WO2026018554A1 - 光コム制御装置及び光コム制御方法 - Google Patents

光コム制御装置及び光コム制御方法

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WO2026018554A1
WO2026018554A1 PCT/JP2025/018453 JP2025018453W WO2026018554A1 WO 2026018554 A1 WO2026018554 A1 WO 2026018554A1 JP 2025018453 W JP2025018453 W JP 2025018453W WO 2026018554 A1 WO2026018554 A1 WO 2026018554A1
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WO
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frequency
optical comb
optical
control unit
beat
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Application number
PCT/JP2025/018453
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English (en)
French (fr)
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永斉 高橋
将来 山田
成章 今岡
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 

Definitions

  • This disclosure relates to an optical comb control device and an optical comb control method.
  • An optical comb (optical frequency comb) is known, which is an ultrashort pulse laser having multiple frequency modes (longitudinal modes) arranged at equal intervals like a comb on the frequency axis.
  • An optical comb is expressed by two parameters: a repetition frequency f rep and an offset frequency f CEO .
  • Optical combs are used, for example, to evaluate the absolute frequency and stability of optical atomic clocks (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 the following process is performed to obtain an optical comb for evaluating optical atomic clocks (i.e., an optical comb whose frequencies (f rep and f CEO ) are stabilized to a reference optical atomic clock of the same type as the optical atomic clock to be evaluated).
  • an optical comb for evaluating optical atomic clocks i.e., an optical comb whose frequencies (f rep and f CEO ) are stabilized to a reference optical atomic clock of the same type as the optical atomic clock to be evaluated.
  • two parameters of the optical comb f rep , f CEO
  • control is performed to stabilize the offset frequency f CEO to a constant value based on the measurement results.
  • the repetition frequency f rep is controlled so that the beat frequency f beat between the reference light output from the reference optical atomic clock and the optical comb is constant. In this way, the repetition frequency f rep of the optical comb is controlled to the stability of the reference light, and an optical comb that can be used to evaluate optical atomic clock
  • the conventional method described above provides an optical comb capable of outputting microwaves controlled by the stability of the reference light.
  • the method involves stabilizing the offset frequency f CEO of the optical comb to a constant value in advance based on the measurement results of the offset frequency f CEO of the optical comb.
  • Measuring the offset frequency f CEO of the optical comb generally requires the construction of a 1f-2f interferometer with a complex optical configuration.
  • constructing a 1f-2f interferometer requires rare components such as highly nonlinear fiber and wavelength conversion crystals. Highly nonlinear fiber, in particular, is a custom-made product manufactured only by certain fiber manufacturers and is therefore not easily available.
  • the present disclosure therefore aims to provide an optical comb control device and optical comb control method that can obtain an optical comb that outputs microwaves controlled by the stability of the reference light using a simple and inexpensive configuration.
  • This disclosure includes the following optical comb control devices [1] to [7] and optical comb control method [8].
  • an optical comb generator that generates an optical comb having a plurality of frequency modes arranged in a comb shape on a frequency axis; an optical multiplexing unit that multiplexes the optical comb with reference light having a predetermined reference wavelength; an optical detection unit that detects the beat frequency between the optical comb and the reference light and the repetition frequency of the optical comb by detecting the light multiplexed by the optical multiplexer; a first control unit that receives the beat frequency detected by the light detection unit and controls the repetition frequency so that the beat frequency is stabilized at a constant value; a second control unit that receives the repetition frequency detected by the optical detection unit and controls an offset frequency of the optical comb so that the repetition frequency is stabilized at a constant value;
  • An optical comb control device comprising:
  • the optical comb control device [1] above includes a first control unit that controls the repetition frequency so that the beat frequency is stabilized to a constant value, and a second control unit that controls the offset frequency so that the repetition frequency is stabilized to a constant value.
  • a frequency repetition frequency and offset frequency
  • this control it is not necessary to stabilize the offset frequency to a constant value in advance, and therefore there is no need to construct a 1f-2f interferometer to measure the offset frequency. Therefore, with the optical comb control device described above, it is possible to obtain an optical comb that outputs microwaves controlled to the stability of the reference light with a simple and inexpensive configuration.
  • the first control unit stabilizes the beat frequency to a constant value, and then the second control unit controls the offset frequency so that the repetition frequency remains constant, thereby enabling smoother stabilization of the optical comb parameters (repetition frequency and offset frequency). More specifically, by first stabilizing the beat frequency using the first control unit, the main cause of fluctuations in the repetition frequency can be limited to the offset frequency. By executing control using the second control unit in this state, the repetition frequency can be stabilized to a constant value, and as a result, the offset frequency can also be stabilized to a constant value. As a result, an optical comb with stabilized repetition frequency and offset frequency based on the reference light can be efficiently obtained.
  • the configuration [3] above makes it possible to execute the control of the first and second control units described above for reference light of various reference wavelengths.
  • the wavelength of the optical comb can be changed in the wavelength conversion unit to shift the wavelength range of the optical comb, thereby causing interference between the optical comb and the reference light and enabling the appropriate generation of a beat frequency.
  • the optical comb generator includes a pump laser that outputs pump light, and a laser resonator that receives the pump light from the pump laser and generates the optical comb;
  • the optical comb control device according to any one of [1] to [3], wherein the first control unit controls the repetition frequency by controlling a resonator length of the laser resonator.
  • control of the first control unit (control of the repetition frequency) can be easily performed by adjusting the resonator length of the laser resonator included in the optical comb generator.
  • the optical comb generator includes a pump laser that outputs pump light, and a laser resonator that receives the pump light from the pump laser and generates the optical comb;
  • the optical comb control device according to any one of [1] to [5], wherein the second control unit controls the offset frequency by controlling the excitation light intensity of the excitation laser.
  • the control of the second control unit (offset frequency control) can be easily performed by adjusting the excitation light intensity of the excitation laser included in the optical comb generator.
  • the configuration [7] above allows for easy and reliable control of the second control unit (offset frequency control) through feedback control based on the repetition frequency and the second reference wave signal.
  • An optical comb control method comprising:
  • the optical comb control method [8] above includes a fourth step of controlling the repetition frequency so that the beat frequency is stabilized at a constant value, and a fifth step of controlling the offset frequency so that the repetition frequency is stabilized at a constant value.
  • This disclosure makes it possible to provide an optical comb control device and optical comb control method that can obtain an optical comb that outputs microwaves controlled by the stability of the reference light using a simple and inexpensive configuration.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the system configuration of an optical comb control device.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the optical comb.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of the relationship between the frequency f opt of the reference light, the n-th mode frequency f n of the optical comb closest to the frequency f opt , and the beat frequency f beat .
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation of the optical comb control device (optical comb control method).
  • the optical comb control device 100 includes an optical comb generator 1, an optical atomic clock 2, a wavelength converter 3, an optical multiplexer 4, a photodetector 5, a first controller 6, a second controller 7, a laser power supply 8, and a third controller 9.
  • the optical comb control device 100 is configured to obtain an optical comb capable of outputting a microwave (repetition frequency f rep ) controlled to the stability (frequency stability) of the reference light L2 output from the optical atomic clock 2.
  • a microwave repetition frequency f rep
  • Such an optical comb can be used to evaluate the optical atomic clock (evaluate its stability).
  • An optical comb is a frequency-controlled ultrashort pulse laser (mode-locked laser).
  • an optical comb when viewed on the time axis (time domain), an optical comb is represented as an ultrashort pulse train (upper part of Figure 2).
  • an optical spectrum By performing a Fourier transform on the ultrashort pulse train that makes up the optical comb, an optical spectrum (lower part of Figure 2) with equally spaced frequency modes (longitudinal modes) is obtained.
  • an optical comb when viewed on the frequency axis (frequency domain), an optical comb is represented as a comb-shaped optical spectrum.
  • the optical comb has multiple frequency modes specified by a repetition frequency f rep and an offset frequency f CEO . More specifically, the m-th mode frequency f m of the optical comb is expressed by the following equation (1):
  • the optical comb generator 1 generates an optical comb L1 having multiple frequency modes arranged in a comb-like pattern on the frequency axis.
  • the optical comb generator 1 for example, includes an excitation laser 11 that outputs excitation light, and a laser resonator 12 that receives the excitation light from the excitation laser 11 and generates an optical comb.
  • the excitation laser 11 is, for example, a semiconductor laser with a wavelength of 980 nm.
  • the excitation laser 11 receives a drive current from the laser power supply 8 and outputs excitation light.
  • the intensity of the excitation light from the excitation laser 11 depends on the magnitude of the drive current supplied from the laser power supply 8. In other words, the intensity of the excitation light from the excitation laser 11 can be controlled by adjusting the magnitude of the drive current from the laser power supply 8.
  • the laser resonator 12 may be configured, for example, by an fs laser resonator that outputs femtosecond pulses.
  • the laser resonator 12 may be configured, for example, by a mode-locked fiber laser.
  • Gain media for mode-locked fiber lasers include, for example, erbium (Er) with a center wavelength of 1550 nm, ytterbium (Yb) with a center wavelength of 1030 nm, thulium (Tm) with a center wavelength of 1900 nm, and niodymium (Nd) with a center wavelength of 1030 nm.
  • the laser resonator 12 is not limited to the above-described mode-locked fiber laser.
  • the laser resonator 12 may be a titanium sapphire solid-state laser (Ti:S) with a center wavelength of 800 nm. The laser resonator 12 oscillates when it receives excitation light from the excitation laser 11.
  • the laser resonator 12 includes a resonator length adjustment unit 13 for changing its resonator length.
  • the resonator length adjustment unit 13 can be configured, for example, by a voltage-driven piezoelectric element, an electro-optical modulator (EOM), etc.
  • EOM electro-optical modulator
  • the resonator length adjustment unit 13 is configured by an EOM that can be controlled at higher speeds.
