JP6633292B2

JP6633292B2 - 相互に参照される光周波数コム

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Publication number: JP6633292B2
Application number: JP2015093851A
Authority: JP
Inventors: チャド・フェルティグ; スティーヴン・ティン
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-01
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-05-01
Also published as: EP2945013B1; CN105892194B; US9407060B2; EP2945013A1; CN105892194A; JP2015215613A; US20150325978A1

Description

［関連出願についてのクロス・リファレンス］
[0001] この出願は、２０１４年５月７日に出願された米国仮特許出願番号６１／９９０，０２３の便益を主張するものであり、これは、この参照によりここに組み入れられる。

[0002] 正確で調節可能な光学的合成は、スタンドオフ・エフルエント・キャラクタリゼーション（standoff effluent characterization）、広帯域のおよび安全な通信、光学分光学、ガス検知、ＬｉＤＡＲ、オプティカル・キャリヤ原子時計、および原子および光学機械式の慣性センサにおいて、応用の可能性がある。現在の最新技術の光学的シンセサイザは、サイズ、コスト、および電力の要求のため、研究室での使用に限られている。

[0003] 広い範囲（１５３０−１５６５ナノメートルのＣバンド光通信範囲など）にわたって正確で安定した光出力を達成する光シンセサイザは、無線周波数（ＲＦ）領域のフィードバック制御を用いる非常に安定し且つ正確な光学参照にロックされた出力光を有する。大規模な光シンセサイザに関して、チタン・サファイヤまたはファイバー・レーザー・ベースのフェムト秒モードロック・レーザ源に基づく自己参照型の光周波数コムが、マイクロ波入力に対して光出力を参照するために用いられ、光学的合成を可能にする。これらのデバイスは、商業的に入手でき、冷蔵庫と同じくらいの大きさであり、大量の電力を使用する。

[0004] 従来のモード同期レーザーをベースとする光周波数コムよりもかなり少ない電力で動作する、微小共振器をベースとする自己参照光周波数コムを開発するために、この数年の間に多大な努力がなされてきた。しかしながら、光周波数コムは、光学干渉計において自己参照することによって動作する。これは、微小共振器を用いて達成されておらず、その理由は、微小共振器を、微細なコム歯間隔を持つようにしつつ、自己参照するようにコムの幅を十分に広くする（例えば、オクターブ・スパニング）ために用いられる１ワットを上回るレーザー・パワーにより同時に励起されるように、制御することができないからである。

[0005] ここにおける実施形態は、微細な光周波数コムおよび粗い光周波数コムを含む光周波数参照（optical frequency reference）を提供する。微細なコムは、第１の歯と、無線周波数参照（radio frequency reference）の分数または整数の倍数にロックされる歯間の周波数間隔（ＦＣＳ）とを有する。粗いコムは、第１の歯にロックされる第２の歯と、ＦＣＳの整数倍数にロックされる歯間の周波数間隔（ＣＣＳ）とを有する。粗い光周波数コムの少なくとも一つの歯の絶対光周波数が設定される。

[0006] 図面は単なる例を示し、従って、範囲を限定するものとは考慮されず、例は、添付の図面を用い、付加的な特性および詳細とともに記載される。

[0007] 図１は、相互参照される２つの光周波数コムの例を示している図である。 [0008] 図２は、２つの光周波数コムを相互参照する例示の方法のフロー図である。 [0009] 図３は、図１の相互参照される光周波数コムを実装するための例のシステムを示している図である。 [0010] 図４は、図１の相互参照される光周波数コムを実装するための他の例のシステムを示している図である。 [0011] 図５Ａは、図１の微細なコムのいくつかの歯に関しての、図１の粗いコムに対しての、共振器のフリー・スペクトル・レンジのスイープの例を示しているグラフである。 [0012] 図５Ｂは、粗いコムに対しての共振器のフリー・スペクトル・レンジがスイープされたときの、図１の粗いコムと図１の微細なコムとの間のビート・ノートの例を示しているグラフである。 [0013] 図６Ａは、図１の相互参照される光周波数コムを用いる例示の光周波数シンセサイザを示している図である。 [0014] 図６Ｂは、微細なコムおよび粗いコムの一部と共に、図６Ａの光周波数シンセサイザからの例示の出力光を示しているグラフである。

