JP6533171B2 - 光コム発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムや光計測システムにおいて用いられる光コム発生装置に関する。

現在の光通信システムでは、通信情報量の増大に伴い、一定の周波数間隔にチャンネルを定め、光信号をのせる波長分割多重（ＷＤＭ）技術が広く用いられている。さらに、近年においては、周波数利用効率を高めるために四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）や直角位相振幅変調（ＱＡＭ）に代表される多値変調光信号を用いるため、信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）の高い光信号生成が求められている。

波長分割多重方式では、より大容量の光信号を伝送するためにはより広い信号帯域を用いる必要があり、より波長数の多い多波長光源が要求されている。このため、波長分割多重方式では、非常に多くの光源を必要とする。例えば、一般的に用いられるＣ帯の帯域(約３０ｎｍ)に１００ＧＨｚ間隔で信号を配置するためには、３８個の光源が必要となることになる。

さらに、周波数利用効率による大容量化が進展し、ナイキストＷＤＭや、スーパーチャネルと呼ばれる、信号の周波数間隔を密に詰めた手法が有望視されている。例えば、２５ＧＨｚ間隔で信号を配置するためには、１００ＧＨｚ間隔に比べ４倍の１５０個もの光源が必要となってしまう。

さらに、周波数間隔を密に詰める場合は、信号間の周波数に対する精度が厳しくなる。これは、周波数の変動があると信号同士が重なり合い、信号の識別が困難となるためである。このため、高精度な多波長光源が求められている。

このような理由から、近年、一括で複数の光搬送波を生成することの可能な、すなわち一定周波数間隔で並ぶ狭いスペクトル線幅の光波を光搬送波（光コム）として生成することの可能な、高精度の光コム光源を用いることが期待されている。なお、この明細書では、光コムを構成する一つ一つの光波をコムとも呼ぶ。

光コムを発生させる従来手法としては、例えばＬｉＮｂＯ₃変調器に代表される高速の位相もしくは強度変調器（光変調器）を正弦波で駆動することでサイドバンドを生成する方法(従来手法１：例えば、非特許文献１参照)や、高非線形ファイバなどの３次非線形光学媒質を用いる方法(従来手法２：例えば、非特許文献２参照)が知られている。

今井一宏, 興梠元伸 "変調型光コムを用いた精密距離計測器", レーザー研究 Vol.42, No.9 (2014) K.Imai, M.Kourogi, B.Widiyatmoko and M.Ohtsu, "12 THz frequency difference measurement and noise analysis of an optical frequency comb in optical fiber", IEEE.J.Quantum Electronics , Vol 35, NO:4, April 1999

しかしながら、上述した従来手法１，２では、以下に述べるような問題点がある。

〔従来手法１の問題点〕
光変調器を正弦波で駆動する従来手法１では、電気の帯域で制限（２０〜３０ＧＨｚ）されるため、信号の周波数間隔の広い光コムを作ることが困難である。また、光変調器を駆動する電気のアンプのパワーで制限されるため、コムの数が少ないという課題があった。典型的には１０〜３０波程度で、１００波以上の光搬送波を生成するのは困難であった。

光変調器を共振器(キャビティ)にすれば、広帯域のコムは発生できるが、コム間隔が電気帯域で決まるのは同じである。さらに共振器にするので、共振器長を精密に制御する必要があり、構成が複雑となる。

また、通常は、光変調器としてＴｉ拡散導波路のＬｉＮｂＯ₃変調器が使われており、パワー耐性が低く、数十ｍＷ程度の入力しかできず、数ｍＷの出力となってしまうという問題があった。

バルク結晶の変調器を用いるとパワーは入れられるが、高速変調が困難になるため１０ＧＨｚ以上の周波数間隔を持つコム生成には向かない。仮に、１５０波のコムが１．５ｍＷで出力される場合、一つ一つの光波のパワーは０．０１ｍＷ（−２０ｄＢｍ）となってしまう。このパワーでは、ＷＤＭ伝送に用いる光源としてはパワーが不足している。

実際に、ＷＤＭ伝送システムにおける光搬送波群として用いる場合には、コム信号をＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ光増幅器）等の光増幅器で増幅する必要があるが、光増幅器では、信号が微弱であればあるほど出力のＳ／Ｎ比が劣化するため、独立光源を使う場合に比べ、送信器でのＳ／Ｎ比の担保が難しいという問題がある。

〔従来手法２の問題点〕
高非線形ファイバなどの３次非線形光学媒質を用いる従来手法２では、３次非線形光学媒質中の四光波混合を使った場合、広い位相整合帯域があるので、１００波以上のコム生成が可能ではある。

しかしながら、光ファイバ中の誘導ブリリュアン散乱（ＳＢＳ）によってパワーが入れられないという問題があった。このため、出力パワーが低くなってしまい、上述した光変調器を正弦波で駆動する従来手法１と同様に、光コムの信号品質の劣化が避けられないという問題があった。

つまり、光コムを発生させる従来手法では、広帯域かつ高出力の光コムを作るのが困難であるという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な構成で、独立光源と遜色のないＳ／Ｎ比を持ち、かつ一括で１００波クラスの光搬送波（光コム）を生成することが可能な光コム発生装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、周波数ω₀の連続波光を発生する光源（１）と、光源（１）が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器（２）と、光変調器（２）によって生成された光波群を増幅する光増幅器（４）と、光増幅器（４）によって増幅された光波群を入力光コム信号とし、この入力光コム信号中の光波を増殖する二次非線形光学素子（５）とを備えることを特徴とする。

本発明において、光変調器（２）は、光源（１）が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波群を生成する。この生成された光波群は、光増幅器（４）によって増幅され、二次非線形光学素子（５）へ送られる。二次非線形光学素子（５）は、光増幅器（４）によって増幅された光波群を入力光コム信号とし、この入力光コム信号中の光波を増殖する。このようにして、本発明では、光変調器（２）が生成した光波群が増幅され、この増幅された光波群中の光波が増殖され、光コム（光コム出力信号）として出力されるものとなる。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

