(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一周波数の基準光を発する基準光源と、
前記基準光源からの前記基準光を信号光と参照光とに分ける第１の光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段からの前記信号光の光路を、複数の分岐信号光路に分岐する第２の光分岐手段と、
前記複数の分岐信号光路のそれぞれに接続され、複数の前記信号光のそれぞれを受けて、前記分岐信号光路毎に異なる周波数で前記複数の信号光を周波数シフトする複数の光周波数変調器と、
前記複数の光周波数変調器のそれぞれからの前記信号光を光増幅する複数の光増幅器と、
前記第１の光分岐手段からの前記参照光と、前記複数の光増幅器からの前記複数の光信号を光学的に合成するための光合成手段と、
前記光合成手段によって合成された前記参照光及び前記複数の信号光を受けてビート信号を生成する検波手段と、
前記検波手段からビート信号を受けて、前記ビート信号に含まれる前記分岐信号光路毎の位相誤差に応じた複数の位相誤差信号を生成する位相誤差検出部と、
前記位相誤差検出部からの前記複数の位相誤差信号に基づいて、前記複数の光周波数変調器のそれぞれに指令を送り、前記複数の光周波数変調器のそれぞれに位相誤差を補償させる位相制御部と
を備え、
前記位相誤差検出部は、
前記検波手段から前記ビート信号を受けて、前記ビート信号を、前記複数の分岐信号光路のそれぞれに対応する周波数の複数のビート信号に分ける周波数分岐手段と、
前記複数の分岐信号光路のそれぞれに対応する周波数の複数のＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成手段と、
前記周波数分岐手段からの前記複数のビート信号を受け、前記周波数調整手段からの前記複数のＲＦ信号を用いて、前記複数の位相誤差信号を生成する位相誤差信号生成手段と
を有することを特徴とする光周波数制御装置。
【請求項２】
単一周波数の基準光を発する基準光源と、
前記基準光源からの前記基準光を信号光と参照光とに分ける第１の光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段からの前記信号光の光路を、複数の分岐信号光路に分岐する第２の光分岐手段と、
前記複数の分岐信号光路のそれぞれに接続され、複数の前記信号光のそれぞれを受ける複数の第１の光周波数変調器と、
前記複数の第１の光周波数変調器のそれぞれからの前記信号光を光増幅する複数の光増幅器と、
前記第１の光分岐手段からの前記参照光の光路を、複数の分岐参照光路に分岐する第３の光分岐手段と、
前記複数の分岐参照光路のそれぞれに接続され、前記分岐参照光路毎に異なる周波数で前記複数の参照光を周波数シフトする複数の第２の光周波数変調器と、
前記複数の第２の光周波数変調器からの前記複数の参照光と、前記複数の光増幅器からの前記複数の光信号を光学的に合成するための光合成手段と、
前記光合成手段によって合成された前記複数の参照光及び前記複数の信号光を受けてビート信号を生成する検波手段と、
前記検波手段からビート信号を受けて、前記ビート信号に含まれる前記分岐信号光路毎の位相誤差に応じた複数の位相誤差信号を生成する位相誤差検出部と、
前記位相誤差検出部からの前記複数の位相誤差信号に基づいて、前記複数の第１の光周波数変調器のそれぞれに指令を送り、前記複数の第１の光周波数変調器のそれぞれに位相誤差を補償させる位相制御部と
を備え、
前記位相誤差検出部は、
前記検波手段から前記ビート信号を受けて、前記ビート信号を、前記複数の分岐参照光路のそれぞれに対応する周波数の複数のビート信号に分ける周波数分岐手段と、
前記複数の分岐参照光路のそれぞれに対応する周波数の複数のＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成手段と、
前記周波数分岐手段からの前記複数のビート信号を受け、前記周波数調整手段からの前記複数のＲＦ信号を用いて、前記複数の位相誤差信号を生成する位相誤差信号生成手段と
を有することを特徴とする光周波数制御装置。
【請求項３】
