JP3910834B2

JP3910834B2 - Optical frequency comb generator

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Publication number: JP3910834B2
Application number: JP2001354947A
Authority: JP
Inventors: 元伸興梠; 修仲本; ウイディヤトモコバンバン; 成嘉三澤; 義宣中山
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003156775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数コム発生器に関し、光通信、光ＣＴ、光周波数標準器など多波長でコヒーレンス性の高い標準光源、又は、各波長間のコヒーレンス性も利用できる光源を必要とする分野に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
光周波数を高精度に測定する場合には、測定する光を他の光と干渉させ、発生する光ビート周波数の電気信号を検出するヘテロダイン検波を行う。このヘテロダイン検波において測定可能なレーザ光の帯域は、検波系に使用される受光素子の帯域に制限され、概ね数十ＧＨｚ程度である。
【０００３】
一方、近年の光エレクトロニクスの発展に伴い、周波数多重通信のためのレーザ光制御や、広範囲に分布する吸収線の周波数測定を行うため、光の測定可能帯域を更に拡大する必要がある。
【０００４】
かかる測定可能帯域の拡大化の要請に応えるべく、従来において光周波数コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）を用いた広帯域なヘテロダイン検波系を構築した。この光周波数コム発生器は、周波数軸上で等間隔に配置された櫛状のサイドバンドを広帯域にわたり発生させるものであり、このサイドバンドの周波数安定度は、入射光の周波数安定度とほぼ同等である。この生成したサイドバンドと被測定光をヘテロダイン検波することにより、数ＴＨｚに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することが可能となる。
【０００５】
図１３は、この従来における光周波数コム発生器３０の原理的な構造を示している。
【０００６】
この光周波数コム発生器３０は、光位相変調器３１１と、この光位相変調器３１１を介して互いに対向するように設置された反射鏡３１２,３１３を備える光共振器３１０が使用されている。
【０００７】
この光共振器３１０は、反射鏡３１２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、反射鏡３１２，３１３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔが反射鏡３１３を介して出射する。光位相変調器３１１は、電界を印加することにより屈折率が変化する光位相変調のための電気光学結晶からなり、この光共振器３１０を通過する光に対して、電極３１６に印加される変調周波数ｆｍの電気信号に応じて位相変調をかける。
【０００８】
この光周波数コム発生器３０において、光が光共振器３１１内を往復する時間に同期した電気信号を電極３１６から光位相変調器３１１へ駆動入力とすることにより、光位相変調器３１１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、高次のサイドバンドを数百本生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔ｆｍは全て入力された電気信号の変調周波数周波数ｆｍと同等になる。
【０００９】
なお、反射鏡３１３から出射する光の強度P_ｏｕｔは、群屈折率分散の影響しない範囲において、以下に示す式（１）で表すことができる。
P_ｏｕｔ＝T_ｉｎT_ｏｕｔexp｛−｜Δｆ｜Los／（βｆｍ）｝P_ｉｎ（１）
この式（１）において、T_ｉｎは反射鏡３１２の透過率、T_ｏｕｔは反射鏡３１３の透過率であり、またP_ｉｎは入射光の光強度、βは光共振器３１０内を往復する間の変調指数、Losは光共振器３１０内を往復する光の損失レートであり上記（１）式においては定数で表される。仮に共振器３１０内における光の損失要因が、反射鏡３１２,３１３を介した外部への透過のみである場合、Losは、T_ｉｎとT_ｏｕｔの和となる。
【００１０】
図１４は、各帯域におけるP_ｏｕｔの、入射光の光強度に対する比を示している。この図１４において、縦軸は、入射光の光強度に対する出射光の光強度の比（P_ｏｕｔ／P_ｉｎ）を表し、また横軸は、生成した各サイドバンドの周波数と上記入射された光の周波数との差Δｆを表している。また、この図１４において、反射鏡３１２,３１３の透過率は、全ての周波数帯域において０．００５とし、変調周波数ｆｍを５ＧＨｚとして位相変調をかけている。
【００１１】
また、式（１）で示されるように、P_ｏｕｔは、Δｆの絶対値に対して指数関数的に減衰するため、図１４に示すように、Δｆ＝０において、換言すると入射光の周波数において光強度が最大となるような曲線で表される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光周波数コム発生器３０により発生させた多数の光周波数コムに基づき、被測定光の周波数を決定する場合には、例えば、周波数ν_１の入射光を、光位相変調器３１１により周波数ｆｍで変調し、周波数間隔ｆｍのサイドバンドからなる光周波数コムを発生させる。そして、この光周波数コムを周波数ν_２の被測定光を重ね合わせ、光周波数コムとして発生した第Ｎ番目のサイドバンドとの間のビート周波数Δνを測定することにより｜ν_１−ν_２｜を決定し、最後に被測定光の周波数ν_２を決定する。
【００１３】
ちなみにこの発生させたサイドバンドの光強度分布をより平坦化させることにより、全ての帯域において光周波数コムの感度を一定にすることができ、被測定光の周波数を精度よく測定することが可能となり、ひいては発生させたサイドバンドを検出する後段の回路において設計上の負担を軽減させることも可能となる。
【００１４】
しかしながら、従来型の光周波数コム発生器３０では、図１４に示すように、Δｆの絶対値が大きくなるにつれて、換言すると入射光の周波数から離れるにつれて、サイドバンドの光強度が減少する。特に入射光の周波数と相当程度周波数差のある帯域では、サイドバンドの光強度は指数関数的に減少しているため、サイドバンドの光強度分布がばらつき、被測定光の周波数を高精度に測定することが困難になるという問題点があった。
【００１５】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、入射光の周波数と相当程度周波数差のある帯域においても高精度に被測定光の周波数を測定し得る光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光周波数コム発生器は、上述した問題点を解決するため、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、互いに平行な入射側反射鏡及び出射側反射鏡から構成され、入射側反射鏡を介して入射された光を共振させる共振手段と、電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、上記入射側反射鏡と上記出射側反射鏡間に配され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段において共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光変調手段とを備え、上記出射側反射鏡は、入射光の周波数近傍において光強度特性を平坦化するように、生成したサイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率が設定されており、上記入射側反射鏡及び出射側反射鏡から構成される共振手段内部に発生したサイドバンドに対して直接的にフィルタリングすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１に第１の実施の形態として、出射光の光強度を制御可能な光周波数コム発生器１０を示す。この光周波数コム発生器１０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３からなる光共振器１１０と、フィルタ１１４と、発振器１１７とを備える。
【００２０】
光共振器１１０は、入射側反射鏡１１２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔを出射側反射鏡１１３を介して出射する。
【００２１】
光位相変調器１１１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等のバルク結晶からなり、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光デバイスである。この光位相変調器１１１は、屈折率が電界に比例して変化するポッケルス効果や、屈折率が電界の自乗に比例して変化するカー効果等の物理現象を利用し、通過する光の変調を行う。