本発明によれば、光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数とし、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波群を生成し、この生成した光波群を増幅した後、この増幅した光波群中の光波を増殖するようにしたので、簡易な構成で、独立光源と遜色のないＳ／Ｎ比を持ち、かつ一括で１００波クラスの光搬送波（光コム）を生成することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る光コム発生装置の要部の構成を示す図である。 図２は、２つの擬似位相整合波長と５つの光波からなる光波群（入力光コム信号）との波長配置の概念図である。 図３は、二次非線形光学素子における入力光コム信号中の光波の増殖過程について説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る光コム発生装置の要部の構成を示す図である。 図５は、光変調器からの光波群が波長選択スイッチにより２つの光波群に分離される様子を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態３に係る光コム発生装置の要部の構成を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態４に係る光コム発生装置の要部の構成を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態５に係る光コム発生装置の要部の構成を示す図図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
図１に、本発明の実施の形態１に係る光コム発生装置１００の要部の構成を示す。同図において、１は周波数ω₀の連続波光を発生する光源、２は光源１が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器、３は光変調器２を駆動する正弦波発生器、４は光変調器２によって生成された光波群を増幅する光増幅器（ＥＤＦＡ）、５はＥＤＦＡ４によって増幅された光波群中の光波を増殖する二次非線形光学素子である。

この光コム発生装置１００では、通常の光コム発生手段（光源１、光変調器２、正弦波発生器３）を用いて数波程度の光波（光波群）を生成し、この数波程度の光波をＥＤＦＡ４によって増幅した後に、入力光コム信号として二次非線形光学素子５に入力する。そして、二次非線形光学素子５中の非線形光学過程を用いて、入力光コム信号中の光波を増殖（拡張）することで数十波から数百波以上の光コム（出力光コム信号）を生成する。

この光コム発生装置１００において、光源１は周波数ω₀の連続波光（ＣＷ）を発生し、この周波数ω₀の連続波光（ＣＷ）が光変調器２に入力される。光変調器２は、光源１が発生する連続波光（ＣＷ）の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波群を生成する。

本実施の形態では、光変調器２としてニオブ酸リチウム変調器を用いていており、このニオブ酸リチウム変調器２を正弦波発生器３が発生する２５ＧＨｚの正弦波で駆動し、Δω＝２５ＧＨｚ間隔の５つの光波かなる光波群を生成するものとしている。そして、この５つの光波からなる光波群をＥＤＦＡ４を用いて２Ｗまで増幅し、入力光コム信号として二次非線形光学素子５へ入力するようにしている。

この光コム発生装置１００において、二次非線形光学素子５には、１．５５μｍ帯で周波数間隔が１００ＧＨｚで２つの擬似位相整合波長を有するＰＰＬＮ導波路（ニオブ酸リチウム導波路）が作製されている。ＰＰＬＮ導波路の作製方法を以下に例示する。

まず、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ₃上に周期が１７μｍでかつ位相変調周期が１０ｍｍ程度の空間的な位相変調を施した周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをＺｎ：ＬｉＮｂＯ３中に形成した。次に、この周期分極反転構造を有するＺｎ：ＬｉＮｂＯ３（ＺカットＺｎ：ＬｉＮｂＯ３基板）をクラッドとなるＬｉＴａＯ₃上に直接接合を行い、５００℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。次に、コア層を研磨により５μｍ程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温度調節が可能であり、導波路の長さは、５０ｍｍとした。このようにして形成された導波路（ＰＰＬＮ導波路）を１．５５μｍ帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュールとした。

ここで、二次非線形光学素子５のもつ２つの擬似位相整合波長と、５つの光波からなる光波群との波長配置について説明する。図２に、この光コム発生装置１００における２つの擬似位相整合波長と５つの光波からなる光波群（入力光コム信号）との波長配置の概念図を示す。

光変調器２が生成する光波群は、Δω＝２５ＧＨｚ間隔の５つの光波Ｓ₀，Ｓ_-1，Ｓ_-2，Ｓ₊₁，Ｓ₊₂からなる。この５つの光波Ｓ₀，Ｓ_-1，Ｓ_-2，Ｓ₊₁，Ｓ₊₂中、最も周波数の高い光波Ｓ₊₂と最も周波数の低い光波Ｓ_-2との間の周波数差はちょうど１００ＧＨｚとなっている。

一方、二次非線形光学素子５は、１００ＧＨｚ間隔で２つの擬似位相整合波長λ１，λ２を有する。本実施の形態では、この２つの擬似位相整合波長λ１，λ２の内、擬似位相整合波長λ１と光変調器２が生成する光波群中の最も周波数の高い光波Ｓ₊₂の波長とが同じとなるように、また擬似位相整合波長λ２と光変調器２が生成する光波群中の最も周波数の低い光波Ｓ_-2の波長とが同じとなるように、波長を配置している。

ここで述べている２つの擬似位相整合波長λ１，λ２とは、二次非線形光学素子５による第２高調波発生(ＳＨＧ)もしくは和周波発生（ＳＦＧ）過程に対する位相整合波長のことである。つまり、１．５６μｍ帯の入力に対しては、変換光が０．７８μｍ帯となるような波長変換過程に対するものである。ここでは、便宜的にＳＨＧに対する擬似位相整合波長と記述することにする。

ＳＨＧに対する擬似位相整合波長λ１，λ２は、１００ＧＨｚ間隔の２つのピークを有し、それぞれの半値幅は０．１ｎｍ程度である。二次非線形光学素子５内では、第２高調波発生(ＳＨＧ)もしくは和周波発生（ＳＦＧ）過程以外にも、差周波発生（ＤＦＧ）過程による変換が生じる。これは、第２高調波発生(ＳＨＧ)もしくは和周波発生（ＳＦＧ）過程によって生成された光が励起光となり起こるものである。このＤＦＧ過程に対する擬似位相整合波長をＤＦＧに対する擬似位相整合波長と記述することにする。ＤＦＧに対する擬似位相整合波長の帯域は、本実施の形態に示すようなＺカットのＰＰＬＮ導波路を用いると、ＳＨＧに対する擬似位相整合波長の帯域に比べ広くとることが可能で、本実施の形態において作製した素子では約６０ｎｍの帯域を有する。

次に、図３を用いて、二次非線形光学素子５における入力光コム信号中の光波の増殖過程について説明する。光変調器２からの５つの光波Ｓ₀，Ｓ_-1，Ｓ_-2，Ｓ₊₁，Ｓ₊₂からなる光波群は、ＥＤＦＡ４によって増幅された後、２つのＳＨＧ過程に対する擬似位相整合波長λ１，λ２を有する二次非線形光学素子５に入力光コム信号として入力される（図３（ａ））。

