(57)【要約】【課題】本発明は、非線形光学媒質からなる波長変換素子とそれを用いた光周波数コム発生装置に関し、安定した光周波数コムを発生させることを目的とする。【解決手段】本発明は、第１及び第２の分極反転領域を備えた二次非線形光学媒質からなる波長変換素子であって、第１の分極反転領域は１オクターブ未満の広がりをもった光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の光に対して、第２高調波発生によりｆ１の光を２ｆ１の第１の変換光に変換し、第２高調波発生によりｆ３の光を２ｆ３の第２の変換光に変換し、ｆ２の光と第１の変換光との和周波発生により２ｆ１＋ｆ２の第３の変換光に変換するようにΛ１が設定され、第２の分極反転領域は光周波数コム中の光の第２高調波発生により発生した第２高調波の波長が第３の変換光の帯域内に存在するようにΛ２が設定されている。【選択図】図４
2015200800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の分極反転周期Λ１を有する第１の分極反転領域と、第２の分極反転周期Λ２を有する第２の分極反転領域とを備えた二次非線形光学媒質からなる波長変換素子であって、
前記第１の分極反転領域は、３０ｄＢ幅として１オクターブ未満の広がりをもった光周波数コムを入力し、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の光に対して、
１次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ１の第１の変換光に変換し、
３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ３の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ３の第２の変換光に変換し、
３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ２の光と前記第１の変換光との和周波発生により光周波数２ｆ１＋ｆ２の第３の変換光に変換する
ように、前記第１の分極反転周期Λ１が設定され、
前記第２の分極反転領域は、少なくとも前記第１の分極反転領域を透過した前記光周波数コムを入力し、前記光周波数コム中の光が１次の擬似位相整合条件により第２高調波発生を起こし、当該第２高調波の波長が前記第１の分極反転領域で発生した前記第３の変換光の帯域内に存在するように、前記第２の分極反転周期Λ２が設定されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
第１の分極反転周期Λ１を有する第１の分極反転領域と、第２の分極反転周期Λ２を有する第２の分極反転領域とを備えた二次非線形光学媒質からなる波長変換素子であって、
前記第１の分極反転領域は、３０ｄＢ幅として１オクターブ未満の広がりをもった光周波数コムを入力し、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の光に対して、
１次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ１の第１の変換光に変換し、
３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ３の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ３の第２の変換光に変換し、
３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ２の光と前記第１の変換光との和周波発生により光周波数２ｆ１＋ｆ２の第３の変換光に変換する
ように、前記第１の分極反転周期Λ１が設定され、
前記第２の分極反転領域は、少なくとも前記第１の分極反転領域において発生した前記第１の変換光と前記第１の分極反転領域を透過した前記光周波数コムとを入力し、前記光周波数コム中の光と前記第１の変換光との１次の擬似位相整合条件により和周波発生を起こし、当該和周波発生光の波長が前記第１の分極反転領域で発生した前記第２の変換光の帯域内に存在するように、前記第２の分極反転周期Λ２が設定されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
前記二次非線形光学媒質は、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＮｂＯ３にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、およびＩｎからなる群から選ばれた少なくとも一種が添加物として含有された材料から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記非線型光学媒質は、光導波路構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記光周波数コムを出力する光周波数コム光源と、
前記光周波数コム光源から出力された前記光周波数コムを入力する請求項１乃至４のいずれかに記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子の出力光の一部又は全部を受光して光電変換することによって得られた電気信号を出力する光受光器と、
前記光受光器から出力された前記電気信号を入力し、前記電気信号の周波数成分に基づいて、前記電気信号におけるビート周波数が一定になるようにフィードバック信号を前記光周波数コム光源に出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とする光周波数コム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の周波数を測定するためなどに用いる光周波数コム発生装置を安定化するための波長変換素子および安定化された光周波数コム発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
等しい周波数間隔の離散的なスペクトルを有する光は、光周波数コムと呼ばれており、２００５年に光周波数コム技術などのレーザを用いた精密な分光法の発展への貢献によりジョン・ホール博士にノーベル物理学賞が与えられ世界に注目されている。光周波数コムは、一定の周波数間隔で現れる複数の線スペクトルを櫛目と見立てており、この櫛目の間隔が光パルスの繰り返し周波数であり、各櫛目の光周波数は隣り合う櫛目の間隔の周波数の整数倍にオフセット光周波数を加えたものとなる。したがって、光周波数コムでは、櫛目の間隔の周波数と整数値とにより各線スペクトルの光周波数が決定できる。すなわち、光周波数コムを構成する各光周波数は以下の（式１）で与えられる。  
