JP6664196B2 - 細かい光周波数コム及び粗い光周波数コムを用いた光シンセサイザの調整 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１４年５月７日に出願された米国仮特許出願第６１／９９０，０２３の利益を主張し、当該出願は参照により本明細書に組み込まれる。

[0002]正確で調節可能な光学的合成は、スタンドオフ型の廃水特性評価、高帯域幅の安全な通信、光分光法、ガス検知、ライダー（ＬｉＤＡＲ）、光搬送波原子時計、原子及び光学機械慣性センサにおいて潜在的な用途を有する。現在の最先端の光シンセサイザは、サイズ、コスト及び所要電力のため、実験用途に限定されている。

[0003]（１５３０−１５６５ｎｍのＣバンド光通信の範囲などの）広範囲にわたって正確で安定した光出力を実現する光シンセサイザは、無線周波数（ＲＦ）領域でのフィードバック制御によって高度に安定した正確な光学的基準にロックされる出力光を有する。大型の光シンセサイザについては、チタンサファイア又はファイバレーザベースのフェムト秒モードロックレーザ光源に基づく自己参照光周波数コムが、マイクロ波入力に対する光出力を参照するために使用されて、光学的合成を可能にする。これらのデバイスは、市販されており、冷却装置のように大きく、大量の電力を使用する。

[0004]従来のモードロックレーザベースの光周波数コムよりもはるかに少ない電力を使用して動作する微小共振器に基づく自己参照光周波数コムを開発するために、過去数年間に多くの試みがなされてきた。しかし、光周波数コムは光干渉計において自己参照することによって動作する。自己参照のために十分に広い（例えば、１オクターブのスパンの）コムを生成するために使用される１ワットを超えるレーザパワーで励起しつつ、細かい櫛歯間隔を有する微小共振器を制御することができないため、上記の点は微小共振器を使用して達成されていない。

[0005]本明細書中の実施形態は、粗い（ｃｏａｒｓｅ）光周波数コム、細かい（微細な、ｆｉｎｅ）光周波数コム及び出力レーザを含む光周波数シンセサイザを提供する。粗い光周波数コムは第１のポンプレーザで励起され、粗い光周波数コムのうちの少なくとも１つの歯の絶対周波数が設定される。細かい光周波数コムは、第２のポンプレーザで励起され、無線周波数基準の分数倍又は整数倍にロックされる歯間の周波数間隔を有する。最初に、第２のポンプレーザは、粗い光周波数コムの第１の歯にロックされる。光周波数シンセサイザは、粗い光周波数コムの所望の歯の近くに第２のポンプレーザを掃引し、所望の歯に第２のポンプレーザをロックすることによって調整することができる。第２のポンプが所望の歯にロックされた後、細かい光周波数コムの歯に基づき、出力レーザを用いて出力信号を生成することができる。

[0006]図面は例を示すにすぎず、したがって範囲を限定するものと解釈されるべきではないとの認識のもとで、実施例が、添付の図面を使用してさらに具体的かつ詳細に説明される。

[0007]２つの光周波数コムに基づく例示的な光周波数シンセサイザを示す図である。 [0008]２つの光周波数コムの例示的な出力とともに光周波数シンセサイザの例示的な出力を示すグラフである。 [0009]２つの光周波数コムが相互参照されない場合に図１のシンセサイザを調整するための例示的な方法のフロー図である。 [0010]２つの光周波数コムが相互参照される場合に図１のシンセサイザを調整するための例示的な方法のフロー図である。

[0011]一般的な方法に従って、様々な説明される特徴は一定の縮尺で描かれず、実施形態に関連する具体的な特徴を強調するように描かれている。様々な図面における同様の参照番号及び記号表示は同様の要素を示す。

[0012]本明細書に記載される主題は、２つの光周波数コムに基づく光周波数シンセサイザを提供する。光周波数シンセサイザは、低減されたレーザ所要電力で広い同調範囲にわたって微細な同調分解能を有する。

[0013]図１は、このような光周波数シンセサイザ１０の例を示す図である。光周波数シンセサイザ１０は、細かい光周波数コム（ＦＣ）１０２及び粗い光周波数コム（ＣＣ）１０４を含む。ＦＣ１０２は比較的細かい間隔を有する一方、ＣＣ１０４は比較的粗い間隔を有する。シンセサイザ１０はまた、処理装置１２（例えば、マイクロプロセッサ）及び出力レーザ２０を含む。

[0014]一例では、ＦＣ１０２は、第１のポンプレーザ２２でＦＣ１０２のための第１の共振器２８（例えば、微小共振器）を励起することによって生成することができ、ＣＣ１０４は、第２のポンプレーザ２４で第２の共振器３０を励起することによって生成することができる。代替的な例では、ＦＣ１０２は、第１のポンプレーザ２２からの信号を変調器に提供することによって生成することができる。別の例では、ＦＣ１０２は、第１のポンプレーザ２２からの信号を変調器に提供し、変調器からの出力を共振器に提供することによって生成することができる。

[0015]図２は、出力レーザ２０の例示的な出力光２６、ＦＣ１０２及びＣＣ１０４を示す図である。ＣＣ１０４の例示的なの周波数オフセットが設定される。一例では、周波数オフセットは、ＣＣ１０４の２つの歯を自己参照することにより設定される。知られているように、このような自己参照を可能にするために、ＣＣ１０４は光オクターブ（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｃｔａｖｅ）に及ぶ。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を満たし得るＣＣ１０４中の歯（ｎ_１、ｎ_２）の多くの対（すなわち、１オクターブ離れた歯の対）が存在する。各々の歯の光周波数は、周波数（ｎ_１）＝ｆ_０＋ｎ_２×ＣＣＳと書くことができる。ｎ_１番目の歯は非線形媒質中で２倍になり、ヘテロダインビートノートがｎ_２番目の歯で作成される場合、ビートノートは周波数オフセットを特定するために処理されてもよい。周波数オフセットは、最悪の場合にはＣＣＳ／２と同じ大きさになることがあり、これは光受信機による直接検出をするためには周波数が高すぎる可能性がある。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及びＣＣ１０４のためのポンプレーザ２２及び２４は、ビートノートを見つけるために、（上及び／又は下に）掃引することができるが、１／２×ＣＣＳ１０８より大きな範囲で掃引する必要はない。ビートノートは、処理装置１２及び適切な検出器によって検出することができる。処理装置１２は、所望の点でオフセット周波数を設定するために、ポンプレーザ２２、２４の周波数を調整するためにポンプレーザ２２、２４に信号を送ることができる。代替的な実施形態では、自己参照干渉計を使用する代わりに、オフセット周波数は、光原子時計の出力などの、別の十分に安定したレーザに対してポンプ２２、２４を参照することによって設定される（すなわち、ＣＣ１０４のｍ_０番目の歯）。

