WO2022230217A1 - 光コム発生器制御装置 - Google Patents

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    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the modulation frequency of the optical comb generator is switched while the measurement object is fixed, and the distance of an integer multiple of half the wavelength is determined from the phase change of the interference signal.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing a modulated signal having a non-modulated section generated when switching the modulation frequency of the optical comb generator.
  • an optical frequency component extracted through an optical filter that attenuates a carrier frequency component of an optical comb emitted from an optical comb generator that includes an optical modulator that performs optical modulation of incident light in an optical resonator.
  • the optical comb is stabilized by detecting the light intensity and feedback-controlling the optical resonance length of the optical resonator or the light source frequency of the incident light.
  • the optical filter may be a low-pass filter having a cutoff frequency near the carrier frequency component of the optical comb.
  • the optical comb generator 2 is constructed by inserting an optical phase modulator 22 inside an optical resonator 21 composed of a pair of reflecting mirrors 21A and 21B. Continuous wave light is input, and the optical phase modulator 22 is driven at a frequency corresponding to an integral multiple of the free spectral range (FSR) of the optical resonator 21, the period of multiple round trips in the optical resonator 21 and the modulation signal Since the period can be synchronized, modulation is performed with extremely high efficiency compared to optical phase modulators without resonators, and the number of sidebands reaches several hundred to several thousand, and the optical frequency comb has a spectral spread of several terahertz. can be obtained as output.
  • FSR free spectral range
  • the optical frequency comb generator 2 can generate short pulses in terms of time, and can generate optical pulses with a time width of 1 picosecond or less.
  • the output of the optical comb generator 2 is comb-shaped light whose center frequency is equal to the input frequency and whose frequency interval is equal to the modulation frequency, and is a pulse train whose repetition frequency is the modulation frequency on the time axis.
  • a pulse with a shorter time width can be obtained by increasing the modulation index to widen the spread of the spectrum.
  • the optical comb generator control device 10 is a control device for the optical comb generator 2 having an optical modulator for optically modulating incident light in the optical resonator 21.
  • An optical comb emitted as reflected light is branched by a coupler 4 such as an optical coupler or a circulator, and an optical filter 5 into which a part of the optical comb is incident, and a part of the optical comb through the optical filter 5. and a resonance control section 8 to which a detection signal of the photodetector 6 is supplied.
  • the resonance control section 8 determines the optical resonance length or The light source frequency of the incident light is feedback controlled.
  • a high-pass filter, a low-pass filter, or a band-pass filter may be used as the optical filter 5 to remove the carrier frequency component as well as the one-sided sideband component, as shown in FIG. 6(C).
  • the resonance control unit 8 controls the optical comb generator.
  • a stable optical comb can be obtained from the optical comb generator 2 by feedback-controlling the optical resonance length of the optical resonator 21 or the light source frequency of the incident light using the detection signal of the detector 6. For example, by applying it to an optical comb rangefinder that measures the absolute distance by switching each modulation frequency of two optical comb generators, the disturbance of the cavity length control due to the influence of the non-modulation period that occurs when the modulation frequency is switched can be eliminated. Absolute distance measurement can be performed using two types of stable optical combs.
  • the third oscillator 53B generates a second frequency signal that is phase-locked to the reference frequency signal FREF generated by the reference oscillator 11 by means of a PLL circuit and fixed to a second frequency F2 (1010 MHz).
  • isolators 57A, 57B, 57C, and 57D are inserted between the synthesizer circuit 53 and the switch circuit 54, and frequency signals are sent from the synthesizer circuit 53 to the switch circuit 54 via the isolators 57A, 57B, 57C, and 57D.
  • By inputting the signal it is possible to prevent the operation of the signal source from becoming unstable due to load fluctuation caused by disconnection or release of the circuit after the switch circuit 54 .
  • the isolators 57A, 57B, 57C, and 57D include isolation elements such as microwave amplifiers with large reverse isolation, pi-type resistance attenuators, resistance attenuators, microwave isolators using ferrite, and variable attenuators.
  • An isolation circuit combining a band-pass filter, an isolation circuit combining an isolation amplifier with a resistance attenuator or a band-pass filter, or the like can be used.
  • the first and second frequency converters 14A and 14B are cyclically switched and alternately switched with the frequency signal of frequency F0 (for example, 24 GHz) supplied from the first oscillator 13 and the switch circuit 54.
  • F0 for example, 24 GHz
  • Four types of frequencies F1, F2, F3, F4 of the 1 GHz band cyclically switched by the switch circuit 54 from the frequency signals of the four types of frequencies F1, F2, F3, F4 of the 1 GHz band output to
  • First and second modulation signals Fma and Fmb are obtained by frequency-converting frequency signals into four types of modulation frequencies Fm1, Fm2, Fm3 and Fm4 in the 25 GHz band, and the first and second optical comb generators 15A and 15A, 15B as a driving signal through band-pass filters 16A and 16B.
  • ⁇ fm 10 MHz
  • fm Fm1 (25000 MHz)
  • fm+ ⁇ fm Fm2 (25010 MHz)
  • FIG. 9 is a state transition diagram showing state transitions of drive signals supplied to the two optical comb generators 15A and 15B in the optical comb generator 50.
  • FIG. 9 is a state transition diagram showing state transitions of drive signals supplied to the two optical comb generators 15A and 15B in the optical comb generator 50.
  • the difference between the phase difference ⁇ 2 ⁇ fmT between the reference signal and the measurement signal under setting #1 and the phase difference ⁇ 2 ⁇ (fm+ ⁇ fm)T between the reference signal and the measurement signal under setting #2 is 2 ⁇ fmT
  • #3 The difference between the phase difference between the reference signal and the measurement signal at the setting of -2 ⁇ (fm+ ⁇ f)T and the phase difference between the reference signal and the measurement signal at the setting of #4 -2 ⁇ (fm+ ⁇ fm+ ⁇ f)T is 2 ⁇ fmT, which is 1/ ⁇ fm
  • the isolators 57A, 57B, 57C and 57D are inserted between the synthesizer circuit 53 and the switch circuit 54, so that the frequency signals of the four frequencies F1, F2, F3 and F4 are generated. is cyclically switched by the switch circuit 54, the operation of the synthesizer circuit 53 does not become unstable due to load fluctuations, and the drive signals of the optical comb generators 15A and 15B are rapidly switched to transition the drive state.
  • the switch circuit 54 cyclically switches the four types of modulation frequencies Fm1, Fm2, Fm3, and Fm4 to quickly transition the drive states of the first and second optical comb generators 15A and 15B.
  • FIGS. 12(A) and 12(B) are schematic block diagrams showing configuration examples of the optical comb generator.
  • 13(A) and 13(B) are characteristic diagrams of the reflection mode optical output power of the optical comb generator and the reflection mode optical output power obtained through the optical filter. That is, in the optical comb generator 2 in the optical comb generator 3, in addition to emitting an optical comb as transmitted light from the optical resonator 21, like an optical comb generator 2B shown in FIG. It is also possible to take out an optical comb as reflected light from the optical resonator 21 through a coupler 4C, or a ring-type optical comb generator 2C shown in FIG. 12(B).
  • the control signal generator 123B preliminarily defines a range including the bottom between the double peaks in which the optical comb is efficiently generated in the optical intensity signal SB' indicating the optical intensity B' of the optical comb. Judging from the range of ef shown in FIG. 15( A ), the sign inversion point that matches the point at which the optical comb is efficiently generated is determined from a plurality of sign inversion points in the differential signal SC, and the sign inversion point
  • the resonance control signal S_CTF for controlling the light source frequency of the light source 1 is generated so that the resonance control signal S_CTF is generated by the adder 124 to modulate the light source frequency of the light source 1 generated by the oscillator 122.