【００２２】
入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３は、光共振器１１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
【００２３】
入射側反射鏡１１２は、光位相変調器１１１の光入射側に配され、図示しない光源から周波数ν_１の光Ｌｉｎが入射される。また、この入射側反射鏡１１２は、出射側反射鏡１１３を反射して光位相変調器１１１を通過した光を反射する。
【００２４】
出射側反射鏡１１３は、光位相変調器１１１の光出射側に配され、光位相変調器１１１を通過した光を反射する。特にこの光周波数コム発生器１０は、生成した光周波数コムを一定の割合で光を外部に出射する必要があるため、出射側反射鏡１１３の透過率を０に設定することはできない。このため、出射側反射鏡１１３は、透過率を例えば０．００５に設定し、光位相変調器を通過した光を一定の割合でフィルタ１１４へ出射する。
【００２５】
図２は、各帯域における出射光の光強度P_ｏｕｔの入射光の光強度（＝P_ｉｎ）に対する比を示している。ちなみにこの出射光の光強度P_ｏｕｔは、光の分散をも含めた詳細なシミュレーションに基づき算出したものであり、生成したサイドバンドのスペクトル分布を図２に示すような包絡線で近似している。縦軸は、入射光の光強度に対する出射光の光強度の比（P_ｏｕｔ／P_ｉｎ）を示し、また横軸は、発生した各サイドバンドの周波数と上記入射光の周波数ν_１との差Δｆを表している。
【００２６】
図２に示すように出射側反射鏡１１３から出射する光の強度P_ｏｕｔは、Δｆ＝０において、換言すると入射光の周波数において最大となり、周波数差Δｆに応じて指数関数的に変化する曲線となる。
【００２７】
なお、この入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３は、光位相変調器１１１の外部に配される場合のみならず、光位相変調器１１１の入射側端面及び出射側端面に、多層膜端面ミラーとして装着してもよい。
【００２８】
フィルタ１１４は、出射側反射鏡１１３から出射される光を一定の透過率の下、外部へ出射する。このフィルタ１１４の透過率の詳細については後述する。
【００２９】
電極１１６は、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して直角になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成される。電極１１６は、発振器１１７から供給された電気信号を光位相変調器１１１へ駆動入力する。また、発振器１１７は、電極１１６に接続され、周波数ｆｍ（例えば、約１０ＧＨｚ）の電気信号を供給する。
【００３０】
上述の構成からなる光周波数コム発生器１０において、光が光共振器１１０内を往復する時間に同期した電気信号を電極１１６から光位相変調器１１１へ駆動入力とすることにより、光位相変調器１１１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、入射光の周波数を中心として、数百本ものサイドバンドを広帯域にわたり生成することができる。また、隣接したサイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等である。この光周波数コム発生器１０により発生させた多数の光周波数コムに基づき、ビート周波数を測定することにより、被測定光の周波数を決定することができる。
【００３１】
次にフィルタ１１４の透過率について説明する。
【００３２】
フィルタ１１４の透過率は、図３に示すように、入射光の周波数ν_１において最小となるように設定されている。また、このフィルタ１１４の透過率は、周波数ν_１以外の帯域において、ν_１における透過率よりも高く設定され、１００％付近に設定される場合もある。透過率の分布曲線は、図３に示すようにν_１において極小となるが、曲線の傾きは急峻である場合のみならず、緩やかな場合であってもよい。
【００３３】
更にこの透過率の分布曲線は、図４に示すように、周波数差Δｆに応じて指数関数的に変化する光強度に着目し、指数関数的に透過率を変化させてフィルタから出射する光の光強度分布を平坦化させることも可能である。
【００３４】
例えば、反射鏡１１３から出射する光の強度P_ｏｕｔは、群屈折率分散の影響しない範囲において、近似的に式（２）で表すことができる。
P_ｏｕｔ＝T_ｉｎT_ｏｕｔexp｛−｜Δｆ｜Los／（βｆｍ）｝P_ｉｎ（２）
この式（２）において、T_ｉｎは入射側反射鏡１１２の透過率、T_ｏｕｔは出射側反射鏡１１３の透過率であり、βは光共振器３１０内を往復する間における変調指数、Losは光共振器１１０内を往復する光の損失レートであり、この式（２）において定数で表される。仮に、光共振器１１０内における光の損失要因が、入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３を介した外部への透過のみである場合、Losは、T_ｉｎとT_ｏｕｔの和となる。
【００３５】
この式（２）に基づき、フィルタ１１４から出射する光の光強度分布が平坦になるように、透過率を設定する。すなわち、波長に応じて指数関数的に変化する出射光の光出力P_ｏｕｔを平坦化させるため、フィルタ１１４の透過率も波長に応じて指数関数的に変化させる。
【００３６】
本発明を適用した光周波数コム発生器１０は、この第１の実施の形態において、フィルタ１１４の透過率特性を上述のように制御することにより、フィルタから出射する光の光強度分布を平坦化させることができる。これにより、本発明の第１の実施の形態では、入射光の周波数と相当程度周波数差のある帯域においても、より高精度に被測定光の周波数を測定しうる光周波数コムを発生させることができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態として、光共振器内の光を直接フィルター処理する光周波数コム発生器２０について図５を用いて詳細に説明する。なお、第１の実施の形態である信号検出装置１と同一の回路構成要素、部材は、第１の実施の形態の説明を引用し、説明を省略する。
【００３８】
この光周波数コム発生器２０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１５からなる光共振器１１０と、発振器１１７とを備える。この光周波数コム発生器２０は、フィルタを設けず、出射側反射鏡１１５の透過率を制御することにより、発生するサイドバンドの平坦化を行う点で第１の実施の形態と異なる。
【００３９】
光共振器１１０は、入射側反射鏡１１２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１５間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔを出射側反射鏡１１５を介して出射する。
【００４０】
入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１５は、光共振器１１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
【００４１】
出射側反射鏡１１５は、光位相変調器１１１の光出射側に配され、光位相変調器１１１内を通過した光を反射する。またこの出射側反射鏡１１５は、光位相変調器１１１内を通過した光を一定の透過率の下、外部へ出射する。この出射側反射鏡１１５の透過率の詳細については後述する。
【００４２】
電極１１６は、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して直角になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成される。電極１１６は、発振器１１７から供給された電気信号を光位相変調器１１１へ駆動入力する。また、発振器１１７は、電極１１６に接続され、周波数ｆｍ（例えば、約１０ＧＨｚ）の電気信号を供給する。
【００４３】
次に出射側反射鏡１１５の透過率について説明する。
【００４４】
出射側反射鏡１１５は、生成したサイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定する。換言すれば、周波数に応じて光強度が増減するサイドバンドの物理的性質に着目し、出射側反射鏡１１５の透過率を設定する。このため、共振器１１０内部のサイドバンドの光強度P_{ｉｎｓｉｄｅ}について考察する必要がある。
【００４５】
式（３.１）〜式（３.２）は、式（２）から推定した、上述のΔｆに対する、共振器１１０内部のサイドバンドの光強度P_{ｉｎｓｉｄｅ}の変化率を示している。
dP_{ｉｎｓｉｄｅ}/dΔｆ＝−Los/（βｆｍ）P_{ｉｎｓｉｄｅ} Δｆ＞０の場合
（３．１）
dP_{ｉｎｓｉｄｅ}/dΔｆ＝Los/（βｆｍ）P_{ｉｎｓｉｄｅ} Δｆ＜０の場合
（３．２）
すなわち、この式（３.１）〜式（３.２）は、Δｆに関する微分方程式で表すことができ、サイドバンドの光強度P_{ｉｎｓｉｄｅ}の変化率をΔｆの関数として求めることができる。
【００４６】