[0015] 一般の習慣に従って、さまざまな記載された特徴は、一定の縮尺で描かれておらず、例と関連する特定の特徴を強調するように描かれている。さまざまな図面において、同じ参照番号および名称は同じエレメントを示す。

[0016] ここに記載される内容は、２つの相互参照される光周波数コムに基づいた光周波数参照を提供する。相互参照される光周波数コムは、レーザー・パワーの要求が低く、広いチューニング範囲にわたって、安定した光周波数参照を成し遂げることができる。

[0017] 図１は、かかる相互参照される光周波数コム１００（また、本明細書において、単に「コム１００」と称する）を例示している図である。コム１００は、微細な光周波数コム（ＦＣ）１０２、および粗い光周波数コム（ＣＣ）１０４を含む。ＣＣ１０４は比較的粗い間隔を有し、ＦＣ１０２は比較的微細な間隔を有する。光コムを生成するために必要なパワーは、歯の数が増加するにつれて増加するので、粗いコム１０４を微細コム１０２と関連して使用することは、安定した高周波の微細コムを生成するために必要な光パワーを低減できるが、その理由は、単一の光周波数のコムにより、広い出力範囲と狭い歯の間隔との両方を達成する必要がないからである。特に、コム１００を相互に参照することにより、微細コム・ポンプレーザ１２２の波長が先験的に知られていなくとも、微細コムの歯の周波数を、微細コム１０２の歯の間隔よりも高精度で明確に識別されることを可能にする。

[0018] 図２は、ＦＣ１０２とＣＣ１０４とを相互参照する例示の方法２００のブロック図である。方法２００は、ＦＣ１０２の、オーダー番号「ｐ」であり周波数ｆ（ｐ）１１０を有する第１の歯１１０を、ＣＣ１０４の、第２の歯１１２またはオーダー番号「ｍ」であり周波数ｆ（ｍ）を有するものにロックすること（ブロック２０２）を含む。図３および４は、ＣＣ１０４の第２の歯１１２にロックされる第１の歯１１０を有しているＦＣ１０２を生成する手段のそれぞれの例を示す。

[0019] 図３に示される例において、ＣＣ１０４は、ＣＣ１０４のための共振器３０２（例えば、微小共振器）をポンプレーザ３０４によりポンピングすることによって生成することができる。ＦＣ１０２はまた、ポンプレーザ３０４から生成することもできる。図３に示される実装において、ＦＣ１０２は、ＦＣ１０２のための共振器３０６（例えば、微小共振器）をポンプレーザ３０４によりポンピングすることによって生成される。代替の実装では、ＦＣ１０２は、ポンプレーザ３０４からモジュレータへの信号を提供することによって生成することができる。他の代替の実装では、ＦＣ１０２は、ポンプレーザ３０４からモジュレータへ信号を提供して、モジュレータから共振器へ出力を提供することによって生成することができる。いずれにせよ、同じポンプレーザ３０４でＦＣ１０２およびＣＣ１０４を生成することは、ＦＣ１０２の第１の歯１１０をＣＣ１０４の第２の歯１１２にロックさせることになる。

[0020] 図４に示される代替の例において、ＣＣ１０４は、ＣＣ１０４のための共振器４０２（例えば、微小共振器）を第１のポンプレーザ４０４を用いてポンピングすることにより、そして、第２のポンプレーザ４０６を用いてＦＣ１０２を生成することによって、ポンプすることによって、生成することができる。図４に示される実装において、ＦＣ１０２は、Ｃ１０２のための共振器４０８（例えば、微小共振器）を第２のポンプレーザ４０６によりポンピングすることによって生成される。代替の実装では、ＦＣ１０２は、第２のポンプレーザ４０６からモジュレータへ信号を提供することによって、生成することができる。他の代替の実装では、ＦＣ１０２は、第２のポンプレーザ４０６からモジュレータへ信号を提供して、モジュレータから共振器へ出力を提供することによって生成することができる。いずれにせよ、図４に示される例では、第２のポンプレーザ４０６が第１のポンプレーザ４０４にロックされるように第２のポンプレーザ４０６を制御することによって、ＣＣ１０４の第２の歯１１２にＦＣ１０２の第１の歯１１０をロックすることができる。特に、適切な検出器を伴う処理デバイス４１０は、第１のポンプレーザ４０４と第２のポンプレーザ４０６との間の周波数の差を検出するように、およびそれに基づいて、第１のポンプレーザ４０４に第２のポンプレーザ４０６をロックするように第２のポンプレーザ４０６を制御するように、構成することができる。

