを備え、光周波数制御部は、ビート電気信号を2分岐する電気信号分岐手段と、その一方のビート電気信号を入力して光周波数可変光源の発振光周波数νX を測定する光周波数計数回路と、出力周波数を制御できる周波数シンセサイザと、光周波数計数回路の測定値νX と目標光周波数νX0を比較し、両者の差周波数|νX0−νX |が0まで減少するように周波数シンセサイザの出力周波数を掃引する周波数シンセサイザ出力周波数制御回路と、電気信号分岐手段で分岐された他方のビート電気信号と周波数シンセサイザの出力電気信号をミキシングする電気信号ミキサと、電気信号ミキサの出力信号から低周波数成分を選択的に透過して光周波数可変光源に与える低域通過フィルタとにより位相同期ループを構成し、光周波数可変光源の発振光周波数をオフセットロッキングする構成である(請求項2)。
【0011】
光周波数制御部に用いる光周波数計数回路は、マルチモード基準光源の縦モード間隔fm を変化させ、光周波数可変光源の出力光の光周波数をシフトさせる。そして、マルチモード基準光源の縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、ビート電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、光周波数可変光源の出力光の光周波数νX をシフトさせたときに、ビート電気信号の周波数fの変化分との比の符号ST (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、基準光周波数ν0 と、fm と、nと、ST に基づいて、光周波数可変光源の出力光の光周波数νX を
νX =ν0 −ST nfm +ST f
により算出する手段とを含む(請求項3)。
【0012】
また、別な光周波数計数回路は、マルチモード基準光源の縦モード間隔fm を変化させ、マルチモード基準光源の出力光の光周波数をシフトさせる。そして、マルチモード基準光源の縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、ビート電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、マルチモード基準光源の出力光の光周波数をシフトさせたときに、ビート電気信号の周波数fの変化分との比の符号SM (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、基準光周波数ν0 と、fm と、nと、SM に基づいて、光周波数可変光源の光周波数νX を
νX =ν0 +SM nfm −SM f
により算出する手段とを含む(請求項4)。
【0013】
第3の発明の光周波数シンセサイザは、発振光周波数が制御可能な光周波数可変光源と、基準光周波数ν 0 の基準モードを中心に縦モード間隔f m のマルチモード光(光コム)を出力するマルチモード基準光源と、光周波数可変光源の出力光を2分岐し、その一方を光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力する光分岐手段と、光分岐手段で分岐された光周波数可変光源の出力光とマルチモード基準光源の出力光を合波する光合波手段と、光合波手段の出力光を電気信号に変換し、光周波数可変光源の出力光とマルチモード基準光源の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する光検出手段と、ビート電気信号を入力し、光周波数可変光源の発振光周波数を測定し、その測定値ν X が目標光周波数ν X0 になるように、光周波数可変光源の発振光周波数を制御する光周波数制御部とを備え、マルチモード基準光源は、マルチモード光の縦モード間隔を変化させる手段と、マルチモード光の基準モードと光周波数基準とを一致させるフィードバック手段により、縦モード間隔の変化に係わらず基準モードの基準光周波数ν0 を一定に制御する手段を含む(請求項5)。
【0014】
第3の発明のマルチモード基準光源のマルチモード光の縦モード間隔を変化させる手段として、マルチモード光を発生させるモード同期レーザと、モード同期レーザをモード同期周波数で駆動し、その駆動周波数を変化させてマルチモード光の縦モード間隔を変化させる駆動手段とを備え、さらに、モード同期レーザから出力されるマルチモード光を入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質を備える(請求項6)。
【0015】
第3の発明のマルチモード基準光源のマルチモード光の縦モード間隔を変化させる手段として、基準光周波数ν0 の単一モード光を出力する光源と、単一モード光を変調してマルチモード光を発生させる光変調手段と、光変調手段の駆動周波数を変化させてマルチモード光の縦モード間隔を変化させる駆動手段とを備え、さらに、光変調手段から出力されるマルチモード光を入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質を備える(請求項7)。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の光周波数シンセサイザの基本構成を示す。
図において、光周波数可変光源10は、発振光周波数が制御可能な構成である。マルチモード基準光源20は、基準光周波数ν0 の基準モードを中心に縦モード間隔fm のマルチモード光(光コム)を発生させる。光周波数可変光源10の出力光は光分岐手段31で2分岐され、一方が光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力されるとともに、他方が光合波手段32に入力される。光合波手段32は、光分岐手段31で分岐された光周波数可変光源10の出力光とマルチモード基準光源20の出力光を合波する。光検出手段40は、光合波手段32の出力光を電気信号に変換し、光周波数可変光源10の出力光とマルチモード基準光源20の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する。光周波数制御部50はこのビート電気信号を入力し、光周波数可変光源10の発振光周波数νX を測定し、目標光周波数νX0 になるように制御する。
【0017】
なお、光周波数可変光源10の発振光周波数の測定では、マルチモード基準光源20の縦モード間隔fm を変化させ、光周波数可変光源10またはマルチモード基準光源20の出力光の光周波数をシフトさせる必要があるが、それぞれの構成について後述する(関連出願:特願2002−215590)。
【0018】
図2は、マルチモード基準光源20の構成例を示す。
図において、マルチモード基準光源20は、周波数fm の変調信号を出力する変調信号発生器21と、その変調信号により駆動される能動モード同期レーザ22を有する。能動モード同期レーザ22は縦モード間隔fm の光コムを出力し、その出力光は光増幅器23で増幅して非線形光ファイバ24に入力され、非線形効果(スーパーコンティニウム発生等)によってスペクトル拡大し、スペクトルが数百nm(数十THz)にわたる広帯域な光コムを発生させる構成である(参考文献:Electronics Letter, Vol.30, No.10, pp.790-791)。この光コムの縦モード間隔fm は、駆動する変調信号の周波数fm に応じて変化させることができる。
【0019】
ここでは、1つの縦モードの光周波数を光周波数基準が有する基準光周波数ν0 に同期させる以下の構成をとり、縦モード間隔を変化させた場合でも基準モードの基準光周波数ν0 が変化しないようにする。能動モード同期レーザ22から出力される縦モードの1つ(基準光周波数ν0 の基準モード)は、光カプラ25、光バンドパスフィルタ26を介して分波され、その吸収線の光周波数が校正された標準気体を有する光周波数基準27を介して光検出回路28に入力する。光発振周波数制御回路29は、光検出回路28の出力に応じて能動モード同期レーザ22の発振周波数を制御し、基準モードの基準光周波数ν0 が気体吸収線に同期するように帰還ループが形成される。これにより、基準モードの基準光周波数ν0 を極めて安定に制御することができる。
【0020】