  • optical comb generator control device 110D which controls the laser frequency using an optical comb emitted as reflected light from the optical comb generator 2A, will be described with reference to the block diagram of FIG. .
  • the resonance control section 120D in the optical comb generator control device 110D is obtained by the lock-in amplifier 121, the incident light detection signal S A obtained by the first photodetector 116A and the second photodetector 116B. From the reflected light detection signal SB, as shown in FIG. 15A, an optical intensity signal SB' indicating the optical intensity B ' of the optical comb that does not depend on the power fluctuation of the input light is obtained. , a differentiated signal S C of the light intensity signal S B representing the light intensity B' of the optical comb is output.
  • the control signal generator 123D defines in advance a range including the bottom between the double peaks where the optical comb is efficiently generated in the light intensity signal SB' indicating the light intensity B' of the optical comb. Judging from the range of ef shown in FIG. 15( A ), the sign inversion point that matches the point at which the optical comb is efficiently generated is determined from a plurality of sign inversion points in the differential signal SC, and the sign inversion point
  • the resonance control signal S_CTF for controlling the light source frequency of the light source 1 is generated so that the resonance control signal S_CTF is generated by the adder 124 to modulate the light source frequency of the light source 1 generated by the oscillator 122.
  • the control signal generator 123D has the function of the bottom position discriminator 7, and the bottom position of the signal level of the light intensity signal SB' indicating the light intensity B ' of the optical comb is taken as a stable point. feedback control.

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Abstract

光コムの発生方法が完全な単一モードでない場合や、変調周波数が切り替えられる光コム発生器であっても、光コムが最も広く発生する位置に制御点を位置させるように共振器長の又は光源周波数の制御を行い、安定した出力が得られるようにした光コム発生器制御装置を提供する。光コム発生器２の光共振器から透過光又は反射光として出射される光コムのキャリア周波数成分を光フィルタ５により減衰させ、上記光フィルタ５を介して抽出された光周波数成分を光検出器６により受光して光強度を検出し、上記光検出器６による検出信号を用いて、上記光共振器の光共振長又は上記入射光の光源周波数を光共振制御部８により帰還制御する。

Description

光コム発生器制御装置
　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器制御装置に関する。本出願は、日本国において２０２１年４月２６日に出願された日本特許出願番号特願２０２１－０７４３３７を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。
　従来より、例えば光周波数を高精度に測定する場合に光コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）が使用されている。すなわち、２つのレーザ光をヘテロダイン検波してその差周波数を測定する場合、その帯域は受光素子の帯域で制限され、おおむね数十ＧＨｚ程度であるので、光コム発生器を用いて広帯域なヘテロダイン検波系を構築するようにしている。光コム発生器は、入射したレーザ光の側波帯を等周波数間隔毎に数百本以上発生させるもので、発生される側波帯の周波数安定度はもとのレーザ光のそれとほぼ同等である。そこで、この側波帯と被測定レーザ光をヘテロダイン検波することにより、数ＴＨｚ以上に亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することができる。
　光コムは、例えば、光通信に応用することで、大量のデータを高速伝送することができる。また、光コムを距離計測の分野に応用することで、ミクロン単位からｋｍ単位までの距離計測を高精度に行うことができる。
　入射光の光変調を行う光変調器を光共振器内に備える光コム発生器は、光共振器の共振器長に変動が有ると安定した光コム出力を得ることができない。
　そこで、安定化した光コム出力を得るために、光コム発生器から透過光又は反射光として取り出される光コム出力の強度を検出して、共振器長を帰還制御するようにしている（例えば、特許文献１、２参照）。
　また、本件発明者等は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光と測定光を出射する２つの光コム発生器を備え、基準面に照射される基準光と測定面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光と上記測定面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つ干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な光コム距離計を先に提案している（例えば、特許文献３、４参照。）。
　すなわち、周波数が異なる２種類の変調信号により駆動される２つの光コム発生器から出射される干渉性のある基準光と測定光を用いることにより、基準光検出器により得られる干渉信号（以下、参照信号と言う。）と、測定光検出器により得られる干渉信号（以下、測定信号と言う。）について周波数解析を行い、光コムの中心周波数から数えたモード番号をＮとして、参照信号と測定信号のＮ次モード同士の位相差を計算して光コム発生器から基準点までの光コム生成、伝送過程の光位相差を相殺した後、周波数軸で次数１あたりの位相差の増分を計算して測定信号パルスと参照信号パルスの位相差を求めることにより、基準点から測定面までの距離を算出することができる。
　ここで、マイクロ波帯域の変調周波数ｆｍ（例えば２５ＧＨｚ）、周波数差Δｆ（例えば、５００ｋＨｚ）である１対の変調信号により駆動される２つの光コム発生器から出力される基準光と測定光を用いて測定される距離は、基準点から測定面までの全体の距離（絶対距離という）から変調周波数ｆｍの半波長の整数倍の距離を差し引いた剰余の部分である。干渉信号にはΔｆの周期性があり、最も近い参照信号と測定信号の位相差が求められる。半波長を超える距離を測定する場合、２πに整数をかけた位相が基準時刻から比較している参照信号までの時間差に相当する位相として内在する。１組の周波数設定ではその整数値を判別することができない。ｆｍをわずかに変えて複数回距離測定を実行することにより、複数の測定条件に合致する値としてその整数が逆算できる。
特許第３９７６７５６号公報 特開２００６－３３７８３２号公報 特許第５２３１８８３号公報 特開２０２０－１２６４１号公報
　光コム発生器では、入力光の周波数を光共振器のいずれかのモードの周波数に一致させて光コムを発生させるので、光コムを効率よく発生させるには、入力光の周波数を光共振器の特定のモードの周波数に一致させるための共振器長の制御が必要である。
