(57)【要約】【課題】より高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られるようにする。【解決手段】低速光周波数コム発生部１０１が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された第２光源とは異なる周波数の連続波光を安定化ＣＷ光発生部１０３で発生させ、高速光周波数コム発生部１０２が生成した第２光周波数コムと、安定化ＣＷ光発生部１０３が発生した連続波光とを比較し、この比較の状態をもとに、帰還制御部１０５で信号発生器１１３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】
受動モード同期レーザから構成された第１光源より第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し、生成した光パルスの光スペクトル帯域を拡大し、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）及び短波長成分の第ｎ−１高調波の周波数差の光信号を光電変換して出力した電気信号と、第１参照信号発生器より出力される第１参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第１光源を制御してパルス繰り返し周波数およびオフセット周波数が安定化された第１光周波数コムを生成する低速光周波数コム発生部と、
前記低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された連続波光を発生する第２光源より発生した連続したレーザ光を、第２参照信号発生器より出力される前記第１参照信号より高周波の第２参照信号により位相変調することで前記第１光周波数コムより高周波の第２光周波数コムを生成する高速光周波数コム発生部と、
前記低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された前記第２光源とは異なる周波数の連続波光を発生する第３光源と、
前記高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと前記第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、前記第１参照信号ないしは前記第１参照信号を逓倍または分周した信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第２参照信号発生器を制御する参照信号帰還制御部と
を備えることを特徴とする光周波数コム安定化光源。
【請求項２】
請求項１記載の光周波数コム安定化光源において、
前記参照信号帰還制御部は、前記高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと、前記第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、前記第２光周波数コムに含まれる複数のモードのうちの１モードを分波した光と前記第２光源が発生した連続波光との干渉信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第２参照信号発生器を制御する
ことを特徴とする光周波数コム安定化光源。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の光周波数コム安定化光源において、
前記第３光源が発生した連続波光は、前記低速光周波数コム発生部が生成した前記第１光周波数コムに含まれる複数のモードのうちの１のモードを分波した連続波光である
ことを特徴とする光周波数コム安定化光源。
【請求項４】
受動モード同期レーザから構成された第１光源より第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し、生成した光パルスの光スペクトル帯域を拡大し、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）及び短波長成分の第ｎ−１高調波の周波数差の光信号を光電変換して出力した電気信号と、第１参照信号発生器より出力される第１参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第１光源を制御してパルス繰り返し周波数およびオフセット周波数が安定化された第１光周波数コムを生成する低速光周波数コム発生部と、
前記低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された連続波光を発生する第２光源より発生した連続したレーザ光を、第２参照信号発生器より出力される前記第１参照信号より高周波の第２参照信号により位相変調することで前記第１光周波数コムより高周波の第２光周波数コムを生成する高速光周波数コム発生部と、
前記低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された前記第２光源とは異なる周波数の連続波光を発生する第３光源と、
前記高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと前記第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、前記第１参照信号ないしは前記第１参照信号を逓倍または分周した信号とを比較し、この比較の状態をもとに前記第２参照信号発生器を制御する参照信号帰還制御部と
を備えることを特徴とする信号発生器。
【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および信号発生器に関する。
【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基準周波数を元に、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１〜７参照）。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。この光周波数コムでは、周波数領域において安定した光パルス列の一定の周波数間隔で現れる周波数の複数の線スペクトルを櫛目と見立てている。この櫛目の間隔がマイクロ波帯の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（マイクロ波周波数）の整数倍にオフセット周波数を加えたものとなる。従って、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。
【０００３】
このような光周波数コムを用いれば、電気的に測定可能な間隔周波数をもとに、光周波数の計測が行える。例えば、測定対象の光と光周波数コムとを混ぜ合わせた（干渉させた）ときに観察される光ビートを用いれば、光周波数コムの各線スペクトルの光周波数は既知であるので、測定対象の光の光周波数を求めることができる。このように直接光周波数を測定可能とする光周波数コムは、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。光周波数コムは、高精度な周波数基準および関連する基礎物理学だけではなく、通信，精密計測，量子情報通信などの分野への応用が展開されていくものと考えられる。
【０００４】
近年、光周波数コムの周波数を安定化する手法が検討されている（特許文献１および非特許文献１〜６参照）。この光源として、例えば、共振器を備えた受動モード同期レーザが用いられている（非特許文献１〜３，５〜７参照）。受動モード同期レーザは、パルスレーザ光を発振することができる。
【０００５】
レーザは、通常、光を増幅する利得媒質と、所定の共振器長（Ｌ）の共振器を備えている。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。また、レーザが発振するレーザ光のスペクトル幅は非常に狭いが、このスペクトル幅よりも共振器の共振周波数の間が狭いと、共振器において複数のモード（周波数）が発振する。このように複数のモードが発振する状態において、各モードの位相を揃える（モード同期させる）ことにより、繰り返し周波数ｆrep＝ｃ／（２Ｌ）で発振するレーザ光が強められる。このように、複数のモードをモード同期させることで、繰り返し周波数ｆrepのパルスレーザ光を発振させることができる。
【０００６】
このような、受動モード同期レーザにより発振されるパルスレーザ光は、図７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７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光の集合体が、光周波数コムとなる。
【０００７】