ｆn＝ｆ0＋ｎｆrep      （式１）
ここで、ｆrepは隣り合う櫛目の光周波数間隔、ｎは整数、ｆ0は光周波数の余りの部分あり、０≦ｆ0＜ｆrepの関係がある。光周波数コムは様々な整数ｎのｆnの光周波数波長の集合体とみなすことができる。
【０００３】
光周波数コム光源としては、例えば非特許文献１又は非特許文献２に示されるような光周波数コム光源があるが、どちらの光周波数コム光源も高非線形ファイバの出力は１．０μｍ〜２．１μｍの波長域に広がっている。これらの光源は、少なくとも２波長のレーザ光を含む等間隔の周波数差をもったレーザ光の集団をＥｒ添加ファイバ増幅器にて増幅し、高非線形ファイバ中における４光波混合によってその周波数差をもった光が長波長側および短波長側に次々と発生していくことにより、発生する光の波長幅が広がっていく。非特許文献２に示されるように、Ｅｒ添加ファイバ増幅器内の励起光強度により光周波数コムの発生波長範囲は変化するが、現在存在するＥｒ添加ファイバ増幅器を用いれば十分に波長１．０μｍ〜２．１μｍの波長域に広がる光周波数コムは得られる。
【０００４】
ここで、非特許文献１又は非特許文献２に示されるように、波長２μｍ付近の光が二次非線形光学効果により半分の波長（光周波数では２倍）の１μｍ付近の光に変換され、当該変換光と元々光周波数コムを構成していた波長１μｍ付近の光とを干渉させ、当該干渉光を受光器により光電変換することにより、電気スペクトル上にビート信号が得られる。これにより、光周波数コムの光周波数のｆ0およびｆrepが安定化できる。
【０００５】
図１を用いて以上の現象を説明する。図１に、光周波数に対する光周波数コムのスペクトルを示す。図１中矢印で示される各光は、点線上の周波数、すなわち上記（式１）で示される関係を持っている。図１に示されるように、一番左の低周波数側の光の周波数がｆ0、点線の間隔がｆrepで一定である。図１において、横軸は光周波数で表しているため、波長の長いものは左側で右側に行くほど短波長になる。波長２μｍ付近の光の周波数ｆａを、ａを整数として以下の（式２）で表す。  
ｆａ＝ｆ0＋ａｆrep      （式２）
（式２）で示されるｆａは、二次非線形光学効果の１つである第２高調波発生（ＳＨＧ）により以下の（式３）で表される光周波数ｆSHGに変換される。  
ｆSHG＝２ｆａ＝２ｆ0＋２ａｆrep      （式３）
（式３）で示される波長１μｍ付近の光のｆSHGとほぼ同じ光周波数ｆbを、整数ｂを用いて以下の（式４）で表す。  
ｆb＝ｆ0＋ｂｆrep      （式４）
ｆSHGとｆbがほぼ同じ光周波数すなわち２ａ＝ｂのとき、その差はｆ0のみであり、ビート信号としてｆ0が得られる。実際には、ｆrep毎の周波数間隔で光が存在し、ｂ＝２ａ＋１などの時に（式４）から（式３）を引いた値であるｆrep−ｆ0や（式４）でｂがたとえば２ａと２ａ＋１の様に１違いの場合の光も同時に存在するので（式４）同士でｂが１違いの場合の差の周波数ｆrepのビート信号も得られる。ビート信号の中からｆ0、ｆrep、ｆrep−ｆ0などの必要なビート信号をフィルタにより分離することができ、その分離した信号により光周波数コムの励起光などにフィードバックを行うことにより、光周波数コムの光周波数を安定化することができる。この安定化手法は、２ｆａとｆｂとを干渉させていることから、ｆ−２ｆ干渉法と呼ばれている。
【０００６】
ここで、光周波数コムはｆrepごとに光周波数が存在するため、実際には、二次非線形光学効果の１つである和周波発生（ＳＦＧ）により、整数ａとほぼ同じ値の、擬似位相整合条件から大きく離れない範囲の整数ｃ及びｄの組み合わせから、以下の（式５）で表されるｆSFGを有する和周波光も発生する。  
ｆSFG＝ｆc＋ｆd＝２ｆ0＋（ｃ＋ｄ）ｆrep      （式５）
（式５）に示されるように、ｃ＝ａ−１、ｄ＝ａ＋１などのときはｃ＋ｄ＝２ａとなり、当該和周波光により、同様に前述のような整数ｂ＝２ａの光周波数ｆbの光と光周波数ｆ0のビート信号とを得ることができ、第２高調波以外にも安定化信号を得るのに寄与している。また、（式５）において、ｃ＝ａ、ｄ＝ａ＋１などのときは、ｂ＝２ａ＋１の光周波数の光と光周波数ｆ0のビート信号とを観測することができる。そのため、ｆ−２ｆ干渉法では、実際には２ｆ0の項が生成される二次非線形光学効果による波長変換が有ればよい。
【０００７】
このような波長変換を起こすものとして、周期分極反転ニオブ酸リチウムが良く知られている。図２に導波路型の周期分極反転ニオブ酸リチウムからなる波長変換素子の模式図を示す。図２には、周期分極反転ニオブ酸リチウム２０１と、周期分極反転ニオブ酸リチウム２０１上に設けられた導波路２０２とを備えた波長変換素子２００が示されている。二次非線形効果による波長変換には、第２高調波発生、和周波発生、差周波発生があるが、ここでは第２高調波発生及び和周波発生について説明をする。
【０００８】
図２に示されるように、波長λ1及びλ2の光が波長変換素子２００の導波路２０２にそれぞれ入力すると、和周波発生により導波路２０２内で以下の（式６）を満たす波長λ3を有する変換光が発生する。  
１／λ3＝１／λ1＋１／λ2        （式６）
上記（式６）は、波長の逆数の次元、つまり周波数に比例する次元であり、２つの入力光の周波数の和を取った和周波の変換光が発生する。入力される２つの波長が同じ（すなわちλ1＝λ2の時）、変換光の光周波数は入力光の２倍になり、この光学非線形過程を第２高調波発生と呼ぶ。すなわち、第２高調波発生は和周波発生の特別な形と言える。
【０００９】
ここで、波長λ1、λ2、λ3の３つの光の伝搬する速度が異なるため、以下の（式７）で表される位相不整合量Δβが発生する。ここで、ｎ1、ｎ2及びｎ3は、それぞれ、媒体内における波長λ1、λ2、λ3の光の屈折率を示す。
Δβ＝２π（ｎ3／λ3−ｎ1／λ1−ｎ2／λ2）        （式７）  
高い変換効率を得るためには、このΔβを補償する必要がある。ニオブ酸リチウムのような強誘電体では、分極の向きを周期的に反転することによりΔβを補償できる。分極反転周期をΛとすると、Δβ＝２π／Λを満たすΛを設定することによりΔβの補償を達成することができる。
【００１０】
さて、このｆ−２ｆ干渉法を用いる場合には、光周波数コムの広がりは１オクターブ以上広がっていることが必要である。非特許文献１に示されるように、高非線形ファイバに入力する光の増幅強度を強くすることにより、光周波数コムの広がりは大きくなる。すなわち、１オクターブ以上に広げるためには、高い増幅強度が必要である。