前記検波手段、前記位相誤差検出部及び前記位相制御部は、それぞれ複数であり、
前記第２の光分岐手段による前記複数の分岐信号光路の信号光は、複数の前記検波手段によって、前記第２の光分岐手段による分岐数であるアレイ数よりも少ないサブアレイ数で全体としてサブアレイ化されて検波される
ことを特徴とする請求項１記載の光周波数制御装置。
【請求項４】
前記第１の光分岐手段からの前記参照光の光路を、基準参照光路と、アレイ用参照光路とに分岐する参照光２分岐手段と、
前記参照光２分岐手段からのアレイ用参照光路を、複数の分岐参照光路に分岐する第３の光分岐手段と、
前記複数の分岐参照光路のそれぞれに接続され、前記分岐参照光路毎に異なる周波数で複数の分岐参照光を周波数シフトする複数の第２の光周波数変調器と、
前記複数の第２の光周波数変調器からの前記複数の参照光と、前記基準参照光路の基準参照光とを光学的に合成するための第２の光合成手段と、
前記第２の光合成手段によって合成された前記複数の参照光及び前記基準参照光を受けてビート信号を生成する第２の検波手段と、
前記第２の検波手段からビート信号を受けて、前記ビート信号に含まれる前記分岐信号光路毎の位相誤差に応じた複数の位相誤差信号を生成する第２の位相誤差検出部と、
前記第２の位相誤差検出部からの前記複数の位相誤差信号に基づいて、前記複数の第２の光周波数変調器のそれぞれに指令を送り、前記複数の第２の光周波数変調器のそれぞれに位相誤差を補償させる第２の位相制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の光周波数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば高出力レーザシステム等に用いられ、位相誤差を補償するための機能を有する光周波数制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力レーザシステムの実現方法として、単一のレーザ光を光増幅の種光としてサブアレイに分岐し、分岐後に光増幅してから合成を行うコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ：Coherent Beam Combine）が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＣＢＣベースの高出力レーザでは、各光路の位相を揃えて、ビームを出力することで単一のローブを持った集光パターンを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２３７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来装置では、位相誤差を検出するための構成として、出力ビーム数と同数の受信器及び位相同期部が必要であり、出力ビーム数（出力アレイ数）が増加した場合に、部品点数が増加するとともに、サイズが大型化するという問題点がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、出力ビーム数が増加した場合でも、サイズの大型化を抑えることができる光周波数制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の光周波数制御装置は、単一周波数の基準光を発する基準光源と、前記基準光源からの前記基準光を信号光と参照光とに分ける第１の光分岐手段と、前記第１の光分岐手段からの前記信号光の光路を、複数の分岐信号光路に分岐する第２の光分岐手段と、前記複数の分岐信号光路のそれぞれに接続され、複数の前記信号光のそれぞれを受けて、前記分岐信号光路毎に異なる周波数で前記複数の信号光を周波数シフトする複数の光周波数変調器と、前記複数の光周波数変調器のそれぞれからの前記信号光を光増幅する複数の光増幅器と、前記第１の光分岐手段からの前記参照光と、前記複数の光増幅器からの前記複数の光信号を光学的に合成するための光合成手段と、前記光合成手段によって合成された前記参照光及び前記複数の信号光を受けてビート信号を生成する検波手段と、前記検波手段からビート信号を受けて、