[0021] 図１に戻って参照すると、ＦＣ１０２およびＣＣ１０４が１つのポンプレーザを用いて生成されるか又は互いにロックされる２つのポンピングされるレーザー装置を用いて生成されるかにかかわらず、ＦＣ１０２およびＣＣ１０４の少なくとも一つの歯はポンプレーザ（１以上）１２２、１２４の共通周波数１２６にある。図１に示される例において、それらの歯の２つは、ＦＣ１０２の第１の歯１１０およびＣＣ１０４の第２の歯１１２である。

[0022] 歯周波数１１０のうちの２つをロックすることに加えて、方法２００はまた、ＦＣ１０２の歯の間の周波数間隔（ＦＣＳ）１０６を、無線周波数（ＲＦ）参照の整数または分数の倍数にロックすること（ブロック２０４）を含む。ある例では、無線周波数参照は、微細コム・ポンプレーザ３０４、４０６を直接的に変調するために用いられ、ＲＦ参照の分数または整数の倍数に等しいＦＣＳ１０６を有するＦＣ１０２を作る。他の例では、ＦＣＳ１０６は、無線周波数エレクトロニクスを用いて検出され、微細コム共振器のフリー・スペクトル・レンジの閉ループ制御によって、無線周波数参照へと安定化される。ＦＣＳ１０６を安定したＲＦ参照にロックすることに基づいてＦＣＳ１０６が望ましいエラー範囲内にあるようにできるように、ＦＣ１０２のＦＣＳ１０６は十分に小さくなるように選択される。例において、安定したＲＦ参照は１０ＭＨｚであり、ＦＣＳ１０６は１０ＭＨｚの分数または整数の倍数（例えば２０ＧＨｚ）に基づいて生成される。

[0023] しかしながら、ＦＣＳ１０６が知られている場合であっても、ＦＣ１０２の所与の歯の絶対周波数は上記のもののみに基づいては知られない。したがって、相互にロックされたコム１０２、１０４の他の項目は、ＣＣ１０４の歯の間の周波数間隔（ＣＣＳ）１０８がＦＣＳ１０６の整数倍数にロックされる、ということである。例において、ＦＣＳ１０６は２０ＧＨｚであり、ＣＣＳ１０８が１０００ＧＨｚであるように、整数倍数は５０である。ＦＣ１０２の歯がそのようなロックを可能にするために少なくともＣＣＳ１０８にわたり広がるように、ＦＣ１０２の幅およびＣＣＳ１０８は選択される。

[0024] ＣＣ１０４のオーダー番号ｍ＋１の第３の歯１１６をＦＣ１０２のオーダー番号ｐ＋ｑの第４の歯１１８にロックすることによって、ＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６の整数倍数にロックされることができる（ブロック２０６）。第１の歯１１０に第２の歯１１２をロックするとともに第３の歯１１６を第４の歯１１８にロックすることによって、ＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６の整数倍数にロックされる。例において、第３の歯１１６は第２の歯１１２に隣接する歯であり、第３の歯１１６はＣＣＳ１０８だけ第２の歯から離れている。かかる例において、ＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６の整数倍数ｑにロックされる。例において、ＦＣ１０２の出力とＣＣ１０４の出力との間のビート周波数が第３の歯１１６と第４の歯１１８との周波数の一致を示すように、ＣＣ１０４のための共振器のフリー・スペクトル・レンジ（ＦＳＲ）を設定することによって、第３の歯１１６が第４の歯１１８にロックされる。

