(57)【要約】【課題】２〜４．５μｍ帯における広い波長範囲に渡って、中赤外波長域の光を発生させることができる波長変換光源を提供する。【解決手段】少なくとも１オクターブの波長域を有する光周波数コムを出力する光周波数コム光源と、２次の非線形光学効果を有し、前記光周波数コムが入力される非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質からの出力光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段から分岐された光を受光する受光手段と、前記受光手段からの電気信号に応じて、前記光周波数コム光源を制御する制御手段とを備えた。前記非線形光学媒質は、前記光周波数コムに含まれる複数の光の中から選択された光の複数の組合せから、差周波発生により複数の変換光を出力する。【選択図】図４
2015132774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１オクターブの波長域を有する光周波数コムを出力する光周波数コム光源と、
２次の非線形光学効果を有し、前記光周波数コムが入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質からの出力光の一部を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段から分岐された光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの電気信号に応じて、前記光周波数コム光源を制御する制御手段とを備え、
前記非線形光学媒質は、前記光周波数コムに含まれる複数の光の中から選択された波長λｐを有する光と波長λｓを有する光の複数の組合せから、差周波発生により１／λｐ＝１／λｓ＋１／λｉの関係を満たす波長λｉの複数の変換光を出力し、
前記受光手段は、前記光周波数コムの波長帯域と前記複数の変換光の波長帯域との重なり部分における光のビート成分を検出し、
前記制御手段は、前記受光手段において検出されたビート成分の周波数が一定になるように、前記光周波数コム光源を制御することを特徴とする波長変換光源。
【請求項２】
前記光周波数コム光源は、
少なくとも２つの波長からなる光周波数間隔の等しいレーザ光群を発生する光発生手段と、
前記光発生手段に接続されたＥｒ添加ファイバ増幅器と、
前記Ｅｒ添加ファイバ増幅器に接続された高非線形ファイバと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長変換光源。
【請求項３】
前記光発生手段は、
Ｅｒ添加ファイバ、アイソレータ、および偏光子を含むファイバループと、
前記Ｅｒ添加ファイバを励起するための励起光を出力する励起光源と、
前記励起光源からの励起光を前記ファイバループに入力する光カプラと、
前記ファイバループからの出力光を前記Ｅｒ添加ファイバ増幅器に入力する光カプラと
を含むことを特徴とする請求項２に記載の波長変換光源。
【請求項４】
前記光発生手段は、
連続発振する半導体レーザと、
前記半導体レーザの出力光を変調する変調手段と
を含むことを特徴とする請求項２に記載の波長変換光源。
【請求項５】
前記光周波数コム光源と前記非線形光学媒質との間に、
前記高非線形ファイバの出力光を分波する分波器と、
前記分波器により分波された一方の出力光を入力するＹｂ添加ファイバ増幅器と、
前記分波器により分波された他方の出力光と前記Ｙｂ添加ファイバ増幅器の出力光とを合波して、前記非線形光学媒質に出力する合波器と
をさらに備えたことを特徴とする請求項２、３または４に記載の波長変換光源。
【請求項６】
前記非線形光学媒質は、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なることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の波長変換光源。
【請求項７】
前記非線形光学媒質は、光導波路構造を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の波長変換光源。
【請求項８】
前記非線形光学媒質は、非線形光学材料の分極を周期的に反転した構造を有し、
前記分極の反転周期Λ（μｍ）が、前記光導波路構造のコア面積Ａ（μｍ２）に対して、−１４０／Ａ＋２９≦Λ≦−２８０／Ａ＋３１を満たすことを特徴とする請求項７に記載の波長変換光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換光源に関し、より具体的には、ガスのセンシングや分光に好適な中赤外波長域の光を発生する波長変換光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の問題などがクローズアップされており、高感度にメタンや二酸化炭素などを検出するために、２〜５μｍの波長を出力する中赤外域の光源が必要とされている。このような波長域では、従来から半導体レーザの研究開発がなされている。しかしながら、室温で簡易に使用できるような光源が実現されていないのが現状である。そこで、このような光源から直接発生させることが困難な波長領域の光を、非線形光学効果による波長変換を利用して発生させる技術が知られている。
【０００３】
波長変換素子としては様々な形態のものが利用可能であるが、実用的な観点から非線形光学定数を周期的に変調した擬似位相整合を用いた導波路型の波長変換素子が最も有望である。非線形光学定数の周期変調構造を形成するためには、非線形光学定数の符号を交互に反転するか、あるいは非線形光学定数が大きい部分と小さい部分をほぼ交互に配置する方法が考えられる。
【０００４】
ＬｉＮｂＯ３のような強誘電体結晶においては、非線形光学定数の正負は、自発分極の極性に対応しているので、自発分極を反転することにより非線形光学定数の符号を反転することができる。中赤外波長域を発生させるための方法として、２つの半導体レーザおよび擬似位相整合を利用した導波路型波長変換素子による差周波発生による方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