[0016]一例では、ＣＣ１０４は独立して安定しており、ＣＣ１０４の歯の絶対周波数が知られている。別の例では、ＣＣ１０４は、ＣＣ１０４とＦＣ１０２との間の相互ロックを形成することによって安定化することができる。このような相互ロックは以下でより詳細に説明される。

[0017]一例では、細かい（微細な）コムポンプレーザ２２を直接変調するために無線周波数基準が使用されて、ＲＦ基準の分数倍又は整数倍に等しいＦＣＳ１０６を有するＦＣ１０２を生成する。別の例では、ＦＣＳ１０６は、無線周波数電子機器を使用して検出され、細かいコム共振器の自由スペクトル領域の閉ループ制御によって無線周波数基準に対して安定化される。ＦＣ１０２のＦＣＳ１０６は、安定したＲＦ基準にＦＣＳ１０６をロックすることに基づいてＦＣＳ１０６を所望の誤差範囲内とすることができるように、十分小さくなるように選択される。一例では、安定したＲＦ基準は１０ＭＨｚにあり、ＦＣＳ１０６は、２０ＧＨｚなど、１０ＭＨｚの分数倍又は整数倍に基づいて生成される。

[0018]ＦＣ１０２の第１の歯１１０は、ＣＣ１０４の第２の歯１１２にロックすることができる。一例では、第１の歯１１０は、第２のポンプレーザ２４が第１のポンプレーザ２２にロックされるように第２のポンプレーザ２４を制御することにより、ＣＣ１０４の第２の歯１１２にロックすることができる。特に、適切な検出器とともに、処理装置１２は、第１のポンプレーザ２２と第２のポンプレーザ２４との間の周波数の差を検出し、それに基づいて第２のポンプレーザ２４を制御して第２のポンプレーザ２４を第１のポンプレーザ２２にロックするように構成することができる。互いに対してロックされる励起されたレーザにＦＣ１０２及びＣＣ１０４がロックされる場合、ＦＣ１０２及びＣＣ１０４のうちの少なくとも１つの歯は、ポンプレーザ２２、２４の周波数にある。一例では、それらの歯の周波数のうちの２つは、ＦＣ１０２の第１の歯１１０（例えば、中央の歯「ｎ_０」）及びＣＣ１０４の第２の歯１１２（例えば、中央の歯「ｍ_０」）である。

[0019]ＦＣ１０２の中央の歯がＣＣ１０４の中央の歯にロックされると、ＦＣ１０２の歯の絶対周波数がわかる。したがって、出力信号２６はＦＣ１０２の歯に基づいて生成することができる。このような出力信号２６を生成するために、処理装置１２は出力レーザ２０及びＦＣ１０２に結合され、その結果、処理装置１２は、出力レーザ２０からの光２６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。処理装置１２はまた、出力レーザ２０を制御してそれからの光２６の周波数を調整するように構成される。一例では、処理装置１２は、外部のＲＦ基準信号に基づいてマイクロ波帯で動作するダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）である。

[0020]動作において、処理装置１２は、出力レーザ２０からの光２６についての所望の出力周波数を示す信号を受信する。この信号は、人間から入力を受け取る、より高いレベルのコンピューティングシステムなどの、任意の適切なソースから受信することができる。処理装置１２は、所望の出力周波数に近いＦＣ１０２の歯１６を選択する。一例では、処理装置１２は、所望の出力周波数に最も近いＦＣ１０２の歯１６を選択する。処理装置１２は、次いで、ＦＣ１０２の選択された歯１６と出力レーザ２０からの光２６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、処理装置１２は、光２６が所望の出力周波数に設定されるように出力レーザ２０を制御する。特に、処理装置１２は、出力レーザ２０からの光２６がＦＣ１０２の選択された歯１６から光オフセット周波数ロック（ＯＯＦＬ）だけ離れたところに設定されるように、出力レーザ２０を制御し、ここで光オフセット周波数は、所望の出力周波数とＦＣ１０２の選択された歯１６の周波数との間の差に等しい。特に、処理装置１２は、出力レーザ２０に送られる周波数信号を生成することができ、出力レーザ２０によって生成される光２６の周波数は、処理装置１２（例えば、ＤＤＳ）から受信された信号の周波数に基づく。出力レーザ２０を制御するために処理装置１２（例えば、ＤＤＳ）から送信される信号の周波数は、ここではデルタ周波数と呼ばれる。

[0021]出力光２６についての所望の出力周波数を示す受信された入力信号に基づいて、処理装置１２は、デルタ周波数及び／又はＦＣ１０２のどの歯が選択されるかを調整することにより、光２６の周波数を制御することができる。一例では、ＦＣＳ１０６は、処理装置１２（例えば、ＤＤＳ）の同調範囲と一致させるために、２０ＧＨｚ以下に設定される。一例では、デルタ周波数は、０ヘルツとＦＣＳ１０６との間の周波数に設定され、これは処理装置１２（例えば、ＤＤＳ）を用いてサブヘルツの精度で行うことができる。

[0022]一例では、ＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６より少なくとも１０倍大きい。周波数間隔のこのような差異は、比較的低い所要電力で、ＣＣＳ１０８に基づく広い全体の周波数範囲及びＦＣＳ１０６に基づく細かい周波数分解能を光シンセサイザに提供する。この例の実施形態では、ＣＣＳ１０８はＦＣＳ１０６よりも少なくとも５０倍大きい。