前記ビート信号に含まれる前記分岐信号光路毎の位相誤差に応じた複数の位相誤差信号を生成する位相誤差検出部と、前記位相誤差検出部からの前記複数の位相誤差信号に基づいて、前記複数の光周波数変調器のそれぞれに指令を送り、前記複数の光周波数変調器のそれぞれに位相誤差を補償させる位相制御部とを備え、前記位相誤差検出部は、前記検波手段から前記ビート信号を受けて、前記ビート信号を、前記複数の分岐信号光路のそれぞれに対応する周波数の複数のビート信号に分ける周波数分岐手段と、前記複数の分岐信号光路のそれぞれに対応する周波数の複数のＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成手段と、前記周波数分岐手段からの前記複数のビート信号を受け、前記周波数調整手段からの前記複数のＲＦ信号を用いて、前記複数の位相誤差信号を生成する位相誤差信号生成手段とを有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の光周波数制御装置によれば、光周波数変調器が各分岐信号光路の信号光に周波数差を与え、位相誤差検出部の周波数分岐手段が複数の分岐信号光路のそれぞれに対応する周波数の複数のビート信号に分けて、そのビート信号に対して、検出手段がＲＦ信号生成手段のＲＦ信号を用いて分岐信号光路の位相誤差に応じた位相誤差信号を生成して、その位相誤差信号に基づいて位相制御部が光周波数変調器に位相誤差を補償させるので、少ない検波手段で検波を行うことができるため、出力ビーム数が増加した場合でも、サイズの大型化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による光周波数制御装置を示す構成図である。
【図２】図１の位相誤差検出部及び位相制御部を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２による光周波数制御装置の要部を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による光周波数制御装置の要部を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による光周波数制御装置を示す構成図である。
【図６】図５の位相誤差検出部及び位相制御部を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態５による光周波数制御装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態６による光周波数制御装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光周波数制御装置を示す構成図である。
図１において、実施の形態１の光周波数制御装置は、単一周波数の基準光を発する基準光源１、第１の光分岐手段としての光分岐スプリッタ２、第２の光分岐手段としての光分岐スプリッタアレイ３、Ｎ個の光周波数変調器４、Ｎ個の光増幅器５、コリメータレンズ６、光合成手段としての光合波分岐素子７、受光レンズ８、検波手段としてのフォトダイオード９、位相誤差検出部１０及び位相制御部１１を有している。位相誤差検出部１０及び位相制御部１１は、位相同期部を構成している。
【００１０】
図２は、図１の位相誤差検出部１０及び位相制御部１１を示すブロック図である。図２において、位相誤差検出部１０は、周波数分岐手段としての周波数分岐スプリッタ１２と、複数のミキサ１３と、周波数ＮΔｆのマスタ信号を生成するＲＦ信号生成手段としてのＲＦマスタ信号源１４と、複数の分周器１５と、位相誤差信号生成手段としての複数のミキサ１６と、周波数ｆ０のマスタ信号を生成するＲＦ信号生成手段としてのＲＦマスタ信号源１７とを有している。位相制御部１１は、複数のループフィルタ１８と、複数のＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）１９とを有している。
【００１１】