図１に、従来の波長変換光源の構成を示す。光源１０は、光導波路１２が形成されたＬｉＮｂＯ３基板１１と、信号光１３及び励起光１４をそれぞれ出力する２個の半導体レーザ（図示せず）と、信号光１３と励起光１４とを合波して光導波路１２に入射する合波合波器１５とから構成される。ＬｉＮｂＯ３基板１１は、周期的に分極反転された構造を有し、光導波路１２において、信号光１３と励起光１４との差周波光である変換光１６が発生する。信号光の波長をλｓ、変換光（アイドラー光）の波長をλｉ、励起光の波長をλｐとすると、これら３つの波長は以下の（式１）を満たす。  
１／λｐ＝１／λｓ＋１／λｉ      （式１）
【０００６】
例えば、信号光波長λｓを１．５６μｍ、励起光波長λｐを１．０６μｍとすれば、λｉ＝３．３１μｍの変換光を発生させることができる。信号光波長λｓにおける屈折率をｎｓ、変換光波長λｉにおける屈折率をｎｉ、励起光波長λｐにおける屈折率をｎｐ、非線形光学定数の変調周期（以下、分極反転周期という）Λとすると、位相不整合量Δβは以下の（式２）で与えられる。  
Δβ＝２π（ｎｐ／λｐ−ｎｉ／λｉ−ｎｓ／λｓ）      （式２）
【０００７】
（式２）で示された位相不整合量Δβに対して、変換効率ηが（式３）で表される。ここで、Ｌは波長変換光源の非線形光学媒質の光の進行方向の長さを表す。
【０００８】
【数１】
2015132774.tif 000003
【０００９】
（式３）より、変換効率ηはΔβ＝２π／Λのときに最大となる。例えば、励起光波長λｐを固定して考えると、（式２）で与えられる位相不整合量Δβ＝２π／Λとなるいわゆる擬似位相整合条件を満たす信号光波長λｓおよび励起光波長λｐは、非線形光学媒質の屈折率の波長分散に依存する。従って、信号光波長λｓは、分極反転周期Λを決定すると実質的に一意に決定される。信号光波長λｓまたは励起光波長λｐを、擬似位相整合条件を満たすいわゆる擬似位相整合波長から変化させると、（式２）および（式３）に従って変換効率が減少してしまう。
【００１０】
図２に、波長変換光源における位相不整合量に対する変換効率の変化を示す。横軸は（Δβ−２π／Λ）×Ｌ／πを示し、縦軸は波長変換光源における変換効率の最大値を１として規格化した変換効率を示す。非線形光学媒質の長さＬが５０ｍｍのＬｉＮｂＯ３導波路を用いた場合を示している。例えば、励起光波長λｐを固定して信号光波長λｓを変換させたとき、図２に示される変換効率が最大値の半分となる位相不整合量に相当する波長帯域（以下、位相整合波長幅という）は、３．３１μｍ帯の変換光波長に換算すると約６．８ｎｍ程度であり狭い。
【００１１】
そこで、特許文献１に示されるように、波長１μｍ帯の励起光と波長３μｍ帯の変換光との群速度を一致させ、波長１．５５μｍ帯の信号光を固定し、波長１μｍ帯の励起光を掃引すると、図２に示される変換効率が最大値の半分となる位相不整合量に相当する波長帯域は、３．３１μｍ帯の変換光波長に換算すると約１２３ｎｍと広がる（非線形光学媒質の長さＬが５０ｍｍのＬｉＮｂＯ３導波路を用いた場合）。また、特許文献１には、波長１μｍ帯の励起光にＹｂ添加ファイバを用いた短パルス光を用いて、波長３μｍ帯に広スペクトルを有する波長変換光源が示されている。
【００１２】
ここで、この群速度整合がとれた分極反転ＬｉＮｂＯ３において、励起光の波長として許容される波長範囲が広いということを別の観点から説明する。図３に、ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝３０μｍの場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す。励起光波長及び信号光波長を変化させた場合におけるΛ＝３０μｍのとき、バルクＬｉＮｂＯ３において位相整合がとれる組み合わせがΛ＝３０μｍの曲線で示されている。図３においてΛ＝３０μｍを示す曲線上の各励起光波長および信号光波長においては位相整合がとれているため（式２）を満たし、（式３）はη＝ηｍａｘになる。
【００１３】
図３においては、分極反転周期Λ＝３０μｍの曲線に加えて、（式１）で一義的に決定される変換光波長を等高線表示した曲線が示されている。例えば、励起光波長１μｍ及び信号光波長１．５μｍのとき、変換光３μｍの曲線上にあるため、変換光波長は３μｍとなる。このとき、信号光波長を１．５４μｍに固定し、励起光波長を１．０５μｍから１．０８μｍに変化させた場合、その励起光波長及び信号光波長が示す線分はほぼΛ＝３０μｍの曲線に沿っており、励起光波長を変化させてもほぼΛ＝３０μｍに近い分極反転周期で位相整合する。このことを別の言い方をすると、図２で示した位相不整合量は励起光波長を変化させても大きく変化せず、０から少しずれるだけで規格化変換効率の低下は大きくない。よって、励起光波長を変化させても広い位相整合波長幅が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１−２０３３７６号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】O. Tadanaga, T. Yanagawa, Y. Nishida, H. Miyazawa, K. Magari, M. Asobe, H. Suzuki, “Efficient 3-μｍ difference frequency generation using direct-bonded quasi-phase-matched LiNbO3 ridge waveguides”, 2006年, APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol.88, No.6, 061101-1 - 061101-3.
【非特許文献２】Y. Nishida, H. Miyazawa, M. Asobe, O. Tadanaga, and H. Suzuki, “Direct-bonded QPM-LN ridge waveguide with high damage resistance at room temperature”, 2003年, Electronics Letters, Vol.39, No.7, p.609-611.