　従来より、光コム発生器から透過光又は反射光として取り出される光コム出力の強度を検出して、共振器長を帰還制御することにより、安定化した光コム出力を得るようにしているが、光コム発生器には光共振器の共振モードが複数あり、光コムを発生しないモード(入力波長成分が大きい)も存在し、このモードでは光コム出力を安定化することができないという問題があった。
　例えば電気光学変調器型の場合では光共振器には偏光の異なる２モードが存在(TE,TMモードなど)する。光コムを発生する偏光モードは（どちらか選択され）FSRが変調周波数の整数分の１に設定され、電気光学定数が大きく光コムの発生効率が大きい。しかしそれ以外の偏光モードはFSRも異なり、電気光学定数も異なるため周波数レンジが大きい光コムにならない。
　電気光学効果を用いた光コム発生器の場合、主モード以外の偏光モードは等価屈折率が異なるためFSRも異なり、また電気光学定数も小さい。そのため、主要な偏光モード以外のモードはほとんど光コムを発生できず、多少発生できてもキャリア成分が主要になる。主要な偏光モード以外は偏光子などで除去されるが、偏光子の消光比の限界、あるいは組み立て精度によって出力光に混ざり合い共振器長の制御に悪影響をもたらす場合がある。これは主モードでない偏光モードの共振周波数が主モードの共振周波数に対して相対的に制御できないことも影響している。
　また、横モードがある場合も同様であり、出力光に混ざり合い共振器長の制御に悪影響をもたらす場合がある。これは光コムの発生方法が完全な単一モードでない場合に発生し、電気光学効果以外の光コム発生方法でも避けることができない。
　ここで、図１は、光コムモジュールの変調入力のバイアスＴを介してＤＣバイアスで共振器長を掃引した場合の出力光強度をプロットした特性図である。偏光モードが重なった場所を図１７中に丸印であらわしている。図１では光コムが発生しているモードが複数あり、問題のないモードも存在するが、〇印のところにゆがみが見える。偏光モードは電気光学定数が異なり、モードと重なるか予測できない。また、わずかな入力光の周波数変化や環境変化にも影響される。光コムのキャリアとの干渉による影響によるためか形状も安定しない。このためこのようなモードが混ざったデバイスは製品に使用できず製品の歩留まりが悪化する。
　上述の如く、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器を用いた光コム周波数発生器における光コム発生において、直交する偏光成分は、光コム発生器の共振周波数をレーザ周波数に一致させるための制御を不安定にすることがあり、制御点のずれ、制御の発振等の原因となり、光コムを例えば測定対象までの距離や高さを測定する計測装置に利用する場合に、直交する偏光成分が計測誤差の要因になっていた。
　また、光コム距離計を絶対距離計として使用する場合には、測定対象物を固定した状態で光コム発生器の変調周波数を切り替えて、干渉信号の位相の変化から半波長の整数倍の距離を算出することにより、半波長の整数倍の距離の曖昧さを解消するようにしているが、切り替えに時間がかかる場合に曖昧さを十分に解消することができないという問題点があった。
 すなわち、変調周波数の切替えの間に、振動や空気屈折率変動の影響などが入り込むと、変調周波数の切替えによる位相差が測定されているのか、振動や屈折率変動により付加されたのか判別困難である。
　そのため変調周波数の切換えはできる限り素早く短時間に行われることが重要である。変調周波数の切替えにはマイクロ波スイッチが用いられ、切替の過渡期は、短時間（約３０ns）であるが、図２に示すように変調信号が出力されないことが起きる、さらに短時間であっても変調周波数のずれが大きいことが起こる。
　図２は、光コム発生器の変調周波数を切り替える場合に発生する無変調区間を有する変調信号を示す波形図である。
　変調信号が出力されない場合、その瞬間は入力された光が変調されないためコム状の光にならず、入力波長を主成分とする光が出力される。
　また、変調周波数のずれが大きい場合も、光コム発生器の光共振器や電極の構成は特定の変調周波数に対して変調の効率が高くなるように設計されていることに起因して、ずれた周波数に対しては変調効率が低く、結果として入力波長を主成分とする光が出力される。
　変調されたサイドバンド（入力波長以外の光コム）のパワーと比較して、無変調やごく弱い変調状態の出力波長パワーは高いため、短時間の現象であっても影響は大きい。
　なお、特許文献１の開示技術では、変調の対象となる光を通過させる電気光学結晶からなる光変調器を光共振器内に備える光コム発生器において、上記電気光学結晶から出射された光コムから光フィルタにより抽出された光周波数成分を受光して光強度を検出する光検出器の検出信号に基づいて、上記光共振器の光共振長を帰還制御するようにしている。しかしながら、上記光フィルタは、上記光コムの中心周波数から離れた上記光コムが急激に減衰する端付近の光周波数成分を抽出するものであって、中心周波数のキャリア成分を減衰させるものではない。
　そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、光コムの発生方法が完全な単一モードでない場合であっても、光コムが最も広く発生する位置に制御点を位置させるように共振器長又は光源周波数の制御を行い、安定した出力が得られるようにした光コム発生器制御装置を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、変調周波数が切り替えられる光コム発生器であっても、光コムが最も広く発生する位置に制御点を位置させるように共振器長の又は光源周波数の制御を行い、安定した出力が得られるようにした光コム発生器制御装置を提供することにある。
　本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
　本発明では、入射光の光変調を行う光変調器を光共振器内に備える光コム発生器から出射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光フィルタを介して抽出された光周波数成分の光強度を検出して光共振器の光共振長又は入射光の光源周波数を帰還制御することにより、光コムを安定化する。
　すなわち、本発明は、入射光の光変調を行う光変調器を光共振器内に備える光コム発生器の制御装置であって、上記光共振器から透過光又は反射光として出射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光フィルタと、上記光コムから上記光フィルタを介して抽出された光周波数成分を受光して光強度を検出する光検出器と、上記光検出器の検出信号が供給される共振制御部とを備え、上記光フィルタによりキャリア周波数成分が減衰された上記光コムの光強度を上記光検出器により検出して、上記光共振器の光共振長又は上記入射光の光源周波数を上記光共振制御部により帰還制御することを特徴とする。
　本発明に係る光コム発生器制御装置は、上記光検出器の検出信号の信号レベルのボトム位置を弁別するボトム位置弁別器を備え、上記光共振制御部は、上記ボトム位置弁別器による弁別出力に基づいて、上記光検出器の検出信号の信号レベルのボトム位置を安定点とする帰還制御を行うものとすることができる。
　また、本発明に係る光コム発生器制御装置は、変調周波数の異なる複数の変調信号が切り替えられて上記光変調器に供給されるものとすることができる。
　また、本発明に係る光コム発生器制御装置において、上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数成分を減衰させるノッチフィルタであるものとすることができる。
　また、本発明に係る光コム発生器制御装置において、上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数近傍に遮断周波数を有するハイパスフィルタであるものとすることができる。
　また、本発明に係る光コム発生器制御装置において、上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数成分近傍に遮断周波数を有するローパスフィルタであるものとすることができる。
　また、本発明に係る光コム発生器制御装置において、上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数成分近傍に一方の遮断周波数を有するバンドパスフィルタであるものとすることができる。
　本発明に係る光コム発生器制御装置では、入射光の光変調を行う光変調器を光共振器内に備える光コム発生器から出射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光フィルタを介して抽出された光周波数成分の光強度を検出して光共振器の光共振長を帰還制御することにより、光コムを安定化するので、光コムの発生方法が完全な単一モードでない場合であっても、光コムが最も広く発生する位置に制御点を位置させるように共振器長の制御を行い、安定した出力が得られるようにした光コム発生器制御装置を提供することができる。
　また、本発明では、入射光の光変調を行う光変調器を光共振器内に備える光コム発生器から出射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光フィルタを介して抽出された光周波数成分の光強度を検出して光共振器の光共振長を帰還制御することにより、光コムを安定化するので、変調周波数が切り替えられる光コム発生器であっても、光コムが最も広く発生する位置に制御点を位置させるように共振器長の制御を行い、安定した出力が得られるようにした光コム発生器制御装置を提供することができる。