  • the resonator length adjustment unit 13 is configured to change the resonator length of the laser resonator 12 based on an electrical signal (control signal) output from the signal control unit 63 of the first control unit 6, which will be described later.
  • the optical atomic clock 2 outputs reference light L2 having a standard wavelength.
  • the optical atomic clock 2 is a laser that outputs reference light L2 with a wavelength of 780 nm stabilized in Rb gas.
  • Other examples of the optical atomic clock 2 include optical lattice clocks using strontium (Sr) and ytterbium (Yb), and ion trap optical clocks using mercury ions.
  • the wavelength conversion unit 3 is disposed between the optical comb generator 1 and the optical multiplexer 4, and changes the wavelength of the optical comb L1 output from the optical comb generator 1 (i.e., the fs pulse output from the laser resonator 12).
  • the wavelength conversion unit 3 is composed of, for example, a BBO crystal or a periodically poled crystalline (PPLN) crystal.
  • the wavelength conversion unit 3 is composed of a PPLN crystal, which has relatively high wavelength conversion efficiency.
  • the wavelength conversion unit 3 shifts the wavelength range of the optical comb L1 so that it includes the reference wavelength of the reference light L2 (780 nm in this embodiment). Note that if the original wavelength range of the optical comb L1 output from the optical comb generator 1 includes the reference wavelength of the reference light L2, the wavelength conversion unit 3 may be omitted.
  • the optical combiner 4 combines the optical comb L1 and the reference light L2.
  • the optical combiner 4 is composed of, for example, a beam splitter, a fiber coupler, etc.
  • the optical comb L1 is optically mixed with the reference light L2 output from the optical atomic clock 2 via the optical combiner 4.
  • the optical detection unit 5 detects the light (optical mixing output) multiplexed by the optical multiplexing unit 4.
  • the optical detection unit 5 is configured with, for example, a photodetector.
  • the optical detection unit 5 detects the beat frequency f beat between the optical comb L1 and the reference light L2 and the repetition frequency f rep of the optical comb L1 by detecting the optical mixing output from the optical multiplexing unit 4.
  • the beat frequency f beat detected by the optical detection unit 5 is output to the first control unit 6 for feedback control of the repetition frequency f rep .
  • the repetition frequency f rep detected by the optical detection unit 5 is extracted and used externally, and is also output to the second control unit 7 for feedback control of the offset frequency f CEO .
  • the beat frequency f beat is the frequency of a beat generated by interference between two waves (the optical comb L1 and the reference light L2) with slightly different frequencies.
  • Figure 3 shows an example of a state in which the nth mode frequency f n of the optical comb L1 (in this embodiment, the optical comb L1 after wavelength conversion by the wavelength conversion unit 3) is stabilized at the reference frequency f opt corresponding to the reference wavelength of the reference light L2. That is, in the example of Figure 3, the nth mode frequency f n of the multiple mode frequencies of the optical comb L1 is closest to the reference frequency f opt of the reference light L2.
  • the relationship between the reference frequency f opt and the beat frequency f beat is expressed by the following equation (2):
  • the sign of f beat in the following formula (2) is negative, but if the reference frequency f opt is slightly larger than the mode frequency f n , the sign of f beat in the following formula (2) is positive.
  • control is performed so that the relationship shown in FIG. 3 and formula (2) holds between the reference frequency f opt and the beat frequency f beat .
  • the first control unit 6 receives the beat frequency f beat detected by the optical detection unit 5 and controls the repetition frequency f rep of the optical comb L1 so that the beat frequency f beat (i.e., the detected value of the beat frequency f beat by the optical detection unit 5) is stabilized to a constant value.
  • the first control unit 6 controls the repetition frequency f rep by controlling the cavity length of the laser cavity 12.
  • the first control unit 6 feedback-controls the cavity length of the laser cavity 12 so that a difference signal value VD1 corresponding to the frequency difference between the beat frequency f beat detected by the light detection unit 5 and a first reference wave signal S f1 having a predetermined reference frequency f1 becomes 0.
  • the first control unit 6 includes a reference oscillator 61, a frequency comparison unit 62, and a signal control unit 63 as elements for performing the feedback control.
  • the reference oscillator 61 outputs the above-described first reference wave signal Sf1 (reference microwave signal).
  • the reference oscillator 61 is configured to output the first reference wave signal Sf1 from an arbitrary waveform generator (for example, a function generator) using a frequency reference oscillator (for example, a hydrogen maser, a Rb microwave oscillator, etc.).
  • the beat frequency f beat fluctuates around 10 MHz before stabilization.
  • the reference frequency f1 of the first reference wave signal Sf1 is set to, for example, 10 MHz.
  • the frequency comparison unit 62 receives the beat signal (beat frequency f beat ) detected by the photodetection unit 5 and the first reference wave signal S f1 output from the reference oscillator 61, and outputs a difference signal corresponding to the frequency difference (f beat ⁇ f1) between the beat signal and the first reference wave signal S f1 .
  • the frequency comparison unit 62 is configured, for example, by a double balanced mixer or the like.
  • the signal control unit 63 outputs a control signal for controlling the cavity length of the laser resonator 12 so that the value of the difference signal (difference signal value VD1) output from the frequency comparison unit 62 becomes zero.
  • the signal control unit 63 is configured, for example, by a PID controller.
  • the signal control unit 63 outputs a control signal to the cavity length adjustment unit 13.
  • the cavity length adjustment unit 13 executes a process for changing the cavity length of the laser resonator 12 based on the control signal.
  • the repetition frequency f rep of the optical comb L1 changes accordingly. Therefore, by performing the feedback control of the first control unit 6 as described above for a certain period of time, it is possible to stabilize the beat frequency f beat at the reference frequency f1 (i.e., to keep the difference between the beat frequency f beat and the reference frequency f1 within a certain range from 0).
  • the second control unit 7 receives the repetition frequency f rep detected by the optical detection unit 5 and controls the offset frequency f CEO of the optical comb L1 so that the repetition frequency f rep (i.e., the value of the repetition frequency f rep detected by the optical detection unit 5) is stabilized to a constant value.
  • the second control unit 7 controls the offset frequency fCEO by controlling the excitation light intensity of the excitation laser 11.
  • the second control unit 7 feedback-controls the excitation light intensity of the excitation laser 11 so that a difference signal value VD2 corresponding to the frequency difference between the repetition frequency frep detected by the light detection unit 5 and a second reference wave signal Sf2 having a predetermined reference frequency f2 becomes 0.
  • the second control unit 7 is configured to include a reference oscillator 71, a frequency comparison unit 72, and a signal control unit 73 as elements for performing the above feedback control.
  • the reference oscillator 71 outputs the above-mentioned second reference wave signal Sf2 (reference microwave signal).
  • the reference oscillator 71 is configured to output the second reference wave signal Sf2 from an arbitrary waveform generator (for example, a function generator) using a frequency reference oscillator (for example, a hydrogen maser, a Rb microwave oscillator, etc.).
  • the repetition frequency frep fluctuates around 50 MHz before stabilization.
  • the reference frequency f2 of the second reference wave signal Sf2 is set to, for example, 50 MHz.
  • the frequency comparison unit 72 receives the repetition frequency frep detected by the optical detection unit 5 and the second reference wave signal Sf2 output from the reference oscillator 71, and outputs a difference signal corresponding to the frequency difference ( frep - f2) between the repetition frequency frep and the second reference wave signal Sf2 .
  • the frequency comparison unit 72 is configured, for example, by a double balanced mixer or the like.
  • the signal control unit 73 outputs a control signal to control the excitation light intensity of the excitation laser 11 so that the value of the difference signal output from the frequency comparison unit 72 (difference signal value VD2) becomes 0.
  • the signal control unit 73 is configured, for example, by a PID controller.
  • the signal control unit 73 outputs a control signal to the laser power supply 8, which supplies a drive current to the excitation laser 11.
  • the magnitude of the drive current supplied from the laser power supply 8 to the excitation laser 11 changes based on the control signal, and the excitation light intensity of the excitation laser 11 changes.
  • the offset frequency f CEO of the optical comb L1 changes accordingly. Therefore, by performing the feedback control of the second control unit 7 as described above for a certain period of time, the repetition frequency f rep can be stabilized at the reference frequency f2 (i.e., the difference between the repetition frequency f rep and the reference frequency f2 can be kept within a certain range from 0).
  • the third control unit 9 controls the first control unit 6 and the second control unit 7. Specifically, the third control unit 9 controls the first control unit 6 and the second control unit 7 so that the second control unit 7 executes control of the offset frequency f CEO (feedback control for stabilizing the repetition frequency f rep ) after the first control unit 6 completes control of the repetition frequency f rep (feedback control for stabilizing the beat frequency f beat).
  • the third control unit 9 may, for example, monitor the difference signal value VD1 detected in the first control unit 6 (signal control unit 63) and determine that the feedback control of the first control unit 6 is completed when the difference signal value VD1 falls within a certain range (within a predetermined error) from 0 for a predetermined period or longer.
  • the third control unit 9 may control the operation of the second control unit 7 (signal control unit 73) so that the feedback control of the second control unit 7 is executed (started).
  • the third control unit 9 may be configured, for example, by a computer device electrically connected to the first control unit 6 (signal control unit 63) and the second control unit 7 (signal control unit 73).
  • the control by the third control unit 9 described above (i.e., the control of the execution order of the feedback control by the first control unit 6 and the second control unit 7) makes it possible to efficiently obtain an optical comb output (optical comb L1) with a stabilized repetition frequency f rep and offset frequency f CEO . The reason for this is explained below.
  • the reference frequency f opt is a constant value. Therefore, as shown in the above formula (3), the beat frequency f beat depends on both the repetition frequency f rep and the offset frequency f CEO . However, since the repetition frequency f rep is multiplied by the coefficient n, the repetition frequency f rep has a greater influence as a factor determining the magnitude of the beat frequency f beat than the offset frequency f CEO . Therefore, by executing the feedback control by the first control unit 6 described above, the beat frequency f beat can be stabilized so that the fluctuation of the beat frequency f beat is within the fluctuation of the offset frequency f CEO .