【非特許文献３】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４】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.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
中赤外域において、３．０〜３．４μｍの波長域にはメタン、エタンなどの炭化水素系ガス、２．３μｍ帯と４．６μｍ帯には一酸化炭素、２．７μｍ帯と４．３μｍ帯には二酸化炭素、４．５μｍ帯には亜酸化窒素などの吸収線が存在し、２〜４．５μｍの波長域には、様々なガスの吸収線が点在している。上述したように、波長１μｍ帯の励起光と波長１．５５μｍ帯の信号光とを合波し、非線形光学媒質で差周波発生を起こす中赤外光源においては、波長１μｍ帯光を掃引することにより波長３．３μｍ帯において１２３ｎｍと広い波長可変幅を持たせることができる。
【００１７】
しかしながら、ガスの吸収線を観測する装置において、このような従来の波長変換光源を用いると、広い波長範囲に渡る変換光を効率よく発生することができず、３．０〜３．４μｍの波長域に存在するメタンガスなどの一種のガスしか計測できなかった。２〜４．５μｍの波長域に点在している様々なガスをセンシングする必要がある場合には、１つの反転周期Λを備えたＬｉＮｂＯ３非線形光学結晶では適応することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の目的は、２〜４．５μｍ帯における広い波長範囲に渡って、中赤外波長域の光を発生させることができる波長変換光源であって、ガスの吸収波長を正確に特定するために波長安定化した中赤外波長変換光源を提供することにある。
【００１９】
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、少なくとも１オクターブの波長域を有する光周波数コムを出力する光周波数コム光源と、２次の非線形光学効果を有し、前記光周波数コムが入力される非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質からの出力光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段から分岐された光を受光する受光手段と、前記受光手段からの電気信号に応じて、前記光周波数コム光源を制御する制御手段とを備え、前記非線形光学媒質は、前記光周波数コムに含まれる複数の光の中から選択された波長λｐを有する光と波長λｓを有する光の複数の組合せから、差周波発生により１／λｐ＝１／λｓ＋１／λｉの関係を満たす波長λｉの複数の変換光を出力し、前記受光手段は、前記光周波数コムの波長帯域と前記複数の変換光の波長帯域との重なり部分における光のビート成分を検出し、前記制御手段は、前記受光手段において検出されたビート成分の周波数が一定になるように、前記光周波数コム光源を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、光周波数コム光源から出力された光周波数コムを、非線形光学媒質に入力することにより、広帯域な中赤外波長域に変換光を出力することができ、ガスの吸収線を観測する装置において、広い波長帯の分光が可能となる。
【００２１】
また、光周波数コムの波長帯域と波長変換光源の出力光の波長帯域との重なり部分における光のビート成分により、発生する光周波数を安定化することができ、ガスの吸収線を安定して測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の波長変換光源の構成を示す図である。
【図２】波長変換光源における位相不整合量に対する変換効率の変化を示す図である。
【図３】ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝３０μｍの場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す図である。
【図４】本発明に一実施形態にかかる波長変換光源の構成を示す図である。
【図５】ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２０、２５、３０、３５μｍの場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す図である。
【図６】Ｙｂ添加ファイバ増幅器を用いた場合における、ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２０、２５、３０、３５μｍの場合の励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す図である。
【図７】Ｅｒ添加ファイバ増幅器を用いた場合における、ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２０、２５、３０、３５μｍの場合の励起波長と信号光波長の位相整合関係を示す図である。
【図８】導波路構造を有するＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２８、２９、３０、３１μｍの場合の励起波長と信号光波長の位相整合関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例１に係る波長変換光源の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１に係る波長変換光源におけるＬＮ導波路の入力光スペクトルと透過光スペクトルとを示す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る波長変換光源における受光手段で受光した信号のスペクトルを示す図である。
【図１２】本発明の実施例２に係る波長変換光源の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例２に係る波長変換光源におけるＬＮ導波路の入力光スペクトルと透過光スペクトルを示す図である。
【図１４】本発明の実施例３に係る波長変換光源の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例３に係る波長変換光源におけるＬＮ導波路の入力光スペクトルと透過光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。発明者らは、種々のガスが大きな吸収を示す２〜４．５μｍ帯の波長域において、広い波長帯域に渡る出力光が得られる光源の構成について鋭意検討を行った。その結果、光周波数コム光源から出力された光周波数コムを、非線形光学媒質に入力することにより、広帯域な中赤外波長域に変換光を出力することができることを発見した。
