(57)【要約】【課題】高い精度で対象物の温度を安定化する温度安定化装置を提供する。【解決手段】対象物の温度を基準温度に安定化させる温度安定化装置であって、対象物に接して設けられ、入力された周波数制御信号に対応する周波数を有する発振信号を生成する発振器と、発振信号に基づく帰還信号と、予め定められた周波数を有する基準クロック信号との位相差を検出する位相検出器と、位相検出器の出力に基づいて、帰還信号を基準クロック信号に同期させる周波数制御信号を生成するループ・フィルタと、周波数制御信号の信号値を、基準温度に対応して定められた基準値と比較する比較器と、比較器による比較結果に基づいて、対象物を加熱又は冷却する電熱変換器とを有する温度安定化装置を提供する。【選択図】図１
2006173213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の温度を基準温度に安定化させる温度安定化装置であって、
前記対象物に接して設けられ、入力された周波数制御信号に対応する周波数を有する発振信号を生成する発振器と、
前記発振信号に基づく帰還信号と、予め定められた周波数を有する基準クロック信号との位相差を検出する位相検出器と、
前記位相検出器の出力に基づいて、前記帰還信号を前記基準クロック信号に同期させる前記周波数制御信号を生成するループ・フィルタと、
前記周波数制御信号の信号値を、前記基準温度に対応して定められた基準値と比較する比較器と、
前記比較器による比較結果に基づいて、前記対象物を加熱又は冷却する電熱変換器と
を有する温度安定化装置。
【請求項２】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、
前記レーザー光と、予め定められた光周波数の参照光とを干渉させ、前記レーザー光の周波数及び前記参照光の周波数の差の光周波数を有する干渉光を出力する光結合器と、
前記干渉光を受光して、前記レーザー光の光周波数及び前記参照光の光周波数の差の周波数を有する前記帰還信号を出力する受光部と
を備える請求項１記載の温度安定化装置。
【請求項３】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、
前記レーザー光を、前記基準クロック信号により位相変調する光位相変調器と、
前記位相変調された前記レーザー光を入射し、予め定められた周波数成分の光を吸収して出射する光吸収器と、
前記光吸収器から出射された前記レーザー光を受光して、前記光吸収器から出射された前記レーザー光に基づく前記帰還信号を出力する受光部と
を備える請求項１記載の温度安定化装置。
【請求項４】
前記発振器は、入力された周波数制御信号により指定された発光間隔で間欠的に発光するレーザー光を前記発振信号として生成し、
前記レーザー光を受光して、前記レーザー光の発光間隔に応じた周波数の前記帰還信号を出力する受光部を更に備える請求項１記載の温度安定化装置。
【請求項５】
入力された周波数制御信号に対応する周波数を有する発振信号を生成する発振器と、
前記発振信号に基づく帰還信号と、予め定められた周波数を有する基準クロック信号との位相差を検出する位相検出器と、
前記位相検出器の出力に基づいて、前記帰還信号を前記基準クロック信号に同期させる前記周波数制御信号を生成するループ・フィルタと、
前記周波数制御信号の信号値を予め定められた基準値と比較する比較器と、
前記比較器による比較結果に基づいて、前記発振器を加熱又は冷却する電熱変換器と
を備える発振装置。
【請求項６】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、
前記レーザー光と、予め定められた光周波数の参照光とを干渉させ、前記レーザー光の周波数及び前記参照光の周波数の差の光周波数を有する干渉光を出力する光結合器と、
前記干渉光を受光して、前記レーザー光の光周波数及び前記参照光の光周波数の差の周波数を有する前記帰還信号を出力する受光部と
を備える請求項５記載の発振装置。
【請求項７】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、
前記レーザー光を、前記基準クロック信号により位相変調する光位相変調器と、
前記位相変調された前記レーザー光を入射し、予め定められた周波数成分の光を吸収して出射する光吸収器と、
