(57)【要約】本発明のデュアル光周波数コム生成光学系では、第１導波部１４１、第２導波部１４２、第１導入部１６１、第２導入部１６２、第１反射部１２１及び第２反射部１２２が共通の基台１３０に設けられている。レーザー増幅光Ｌ１をＤ１方向に反射すると共にレーザー増幅光Ｌ２をＤ３方向に反射する第３反射部が第１導波部及び第２導波部から離間している。第１反射部と第３反射部との間を伝搬するレーザー増幅光Ｌ１の光路長と、第２反射部と第３反射部との間を伝搬するレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、異なる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向及び前記第１方向とは逆向きの第２方向に沿って第１レーザー光を導波すると共に増幅する第１導波部と、第２レーザー光を第３方向及び前記第３方向とは逆向きの第４方向に沿って導波すると共に増幅する第２導波部とが設けられた基台と、
前記第１レーザー光を前記第１導波部に導入する第１導入部と、
前記第２レーザー光を前記第２導波部に導入する第２導入部と、
前記基台の前記第１方向の奥側の端部に設けられると共に前記第１導波部に接続され、前記第１方向に沿って前記第１導波部で導波された前記第１レーザー光の一部を前記第２方向に沿って反射すると共に、前記第１方向に沿って前記第１導波部で導波された前記第１レーザー光の残部を前記第１方向に沿って出射する第１反射部と、
前記基台の前記第３方向の奥側の端部に設けられると共に前記第２導波部に接続され、前記第３方向に沿って前記第２導波部で導波された前記第１レーザー光の一部を前記第４方向に沿って反射すると共に、前記第３方向に沿って前記第２導波部で導波された前記第２レーザー光の残部を前記第３方向に沿って出射する第２反射部と、
前記第１導波部の前記第１方向の手前側の端部及び前記第２導波部の前記第３方向の手前側の端部から離間して設けられ、前記第１導波部から第２方向に沿って出射された前記第１レーザー光の少なくとも一部を反射すると共に、前記第２導波部から第４方向に沿って出射された前記第２レーザー光の少なくとも一部を反射し、反射した前記第１レーザー光を前記第１導波部に入射させ、且つ反射した前記第２レーザー光を前記第２導波部に入射させる第３反射部と、
を備え、
前記第１反射部と前記第３反射部との間を伝搬する前記第１レーザー光の光路長と前記第２反射部と前記第３反射部との間を伝搬する前記第２レーザー光の光路長が異なる、
デュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項２】
前記第１レーザー光の偏光の向きと前記第２レーザー光の偏光の向きが互いに異なり、
前記第１導波部は前記第１レーザー光の偏光の向きを保持しつつ前記第１レーザー光を導波すると共に増幅し、
前記第２導波部は前記第２レーザー光の偏光の向きを保持しつつ前記第２レーザー光を導波すると共に増幅する、
請求項１に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項３】
前記第１レーザー光の進行方向に沿った前記第１導波部の長さと前記第２レーザー光の進行方向における前記第２導波部の長さが互いに異なる、
請求項１又は２に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項４】
前記第１導波部及び前記第２導波部はそれぞれ、第１コアと、前記第１コアの周囲に設けられ、前記第１コアより低い屈折率を有する第１クラッドとを有する第１導波路を備え、
前記第１導波部における前記第１導波路の長さと前記第２導波部における前記第１導波路の長さが互いに異なる、
請求項１から３の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項５】
前記第１導波部は、
第１コアと、
前記第１コアの周囲に設けられ、前記第１コアより低い屈折率を有する第１クラッドとを有する第１導波路を備え、
前記第２導波部は、
前記第１コアとは異なる屈折率を有する第２コアと、
前記第２コアの周囲に設けられ、前記第２コアより低い屈折率を有する第２クラッドとを有する第２導波路を備える、
請求項１から３の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項６】
前記第１レーザー光が前記第１導波部から第２方向に沿って出射される位置と前記第１レーザー光が前記第３反射部に照射される位置との間で前記第１レーザー光が伝搬する距離と、前記第２レーザー光が前記第２導波部から第４方向に沿って出射される位置と前記第２レーザー光が前記第３反射部に照射される位置との間で前記第２レーザー光が伝搬する距離とは、互いに異なる、
請求項１から５の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項７】
前記第３反射部は前記基台に直接、又は、間接的に接続される、
請求項１から６の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項８】
前記第１導波部の前記第１方向の手前側の端部及び前記第２導波部の前記第３方向の手前側の端部と前記第３反射部との間に第１集光部及び第２集光部が設けられ、
前記第１集光部は、前記第１導波部から前記第２方向に沿って出射された前記第１レーザー光を前記第３反射部に結像させると共に、前記第３反射部によって反射された前記第１レーザー光を前記第１方向に沿って前記第１導波部に入射させ、
前記第２集光部は、前記第２導波部から前記第４方向に沿って出射された前記第２レーザー光を前記第３反射部に結像させると共に、前記第３反射部によって反射された前記第２レーザー光を前記第３方向に沿って前記第２導波部に入射させ、
前記第１集光部及び前記第２集光部は一体に構成されている、
請求項１から７の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項９】
前記第１レーザー光が前記第１導波部から第２方向に沿って出射される位置と前記第１レーザー光が前記第１集光部に照射される位置との間で前記第１レーザー光が伝搬する距離と、前記第２レーザー光が前記第２導波部から第４方向に沿って出射される位置と前記第２レーザー光が前記第２集光部に照射される位置との間で前記第２レーザー光が伝搬する距離とは、互いに異なる、
請求項８に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項１０】
前記第１集光部、前記第２集光部、及び、前記第３反射部は前記基台に直接、又は、間接的に接続される、
請求項８又は９の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系と、
前記第１導入部及び前記第２導入部に接続され、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を発する光源と、を備える、
レーザー装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のデュアル光周波数コム生成光学系と、
前記第１導入部に接続され、前記第１レーザー光を発する第１光源と、
前記第２導入部に接続され、前記第２レーザー光を発する第２光源と、を備える、
レーザー装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のレーザー装置と、
前記レーザー装置から導出される第１光周波数コム及び前記第１光周波数コムとは異なる繰り返し周波数を有する第２光周波数コムの少なくとも一方の進路上に配置された試料より前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの進行方向の奥側に配置され、測定対象の前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムを干渉させる干渉部と、
前記干渉部で得られる干渉信号の進行方向の奥側に配置され、前記干渉信号から前記試料の情報を抽出する試料情報抽出部と、
を備える、
計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの光周波数コムを出力するデュアル光周波数コム生成光学系、及び該デュアル光周波数コム生成光学系を備えるレーザー装置及び計測装置に関する。本願は、２０１７年１２月２２日に、日本に出願された特願２０１７−２４６８０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
周波数軸上においてスペクトル強度が櫛状に精密且つ等間隔に並べられた光は、光周波数コムと呼ばれている。例えば、超短パルスレーザーであるモード同期レーザーのスペクトル分布には、等間隔に並ぶ多数の光周波数モード列が現れる。すなわち、モード同期レーザーから光周波数コムが出射される。櫛状のスペクトル強度を有する光周波数コムは、時間、空間、周波数の精密なものさしとして広く活用されている。光周波数領域における光周波数モード列の間隔は、繰り返し周波数と呼ばれている。【０００３】
例えば、非特許文献１に記載されているように、繰り返し周波数が互いに異なる２つの光周波数コムのマルチヘテロダイン検出を行うことによって、光周波数領域における分子や原子の情報を取り出すことができる。繰り返し周波数が互いに異なる２つの光周波数コムは、デュアル光周波数コムと呼ばれている。デュアル光周波数コムを出力するモード同期レーザーを２台用いて、広帯域、高精度且つ高分解能な分光計測が可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】I. Coddington, N. Newbury and W. Swann, “Dual-comb spectroscopy,” Optica, Vol. 3, No. 4, pp. 414-426 (2016).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の非特許文献１に開示されているように、デュアル光周波数コムを生成するためにモード同期レーザー等のレーザー装置を２台用いると、これらのレーザー装置が互いに異なる環境外乱や機械的な擾乱を受ける。２台のレーザー装置が互いに異なる環境外乱や機械的な擾乱を受けることによって、マルチヘテロダイン検出時に得られる干渉信号の信号対雑音比（Signal- to noise ratio：ＳＮ比）が低くなる。一方、干渉信号のＳＮ比を高くしようとすると、２台のレーザー装置を相対的に位相同期させるための大規模な光学系が必要となり、レーザー装置が大型になる。【０００６】
本発明は、上述の事情を勘案したものであって、互いに繰り返し周波数が異なる光周波数コムの信号対雑音比を高め、且つ光学系や装置全体の小型化を図ることが可能なデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系は、第１方向及び前記第１方向とは逆向きの第２方向に沿って第１レーザー光を導波すると共に増幅する第１導波部と、第２レーザー光を第３方向及び前記第３方向とは逆向きの第４方向に沿って導波すると共に増幅する第２導波部とが設けられた基台と、前記第１レーザー光を前記第１導波部に導入する第１導入部と、前記第２レーザー光を前記第２導波部に導入する第２導入部と、前記基台の前記第１方向の奥側の端部に設けられると共に前記第１導波部に接続され、前記第１方向に沿って前記第１導波部で導波された前記第１レーザー光の一部を前記第２方向に沿って反射すると共に、前記第１方向に沿って前記第１導波部で導波された前記第１レーザー光の残部を前記第１方向に沿って出射する第１反射部と、前記基台の前記第３方向の奥側の端部に設けられると共に前記第２導波部に接続され、前記第３方向に沿って前記第２導波部で導波された前記第１レーザー光の一部を前記第４方向に沿って反射すると共に、前記第３方向に沿って前記２導波部で導波された前記第２レーザー光の残部を前記第３方向に沿って出射する第２反射部と、前記第１導波部の前記第１方向の手前側の端部及び前記第２導波部の前記第３方向の手前側の端部から離間して設けられ、前記第１導波部から第２方向に沿って出射された前記第１レーザー光の少なくとも一部を反射すると共に、前記第２導波部から第４方向に沿って出射された前記第２レーザー光の少なくとも一部を反射し、反射した前記第１レーザー光を前記第１導波部に入射させ、且つ反射した前記第２レーザー光を前記第２導波部に入射させる第３反射部と、を備えている。前記第１反射部と前記第３反射部との間を伝搬する前記第１レーザー光の光路長と前記第２反射部と前記第３反射部との間を伝搬する前記第２レーザー光の光路長とは、異なる。【０００８】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１レーザー光の偏光の向きと前記第２レーザー光の偏光の向きが互いに異なっていてもよい。前記第１導波部は前記第１レーザー光の偏光の向きを保持しつつ前記第１レーザー光を導波すると共に増幅し、前記第２導波部は前記第２レーザー光の偏光の向きを保持しつつ前記第２レーザー光を導波すると共に増幅してもよい。【０００９】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１レーザー光の進行方向に沿った前記第１導波部の長さと前記第２レーザー光の進行方向における前記第２導波部の長さが互いに異なってもよい。【００１０】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１導波部及び前記第２導波部はそれぞれ、第１コアと、前記第１コアの周囲に設けられ、前記第１コアより低い屈折率を有する第１クラッドとを有する第１導波路を備えてもよい。前記第１導波部における前記第１導波路の長さと前記第２導波部における前記第１導波路の長さが互いに異なってもよい。【００１１】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１導波部は、第１コアと、前記第１コアの周囲に設けられ、前記第１コアより低い屈折率を有する第１クラッドとを有する第１導波路を備えてもよい。前記第２導波部は、前記第１コアとは異なる屈折率を有する第２コアと、前記第２コアの周囲に設けられ、前記第２コアより低い屈折率を有する第２クラッドとを有する第２導波路を備えてもよい。【００１２】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１レーザー光が前記第１導波部から第２方向に沿って出射される位置と前記第１レーザー光が前記第３反射部に照射される位置との間で前記第１レーザー光が伝搬する距離と、前記第２レーザー光が前記第２導波部から第４方向に沿って出射される位置と前記第２レーザー光が前記第３反射部に照射される位置との間で前記第２レーザー光が伝搬する距離とは、互いに異なってもよい。【００１３】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第３反射部は前記基台に直接、又は、間接的に接続されてもよい。【００１４】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１導波部の前記第１方向の手前側の端部及び前記第２導波部の前記第３方向の手前側の端部と前記第３反射部との間に第１集光部及び第２集光部が設けられ、前記第１集光部は、前記第１導波部から前記第２方向に沿って出射された前記第１レーザー光を前記第３反射部に結像させると共に、前記第３反射部によって反射された前記第１レーザー光を前記第１方向に沿って前記第１導波部に入射させ、前記第２集光部は、前記第２導波部から前記第４方向に沿って出射された前記第２レーザー光を前記第３反射部に結像させると共に、前記第３反射部によって反射された前記第２レーザー光を前記第３方向に沿って前記第２導波部に入射させ、前記第１集光部及び前記第２集光部は一体に構成されてもよい。【００１５】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１レーザー光が前記第１導波部から第２方向に沿って出射される位置と前記第１レーザー光が前記第１集光部に照射される位置との間で前記第１レーザー光が伝搬する距離と、前記第２レーザー光が前記第２導波部から第４方向に沿って出射される位置と前記第２レーザー光が前記第２集光部に照射される位置との間で前記第２レーザー光が伝搬する距離とは、互いに異なってもよい。【００１６】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系において、前記第１集光部、前記第２集光部、前記第３反射部は前記基台に直接、又は、間接的に接続されてもよい。【００１７】
