(57)【要約】周波数コム発生のための装置（１３）は、２次非線形性の部品（１１５）を備え、部品は、レーザビーム（１０３）またはレーザビームの派生光（１０３Ａ）と相互作用し、それによって周波数コム（１２５）のための周波数を発生するように構成される。装置は、光マニピュレータ（１１１）を有利には備え、光マニピュレータ（１１１）は、いずれも部品（１１５）を備えるが、追加的にビーム（１０３）またはその派生光（１０３Ａ）を部品（１１５）へ繰り返しまたは共振し（１１８）導入する（１１７）ように構成される。部品は、例えば、光学結晶を備え、前記２次非線形性を有するモノリシックもしくは他の固体光共振器または微小共振器である。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光マニピュレータ（１１１）を用いた周波数コム発生のための装置（１０‐１６）であって、
前記装置は、
−レーザビーム（１０３）を前記光マニピュレータ（１１１）中へ導くための入力（１０９）、
−２次非線形性を備える部品（１１４、１１５、１２０）であって、前記光マニピュレータ（１１１）は、前記レーザビーム（１０３）および／またはその派生光（１０３Ａ）を前記部品へ繰り返し導入するように構成され、その結果、前記部品は、前記レーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって前記周波数コムのための周波数を発生するように構成された、前記部品、ならびに
−前記部品によって発生した前記周波数コムの周波数を出力するように構成された出力（１０８）
を備え、
前記部品の位相整合はゼロからずれるように配置された、
装置（１０‐１６）。
【請求項２】
前記部品は、擬似位相整合光非線形結晶材料、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ）、周期分極反転りん酸チタニルカリウム（ＰＰＫＴＰ）、Ｍｇなどの金属イオンがドープされたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＰＰＬＮ）、および／または複屈折により位相整合される非線形結晶、例えば、ベータほう酸バリウム（ＢＢＯ）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記部品は、カスケーディング二次非線形性過程を行うように構成された、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記光マニピュレータは、光共振器（１１５）、光ファイバ共振器（１１８）、あるいは微小共振器（１２０）またはモノリシックもしくは他の固体結晶共振器（１１４）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記光マニピュレータは、前記部品の周りに配置されたミラー（１１６）を備え、その結果、前記部品は、導波路（１１５）としてであり、前記ミラーは、前記入力されたレーザビームおよび／またはその派生光を前記部品へ繰り返し、例えば、前記光マニピュレータ内で前後に反射するように構成された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記レーザビーム波長および／またはその派生光を前記部品内で繰り返し反射するために、前記部品の端部に反射材料（１１６）が設けられた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記部品および周囲媒質の界面における界面材料は、前記レーザビームおよび／またはその派生光の内部全反射を行うように選択される、および／または、前記内部全反射が前記レーザビームおよび／またはその派生光を導波路として機能している前記部品内に繰り返し再導入するように構成されるように、前記レーザビームおよび／またはその派生光の角度は、内部全反射のための臨界角として配置された、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記光マニピュレータは、少なくとも１つの第１のループ（１１８）を備え、前記第１のループ（１１８）は、前記レーザビームおよび／またはその派生光を受光するように構成され、前記受光されたレーザビームおよび／またはその派生光を前記光マニピュレータ（１１１）へ、および前記部品（１１５）へ戻し導入するように追加的に構成された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、少なくとも２つの第１のループ（１１８）を備え、２番目の前記第１のループの長さは、同じかまたは異なるコムモード間隔を提供するために、１番目の前記第１ループの長さと同じかまたは異なる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光マニピュレータは、少なくとも１つのサンプルループ（１１９）または共振器を備え、前記サンプルループ（１１９）または共振器は、前記レーザビームおよび／またはその派生光を受光し、前記受光されたレーザビームおよび／またはその派生光をサンプル媒質と相互作用するように導入して、相互作用したレーザビーム派生光を形成するように構成され、前記相互作用したレーザビーム派生光を前記光マニピュレータへ、および前記部品へ戻し導入するように追加的に構成された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記サンプルループ（１１９）の長さは、少なくとも１つの第１のループ（１１８）の前記長さと異なる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置は、光増幅器（１２４）、光フィルタ（１２４）、または振幅もしくは位相変調器（１２４）、例えば、前記光マニピュレータもしくは少なくとも１つのループ（１１８、１１９）と接続して配置された電気光学変調器を備える、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記光マニピュレータ（１１１）は、光微小光共振器を備え、前記部品材料は、前記レーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって前記周波数コムのための周波数を発生するように配置された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、前記ループ（１１８）の前記長さを変更すること、電気光学変調器を用いること、機械的延伸または熱膨張によって前記共振器長（１１８）を変更すること、あるいは前記部品にわたって電場を印加し、それによって前記部品の屈折率を変更することにより、前記コムモード間隔を変更または制御するように構成された、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記部品は、少なくとも２つの部分（１２３Ａ、１２３Ｂ）を備え、第１の前記部分（１２３Ａ）は、第２の前記部分（１２３Ｂ）と異なる前記２次非線形性またはゼロからずれた位相整合の構造的特性を備え、その結果、前記第１の部分は、前記第２の部分によって発生する前記周波数コムと異なる周波数を有する前記周波数コムを発生するように構成された、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記入力および／または出力（１０８、１０９）は、レーザビームを前記光マニピュレータ中および外へ導くためのアパーチャ、光ファイバ（１１７）、光導波路、プリズム（１２２）および／またはレンズを備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
真の３次非線形性から生じるものと本質的に同様の前記周波数コムの効果を生成するために、前記装置は、前記入力されたレーザビームを最初に第２高調波へ変換し、前記部品中の伝搬後に、前記第２高調波を前記カスケード二次非線形性に起因して前記レーザビーム周波数からずれている新しいビームへ戻し変換するように構成された、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、前記周波数コムを前記中赤外領域において生成するように構成された請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置は、連続波またはパルスポンプレーザ源などの、レーザ源（１２１）を備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記部品は、ドーピング材料などの、少なくとも２つの異なる媒質（１２３Ａ、１２３Ｂ）を備え、前記部品へ入力された前記レーザビームと相互作用して前記入力されたビームの第２の波長を発生するように構成され、前記第２の波長は、前記派生波またはポンプ波として機能して前記周波数コムのための前記周波数を発生するように構成された、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
周波数コム発生のための方法であって、前記方法は、
−レーザビームおよび／またはその派生光を部品（１１４、１１５、１２０）へ繰り返し導入するステップ（１０９）であって、前記部品は、２次非線形性を備え、前記部品は、前記レーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって前記周波数コムのための周波数を発生する、ステップ（１０９）と、
−前記部品によって発生した前記周波数コムの周波数を出力するステップ（１０８）と
を備え、前記部品の位相整合はゼロからずれる、
方法。
【請求項２２】