  • the repetition frequency f rep can be considered as a parameter with the offset frequency f CEO and the beat frequency f beat as variables.
  • the beat frequency f beat is stabilized to be within the fluctuation of the offset frequency f CEO . Therefore, after the first control unit 6 executes the feedback control, the fluctuation of the repetition frequency f rep substantially depends only on the fluctuation of the offset frequency f CEO .
  • stabilizing the repetition frequency f rep to a constant value after the first control unit 6 executes the feedback control is substantially equivalent to stabilizing the offset frequency f CEO to a constant value. Therefore, by executing the feedback control of the second control unit 7 after the first control unit 6 executes the feedback control to stabilize the repetition frequency f rep , the repetition frequency f rep and the offset frequency f CEO can be simultaneously stabilized.
  • optical comb control device 100 optical comb control method
  • step S1 the optical comb generator 1 generates an optical comb L1 having multiple frequency modes arranged in a comb-like pattern on the frequency axis.
  • step S2 the optical multiplexer 4 multiplexes the optical comb L1 (in this embodiment, the optical comb output after its wavelength has been converted by the wavelength converter 3) with the reference light L2 output from the optical atomic clock 2.
  • step S3 the optical detection unit 5 detects the light combined in step S2, thereby detecting the beat frequency f beat between the optical comb L1 and the reference light L2 and the repetition frequency f rep of the optical comb L1.
  • steps S1 to S3 described above is continuously executed until the processing of the flowchart in Figure 4 is completed. Furthermore, while the processing of steps S1 to S3 is continuously executed, the first feedback control (step S4) and second feedback control (step S5) described below are executed in this order.
  • step S4 (fourth step), the first control unit 6 controls the repetition frequency f rep so that the beat frequency f beat detected in step S3 is stabilized to a constant value.
  • step S4 includes the following steps S41 to S43.
  • step S41 the frequency comparison unit 62 outputs a difference signal corresponding to the frequency difference (f beat -f1 ) between the beat signal (beat frequency f beat ) detected by the photodetection unit 5 and the first reference wave signal S f1 output from the reference oscillator 61.
  • step S42 the signal control unit 63 feedback-controls the cavity length of the laser cavity 12 so that the value of the difference signal (difference signal value VD1) output from the frequency comparison unit 62 becomes 0.
  • the signal control unit 63 outputs a control signal for the above control to the cavity length adjustment unit 13, thereby changing the cavity length of the laser cavity 12 and changing the repetition frequency f beat of the optical comb L1 so that the difference signal value VD1 approaches 0.
  • steps S41 and S42 described above are repeatedly executed until a predetermined condition is satisfied.
  • the processes of steps S41 and S42 are repeated until it is determined that the beat frequency f beat has stabilized based on a predetermined criterion (step S43).
  • the above determination is executed by the third control unit 9.
  • the third control unit 9 determines that the beat frequency f beat has stabilized (in other words, the feedback control of the first control unit 6 has been completed) when the difference signal value VD1 detected by the first control unit 6 (signal control unit 63) remains within a certain range (within a predetermined error) from 0 for a predetermined period or more.
  • step S5 the second control unit 7 controls the offset frequency f CEO so that the repetition frequency f rep detected in step S3 is stabilized to a constant value.
  • step S5 includes the following steps S51 to S53.
  • step S51 the frequency comparison unit 72 outputs a difference signal corresponding to the frequency difference (f rep ⁇ f2) between the repetition frequency f rep detected by the photodetection unit 5 and the second reference wave signal S f2 output from the reference oscillator 71.
  • step S52 the signal control unit 73 feedback-controls the excitation light intensity of the excitation laser 11 so that the value of the difference signal (difference signal value VD2) output from the frequency comparison unit 72 becomes 0.
  • the signal control unit 73 outputs a control signal for the above control to the laser power supply 8, thereby changing the excitation light intensity of the excitation laser 11 and changing the offset frequency f CEO of the optical comb L1 so that the difference signal value VD2 approaches 0.
  • steps S51 and S52 described above are repeatedly executed until a predetermined condition is satisfied.
  • the processes of steps S51 and S52 are repeated until it is determined that the repetition frequency f rep has stabilized based on a predetermined criterion (step S53).
  • the above determination is executed by the third control unit 9.
  • the third control unit 9 determines that the repetition frequency f rep has stabilized (in other words, the feedback control of the second control unit 7 has been completed) when the difference signal value VD2 detected by the second control unit 7 (signal control unit 73) remains within a certain range (within a predetermined error) from 0 for a predetermined period or more.
  • the first and second feedback controls are performed to obtain an optical comb output (optical comb L1) having a repetition frequency f rep and an offset frequency f CEO controlled according to the stability of the reference light L2 output from the optical atomic clock 2.
  • an optical comb that outputs a stabilized microwave (repetition frequency f rep ) based on the optical atomic clock 2 is obtained.
  • the reference frequency f1 used by the first control unit 6 is set to 10 MHz
  • the reference frequency f2 used by the second control unit 7 is set to 50 MHz.
  • the beat frequency f beat is stabilized to 10 MHz and the repetition frequency f rep is stabilized to 50 MHz, resulting in the offset frequency f CEO also being stabilized to a constant value (17.299 MHz).
  • the optical comb control device 100 described above includes a first control unit 6 that controls the repetition frequency f rep so that the beat frequency f beat is stabilized to a constant value, and a second control unit that controls the offset frequency f CEO so that the repetition frequency f rep is stabilized to a constant value.
  • the optical comb control device 100 can obtain an optical comb L1 that outputs a microwave (repetition frequency f rep ) controlled to the stability of the reference light L2 with a simple and inexpensive configuration.
  • the optical comb control method also includes the above-described steps S1 to S5.
  • the optical comb control method includes step S4 (fourth step) of controlling the repetition frequency f rep so that the beat frequency f beat is stabilized at a constant value, and step S5 (fifth step) of controlling the offset frequency f CEO so that the repetition frequency f rep is stabilized at a constant value.
  • a common method for obtaining an optical comb output with such stabilized frequencies is to measure (actually measure) the value of the offset frequency f CEO .
  • the offset frequency f CEO is measured along with the repetition frequency f rep , and the measurement results are used to perform control to stabilize the offset frequency f CEO and the repetition frequency f rep at constant values.
  • the offset frequency f CEO is stabilized to a constant value based on the measurement results, and then the repetition frequency f rep is stabilized to a constant value based on the measurement results.
  • the optical comb control device 100 of this embodiment performs feedback control (feedback control of the second control unit 7) to stabilize the repetition frequency f rep without measuring the value of the offset frequency f CEO , thereby stabilizing both the repetition frequency f rep and the offset frequency f CEO .
  • This makes it possible to obtain an optical comb L1 controlled to the stability of the reference light L2 (i.e., an optical comb capable of evaluating the stability of an optical atomic clock of the same type as the optical atomic clock 2) without using a complex and expensive optical system such as a 1f-2f interferometer.
  • the optical comb control device 100 is configured so that the second control unit 7 controls the offset frequency f CEO after the first control unit 6 completes control of the repetition frequency f rep .
  • the third control unit 9 controls the execution order as described above.
  • the first control unit 6 stabilizes the beat frequency f beat to a constant value, and then the second control unit 7 controls the offset frequency so that the repetition frequency f rep is constant. This allows for smooth stabilization of the optical comb parameters (the repetition frequency f rep and the offset frequency f CEO ).
  • the main fluctuation factor (the factor causing fluctuations) of the repetition frequency f rep can be limited to the offset frequency f CEO .
  • the repetition frequency f rep can be stabilized to a constant value, and as a result, the offset frequency f CEO can be stabilized to a constant value.
  • the optical comb L1 with a stabilized repetition frequency f rep and offset frequency f CEO based on the reference light L2 can be efficiently obtained.
  • the optical comb control device 100 includes a wavelength converter 3 disposed between the optical comb generator 1 and the optical multiplexer 4, which converts the wavelength of the optical comb L1.
  • This configuration allows the first and second controllers 6 and 7 to control the reference light L2 at various reference wavelengths. That is, when the wavelength range of the optical comb L1 output from the optical comb generator 1 does not include the reference wavelength of the reference light L2 (780 nm in this embodiment), the wavelength converter 3 changes the wavelength of the optical comb L1 to shift the wavelength range of the optical comb L1. This allows the optical comb L1 and the reference light L2 to interfere with each other, thereby appropriately generating the beat frequency f beat . As a result, the first and second controllers 6 and 7 can appropriately control the reference light L2.
  • the first control unit 6 controls the repetition frequency f rep by controlling the resonator length of the laser resonator 12. According to the above configuration, the control of the first control unit 6 (control of the repetition frequency f rep ) can be easily performed by adjusting the resonator length of the laser resonator 12 included in the optical comb generator 1.
  • the first control unit 6 feedback-controls the cavity length of the laser cavity 12 so that a difference signal value VD1 corresponding to the frequency difference between the beat frequency f beat detected by the light detection unit 5 and the first reference wave signal S f1 having a predetermined reference frequency f becomes 0.
  • the control of the first control unit 6 (control of the repetition frequency f rep ) can be easily and reliably executed by feedback control based on the beat frequency f beat and the first reference wave signal S f1 .
  • the second control unit 7 controls the offset frequency f CEO by controlling the excitation light intensity of the excitation laser 11. According to the above configuration, the control of the second control unit 7 (control of the offset frequency f CEO ) can be easily executed by adjusting the excitation light intensity of the excitation laser 11 included in the optical comb generator 1.
  • the second control unit 7 feedback-controls the excitation light intensity of the excitation laser 11 so that a difference signal value VD2 corresponding to the frequency difference between the repetition frequency f rep detected by the light detection unit 5 and a second reference wave signal S f2 having a predetermined reference frequency f becomes 0.