一般に、時間軸上に並ぶ光搬送波電界のピークと、包絡線で示されるパルスレーザのパルスのピークと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、この変化も一定ではない。なお、図７の（ａ）では、光搬送波電界のピークと、包絡線により示されるパルスのピークとが、Δφずれている状態を示している。また、光搬送波電界のピークとパルスピークのずれΔφに対応し、図７の（ｂ）に示すように、光周波数コムもオフセット周波数δだけオフセットされている。
【０００８】
ところで、上述した包絡線で示すパルスのピーク間の時間幅Ｔと、図７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、「δ＝（Δφ／２π）×ｆrep」である。
【０００９】
ここで、まず、受動モード同期レーザ発振器のスペクトルの周波数帯域を、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、周波数帯域を２倍以上（帯域１オクターブ以上）に広げて白色光を発生させる。このことにより、光周波数コムの櫛目となるモードの数を増大させることができる。このようにして得られた白色光の長波長成分ｆ1（＝ｎ×ｆrep＋δ）の第２高調波を発生させると、この周波数は、ｆ1’＝２×（ｎ×ｆrep＋δ）となる。また、上記白色光の短波長成分ｆ2は、「ｆ2＝２×ｎ×ｆrep＋δ」と表せるが、この短波長成分ｆ2の光とｆ1’の光とを干渉させ、これにより発生するうなり信号（光ビート）を例えばフォトダイオードを用いて検出することで、ｆ1’とｆ2との周波数差δ（＝ｆ1’−ｆ2）の値を測定することができる。この干渉計を、ｆ−２ｆ干渉計と呼ぶ。
【００１０】
上述したことにより検出される光周波数δが、オフセット周波数と呼ばれ、キャリアエンベロープ位相差Δφに比例する。
【００１１】
この周波数差δを外部からの参照周波数と比較して得られるこれらのずれの大きさをもとに、電子回路などを用いて共振器内における光が感じる非線形分散量や非線形屈折率にフィードバックをかけることで、前述した光周波数コムのオフセット周波数δ（キャリアエンベロープ位相φの差）が安定した状態で、受動モード同期レーザより光周波数コムを得ることができる。
【００１２】
また、受動モード同期レーザの繰り返し周波数ｆrepは、このレーザ光を受光しているフォトダイオードなどの光検出器からの繰り返し周波数信号をもとに、受動モード同期レーザの共振器長にフィードバックをかけることで、ある有限の範囲内に固定することができる。
【００１３】
上述したことにより、オフセット周波数と繰り返し周波数とを一定にした光周波数コム安定化光源が、共振器を備えた受動モード同期レーザを基本に開発されている（非特許文献１〜６参照）。
【００１４】
ところで、上述した受動モード同期レーザ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波長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ヤ結晶）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１〜３，５〜７参照）。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を用いることが前提となる。
【００１５】
受動モード同期レーザを用いる場合、得られるレーザ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ヤ結晶を用いた場合、発振可能なレーザの波長は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では、得られるレーザの中心光周波数が限定される。
【００１６】
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出力が必要となる。このため、用いることができるレーザの種類が限定される。また、条件を満たすレーザでは、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。
【００１７】
さらに、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のレーザ光源の可変範囲は、７７〜８３ＭＨｚである。
【００１８】
一方、安定な光周波数コムを得る方法として、連続的にレーザを出す波長安定化ＣＷ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７参照）。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が、光周波数コムのオフセット周波数は、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。
【００１９】
上述した問題を解消するために、ＣＷ光源をより発生したレーザ光を第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、帯域が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高調波の周波数差の光信号に対応する電気信号と参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに光源を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【００２０】
この技術について、図８を用いて説明する。図８は、光周波数コム安定化光源の構成を示す構成図である。この光周波数コム安定化光源は、光周波数コム安定化光源は、連続波光源８０１，位相変調部８０２，基準周波数発生器８０３，波長分散付与部８０４，光カプラ８０５，光増幅器８０６，光フィルタ８０７，非線形光学媒質８０８，検出部８０９，帰還制御部８１０を備える。
【００２１】
連続波光源８０１より出力される連続波（ＣＷ）に対し、位相変調部８０２が位相変調を行い、波長分散付与部８０４によりパルス化する。位相変調部８０２には、基準周波数発生器８０３から、基準信号が供給されている。このように生成された光パルス列の光強度を光増幅器８０６により大きくした後に、非線形光学媒質８０８を伝搬させることにより１オクターブ以上の帯域の広帯域光を発生させる。この広帯域光を、検出部８０９を構成するｆ−２ｆ干渉計（または２ｆ−３ｆ）からなる自己参照干渉計に入力し、自己参照型干渉計による干渉により発生する光ビートを、検出部８０９を構成する光検出器で検出することでオフセット周波数を検出する。
【００２２】
検出部８０９で検出された検出信号（オフセット周波数の信号）を、外部より得られる基準周波数（不図示）と比較して連続波光源８０１へフィードバックすることで、連続波光源８０１の中心周波数を制御・安定化する。安定化された高繰り返し光パルス列は、光増幅器８０６の前段に設置した光カプラ８０５で分岐して出力する。上述したことにより、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。
【００２３】
しかし、従来の光周波数コム安定化光源には、位相変調器に基準信号を供給する基準周波数発生器に課題があった。数ＧＨｚ以上といった高い繰り返し周波数の光周波数コムを発生させようとすると、基準周波数発生器も同じ周波数の基準信号を発生させる必要がある。このような高周波の基準信号を発生させるため、基準周波数発生器は、水晶発振器などが発振する信号を逓倍して、所望の信号を生成している。
【００２４】
基準周波数発生器からの基準信号の位相雑音（時間ジッター）は、逓倍する前の信号が有する位相雑音が逓倍の次数に比例して増大する。基準周波数発生器が出力する基準信号の位相雑音が増大すると、光周波数コムの各モードの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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００９−１１６２４２号公報
【非特許文献】
【００２６】
【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】K.Sugiyama, et al. , "Frequency Control of a Chirped-Mirror-Dispersion-Controlled Mode-Locked Ti:Al2O3 Laser for Comparison between Microwave and Optical Frequencies", Proceedings of SPIE, Vol.4269, pp.95-104,2001
【非特許文献４】T.R.Schibli, et al. , "Frequency metrology with a turnkey all-fiber system", Optics Letters ,Vol.29, No.21, pp.2467-2469, 2004.