次に、動作について説明する。はじめに、基準光源１からの光路は、光分岐スプリッタ２によって、信号光路２０と、参照光路２１との２本の光路に分岐される。即ち、基準光源１から発せられた基準光は、光分岐スプリッタ２によって、信号光と、参照光とに分けられる。
【００１２】
信号光路２０は、光分岐スプリッタアレイ３によって、Ｎ本の分岐信号光路（アレイ）に分岐される。光分岐スプリッタアレイ３の後段の各分岐信号光路の信号光は、複数の光周波数変調器４のそれぞれに入力される。なお、図１では、分岐信号光路については、簡略化のため１本のみを示す。
【００１３】
光周波数変調器４は、分岐信号光路の信号光に、それぞれｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，ｆ０＋４Δｆ，・・・ｆ０＋ＮΔｆの周波数シフトを与える。光周波数変調器４から出力された信号光は、光増幅器５によって光増幅され、その後に、光合波分岐素子７に入射される。ここで、光周波数変調器４は、位相制御部１１からの位相制御信号に基づいて、分岐信号光路の信号光の位相を調整する。これにより、光周波数変調器４は、光増幅器５等による位相変動を補償する。
【００１４】
他方、参照光路２１では、コリメータレンズ６によって、参照光のビーム径が調整される。コリメータレンズ６を通過した参照光は、光合波分岐素子７によって、Ｎ個の信号光と合波されて、受光レンズ８によって集光され、フォトダイオード９に入射される。そして、合波後のＮ個の信号光と参照光とは、フォトダイオード９によって、同時に検波され、ビート信号が生成される。なお、光合波分岐素子７を透過したＮ個の信号光は、目標物へ向けて出射される。
【００１５】
フォトダイオード９から出力されたビート信号は、位相誤差検出部１０に入力される。位相誤差検出部１０では、ビート信号が、周波数分岐スプリッタ１２によって、各分岐信号光路に対応する周波数毎に分けられる。そして、周波数ｆ０のビート信号と、その他の周波数（Δｆ，２Δｆ，・・・ＮΔｆ）のビート信号とが、ミキサ１３によってミキシングされて、両方のビート信号の周波数の差分に応じたビート信号とされる。これにより、周波数（Δｆ，２Δｆ，・・・ＮΔｆ）に対応するビート信号が生成される。なお、このビート信号には、周波数ｆ０を基準とした各分岐信号光路の位相変動が含まれている。
【００１６】
また、位相誤差検出部１０では、ＲＦマスタ信号源１４（発振周波数ＮΔｆ）からのマスタ信号が例えば分周器１５によって、それぞれ周波数Δｆ，２Δｆ，・・・ＮΔｆのマスタ信号とされる。この分周後のマスタ信号と、そのマスタ信号の周波数に対応するビート信号とは、ミキサ１６によってミキシングされて、マスタ信号とビート信号との周波数の差分に応じた位相誤差信号２３とされる。つまり、位相誤差検出部１０は、ＲＦマスタ信号源１７の出力信号と、ミキシングして差分をとることによって位相誤差を検出する。
【００１７】
位相誤差検出部１０からの位相誤差信号２３は、位相制御部１１に入力される。位相制御部１１では、位相誤差信号２３がループフィルタ１８に入力される。ループフィルタ１８からは、各分岐信号光路の周波数に対応する位相誤差信号２３をＶＣＯ１９に出力し、ＶＣＯ１９の出力信号である位相制御信号２４を対応する各分岐信号光路にフィードバックすることで、位相制御フィードバックループを閉じる。
【００１８】
また、光周波数変調器４は、位相制御部１１からの位相制御信号２４に基づいて、分岐信号光路の信号光の位相を調整する。これにより、光周波数変調器４は、光増幅器５等による位相変動を補償する。つまり、位相制御部１１は、指令としての位相制御信号２４を光周波数変調器４に送ることによって、光周波数変調器４に位相誤差を補償させる。
【００１９】
上記のような実施の形態１によれば、光周波数変調器４が各分岐信号光路の信号光にΔｆの周波数差を与え、位相誤差検出部１０の周波数分岐スプリッタ１２がビート信号を各分岐信号光路に対応する周波数に分ける。そして、そのビート信号に対して、ミキサ１６がＲＦマスタ信号源１４，１７のマスタ信号を用いて分岐信号光路の位相誤差に相当する信号を生成して、その信号に基づいて位相制御部１１が光周波数変調器４に位相誤差を補償させる。この構成により、１つのフォトダイオード９で検波を行うことができるため、出力ビーム数が増加した場合でも、サイズの大型化を抑えることができる。