[0023]図２は、光周波数シンセサイザ１０を調整する例示的な方法２００のフロー図である。特に、方法２００は、ＦＣ１０２の範囲よりも広い範囲で光周波数シンセサイザ１０を調整するためのものである。方法２００は、ＣＣ１０４に基づく広い範囲において、ＦＣ１０２に基づく細かい分解能で、光周波数シンセサイザ１０の調整を可能にする。

[0024]上述したように、第１のポンプ２２は、最初にＣＣ１０４の第２のポンプ２４にロックすることができ、第１のポンプ２２をＣＣ１０４の中央の歯にロックする。このロックにより、ＦＣ１０２のための周波数範囲は、ＣＣ１０４の中央の歯の周波数プラスマイナスＦＣ１０２の周波数範囲の半分になる。ＦＣ１０２の得られた範囲が出力レーザ２０の所望の周波数と重ならない場合、方法２００は、ＦＣ１０２の歯の周波数範囲を移動させるために使用することができ、その結果、出力レーザ２０の所望の出力周波数はＦＣ１０２の周波数範囲内になる。

[0025]ＦＣ１０２の歯の周波数範囲を動かすために、ＦＣ１０２の第１のポンプ２２はＣＣ１０４の異なる歯にロックされ、その異なる（所望の）歯は、出力レーザ２０の所望の周波数に近い歯である。一例では、第１のポンプ２２は、出力レーザ２０の所望の周波数に最も近いＣＣ１０４の歯にロックされる。第１のポンプ２２は、第１のポンプ２２を異なる歯に向かって掃引し（ブロック２０２）、次いで第１のポンプ２２をその異なる歯にロックする（ブロック２０４）ことによって、異なる歯にロックすることができる。１つ又は複数の追加の掃引及びロックを、以下に説明するように異なる歯に第１のポンプ２２を移動させるために使用することができる。異なる歯がＣＣ１０４の中央の歯よりも高い場合、第１のポンプ２２は下方に掃引される。異なる歯が中央の歯よりも低い場合、ＣＣ１０４は上方に掃引される。

[0026]一例では、第１のポンプ２２は、第１のポンプ２２をＣＣ１０４の各々の隣接する歯に段階的に（漸次的に、ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｌｙ）次々にロックして、第１のポンプ２２をＣＣ１０４の中央の歯から所望の歯へとステップさせることにより、ＣＣ１０４の中央の歯から所望の歯へと移動させる。例えば、所望の歯がＣＣ１０４のｎ_−３番目の歯である場合、第１のポンプ２２は、最初に中央の歯（ＣＣ１０４のｎ_０）からＣＣ１０４のｎ_−１番目の歯に掃引され、ｎ_−１番目の歯にロックされてもよい。ｎ_−１番目の歯にロックした後、第１のポンプ２２は、ｎ_−１番目の歯からＣＣ１０４のｎ_−２番目の歯へと掃引され、ｎ_−２番目の歯にロックされてもよい。ｎ_−２番目の歯にロックした後、第１のポンプ２２は、ｎ_−２番目の歯からｎ_−３番目の歯へと掃引され、ｎ_−３番目の歯にロックされてもよい。

[0027]代替的な例では、第１のポンプ２２は、ＣＣ１０４の中央の歯から所望の歯へと直接掃引される。例えば、所望の歯がＣＣ１０４のｎ_−３番目の歯である場合、第１のポンプ２２は、中央の歯から、ｎ_−１番目及びｎ_−２番目の歯を越えて、ｎ_−３番目の歯へと直接掃引することができる。この代替的な例の実施において、中央の歯から所望の歯への掃引中に第１のポンプ２２がＣＣ１０４の歯を通過するときにＣＣ１０４の歯をカウントすることによって、第１のポンプ２２がＣＣ１０４の所望の歯にいつ近づくかを判断することができる。第１のポンプ２２が通過する歯は、ＦＣ１０２が掃引されるときにＦＣ１０２のＣＣ１０４との混合に起因するビートノートを検出することによって特定することができる。いくつかの実施形態では、ＦＣ１０２の側波帯は、このようなビートノートをより簡単に特定するために、掃引中にオフにすることができる。いずれの場合も、ＦＣ１０２が通過する各々の歯は対応するビートノートを生成し、これらビートノートの各々は、ＦＣ１０２がいくつの歯を通過して掃引されたかを決定するためにカウントすることができる。このように、ＦＣ１０２が所望の歯にいつ近づくかを特定するために、ＦＣ１０２が掃引されるときに中央の歯から所望の歯までの歯をカウントすることができる。

[0028]第１のポンプ２２を移動するためのこれらの処理は、いずれも、第１のポンプ２２をＣＣ１０４の任意の歯からＣＣ１０４の任意の他の歯へ移動するために使用することができる。すなわち、上記の処理は、中央の歯から開始することに限定されない。

[0029]第１のポンプ２２をＣＣ１０４の第１の歯（例えば、中央の歯）からＣＣ１０４の第２の歯（例えば、ｎ_−３番目の歯）へと掃引するために、第１のポンプ２２は、最初に、ＣＣ１０４の第２の歯に近づくように、ＣＣ１０４の同調特性に基づいて、開ループ方式で掃引することができる。第１のポンプ２２がＣＣ１０４の第２の歯に近いとき、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間のビートノートは光検出器によって検出することができる。次いで、ビートノートに基づいて第１のポンプ２２をＣＣ１０４の第２の歯にロックするために、サーボループを使用することができる。サーボループの検出帯域幅及び捕捉範囲は、第１のポンプ２２が開ループ方式でどれだけ正確に調整することができるかに基づいて、及び、第１のポンプ２２が単一の掃引で調整されるべき最大の周波数範囲に基づいて、選択することができる。例えば、上述のように各々の隣接する歯に段階的に（漸次的に）ロックすることによってＣＣ１０４の所望の歯へと第１のポンプ２２が移動される場合、第１のポンプ２２が調整されるべき最大の周波数範囲はＣＣＳ１０８に等しい。現在の歯と所望の歯との間の歯を通り過ぎることによって第１のポンプ２２が所望の歯へと直接掃引される例では、第１のポンプ２２が調整されるべき最大の周波数範囲はおそらくはるかに大きい。したがって、第１のポンプ２２が所望の歯へと直接掃引される例では、おそらくは、より大きな検出帯域幅及び／又は捕捉範囲が使用される。