図１は、光コムモジュールの変調入力のバイアスＴを介してＤＣバイアスで共振器長を掃引した場合の出力光強度をプロットした特性図である。 図２は、光コム発生器の変調周波数を切り替える場合に発生する無変調区間を有する変調信号を示す波形図である。 図３は、本発明を光コム発生装置に適用した光コム発生器制御装置の基本的な構成を示すブロック図である。 図４は、上記光コム発生装置に備えられた光コム発生器の構造を模式的に示す断面図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、上記光コム発生器において共振器長を掃引して得られる光コム発生器の透過光パワーをプロットした特性図であり、図５（Ａ）は光コムにならないモードの光出力を示し、図５（Ｂ）は光コムとして動作しているモードの光出力を示し、図５（Ｃ）は各モードが混在している場合の光出力を示している。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、上記光コム発生器の光出力スペクトルと光フィルタを介して得られる光出力スペクトルを示すスペクトル図であり、図６（Ａ）は上記各モードが混在している場合の光出力のスペクトルを示し、図６（Ｂ）はノッチフィルタによりキャリア周辺を除去した光出力のスペクトルを示し、図６（Ｃ）はバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタによりキャリア周辺を除去した光出力のスペクトルを示している。 図７は、共振器長を掃引した場合に、上記光コム発生器から光フィルタを介して得られる透過光パワーをプロットした特性図である。 図８は、本発明に係る光コム発生器制御装置を適用した絶対距離計測を行う光コム距離計に用いられる２つの光コム発生器を備える光コム発生装置の構成例を示すブロック図である。 図９は、上記光コム発生装置において、２つの光コム発生器に供給される駆動信号の状態遷移を示す状態遷移図である。 図１０は、上記駆動信号により光コム発生器を駆動して、光フィルタを挿入しない状態で光コム出力を受光した光検出器により得られる検出信号の観測結果を示す図である。 図１１は、上記駆動信号により光コム発生器を駆動して、光フィルタを介して光コム出力を受光した光検出器により得られる検出信号の観測結果を示す図である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、光コム発生発装置の構成例を示す模式的なブロック図であり、図１２（Ａ）は反射光として光コムが取り出される光コム発生発器を備える光コム発生発装置を示し、図１２（Ｂ）はリング型光コム発生器を備える光コム発生発装置を示している。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、光コム発生発器の反射モードの光出力パワーと光フィルタを介して得られる反射モードの光出力パワーの特性図であり、図１３（Ａ）は光コム発生発器の反射モードの光出力パワーの特性を示し、図１３（Ｂ）は光フィルタによりキャリア成分を除去した上記反射モードの光出力パワーの特性を示している。 図１４は、光コム発生器から透過光として出射される光コムを用いて光コム共振器長を制御するようにした光コム発生器制御装置の構成例を示すブロック図である。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、上記光コム発生器制御装置のロックインアンプの動作説明に供する波形図であり、図１５（Ａ）は共振器長またはレーザ周波数を変化させた際の透過光強度を入力光のパワーで規格化した信号を示し、図１５（Ｂ）は上記規格化光強度信号の微分信号を示している。 図１６は、光コム発生器から透過光として出射される光コムを用いて光コム共振器長を制御するようにした光コム発生器制御装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１５は、光コム発生器から反射光として出射される光コムを用いて光コム共振器長を制御するようにした光コム発生器制御装置の構成例を示すブロック図である。 図１８は、光コム発生器から反射光として出射される光コムを用いて光コム共振器長を制御するようにした光コム発生器制御装置の他の構成例を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
　本発明を適用した光コム発生器制御装置１０の基本的な構成例図３のブロック図に示すように、本発明は、光源１から入射光が入力され、この入射光を光変調することにより光コムを発生する光コム発生器２を備える光コム発生装置３に適用される。
　光コム発生器２は、例えば、図４に示すように、一対の反射鏡２１Ａ，２１Ｂで構成される光共振器２１の内部に光位相変調器２２を挿入してなるもので、単一周波数の連続波の光を入力し、光共振器２１の自由スペクトル域（ＦＳＲ）の整数倍に一致した周波数で光位相変調器２２を駆動すると、光共振器２１内の多重往復の周期と変調信号周期の同期がとれるため共振器のない光位相変調器と比べて極めて効率の良い変調が行われ、サイドバンドの本数は数百から数千本に達し、数テラヘルツのスペクトル広がりを持つ光周波数コムを出力として得ることができる。光周波数コム発生器２では、時間的にも短いパルスを発生することが可能で、時間幅１ピコ秒以下の光パルスを発生することができる。光コム発生器２の出力は、中心周波数が入力周波数と等しく周波数間隔が変調周波数に等しいコム（櫛）状の光であり、時間軸では、変調周波数を繰り返し周波数とするパルス列である。変調指数を上げてスペクトルの広がりを大きくするほど時間幅の短いパルスを得ることができる。
　すなわち、光コム発生器制御装置１０は、入射光の光変調を行う光変調器を光共振器２１内に備える光コム発生器２の制御装置であって、上記光共振器２１から透過光又は反射光として出射される光コムが光カプラやサーキュレータなどのカプラ４により分岐されて、上記光コムの一部が入射される光フィルタ５と、上記光フィルタ５を介して上記光コムの一部を受光して光強度を検出する光検出器６と、上記光検出器６の検出信号が供給される共振制御部８を備え、上記共振制御部８により上記光共振器２１の光共振長又は上記入射光の光源周波数を帰還制御するようになっている。
　この光コム発生器制御装置１０に備えられた上記光フィルタ５は、カプラ４を介して入射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光学特性を有する。
　ここで、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、光コム発生器２において共振器長を掃引して得られる光コム発生器の透過光パワーをプロットした特性図である。光コム発生器２において、光コムが発生する光共振器２１の光コム発生モードは特定のモードだけであり、光コムにならないモードの透過光パワーを共振器長を掃引してプロットした時の概略図を図５（Ａ）に示すように、光コムにならないモードの透過光パワーは入射光の中心周波数であるキャリア周波数成分が主成分であるのに対し、光コムとして動作しているモードの透過光パワーを共振器長を掃引してプロットした時の概略図を図５（Ｂ）に示すように、光コムとして動作しているモードでは、中心周波数の両側に存在する２つのピークの間のボトム位置ｂ０に共振器長を制御することにより、光コムを最も広い範囲に亘って発生することができる。しかしながら、上記光コムにならないモードの上記光コムとして動作しているモードが混在している場合には、その透過光パワーを共振器長を掃引してプロットした時の概略図を図５（Ｃ）に示すように、２つのピークの間に複数のボトム位置ｂ１，ｂ２が存在することになり、共振器長の制御点が複数になってしまうことの安定した光コムを得ることができなくなる。
　図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、上記光コム発生器２の光出力スペクトルと光フィルタ５を介して得られる光出力スペクトルを示すスペクトル図である。すなわち、上記光コムにならないモードの上記光コムとして動作しているモードが混在している場合に上記光コム発生器２から出射される光コムのスペクトルは、図６（Ａ）に太線にて示すように、上記光コムにならないモードでの無変調状態に近いキャリア周波数の近傍成分が存在することになるが、光コム発生器制御装置１０では、上記光フィルタ５として、例えばノッチフィルタを用いることにより、図６（Ｂ）に示すように、上記キャリア周波数の近傍成分を除去することができる。
　また、上記光フィルタ５として、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタを用いることにより、図６（Ｃ）に示すように、キャリア周波数成分とともに片側側波帯成分を除去するようにしても良い。
　すなわち、この光コム発生器制御装置１０に備えられる上記光フィルタ５は、上記光コムのキャリア周波数成分を減衰させるノッチフィルタであるものとすることができる。
　また、上記光フィルタ５は、上記光コムのキャリア周波数近傍に遮断周波数を有するハイパスフィルタであるものとすることができる。
　また、上記光フィルタ５は、上記光コムのキャリア周波数成分近傍に遮断周波数を有するローパスフィルタであるものとすることができる。
　さらに、上記光フィルタ５は、上記光コムのキャリア周波数成分近傍に一方の遮断周波数を有するバンドパスフィルタであるものとすることができる。