[0025] 例において、ＣＣ１０４のための共振器３０２、４０２のＦＳＲをスイープすることによって、第３の歯１１６を、第４の歯１１８にロックすることができる。第４の歯１１８は、第３の歯１１６へロックすることができるＦＣ１０２の任意の所望の歯から選択することができる。共振器３０２、４０２のＦＳＲは、例えば、キャビティ長を温度チューンすることによって、または他の手段によって、スイープされることができる。共振器３０２、４０２のＦＳＲがスイープされるとき、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間の光ビート・ノートの無線周波数、ｆ（ビート）、がモニタされる。

[0026] 図５Ａは、ＦＣ１０２のいくつかの歯に関しての、ＣＣ１０４のための共振器３０２、４０２のＦＳＲのスイープの例を示しているグラフである。示すように、共振器３０２、４０２のＦＳＲをスイープすることは、ＣＣＳ１０８を変えさせることになる。ＣＣ１０４の歯ｍ（例えば、第２の歯１１２）をＦＣ１０２の歯ｐ（例えば、第１の歯１１０）にロックさせると、ＣＣ１０４のｍ＋１歯（例えば、第３の歯１１６）は、ＦＣ１０２のｐ＋１、ｐ＋２、ｐ＋３などの歯にわたって移動する。ＣＣＳ１０８がＦＣ１０２に関連して変化すると、ｍ＋１歯１１６は、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間のビート・ノートの周波数の変化のレートに基づいて、ＦＣ１０２の任意の歯（ｐ＋１、ｐ＋２、ｐ＋３）にもロックされることができる。特に、ｍ＋１歯１１６がＦＣ１０２の歯にわたってスイープすると、ビート・ノートのレース・レート（racing rate）（ＲＲ）、

は監視される。
[0027] 図５Ｂは、レース・レートの例を示しているグラフである。例において、レース・レートは、ＦＣＳ１０６へ小さい震え（dither）を印加することによって監視することができる。ＦＣＳ１０６の震えは、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間のビート・ノート５０２に鋸歯形状を生成する。レース・レート５０４は、ビート・ノート５０２の鋸歯形状の下方へのエッジの傾斜である。ＣＣ１０４のｍ＋１歯１１６がビート・ノートを作るように干渉する、ＦＣ１０２のｐ歯１１０と歯（ｐ＋１、ｐ＋２、ｐ＋３など）との間の歯の数「ｑ」に比例的に依存する値を、レース・レート５０４は有する。特に、レース・レート５０４は、ＦＣ１０２の歯（ｐ＋１、ｐ＋２など）が遠いほど、無限大（垂直傾斜）に近くなるように動く、即ち、ＣＣ１０４のｍ＋１歯１１６との干渉は、常にｐ歯１１０からである。この現象に基づいて、ＣＣ１０４のｍ＋１歯１１６がＦＣ１０２の歯（第４の歯）１１８と重なる時を決定することができ、そこでは、ｍ＋１歯をそれへロックすることが望ましい。特に、或る定数ｂについて

であり、これは、ＦＣＳ１０６を震えさせる（dithering）方法に応じたものである。ｍ＋１歯１１６が所望の（第４の）歯１１８に重なるときに、レース・レートは第４の歯１１８について予め定められた値に等しい。その時点で、サーボ・ループを連動することができ、これは、第３の歯１１６を第４の歯１１８にロックするように、ＣＣ１０４の共振器３０２、４０２のＦＳＲをホールドすることもできる。一旦これが生じると、ＣＣ１０４の歯の全ては、ＦＣＳ１０６の整数倍数の間隔をあけられる。特に、これは、ＣＣＳ１０８の周波数を有しているビート・ノートを検出する必要なく、達成されることができる。