【非特許文献５】T.M.Foritier, et al. , "Octave-spanning Ti:sapphire laser with a repetition rate >1 GHz for optical frequency measurements and comparisons", Optics Letters ,Vol.31, No.7, pp.1011-1013, 2006.
【非特許文献６】I. Hartl, et al. , "Integrated self-referenced frequency-comb laser based on a combination of fiber and waveguide technology", Optics Express, Vol.13, No.17, pp.6490-6496,2005.
【非特許文献７】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.
【非特許文献８】A. Ishizawa, T.Nishikawa, A.Mizutori, H.Takara,A.Takada, T.Sogawa, and M.Koga, "Phase-noise characteristics of a 25-GHz-spaced optical frequency comb based on a phase- and intensity-modulated laser", Optics Express, Vol.21, No.24, pp.29186-29194, 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
以上に説明したように、これまでの光周波数コム安定化光源については、高い繰り返し周波数の光周波数コムを発生させようとすると、位相変調器に基準信号を供給する基準周波数発生器の位相雑音強度が影響し、連続波光源の中心周波数から離れた周波数における光周波数コムの線幅も広くなる。この結果、オフセット周波数の検出が困難になる、あるいは精度が低下し、高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られないという問題があった。
【００２８】
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、より高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られ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】
【００２９】
本発明に係る光周波数コム安定化光源は、受動モード同期レーザから構成された第１光源より第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し、生成した光パルスの光スペクトル帯域を拡大し、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）及び短波長成分の第ｎ−１高調波の周波数差の光信号を光電変換して出力した電気信号と、第１参照信号発生器より出力される第１参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１光源を制御してパルス繰り返し周波数およびオフセット周波数が安定化された第１光周波数コムを生成する低速光周波数コム発生部と、低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された連続波光を発生する第２光源より発生した連続したレーザ光を、第２参照信号発生器より出力される第１参照信号より高周波の第２参照信号により位相変調することで第１光周波数コムより高周波の第２光周波数コムを生成する高速光周波数コム発生部と、低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された第２光源とは異なる周波数の連続波光を発生する第３光源と、高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、第１参照信号ないしは第１参照信号を逓倍または分周した信号とを比較し、この比較の状態をもとに第２参照信号発生器を制御する参照信号帰還制御部とを備える。高速光周波数コム発生部より、より高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られる。
【００３０】
上記光周波数コム安定化光源において、参照信号帰還制御部は、高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと、第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、第２光周波数コムに含まれる複数のモードのうちの１モードを分波した光と第２光源が発生した連続波光との干渉信号とを比較し、この比較の状態をもとに第２参照信号発生器を制御する。また、前記第３光源が発生した連続波光は、前記低速光周波数コム発生部が生成した前記第１光周波数コムに含まれる複数のモードのうちの１のモードを分波した連続波光であればよい。
【００３１】
本発明に係る信号発生器は、受動モード同期レーザから構成された第１光源より第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し、生成した光パルスの光スペクトル帯域を拡大し、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）及び短波長成分の第ｎ−１高調波の周波数差の光信号を光電変換して出力した電気信号と、第１参照信号発生器より出力される第１参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１光源を制御してパルス繰り返し周波数およびオフセット周波数が安定化された第１光周波数コムを生成する低速光周波数コム発生部と、低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された連続波光を発生する第２光源より発生した連続したレーザ光を、第２参照信号発生器より出力される第１参照信号より高周波の第２参照信号により位相変調することで第１光周波数コムより高周波の第２光周波数コムを生成する高速光周波数コム発生部と、低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された第２光源とは異なる周波数の連続波光を発生する第３光源と、高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、第１参照信号ないしは第１参照信号を逓倍または分周した信号とを比較し、この比較の状態をもとに第２参照信号発生器を制御する参照信号帰還制御部とを備える。