　この光コム発生器制御装置１０では、入射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光学特性を有する上記光フィルタ５を介して上記光コムの一部を受光する光検出器６により、上記キャリア周波数成分が減衰された光コムの光強度を検出するので、上記光コムにならないモードの上記光コムとして動作しているモードが混在している場合であっても、上記光検出器６の検出信号は２つのピークの間に複数のボトムが存在することなく、図７に示すように、１つのボトム位置ｂ０になるので、上記共振制御部８により、上記光検出器６の検出信号を用いて、上記光共振器２１の光共振長又は上記入射光の光源周波数を帰還制御することにより、上記光コム発生器２から安定した光コムを出射させることができる。
　なお、この光コム発生器制御装置１０では、上記光検出器６の検出信号の信号レベルのボトム位置を弁別するボトム位置弁別器７を備え、上記光共振制御部８は、上記ボトム位置弁別器７による弁別出力に基づいて、上記光検出器６の検出信号の信号レベルのボトム位置ｂ０を安定点とする帰還制御を行うようにしている。
　このように、この光コム発生器制御装置１０では、上記光コムにならないモードの上記光コムとして動作しているモードが混在している場合であっても、上記共振制御部８により、上記光検出器６の検出信号を用いて、上記光共振器２１の光共振長又は上記入射光の光源周波数を帰還制御することにより、光コム発生器２から安定した光コムを得ることができるので、例えば、２つの光コム発生器の各変調周波数を切り替えて絶対距離計測を行う光コム距離計に適用することにより、変調周波数の切り替え時に発生する無変調期間の影響による共振器長制御の乱れをなくして、安定した２種類の光コムを用いて絶対距離計測を行うことができる。
　図８は、絶対距離計測を行う光コム距離計に用いられる２つの光コム発生器１５Ａ，１５Ｂを備える光コム発生装置５０の構成を示すブロック図である。
　この光コム発生装置５０は、シンセサイザ回路５３から出力される４種類の周波数信号をスイッチ回路５４を介して循回的に切り替えて入力することにより、変調周期が循回的に切り替えられた互いに周期が異なる２種類の周波数信号を第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂに供給するようにしたものである。
　この光コム発生装置５０は、例えば、差周波数が５００ｋＨｚの独立した４つ周波数信号（Ｆ１：１０００ＭＨｚ、Ｆ２：１０１０ＭＨｚ、Ｆ３：１０００．５ＭＨｚ、Ｆ４：１０１０．５ＭＨｚ）を出力するシンセサイザ回路５３と、上記シンセサイザ回路５３から４つ周波数信号がそれぞれアイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄを介して入力される４入力２出力のスイッチ回路５４を備え、上記スイッチ回路５４の２つの出力端子に上記第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂが接続されている。
　この光コム発生装置５０において、第１の発振器１３は、基準発振器１１から５分岐のパワーデバイダ５２を介して供給される基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期されて発振位相が固定された周波数Ｆ０（例えば、２４ＧＨｚ）の周波数信号を上記第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂに２分岐のパワーデバイダ１２とアイソレータ１７Ａ，１７Ｂを介して供給する。
　上記シンセサイザ回路５３は、基準発振器１１から５分岐のパワーデバイダ５２を介して供給される基準周波数信号ＦＲＥＦにそれぞれ位相同期されて周波数が固定された互いに異なる４種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数信号を発生する４つの発振器５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄを備える。
　第２の発振器５３Ａは、上記基準発振器１１により発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第１の周波数Ｆ１（１０００ＭＨｚ）に固定された第１の周波数信号を発生する。
　また、第３の発振器５３Ｂは、上記基準発振器１１により発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第２の周波数Ｆ２（１０１０ＭＨｚ）に固定された第２の周波数信号を発生する。
　また、第３の発振器５３Ｃは、上記基準発振器１１により発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数が第３の周波数１０００．５ＭＨｚに固定された第３の周波数信号Ｆ３を発生する。
　さらに、第４の発振器５３Ｄは、上記基準発振器１１により発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数が第４の周波数Ｆ４（１０１０．５ＭＨｚ）に固定された第４の周波数信号を発生する。
　上記スイッチ回路５４は、上記シンセサイザ回路５３から上記アイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄを介して入力される１ＧＨｚ帯の４種類の周波数信号を巡回的に切り替えて２つの出力端子から交互に出力する。すなわち、上記スイッチ回路５４は、上記２つの出力端子に接続されている上記第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂに供給する１ＧＨｚ帯の４種類の周波数信号を巡回的に切り替える４入力２出力のセレクタスイッチとして機能する。
　ここで、上記シンセサイザ回路５３とスイッチ回路５４の間にアイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄを挿入して、上記シンセサイザ回路５３からアイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄを介してスイッチ回路５４に周波数信号を入力することにより、スイッチ回路５４以降の回路の遮断や解放などによる負荷変動で信号源の動作が不安定になるのを防止することができる。
　上記記アイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄには、リバースアイソレーションが大きいマイクロ波増幅器、パイ型抵抗減衰器や抵抗減衰器、フェライトを用いたマイクロ波アイソレータなどのアイソレーション素子や、可変減衰器と帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路やアイソレーション増幅器と抵抗減衰器や帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路など用いることができる。
　そして、上記第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂは、上記第１の発振器１３から供給される周波数Ｆ０（例えば、２４ＧＨｚ）の周波数信号と、上記スイッチ回路５４から巡回的に切り替えて交互に出力される１ＧＨｚ帯の４種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数信号から、上記スイッチ回路５４により巡回的に切り替えられた上記１ＧＨｚ帯の４種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数信号を２５ＧＨｚ帯域の４種類の変調周波数Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４に周波数変換した第１、第２の変調信号Ｆｍａ、Ｆｍｂを得て、上記第１、第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂにバンドパスフィルタ１６Ａ，１６Ｂを介して駆動信号として供給する。
　すなわち、上記第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂは、１ＧＨｚ帯の周波数信号を上記第１、第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂに駆動信号として供給する２５ＧＨｚ帯域の第１、第２の変調信号Ｆｍａ，Ｆｍｂに周波数変換するアップコンバータとして機能する。
　ここで、この光コム発生装置５０は、特許文献１，２等に記載されている光コム距離計や三次元形状測定機において周波数の切り替えを要する絶対距離測定を行うための基準光と測定光として２種類の光コムを発生するものであって、上記１ＧＨｚ帯の４種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数信号を上記スイッチ回路５４により巡回的に切り替えて上記第１，第２の周波数変換器１４Ａ，１４Ｂにより２５ＧＨｚ帯域の４種類の変調周波数Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４にアップコンバートして得られる第１、第２の変調信号Ｆｍａ，Ｆｍｂを上記第１、第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂに駆動信号として供給することにより、上記第１、第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂから、表１に示すように、変調周期が循回的に切り替えられた互いに変調周期が異なる２種類の光コムが出力される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001