[0028] ＣＣ１０４の周波数オフセット１２０も設定される。例において、図１に示すようにＣＣ１０４の２つの歯を自己参照することによって、周波数オフセット１２０が設定される。公知であるように、かかる自己参照を可能にするために、ＣＣ１０４は光学オクターブに及ぶ。かくして、自己参照干渉計においてＣＣ１０４のための周波数オフセット、ｆｏ、１２０を設定することによって、ＣＣ１０４の歯の絶対の周波数が設定される（ブロック２０８）。例えば、２＊周波数（ｎ_１）が周波数（ｎ_２）にほぼ等しいという関係（即ち、１オクターブ離れている一対の歯）を満足させ得る多くの対の歯（ｎ_１、ｎ_２）が、ＣＣ１０４にある。各歯の光周波数は、周波数（ｎ_１）＝ｆｏ＋ｎ _１＊ＣＣＳ、と書かれることができる。非線形媒体においてｎ_１歯が２倍にされ、ヘテロダイン・ビート・ノートがｎ_２歯により作られる場合、ビート・ノートは、周波数オフセット１２０を識別するために処理されることができる。周波数オフセット１２０は、受光装置によって直接に検出するには周波数が高すぎ得る最悪のケースのＣＣＳ／２と同じ大きさであり得る。したがって、自己参照ビート・ノート周波数が検出器の帯域幅の外側にある場合、ビート・ノートは観察されない。ビート・ノートが観察されない場合、ＦＣ１０２およびＣＣ１０４のためのポンプレーザ１１４は、ビート・ノートを見つけるためにスイープ（上および／または下）され得るが、（１／２）＊ＣＣＳ１０８より多くスイープされる必要はない。ビート・ノートは、処理デバイス１２８および適切な検出器で検出されることができる。次に、処理デバイス１２８は、粗いコムのためのポンプ１２４へ信号を送って、ポンプ１２４の周波数１２６を調節して、周波数オフセットを望ましい点に設定するようにする。他の例においては、自己参照干渉計を使用する代わりに、光学的原子時計の出力などのような他の十分に安定したレーザーに対してポンプ１２４（すなわち、ＣＣ１０４のｍ歯）を参照することによって、周波数オフセットが設定される。

[0029] 第１の歯１１０と第２の歯１１２との間でのロック、ＦＣＳ１０６とＲＦ参照との間でのロック、第３の歯１１６と第４の歯１１８との間でのロック、およびＣＣ１０４のためのポンプ１２４のロックは、全て、相互参照されるコム１００を提供するために同時に維持される。第１の歯１１０を第２の歯１１２にロックすることによって、そしてＦＣＳ１０６をＣＣＳ１０８にロックすることによって、たとえＦＣ１０２が光学的オクターブに及ぶものではない場合であっても、ＦＣ１０２がＣＣ１０４にロックされていることによってＦＣ１０２の周波数オフセットを自動的に設定するＣＣ１０４の周波数オフセット１２０を設定することにより、ＦＣ１０２の周波数は設定されることができる。特に、ＦＣ１０２およびＣＣ１０４の出力は、ポンプレーザ（１以上）１１４と協力してスライド（上および／または下）する。ＣＣＳ１０８は、それが生じると変化しないが、その理由は、それがＦＣＳ１０６の整数倍数にロックされるからである。このようにして、ＦＣ１０２の周波数オフセットは、ＦＣ１０２が光学的オクターブに及ぶものではない場合であっても、設定（例えば、調節）される。

[0030] 例において、コム１００は、光シンセサイザのための光学参照として用いられることができる。かかる光シンセサイザ６００の例は、図６Ａに示される。ＦＣ１０２およびＣＣ１０４に加えて、光シンセサイザ６００は、処理デバイス（例えば、マイクロプロセッサ）６０２および出力レーザー６０４を含むことができる。処理デバイス６０２は出力レーザー６０４およびＦＣ１０２に結合され、処理デバイス６０２は、出力レーザー６０４からの光６０６とＦＣ１０２の選択された歯との間の周波数差を検出することができる。処理デバイス６０２はまた、出力レーザー６０４を制御して、そこからの光の周波数を調節するように、構成される。例において、処理デバイス６０２は、外部のＲＦ基準信号に基づくマイクロ波帯域において動作するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）である。図６Ｂは、相互にロックされたＦＣ１０２とＣＣ１０４とを、出力レーザー３０４からの出力光６０６とともに示しているグラフの例を示す。