本発明のレーザー装置は、上述のデュアル光周波数コム生成光学系と、前記第１導入部及び第２導入部に接続され、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を発する光源と、を備えている。【００１８】
本発明のレーザー装置は、上述のデュアル光周波数コム生成光学系と、前記第１導入部に接続され、前記第１レーザー光を発する第１光源と、前記第２導入部に接続され、前記第２レーザー光を発する第２光源と、を備えている。【００１９】
本発明の計測装置は、上述のレーザー装置と、前記レーザー装置から導出される第１光周波数コム及び前記第１光周波数コムとは異なる繰り返し周波数を有する第２光周波数コムの少なくとも一方の進路上に配置された試料より前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムの進行方向の奥側に配置され、測定対象の前記第１光周波数コム及び前記第２光周波数コムを干渉させる干渉部と、前記干渉部で得られる干渉信号の進行方向の奥側に配置され、前記干渉信号から前記試料の情報を抽出する試料情報抽出部と、を備えている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置によれば、互いに繰り返し周波数が異なる光周波数コムの相対的なＳＮ比を高め、且つ光学系の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図２】図１に示すレーザー装置をＹ−Ｙ線で矢視した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の計測装置の平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図６】図５に示すレーザー装置をＺ−Ｚ線で矢視した断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図８】図７に示すレーザー装置をＹ´−Ｙ´線で矢視した断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図１２】本発明の第８実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図１３】本発明の第９実施形態のレーザー装置の平面図である。
【図１４】図１に示すレーザー装置の変形例を示し、図１のＹ−Ｙ線で矢視した断面図に対応する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１に示すように、本発明の第１実施形態のレーザー装置１６０Ａは、光源１５０、偏波保持型光ファイバ１５１、偏波分離素子１５２、偏波保持型光ファイバ１５３Ａ，１５３Ｂ、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａを備える。偏波保持型光ファイバ１５１の一方の端部は、光源１５０に接続されている。偏波保持型光ファイバ１５１の他方の端部は、偏波分離素子１５２に接続されている。偏波保持型光ファイバ１５３Ａ，１５３Ｂのそれぞれの一方の端部は、偏波分離素子１５２に接続されている。偏波保持型光ファイバ１５３Ａ，１５３Ｂのそれぞれの他方の端部は、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに接続されている。
【００２４】
光源１５０は、少なくとも、光軸Ａに対して偏光の向きが第１の向きＰ１であるレーザー光（第１レーザー光）Ｓ１と、光軸Ａに対して偏光の向きが第２方向であるレーザー光（第２レーザー光）Ｓ２とを含むレーザー光を発する。光軸Ａは、光の進行方向を示している。光軸Ａが図１の紙面に垂直な方向を向くとすると、第１の向きＰ１は紙面の上側及び下側を向く方向であり、第２の向きＰ２は紙面の左側及び右側を向く方向である。なお、第１の向きＰ１と第２の向きＰ２は、互いに異なれば、それぞれ任意の方向に向いていてよい。例えば、偏波保持型光ファイバ１５１の遅軸と速軸を第１の向きＰ１と第２の向きＰ２としてレーザー光Ｓ１，Ｓ２を導波してもよい。第１実施形態の光源１５０は、レーザー光Ｓ１，Ｓ２と、光軸Ａに対して偏光の向きが第１の向きＰ１及び第２の向きＰ２とは異なる任意の方向であるレーザー光とを発する半導体レーザーで構成されている。
【００２５】
偏波分離素子１５２は、光源１５０から発せられたレーザー光からレーザー光Ｓ１のみを偏波保持型光ファイバ１５３Ａに取り出し、レーザー光Ｓ２のみを偏波保持型光ファイバ１５３Ｂに取り出す。偏波分離素子１５２は、偏波保持型光カプラで構成されている。光軸Ａを中心とする偏波保持型光ファイバ１５３Ａのクラッドの偏光軸は、レーザー光Ｓ１のみを偏波保持型光ファイバ１５３Ａで導波可能とするように設定されている。光軸Ａを中心とする偏波保持型光ファイバ１５３Ｂのクラッドの偏光軸は、レーザー光Ｓ２のみを偏波保持型光ファイバ１５３Ｂで導波可能とするように設定されている。
【００２６】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａは、第１導入部１６１、第２導入部１６２、第１導波部１４１、第１反射部１２１、第２導波部１４２、第２反射部１２２、集光部（第１集光部，第２集光部）１８０、第３反射部１９０を備えている。第１導入部１６１は、偏波保持型光ファイバ１５３Ａの他方の端部に接続されている。第２導入部１６２は、偏波保持型光ファイバ１５３Ｂの他方の端部に接続されている。第１導波部１４１及び第１反射部１２１は、第１導入部１６１からＤ１方向（第１方向）に沿って、Ｄ１方向の奥側に設けられている。第２導波部１４２及び第２反射部１２２は、第２導入部１６２からＤ３方向（第３方向）に沿って、Ｄ３方向の奥側に設けられている。集光部１８０は、第１導入部１６１よりＤ１方向の手前側、且つ第２導入部１６２よりＤ３方向の手前側に設けられている。第３反射部１９０は、集光部１８０よりＤ１方向の手前側に設けられている。
【００２７】
第１実施形態では、光源１５０、偏波保持型光ファイバ１５１、偏波分離素子１５２が図１の紙面に平行な面内でＤ１，Ｄ３方向に略直交する方向（以下、レーザー光導入方向、という）に沿って配置されている。偏波保持型光ファイバ１５３Ａ，１５３Ｂのそれぞれの他方の端部側は、レーザー光導入方向からＤ１，Ｄ３方向に合流するように湾曲し、第１導入部１６１及び第２導入部１６２に至る。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａでは、第１導入部１６１、第１導波部１４１、第１反射部１２１、集光部１８０及び第３反射部において第１レーザー光Ｌ１が通過する部分によって、第１モード同期移行部Ｅ１が構成される。第１モード同期移行部Ｅ１によって、第１レーザー光Ｌ１はモード同期状態に移行する。第２導入部１６２、第２導波部１４２、第２反射部１２２と、集光部１８０及び第３反射部において第２レーザー光が通過する部分によって、第２モード同期移行部Ｅ２が構成される。第２モード同期移行部Ｅ２によって、第２レーザー光Ｌ２はモード同期状態に移行する。第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２は、少なくとも部分的に一体化され、Ｄ１，Ｄ３方向に延在している。
【００２８】
第１導入部１６１は、出射端１６５Ａと、二色性コーティング１７４で構成されている。二色性コーティング１７４は、Ｄ１方向とは逆向きのＤ２方向の奥側に間隔をおいて設けられている。第２導入部１６２は、出射端１６５Ｂと、二色性コーティング１７４で構成されている。二色性コーティング１７４は、第１導入部１６１及び第２導入部１６２からデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに導入されたレーザー光Ｓ１，Ｓ２を反射する。二色性コーティング１７４は、第１導波部１４１及び第２導波部１４２によって増幅されたレーザー光Ｓ１，Ｓ２（以下、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２という）を透過させる。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長は、第１導波部１４１及び第２導波部１４２によって増幅される前のレーザー光Ｓ１，Ｓ２の波長とは異なる。
【００２９】
第１実施形態では、二色性コーティング１７４は、出射端１６５ＡのＤ１方向の奥側の端面及び出射端１６５ＢのＤ３方向の奥側の端面に設けられる。しかしながら、二色性コーティング１７４によって反射されたレーザー光Ｓ１，Ｓ２を第１導波部１４１及び第２導波部１４２に入射させることができれば、二色性コーティング１７４の位置は特に限定されない。
【００３０】
第１導波部１４１は、出射端１６５ＡのＤ１方向の奥側の端部に接続され、Ｄ１，Ｄ２方向に沿ってレーザー光Ｓ１及びレーザー増幅光（第１レーザー光）Ｌ１を導波すると共に増幅する。第２導波部１４２は、出射端１６５ＢのＤ３方向の奥側の端部に接続され、Ｄ３方向及びＤ３方向とは逆向きのＤ４方向に沿ってレーザー光Ｓ２及びレーザー増幅光（第２レーザー光）Ｌ２を導波すると共に増幅する。第１導波部１４１は、光増幅ファイバ（第１導波路）１４３Ａで構成されている。第２導波部１４２は、光増幅ファイバ（第２導波路）１４３Ｂで構成されている。
【００３１】
第１実施形態の光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂとしては、例えば偏波保持型の希土類添加光ファイバが挙げられる。図２に示すように、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂはそれぞれ、コア（第１コア）２０１と、コア２０１の周囲に設けられたクラッド（第１クラッド）２１１と、を有する。クラッド２１１は、コア２０１より低い屈折率を有する。希土類添加光ファイバのコア２０１に添加される希土類元素としては、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）等が挙げられる。希土類添加光ファイバに添加される希土類元素は、増幅される前のレーザー光Ｓ１，Ｓ２の波長（以下、第１波長という）及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長（以下、第２波長という）を考慮して適宜選定される。
【００３２】
図１及び図２に示すように、２本の光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂは、共通の基台１３０に設けられている。基台１３０は、長手方向において第１導波部１４１及び第２導波部１４２と略同等の寸法を有する直方体である。第１実施形態では、第１導波部１４１及び第２導波部１４２は、２本の光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂである。図２に示すように、基台１３０の上面１３０ａには、２つのＶ字状の溝１３１Ａ，１３１Ｂが形成されている。溝１３１Ａ，１３１Ｂは、基台１３０の幅方向で互いに間隔をあけて形成されている。基台１３０の幅方向は、図２の紙面に平行な方向である。光増幅ファイバ１４３Ａは溝１３１Ａに嵌まり、光増幅ファイバ１４３Ｂは溝１３１Ｂに嵌まっている。基台１３０の素材は、例えば金属、樹脂等であるが、特に限定されない。
【００３３】
第１実施形態では、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂは、略同等の長さを有する。平面視では、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３ＢのＤ１，Ｄ３方向の奥側の端部は、基台１３０のＤ１，Ｄ３方向の奥側の端面と重なる。光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３ＢのＤ１，Ｄ３方向の手前側の端部は、基台１３０のＤ１，Ｄ３方向の手前側の端面からさらに手前側に延出し、出射端１６５Ａ，１６５Ｂに接続している。
【００３４】
図１に示すように、第１反射部１２１及び第２反射部１２２は、基台１３０のＤ１方向の奥側の端面（端部）に設けられている。第１反射部１２１は、第１導波部１４１に接続され、Ｄ１方向に沿って第１導波部１４１で導波されたレーザー増幅光Ｌ１の一部をＤ２方向に沿って反射する。第１反射部１２１は、Ｄ１方向に沿って第１導波部１４１で導波されたレーザー増幅光Ｌ１の残部をＤ１方向に沿って出射する。第２反射部１２２は、第２導波部１４２に接続され、Ｄ３方向に沿って第２導波部１４２で導波されたレーザー増幅光Ｌ２の一部をＤ４方向に沿って反射する。第２反射部１２２は、Ｄ３方向に沿って第２導波部１４２で導波された第２レーザー増幅光Ｌ２の残部をＤ３方向に沿って出射する。
【００３５】
第１反射部１２１及び第２反射部１２２において、Ｄ２，Ｄ４方向に沿って反射するレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２と、Ｄ１，Ｄ３方向に沿って出射されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワー比は、第１反射部１２１及び第２反射部１２２に照射されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の全体を１００とすると、例えば１：９９程度である。第１反射部１２１及び第２反射部１２２のぞれぞれのＤ１，Ｄ３方向の奥側の端部には、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂが接続されている。偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂは、第１反射部１２１及び第２反射部１２２から出射された光周波数コムＣ１，Ｃ２（第１光周波数コム、第２光周波数コム、図３参照）を導波する。
【００３６】