　表１は、＃１～４の設定における第１，第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂの駆動信号の遷移状態ＯＦＣＧ１／ＯＦＣＧ２と位相差を示しており、駆動信号の周波数は、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆｍ＝１０ＭＨｚ、ｆｍ＝Ｆｍ１（２５０００ＭＨｚ）、ｆｍ＋Δｆｍ＝Ｆｍ２（２５０１０ＭＨｚ）、ｆｍ＋Δｆ＝Ｆｍ３（２５０００．５ＭＨｚ）、ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ＝Ｆｍ４（２５０１０．５ＭＨｚ）となっている。図９は、この光コム発生装置５０において、２つ光コム発生器１５Ａ，１５Ｂに供給される駆動信号の状態遷移を示す状態遷移図である。
　ここで、光コム距離計では、原理的に周波数が異なる２種類の変調信号により駆動される２つの光コム発生器から出射される干渉性のある基準光と測定光を用いることにより、信号処理部において、基準光検出器により得られる干渉信号（以下、参照信号と言う。）測定光検出器により得られる干渉信号（以下、測定信号と言う。）について周波数解析を行い、光コムの中心周波数から数えたモード番号をＮとして、参照信号と測定信号のＮ次モード同士の位相差を計算して光コム発生器から基準点までの光コム生成、伝送過程の光位相差を相殺した後、周波数軸で次数１あたりの位相差の増分を計算して信号パルスの位相差を求めることにより、基準点から測定面までの距離を算出する。
　なお、測定距離が変調周波数ｆｍの半波長を超えると物体光の周期性によりその半波長の整数倍の距離が不明となって一義的に距離を求められないので、表１に示す４通りの変調周波数に設定した基準光と測定光を用いて４回測定して、信号処理部において、同じ処理を行うことにより得られる各位相差を用いて、半波長相当の多義性距離（Ｌａ＝ｃ／２ｆｍ　ｃ：光速）を超える距離を算出する。
　すなわち、表１に示す４通りの変調周波数に設定して測定して得られる参照信号と測定信号の位相差は、２つの光コム発生器（ＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２）を駆動する変調信号の変調周波数がｆｍとｆｍ＋Δｆである＃１の設定では－２πｆｍＴとなり、変調信号の変調周波数がｆｍ＋Δｆｍとｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆである＃２の設定では－２π（ｆｍ＋Δｆｍ）Ｔとなり、変調信号の変調周波数がｆｍ＋Δｆとｆｍである＃３の設定では－２π（ｆｍ＋Δｆ）Ｔとなり、変調信号の変調周波数がｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆとｆｍ＋Δｆｍである＃４の設定では－２π（ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ）Ｔとなる。
　距離（Ｌａ＝ｃ／２ｆｍ　ｃ：光速）も長い場合、参照信号と測定信号の位相差（－２πｆｍＴ）は、ｍを整数としてφ＋２ｍπの形であり、計算によりφの部分だけが求められるが、整数値ｍは不明である。
　一方、＃１の設定での参照信号と測定信号の位相差－２πｆｍＴと＃２の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆｍ＋Δｆｍ）Ｔの差は２πΔｆｍＴであり、また、＃３の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆｍ＋Δｆ）Ｔと＃４の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ）Ｔの差は２πΔｆｍＴであり、１／Δｆｍの波長に相当する距離（Δｆｍ＝１０ＭＨｚであればＬａは１５ｍ）までならば、一義的に位相が決まる。
　そして、この位相をｆｍ／Δｆｍ倍して＃１の位相差との比較により整数ｍを判定することができる。
　さらに、表１の＃１の設定での位相差－２πｆｍＴと＃３の設定での位相差－２π（ｆｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆが得られる。
　ここで、ｆｍ＝２５ＧＨｚ、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆｍ＝１０ＭＨｚとした場合、Δｆ＝５００ｋＨｚであるからＬａ＝３００ｍまでの距離計測を行うことができる。
　この光コム発生装置５０を搭載した光コム距離計では、表１に示す４通りの変調周波数に設定して測定して得られる参照信号と測定信号を用いて絶対距離計測が行われる。すなわち、１つの状態を一定時間保持した後に他の状態に移り、一定の区間でその状態の信号位相計測を行い、＃１、＃２、＃３、＃４の設定状態の位相を使って絶対距離の計算処理を実行する。
　光コム距離計における計測速度は、６ｍｍ以内の相対距離測定ではΔｆに等しく５００ｋＨｚであるのに対し、周波数の切り替えを要する絶対距離測定では、周波数の切り替え時間と絶対距離計算時間を含めたものとなる。
　上記光コム発生装置５０では、上記シンセサイザ回路５３と上記スイッチ回路５４の間にアイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄが挿入されているので、上記４種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数信号を上記スイッチ回路５４により巡回的に切り替えた瞬間における負荷変動により上記シンセサイザ回路５３の動作が不安定になることがなく、光コム発生器１５Ａ，１５Ｂの駆動信号を迅速に切り替えて駆動状態を遷移させることができる。すなわち、上記スイッチ回路５４により、上記４種類の変調周波数Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を巡回的に切り替えて、第１，第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂの駆動状態を迅速に遷移させることができ、参照信号と測定信号の変調周波数を切り替えて絶対距離計測を行う２つの光コム光源として用いることにより、絶対距離の測定時間を短縮することができる。
　なお、距離計測だけであれば、＃１と＃２の設定のみ、あるいは、＃３と＃４の設定のみでも可能であるが、上述のごとく＃１，＃２，＃３，＃４の設定、すなわち、上記４種類の変調周波数Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を上記スイッチ回路５４により巡回的に切り替えることにより、測定対象以外の信号伝送経路による位相オフセットを補正して高精度に絶対距離結果を得ることができる。すなわち、２つの光コム発生器（ＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２）の変調周波数を入れ替えたときに測定対象距離に由来の位相は絶対値が変わらず符号が反転する。一方、干渉信号伝送路のケーブル長に由来するオフセットは符号が変わらず一定値になる。したがって、２回の位相測定の結果を差し引いて２で割るとオフセットを除外した位相値を求めることができる。
　ここで、この光コム発生装置５０では、上述の如く上記シンセサイザ回路５３と上記スイッチ回路５４の間にアイソレータ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄを挿入することにより、上記４種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数信号を上記スイッチ回路５４により巡回的に切り替えた瞬間における負荷変動により上記シンセサイザ回路５３の動作が不安定になるのを防止しているが、上記スイッチ回路５４の切り替え動作の際に、極めて短い時間ではあるが回路が毎回遮断され、無変調状態が発生する。
　そこで、この光コム発生装置５０では、第１，第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂから出射される各光コムをカプラ４Ａ，４Ｂにより分離して、各光コムの一部を本発明に係る光コム発生器制御装置１０Ａ，１０Ｂに入射するようにして、第１，第２の光コム発生器１５Ａ，１５Ｂに備えられている各光共振器の共振器長を帰還制御するようにしている。
　上記光コム発生器制御装置１０Ａ，１０Ｂには、図３のブロック図に示した光コム発生装置３に適用した光コム発生器制御装置１０が用いられる。
　上記光コム発生装置３における光源１から周波数が１９２．８ＴＨｚの入射光を光コム発生器２に入射させた状態で、第１の光コム発生器１５Ａに供給した駆動信号により上記光コム発生器２を駆動して上記光検出器６により得られる検出信号について、上記スイッチ回路５４の切り替え動作の周波数より低い周波数成分をローパスフィルタを介して観測したところ、上記光検出器６の前に光フィルタ５を挿入しない状態では、図１０に示すように、ダブルピークの中間の小さなピークの発生が確認され、この状態では、ＳＷ遷移を連続的に続けている場合に共振制御の妨げになるが、上記光検出器６の前に光フィルタ５を挿入した状態では、図１１に示すように、ダブルピークの中間の小さなピークの発生は確認されず、ＳＷ遷移を連続的に続けている場合に安定した共振制御を行うことができる。