ここで、光波Ｓ₀の周波数を中心周波数ω₀、光波Ｓ_-1の周波数をω_-1＝ω₀−Δω、光波Ｓ_-2の周波数をω_-2＝ω₀−２Δω、光波Ｓ₊₁の周波数をω₊₁＝ω₀＋Δω、光波Ｓ₊₂の周波数をω₊₂＝ω₀＋２Δωとする。また、擬似位相整合波長λ１の周波数をω₁、擬似位相整合波長λ２の周波数をω₂とする。ここで、Δωは２５ＧＨｚに相当する。なお、周波数ωについては、周波数という言葉を省略し、単にωと記述する場合もある。

この波長配置では、ω₊₂の光波Ｓ₊₂の波長がＳＨＧに対する第１の擬似位相整合波長λ１（ω₁）に一致しており、第２高調波発生により２ω₊₂の光波が二次非線形素子５内で生成される。さらに、二次非線形素子５内では、生成された２ω₊₂の光波を励起光とした光コム信号の差周波発生により、２ω₊₂−ω₊₁、２ω₊₂−ω₀、２ω₊₂−ω_-1、２ω₊₂−ω_-2、の光波が生成される。これにより、周波数ω₊₂を中心に折り返した形で周波数の高い方向に新しい光波が生成される（図３（ｂ））。

また、ω_-2の光波の波長がＳＨＧに対する第２の擬似位相整合波長λ２（ω₂）に一致しており、第２高調波発生により２ω_-2の光波が二次非線形素子５内で生成される。さらに、二次非線形素子５内では、生成された２ω_-2の光波を励起光とした光コム信号の差周波発生により、２ω_-2−ω_-1、２ω_-2−ω₀、２ω_-2−ω₊₁、２ω_-2−ω₊₂、の光波が生成される。これにより、周波数ω_-2を中心に折り返した形で周波数の低い方向に新しい光波が生成される（図３（ｂ））。

さらに、二次非線形素子５内では、生成された光波から次々と新たな光波が生成される。すなわち、２ω₊₂−ω₊₁、２ω₊₂−ω₀、２ω₊₂−ω_-1、２ω₊₂−ω_-2、の光波と２ω_-2の光波を励起光とした差周波発生により、２ω_-2−（２ω₊₂−ω₊₁）、２ω_-2−（２ω₊₂−ω₀）、２ω_-2−（２ω₊₂−ω_-1）、２ω_-2−（２ω₊₂−ω_-2）、の光波が生成される（図３（ｃ））。また同様に、２ω_-2−ω_-1、２ω_-2−ω₀、２ω_-2−ω₊₁、２ω_-2−ω₊₂、の光と２ω₊₂の光を励起光とした差周波発生により、２ω₊₂−（２ω_-2−ω_-1）、２ω₊₂−（２ω_-2−ω₀）、２ω₊₂−（２ω_-2−ω₊₁）、２ω₊₂−（２ω_-2−ω₊₂）、の光波が生成される（図３（ｃ））。

同様にして、二次非線形素子５内では、２つの励起光に対して次々と差周波発生過程が生じ、光コム信号中の光波が増殖される。上述した２回までの変換（図３（ｃ））を考えると、光コム信号中の光波は２１波まで増え、３回目変換（図３（ｄ））では２９波、４回目変換（図３（ｅ））では３７波まで、波長数が拡大する。より多くの変換回数を考慮するとさらに波長数は拡大する。

この過程は、説明のために順を追って記述したが、実際の二次非線形光学素子５内では立て続けに非線形過程が生じ、光コム信号中の光波が増殖して行く（次々と波長変換が振り子のように起こって光コム信号中の光波が増えて行く）。なお、５波程度の光コム信号から位相と周波数が同期した４０波程度の光コム信号を生成した時、２Ｗの入力に対して、１Ｗの出力が得られており、光コム信号中の１波当たり２５ｍＷの高強度の光出力が得られた。

また、上述では、ω₊₂の光波が第２高調波発生により２ω₊₂の光波に変換され、ω_-2の光波が第２高調波発生により２ω_-2の光波に変換され、差周波発生における励起光となると述べたが、実際には、生成した光波同士の和周波発生（ＳＦＧ）過程により、励起光への変換も行われる。

例えば、２ω₊₂の励起光とω₊₁の光波との差周波発生により、２ω₊₂−ω₊₁の光波が生じるが、２ω₊₂−ω₊₁の光波が生じると同時に、２ω₊₂−ω₊₁の光波とω₊₁の光波との間の和周波発生により２ω₊₂の励起光への変換も生じる。励起光からのエネルギーの移行により新たな光波が生成されるが、励起光パワーが単調に減っていくわけではなく、新たな光波からの励起光へのエネルギーの移行過程もあり、その光波がまた新たな光波の増殖へ寄与することとなる。

この光波の増殖過程では１回の変換過程を考えると８波づつ増殖することが分かる。つまり、最初の光コム信号（入力光コム信号）中の光波の数が多いほど多波長化が容易に可能であり、２００ＧＨｚの帯域を持つ２５ＧＨｚ間隔の９波の入力光コム信号を用いて、第１の擬似位相整合波長λ１と第２の擬似位相整合波長λ２を入力光コム信号の内の最も周波数の高い光波の波長と最も周波数の低い光波の波長と同じになるような波長配置とすると、４回目変換だけ考えても７３波まで増殖（拡張）される。実際にはさらに多数の変換が起きることで、１００波以上の光コム信号を生成可能であった。この時、光コム信号の１波当たり１０ｍＷ以上の高強度の光出力が得られている。

このようにして、実施の形態１の光コム発生装置１００では、簡易な構成で、独立光源と遜色のないＳ／Ｎ比を持ち、かつ一括で１００波クラスの光搬送波（光コム）を生成することが可能となる。

なお、この実施の形態１では、第１の擬似位相整合波長λ１と第２の擬似位相整合波長λ２が入力光コム信号の内の最も周波数の高い光波の波長と最も周波数の低い光波の波長と同じになるような波長配置としたが、第１の擬似位相整合波長λ１と第２の擬似位相整合波長λ２は入力光コム信号中の光波のいずれかの２波と波長を一致させればよい。