前記光吸収器から出射された前記レーザー光を受光して、前記光吸収器から出射された前記レーザー光に基づく前記帰還信号を出力する受光部と
を備える請求項５記載の発振装置。
【請求項８】
前記発振器は、入力された周波数制御信号により指定された発光間隔で間欠的に発光するレーザー光を前記発振信号として生成し、
前記レーザー光を受光して、前記レーザー光の発光間隔に応じた周波数の前記帰還信号を出力する受光部を更に備える請求項５記載の発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度安定化装置及び発振装置に関する。特に本発明は、発振器及びその周辺の温度を安定化させる温度安定化装置及び発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振装置においては、発振器の温度を一定に保ち、発振周波数の変動を抑える技術が用いられている。図５は、温度安定化を行う発振装置２０の従来例を示す。
【０００３】
発振装置２０は、発振器５００の温度を検出する感熱素子５１０と、感熱素子５１０の出力を予め定められた基準値と比較し、感熱素子５１０により検出した温度と基準温度との差分を出力する比較器５２０と、比較器５２０の出力に応じて熱電素子５４０に供給する電圧を出力するループ・フィルタ５３０と、ループ・フィルタ５３０からの電圧に応じて発振器５００を加熱又は冷却する熱電素子５４０とを備える。これにより、発振装置２０は、感熱素子５１０により検出した発振器５００の温度を一定に保つべく、熱電素子５４０により発振器５００を加熱又は冷却する。
【０００４】
次に、感熱素子５１０としてサーミスタを用いた場合の温度検出感度を示す。
サーミスタの温度T(K)における抵抗値Ｒは、以下の式（１）により求めることができる。
【数１】
2006173213.tif 000003
ただし、R0は温度T0におけるサーミスタの抵抗値である。
【０００５】
ここで、B(K)は、サーミスタの抵抗値の変化の大きさを表わす。Bは、温度T0におけるサーミスタの抵抗値R0と、温度T1におけるサーミスタの抵抗値R1とを用いて、以下の式（２）により定数に近似することができる。
【数２】
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【０００６】
サーミスタの温度が１℃(=1K)変化した場合の抵抗値の変化率αは、式（１）の微分を用いて式（３）により求めることができる。
【数３】
2006173213.tif 000005
【０００７】
例えば、B=3435(K)である場合、温度25℃（298K）における変化率αは、(-3435K)/(298K)2×100%=-3.9%/℃となる。
【０００８】
上記のサーミスタの一端を接地して定電流Iを流すと、サーミスタの温度変化に伴って抵抗値が変化する結果、サーミスタの他端の電圧Voutが変化する。上記の例でサーミスタの電圧Voutが10Vの場合、温度が1℃変化すると、電圧Voutは390mV変化する。したがって、この場合のサーミスタによる温度検出感度は、390mV/℃（1℃当たり390mV）である。
【０００９】
なお、現時点で先行技術文献の存在を認識していないので、先行技術文献に関する記載を省略する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の従来技術においては、発振器５００の近傍に感熱素子５１０を配置するが、感熱素子５１０及び発振器５００の間にある程度の温度差が生じる。このため、発振器５００自体の温度を一定に保つのが難しい。また、感熱素子５１０の温度検出感度が十分でないため、発振器５００の温度を高い精度で安定化することが困難である。
【００１１】
より具体的には、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）の発振周波数F(Hz)は、F=K・Vc+k・T+f0で表される。高い周波数で動作するＶＣＯにおいては、kは例えば1MHz/℃等の値をとるため、1℃の温度変化で1MHzもの周波数のずれを生じてしまう。また、発振器としてレーザー発振器を用いた場合、kは例えば10GHz/℃等の値をとるため、光周波数のずれは更に大きくなってしまう。