第１実施形態では、光増幅ファイバ１４３ＡのＤ１方向の奥側の端面にミラーコーティングが施されることによって、第１反射部１２１は、端面ミラー１２７Ａで構成されている。端面ミラー１２７Ａは、第１導波部１４１及び基台１３０と一体になっており、基台１３０から取り外せない。光増幅ファイバ１４３ＢのＤ３方向の奥側の端面にミラーコーティングが施されることによって、第２反射部１２２は、端面ミラー１２７Ｂで構成されている。端面ミラー１２７Ｂは、第２導波部１４２及び基台１３０と一体になっており、基台１３０から取り外せない。
【００３７】
集光部１８０は、第１集光部１８０Ａと第２集光部１８０Ｂとを備える。第１実施形態では、第１集光部１８０Ａと第２集光部１８０Ｂは一体であり、第２方向及び第４方向において互いの位置が揃っている。以下では、第１実施形態のように、第２方向及び第４方向において第１集光部１８０Ａと第２集光部１８０Ｂの位置が互いに揃う実施形態の説明及び図面では、第１集光部１８０Ａと第２集光部１８０Ｂをまとめて集光部１８０という場合がある。第１集光部１８０Ａは、第１導入部１６１からＤ２方向に沿って出射されたレーザー増幅光Ｌ１を第３反射部１９０に結像させ、第３反射部１９０によって反射されたレーザー増幅光Ｌ２をＤ１方向に沿って第１導入部１６１に入射させる。第２集光部１８０Ｂは、第２導入部１６２からＤ４方向に沿って出射されたレーザー増幅光Ｌ２を第３反射部１９０に結像させ、第３反射部１９０によって反射されたレーザー増幅光Ｌ２をＤ３方向に沿って第２導入部１６２に入射させる。
【００３８】
集光部１８０は、Ｄ２，Ｄ４方向において互いに間隔をあけて設けられた２つの屈折率分布型（Gradient Index：ＧＲＩＮ）レンズ１８２，１８４で構成されている。ＧＲＩＮレンズ１８２，１８４はそれぞれ、端面１８２ｃ，１８４ｃに入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を端面１８２ｄ，１８４ｄでコリメートする。第１実施形態では、ＧＲＩＮレンズ１８２，１８４における第１モード同期移行部Ｅ１が第１集光部１８０Ａとして機能する。第１モード同期移行部Ｅ１は、レーザー増幅光Ｌ１が通過する部分及びその近傍で構成される。ＧＲＩＮレンズ１８２，１８４における第２モード同期移行部Ｅ２が第２集光部１８０Ｂとして機能する。第２モード同期移行部Ｅ２は、レーザー増幅光Ｌ２が通過する部分及びその近傍で構成される。
【００３９】
第３反射部１９０は、第１導波部１４１のＤ１方向の手前側の端部、及び、第２導波部１４２のＤ３方向の手前側の端部から離間して設けられている。第３反射部１９０は、集光部１８０において、ＧＲＩＮレンズ１８４からＤ１，Ｄ３方向の手前側に焦点距離だけ離れた位置の近傍に配置されている。第３反射部１９０は、第１導波部１４１からＤ２方向に沿って出射されたレーザー増幅光Ｌ１の少なくとも一部を反射し、第２導波部１４２からＤ４方向に沿って出射されたレーザー増幅光Ｌ２の少なくとも一部を反射する。第３反射部１９０は、反射したレーザー増幅光Ｌ１を第１導波部１４１に入射させ、反射したレーザー増幅光Ｌ２を第２導波部１４２に入射させる。
【００４０】
第３反射部１９０では、集光状態で照射されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーに応じて、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の反射率が変化する。第３反射部１９０としては、例えば、可飽和吸収ミラー（ＳＡＭ：Saturable Absorber Mirror）が挙げられる。ＳＡＭは、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）と可飽和吸収体で構成されている。ＤＢＲは、厚み方向において高屈折率材料と低屈折率材料が交互に積層された積層体で構成されている。厚み方向は、デュアル光周波数コム生成光学系１１０ＡにＤＢＲを配置した際のＤ１−Ｄ４方向である。ＳＡＭに照射されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが所定値より低いときには、可飽和吸収体での吸収が強くなる。この場合、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の大部分が可飽和吸収体に吸収され、僅かなパワーのレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がＳＡＭによって反射される。一方、ＳＡＭに照射されるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが所定値以上になると、可飽和吸収体での吸収が飽和する。この場合、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の大部分が可飽和吸収体を透過すると共にＤＢＲによって反射され、高パワーのレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がＳＡＭによって反射される。
【００４１】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
次に、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａの動作と、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａを用いて光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成する動作原理について説明する。
【００４２】
光源１５０から発せられたレーザー光は、偏波保持型光ファイバ１５１に導波され、偏波分離素子１５２に入射する。偏波分離素子１５２によって、レーザー光Ｓ１，Ｓ２が分離され、レーザー光Ｓ１のみが偏波保持型光ファイバ１５３Ａに導波され、レーザー光Ｓ２のみが偏波保持型光ファイバ１５３Ｂに導波される。
【００４３】
偏波保持型光ファイバ１５３Ａを導波したレーザー光Ｓ１は、Ｄ２方向に沿って出射端１６５Ａを通り、二色性コーティング１７４によって反射される。二色性コーティング１７４で反射されたレーザー光Ｓ１は、再び出射端１６５Ａを通り、Ｄ１方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ａに入射する。偏波保持型光ファイバ１５３Ｂを導波したレーザー光Ｓ２は、Ｄ４方向に沿って出射端１６５Ｂを通り、二色性コーティング１７４によって反射される。二色性コーティング１７４で反射されたレーザー光Ｓ２は、再び出射端１６５Ｂを通り、Ｄ３方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ｂに入射する。
【００４４】
光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂに入射したレーザー光Ｓ１，Ｓ２はＤ１，Ｄ３方向に沿って導波すると共に増幅される。このことによって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が生成される。光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂが希土類添加光ファイバであると、第２波長は、第１波長とは異なる。
【００４５】
Ｄ１方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ａで導波されたレーザー増幅光Ｌ１は、端面ミラー１２７Ａによって反射され、Ｄ２方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ａを導波する。Ｄ３方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ｂで導波されたレーザー増幅光Ｌ２は、端面ミラー１２７Ｂによって反射され、Ｄ４方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ｂを導波する。
【００４６】
Ｄ２，Ｄ４方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂで導波されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、出射端１６５Ａ，１６５Ｂを通り、二色性コーティング１７４を透過する。二色性コーティング１７４からＤ２，Ｄ４方向に沿って出射されたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、自由空間内で拡散し、ＧＲＩＮレンズ１８２に入射する。Ｄ２，Ｄ４方向に沿ってＧＲＩＮレンズ１８２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、コリメートされた後、ＧＲＩＮレンズ１８４によって集光され、可飽和吸収ミラー１９２に入射する。
【００４７】
可飽和吸収ミラー１９２に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２には、集光したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが所定値より低ければ大きな損失が付与される。集光したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが所定値以上であれば、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２には僅かな損失が付与される。損失が与えられたレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は可飽和吸収ミラー１９２によって反射され、Ｄ１，Ｄ３方向に沿って進行すると共に拡散し、ＧＲＩＮレンズ１８４に入射する。Ｄ１，Ｄ３方向に沿ってＧＲＩＮレンズ１８４に入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、コリメートされ、ＧＲＩＮレンズ１８２によって集光する。ＧＲＩＮレンズ１８２によって集光したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、二色性コーティング１７４を透過し、出射端１６５Ａ，１６５Ｂを通り、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂに入射する。
【００４８】
Ｄ１，Ｄ３方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂに入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂによって繰り返し増幅される。
【００４９】
第１反射部１２１又は第２反射部１２２と第３反射部１９０との間の往復回数が所定の回数より少ないときは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが低いので、第１モード同期移行部Ｅ１や第２モード同期移行部Ｅ２における利得は小さい。この場合、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が連続光である状態で動作する。第１反射部１２１又は第２反射部１２２と第３反射部１９０との間の往復回数が所定の回数以上になり、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のパワーが所定のパワーより高くなると、第１モード同期移行部Ｅ１や第２モード同期移行部Ｅ２における利得は非常に大きくなる。この場合、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がパルス光である状態で動作する。
【００５０】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ連続光又はパルス光である状態で発振する間にモード同期状態に移行し、光周波数コムＣ１，Ｃ２（図３参照）が生成される。光周波数コムＣ１は、第１反射部１２１から偏波保持型光ファイバ１３４Ａに導出される。光周波数コムＣ２は、第２反射部１２２から偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに導出される。
【００５１】
光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１は、第１モード同期移行部Ｅ１の共振器長によって決まる。以下、第１モード同期移行部Ｅ１の共振器長を第１共振器長という。第１共振器長は、光増幅ファイバ１４３Ａの長さと、出射端１６５ＡのＤ２方向の手前側の端部から可飽和吸収ミラー１９２のＤ２方向の奥側の面までの長さに相当する。一方、光周波数コムＣ２の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、第２モード同期移行部Ｅ２の共振器長によって決まる。以下、第２モード同期移行部Ｅ２の共振器長を第２共振器長という。第２共振器長は、光増幅ファイバ１４３Ｂの長さと、出射端１６５ＢのＤ４方向の手前側の端部から可飽和吸収ミラー１９２のＤ４方向の奥側の面までの長さに相当する。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａでは、第１モード同期移行部Ｅ１の共振器におけるレーザー増幅光Ｌ１の光路長は、レーザー増幅光Ｌ１の屈折率と第１共振器長によって決まる。第２モード同期移行部Ｅ２の共振器におけるレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、レーザー増幅光Ｌ２の屈折率と第２共振器長によって決まる。
【００５２】
第１実施形態では、第１共振器長と第２共振器長は互いに等しい。しかしながら、レーザー増幅光Ｌ１の偏光の向きが第１の向きＰ１であるのに対し、レーザー増幅光Ｌ２の偏光の向きが第２の向きＰ２であるため、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率は互いに異なる。したがって、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率差Δｎに応じて、第１モード同期移行部Ｅ１の光増幅ファイバ１４３Ａに対するレーザー増幅光Ｌ１の光路長と、第２モード同期移行部Ｅ２の光増幅ファイバ１４３Ｂに対するレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、互いに異なる。第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２との光路長差をΔＬとすると、繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、（ｆｒｅｐ１＋Δｆｒｅｐ）で表される。繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存する。
【００５３】
上述の動作原理に基づき、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａでは、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ１がＤ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ａに導波される。一方、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ２がＤ３方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに導波される。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの屈折率及び第２波長等を考慮し、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂの長さは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように設定されている。