この実施の形態１の光コム発生装置（１００）について、概念的に述べると、周波数ω₀の連続波光を発生する光源（１）と、光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器（２）と、光変調器によって生成された光波群を増幅する光増幅器（４）と、周波数ω₁の光波と２ω₁の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₁＋δの光波とω₁−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₁の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件と、周波数ω₂の光波と２ω₂の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₂＋δの光波とω₂−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₂の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件と、周波数２ω₁の光波と周波数ω_Xの光波と２ω₁−ω_Xの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、２ω₂の光波と周波数ω_Yの光波と２ω₂−ω_Yの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす二次非線形光学素子（５）を備え、中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの２つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁とω₂とに一致するか、いずれかの４つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁＋δとω₁−δとω₂＋δとω₂−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、ω₀を中心とするω₁側およびω₂側の各光波の周波数をそれぞれω_X，ω_Yとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する光コム発生装置であると言うことができる。

〔実施の形態２〕
図４に、本発明の実施の形態２に係る光コム発生装置２００の要部の構成を示す。実施の形態１の光コム発生装置１００（図１）では、光変調器２が生成した光コムをＥＤＦＡ４によってワットクラスまで増幅した後に入力光コム信号として二次非線形光学素子５に入射したが、ＥＤＦＡ４からの自然放出雑音（ＡＳＥ雑音）が混入するという点では課題があった。そこで、実施の形態２の光コム発生装置２００では、ＥＤＦＡ４からの自然放出雑音の混入を抑え、さらにＳ／Ｎ比の高い光コム（出力光コム信号）を生成するようにする。

図４において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態２の光コム発生装置２００では、光変調器２によって生成された５つの光波（周波数ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）からなる光波群を第１の光波群（周波数ω_-2，ω₊₂の光波）と第２の光波群（周波数ω₀，ω_-1，ω₊₁の光波）とに分離する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）６を設けている。また、二次非線形光学素子として第１の二次非線形光学素子５（５−１）と第２の二次非線形光学素子５（５−２）とを設け、波長選択スイッチ６によって分離された第１の光波群（周波数ω_-2，ω₊₂の光波）をＥＤＦＡ４およびバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７を介して第１の二次非線形光学素子５（５−１）へ入力し、第１の二次非線形光学素子５（５−１）が生成する第３の光波群（周波数２ω_-2，２ω₊₂の光波）を第２の二次非線形光学素子５（５−２）へ励起光として与えるようにしている。また、波長選択スイッチ６によって分離された第２の光波群（周波数ω₀，ω_-1，ω₊₁の光波）を第２の二次非線形光学素子５（５−２）へ入力光コム信号として入力するようにしている。

この光コム発生装置２００において、第１の二次非線形光学素子５（５−１）および第２の二次非線形光学素子５（５−２）は、実施の形態１における二次非線形光学素子５と同様、直接接合法を用いて形成したＰＰＬＮリッジ導波路を備えており、同じＳＨＧに対する２つの擬似位相整合波長λ１，λ２を有する。このＳＨＧに対する２つの擬似位相整合波長λ１，λ２は周波数ω_-2，ω₊₂の光波と同じ波長配置とされている。

この光コム発生装置２００では、波長選択スイッチ６により、光変調器２によって生成された光波群を構成する５つの光波（ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）の中からＳＨＧに対する２つの擬似位相整合波長λ１，λ２にその波長が一致するω_-2、ω₊₂の光波のみが第１の光波群として取り出され（図５参照）、ＥＤＦＡ４にて増幅された後、バンドパスフィルタ７を介して第１の二次非線形光学素子５（５−１）に入力される。

第１の二次非線形光学素子５（５−１）は、第２高調波発生により、２ω_-2、２ω₊₂の光波を発生させ、ダイクロイックミラーによりω_-2、ω₊₂の光と２ω_-2、２ω₊₂の光波を分離し、２ω_-2、２ω₊₂の光波のみを第３の光波群として取り出す。この第１の二次非線形光学素子５（５−１）より取り出された第３の光波群（２ω_-2、２ω₊₂の光波）は第２の二次非線形光学素子５（５−２）に励起光として入力される。

一方、波長選択スイッチ６により、光変調器２によって生成された光波群を構成する５つの光波（ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）の中からω₀，ω_-1，ω₊₁の光波が第２の光波群として取り出され（図５参照）、第２の二次非線形光学素子５（５−２）へ入力光コム信号として入力される。第２の二次非線形光学素子５（５−２）内では、ダイクロイックミラーにより２ω_-2、２ω₊₂の光波とω₀，ω_-1，ω₊₁の光波とが合波された後、ＰＰＬＮ導波路に入射される。

第２の二次非線形光学素子５（５−２）内では、差周波発生により、次々と波長変換が誘発され光コムの波長数が増えていく。この構成では、第２の二次非線形光学素子５（５−２）への入力光コム信号を直接ＥＤＦＡ４で増幅しないため、よりＳ／Ｎ比の高い光コム（出力光コム信号）を生成することが可能となる。

また、この実施の形態２の光コム発生装置２００では、光波を増殖する二次非線形光学素子５（５−２）とは別の二次非線形光学素子５（５−１）を用いて励起光となる２ω_-2、２ω₊₂の光波を生成することで、より効率の高い変換が可能となり、波長数を実施の形態１に比べて１．２５倍にすることが可能であった。

この実施の形態２の光コム発生装置（２００）について、概念的に述べると、周波数ω₀の連続波光を発生する光源（１）と、光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器（２）と、光変調器によって生成された光波群を第１の光波群と第２の光波群とに分離する波長選択スイッチ（６）と、波長選択スイッチによって分離された第１の光波群を増幅する光増幅器（４）と、周波数ω₁の光波と２ω₁の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₁＋δの光波とω₁−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₁の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件と、周波数ω₂の光波と２ω₂の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₂＋δの光波とω₂−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₂の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件と、周波数２ω₁の光波と周波数ω_Xの光波と２ω₁−ω_Xの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、２ω₂の光波と周波数ω_Yの光波と２ω₂−ω_Yの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす第１および第２の二次非線形光学素子（５−１，５−２）を備え、中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの２つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁とω₂とに一致するか、いずれかの４つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁＋δとω₁−δとω₂＋δとω₂−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、波長選択スイッチにより、光変調器からの光波群をω₁とω₂とに一致するかω₁＋δとω₁−δとω₂＋δとω₂−δとに一致する光波群（第１の光波群）と、それ以外の光波群（第２の光波群）とに分離し、ω₁とω₂もしくはω₁＋δとω₁−δとω₂＋δとω₂−δの光波を光増幅器により増幅した後第１の二次非線形光学素子へ入力し、得られた第２高調波光または和周波光を励起光として第２の二次非線形光学素子へ入力し、ω₀を中心とするω₁側およびω₂側の各光波の周波数をそれぞれω_X，ω_Yとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する光コム発生装置であると言うことができる。

