(57)【要約】【課題】安定な光周波数コム参照光源を別途必要とせずに、位相雑音が抑制されたマイクロ波やミリ波などの信号が、周波数が可変な状態で生成できるようにする。【解決手段】自己参照干渉計１０７により、非線形光学媒質１０６により光スペクトル帯域が拡大された光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波および短波長成分の第ｎ−１高調波を干渉させて第ｎ高調波と第ｎ−１高調波との周波数差の光信号を生成し、自己参照干渉計１０７から生成された光信号を、光検出器１０８で光電変換して電気信号を出力し、帰還制御部１０９で、光検出器１０８で光電変換されて出力された電気信号と第２信号発生部１０３から出力される第２信号とを比較し、この比較の状態をもとに、第１信号の位相雑音が抑圧されるように第１信号発生部１０２を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続光を生成するレーザーから構成された光源と、
所定の周波数の第１信号を出力する第１信号発生部と、
所定の周波数の第２信号を出力する第２信号発生部と、
前記光源より出力された連続光を前記第１信号で位相変調する位相変調器と、
前記位相変調器により位相変調された前記連続光より第１周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルスを生成する光パルス生成部と、
前記光パルス生成部により生成された光パルスの光スペクトル帯域を拡大する非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質により光スペクトル帯域が拡大された光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波（ｎは２以上の整数）および短波長成分の第ｎ−１高調波を干渉させて前記第ｎ高調波と前記第ｎ−１高調波との周波数差の光信号を生成する自己参照干渉計と、
前記自己参照干渉計から生成された光信号を光電変換して電気信号を出力する光検出器と、
前記光検出器で光電変換されて出力された電気信号と前記第２信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第１信号の位相雑音が抑圧されるように前記第１信号発生部を制御する帰還制御部と
を備えることを特徴とする信号発生器。
【請求項２】
請求項１記載の信号発生器において、
前記光パルス生成部から生成された前記光パルスのパルス幅を圧縮する分散補償部を更に備えることを特徴とする信号発生器。
【請求項３】
光源から連続光を生成する第１ステップと、
第１信号発生部が出力する所定の周波数の第１信号を用いて位相変調器で前記連続光を位相変調する第２ステップと、
位相変調された前記連続光より、光パルス生成部で第１周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルスを生成する第３ステップと、
前記光パルス生成部が生成した光パルスの光スペクトル帯域を非線形光学媒質で拡大する第４ステップと、
自己参照干渉計により、前記非線形光学媒質により光スペクトル帯域が拡大された光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波（ｎは２以上の整数）および短波長成分の第ｎ−１高調波を干渉させて前記第ｎ高調波と前記第ｎ−１高調波との周波数差の光信号を生成する第５ステップと、
前記自己参照干渉計から生成された光信号を、光検出器で光電変換して電気信号を出力する第６ステップと、
帰還制御部で、前記光検出器で光電変換されて出力された電気信号と、第２信号発生部が出力する所定の周波数の第２信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第１信号の位相雑音が抑圧されるように帰還制御する第７ステップと
を備えることを特徴とする信号発生方法。
【請求項４】
請求項３記載の信号発生方法において、
前記光パルス生成部から生成された前記光パルスのパルス幅を分散補償部で圧縮する第８ステップを更に備えることを特徴とする信号発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光周波数コム安定化光源などの参照信号源を生成する信号発生器および信号発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気的方法で測定可能なマイクロ波以下のマイクロ波基準周波数をもとに、光の周波数を直接測定する新しい技術が開発されている（非特許文献１、２参照）。この技術では、光周波数コム（Comb）を、光周波数のものさしとして光周波数計測に利用している。例えば、モード同期レーザーにより発振されるパルスレーザー光が、光周波数コムとなる。