参照信号帰還制御部により制御された第２参照信号発生器より、位相雑音が抑制された第２参照信号が得られる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したことにより、本発明によれば、より高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における光周波数コム安定化光源の基本的な構成を示す構成図である。
【図２】図２は、光周波数コム安定化光源で用いる光のスペクトルを説明する説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における光周波数コム安定化光源の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、実施の形態１における光周波数コム安定化光源より得られたＳＣ光と波長可変レーザとを用いて、ＳＣ光の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５】図５は、本発明の実施の形態２における光周波数コム安定化光源の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３における光周波数コム安定化光源の構成を示す構成図である。
【図７】図７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。
【図８】図８は、光周波数コム安定化光源の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。始めに、本発明の原理について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明に係る光周波数コム安定化光源の基本的な構成を示す構成図である。図２は、光周波数コム安定化光源で用いる光のスペクトルを説明する説明図である。
【００３５】
この光周波数コム安定化光源は、低速光周波数コム発生部１０１、高速光周波数コム発生部１０２、安定化ＣＷ光発生部（第３光源）１０３、基準周波数発生器（第１参照信号発生器）１０４、および帰還制御部（参照信号帰還制御部）１０５を備える。また、高速光周波数コム発生部１０２は、安定化ＣＷ光発生部（第２光源）１１１、位相変調器１１２、信号発生器（第２参照信号発生器）１１３、分散媒質１１４、光増幅器１１５、および非線形光学媒質１１６を備える。
【００３６】
低速光周波数コム発生部１０１は、図示しない受動モード同期レーザから構成された第１光源より第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し、生成した光パルスの光スペクトル帯域を拡大し、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高調波の周波数差の光信号を光電変換して出力した電気信号と、基準周波数発生器１０４より出力される第１参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１光源を制御して比較的低速の第１光周波数コムを生成する。第１参照信号は、例えば、ＲＦであればよい。
【００３７】
一方、高速光周波数コム発生部１０２は、低速光周波数コム発生部１０１が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された連続波光を発生する安定化ＣＷ光発生部（第２光源）１１１より発生した連続したレーザ光を、信号発生器１１３より出力される第１参照信号より高周波の第２参照信号により位相変調することで第１光周波数コムより高周波の（高速な）第２光周波数コムを生成する。
【００３８】
安定化ＣＷ光発生部１１１は、光周波数ｆ0の連続波（ＣＷ）光を発生する。安定化ＣＷ光発生部１１１は、例えば波長可変ＣＷ光源であり、中心波長が任意に選択可能とされている。位相変調器１１２は、安定化ＣＷ光発生部１１１より出射されたＣＷ光を、信号発生器１１３より出力される周波数ｆmの信号（第２参照信号）で位相変調する。信号発生器１１３が出力する信号の周波数ｆmは、最終的に出力される光周波数コム（第２光周波数コム）の繰り返し周波数と同じであり、数ＧＨｚ以上とする。例えばｆm＝２５ＧＨｚとする。また、信号発生器１１３は、基準周波数発生器１０４より出力される周波数ｆstdの基準周波数に同期して周波数ｆmの信号を出力する。
【００３９】
分散媒質１１４は、位相変調器１１２により位相変調されたＣＷ光に波長分散を与えて繰り返し周波数ｆmの光パルス列に変換する。分散媒質１１４は、例えば、光ファイバ，ファイバグレーティング，および平面型光波回路で構成することができる。光増幅器１１５は、繰り返し周波数ｆmの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。
【００４０】
非線形光学媒質１１６は、繰り返し周波数ｆmの光パルス列に変換された光パルス列のスペクトル帯域を拡大する。非線形光学媒質１１６としては、例えば、コアの周りに多数の空孔を設けてこの領域の屈折率を等価的に低下させたクラッドとしたフォトニック結晶ファイバなどの、非線形光学効果を発現する非線形光ファイバにより、非線形光学媒質１１６が構成できる。また、非線形光学媒質１１６は、導波方向（長手方向）に波長分散が異常分散から正常分散に減少する非線形光ファイバであるとよい（特許文献２参照）。フォトニック結晶ファイバの場合、等価的にクラッドとした領域の孔の孔径や配置の状態により、導波方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する状態とすることができる。
【００４１】