前記部品は、カスケーディング二次非線形性過程を行う、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数コムを発生させるための方法および装置に関する。特に、本発明は、光マニピュレータへ導入されるレーザビームを用いた光周波数コムの発生に関する。
【背景技術】
【０００２】
光周波数コム（ＯＦＣ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｍｂ）、すなわち、多くの等距離の離散的なラインからなるスペクトルを有するコヒーレントなブロードバンド光は、時間および周波数メトロロジーならびに分子分光法など多くの研究領域において貴重なツールとなった。レーザのモードロッキングが、ＯＦＣを発生させるために用いられる最も一般的な方法である。他の方法は、位相変調型ファブリペローキャビティおよび光微小共振器を含む。かかる微小共振器を用いて、最近、オクターブスパンの周波数コム発生およびモードロッキングが実証された。
【０００３】
モードロックレーザの例は、時間ドメインで、ある一定の繰り返し周波数ｆｒｅｐを有する短い（フェムト秒）レーザパルスを生成する。レーザのスペクトルは、周波数コムであり、先行技術図１でわかるように、ここではモード間隔が厳密にｆｒｅｐである。
【０００４】
図１の左の部分の時間ドメインでは、モードロックレーザに基づくＯＦＣ発生器が一連の短いレーザパルスを約１００ＭＨｚの繰り返し率ｆｒｅｐで生成する。対応するＯＦＣ光の周波数ドメイン表現、すなわち、スペクトルは、フーリエ変換によって得られる。図１の右の部分に例示されるように、スペクトルは、狭いレーザピークまたはモードの、広いコムからなる。ピーク間の間隔は、厳密にｆｒｅｐであり、コムのスペクトル・バンド幅は、１００ＴＨｚまでである。それゆえに、典型的なピーク数は、百万（ＢＷ／ｆｒｅｐ〜１０１４Ｈｚ／１０８Ｈｚ）に達することができる。
【０００５】
微小共振器コムは、コム形成が光カー効果（Ｋｅｒｒ  ｅｆｆｅｃｔ）、すなわち、３次（ｔｈｉｒｄ  ｏｒｄｅｒ）光非線形性に基づくので、カーコム（Ｋｅｒｒ  ｃｏｍｂ）とも呼ばれる（３次非線形性＝三次（ｃｕｂｉｃ）非線形性＝カー非線形性＝χ（３）非線形性）。微小共振器コムの一例は、特許文献１に記載される。
【０００６】
微小共振器におけるカーコム形成の原理は、先行技術図２［非特許文献１］に提示され、ここでは共振器材料の３次（カー）非線形性が周波数コム形成をもたらす。連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）レーザ光が、例えば、光ファイバまたはプリズムを用いて微小共振器中へカップリングされる。このポンプレーザのスペクトルは、単一のピークからなり―言い換えれば、レーザは、一度に１つだけの波長で放射する。微小共振器は、レーザ場がその中で共振するように設計され、それによって共振器中の光パワーの著しい増強をもたらす。共振光の何分の１かが、例えば、ファイバを用いてカップリングアウトされ、ある用途に向けられる。コム形成過程は、縮退４光波混合（ＦＷＭ：ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ  ｍｉｘｉｎｇ）によって開始し、２つのポンプフォトン（１０１ａ、１０１ｂ）が一対の新しいフォトン（１０２ａ、１０２ｂ）へ変換される。エネルギーは、２ｈνｐｕｍｐ＝ｈν１０２ａ＋ｈν１０２ｂのように変換され、ここでｈは、プランク定数であり、νｐｕｍｐは、ポンプレーザ周波数である（ｈνｐｕｍｐ＝ｃ／λｐｕｍｐ、ｃは光速であり、λｐｕｍｐはポンプレーザ波長である）。ｈν１０２ａおよびｈν１０２ｂは、新しい場の周波数である。ポンプ周波数νｐｕｍｐの周りにサイドバンドが対称的に発生する。
【０００７】
４光波混合は、カー非線形性に由来する多くの効果のうちの１つである。コム形成過程は、典型的に、いわゆる縮退ＦＷＭによって開始し、２つのポンプレーザフォトンが一対の新しいフォトンへ変換される。これは、最初のポンプレーザ周波数の周りに対称的なサイドバンド発生をもたらす（先行技術図２における過程（１））。サイドバンドが一旦発生すると、非縮退ＦＷＭによってコム形成プロセスがさらに継続できて、コムの２つのモードの混合が追加のモードを生成する（先行技術図２における過程（２））。
【０００８】
カー非線形性の強さ（従って、ＦＷＭ過程の強さ）は、ＩＬ×ｎ２に比例し、ここでＩＬは、共振器におけるレーザ強度（Ｗ／ｍ２単位）であり、ｎ２は、いわゆる非線形屈折率（カー係数としても知られる、ｍ２／Ｗ単位）である。（「全」屈折率）は、ｎ＝ｎ０＋ＩＬ×ｎ２であり、ここでｎ０は材料の線形屈折率である）。ＩＬ×ｎ２が十分高い場合にのみＯＦＣを発生させることができる。ｎ０と同様に、非線形屈折率は、材料特性であり、変えることができない。ｎ２の値は、大部分の材料について比較的小さく、これが意味するのは、ＯＦＣ発生を得るためにはＩＬが非常に高い必要があるということである。レーザ場を非常に小さいモード体積中に閉じ込める、高品質の微小共振器では十分に高い強度を得ることができる。
【０００９】
非縮退ＦＷＭは、次のように定性的に理解できる。周波数ν１およびν２における２つのレーザビームが材料中を伝搬するにつれて、これらのビームは、カー効果を通じて、差周波数Δν＝｜ν１−ν２｜において振動する非線形屈折率を生成する。この振動する屈折率がレーザ場の位相を変調して、周波数ν１±Δνおよびν２±Δνに新しいサイドバンドをもたらす。
【００１０】
コムのモード間隔は、共振器サイズによって（おおよそ）決定される。微小共振器の隣接した共振モード間の周波数差は、Δν＝ｃ／ｎＬであり、ここでｃは、光速であり、ｎ〜ｎ０は、共振器材料の屈折率である。Ｌは、共振器の周回長である。石英微小共振器については、典型的な光学的周長がｎＬ＝１．５×１ｍｍであり、Δν〜（３×１０８ｍ／ｓ）／１．５ｍｍ〜２００ＧＨｚの微小共振器モード間隔をもたらす。周波数コムのモード間隔は、微小共振器のモード間隔とほぼ同じである。
【００１１】
分散、波長に伴う屈折率ｎ０の変化がコム形成に影響を与える。分散に起因して、微小共振器モードの周波数間隔Δνは、正確にコンスタントではなく、波長とともに変化する。これが等距離ではないＯＦＣを潜在的にもたらす可能性があり、ＦＷＭによって発生したコムモードが共振器モードともはや重ならないため、コムの光学的バンド幅を究極的に制限することになる。しかしながら、カー非線形性に由来する効果である自己位相変調（ＳＰＭ：ｓｅｌｆ−ｐｈａｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）および相互位相変調（ＸＰＭ：ｃｒｏｓｓ−ｐｈａｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が、微小共振器の分散を部分的に補償できる。結果として、等距離のブロードバンドＯＦＣの発生が可能である。カー非線形性（ｎ２）が材料特性であるため、実験に用いられる微小共振器材料に依存する、ある一定の波長においてのみ分散補償（従って、効率的なカーコムの発生）が可能であることに留意されたい。
【００１２】
自己位相変調においては、光波の位相が波それ自体によって変調される。これは、カー効果に由来する、すなわち、材料の屈折率がΔｎ＝ＩＬ×ｎ２だけ変化し、ここでＩＬは、やはり光の場の強度である。材料中の波長がλ０／ｎ＝λ０／（ｎ０＋Δｎ）、λ０が真空波長であるので、屈折率の変化が位相変化をもたらす。
【００１３】
相互位相変調（ＸＰＭ）は、ＳＰＭと基本的に同じであるが、光波Ａの位相が今や光波Ｂの強度によって修正される（逆もまた同様である）。かさねて、これは、非線形屈折率ｎ２によって記述されるカー非線形性に起因して発生する。
【００１４】
しかしながら、既知の先行技術に関連するいくつかの不利な点があり、例えば、カーコム発生は、一般に、微小共振器においてのみ可能であり、その結果、モード間隔がかなり大きく、特に、気体分析では小さいモード間隔が必要とされるため、これが明確な欠点である。加えて、ＯＦＣ発生に要求されるレーザ強度がカーコム発生に用いられる大部分の材料では非常に高い。そのうえ、カーコム発生によるコムモード間隔を適合させることができないかまたは変更できない。加えて、中赤外波長ではモードロックレーザによるＯＦＣ発生のみならず、カーコム発生も非常に難しいか、または不可能でさえある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】欧州特許第１９８８４２５（Ｂ１）号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｋｉｐｐｅｎｂｅｒｇ，Ｔ．Ｊ．，Ｈｏｌｚｗａｒｔｈ，Ｒ．＆Ｄｉｄｄａｍｓ，Ｓ．Ａ．Ｍｉｃｒｏｒｅｓｏｎａｔｏｒ−Ｂａｓｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｍｂｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３３２，５５５−５５９（２０１１）
【発明の概要】
【００１７】
本発明の目的は、既知の先行技術に関連する問題を軽減し、解消することである。特に、本発明の目的は、既知のシステムより著しく小さいレーザ強度による周波数コム発生のための装置および方法を提供することである。加えて、本発明の１つの目的は、非線形性を適合させることができて、コムスペクトルならびにモード間隔を変更または制御できる方法および装置を提供することである。さらに、目的は、先行技術より著しく小さいレーザ強度を用いた光周波数コム発生を提供すること、ならびに中赤外波長を発生させることである。