【０００３】
モード同期レーザーにより発振されるパルスレーザー光は、図３の（ａ）に示す「光搬送波包絡線」に示すようなパルスが、時間軸上に等しい時間間隔Ｔで並ぶ。一方、周波数軸上においては、図３の（ｂ）に示すように、等しい周波数間隔ｆrepで櫛状に並ぶ多数のモード（線スペクトル）の集合体となる。このように周波数軸上に櫛歯状に並ぶレーザー光の集合体が、光周波数コムとなる。
【０００４】
包絡線で示すパルスのピーク間の時間幅Ｔと、図３の（ｂ）に示す光周波数コムのモードの間隔である周波数間隔ｆrepとの間には、「ｆrep＝１／Ｔ」という関係があり、光周波数コムの各モードのスペクトル周波数ｆnは、「ｆn＝ｎ×ｆrep＋δ（ｎは整数）」と表すことができる。また、包絡線のピークから計った光搬送波電界の位相（キャリアエンベロープ位相）をφとし、このφの隣り合うパルス（包絡線）の間のずれをΔφとすると、オフセット周波数δとレーザー繰り返し周波数であるｆrepとの間には、「δ＝（Δφ／２π）×ｆrep」の関係が成り立っている。
【０００５】
これにより、レーザー繰り返し周波数とキャリアエンベロープ位相差を固定することができれば、光周波数コムの各モードの波長を安定化することができ、マイクロ波周波数を光の周波数領域にまでつなぐ周波数基準となる。各モードの波長が正確に定まった光周波数コムは、高精度な周波数標準および関連する基礎物理だけでなく、通信、精密計測、量子情報通信などの分野へ応用されていくと考えられる。
【０００６】
近年、光周波数コムの周波数を安定化する手法が実現した（非特許文献１，２参照）。このレーザー光源として、光共振器装置を備えた受動モード同期レーザーが用いられている（非特許文献１，２参照）。受動モード同期レーザーは、パルスレーザーを発振することができる。レーザーは通常、光を増幅する利得媒質と、共振器長がＬの共振器を有する。この共振器の縦モードの共振周波数はｃ／２Ｌ（ｃは光速）の整数倍である。
【０００７】
レーザーが発振するレーザー光のスペクトルの幅よりも共振器の共振周波数の間隔が狭いと、共振器において複数のモード（周波数）で共振する。この状態で各モードの位相を揃える（モード同期）ことにより、繰り返し周波数ｆrep＝ｃ／（２Ｌ）でレーザー光が強められる。これにより、繰り返し周波数ｆrepのパルスレーザー光が生成される。
【０００８】
図３に示すように、このモード同期レーザーにより発振されるパルスレーザー光は、時間軸上に等しい時間間隔Ｔで並ぶ。一方、周波数軸上では等しい周波数間隔ｆrepで櫛状に並ぶ多数のモードの集合体となる。このように周波数軸上に櫛状に並ぶレーザー光の集合体が「光周波数コム」と呼ばれる。一般に、包絡線のピークと光搬送波電界のピークは常に一致しているわけではなく、時間的にシフトしていき、この変化も一定でない。
【０００９】
包絡線のピーク間の時間幅をＴとし、隣り合うパルスの、包絡線のピークから計った光搬送波電界位相φのずれをΔφとすると、得られる光周波数コムのモード間隔ｆrepとＴの間にはｆrep＝１／Ｔという関係があり、コムの各モードのスペクトル周波数はｆn＝ｎ×ｆrep＋δ（但し、ｎは整数）と表すことができる。なお、「δ＝（Δφ／２π）×ｆrep」である。
【００１０】
モード同期レーザー発振器のスペクトルを例えば、フォトニック結晶ファイバなどで生じる自己位相変調効果を用いて帯域１オクターブ以上の白色光を発生させる。この長波長成分（ｎ×ｆrep＋δ）の第２高調波を発生させると、その周波数は、２×（ｎ×ｆrep＋δ）となる。また、白色光の短波長成分は、２×ｎ×ｆrep＋δと表せる。長波長成分の第二高調波と短波長成分の２つの光を干渉させ、例えばフォトダイオードでそのうなり信号を検出することにより２つの光の周波数差δの値を測定することができる。
【００１１】
この測定値を外部からのマイクロ波基準周波数と比較し、マイクロ波基準周波数からのずれの大きさをもとに電子回路で共振器内の非線形分散の大きさにフィードバックを行うことで、キャリアエンベロープ位相差すなわちコムのオフセット周波数を安定化することができるようになった。一方、レーザーの繰り返し周波数は、フォトダイオードからの繰り返し周波数信号をもとに、レーザーの共振器長にフィードバックすることにより、ある有限の範囲内に固定することが可能である。