なお、能動モード同期レーザ22としては、半導体モード同期レーザ(MLLD)や、エルビウム添加光ファイバモード同期リングレーザ等が利用できる。このMLLDを利用する場合は、その実効共振器長によりモード同期周波数(縦モード間隔)が決定される。離調(駆動周波数の最適駆動周波数からの差分)は数パーセントが許容され、駆動周波数を数パーセント変化させても、パルス幅および出力パワー等に大きな変化はない。
【0021】
また、能動モード同期レーザ22に代えて、基準光周波数ν0 に同期した単一モード光を出力する光源と、変調信号により単一モード光を変調して光コムを発生させる光変調手段(例えは電気光学変調器)を用いることも可能である。なお、マルチモード基準光源の縦モード間隔fm は、光変調手段の変調信号周波数により決定されるので、その周波数を変化させることにより縦モード間隔fm を変化させることができる。
【0022】
図3は、光周波数制御部50の第1の構成例を示す。
図において、光周波数制御部50は、光検出手段40から出力されるビート電気信号を入力して光周波数可変光源10の発振光周波数νX を測定する光周波数計数回路51と、この測定値νX が目標光周波数νX0になるように光周波数可変光源10の発振光周波数を制御する制御信号を出力する光周波数制御信号生成部52とを有する。
【0023】
図4は、光周波数制御部50の第2の構成例を示す。
図において、光周波数制御部50は、光検出手段40から出力されるビート電気信号を2分岐する電気信号分岐手段53と、その一方のビート電気信号を入力して光周波数可変光源10の発振光周波数νX を測定する光周波数計数回路51と、この測定値νX が目標光周波数νX0になるように光周波数可変光源10の発振光周波数を制御する制御信号を出力する光周波数制御信号生成部52と、マルチモード基準光源20のある1つの縦モードの光周波数νn と目標光周波数νX0の差周波数|νn −νX0|の電気信号を出力する周波数シンセサイザ54と、電気信号分岐手段53で分岐された他方のビート電気信号と周波数シンセサイザ54の出力電気信号をミキシングする電気信号ミキサ55と、電気信号ミキサ55の出力信号から低周波数成分を選択的に透過して光周波数可変光源10に与える低域通過フィルタ(LPF)56とを有する。
【0024】
図5は、光周波数制御部50の第3の構成例を示す。
図において、光周波数制御部50は、光検出手段40から出力されるビート電気信号を2分岐する電気信号分岐手段53と、その一方のビート電気信号を入力して光周波数可変光源10の発振光周波数νX を測定する光周波数計数回路51と、出力周波数を制御できる周波数シンセサイザ54’と、光周波数計数回路51の測定値νX と目標光周波数νX0を比較し、両者の差周波数|νX0−νX |が0まで減少するように周波数シンセサイザ54’の出力周波数を掃引する周波数シンセサイザ出力周波数制御回路57と、電気信号分岐手段53で分岐された他方のビート電気信号と周波数シンセサイザ54’の出力電気信号をミキシングする電気信号ミキサ55と、電気信号ミキサ55の出力信号から低周波数成分を選択的に透過して光周波数可変光源10に与える低域通過フィルタ(LPF)56とを有する。この位相同期ループにより、光周波数可変光源10の発振光周波数をオフセットロッキングすることができる。
【0025】
以下、図3〜5における光周波数計数回路51において、マルチモード基準光源20の縦モード間隔の変化と、光周波数可変光源10(またはマルチモード基準光源20)の光周波数シフトの方向を観測することにより、ビート光を生成する縦モードを確定し、光周波数可変光源10の発振光周波数νX を一意に決定する方法について、図6および図7を参照して説明する。
【0026】
まず、光周波数計数回路51では、マルチモード基準光源20の出力光(光コム)と光周波数可変光源10の出力光のビート光を光電変換して得られるビート電気信号の周波数fを測定する。その測定には例えば周波数カウンタなどが用いられる。この周波数fは、光コムの1つの縦モード(光周波数νn )と光周波数可変光源10の出力光(光周波数νX )の光周波数差に相当する(図6(a))。
【0027】
次に、光周波数計数回路51からの指示により、例えば図2に示すマルチモード基準光源20の変調信号発生部21の変調信号周波数を制御し、縦モード間隔fm をfm +Δfm に変化させたときに、光周波数計数回路51で測定される周波数f+Δfを測定して周波数fの増大量Δfを算出する。ここで、図6(b) に示すように、光周波数可変光源10の出力光とビート光をつくる縦モードが、基準光周波数ν0 の基準モードから数えてn番目(νn )とすると、
|Δf|=|nΔfm |
の関係が存在する。このとき、Δf/Δfm の符号も判別する。ちなみに図6の例ではΔfm が正、Δfが負であるので、Δf/Δfm の符号は負となる。
【0028】
次に、光周波数計数回路51からの指示により、光周波数可変光源10の出力光(光周波数νX )の光周波数をΔνだけ変化させたときに、測定される周波数f、f+Δfの変化方向からΔf/Δνの符号を判別する。なお、光周波数シフトを静的に与える場合も、正弦波的に与える場合も、Δf/Δνの符号判定は可能である。
【0029】
これらの結果からν0 、νn 、νX の大小関係(図7 (a)〜(d) のいずれか)を判別し、その大小関係に基づいて光周波数可変光源10の出力光の光周波数νX を確定する。
【0030】
図7(a) はνn <νX <ν0 であり、Δf/Δfm >0、Δf/Δν>0となる。図7(b) はνX <νn <ν0 であり、Δf/Δfm <0、Δf/Δν<0となる。いずれの場合もビート光を生成する縦モードの光周波数νn は、
νn =ν0 −nfm =ν0 −fm |Δf/Δfm |
となる。
【0031】
図7(c) はν0 <νn <νX であり、Δf/Δfm <0、Δf/Δν>0となる。図7(d) はν0 <νX <νn であり、Δf/Δfm >0、Δf/Δν<0となる。いずれの場合も
νn =ν0 +nfm =ν0 +fm |Δf/Δfm |
となる。
【0032】
したがって、光周波数計数回路51では、Δf/Δfm >0、Δf/Δν>0であれば図7(a) の場合であり、光周波数可変光源10の光周波数νX は、
νX =νn +f=ν0 −fm |Δf/Δfm |+f
として求める。
【0033】
Δf/Δfm <0、Δf/Δν<0であれば図7(b) の場合であり、光周波数可変光源10の光周波数νX は、
νX =νn −f=ν0 −fm |Δf/Δfm |−f
として求める。
【0034】
Δf/Δfm <0、Δf/Δν>0であれば図7(c) の場合であり、光周波数可変光源10の光周波数νX は、
νX =νn +f=ν0 +fm |Δf/Δfm |+f
として求める。
【0035】
Δf/Δfm >0、Δf/Δν<0であれば図7(d) の場合であり、光周波数可変光源10の光周波数νX は、
νX =νn −f=ν0 +fm |Δf/Δfm |−f
として求める。
【0036】
なお、以上の説明では、光周波数可変光源10の出力光に光周波数シフトΔνを与える場合について示したが、マルチモード基準光源20の出力光(光コム)に光周波数シフトΔνを与えるようにしてもよく、その場合には符号を逆にして考えればよい。マルチモード基準光源20の出力光に光周波数シフトを与える方法としては、図2に示す構成の非線形光ファイバ24の出力側に光周波数シフト手段を設ける構成、光増幅器23の入力側に光周波数シフト手段を設ける構成、光周波数基準27として用いる気体の温度または圧力を制御することにより光周波数基準27が有する基準周波数をシフトさせる構成などを用いることができる。
【0037】
図8は、本発明の光周波数シンセサイザの実施例構成を示す。本実施例構成は、図1に示す基本構成において、マルチモード基準光源20として図2に示す構成、光周波数制御部50として図4に示す構成を適用したものである。また、本実施例構成では、光周波数計数回路51から出力される光周波数可変光源10の光周波数シフト指示を光周波数制御信号生成部52を介して与える構成としている。
【0038】