[0030]一例では、第１のポンプ２２は、第１のポンプ２２を各々の隣接する歯に段階的にロックすることによって移動され、サーボループの検出帯域幅及び捕捉範囲は、ＦＣ１０２のＦＣＳ１０６と同じ大きさではない。そのような例の実施において、第１のポンプ２２の同調特性は、次の隣接する歯の１ＧＨｚの範囲内に開ループ方式で調整するために十分に知られており、サーボループの検出帯域幅は１ＧＨｚ程度である。

[0031]ＦＣ１０２がＣＣ１０４の所望の歯にロックされると、ＦＣ１０２の歯は、ＣＣ１０４の所望の歯の周波数からＦＣ１０２の歯の周波数範囲の半分だけプラスマイナスした範囲に及ぶ。上述のように、所望のＯＯＦＬを生成する（ブロック２０８）ために、ＦＣ１０２の所望の歯１６が選択され、処理装置１２によって生成されたデルタ周波数１４とともに使用することができる（ブロック２０６）。

[0032]この方法２００を使用して、ＦＣ１０２に基づく調整分解能を有しながら、ＯＯＦＬ１８をＣＣ１０４の範囲内の任意の場所へ調整することができる。光コムを生成するために必要な電力は歯の数が増加するにつれて増加するので、ＦＣ１０２及びＣＣ１０４を使用することで、光シンセサイザ１０についてのこのような調整範囲及び分解能を生成するのに必要な光パワーを低減することができる。というのは、広い出力範囲と狭い歯間隔の両方を達成するために単一の光周波数コムが必要とされないからである。

[0033]上述のように、いくつかの例では、ＣＣ１０４は、ＣＣ１０４とＦＣ１０２との間の相互ロックを形成することによって安定化させることができる。本明細書において、このような相互ロックは、相互参照光周波数コム（ｍｕｔｕａｌｌｙ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂｓ）と呼ばれる。ＦＣ１０２及びＣＣ１０４を相互に参照することで、ポンプレーザ波長が細かい歯間隔の精度で知られることを必要とすることなく、細かい櫛歯（コム歯）周波数を明確に特定する手順を可能にする。そのような相互参照コムの例は、「Ｍｕｔｕａｌｌｙ−Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂｓ」と題する米国特許出願第１４／５４９,３５９号、代理人整理番号Ｈ００４５５１７で提供され、これは参照により本明細書に組み込まれる。

[0034]このような相互参照光周波数コムでは、ＦＣ１０２は、ＲＦ基準の整数倍又は分数倍にロックされるＦＣＳ１０６を有し、上述のようにＦＣ１０２の第１の歯はＣＣ１０４の第２の歯にロックされる。しかし、上述のものに加えて、ＣＣ１０４のＣＣＳ１０８は、ＦＣＳ１０６の整数倍にロックされる。一例では、ＦＣＳ１０６は２０ＧＨｚであり、整数倍は５０倍であり、ＣＣＳ１０８は１０００ＧＨｚである。ＦＣＳ１０６及びＣＣＳ１０８の幅は、そのようなロックを可能にするためにＦＣ１０２の歯が少なくともＣＣＳ１０８の幅に及ぶように選択される。

[0035]ＣＣ１０４の第３の歯（例えば、ｎ_−１）１１６をＦＣ１０２の第４の歯（例えば、ｎ_ｍ）にロックすることによって、ＣＣＳ１０８をＦＣＳ１０６の整数倍にロックすることができる。本明細書で使用されるとき、「±Ｘ」は、中央の歯「ｎ_０」から離れた歯の数及び方向を示す数であり、ここで「Ｘ」は数で置き換えられる。したがって、「ｎ_−１」番目の歯は、中央の歯「ｎ_０」に対して負の方向に隣接する歯である。同様に、「ｎ_−ｍ」番目の歯は、負の方向に中央の歯「ｎ_０」から「Ｍ」だけ離れた歯である。第２の歯１１２を第１の歯１１０に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の整数倍にロックされる。一例では、第３の歯１１６は、第２の歯１０８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。一例では、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が第４の歯１１８と揃えられることに対応するように、ＣＣ１０４のための共振器の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）を設定することによって、第３の歯１１６は第４の歯１１８にロックされる。

[0036]一例では、第３の歯１１６は、ＣＣ１０４のための共振器３０のＦＳＲを掃引することによって第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へのロックを可能にするＦＣ１０２の任意の所望の歯から選択することができる。共振器３０のＦＳＲは、例えば、キャビティ長を温度調整することによって又は他の手段によって、掃引することができる。共振器３０のＦＳＲが掃引される間、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間の光ビートノートの無線周波数、ｆ（ビート）が監視される。

[0037]共振器３０のＦＳＲを掃引することで、ＣＣＳ１０８の変化が引き起こされる。ＣＣ１０４の歯ｍ_０（例えば、第２の歯１１２）がＦＣ１０２の歯ｎ_０（例えば、第１の歯１１０）にロックされると、ＣＣ１０４の歯ｍ_１（例えば、第３の歯１１６）は、ＦＣ１０２の歯（ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３など）にわたって移動する。ｍ_１番目の歯１１６は、その後、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間のビートノートの周波数の変化率に基づいて、ＦＣ１０２の任意の歯（ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３など）にロックすることができ、ＣＣＳ１０８はＦＣ１０２に関して変化する。特に、ｍ_１番目の歯１１６がＦＣ１０２の歯にわたって掃引するとき、ビートノートのレーシングレート（ｒａｃｉｎｇ ｒａｔｅ、ＲＲ）、ＲＲ＝ｄｆ（ｂｅａｔ）／ｄＦＣＳ、が監視される。