【００２４】
モード同期レーザの出力は、時間軸上では周期的なパルスであるが、周波数軸上では、レーザの縦モードが、パルスの繰り返し周期の逆数である繰り返し周波数ｆｒｅｐの間隔で一様に分布している。これを光周波数コムといい、光周波数コムにおける様々な波長の光を、励起光および信号光として組み合わせることができる。
【００２５】
光周波数コムを、周期分極反転を有するＬｉＮｂＯ３光導波路を有する非線形光学媒質に入射すると、光周波数コムに含まれる複数の光の中から選択された励起光と信号光の複数の組合せから、差周波発生により（式１）の関係を満たす複数の変換光を出力することにより、広い波長範囲で位相整合条件を保つ様々な波長の光を発生することができる。以下、その動作原理を説明する。
【００２６】
図４に、本発明に一実施形態にかかる波長変換光源の構成を示す。波長変換光源４００は、光周波数コムを出力する光周波数コム光源４０１と、２次の非線形光学効果を有し、光周波数コム光源４０１から出力された光周波数コムが入力される非線形光学媒質４０２とを備える。また、波長変換光源４００は、非線形光学媒質４０２からの出力光の一部を分岐する分岐手段４０３と、分岐手段４０３から分岐された光を受光する受光手段４０４と、受光手段４０４からの電気信号に応じて光周波数コム光源４０１をフィードバック制御する制御手段４０５とを有する。
【００２７】
光周波数コム光源４０１は、オクターブ帯域幅の波長域を有する光周波数コムを出力する。オクターブ帯域幅とは、例えば、光周波数コムに含まれる波長のうちピークパワーから−３０ｄＢ以上のパワーを有する波長であって、最長の波長が最短の波長の２倍の波長（１オクターブ）である波長域をいう（非特許文献４参照）。なお、オクターブ帯域幅を規定する光パワー、オクターブ数は、用途に応じて任意に設定される。光周波数コム光源４０１の実例は、例えば、非特許文献３または非特許文献４に記載されている。どちらの光周波数コム光源も、出力段の高非線形ファイバから１．０μｍ〜２．１μｍの波長域にわたる出力光を出力する。この様な光源において、光周波数コムを発生する原理は、少なくとも２波長のレーザ光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いて四光波混合することにより、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する。非特許文献４に示されているように、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。現存するＥｒ添加ファイバ増幅器を用いることによって、波長１．０μｍ〜２．１μｍの波長域に広がる光周波数コムを得ることができる。
【００２８】
ここで、光周波数コム光源４０１が出力する光周波数コムの各波長は、繰り返し周波数ｆｒｅｐ、いわゆる周波数の余りの部分を示すｆＣＥＯ（キャリア・エンベロープ・オフセット周波数）、整数ｎを用いて、様々な整数ｎにおいて下記の（式４）を満たすｆｎの波長の集合体とみなすことができる。  
ｆｎ＝ｆＣＥＯ＋ｎ×ｆｒｅｐ      （式４）
【００２９】
また、その各周波数ｆｎを有する光はレーザ光であり、すなわち光周波数コムはレーザ光の塊ともいえる。そして、この周波数群を有するレーザ光群を非線形光学媒質４０２に入力する。ｎ＝ａ、ｎ＝ｂの場合（ａ＞ｂ）とすると、その差周波発生によって２つの周波数の差をとった以下の（式５）で示される余りの項であるｆＣＥＯがない周波数ｆ’ａ−ｂを有する光が発生する。  
ｆ’ａ−ｂ＝（ａ−ｂ）ｆｒｅｐ      （式５）
【００３０】
図５に、ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２０、２５、３０、３５μｍの場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す。図３と比較すると、分極反転周期Λ＝３０μｍの曲線に加えてΛ＝２０μｍ、Λ＝２５μｍ、Λ＝３５μｍの曲線を加え、励起光波長と信号光波長との範囲を広げたグラフとなっている。図３の場合と同様に、バルクＬｉＮｂＯ３を用いている。
【００３１】
光周波数コム光源４０１が非線形光学媒質４０２に出力する光は、波長域が１．０〜２．１μｍ帯に広がった光周波数コムである。この光周波数コムの光は、励起光にも信号光にもなり得ることができ、光周波数コム内の光は、図５に示されるハッチング領域５０２及び５０３が重なる波長域５０１に存在することとなる。光周波数コム内に存在する光は（式４）に従い、すなわち光周波数コムの光周波数間隔ｆｒｅｐごとに光が存在する。この周波数間隔ｆｒｅｐは、非特許文献３に記載された光周波数コム光源の場合には、Ｅｒ添加ファイバを含む光ループの光路長によって決定される。非特許文献４に記載された光周波数コム光源の場合には、変調手段の変調周波数によって決定される。この周波数間隔ｆｒｅｐは、５０ＭＨｚ程度に設定可能である。
【００３２】
図５には、様々な分極反転周期の場合における位相整合条件を満たす関係が、曲線として表されている。位相整合条件を満たす関係は、ある限られた曲線上のみで満たされるが、図２にも示したように位相整合条件からずれても全く光が変換されないわけではなく、ある幅をもってゆっくり変換効率が低下する。上述した通り、１μｍ帯の励起光波長を固定し、１．５５μｍ帯の信号光波長を変化させた場合、位相整合波長幅は、３．３１μｍ帯の変換光波長に換算すると、約６．８ｎｍ程度であって狭い。光周波数に直すと１００ＧＨｚ程度はあるため、光周波数コムの周波数幅５０ＭＨｚに比して十分広い。すなわち、５０ＭＨｚ程度の間隔を有する光周波数コムの励起光及び信号光において、位相整合許容幅１００ＧＨｚの幅内で存在する励起光及び信号光の組み合わせは、差周波発生により効率よく変換光を発生する。
【００３３】
図５の分極反転周期Λ＝３０μｍの位相整合条件を例に説明する。図５に示されるハッチング領域５０２及び５０３が重なる波長域５０１の中で、Λ＝３０μｍの曲線が存在する励起光波長の励起光と、信号光波長の信号光とにより変換光が発生する。図５に示される変換光波長の関係から、波長２．０〜４．５μｍの変換光が発生可能であることがわかる。さらに発生した波長２．０〜４．５μｍの変換光も非線形光学媒質４０２内に存在するため、これが新たな信号光となり、４．５〜４．７μｍまで発生する中赤外光波長の範囲が広がる。
【００３４】