【００１１】
しかし、光周波数コム発生装置では装置の低エネルギー化が要求される。そこで、装置の低エネルギー化を図り、１オクターブも光周波数帯域を広げることなく低い増幅強度によりビート信号を得るため、非特許文献３に示される２ｆ−３ｆ干渉法がある。
【００１２】
図３に、非特許文献３に示されるような２ｆ−３ｆ干渉法を利用する従来の光周波数コム発生装置の構成を示す。図３には、光周波数コム光源３０１と、分波器３０２と、ニオブ酸リチウムからなる導波路型の第１及び第２の非線形光学媒質３０３及び３０８と、第１及び第２のミラー３０４及び３０７と、合波器３０５と、受光器３０６と、制御手段３０９と、を備えた光周波数コム発生装置３００が示されている。
【００１３】
図３に示されるように、２ｆ−３ｆ干渉型の光周波数コム発生装置３００は、光周波数コム光源３０１から出力された光を分波器３０２で波長１．２μｍ付近の光と波長１．８μｍの光との２光路に分け、その波長１．２μｍ付近の光を単一の分極反転周期を有する第１の非線形光学媒質３０３に入力し、波長１．８μｍの光を第２のミラー３０７を介して２種類の分極反転周期がタンデムに構成された第２の非線形光学媒質３０８に入力する。
【００１４】
第１の非線形光学媒質３０３では入力された波長１．２μｍ付近の光が第２高調波発生により波長０．６μｍの第２高調波に変換され（光周波数２ｆ0の項が存在）、当該第２高調波が第１のミラー３０４及び合波器３０５を介して受光器３０６に入力される。第２の非線形光学媒質３０８では入力された波長１．８μｍ付近の光が前段の分極反転領域で第２高調波発生により波長０．９μｍの第２高調波に変換され（光周波数２ｆ0の項が存在）、後段の分極反転領域において前段の分極反転領域で発生した波長０．９μｍの第２高調波と元の波長１．８μｍの光との和周波発生により波長０．６μｍ付近の和周波光に変換し（光周波数２ｆ0の項が存在する光と光周波数ｆ0の項が存在する光との和を取っているためその合計３ｆ0の項が存在）、当該和周波光が合波器３０５を介して受光器３０６に入力される。
【００１５】
受光器３０６では、第１及び第２の非線形光学媒質３０３及び３０８の各々から出力された波長０．６μｍの第２高調波及び和周波光を受光・干渉することにより、光周波数ｆ0のビート信号を得ることができる。受光器３０６は、得られた光周波数ｆ0のビート信号を光電変換して電気信号として制御手段３０９に出力する。制御手段３０９は、電気周波数軸上においてｆ0成分が一定になるようにフィードバック信号を光周波数コム光源３０１に出力する。それにより、光周波数コム発生装置３００では光周波数の安定化が図られている。
【００１６】
このように、２ｆ−３ｆ干渉型の光周波数コム発生装置３００では、１オクターブも光周波数帯域を広げることなく光周波数コムで安定化信号を得ている。ここで、２ｆ−３ｆ干渉法では、干渉させる２つの光の中に２ｆ0項と３ｆ0項が有ればよく、各第２高調波発生時に和周波発生光が混ざっていてもよい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】A. Ishizawa, T. Nishikawa, A. Mizutori, H. Takara, S. Aozasa, A. Mori, H. Nakano, A. Takada, M. Koga, “Octave-spanning frequency comb generated by 250 fs pulse train emitted from 25 GHz externally phase-modulated laser diode for carrier-envelope-offset-locking”, 2010年, Electronics Letters, Vol.46, No.19, p.1343-1344.
【非特許文献２】K. Iwakuni, H. Inaba, Y. Nakajima, T. Kobayashi, K. Hosaka, A. Onae, F-L. Hong, “Narrow linewidth comb realized with a mode-locked fiber laser using an intra-cavity waveguide electro-optic modulator for high-speed control”, 2012年, OPTICS EXPRESS, Vol.20, No.13, p.13769-13776.
【非特許文献３】K. Hitachi, A. Ishizawa, T. Nishikawa, M. Asobe, and T. Sogawa, “Carrier-envelope offset locking with a 2f-to-3f self-referencing interferometer using a dual-pitch PPLN ridge waveguide,” 2014年, OPTICS EXPRESS, Vol.22, No. 2, p. 1629-1635.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、非特許文献３に示される従来の２ｆ−３ｆ干渉法では、図３に関連して説明したように、光周波数コムを波長１．２μｍ光と波長１．８μｍ光との２光路に分けることが必要であり、部品が多数であって光学系が複雑である。また、２光路に分波した光路を再び合波するＭａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ型を使用する場合には、系の不安定さがあるという問題があった。さらに、非線形光学結晶が、波長１．２μｍ光に対する１領域と、波長１．８μｍ光に対する２領域とで、合計３領域必要であり、非線形光学結晶の点数が多いという問題もあった。
【００１９】
光を２光路に分けないために、この非線形領域の３領域を縦続接続することが容易に推測される。しかしながら、変換効率を高く維持するには各非線形領域を長く設定する必要があるが、非線形光学結晶の実質的な大きさが結晶成長技術により限定されているので、領域数を多く設定すればするほど、各領域の長さが短くなって効率低下を招くという問題がある。