【００１２】
上述したようなオフセット周波数とモード周波数間隔を一定にした光周波数コム安定化光源が、共振器装置を備えたモード同期レーザーをベースに開発されている（非特許文献１，２参照）。
【００１３】
ところで、上述した受動モード同期レーザーを用いた光周波数コム光源では、キャリアエンベロープ位相を制御する手段として、共振器内に設置されたガラスウエッジの挿入量を変えて共振器における屈折率（分散量）を変化させることや、ポンプ光の強度を変えて利得媒質（例えばチタンサファイア結晶）の非線形屈折率を変化させるようにしている（非特許文献１，２参照）。従って、従来の技術では、周波数が安定な光周波数コムを得るためには、共振器を備えた受動モード同期レーザーを用いることが前提となる。
【００１４】
受動モード同期レーザーを用いる場合、得られるレーザーの中心光周波数は共振器内に配置された利得媒質に依存し、例えば、利得媒質としてチタンサファイア結晶を用いた場合、発振可能なレーザーの波長は６５０〜１１００ｎｍの範囲となるが、最も効率よく発振できる波長は８００ｎｍである。このように、受動モード同期レーザーでは、得られるレーザーの中心光周波数が限定される。
【００１５】
また、キャリアエンベロープ位相差の検出には、前述したように、フォトニック結晶ファイバや高非線形ファイバなどを用いてスペクトルを広帯域化した光を得られるだけのレーザー出力が必要となる。このため、用いることができるレーザーの種類が限定される。また、条件を満たすレーザーでは、共振器内に配置する利得媒質と光学部品との空間的配置などの制約から、共振器長を短くすることができず、共振器長で決定される繰り返し周波数は、１ＧＨｚ程度が上限となる。
【００１６】
更に、繰り返し周波数を変化させるための共振器の長さの調節（制御）は、通常、共振器エンドミラーに固定したピエゾ素子などのアクチュエータで行っている。このため、繰り返し周波数の可変範囲も小さいものとなっている。例えば、繰り返し周波数が８０ＭＨｚのレーザー光源の可変範囲は、７７〜８３ＭＨｚ程度である。
【００１７】
一方、安定な光周波数コムを得る方法として、連続的にレーザーを出す波長安定化連続波（ＣＷ；Continuous Wave）光源を用い、この光源に対して電気光学変調器で深い周波数変調をかけ、ＦＭ側帯波を発生させる方法が提案されている（非特許文献３参照）。この方法では、繰り返し周波数における制約は解消される。しかしながら、この方法では、光周波数コムのオフセット光周波数は、もとになるＣＷ光の中心波長によって決定される。このため、得られる光周波数コムの安定化を実現するためには、例えば、アセチレンガスなどの吸収線にロックすることで得られる波長安定化光源などのＣＷ光源が必要となり、外部からのマイクロ波参照周波数だけで光周波数コムの各モードの波長を固定することができず、得られる確度も劣るものとなる。
【００１８】
上述した問題を解消するために、以下に示す技術が提案されている。まず、ＣＷ光源より発生したレーザー光を第１周波数で位相変調することで、パルスの繰り返し周波数が第１周波数の光パルスを生成し、この光パルスの光スペクトル帯域を拡大させる。次に、自己参照干渉計を用い、帯域を拡大した光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波および短波長成分の第ｎ−１高調波の周波数差（オフセット周波数）の光信号を検出する。次いで、検出した光信号に対応する電気信号と、外部のマイクロ波基準周波数とを比較し、この比較の状態をフィードバックしてＣＷ光源の中心波長を制御し、安定化する（特許文献１参照）。
【００１９】
安定化された高繰り返し光パルス列は、増幅前に設置した、光カップラーで分岐して、出力する。このような構成により、オフセット周波数が安定した光周波数コムを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００９−１１６２４２号公報
【特許文献２】特許第６１３３２３６号公報
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】D. J. Jones, et al., "Carrier-Envelope Phase Control of Femtosecond Mode-Locked Lasers and Direct Optical Frequency Synthesis", Science, vol. 288, pp. 635-639, 2000.