この式（３.１）は、Δｆ＞０の場合、すなわち入射光の周波数よりも高い帯域における光強度の変化率を表し、また式（３.２）は、Δｆ＜０の場合、すなわち入射光の周波数よりも低い帯域における光強度の変化率を表す。更にΔｆ＝０の場合、すなわち入射光の周波数の場合には、入射側反射鏡１１２を透過した光の光強度で表すことができ、例えば式（３.３）において示されるように、入射光の光強度P_ｉｎと入射側反射鏡１１２の透過率T_ｉｎの積で表すことができる。
P_{ｉｎｓｉｄｅ}＝T_ｉｎ×P_ｉｎ（３.３）
この式（３.１）〜（３.３）により計算したP_{ｉｎｓｉｄｅ}から、式（３.４）に基づき、出射光の光強度P_ｏｕｔを算出することができる。
P_ｏｕｔ＝T_ｏｕｔ×P_{ｉｎｓｉｄｅ} （３.４）
また、T_ｏｕｔとT_ｉｎを定数として、式（３.１）〜（３.４）を整理することにより、式（２）を導くことも可能である。
【００４７】
上述の式で示すことができる共振器１１０内のサイドバンドの光強度P_{ｉｎｓｉｄｅ}を各スペクトル毎に平坦化処理を施して外部に出射する。換言すれば、出射側反射鏡１１３において各周波数帯域毎に透過率T_ｏｕｔを設定することにより、外部へ出射する光強度をコントロールする。
【００４８】
かかる出射側反射鏡１１３の透過率T_ｏｕｔの条件は、ｄP_ｏｕｔ/ｄΔｆ＝０として、式（３.１）〜（３.４）に代入して計算することにより、以下に示す式（４.１）、（４.２）で表すことができる。
dT_ｏｕｔ/dΔｆ＝Los/（βｆｍ）T_ｏｕｔ（４.１）
dT_ｏｕｔ/dΔｆ＝−Los/（βｆｍ）T_ｏｕｔ（４.２）
この式（４.１）、（４.２）に基づき、出射側反射鏡１１３の透過率T_ｏｕｔを決定することができる。
【００４９】
なお、Δｆ＝０の場合における透過率（以下、この透過率を初期値という）の設定如何により、上述の式（４.１）、（４.２）を計算する際に多数の解が得られる場合がある。また、０＜T_ｏｕｔ＜１の物理的制限があるため、全てのΔｆに対して成り立たない場合もある。
【００５０】
図６は、式（４.１）、（４.２）に基づき、出射側反射鏡１１３の透過率T_ｏｕｔを求めた結果を示している。Losは、共振器１１０内を往復する間の全損失であり、Los＝T_ｉｎ+T_ｏｕｔであると仮定し、またT_ｉｎ＝０．００５としている。この図６において、曲線Ｂと曲線Ｃはそれぞれ初期値が異なる。
【００５１】
図７は、出射側反射鏡１１３を用いた場合の出射光の各帯域における光強度分布を示している。この図７において、Ａ´で示した曲線は、図２に示される光強度分布を重ね合わせたものである。曲線Ｂ´は、出射側反射鏡１１５を、図３にの曲線Ｂで示される透過率T_ｏｕｔに設定した場合における出射光P_ｏｕｔの光強度分布を表している。また曲線Ｃ´は、出射側反射鏡１１３を、図３の曲線Ｃで示される透過率T_ｏｕｔに設定した場合における出射光P_ｏｕｔの光強度分布を表している。この図７に示すように、曲線Ｂ´及び曲線Ｃ´は、入射光の周波数近傍において光強度特性が平坦化されている。
【００５２】
この図７において、曲線Ｂ´では、入射光の周波数近傍を除く帯域において、また曲線Ｃ´では、全帯域において、曲線Ａ´よりも光強度が高くなっており、本発明の第１の実施の形態と比較しても光周波数コムを高効率で発生させることができる。これは光共振器内部に発生したサイドバンドに対して直接的にフィルタリングすることができるため、出射側反射鏡１１３から出射した光を更にフィルタリングする第１の実施の形態と比較して光損失を軽減させることができるからである。
【００５３】
また、初期値を制御することにより、曲線Ｂ´のように広帯域において光強度特性を平坦化させたり、曲線Ｃ´のように狭い帯域において光強度の高い光周波数コムを発生させることができる。すなわち、本発明の第２の実施の形態では、実施者が、初期値を制御することにより、帯域幅若しくは光強度のどちらかを優先させるかを任意に選択することができる。
【００５４】
更に、この初期値を制御することにより、全帯域においてサイドバンドの平坦化を図る場合のみならず、一部の帯域においてサイドバンドの強度分布の平坦化を図ることも可能である。かかる場合において、透過率T_ｏｕｔは、図６に示すようにΔｆ＝０において最小とならず、例えば右上がりの曲線になる場合もある。
【００５５】
図８は、透過率T_ｏｕｔと、透過率の規格化周波数微分の絶対値との関係を示している。この図８は、換言すれば、Los_０＝Los-T_ｏｕｔの値に対して、最適な透過率及び透過率の変化の割合の関係を示している。
【００５６】
第２の実施の形態における光周波数コム発生器を実際に設計する場合に、出射側反射鏡１１３として用いるミラーについては、設計上可能な反射特性を有するミラーの中から、部分的にこの図８の特性を示すミラーを採用する。
【００５７】
図９は、ローレンツ型反射特性を示し、かつT_ｏｕｔ＝０．０１であるときに曲線の傾きdT_ｏｕｔ/dΔｆが−１３ｄＢ／ＴＨｚである、出射側反射鏡１１３の透過率特性を示している。出射側反射鏡１１３として、この図９に示す透過率特性を示し、かつ図８の条件を満たすミラーを用いたときに、図１０に示すように、発生させた光周波数コムの平坦化を図ることが可能となる。
【００５８】
すなわち、本発明を適用した光周波数コム発生器２０は、この第２の実施の形態において、出射側反射鏡１１５の透過率特性を上述のように制御することにより、出射光の光強度の低下を防ぎつつ、発生したサイドバンドの平坦化を図ることが可能である。また、この光周波数コム発生器２０は、例えば各帯域において安定した光強度を示す通信用光源に適用することも可能である。更に、この光周波数コム発生器２０を例えば光ＣＴに適用した場合に、分解能を高めることも可能である。
【００５９】
なお、本発明は上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態に限定されるものではない。例えば、図１１に示すような導波路型光周波数コム発生器３０に対しても本発明を適用可能である。
【００６０】
この導波路型光周波数コム２１は、導波路型光変調器２００から構成される。導波路型光変調器２００は、基板２０１と、導波路２０２と、電極２０３と、入射側反射膜２０４と、出射側反射膜２０５と、発振器２０６とを備える。
【００６１】
基板２０１は、例えば引き上げ法により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ_３やＧａＡｓ等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板２０１上に導波路２０２層をエピタキシャル成長させたり、また加熱させた基板上にＴｉ拡散させて形成させるため、通常、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。
【００６２】
導波路２０２は、光を伝搬させるために配されたものであり、導波路２０２を構成する層の屈折率は、基板等の他層よりも高く設定されている。導波路２０２に入射した光は、導波路２０２の境界面で全反射しながら伝搬する。
【００６３】
電極２０３は、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、外部から供給された周波数ｆｍの電気信号を導波路２０２に駆動入力する。また、この電極２０３を設けることにより、導波路における光の伝搬方向と変調電界の進行方向は同一となる。また電極２０３以外の電極については接地されていることが条件となる。
【００６４】
入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５は、導波路２０２に入射した光を共振させるため設けられたものであり、導波路２０２を通過する光を往復反射させることにより共振させる。発振器２０６は、電極２０３に接続され、周波数ｆｍの電気信号を供給する。
【００６５】
入射側反射膜２０４は、導波路型光変調器２００の光入射側に配され、図示しない光源から周波数ν_１の光が入射される。また、この入射側反射膜２０４は、出射側反射膜２０５により反射されて、かつ導波路２０２を通過した光を反射する。
出射側反射膜２０５は、導波路型光変調器２００の光出射側に配され、導波路２０２を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜２０５は、導波路２０２を通過した光を一定の割合で外部に出射する。
【００６６】
上述の構成からなる導波路型光周波数コム発生器２０において、光が導波路２０２内を往復する時間に同期した電気信号を電極２０３から導波路型光変調器２００へ駆動入力とすることにより、光位相変調器１１１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、バルク型光周波数コム発生器１０と同様に、広帯域にわたるサイドバンドを有する光周波数コムを生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等になる。
【００６７】
次に導波路型光周波数コム発生器３０を構成する出射側反射膜２０５の透過率は、第２の実施の形態において説明した出射側反射鏡１１５の透過率と同様であるため、出射側反射鏡の透過率の説明を引用し、説明を省略する。
【００６８】