低速光周波数コム発生部１０１は、高速光周波数コム発生部１０２が生成する光周波数コムの繰り返し周波数よりも、例えば２−３桁程度低い繰り返し周波数ｆr（第１周波数）の低速光周波数コム（第１光周波数コム）を生成する。低速光周波数コム発生部１０１は、第１光源より第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し、生成した光パルスの光スペクトル帯域を拡大し、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高調波の周波数差の光信号を光電変換して出力した電気信号と、第１参照信号発生器より出力されるＲＦの第１参照信号とを比較し、この比較の状態をもとに第１光源を制御して低速光周波数コムを生成する。第１周波数は、例えばｆr=２５０ＭＨｚとする。
【００４２】
上記第１光源は、例えば、受動モード同期レーザである。このような光周波数コムを生成するため、低速光周波数コム発生部１０１には、基準周波数発生器１０４より出力される周波数ｆstdの基準周波数が入力される。基準周波数ｆstdは、前述のとおり信号発生器１１３を同期制御するために用いられるとともに、低速光周波数コム発生部１０１が生成する低速光周波数コム（第１光周波数コム）を安定化制御するために用いられる。例えばｆstd＝１０ＭＨｚとする。この基準周波数は、例えばＧＰＳ信号のように、位相雑音の低い信号である必要がある。
【００４３】
低速光周波数コム発生部１０１は、広い帯域にわたって安定な低速の光周波数コム（周波数＝ｆ1±ｉｆr、ｆ1は中心光周波数、ｆrは繰り返し周波数（第１周波数）、ｉはモード次数で正数）を提供する。光周波数コムは、周波数空間上nにおける光のものさしの役割を果たす。また、光のものさしである低速光周波数コム発生部１０１の出力光を用い、安定化ＣＷ光発生部１０３および安定化ＣＷ光発生部１１１の中心周波数を安定化する。
【００４４】
安定化について説明すると、図２の（ａ）に示すように、安定化ＣＷ光発生部１１１から出力される周波数ｆ0のＣＷ光２０１は、低速光周波数コム発生部１０１より出力される低速光周波数コム２０２の直近のモードに同期させる。同じく、安定化ＣＷ光発生部１０３から出力される周波数ｆ2のＣＷ光２０３は、低速光周波数コム２０２のいずれかのモードと同期するようにすればよい。ここで、周波数ｆ0と周波数ｆ2とは、周波数軸上で、高速光周波数コム発生部１０２で生成される光周波数コム（高速光周波数コム）２０４の繰り返し周波数ｆmの整数倍ｊ（ｊ×ｆm）だけ離れるようにする。ただし、後に説明するように、周波数ｆ0と周波数ｆ2とは、周波数軸上でなるべく離れていることが望ましい。
【００４５】
高速光周波数コム発生部１０２は、安定化ＣＷ光発生部１１１からのＣＷ光を種光源として、図２の（ｂ）に示すように広スペクトル帯域光（ＳＣ光）である高速光周波数コム２０４を発生し、各モードの周波数はｆ0±ｋｆmとなる（図２（ｂ））。ここで、ｋはモード次数であり、整数をとる。高速光周波数コム２０４の各モードには、信号発生器１１３における位相雑音が重畳されるため、スペクトルは位相雑音の量に応じて広がる。
【００４６】
ここで、発明者らの研究により、モード次数の高い（ｋの大きい）モードには、信号発生器１１３の位相雑音がより多く重畳されることが判明した。このため、周波数ｆ0と周波数ｆ2との差を大きくし、多くの位相雑音が重畳された高速光周波数コム２０４のモードと、安定化ＣＷ光発生部１０３からのＣＷ光２０３（この光の位相雑音は、低速光周波数コムにより低く抑えられている）とを干渉させ、干渉の結果により発生するうなり信号２０５（オフセット周波数）を検出することで、位相雑音を検出するようにした。ＣＷ光２０３の位相雑音は、低速光周波数コム２０２により低く抑えられている。
【００４７】
加えて、検出した位相雑音が抑えられるように、帰還制御部１０５により信号発生器１１３の信号源の初期位相を制御することで、信号発生器１１３より極めて位相雑音の低い信号を出力するようにするとともに、信号発生器１１３を用いた極めて安定な光周波数コム（高速光周波数コム）が得られるようにした。
【００４８】
以上に説明したように、本発明は、低速光周波数コム発生部１０１が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された第２光源とは異なる周波数の連続波光と、上記第１光周波数コムを用いて安定化された連続波光を発生する安定化ＣＷ光発生部１１１によって高速光周波数コム発生部１０２が生成した第２光周波数コムとを比較し、この比較の状態をもとに信号発生器１１３を制御することで、信号発生器１１３より、位相雑音が抑制された第２参照信号が得られるようにし、高速光周波数コム発生部１０２より、より高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られるようにしたところに特長がある。
【００４９】
［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る光周波数コム安定化光源の構成例を示す構成図である。この光周波数コム安定化光源は、まず、光源（第１光源）３０１、非線形光学媒質３２１、自己参照型の干渉計３０３、光検出器３４１、基準周波数発生器（第１参照信号発生器）３０５、帰還回路３６１を備え、これらで、低速光周波数コム発生部が構成されている。
【００５０】
また、ＣＷ光源（安定化ＣＷ光発生部；第２光源）３０７、信号発生器（第２参照信号発生器）３０９、位相変調器３１０、分散付与部３１１、光増幅器３１２、分散補償部３１３、非線形光学媒質３２２を備え、これらで高速光周波数コム発生部を構成している。また、信号発生器３０６、ＣＷ光源（第３光源）３１４、波長フィルタ３１５、帰還制御部（参照信号帰還制御部）３１６、光検出器３４２，３４３、帰還回路３６２，３６３，光学素子３８１，３８２，３８３，３８４，３８５，３８６を備える。また、図示していないが、逓倍もしくは分周器（不図示）を備える。
【００５１】
光源３０１は、受動モード同期レーザから構成されている。非線形光学媒質３２１は、光源３０１の光スペクトル帯域を拡大する。干渉計３０３および光検出器３４１により、光周波数オフセットを計測する。帰還回路３６１，３６２，３６３は、計測された光周波数オフセットを、基準周波数発生器３０５より出力されるＲＦ信号（例えば、ＧＰＳ信号）に同期して制御する。
【００５２】