【非特許文献２】R. Holzwarth, et al., "Optical Frequency Synthesizer for Precision Spectroscopy", Phys. Rev. Lett., vol. 85, no. 11, pp. 2264-2267, 2000.
【非特許文献３】M. Kourogi, et al., "Limit of Optical-Frequency Comb Generation Due to Material Dispersion", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 31, no. 12, pp. 2120-2126, 1995.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献１の技術では、位相変調のための位相変調器を駆動するマイクロ波信号発生器が、低い時間ジッターでなければならないという制約がある。マイクロ波信号発生器の時間ジッターが大きくなると、光スペクトルを拡大し、自己参照干渉計を用いてオフセット周波数を検出する際に位相雑音が大きくなるため、信号検出が困難になる。
【００２３】
特許文献２では、上記課題を解決している。特許文献２では、参照光源である、受動モード同期レーザーをベースとした光周波数コムとマイクロ波基準信号をもとに、従来技術と比較して１桁以上高い繰り返し周波数でかつ各モード線幅が狭い光周波数コムを実現可能としている。更に、特許文献２では、マイクロ波信号発生器の位相雑音が、従来の水晶発振器の位相雑音以下に低減できるため、超低位相雑音なマイクロ波発生器を実現できるとともに、位相変調レーザーの光周波数コムモードの位相雑音を低減している。
【００２４】
しかしながら、特許文献２の技術では、ＣＷレーザー光源とは別の波長帯の、受動モード同期レーザーなどの安定な光周波数コム参照光源を別途必要とするという問題があった。
【００２５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、安定な光周波数コム参照光源を別途必要とせずに、位相雑音が抑制されたマイクロ波やミリ波などの信号が、周波数が可変な状態で生成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る信号発生器は、連続光を生成するレーザーから構成された光源と、所定の周波数の第１信号を出力する第１信号発生部と、所定の周波数の第２信号を出力する第２信号発生部と、光源より出力された連続光を第１信号で位相変調する位相変調器と、位相変調器により位相変調された連続光より第１周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルスを生成する光パルス生成部と、光パルス生成部により生成された光パルスの光スペクトル帯域を拡大する非線形光学媒質と、非線形光学媒質により光スペクトル帯域が拡大された光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波（ｎは２以上の整数）および短波長成分の第ｎ−１高調波を干渉させて第ｎ高調波と第ｎ−１高調波との周波数差の光信号を生成する自己参照干渉計と、自己参照干渉計から生成された光信号を光電変換して電気信号を出力する光検出器と、光検出器で光電変換されて出力された電気信号と第２信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１信号の位相雑音が抑圧されるように第１信号発生部を制御する帰還制御部とを備える。
【００２７】
上記信号発生器において、光パルス生成部から生成された光パルスのパルス幅を圧縮する分散補償部を更に備えるようにしてもよい。
【００２８】