図１２(b)は、出射側反射膜２０５を、例えば図１２(a)に示すＤ、Ｅ、Ｆのように設定した場合における、出射光の各帯域の光強度分布を示している。本発明を例えば導波路型光周波数コム発生器３０に適用した場合であっても、同様に初期値を制御することにより、出射光の光強度分布を任意に制御することができる。
【００６９】
また、本発明をこの導波路型光周波数コム発生器３０に適用した場合には、バルク結晶を用いる光周波数コム発生器１０、２０と比較して、小型化を図ることができ、寄生容量や寄生インダクタンスを抑えることが可能となる。これにより、印加電圧を低減できることから、デバイスの高速化を図ることができ、また他の超高速光デバイスとの集積化も可能となる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した光周波数コム発生器では、出射側反射鏡は、入射光の周波数近傍において光強度特性を平坦化するように、生成したサイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率が設定されており、上記入射側反射鏡及び出射側反射鏡から構成される共振手段内部に発生したサイドバンドに対して直接的にフィルタリングする。
【００７３】
これにより、本発明は、出射光の光強度の低下を防ぎつつ、発生したサイドバンドの平坦化を図ることが可能となり、入射光の周波数と相当程度周波数差のある帯域においてもより高精度に被測定光の周波数を測定しうる光周波数コムを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光周波数コム発生器の第１の実施の形態を説明するための図である。
【図２】各帯域における出射光の光強度（＝P_ｏｕｔ）の入射光の光強度（＝P_ｉｎ）に対する比を説明するための図である。
【図３】フィルタの各周波数に対する透過率を説明するための図である。
【図４】フィルタから出射した光の各周波数毎の光強度分布を示した図である。
【図５】本発明を適用した光周波数コム発生器の第２の実施の形態を説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態における出射側反射鏡の透過率の設定例を示した図である。
【図７】第２の実施の形態における出射光の各周波数毎の光強度分布を示した図である。
【図８】透過率と、透過率の規格化周波数微分の関係を示した図である。
【図９】 T_ｏｕｔ＝０．０１であり、かつ図８の特性を示すミラーを出射側反射鏡として選択した場合の、周波数差Δｆに対する出射側反射鏡の透過率特性を示した図である。
【図１０】図９の特性を示すミラーを出射側反射鏡として選択した場合における出射光の光強度特性を示した図である。
【図１１】導波路型光周波数コム発生器の具体的な構成例を説明するための図である。
【図１２】出射側反射膜の透過率の設定例及び、当該出射側反射膜を選択した場合における、出射光の各帯域の光強度分布を示した図である。
【図１３】従来における光周波数コム発生器の具体的な構成例を説明するための図である。
【図１４】従来の光周波数コム発生器における、各帯域毎の出射光の光強度分布を示した図である。
【符号の説明】
１０光周波数コム発生器、１１光検出器、１２周波数計数装置、２０導波路型光周波数コム発生器、１１０光共振器、１１１光位相変調器、１１２入射側反射鏡、１１３,１１５出射側反射鏡、１１４フィルタ、１１６電極、１１７発振器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical frequency comb generator, and is used in a field that requires a multi-wavelength, high-coherence standard light source such as optical communication, optical CT, or optical frequency standard, or a light source that can also utilize coherence between wavelengths. Applied.
[0002]
[Prior art]
In the case of measuring the optical frequency with high accuracy, heterodyne detection is performed in which the light to be measured is made to interfere with other light and an electric signal having a generated optical beat frequency is detected. The band of the laser beam that can be measured in this heterodyne detection is limited to the band of the light receiving element used in the detection system, and is about several tens of GHz.
[0003]
On the other hand, with the recent development of optoelectronics, it is necessary to further expand the measurable band of light in order to perform laser light control for frequency division multiplexing and frequency measurement of absorption lines distributed over a wide range.
[0004]
In order to respond to the demand for expanding the measurable bandwidth, a wideband heterodyne detection system using an optical frequency comb generator has been constructed. This optical frequency comb generator generates comb-like sidebands arranged at equal intervals on the frequency axis over a wide band, and the frequency stability of this sideband is almost equal to the frequency stability of incident light. It is. By heterodyne detection of the generated sideband and light to be measured, a wideband heterodyne detection system over several THz can be constructed.
[0005]
FIG. 13 shows the basic structure of this conventional optical frequency comb generator 30.
[0006]
The optical frequency comb generator 30 uses an optical resonator 310 including an optical phase modulator 311 and reflecting mirrors 312 and 313 disposed so as to face each other via the optical phase modulator 311.
[0007]
The optical resonator 310 resonates light Lin incident at a slight transmittance through the reflecting mirror 312 between the reflecting mirrors 312 and 313, and part of the light Lout is emitted through the reflecting mirror 313. The optical phase modulator 311 is made of an electro-optic crystal for optical phase modulation whose refractive index is changed by applying an electric field, and the modulation applied to the electrode 316 with respect to the light passing through the optical resonator 310. Phase modulation is applied according to the electrical signal of frequency fm.