上述した通り、非特許文献４に記載された光周波数コム光源の場合には、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。現存する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を得られる。すなわち、非線形光学媒質４０２への入力光である波長１．０μｍから２．１μｍの波長域の光周波数コムと、分極反転周期Λ＝３０μｍを選んだ場合の変換光である波長２．０μｍ〜４．７μｍの波長域に重なりが生じる。図５に、信号光波長と励起光波長との関係がλｓ＝２λｐを表す線を示している。入力光としての光周波数コムのうち、オクターブ帯域幅の光の中から選ばれた２波長の組み合わせの中に、
λｓ≧２λｐ      （式６）
となる組み合わせが存在する。本実施形態では、少なくとも１オクターブ広がった光周波数コムの光の中から選ばれた２波長の組み合わせによる変換光λｉは、（式１）の関係と（式６）の関係より、
λｓ≧λｉ
を満たす信号光と変換光の関係を持つ組み合わせが存在する。すなわち、波長１．０μｍ〜２．１μｍの波長域の光周波数コムのうち１．０μｍ付近の波長を励起光とし、２．０〜２．１μｍ付近の波長の光を信号光とした場合に、変換光である波長２．０μｍ〜４．７μｍの波長域に重なりの部分が生じる。
【００３５】
ここで、それぞれの波長を（式５）と（式４）で表現できるので、ビートを取ると（式４）から（式５）を引いて、
ｆｎ‐ｆ’ａ−ｂ＝ｆＣＥＯ＋｛ｎ−（ａ−ｂ）｝×ｆｒｅｐ      （式７）
となり、ｎ−ａ＋ｂ＝０を満たす関係の光周波数コムの各波長の組み合わせを選ぶと、ｆＣＥＯの信号が得られる。ちなみにビート信号にはｎ，ａ，ｂの選び方により、ｃを整数として、
ｆＣＥＯ＋ｃ×ｆｒｅｐ
−ｆＣＥＯ＋ｃ×ｆｒｅｐ
光周波数コム内での隣同士の光のビート：ｃ×ｆｒｅｐ
が得られる。
【００３６】
通常の光周波数コムにおいては、ｆ−２ｆ干渉方式がとられる。すなわち、（式４）のｎ＝ｍの周波数の光の第二高調波、
２ｆｍ＝２ｆＣＥＯ＋２×ｍ×ｆｒｅｐ      （式８）
と、ｎ＝ｌの光周波数コムの光のビート成分、
２ｆｍ−ｆｎ＝ｆＣＥＯ＋（２×ｍ−ｌ）×ｆｒｅｐ      （式９）
であって、ｍ＝２ｌの関係にある場合にｆＣＥＯの信号が得られる。
【００３７】
この場合も、ビート信号にはｍ、ｌの選び方により、ｃを整数として、
ｆＣＥＯ＋ｃ×ｆｒｅｐ
−ｆＣＥＯ＋ｃ×ｆｒｅｐ
光周波数コム内での隣同士の光のビート：ｃ×ｆｒｅｐ
が得られる。非特許文献３においては、光周波数コムのビート信号ｆＣＥＯとｆｒｅｐとを安定化するように、光ループ中のＥｒ添加ファイバの励起光源と光ループの光路長とを制御している。
【００３８】
本実施形態においては、先に説明したように、入力光としての光周波数コムの波長帯域と、差周波光としての変換光の波長帯域との重なりの部分における光のビート成分を、受光手段４０４にて検出する。制御手段４０５は、受光手段４０４からビート信号を得て、検出されたビート成分の周波数が一定になるように、光周波数コム光源４０１を制御する。このようにして、ｆ−２ｆ干渉方式と同様に、制御手段４０５により光周波数コムの波長を安定化することができる。本実施形態の構成をとることにより、ｆ−２ｆ干渉といった通常用いられる光周波数コムの安定化方法を用いずに、発生した差周波光を用いて光周波数コムを安定化することができる。また、同時に得られる差周波光の帯域は、２〜４μｍなどの非常に広い波長範囲の中赤外光を得ることができる。
【００３９】
図５には示していないが、分極反転周期Λ＝３１μｍでは、波長２．１〜４．３μｍの広い波長範囲の変換光を得ることができ、かつ２．１μｍ付近で重なり領域が発生してビート信号が得られる。さらに、Λ＝２９μｍの非線形光学素子を用いて、非特許文献３または非特許文献４の光周波数コム発生方法を用いる場合には、高非線形ファイバに入力する光の強度を上げて、光周波数コムの帯域を１μｍ以下まで広げると、波長１．８〜５μｍの広い変換光を得ることができる。同時に、１．８〜２μｍの波長範囲で非線形光学媒質への入力光と変換光の重なりが起こり、ビート信号を得ることができる。このように、光周波数コムの広がり具合などを適切に選べば、様々な条件で広い変換光と、非線形光学媒質への入力光と変換光の重なり部からのビート信号とが得られる。一例として、１．５５μｍ帯光を中心とし、かつ非線形光学媒質をバルクの周期分極反転ＬｉＮｂＯ３を用いた場合は、Λ＝２９〜３１μｍの素子を選択することが望ましい。
【００４０】
図４に示される波長変換光源４００において、変換光出力を増強するためにファイバ増幅器を用いる場合を考える。一般に、波長１μｍ帯の光を増幅する場合にはＹｂ添加ファイバ増幅器が利用でき、波長１．５５μｍ帯の光を増幅する場合にはＥｒ添加ファイバ増幅器が利用することができる。ここでは、図４に示される波長変換光源４００において、光周波数コム光源を構成する高非線形ファイバからの出力を、例えば、波長１．２μｍ以下の光と波長１．２μｍ以上の光とに分岐する分岐手段で分岐する。波長１．２μｍ以下の光が透過する分岐手段出力側にＹｂ添加ファイバ増幅器を接続し、Ｙｂ添加ファイバ増幅器の出力と分岐手段の波長１．２μｍ以上を透過する出力側とを合波し、非線形光学媒質４０２に入力する。
【００４１】
図６に、Ｙｂ添加ファイバ増幅器を用いた場合における、ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２０、２５、３０、３５μｍの場合の励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す。図５に示した場合と比較すると、励起光波長の範囲がＹｂ添加ファイバ増幅器によって制限されているが、Λ＝３０μｍの場合には２〜４μｍの波長範囲の変換光が得られる。同時に、２〜２．１μｍの間に入力光と変換光の重なりが発生し、ビート信号を得ることができる。
【００４２】
図７に、Ｅｒ添加ファイバ増幅器を用いた場合における、ＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２０、２５、３０、３５μｍの場合の励起波長と信号光波長の位相整合関係を示す。Ｙｂ添加ファイバ増幅器に代えて、１．２μｍ以上を透過する分岐手段の分岐ポート側に、Ｅｒ添加ファイバ増幅器を用いることを考える。図７に示されるように、Λ＝３０μｍの曲線とハッチングが重なる領域７０１とを考慮すると、３〜４μｍの波長範囲の変換光が得られるが、その波長範囲は１μｍと制限を受けることとなる。このようにＥｒ添加増幅器を高非線形ファイバの後段に入れると、１〜２μｍに広がった光をＥｒ添加ファイバ増幅器の帯域内にフィルタリングされてしまう。
【００４３】