本発明に係る信号発生方法は、光源から連続光を生成する第１ステップと、第１信号発生部が出力する所定の周波数の第１信号を用いて位相変調器で連続光を位相変調する第２ステップと、位相変調された連続光より、光パルス生成部で第１周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルスを生成する第３ステップと、光パルス生成部が生成した光パルスの光スペクトル帯域を非線形光学媒質で拡大する第４ステップと、自己参照干渉計により、非線形光学媒質により光スペクトル帯域が拡大された光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波（ｎは２以上の整数）および短波長成分の第ｎ−１高調波を干渉させて第ｎ高調波と第ｎ−１高調波との周波数差の光信号を生成する第５ステップと、自己参照干渉計から生成された光信号を、光検出器で光電変換して電気信号を出力する第６ステップと、帰還制御部で、光検出器で光電変換されて出力された電気信号と、第２信号発生部が出力する所定の周波数の第２信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１信号の位相雑音が抑圧されるように帰還制御する第７ステップとを備える。
【００２９】
上記信号発生方法において、光パルス生成部から生成された光パルスのパルス幅を分散補償部で圧縮する第８ステップを更に備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したことにより、本発明によれば、安定な光周波数コム参照光源を別途必要とせずに、位相雑音が抑制されたマイクロ波やミリ波などの信号が、周波数が可変な状態で生成できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における信号発生器の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、実施の形態における信号発生器の光源１０１より得られたＳＣ光と波長可変レーザーとを用いて、ＳＣ光における各モードの位相雑音累積値の測定結果を示す特性図である。
【図３】図３は、光パルスにおける光搬送波のキャリアエンベロープ位相について示す説明図（ａ）、および光パルスの周波数軸上における線スペクトルの状態を示す説明図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態における信号発生器ついて図１を参照して説明する。この信号発生器は、光源１０１、第１信号発生部１０２、第２信号発生部１０３、位相変調器１０４、分散付与部（光パルス生成部）１０５、非線形光学媒質１０６、自己参照干渉計１０７、光検出器１０８、帰還制御部１０９を備える。
【００３３】
光源１０１は、連続光を生成するレーザーから構成されている。例えば、光源１０１は、ＵＬＥ（Ultra Low Expansion）共振器を用いた狭線幅ＣＷレーザー、あるいは狭線幅光周波数コムや光格子時計に周波数安定化されたＣＷレーザーである。光源１０１より連続光を生成する（第１ステップ）。第１信号発生部１０２は、所定の周波数の第１信号（ｆm）を出力する。第１信号発生部１０２は、例えば、水晶発振器ベースのマイクロ波信号発生器である。第２信号発生部１０３は、所定の周波数の第２信号を出力する。
【００３４】
位相変調器１０４は、光源１０１より出力された連続光を第１信号で位相変調する（第２ステップ）。分散付与部１０５は、位相変調器１０４により位相変調された連続光より第１周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルスを生成する（第３ステップ）。非線形光学媒質１０６は、分散付与部１０５により生成された光パルスの光スペクトル帯域を拡大する（第４ステップ）。
【００３５】