【００５４】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａでは、レーザー増幅光Ｌ１を第１モード同期移行部Ｅ１でモード同期状態に移行させつつ、共振させる。同時に、レーザー増幅光Ｌ２を第２モード同期移行部Ｅ２でモード同期状態に移行させつつ、共振させる。この際、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが互いに異なるので、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率が異なり、第１モード同期移行部Ｅ１におけるレーザー増幅光Ｌ１の光路長と第２モード同期移行部Ｅ２におけるレーザー増幅光Ｌ２の光路長が互いに異なる。このことによって、第１モード同期移行部Ｅ１から、偏光の向きが第１の向きＰ１であり且つ繰り返し周波数ｆｒｅｐ１を有する光周波数コムＣ１を得ることができる。同時に、第２モード同期移行部Ｅ２から、偏光の向きが第２の向きＰ２であり、且つ光周波数コムＣ１とは異なる繰り返し周波数ｆｒｅｐ２を有する光周波数コムＣ２を得ることができる。
【００５５】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａでは、偏光の向きが互いに異なるレーザー光Ｓ１，Ｓ２及びレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を用いることで、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の屈折率を互いに異ならせ、第１共振器長と第２共振器長を互いに異ならせることができる。このことによって、第１モード同期移行部Ｅ１及び第２モード同期移行部Ｅ２を備える１台のモード同期レーザーで繰り返し周波数が異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２を発生させることができる。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａでは、第１導波部１４１及び第２導波部１４２が共通の基台１３０に設けられ、第１モード同期移行部Ｅ１及び第２モード同期移行部Ｅ２が集光部１８０及び第３反射部１９０を共有する。このことによって、モード同期レーザー（すなわち、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のモード同期に係る構成）が受ける環境外乱や機械的な擾乱を、第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２で共通にすることができる。このことによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２のそれぞれに含まれる環境外乱や機械的な擾乱の差を抑えることができる。環境外乱や機械的な擾乱を第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２の共通雑音として容易に除去し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の相対的なＳＮ比を高くすることができる。このことによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２による干渉信号のＳＮ比を高くし、測定精度を高くすることができる。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａでは、第１導波部１４１及び第２導波部１４２が共通の基台１３０に設けられ、第１モード同期移行部Ｅ１及び第２モード同期移行部Ｅ２が集光部１８０及び第３反射部１９０を共有する。このことによって、従来のように光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成するモード同期レーザーを個別に用意する場合に比べて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ及びレーザー装置１６０Ａの小型化を図ることができる。
【００５６】
［計測装置の構成］
次に、本発明の第１実施形態の計測装置２００の構成について説明する。図３に示すように、計測装置２００は、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａを有するレーザー装置１６０Ａ、干渉部５９、試料情報抽出部５８を備える。干渉部５９は、出力用の偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂ、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士を干渉させる。試料情報抽出部５８は、干渉部５９で干渉した光周波数コムＣ１，Ｃ２の干渉信号から試料の情報を抽出する。
【００５７】
計測装置２００では、レーザー装置１６０Ａで生成された光周波数コムＣ１は、偏波保持型光ファイバ１３４Ａを通って、出射端９１から出射される。レーザー装置１６０Ａで生成された光周波数コムＣ２は、偏波保持型光ファイバ１３４Ｂを通って、出射端９２から出射される。光周波数コムＣ１，Ｃ２の進路Ｘ３５，Ｘ３６のうち、光周波数コムＣ２の進路Ｘ３６上に、計測装置２００の測定対象の試料Ｓが配置されている。光周波数コムＣ１の進路Ｘ３５に沿って、進路Ｘ３５を干渉部５９に向けて折り返すためのミラー５５が設けられている。
【００５８】
干渉部５９は、光周波数コムＣ１と試料Ｓの情報を含む光周波数コムＣ２とを干渉させる。以下、試料Ｓの情報を含む光周波数コムＣ２を光周波数コムＣ３とする。干渉部５９は、試料Ｓより光周波数コムＣ３の進行方向の奥側に配置され、光ビームスプリッタやハーフミラーで構成されている。第１実施形態では、光周波数コムＣ１，Ｃ２の偏光の向きが互いに異なっている。ミラー５５及び干渉部５９は、偏波保持型であることが好ましい。
【００５９】
第１実施形態において、ミラー５５及び干渉部５９が偏波保持型でない場合、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ又は偏波保持型光ファイバ１３４Ｂを途中で一旦切断し、切断された箇所の偏波保持型光ファイバ１３４Ａ又は偏波保持型光ファイバ１３４Ｂ同士を、互いの遅軸又は速軸が断面視で直交するように合わせ、融着してもよい。別の方法として、出射端９１を偏波保持型光ファイバ１３４Ａに対して９０°回転させた状態で設置してもよい。他の方法として、出射端９２を偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに対して９０°回転させた状態で設置してもよい。
【００６０】
試料情報抽出部５８は、干渉部５９で光周波数コムＣ１，Ｃ３が互いに干渉することで発生するマルチヘテロダイン信号（干渉信号）の進行方向の奥側に配置されている。試料情報抽出部５８は、マルチヘテロダイン信号から試料Ｓに関する情報を取得可能であって、一般に知られている光学系で構成されている。このような光学系として、例えば受光器で電気信号に変換する装置等が挙げられる。
【００６１】
［計測装置を用いた計測方法］
計測装置２００では、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから出射された光周波数コムＣ１，Ｃ２のうち光周波数コムＣ２は進路Ｘ３６に沿って進行し、試料Ｓを通過する。試料Ｓを通過する際に、光周波数コムＣ２に試料Ｓが有する光学的な情報が付加され、光周波数コムＣ３になる。一方、光周波数コムＣ１は進路Ｘ３５に沿って進行し、ミラー５５によって折り返される。
【００６２】
進路Ｘ３６に沿って進行する光周波数コムＣ３と進路Ｘ３５に沿って進行する光周波数コムＣ１は、干渉部５９で合わさり、互いに干渉する。光周波数コムＣ１，Ｃ３の干渉によって、マルチヘテロダイン信号が生じる。マルチヘテロダイン信号は進路Ｘ３７に沿って進行し、試料情報抽出部５８に入射する。図３に示すように、試料情報抽出部５８において、マルチヘテロダイン信号は、例えば高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：FFT）によって、高周波数帯域のモード分解スペクトルに変換される。モード分解スペクトルの波形Ｗから、試料Ｓの光学的な情報が抽出される。図３では、波形Ｗを破線で示している。モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔は、繰り返し周波数差Δｆｒｅｐに相当する。
【００６３】
［計測装置の作用効果］
計測装置２００では、進路Ｘ３６上を進行する光周波数コムＣ２に試料Ｓの光学的な情報を付加できる。干渉部５９では、光周波数コムＣ１，Ｃ３を互いに干渉させることによって、光周波数コムＣ１，Ｃ３に共通して含まれる環境外乱や機械的な擾乱を除去し、高周波数帯域で容易に観測可能なモード分解スペクトルを得ることができる。試料情報抽出部５８では、得られたモード分解スペクトルのスペクトル分布の波形Ｗから試料Ｓの情報を抽出できる。したがって、本発明に係る計測装置２００によれば、高ＳＮ比の光周波数コムＣ１，Ｃ２を用いるので、試料Ｓの情報を高精度に取得できる。計測装置２００において光周波数コムＣ１，Ｃ２の発生に関する構成を共通化しているので、従来のように光周波数コムＣ１，Ｃ２を生成する光学系をそれぞれ個別のスペースに用意する必要がない。すなわち、光周波数コムＣ１，Ｃ２の発生に係る構成のうち、導波路の構成部分を互いに近接させて共通の基台１３０に固定し、自由空間系の構成部分を互いに共有することによって、計測装置２００の小型化を図ることができる。
【００６４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。第２実施形態以降の各実施形態に関する説明及び図面において、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ、レーザー装置１６０Ａ及び計測装置２００と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。第２実施形態以降の各実施形態では、基本的に第１実施形態と異なる構成及び作用について説明し、説明する構成及び作用以外は第１実施形態と共通する。
【００６５】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図４に示すように、本発明の第２実施形態のレーザー装置１６０Ｂは、第１実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂを備えている。レーザー装置１６０Ｂにおける光源１５０から出射端（第１導入部、第２導入部）１６５Ｃまでの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置１６０Ａにおける光源１５０から第１導入部１６１及び第２導入部１６２までの構成と同様である。
【００６６】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂでは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａにおける出射端１６５Ａ，１６５Ｂが出射端１６５Ｃに置き換えられている。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂでは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０ＡにおけるＧＲＩＮレンズ１８２，１８４が凸レンズ１８６に置き換えられている。すなわち、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａの第１導入部１６１及び第２導入部１６２がデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂの出射端１６５Ｃで構成されている。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａの集光部１８０がデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂの凸レンズ１８６で構成されている。
【００６７】
出射端１６５Ｃは、偏波保持型光ファイバ１５３Ａ，１５３Ｂのそれぞれの他方の端部に接続されている。出射端１６５Ｃは、偏波保持型光ファイバ１５３Ａ，１５３Ｂを１つのコリメータレンズに取り付けたものとして構成されている。出射端１６５Ｃは、Ｄ２，Ｄ４方向の手前側から入射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２をコリメートしてＤ２，Ｄ４方向の奥側に向けて斜めに出射する。出射端１６５Ｃは、Ｄ２，Ｄ４方向を含む平面において互いに離間して出射したレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を互いに近づかせる。その後、出射端１６５Ｃは、所定の位置Ｔでクロスさせた後、互いに離間させる。出射端１６５Ｃの一例は、Dual Fiber Collimator（販売元：ＡＦＲ（Advanced Fiber Resources, Ltd.）、型番：Ｃ−１．８−２−５５等）である。
【００６８】
レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、所定の位置Ｔで重なった後に再び互いに離間しつつ、Ｄ２，Ｄ４方向の奥側に進行する。凸レンズ１８６は、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の進行方向をＤ２，Ｄ４方向に対して平行に戻す。凸レンズ１８６は、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を第３反射部１９０で集光させる。第３反射部１９０は、凸レンズ１８６の焦点距離近傍に配置されている。
【００６９】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂ及びレーザー装置１６０Ｂでは、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が出射される。
【００７０】
但し、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂ及びレーザー装置１６０Ｂでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、Ｄ２，Ｄ４方向の手前側から出射端１６５Ｃに入射し、コリメートされ、Ｄ２，Ｄ４方向の奥側に向けて斜めに出射する。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、Ｄ２，Ｄ４方向を含む平面において互いに離間して出射端１６５Ｃから出射し、所定の位置Ｔでクロスした後、互いに離間する。その後、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、凸レンズ１８６によって集光されると共に、可飽和吸収ミラー１９２に入射する。