[0038]一例では、レーシングレートは、ＦＣＳ１０６に小さなディザーを適用することによって監視することができる。ＦＣＳ１０６のディザーは、ＦＣ１０２とＣＣ１０４との間のビートノートに鋸歯形状を生成する。レーシングレートは、ビートノート中の鋸歯形状の下向きエッジの勾配である。レーシングレートは、ｎ_０番目の歯１１０と、ＣＣ１０４のｍ_１番目の歯１１６と干渉してビートノートを生成するＦＣ１０２の歯（ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３など）との間の歯の数に比例するように依存する値を有する。特に、ＣＣ１０４のｍ_１番目の歯１１６と干渉しているＦＣ１０２の歯（ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３など）がｎ_０番目の歯１１０から遠く離れるほど、レーシングレートは無限大（垂直な勾配）に近づく。この現象に基づいて、ＣＣ１０４のｍ_１番目の歯１１６が、当該ｍ_１番目の歯にロックすることが望まれるＦＣ１０２の歯（第４の歯）といつ重なるかを決定することができる。特に、ＦＣＳ１０６をディザリングする方法に依存するいくつかの定数ｂについて、ＲＲ＝ｂ・ｑである。ｍ_１番目の歯１１６が所望の（第４の）歯１１８と重なるとき、レーシングレートは、第４の歯１１８についての所定の値に等しい。その時点で、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３０のＦＳＲを保持するサーボループを係合してもよい。これが起こると、ＣＣ１０４のすべての歯は、ＦＣＳ１０６の整数倍だけ離間される。特に、これは、ＣＣＳ１０８の周波数を有するビートノートを検出する必要なしに達成することができる。

[0039]第１の歯１１０と第２の歯１１２との間のロック、ＦＣＳ１０６とＲＦ基準との間のロック、第３の歯１１６と第４の歯１１８との間のロック、及びＣＣ１０４の自己参照ロックはすべて、相互参照コムを提供するために同時に維持される。ＣＣ１０４の周波数オフセットを設定し、ＦＣ１０２がＣＣ１０４にロックされているためにＦＣ１０２の周波数オフセットを自動的に設定することにより、ＦＣ１０２が光オクターブに広がっていない場合でも、第１の歯１１０を第２の歯１１２にロックすることによって、及びＦＣＳ１０６をＣＣＳ１０８にロックすることによって、ＦＣ１０２の周波数オフセットを設定することができる。特に、ＦＣ１０２及びＣＣ１０４は、一緒にロックされるポンプレーザ２２、２４と協調して、スライド（ｓｌｉｄｅ）（アップ及び／又はダウン）を出力する。ＦＣＳ１０６の整数倍にロックされるので、これが起きた時にＣＣＳ１０８は変化しない。このように、ＦＣ１０２の周波数オフセットは、ＦＣ１０２が光オクターブに及んでいない場合でも、設定（例えば、調整）することができる。

[0040]相互参照光周波数コムを使用する場合、ＦＣ１０２の範囲内の出力レーザ２０の調整を上述のものと同じ方法で達成することができる。すなわち、所望のＯＯＦＬを生成するために処理装置１２によって生成されたデルタ周波数とともにＦＣ１０４の所望の歯１６を選択することによって、出力レーザ２０の周波数を選択することができる。

[0041]ＦＣ１０２のための第１のポンプ２２をＣＣ１０４の任意の所望の歯に自力でロック（ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｌｏｃｋｉｎｇ）し、ＯＯＦＬを生成するためにＦＣ１０２の任意の所望の歯を使用することによって、広範囲にわたる出力レーザ２１０の調整を達成することができる。これは上述の方法２００と同様である。

[0042]図３は、相互参照光周波数コムを使用するときに光周波数シンセサイザ１０を調整するための例示的な方法３００のフロー図である。方法２００と同様に、最初に、第１のポンプ２２がＣＣ１０４の第２のポンプ２４にロックされてもよく、これにより、第１のポンプ２２はＣＣ１０４の中央の歯にロックされる。

[0043]ＦＣ１０２の歯の周波数範囲を移動させるために、ＦＣ１０２の第１のポンプ２２は、非相互参照光コムを使用するシンセサイザ１０に関して上述したように、ＣＣ１０４の異なる歯にロックされる。相互参照光コムを使用するシンセサイザ１０において、ＦＣ１０２の第１のポンプ２２をＣＣ１０４の異なる歯にロックするための処理は、非相互参照光コムについて説明された処理とは若干異なる。特に、相互参照光コムにおいて、ＣＣ１０４の周波数間隔（ＣＣＳ）１０８はＦＣ１０２の周波数間隔（ＦＣＳ）１０６の倍数にロックされるので、ＦＣ１０２は上述の方法で異なる歯へと掃引することができない。

[0044]したがって、ＣＣ１０４と相互参照されるＦＣ１０２の歯の周波数範囲を移動させるために、ＣＣＳ１０８をＦＣＳ１０６の倍数にロックするサーボループの制御パラメータがサンプルホールドされ（ブロック３０２）、これがＦＣＳ１０６からロック解除する。ＣＣ１０４の第３の歯１１６をＦＣ１０２の第４の歯１１８にロックすることによってＣＣＳ１０８がＦＣＳ１０６にロックされる上述の例では、第３の歯１１６を第４の歯１１８にロックするサーボループがサンプルホールドされ、これが第３の歯１１６を第４の歯１１８からロック解除する。

[0045]ＣＣＳ１０８のためのサーボループがサンプルホールドされる一方、非相互参照光コムに関して上述した方法のうちの任意の方法で、第１のポンプ２２は、ＣＣ１０４の所望の歯へと掃引され（ブロック３０４）、所望の歯にロックされる（ブロック３０６）。例えば、第１のポンプ２２を各々の隣接する歯へと段階的に（漸次的に）掃引してロックすることにより、又は、第１のポンプ２２を所望の歯へと直接掃引することにより、第１のポンプ２２は、ＣＣ１０４の中央の歯から所望の歯へと移動することができる。第１のポンプ２２がＣＣ１０４の所望の歯にロックされると、以下で説明するようにして、ＣＣＳ１０８をＦＣＳ１０６に再ロックする（ブロック３０８）ことができ、これにより、ＣＣ１０４とＦＣ１０２との間の相互参照が復元（ｒｅ−ｅｓｔａｂｌｉｓｈ）される。