光源１０１からの連続光は、位相変調器１０４において、第１信号発生部１０２から送信（出力）される周波数ｆmの信号（第１信号）により位相変調されてスペクトル帯域が拡張される。なお、実施の形態では、位相変調器１０４の前段もしくは後段に、強度変調器１１１を縦列配置する。強度変調器１１１により、位相変調器１０４によってダウンもしくはアップチャーピングした片方を選択して光透過させ、位相変調器１０４で発生したＤＣベース部分を取り除く。これにより、分散付与部１０５で各パルスのパルス幅を圧縮した際のＤＣ成分の抑圧に寄与することができる。また、位相変調器１０４と強度変調器１１１で変調する時間調整のために、位相シフタ１１０を用いる。
【００３６】
なお、実施の形態では、位相変調器１０４の後段に強度変調器１１１を縦列して配置させているが、位相変調器１０４の前段に強度変調器１１１を縦列配置してもよい。この場合、光源１０１からの連続光を、強度変調器１１１で強度変調してから位相変調器１０４で位相変調する構成となる。
【００３７】
自己参照干渉計１０７は、非線形光学媒質１０６により光スペクトル帯域が拡大された光パルスより得られる長波長成分の第ｎ高調波（ｎは２以上の整数）および短波長成分の第ｎ−１高調波を干渉させて第ｎ高調波と第ｎ−１高調波との周波数差の光信号を生成する（第５ステップ）。
【００３８】
自己参照干渉計１０７では、長波長側の成分（長波長側のいずれかのコム）より第２高調波が生成され、これと短波長側の成分（短波長側のいずれかのコム）の基本波（第１高調波）とが干渉させられる。これは、上記広スペクトル帯域光の帯域幅が１オクターブ以上の場合である。また、短波長側の基本波と生成した長波長側の基本波とによる差周波発生法により、オフセット光周波数の光信号を発生させるようにしてもよい。一方、得られる広スペクトル帯域光の帯域幅が１オクターブ未満の場合、長波長側の第３高調波と短波長側の第２高調波とを干渉させるようにしてもよい。
【００３９】
光検出器１０８は、自己参照干渉計１０７から生成された光信号を光電変換して電気信号を出力する（第６ステップ）。帰還制御部１０９は、光検出器１０８で光電変換されて出力された電気信号と第２信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１信号の位相雑音が抑圧されるように第１信号発生部１０２を制御する（第７ステップ）。
【００４０】
実施の形態では、分散付与部１０５が、強度変調器１１１より出力された連続光に波長分散を与えて所定の繰り返し周波数の光パルス列に変換する。分散付与部１０５で適切な分散を与えることで、繰り返し周波数の短光パルス列を発生することができる。また、分散付与部１０５が波長フィルタを備えていれば、変換した光パルス列に残留するウィング成分を抑圧でき、クリーンパルス発生を可能にする。
【００４１】
また、実施の形態では、光増幅器１１２により、分散付与部１０５により光パルス列に変換された光（光パルス列）の光強度を増幅する。例えば、光増幅器１１２では、光増幅器１１２内の進行型自己位相変調効果などの非線形効果を用いて段階的に光増幅する手法を用い、光分裂を起こさずにスペクトル帯域幅を拡大する。また、実施の形態では、光増幅器１１２の次段の分散補償部１１３で、パルス幅を圧縮して所望とするパルス幅への短パルス発生を行う（第８ステップ）。分散補償部１１３は、例えば、非線形光学媒質から構成すればよい。
【００４２】
なお、光源１０１、位相変調器１０４、強度変調器１１１、分散付与部１０５からなるパルス光源部分は、ファブリペロー共振器内に電気光学変調器を設置することで深い周波数変調をＣＷ光にかけ、ＦＭ側帯波を発生させる方法であってもよい。これらの位相変調器を用いてパルス列を発生させる方法では、共振器長の制約を受けないために、数十ＧＨｚの繰り返しパルス列の発生が実現可能となる。
【００４３】