【００１８】
本発明の目的は、独立請求項の特徴によって達成できる。
【００１９】
本発明は、請求項１による光マニピュレータを用いた周波数コム発生のための装置に関する。加えて、本発明は、請求項２１による光マニピュレータを用いた周波数コム発生のための方法に関する。
【００２０】
本発明のある実施形態によれば、周波数コムは、光マニピュレータおよび２次（ｓｅｃｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）非線形性を備える部品を用いることによって発生する。光マニピュレータは、レーザビームおよび／またはその派生光を部品へ繰り返し（例えば、共振）導入するように有利には構成される。部品は、前記レーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって周波数コムのための周波数を発生するように構成される。部品は、２次非線形性を有する光非線形結晶材料を有利には備える。部品材料は、例えば、擬似位相整合または複屈折位相整合光非線形結晶材料であってもよい。前記レーザビームの派生光は、例えば、前記レーザビームの（第２高調波周波数などの）高調波周波数か、またはすでに発生して部品へ再導入されたコムの周波数におけるビームである。
【００２１】
本発明においては、カスケード二次非線形性（ＣＱＮ：ｃａｓｃａｄｅｄ  ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ）もしくはカスケードχ（２）非線形性またはχ（２）：χ（２）非線形性としても知られる、カスケード２次非線形性と称される過程によって３次非線形性（カー効果）が模倣される。２次非線形効果は、反転対称性を欠いた材料において発生し―大きい２次非線形性を持つ材料がしばしば非線形結晶と呼ばれる。
【００２２】
ある実施形態によれば、部品は、カスケ―ディング二次非線形性過程を適用するように構成され、前記周波数コムは、この過程に基づく。ある実施形態によれば、部品は、前記周波数コム発生をカスケード二次非線形性によって行うために、ゼロからわずかにずれた位相整合（Δｋ≠０）を有してよく、またはそれを適用するように配置される。しかしながら、ある例示的な実施形態によれば、位相整合（Δｋ＝０）における２次非線形性も周波数コム発生を提供するのに十分なことがある。２次非線形効果を有する部品を用いた本発明は、カー非線形性など既知の先行技術に優る多大な利点を提供し、すなわち、先行技術の「真の」カー非線形性が一定の材料パラメータであるのに対して、カスケード二次非線形性から生じる実効的な３次非線形性は、Δｋを調整することによって適合させることができる。
【００２３】
部品は、有利には擬似位相整合光非線形結晶材料、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ）、周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ：ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｔａｎｔａｌｉｔｅ）、周期分極反転りん酸チタニルカリウム（ＰＰＫＴＰ：ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｔｉｔａｎｙｌ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、Ｍｇなどの金属イオンがドープされたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＰＰＬＮ）を備える。代わりにまたは加えて、部品は、カスケ―ディング二次非線形性過程を適用するのに適した複屈折位相整合非線形結晶、例えば、ベータほう酸バリウム（ＢＢＯ：ｂｅｔａ  ｂａｒｉｕｍ  ｂｏｒａｔｅ）も備えてよい。
【００２４】
有利には、装置は、周波数コムを中赤外領域で生成するように構成される。これは、本明細書中の他の箇所（例えば、図５Ａ、５Ｂ）に記載されるように、カスケード二次非線形効果のために中赤外ポンプレーザを用いることによって直接的に、あるいは、コムを例えば近赤外から中赤外へ移すために２次非線形性を有する追加の非線形結晶材料を用いることによって間接的に達成できる。
【００２５】
ある実施形態によれば、光マニピュレータは、光共振器、光ファイバ共振器もしくはループ、あるいは微小共振器またはモノリシックもしくは他の固体結晶共振器を備えてよい。
【００２６】
ある実施形態によれば、部品は、光導波路として機能するように配置される。この実施形態では、光マニピュレータは、部品の周りに配置されたミラーを備えてよく、その結果、ミラーがレーザビームおよび／またはその派生光を部品へ繰り返し反射するように構成される。ある例によれば、前記レーザビーム波長および／またはその派生光を、導波路として機能する前記部品内で繰り返し反射するために、部品の端部に、ミラーなどの反射材料が設けられる。
【００２７】
加えて、ある実施形態によれば、部品および／または周囲媒質の界面における界面材料は、レーザビームおよび／またはその派生光の内部全反射を行い、それによって共振器を発生させるように選択されてよい。さらに加えて、部品の内表面（従って、部品の内部）に対するレーザビームおよび／またはその派生光の入射角は、内部全反射が発生し、結果として、レーザビームおよび／またはその派生光を部品へ繰り返しまたは共振し戻して再導入するように、前記内部全反射に対する臨界角となるように配置されてよい。
【００２８】
繰り返しが意味するのは、レーザビームおよび／またはその派生光が往復後に前記部品（または光マニピュレータ）内でそれ自体、レーザビームおよび／またはその派生光と建設的に干渉し、それによって前記部品の共振器を発生させることである。
【００２９】
ある実施形態によれば、光マニピュレータは、光微小共振器を備えてよく、部品材料がレーザビームおよび／またはレーザビームの派生光と相互作用し、それによって周波数コムのための周波数を発生するように配置される。微小共振器は、本明細書の他の箇所で考察されるように、例えば、２次非線形擬似位相整合または複屈折光学結晶から製造されてもよい。
【００３０】
ある実施形態によれば、光マニピュレータは、光ファイバ共振器ループなどの、少なくとも１つの第１のループを備える。ループは、レーザビームおよび／またはその派生光を受光し、受光されたレーザビームおよび／またはその派生光を光マニピュレータへ、および前記部品へ追加的に戻し導入してよく、それによって共振器を形成する。留意すべきは、ある実施形態によれば、少なくとも２つの第１のループが用いられてよいことである。２番目の第１のループの長さが１番目の第１のループの長さと異なるときには、モード間隔が異なる追加のコムが発生する。
【００３１】
コムのモード間隔は、共振器サイズによって（おおよそ）決定されるため、共振器（例えば、ビームおよび／またはその派生光がその長さを変更できるある一定の経路を進むループもしくはファイバ共振器または他の構造）の長さがコムモード間隔を決定する。従って、ループなどの共振器の長さを選ぶことがコムモード間隔を決定するための容易、安価で効果的な手法を提供し、意図されるコムの用途に従ってその長さを選ぶことができる。加えてこの場合では、ファイバループが共振器を形成するので、ミラーは、必要でさえない。先行技術から既知の微小共振器コムとは対照的に、この発明によるコムモード間隔はほとんど任意の用途のために設計することができる。例えば、先行技術のカーコムを用いるのとは違って、約５０〜５００ＭＨｚの小さいモード間隔も容易に得ることができる、小さいモード間隔は、例えば、気体分析の用途に必要とされる。
【００３２】
ある実施形態によれば、光マニピュレータは、光ファイバ共振器ループなどの、少なくとも１つのサンプルループも備えてよい。サンプルループは、レーザビームおよび／またはその派生光を受光し、受光されたレーザビームおよび／またはその派生光をサンプル媒質と相互作用するように導入してよく、それによって、例えば、吸収スペクトルを備える、相互作用したレーザビーム派生光を形成する。相互作用した後に、サンプルループは、前記相互作用したレーザビーム派生光を光マニピュレータへ、および前記部品へ有利には戻し導入する。サンプル媒質は、例えば、気体または液体媒質であってよい。サンプルループまたは装置は、例えば、サンプル媒質をそれへ導くことができるキャビティを備えてもよく、あるいは、サンプル媒質がサンプルループの部分と光学的に接触するように配置し、それによってレーザビームおよび／またはその派生光がサンプル媒質と相互作用することができるように、ループの被覆材料のその部分を除去することもできる。
【００３３】
留意すべきは、たとえいずれの第１のループも使用されず、従って、第１のループの使用が必須ではなくても、ビームおよび／またはその派生光をサンプル媒質と相互作用するように導入するためにサンプルループを使用できることである。加えて、サンプルループの構造および特性は、第１のループのものと有利には同様であるが、ビームおよび／またはその派生光をサンプル媒質と相互作用するように導入することが可能であるようにサンプルループが専ら修正されることに留意すべきである。
【００３４】
気体または液体媒質の分光法は、装置の内部または外部で行うことができる。分光法は、例えば、２つのわずかに異なるコムを用いることによって実装されてよい。サンプルループまたは２番目の第１のループに依拠してこれらのコムが装置によって同時に生成されてもよい。ある例によれば、サンプルループの長さは、いずれの第１のループの長さとも異なるが、同じであってもよい。
【００３５】