また、ここでは光周波数可変光源10として、半導体レーザ、グレーティング、ミラーがリットマン型に配置した外部共振器型構造の半導体レーザを用いる例を示す。本構成では、ミラー角度により発振光周波数の制御が可能であるので、光周波数制御信号生成部52はミラー角度を制御するモータまたはピエゾ素子(PZT)に対する制御信号を出力することにより発振光周波数を制御する。まず、所定の発振光周波数νX0の出力光が得られるように、ミラー角度と発振光周波数の関係に基づくある程度の精度でミラー角度が設定される。さらに、光周波数計数回路51で測定された光周波数νX が所定の光周波数νX0になるようにミラー角度を制御する。すなわち、モータまたはPZTは、|νX −νX0|がほぼ0になるようにフィードバック制御される。
【0039】
一方、周波数シンセサイザ54は、周波数f0 =|νn −νX0|の電気信号を出力する。このとき、マルチモード基準光源20の1つの縦モードの光周波数νn としては、f0 =|νn −νX0|が最小になるものを選択すればよい。この周波数シンセサイザ54の出力信号と、光検出手段40から出力されるビート電気信号を電気信号ミキサ55でミキシングし、その出力信号から低域通過フィルタ56を用いて|f−f0 |の周波数成分を取り出す。この周波数成分は、光周波数可変光源10の半導体レーザ注入電流の制御信号として用いられる。半導体レーザの注入電流を変化させることにより実効的共振長が変化し、光周波数可変光源10の発振光周波数の制御が可能になる。以上の構成により、光PLLが実現され、出力光周波数の確度が非常に高く、かつ安定した光周波数シンセサイザを実現することができる。
【0040】
次に、光周波数制御部50として図5に示す構成を適用した場合の動作例について説明する。位相同期ループを動作させない状態で、所定の発振光周波数νX0の出力光が得られるように、ミラー角度と発振光周波数の関係に基づくある程度の精度でミラー角度が設定される。しかし、そこには数十GHz以下の誤差が生じるので、以下に示す方法で微調整する。
【0041】
光周波数計数回路51で測定された光周波数νX と所定の光周波数νX0との誤差|νX −νX0|がfm 以下の場合、マルチモード基準光源20のνX0付近の縦モード周波数νn と測定値νX の周波数差|νX −νn |の周波数の電気信号を周波数シンセサイザ54’から出力し、その出力周波数|νX −νn |を|νX0−νn |に徐々に近づけていく。これにより、光周波数可変光源10の出力光周波数はνX0に固定される。その際、光周波数可変光源10にPLL内の注入電流制御信号が過大にならないようにミラー角度を自動制御する機構を用いればよい。
【0042】
一方、誤差|νX −νX0|がfm 以上の場合には、仮の目標周波数νX1,νX2,…を設定し、上記と同様の方法を用いてその仮の目標周波数を順々に達成することで、最終的に所定の光周波数νX0を実現する。この動作原理について図9を参照して具体的に説明する。所定の周波数νX0、測定値νX 、仮の目標周波数νX1,νX2として、
νX0=192.131000THz、
νX =192.085000THz、
νX1=192.111000THz、
νX2=192.091000THz、
とし、仮の目標周波数としてfm 程度の間隔で設定する。
【0043】
ここで、νX2<νn-2 <νX1を満たすようなマルチモード基準光源20の縦モード周波数νn-2 とνX の周波数差|νX −νn-2 |の周波数の電気信号を周波数シンセサイザ54’から出力し、その周波数を|νX −νn-2 |から|νX2−νn-2 |まで掃引する。次に、周波数シンセサイザ54’の出力周波数を|νX2−νn-1 |とし、それを|νX1−νn-1 |まで掃引する。以下同様に、最終的に所定の光周波数νX0を達成する。以上の構成により、出力光周波数の確度が非常に高く、かつ安定した光周波数シンセサイザを実現することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ビート光を生成するマルチモード光の中の縦モードを確定し、光周波数可変光源の出力光の光周波数を一意に決定することができるので、数百nmの広帯域に渡って光周波数可変光源の光周波数を高精度に測定することができる。この測定値に基づいて光周波数可変光源の光周波数を制御することにより、数十THzにわたる帯域において高確度かつ安定に光周波数が制御された光を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光周波数シンセサイザの基本構成を示すブロック図。
【図2】マルチモード基準光源20の構成例を示すブロック図。
【図3】光周波数制御部50の第1の構成例を示すブロック図。
【図4】光周波数制御部50の第2の構成例を示すブロック図。
【図5】光周波数制御部50の第3の構成例を示すブロック図。
【図6】光周波数計数回路51の動作原理を説明する図。
【図7】光周波数可変光源10の光周波数の算出パターンを説明する図。
【図8】本発明の光周波数シンセサイザの実施例構成を示すブロック図。
【図9】図5の光周波数制御部50を用いた場合の動作原理を説明する図。
【符号の説明】
10 光周波数可変光源
20 マルチモード基準光源
21 変調信号発生部
22 能動モード同期レーザ
23 光増幅器
24 非線形光ファイバ
25 光カプラ
26 光バンドパスフィルタ
27 光周波数基準
28 光検出回路
29 光発振周波数制御回路
31 光分岐手段
32 光合波手段
40 光検出手段
50 光周波数制御部
51 光周波数計数回路
52 光周波数制御信号生成部
53 電気信号分岐手段
54 周波数シンセサイザ
55 電気信号ミキサ
56 低域通過フィルタ(LPF)
57 周波数シンセサイザ出力周波数制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical frequency synthesizer that generates light whose optical frequency is controlled with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
The conventional optical frequency variable light source is mainly an external cavity semiconductor laser having a structure in which a semiconductor laser, a grating, and a mirror are arranged in a Littman type. In this configuration, since the oscillation light frequency is controlled by the angle of the mirror, the accuracy and stability of the oscillation light frequency is low.
[0003]