【００２０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光周波数コムを１オクターブ以上に広げることなく安定化信号を得ることができる２ｆ−３ｆ干渉法を利用する波長変換素子において、光周波数コムを２光路に分けることなく光周波数２ｆ０を含む光と光周波数３ｆ０を含む光とを得ることができ、且つ２つの非線形光学領域により２ｆ−３ｆ干渉を行う波長変換素子を実現することにある。また、この波長変換素子を用いた光周波数コム発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の波長変換素子は、第１の分極反転周期Λ１を有する第１の分極反転領域と、第２の分極反転周期Λ２を有する第２の分極反転領域とを備えた二次非線形光学媒質からなる波長変換素子であって、前記第１の分極反転領域は、３０ｄＢ幅として１オクターブ未満の広がりをもった光周波数コムを入力し、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の光に対して、１次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ１の第１の変換光に変換し、３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ３の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ３の第２の変換光に変換し、３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ２の光と前記第１の変換光との和周波発生により光周波数２ｆ１＋ｆ２の第３の変換光に変換するように、前記第１の分極反転周期Λ１が設定され、前記第２の分極反転領域は、少なくとも前記第１の分極反転領域を透過した前記光周波数コムを入力し、前記光周波数コム中の光が１次の擬似位相整合条件により第２高調波発生を起こし、当該第２高調波の波長が前記第１の分極反転領域で発生した前記第３の変換光の帯域内に存在するように、前記第２の分極反転周期Λ２が設定されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項２に記載の波長変換素子は、第１の分極反転周期Λ１を有する第１の分極反転領域と、第２の分極反転周期Λ２を有する第２の分極反転領域とを備えた二次非線形光学媒質からなる波長変換素子であって、前記第１の分極反転領域は、３０ｄＢ幅として１オクターブ未満の広がりをもった光周波数コムを入力し、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の光に対して、１次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ１の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ１の第１の変換光に変換し、３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ３の光を第２高調波発生により光周波数２ｆ３の第２の変換光に変換し、３次の擬似位相整合条件により、前記光周波数コムに含まれる光周波数ｆ２の光と前記第１の変換光との和周波発生により光周波数２ｆ１＋ｆ２の第３の変換光に変換するように、前記第１の分極反転周期Λ１が設定され、前記第２の分極反転領域は、少なくとも前記第１の分極反転領域において発生した前記第１の変換光と前記第１の分極反転領域を透過した前記光周波数コムとを入力し、前記光周波数コム中の光と前記第１の変換光との１次の擬似位相整合条件により和周波発生を起こし、当該和周波発生光の波長が前記第１の分極反転領域で発生した前記第２の変換光の帯域内に存在するように、前記第２の分極反転周期Λ２が設定されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項３に記載の波長変換素子は、請求項１又は２に記載の波長変換素子であって、前記二次非線形光学媒質は、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＮｂＯ３にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、およびＩｎからなる群から選ばれた少なくとも一種が添加物として含有された材料から成ることを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の波長変換素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載の波長変換素子であって、前記非線型光学媒質は、光導波路構造を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の光周波数コム発生装置は、前記光周波数コムを出力する光周波数コム光源と、前記光周波数コム光源から出力された前記光周波数コムを入力する請求項１乃至４のいずれかに記載の波長変換素子と、前記波長変換素子の出力光の一部又は全部を受光して光電変換することによって得られた電気信号を出力する光受光器と、前記光受光器から出力された前記電気信号を入力し、前記電気信号の周波数成分に基づいて、前記電気信号におけるビート周波数が一定になるようにフィードバック信号を前記光周波数コム光源に出力する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、光周波数コムを２つに分離することなく１つの波長変換素子に入力し、２ｆ−３ｆ干渉を行うことによりビート信号を得ることができるため、光学系が簡便になる。
【００２７】
また、本発明によれば、２ｆ信号と３ｆ信号が同一直線上に出てくるコリニアな系であるので、光のパスを２光路に分けるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型と比べると、干渉計自身の揺らぎを抑えることができる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、前段の非線形光学領域で３ｆ信号を得る２つの非線形光学過程、もしくは前段の非線形光学領域で２ｆ信号を得る非線形光学過程と３ｆ信号を得るための途中段階の非線形光学過程を同時に起こすことが可能となるため、３つの過程からなる２ｆ−３ｆ干渉を行うための非線形光学過程を２領域で達成できる。そのため、各領域の相互作用長を長くとることができ、変換効率が良い。
【００２９】
さらに、本発明によれば、非線形光学領域を従来の３領域から２領域に減らすことができるので、素子全体の長さを短くすることができる。そのため、たとえ結晶成長に制限される全長に届かない短い素子で十分効率が得られるとしても、その分素子収容効率が上がるという利点が発生する。
【００３０】