〔実施の形態３〕
図６に、本発明の実施の形態３に係る光コム発生装置３００の要部の構成を示す。実施の形態１の光コム発生装置１００（図１）では、二次非線形光学素子５内を１回通過する間での非線形光学過程により光コム信号中の光波を増殖させるため、構成が簡易であるものの増殖（拡張）できる波長数に制限があった。実施の形態２の光コム発生装置２００（図４）でも同様である。そこで、実施の形態３の光コム発生装置３００では、さらに大規模な波長数を有する光コム（出力光コム信号）を生成できるようにする。

図６において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態３の光コム発生装置３００では、ＥＤＦＡ４の前段に光合波器８を設け、二次非線形光学素子５の後段に光分波器９を設け、二次非線形光学素子５を通過することによって増殖された光波群の一部を分波して、光変調器２からのＥＤＦＡ４への光波群に合波するようにしている。

この光コム発生装置３００において、二次非線形光学素子５は、実施の形態１と同様、ＳＨＧに対する２つの擬似位相整合波長λ１，λ２を有しており、このＳＨＧに対する擬似位相整合波長λ１，λ２は周波数ω_-2，ω₊₂の光波と同じ波長配置とされている。また、光変調器２からのＥＤＦＡ４への光波群は、５つの光波（周波数ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）から構成されていることも実施の形態１と同じである。

なお、二次非線形光学素子５は、実施の形態１と同様の直接接合法を用いて形成したＰＰＬＮリッジ導波路を備えている。さらに、二次非線形光学素子５からの出力を光分波器９により２分岐し、一方を出力（出力光コム信号）とし、もう一方をＥＤＦＡ４の前段に配置した光合波器８に入力しているが、その分岐比および合波比は、どちらも１０％と９０％のものを用いている。なお、他の分岐比および合波比を用いてもよいことは言うまでもない。

この光コム発生装置３００では、二次非線形光学素子５により生成した新たな光波を再度二次非線形光学素子５に入射することができる。さらに、再度の入射の前にＥＤＦＡ４にて増幅することができるため、光強度を損なうことなく波長数を拡大することができる。

なお、この光コム発生装置３００において、二次非線形光学素子５に入射する光の位相は、入力光と同位相となるように調整している。具体的には、ピエゾ素子（ＰＺＴ）１０を用いて光ファイバ長を伸縮させることで光分波器９から光合波器８までの光路長の調整機構を設け、出力光の一部をモニタし光強度が最大となるように、ＰＺＴにフィードバックをかけることで、常に位相が同位相となるように安定化を行った。

このような構成とすることにより、実施の形態３の光コム発生装置３００では、６０ｎｍ以上の二次非線形光学素子５の持つＤＦＧに対する擬似位相整合波長全域に渡って、光コムを生成することが可能となった。２５ＧＨｚ間隔では、３００波以上の光コムを出力することができている。

この実施の形態３の光コム発生装置（３００）について、概念的に述べると、周波数ω₀の連続波光を発生する光源（１）と、光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器（２）と、光合波器（８）と、光合波器からの出力を増幅する光増幅器（４）と、周波数ω₁の光波と２ω₁の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₁＋δの光波とω₁−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₁の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件と、周波数ω₂の光波と２ω₂の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₂＋δの光波とω₂−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₂の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件と、周波数２ω₁の光波と周波数ω_Xの光波と２ω₁−ω_Xの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、２ω₂の光波と周波数ω_Yの光波と２ω₂−ω_Yの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす二次非線形光学素子（５）と、光分波器（８）と、光路調整機構（１０）とを備え、中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの２つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁とω₂とに一致するか、いずれかの４つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁＋δとω₁−δとω₂＋δとω₂−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、ω₀を中心とするω₁側およびω₂側の各光波の周波数をそれぞれω_X，ω_Yとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖し、この光波が増殖された光波群の一部を光分波器により分離し、光合波器により光変調器からの出力と合波した後、二次非線形光学素子へ再度入力できる共振器構造を有しており、光変調器からの出力と光分波器から帰還される光波群の位相が二次非線形光学素子への入力において一致するように共振器長を調整するものとした光コム発生装置であると言うことができる。

〔実施の形態４〕
図７に、本発明の実施の形態４に係る光コム発生装置４００の要部の構成を示す。実施の形態１（図１）、実施の形態２（図４）および実施の形態３（図６）において、二次非線形光学素子５は、第１の擬似位相整合と第２の擬似位相整合を同時に満たす周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路を用いて構成していた。

これに対して、実施の形態４では、単一周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路を用いて構成された２つの二次非線形光学素子５’（５−１’，５−２’）を用いる。なお、周期分極反転構造と単一周期分極反転構造との違いは、単純には、周期分極反転構造のピッチ（周期）が１種類（擬似位相整合は１つ）か、複数種類（二種類であれば基本的には擬似位相整合は２つ）かということである。

図７において、図６と同一符号は図６を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態４の光コム発生装置４００では、光合波器８と光分波器９との間に、第１の擬似位相整合波長λ１を有する第１の二次非線形光学素子５’（５−１’）と第２の擬似位相整合波長λ２を有する第２の二次非線形光学素子５’（５−２’）とを直列タンデムに接続している。また、第１の二次非線形光学素子５’（５−１’）の前段に光増幅器４（４−１）を設け、第２の二次非線形光学素子５’（５−２’）の前段に光増幅器４（４−２）を設けている。

この実施の形態４の光コム発生装置４００では第１の二次非線形光学素子５’（５−１’）を入力光コム信号が通過する際には、第１の擬似位相整合波長λ１を中心として折り返した形で波長変換が起き、第２の二次非線形光学素子５’（５−２’）を入力光コム信号が通過する際には、第２の擬似位相整合波長λ２を中心として折り返した形で波長変換が起き、光コム信号中の光波が増殖する。

ただし、この構成において、第１の二次非線形光学素子５’（５−１’）および第２の二次非線形光学素子５’（５−２’）を１度通過しただけでは、１回の波長変換しか起きないため、大規模な光コム信号は生成できない。

そのため、この実施の形態４の光コム発生装置４００では、実施の形態３と同様に、第１の二次非線形光学素子５’（５−１’）および第２の二次非線形光学素子５’（５−２’）を通過することによって増殖された光波群の一部を分岐して、光変調器２からのＥＤＦＡ４（４−１）への光波群に合波させるようにしている。これにより、多段の波長変換を誘起し、大規模な光コム信号を生成させることができる。