  • the control of the second control unit 7 (control of the offset frequency f CEO ) can be easily and reliably executed by feedback control based on the repetition frequency f rep and the second reference wave signal S f2 .
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment.
  • the materials and shapes of each component are not limited to the specific materials and shapes described above, and various materials and shapes other than those described above can be used.
  • some of the components included in the above embodiment may be omitted or modified as appropriate, and can be combined with other additional components as desired.
  • the feedback control of the first control unit 6 is performed followed by the feedback control of the second control unit 7, but the order of control is not limited to this example. For example, there may be a period during which the feedback control of the first control unit 6 and the feedback control of the second control unit 7 are performed simultaneously in parallel.
  • a third control unit 9 separate from the first control unit 6 and the second control unit 7 was provided as a configuration for controlling the order of control as described above, but the third control unit 9 may be omitted.
  • the first control unit 6 e.g., a computer device that performs overall control of the first control unit 6
  • the second control unit 7 e.g., a computer device that performs overall control of the second control unit 7
  • the first control unit 6 may output a control signal to the second control unit 7 instructing the start of the second feedback control (step S5 in FIG. 4) after the first feedback control (step S4 in FIG. 4) is completed (i.e., if the determination in step S43 in FIG. 4 is "YES").
  • the second control unit 7 may start the second feedback control in response to receiving the control signal from the first control unit 6.
  • the optical comb generator 1 is configured by combining the excitation laser 11 and the laser resonator 12, but the optical comb generator 1 may also have a configuration other than the above as a mechanism for generating the optical comb L1. In that case, the control content by the first control unit 6 (signal control unit 63) and the second control unit 7 (signal control unit 73) may be changed depending on the mechanism provided by the optical comb generator 1.
  • 1...optical comb generator 3...wavelength converter, 4...optical multiplexer, 5...optical detector, 6...first controller, 7...second controller, 9...third controller, 11...excitation laser, 12...laser resonator, 100...optical comb control device, f beat ...beat frequency, f CEO ...offset frequency, f rep ...repetition frequency, L1...optical comb, L2...reference light, VD1, VD2...difference signal values.

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Abstract

光コム制御装置（１００）は、光コムを発生させる光コム発生部（１）と、光コムと所定の基準波長を有する参照光とを合波する光合波部（４）と、光合波部（４）で合波された光を検出することにより、光コムと参照光との間のビート周波数と、光コムの繰り返し周波数と、を検出する光検出部（５）と、光検出部（５）により検出されたビート周波数を入力し、ビート周波数が一定の値に安定化されるように繰り返し周波数を制御する第１制御部（６）と、光検出部（５）により検出された繰り返し周波数を入力し、繰り返し周波数が一定の値に安定化されるように光コムのオフセット周波数を制御する第２制御部（７）と、を備える。

Description

光コム制御装置及び光コム制御方法
　本開示は、光コム制御装置及び光コム制御方法に関する。
　周波数軸上で櫛状に等間隔に並んだ複数の周波数モード（縦モード）を有する超短パルスレーザである光コム（光周波数コム）が知られている。光コムは、繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯの２つのパラメータによって表される。具体的には、光コムに含まれるｎ番目のモード周波数ｆｎは、「ｆｎ＝ｎ×ｆｒｅｐ＋ｆＣＥＯ」と表される。光コムは、例えば、光原子時計の絶対周波数及び安定度を評価する用途等に用いられる（例えば、非特許文献１参照）。
　非特許文献１に開示されている手法では、光原子時計の評価用の光コム（すなわち、評価対象の光原子時計と同種の基準となる光原子時計に周波数（ｆｒｅｐ及びｆＣＥＯ）が安定化された光コム）を得るために、以下のような処理が実行される。まず、光コムの２つのパラメータ（ｆｒｅｐ、ｆＣＥＯ）が計測され、その計測結果に基づいてオフセット周波数ｆＣＥＯを一定の値に安定化させるための制御が実行される。続いて、基準となる光原子時計から出力された参照光と光コムとの間のビート周波数ｆｂｅａｔが一定となるように繰り返し周波数ｆｒｅｐが制御される。これにより、光コムの繰り返し周波数ｆｒｅｐが参照光の安定度に制御され、同種の光原子時計を評価可能な光コムが得られる。
Yoshiaki Nakajima, Hajime Inaba, Kazumoto Hosaka, Kaoru Minoshima, Atsushi Onae, Masami Yasuda, Takuya Kohno, Sakae Kawato, Takao Kobayashi, Toshio Katsuyama, and Feng-Lei Hong, "A multi-branch, fiber-based frequency comb with millihertz-level relative linewidths using an intra-cavity electro-optic modulator", Optics Express Vol. 18, Issue 2, pp. 1667-1676 (2010).
　上述したような従来の手法によれば、参照光の安定度に制御されたマイクロ波を出力可能な光コムが得られる。しかし、上記手法は、光コムのオフセット周波数ｆＣＥＯの計測結果に基づいて事前にオフセット周波数ｆＣＥＯを一定の値に安定化させる処理を含んでいる。光コムのオフセット周波数ｆＣＥＯを計測するためには、一般に、光学的に複雑な構成を含んだ１ｆ－２ｆ干渉計を構築する必要がある。また、１ｆ－２ｆ干渉計を構築するためには、高非線形ファイバや波長変換用の結晶等の希少な部材が必要となる。特に、高非線形ファイバは、一部のファイバメーカーのみによって製造される特注品であるため、容易に入手することができない。
　そこで、本開示は、参照光の安定度に制御されたマイクロ波を出力する光コムを簡素且つ安価な構成によって得ることができる光コム制御装置及び光コム制御方法を提供することを目的とする。
　本開示は、以下の［１］～［７］の光コム制御装置及び［８］の光コム制御方法を含んでいる。
［１］周波数軸上で櫛状に並ぶ複数の周波数モードを有する光コムを発生させる光コム発生部と、
　前記光コムと所定の基準波長を有する参照光とを合波する光合波部と、
　前記光合波部で合波された光を検出することにより、前記光コムと前記参照光との間のビート周波数と、前記光コムの繰り返し周波数と、を検出する光検出部と、