[0008]
In this optical frequency comb generator 30, an electric signal synchronized with the time when light reciprocates in the optical resonator 311 is used as a drive input from the electrode 316 to the optical phase modulator 311, whereby the optical phase modulator 311 is turned on once. It is possible to apply deep phase modulation several tens of times or more compared to the case of passing only through. As a result, hundreds of higher-order sidebands can be generated, and the frequency interval fm between adjacent sidebands is all equal to the modulation frequency frequency fm of the input electric signal.
[0009]
The intensity P of the light emitted from the reflecting mirror 313_outCan be expressed by the following expression (1) within a range not affected by the group refractive index dispersion.
P_out= T_inT_outexp {− | Δf | Los / (βfm)} P_in    (1)
In this equation (1), T_inIs the transmittance of the reflecting mirror 312, T_outIs the transmittance of the reflecting mirror 313, and P_inIs the light intensity of the incident light, β is the modulation index during reciprocation in the optical resonator 310, Los is the loss rate of light reciprocating in the optical resonator 310, and is expressed as a constant in the above equation (1). . If the loss factor of light in the resonator 310 is only transmission to the outside through the reflecting mirrors 312, 313, Los becomes T_inAnd T_outThe sum of
[0010]
FIG. 14 shows P in each band._outThe ratio of the incident light to the light intensity is shown. In FIG. 14, the vertical axis represents the ratio of the light intensity of the outgoing light to the light intensity of the incident light (P_out/ P_inThe horizontal axis represents the difference Δf between the frequency of each generated sideband and the frequency of the incident light. Further, in FIG. 14, the transmittance of the reflecting mirrors 312 and 313 is 0.005 in all frequency bands, and the phase modulation is performed with the modulation frequency fm being 5 GHz.
[0011]
In addition, as shown in equation (1), P_outIs exponentially attenuated with respect to the absolute value of Δf, and as shown in FIG. 14, when Δf = 0, in other words, it is represented by a curve that maximizes the light intensity at the frequency of the incident light.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when determining the frequency of the light to be measured based on the many optical frequency combs generated by the optical frequency comb generator 30 described above, for example, the frequency ν₁Is modulated at a frequency fm by an optical phase modulator 311 to generate an optical frequency comb composed of sidebands having a frequency interval fm. And this optical frequency comb is changed to frequency ν₂| Ν by measuring the beat frequency Δν with the Nth sideband generated as an optical frequency comb by superposing the measured light of₁−ν₂｜ and finally the frequency ν of the light to be measured₂To decide.
[0013]
By the way, by flattening the light intensity distribution of the generated sideband, the sensitivity of the optical frequency comb can be made constant in all bands, and the frequency of the light to be measured can be accurately measured. As a result, it is possible to reduce the design burden in the subsequent circuit for detecting the generated sideband.
[0014]
However, in the conventional optical frequency comb generator 30, as shown in FIG. 14, the sideband light intensity decreases as the absolute value of Δf increases, in other words, away from the frequency of the incident light. Especially in a band that has a considerable frequency difference from the incident light frequency, the sideband light intensity decreases exponentially, so the sideband light intensity distribution varies and the frequency of the light under measurement is measured with high accuracy. There was a problem that it was difficult to do.
[0015]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an optical frequency comb capable of measuring the frequency of the light to be measured with high accuracy even in a band having a considerable frequency difference from the frequency of the incident light. An object of the present invention is to provide an optical frequency comb generator that generates
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  An optical frequency comb generator according to the present invention includes an oscillating unit that oscillates a modulated signal having a predetermined frequency, an incident-side reflecting mirror, and an emitting-side reflecting mirror that are parallel to each other, in order to solve the above-described problems Resonating means for resonating light incident through the side reflecting mirror, and an electro-optic crystal whose refractive index is changed by applying an electric field, arranged between the incident side reflecting mirror and the emitting side reflecting mirror, The phase of the light resonated in the resonance means is modulated in accordance with the modulation signal supplied from the oscillation means, and a side band centered on the frequency of the incident light is generated at the frequency interval of the modulation signal. Light emitting means, and the exit-side reflecting mirror comprises:In order to flatten the light intensity characteristics near the frequency of the incident light,Depending on the light intensity of the generated sideband, the transmittance for each frequencyButIs set,Filter directly on the sideband generated inside the resonance means composed of the incident side reflection mirror and the emission side reflection mirror.It is characterized by that.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 shows an optical frequency comb generator 10 capable of controlling the light intensity of emitted light as a first embodiment. The optical frequency comb generator 10 includes an optical resonator 110 that includes an optical phase modulator 111 and an incident-side reflecting mirror 112 and an emitting-side reflecting mirror 113 that are installed to face each other via the optical phase modulator 111. And a filter 114 and an oscillator 117.
[0020]
The optical resonator 110 resonates light Lin incident at a slight transmittance through the incident-side reflecting mirror 112 between the incident-side reflecting mirror 112 and the emitting-side reflecting mirror 113, and transmits a part of the light Lout on the emitting side. The light is emitted through the reflecting mirror 113.
[0021]
The optical phase modulator 111 is, for example, lithium niobate (LiNbO₃) And the like, and is an optical device that phase-modulates light that passes based on a supplied electrical signal. This optical phase modulator 111 uses a physical phenomenon such as the Pockels effect in which the refractive index changes in proportion to the electric field and the Kerr effect in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field, and modulates the light passing therethrough. Do.
[0022]
The incident side reflection mirror 112 and the emission side reflection mirror 113 are provided to resonate the light incident on the optical resonator 110, and resonate by reciprocally reflecting the light passing through the optical phase modulator 111.
[0023]
The incident-side reflecting mirror 112 is disposed on the light incident side of the optical phase modulator 111, and has a frequency ν from a light source (not shown).₁Light Lin is incident. The incident-side reflecting mirror 112 reflects light that has been reflected by the emitting-side reflecting mirror 113 and passed through the optical phase modulator 111.
[0024]
The exit-side reflecting mirror 113 is disposed on the light exit side of the optical phase modulator 111 and reflects light that has passed through the optical phase modulator 111. In particular, the optical frequency comb generator 10 needs to emit light to the outside at a constant rate with respect to the generated optical frequency comb, so the transmittance of the exit-side reflecting mirror 113 cannot be set to zero. For this reason, the exit-side reflecting mirror 113 sets the transmittance to, for example, 0.005, and emits the light that has passed through the optical phase modulator to the filter 114 at a constant rate.
[0025]
Figure 2 shows the light intensity P of the outgoing light in each band._outLight intensity of incident light (= P_in)). By the way, the light intensity P of this emitted light_outIs calculated based on a detailed simulation including light dispersion, and the generated sideband spectral distribution is approximated by an envelope as shown in FIG. The vertical axis represents the ratio of the light intensity of the outgoing light to the light intensity of the incident light (P_out/ P_inThe horizontal axis represents the frequency of each sideband generated and the frequency ν of the incident light.₁Difference Δf.