Therefore, in order to control the oscillation frequency of the light source with high accuracy and stability, an optical frequency reference light whose optical frequency is controlled with high accuracy and stability is prepared, and the optical frequency and the optical frequency of the optical frequency variable light source are determined. In comparison, a method has been proposed in which the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is controlled so that the difference (beat) between the two becomes constant. In this method, optical frequency accuracy and stability comparable to those of the optical frequency reference light can be obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the oscillation light frequency variable band of the optical frequency variable light source is limited by the band of the light detection means for detecting the beat, it remains within several tens of GHz near the optical frequency of the optical frequency reference light.
[0005]
On the other hand, in the present situation where the bandwidth used in large-capacity optical communication is widened to several tens of THz, the above-described optical frequency variable band of about several tens of GHz is insufficient.
[0006]
An object of the present invention is to provide an optical frequency synthesizer capable of generating light whose optical frequency is controlled with high accuracy and stability in a band over several tens of THz.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An optical frequency synthesizer according to a first aspect of the invention outputs an optical frequency variable light source capable of controlling an oscillation optical frequency and multimode light (optical comb) having a longitudinal mode interval f m centering on a reference mode having a reference optical frequency ν 0. The output light of the multi-mode reference light source and the output light of the optical frequency variable light source is split into two, one of which is output to the outside as the output light of the optical frequency synthesizer, and the output of the optical frequency variable light source branched by the optical branch means Optical combining means for combining the light and the output light of the multi-mode reference light source, and the output light of the optical combining means is converted into an electrical signal, and the output light of the optical frequency variable light source and the output light of the multi-mode reference light source (one longitudinal light) Mode) that detects the beat electrical signal corresponding to the beat light, and inputs the beat electrical signal, measures the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source, and the measured value ν X becomes the target optical frequency ν X0 Become Sea urchin, and an optical frequency controller for controlling the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source, the optical frequency controller, and an electric signal branching means for two-branch a beat electrical signals, and inputs the beat electrical signals one of its An optical frequency counting circuit that measures the oscillation optical frequency ν X of the optical frequency variable light source, and a light that outputs a control signal for controlling the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source so that the measured value ν X becomes the target optical frequency ν X0 A frequency control signal generation unit, a frequency synthesizer that outputs an electrical signal of a difference frequency | ν n −ν X0 | between the optical frequency ν n of one longitudinal mode having a multimode reference light source and the target optical frequency ν X0 , and an electrical signal An electric signal mixer that mixes the other beat electric signal branched by the branching means and the output electric signal of the frequency synthesizer, and selectively transmits low-frequency components from the output signal of the electric signal mixer. And a low pass filter applied to the wave number variable light source (Claim 1).