　ＤＷＭ用に１９０ＴＨｚを中心としてＣＨ番号が１００ＧＨｚ置きに規定されたバンド幅が１００ＧＨｚのＷＤＭフィルタが市販されているので、上記光フィルタ５としてＣＨ２７（１９２．７ＴＨｚ　１５５５．７５ｎｍ）、ＣＨ２８（１９２．８ＴＨｚ　１５５４．９４ｎｍ）、ＣＨ２９（１９２．７ＴＨｚ　１５５５．７５ｎｍ）、ＣＨ３０（１９３．０ＴＨｚ　１５５３．３３ｎｍ）のＷＤＭフィルタを試したところ、入力レーザ波長のＣＨ２８（９２．８ＴＨｚ　１５５４．９４ｎｍ）以外のＷＤＭフィルタではＳＷ遷移時の小ピークは消え、ディザを加えることにより光共振器２１の共振長をロックすることができた。また、スイッチ選択固定の場合の透過モードにも問題は見られなかった。
　なお、透過モードの信号レベルが下がるが、これは光フィルタ５として用いたＷＤＭフィルタ光フィルタのバンド幅がせまいためである。上記光フィルタ５は、入力レーザの波長付近を除く特性を持っているのであれば帯域は広くてもよい。また、入力レーザの波長付近を除く特性を持っているのであればノッチフィルタでもよい。
　ここで、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、光コム発生発装置の構成例を示す模式的なブロック図である。また、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、光コム発生発器の反射モードの光出力パワーと光フィルタを介して得られる反射モードの光出力パワーの特性図である。すなわち、上記光コム発生装置３における光コム発生器２には、光共振器２１から透過光として光コムを出射するもの以外に、図１２（Ａ）に示す光コム発生器２Ｂのように、光共振器２１から反射光として光コムをカプラ４Ｃを介して取り出すものや、図１２（Ｂ）に示すリング型光コム発生器２Ｃを採用することもできる。これらの方式では光共振器にカップリングしないキャリア成分が強く、出力のパワーの平均値を測定すると、共振器長又はレーザ周波数を横軸にした図１３（Ａ）に示すような特性となる。このような場合でも、キャリア除去する光フィルタ５を用いれば計測される出力は図１３（Ｂ）になり上記と同様な信号が得られる。また、変調方式も電気光学変調を用いたものや、カー効果を用いたものもありさまざまであるが、変調方式は関係なく各種方式の光コム発生器に本発明を適用することができる。
　次に、光コム発生器２から透過光として出射される光コムを用いて光コム共振器長を制御するようにした本発明に係る光コム発生器制御装置１１０Ａについて、図１４のブロック図を用いて説明する。
　この図１４に示す光コム発生器制御装置１１０Ａは、光コム発生装置３Ａの光源１から光コム発生器２に入射される光ビームを分岐する入射側カプラ１１４Ａを介して、上記光ビームの一部を受光する第１の光検出器１１６Ａと、上記光コム発生器２から透過光として出射される光コムが出射側カプラ１１４Ｂにより分岐された上記光コムの一部が入射される光フィルタ５と、この光フィルタ５を介して上記光コムの一部を受光する第２の光検出器１１６Ｂを備える。
　この光コム発生器制御装置１１０Ａでは、共振制御部１２０Ａの発振器１２２が発生する変調信号ＳＤを用いて光源１の光源周波数に変調をかけて光コム発生器２のレーザ周波数と光共振器のモードの周波数差を制御信号発生部１２３Ａが発生する共振器長制御信号ＳＣＴＬを用いて光コム発生器２の共振器長制御を行う。
　上記第１の光検出器１１６Ａは、上記入射側カプラ１１４Ａを介して上記光ビームの一部を受光することにより、上記光源１から出射されて上記光コム発生装置３Ａに入射される光ビームの光強度Ａを示す入射光検出信号ＳＡを得て、この入射光検出信号ＳＡを共振制御部１２０Ａのロックインアンプ１２１に供給する。
　また、上記第２の光検出器１１６Ｂは、上記出射側カプラ１１４Ｂを介して上記光コムの一部を受光することにより、上記光コム発生器２から透過光として出射される光コムの光強度Ｂを示す出射光検出信号ＳＢを得て、この出射光検出信号ＳＢを上記ロックインアンプ１２１に供給する。
　図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、上記光コム発生器制御装置１１０Ａのロックインアンプ１２１の動作説明に供する波形図である。すなわち、この光コム発生器制御装置１１０Ａにおける共振制御部１２０Ａでは、光コム発生装置３Ａの光源１から出射されるの上記光ビームの光強度Ａは変調入力や環境変化により変動するので、その影響を信号から除去するために、ロックインアンプ１２１により、上記入射光検出信号ＳＡにより示される上記光ビームの光強度Ａと出射光検出信号ＳＢにより示される光コムの光強度Ｂについて、デジタル処理等でＢ’＝Ｂ／Ａとすることにより、図１５（Ａ）に示すように、入力光のパワー変動に依存しない光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’を得て、上記光コム発生装置３Ａの光源１の光源周波数を変調する変調信号ＳＤを発生する発振器１２２により与えられる同期信号に基づいて、図１５（Ｂ）に示すように、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の微分信号ＳＣを出力する。
　図１５（Ｂ）に示すように、微分信号Ｃには、図１５（Ａ）に示す光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号のボトム位置に符号反転が発生する。
　そして、制御信号発生部１２３Ａは、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の中で光コムが効率よく発生するダブルピーク間のボトムを含む範囲をあらかじめ規定しておいた図１５（Ａ）に示すｅ－ｆの範囲から判断し、微分信号ＳＣの中の複数ある符号反転点から光コムが効率よく発生する点に一致する符号反転点を判別し、符号反転点になるように上記光コム発生器２の共振器長を制御する共振器長制御信号ＳＣＴＬを発生し、この共振器長制御信号ＳＣＴＬにより上記光コム発生器２の共振器長を制御する。すなわち、この制御信号発生部１２３Ａは、上記ボトム位置弁別器７の機能を有しており、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の信号レベルのボトム位置を安定点とする帰還制御を行う。この制御信号発生部１２３Ａによる上記光コム発生器２の共振器長の帰還制御は、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の信号レベルのボトム位置を基準としてオフセットを与えた安定点とするものであってもよい。
　なお、ここでは、変調信号ＳＤを用いて上記光源１の光源周波数に変調をかけて上記光コム発生器２のレーザ周波数と光共振器のモードの周波数差を共振器長制御により制御しているが、上記光コム発生器２の共振器長制御は、例えば、光コムモジュールの変調入力のバイアスＴを介してＤＣバイアスを変化させることにより行うようにすることもできる。
　次に、光コム発生器２から透過光として出射される光コムを用いて光源周波数を制御するようにした本発明に係る光コム発生器制御装置１２０Ｂについて、図１６のブロック図を用いて説明する。
　この図１６に示す光コム発生器制御装置１１０Ｂは、上記光コム発生器制御装置１１０Ａにおける共振器長制御信号ＳＣＴＬを発生する制御信号発生部１２３Ａに替えて、制御信号発生部１２３Ｂにより光コム発生装置３Ａの光源１の光源周波数を制御することにより光コム発生器２のレーザ周波数と光共振器のモードの周波数差を制御する共振制御信号ＳＣＴFを得て、光源１の光源周波数を制御するようにしたものである。
　なお、この光コム発生器制御装置１１０Ｂにおいて、上記光コム発生器制御装置１１０Ａと同一の構成要素は、図１６中に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　この光コム発生器制御装置１１０Ｂにおける共振制御部１２０Ｂは、ロックインアンプ１２１により、上記第１の光検出器１１６Ａにより入射光検出信号ＳＡと上記第２の光検出器１１６Ｂにより得られる出射光検出信号ＳＢから、図１５（Ａ）に示すように、入力光のパワー変動に依存しない光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’を得て、図１５（Ｂ）に示すように、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢの微分信号ＳＣを出力する。
　そして、制御信号発生部１２３Ｂは、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の中で光コムが効率よく発生するダブルピーク間のボトムを含む範囲を予め規定しておいた図１５（Ａ）に示すｅ－ｆの範囲から判断し、微分信号ＳＣの中の複数ある符号反転点から光コムが効率よく発生する点に一致する符号反転点を判別し、符号反転点になるように上記光源１の光源周波数を制御する共振制御信号ＳＣＴFを発生して、発振器１２２が発生する光源１の光源周波数を変調する変調信号ＳＤに加算器１２４により上記共振制御信号を加算することにより、上記光源１の光源周波数を帰還制御する。すなわち、この制御信号発生部１２３Ｂは、上記ボトム位置弁別器７の機能を有しており、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の信号レベルのボトム位置を安定点とする帰還制御を行う。