ＣＷ光源３０７は、高速光周波数コム発生部における位相変調方式光源の種光源用となる。光学素子３８１，３８２，３８３，３８４，３８５，３８６は、光を２分岐する。位相変調器３１０は、ＣＷ光源３０７より出射されたＣＷ光を、信号発生器３０９より出力される信号で位相変調する。分散付与部３１１は、位相変調器３１０により位相変調されたＣＷ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。光増幅器３１２は、分散付与部３１１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。
【００５３】
次に、光源３０１、非線形光学媒質３２１、干渉計３０３、光検出器３４１、基準周波数発生器３０５、帰還回路３６１を備える低速光周波数コム発生部について説明する。光源３０１から出力された信号光は、非線形光学媒質３２１へ入力し、広スペクトル帯域光（ＳＣ光）となる。このＳＣ光は、干渉計３０３に入力され、ここで発生するうなり信号が光検出器３４１で検出される。これらのことにより、光周波数コムのオフセット周波数の測定が可能となる。
【００５４】
干渉計３０３は、ＳＣ光の帯域幅によって構成が異なる。例えば、ＳＣ光の帯域が１オクターブ以上のときは、長波長側の第２高調波と短波長側の基本波とを干渉させるｆ-２ｆ干渉法、あるいは差周波発生法により、光周波数オフセット信号が検出可能である。これに対し、ＳＣ光の帯域が１オクターブ未満のときは、長波長側の第３高調波と短波長側の第２高調波を干渉させる２ｆ−３ｆ干渉法などが、光周波数オフセット信号の検出に有効である。干渉計３０３および光検出器３４１で検出されたオフセット周波数を、基準周波数発生器３０５の出力信号と比較参照し、帰還回路３６１を用いて光源３０１の波長をフィードバック制御することで、光周波数コムの周波数を安定化制御する。ここで、光源３０１として、受動モード同期レーザの代わりに、周波数軸上に高確度に安定化されたＣＷ光源を用いてもよい。
【００５５】
次に、ＣＷ光源３０７、光学素子３８５、信号発生器３０９、位相変調器３１０、分散付与部３１１、光増幅器３１２、分散補償部３１３，非線形光学媒質３２２を備える高速光周波数コム発生部について説明する。ＣＷ光源３０７より出力されるＣＷ光の光周波数をｆ0とし、ＣＷ光源３０７が持っている位相雑音をψ0（ｔ）とする。このＣＷ光は、光学素子３８５を用いて、波長安定化用と位相変調方式用のＣＷ光に２分岐される。ＣＷ光源３０７より出力されるＣＷ光の中心周波数は、任意に選択可能である。また、ＣＷ光源３０７として、波長可変ＣＷ光源を用いることもできる。
【００５６】
光学素子３８５により２分岐された一方のＣＷ光（周波数安定化用のＣＷ光）と、繰り返し周波数およびオフセット周波数が制御された光源３０１の出力光とは、光学素子３８４を用いて合波されて光検出器３４２に入力し、干渉信号が検出される。検出された干渉信号とＲＦ基準周波数発生器３０５を用いて、帰還回路３６２で比較参照し、ＣＷ光源３０７の波長をフィードバック制御することで、ＣＷ光源３０７の中心周波数を周波数軸上に高確度に安定化する。なお、図面では、ＲＦ基準周波数発生器３０５と帰還回路３６２との間の接続を示す線を省略している。ＣＷ光源３０７の周波数制御は、例えばＣＷ光源３０７の共振周波数あるいは注入電流あるいは温度を変化させることにより可能である。
【００５７】
光学素子３８５で２分岐された他方のＣＷ光（位相変調方式用ＣＷ光）は、位相変調器３１０において、信号発生器３０９から送信される周波数ｆmで位相変調し、分散付与部３１１で適切な分散を与える。これらの結果、繰り返し周波数ｆmの光パルス列が、分散付与部３１１より出力される。位相変調器３１０のみでパルス列を発生した場合、時間領域でＤＣフロア成分が残留するため、残留するＤＣ成分を抑圧するために、強度変調器を併用することが望ましい。さらに、波長フィルタを使用することで、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。
【００５８】
分散付与部３１１により発生した光パルス列は、光増幅器３１２によって光増幅する。ここでは、光増幅器３１２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し、分散補償部３１３で短パルス発生を行う。ＣＷ光源３０７と位相変調器３１０と分散付与部３１１と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構成であってもよい（非特許文献７参照）。これらの位相変調器を用いてパルス列を発生させる手法では、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。
【００５９】
上述したようにすることで発生させた光パルス列を非線形光学媒質３２２へ入力し、ＳＣ光を発生させる。
【００６０】
図４は、上述したことにより得られたＳＣ光と波長可変レーザとを用いて、ＳＣ光の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４において、横軸には、ＳＣ光のモード次数ととり、縦軸には位相雑音累積値をとってプロットした。図４に示すように、ＳＣ光各モードの位相雑音累積値は、モード次数に対して線形に増加することが分かる。また同時に、傾きが、信号発生器３０９の位相雑音であることが実験から検証できた（非特許文献８参照）。
【００６１】
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、「Ｅ1（ｔ）=Ｅ1ｅｘｐ［−i｛２π（ｆ0＋ｋ×ｆm）t＋ψ0（ｔ）＋ｋ×ψ1（ｔ）｝］・・・（１）」と、表せる。ここで、Ｅ1は光電場振幅、ψ1（ｔ）は、信号発生器３０９がもつ位相雑音である。
【００６２】
非線形光学媒質３２２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ＳＣ光を発生でき、光周波数コム安定化に必要となるＣＷ光源３０７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。
【００６３】
位相雑音検出用に、さらにＣＷ光源３１４を設ける。光学素子３８１を用い、ＣＷ光源３１４から出力される光を、位相雑音検出用と周波数安定化用とに２分岐する。ＣＷ光源３１４からの一方の出力光（周波数安定化用）は、光学素子３８２により安定化された光源３０１の出力光と合波され、光検出器３４３で干渉信号が検出され、検出された干渉信号が、基準周波数発生器３０５から出力されるＲＦ信号により帰還回路３６３で比較参照される。この比較参照の結果を基にした帰還回路３６３のフィードバック制御により、ＣＷ光源３１４の中心周波数を周波数軸上に高確度に安定化する。