[0010]
An optical frequency synthesizer according to a second aspect of the invention outputs an optical frequency variable light source capable of controlling an oscillation optical frequency and multimode light (optical comb) having a longitudinal mode interval f m centering on a reference mode having a reference optical frequency ν 0. The output light of the multi-mode reference light source and the output light of the optical frequency variable light source is split into two, one of which is output to the outside as the output light of the optical frequency synthesizer, and the output of the optical frequency variable light source branched by the optical branch means Optical combining means for combining the light and the output light of the multi-mode reference light source, and the output light of the optical combining means is converted into an electrical signal, and the output light of the optical frequency variable light source and the output light of the multi-mode reference light source (one longitudinal light) light detecting means for outputting a beat electrical signals corresponding to the optical beat mode), type a beat electrical signals, the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is measured, the measured value [nu X is the target optical frequency [nu X0 Become Sea urchin, and an optical frequency controller for controlling the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source, the optical frequency controller, and an electric signal branching means for two-branch a beat electrical signals, and inputs the beat electrical signals one of its The optical frequency counter circuit that measures the oscillation optical frequency ν X of the optical frequency variable light source, the frequency synthesizer that can control the output frequency, the measured value ν X of the optical frequency counter circuit and the target optical frequency ν X0 are compared, and the difference between the two A frequency synthesizer output frequency control circuit that sweeps the output frequency of the frequency synthesizer so that the frequency | ν X0 −ν X | decreases to 0, the other beat electric signal branched by the electric signal branching means, and the output electric power of the frequency synthesizer An electric signal mixer that mixes the signal and a low-pass signal that selectively transmits low-frequency components from the output signal of the electric signal mixer to the optical frequency variable light source Constitute a phase locked loop by the filter, the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is configured to offset locking (claim 2).
[0011]
Optical frequency counter circuit used in the optical frequency controller changes the longitudinal mode interval f m multimode reference light source shifts the optical frequency of the output light from the optical frequency variable light source. Then, the longitudinal mode spacing of the multimode reference light source is varied from f m to f m + Delta] f m, the variation of the longitudinal mode spacing Delta] f m (including the sign), change in Delta] f of the frequency f of the beat electrical signals The means for counting the ratio n = Δf / Δf m (including the sign) to (including the sign) and the frequency f of the beat electrical signal when the optical frequency ν X of the output light of the optical frequency variable light source is shifted. Based on the means for determining the sign S T (1 if positive, −1 if negative) of the ratio of the change in the reference optical frequency ν 0 , f m , n, and S T , the optical frequency the optical frequency [nu X of the output light of the tunable light source ν X = ν 0 -S T nf m + S T f
And means for calculating by ( claim 3 ).
[0012]
Another optical frequency counting circuit, the longitudinal mode interval f m of multimode reference light source is varied, thereby shifting the optical frequency of the output light of the multimode reference light source. Then, the longitudinal mode spacing of the multimode reference light source is varied from f m to f m + Delta] f m, the variation of the longitudinal mode spacing Delta] f m (including the sign), change in Delta] f of the frequency f of the beat electrical signals A means for counting a ratio n = Δf / Δf m (including a sign) with respect to (including a sign) and a change in the frequency f of the beat electric signal when the optical frequency of the output light of the multimode reference light source is shifted. Based on the means for determining the sign S M (1 if positive, -1 if negative), the reference optical frequency ν 0 , f m , n, and S M , the optical frequency variable light source the optical frequency ν X ν X = ν 0 + S M nf m -S M f
And means for calculating by ( claim 4 ).
[0013]
Optical frequency synthesizer of the third invention, outputs an optical frequency variable light source capable controlled oscillation light frequency, around the reference mode of the reference light frequency [nu 0 multimode optical longitudinal mode interval f m (optical comb) The output light of the multi-mode reference light source and the output light of the optical frequency variable light source is split into two, one of which is output to the outside as the output light of the optical frequency synthesizer, and the output of the optical frequency variable light source branched by the optical branch means Optical combining means for combining the light and the output light of the multi-mode reference light source, and the output light of the optical combining means is converted into an electrical signal, and the output light of the optical frequency variable light source and the output light of the multi-mode reference light source (one longitudinal light) light detecting means for outputting a beat electrical signals corresponding to the optical beat mode), type a beat electrical signals, the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is measured, the measured value [nu X is the target optical frequency [nu X0 Become Sea urchin, and an optical frequency controller for controlling the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source, a multimode reference light source includes a means for changing the longitudinal mode spacing of the multimode optical reference mode of the multimode light and the optical frequency reference the feedback means for matching the door, comprises means for controlling the reference beam frequency [nu 0 reference mode regardless of changes in the longitudinal mode interval constant (claim 5).
[0014]
As means for changing the longitudinal mode interval of the multi-mode light of the multi -mode reference light source of the third invention, the mode-locked laser for generating the multi-mode light , the mode-locked laser is driven at the mode-locked frequency, and the drive frequency is changed. It is allowed and a driving means for changing the longitudinal mode spacing of the multi-mode light, furthermore, enter the multimode light output from the mode-locked laser, an optical nonlinear medium to broaden the spectral width (claim 6).
[0015]
Third as multimode reference multimode optical means for changing the longitudinal mode spacing of the light source of the invention, a light source for outputting a single mode light of the reference light frequency [nu 0, multimode light by modulating the single-mode optical a light modulation means for generating, by changing the driving frequency of the light modulation means and a driving means for changing the longitudinal mode spacing of the multi-mode light, furthermore, enter the multimode light output from the light modulation means, an optical nonlinear medium to broaden the spectral width (claim 7).
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a basic configuration of an optical frequency synthesizer of the present invention.
In the figure, the optical frequency
[0017]
In the measurement of the oscillation optical frequency of the optical frequency
[0018]
FIG. 2 shows a configuration example of the multimode
In the figure, the multi-mode
[0019]
Here, take the configuration of the following synchronizing the optical frequencies of the single longitudinal mode to the reference optical frequency [nu 0 having an optical frequency reference, the reference light frequency [nu 0 reference mode even when changing the longitudinal mode spacing is not changed Like that. One of the longitudinal modes (reference mode of the reference optical frequency ν 0 ) output from the active mode-locked
[0020]
As the active mode-locked
[0021]
Further, in place of the active mode-locked
[0022]
FIG. 3 shows a first configuration example of the optical
In the figure, an optical
[0023]
FIG. 4 shows a second configuration example of the optical
In the figure, an optical
[0024]
FIG. 5 shows a third configuration example of the optical
In the figure, an optical
[0025]
Hereinafter, in the optical
[0026]
First, the optical
[0027]
Then, by an instruction from the optical
| Δf | = | nΔf m |
The relationship exists. At this time, also determines the sign of Δf / Δf m. Incidentally Delta] f m is positive in the example of FIG. 6, since Delta] f is negative, the sign of Delta] f / Delta] f m becomes negative.