【００１２】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる温度安定化装置及び発振装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の形態によると、対象物の温度を基準温度に安定化させる温度安定化装置であって、前記対象物に接して設けられ、入力された周波数制御信号に対応する周波数を有する発振信号を生成する発振器と、前記発振信号に基づく帰還信号と、予め定められた周波数を有する基準クロック信号との位相差を検出する位相検出器と、前記位相検出器の出力に基づいて、前記帰還信号を前記基準クロック信号に同期させる前記周波数制御信号を生成するループ・フィルタと、前記周波数制御信号の信号値を、前記基準温度に対応して定められた基準値と比較する比較器と、前記比較器による比較結果に基づいて、前記対象物を加熱又は冷却する電熱変換器とを有する温度安定化装置を提供する。
【００１４】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、前記レーザー光と、予め定められた光周波数の参照光とを干渉させ、前記レーザー光の周波数及び前記参照光の周波数の差の光周波数を有する干渉光を出力する光結合器と、前記干渉光を受光して、前記レーザー光の光周波数及び前記参照光の光周波数の差の周波数を有する前記帰還信号を出力する受光部とを備えてもよい。
【００１５】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、前記レーザー光を、前記基準クロック信号により位相変調する光位相変調器と、前記位相変調された前記レーザー光を入射し、予め定められた周波数成分の光を吸収して出射する光吸収器と、前記光吸収器から出射された前記レーザー光を受光して、前記光吸収器から出射された前記レーザー光に基づく前記帰還信号を出力する受光部とを備えてもよい。
【００１６】
前記発振器は、入力された周波数制御信号により指定された発光間隔で間欠的に発光するレーザー光を前記発振信号として生成し、前記レーザー光を受光して、前記レーザー光の発光間隔に応じた周波数の前記帰還信号を出力する受光部を更に備えてもよい。
【００１７】
本発明の第２の形態によると、入力された周波数制御信号に対応する周波数を有する発振信号を生成する発振器と、前記発振信号に基づく帰還信号と、予め定められた周波数を有する基準クロック信号との位相差を検出する位相検出器と、前記位相検出器の出力に基づいて、前記帰還信号を前記基準クロック信号に同期させる前記周波数制御信号を生成するループ・フィルタと、前記周波数制御信号の信号値を予め定められた基準値と比較する比較器と、前記比較器による比較結果に基づいて、前記発振器を加熱又は冷却する電熱変換器とを備える発振装置を提供する。
【００１８】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、前記レーザー光と、予め定められた光周波数の参照光とを干渉させ、前記レーザー光の周波数及び前記参照光の周波数の差の光周波数を有する干渉光を出力する光結合器と、前記干渉光を受光して、前記レーザー光の光周波数及び前記参照光の光周波数の差の周波数を有する前記帰還信号を出力する受光部とを備えてもよい。
【００１９】
前記発振器は、前記周波数制御信号に対応する光周波数を有するレーザー光を前記発振信号として生成し、前記レーザー光を、前記基準クロック信号により位相変調する光位相変調器と、前記位相変調された前記レーザー光を入射し、予め定められた周波数成分の光を吸収して出射する光吸収器と、前記光吸収器から出射された前記レーザー光を受光して、前記光吸収器から出射された前記レーザー光に基づく前記帰還信号を出力する受光部とを備えてもよい。
【００２０】
前記発振器は、入力された周波数制御信号により指定された発光間隔で間欠的に発光するレーザー光を前記発振信号として生成し、前記レーザー光を受光して、前記レーザー光の発光間隔に応じた周波数の前記帰還信号を出力する受光部を更に備えてもよい。
【００２１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高い精度で発振器及びその周辺の温度を安定化する温度安定化装置及び発振装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２４】