この実施の形態４の光コム発生装置（４００）について、概念的に述べると、周波数ω₀の連続波光を発生する光源（１）と、光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器（２）と、光合波器（８）と、光合波器からの出力を増幅する光増幅器（４−１）と、周波数ω₁の光波と２ω₁の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₁＋δの光波とω₁−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₁の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件と、周波数２ω₁の光波と周波数ω_Xの光波と２ω₁−ω_Xの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす第１の二次非線形光学素子（５−１’）と、第１の二次非線形光学素子からの出力を増幅する光増幅器（４−２）と、周波数ω₂の光波と２ω₂の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₂＋δの光波とω₂−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₂の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件と、２ω₂の光波と周波数ω_Yの光波と２ω₂−ω_Yの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす第２の二次非線形光学素子（５−２’）と、光分波器（９）と、光路調整機構（１０）とを備え、中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの２つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁とω₂とに一致するか、いずれかの４つの光波の周波数が第１及び第２の擬似位相整合条件であるω₁＋δとω₁−δとω₂＋δとω₂−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、ω₀を中心とするω₁側およびω₂側の各光波の周波数をそれぞれω_X，ω_Yとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖し、この光波が増殖された光波群の一部を光分波器により分離し、光合波器により光変調器からの出力と合波した後、第１の二次非線形光学素子へ再度入力できる共振器構造を有しており、光変調器からの出力と光分波器から帰還される光波群の位相が第１の二次非線形光学素子への入力において一致するように共振器長を調整するものとした光コム発生装置であると言うことができる。

〔実施の形態５〕
図８に、本発明の実施の形態５に係る光コム発生装置５００の要部の構成を示す。この実施の形態５の光コム発生装置５００は、実施の形態２（図４）と実施の形態４（図７）とを融合させたものであり、単一周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路を用いて構成された２つの二次非線形光学素子５’（５−１’，５−２’）を用いた構成と波長選択スイッチ６と２つの二次非線形光学素子５（５−１，５−２）を用いた構成とを組み合わせることにより、よりＳ／Ｎ比の高い出力を得るようにしたものである。

図８において、図４および図７と同一符号は図４および図７を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態５の光コム発生装置５００では、光合波器８と光分波器９との間に、第１の擬似位相整合波長λ１を有する第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）と第２の擬似位相整合波長λ２を有する第４の二次非線形光学素子５’（５−２’）とを直列タンデムに接続している。

また、光変調器２によって生成された５つの光波（周波数ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）からなる光波群を第１の光波群（周波数ω_-2の光波）と第２の光波群（周波数ω₊₂の光波）と第３の光波群（周波数ω₀，ω_-1，ω₊₁の光波）とに分離する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）６を設け、波長選択スイッチ６によって分離された第１の光波群（周波数ω_-2の光波）をＥＤＦＡ４（４−１）およびＢＰＦ７（７−１）を介して第１の二次非線形光学素子５（５−１）へ入力するようにし、波長選択スイッチ６によって分離された第２の光波群（周波数ω₊₂の光波）をＥＤＦＡ４（４−２）およびＢＰＦ７（７−２）を介して第２の二次非線形光学素子５（５−２）へ入力するようにしている。

また、第１の二次非線形光学素子５（５−１）が周波数ω_-2の光波より生成する周波数２ω_-2の光波（第４の光波群）を第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）へ励起光として与えるようにし、第２の二次非線形光学素子５（５−２）が周波数ω₊₂の光波より生成する周波数２ω₊₂の光波（第５の光波群）を第４の二次非線形光学素子５’（５−２’）へ励起光として与えるようにしている。また、波長選択スイッチ６によって分離された第３の光波群（周波数ω₀，ω_-1，ω₊₁の光波）を合波器８を通して第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）に入力するようにしている。

なお、この例では、第１の光波群を周波数ω_-2の光波とし、第２の光波群を周波数ω₊₂の光波とし、第４の光波群を周波数２ω_-2の光波とし、第５の光波群を周波数２ω₊₂の光波としているが、すなわち光波群とは言っても１つの光波しか存在していないが、このような１つの光波しか存在しない構成についても本発明で言う光波群の概念に含めるものとする。すなわち、実施の形態５に対応する請求項５に係る発明において、第１の光波群、第２の光波群、第４の光波群、第５の光波群は、１つの光波から構成されていてもよく、複数の光波から構成されていてもよい。

この光コム発生装置５００では、波長選択スイッチ６により、光変調器２によって生成された５つの光波（ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）からなる光波群の中からＳＨＧに対する２つの擬似位相整合波長λ１およびλ２にその波長が一致するω_-2および２ω₊₂の光波が第１の光波群および第２の光波群として取り出され、第１の波長群の光波（周波数ω_-2の光波）がＥＤＦＡ４（４−１）にて増幅された後、バンドパスフィルタ７（７−１）を介して第１の二次非線形光学素子５（５−１）に入力される。また、第２の波長群の光波（周波数ω₊₂の光波）がＥＤＦＡ４（４−２）にて増幅された後、バンドパスフィルタ７（７−２）を介して第２の二次非線形光学素子５（５−２）に入力される。

第１の二次非線形光学素子５（５−１）は、第２高調波発生により、２ω_-2の光波を発生させ、ダイクロイックミラーによりω_-2の光と２ω_-2の光波を分離し、２ω_-2の光波のみを第４の波長群の光波として取り出す。この第１の二次非線形光学素子５（５−１）より取り出された第４の波長群の光波（周波数２ω_-2の光波）は第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）に励起光として入力される。

第２の二次非線形光学素子５（５−２）は、第２高調波発生により、２ω₊₂の光波を発生させ、ダイクロイックミラーによりω₊₂の光と２ω₊₂の光波を分離し、２ω₊₂の光波のみを第５の波長群の光波として取り出す。この第２の二次非線形光学素子５（５−２）より取り出された第５の波長群の光波（周波数２ω₊₂の光波）は第４の二次非線形光学素子５’（５−２’）に励起光として入力される。

一方、波長選択スイッチ６により、光変調器２によって生成された光波群を構成する５つの光波（ω₀，ω_-1，ω_-2，ω₊₁，ω₊₂の光波）の中からω₀，ω_-1，ω₊₁の光波が第３の光波群として取り出され、光合波器８を介して、第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）へ入力光コム信号として入力される。