さらに、本発明によれば、第２の分極反転領域の分極反転周期は、独立に設計することができるため、第１の分極反転領域から発生する３ｆ光と同じ波長を第２の領域での２ｆ過程で出す、もしくは第１の分極反転領域から発生する２ｆ光と同じ波長を第１の領域と独立に設定できる第２領域で３ｆ光の波長を出せるように設計できる。そのため、確実にビート干渉を起こすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】光周波数コムのｆ−２ｆ干渉法の光周波数と光強度の関係を示す図である。
【図２】導波路型の周期分極反転構造を有する従来の波長変換素子を示す図である。
【図３】２ｆ−３ｆ干渉法を利用する従来の光周波数コム発生装置を示す図である。
【図４】本発明に係る波長変換素子の構造を示す図である。
【図５】１次の擬似位相整合と３次の擬似位相整合の電界強度を示す図である。
【図６】導波路型のニオブ酸リチウムの場合における、分極反転周期に対する第２高調波発生と和周波発生とを起こす基本波の関係を示す図である。
【図７】図６に示す３次ＳＦＧ変換光６０３及び３次ＳＨＧ変換光６０６の波長と分極反転周期との詳細な関係を示す図である。
【図８】図６に示す３次ＳＦＧ変換光６０３及び３次ＳＨＧ変換光６０６の波長と規格化変換効率との関係を示す図である。
【図９】本発明に係る波長変換素子の他の例を示す図である。
【図１０】導波路型のニオブ酸リチウムの場合における、分極反転周期に対する第２高調波発生と和周波発生とを起こす基本波の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る光周波数コム発生装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の各実施例について説明する。
（実施例１）
まず、図５を用いて周期分極反転構造での一般的な波長変換の様子を説明する。図５中の横軸は光の伝搬方向を示し、縦軸は変換光の電界強度を示す。図５において、１次の擬似位相整合の光の電界強度を実線で示し、３次の擬似位相整合の光の電界強度を一点鎖線で示す。
【００３３】
図５に示されるように、光が１周期分の分極反転領域の半分の距離を進むと、後の領域において分極が反転されていない場合、図５中の点線で示されるように、変換光の電界強度は低下し、１周期分が終わるところで０に戻る。一方で、後の領域において分極が反転されている場合、光が１周期分の分極反転領域の半分を進んだ距離をさらに伝搬しても、図５中の実線で示すように、変換光の電界強度が増強される。分極反転が周期的に幾周期も連なっていると、さらに変換光の電界強度が増強される。
【００３４】
一方、図５中の一点鎖線で示されるように、１周期分の分極反転領域の半分の入射側の領域において光が３分の１進んだところで、入射側の領域において電界強度が一旦最大値を迎えるような波長変換では、後の３分の１で減少して０に戻り、さらに３分の１進むと１周期分の分極反転領域の半分の位置となって再び最大値を迎える。この再び最大値となった位置から分極の方向が反転されると、出射側の領域においてさらに３分の１進む時に電界強度が減少せず増強される方向に進んで最大値を迎え、次の３分の２の領域で１往復し再度最大値を迎える。分極反転が周期的に幾周期も連なっているとさらに増強される。このような１次の擬似位相整合の領域の３分の１周期で電界強度が増減し増強されていくものを３次の擬似位相整合と呼ぶ。すなわち、１次の擬似位相整合を発生する領域の分極反転周期の３分の１の分極反転周期の分極反転領域を作製すると、１次の擬似位相整合として変換光の増強を図ることができる。
【００３５】
次に、図６に、分極反転周期に対する、１次の擬似位相整合による第２高調波発生と３次の擬似位相整合による波長変換とを起こす基本波及び変換光の波長の関係を示す。図６では、非線形光学媒質としてバルクのニオブ酸リチウムを使用し、分極反転周期２０μｍの場合を例に説明する。
【００３６】
図６に示されるように、波長約１．５８７６μｍの１次ＳＨＧ基本波６０１を入力すると、第２高調波発生が起こり、その半波長である波長約０．７９３８μｍの１次ＳＨＧ変換光６０４が発生する。分極反転周期２０μｍと交差する波長約１．０５８μｍの３次ＳＨＧ基本波６０５を入力すると、３次の擬似位相整合により第２高調波発生が起こり、その半波長である波長約０．５２９μｍの３次ＳＨＧ変換光６０６が発生する。また、１次の擬似位相整合で発生した波長０．７９３８μｍの１次ＳＨＧ変換光６０４と波長１．４７６８μｍの３次ＳＦＧ基本波６０２との和周波発生が３次の擬似位相整合により１次の擬似位相整合と同時に起こる。ここでいう３次ＳＦＧ基本波６０２は、当該波長の３倍波が出るという意味ではなく、当該分極反転周期で３次の擬似位相整合により１次ＳＨＧ変換光６０４と和周波発生が起こる入力光の事である。この和周波光である３次ＳＦＧ変換光６０３の波長は０．５１６３μｍである。
【００３７】
以上のように、１つの分極反転周期について２つの波長域で第２高調波発生が可能であり、さらに一方の第２高調波を利用した和周波発生も起こる。また、図６中の１次ＳＨＧ基本波６０１、３次ＳＦＧ基本波６０２及び３次ＳＨＧ基本波６０５は、３０ｄＢ幅として１オクターブより狭い周波数範囲に収まっている。
【００３８】
図７に、図６に示す３次ＳＦＧ変換光６０３及び３次ＳＨＧ変換光６０６の波長と分極反転周期との詳細な関係を示す。また、図８に、図６に示す３次ＳＦＧ変換光６０３及び３次ＳＨＧ変換光６０６の波長と規格化変換効率との関係を示す。
【００３９】
図６では、３次ＳＦＧ変換光６０３及び３次ＳＨＧ変換光６０６はほぼ同じ波長に見えるが図７で詳細に見ると、例えば分極反転周期２０μｍの場合はその波長差は１０ｎｍ以上の間隔があることが分かる。この間隔であっても変換光同士の波長の重なりがあればよい。しかし、図８に示すように、素子長２５ｍｍの場合の規格化変換効率の波長依存性を見ると、３次ＳＦＧ変換光６０３及び３次ＳＨＧ変換光６０６において変換効率が高い変換光波長幅は狭く、変換効率が高い変換光波長においては変換光同士の波長の重なりが大きくとれないことが分かる。
【００４０】
そこで、図４に示すような周期分極反転領域が２領域ある本発明に係る波長変換素子４００を考える。図４には、分極反転周期Λ１を有する第１の分極反転領域４１０と分極反転周期Λ２を有する第２の分極反転領域４２０とを含む波長変換素子４００が示されている。図４に示される波長変換素子４００は、例えば非線形光学媒質であるニオブ酸リチウムからなり、分極反転が第１の分極反転領域４１０及び第２の分極反転領域４２０の２領域に分かれて周期的に施されているバルク型波長変換素子である。図４中矢印は、分極反転の向きを示し、図４中点線は波長変換素子４００を伝搬する光の軌跡の外形を示している。