[0028]
Next, when the optical frequency of the output light (optical frequency ν X ) of the optical frequency variable
[0029]
From these results, the magnitude relationship (any one of FIGS. 7A to 7D) of ν 0 , ν n , and ν X is determined, and the optical frequency of the output light of the optical frequency variable
[0030]
In FIG. 7A, ν n <ν X <ν 0 , and Δf / Δf m > 0 and Δf / Δν> 0. In FIG. 7B, ν X <ν n <ν 0 , and Δf / Δf m <0 and Δf / Δν <0. In either case, the optical frequency ν n of the longitudinal mode that generates the beat light is
ν n = ν 0 −nf m = ν 0 −f m | Δf / Δf m |
It becomes.
[0031]
In FIG. 7C, ν 0 <ν n <ν X , and Δf / Δf m <0 and Δf / Δν> 0. In FIG. 7D, ν 0 <ν X <ν n , and Δf / Δf m > 0 and Δf / Δν <0. In any case, ν n = ν 0 + nf m = ν 0 + f m | Δf / Δf m |
It becomes.
[0032]
Therefore, in the optical
ν X = ν n + f = ν 0 −f m | Δf / Δf m | + f
Asking.
[0033]
If Δf / Δf m <0 and Δf / Δν <0, the case of FIG. 7B is satisfied, and the optical frequency ν X of the optical frequency variable
ν X = ν n −f = ν 0 −f m | Δf / Δf m | −f
Asking.
[0034]
If Δf / Δf m <0, Δf / Δν> 0, it is the case of FIG. 7C, and the optical frequency ν X of the optical frequency variable
ν X = ν n + f = ν 0 + f m | Δf / Δf m | + f
Asking.
[0035]
If Δf / Δf m > 0 and Δf / Δν <0, it is the case of FIG. 7 (d), and the optical frequency ν X of the optical frequency variable
ν X = ν n −f = ν 0 + f m | Δf / Δf m | −f
Asking.
[0036]
In the above description, the optical frequency shift Δν is given to the output light of the optical frequency variable
[0037]
FIG. 8 shows an embodiment of the optical frequency synthesizer of the present invention. The configuration of this embodiment is obtained by applying the configuration shown in FIG. 2 as the multimode
[0038]
Here, an example in which a semiconductor laser having an external resonator type structure in which a semiconductor laser, a grating, and a mirror are arranged in a Littman type is used as the optical frequency variable
[0039]
On the other hand, the
[0040]
Next, an operation example when the configuration shown in FIG. 5 is applied as the optical
[0041]
When the error | ν X −ν X0 | between the optical frequency ν X measured by the optical
[0042]
On the other hand, if the error | ν X −ν X0 | is greater than or equal to f m , provisional target frequencies ν X1 , ν X2 ,... Are set, and the provisional target frequencies are sequentially set using the same method as described above. By achieving this, a predetermined optical frequency ν X0 is finally realized. This operation principle will be specifically described with reference to FIG. As a predetermined frequency ν X0 , measured value ν X , and temporary target frequencies ν X1 , ν X2 ,
ν X0 = 192.131000 THz,
ν X = 192.085000 THz,
ν X1 = 192.111000 THz,
ν X2 = 192.091000 THz,
And then, set at intervals of about f m as the target frequency tentative.
[0043]
Here, an electrical signal having a frequency difference | ν X −ν n−2 | the longitudinal mode frequency ν n−2 and ν X of the multimode
[0044]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can determine the longitudinal mode in the multi-mode light that generates the beat light, and can uniquely determine the optical frequency of the output light of the optical frequency variable light source. The optical frequency of the optical frequency variable light source can be measured with high accuracy over a wide band. By controlling the optical frequency of the optical frequency variable light source based on this measured value, it is possible to generate light whose optical frequency is controlled with high accuracy and stability in a band extending over several tens of THz.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical frequency synthesizer of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a multimode
3 is a block diagram showing a first configuration example of an optical
4 is a block diagram showing a second configuration example of the optical
5 is a block diagram showing a third configuration example of the optical
6 is a diagram for explaining the operation principle of an optical
FIG. 7 is a diagram for explaining a calculation pattern of an optical frequency of the optical frequency variable
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the optical frequency synthesizer of the present invention.
9 is a diagram for explaining an operation principle when the optical
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
57 Frequency synthesizer output frequency control circuit
Claims (7)
基準光周波数ν 0 の基準モードを中心に縦モード間隔f m のマルチモード光(光コム)を出力するマルチモード基準光源と、
前記光周波数可変光源の出力光を2分岐し、その一方を光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力する光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された前記光周波数可変光源の出力光と前記マルチモード基準光源の出力光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段の出力光を電気信号に変換し、前記光周波数可変光源の出力光と前記マルチモード基準光源の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する光検出手段と、
前記ビート電気信号を入力し、前記光周波数可変光源の発振光周波数を測定し、その測定値ν X が目標光周波数ν X0 になるように、前記光周波数可変光源の発振光周波数を制御する光周波数制御部とを備え、
前記光周波数制御部は、
前記ビート電気信号を2分岐する電気信号分岐手段と、
その一方のビート電気信号を入力して前記光周波数可変光源の発振光周波数νX を測定する光周波数計数回路と、
前記測定値νX が目標光周波数νX0になるように前記光周波数可変光源の発振光周波数を制御する制御信号を出力する光周波数制御信号生成部と、
前記マルチモード基準光源のある1つの縦モードの光周波数νn と目標光周波数νX0の差周波数|νn −νX0|の電気信号を出力する周波数シンセサイザと、 前記電気信号分岐手段で分岐された他方のビート電気信号と前記周波数シンセサイザの出力電気信号をミキシングする電気信号ミキサと、
前記電気信号ミキサの出力信号から低周波数成分を選択的に透過して前記光周波数可変光源に与える低域通過フィルタとを含む
ことを特徴とする光周波数シンセサイザ。 An optical frequency variable light source capable of controlling the oscillation optical frequency;
A multi-mode reference light source that outputs multi-mode light (optical comb) with a longitudinal mode interval f m centering on a reference mode having a reference optical frequency ν 0 ;
Optical branching means for branching the output light of the optical frequency variable light source into two and outputting one of them as output light of an optical frequency synthesizer;
Optical multiplexing means for combining the output light of the optical frequency variable light source branched by the optical branching means and the output light of the multimode reference light source;
Light that converts the output light of the optical multiplexing means into an electrical signal and outputs a beat electrical signal corresponding to the beat light of the output light of the optical frequency variable light source and the output light of the multimode reference light source (one longitudinal mode) Detection means;
Light that controls the oscillation light frequency of the optical frequency variable light source so that the beat electrical signal is input, the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is measured, and the measured value ν X becomes the target optical frequency ν X0 A frequency control unit,
The optical frequency controller is
Electrical signal branching means for branching the beat electrical signal into two;
An optical frequency counting circuit that inputs one of the beat electrical signals and measures the oscillation optical frequency ν X of the optical frequency variable light source;
An optical frequency control signal generating unit that outputs a control signal for controlling the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source so that the measured value ν X becomes a target optical frequency ν X0 ;
A frequency synthesizer that outputs an electrical signal having a difference frequency | ν n −ν X0 | between the optical frequency ν n of one longitudinal mode having the multi-mode reference light source and the target optical frequency ν X0 ; An electrical signal mixer for mixing the other beat electrical signal and the output electrical signal of the frequency synthesizer;
An optical frequency synthesizer, comprising: a low-pass filter that selectively transmits a low-frequency component from the output signal of the electric signal mixer and supplies the low-frequency component to the optical frequency variable light source.