[0046]各々の隣接する歯に段階的にロックすることによって第１のポンプ２２が移動される例では、ＣＣ１０４のＣＣＳ１０８のためのサーボループは、第１のポンプ２２がそれぞれの歯にロックされた後に、各々の隣接する歯に再ロックすることができる。ＣＣＳ１０８をＦＣＳ１０６にロックすることが第３の歯１１６を第４の歯１１８にロックすることを含む例では、ＣＣＳ１０８をＦＣＳ１０６に再ロックすることは、第３の歯１１６に隣接する歯を第４の歯１１８へとロックすることを含む。すなわち、ＦＣ１０２は１つの歯だけＣＣ１０４を上又は下にシフトさせたので、第３の歯１１６に隣接する歯は、ＦＣ１０２のシフトの前と同じＣＣＳ１０８の関係を維持するために、第４の歯１１８とロックされる必要がある。例えば、ＦＣ１０２の中央の歯が最初にＣＣ１０４の中央の歯にロックされ、ＣＣ１０４のｎ_−１番目の歯が最初にＦＣ１０２のｎ_−ｍ番目の歯にロックされる場合、ＦＣ１０２の中央の歯がＣＣ１０４のｎ_−１番目の歯にロックされるように第１のポンプ２２を掃引した後、ＣＣＳ１０８は、ＣＣ１０４のｎ_−２番目の歯（ｎ_−１番目の歯に隣接する歯）をＦＣ１０２のｎ_−ｍ番目の歯にロックすることによって、再ロックされる。特に、再ロックのために使用される第３の歯１１６に隣接する歯は、第１のポンプ２２の掃引の方向と同じ方向に隣接する歯である。

[0047]ＣＣＳ１０８がＦＣＳ１０６に再ロックされると、ＣＣＳ１０８のためのサーボループ１０８は再びサンプルホールドすることができ、これによりＣＣＳ１０８をＦＣＳ１０６から再度ロック解除する。サーボループがサンプルホールドされる一方、第１のポンプ２２は、現在の歯から次の隣接する歯へと再び掃引することができる。第１のポンプ２２が次の隣接する歯にロックされると、上述のように、ＣＣＳ１０８は、再び、ＦＣＳ１０６に再ロックすることができる。ＦＣ１０２がＣＣ１０４の所望の歯へとステップアップするまでこの処理が繰り返され、第１のポンプ２２が所望の歯にロックされる。第１のポンプ２２がＣＣ１０４の所望の歯にロックされると、ＣＣＳ１０８は上述のようにしてＦＣＳ１０６に再ロックすることができ、これにより、ＣＣ１０４及びＦＣ１０２は再び相互参照される。

[0048]第１のポンプ２２がＣＣ１０４の所望の歯に直接掃引される例では、第１のポンプ２２は、非相互参照光コムに関して上述した方法のうちの任意の方法で掃引することができる。第１のポンプ２２がＣＣ１０４の所望の歯にロックされると、ＦＣ１０２の第４の歯１１８にロックされるＣＣ１０４の歯が第３の歯１１６からＭ個の歯だけ離れた歯であることを除いて、ＣＣ１０４のＣＣＳ１０８は上述のようにしてＦＣＳ１０６に再ロックすることができ、ここでＭは、（第１のポンプ２２がロックされる）所望の歯が、第１のポンプ２２が掃引前にロックされていた歯から離れている歯の数である。このように、掃引前のＦＣＳ１０６に対するＣＣＳ１０８の同じ関係が、掃引後に維持される。

[0049]ＦＣ１０２及びＣＣ１０４が相互に参照されて、第１のポンプ２２がＣＣ１０４の所望の歯にロックされると、上述のように、所望のＯＯＦＬを生成する（ブロック３１２）ために、ＦＣ１０２の所望の歯１６が選択されて、処理装置１２によって生成されたデルタ周波数とともに使用されてもよい（ブロック３１０）。
例示的な実施形態
[0050]例１は、光周波数シンセサイザであって、第１のポンプレーザで励起される粗い光周波数コムであって、前記粗い光周波数コムの少なくとも１つの歯の絶対周波数が設定される、粗い光周波数コムと、無線周波数基準の分数倍又は整数倍にロックされる歯間の周波数間隔を有する細かい光周波数コムであって、前記細かい光周波数コムは第２のポンプレーザで励起され、前記第２のポンプレーザは最初に前記粗い光周波数コムの第１の歯にロックされる、細かい光周波数コムと、出力レーザとを備え、前記光周波数シンセサイザは、前記第２のポンプレーザを前記粗い光周波数コムの所望の歯付近へと掃引し、前記第２のポンプレーザを前記所望の歯にロックし、前記第２のポンプが前記所望の歯にロックされた後、前記細かい光周波数コムの歯に基づいて、前記出力レーザによって出力信号を生成するように構成される、光周波数シンセサイザを含む。

[0051]例２は、例１の光周波数シンセサイザを含み、前記光周波数シンセサイザは、前記第１の歯から前記所望の歯まで前記第２のポンプレーザを段階的にステップさせるために、前記第１の歯と前記所望の歯との間の各々の歯について前記第２のポンプレーザの前記掃引及び前記ロックを繰り返すように構成される。

[0052]例３は、例１の光周波数シンセサイザを含み、前記第２のポンプレーザの掃引は、前記第２のポンプレーザを前記第１の歯から掃引し、前記第２のポンプレーザを掃引している間、前記第２のポンプレーザが通過する前記粗い光周波数コムの歯をカウントし、前記掃引中に通過された歯の数に基づいて、前記第２のポンプレーザが前記所望の歯の近くにきたことを決定することを含む。