この実施の形態５の光コム発生装置５００では第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）を入力光コム信号が通過する際には、第１の擬似位相整合波長λ１を中心として折り返した形で波長変換が起き、第４の二次非線形光学素子５’（５−２’）を入力光コム信号が通過する際には、第２の擬似位相整合波長λ２を中心として折り返した形で波長変換が起き、光コム信号中の光波が増殖する。

ただし、この構成において、第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）および第４の二次非線形光学素子５’（５−２’）を１度通過しただけでは、１回の波長変換しか起きないため、大規模な光コム信号は生成できない。

そのため、この実施の形態５の光コム発生装置５００では、実施の形態４と同様に、第３の二次非線形光学素子５’（５−１’）および第４の二次非線形光学素子５’（５−２’）を通過することによって増殖された光波群の一部を分岐して、第３の二次非線形光学素５’（５−１’）への波長選択スイッチ６からの第３の光波群に合波させるようにしている。これにより、多段の波長変換を誘起し、大規模な光コム信号を生成させることができる。

この実施の形態５の光コム発生装置（５００）について、概念的に述べると、周波数ω₀の連続波光を発生する光源（１）と、光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器（２）と、光変調器によって生成された光波群を第１の光波群と第２の光波群と第３の光波群とに分離する波長選択スイッチ（６）と、波長選択スイッチによって分離された第１の光波群中の光波を増幅する第１の光増幅器（４−１）と、波長選択スイッチによって分離された第２の光波群中の光波を増幅する第２の光増幅器（４−２）と、光合波器（８）と、周波数ω₁の光波と２ω₁の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₁＋δの光波とω₁−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₁の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件を満たす第１の二次非線形光学素子（５−１）と、周波数ω₂の光波と２ω₂の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω₂＋δの光波とω₂−δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω₂の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件とを満たす第２の二次非線形光学素子（５−２）と、周波数２ω₁の光波と周波数ω_Xの光波と２ω₁−ω_Xの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条とを満たす第３の二次非線形光学素子（５−１’）と、２ω₂の光波と周波数ω_Yの光波と２ω₂−ω_Yの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件を満たす第４の二次非線形光学素子（５−２’）と、光分波器（９）と、光路長調整機構（１０）とを備え、波長選択スイッチにより、中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波で構成される光波群内のω₁に一致するかω₁＋δとω₁−δとに一致する光波群（第１の光波群）と、ω₂に一致するかω₂＋δとω₂−δとに一致する光波群（第２の光波群）と、それ以外の光波群（第３の光波群）とに分離し、ω₁もしくはω₁＋δとω₁−δの光波群を第１の光増幅器により増幅した後第１の二次非線形光学素子へ入力し、得られた第２高調波光または和周波光を励起光として第３の次非線形光学素子へ入力し、ω₀を中心とするω₁側およびω₂側の各光波の周波数をそれぞれω_X，ω_Yとした差周波発生により入力される光コム信号中のω₁側の光波を増殖し、ω₂もしくはω₂＋δとω₂−δの光波群を第２の光増幅器により増幅した後第２の二次非線形光学素子へ入力し、得られた第２高調波光または和周波光を励起光として第４の二次非線形光学素子へ入力し、ω₀を中心とするω₁側およびω₂側の各光波の周波数をそれぞれω_X，ω_Yとした差周波発生により入力される光コム信号中のω₂側の光波を増殖し、このω₁側およびω₂側の光波が増殖された光波群の一部を光分波器により分離し、光合波器により光変調器からの出力と合波した後、第３の二次非線形光学素子へ再度入力できる共振器構造を有しており、光変調器からの出力と光分波器から帰還される光波群の位相が第３の二次非線形光学素子への入力において一致するように共振器長を調整するものとした光コム発生装置であると言うことができる。

以上の実施の形態で用いたリッジ導波路を構成する材料は一例にすぎない。すなわち、リッジ導波路は、ＬｉＮｂＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂ_(x)Ｔａ_(1-x)Ｏ₃（０≦ｘ≦１）又はＫＴｉＯＰＯ₄、或いは、それらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有していてよい。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…光源、２…光変調器、３…正弦波発生器、４…光増幅器（ＥＤＦＡ）、５（５−１，５−２），５’（５−１’，５−２’）…二次非線形光学素子、６…波長選択スイッチ（ＷＳＳ）、７…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、８…光合波器、９…光分波器、１０…ピエゾ素子（ＰＺＴ）、１００〜５００…光コム発生装置。

Claims (4)