図１は、第１実施形態に係る温度安定化装置１０の構成を示す。本実施形態に係る温度安定化装置１０は、温度を安定化させる対象物１５に接して設けられた発振器１００により生成した発振信号を負帰還して、基準クロック信号と位相比較を行う。そして、位相の比較結果に基づいて発振器１００及び対象物１５の温度を調整する。これにより、温度安定化装置１０は、発振器１００及び発振器１００の周辺に位置する対象物１５の温度を精度良く安定化させることができる。
【００２５】
温度安定化装置１０は、対象物１５の温度を予め設定された基準温度に安定化させる。温度安定化装置１０は、発振器１００と、分周器１１０と、位相検出器１２０と、バッファ１３０と、ループ・フィルタ１４０と、温度制御部１５０とを備える。発振器１００は、入力された周波数制御信号に対応する周波数を有する発振信号を生成する。本実施形態に係る発振器１００は、例えばＶＣＯであり、入力された周波数制御信号の電圧に応じた周波数で発振して、発振信号を生成する。
【００２６】
分周器１１０は、発振信号に基づいて、温度安定化装置１０のフィードバック・ループにおける帰還信号を生成する。より具体的には、分周器１１０は、発振信号を分周した帰還信号を生成する。これに代えて、温度安定化装置１０は、発振信号を帰還信号として用いてもよい。
【００２７】
位相検出器１２０は、発振信号に基づく帰還信号と、予め定められた周波数を有する基準クロック信号との位相差を検出する。そして、位相検出器１２０は、位相差を示す位相差信号を出力する。バッファ１３０は、位相差信号を増幅してループ・フィルタ１４０へ供給する。
【００２８】
ループ・フィルタ１４０は、位相検出器１２０の出力に基づいて、帰還信号を基準クロック信号に同期させる周波数制御信号を生成する。これによりループ・フィルタ１４０は、帰還信号及び基準クロック信号の周波数を実質的に同一とし、位相差をほぼ一定に保つように発振器１００の発振周波数を制御することができる。
【００２９】
例えば、帰還信号の位相が基準クロックの位相に対し遅れていることを示す位相差信号を入力した場合、ループ・フィルタ１４０は、発振器１００の発振周波数をより高くすることを示す周波数制御信号を発振器１００へ出力する。より具体的には、発振器１００がより高い制御電圧の供給を受けて発振周波数をより高くするＶＣＯである場合、ループ・フィルタ１４０は、より高電圧の周波数制御信号を出力する。
【００３０】
また、帰還信号の位相が基準クロックの位相に対し進んでいることを示す位相差信号を入力した場合、ループ・フィルタ１４０は、発振器１００の発振周波数をより低くすることを示す周波数制御信号を発振器１００へ出力する。より具体的には、発振器１００がより高い制御電圧の供給を受けて発振周波数をより高くするＶＣＯである場合、ループ・フィルタ１４０は、より低電圧の周波数制御信号を出力する。
【００３１】
温度制御部１５０は、ループ・フィルタ１４０が出力する周波数制御信号に基づいて、発振器１００の温度を制御する。
【００３２】
本実施形態に係る温度制御部１５０は、比較器１６０と、ループ・フィルタ１７０と、熱電素子１８０とを有する。比較器１６０は、周波数制御信号の信号値を予め定められた基準値と比較する。例えばこの基準値は、温度安定化装置１０の使用者により設定された基準温度に対応する周波数制御信号の電圧値であってよい。ここで、比較器１６０は、ループ・フィルタ１４０が出力した周波数制御信号の電圧を、基準値に対応する電圧から減じた値を出力してよい。
【００３３】
ループ・フィルタ１７０は、比較器１６０による比較結果を入力し、熱電素子１８０に供給すべき電圧に変換する。熱電素子１８０は、電熱変換器の一例であり、ループ・フィルタ１７０により変換された比較器１６０の比較結果に基づいて、発振器１００を加熱又は冷却する。ここで、熱電素子１８０は、ヒーター又はペルチェ素子等であってよい。
【００３４】