[0031] 動作中、ＦＣ１０２とＣＣ１０４とは、上記のように相互に参照される。処理デバイス６０２は、出力レーザー６０４から、光６０６に関して望ましい出力周波数を示す信号を受け取る。この信号は、いかなる適切なソースからも受け取ることができ、ソースは、人間からの入力を受ける高レベルのコンピューティング・システムなどである。処理デバイス６０２は、望ましい出力周波数に近いＦＣ１０２の歯６０８を選択する。例において、処理デバイス６０２は、望ましい出力周波数に最も近いＦＣ１０２の歯６０８を選択する。それから、処理デバイス６０２は、ＦＣ１０２の選択された歯６０８と出力レーザー６０４からの光６０６の周波数との間の周波数差を検出する。検出された周波数差に基づいて、処理デバイス６０２は出力レーザー装置６０４を制御して、光６０６が望ましい出力周波数に設定されるようにする。特に、処理デバイス６０２は出力レーザー装置６０４を制御して、そこからの光６０６が、ＦＣ１０２の選択された歯６０８から離れた光オフセット周波数に設定されるようにし、ここにおいて光オフセット周波数は、望ましい出力周波数とＦＣ１０２の選択された歯６０８の周波数との間の差に等しい。特に、処理デバイス６０２は、出力レーザー６０４へ送られる周波数信号を生成することができ、出力レーザー６０４により生成される光６０６の周波数は、処理デバイス６０２（例えば、ＤＤＳ）から受信した信号の周波数に基づく。出力レーザー装置６０４を制御するために処理デバイス６０２（例えば、ＤＤＳ）から送られる信号の周波数は、本明細書においてはデルタ周波数と称される。

[0032] 出力光６０６についての望ましい出力周波数を示す受信した入力信号に基づいて、処理デバイス６０２は、デルタ周波数を調節すること、および／またはＦＣ１０２の何れの歯が選択されるかを調節することにより、光６０６の周波数を制御することができる。例において、ＦＣＳ１０６は、処理デバイス６０２（例えば、ＤＤＳ）のチューニング範囲に適合するように、２０ＧＨｚ以下に設定される。例において、デルタ周波数は０ＨｚとＦＣＳ１０６との間の周波数に設定され、それは、処理デバイス６０２（例えば、ＤＤＳ）によりサブヘルツ（sub-hertz）の精度で行われることができる。

[0033] 例において、ＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６よりも少なくとも１０倍大きい。周波数間隔のかかる差は、光学的シンセサイザ６００に関し、比較的低いパワー要求で、ＣＣＳ１０８に基づく広い全体的周波数範囲、およびＦＣＳ１０６に基づく微細な周波数分解能を提供する。この例示の実装において、ＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６よりも少なくとも５０倍大きい。
例示の実施形態
[0034] 例１は、光周波数参照を含み、光周波数参照は、
第１の歯と、無線周波数参照の分数または整数の倍数にロックされる歯の間の周波数間隔（ＦＣＳ）とを有している微細な光周波数コムと、
第１の歯にロックされる第２の歯と、ＦＣＳの整数倍数にロックされる歯の間の周波数間隔（ＣＣＳ）とを有している粗い光周波数コムと、
を有し、
粗い光周波数コムの少なくとも一つの歯の絶対光周波数が設定される。

[0035] 例２は例１の光周波数参照を含み、ＣＣＳはＦＣＳより少なくとも１０倍大きい。
[0036] 例３は例１−２のいずれかの光周波数参照を含み、微細な光周波数コムは１オクターブに及ぶものではない。

[0037] 例４は例１−３のいずれかの光周波数参照を含み、粗い光周波数コムの第３の歯を微細な光周波数コムの第４の歯にロックすることによって、ＣＣＳはＦＣＳの整数倍数にロックされる。