ある実施形態によれば、部品は、少なくとも２つの部分を備えてよく、第１の部分が第２の部分と異なる構造的特性を備える。構造的特性は、特に、２次非線形性もしくは位相整合（または両方の）特性、例えば、どの波長が位相整合されるか、およびどれくらい位相整合がゼロからずれるかに関係する。これによって、第１の部分は、第２の部分により発生する周波数コムと異なる周波数を有する周波数コムを発生するように構成され、その結果、２つの異なる周波数コムを形成することができる。
【００３６】
例として、前記第１の部分の位相整合は、ゼロから第１の量ずれてよく、前記第２の部分の位相整合は、ゼロから第２の量ずれてよく、前記第１および第２の量は、等しくなく互いに異なる。しかしながら、別の実施形態によれば、前記第１の部分の位相整合は、ゼロから第１の量ずれてよく、前記第２の部分の位相整合は、ゼロからずれる必要はないがゼロであってもよい。これらの解決法の利益は、２つ以上の波長領域で周波数コムを同時に生成するために同じ部品を使用できることである。
【００３７】
第１の部分は、典型的に周波数コムを作り出すカスケーディング過程を担い、典型的にこの過程では位相整合がゼロからずれる。しかしながら、第２の部分は、必ずしもカスケーディング過程のためではなく、典型的に、周波数コム（またはそのポンプビーム）を別の波長へ移すために設計され、この場合では、過程が位相整合されるべきであり、その結果、第２の部分の位相整合がこの追加の過程では基本的にゼロでなければならない。このアプローチは、先行技術の周波数コム発生器では到達することが非常に難しい中赤外領域で周波数コムが必要とされるときに特に有利である。第１の部分では簡易で安価な近赤外レーザポンピングによって周波数コムを生成することができ、一方で第２の部分は、周波数コムを目標とする中赤外波長へ移す。
【００３８】
さらに加えて、装置は、装置と接続して配置された追加の光デバイス、例えば、少なくとも１つのループまたは装置の他の部分によって移された、少なくとも１つの波長の強度を増幅するように構成された光増幅器も備えてよい。代わりにまたは加えて、装置は、例として、所望の波長をフィルタするための光フィルタ、または振幅もしくは位相変調器、例えば、所望の波長を変調するための電気光学変調器も備えてよい。
【００３９】
本明細書の他の箇所で考察されるように、コムモード間隔は、共振器の長さ（例えば、ファイバループまたは共振器もしくは共振器の一部として使用される他の構造の寸法など）を変更することによって容易に変更または制御されてよい。代わりに、または加えて、少なくともモード間隔の微細制御のために、電気光学変調器も使用できる。共振器の長さは、例えば、機械的延伸または熱膨張によって変更できる。加えて、部品にわたって電場を印加し、それによって前記部品の屈折率を変更することによりコムモード間隔を変更または制御できる。
【００４０】
例として、約１ＭＨｚの微細チューニングを、例えば、（ファイバループなどの）共振器の長さをわずかに変更することによって達成できるときには、装置が、例えば、１００ＭＨｚのモード間隔を名目上生成するように、ある実施形態に従ってその装置を設計することができる。これらの値または範囲は、例に過ぎず、本発明または本発明の範囲がそれらのみに限定されないことに留意すべきである。
【００４１】
１つ以上のサンプルループ（または共振器の他の部分）がサンプル媒質分析のため、またはサンプル媒質のデータを光学的に収集するために使用されるときに、装置は、レーザ源からのレーザビームを受光して入力するための入力も、さらに発生した周波数コムを出力するための出力も、ならびにレーザビームの他の派生光、例えば、吸収スペクトルも有利には備える。入力および／または出力は、レーザビームを光マニピュレータ中および外へ導くために使用できるアパーチャ、光ファイバ、光導波路、プリズムおよび／またはレンズを備えてよい。
【００４２】
周波数コム発生のための方法および装置の基本原理の１つは、以下の通りである。最初に、入力されたレーザビームが第２高調（ＳＨ：ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ）波へ変換され、部品中の短い伝搬後に、第２高調波（ＳＨ）が新しいビームへ戻し変換され、この新しいビームは、カスケード二次非線形性に起因し、またはゼロから（わずかに）ずれた位相整合に追加的に起因して、有利にはレーザビーム周波数からわずかにずれる。留意すべきは、ＳＨがここでは例に過ぎず、追加的に「２次非線形性」タイプの他のカスケード二次非線形過程、例えば、和周波発生（ＳＦＧ：ｓｕｍ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、従って、先に示された戻し変換によるＳＨＧと類似した手法での戻し変換を伴うＳＦＧなども可能なことである。
【００４３】
正確に言うと、コム形成は、新しい波長成分がこの戻し変換過程によって発生することを必要とする。これらの新しい成分は、入力されたレーザビームと有利には同じ波長領域内ではあるがわずかに異なる波長にある。従って、真の３次非線形性から生じるものと本質的に同様の周波数コムの効果を達成する（模倣する）ことができる。
【００４４】
使用される部品の非線形屈折率
【数１】
2018528491.tif 000003
は、
【数２】
2018528491.tif 000004
と近似できて、ここでｄｅｆｆは、部品材料の２次非線形係数であり、ｎｐｕｍｐおよびｎｓｈｇは、それぞれ、レーザビームおよび第２高調波周波数における線形屈折率であり、Δｋは、ＳＨ過程の前記位相整合を表す波数ベクトル不整合である。
【００４５】
有利な実施形態によれば、非線形屈折率
【数３】
2018528491.tif 000005
は、波数ベクトル不整合の値（Δｋ）を変更することによって変更可能であるように構成される。例として、例えば、擬似位相整合部品（結晶）のポーリング期間Λを変更することによってこれを行うことができる。波数ベクトル不整合（Δｋ）を変更するための別の手法は、部品（結晶）の温度を変更することによる。それゆえに、本発明によれば、非線形屈折率
【数４】
2018528491.tif 000006
は、正または負の値とすることができる（例えば、Δｋ＞０を用いることによって
【数５】
2018528491.tif 000007
の負の値を得ることができる）。これは、ｎ２が常に正で材料に依存する先行技術の「真の」カー非線形性では不可能である。「真の」カー非線形性から生じるＳＰＭが異常分散のみを補償できるのに対して、これは、正だけでなく負のＳＰＭも達成することを可能にし、それによって正常および異常分散の両方の補償を可能にする。
【００４６】
ある実施形態によれば、（結晶もしくは光ファイバなどの）部品が少なくとも２つの異なる媒質からなってもよく、あるいは（結晶もしくは光ファイバなどの）部品またはその少なくとも一部がドープされた材料であってもよい。ドーピングは、レーザ利得を提供する材料によって実装されてよい。その場合では、部品が共振器または光マニピュレータの内部に入力されたレーザビームと相互作用して、入力されたビームの第２の波長を発生してよい。第２の波長が派生光として機能して、カスケード非線形過程へのポンプとしての役割を果たし、それによって周波数コムのための実際の周波数を発生してよい。
【００４７】
留意すべきは、装置が、連続波またはパルスポンプレーザ源などの、レーザ源を備えてもよいことである。代わりまたは加えて、外部レーザ源も使用されてよく、その結果、図示されるようにレーザビームを部品へ導入できるように、光マニピュレータが、例えば、入力を介してレーザ源出力と光学的にカップリングされる。加えて、例えば、ポンプレーザなどの、使用されるレーザの周波数またはパワーを調整することによって、例えば、部分１により発生またはシフトしたコムのオフセット周波数を調整できることに留意すべきである。
【００４８】
さらにまた、少なくとも１つの第１のループおよび／または少なくとも１つのサンプルループが使用される本明細書に記載される本発明の実施形態は、気体または液体サンプルなどの、サンプル媒質を測定し、分析するときに、利用されうる。そこでは、本明細書の他の箇所に示されるように、少なくとも１つの第１のループを用いることによって第１の周波数コムが有利には発生する。しかしながら、別の実施形態によれば、第１の周波数コムが単に部品を使用することによって発生してもよく、その結果、第１のループまたは他の共振器がなくてもサンプルループを使用できる。加えて、レーザビームおよび／またはその派生光を受光し、受光されたレーザビームおよび／またはその派生光をサンプル媒質と相互作用するように導入して、前記サンプルとの相互作用に起因する吸収スペクトルを備える相互作用したレーザビーム派生光を形成するために、少なくとも１つの第２のループが使用される。加えて、その周波数が第１の周波数コムからΔｆずれた第２の周波数コムを形成するために、相互作用したレーザビーム派生光が光マニピュレータへ、および再び部品へ戻し導入される。
【００４９】
ある実施形態によれば、装置は、検出器も備えてよく、その結果、第１および第２のコムが検出器へ導入される。検出器上では、これらのコムが、検出器上の前記第１および第２の周波数コムのビート信号に基づく、第３の周波数コムを形成する。ビート信号は、前記第１および第２の周波数コムの（小さい）周波数差Δｆに基づく。ある実施形態によれば、第３の周波数コムのコムモード間隔がΔｆである。有利には、第３の周波数コムが前記第２の周波数コムから受け継がれた吸収スペクトル情報も備える。最も有利には、前記第３の周波数コムの周波数範囲またはコムモード間隔Δｆが１Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲にあり、その場合では、第３の周波数コムは、典型的に、１ｋＨｚ〜１ＧＨｚ（音声または無線周波数）に中心が置かれ、これらの周波数を正確に測定し、分析することは、光周波数よりはるかに容易である。