【００２０】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、周波数ｆ０でシフトされたビート信号を基準信号とした場合の構成について説明した。これに対して、実施の形態２では、ＲＦマスタ信号源（ｆ０:１７，Δｆ:１４）を基準信号とした場合の構成について説明する。
【００２１】
図３は、この発明の実施の形態２による光周波数制御装置の要部を示す構成図である。図３では、図２と同一あるいは類似の構成要素は同一の参照符号を付し、その説明を適宜省略する。図３において、実施の形態２の位相誤差検出部２５における実施の形態１の位相誤差検出部１０との相違点は、ＲＦマスタ信号源１７のＲＦ信号（ｆ０）を基準信号とすることにある。
【００２２】
実施の形態２の位相誤差検出部２５では、周波数分岐スプリッタ１２によって、周波数毎に分けられた信号と、ＲＦマスタ信号源１７の出力信号とをミキサ１３でミキシングすることによって、周波数ｆ０、ｆ０＋Δｆ，・・・ｆ０＋ＮΔｆのビート信号を、ＤＣ信号あるいは周波数Δｆ，・・・ＮΔｆの信号へと変換する。
【００２３】
そして、変換された信号と各周波数に対応するＲＦマスタ信号源１４あるいは分周器１５の出力信号とを、ミキサ１６でミキシングすることによって、位相誤差信号２３が生成される。位相誤差検出部２５からの位相誤差信号２３は、実施の形態１と同様に位相制御部１１に入力され、各分岐信号光路の周波数に対応する位相制御信号２４を光周波数変調器４にフィードバックすることで位相制御フィードバックループを閉じる。他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
【００２４】
上記のような実施の形態２によれば、ＲＦマスタ信号源１７のマスタ信号を基準信号として用いた場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態３．
先の実施の形態１，２では、分周器１５により、ＲＦマスタ信号源１４のマスタ信号に周波数差（Δｆ，２Δｆ，４Δｆ，・・・ＮΔｆ）を与える構成について説明した。これに対して、実施の形態３では、ミキサ１６による和周波を用いることで周波数差（Δｆ，２Δｆ，３Δｆ，４Δｆ，・・・ＮΔｆ）をマスタ信号に与える場合の構成について説明する。
【００２６】
図４は、この発明の実施の形態３による光周波数制御装置の要部を示す構成図である。図４では、図２と同一あるいは類似の構成要素は、同一の参照符号を付し、その説明を適宜省略する。図４において、実施の形態３の位相誤差検出部３５における実施の形態２の位相誤差検出部２５と相違する点は、ミキサ１６の和周波を基準信号とすることである。位相誤差検出部３５では、ＲＦマスタ信号源１７のマスタ信号とＲＦマスタ信号源１４のマスタ信号とをミキサ１６でミキシングすることで、ｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，ｆ０＋３Δｆ，・・・ｆ０＋ＮΔｆ周波数の信号を出力する。
【００２７】
ミキサ１６から出力された信号と、この信号と対応するビート信号とをミキサ１３でミキシングすることによって、位相誤差信号２３が生成される。位相誤差検出部３５からの位相誤差信号２３は、先の実施の形態１，２と同様に位相制御部１１に入力され、各分岐信号光路の周波数に対応する位相制御信号を光周波数変調器４にフィードバックすることで位相制御フィードバックループを閉じる。他の構成及び動作は、実施の形態１，２と同様である。
【００２８】
上記のような実施の形態３によれば、ＲＦマスタ信号源１７のマスタ信号とＲＦマスタ信号源１４のマスタ信号との和周波を用いる場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、光周波数変調器４が各分岐信号光路の信号光に異なる周波数を与える場合の構成について説明した。これに対して、実施の形態４では、参照光路を複数（Ｎ本）の分岐参照光路に分岐し、各分岐参照光路の参照光に異なる周波数差（ｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，ｆ０＋３Δｆ，・・・ＮΔｆ）を与えるとともに、各分岐信号光路の信号光に同一周波数（−ｆ０）を与える場合の構成について説明する。