【００７１】
レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２は、可飽和吸収ミラー１９２のＤＢＲによって反射され、可飽和吸収ミラー１９２への入射時と同じ経路を、入射時とは逆向きに進行する。
【００７２】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｂは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂ及びレーザー装置１６０Ｂでは、集光部１８０が単体の凸レンズ１８６で構成される。このことによって、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｂ及びレーザー装置１６０Ｂのうち、特に自由空間系の構成部分の小型化を図ることができる。
【００７３】
第２実施形態では、集光部１８０の構成は、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２を第３反射部に集光状態で照射させることができる構成を全て含む。集光部１８０は、ＧＲＩＮレンズ１８２，１８４や、凸レンズ１８６に限定されない。
【００７４】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第２実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図４に示すレーザー装置１６０Ｂを備えている。レーザー装置以外の第２実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。レーザー装置１６０Ｂでは、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られる。第２実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｂによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易に制御できる。このことによって、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を容易に制御すると共に、第２実施形態の計測装置の測定分解能を容易に調整できる。レーザー装置１６０Ｂによれば、集光部１８０が小型になるので、第２実施形態の計測装置全体の小型化を図ることができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明を適用した第３実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【００７６】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図５に示すように、本発明を適用した第３実施形態のレーザー装置１６０Ｃは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃを備える。レーザー装置１６０Ｃにおける光源１５０から出射端（第１導入部、第２導入部）１６５Ａ，１６５Ｂまでの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置１６０Ａにおける光源１５０から第１導入部１６１及び第２導入部１６２までの構成と同様である。
【００７７】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃでは、第１導波部１４１は、光増幅ファイバ１４３Ａと光ファイバ１４４Ａで構成されている。光ファイバ１４４ＡのＤ１方向の手前側の端部は、光増幅ファイバ１４３ＡのＤ１方向の奥側の端部に接続されている。第２導波部１４２は、光増幅ファイバ１４３Ｂと光ファイバ１４４Ｂで構成されている。光ファイバ１４４ＢのＤ３方向の手前側の端部は、光増幅ファイバ１４３ＢのＤ３方向の奥側の端部に接続されている。光ファイバ１４４Ａ，１４４Ｂのそれぞれのコア２０２（図６参照）に対して希土類元素は添加されていない。光ファイバ１４４Ａは、レーザー増幅光Ｌ１を導波するのみで、増幅しない。光ファイバ１４４Ｂは、レーザー増幅光Ｌ２を導波するのみで、増幅しない。
【００７８】
Ｄ１方向とＤ３方向は、互いに平行になっている。第１導波部１４１における光増幅ファイバ１４３Ａの長さは、第２導波部１４２における光増幅ファイバ１４３Ｂより長さΔＦだけ長い。光ファイバ１４４Ａの長さが光ファイバ１４４Ｂの長さより長さΔＦだけ短いので、第１導波部１４１及び第２導波部１４２は略同等の長さを有する。
【００７９】
２本の光ファイバ１４４Ａ，１４４Ｂは、２本の光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂと共通の基台１３０に設けられている。第３実施形態では、基台１３０は、長手方向において第１導波部１４１及び第２導波部１４２と略同等の寸法を有する。図６に示すように、光ファイバ１４４Ａは溝１３１Ａに嵌められ、光ファイバ１４４Ｂは溝１３１Ｂに嵌められている。
【００８０】
光ファイバ１４４ＡのＤ１方向の奥側の端部に、第１反射部１２１の端面ミラー１２７Ａが接続されている。光ファイバ１４４ＢのＤ３方向の奥側の端部に、第２反射部１２２の端面ミラー１２７Ｂが接続されている。平面視では、光ファイバ１４４Ａ，１４４ＢのＤ１，Ｄ３方向の奥側の端部は、基台１３０のＤ１，Ｄ３方向の奥側の端面と重なる。
【００８１】
第３実施形態では、レーザー光Ｓ１の偏光の向きとレーザー光Ｓ２の偏光の向きが必ずしも互いに異なる必要はない。図５に示すように、光源１５０は、光軸Ａに対して偏光の向きが第１の向きＰ１のみであるレーザー光Ｓ１，Ｓ２を発してもよい。例えば、偏波保持型光ファイバ１５１の遅軸のみ、又は速軸のみに偏光の向きを合わせてレーザー光Ｓ１，Ｓ２を導波できる。第３実施形態の光源１５０は、少なくともレーザー光Ｓ１，Ｓ２を発する半導体レーザーで構成されている。
【００８２】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃ及びレーザー装置１６０Ｃでは、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が得られる。
【００８３】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃ及びレーザー装置１６０Ｃでは、レーザー増幅光Ｌ１は、光ファイバ１４４Ａを導波する。その後、レーザー増幅光Ｌ１は、端面ミラー１２７Ａによって反射され、Ｄ２方向に沿って光ファイバ１４４Ａを導波した後に、光増幅ファイバ１４３Ａを導波し、増幅される。レーザー増幅光Ｌ２は、光ファイバ１４４Ｂを導波する。その後、レーザー増幅光Ｌ２は、端面ミラー１２７Ｂによって反射され、Ｄ４方向に沿って光ファイバ１４４Ｂを導波した後に、光増幅ファイバ１４３Ｂを導波する。
【００８４】
第１共振器長と第２共振器長は、互いに等しい。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通の第１の向きＰ１であってもよいが、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂの長さはΔＦだけ異なる。第１モード同期移行部Ｅ１の光増幅ファイバ１４３Ａに対するレーザー増幅光Ｌ１の光路長と、第２モード同期移行部Ｅ２の光増幅ファイバ１４３Ｂに対するレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、互いに異なる。第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２との光路長差ΔＬは、長さΔＦによって決まる。繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、（ｆｒｅｐ１＋Δｆｒｅｐ）で表される。繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存する。
【００８５】
上述の動作原理に基づき、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃ及びレーザー装置１６０Ｃでは、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ１がＤ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ａに導波される。強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ２は、Ｄ３方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに導波される。長さΔＦは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように設定されている。一例として、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ１４４Ａ，１４４Ｂのコアの屈折率は、１．４６８程度であり、波長１５５０ｎｍにおける光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂのコアの屈折率は、１．４８程度である。但し、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂのコアでは希土類原子の吸収があるため、希土類原子の添加濃度及び励起光のパワーによって前述の屈折率は変化する。例えば、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃにおける空間部の長さを１０ｃｍに固定し、光ファイバ１４４Ａの長さを１０ｃｍ、光増幅ファイバ１４３Ａの長さを２０ｃｍとする。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃにおける空間部の長さは、基台１３０のＤ２，Ｄ４方向の奥側の端面と第３反射部１９０の反射面との距離である。光ファイバ１４４Ｂの長さを１５ｃｍ、光増幅ファイバ１４３Ｂの長さを１５ｃｍとする。この場合、第１導波部１４１と第２導波部１４２のそれぞれの物理長は互いに等しく、４０ｃｍである。しかしながら、第１導波部１４１の光路長と、第２導波部１４２の光路長は、０．６ｍｍ異なる。このような光路長の差は、長さΔＦが０．０５ｍｍであることを意味する。長さΔＦが０．０５ｍｍであれば、繰り返し周波数ｆｒｅｐ１は５５２．３９６４０２４ＭＨｚになり、繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は５５２．９１８５８７２ＭＨｚになり、Δｆｒｅｐは約０．６１１ＭＨｚになる。
【００８６】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｃは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。長さΔＦは光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂの製造時に固定されるパラメータである。そのため、長さΔＦは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃの周囲の環境等に影響を受けやすいパラメータ（レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長や偏波の向き等）に比べて高精度に調整可能であって、予め正確に設計可能であり、安定している。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃ及びレーザー装置１６０Ｃでは、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを、長さΔＦによって制御できる。長さΔＦを変えることによって光周波数コムＣ１，Ｃ２の分散量を変えることができる。光周波数コムＣ１，Ｃ２の分散量を変えることで、光周波数コムＣ１，Ｃ２のスペクトルの幅を変えることができる。
【００８７】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第３実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図５に示すレーザー装置１６０Ｃを備える。レーザー装置１６０Ｃ以外の第３実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。第３実施形態では、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよいので、ミラー５５及び干渉部５９は、偏波保持型である必要はない。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通している場合、ミラー５５及び干渉部５９は、光周波数コムＣ１，Ｃ３の偏光の向きを保持しない光学部品等で構成されてもよい。
【００８８】
レーザー装置１６０Ｃでは、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られる。第３実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｃによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易且つ高精度に制御できる。このことによって、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を高精度に制御できる。第３実施形態の計測装置によれば、測定分解能を容易に且つ高精度に調整できる。第３実施形態の計測装置によれば、レーザー装置１６０Ｃにおいて光周波数コムＣ１，Ｃ２のスペクトルの幅を調整し、測定帯域を容易に且つ高精度に調整できる。
【００８９】
（第４実施形態）
次に、本発明を適用した第４実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【００９０】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図７に示すように、本発明の第４実施形態のレーザー装置１６０Ａ´は、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´を備える。レーザー装置１６０Ａ´における光源１５０から出射端（第１導入部、第２導入部）１６５Ａ，１６５Ｂまでの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置１６０Ａにおける光源１５０から第１導入部１６１及び第２導入部１６２までの構成と同様である。
【００９１】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´は、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａにおける第２導波部１４２の光増幅ファイバ１４３Ｂを光増幅ファイバ（第２導波路）１４３Ｃに置き換えた光学系である。