【００４１】
波長変換素子４００において、入力光である光周波数コムが第１の分極反転領域４１０に入射して第１の分極反転領域４１０中を進む場合、第１の分極反転領域４１０中には変換光に変換されずに透過する光周波数コム自体が存在する。
【００４２】
ここで、変換されずに残存した光周波数コムを用いてビート信号を得る方法として、３次の擬似位相整合により発生した３ｆ０成分を持つ和周波光の光波長と一致する波長を有する２ｆ０成分を持つ第２高調波を発生させる第１の方法と、又は３次の擬似位相整合で発生した２ｆ０成分を持つ第２高調波の光波長と一致する波長を有する３ｆ０成分を持つ和周波光を発生させる第２の方法との２種の方法をとることができる。
【００４３】
そこでまず、３次の擬似位相整合により発生した３ｆ０成分を持つ和周波光波長と一致する波長を有する２ｆ０成分を持つ第２高調波を発生させる第１の方法を示す。
【００４４】
図６中の３次ＳＦＧ変換光６０３に示される場合、分極反転周期Λ１＝２０μｍでは、和周波光の波長は０．５１６３μｍである。３次の擬似位相整合は、分極反転周期２０μｍの３分の１である約６．６６７μｍの周期で１次の擬似位相整合が起こるとみなせる。これは分極反転周期Λ＝２０μｍの時の１次ＳＨＧ基本波光６０１の波長と１次ＳＨＧ変換光６０４の波長との関係が、分極反転周期Λ＝６．６６７μｍの時の３次ＳＨＧ基本波光６０５の波長と３次ＳＨＧ変換光６０６の波長との関係が同じということである。図６に示す１次ＳＨＧ基本波６０１及び１次ＳＨＧ変換光６０４を示す曲線を参照すると、１次ＳＨＧ基本波６０１及び１次ＳＨＧ変換光６０４は分極反転周期Λが短くなるにつれて短波長化しているため、分極反転周期Λ＝６．６６７μｍの時に０．５２９μｍの第２高調波である１次ＳＨＧ変換光６０４が発生している条件よりも短い分極反転周期Λをもたせることにより、波長０．５１６３μｍの和周波光と同じ波長の第二高調波の発生を達成できる。本実施例１では、分極反転周期Λ２＝６．１７μｍとした場合に、第１の分極反転領域４１０で変換されずに透過した光周波数コムにおける波長１．０３２６μｍの基本波光が一次の擬似位相整合条件により第二高調波である０．５１６３μｍに変換される。それにより、第１の分極反転領域４１０で発生する和周波光の波長と第２の分極反転領域４２０で発生する第２高調波の波長が０．５１６３μｍで一致する。
【００４５】
以上から、本実施例１では、図４に示される波長変換素子４００において、光の入射側である第１の分極反転領域４１０の分極反転周期Λ１は２０μｍとし、出力側の第２の分極反転領域４２０の分極反転周期Λ２は６．１７μｍとし、素子の厚みは１ｍｍとし、素子長は２領域合わせて２．５ｃｍとした。本実施例１に係る波長変換素子の第１の分極反転領域では、分極反転周期Λ１＝２０μｍであるため、図６を参照して説明した分極反転周期Λ１＝２０μｍの場合と同様の非線形過程が起こる。
【００４６】
ここで、実施例１に係る波長変換素子に、１．０μｍから１．７μｍまで広がった繰り返し周波数１００ＭＨｚの光周波数コムを入力し、その出力光を光受光器で受光して電気スペクトルアナライザーで周波数特性を観測したところ、２０ＭＨｚのビート信号が観測された。
【００４７】
上記のように、第２の分極反転領域４２０で発生した２ｆ０成分の第２高調波の波長が第１の分極反転領域４１０で発生した３ｆ０成分を持つ和周波光の帯域内となり、特に、３ｆ０成分の和周波光の波長と２ｆ０成分を持つ第２高調波の波長とを一致させることができるため、強いビート信号を得ることが可能である。
【００４８】
（実施例２）
以下、本発明の実施例２に係る波長変換素子を説明する。本発明の実施例２に係る波長変換素子では、３次の擬似位相整合により発生した２ｆ０成分を持つ第２高調波と一致する波長を有する３ｆ０成分を持つ和周波光波長を発生させる第２の方法を示す。本発明の実施例２に係る波長変換素子においては、図４に示されるバルク型の波長変換素子４００を用い、光の入射側である第１の分極反転領域４１０の分極反転周期Λ１を２０μｍとし、出力側の第２の分極反転領域４２０の分極反転周期Λ２を７．３２μｍとした。
【００４９】
本実施例２では、分極反転周期Λ１が実施例１と同様の２０μｍであるため、第１の分極反転領域４１０では実施例１と同様の非線形過程が起こる。すなわち、波長約１．５８７６μｍの１次ＳＨＧ基本波６０１が第１の分極反転領域４１０に入力されると、１次の擬似位相整合により半波長の波長約０．７９３８μｍの第２高調波である１次ＳＨＧ変換光６０４が発生する。また、波長約１．０５８μｍの３次ＳＨＧ基本波６０５が第１の分極反転領域４１０に入力されると、３次の擬似位相整合により第２高調波である波長約０．５２９μｍの３次ＳＨＧ変換光６０６が発生する。また、１次の擬似位相整合により発生した波長０．７９３８μｍの１次ＳＨＧ変換光６０４と波長１．４７６８μｍの３次ＳＦＧ基本波６０２との和周波発生が３次の擬似位相整合により１次の擬似位相整合と同時に起こる。この和周波光である３次ＳＦＧ変換光６０３の波長は０．５１６３μｍである。
【００５０】
第１の分極反転領域４１０で発生する波長０．５２９μｍの第２高調波（３次ＳＨＧ変換光６０６）の方が波長０．５１６３μｍの和周波光（３次ＳＦＧ変換光６０３）より長波長であるため、本実施例２に係る波長変換素子では、第２の分極反転領域４２０で発生させる和周波光の波長を長波長化させる必要がある。そこで、第２の分極反転領域４２０について分極反転周期Λ２を約６．６６７μｍより長い７．３２μｍに設定して和周波光波長を長波長化する。すなわち第１の分極反転領域４１０で発生した１次ＳＨＧ変換光である波長０．７９３８μｍの光と第１の分極反転領域４１０で変換されずに透過した光周波数コムにおける波長１．５８５８μｍの基本波光との和周波を第２の分極反転領域４２０で発生させることにより、第１の分極反転領域４１０において３次の擬似位相整合で発生した２ｆ０成分を持つ第２高調波の光波長と一致する波長０．５２９μｍを有する３ｆ０成分を持つ和周波光を第２の分極反転領域４２０で発生させることができる。
【００５１】
本実施例２に係る波長変換素子に、１．０μｍ〜１．７μｍまで広がった繰り返し周波数１００ＭＨｚの光周波数コムを入力し、その出力光を光受光器で受光して電気スペクトルアナライザーで周波数特性を観測したところ、２０ＭＨｚのビート信号が観測された。
【００５２】
上記のように、第２の分極反転領域４２０で発生した３ｆ０成分の和周波発生光の波長が第１の分極反転領域４１０で３次の擬似位相整合により発生した２ｆ０成分を持つ第２高調波の帯域内となり、特に、２ｆ０成分を持つ光の波長と３ｆ０成分の光の波長とを一致させることができるため、強いビート信号を得ることが可能である。