【００３０】
図５は、この発明の実施の形態４による光周波数制御装置を示す構成図である。図６は、図５の位相誤差検出部４４及び位相制御部４５を示すブロック図である。図５，６において、実施の形態４の実施の形態１〜３と同一あるいは類似の要素については、同一の参照符号を付し、その説明を適宜省略する。なお、実施の形態４では、光周波数変調器４を、第１の光周波数変調器４として説明する。
【００３１】
実施の形態４の光周波数制御装置は、実施の形態１の構成に加えて、第３の光分岐手段としての光分岐スプリッタアレイ４０と、複数（Ｎ個）の第２の光周波数変調器４１と、周波数ｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，・・・ｆ０＋ＮΔｆの信号を発生する複数（Ｎ個）のＲＦ信号源４２と、レンズアレイ４３とをさらに有している。また、実施の形態４の光周波数制御装置は、実施の形態１の位相誤差検出部１０及び位相制御部１１に代えて、位相誤差検出部４４及び位相制御部４５を有している。
【００３２】
さらに、実施の形態４の参照光路２１は、光分岐スプリッタアレイ４０によってＮ本の分岐参照光路に分岐される。各分岐参照光路の参照光は、それぞれＲＦ信号源４２の周波数（ｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，・・・ｆ０＋ＮΔｆ）に対応する周波数、即ち分岐参照光路毎に異なる周波数で第２の光周波数変調器４１によって変調される。この変調後の参照光は、レンズアレイ４３を通して空間出力される。この後、参照光は、光合波分岐素子７によって各分岐信号光路を経た信号光と合波される。また、第１の光周波数変調器４は、各分岐信号光路の信号光の変調周波数を−ｆ０と全て同じにする。
【００３３】
分岐信号光路で−ｆ０と変調された信号光と、分岐参照光路で（ｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，・・・ｆ０＋ＮΔｆ）と変調された参照光とは、フォトダイオード９によって検波される。そして、フォトダイオード９からのビート信号は、位相誤差検出部４４の周波数分岐スプリッタ１２で２ｆ０，２ｆ０＋Δｆ，２ｆ０＋２Δｆ，・・・２ｆ０＋ＮΔｆ周波数のビート信号に分けられる。
【００３４】
ここで、位相誤差検出部４４では、ＲＦマスタ信号源１７から出力される信号周波数を２ｆ０とすることで、その後の信号処理は、これまでの実施の形態１〜３と同じになる。また、位相制御部４５が、位相誤差検出部４４から出力された位相誤差信号２３に基づいて、同一周波数（−ｆ０）の位相制御信号４６を第１の光周波数変調器４にフィードバックして、位相制御フィードバックループを閉じる。他の動作は、実施の形態１〜３と同様である。
【００３５】
上記のような実施の形態４によれば、参照光路２１を複数の分岐参照光路に分岐して、各分岐参照光路の参照光を周波数シフトする構成であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。これに加えて、複数の第１の光周波数変調器４の変調周波数が同一周波数であるため、位相制御部４５における複数のループフィルタ１８に全て同じものを用いることができる。
【００３６】
実施の形態５．
先の実施の形態１〜３では、出力アレイ数に応じて変調周波数が変化し、受信機系が変化し、位相誤差検出部１０及び位相制御部１１からなる位相同期部が拡大するという問題点がある。そこで、実施の形態５では、上記のような問題点に対して、出力アレイ数が増加した場合でも、位相同期部の拡大を抑えることができる光周波数制御装置を得ることを目的とする。
【００３７】
図７は、この発明の実施の形態５による光周波数制御装置を示す構成図である。図７において、実施の形態５では、信号光路がＮ本に分岐され、位相制御フィードバック系がｎ個にサブアレイ化（グループ化）されている。なお、サブアレイ数ｎは、アレイ数Ｎよりも小さく、位相制御フィードバック系における信号数は、Ｎ／ｎである。