基準光周波数ν 0 の基準モードを中心に縦モード間隔f m のマルチモード光(光コム)を出力するマルチモード基準光源と、
前記光周波数可変光源の出力光を2分岐し、その一方を光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力する光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された前記光周波数可変光源の出力光と前記マルチモード基準光源の出力光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段の出力光を電気信号に変換し、前記光周波数可変光源の出力光と前記マルチモード基準光源の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する光検出手段と、
前記ビート電気信号を入力し、前記光周波数可変光源の発振光周波数を測定し、その測定値ν X が目標光周波数ν X0 になるように、前記光周波数可変光源の発振光周波数を制御する光周波数制御部とを備え、
前記光周波数制御部は、
前記ビート電気信号を2分岐する電気信号分岐手段と、
その一方のビート電気信号を入力して前記光周波数可変光源の発振光周波数νX を測定する光周波数計数回路と、
出力周波数を制御できる周波数シンセサイザと、
前記光周波数計数回路の測定値νX と目標光周波数νX0を比較し、両者の差周波数|νX0−νX |が0まで減少するように前記周波数シンセサイザの出力周波数を掃引する周波数シンセサイザ出力周波数制御回路と、
前記電気信号分岐手段で分岐された他方のビート電気信号と前記周波数シンセサイザの出力電気信号をミキシングする電気信号ミキサと、
前記電気信号ミキサの出力信号から低周波数成分を選択的に透過して前記光周波数可変光源に与える低域通過フィルタとにより位相同期ループを構成し、前記光周波数可変光源の発振光周波数をオフセットロッキングする構成である
ことを特徴とする光周波数シンセサイザ。 An optical frequency variable light source capable of controlling the oscillation optical frequency;
A multi-mode reference light source that outputs multi-mode light (optical comb) with a longitudinal mode interval f m centering on a reference mode having a reference optical frequency ν 0 ;
Optical branching means for branching the output light of the optical frequency variable light source into two and outputting one of them as output light of an optical frequency synthesizer;
Optical multiplexing means for combining the output light of the optical frequency variable light source branched by the optical branching means and the output light of the multimode reference light source;
Light that converts the output light of the optical multiplexing means into an electrical signal and outputs a beat electrical signal corresponding to the beat light of the output light of the optical frequency variable light source and the output light of the multimode reference light source (one longitudinal mode) Detection means;
Light that controls the oscillation light frequency of the optical frequency variable light source so that the beat electrical signal is input, the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is measured, and the measured value ν X becomes the target optical frequency ν X0 A frequency control unit,
The optical frequency controller is
Electrical signal branching means for branching the beat electrical signal into two;
An optical frequency counting circuit that inputs one of the beat electrical signals and measures the oscillation optical frequency ν X of the optical frequency variable light source;
A frequency synthesizer that can control the output frequency,
A frequency synthesizer output that compares the measured value ν X of the optical frequency counter circuit with the target optical frequency ν X0 and sweeps the output frequency of the frequency synthesizer so that the difference frequency | ν X0 −ν X | A frequency control circuit;
An electric signal mixer for mixing the other beat electric signal branched by the electric signal branching means and the output electric signal of the frequency synthesizer;
A phase-locked loop is formed by a low-pass filter that selectively transmits low-frequency components from the output signal of the electric signal mixer and supplies the low-frequency components to the optical frequency variable light source, and offset locking the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source An optical frequency synthesizer characterized in that
前記マルチモード基準光源の縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、前記ビート電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、
前記光周波数可変光源の出力光の光周波数νX をシフトさせたときに、前記ビート電気信号の周波数fの変化分との比の符号ST (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、
前記基準光周波数ν0 と、fm と、nと、ST に基づいて、前記光周波数可変光源の出力光の光周波数νX を
νX =ν0 −ST nfm +ST f
により算出する手段とを含む
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光周波数シンセサイザ。The optical frequency counting circuit includes:
The longitudinal mode spacing of the multimode reference light source is varied from f m to f m + Delta] f m, the variation of the longitudinal mode spacing Delta] f m (including the sign), change in Delta] f of the frequency f of the beat electrical signal Means for counting the ratio n = Δf / Δf m (including the sign) to (including the sign);
When the optical frequency ν X of the output light of the optical frequency variable light source is shifted, the sign S T (1 if positive, −1 if negative) of the ratio of the beat electric signal to the change in the frequency f. Means for determining;
And the reference optical frequency [nu 0, and f m, and n, on the basis of S T, the optical frequency [nu X of the output light of the optical frequency variable light source ν X = ν 0 -S T nf m + S T f
The optical frequency synthesizer according to claim 1 or 2 , characterized by comprising:
前記マルチモード基準光源の縦モード間隔をfm からfm +Δfm に変化させたときに、縦モード間隔の変化分Δfm (符号を含む)と、前記ビート電気信号の周波数fの変化分Δf(符号を含む)との比n=Δf/Δfm (符号を含む)を計数する手段と、
前記マルチモード基準光源の出力光の光周波数をシフトさせたときに、前記ビート電気信号の周波数fの変化分との比の符号SM (正ならば1、負ならば−1)を判定する手段と、
前記基準光周波数ν0 と、fm と、nと、SM に基づいて、前記光周波数可変光源の光周波数νX を
νX =ν0 +SM nfm −SM f
により算出する手段とを含む
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光周波数シンセサイザ。The optical frequency counting circuit includes:
The longitudinal mode spacing of the multimode reference light source is varied from f m to f m + Delta] f m, the variation of the longitudinal mode spacing Delta] f m (including the sign), change in Delta] f of the frequency f of the beat electrical signal Means for counting the ratio n = Δf / Δf m (including the sign) to (including the sign);
When the optical frequency of the output light of the multi-mode reference light source is shifted, the sign S M (1 if positive, −1 if negative) of the ratio to the change in the frequency f of the beat electrical signal is determined. Means,
And the reference optical frequency [nu 0, f and m, and n, on the basis of the S M, the optical frequency variable light source of the optical frequency ν X ν X = ν 0 + S M nf m -S M f
Including the means for calculating by
Optical frequency synthesizer of claim 1 or claim 2, wherein the this.