　前記光検出部により検出された前記ビート周波数を入力し、前記ビート周波数が一定の値に安定化されるように前記繰り返し周波数を制御する第１制御部と、
　前記光検出部により検出された前記繰り返し周波数を入力し、前記繰り返し周波数が一定の値に安定化されるように前記光コムのオフセット周波数を制御する第２制御部と、
を備える光コム制御装置。
　上記［１］の光コム制御装置は、ビート周波数が一定の値に安定化されるように繰り返し周波数を制御する第１制御部を備えると共に、繰り返し周波数が一定の値に安定化されるようにオフセット周波数を制御する第２制御部を備えている。第１制御部による繰り返し周波数の制御を行うと共に第２制御部によるオフセット周波数の制御を行うことにより、参照光に基づいて一定の値に安定化された周波数（繰り返し周波数及びオフセット周波数）を得ることができる。また、上記制御によれば、オフセット周波数を事前に一定の値に安定化させる必要がないため、オフセット周波数を計測するための１ｆ－２ｆ干渉計を構築する必要がない。従って、上記光コム制御装置によれば、参照光の安定度に制御されたマイクロ波を出力する光コムを簡素且つ安価な構成によって得ることができる。
［２］前記第１制御部による前記繰り返し周波数の制御が完了した後に前記第２制御部による前記オフセット周波数の制御が実行される、［１］の光コム制御装置。
　上記［２］の構成によれば、第１制御部によってビート周波数を一定の値に安定化させた後に、第２制御部によって繰り返し周波数が一定となるようにオフセット周波数を制御することにより、よりスムーズに光コムのパラメータ（繰り返し周波数及びオフセット周波数）の安定化を図ることができる。より具体的には、まず第１制御部によってビート周波数を安定化させることで、繰り返し周波数の主な変動要因をオフセット周波数に限定することができる。この状態で第２制御部による制御を実行することにより、繰り返し周波数を一定の値に安定化させつつ、結果的にオフセット周波数を一定の値に安定化させることができる。その結果、参照光に基づいて繰り返し周波数及びオフセット周波数が安定化された光コムを効率良く得ることができる。
［３］前記光コム発生部と前記光合波部との間に配置され、前記光コムの波長を変える波長変換部を更に備える、［１］又は［２］の光コム制御装置。
　上記［３］の構成によれば、様々な基準波長の参照光に対して上述した第１制御部及び第２制御部の制御を実行することが可能となる。すなわち、光コム発生部から出力される光コムの波長範囲に参照光の基準波長が含まれていない場合に、波長変換部で光コムの波長を変えて光コムの波長範囲をシフトさせることにより、光コムと参照光とを干渉させてビート周波数を適切に発生させることが可能となる。
［４］前記光コム発生部は、励起光を出力する励起レーザと、前記励起レーザからの前記励起光を入力して前記光コムを発生させるレーザ共振器と、を有し、
　前記第１制御部は、前記レーザ共振器の共振器長を制御することにより、前記繰り返し周波数を制御する、［１］～［３］のいずれかの光コム制御装置。
　上記［４］の構成によれば、光コム発生部に含まれるレーザ共振器の共振器長を調整することにより、第１制御部の制御（繰り返し周波数の制御）を容易に実行することができる。
［５］前記第１制御部は、前記光検出部により検出された前記ビート周波数と所定の基準周波数を有する第１基準波信号との周波数差に応じた差信号値が０になるように前記レーザ共振器の共振器長をフィードバック制御する、［４］の光コム制御装置。
　上記［５］の構成によれば、ビート周波数と第１基準波信号とに基づくフィードバック制御によって、第１制御部の制御（繰り返し周波数の制御）を容易且つ確実に実行することができる。
［６］前記光コム発生部は、励起光を出力する励起レーザと、前記励起レーザからの前記励起光を入力して前記光コムを発生させるレーザ共振器と、を有し、
　前記第２制御部は、前記励起レーザの励起光強度を制御することにより、前記オフセット周波数を制御する、［１］～［５］のいずれかの光コム制御装置。
　上記［６］の構成によれば、光コム発生部に含まれる励起レーザの励起光強度を調整することにより、第２制御部の制御（オフセット周波数の制御）を容易に実行することができる。
［７］前記第２制御部は、前記光検出部により検出された前記繰り返し周波数と所定の基準周波数を有する第２基準波信号との周波数差に応じた差信号値が０になるように前記励起レーザの励起光強度をフィードバック制御する、［６］の光コム制御装置。
　上記［７］の構成によれば、繰り返し周波数と第２基準波信号とに基づくフィードバック制御によって、第２制御部の制御（オフセット周波数の制御）を容易且つ確実に実行することができる。
［８］周波数軸上で櫛状に並ぶ複数の周波数モードを有する光コムを発生させる第１ステップと、
　前記光コムと所定の基準波長を有する参照光とを合波する第２ステップと、
　前記第２ステップにおいて合波された光を検出することにより、前記光コムと前記参照光との間のビート周波数と、前記光コムの繰り返し周波数と、を検出する第３ステップと、
　前記第３ステップにおいて検出された前記ビート周波数を入力し、前記ビート周波数が一定の値に安定化されるように前記繰り返し周波数を制御する第４ステップと、
　前記第３ステップにおいて検出された前記繰り返し周波数を入力し、前記繰り返し周波数が一定の値に安定化されるように前記光コムのオフセット周波数を制御する第５ステップと、
を含む光コム制御方法。
　上記［８］の光コム制御方法は、ビート周波数が一定の値に安定化されるように繰り返し周波数を制御する第４ステップと共に、繰り返し周波数が一定の値に安定化されるようにオフセット周波数を制御する第５ステップを備えている。このような繰り返し周波数の制御を行うと共にオフセット周波数の制御を行うことにより、参照光に基づいて一定の値に安定化された周波数（繰り返し周波数及びオフセット周波数）を得ることができる。また、上記制御によれば、オフセット周波数を事前に一定の値に安定化させる必要がないため、オフセット周波数を計測するための１ｆ－２ｆ干渉計を構築する必要がない。従って、上記光コム制御方法によれば、参照光の安定度に制御されたマイクロ波を出力する光コムを簡素且つ安価な構成によって得ることができる。
　本開示によれば、参照光の安定度に制御されたマイクロ波を出力する光コムを簡素且つ安価な構成によって得ることができる光コム制御装置及び光コム制御方法を提供することが可能となる。
図１は、光コム制御装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 図２は、光コムを説明するための図である。 図３は、参照光の周波数ｆｏｐｔ、周波数ｆｏｐｔに最も近い光コムのｎ番目のモード周波数ｆｎ、及びビート周波数ｆｂｅａｔの関係の一例を模式的に示した図である。 図４は、光コム制御装置の動作（光コム制御方法）の一例を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１に示されるように、本実施形態に係る光コム制御装置１００は、光コム発生部１と、光原子時計２と、波長変換部３と、光合波部４と、光検出部５と、第１制御部６と、第２制御部７と、レーザ電源８と、第３制御部９と、を有する。光コム制御装置１００は、光原子時計２から出力される参照光Ｌ２の安定度（周波数安定度）に制御されたマイクロ波（繰り返し周波数ｆｒｅｐ）を出力可能な光コムを得るように構成されている。このような光コムは、光原子時計の評価（安定度の評価）のために用いることができる。
　光コムは、周波数が制御された超短パルスレーザ（モード同期レーザ）である。図２に示されるように、光コムは、時間軸（時間領域）で見た場合、超短パルス列（図２の上側部分）として表される。光コムを構成する超短パルス列をフーリエ変換することにより、等間隔に周波数モード（縦モード）が並んだ光スペクトル（図２の下側部分）が得られる。すなわち、光コムは、周波数軸（周波数領域）で見た場合、櫛状の光スペクトルとして表される。
　光コムは、繰り返し周波数ｆｒｅｐとオフセット周波数ｆＣＥＯとによって特定される複数の周波数モードを有する。より具体的には、光コムのｍ番目のモード周波数ｆｍは、下記式（１）により表される。
　ｆｍ＝ｍ×ｆｒｅｐ＋ｆＣＥＯ　…（１）
　光コム発生部１は、上述したように周波数軸上で櫛状に並ぶ複数の周波数モードを有する光コムＬ１を発生させる。光コム発生部１は、一例として、励起光を出力する励起レーザ１１と、励起レーザ１１からの励起光を入力して光コムを発生させるレーザ共振器１２と、を含んで構成される。
　励起レーザ１１は、例えば、波長９８０ｎｍの半導体レーザである。励起レーザ１１は、レーザ電源８からの駆動電流の供給を受けて、励起光を出力する。励起レーザ１１の励起光強度は、レーザ電源８から供給される駆動電流の大きさに依存する。すなわち、レーザ電源８からの駆動電流の大きさを調整することにより、励起レーザ１１の励起光強度を制御することができる。
　レーザ共振器１２は、例えば、フェムト秒パルスを出力するｆｓレーザ共振器によって構成され得る。レーザ共振器１２は、例えば、モード同期ファイバレーザによって構成され得る。モード同期ファイバレーザの利得媒体としては、例えば、中心波長が１５５０ｎｍのエルビウム（Ｅｒ）、中心波長が１０３０ｎｍのイットリビウム（Ｙｂ）、中心波長が１９００ｎｍのツリウム（Ｔｍ）、中心波長が１０３０ｎｍのニオジウム（Ｎｄ）等が用いられる。ただし、レーザ共振器１２は、上記のようなモード同期ファイバレーザに限られない。例えば、レーザ共振器１２は、中心波長が８００ｎｍのチタンサファイア固体レーザ（Ｔｉ：Ｓ）であってもよい。レーザ共振器１２は、励起レーザ１１からの励起光を受けることにより発振する。
　レーザ共振器１２は、その共振器長を変化させるための共振器長調整部１３を含んでいる。共振器長調整部１３は、例えば、電圧駆動のピエゾ素子、電気光学変調器（ＥＯＭ）等によって構成され得る。好ましくは、共振器長調整部１３は、より高速に制御可能なＥＯＭによって構成される。共振器長調整部１３は、後述する第１制御部６の信号制御部６３から出力される電気信号（制御信号）に基づいて、レーザ共振器１２の共振器長を変化させるように構成されている。
　光原子時計２は、基準波長を有する参照光Ｌ２を出力する。一例として、光原子時計２は、Ｒｂガスに安定化された波長が７８０ｎｍの参照光Ｌ２を出力するレーザである。光原子時計２の他の例としては、ストロンチウム（Ｓｒ）及びイットリビウム（Ｙｂ）等の光格子時計、水銀イオンを用いたイオントラップ光時計等が挙げられる。
　波長変換部３は、光コム発生部１と光合波部４との間に配置され、光コム発生部１から出力された光コムＬ１（すなわち、レーザ共振器１２から出力されたｆｓパルス出力）の波長を変える。波長変換部３は、例えば、ＢＢＯ結晶、周期分極反転（ＰＰＬＮ）結晶で等によって構成される。好ましくは、波長変換部３は、波長変換効率が比較的高いＰＰＬＮ結晶によって構成される。波長変換部３は、光コムＬ１の波長範囲に参照光Ｌ２の基準波長（本実施形態では、７８０ｎｍ）が含まれるように、光コムＬ１の波長範囲をシフトさせる。なお、光コム発生部１から出力される光コムＬ１の元々の波長範囲に参照光Ｌ２の基準波長が含まれている場合には、波長変換部３は省略されてもよい。