より具体的には、発振器１００の温度低下に伴って周波数制御信号の値が小さくなり、発振器１００の温度上昇に伴って周波数制御信号の値が大きくなる温度安定化装置１０においては、ループ・フィルタ１７０は、基準値より小さい値の周波数制御信号を入力すると、熱電素子１８０の温度を上げることにより発振器１００及び対象物１５の温度を上げる。また、基準値より大きな値の周波数制御信号を入力すると、ループ・フィルタ１７０は、熱電素子１８０の温度を下げることにより発振器１００及び対象物１５の温度を下げる。
【００３５】
一方、発振器１００の温度低下に伴って周波数制御信号の値が大きくなり、発振器１００の温度上昇に伴って周波数制御信号の値が小さくなる温度安定化装置１０においては、ループ・フィルタ１７０は、基準値より小さい値の周波数制御信号を入力すると、熱電素子１８０の温度を下げることにより対象物１５及び発振器１００の温度を下げる。また、基準値より大きな値の周波数制御信号を入力すると、ループ・フィルタ１７０は、熱電素子１８０の温度を上げることにより対象物１５及び発振器１００の温度を上げる。
【００３６】
以上に示した温度制御部１５０によれば、ループ・フィルタ１４０が出力する周波数制御信号に基づいて、発振器１００及び対象物１５の温度を制御する。これにより、温度安定化装置１０は、発振器１００及び対象物１５の温度を、比較器１６０に入力される基準値に対応する基準温度に安定化させることができる。
【００３７】
以上に示したように、本実施形態に係る温度安定化装置１０は、発振器１００を温度センサとして用い、発振器１００及び対象物１５の温度を設定された基準温度に安定化させる。以下に、発振器１００の発振信号に基づく周波数制御信号を用いた場合の温度検出感度を示す。
【００３８】
発振器１００の発振周波数Fは、以下の式（４）により表わされる。
【数４】
2006173213.tif 000006
ただし、Vcは周波数制御信号の電圧、Kは周波数制御信号の電圧が1V変化した場合の周波数変化を示す電圧係数、kは発振器１００の温度が1℃変化した場合の周波数変化を示す温度係数、f0はVcが0VかつTが0Kの場合の発振周波数を示す。
【００３９】
定常状態においては、温度安定化装置１０のフィードバック・ループにより、発振周波数Fを分周器１１０によりN分周すると基準クロック信号の周波数frと一致するから、以下の式（５）が成立する。
【数５】
2006173213.tif 000007
【００４０】
例えば、k=1MHz/℃、K=100kHz/Vのマイクロ波発振器の場合、∂Vc/∂T= -k/K = -10V/℃となるから、発振器１００の温度変化1℃に対し、周波数制御信号の電圧は10V変化する。したがって周波数制御信号の温度検出感度は、従来のサーミスタによる温度検出感度約0.4V/℃と比較し非常に高い。
【００４１】
温度制御部１５０は、この周波数制御信号に基づいて発振器１００及び対象物１５の温度を制御する。これにより、温度制御部１５０は、高い精度で発振器１００及び対象物１５の温度を安定化することができる。
【００４２】
なお、温度安定化装置１０は、発振器１００の発振信号をクロック信号として外部に出力する発振装置として機能してもよい。より具体的には、熱電素子１８０は、発振器１００の温度を制御できるように、例えば発振器１００に接して設けられる。これにより、温度制御部１５０は、高い精度で発振器１００の温度を安定化することができる。したがって、発振装置として機能する温度安定化装置１０は、高い精度で周波数が安定化された発振信号を出力することができる。
【００４３】
温度安定化装置１０を発振装置として機能させる場合、比較器１６０に入力する周波数制御信号の基準値は、発振器１００が所望の周波数の発振信号を出力している状態において、熱電素子１８０の温度を、熱電素子１８０により供給可能な温度範囲のほぼ中心とするように設定されてよい。
【００４４】
温度安定化装置１０を発振装置として機能させた場合、周波数制御信号の電圧Vcは、発振器１００自体の温度に基づいて変化するため、サーミスタを近接して配置した従来方式において発振器１００及びサーミスタの間に温度差が生じるという問題が解消される。更に、発振器１００の温度低下に伴う発振周波数の変動を補うために周波数制御信号の電圧Vcが上昇した場合、温度制御部１５０は、発振器１００を加熱して発振器１００の発振周波数を上昇させるため、周波数制御信号の電圧を制御範囲のほぼ中央に保つことができる。これにより、温度安定化装置１０は、大きな温度変化に伴って周波数制御信号の電圧の制御範囲を越えて動作が不安定になる等の問題を解消している。