次に、非線形光学媒質に導波路構造を持たせることを考える。例えば、非特許文献１に記載された直接接合型リッジ導波路を作製する方法が知られている。この方法は、コア層となるＬｉＮｂＯ３基板に、予め分極反転を施し、このＬｉＮｂＯ３基板と、クラッド層となるＬｉＴａＯ３基板とを直接接合する。その後、ＬｉＮｂＯ３基板を１０μｍ程度の厚さまで薄膜化し、ダイシングによりリッジ導波路を形成して、横方向の閉じ込めを行って、直接接合型リッジ導波路とする。
【００４４】
図８に、導波路構造を有するＬｉＮｂＯ３の分極反転周期Λ＝２８、２９、３０、３１μｍの場合の励起波長と信号光波長の位相整合関係を示す。非線形光学媒質は、コア厚１０μｍ、コア幅１４μｍのＬｉＮｂＯ３からなる直接接合型リッジ導波路が形成されている。図８に示すように、分極反転周期Λ＝２８μｍのとき、２〜４．２μｍまでの変換光が得られ、入射光である光周波数コムの波長域とも重なりがあることがわかる。また、Λ＝２９μｍと長くすると、発生波長範囲が２．１μｍ付近から４．７μｍとなり、Λ＝３０μｍでは２．２μｍ以上の差周波光が得られることとなり入射光である光周波数コムとの重なりがなくなることがわかる。
【００４５】
一方、図示していないが、分極反転周期Λ＝２７μｍと短くすると、３〜５μｍの広い波長範囲の変換光が得られるが、同時に入射光である光周波数コムとの重なりがなくなることがわかる。光周波数コム発生時に、高非線形ファイバに入力する強度を強めると、１μｍ〜２．１μｍの波長よりも広範囲な光周波数コムを得ることができる。以上のことを鑑みると、コア厚１０μｍ、コア幅１４μｍのＬｉＮｂＯ３導波路の場合、２８μｍ〜２９μｍの分極反転周期が最適だと考えられる。
【００４６】
同様に、様々なコアサイズについて鋭意検討を行い、最適な分極反転周期を求めたところ、コアサイズと分極反転周期との範囲について、以下のような関係を見出した。コア面積Ａ（μｍ２）に対して、分極反転周期Λ（μｍ）が以下の（式１０）を満たすことが望ましい。  
−１４０／Ａ＋２９≦Λ≦−２８０／Ａ＋３１      （式１０）
【００４７】
この様に、非線形光学媒質として、周期分極反転構造を有するバルクのＬｉＮｂＯ３を用いた場合を説明したが、導波路分散の違いに応じた分極反転周期を設定すれば、導波路型を適用することもできる。また、Ｔｉサファイアを用いた光周波数コムなど、他の波長帯を中心とした場合には、適切に分極反転周期を設計すれば同様の効果を得られる。また、非線形光学媒質もＬｉＮｂＯ３に限らず差周波発生ができる材料を適切に選択すれば同様の効果を得られる。
【００４８】
本実施形態によれば、広帯域な中赤外波長域に変換光を出力することができ、ガスの吸収線を観測する装置において、広い波長帯の分光が可能となる。また、光周波数コムの波長帯域と波長変換光源の出力光の波長帯域との重なり部分における光のビート成分により、発生する光周波数を安定化することができ、ガスの吸収線を安定して測定することができる。さらに、繰り返し周波数が異なる光周波数コム光源をもう一台用意し、２つの光周波数コム光源から出力された光を１つの受光器で受け取り、電気スペクトル・アナライザで観測する、いわゆるデュアルコム分光を用いると、瞬時に吸収スペクトルを観測することができる。
【実施例１】
【００４９】
図９に、本発明の実施例１に係る波長変換光源の構成を示す。波長変換光源９００は、光周波数コムを出力する光周波数コム光源９０１と、２次の非線形光学効果を有し、光周波数コム光源９０１から出力された光周波数コムが入力される非線形光学媒質９０２とを備える。また、波長変換光源９００は、非線形光学媒質９０２からの出力光の一部を分岐する分岐手段９０３と、分岐手段９０３から分岐された光を受光する受光手段９０４と、受光手段９０４からの電気信号に応じて光周波数コム光源９０１をフィードバック制御する制御手段９０５とを有する。分岐手段９０３は、誘電体多層膜からなり、２μｍ付近の出力光の一部を分波する。
【００５０】
光周波数コム光源９０１は、励起ＬＤ９１４とファイバループ９１１とから構成される少なくとも２つの波長からなる光周波数間隔の等しいレーザ光群を発生する光発生手段と、光発生手段に接続されたＥｒ添加ファイバ増幅器９１５と、Ｅｒ添加ファイバ増幅器９１５に接続された高非線形ファイバ９１７とを備える。励起ＬＤ９１４から出力された励起光は、光カプラ９１２を介してファイバループ９１１に入力され、ファイバループ９１１の出力光は、光カプラ９１３を介してＥｒ添加ファイバ増幅器９１５に入力される。Ｅｒ添加ファイバ増幅器９１５の出力は、偏波コントローラ９１６および高非線形ファイバ９１７を介して、非線形光学媒質９０２の周期分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ３導波路（以下、ＬＮ導波路という）に光学的に接続されている。波長１．５３μｍから１．６２μｍの中から選ばれた少なくとも２つの波長からなる光周波数間隔の等しいレーザ光群を、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いて四光波混合することにより、光周波数コムを発生する。
【００５１】
ファイバループ９１１中には、２つの光カプラの他に、Ｅｒ添加ファイバ９２１と、偏波コントローラ９２２と、発振するレーザ光の進行方向を決めるためのアイソレータ９２３と、偏光子９２４と、圧電素子であるＰＺＴ９２５とが挿入されている。制御手段９０５は、受光手段９０４からの電気信号を解析して、励起ＬＤ９１４の注入電流を制御し、ファイバループ９１１に挿入されたＰＺＴ９２５を電圧制御して、ファイバループ９１１の光路長を制御する。
【００５２】
実施例１に係る波長変換光源９００では、励起ＬＤ９１４には１．４８μｍ帯レーザを用い、光周波数コム発生手段としてＥｒ添加ファイバ９２１を利得媒質としたファイバレーザ型のファイバループ９１１を用いた。
【００５３】
非線形光学媒質９０２のＬＮ導波路は、直接接合法により作製した。ＬＮ導波路のコアとしては、Ｚｎを７ｍｏｌ％添加したＬｉＮｂＯ３を用い、クラッドにはＬｉＴａＯ３を用いた。ＬＮ導波路は、ダイシングによりリッジ型の光導波路が形成されている。ＬＮ導波路のコア厚は１０μｍとし、コア幅は１４μｍとした。ＬＮ導波路の分極反転周期Λは２９．０μｍとし、素子長は５０ｍｍとした。
【００５４】
図１０に、本発明の実施例１に係る波長変換光源におけるＬＮ導波路の入力光スペクトルと透過光スペクトルとを示す。出力値は相対強度（ｄＢ）で示している。波長が１〜２μｍ帯に広がった光周波数コムは、入力光としてＬＮ導波路を透過することによって、１〜４．５μｍの連続した出力光が得られた。これは、２〜４．５μｍの範囲の波長に変換された透過光と、１〜２．１μｍの波長の入力光とが連続的に繋がり、１〜４．５μｍの範囲でＬＮ導波路から出力されていることが分かる。分岐手段９０３を透過することによって、入力光である光周波数コムと透過光の重なりの光が得られた。