【００３８】
また、実施の形態５の光周波数制御装置の位相制御フィードバック系は、ｎ個の受光レンズからなる受光レンズアレイ５０と、ｎ個のフォトダイオードからなるフォトダイオードアレイ５１と、ｎ個の位相誤差検出部５３と、ｎ個の位相制御部５５とを有している。位相誤差検出部５３及び位相制御部５５は、位相同期部をなしている。
【００３９】
ここで、受光レンズアレイ５０の個々の受光レンズの構成は実施の形態１の受光レンズ８の構成と同様であり、フォトダイオードアレイ５１の個々のフォトダイオードの構成は実施の形態１のフォトダイオード９の構成と同様であり、ｎ個の位相誤差検出部５３の個々の構成は実施の形態１の位相誤差検出部１０の構成と同様であり、ｎ個の位相制御部５５の個々の構成は、実施の形態１の位相制御部１１の構成と同様である。
【００４０】
実施の形態５の光周波数変調器４は、分岐信号光路の信号光に、それぞれｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，ｆ０＋３Δｆ，・・・ｆ０＋Ｎ／ｎΔｆの周波数シフトを与える。光合波分岐素子７によって参照光と合波されたＮ個の信号光は、受光レンズアレイ５０によって集光され、フォトダイオードアレイ５１に入射される。
【００４１】
そして、合波後のＮ／ｎ個の信号光と参照光とは、フォトダイオードアレイ５１によって、サブアレイ単位で同時に検波され、ｎ個の受信信号５２が生成されて、ｎ個の受信信号５２がｎ個の位相誤差検出部５３に入力される。ｎ個の位相誤差検出部５３は、実施の形態１の位相誤差検出部１０と同様に、ｎ個の受信信号５２のそれぞれの位相誤差を検出し、ｎ個の位相誤差信号５４を、それぞれｎ個の位相制御部５５に出力する。
【００４２】
ｎ個の位相制御部５５は、対応するサブアレイの各信号に光周波数変調器４を介してフィードバックすることで、位相制御フィードバックループを閉じる。なお、サブアレイ間の変調周波数は同一でも問題は無いため、サブアレイ内における各信号の変調周波数は、ｆ０，ｆ０＋Δｆ，ｆ０＋２Δｆ，ｆ０＋３Δｆ，・・・ｆ０＋Ｎ／ｎΔｆとされている。他の構成及び信号処理は、実施の形態１〜３と同様である。
【００４３】
上記のような実施の形態５によれば、受光レンズアレイ５０と、フォトダイオードアレイ５１と、ｎ個の位相誤差検出部５３と、ｎ個の位相制御部５５とによって、位相制御フィードバック系がサブアレイ化されている。この構成により、信号数が増加した場合でも、少ない部品数、調整箇所での複数信号位相同期が可能となる。また、信号数が増えた場合でも、サブアレイ間の変調周波数を変化させる必要が無いため、同一の回路構成で複数信号位相同期が可能となる。
【００４４】
実施の形態６．
先の実施の形態４では、参照光をアレイ化することにより、複数の参照光間の位相変動が無視できなくなるという問題点があった。そこで、実施の形態６では、上記のような複数の参照光間の位相変動に関する問題点を解決するため、参照光をアレイ化した場合における複数の参照光間の位相変動を補償する機能を付加することで、複数の参照光間の位相変動を抑えてスケーラブルな拡張が可能な光周波数制御装置を得ることを目的とする。
【００４５】
図８は、この発明の実施の形態６による光周波数制御装置を示すブロック図である。図８において、実施の形態６の光周波数制御装置は、２分岐の光分岐スプリッタ（参照光２分岐手段）６０と、コリメータレンズ６１と、ｎ分岐の光分岐スプリッタ（第３の光分岐手段）６２、ｎ個の光周波数変調器（第２の光周波数変調器）６３と、コリメータレンズ（レンズアレイ）６４と、光合波分岐素子（第２の光合成手段，ビームスプリッタ）６５と、受光レンズ６６と、フォトダイオード（第２の検波手段）６７と、位相誤差検出部（第２の位相誤差検出部）６８と、ｎ個の位相制御部（第２の位相制御部）６９とを有している。位相誤差検出部６８及びｎ個の位相制御部６９は、位相同期部をなしている。
【００４６】