【００４５】
図２は、本実施形態の第１変形例に係る温度安定化装置１０の構成を示す。本変形例に係る温度安定化装置１０は、発振器としてレーザー発振器２００を用い、レーザー発振器２００から出力されるレーザー光の光周波数を安定化させるようにレーザー発振器２００の温度を制御する。この結果、温度安定化装置１０は、レーザー発振器２００及び対象物１５の温度を安定化することができる。図２において図１と同一の符号を付した部材は、図１とほぼ同一の機能及び構成をとるため、以下相違点を除き説明を省略する。
【００４６】
レーザー発振器２００は、周波数制御信号に対応する光周波数Fを有するレーザー光を発振信号として生成する。本変形例に係るレーザー発振器２００は、入力された周波数制御信号の電流Icに応じた光周波数のレーザー光を出力する。温度安定化装置１０をレーザー発振装置（レーザー光源）として機能させる場合、このレーザー光は分岐されて、一方が外部に出力され、他方が光結合器２０５に入力される。
【００４７】
光結合器２０５は、レーザー光と、予め定められた光周波数Frの参照光とを干渉させる。そして、光結合器２０５は、レーザー光の光周波数及び参照光の光周波数の差の光周波数(F-Fr)を有する干渉光を出力する。
【００４８】
受光部２１０は、光結合器２０５が出力する干渉光を受光して光電変換する受光素子２１５と、干渉光の電気信号を分周し、レーザー光の光周波数及び参照光の光周波数の差の周波数(F-Fr)を有する帰還信号を出力する分周器１１０とを有する。この帰還信号は、温度安定化装置１０のフィードバック・ループにより、基準クロック信号frと同期される。この結果、レーザー発振器２００が発光するレーザー光の光周波数は、Fr+frにロックされる。
【００４９】
本変形例に係る温度安定化装置１０によれば、図１と同様にして、ループ・フィルタ１４０が出力する周波数制御信号に基づいて、レーザー発振器２００及び対象物１５の温度を高精度で安定化することができる。例えば、レーザー発振器２００が、温度係数k=10GHz/℃、周波数制御信号の電流が1mA変化した場合の発振周波数の変化量がK=25MHz/mAのDFBレーザー発振器である場合、∂Ic/∂T = -400mA/℃の温度検出感度が得られる。
【００５０】
図３は、本実施形態の第２変形例に係る温度安定化装置１０の構成を示す。本変形例に係る温度安定化装置１０は、発振器としてレーザー発振器２００を用い、レーザー発振器２００から出力されるレーザー光の光周波数を安定化させるようにレーザー発振器２００の温度を制御する。この結果、温度安定化装置１０は、レーザー発振器２００及び対象物１５の温度を安定化することができる。また、温度安定化装置１０は、レーザー光を出力するレーザー発振装置（レーザー光源）として機能することができる。図３において図２と同一の符号を付した部材は、図２とほぼ同一の機能及び構成をとるため、以下相違点を除き説明を省略する。
【００５１】
光位相変調器３０５は、レーザー発振器２００が出力したレーザー光を、基準クロック信号により位相変調する。光吸収器３１０は、位相変調されたレーザー光を入射し、予め定められた周波数成分の光を吸収して出射する。例えば光吸収器３１０は、ガラス等の容器にアセチン、シアン、Ｒｂ、Ｋ、又はＮａ等のがスを封入したガスセルであり、ガスの分子又は原子の振動に基づいて、位相変調されたレーザー光の周波数成分のうち、特定の光周波数F0の周波数成分を吸収する。
【００５２】
受光部２１０は、光吸収器３１０から出射されたレーザー光を受光して光電変換し、光吸収器３１０から出射されたレーザー光に基づく帰還信号を出力する受光素子２１５を有する。
【００５３】
本変形例に係る温度安定化装置１０によれば、基準クロック信号及び帰還信号に対し、位相検出器１２０が位相敏感検波を行う。この結果、定常状態においてレーザー光の光周波数Fは光吸収器３１０の吸収周波数F0と一致するから、以下の式（６）が成立する。
【数６】
2006173213.tif 000008
【００５４】
例えば、レーザー発振器２００が、温度係数k=10GHz/℃、周波数制御信号の電流が1mA変化した場合の発振周波数の変化量がK=25MHz/mAのＤＦＢレーザーである場合、∂Ic/∂T = -400mA/℃の温度検出感度が得られる。