[0053]例４は、例３の光周波数シンセサイザを含み、歯のカウントは、前記細かい光周波数コムの前記粗い光周波数コムとの混合から生じるビートノートを検出することによって歯を特定することを含む。

[0054]例５は、例４の光周波数シンセサイザを含み、前記光周波数シンセサイザは、前記混合中に前記細かい光周波数コムの側波帯をオフにするように構成される。
[0055]例６は、例１〜５のいずれかの光周波数シンセサイザを含み、前記細かい光周波数コム及び前記粗い光周波数コムが相互参照されるように、前記粗い光周波数コムの第３の歯がサーボループによって最初に前記細かい光周波数コムの第４の歯にロックされ、前記光周波数シンセサイザは、前記第２のポンプレーザの前記第２の歯への前記掃引及び前記ロックの前にサーボループをサンプルホールドし、前記第２のポンプレーザの前記所望の歯への前記ロックの後、前記粗い光周波数コムの第５の歯を前記細かい光周波数コムの第４の歯へ再ロックするように構成され、前記第５の歯は、前記第３の歯が前記第１の歯から離れている歯の数と等しい数の歯の分だけ前記所望の歯から離れている。

[0056]例７は、例６の光周波数シンセサイザを含み、前記光周波数シンセサイザは、前記第１の歯から前記所望の歯まで前記第２のポンプレーザを段階的にステップさせるために、前記第１の歯と前記所望の歯との間の各々の歯について、前記サンプルホールド及び前記第２のポンプレーザの前記掃引及びロックを繰り返し、前記第１の歯と前記所望の歯との間のそれぞれの歯に対する前記第２のポンプのそれぞれのロックの後、前記粗い光周波数コムの歯を前記細かい光周波数コムの前記第４の歯に再ロックするように構成され、前記粗い光周波数コムの歯は、前記第３の歯が前記第１の歯から離れている歯の数と同じ数の歯の分だけ、前記第２のポンプがロックされるそれぞれの歯から離れた歯である。

[0057]例８は、例６〜７のいずれかの光周波数シンセサイザを含み、前記細かい光周波数コムと粗い光周波数コムとの混合間のビート周波数が、前記第３の歯が前記第４の歯と揃えられることに対応するように、前記粗い光周波数コムのための共振器の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を設定することによって、前記第３の歯が前記第４の歯にロックされる。

[0058]例９は、例１〜８のいずれかの光周波数シンセサイザを含み、前記粗い光周波数コムの周波数間隔は前記細かい光周波数コムの周波数間隔よりも少なくとも１０倍大きい。

[0059]例１０は、例１〜９のいずれかの光周波数シンセサイザを含み、前記細かい光周波数コムは１オクターブに及ばない。
[0060]例１１は、例１〜１０のいずれかの光周波数シンセサイザを含み、前記無線周波数基準は、共振器のパラメトリックシーディング（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｓｅｅｄｉｎｇ）又は共振器の閉ループサーボ制御のいずれかから導かれる。

[0061]例１２は、光周波数シンセサイザを調整する方法を含み、該方法は、第１のポンプレーザで励起される粗い光周波数コムを用意するステップであって、前記粗い光周波数コムの少なくとも１つの歯の絶対周波数が設定される、ステップと、無線周波数基準の分数倍又は整数倍にロックされる歯間の周波数間隔を有する細かい光周波数コムを用意するステップであって、前記細かい光周波数コムは第２のポンプレーザで励起され、前記第２のポンプレーザは最初に前記粗い光周波数コムの第１の歯にロックされる、ステップと、前記第２のポンプレーザを前記粗い光周波数コムの所望の歯付近へと掃引するステップと、前記第２のポンプレーザを前記所望の歯にロックするステップと、前記第２のポンプが前記所望の歯にロックされた後、前記細かい光周波数コムの歯に基づいて、出力信号を生成するステップとを含む。

[0062]例１３は、例１２の方法を含み、前記第１の歯から前記所望の歯まで前記第２のポンプレーザを段階的にステップさせるために、前記第１の歯と前記所望の歯との間の各々の歯について前記第２のポンプレーザの前記掃引及び前記ロックを繰り返すステップを含む。

[0063]例１４は、例１２の方法を含み、前記第２のポンプレーザを掃引するステップは、前記第２のポンプレーザを前記第１の歯から掃引するステップと、前記第２のポンプレーザを掃引している間、前記第２のポンプレーザが通過する前記粗い光周波数コムの歯をカウントするステップと、前記掃引中に通過された歯の数に基づいて、前記第２のポンプレーザが前記所望の歯の近くにきたことを決定するステップとを含む。

[0064]例１５は、例１４の方法を含み、前記歯をカウントするステップは、前記細かい光周波数コムの前記粗い光周波数コムとの混合から生じるビートノートを検出することによって歯を特定するステップを含む。

[0065]例１６は、例１５の方法を含み、前記混合中に前記細かい光周波数コムの側波帯をオフにするステップを含む。
[0066]例１７は、例１２〜１６のいずれかの方法を含み、前記細かい光周波数コム及び前記粗い光周波数コムが相互参照されるように、前記粗い光周波数コムの第３の歯がサーボループによって最初に前記細かい光周波数コムの第４の歯にロックされ、前記方法は、前記第２のポンプレーザの前記第２の歯への前記掃引及び前記ロックの前にサーボループをサンプルホールドするステップと、前記第２のポンプレーザの前記所望の歯へのロックの後、前記粗い光周波数コムの第５の歯を前記細かい光周波数コムの前記第４の歯へ再ロックするステップとを含み、前記第５の歯は、前記第３の歯が前記第１の歯から離れている歯の数と等しい数の歯の分だけ前記所望の歯から離れている。