以上のようにして発生させた光パルス列は、非線形光学媒質１０６に入力し、広スペクトル帯域光（ＳＣ光）として出力される。非線形光学媒質１０６において、非線形感受率の大きい材料を使用すれば、高効率に所望の広スペクトル帯域光を発生でき、光周波数コム安定化に必要となる光源１０１からの供給エネルギーの最低閾値を低く抑制することが可能である。この点について、図２を用いて説明する。
【００４４】
図２は、上述したことにより得られたＳＣ光と、別途に用意した波長可変レーザーを用い、ＳＣ光の各モードの位相雑音累積値の測定結果である。図２において、横軸にはモード次数、縦軸には位相雑音累積値をとってプロットした。図２が示すように、ＳＣ光各モードの位相雑音累積値はモード次数に対して二乗で増加することがわかった。また同時に、増加分が、光変調器駆動用のマイクロ波発生器の位相雑音であることが実験から検証できた。
【００４５】
従って、ＳＣ光のモード次数ｋ（ｋ＝０，±１，±２，±３，・・・）の光周波数コムは、「Ｅ0（ｔ）＝Ｅ0ｅｘｐ［−ｉ｛２π（ｆ0＋ｋ×ｆm）ｔ＋ψ0（ｔ）＋ｋ×ψ1（ｔ）｝］・・・（１）」と、表せる。ここで、Ｅ0は光電場振幅、ψ0（ｔ）は、光源１０１がもつ位相雑音である。ψ1（ｔ）は、第１信号発生部１０２がもつ位相雑音である。
【００４６】
以上のようにして非線形光学媒質１０６により広スペクトル帯域とされたＳＣ光は、自己参照干渉計１０７に入力する。このことにより、干渉光が生成され、この干渉光が光検出器１０８で検出（光電変換）されて電気信号（オフセット周波数）が出力される。
【００４７】
ＳＣ光の帯域幅により、自己参照干渉計１０７の種類を選択できる。例えば、ＳＣ光帯域幅が１オクターブ以上あれば、基本波の高周波成分と基本波の低周波成分の第２高調波の干渉信号からオフセット周波数を検出する、ｆ−２ｆ自己参照干渉計を用いればよい。また、ＳＣ光の帯域幅が２／３オクターブ帯域であれば、基本波の高周波成分の第２高調波と基本波の低周波成分の第３高調波の干渉信号からオフセット周波数を検出する、２ｆ−３ｆ自己参照干渉計を用いればよい。
【００４８】
次に、光検出器１０８で出力されるオフセット周波数の電気信号は、周波数フィルタ１１４で所定の周波数がフィルタ（遮断）されて帰還制御部１０９に入力する。以下、帰還制御について、詳細に説明する。以下では、自己参照干渉計１０７が、ｆ−２ｆ自己参照干渉計の場合を例に説明する。
【００４９】
基本波の高周波成分の光周波数コムの光電場Ｅ1は、光周波数コムモード次数ｋとすると「Ｅ1（ｔ）＝Ｅ1ｅｘｐ［−ｉ｛２π（ｆ0＋ｋ×ｆm）ｔ＋ψ0（ｔ）＋ｋ×ψ1（ｔ）｝］・・・（２）」と、記述できる。ここで、Ｅ1は、光電場振幅である。また、ψ0（ｔ）は、光源１０１がもつ位相雑音である。また、ψ1（ｔ）は、位相変調器１０４を駆動するための第１信号発生部１０２がもつ位相雑音である。
【００５０】
一方、基本波の低周波成分の光周波数コムから発生する第二高調波の光電場Ｅ2は、光周波数コムモード次数ｍとすると「Ｅ2（ｔ）＝Ｅ2ｅｘｐ［−ｉ｛４π（ｆ0＋ｍ×ｆm）ｔ＋２ψ0（ｔ）＋２ｍ×ψ1（ｔ）｝］・・・（３）」と、記述できる。ここで、Ｅ2は、光電場振幅である。また、ψ0（ｔ）は、光源１０１がもつ位相雑音である。また、ψ1（ｔ）は、第１信号発生部１０２がもつ位相雑音である。
【００５１】
基本波の高周波成分の光周波数コムの光電場Ｅ1と、基本波の低周波成分の光周波数コムから発生する第二高調波の光電場Ｅ2の干渉信号は、光検出器１０８で検出する。この干渉信号Ｉobsは、「Ｉobs＝｜Ｅ1（ｔ）｜2＋｜Ｅ2（ｔ）｜2＋２Ｅ1Ｅ2ｃｏｓ｛２π［ｆ0＋（ｋ−２ｍ）×ｆm］ｔ＋［ψ0（ｔ）＋（ｋ−２ｍ）×ψ1（ｔ）］｝・・・（４）」と記述できる。ここで、Ｖobs＝２Ｅ1Ｅ2、Δｆ＝ｆ0＋（ｋ−２ｍ）×ｆm、Δψ＝ψ0（ｔ）＋（ｋ−２ｍ）×ψ1（ｔ）とする。
【００５２】