【００５５】
図１１に、本発明の実施例１に係る波長変換光源における受光手段で受光した信号のスペクトルを示す。分岐手段９０３で分波された光を受光手段９０４で受光し、電気スペクトル・アナライザにより受光手段９０４の出力信号のビート周波数を観察した。電気スペクトル・アナライザには、光周波数コムの繰り返し周波数であるｆｒｅｐと、光周波数のいわゆる余りの周波数であるｆＣＥＯと、その差であるｆｒｅｐ−ｆＣＥＯとが確認された。このｆｒｅｐとｆＣＥＯとは、励起ＬＤ９１４の注入電流とＰＺＴ９２５の制御電圧により制御することできる。
【００５６】
また、分岐手段９０３で分波されなかった透過光である光を、光スペクトル・アナライザで確認したところ、図１０の破線で示された透過光スペクトルとほぼ同じスペクトルが得られ、１〜４．５μｍの範囲の光を出力していることが分かった。なお、用途に応じて、１〜４．５μｍの光を、Ｇｅフィルタを透過させて、２．２μｍ以下の光を遮断してもよい。
【００５７】
実施例１では、ＬＮ導波路のコアとしてＺｎを添加したＬｉＮｂＯ３を用いた。Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ３を用いることにより、特に短波長の励起光の強度が大きい場合の光損傷を防ぐことができる。光損傷を防ぐ目的でＺｎ以外にもＭｇ、Ｓｃ、Ｉｎなどを添加したＬｉＮｂＯ３を同様に用いることもできる。
【００５８】
実施例１の構成では、偏波コントローラを２か所に挿入しているが、適宜必要な場所に追加してもよい。また、光周波数コム光源９０１の系を適宜必要な範囲内で偏波保存系により構成し、偏波コントローラを省いてもよい。また、実施例１では、ファイバループの長さを調整する機構にＰＺＴを用いたが、他の位相変調器などの光路長に変化を及ぼす光路長調整器を用いてもよい。
【００５９】
実施例１では、分岐手段として波長の重なり部分の波長域の一部を分波する反射型の多層膜フィルタを用いたが、反射域と透過域とを逆転させた分波器を用いてもよいことは言うまでもない。また、重なり部分の波長域より長い波長域の中赤外域と、重なり波長域以下の波長域とを分離するフィルタを用いて重なり域の波長域を、受光手段により受光してもよい。このとき、必要に応じて受光手段の前に、重なり域の波長域のみを透過するフィルタを設置してもよい。さらに、ＬＮ導波路からの透過光から、波長域に関係なく全域を分波する分波器を用いてもよい。この場合も、必要に応じて受光手段の前に、重なり域の波長域を透過するフィルタを設置してもよい。
【実施例２】
【００６０】
図１２に、本発明の実施例２に係る波長変換光源の構成を示す。波長変換光源１２００は、光周波数コムを出力する光周波数コム光源１２０１と、２次の非線形光学効果を有し、光周波数コム光源１２０１から出力された光周波数コムが入力される非線形光学媒質１２０２とを備える。また、波長変換光源１２００は、非線形光学媒質１２０２からの出力光の一部を分岐する分岐手段１２０３と、分岐手段１２０３から分岐された光を受光する受光手段１２０４と、受光手段１２０４からの電気信号に応じて光周波数コム光源１２０１をフィードバック制御する制御手段１２０５とを有する。
【００６１】
光周波数コム光源１２０１は、１．５５μｍ帯の半導体レーザである励起ＬＤ１２１４と、励起ＬＤ１２１４の出力光を変調する変調手段１２１１と、変調手段１２１１の出力に偏波コントローラ１２１６を介して接続されたＥｒ添加ファイバ増幅器１２１５とを備え、Ｅｒ添加ファイバ増幅器１２１５の出力は、高非線形ファイバ１２１７を介して、非線形光学媒質１２０２の周期分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ３導波路（以下、ＬＮ導波路という）に光学的に接続されている。
【００６２】
実施例２に係る波長変換光源１２００において、連続発振する１．５５μｍ帯の励起ＬＤ１２１４から出力された励起光は、位相変調器１２２１及び強度変調器１２２２からなる変調手段１２１１で変調され、その出力がＥｒ添加ファイバ増幅器１２１５に入力される。波長１．５３μｍから１．６２μｍの中から選ばれた少なくとも２つの波長からなる光周波数間隔の等しいレーザ光群を、Ｅｒ添加ファイバ増幅器１２１５にて増幅し、高非線形ファイバ１２１７中において四光波混合することにより、光周波数コムを発生する。実施例２における非線形光学媒質１２０２のＬＮ導波路は、実施例１に係るＬＮ導波路と同様のものを用いた。
【００６３】
図１３に、本発明の実施例２に係る波長変換光源におけるＬＮ導波路の入力光スペクトルと透過光スペクトルを示す。出力値は相対強度（ｄＢ）で示している。波長が１〜２μｍ帯に広がった光周波数コムは、入力光としてＬＮ導波路を透過することによって、１〜４．５μｍの連続した出力光が得られた。これは、２〜４．５μｍの範囲の波長に返還された透過光と、１〜２．１μｍの波長の入力光とが連続的に繋がり、１〜４．５μｍの範囲でＬＮ導波路から出力されていることが分かる。すなわち、実施例２においても、２．５μｍもの広範囲において中赤外域出力光を得ることができる。
【００６４】
図１３には、分岐手段１２０３で分波された光スペクトルも同時に示している。この光スペクトルを受光手段１２０４で受光し、電気スペクトル・アナライザにより解析したところ、図１１と同様に、光周波数コムの繰り返し周波数であるｆｒｅｐと、光周波数のいわゆる余りの周波数であるｆＣＥＯと、その差であるｆｒｅｐ−ｆＣＥＯとが確認された。このｆＣＥＯは、励起ＬＤ１２１４の注入電流、温度を制御することにより制御可能であり、ｆｒｅｐは、変調手段１２１１の変調周波数を制御することにより制御可能である。
【００６５】
実施例２では、偏波コントローラ１２１６を、強度変調器１２２２とＥｒ添加ファイバ増幅器１２１５の間に挿入したが、適宜挿入位置を変更してもよい。また、光周波数コム光源１２０１の系を適宜必要な範囲内で偏波保存系により構成し、偏波コントローラを省いてもよい。
【００６６】
実施例２では、分岐手段として波長の重なり部分の波長域の一部を分波する反射型の多層膜フィルタを用いたが、反射域と透過域とを逆転させた分波器を用いてもよいことは言うまでもない。また、重なり部分の波長域より長い波長域の中赤外域と、重なり波長域以下の波長域とを分離するフィルタを用いて重なり域の波長域を、受光手段により受光してもよい。このとき、必要に応じて受光手段の前に、重なり域の波長域のみを透過するフィルタを設置してもよい。さらに、ＬＮ導波路からの透過光から、波長域に関係なく全域を分波する分波器を用いてもよい。この場合も、必要に応じて受光手段の前に、重なり域の波長域を透過するフィルタを設置してもよい。