【００９２】
図８に示すように、光増幅ファイバ１４３Ｃは、コア（第２コア）２０２と、コア２０２の周囲に設けられたクラッド（第２クラッド）２１２と、を有する。コア２０２は、第１実施形態の光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂのコア２０１とは異なる屈折率を有する。クラッド２１２は、コア２０２より低い屈折率を有する。後で説明する第４実施形態の計測装置において、光周波数コムＣ１，Ｃ２を干渉させてマルチヘテロダイン検出を行うので、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長は、互いに同一であることが好ましい。このことから、コア２０２に添加される希土類元素は、コア２０１に添加される希土類元素と同一であることが好ましい。レーザー増幅光Ｌ１にとってのコア２０１の屈折率とレーザー増幅光Ｌ２にとってのコア２０２の屈折率が異なるようにするために、コア２０１，２０２では、添加される希土類元素の種類は互いに同一であるが、その希土類元素が添加される添加濃度が互いに異なっている。但し、コア２０１，２０２のそれぞれへの希土類元素の添加濃度は同一であり、かつコア２０１，２０２の直径が互いに異なってもよい。クラッド２１２は、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂのクラッド２１１と同一の組成で構成されてもよく、コア２０２より低い屈折率を有すればクラッド２１１とは異なる組成で構成されてもよい。
【００９３】
第４実施形態では、第３実施形態と同様に、レーザー光Ｓ１の偏光の向きとレーザー光Ｓ２の偏光の向きが必ずしも互いに異なる必要はない。図７に示すように、光源１５０は、光軸Ａに対して偏光の向きが第１の向きＰ１のみであるレーザー光Ｓ１，Ｓ２を発してもよい。例えば、偏波保持型光ファイバ１５１の遅軸のみ、又は速軸のみを第１の向きＰ１に合わせてレーザー光Ｓ１，Ｓ２を導波できる。
【００９４】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´及びレーザー装置１６０Ａ´では、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、図３に示すように互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。
【００９５】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´及びレーザー装置１６０Ａ´では、Ｄ３方向に沿って出射端１６５Ｂを通ったレーザー増幅光Ｌ２は、光増幅ファイバ１４３Ｃを導波し、増幅される。その後、レーザー増幅光Ｌ２は、端面ミラー１２７Ｂによって反射され、Ｄ４方向に沿って光増幅ファイバ１４３Ｃを導波し、増幅され、再び出射端１６５Ｂを通る。
【００９６】
第４実施形態では、第１共振器長及び第２共振器長は同等であり、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよい。その場合、光増幅ファイバ１４３Ａのコア２０１の屈折率と、光増幅ファイバ１４３Ｃのコア２０２の屈折率は、Δｎだけ異なる。その結果、第１モード同期移行部Ｅ１の光増幅ファイバ１４３Ａに対するレーザー増幅光Ｌ１の光路長と、第２モード同期移行部Ｅ２の光増幅ファイバ１４３Ｂに対するレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、互いに異なる。第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２との光路長差ΔＬは、屈折率差Δｎによって決まる。繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、（ｆｒｅｐ１＋Δｆｒｅｐ）で表される。繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存する。
【００９７】
上述の動作原理に基づき、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´及びレーザー装置１６０Ａ´では、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ１がＤ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ａに導波される。強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ２は、Ｄ３方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに導波される。長さΔＦは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように、設定されている。例えば、コア径が４μｍのＥＤＦを光増幅ファイバ１４３Ａに用い、且つコア径が８μｍのＥＤＦを光増幅ファイバ１４３Ｃに用いると、光増幅ファイバ１４３Ａと光増幅ファイバ１４３Ｃでは非線形屈折率が０．４×１０−１６ｃｍ２／Ｗ異なる。その場合、屈折率差Δｎを０．４×１０−１６ｃｍ２／Ｗとして設定できる。
【００９８】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ａ´は、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´を有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。長さΔｎは、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｃの製造時に固定されるパラメータであり、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´の周囲の環境等に影響を受けやすいパラメータ（レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長や偏波の向き等）に比べて高精度に調整可能であって、予め正確に設計可能であり、安定している。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´及びレーザー装置１６０Ａ´では、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを、高精度に調整可能な長さΔＦによって制御できる。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｃ及びレーザー装置１６０Ｃでは、屈折率差Δｎを変えるためにコア２０１，２０２への希土類元素の添加濃度を互いに異ならせることによって、コア２０１，２０２におけるレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の吸収量を変化させ、光周波数コムＣ１，Ｃ２の分散量を変えることができる。光周波数コムＣ１，Ｃ２の分散量を変えることで、光周波数コムＣ１，Ｃ２のスペクトルの幅を変えることができる。
【００９９】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第４実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図７に示すレーザー装置１６０Ａ´を備える。レーザー装置１６０Ａ´以外の第４実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。第４実施形態では、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよいので、ミラー５５及び干渉部５９は、偏波保持型である必要はない。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通している場合、ミラー５５及び干渉部５９は、光周波数コムＣ１，Ｃ３の偏光の向きを保持しない光学部品等で構成されてもよい。
【０１００】
レーザー装置１６０Ａ´では、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。第４実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ａ´によれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易且つ高精度に制御できるので、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を高精度に制御できる。第４実施形態の計測装置によれば、測定分解能を容易に且つ高精度に調整できる。第４実施形態の計測装置によれば、レーザー装置１６０Ａ´において光周波数コムＣ１，Ｃ２のスペクトルの幅を調整することによって、測定帯域を容易に且つ高精度に調整できる。
【０１０１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【０１０２】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図９に示すように、本発明を適用した第５実施形態のレーザー装置１６０Ｄは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄを備える。レーザー装置１６０Ｄにおける光源１５０から出射端（第１導入部、第２導入部）１６５Ａ，１６５Ｂまでの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置１６０Ａにおける光源１５０から第１導入部１６１及び第２導入部１６２までの構成と同様である。
【０１０３】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、ＧＲＩＮレンズ１８２は、互いに一体化されたＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂで構成される。互いに一体化されているとは、ＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂ同士の相対位置が固定されていることを意味する。
【０１０４】
第１集光部１８０Ａとして機能するＧＲＩＮレンズ部１８２Ａと、第２集光部１８０Ｂとして機能するＧＲＩＮレンズ部１８２Ｂは、Ｄ２方向又はＤ４方向において互いに略同一の長さを有するが、Ｄ２，Ｄ４方向における位置が長さΔＭだけずれて配置される。Ｄ２，Ｄ４方向において、二色性コーティング１７４の奥側の端面からＧＲＩＮレンズ部１８２Ａの手前側の端面１８２ｃまでの距離と、二色性コーティング１７４の奥側の端面からＧＲＩＮレンズ部１８２Ｂの手前側の端面１８２ｃまでの距離は、長さΔＭだけ異なる。
【０１０５】
ＧＲＩＮレンズ１８４は、互いに一体化されたＧＲＩＮレンズ部１８４Ａ，１８４Ｂで構成される。互いに一体化されているとは、ＧＲＩＮレンズ部１８４Ａ，１８４Ｂ同士の相対位置が固定されていることを意味する。第１集光部１８０Ａとして機能するＧＲＩＮレンズ部１８４Ａと、第２集光部１８０Ｂとして機能するＧＲＩＮレンズ部１８４Ｂは、Ｄ２，Ｄ４方向において互いに略同一の長さを有するが、Ｄ２，Ｄ４方向における位置が長さΔＭ´だけずれて配置される。Ｄ２，Ｄ４方向において、二色性コーティング１７４の奥側の端面からＧＲＩＮレンズ部１８４Ａの手前側の端面１８４ｄまでの距離と、二色性コーティング１７４の奥側の端面からＧＲＩＮレンズ部１８４Ｂの手前側の端面１８４ｄまでの距離は、長さΔＭ´だけ異なる。
【０１０６】
平面視において、可飽和吸収ミラー１９２のＤ２，Ｄ４方向の手前側の端面においてレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれが照射される位置同士は、Ｄ２方向又はＤ４方向において長さΔＪだけずれている。
Ｄ２方向において二色性コーティング１７４の奥側の端面からレーザー増幅光Ｌ１が出射される位置と可飽和吸収ミラー１９２の手前側の端面にレーザー増幅光Ｌ１が照射される位置までの距離と、Ｄ４方向において二色性コーティング１７４の奥側の端面からレーザー増幅光Ｌ２が出射される位置と可飽和吸収ミラー１９２の手前側の端面にレーザー増幅光Ｌ２が照射される位置までの距離は、長さΔＪだけ異なる。
【０１０７】
第５実施形態では、第３実施形態と同様に、レーザー光Ｓ１の偏光の向きとレーザー光Ｓ２の偏光の向きが必ずしも互いに異なる必要はない。図９に示すように、光源１５０は、光軸Ａに対して偏光の向きが共通して第１の向きＰ１のみであるレーザー光Ｓ１，Ｓ２を発してもよい。例えば、偏波保持型光ファイバ１５１の遅軸のみ、又は速軸のみを第１の向きＰ１に合わせてレーザー光Ｓ１，Ｓ２を導波できる。
【０１０８】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が出射される。
【０１０９】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、第１共振器長及び第２共振器長は互いに等しく、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよい。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、Ｄ２，Ｄ４方向において、ＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂ同士の位置が長さΔＭだけ異なり、ＧＲＩＮレンズ部１８４Ａ，１８４Ｂ同士の位置が長さΔＭ´だけ異なり、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が可飽和吸収ミラー１９２に照射される位置が長さΔＪだけ異なる。このことによって、第１モード同期移行部Ｅ１の光増幅ファイバ１４３Ａに対するレーザー増幅光Ｌ１の光路長と、第２モード同期移行部Ｅ２の光増幅ファイバ１４３Ｂに対するレーザー増幅光Ｌ２の光路長は、互いに異なる。第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２との光路長差ΔＬは、長さΔＭ，ΔＭ´，ΔＪによって決まる。繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、（ｆｒｅｐ１＋Δｆｒｅｐ）で表される。繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存する。
【０１１０】
上述の動作原理に基づき、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ１がＤ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ａに導波される。強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ２は、Ｄ３方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに導波される。長さΔＭ，ΔＭ´，ΔＪは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように、設定されている。長さΔＭ，ΔＭ´，ΔＪは、前述したように僅かな長さであり、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄの各構成要素の配置時やレーザー装置１６０Ｄの製造時等に発生する製造誤差によって生じてもよく、意図的に生じさせてもよい。