【００５０】
本発明は、既知の先行技術に優る明確な利点を提供し、次にこれらの利点が考察される。先行技術の「真の」カー非線形性が不変の材料パラメータであり、変更できないのに対して、この本発明では、Δｋを調整することによって、考察される実施形態のカスケード二次非線形性から生じる実効的な３次非線形性を適合させることができることが非常に便利である。結果として、カスケード二次非線形性（ＣＱＮ）に起因する実効的な３次非線形性（すなわち、ｎ２の値）がこの発明によれば大部分の材料の先行技術の「真の」カー非線形性より数桁高くなりうる。それゆえに、光周波数コム（ＯＦＣ）発生に要求されるレーザ強度がこの発明では先行技術のカーコム発生の場合より著しくより小さい。実際には、これは、ＯＦＣの実装および応用におけるさらなる多用途性を意味する。
【００５１】
先行技術のカーコム発生が微小共振器においてのみ可能であるのに対して、本発明による周波数コムは、より大きい共振器で発生させることができ、それによってより小さいモード間隔を許容する。加えて、共振器がそれほど高品質である必要さえなく、このことが実装をより簡易にして、小さいモード間隔を得ることを可能にする。小さいモード間隔は、例えば、気体分析に必要とされる。
【００５２】
実効的な４光波混合（ＦＷＭ）の強さに加えて、実効的な先行技術のカー非線形性に関連する他の効果も、例えば、Δｋを調整することによって、適合させることができる。とりわけ、部品、または結晶材料の透明範囲内の実質的に任意の波長において共振器分散のバランスをとるように、自己位相変調（ＳＰＭ）および相互位相変調（ＸＰＭ）を本発明に従って適合させることができる。先行技術の「真」のカー非線形性の場合では、ＳＰＭおよびＸＰＭが不変の材料パラメータであり、材料分散に依存するある一定の波長においてのみコム形成を可能にし、このことが明確な不利点である。これが先行技術のカーコム発生が中赤外波長では難しい理由の１つである。
【００５３】
加えて、例えば、変調器のない簡易な連続波（ＣＷ）レーザを用いて本発明による周波数コム発生を実装することができ、その結果、例えば、モードロックレーザと比べて装置が簡易で安価である。非線形結晶材料の透明範囲内の任意の波長において動作することも可能である。とりわけ、本発明による周波数コムは、中赤外領域でも作動し、特に、例えば、気体分析用途にとって重要であり、モードロックレーザではアクセスできない波長＞３μｍにおいて作動する。例えば、先行技術のカーコムを用いた中赤外動作は、例えば、材料分散に起因して困難である。
【００５４】
そのうえ、周波数コムを他の２次非線形過程と容易に組み合わせることができ、それによって先行技術の微小共振器カーコム・システムでは可能でない、例えば、中赤外領域に容易に入手できる低コスト近赤外ポンプレーザでアクセスすることが可能になる。さらに、高い実効的な３次非線形性に起因して、先行技術のカーコムより小さいレーザ強度を用いることができる。同じ理由で、共振器が高品質である必要はない。カスケード二次非線形性過程を適合させる可能性とともに、これらの特徴が様々な応用のための多用途で低コストのコム発生を可能にする。さらに、光導波路または微小共振器に基づく新しい実施形態がコム発生器を小型かつ強固にして、提示された「自由空間」の解決法よりずっと高いレーザ強度（従って、ＣＱＮ強度）をもたらす。その理由は、自由空間の解決法ではビームが結晶中を伝搬するにつれて発散するのに対して、この過程に関与するレーザビームが導波路／微小共振器によって小さいモード体積内に閉じ込められるためである。
【００５５】
本明細書では本発明が前述の実施形態を参照して説明され、本発明のいくつかの利点が実証される。本発明は、これらの実施形態に限定されないだけでなく、本発明の思考および添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内のすべての可能な実施形態も備えることが明らかである。本発明に特有と考えられる新規な特徴は、とりわけ添付の特許請求の範囲に呈示される。しかしながら、本発明自体は、その構成およびその動作の方法の両方について、それらの追加的な目的および利点とともに、添付図面と関連付けて読まれたときに具体的な実施形態の以下の記載から最も良く理解されるであろう。
【００５６】
この特許出願に提示される本発明の例示的な実施形態が添付の特許請求の範囲の適用性への限界を提起すると解釈すべきではない。動詞「備える」は、この特許出願では列挙されない特徴も存在を排除しない開放的限定として用いられる。従属請求項に列挙される特長は、別に明示的に述べない限り、互いに自由に組み合わせることができる。
【００５７】
次に、例示的な実施形態を参照し、添付図面に従って本発明がより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】時間および周波数ドメインにおいて、モードロックレーザに基づく先行技術の光周波数コム発生を示す。
【図２】先行技術の微小共振器カーコム発生の原理を示す。
【図３】位相整合および不整合の原理を示す。
【図４】カスケード二次過程に由来する自己位相変調の原理を示す。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の有利な実施形態によるカスケード二次非線形性過程による光周波数コム発生の原理を示す。
【図６】図６Ａ‐Ｄは、本発明の単一共振ＯＰＯの有利な実施形態におけるカスケード二次非線形性（ＣＱＮ）コム発生の例を示す。
【図７】図７Ａ‐Ｂは、本発明の有利な実施形態によるカスケード二次非線形性に基づく光周波数コム発生の実装の原理を示す。
【図８】本発明の有利な実施形態による光導波路に基づく固体部品を用いたコム発生の例を示す。
【図９】本発明の有利な実施形態による光導波路に基づく固体部品を用いたコム発生の例を示す。
【図１０】本発明の有利な実施形態によるコム発生の別の例を示す。
【図１１】本発明の有利な実施形態によるコム発生のさらに別の例を示す。
【図１２】本発明の有利な実施形態によるコム発生のさらに別の例を示す。
【図１３】本発明の有利な実施形態によるコム発生のさらに別の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１‐２は、先行技術を示し、本明細書において先に考察された。
【００６０】
図３は、擬似位相整合なし（左パネル）および擬似位相不整合あり（右パネル）の第２高調波発生の原理を示す。第２高調波発生（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、または周波数２倍化は、２次非線形過程の定型的な例である。ＳＨＧでは、レーザビーム（ポンプレーザビーム、基本ビームとしても知られ、その周波数がνｐｕｍｐ＝ｃ／λｐｕｍｐであり、ここでλｐｕｍｐはレーザ波長である）１０３が非線形結晶を通過する。この過程において、２つのポンプフォトンがポンプフォトンの２倍のエネルギーを有するフォトンへ変換される。次の条件が満たされるならば、ポンプレーザビームを第２高調波周波数（νＳＨＧ＝２νｐ）へ効率的に変換できる。
【００６１】
エネルギー変換：
ｈνＳＨＧ＝ｈνｐｕｍｐ＋ｈνｐｕｍｐ        （１）
位相整合（運動量保存）
Δｋ＝ｋＳＨＧ−２ｋｐｕｍｐ＝０        （２）
ここでｋｘ＝２πｎｘ／λｘは、波数ベクトルであり、ｘが下付き文字ｐｕｍｐ，ＳＨＧを示す。これらの条件のうちの１番目は、定義によって満たされる。他方、位相整合条件は、材料分散のゆえにｎｐｕｍｐ≠ｎＳＨＧであるため、一般に満たされない。このことの物理的な解釈は、結晶中の２つの波の位相速度（ｃ／ｎｘ）が異なるので、結晶中の異なる位置で発生したＳＨＧ波が破壊的に干渉し、結果としてＳＨＧでは有意な出力が何も発生しないということである（図３の左パネルを参照）。左パネルは、位相不整合状況（Δｋ≠０）のＳＨＧを示し、ここでは周波数νＳＨＧに有意な出力パワーが何もない。右パネルは、位相整合（Δｋ＝０）のＳＨＧ過程を示し、ここではポンプレーザビームが結晶中を伝搬するにつれて、ポンプパワーを代償として周波数νＳＨＧにおけるパワーが単調に大きくなる。
【００６２】
位相整合を達成する最も一般的な技法のうちの１つは、擬似位相整合（ＱＰＭ：ｑｕａｓｉ  ｐｈａｓｅ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）であり、この技法では、放射されたＳＨＧ波の位相が各Ｌｃ後に反転される（１８０度シフトされる）ように結晶方位が周期的に反転される。ここで、Ｌｃ＝π／（ｋＳＨＧ−２ｋｐｕｍｐ）は、いわゆるコヒーレント長、すなわち、それ以降ではＳＨＧ場が前に放射された場（図３における曲線１０４を参照）と比較して通常は位相ずれとなるであろう結晶（従って、部品）中の伝搬長である。実際には、結晶極性を永久に反転させる電場を用いた結晶材料の周期的ポーリングによってＱＰＭを達成できる。Λによって示される、ポーリング周期（ＱＰＭ周期）は、結晶材料、波長、および相互作用のタイプに依存して、典型的に、５〜５０μｍである。ＱＰＭの場合では、ＳＨＧのための位相整合条件は、
Δｋ＝ｋＳＨＧ−２ｋｐｕｍｐ−２π／Λ＝０      （３）
となる。結晶がΛ＝Ｌｃのポーリング周期でパターン化されていれば、Δｋ＝０であり、効率的なＳＨＧのための（擬似）位相整合が達成される。この場合では、ポンプレーザビームが結晶中を伝搬するにつれてＳＨＧパワーが単調に大きくなる（図３における曲線１０５を参照）。しかしながら、他のΛ値のために結晶を設計することもでき、このことが位相不整合の値、Δｋを適合させることを可能にすることに留意されたい。