[0026]
As shown in FIG. 2, the intensity P of the light emitted from the exit-side reflecting mirror 113_outWhen Δf = 0, in other words, it becomes a maximum at the frequency of the incident light and becomes a curve that changes exponentially according to the frequency difference Δf.
[0027]
Note that the incident-side reflecting mirror 112 and the emitting-side reflecting mirror 113 are not only disposed outside the optical phase modulator 111, but also on the incident-side end face and the emitting-side end face of the optical phase modulator 111. It may be mounted as a mirror.
[0028]
The filter 114 emits the light emitted from the emission-side reflecting mirror 113 to the outside with a certain transmittance. Details of the transmittance of the filter 114 will be described later.
[0029]
The electrodes 116 are formed on the top and bottom surfaces of the optical phase modulator 111 so that the direction of the modulation electric field is perpendicular to the light propagation direction. The electrode 116 drives and inputs the electric signal supplied from the oscillator 117 to the optical phase modulator 111. The oscillator 117 is connected to the electrode 116 and supplies an electric signal having a frequency fm (for example, about 10 GHz).
[0030]
In the optical frequency comb generator 10 having the above-described configuration, an electric signal synchronized with the time when the light reciprocates in the optical resonator 110 is used as a drive input from the electrode 116 to the optical phase modulator 111, whereby the optical phase modulator It is possible to apply deep phase modulation several tens of times or more compared to the case of passing through 111 once. Thereby, hundreds of sidebands can be generated over a wide band centering on the frequency of incident light. Further, the frequency interval between adjacent sidebands is equal to the frequency fm of the input electric signal. The frequency of the light to be measured can be determined by measuring the beat frequency based on a large number of optical frequency combs generated by the optical frequency comb generator 10.
[0031]
Next, the transmittance of the filter 114 will be described.
[0032]
As shown in FIG. 3, the transmittance of the filter 114 indicates the frequency ν of incident light.₁Is set to be minimum. Further, the transmittance of the filter 114 has a frequency ν.₁In bands other than ν₁In some cases, the transmittance is set to be higher than the transmittance in FIG. The transmittance distribution curve is represented by ν as shown in FIG.₁However, the slope of the curve may be not only steep but also gradual.
[0033]
Further, as shown in FIG. 4, the transmittance distribution curve pays attention to the light intensity that changes exponentially according to the frequency difference Δf, and the transmittance of the light emitted from the filter changes exponentially. It is also possible to flatten the light intensity distribution.
[0034]
For example, the intensity P of the light emitted from the reflecting mirror 113_outCan be approximately expressed by equation (2) within a range not affected by the group refractive index dispersion.
P_out= T_inT_outexp {− | Δf | Los / (βfm)} P_in    (2)
In this equation (2), T_inIs the transmittance of the incident side reflecting mirror 112, T_outIs the transmittance of the exit-side reflecting mirror 113, β is a modulation index during reciprocation within the optical resonator 310, Los is a loss rate of light reciprocating within the optical resonator 110, and in this equation (2) Expressed as a constant. If the loss factor of light in the optical resonator 110 is only transmission to the outside through the incident-side reflecting mirror 112 and the emitting-side reflecting mirror 113, Los is T_inAnd T_outThe sum of
[0035]
Based on this equation (2), the transmittance is set so that the light intensity distribution of the light emitted from the filter 114 becomes flat. That is, the light output P of the emitted light that changes exponentially according to the wavelength_outIn order to flatten the filter, the transmittance of the filter 114 is also changed exponentially according to the wavelength.
[0036]
In this first embodiment, the optical frequency comb generator 10 to which the present invention is applied flattens the light intensity distribution of the light emitted from the filter by controlling the transmittance characteristics of the filter 114 as described above. Can be made. Thereby, in the first embodiment of the present invention, it is possible to generate an optical frequency comb that can measure the frequency of the light to be measured with higher accuracy even in a band having a substantial frequency difference from the frequency of the incident light. it can.
[0037]
Next, as a second embodiment of the present invention, an optical frequency comb generator 20 that directly filters light in an optical resonator will be described in detail with reference to FIG. Note that the same circuit components and members as those of the signal detection device 1 according to the first embodiment are referred to the description of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0038]
The optical frequency comb generator 20 includes an optical resonator 110 including an optical phase modulator 111 and an incident-side reflecting mirror 112 and an emitting-side reflecting mirror 115 which are disposed so as to face each other via the optical phase modulator 111. And an oscillator 117. The optical frequency comb generator 20 is different from the first embodiment in that the generated sideband is flattened by controlling the transmittance of the exit-side reflecting mirror 115 without providing a filter.
[0039]
The optical resonator 110 resonates light Lin incident at a slight transmittance through the incident-side reflecting mirror 112 between the incident-side reflecting mirror 112 and the emitting-side reflecting mirror 115, and a part of the light Lout is emitted from the emitting side. The light is emitted through the reflecting mirror 115.
[0040]
The incident-side reflecting mirror 112 and the emitting-side reflecting mirror 115 are provided to resonate the light incident on the optical resonator 110, and resonate by reciprocally reflecting the light passing through the optical phase modulator 111.
[0041]
The exit-side reflecting mirror 115 is disposed on the light exit side of the optical phase modulator 111 and reflects light that has passed through the optical phase modulator 111. The exit-side reflecting mirror 115 emits the light that has passed through the optical phase modulator 111 to the outside with a certain transmittance. Details of the transmittance of the exit-side reflecting mirror 115 will be described later.
[0042]
The electrodes 116 are formed on the top and bottom surfaces of the optical phase modulator 111 so that the direction of the modulation electric field is perpendicular to the light propagation direction. The electrode 116 drives and inputs the electric signal supplied from the oscillator 117 to the optical phase modulator 111. The oscillator 117 is connected to the electrode 116 and supplies an electric signal having a frequency fm (for example, about 10 GHz).
[0043]
Next, the transmittance of the output side reflecting mirror 115 will be described.
[0044]
The output side reflecting mirror 115 sets the transmittance for each frequency in accordance with the light intensity of the generated sideband. In other words, paying attention to the physical property of the sideband in which the light intensity increases or decreases according to the frequency, the transmittance of the exit-side reflecting mirror 115 is set. Therefore, the sideband light intensity P inside the resonator 110_insideIt is necessary to consider about.
[0045]
Expressions (3.1) to (3.2) are obtained by calculating the light intensity P of the sideband inside the resonator 110 with respect to the above-described Δf estimated from the expression (2)._insideShows the rate of change.
dP_inside/ dΔf = −Los / (βfm) P_inside      When Δf> 0
(3.1)
dP_inside/ dΔf = Los / (βfm) P_inside      When Δf <0
(3.2)
That is, the equations (3.1) to (3.2) can be expressed by differential equations relating to Δf, and the sideband light intensity P_insideCan be obtained as a function of Δf.