【００５３】
（実施例３）
以下、本発明の実施例３に係る波長変換素子を説明する。本発明の実施例３に係る波長変換素子では、図４に示されるバルク型の波長変換素子４００を用い、光の入射側である第１の分極反転領域４１０の分極反転周期Λ１を２５．０μｍとし、出力側の第２の分極反転領域４２０の分極反転周期Λ２を７．９μｍとした。
【００５４】
第１の分極反転領域４１０では、波長１．７８１μｍの１次ＳＨＧ基本波６０１が１次の擬似位相整合により波長０．８９０５μｍの第２高調波である１次ＳＨＧ変換光６０４に変換され、この第２高調波と波長１．５０１５μｍの３次ＳＦＧ基本波６０２が３次の擬似位相整合による和周波発生により波長０．５５９μｍの和周波光である３次ＳＦＧ変換光６０３に変換される。また、波長１．１３８μｍの３次ＳＨＧ基本波６０５が３次の擬似位相整合により０．５６９μｍの第２高調波である３次ＳＨＧ変換光６０６に変換される。
【００５５】
出力側の第２の分極反転領域４２０では、Λ２＝７．９μｍにおいて波長１．１１８μｍの基本波光が１次の擬似位相整合により波長０．５５９μｍの第２高調波に変換される。
【００５６】
本実施例３に係る波長変換素子に１．１μｍ〜１．８μｍまで広がった光周波数コムを入力し、その出力光を光受光器で受光して電気スペクトルアナライザーで周波数特性を観測したところ、２０ＭＨｚのビート信号が観測された。上記のように２ｆ０成分を持つ光の波長と３ｆ０成分の光の波長とを波長０．５５９μｍで一致させることができるため、強いビート信号を得ることが可能である。
【００５７】
入力光としての光周波数コムにおいて、主にＥｒ添加ファイバ増幅器の帯域に合わせて１．５５μｍ帯を中心に広がる光周波数コムを考えると、波長１．１μｍ〜１．９５μｍの広がりの中に光周波数コムが有ることが好ましく、かつその中に図６中に１次ＳＨＧ基本波６０１、３次ＳＦＧ基本波６０２、及び３次ＳＨＧ基本波６０５で示した光の波長が含まれることが必要であり、その入力側の第１の分極反転周期Λ１が２２μｍ以上２８μｍ未満であることが適当である。
【００５８】
また、入力光としての光周波数コムをＹｂ添加ファイバ増幅器の帯域に合わせて１．０５μｍ帯を中心に広がる光周波数コムを考えると、０．８μｍ〜１．３μｍの広がりの中に光周波数コムが有ることが好ましく、かつその中に図６中に１次ＳＨＧ基本波６０１、３次ＳＦＧ基本波６０２、及び３次ＳＨＧ基本波６０５で示した光の波長が含まれることが必要であり、その入力側の第１の分極反転周期Λ１は８μｍ以上１０μｍ未満が適当である。
【００５９】
実施例１乃至３に係る波長変換素子において、図６を用いて波長変換特性を示したが、３ｆ０成分を持つ光の生成は第１の分極反転領域４１０で達成されているため、３ｆ０成分を持つ光を発生させるためには、第１の分極反転領域４１０は少なくとも１周期だけの分極反転周期を有すれば良いことが分かる。また、特別な場合として図６中の１次ＳＨＧ基本波６０１と３次ＳＦＧ基本波６０２が交差する点、すなわち分極反転周期１５μｍ付近において、波長１．４μｍ付近の光が丁度３倍波として発生することを意味しており、非常に有用である。
【００６０】
（実施例４）
以下、本発明の実施例４に係る波長変換素子を説明する。図９は、本発明に係る波長変換素子の他の例を示す。図９には、分極反転周期Λ１を有する第１の分極反転領域９１０の第１の導波路９１１と、分極反転周期Λ２を有する第２の分極反転領域９２０の第２の導波路９２１とを含む導波路型の波長変換素子９００が示されている。光周波数コムの入力光は、入力端９１２から入力されて、変換光として出力端９１３から出力される。
【００６１】
本発明の実施例４に係る波長変換素子では、図９に示される導波路型の波長変換素子９００を用い、光の入射側である第１の分極反転領域９１０の分極反転周期Λ１を２５．０μｍとし、出力側の第２の分極反転領域９２０の分極反転周期Λ２を８．０８μｍとした。波長変換素子の長さは２領域各２．５ｃｍ合わせて５ｃｍとし、コア厚は７μｍとし、コア幅は１０μｍに設定した。
【００６２】
図９に示す波長変換素子における導波路作製方法としては、非特許文献３に示される素子を作成する方法と同様の方法を用いることができる。図９に示す波長変換素子では、コア層となるニオブ酸リチウムに分極反転を施し、その後、本ニオブ酸リチウム基板とクラッド層となるタンタル酸リチウムに直接接合し、その後コア層を薄膜化しダイシングソーにより導波路構造としている。
【００６３】
導波路型の場合、ニオブ酸リチウムとしての材料分散に加えて、導波路構造を取ることによる構造分散を加味しなくてはならず、その波長変換特性はバルク型のものと異なる。今回のコアサイズにおける反転周期に対する波長変換特性を図１０に示す。
【００６４】
入力された光は導波路伝搬中に導波の横モードとしてマルチモードではあるが、基本モードが最大結合となるように選択的に励振することができ、図１０中では全て基本モード間の波長変換特性に関して示している。図１０中の１００１が各反転周期に対する１次の擬似位相整合の第２高調波発生が起こる基本波波長を示し、１００２がその対応する第２高調波の波長を示す。
【００６５】
図１０に示されるように、分極反転周期Λ１＝２５．０μｍのとき、第１の分極反転領域９１０では、波長１．８８９μｍの１次ＳＨＧ基本波１００１が、１次の擬似位相整合で第２高調波発生が起こり、波長０．９４４５μｍの第２高調波である１次ＳＨＧ変換光１００２に変換される。また、３次の擬似位相整合により、この波長０．９４４５μｍの第２高調波と波長１．４１８４５μｍの３次ＳＦＧ基本波１００５との和周波発生により波長０．５６７μｍの３次ＳＦＧ変換光１００６が発生する。さらに、波長１．１４５８μｍの３次ＳＨＧ基本波１００３が３次の擬似位相整合により第２高調波発生を起こし、波長０．５７２９μｍの第２高調波である３次ＳＨＧ変換光１００４が発生する。
【００６６】
分極反転周期Λ２の８．０８μｍの出力側の第２の分極反転領域９２０では、波長１．１３４μｍの１次ＳＨＧ基本波１００１が、１次の擬似位相整合で第２高調波発生が起こり、波長０．５６７μｍの第２高調波である１次ＳＨＧ変換光１００２を発生する。
【００６７】
ここで、実施例４に係る導波路型の波長変換素子に、１．１μｍ〜１．９μｍに広がった光周波数コムを入力して、基本モードに選択的に励振を行った。その出力光を光受光器で受光し電気スペクトルアナライザーで周波数特性を観測したところ、１０ＭＨｚのビート信号が観測された。上記のように、２ｆ０成分を持つ光と３ｆ０成分の光の波長を０．５６７μｍに一致させることができるため、強いビート信号を得ることが可能である。