　光合波部４は、光コムＬ１と参照光Ｌ２とを合波する。光合波部４は、例えば、ビームスプリッタ、ファイバカプラ等によって構成される。光コムＬ１は、光合波部４を介して、光原子時計２から出力された参照光Ｌ２と光ミキシングされる。
　光検出部５は、光合波部４で合波された光（光ミキシング出力）を検出する。光検出部５は、例えば、フォトディテクタ等によって構成される。光検出部５は、光合波部４からの光ミキシング出力を検出することにより、光コムＬ１と参照光Ｌ２との間のビート周波数ｆｂｅａｔと、光コムＬ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐと、を検出する。光検出部５で検出されたビート周波数ｆｂｅａｔは、繰り返し周波数ｆｒｅｐのフィードバック制御のために、第１制御部６に出力される。光検出部５で検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐは、外部に取り出されて利用される他、オフセット周波数ｆＣＥＯのフィードバック制御のために、第２制御部７に出力される。
　ビート周波数ｆｂｅａｔは、周波数が僅かに異なる２つの波（光コムＬ１及び参照光Ｌ２）の干渉によって生じるうなりの周波数である。図３は、参照光Ｌ２の基準波長に対応する基準周波数ｆｏｐｔに光コムＬ１（本実施形態では、波長変換部３に波長変換された後の光コムＬ１）のｎ番目のモード周波数ｆｎを安定化させた状態の一例を示している。すなわち、図３の例では、光コムＬ１の複数のモード周波数のうちｎ番目のモード周波数ｆｎが、参照光Ｌ２の基準周波数ｆｏｐｔと最も近くなっている。基準周波数ｆｏｐｔとビート周波数ｆｂｅａｔとの間には、下記式（２）の関係が成り立つ。なお、この例では、基準周波数ｆｏｐｔがモード周波数ｆｎよりも僅かに小さいため、下記式（２）のｆｂｅａｔの符号がマイナス（負）となっているが、基準周波数ｆｏｐｔがモード周波数ｆｎよりも僅かに大きい場合には、下記式（２）のｆｂｅａｔの符号はプラス（正）となる。本実施形態では、一例として、基準周波数ｆｏｐｔとビート周波数ｆｂｅａｔとの間に図３及び式（２）で示される関係が成り立つように制御される。
　ｆｏｐｔ＝ｎ×ｆｒｅｐ＋ｆＣＥＯ－ｆｂｅａｔ　…（２）
　第１制御部６は、光検出部５により検出されたビート周波数ｆｂｅａｔを入力し、当該ビート周波数ｆｂｅａｔ（すなわち、光検出部５によるビート周波数ｆｂｅａｔの検出値）が一定の値に安定化されるように光コムＬ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐを制御する。
　本実施形態では、第１制御部６は、レーザ共振器１２の共振器長を制御することにより、繰り返し周波数ｆｒｅｐを制御する。一例として、第１制御部６は、光検出部５により検出されたビート周波数ｆｂｅａｔと所定の基準周波数ｆ１を有する第１基準波信号Ｓｆ１との周波数差に応じた差信号値ＶＤ１が０になるように、レーザ共振器１２の共振器長をフィードバック制御する。第１制御部６は、上記フィードバック制御を実行するための要素として、基準発振器６１と、周波数比較部６２と、信号制御部６３と、を含んで構成されている。
　基準発振器６１は、上述した第１基準波信号Ｓｆ１（基準マイクロ波信号）を出力する。例えば、基準発振器６１は、周波数基準発振器（例えば、水素メーザ、Ｒｂマイクロ波発振器等）を用いて、任意波形発生器（例えば、ファンクションジェネレータ等）から第１基準波信号Ｓｆ１を出力するように構成されている。本実施形態では、ビート周波数ｆｂｅａｔは、安定化前の状態において、１０ＭＨｚ付近でゆらいでいる。この場合、第１基準波信号Ｓｆ１の基準周波数ｆ１は、例えば１０ＭＨｚに設定される。
　周波数比較部６２は、光検出部５により検出されたビート信号（ビート周波数ｆｂｅａｔ）と基準発振器６１から出力された第１基準波信号Ｓｆ１とを入力し、当該ビート信号と第１基準波信号Ｓｆ１との周波数差（ｆｂｅａｔ－ｆ１）に応じた差信号を出力する。周波数比較部６２は、例えば、ダブルバランスドミキサ等によって構成される。
　信号制御部６３は、周波数比較部６２から出力された差信号の値（差信号値ＶＤ１）が０になるように、レーザ共振器１２の共振器長を制御するための制御信号を出力する。信号制御部６３は、例えば、ＰＩＤコントローラ等によって構成される。本実施形態では、信号制御部６３は、共振器長調整部１３に対して制御信号を出力する。その結果、共振器長調整部１３において、当該制御信号に基づいて、レーザ共振器１２の共振器長を変化させる処理が実行される。
　レーザ共振器１２の共振器長が変化すると、それに応じて光コムＬ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐが変化する。従って、上述したような第１制御部６のフィードバック制御を一定期間行うことにより、ビート周波数ｆｂｅａｔを基準周波数ｆ１に安定化させること（すなわち、ビート周波数ｆｂｅａｔと基準周波数ｆ１との差を０から一定範囲内に収まるようにすること）ができる。
　第２制御部７は、光検出部５により検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐを入力し、当該繰り返し周波数ｆｒｅｐ（すなわち、光検出部５による繰り返し周波数ｆｒｅｐの検出値）が一定の値に安定化されるように光コムＬ１のオフセット周波数ｆＣＥＯを制御する。
　本実施形態では、第２制御部７は、励起レーザ１１の励起光強度を制御することにより、オフセット周波数ｆＣＥＯを制御する。一例として、第２制御部７は、光検出部５により検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐと所定の基準周波数ｆ２を有する第２基準波信号Ｓｆ２との周波数差に応じた差信号値ＶＤ２が０になるように励起レーザ１１の励起光強度をフィードバック制御する。第２制御部７は、上記フィードバック制御を実行するための要素として、基準発振器７１と、周波数比較部７２と、信号制御部７３と、を含んで構成されている。
　基準発振器７１は、上述した第２基準波信号Ｓｆ２（基準マイクロ波信号）を出力する。例えば、基準発振器７１は、基準発振器６１と同様に、周波数基準発振器（例えば、水素メーザ、Ｒｂマイクロ波発振器等）を用いて、任意波形発生器（例えば、ファンクションジェネレータ等）から第２基準波信号Ｓｆ２を出力するように構成されている。本実施形態では、繰り返し周波数ｆｒｅｐは、安定化前の状態において、５０ＭＨｚ付近でゆらいでいる。この場合、第２基準波信号Ｓｆ２の基準周波数ｆ２は、例えば５０ＭＨｚに設定される。
　周波数比較部７２は、光検出部５により検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐと基準発振器７１から出力された第２基準波信号Ｓｆ２とを入力し、繰り返し周波数ｆｒｅｐと第２基準波信号Ｓｆ２との周波数差（ｆｒｅｐ－ｆ２）に応じた差信号を出力する。周波数比較部７２は、例えば、ダブルバランスドミキサ等によって構成される。
　信号制御部７３は、周波数比較部７２から出力される差信号の値（差信号値ＶＤ２）が０になるように、励起レーザ１１の励起光強度を制御するための制御信号を出力する。信号制御部７３は、例えば、ＰＩＤコントローラ等によって構成される。本実施形態では、信号制御部７３は、励起レーザ１１に駆動電流を供給するレーザ電源８に対して制御信号を出力する。その結果、当該制御信号に基づいて、レーザ電源８から励起レーザ１１に供給される駆動電流の大きさが変化し、励起レーザ１１の励起光強度が変化する。
　励起レーザ１１の励起光強度が変化すると、それに応じて光コムＬ１のオフセット周波数ｆＣＥＯが変化する。従って、上述したような第２制御部７のフィードバック制御を一定期間行うことにより、繰り返し周波数ｆｒｅｐを基準周波数ｆ２に安定化させること（すなわち、繰り返し周波数ｆｒｅｐと基準周波数ｆ２との差を０から一定範囲内に収まるようにすること）ができる。
　第３制御部９は、第１制御部６と第２制御部７とを制御する。具体的には、第３制御部９は、第１制御部６による繰り返し周波数ｆｒｅｐの制御（ビート周波数ｆｂｅａｔの安定化のためのフィードバック制御）が完了した後に第２制御部７によるオフセット周波数ｆＣＥＯの制御（繰り返し周波数ｆｒｅｐの安定化のためのフィードバック制御）が実行されるように、第１制御部６及び第２制御部７を制御する。第３制御部９は、例えば、第１制御部６（信号制御部６３）において検出される差信号値ＶＤ１をモニタし、差信号値ＶＤ１が０から一定範囲内（所定誤差内）に収まる期間が所定期間以上継続した場合に、第１制御部６のフィードバック制御が完了したと判定してもよい。そして、第３制御部９は、第１制御部６のフィードバック制御が完了したと判定した後に、第２制御部７のフィードバック制御が実行（開始）されるように、第２制御部７（信号制御部７３）の動作を制御してもよい。この場合、第３制御部９は、例えば、第１制御部６（信号制御部６３）及び第２制御部７（信号制御部７３）と電気的に接続されたコンピュータ装置等によって構成され得る。
　上述した第３制御部９の制御（すなわち、第１制御部６及び第２制御部７のフィードバック制御の実行順の制御）によれば、繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯが安定化された光コム出力（光コムＬ１）を効率的に得ることができる。以下、その理由について説明する。
　上記式（２）を変形すると、下記式（３）及び（４）が得られる。
　ｆｂｅａｔ＝ｎ×ｆｒｅｐ＋ｆＣＥＯ－ｆｏｐｔ　…（３）
　ｆｒｅｐ＝（ｆｏｐｔ－ｆＣＥＯ＋ｆｂｅａｔ）／ｎ　…（４）
　ここで、基準周波数ｆｏｐｔは一定値である。このため、上記式（３）に示されるように、ビート周波数ｆｂｅａｔは、繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯの両方に依存する。ただし、繰り返し周波数ｆｒｅｐには係数ｎが乗じられるため、ビート周波数ｆｂｅａｔの大きさを決定付ける要素としての影響度は、オフセット周波数ｆＣＥＯよりも繰り返し周波数ｆｒｅｐの方が大きい。従って、上述した第１制御部６によるフィードバック制御を実行することにより、ビート周波数ｆｂｅａｔの揺らぎがオフセット周波数ｆＣＥＯの揺らぎ程度に収まるように、ビート周波数ｆｂｅａｔを安定化させることができる。