【００５５】
図４は、本実施形態の第３変形例に係る温度安定化装置１０の構成を示す。本変形例に係る温度安定化装置１０は、発振器としてモードロックレーザー光を出力するレーザー発振器２００を用い、レーザー発振器２００から出力されるレーザー光の光周波数及びパルス発光の周波数を安定化させるようにレーザー発振器２００の温度を制御する。この結果、温度安定化装置１０は、レーザー発振器２００及び対象物１５の温度を安定化することができる。図４において図１と同一の符号を付した部材は、図１とほぼ同一の機能及び構成をとるため、以下相違点を除き説明を省略する。
【００５６】
レーザー発振器２００は、入力された周波数制御信号に基づいてパルス発光を行い、モードロックレーザー光を出力する。すなわち、レーザー発振器２００は、入力された周波数制御信号により指定された発光間隔で間欠的に発光するレーザー光を発振信号として生成する。温度安定化装置１０を発振装置として機能させる場合、このレーザー光は分岐されて、一方が外部に出力され、他方が受光部２１０に入力される。
【００５７】
受光部２１０は、レーザー光を受光して光電変換し、レーザー光の発光間隔に応じた周波数の帰還信号を出力する受光素子２１５を有する。
【００５８】
本変形例に係る温度安定化装置１０によれば、モードロックレーザ光のパルス間隔に応じた周波数（繰り返し周波数）の帰還信号と基準クロック信号を同期させる周波数制御信号を生成し、当該周波数制御信号に基づいてレーザー発振器２００及び対象物１５の温度を高精度に安定化させることができる。例えば、繰り返し周波数が５０ＭＨｚのモードロックレーザ光を発光するレーザー発振器２００は、一例として温度係数k=200Hz/℃、周波数制御信号の電圧が1V変化した場合の繰り返し周波数の変化量がK=2Hz/Vである。この場合、周波数制御信号により、∂Vc/∂T = -100V/℃の温度検出感度が得られる。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６０】
例えば、以上に示した発振器１００及びレーザー発振器２００は、ＬＣ、誘電体、ＹＩＧ等のマイクロ波発振器や、半導体レーザー、固体レーザー、ファイバレーザー、又はガスレーザー等のレーザー発振器であってもよい。
【００６１】
また例えば、温度制御部１５０は、周波数制御信号の信号値が予め定められた範囲内である場合に、熱電素子１８０に対する電力の供給を止めることにより、熱電素子１８０による発振器１００又はレーザー発振器２００の加熱又は冷却を止める温度制御停止部を更に有してもよい。これにより、温度制御部１５０は、周波数制御信号の信号値が許容範囲内である場合には発振器１００又はレーザー発振器２００の温度制御を停止し、省電力動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る温度安定化装置１０の構成を示す。
【図２】本発明の実施形態の第１変形例に係る温度安定化装置１０の構成を示す。
【図３】本発明の実施形態の第２変形例に係る温度安定化装置１０の構成を示す。
【図４】本発明の実施形態の第３変形例に係る温度安定化装置１０の構成を示す。
【図５】従来の発振装置２０の構成を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１０  温度安定化装置
１５  対象物
２０  発振装置
１００  発振器
１１０  分周器
１２０  位相検出器
１３０  バッファ
１４０  ループ・フィルタ
１５０  温度制御部
１６０  比較器
１７０  ループ・フィルタ
１８０  熱電素子
２００  レーザー発振器
２０５  光結合器
２１０  受光部
２１５  受光素子
３０５  光位相変調器
３１０  光吸収器
５００  発振器
５１０  感熱素子
５２０  比較器
５３０  ループ・フィルタ
５４０  熱電素子
【図１】
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【図２】
2006173213.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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