【００６３】
カスケード二次非線形性は、特に、Δｋがゼロからわずかに離調された場合に得られる。この場合では、ポンプ場が最初に第２高調（ＳＨ）波へ変換されるが、結晶中の短い伝搬後に、位相不整合に起因してＳＨ波がポンプ周波数へ戻し変換される（図３を参照）。ここで用語カスケードは、この過程が２つの２次非線形過程、すなわち、ＳＨＧおよび戻し変換のカスケードであるということを指す。戻し変換過程は、（周波数が半分になるので）下方変換、または光パラメトリック変換とも呼ばれる。この種類のカスケード過程が３次（先行技術のカー非線形性）に由来する物理現象を基本的に模倣する物理現象を生じさせる。この過程は、
【数６】
2018528491.tif 000008
と定義される、実効的な非線形屈折率の観点から記述することができ、ここでｄｅｆｆは、結晶材料の２次非線形係数であり、ｎｐｕｍｐおよびｎｓｈｇは、それぞれ、ポンプおよび第２高調波周波数における線形屈折率である。
【００６４】
カスケード二次非線形性は、先行技術の「真の」３次非線形性から生じるものと同様の効果を生成できる。例として、図４に示されるようにカスケード二次非線形性から生じる自己位相変調を理解することができ、同図は、カスケード二次過程に由来する自己位相変調の原理を示し、ここでは自己位相変調の後に戻し変換が続く。ライン１０６は、基本（ポンプ）場を記述し、１０７ラインは、ＳＨ周波数における場を示す。位相不整合（Δｋ≠０）のゆえに、発生したＳＨ波は、コヒーレント長のおよそ半分の伝搬後に基本周波数へ戻し変換される。ポンプ波および第２高調波が結晶（従って、部品）中を異なる速度で伝搬するため、戻し変換された波は、元のポンプ場と比較して位相差ΔΦを獲得する。結果として、νｐｕｍｐにおける全場（元および再生）も位相がシフトする。これが先行技術の「真の」自己位相変調に対応する。
【００６５】
図５Ａ、５Ｂは、本発明の有利な実施形態によるカスケード二次非線形性過程による光周波数コム発生の原理を示し、ここでわかるのは、カスケード二次非線形性が、ＦＷＭおよびＳＰＭなどの、３次非線形性を「模倣する」能力のゆえにカーコム発生と同様の効果を有する光周波数コム発生が可能でありうるということである。この過程は、周波数νｐｕｍｐにおけるレーザを用いてポンプされる。位相不整合の第２高調波発生（ＳＨＧ）が周波数νｓｈｇで光を生成する。この光の戻し変換がνｐｕｍｐの周りにコムを発生させる。
【００６６】
言及に値するのは、カスケード二次非線形性の場合におけるコムサイドモードの成長を、カー型４光波混合とのアナロジーなしに、純粋な２次過程によっても説明できることである。（Δｋ≠０であるがゼロに近い）小さい位相不整合の場合でも、常に結晶（従って、結晶部品）中で生成されたいくらかの第２高調波（ＳＨ）パワーがある。それゆえに、Δｋ＝０、またはΔｋ≠０であるがゼロに近いΔｋに対して、このＳＨパワーがいわゆる光パラメトリック発振（ＯＰＯ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）のためのポンプとしての機能を果たすことができる。これは、基本的にＳＨＧとは逆であるが、光共振器によって強められた２次非線形過程である。このＯＰＯ／戻し変換過程が生じるためには、周波数νｐｕｍｐにおける元のポンプが共振する必要がある。ＯＰＯ過程の光学的バンド幅は、比較的広く、νｐｕｍｐに近いが厳密にはそれ以外の周波数への戻し変換を許容する。このように、このカスケード過程、ＳＨＧおよびその後に続く戻し変換は、エネルギーをポンプ周波数から近くの共振器モードへ移して、共振器モード間隔に（ほぼ）等しいモード間隔を有する周波数コムを作り出す。さらに、ＯＰＯ／戻し変換過程は、位相整合条件に従う必要があるが、ＳＨＧの場合におけるのと同様に、Δｋが厳密にゼロである必要はない。これらの両過程は、しかしながら、Δｋがゼロから離れて離調されるにつれて弱くなる。然るに、一般に、小さい位相不整合（Δｋ≠０）を位相整合（Δｋ＝０）の代わりに用いることが大いに有利である。目標とする用途に対して周波数コムスペクトルを適合させ、最適化するために、位相不整合の調整を用いることができる。最も広く、最も滑らかなスペクトルを、典型的に、位相不整合過程によって達成できる。これは、適正な位相不整合を加えることによって、周波数コム発生をしばしば制限する材料分散を補償できるという事実に関係する。図６は、図７ｂに提示される追加の２次非線形結晶部品１１４を有する装置を用いた、カスケード二次非線形性による光周波数コム発生の基本原理を示す。図５Ｂの上部のパネルは、追加の非線形結晶部品１１４において生じるＯＰＯ過程を示す。「信号」ビームもしくは「アイドラ」ビームのいずれか（または両方）がミラーによって形成された光マニピュレータ（共振器）中で共振する。第１の結晶部品１１０におけるカスケード二次非線形性過程が適宜に設計されていれば、共振波長の周り（この例ではνｓの周り）にＯＦＣが生成される。図５Ｂの下側パネルに示されるこの過程は、図５Ａに示されるものと同一である。他の非線形混合過程に起因して、アイドラなどの、関与する他の波長へもコム構造がコピーされる。
【００６７】
加えて、本来的な非線形混合過程のゆえに周波数コム構造がすべての派生光の周りに受け継がれることに留意すべきである。例えば、元のポンプレーザ周波数（νｐｕｍｐ）の周りに位置するコムモードからのＳＨＧおよび和周波発生（ＳＦＧ）によって第２高調波（ＳＨ）周波数の周りのコムが生成される。さらに、図６の場合では、図６Ａ〜６Ｄにおいてわかるように、アイドラおよび信号波間のＳＦＧが周波数νｐの周りのコムをコピーする。
【００６８】
図６Ａ‐６Ｄは、単一共振ＯＰＯにおける追加的なカスケード二次非線形性（ＣＱＮ）コム発生を示す。図６Ａでは、ポンプフォトンから信号およびアイドラフォトンが発生する（１／λｐ＝１／λｓ＋１／λｉ、ここでλｐ、λｓ、λｉは、それぞれ、ポンプ、信号、およびアイドラビームの波長である）。信号波は、ＯＰＯキャビティ中で共振する。図Ｂ）およびＣ）では、カスケード二次非線形性がコム形成（ＳＦＧ＝和周波発生）をもたらす。図Ｄ）では、差周波発生（ＤＦＧ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）によってコム構造がアイドラ波へ移される。信号およびアイドラコムの戻し変換も枯渇したポンプ波中に弱いコム構造を作り出す。
【００６９】
図７Ａ‐７Ｂは、本発明の有利な実施形態によるカスケード二次非線形性に基づく光周波数コム発生の実装の原理を示す。図７Ａ‐７Ｂに示される、カスケード二次非線形性に基づく周波数コム発生装置１０、１１の部品は、周波数νｐｕｍｐにおけるカスケード二次非線形性過程のためにエネルギーを供給するレーザビーム用入力１０９、カスケード二次非線形性過程を生成する２次非線形結晶部品１１０、および共振器として機能し、ミラー１１２または他の反射デバイスによって形成される（光キャビティとしても知られる）光マニピュレータ１１１である。加えて、装置は、発生した周波数コムを出力するための出力１０８も備える。ポンプ波は、共振器中で共振し、コムモード間隔は、共振器モード間隔によっておおよそ決定される。さらに、共振器は、効率的な戻し変換過程（ＯＰＯ）が生じるように使用される（図５Ａ）。
【００７０】
図７Ａは、カスケード二次非線形性に基づく光周波数コムの例示的な実装（装置１０）を示す。カスケード二次非線形性結晶部品１１０は、４つのミラー１１２を備える光マニピュレータ１１１（共振器として機能する）の内部に置かれる。共振器を設けるために任意の数のミラー≧２が可能である。図７Ｂは、別の例示的な実装（装置１１）を示し、ここではカスケード二次非線形性ポンプレーザビーム１１３がマニピュレータ１１１の内部で別の非線形過程、すなわち、光パラメトリック発振（ＯＰＯ）を用いて生成される。
【００７１】
図７Ｂに示される装置１１は、図７Ａに示される装置１０と別の面では同様であるが、光マニピュレータ１１１内に追加の２次非線形結晶部品１１４が置かれる。この部品１１４は、図５Ａに示される戻し変換過程と機能的に同様の光パラメトリック発振（ＯＰＯ）のために使用される。しかしながら、これらの２つが混同されるべきでなく、すなわち、いくらかの違いもある。ある実施形態によれば、追加のＯＰＯは、周波数νｐにおけるポンプレーザビームが２つの新しいビーム、すなわち、いわゆる信号（νｓ、カスケード二次非線形性過程のνｐｕｍｐに今や等しい）およびアイドラ（νｉ）を生成するように位相整合される、図５Ｂを参照。いつもの通り、この過程ではエネルギーが保存される：νｐ＝νｓ＋νｉ。この追加の過程の目的は、２つの部分からなり、すなわち、
（１）カスケード二次非線形過程のためのポンプビーム（νｐｕｍｐ）は、今や光マニピュレータ（共振器）の内部において追加の結晶部品１１４中で生成される。このことは、図７の右パネルにおけるように、高パワー外部ポンプビームの共振器へのカップリングが必ずしもそれほど些細なことではないので、実験的実装を簡略化する。
【００７２】
（２）追加のＯＰＯは、波長変換器として作動する。近赤外では良好で安価なポンプレーザを容易に入手できるが、多くの用途にとって重要な波長範囲である中赤外ではそうでない。ＯＰＯがポンプレーザの光を信号およびアイドラ周波数へ変換し、それらのうちの後者は、典型的には中赤外領域にある。加えて、カスケード二次非線形性によって信号周波数（νｓ）の周りに発生した光周波数コム構造は、νｉの周りの、中赤外領域へ本来的に移される。これが追加の結晶部品１１４における別の２次過程、差周波発生（ＤＦＧ）に起因して発生する。ＤＦＧ過程は、ＯＰＯ過程νｐ＝νｓ＋νｉと同じ位相整合条件に従い、νｓにおけるコムがνｐと混合して、νｉにおけるコムを生成する。