[0067]例１８は、例１７の方法を含み、前記第１の歯から前記所望の歯まで前記第２のポンプレーザを段階的にステップさせるために、前記第１の歯と前記所望の歯との間の各々の歯について、前記サンプルホールドするステップ、前記第２のポンプレーザを掃引するステップ及び前記第２のポンプレーザをロックするステップを繰り返すステップと、前記第１の歯と前記所望の歯との間のそれぞれの歯に対する前記第２のポンプのそれぞれのロックの後、前記粗い光周波数コムの歯を前記細かい光周波数コムの前記第４の歯に再ロックするステップとを含み、前記粗い光周波数コムの歯は、前記第３の歯が前記第１の歯から離れている歯の数と同じ数の歯の分だけ、前記第２のポンプがロックされるそれぞれの歯から離れた歯である。

[0068]例１９は、光周波数シンセサイザを調整する方法を含み、該方法は、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周波数オフセットを有する粗い光周波数コムを用意するステップと、第１のポンプレーザで励起される前記粗い光周波数コムを用意するステップと、無線周波数基準の分数倍又は整数倍にロックされる歯間の周波数間隔を有する細かい光周波数コムを用意するステップであって、前記細かい光周波数コムは第２のポンプレーザで励起され、前記第２のポンプレーザは最初に前記粗い光周波数コムの第１の歯にロックされ、前記粗い光周波数コムの周波数間隔は最初にサーボループによって前記細かい光周波数コムの周波数間隔の倍数にロックされる、ステップと、前記サーボループをサンプルホールドするステップと、前記サーボループがホールドされている間、前記第２のポンプレーザを前記粗い光周波数コムの以前にロックされた歯に隣接する歯へと掃引するステップであって、前記以前にロックされた歯は前記サーボループがサンプルホールドされていた間に前記第２のポンプレーザがロックされた歯であり、前記隣接する歯は所望の歯へ向かう方向にある歯である、ステップと、前記第２のポンプレーザを前記隣接する歯にロックするステップと、前記第２のポンプレーザを前記隣接する歯にロックした後、前記サーボループによって、前記粗い光周波数コムの周波数間隔を前記細かい光周波数コムの周波数間隔の倍数に再ロックするステップと、前記隣接する歯が前記所望の歯でない場合、前記隣接する歯が前記所望の歯となるまで、前記サンプルホールドするステップ、前記第２のポンプレーザを掃引するステップ、前記第２のポンプレーザをロックするステップ及び前記周波数間隔を再ロックするステップを繰り返すステップと、前記隣接する歯が前記所望の歯である場合、前記第２のポンプレーザが前記所望の歯にロックされ、前記粗い光周波数コムの周波数間隔が前記細かい光周波数コムの周波数間隔の倍数にロックされた後、前記細かい光周波数コムの歯に基づいて、出力信号を生成するステップとを含む。

[0069]例２０は、例１９の方法を含み、前記サーボループによって前記粗い光周波数コムの第３の歯を前記細かい光周波数コムの第４の歯にロックすることにより、前記粗い光周波数コムの周波数間隔は最初に前記細かい光周波数コムの周波数間隔の倍数にロックされ、前記粗い光周波数コムの周波数間隔を前記細かい光周波数コムの周波数間隔の倍数に再ロックするステップは、前記粗い光周波数コムの第２の以前にロックされた歯に隣接する歯を、前記サーボループによって、前記細かい光周波数コムの前記第４の歯にロックするステップを含み、前記第２の以前にロックされた歯は、前記サーボループがサンプルホールドされたときに前記第４の歯にロックされた歯である。

Claims (3)

1. 光周波数シンセサイザを調整する方法（２００、３００）であって、
   第１のポンプレーザで第１の共振器を励起することにより粗い光周波数コムを生成するステップであって、前記粗い光周波数コムのうちの少なくとも１つの歯の絶対周波数が設定される、ステップと、
   第２のポンプレーザで第２の共振器を励起することにより、無線周波数基準の分数倍又は整数倍にロックされる歯間の周波数間隔を有する細かい光周波数コムを生成するステップであって、前記第２のポンプレーザは最初に前記粗い光周波数コムの第１の歯にロックされる、ステップと、
   前記第２のポンプレーザを前記粗い光周波数コムの所望の歯の近くに掃引するステップ（２０２、３０４）と、
   前記第２のポンプレーザを前記所望の歯にロックするステップ（２０４、３０６）と、
   前記第２のポンプレーザが前記所望の歯にロックされた後、前記細かい光周波数コムの歯に基づいて、出力信号を生成するステップ（２０８、３１２）と
   を含む方法。
2. 前記細かい光周波数コム及び前記粗い光周波数コムが相互参照されるように、前記粗い光周波数コムの第３の歯が最初にサーボループによって前記細かい光周波数コムの第４の歯にロックされ、その後、前記方法が実行され、前記方法は、さらに、
   前記第２のポンプレーザの前記所望の歯への掃引及びロックの前に前記第３の歯を前記第４の歯からロック解除するステップと、
   前記第２のポンプレーザの前記所望の歯へのロックの後、前記粗い光周波数コムの第５の歯を前記細かい光周波数コムの前記第４の歯へ再ロックするステップであって、前記第５の歯は、前記第３の歯が前記第１の歯から離れている歯の数と等しい数の歯だけ前記所望の歯から離れており、前記第３の歯とは異なる、ステップ（３０８）と
   を含む、請求項１に記載の方法（３００）。
3. 前記第１の歯と前記所望の歯との間の各々の歯について、前記各々の歯が前記第４の歯にロックされた後、
   前記各々の歯を前記第４の歯からロック解除するステップと、
   前記第２のポンプレーザを隣接する歯に掃引してロックするステップ（３０４）と、
   前記第１の歯と前記所望の歯との間の前記隣接する歯に対する前記第２のポンプレーザのロックの後、前記粗い光周波数コムの前記隣接する歯を前記細かい光周波数コムの前記第４の歯に再ロックするステップであって、前記粗い光周波数コムの前記隣接する歯は、前記第３の歯が前記第１の歯から離れている歯の数と同じ数の歯だけ、前記各々の歯から離れた歯である、ステップ（３０８）と
   によって、前記第１の歯から前記所望の歯まで前記第２のポンプレーザを段階的にステップさせるステップを含む、請求項２に記載の方法（３００）。

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