【００６４】
ＣＷ光源３１４からの出力光の周波数ｆ2は、ＣＷ光源３０７と同程度、もしくはそれ以下の位相雑音ψ2（ｔ）を持っているとすると、「Ｅ2（ｔ）=Ｅ2ｅｘｐ［−ｉ｛２πｆnt＋ψ2（ｔ）｝］・・・（２）」と記述できる。ここで、ｆnは、ＣＷ光源３０７の中心周波数ｆ0と周波数差が大きい方が良い。周波数差が大きいほど後述のＳＣ光との干渉信号に位相雑音が重畳する（非特許文献８参照）。
【００６５】
周波数安定化されたＣＷ光源３１４より出力されて光学素子３８１を透過した出力光は、光学素子３８６で、非線形光学媒質３２２を出力して波長フィルタ３１５を透過したＳＣ光と合波され、光検出器３４３で干渉信号が検出される。この干渉信号Ｉobsは、「Ｉobs＝｜Ｅ1（ｔ）｜2＋｜Ｅ2（ｔ）｜2＋２Ｅ1Ｅ2ｃｏｓ｛２π（ｆ0＋ｋ×ｆm−ｆn）t＋（ψ0（ｔ）＋ｋ×ψ1（ｔ）−ψ2（ｔ））｝・・・（３）」と記述できる。
【００６６】
ここで、Ｖobs＝２Ｅ1Ｅ2、Δｆ＝ｆ0＋ｋ×ｆm−ｆn、Δψ=ψ0（ｔ）＋ｋ×ψ1（ｔ）−ψ2（ｔ）と置く。
【００６７】
帰還制御部３１６は、ＲＦバンドパスフィルタを備え、式（３）の干渉項「Ｖobsｃｏｓ｛２πΔｆt＋Δψ｝・・・（４）」が検出される。
【００６８】
続いて、干渉信号Ｉobsより十分に位相雑音が小さい参照信号源として、信号発生器３０６を用いる。例えば、信号発生器３０６は、基準周波数発生器３０５から出力される１０ＭＨｚの信号を６０ＭＨｚに逓倍して参照信号として出力する。信号発生器３０６より出力されるＲＦの参照信号の位相を９０度シフトさせると、「Ｖrefｓｉｎ｛２πｆnt＋ψ3（ｔ）｝・・・（５）」となる。
【００６９】
式（４）と式（５）とを比較参照すると、「Ｖobsｃｏｓ｛２πΔｆt＋Δψ｝×Ｖrefｓｉｎ｛２πｆnt＋ψ3（ｔ）｝＝（Ｖobs×Ｖref／２）｛ｓｉｎ（２πΔｆt＋Δψ＋ψ3（ｔ））＋ｓｉｎ（Δψ−ψ3（ｔ））｝・・・（６）」となる。ここで、帰還制御部３１６の内部に用意された、ローパスフィルタを用いることで、式（６）の高周波項「ｓｉｎ（２πΔｆt＋Δψ＋ψ3（ｔ））」は遮断され、式（６）の低周波項「ｓｉｎ（Δψ−ψ3（ｔ））」が検出される。
【００７０】
従って、検出される電圧Ｖ（ｔ）は、「Ｖ（ｔ）＝Ｖ0ｓｉｎ｛Δψ−ψ3（ｔ）｝・・・（７）」と記述できる。ここで、Ｖ0＝Ｖobs×Ｖref／２とする。
【００７１】
帰還制御部３１６は、式（７）の位相差「Δψ−ψ3（ｔ）」がゼロになるように信号発生器３０９の電圧を制御する。ψ3（ｔ）はψ2（ｔ）と比較して十分小さい。従って、ψ1（ｔ）は、「｛ψ2（ｔ）−ψ3（ｔ）｝／ｋ」に収束し、モード次数ｋに反比例して位相雑音を低減できる。つまり、位相変調式光源の繰り返し周波数の高確度安定化と、超低位相雑音な信号発生器とが同時に実現できる。なお、本実施形態では、信号発生器３０６は、基準周波数発生器３０５から出力される信号を逓倍し、それを参照信号として帰還制御部へ出力するようにしていたが、基準周波数発生器３０５から出力される信号を分周し、それを参照信号とするようにしてもよい。あるいは、信号発生器３０６を用いず、基準周波数発生器３０５から出力される１０ＭＨｚの信号を参照信号として帰還制御部３１６で用いるようにしてもよい。
【００７２】
［実施の形態２］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る光周波数コム安定化光源の構成例を示す構成図である。実施の形態２では、新たに、光検出器３４３ａ，波長フィルタ３１５ａ，光学素子３８６ａ，３８７，３８８を加えている。光学素子３８７は、ＣＷ光源３０７より出力されて光学素子３８５で分岐された一方のＣＷ光を、光学素子３８４の側と、光検出器３４３ａの側とに分岐する。また、光学素子３８８は、非線形光学媒質３２２より出力されたＳＣ光を、波長フィルタ３１５と波長フィルタ３１５ａとに分岐する。また、波長フィルタ３１５ａを出射したＳＣ光は、光学素子３８６ａにより、光学素子３８７で分岐された光と合波される。
【００７３】
このように、実施の形態２では、新たに設けた光検出器３４３ａの出力を、帰還制御部３１６へ参照信号として入力するようにしている。なお、他の構成は、前述した実施の形態１と同様である。
【００７４】
実施の形態１では、位相雑音検出用の参照信号に、基準周波数発生器３０５における出力信号（あるいは信号を逓倍ないしは分周した信号）を用いていた。実施の形態２では、この参照信号として、ＣＷ光源３０７から生成される信号も用いるようにした。位相変調方式光源を用いて発生させたＳＣ光を波長フィルタ３１５ａにより単色化し、ＣＷ光源３０７と合波させて光検出器３４３ａで干渉信号を検出する。この干渉信号は、最も位相雑音強度が小さいために、参照信号として用いることができる。
【００７５】
［実施の形態３］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態３について詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る光周波数コム安定化光源の構成例を示す構成図である。この光周波数コム安定化光源は、まず、光源（第１光源）３０１、非線形光学媒質３２１、自己参照型の干渉計３０３、光検出器３４１、基準周波数発生器（第１参照信号発生器）３０５、帰還回路３６１を備え、これらで、低速光周波数コム発生部が構成されている。
【００７６】
また、ＣＷ光源（安定化ＣＷ光発生部；第２光源）３０７、信号発生器（第２参照信号発生器）３０９、位相変調器３１０、分散付与部３１１、光増幅器３１２、分散補償部３１３、非線形光学媒質３２２を備え、これらで高速光周波数コム発生部を構成している。また、信号発生器３０６、波長フィルタ３１５、帰還制御部（参照信号帰還制御部）３１６、光検出器３４２、光検出器３４３、帰還回路３６２を備える。上述した構成は、前述した実施の形態１と同様である。
【００７７】