【００７３】
図７Ａ‐７Ｂに示される実装の共通の特徴は、これらが自由空間の光マニピュレータ１１１（共振器）に基づくことであり、共振器は、個別のミラー１１２を備え、レーザビーム（単数または複数）がミラー間の自由空間中を伝搬する。図７Ａ、７Ｂおよび８〜９の装置は、レーザ源１２１も備えてよいが、補助レーザ源も使用されてよい。図８〜９は、本発明の有利な実施形態による光導波路１１５に基づくモノリシックまたは他の固体部品を用いたコム発生の別の例（装置１２、１３）を示し、共振器は、２次非線形材料の周りに形成され、自由空間伝搬を伴わない。図８〜９の装置１２、１３に使用されるモノリシックまたは他の固体構造は、使用および組み立てを簡単で容易にするだけでなく、機構をより小型、強固にする。さらに、モノリシックまたは他の固体部品の多くの実施形態は、より高いレーザ強度ＩＬを共振器（光マニピュレータ）の内部にもたらし、それによってカスケード二次非線形性効果を強化して、結果として低パワー・レーザによるコム発生を可能にし、延いてはコスト効率および低パワー消費を許容する。
【００７４】
導波路１１５は、光非線形結晶部品材料の内部に有利には製作され、この材料は、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。図８における装置１２では、共振器は、反射材料１１６がコム波長で光を反射するように、結晶部品端部または光ファイバ１１７の端部を反射材料１１６でコーティングすることによって形成される。別の可能性は、導波路端部と接触してミラーを置くことである。光は、典型的に、自由空間において、あるいは光ファイバ１１７を用いてカップリングインおよびアウトされるが、本明細書で他のところに記載されるように、他のガイドデバイスも使用できる。図９における装置１３では、導波路１１５（結晶部品）が光ファイバ共振器の一部である。この実施形態では、ファイバループ１１８が共振器を形成し、従って、ビーム派生光１０３Ａを部品１１５へ繰り返しまたは共振して導入するため、ミラーは必要とされない。共振器（ループ１１８）の長さがコムモード間隔を決定し、本明細書で他のところに記載されるように、コムの意図される用途に従ってその長さを選ぶことができる。
【００７５】
図１０は、本発明の有利な実施形態によるコム発生の別の例（装置１４）を示し、ここでは、サンプル（補助的）光ループ１１９などの、追加の部品１１９、１２４を装置へ組み込むことができる。本明細書の他のところに記載されるように、例えば、サンプル光ループ１１９をサンプル媒質分析に用いることができる。加えて、または代わりに、追加の部品１１９、１２４が光増幅器、気体セル、またはフィルタなども備えてよい。さらに、共振器は、異なる長さを有しうるいくつかの平行な分岐を持つことができる。結果として、異なるモード間隔を有するいくつかのコムを単一の装置で発生させることができ、それによって先行技術の解決法に優る明確な利点を提供する。
【００７６】
図１１は、本発明の有利な実施形態によるコム発生のさらに別の例（装置１７）を示し、ここでは、元の反射器１１２および１１２Ｂの間に追加の半透明な反射器１１２Ａを加えることにより図７Ａ（または図７Ｂ）におけるのと本質的に同様の構造が修正され、それによって異なる長さを有する２つの平行な共振器を提供する。ある実施形態によれば、この例がサンプル分析に用いられる場合には、測定されることになるサンプルが、例えば、１１２Ｃの区域に挿入されてもよい（随意的な特徴）。
【００７７】
図１２‐１３は、モノリシックまたは他の個体構造を用いることによる本発明の有利な実施形態によるコム発生のさらに別の例（装置１５、１６）を示す。図１２では、コムは、非線形擬似位相整合光学結晶から製作された微小共振器１２０において発生する。この装置および方法は、周波数コムを元のポンプレーザ波長と異なる波長領域へ移すためにも用いることができる。例えば、図１３に示されるように、低コストの近赤外ポンプレーザを用いて中赤外コムを発生させることができ、ここで過程は、図６に記載されたものと同じであり、例えば、図８および９の実施形態でもこれを実装することができる。ＯＰＯ波長変換を担う擬似位相整合（ＱＰＭ）構造をカスケード二次非線形性過程を担うＱＰＭ構造と同じデバイス中に組み込むことができ、このことが従来の先行技術のカーコムでは不可能である。この組み込みは、微小共振器部品１２０において部品材料を適切なドーピング媒質でドーピングすること１２３または２次非線形媒体中で２つの異なって構成されたセクション（１２３Ａ、１２３Ｂ）を用いることにより、本発明を用いて達成することができる。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月14日(2018.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光マニピュレータ（１１１）を用いた周波数コム発生のための装置（１０‐１６）であって、
前記装置は、
−連続波ポンプレーザビーム（１０３）を前記光マニピュレータ（１１１）中へ導くための入力（１０９）、
−２次非線形性を備える部品（１１４、１１５、１２０）であって、前記光マニピュレータ（１１１）は、前記連続波ポンプレーザビーム（１０３）および／またはその派生光（１０３Ａ）を前記部品へ共振して導入するように構成され、その結果、前記部品は、前記レーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって前記周波数コムのための周波数を発生するように構成された、前記部品、ならびに
−前記部品によって発生した前記周波数コムの周波数を出力するように構成された出力（１０８）
を備え、
前記部品は、少なくとも１つの第１および第２の部分（１２３Ａ、１２３Ｂ）を備え、
前記第１の部分（１２３Ａ）の位相整合はゼロからずれ、その結果、前記第２の部分は、前記第１の部分によって生成される前記周波数コムとは異なる周波数を有する前記周波数コムを生成するように構成される、
装置（１０‐１６）。
【請求項２】
前記部品は、擬似位相整合光非線形結晶材料、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ）、周期分極反転りん酸チタニルカリウム（ＰＰＫＴＰ）、Ｍｇなどの金属イオンがドープされたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＰＰＬＮ）、および／または複屈折により位相整合される非線形結晶、例えば、ベータほう酸バリウム（ＢＢＯ）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記部品は、カスケーディング二次非線形性過程を行うように構成された、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記部品の位相整合はゼロからずれるように配置された、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記光マニピュレータは、光共振器（１１５）、光ファイバ共振器（１１８）、あるいは微小共振器（１２０）またはモノリシックもしくは他の固体結晶共振器（１１４）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光マニピュレータは、前記部品の周りに配置されたミラー（１１６）を備え、その結果、前記部品は、導波路（１１５）として機能し、前記ミラーは、前記入力されたレーザビームおよび／またはその派生光を前記部品へ繰り返し、例えば、前記光マニピュレータ内で前後に反射するように構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記レーザビーム波長および／またはその派生光を前記部品内で繰り返し反射するために、前記部品の端部に反射材料（１１６）が設けられた、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記部品および周囲媒質の界面における界面材料は、前記レーザビームおよび／またはその派生光の内部全反射を行うように選択される、および／または、前記内部全反射が前記レーザビームおよび／またはその派生光を導波路として機能している前記部品内に繰り返し再導入するように構成されるように、前記レーザビームおよび／またはその派生光の角度は、内部全反射のための臨界角として配置された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記光マニピュレータは、少なくとも１つの第１のループ（１１８）を備え、前記第１のループ（１１８）は、前記レーザビームおよび／またはその派生光を受光するように構成され、前記受光されたレーザビームおよび／またはその派生光を前記光マニピュレータ（１１１）へ、および前記部品（１１５）へ戻し導入するように追加的に構成された、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、少なくとも２つの第１のループ（１１８）を備え、２番目の前記第１のループの長さは、同じかまたは異なるコムモード間隔を提供するために、１番目の前記第１ループの長さと同じかまたは異なる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記光マニピュレータは、少なくとも１つのサンプルループ（１１９）または共振器を備え、前記サンプルループ（１１９）または共振器は、前記レーザビームおよび／