　また、上記式（４）からわかるように、繰り返し周波数ｆｒｅｐは、オフセット周波数ｆＣＥＯ及びビート周波数ｆｂｅａｔを変数とするパラメータとみることができる。上述したように、第１制御部６のフィードバック制御の実行後には、ビート周波数ｆｂｅａｔは、オフセット周波数ｆＣＥＯの揺らぎ程度に収まるように安定化されている。このため、第１制御部６のフィードバック制御の実行後においては、繰り返し周波数ｆｒｅｐの揺らぎは、実質的に、オフセット周波数ｆＣＥＯの揺らぎのみに依存する状態となる。すなわち、第１制御部６のフィードバック制御の実行後に繰り返し周波数ｆｒｅｐを一定の値に安定化させることは、実質的に、オフセット周波数ｆＣＥＯを一定の値に安定化させることに等しくなる。従って、第１制御部６のフィードバック制御の実行後に第２制御部７のフィードバック制御を実行して繰り返し周波数ｆｒｅｐを安定化させることにより、繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯを同時に安定化させることができる。
　図４を参照して、上述した光コム制御装置１００の動作（光コム制御方法）の一例について説明する。
　ステップＳ１（第１ステップ）において、光コム発生部１は、周波数軸上で櫛状に並ぶ複数の周波数モードを有する光コムＬ１を発生させる。
　ステップＳ２（第２ステップ）において、光合波部４は、光コムＬ１（本実施形態では、波長変換部３によって波長が変換された後の光コム出力）と光原子時計２から出力された参照光Ｌ２とを合波する。
　ステップＳ３（第３ステップ）において、光検出部５は、ステップＳ２において合波された光を検出することにより、光コムＬ１と参照光Ｌ２との間のビート周波数ｆｂｅａｔと、光コムＬ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐと、を検出する。
　なお、上述したステップＳ１～Ｓ３の処理は、図４のフローチャートの処理が完了するまで継続的に実行される。また、ステップＳ１～Ｓ３の処理が継続的に実行されつつ、以下に説明する第１のフィードバック制御（ステップＳ４）及び第２のフィードバック制御（ステップＳ５）がこの順に実行される。
　ステップＳ４（第４ステップ）において、第１制御部６は、ステップＳ３において検出されたビート周波数ｆｂｅａｔが一定の値に安定化されるように、繰り返し周波数ｆｒｅｐを制御する。本実施形態では一例として、ステップＳ４は、以下のステップＳ４１～Ｓ４３を含んでいる。
　ステップＳ４１において、周波数比較部６２は、光検出部５により検出されたビート信号（ビート周波数ｆｂｅａｔ）と基準発振器６１から出力された第１基準波信号Ｓｆ１との周波数差（ｆｂｅａｔ－ｆ１）に応じた差信号を出力する。
　ステップＳ４２において、信号制御部６３は、周波数比較部６２から出力された差信号の値（差信号値ＶＤ１）が０になるように、レーザ共振器１２の共振器長をフィードバック制御する。本実施形態では、信号制御部６３から上記制御のための制御信号が共振器長調整部１３に出力されることにより、レーザ共振器１２の共振器長が変化し、差信号値ＶＤ１が０に近づくように光コムＬ１の繰り返し周波数ｆｂｅａｔが変化する。
　上述したステップＳ４１及びＳ４２の処理は、所定条件を満たすまで繰り返し実行される。一例として、ステップＳ４１及びＳ４２の処理は、所定の基準に基づいてビート周波数ｆｂｅａｔが安定化されたと判定されるまで繰り返される（ステップＳ４３）。本実施形態では、第３制御部９によって上記判定が実行される。一例として、第３制御部９は、第１制御部６（信号制御部６３）において検出される差信号値ＶＤ１が０から一定範囲内（所定誤差内）に収まる期間が所定期間以上継続した場合に、ビート周波数ｆｂｅａｔが安定化された（言い変えれば、第１制御部６のフィードバック制御が完了した）と判定する。
　ステップＳ５（第５ステップ）において、第２制御部７は、ステップＳ３において検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐが一定の値に安定化されるように、オフセット周波数ｆＣＥＯを制御する。本実施形態では一例として、ステップＳ５は、以下のステップＳ５１～Ｓ５３を含んでいる。
　ステップＳ５１において、周波数比較部７２は、光検出部５により検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐと基準発振器７１から出力された第２基準波信号Ｓｆ２との周波数差（ｆｒｅｐ－ｆ２）に応じた差信号を出力する。
　ステップＳ５２において、信号制御部７３は、周波数比較部７２から出力された差信号の値（差信号値ＶＤ２）が０になるように、励起レーザ１１の励起光強度をフィードバック制御する。本実施形態では、信号制御部７３から上記制御のための制御信号がレーザ電源８に出力されることにより、励起レーザ１１の励起光強度が変化し、差信号値ＶＤ２が０に近づくように光コムＬ１のオフセット周波数ｆＣＥＯが変化する。
　上述したステップＳ５１及びＳ５２の処理は、所定条件を満たすまで繰り返し実行される。一例として、ステップＳ５１及びＳ５２の処理は、所定の基準に基づいて繰り返し周波数ｆｒｅｐが安定化されたと判定されるまで繰り返される（ステップＳ５３）。本実施形態では、第３制御部９によって上記判定が実行される。一例として、第３制御部９は、第２制御部７（信号制御部７３）において検出される差信号値ＶＤ２が０から一定範囲内（所定誤差内）に収まる期間が所定期間以上継続した場合に、繰り返し周波数ｆｒｅｐが安定化された（言い変えれば、第２制御部７のフィードバック制御が完了した）と判定する。
　以上のように第１及び第２のフィードバック制御（ステップＳ４及びＳ５）が実行されることにより、光原子時計２から出力される参照光Ｌ２の安定度に制御された繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯを有する光コム出力（光コムＬ１）が得られる。すなわち、光原子時計２に基づいて安定化されたマイクロ波（繰り返し周波数ｆｒｅｐ）を出力する光コムが得られる。
　本実施形態では、参照光Ｌ２の基準周波数ｆｏｐｔは、Ｒｂの吸収線（Ｄ１線）に対応する377,107,407.299ＭＨｚ（＝794.978,969,380ｎｍ）であり、基準周波数ｆｏｐｔに最も近い光コムＬ１のモード番号ｎは7,542,148となるように調整されている。また、第１制御部６で用いられる基準周波数ｆ１は１０ＭＨｚに設定されており、第２制御部７で用いられる基準周波数ｆ２は５０ＭＨｚに設定されている。この場合、上述した第１及び第２のフィードバック制御を実行することにより、ビート周波数ｆｂｅａｔが１０ＭＨｚに安定化されると共に繰り返し周波数ｆｒｅｐが５０ＭＨｚに安定化される結果、オフセット周波数ｆＣＥＯも一定の値（17.299ＭＨｚ）に安定化される。
　以上説明した光コム制御装置１００は、ビート周波数ｆｂｅａｔが一定の値に安定化されるように繰り返し周波数ｆｒｅｐを制御する第１制御部６を備えると共に、繰り返し周波数ｆｒｅｐが一定の値に安定化されるようにオフセット周波数ｆＣＥＯを制御する第２制御部を備えている。第１制御部６による繰り返し周波数ｆｒｅｐの制御（本実施形態では、ステップＳ４の第１のフィードバック制御）を行うと共に第２制御部７によるオフセット周波数ｆＣＥＯの制御（本実施形態では、ステップＳ５の第２のフィードバック制御）を行うことにより、参照光Ｌ２に基づいて一定の値に安定化された周波数（繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯ）を得ることができる。また、上記制御によれば、オフセット周波数ｆＣＥＯを事前に一定の値に安定化させる必要がないため、オフセット周波数ｆＣＥＯを計測するための１ｆ－２ｆ干渉計を構築する必要がない。従って、光コム制御装置１００によれば、参照光Ｌ２の安定度に制御されたマイクロ波（繰り返し周波数ｆｒｅｐ）を出力する光コムＬ１を簡素且つ安価な構成によって得ることができる。
　また、上記光コム制御方法（図４参照）は、上述したステップＳ１～Ｓ５を含む。特に、上記光コム制御方法は、ビート周波数ｆｂｅａｔが一定の値に安定化されるように繰り返し周波数ｆｒｅｐを制御するステップＳ４（第４ステップ）と共に、繰り返し周波数ｆｒｅｐが一定の値に安定化されるようにオフセット周波数ｆＣＥＯを制御するステップＳ５（第５ステップ）を有する。このような繰り返し周波数ｆｒｅｐの制御を行うと共にオフセット周波数ｆＣＥＯの制御を行うことにより、参照光Ｌ２に基づいて一定の値に安定化された周波数（繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯ）を得ることができる。また、上記制御によれば、オフセット周波数ｆＣＥＯを事前に一定の値に安定化させる必要がないため、オフセット周波数ｆＣＥＯを計測するための１ｆ－２ｆ干渉計を構築する必要がない。従って、上記光コム制御方法によれば、参照光Ｌ２の安定度に制御されたマイクロ波（繰り返し周波数ｆｒｅｐ）を出力する光コムＬ１を簡素且つ安価な構成によって得ることができる。
　上述した光コム制御装置１００及びその光コム制御方法の効果について補足する。従来、このように安定化された周波数（繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯ）の光コム出力を得るための手法として、オフセット周波数ｆＣＥＯの値を計測（実測）することが一般的である。具体的には、繰り返し周波数ｆｒｅｐと共にオフセット周波数ｆＣＥＯを計測し、この計測結果を利用してオフセット周波数ｆＣＥＯ及び繰り返し周波数ｆｒｅｐを一定の値に安定化させる制御が実施されていた。より具体的には、従来の手法では、上記計測結果に基づいてオフセット周波数ｆＣＥＯを一定の値に安定化させた後に、上記計測結果に基づいて繰り返し周波数ｆｒｅｐを一定の値に安定化させる処理が実行されていた。このように、従来の手法では、計測結果（特にオフセット周波数ｆＣＥＯの計測結果）が必要となるため、１ｆ－２ｆ干渉計のような複雑且つ高価な構成が必要とされていた。これに対して、本実施形態の光コム制御装置１００によれば、オフセット周波数ｆＣＥＯの値を計測することなく、繰り返し周波数ｆｒｅｐを安定化させるためのフィードバック制御（第２制御部７のフィードバック制御）を行うことで、繰り返し周波数ｆｒｅｐの安定化とオフセット周波数ｆＣＥＯの安定化とを併せて行うことができる。これにより、１ｆ－２ｆ干渉計等の複雑且つ高価な光学系を用いることなく、参照光Ｌ２の安定度に制御された光コムＬ１（すなわち、光原子時計２と同種の光原子時計の安定度を評価可能な光コム）を得ることができる。