【００６８】
入力する光としての光周波数コムでは、主にＥｒ添加ファイバ増幅器の帯域に合わせて１．５５μｍ帯を中心に広がるコムを考えると、１．１μｍ〜１．９５μｍの広がりの中に光周波数コムが有ることが好ましく、かつその中に図１０中の１００１、１００３、１００５で示した波長が含まれることが必要で、その入力側の分極反転周期Λ１は２２μｍ以上２６μｍ未満が適当である。
【００６９】
また、入力する光としての光周波数コムをＹｂ添加ファイバ増幅器の帯域に合わせて１．０５μｍ帯を中心に広がるコムを考えると、０．８から１．３μｍの広がりの中に光周波数コムが有ることが好ましくかつその中に図１０中の１００１、１００３、１００５で示した波長が含まれることが必要で、その入力側の分極反転周期Λ１は８μｍ以上９μｍ未満が適当である。
【００７０】
実施例４においては、出力側の第２の分極反転領域９２０において第２高調波を発生し、当該第２高調波と入力側の第１の分極反転領域９１０において発生した３次の擬似位相整合での和周波光と波長を一致させたが、上記第２の方法のように、出力側の第２の分極反転領域９２０での和周波発生により、入力側の第１の分極反転領域９１０で発生した３次の擬似位相整合での第２高調波光と同じ波長の光を発生させても良いことは言うまでもない。
【００７１】
実施例４において、３ｆ０成分を持つ光は入力側の第１の分極反転領域で発生しており、３ｆ０成分を持つ光を発生させるためには１周期だけの分極反転周期で良いことが分かる。また、特別な場合として図１０中の１００１と１００５が交差する点、すなわち周期１３．５μｍ付近において、１．３７μｍ付近の光が丁度３倍波として発生することを意味しており、非常に有用である。
【００７２】
（実施例５）
図１１に、本発明の実施例５に係る光周波数コム装置１１００を示す。図１１には、光周波数コム光源１１０９と、光周波数コム光源１１０９と光学的に接続された導波路型の波長変換素子１１０５と、ミラー１１０８を介して波長変換素子１１０５からの出力光を受光する受光器１１０６と、受光器１１０６からの電気信号を受信する制御手段１１０７と、を備えた光周波数コム装置１１００が示されている。光周波数コム光源１１０９は、１．５５μｍ帯の一波長を発振するレーザであるＬＤ１１０１と、変調手段１１０２と、Ｅｒ添加ファイバ増幅器１１０３と、高非線形ファイバ１１０４とを含む。本実施例５では、波長変換素子１１０５として実施例４に係る導波路型の波長変換素子９００を用いた。
【００７３】
ＬＤ１１０１から出力されたレーザ光は変調手段１１０２に入力され、変調手段１１０２においてレーザ光が変調周波数に従って変調されることにより、光周波数上で等間隔の複数のレーザ光が生成される。この等しい周波数間隔を持った複数のレーザ光は、Ｅｒ添加ファイバ増幅器１１０３に入力され、Ｅｒ添加ファイバ増幅器１１０３により光強度が増強され、高非線形ファイバ１１０４に入力される。高非線形ファイバ１１０４では、高非線形ファイバ１１０４中の非線形効果により等間隔の複数の光が長波長側及び短波長側に順次発生し、広いスペクトル幅を持つ等しい光周波数間隔の光の集団ができる。本実施例５におけるスペクトルは、高非線形ファイバ１１０４から出力された時点で１．１μｍ〜１．９μｍまで広がっていた。
【００７４】
波長変換素子１１０５は、光周波数コム光源１１０９から出力された光周波数コムを入力して、第２高調波及び和周波光を含む出力光を出力する。ミラー１１０８は０．７μｍ以下の光を分離するように構成されており、それにより受光器１００６では波長変換素子１１０５からの出力光のうち０．７μｍ以下の光が受光されている。
【００７５】
受光器１１０６は、波長変換素子１１０５からの出力光中の第２高調波及び和周波光を受光・干渉することにより、光周波数ｆ0のビート信号を得て、得られた光周波数ｆ0のビート信号を光電変換して電気信号として出力する。受光器１１０６で光電変換された電気信号の中には、（式１）中のｆ０に相当するビート信号とそれ以外にｆｒｅｐ、ｆｒｅｐ−ｆ０などの信号が得られた。
【００７６】
制御手段１１０７は、受光器１１０６からの電気信号に基づいて、ビート周波数ｆ０が一定になるようにＬＤ１１０１の駆動条件を制御し、かつｆｒｅｐを用いて変調周波数の安定化を図るように変調手段１１０２を制御するように、ＬＤ１１０１及び変調手段１１０２にフィードバック信号を出力する。本実施例５では、電気信号がｆ０、ｆｒｅｐ、ｆｒｅｐ−ｆ０共に１ｋＨｚ以内の変動幅の中に収まる安定した周波数特性を示した。
【００７７】
本実施例５では、変調手段１１０２を用いた光周波数コム発生器を用いたが、非特許文献２に示されるようなファイバループ型のレーザ光源を用いてもよい。また、本実施例５では、高非線形ファイバ１１０４から出力される光周波数コムを直接波長変換素子１１０５に入力し、波長変換素子１１０５からの出力光をミラー１１０８で分離することにより光周波数コムを取り出す構成としたが、高非線形ファイバ１１０４の後にカプラ等の分波器を用いて取り出して利用してもよい。また、本実施例５では、実施例４に係る波長変換素子を用いた例を示したが、実施例１−３に示される波長変換素子を用いて光周波数コム発生装置を構成してもよい。
【００７８】
また、上記各実施例では、二次非線形光学媒質としてＬｉＮｂＯ３を用いることを例示したが、ＬｉＮｂＯ３にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、およびＩｎからなる群から選ばれた少なくとも一種が添加物として含有された材料から成る二次非線形光学媒質を使用してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
波長変換素子  ２００、４００、９００、１１０５
周期分極ニオブ酸リチウム  ２０１
導波路  ２０２
光周波数コム発生装置  ３００、１１００
光周波数コム光源  ３０１、１１０９
分波器  ３０２
非線形光学媒質  ３０３、３０８
ミラー  ３０４、３０７、１１０８
合波器  ３０５
受光器  ３０６、１１０６
制御手段  ３０９、１１０７
第１の分極反転領域  ４１０、９１０
第２の分極反転領域  ４２０、９２０
第１の導波路  ９１１
第２の導波路  ９２１
入力端  ９１２
出力端  ９１３
ＬＤ  １１０１
変調手段  １１０２
Ｅｒ添加ファイバ増幅器  １１０３
高非線形ファイバ  １１０４
【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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