基準光周波数ν 0 の基準モードを中心に縦モード間隔f m のマルチモード光(光コム)を出力するマルチモード基準光源と、
前記光周波数可変光源の出力光を2分岐し、その一方を光周波数シンセサイザの出力光として外部に出力する光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された前記光周波数可変光源の出力光と前記マルチモード基準光源の出力光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段の出力光を電気信号に変換し、前記光周波数可変光源の出力光と前記マルチモード基準光源の出力光(1つの縦モード)のビート光に対応するビート電気信号を出力する光検出手段と、
前記ビート電気信号を入力し、前記光周波数可変光源の発振光周波数を測定し、その測定値ν X が目標光周波数ν X0 になるように、前記光周波数可変光源の発振光周波数を制御する光周波数制御部とを備え、
前記マルチモード基準光源は、
前記マルチモード光の縦モード間隔を変化させる手段と、
前記マルチモード光の基準モードと光周波数基準とを一致させるフィードバック手段により、前記縦モード間隔の変化に係わらず前記基準モードの基準光周波数ν0 を一定に制御する手段を含む
ことを特徴とする光周波数シンセサイザ。 An optical frequency variable light source capable of controlling the oscillation optical frequency;
A multi-mode reference light source that outputs multi-mode light (optical comb) with a longitudinal mode interval f m centering on a reference mode having a reference optical frequency ν 0 ;
Optical branching means for branching the output light of the optical frequency variable light source into two and outputting one of them as output light of an optical frequency synthesizer;
Optical multiplexing means for combining the output light of the optical frequency variable light source branched by the optical branching means and the output light of the multimode reference light source;
Light that converts the output light of the optical multiplexing means into an electrical signal and outputs a beat electrical signal corresponding to the beat light of the output light of the optical frequency variable light source and the output light of the multimode reference light source (one longitudinal mode) Detection means;
Light that controls the oscillation light frequency of the optical frequency variable light source so that the beat electrical signal is input, the oscillation optical frequency of the optical frequency variable light source is measured, and the measured value ν X becomes the target optical frequency ν X0 A frequency control unit,
The multi-mode reference light source is
Means for changing a longitudinal mode interval of the multimode light;
Characterized by comprising means for controlling the reference optical frequency ν 0 of the reference mode to be constant regardless of a change in the longitudinal mode interval by feedback means for matching the reference mode of the multimode light with the optical frequency reference. Optical frequency synthesizer.
前記マルチモード光の縦モード間隔を変化させる手段として、
マルチモード光を発生させるモード同期レーザと、
前記モード同期レーザをモード同期周波数で駆動し、その駆動周波数を変化させて前記マルチモード光の縦モード間隔を変化させる駆動手段とを備え、
さらに、前記モード同期レーザから出力されるマルチモード光を入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質を備えた
ことを特徴とする請求項5に記載の光周波数シンセサイザ。The multi-mode reference light source is
As means for changing the longitudinal mode interval of the multimode light,
A mode-locked laser that generates multimode light ; and
Driving the mode-locked laser at a mode-locked frequency, and changing the drive frequency to change the longitudinal mode interval of the multi-mode light ,
Further, the optical frequency synthesizer of claim 5, enter the multimode light output from the mode-locked laser, characterized by comprising an optical nonlinear medium to broaden the spectral width.
前記マルチモード光の縦モード間隔を変化させる手段として、
前記基準光周波数ν0 の単一モード光を出力する光源と、
前記単一モード光を変調してマルチモード光を発生させる光変調手段と、
前記光変調手段の駆動周波数を変化させて前記マルチモード光の縦モード間隔を変化させる駆動手段とを備え、
さらに、前記光変調手段から出力されるマルチモード光を入力し、そのスペクトル幅を広げる光非線形媒質を備えた
ことを特徴とする請求項5に記載の光周波数シンセサイザ。The multi-mode reference light source is
As means for changing the longitudinal mode interval of the multimode light,
A light source that outputs single-mode light having the reference light frequency ν 0 ;
A light modulation means for generating multimode light and modulating the single-mode optical,
Drive means for changing the longitudinal mode interval of the multi-mode light by changing the drive frequency of the light modulation means ,
Further, the optical frequency synthesizer of claim 5, enter a is the multimode light output from said light modulating means, characterized by comprising an optical nonlinear medium to broaden the spectral width.
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