実施の形態３では、波長フィルタ４１５，光学素子４８１，４８２，４８３，４８４を備える。光学素子４８１，４８２，４８３，４８４は、光を２分岐する。波長フィルタ４１５は、繰り返し周波数およびオフセット周波数制御された光源３０１を出力されて光学素子４８１で分岐された出力光より、周波数ｆ2のＣＷ光を取り出す。実施の形態３では、この連続波光が、第３光源の光として用いられる。従って、実施の形態では、低速光周波数コム発生部、光学素子４８１、および波長フィルタ４１５により、第３光源が構成されているものともいえる。なお、実施の形態３においても、図示していないが、逓倍もしくは分周器（不図示）を備える。
【００７８】
実施の形態３では、繰り返し周波数およびオフセット周波数制御されて光源３０１より出射されて光学素子４８１で２分岐された一方の出力光と、光学素子４８３により２分岐された一方のＣＷ光（周波数安定化用のＣＷ光）とは、光学素子４８２を用いて合波されて光検出器３４２に入力し、干渉信号が検出される。検出された干渉信号とＲＦ基準周波数発生器３０５を用いて、帰還回路３６２で比較参照し、ＣＷ光源３０７の波長をフィードバック制御することで、ＣＷ光源３０７の中心周波数を周波数軸上に高確度に安定化する。ＣＷ光源３０７の周波数制御は、例えばＣＷ光源３０７の共振周波数あるいは注入電流あるいは温度を変化させることにより可能である。
【００７９】
光学素子４８３で２分岐された他方のＣＷ光（位相変調方式用ＣＷ光）は、位相変調器３１０において、信号発生器３０９から送信される周波数ｆmで位相変調し、分散付与部３１１で適切な分散を与える。これらの結果、繰り返し周波数ｆmの光パルス列が、分散付与部３１１より出力される。
【００８０】
分散付与部３１１により発生した光パルス列は、光増幅器３１２によって光増幅し、分散補償部３１３で短パルス発生を行う。このようにして発生させた光パルス列を、非線形光学媒質３２２へ入力し、ＳＣ光を発生させる。
【００８１】
これらに加え、実施の形態３では、位相雑音検出用に、繰り返し周波数およびオフセット周波数が制御された光源３０１を出力されて光学素子４８１で分岐された出力光を用いる。実施の形態３では、繰り返し周波数およびオフセット周波数制御された光源３０１を出力されて波長フィルタ４１５により取り出された周波数ｆ2のＣＷ光が、第３光源の連続波光として用いられ、光学素子４８４で、非線形光学媒質３２２を出力して波長フィルタ３１５を透過したＳＣ光と合波される。合波された光より光検出器３４３で干渉信号が検出され、帰還制御部３１６に入力される。他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００８２】
以上に説明したように本発明によれば、ＲＦの第１参照信号を用いた低速光周波数コム発生部と、低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された第２光源より発生した連続したレーザ光を、第１参照信号より高周波の第２参照信号により位相変調して第１光周波数コムより高周波の第２光周波数コムを生成する高速光周波数コム発生部と、低速光周波数コム発生部が生成した第１光周波数コムを用いて安定化された第２光源とは異なる周波数の連続波光を発生する第３光源と、高速光周波数コム発生部が生成した第２光周波数コムと第３光源が発生した連続波光との干渉信号と、第１参照信号ないしは第１参照信号を逓倍または分周した信号を比較し、この比較の状態をもとに第２参照信号発生器を制御する参照信号帰還制御部とを備えるようにしたので、より高い繰り返し周波数の光周波数コムが、高い精度で得られるようになる。
【００８３】
第１参照信号は、水晶発振器ベースの信号発生器の出力を用いることができ、この第１参照信号が持つ位相雑音を抑圧させて周波数間隔で安定な光周波数コム安定化光源が実現可能であるという極めて優れた効果が得られる。また、従来技術ではレーザ繰り返し周波数の上限が１ＧＨｚ程度であったが、本発明によれば、１桁以上高い繰り返し周波数すなわち周波数間隔を持つ光周波数コム安定化光源も実現可能である。
【００８４】
上述した本発明によれば、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く、かつ低位相雑音な光周波数コムを実現できることから、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、信号発生器の位相雑音を従来法である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、全く新しい信号発生器を提供でき、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。
【００８５】
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。例えば、上述では主に、第１参照信号発生器より出力される第１参照信号がＲＦの場合を例に説明したが、これに限るものではない。第１参照信号発生器より出力される第１参照信号が、第２参照信号発生器より出力される第２参照信号より低い周波数であれば、第１参照信号は第２参照信号より位相雑音が少ない状態とすることができるので、本発明の効果が得られる。所望とする位相雑音の許容程度により、第１参照信号より出力される第１参照信号の周波数を決定すればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０１…低速光周波数コム発生部、１０２…高速光周波数コム発生部、１０３…安定化ＣＷ光発生部（第３光源）、１０４…基準周波数発生器（第１参照信号発生器）、１０５…帰還制御部（参照信号帰還制御部）、１１１…安定化ＣＷ光発生部（第２光源）、１１２…位相変調器、１１３…周波数発生器（第２参照信号発生器）、１１４…分散媒質、１１５…光増幅器、１１６…非線形光学媒質。
【図１】
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【図３】
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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２】
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【図４】
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