実施の形態６の参照光路２１は、光分岐スプリッタ６０によって、基準参照光路と、アレイ用参照光路とに２分岐されている。光分岐スプリッタ６０からの基準参照光路の基準参照光は、コリメータレンズ６１を通して、光合波分岐素子６５に入射される。光分岐スプリッタ６０からのアレイ用参照光路は、光分岐スプリッタ６２によって、ｎ個の分岐参照光路に分岐される（アレイ化される）。ここで、アレイ用参照光路のアレイ数は、位相制御フィードバック系のサブアレイ数と同数である。
【００４７】
各分岐参照光路の参照光は、光周波数変調器６３によって、それぞれｆ１，ｆ１＋δｆ，ｆ１＋２δｆ，・・・ｆ１＋ｎδｆで周波数シフトされる。なお、δ≠Δである。周波数変調後の各参照光は、コリメータレンズ６４を通して、光合波分岐素子６５へ入射される。これらの参照光は、光合波分岐素子６５によって基準参照光と合波されて受光レンズ６６によって集光され、フォトダイオード６７によって同時に検波され、ビート信号が生成される。
【００４８】
フォトダイオード６７によって生成されたビート信号は、位相誤差検出部６８に送られ、位相誤差検出部６８によって、周波数毎（ｆ１，ｆ１＋δｆ，ｆ１＋２δｆ，・・・ｆ１＋ｎδｆ）に分離され、各信号の位相誤差が検出され、各信号にそれぞれ対応するｎ個の位相誤差検出信号が生成される。また、ｎ個の位相制御部６９は、それぞれ位相誤差検出部６８からのｎ個の位相誤差信号に基づいて、ｎ個の位相制御信号を生成する。そのｎ個の位相制御信号は、ｎ個の光周波数変調器６３に送られて、フィードバックされることで、参照光間の位相制御フィードバックループが閉じられる。
【００４９】
また、光増幅後の信号光は、光合波分岐素子７によって、参照光間の位相制御がなされたｎ個の参照光と合波され、受光レンズアレイ５０及びフォトダイオードアレイ５１によって、信号光間の位相誤差信号を含むビート信号が生成される。他の信号光側の構成及び信号処理は、実施の形態５と同様である。
【００５０】
上記のような実施の形態６によれば、光分岐スプリッタ６０、コリメータレンズ６１、光分岐スプリッタ６２、光周波数変調器６３、コリメータレンズ６４、光合波分岐素子６５、受光レンズ６６、フォトダイオード６７、位相誤差検出部６８及び位相制御部６９によって参照光側の位相制御フィードバック系が構成されている。これにより、参照光をアレイ化することにより生じる参照光間の位相誤差を補償することによって、参照光の位相変動を受けない信号光の位相同期が可能となる。また、スケーラブルな位相同期系の拡張が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１  基準光源、２  光分岐スプリッタ（第１の光分岐手段）、３  光分岐スプリッタアレイ（第２の光分岐手段）、４  光周波数変調器・第１の光周波数変調器、５  光増幅器、６  コリメータレンズ、７  光合波分岐素子（光合成手段）、８  受光レンズ、９  フォトダイオード（検波手段）、１０  位相誤差検出部、１１  位相制御部、１２  周波数分岐スプリッタ（周波数分岐手段）、１３  ミキサ、１４  マスタ信号源（ＲＦ信号生成手段）、１５  分周器、１６  ミキサ（位相誤差信号生成手段）、１７  マスタ信号源（ＲＦ信号生成手段）、１８  ループフィルタ、１９  ＶＣＯ、２０  信号光路、２１  参照光路、２５  位相誤差検出部、３５  位相誤差検出部、４０  光分岐スプリッタアレイ（第３の光分岐手段）、４１  第２の光周波数変調器、４２  ＲＦ信号源、４３  レンズアレイ、４４  位相誤差検出部、４５  位相制御部、５０  受光レンズアレイ、５１  フォトダイオードアレイ、５３  位相誤差検出部、５５  位相制御部、６０  光分岐スプリッタ（参照光２分岐手段）、６１  コリメータレンズ、６２  光分岐スプリッタ（第３の光分岐手段）、６３  光周波数変調器（第２の光周波数変調器）、６４  コリメータレンズ、６５  光合波分岐素子、６６  受光レンズ、６７  フォトダイオード（第２の検波手段）、６８  位相誤差検出部（第２の位相誤差検出部）、６９  位相制御部（第２の位相制御部）。
【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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