[0046]
This equation (3.1) represents the rate of change of light intensity when Δf> 0, that is, in a band higher than the frequency of incident light, and equation (3.2) is the case when Δf <0, ie, incident It represents the rate of change of light intensity in a band lower than the frequency of light. Further, in the case of Δf = 0, that is, in the case of the frequency of the incident light, it can be expressed by the light intensity of the light transmitted through the incident side reflecting mirror 112. For example, as shown in the equation (3.3), the incident light Light intensity P_inAnd transmittance T of the incident side reflecting mirror 112_inIt can be expressed by the product of
P_inside= T_in× P_in                (3.3)
P calculated by the equations (3.1) to (3.3)_insideFrom the expression (3.4), the light intensity P of the emitted light_outCan be calculated.
P_out= T_out× P_inside              (3.4)
T_outAnd T_inIt is also possible to derive Expression (2) by rearranging Expressions (3.1) to (3.4), where is a constant.
[0047]
The light intensity P of the sideband in the resonator 110 that can be expressed by the above formula._insideIs flattened for each spectrum and emitted to the outside. In other words, the transmittance T for each frequency band in the output-side reflecting mirror 113._outBy setting, the intensity of light emitted to the outside is controlled.
[0048]
The transmittance T of the exit-side reflecting mirror 113_outThe condition of dP_outBy substituting into the formulas (3.1) to (3.4) as / dΔf = 0, the following formulas (4.1) and (4.2) can be expressed.
dT_out/ dΔf = Los / (βfm) T_out                    (4.1)
dT_out/ dΔf = −Los / (βfm) T_out                  (4.2)
Based on the equations (4.1) and (4.2), the transmittance T of the exit-side reflecting mirror 113 is calculated._outCan be determined.
[0049]
Depending on the setting of the transmittance in the case of Δf = 0 (hereinafter, this transmittance is referred to as an initial value), many solutions can be obtained when calculating the above equations (4.1) and (4.2). May be. Also, 0 <T_outSince there is a physical restriction of <1, it may not hold for all Δf.
[0050]
FIG. 6 shows the transmittance T of the exit-side reflecting mirror 113 based on the equations (4.1) and (4.2)._outThe result of having been obtained is shown. Los is the total loss during the round trip through the resonator 110, and Los = T_in+ T_outAnd T_in= 0.005. In FIG. 6, curve B and curve C have different initial values.
[0051]
FIG. 7 shows the light intensity distribution in each band of outgoing light when the outgoing-side reflecting mirror 113 is used. In FIG. 7, a curve indicated by A ′ is obtained by superimposing the light intensity distributions shown in FIG. A curve B ′ indicates the transmittance T shown by the curve B in FIG._outOutput light P when set to_outRepresents the light intensity distribution. Further, a curve C ′ indicates that the exit-side reflecting mirror 113 has a transmittance T shown by the curve C in FIG._outOutput light P when set to_outRepresents the light intensity distribution. As shown in FIG. 7, the curves B ′ and C ′ have flattened light intensity characteristics in the vicinity of the frequency of the incident light.
[0052]
In FIG. 7, the curve B ′ has a light intensity higher than that of the curve A ′ in the band except for the vicinity of the frequency of the incident light, and in the curve C ′, and the first embodiment of the present invention. Even if compared with this form, an optical frequency comb can be generated with high efficiency. Since this can directly filter the sideband generated inside the optical resonator, the optical loss is reduced as compared with the first embodiment in which the light emitted from the exit-side reflecting mirror 113 is further filtered. This is because it can be reduced.
[0053]
Further, by controlling the initial value, it is possible to flatten the light intensity characteristic in a wide band as shown by the curve B ′, or to generate an optical frequency comb having a high light intensity in a narrow band as shown by the curve C ′. That is, in the second embodiment of the present invention, the practitioner can arbitrarily select whether to give priority to the bandwidth or the light intensity by controlling the initial value.
[0054]
Furthermore, by controlling this initial value, it is possible not only to achieve flattening of the sideband in the entire band, but also to flatten the intensity distribution of the sideband in some bands. In such a case, the transmittance T_outAs shown in FIG. 6, there is a case where Δf = 0 does not become the minimum and, for example, a right-upward curve is obtained.
[0055]
Figure 8 shows the transmittance T_outAnd the absolute value of the normalized frequency derivative of transmittance. In other words, this FIG.₀= Los-T_outThe relationship between the optimal transmittance and the rate of change in transmittance is shown with respect to the value of.
[0056]
When the optical frequency comb generator according to the second embodiment is actually designed, a mirror used as the output-side reflecting mirror 113 is partially selected from the mirrors having reflection characteristics that can be designed. A mirror showing the characteristics of
[0057]
FIG. 9 shows Lorentzian reflection characteristics and T_out= Slope of curve dT when = 0.01_outThe transmittance characteristic of the exit-side reflecting mirror 113, where / dΔf is −13 dB / THz, is shown. When a mirror having the transmittance characteristics shown in FIG. 9 and satisfying the conditions of FIG. 8 is used as the exit-side reflecting mirror 113, the generated optical frequency comb is flattened as shown in FIG. It becomes possible.
[0058]
In other words, in the second embodiment, the optical frequency comb generator 20 to which the present invention is applied reduces the light intensity of the outgoing light by controlling the transmittance characteristic of the outgoing-side reflecting mirror 115 as described above. It is possible to flatten the generated sideband while preventing the above-mentioned problem. The optical frequency comb generator 20 can also be applied to a communication light source that exhibits stable light intensity in each band, for example. Furthermore, when this optical frequency comb generator 20 is applied to, for example, an optical CT, it is possible to increase the resolution.
[0059]
The present invention is not limited to the first embodiment and the second embodiment described above. For example, the present invention can be applied to a waveguide type optical frequency comb generator 30 as shown in FIG.
[0060]
The waveguide type optical frequency comb 21 includes a waveguide type optical modulator 200. The waveguide type optical modulator 200 includes a substrate 201, a waveguide 202, an electrode 203, an incident side reflection film 204, an emission side reflection film 205, and an oscillator 206.
[0061]
The substrate 201 is a 3-4 inch diameter LiNbO grown by, for example, a pulling method.₃A large crystal such as GaAs or GaAs is cut into a wafer. In order to epitaxially grow the waveguide 202 layer on the cut-out substrate 201 or to diffuse Ti on the heated substrate, processing such as mechanical polishing or chemical polishing is usually performed.
[0062]
The waveguide 202 is arranged for propagating light, and the refractive index of the layer constituting the waveguide 202 is set higher than that of other layers such as a substrate. The light incident on the waveguide 202 propagates while being totally reflected at the boundary surface of the waveguide 202.
[0063]
The electrode 203 is made of a metal material such as Ti, Pt, or Au, for example, and drives and inputs an electric signal having a frequency fm supplied from the outside to the waveguide 202. Also, by providing this electrode 203, the propagation direction of light in the waveguide and the traveling direction of the modulation electric field become the same. In addition, electrodes other than the electrode 203 are required to be grounded.
[0064]
The incident-side reflection film 204 and the emission-side reflection film 205 are provided to resonate light incident on the waveguide 202 and resonate by reciprocally reflecting light passing through the waveguide 202. The oscillator 206 is connected to the electrode 203 and supplies an electric signal having a frequency fm.
[0065]
The incident-side reflection film 204 is disposed on the light incident side of the waveguide type optical modulator 200 and has a frequency ν from a light source (not shown).₁Light is incident. Further, the incident-side reflection film 204 reflects light reflected by the emission-side reflection film 205 and having passed through the waveguide 202.