【０１１１】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｄは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。長さΔＭ，ΔＭ´，ΔＪはデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄの構築時に固定されるパラメータであり、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄの周囲の環境等に影響を受けやすいパラメータ（レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長や偏波の向き等）に比べて高精度に調整可能であり、予め正確に設計可能であり、安定している。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａ´及びレーザー装置１６０Ａ´では、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを、高精度に調整可能な長さΔＭ，ΔＭ´，ΔＪによって制御できる。
【０１１２】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第５実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図９に示すレーザー装置１６０Ｄを備える。レーザー装置１６０Ｄ以外の第５実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。第５実施形態では、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよいので、ミラー５５及び干渉部５９は、偏波保持型である必要はない。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通している場合、ミラー５５及び干渉部５９は、光周波数コムＣ１，Ｃ３の偏光の向きを保持しない光学部品等で構成されてもよい。
【０１１３】
レーザー装置１６０Ｄでは、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。第５実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｄによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易且つ高精度に制御できる。そのため、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を高精度に制御できる。第５実施形態の計測装置によれば、測定分解能を容易に且つ高精度に調整できる。
【０１１４】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、ＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂ同士の位置が長さΔＭだけずれ、ＧＲＩＮレンズ部１８４Ａ，１８４Ｂ同士の相対位置は揃い、且つ可飽和吸収ミラー１９２のＤ２方向又はＤ４方向の手前側の端面の位置が揃っていても構わない。その場合、長さΔＭは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数Δｆｒｅｐに相当するように、設定されている。
【０１１５】
可飽和吸収ミラー１９２のＤ２方向又はＤ４方向の手前側の端面のずれによってレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２が照射される位置が長さΔＪだけずれ、ＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂ同士の相対位置、及びＧＲＩＮレンズ部１８４Ａ，１８４Ｂ同士の相対位置が揃っていてもよい。その場合、長さΔＪは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数Δｆｒｅｐに相当するように、設定されている。つまり、ＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂの相対位置のずれ、ＧＲＩＮレンズ部１８４Ａ，１８４Ｂの相対位置のずれ、可飽和吸収ミラー１９２の端面の段差のうち少なくとも１つが生じれば、上述した第５実施形態の作用効果が得られる。
【０１１６】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、ＧＲＩＮレンズ１８４の第１モード同期移行部Ｅ１を構成する部分と第２モード同期移行部Ｅ２を構成する部分がＤ２，Ｄ４方向において互いに異なる位置にずれていてもよい。
【０１１７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【０１１８】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１０に示すように、本発明の第６実施形態のレーザー装置１６０Ｅは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅを備える。レーザー装置１６０Ｅにおける光源１５０から出射端（第１導入部、第２導入部）１６５Ａ，１６５Ｂまでの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置１６０Ａにおける光源１５０から第１導入部１６１及び第２導入部１６２までの構成と同様である。
【０１１９】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｄ及びレーザー装置１６０Ｄでは、端面ミラー１２７ＡのＤ１，Ｄ３方向の手前側の反射面の位置と、端面ミラー１２７ＢのＤ１，Ｄ３方向の手前側の反射面の位置は、長さΔＧだけ異なる。Ｄ１，Ｄ２方向に沿った光増幅ファイバ１４３Ａの長さと、Ｄ３，Ｄ４方向に沿った光増幅ファイバ１４３Ｂの長さは、互いに異なる。図１０に示す構成例では、光増幅ファイバ１４３Ａの長さは、光増幅ファイバ１４３Ｂの長さより長さΔＧだけ短い。端面ミラー１２７Ｂは、基台１３０のＤ１方向の奥側の端面より手前側に配置されている。例えば、基台１３０の上面には、基台１３０の高さ方向に沿って溝が形成されている。端面ミラー１２７Ｂは、その溝に嵌められ、基台１３０の上面に対して直角をなしている。端面ミラー１２７ＢのＤ１方向の手前側の端面は、光増幅ファイバ１４３ＢのＤ１方向の奥側の端面に接している。
【０１２０】
第６実施形態では、第３実施形態と同様に、レーザー光Ｓ１の偏光の向きとレーザー光Ｓ２の偏光の向きが必ずしも互いに異なる必要はない。図１０に示すように、光源１５０は、光軸Ａに対して偏光の向きが第１の向きＰ１のみであるレーザー光Ｓ１，Ｓ２を発してもよい。例えば、偏波保持型光ファイバ１５１の遅軸のみ、又は速軸のみを第１の向きＰ１に合わせてレーザー光Ｓ１，Ｓ２を導波できる。
【０１２１】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅ及びレーザー装置１６０Ｅでは、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が出射される。
【０１２２】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅ及びレーザー装置１６０Ｅでは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよい。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅ及びレーザー装置１６０Ｅでは、Ｄ１，Ｄ３方向における光増幅ファイバ１４３Ａの長さと、Ｄ２，Ｄ４方向における光増幅ファイバ１４３Ｂの長さは、長さΔＧだけ異なる。そのことによって、第１共振器長と第２共振器長は、長さΔＧだけ異なる。第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２との光路長差ΔＬは、長さΔＧによって直接決まる。繰り返し周波数ｆｒｅｐ２は、（ｆｒｅｐ１＋Δｆｒｅｐ）で表される。繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存する。
【０１２３】
上述の動作原理に基づき、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅ及びレーザー装置１６０Ｅでは、強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ１がＤ１方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ａに導波される。強度の大きいパルス光を含むレーザー増幅光Ｌ２は、Ｄ３方向に沿って偏波保持型光ファイバ１３４Ｂに導波される。長さΔＧは、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の共振器長及び光路長差ΔＬが所望の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１，ｆｒｅｐ２に相当するように、設定されている。例えば、空間部の長さを１０ｃｍに固定する。基台１３０のＤ２，Ｄ４方向の奥側の端面と第３反射部１９０の反射面との距離は、１０ｃｍになる。光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂのそれぞれのコアの屈折率は、１．４８と仮定する。このような場合、光増幅ファイバ１４３Ａの長さを１ｍとし、光増幅ファイバ１４３Ｂの長さを１．００１ｍとし、長さΔＧを１ｍｍに設定すると、繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは０．１７８ＭＨｚとなる。
【０１２４】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｅは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。長さΔＧは端面ミラー１２７Ｂの基台１３０への設置時に固定されるパラメータであり、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅの周囲の環境等に影響を受けやすいパラメータ（レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の波長や偏波の向き等）に比べて高精度に調整可能であって、予め正確に設計可能であり、安定している。デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｅ及びレーザー装置１６０Ｅでは、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを、高精度に調整可能な長さΔＧによって制御できる。長さΔＧを変えることによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２の分散量を長さΔＧに応じて異ならせることができる。光周波数コムＣ１，Ｃ２の分散量を変えることによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２のスペクトルの幅を変えることができる。
【０１２５】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第６実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図１０に示すレーザー装置１６０Ｅを備える。レーザー装置１６０Ｅ以外の第６実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。第６実施形態では、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通して第１の向きＰ１であってもよいので、ミラー５５及び干渉部５９は、偏波保持型である必要はない。レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の偏光の向きが共通している場合は、ミラー５５及び干渉部５９は、光周波数コムＣ１，Ｃ３の偏光の向きを保持しない光学部品等で構成されてもよい。
【０１２６】
レーザー装置１６０Ｅでは、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。第６実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｅによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易且つ高精度に制御できるので、モード分解スペクトルにおいて周波数軸上で隣り合うスペクトル同士の周波数間隔を高精度に制御できる。第６実施形態の計測装置によれば、測定分解能を容易に且つ高精度に調整できる。第６実施形態の計測装置では、レーザー装置１６０Ｅにおいて光周波数コムＣ１，Ｃ２のスペクトルの幅を調整することによって、測定帯域を容易に且つ高精度に調整できる。
【０１２７】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【０１２８】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１１に示すように、本発明を適用した第７実施形態のレーザー装置１６０Ｆは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａに替えて、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｆを備える。レーザー装置１６０Ｆにおける光源１５０から出射端（第１導入部、第２導入部）１６５Ａ，１６５Ｂまでの構成は、第１実施形態で説明したレーザー装置１６０Ａにおける光源１５０から第１導入部１６１及び第２導入部１６２までの構成と同様である。
【０１２９】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｆは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａにおける端面ミラー１２７Ａ，１２７Ｂをファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）１２８Ａ，１２８Ｂに置き換えた光学系である。ＦＢＧ１２８Ａ，１２８Ｂは、不図示のコネクタ等を用いて、Ｄ１方向又はＤ２方向の手前側で光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂに対して着脱可能に配置されている。同様に、ＦＢＧ１２８Ａ，１２８Ｂは、不図示のコネクタ等を用いて、Ｄ１方向又はＤ２方向の奥側で偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂに対して着脱可能に配置されている。