またはその派生光を受光し、前記受光されたレーザビームおよび／またはその派生光をサンプル媒質と相互作用するように導入して、相互作用したレーザビーム派生光を形成するように構成され、前記相互作用したレーザビーム派生光を前記光マニピュレータへ、および前記部品へ戻し導入するように追加的に構成された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記サンプルループ（１１９）の長さは、少なくとも１つの第１のループ（１１８）の前記長さと異なる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、光増幅器（１２４）、光フィルタ（１２４）、または振幅もしくは位相変調器（１２４）、例えば、前記光マニピュレータもしくは少なくとも１つのループ（１１８、１１９）と接続して配置された電気光学変調器を備える、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記光マニピュレータ（１１１）は、光微小光共振器を備え、前記部品材料は、前記レーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって前記周波数コムのための周波数を発生するように配置された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置は、前記ループ（１１８）の前記長さを変更すること、電気光学変調器を用いること、機械的延伸または熱膨張によって前記共振器長（１１８）を変更すること、あるいは前記部品にわたって電場を印加し、それによって前記部品の屈折率を変更することにより、前記コムモード間隔を変更または制御するように構成された、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記部品は、少なくとも２つの部分（１２３Ａ、１２３Ｂ）を備え、第１の前記部分（１２３Ａ）は、前記２次非線形性の構造的特性を備え、その結果、前記第２の部分は、前記第１の部分によって発生する前記周波数コムと異なる周波数を有する前記周波数コムを発生するように構成された、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記入力および／または出力（１０８、１０９）は、レーザビームを前記光マニピュレータ中および外へ導くためのアパーチャ、光ファイバ（１１７）、光導波路、プリズム（１２２）および／またはレンズを備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
真の３次非線形性から生じるものと本質的に同様の前記周波数コムの効果を生成するために、前記装置は、前記入力されたレーザビームを最初に第２高調波へ変換し、前記部品中の伝搬後に、前記第２高調波を前記カスケード二次非線形性に起因して前記レーザビーム周波数からずれている新しいビームへ戻し変換するように構成された、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置は、前記周波数コムを前記中赤外領域において生成するように構成された請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、連続波またはパルスポンプレーザ源などの、レーザ源（１２１）を備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記部品は、ドーピング材料などの、少なくとも２つの異なる媒質（１２３Ａ、１２３Ｂ）を備え、前記部品へ入力された前記レーザビームと相互作用して前記入力されたビームの第２の波長を発生するように構成され、前記第２の波長は、前記派生波またはポンプ波として機能して前記周波数コムのための前記周波数を発生するように構成された、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
周波数コム発生のための方法であって、前記方法は、
−連続波ポンプレーザビームおよび／またはその派生光を部品（１１４、１１５、１２０）へ共振して導入するステップ（１０９）であって、前記部品は、２次非線形性を備え、前記部品は、前記連続波ポンプレーザビームおよび／または前記レーザビームの派生光と相互作用し、それによって前記周波数コムのための周波数を発生する、ステップ（１０９）と、
−前記部品によって発生した前記周波数コムの周波数を出力するステップ（１０８）と
を備え、
前記部品は、少なくとも１つの第１および第２の部分（１２３Ａ、１２３Ｂ）を備え、前記第１の部分（１２３Ａ）の位相整合はゼロからずれ、前記第１の部分は、前記第２の部分によって生成される前記周波数コムとは異なる周波数を有する前記周波数コムを生成する、
方法。
【請求項２３】
前記部品は、カスケーディング二次非線形性過程を行う、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記部品の位相整合はゼロからずれるように配置された、請求項２２又は２３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の目的は、既知の先行技術に関連する問題を軽減し、解消することである。特に、本発明の目的は、既知のシステムより著しく小さいレーザ強度による周波数コム発生のための装置および方法を提供することである。加えて、本発明の１つの目的は、非線形性を適合させることができて、コムモード間隔を変更または制御できる方法および装置を提供することである。さらに、目的は、先行技術より著しく小さいレーザ強度を用いた光周波数コム発生を提供すること、ならびに中赤外波長を発生させることである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明は、請求項１による光マニピュレータを用いた周波数コム発生のための装置に関する。加えて、本発明は、請求項２２による光マニピュレータを用いた周波数コム発生のための方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
言及に値するのは、カスケード二次非線形性の場合におけるコムサイドモードの成長を、カー型４光波混合とのアナロジーなしに、純粋な２次過程によっても説明できることである。（Δｋ≠０であるがゼロに近い）小さい位相不整合の場合でも、常に結晶（従って、結晶部品）中で生成されたいくらかの第２高調波（ＳＨ）パワーがある。それゆえに、Δｋ＝０、またはΔｋ≠０であるがゼロに近いΔｋに対して、このＳＨパワーがいわゆる光パラメトリック発振（ＯＰＯ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）のためのポンプとしての機能を果たすことができる。これは、基本的にＳＨＧとは逆であるが、光共振器によって強められた２次非線形過程である。このＯＰＯ／戻し変換過程が生じるためには、周波数νｐｕｍｐにおける元のポンプが共振する必要がある。ＯＰＯ過程の光学的バンド幅は、比較的広く、νｐｕｍｐに近いが厳密にはそれ以外の周波数への戻し変換を許容する。このように、このカスケード過程、ＳＨＧおよびその後に続く戻し変換は、エネルギーをポンプ周波数から近くの共振器モードへ移して、共振器モード間隔に（ほぼ）等しいモード間隔を有する周波数コムを作り出す。さらに、ＯＰＯ／戻し変換過程は、位相整合条件に従う必要があるが、ＳＨＧの場合におけるのと同様に、Δｋが厳密にゼロである必要はない。これらの両過程は、しかしながら、Δｋがゼロから離れて離調されるにつれて弱くなる。図６は、図７ｂに提示される追加の２次非線形結晶部品１１４を有する装置を用いた、カスケード二次非線形性による光周波数コム発生の基本原理を示す。図５Ｂの上部のパネルは、追加の非線形結晶部品１１４において生じるＯＰＯ過程を示す。「信号」ビームもしくは「アイドラ」ビームのいずれか（または両方）がミラーによって形成された光マニピュレータ（共振器）中で共振する。第１の結晶部品１１０におけるカスケード二次非線形性過程が適宜に設計されていれば、共振波長の周り（この例ではνｓの周り）にＯＦＣが生成される。図５Ｂの下側パネルに示されるこの過程は、図５Ａに示されるものと同一である。他の非線形混合過程に起因して、アイドラなどの、関与する他の波長へもコム構造がコピーされる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
導波路１１５は、光非線形結晶部品材料の内部に有利には製作され、この材料は、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。図８における装置１２では、共振器は、反射材料１１６がコム波長で光を反射するように、結晶部品端部を反射材料１１６でコーティングすることによって形成される。別の可能性は、導波路端部と接触してミラーを置くことである。光は、典型的に、自由空間において、あるいは光ファイバ１１７を用いてカップリングインおよびアウトされるが、本明細書で他のところに記載されるように、他のガイドデバイスも使用できる。図９における装置１３では、導波路１１５（結晶部品）が光ファイバ共振器の一部である。この実施形態では、ファイバループ１１８が共振器を形成し、従って、ビーム派生光１０３Ａを部品１１５へ繰り返しまたは共振して導入するため、ミラーは必要とされない。共振器（ループ１１８）の長さがコムモード間隔を決定し、本明細書で他のところに記載されるように、コムの意図される用途に従ってその長さを選ぶことができる。
【国際調査報告】
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