[0038] 例５は例４の光周波数参照を含み、第３の歯は第２の歯に隣接する歯であり、第３の歯はＣＣＳだけ第２の歯から離されている。
[0039] 例６は例４−５のいずれかの光周波数参照を含み、第３の歯は、粗い光周波数コムのための共振器のフリー・スペクトル・レンジ（ＦＳＲ）を設定することによって、第４の歯にロックされ、この設定は、微細な光周波数コムと粗い光周波数コムとの混合の間のビート周波数が、第４の歯と位置合わせされている第３の歯に対応するようにする。

[0040] 例７は例１−６のいずれかの光周波数参照を含み、無線周波数参照は、共振器の閉ループ・サーボ制御または共振器のパラメトリック・シード処理（parametric seeding）のうちの一つから導出される。

[0041] 例８は例１−７のいずれかの光周波数参照を含み、微細な光周波数コムと粗い光周波数コムとをポンプする共通のポンプレーザを使用することによって、または、微細な光周波数コムのための第１のポンプレーザと粗い光周波数コムのための第２のポンプレーザとであって、互いにロックされている第１のポンプレーザと第２のポンプレーザとを用いることによってのうちの１つにより、第２の歯は第１の歯にロックされる。

[0042] 例９は例１−８のいずれかの光周波数参照を含み、少なくとも一つの歯の絶対光周波数は、自己ヘテロダイン干渉法によって、または、十分に安定したレーザーに対して少なくとも一つの歯を参照することによってのうちの１つにより、設定される。

[0043] 例１０は２つの光周波数コムを相互に参照する方法を含み、その方法は、
微細な光周波数コムの第１の歯を粗い光周波数コムの第２の歯にロックするステップと、
微細な光周波数コムの周波数間隔を無線周波数参照の分数または整数の倍数にロックするステップと、
粗い光周波数コムの周波数間隔を微細な光周波数コムの周波数間隔の整数倍数にロックするステップと、
粗い光周波数コムの周波数オフセットを設定するステップと、
を含む。

[0044] 例１１は方法の例１０を含み、粗い光周波数コムの周波数間隔を微細な光周波数コムの周波数間隔の整数の倍数にロックするステップは、粗い光周波数コムの第３の歯を微細な光周波数コムの第４の歯にロックすることを含む。

[0045] 例１２は例１１の方法を含み、第３の歯は第２の歯に隣接する歯であり、第３の歯は、粗い光周波数コムの周波数間隔だけ第２の歯から離れている。

[0046] 例１３は例１１−１２のいずれかの方法を含み、第３の歯を第４の歯にロックするステップは、粗い光周波数コムのための共振器のフリー・スペクトル・レンジ（ＦＳＲ）を設定することを含み、微細な光周波数コムの出力と粗い光周波数コムの出力との間のビート周波数は、第４の歯と位置合わせされている第３の歯に対応する。

[0047] 例１４は例１０−１３のいずれかの方法を含み、無線周波数参照は、共振器のパラメトリック・シード処理または共振器の閉ループ・サーボ制御の一つから導き出される。
[0048] 例１５は例１０−１４のいずれかの方法を含み、第１の歯を第２の歯にロックするステップは、微細な光周波数コムおよび粗い光周波数コムを共通のポンプレーザでポンプするステップ、または、微細な光周波数コムを第１のポンプレーザでポンプし、粗い光周波数コムを第２のポンプレーザでポンプし、第１のポンプレーザを第２のポンプレーザにロックするステップの１つを含む。

[0049] 例１６は例１０−１５のいずれかの方法を含み、粗い光周波数コムの周波数間隔は微細な光周波数コムの周波数間隔より少なくとも１０倍大きい。
[0050] 例１７は例１０−１６のいずれかの方法を含み、微細な光周波数コムは１オクターブに及ばない。

[0051] 例１８は方法の例１０を含み、周波数オフセットを設定するステップが、粗い光周波数コムの２つの歯を自動参照するステップ、または十分に安定したレーザーに対して粗い光周波数コムの少なくとも一つの歯を参照するステップの一つを含む。