【０１３０】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｆ及びレーザー装置１６０Ｆでは、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が出射される。
【０１３１】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｆは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｆを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。端面ミラー１２７Ａ，１２７Ｂに替えてＦＢＧ１２８Ａ，１２８Ｂを用いることで、第１反射部１２１及び第２反射部１２２を第１導波部１４１及び第２導波部１４２に対して着脱可能にすることができる。このことによって、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｆ及びレーザー装置１６０Ｆの取り扱いやメンテナンスを容易にすることができる。
【０１３２】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第７実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図１１に示すレーザー装置１６０Ｆを備える。レーザー装置１６０Ｆ以外の第７実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。レーザー装置１６０Ｆでは、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。第７実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｆによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２同士の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐを容易に制御できる。レーザー装置１６０Ｆによれば、光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂと、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂに対して、ＦＢＧ１２８Ａ，１２８Ｂがそれぞれ着脱可能であるので、第１反射部１２１及び第２反射部１２２の取り扱いやメンテナンスを容易にすることができる。
【０１３３】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【０１３４】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１２に示すように、本発明の第８実施形態のレーザー装置１６０Ｇは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａの構成を全て備え、基台１３３をさらに備える。
【０１３５】
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｇでは、出射端１６５Ａ，１６５Ｂ、二色性コーティング１７４、ＧＲＩＮレンズ１８２，１８４、可飽和吸収ミラー１９２が基台１３３に設けられている。出射端１６５Ａ，１６５Ｂ、二色性コーティング１７４、ＧＲＩＮレンズ１８２，１８４、可飽和吸収ミラー１９２はそれぞれ、不図示の専用ホルダ等に装着され、専用ホルダと共に基台１３３に固定されている。基台１３３の素材は、基台１３０の素材と同様であり、特に限定されず、例えば金属、樹脂等である。基台１３０，１３３は、接着剤等によって接着されてもよく、同一の素材から構成されて一体であってもよい。少なくともＧＲＩＮレンズ１８２，１８４、可飽和吸収ミラー１９２はそれぞれ、基台１３０と基台１３３が同一の部材として形成されることによって基台１３０に直接接続されてもよい。少なくともＧＲＩＮレンズ１８２，１８４、可飽和吸収ミラー１９２はそれぞれ、基台１３３が基台１３０と接着剤等によって接着されることによって間接的に接続されてもよい。これらの構成によって、第１モード同期移行部Ｅ１及び第２モード同期移行部Ｅ２の自由空間内の光学系を構成するＧＲＩＮレンズ１８２，１８４、可飽和吸収ミラー１９２は、導波路である光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３Ｂや端面ミラー１２７Ａ，１２７Ｂと直接、又は、間接的に接続される。
【０１３６】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｇは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｇを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。また、少なくともＧＲＩＮレンズ１８２，１８４、可飽和吸収ミラー１９２が基台１３０に接続されることによって、第１モード同期移行部Ｅ１及び第２モード同期移行部Ｅ２の自由空間内の光学系で構成される第３反射部１９０が基台１３０に接続される。第３反射部１９０が基台１３０に接続されない場合に比べて、第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２が受ける環境外乱や機械的な擾乱を確実に共通にすることができる。このことによって、光周波数コムＣ１，Ｃ２に含まれる環境外乱や機械的な擾乱の差を抑え、光周波数コムＣ１，Ｃ２のＳＮ比をさらに高めることができる。
【０１３７】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第８実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図１２に示すレーザー装置１６０Ｇを備える。レーザー装置１６０Ｇ以外の第８実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。レーザー装置１６０Ｇでは、レーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。第８実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｇによれば、光周波数コムＣ１，Ｃ２のＳＮ比を高めることができる。第８実施形態の計測装置によれば、相対的に高ＳＮ比の光周波数コムＣ１，Ｃ２を用いた精度の高い計測を実施できる。
【０１３８】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置及び計測装置について説明する。
【０１３９】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の構成］
図１３に示すように、本発明の第９実施形態のレーザー装置１６０Ｈは、第１実施形態で説明したデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ａの光源１５０を２つの光源１５０Ａ，１５０Ｂに替えたデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｈを備え、偏波保持型光ファイバ１５１及び偏波分離素子１５２を備えていない。光源（第１光源）１５０Ａには、第１実施形態で説明した偏波保持型光ファイバ１５３Ａの入射側の端部（一方の端部）が直接接続されている。光源（第２光源）１５０Ｂには、第１実施形態で説明した偏波保持型光ファイバ１５３Ｂの入射側の端部（一方の端部）が直接接続されている。
【０１４０】
光源１５０Ａ，１５０Ｂは、光源１５０と同様、半導体レーザーで構成されている。光源１５０Ａはレーザー光Ｓ１のみを発し、光源１５０Ｂはレーザー光Ｓ２のみを発する。偏波保持型光ファイバ１５３Ａの出射側の端部（他方の端部）は、Ｄ２方向の手前側から出射端１６５Ａに接続されている。偏波保持型光ファイバ１５３Ｂの出射側の端部（他方の端部）は、Ｄ４方向の手前側から出射端１６５Ｂに接続されている。レーザー装置１６０Ｈでは、第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２のそれぞれに対して光源１５０Ａ，１５０Ｂのそれぞれから個別にレーザー光Ｓ１，Ｓ２が導入される。
【０１４１】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の動作］
デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｈ及びレーザー装置１６０Ｈでは、第１実施形態で説明した内容と同様の光の導波、伝搬及び動作原理によって、偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから、互いに繰り返し周波数の異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２（図２参照）が出射される。第１モード同期移行部Ｅ１には、光源１５０Ａから偏波保持型光ファイバ１５３Ａ及び出射端１６５Ａを介して、レーザー光Ｓ１が導入される。第２モード同期移行部Ｅ２には、光源１５０Ｂから偏波保持型光ファイバ１５３Ｂ及び出射端１６５Ｂを介して、レーザー光Ｓ２が導入される。
【０１４２】
［デュアル光周波数コム生成光学系及びレーザー装置の作用効果］
レーザー装置１６０Ｈは、デュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｈを有するので、基本的にレーザー装置１６０Ａと同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｈでは、レーザー光Ｓ１，Ｓ２を互いに異なる光源１５０Ａ，１５０Ｂで発生させる。レーザー装置１６０Ｈでは、第１モード同期移行部Ｅ１と第２モード同期移行部Ｅ２のそれぞれに対してレーザー光Ｓ１，Ｓ２のそれぞれを個別に導入させる。このことによって、レーザー光Ｓ１，Ｓ２を個別に制御し、光周波数コムＣ１，Ｃ２の特性を容易且つ高精度に調整できる。レーザー装置１６０Ｈ及びデュアル光周波数コム生成光学系１１０Ｈによれば、光周波数コムＣ１の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１あるいは光周波数コムＣ２の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２のみを変調及び制御でき、光周波数コムＣ１あるいは光周波数コムＣ２のみの光周波数の位相を制御できる。
【０１４３】
［計測装置の構成、動作、及び作用効果］
図示していないが、第９実施形態の計測装置は、図３に示す計測装置２００のレーザー装置１６０Ａに替えて、図１３に示すレーザー装置１６０Ｈを備える。レーザー装置１６０Ｈ以外の第９実施形態の計測装置の構成は、計測装置２００と同様である。レーザー装置１６０Ｈではレーザー装置１６０Ａと同様に偏波保持型光ファイバ１３４Ａ，１３４Ｂから光周波数コムＣ１，Ｃ２が出射される。第９実施形態の計測装置は、計測装置２００と同様に動作し、計測装置２００と同様の効果を奏する。レーザー装置１６０Ｈによれば、光周波数コムＣ１及び光周波数コムＣ２の少なくとも一方の光周波数の位相を制御できる。例えば、レーザー装置１６０Ｈを用いてキャリアエンベロープオフセット周波数を制御できる。第９実施形態の計測装置では、光周波数コム・モードの絶対周波数を決定できるようになり、計測の範囲を拡げることができる。
【０１４４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述の特定の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、変更可能である。
【０１４５】
例えば、光増幅ファイバは、上述の各実施形態で説明したように、基台に形成された溝に嵌められていなくてもよい。図１４に示すように、シリコン等からなる基台１３０の上部全体に第１導波部１４１及び第２導波部１４２に共通するクラッド２１１が設けられ、第１導波部１４１及び第２導波部１４２のそれぞれのコア２０１が互いに間隔をあけてクラッド２１１に埋設されていてもよい。第１導波部１４１及び第２導波部１４２は、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）として構成されてもよい。
【０１４６】
上述した各実施形態の構成は、適宜組み合わせられる。例えば、第３実施形態で説明したように光増幅ファイバ１４３Ａ，１４３ＢのＤ１，Ｄ３方向の長さを互いに異ならせ、且つ、第５実施形態で説明したようにＧＲＩＮレンズ１８２のＧＲＩＮレンズ部１８２Ａ，１８２Ｂの位置を異ならせてもよい。この場合、光周波数コムＣ１，Ｃ２の繰り返し周波数差Δｆｒｅｐは、光路長差ΔＬに依存し、長さΔＦ，ΔＭによって決まる。
【０１４７】
上述の各実施形態では、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の進行方向が互いに平行になっているが、必ずしもレーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の進行方向は互いに平行になっていなくてもよい。デュアル光周波数コム生成光学系の小型化が妨げられない範囲で、レーザー増幅光Ｌ１，Ｌ２の何れかの進行方向が湾曲又は蛇行等してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明に係るデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置は、互いに繰り返し周波数が異なる光周波数コムＣ１，Ｃ２を用いる分野で広く応用可能である。また、本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置によれば、高ＳＮ比を有する光周波数コムＣ１，Ｃ２が得られる。このことによって、本発明のデュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置は、計測精度の高さを求められる分光計測や信号解析等に応用可能である。
【符号の説明】
【０１４９】
１１０Ａ，１１０Ａ´，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅ，１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈ…デュアル光周波数コム生成光学系
１２１…第１反射部
１２２…第２反射部
１３０…基台
１４１…第１導波部
１４２…第２導波部
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ…光源
１６０Ａ，１６０Ａ´，１６０Ｂ，１６０Ｃ，１６０Ｄ，１６０Ｅ，１６０Ｆ，１６０Ｇ，１６０Ｈ…レーザー装置
１６１…第１導入部
１６２  第２導入部
１９０…第３反射部
２００…計測装置
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
Ｄ３…第３方向
Ｄ４…第４方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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