The exit-side reflection film 205 is disposed on the light exit side of the waveguide type optical modulator 200 and reflects light that has passed through the waveguide 202. The exit-side reflection film 205 emits light that has passed through the waveguide 202 to the outside at a constant rate.
[0066]
In the waveguide-type optical frequency comb generator 20 having the above-described configuration, an electric signal synchronized with the time when the light reciprocates in the waveguide 202 is used as a drive input from the electrode 203 to the waveguide-type optical modulator 200. Compared with the case where the optical phase modulator 111 is passed only once, deep phase modulation several tens of times or more can be applied. Thereby, like the bulk type optical frequency comb generator 10, an optical frequency comb having a wide sideband can be generated, and the frequency interval between adjacent sidebands is the frequency fm of the inputted electric signal. Become equivalent.
[0067]
Next, since the transmittance of the exit-side reflecting film 205 constituting the waveguide type optical frequency comb generator 30 is the same as the transmittance of the exit-side reflecting mirror 115 described in the second embodiment, the exit-side reflection is performed. The description of the transmittance of the mirror is cited, and the description is omitted.
[0068]
FIG. 12B shows the light intensity distribution of each band of the emitted light when the emitting side reflection film 205 is set as D, E, F shown in FIG. Even when the present invention is applied to, for example, the waveguide type optical frequency comb generator 30, the light intensity distribution of the emitted light can be arbitrarily controlled by similarly controlling the initial value.
[0069]
In addition, when the present invention is applied to the waveguide-type optical frequency comb generator 30, the size can be reduced as compared with the optical frequency comb generators 10 and 20 using a bulk crystal. Parasitic inductance can be suppressed. As a result, the applied voltage can be reduced, so that the speed of the device can be increased, and integration with other ultrafast optical devices is also possible.
[0070]
【The invention's effect】
  As described in detail above, the optical frequency comb generator to which the present invention is appliedIn the output side reflector, the transmittance is set for each frequency in accordance with the light intensity of the generated sideband so that the light intensity characteristic is flattened in the vicinity of the frequency of the incident light. Filtering is directly performed on the sideband generated inside the resonance means composed of the reflecting mirror and the exit-side reflecting mirror.
[0073]
As a result, the present invention makes it possible to flatten the generated sideband while preventing a decrease in the light intensity of the emitted light, and with higher accuracy even in a band that has a considerable frequency difference from the frequency of the incident light. An optical frequency comb that can measure the frequency of the light to be measured can be generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of an optical frequency comb generator to which the present invention is applied;
FIG. 2 shows the light intensity of outgoing light in each band (= P_out) Incident light intensity (= P_inIt is a figure for demonstrating ratio with respect to.
FIG. 3 is a diagram for explaining the transmittance of each frequency of the filter.
FIG. 4 is a diagram showing a light intensity distribution for each frequency of light emitted from a filter.
FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment of an optical frequency comb generator to which the present invention is applied;
FIG. 6 is a diagram showing an example of setting the transmittance of the exit-side reflecting mirror in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a light intensity distribution for each frequency of emitted light in the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between transmittance and normalized frequency differentiation of transmittance.
[Figure 9] T_outFIG. 9 is a diagram showing the transmittance characteristics of the exit-side reflecting mirror with respect to the frequency difference Δf when a mirror having the characteristics of FIG. 8 is selected as the exit-side reflecting mirror.
10 is a diagram showing the light intensity characteristics of outgoing light when a mirror having the characteristics shown in FIG. 9 is selected as the outgoing-side reflecting mirror. FIG.
FIG. 11 is a diagram for explaining a specific configuration example of a waveguide-type optical frequency comb generator;
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing an example of setting the transmittance of the exit-side reflecting film and the light intensity distribution of each band of the emitted light when the exit-side reflecting film is selected.
FIG. 13 is a diagram for explaining a specific configuration example of a conventional optical frequency comb generator.
FIG. 14 is a diagram showing a light intensity distribution of outgoing light for each band in a conventional optical frequency comb generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical frequency comb generator, 11 Optical detector, 12 Frequency counter, 20 Waveguide type optical frequency comb generator, 110 Optical resonator, 111 Optical phase modulator, 112 Incident side reflecting mirror, 113,115 Outgoing side reflection Mirror, 114 filter, 116 electrodes, 117 oscillator

Claims

所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、
互いに平行な入射側反射鏡及び出射側反射鏡から構成され、入射側反射鏡を介して入射された光を共振させる共振手段と、
電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、上記入射側反射鏡と上記出射側反射鏡間に配され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段において共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光変調手段とを備え、
上記出射側反射鏡は、入射光の周波数近傍において光強度特性を平坦化するように、生成したサイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率が設定されており、上記入射側反射鏡及び出射側反射鏡から構成される共振手段内部に発生したサイドバンドに対して直接的にフィルタリングすることを特徴とする光周波数コム発生器。Oscillating means for oscillating a modulation signal of a predetermined frequency;
Resonating means configured to resonate light incident through the incident-side reflecting mirror, which includes an incident-side reflecting mirror and an exit-side reflecting mirror that are parallel to each other;
An electro-optic crystal whose refractive index changes when an electric field is applied, and is arranged between the incident-side reflecting mirror and the emitting-side reflecting mirror. In the resonance means according to the modulation signal supplied from the oscillation means Optical modulation means for modulating the phase of the resonated light and generating sidebands centered on the frequency of the incident light at intervals of the frequency of the modulation signal;
It said emission side reflecting mirror, so as to flatten the light intensity characteristics in a frequency neighborhood of the incident light, according to the light intensity of the generated sidebands, the transmittance is set for each frequency, the incident side reflection An optical frequency comb generator characterized by directly filtering a sideband generated inside a resonance means composed of a mirror and an exit side reflecting mirror .

上記出射側反射鏡は、上記入射側反射鏡及び当該出射側反射鏡から構成される共振手段内部に発生したサイドバンドの各サイドバンドの周波数と入射光の周波数との周波数差に対する光強度の変化率に基づき、入射光の周波数近傍において光強度特性を平坦化するように、各周波数毎に透過率を設定することを特徴とする請求項１記載の光周波数コム発生器。The exit-side reflecting mirror has a change in light intensity with respect to a frequency difference between the frequency of each sideband of the sideband generated in the resonance means composed of the entrance-side reflecting mirror and the exit-side reflecting mirror and the frequency of the incident light. based on the rate, so as to flatten the light intensity characteristics in a frequency neighborhood of the incident light, the optical frequency comb generator according to claim 1, wherein setting the transmittance for each frequency.

上記入射側反射鏡及び出射側反射鏡は、上記光変調手段の入射側端面又は／及び出射側端面に形成した反射膜であることを特徴とする請求項２記載の光周波数コム発生器。 3. The optical frequency comb generator according to claim 2, wherein the incident-side reflecting mirror and the emitting-side reflecting mirror are reflecting films formed on the incident-side end face and / or the exit-side end face of the light modulator.