　光コム制御装置１００は、第１制御部６による繰り返し周波数ｆｒｅｐの制御が完了した後に第２制御部７によるオフセット周波数ｆＣＥＯの制御が実行されるように構成されている。本実施形態では、第３制御部９によって上記のような実行順序の制御が実行される。上記構成によれば、第１制御部６によってビート周波数ｆｂｅａｔを一定の値に安定化させた後に、第２制御部７によって繰り返し周波数ｆｒｅｐが一定となるようにオフセット周波数を制御することにより、よりスムーズに光コムのパラメータ（繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯ）の安定化を図ることができる。より具体的には、式（３）及び（４）を用いて上述したように、まず第１制御部６によってビート周波数ｆｒｅｐを安定化させることで、繰り返し周波数ｆｒｅｐの主な変動要因（揺らぎの要因）をオフセット周波数ｆＣＥＯに限定することができる。この状態で第２制御部７による制御を実行することにより、繰り返し周波数ｆｒｅｐを一定の値に安定化させつつ、結果的にオフセット周波数ｆＣＥＯを一定の値に安定化させることができる。その結果、参照光Ｌ２に基づいて繰り返し周波数ｆｒｅｐ及びオフセット周波数ｆＣＥＯが安定化された光コムＬ１を効率良く得ることができる。
　光コム制御装置１００は、光コム発生部１と光合波部４との間に配置され、光コムＬ１の波長を変える波長変換部３を有する。上記構成によれば、様々な基準波長の参照光Ｌ２に対して上述した第１制御部６及び第２制御部７の制御を実行することが可能となる。すなわち、光コム発生部１から出力される光コムＬ１の波長範囲に参照光Ｌ２の基準波長（本実施形態では、７８０ｎｍ）が含まれていない場合に、波長変換部３で光コムＬ１の波長を変えて光コムＬ１の波長範囲をシフトさせることにより、光コムＬ１と参照光Ｌ２とを干渉させてビート周波数ｆｂｅａｔを適切に発生させることが可能となる。その結果、上述した第１制御部６及び第２制御部７の制御を適切に実行することが可能となる。
　第１制御部６は、レーザ共振器１２の共振器長を制御することにより、繰り返し周波数ｆｒｅｐを制御する。上記構成によれば、光コム発生部１に含まれるレーザ共振器１２の共振器長を調整することにより、第１制御部６の制御（繰り返し周波数ｆｒｅｐの制御）を容易に実行することができる。
　第１制御部６は、光検出部５により検出されたビート周波数ｆｂｅａｔと所定の基準周波数ｆ１を有する第１基準波信号Ｓｆ１との周波数差に応じた差信号値ＶＤ１が０になるようにレーザ共振器１２の共振器長をフィードバック制御する。上記構成によれば、ビート周波数ｆｂｅａｔと第１基準波信号Ｓｆ１とに基づくフィードバック制御によって、第１制御部６の制御（繰り返し周波数ｆｒｅｐの制御）を容易且つ確実に実行することができる。
　第２制御部７は、励起レーザ１１の励起光強度を制御することにより、オフセット周波数ｆＣＥＯを制御する。上記構成によれば、光コム発生部１に含まれる励起レーザ１１の励起光強度を調整することにより、第２制御部７の制御（オフセット周波数ｆＣＥＯの制御）を容易に実行することができる。
　第２制御部７は、光検出部５により検出された繰り返し周波数ｆｒｅｐと所定の基準周波数ｆ２を有する第２基準波信号Ｓｆ２との周波数差に応じた差信号値ＶＤ２が０になるように励起レーザ１１の励起光強度をフィードバック制御する。上記構成によれば、繰り返し周波数ｆｒｅｐと第２基準波信号Ｓｆ２とに基づくフィードバック制御によって、第２制御部７の制御（オフセット周波数ｆＣＥＯの制御）を容易且つ確実に実行することができる。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されない。各構成の材料及び形状には、上述した具体的な材料及び形状に限らず、上述した以外の様々な材料及び形状を採用することができる。また、上記の実施形態に含まれる一部の構成は、適宜省略又は変更されてもよいし、他の追加的な構成と任意に組み合わせることが可能である。
　例えば、上記実施形態では、第１制御部６のフィードバック制御の実行後に第２制御部７のフィードバック制御が実行されたが、制御の順序はこの例に限定されない。例えば、第１制御部６のフィードバック制御と第２制御部７のフィードバック制御とが同時並行的に実施される期間が存在してもよい。
　また、上記実施形態では、上記のような制御の順序を制御するための構成として、第１制御部６及び第２制御部７とは別の第３制御部９が設けられたが、第３制御部９は省略されてもよい。例えば、第１制御部６（例えば、第１制御部６の全体制御を行うコンピュータ装置）と第２制御部７（例えば、第２制御部７の全体制御を行うコンピュータ装置）とが互いに通信可能に構成されてもよい。この場合、第１制御部６は、第１のフィードバック制御（図４のステップＳ４）が完了した後（すなわち、図４のステップＳ４３において「ＹＥＳ」と判定された場合）に、第２のフィードバック制御（図４のステップＳ５）の開始を指示する制御信号を第２制御部７に出力してもよい。そして、第２制御部７は、第１制御部６から当該制御信号を受け取ったことに応じて、第２のフィードバック制御を開始してもよい。
　また、上記実施形態では、光コム発生部１は、励起レーザ１１とレーザ共振器１２との組み合わせによって構成されたが、光コム発生部１は、光コムＬ１を発生させる機構として上記以外の構成を備えてもよい。その場合、第１制御部６（信号制御部６３）及び第２制御部７（信号制御部７３）による制御内容は、光コム発生部１が備える機構に応じて変更されてもよい。
　１…光コム発生部、３…波長変換部、４…光合波部、５…光検出部、６…第１制御部、７…第２制御部、９…第３制御部、１１…励起レーザ、１２…レーザ共振器、１００…光コム制御装置、ｆｂｅａｔ…ビート周波数、ｆＣＥＯ…オフセット周波数、ｆｒｅｐ…繰り返し周波数、Ｌ１…光コム、Ｌ２…参照光、ＶＤ１，ＶＤ２…差信号値。

Claims (8)

  1. 　周波数軸上で櫛状に並ぶ複数の周波数モードを有する光コムを発生させる光コム発生部と、
    　前記光コムと所定の基準波長を有する参照光とを合波する光合波部と、
    　前記光合波部で合波された光を検出することにより、前記光コムと前記参照光との間のビート周波数と、前記光コムの繰り返し周波数と、を検出する光検出部と、
    　前記光検出部により検出された前記ビート周波数を入力し、前記ビート周波数が一定の値に安定化されるように前記繰り返し周波数を制御する第１制御部と、
    　前記光検出部により検出された前記繰り返し周波数を入力し、前記繰り返し周波数が一定の値に安定化されるように前記光コムのオフセット周波数を制御する第２制御部と、
    を備える光コム制御装置。
  2. 　前記第１制御部による前記繰り返し周波数の制御が完了した後に前記第２制御部による前記オフセット周波数の制御が実行される、請求項１に記載の光コム制御装置。
  3. 　前記光コム発生部と前記光合波部との間に配置され、前記光コムの波長を変える波長変換部を更に備える、請求項１又は２に記載の光コム制御装置。
  4. 　前記光コム発生部は、励起光を出力する励起レーザと、前記励起レーザからの前記励起光を入力して前記光コムを発生させるレーザ共振器と、を有し、
    　前記第１制御部は、前記レーザ共振器の共振器長を制御することにより、前記繰り返し周波数を制御する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光コム制御装置。
  5. 　前記第１制御部は、前記光検出部により検出された前記ビート周波数と所定の基準周波数を有する第１基準波信号との周波数差に応じた差信号値が０になるように前記レーザ共振器の共振器長をフィードバック制御する、請求項４に記載の光コム制御装置。
  6. 　前記光コム発生部は、励起光を出力する励起レーザと、前記励起レーザからの前記励起光を入力して前記光コムを発生させるレーザ共振器と、を有し、
    　前記第２制御部は、前記励起レーザの励起光強度を制御することにより、前記オフセット周波数を制御する、請求項１～５のいずれか一項に記載の光コム制御装置。
  7. 　前記第２制御部は、前記光検出部により検出された前記繰り返し周波数と所定の基準周波数を有する第２基準波信号との周波数差に応じた差信号値が０になるように前記励起レーザの励起光強度をフィードバック制御する、請求項６に記載の光コム制御装置。
  8. 　周波数軸上で櫛状に並ぶ複数の周波数モードを有する光コムを発生させる第１ステップと、
    　前記光コムと所定の基準波長を有する参照光とを合波する第２ステップと、
    　前記第２ステップにおいて合波された光を検出することにより、前記光コムと前記参照光との間のビート周波数と、前記光コムの繰り返し周波数と、を検出する第３ステップと、
    　前記第３ステップにおいて検出された前記ビート周波数を入力し、前記ビート周波数が一定の値に安定化されるように前記繰り返し周波数を制御する第４ステップと、
    　前記第３ステップにおいて検出された前記繰り返し周波数を入力し、前記繰り返し周波数が一定の値に安定化されるように前記光コムのオフセット周波数を制御する第５ステップと、
    を含む光コム制御方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015132774A (ja) * 2014-01-15 2015-07-23 日本電信電話株式会社 波長変換光源
WO2024161652A1 (ja) * 2023-02-03 2024-08-08 日本電信電話株式会社 周波数同期装置、周波数同期システムおよび光周波数ホールドオーバ方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015132774A (ja) * 2014-01-15 2015-07-23 日本電信電話株式会社 波長変換光源
WO2024161652A1 (ja) * 2023-02-03 2024-08-08 日本電信電話株式会社 周波数同期装置、周波数同期システムおよび光周波数ホールドオーバ方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAI, SHAOYANG ET AL.: "The microwave down converted from ultra-stable laser by an optical frequency comb", 2017 JOINT CONFERENCE OF THE EUROPEAN FREQUENCY AND TIME FORUM AND IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM (EFTF/IFC, July 2017 (2017-07-01), pages 302 - 304, XP033241911, DOI: 10.1109/FCS.2017.8088875 *

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