【実施例３】
【００６７】
図１４に、本発明の実施例３に係る波長変換光源の構成を示す。波長変換光源１４００は、光周波数コムを出力する光周波数コム光源１４０１と、光周波数コムを増幅する増幅手段１４０６と、２次の非線形光学効果を有し、増幅手段１４０６から出力された光周波数コムが入力される非線形光学媒質１４０２とを備える。また、波長変換光源１４００は、非線形光学媒質１４０２からの出力光の一部を分岐する分岐手段１４０３と、分岐手段１４０３から分岐された光を受光する受光手段１４０４と、受光手段１４０４からの電気信号に応じて光周波数コム光源１４０１をフィードバック制御する制御手段１４０５とを有する。
【００６８】
光周波数コム光源１４０１は、１．５５μｍ帯の半導体レーザである励起ＬＤ１４１４と、励起ＬＤ１４１４の出力光を変調する変調手段１４１１と、変調手段１４１１の出力に偏波コントローラ１４１６を介して接続されたＥｒ添加ファイバ増幅器１４１５とを備え、Ｅｒ添加ファイバ増幅器１４１５の出力は、高非線形ファイバ１４１７と増幅手段１４０６とを介して、非線形光学媒質１４０２の周期分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ３導波路（以下、ＬＮ導波路という）に光学的に接続されている。
【００６９】
増幅手段１４０６は、分波器１４３１と、Ｙｂ添加ファイバ増幅器１４３２と、合波器１４３３と、偏波コントローラ１４２２とから構成される。実施例３に係る波長変換光源１４００は、高非線形ファイバ１４１７と非線形光学媒質１４０２のＬＮ導波路との間に、増幅手段１４０６が挿入されている点で実施例２に係る波長変換光源１２００と異なる。
【００７０】
実施例３に係る増幅手段１４０６では、高非線形ファイバ１４１７の後段に、入力した光を波長１．２μｍ以下の光と波長１．２μｍ以上の光とに分波する分波器１４３１を配置し、波長１．２μｍ以下を透過するポートにＹｂ添加ファイバ増幅器１４３２を配置した。Ｙｂ添加ファイバ増幅器１４３２の出力と、分波器１４３１の波長１．２μｍ以上の光を透過するポートの出力とを合波器１４３３で合波し、偏波コントローラ１４２２を介してＬＮ導波路へ入力した。本構成により、ＬＮ導波路には、増幅手段１４０６のＹｂ添加ファイバ増幅器１４３２によって波長１〜１．１μｍ付近の光の光強度が増強された入力光が入力される。
【００７１】
実施例３に係る波長変換光源１４００において、連続発振する１．５５μｍ帯の励起ＬＤ１４１４から出力された励起光は、位相変調器１４２１及び強度変調器１４２２からなる変調手段１４１１で変調され、その出力がＥｒ添加ファイバ増幅器１４１５に入力される。実施例３における非線形光学媒質１４０２のＬＮ導波路は、実施例１に係るＬＮ導波路と同様のものを用いた。
【００７２】
図１５に、本発明の実施例３に係る波長変換光源におけるＬＮ導波路の入力光スペクトルと透過光スペクトルを示す。出力値は相対強度（ｄＢ）で示している。波長が１〜２μｍ帯に広がった光周波数コムは、入力光としてＬＮ導波路を透過することによって、１〜４．５μｍの連続した出力光が得られた。これは、２〜４．５μｍの範囲の波長に返還された透過光と、１〜２．１μｍの波長の入力光とが連続的に繋がり、１〜４．５μｍの範囲でＬＮ導波路から出力されていることが分かる。すなわち、実施例３においても、２．５μｍもの広範囲において中赤外域出力光を得ることができ、かつ入力光の光周波数コムと変換光の間に重なり波長域が存在する。
【００７３】
図１５は相対強度で示しているため、全体の光レベルは下がったように見える。しかし、Ｇｅフィルタによって２μｍ以下の出力光を遮断し、２μｍ以上の出力光の強度を、分光器を通さずに測定すると、実施例３に係る波長変換光源１４００では、実施例２と比較して１０倍の出力光強度を得ることができる。
【００７４】
図１５には、分岐手段１４０３で分波された光スペクトルも同時に示している。この光スペクトルを受光手段１４０４で受光し、電気スペクトル・アナライザにより解析したところ、図１１と同様に、光周波数コムの繰り返し周波数であるｆｒｅｐと、光周波数のいわゆる余りの周波数であるｆＣＥＯと、その差であるｆｒｅｐ−ｆＣＥＯとが確認された。このｆＣＥＯは、励起ＬＤ１４１４の注入電流、温度を制御することにより制御可能であり、ｆｒｅｐは、変調手段１４１１の変調周波数を制御することにより制御可能である。
【００７５】
実施例３では、偏波コントローラ１４１６を、強度変調器１４２２とＥｒ添加ファイバ増幅器１４１５の間に挿入したが、適宜挿入位置を変更してもよい。また、光周波数コム光源１４０１の系を適宜必要な範囲内で偏波保存系により構成し、偏波コントローラを省いてもよい。
【００７６】
実施例３では、光周波数コム発生手段として、１．５５μｍ帯の励起ＬＤ１４１４と変調手段１４１１とにより構成したが、実施例１と同様に、１．４８μｍ帯の励起ＬＤとファイバループとを含む構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１０，４００，９００，１２００，１４００  波長変換光源
１１  ＬｉＮｂＯ３基板
１２  光導波路
１３  信号光
１４  励起光
１５，１４３３  合波器
１６  変換光
４０１，９０１，１２０１，１４０１  光周波数コム光源
４０２，９０２，１２０２，１４０２  非線形光学媒質
４０３，９０３，１２０３，１４０３  分岐手段
４０４，９０４，１２０４，１４０４  受光手段
４０５，９０５，１２０５，１４０５  制御手段
９１１  ファイバループ
９１２，９１３  光カプラ
９１４，１２１４，１４１４  励起ＬＤ
９１５，１２１５，１４１５  Ｅｒ添加ファイバ増幅器
９１６，９２２，１２１６，１４１６，１４２２  偏波コントローラ
９１７，１２１７，１４１７  高非線形ファイバ
９２１  Ｅｒ添加ファイバ
９２３  アイソレータ
９２４  偏光子
１２１１，１４１１  変調手段
１２２１，１４２１  位相変調器
１２２２，１４２２  強度変調器
１４０６  増幅手段
１４３１  分波器
１４３２  Ｙｂ添加ファイバ増幅器
【図１】
2015132774.tif 000004
【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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【図１５】
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