　次に、光コム発生器２Ｂから反射光として出射される光コムを用いて光コム共振器長を制御するようにした本発明に係る光コム発生器制御装置１１０Ｃについて、図１７のブロック図を用いて説明する。
　この図１７に示す光コム発生器制御装置１１０Ｃは、上記光コム発生器制御装置１１０Ａにおける光コム発生装置３Ａの光コム発生器２から透過光として出射される光コムを分岐させて光フィルタ５を介して第２の光検出器１１６Ｂに上記光コムの一部を受光させる出射側カプラ１１４Ｂに替えて、光コム発生装置３Ｂの光コム発生器２Ｂから反射光として出射される光コムを入射側カプラ１１４により分岐させ、光フィルタ５を介して第２の光検出器１１６Ｂに上記反射光として出射される光コムの一部を受光させるようにしたものである。
　なお、この光コム発生器制御装置１１０Ｃにおいて、上記光コム発生器制御装置１１０Ａと同一の構成要素は、図１７中に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　この光コム発生器制御装置１１０Ｃにおいて、光コム発生装置３Ｂに備えられている入射側カプラ１１４は、上記光コム発生器２Ｂから反射光として出射される光コムを分岐させて上記光フィルタ５を介して第２の光検出器１１６Ｂに上記反射光として出射される光コムの一部を受光させるとともに、光源１から光コム発生器２Ｂに入射される光ビームを分岐させて第１の光検出器１１６Ａに上記光ビームの一部を受光させる機能を有している。
　この光コム発生器制御装置１１０Ｃにおける共振制御部１２０Ｃでは、ロックインアンプ１２１により、上記第１の光検出器１１６Ａで得られる入射光検出信号ＳＡにより示される上記光ビームの光強度Ａと上記第２の光検出器１１６Ｂで得られる反射光検出信号ＳＢにより示される光コムの光強度Ｂについて、デジタル処理等でＢ’＝Ｂ／Ａとすることにより、図１５（Ａ）に示すように、入力光のパワー変動に依存しない光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’を得て、上記光コム発生装置３Ｂの光源１の光源周波数を変調する変調信号ＳＤを発生する発振器１２２により与えられる同期信号に基づいて、図１５（Ｂ）に示すように、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢの微分信号ＳＣを出力する。
　そして、制御信号発生部１２３Ｃは、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の中で光コムが効率よく発生するダブルピーク間のボトムを含む範囲を予め規定しておいた図１５（Ａ）に示すｅ－ｆの範囲から判断し、微分信号ＳＣの中の複数ある符号反転点から光コムが効率よく発生する点に一致する符号反転点を判別し、符号反転点になるように上記光コム発生器２Ｂの共振器長を制御する共振器長制御信号ＳＣＴＬを発生して、この共振器長制御信号ＳＣＴＬにより上記光コム発生器２Ｂの共振器長を帰還制御する。すなわち、この制御信号発生部１２３Ｃは、上記ボトム位置弁別器７の機能を有しており、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の信号レベルのボトム位置を安定点とする帰還制御を行う。
　さらに、光コム発生器２Ａから反射光として出射される光コムを用いてレーザ周波数を制御するようにした本発明に係る光コム発生器制御装置１１０Ｄについて、図１８のブロック図を用いて説明する。
　この図１８に示す光コム発生器制御装置１１０Ｄは、上記光コム発生器制御装置１１０Ｃにおける共振器長制御信号ＳＣＴＬを発生する制御信号発生部１２３Ｃに替えて、制御信号発生部１２３Ｄにより光コム発生装置３Ｂの光源１の光源周波数を制御することにより光コム発生器２のレーザ周波数と光共振器のモードの周波数差を制御する共振制御信号ＳＣＴFを得て、光源１の光源周波数を制御するようにしたものである。
　なお、この光コム発生器制御装置１１０Ｄにおいて、上記光コム発生器制御装置１１０Ｃと同一の構成要素は、図１８中に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　この光コム発生器制御装置１１０Ｄにおける共振制御部１２０Ｄは、ロックインアンプ１２１により、上記第１の光検出器１１６Ａにより得られる入射光検出信号ＳＡと上記第２の光検出器１１６Ｂにより得られる反射光検出信号ＳＢから、図１５（Ａ）に示すように、入力光のパワー変動に依存しない光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’を得て、図１５（Ｂ）に示すように、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢの微分信号ＳＣを出力する。
　そして、制御信号発生部１２３Ｄは、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の中で光コムが効率よく発生するダブルピーク間のボトムを含む範囲を予め規定しておいた図１５（Ａ）に示すｅ－ｆの範囲から判断し、微分信号ＳＣの中の複数ある符号反転点から光コムが効率よく発生する点に一致する符号反転点を判別し、符号反転点になるように上記光源１の光源周波数を制御する共振制御信号ＳＣＴFを発生して、発振器１２２が発生する光源１の光源周波数を変調する変調信号ＳＤに加算器１２４により上記共振制御信号を加算することにより、上記光源１の光源周波数を帰還制御する。すなわち、この制御信号発生部１２３Ｄは、上記ボトム位置弁別器７の機能を有しており、上記光コムの光強度Ｂ’を示す光強度信号ＳＢ’の信号レベルのボトム位置を安定点とする帰還制御を行う。
　１　光源、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　光コム発生器、３，３Ａ，３Ｂ　光コム発生装置、４，４Ａ，４Ｂ，１１４Ａ，１１４Ｂ　カプラ、５　光フィルタ、６，１１６Ａ，１１６Ｂ　光検出器、７　ボトム位置弁別器、８，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ　共振制御部、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ　共振制御装置、１１　基準発振器、１２，５２　パワーデバイダ、１３，５３Ａ，５２Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ　発振器、１４Ａ，１４Ｂ　周波数変換器、１５Ａ，１５Ｂ　光コム発生器、１６Ａ，１６Ｂ　バンドパスフィルタ、１７Ａ，１７Ｂ，５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄ　アイソレータ、２１　光共振器、２１Ａ，２１Ｂ　反射鏡、２２　光位相変調器、５３　シンセサイザ回路、５４　スイッチ回路、１２１　ロックインアンプ、１２２　発振器、１２３Ａ，１２３Ｂ，１２３Ｃ，１２３Ｄ　制御信号発生部、
１２４　加算器

Claims (7)

  1. 　入射光の光変調を行う光変調器を光共振器内に備える光コム発生器の制御装置であって、
    　上記光共振器から透過光又は反射光として出射される光コムのキャリア周波数成分を減衰させる光フィルタと、
    　上記光コムから上記光フィルタを介して抽出された光周波数成分を受光して光強度を検出する光検出器と、
    　上記光検出器の検出信号が供給される共振制御部とを備え、
    　上記光フィルタによりキャリア周波数成分が減衰された上記光コムの光強度を上記光検出器により検出して、上記光共振器の光共振長又は上記入射光の光源周波数を上記光共振制御部により帰還制御することを特徴とする光コム発生器制御装置。
  2. 　上記光検出器の検出信号の信号レベルのボトム位置を弁別するボトム位置弁別器を備え、
    　上記共振制御部は、上記ボトム位置弁別器による弁別出力に基づいて、上記光検出器の検出信号の信号レベルのボトム位置を基準にした安定点とする帰還制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光コム発生器制御装置。
  3. 　変調周波数の異なる複数の変調信号が切り替えられて上記光変調器に供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光コム発生器制御装置。
  4. 　上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数成分を減衰させるノッチフィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光コム発生器制御装置。
  5. 　上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数近傍に遮断周波数を有するハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光コム発生器制御装置。
  6. 　上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数成分近傍に遮断周波数を有するローパスフィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光コム発生器制御装置。
  7. 　上記光フィルタは、上記光コムのキャリア周波数成分近傍に一方の遮断周波数を有するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光コム発生器制御装置。
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