1. 周波数ω₀の連続波光を発生する光源と、
   前記光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器と、
   前記光変調器によって生成された光波群を第１の光波群と第２の光波群とに分離する波長選択スイッチと、
   前記波長選択スイッチによって分離された第１の光波群を増幅する光増幅器と、
   前記光増幅器によって増幅された第１の光波群から第３の光波群を生成する第１の二次非線形光学素子と、
   前記第１の二次非線形光学素子が生成した第３の光波群を励起光として入力し、前記波長選択スイッチによって分離された第２の光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の光波を増殖する第２の二次非線形光学素子と
   を備え、
   前記第１および第２の二次非線形光学素子は、
   周波数ω ₁ の光波と２ω ₁ の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω ₁ ＋δの光波とω ₁ −δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω ₁ の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件と、周波数ω ₂ の光波と２ω ₂ の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω ₂ ＋δの光波とω ₂ −δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω ₂ の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件と、周波数２ω ₁ の光波とω _X の光波と２ω ₁ −ω _X の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数２ω ₂ の光波とω _Y の光波と２ω ₂ −ω _Y の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たし、
   前記光波群内のいずれかの２つの光波の周波数が、前記第１及び第２の擬似位相整合条件であるω ₁ とω ₂ とに一致するか、前記光波群内のいずれかの４つの光波の周波数が、前記第１及び第２の擬似位相整合条件であるω ₁ ＋δとω ₁ −δとω ₂ ＋δとω ₂ −δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、
   前記波長選択スイッチは、
   前記光変調器からの光波群を、周波数ω ₁ とω ₂ の光波、または周波数ω ₁ ＋δとω ₁ −δとω ₂ ＋δとω ₂ −δの光波を前記第１の光波群として、前記第１の光波群以外の光波を前記第２の光波群として分離し、
   前記第１の二次非線形光学素子は、前記第３の光波群として第２高調波光または和周波光を生成し、
   前記第２の二次非線形光学素子は、周波数ω ₀ を中心とするω ₁ 側およびω ₂ 側の各光波の周波数をそれぞれω _X 、ω _Y とした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する
   ことを特徴とする光コム発生装置。
2. 周波数ω₀の連続波光を発生する光源と、
   前記光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器と、
   前記光変調器によって生成された光波群を増幅する第１の光増幅器と、
   前記第１の光増幅器によって増幅された光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω₀を中心とする一方側の光波を増殖する第１の二次非線形光学素子と、
   前記第１の二次非線形光学素子によって前記中心周波数ω₀を中心とする一方側の光波が増殖された光波群を増幅する第２の光増幅器と、
   前記第２の光増幅器によって前記中心周波数ω₀を中心とする一方側の光波が増殖された光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω₀を中心とする他方側の光波を増殖する第２の二次非線形光学素子と、
   前記第１および第２の二次非線形光学素子を通過することによって前記中心周波数ω₀を中心とする一方側および他方側の光波が増殖された光波群の一部を分波する光分波器と、
   前記光分波器によって分波された光波群を前記光変調器からの前記第１の光増幅器への光波群に合波する光合波器と
   を備え、
   前記第１の二次非線形光学素子は、
   周波数ω ₁ の光波と２ω ₁ の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω ₁ ＋δの光波とω ₁ −δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω ₁ の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件と、周波数２ω ₁ の光波とω _X の光波と２ω ₁ −ω _X の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たし、
   前記第２の二次非線形光学素子は、
   周波数ω ₂ の光波と２ω ₂ の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω ₂ ＋δの光波とω ₂ −δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω ₂ の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件と、周波数２ω ₂ の光波とω _Y の光波と２ω ₂ −ω _Y の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たし、
   前記光波群内のいずれかの２つの光波の周波数が、前記第１及び第２の擬似位相整合条件であるω ₁ とω ₂ とに一致するか、前記光波群内のいずれかの４つの光波の周波数が、前記第１及び第２の擬似位相整合条件であるω ₁ ＋δとω ₁ −δとω ₂ ＋δとω ₂ −δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、
   周波数ω ₀ を中心とするω ₁ 側およびω ₂ 側の各光波の周波数をそれぞれω _X 、ω _Y とした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する
   ことを特徴とする光コム発生装置。
3. 周波数ω₀の連続波光を発生する光源と、
   前記光源が発生する連続波光の周波数ω₀を中心周波数として、この中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δω（ｎは整数、Δωは任意の周波数幅）の光波群を生成する光変調器と、
   前記光変調器によって生成された光波群を第１の光波群と第２の光波群と第３の光波群とに分離する波長選択スイッチと、
   前記波長選択スイッチによって分離された第１の光波群を増幅する第１の光増幅器と、
   前記波長選択スイッチによって分離された第２の光波群を増幅する第２の光増幅器と、
   前記第１の光増幅器によって増幅された第１の光波群から第４の光波群を生成する第１の二次非線形光学素子と、
   前記第２の光増幅器によって増幅された第２の光波群から第５の光波群を生成する第２の二次非線形光学素子と、
   前記第１の二次非線形光学素子が生成した第４の光波群を励起光として入力し、前記波長選択スイッチによって分離された第３の光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω₀を中心とする一方側の光波を増殖する第３の二次非線形光学素子と、
   前記第２の二次非線形光学素子が生成した第５の光波群を励起光として入力し、前記第３の二次非線形光学素子によって前記中心周波数ω₀を中心とする一方側の光波が増殖された光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω₀を中心とする他方側の光波を増殖する第４の二次非線形光学素子と、
   前記第３および第４の二次非線形光学素子を通過することによって前記中心周波数ω₀を中心とする一方側および他方側の光波が増殖された光波群の一部を分波する光分波器と、
   前記光分波器によって分波された光波群を前記第３の二次非線形光学素子への前記波長選択スイッチからの第３の光波群に合波する光合波器と
   を備え、
   前記第１の二次非線形光学素子は、
   周波数ω ₁ の光波と２ω ₁ の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω ₁ ＋δの光波とω ₁ −δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω ₁ の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第１の擬似位相整合条件を満たし、
   前記第２の二次非線形光学素子は、
   周波数ω ₂ の光波と２ω ₂ の光波との間での第２高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω ₂ ＋δの光波とω ₂ −δの光波（δは任意の周波数幅）と２ω ₂ の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第２の擬似位相整合条件とを満たし、
   前記第３の二次非線形光学素子は、
   周波数２ω ₁ の光波とω _X の光波と２ω ₁ −ω _X の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件を満たし、
   前記第４の二次非線形光学素子は、
   周波数２ω ₂ の光波とω _Y の光波と２ω ₂ −ω _Y の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件を満たし、
   前記波長選択スイッチは、
   前記光変調器からの光波群を、周波数ω ₁ の光波、または周波数ω ₁ ＋δとω ₁ −δの光波を前記第１の光波群として、周波数ω ₂ の光波、または周波数ω ₂ ＋δとω ₂ −δの光波を前記第２の光波群として、前記第１、第２の光波群以外の光波を前記第３の光波群として分離し、
   前記第１の二次非線形光学素子は、前記第４の光波群として第２高調波光または和周波光を生成し、
   前記第２の二次非線形光学素子は、前記第５の光波群として第２高調波光または和周波光を生成し、
   周波数ω ₀ を中心とするω ₁ 側およびω ₂ 側の各光波の周波数をそれぞれω _X 、ω _Y とした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する
   ことを特徴とする光コム発生装置。
4. 請求項３に記載された光コム発生装置において、
   前記波長選択スイッチは、
   前記中心周波数ω₀を含む周波数ω₀±ｎ×Δωの光波群中のいずれかの２つの光波のうち一方を前記第１の光波群として、他方を前記第２の光波群として、残りを前記第３の光波群として分離し、
   前記第１の二次非線形光学素子は、
   前記波長選択スイッチが前記第１の光波群として分離した光波の周波数をω_-2とした場合、前記第４の光波群として２ω_-2の周波数の光波を生成し、
   前記第２の二次非線形光学素子は、
   前記波長選択スイッチが前記第２の光波群として分離した光波の周波数をω₊₂とした場合、前記第５の光波群として２ω₊₂の周波数の光波を生成する
   ことを特徴とする光コム発生装置。

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