[0052] 例１９は、光シンセサイザを含み、光シンセサイザは、第１の歯および第２の歯を有し、且つ無線周波数参照の分数または整数の倍数にロックされる歯の間の周波数間隔（ＦＣＳ）を有している微細な光周波数コムと、第３の歯および第４の歯を有する粗い光周波数コムであって、第３の歯は第１の歯にロックされ、第４の歯は第２の歯にロックされ、粗い光周波数コムおよび微細な光周波数コムに関する周波数オフセットは、粗い光周波数コムの２つの歯を自己参照することによって設定される、粗い光周波数コムと、出力レーザーと、マイクロ波バンドにおいて動作するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）であって、前記ＤＤＳは、微細な光周波数コムの選択された歯と出力レーザーとの間の周波数の差を検出するように、および検出した差に基づいて出力レーザーを調節して出力レーザーを望ましい周波数に設定するように構成される、ＤＤＳとを含む。

[0053] 例２０は、例１９の光学的シンセサイザを含み、
第４の歯は第３の歯に隣接する歯であり、第４の歯は、粗い光周波数コムの周波数間隔だけ第３の歯から離れており、
第４の歯は、粗い光周波数コムのための共振器のフリー・スペクトル・レンジ（ＦＳＲ）を設定することによって第２の歯にロックされ、微細な光周波数コムの出力と粗い光周波数コムの出力との間のビート周波数は、第２の歯と位置合わせされている第４の歯に対応し、
第３の歯は、微細な光周波数コムおよび粗い光周波数コムをポンプするために共通のポンプレーザを使用すること、または、第１のポンプレーザと第２のポンプレーザとが互いにロックされ、微細な光周波数コムに関して第１のポンプレーザを使用し、粗い光周波数コムに関して第２のポンプレーザを使用することの一方により、第１の歯にロックされる。

Claims

光周波数参照（１００）であって、
第１の微小共振器（３０６、４０８）および第２の微小共振器（３０２、４０２）と、
少なくとも１つのポンプレーザであって、
第１の歯（１１０）と、無線周波数参照の分数または整数の倍数にロックされる歯の間の周波数間隔（ＦＣＳ）（１０６）とを有している微細な光周波数コム（１０２）を生成するように前記第１の微小共振器（３０６、４０８）をポンピングし、
前記第１の歯（１１０）にロックされる第２の歯（１１２）と、前記ＦＣＳ（１０６）の整数の倍数にロックされる歯の間の周波数間隔（ＣＣＳ）（１０８）とを有している粗い光周波数コム（１０４）であって、前記粗い光周波数コムの少なくとも一つの歯の絶対光周波数が設定される、粗い光周波数コム（１０４）を生成するように前記第２の微小共振器（３０２、４０２）をポンピングする
ように構成された少なくとも１つのポンプレーザと、
を含む光周波数参照（１００）。
請求項１に記載の光周波数参照（１００）であって、前記粗い光周波数コム（１０４）の第３の歯（１１６）を前記微細な光周波数コム（１０２）の第４の歯（１１８）にロックすることによって、前記ＣＣＳ（１０８）が前記ＦＣＳ（１０６）の整数の倍数にロックされる、光周波数参照（１００）。
２つの光周波数コムを相互参照するための方法（２００）であって、
第１の微小共振器を少なくとも１つのポンプレーザでポンピングすることによって微細な光周波数コムを発生させるステップと、
第２の微小共振器を前記少なくとも１つのポンプレーザでポンピングすることによって粗い光周波数コムを発生させるステップと、
前記微細な光周波数コムの第１の歯を前記粗い光周波数コムの第２の歯にロックする（２０２）ステップと、
前記微細な光周波数コムの周波数間隔を無線周波数参照の分数または整数の倍数にロックする（２０４）ステップと、
前記粗い光周波数コムの周波数間隔を前記微細な光周波数コムの周波数間隔の整数の倍数にロックする（２０６）ステップと、
前記粗い光周波数コムの周波数オフセットを設定する（２０８）ステップであって、前記粗い光周波数コムの２つの歯を自己参照すること、または十分に安定したレーザーに対して前記粗い光周波数コムの少なくとも一つの歯を参照することの一つを含む、周波数オフセットを設定するステップと
を含む方法。