光検出器１０８から出力された干渉信号は、周波数フィルタ１１４を通過する。周波数フィルタ１１４により、式（３）の干渉項「Ｖobsｃｏｓ｛２πΔｆｔ＋Δψ｝・・・（５）」が検出される（取り出される）。
【００５３】
ここで、帰還制御部１０９では、干渉信号との比較のために、干渉信号より十分に位相雑音が小さい参照信号源として第２信号発生部１０３を用いる。第２信号発生部１０３の位相を９０度シフトさせると、「Ｖrefｓｉｎ｛２πｆnｔ＋ψ2（ｔ）｝・・・（６）」となる。式（５）と式（６）を比較参照すると、「Ｖobsｃｏｓ｛２πΔｆｔ＋Δψ｝×Ｖrefｓｉｎ｛２πｆnｔ＋ψ2（ｔ）｝＝（Ｖobs×Ｖref／２）｛ｓｉｎ（２πΔｆｔ＋Δψ＋ψ2（ｔ））＋ｓｉｎ（Δψ−ψ2（ｔ））｝・・・（７）」となる。
【００５４】
ここで、帰還制御部１０９が備えているローパスフィルタを用いることで、式（７）の高周波項ｓｉｎ（４πΔｆｔ＋Δψ＋ψ2（ｔ））を遮断し、式（７）の低周波項ｓｉｎ（Δψ−ψ2（ｔ））を検出する。検出される電圧Ｖ（ｔ）は、「Ｖ（ｔ）＝Ｖ0ｓｉｎ｛Δψ−ψ2（ｔ）｝・・・（８）」と記述できる。ここで、Ｖ0＝Ｖobs×Ｖref／２とする。
【００５５】
帰還制御部１０９は、式（８）の位相差Δψ−ψ2（ｔ）がゼロになるように、第１信号発生部１０２の電圧を制御する。第１信号発生部１０２がもつ位相雑音ψ1（ｔ）は、｛ψ2（ｔ）−ψ0（ｔ）｝／（ｋ−２ｍ）に収束し、モード次数ｋ−２ｍに反比例して位相雑音を低減できる。
【００５６】
このように、実施の形態によれば、位相変調器１０４で位相変調されて分散付与部１０５で生成される光パルスの高確度安定化と、第１信号発生部１０２から出力される第１信号の位相雑音を非常に小さくすることとが同時に実現できる。
【００５７】
以上に説明したように、本発明では、光源から得られる連続光より、第１信号発生部からの第１信号をもとにした位相変調および強度変調手段を用いて光パルス列を発生させ、この光パルス列と非線形光学媒質を用いて広帯域光を発生させ、この広帯域光より自己参照干渉計で長波長成分と短波長成分とを干渉させてこれらの間の周波数差の光信号を生成させて干渉信号を得、この干渉信号をもとに、帰還制御部で第１信号発生部をフィードバック制御した。この結果、本発明によれば、安定な光周波数コム参照光源を別途必要とせずに、位相雑音が抑制されたマイクロ波やミリ波などの信号が、周波数が可変な状態で生成できる。
【００５８】
本発明によれば、自己参照計における高調波の次数に反比例する抑圧比で第１信号発生部がもつ位相雑音を抑圧でき、周波数間隔で安定な光周波数コム光源が実現可能である。本発明では、特許文献１のような別の参照光源が不要であり、従来技術よりも１桁以上繰り返し周波数が高く周波数間隔が広い光周波数コムを実現できる。本発明は、従来以上に光コム各モードを利用した通信分野や分光学分野の発展に寄与するものであり、本発明が従来技術よりも優れていることが分かる。また、本発明によれば、ＲＦ信号発生器における位相雑音を、水晶発振器で実現できる低位相雑音強度の限界値を更新することから、全く新しいＲＦ信号発生器を提供できる。本発明によれば、マイクロ波技術を利用している多分野の発展に大きく寄与できると考える。
【００５９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１…光源、１０２…第１信号発生部、１０３…第２信号発生部、１０４…位相変調器、１０５…分散付与部（光パルス生成部）、１０６…非線形光学媒質、１０７…自己参照干渉計、１０８…光検出器、１０９…帰還制御部、１１０…位相シフタ、１１１…強度変調器、１１２…光増幅器、１１３…分散補償部、１１４…周波数フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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