JP5848211B2 - Self-referencing interference apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、光の周波数を測定するためなどに用いる光周波数コムのキャリアエンベロープオフセット周波数を検出する自己参照干渉装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a self-referencing interference apparatus and method for detecting a carrier envelope offset frequency of an optical frequency comb used for measuring the frequency of light.
近年、電気的方法で測定可能なマイクロ波以下のマイクロ波基準周波数を元に、光の周波数を直接測定する新しい技術が開発されている(非特許文献1〜7参照)。これらの技術で用いられているレーザ光源としては、長さLの共振器装置を備えた受動モード同期レーザがある。このレーザ光源は、繰り返し周波数frep[=c/(2L)](cは光速)のパルスレーザ光を生成する(非特許文献1〜3,5〜7参照)。 In recent years, a new technique for directly measuring the frequency of light has been developed based on a microwave reference frequency that is equal to or lower than a microwave that can be measured by an electrical method (see Non-Patent Documents 1 to 7). As a laser light source used in these techniques, there is a passive mode-locked laser including a resonator device having a length L. This laser light source generates pulsed laser light having a repetition frequency f rep [= c / (2L)] (c is the speed of light) (see Non-Patent Documents 1 to 3 and 5 to 7).
また、光源として連続(CW)光を発生するCW光源を用い、CW光源の位相を変調することによって、繰り返し周波数(frep)が一定の光パルス列に変換する位相変調方式によるパルスレーザ光源も用いられている(非特許文献8参照)。これらのレーザにより発振されるパルスレーザ光は、図4の「光搬送波包絡線」に示すようなパルスが、時間軸上に等しい時間間隔T(=1/frep)で並ぶ。図4では、「光搬送波電界」が変化することによるパルスを、光搬送波電界の包絡線として示し、また、1つのパルスを示している。 In addition, a pulse laser light source of a phase modulation system that uses a CW light source that generates continuous (CW) light as a light source and converts the phase of the CW light source into an optical pulse train having a constant repetition frequency (f rep ) is also used. (See Non-Patent Document 8). In the pulsed laser light oscillated by these lasers, pulses as indicated by “optical carrier envelope” in FIG. 4 are arranged at equal time intervals T (= 1 / f rep ) on the time axis. In FIG. 4 , a pulse due to a change in the “optical carrier electric field” is shown as an envelope of the optical carrier electric field, and one pulse is shown.
一方、周波数軸上では、図5に示すように、等しい周波数間隔frepで櫛状に並ぶ多数のモード(線スペクトル)の集合体となる。このように周波数軸上に櫛状に並ぶレーザ光(線スペクトル)の集合体が「光周波数コム」である。 On the other hand, on the frequency axis, as shown in FIG. 5 , an aggregate of a large number of modes (line spectra) arranged in a comb shape at equal frequency intervals f rep . An assembly of laser beams (line spectra) arranged in a comb shape on the frequency axis is an “optical frequency comb”.
パルスレーザ光の1パルスに注目すると、図4に示すように、光搬送波包絡線のピークと光搬送波電界のピークとは、光の群速度と位相速度の差によりずれが生じる。この、光搬送波包絡線のピークと光搬送波電界位相のピークとの差は、キャリアエンベロープ位相と呼ばれる。また、繰り返されるパルス間のキャリアエンベロープ位相のずれに対応し、図5に示すように、光周波数コムもオフセット光周波数f0だけオフセットされている。 When attention is paid to one pulse of the pulsed laser beam, as shown in FIG. 4 , the peak of the optical carrier envelope and the peak of the optical carrier electric field are shifted due to the difference between the group velocity of light and the phase velocity. This difference between the peak of the optical carrier envelope and the peak of the optical carrier electric field phase is called the carrier envelope phase. Further, as shown in FIG. 5 , the optical frequency comb is also offset by the offset optical frequency f 0 in response to a shift in the carrier envelope phase between repeated pulses.
ところで、上述したオフセット周波数f0は、光搬送波包絡線のピークから計った光搬送波電界の位相(キャリアエンベロープ位相)の隣り合うパルス(包絡線)の間のずれをΔφとすると、「f0=(Δφ/2π)×frep」で与えられる。光周波数コムの周波数軸上の間隔がfrepで与えられるため、各モードのスペクトル周波数はfn=n×frep+f0(但し、nは整数)と表すことができる。 By the way, the offset frequency f 0 described above is expressed as “f 0 = when the shift between adjacent pulses (envelope) of the phase of the optical carrier electric field (carrier envelope phase) measured from the peak of the optical carrier envelope is Δφ. (Δφ / 2π) × f rep ”. Since the interval on the frequency axis of the optical frequency comb is given by f rep , the spectral frequency of each mode can be expressed as f n = n × f rep + f 0 (where n is an integer).
このレーザ繰り返し周波数(frep)とキャリアエンベロープ位相差を固定することができれば、光周波数コムの各モードの周波数を安定化することができ、マイクロ波周波数を光の周波数領域にまでつなぐ周波数基準となる。各モードの周波数が正確に定まった光周波数コムは、高精度な周波数標準および関連する基礎物理だけでなく、通信、精密計測、量子情報通信などの分野へ応用されていくと考えられる。 If the laser repetition frequency (f rep ) and the carrier envelope phase difference can be fixed, the frequency of each mode of the optical frequency comb can be stabilized, and the frequency reference that connects the microwave frequency to the optical frequency region Become. The optical frequency comb in which the frequency of each mode is accurately determined will be applied not only to high-precision frequency standards and related basic physics, but also to fields such as communication, precision measurement, and quantum information communication.
上述したオフセット周波数(f0)を検出する従来の方法として、f1−2f2自己参照干渉法がある。この方法は、図6に示す装置を用いる。この装置は、周波数コム発生部701より得られる繰り返し周波数frepの光パルス列からなる光周波数コムのスペクトル帯域を、1オクターブ以上拡大したスーパーコンティニューム(SC)光とする非線形光学媒質702と、非線形光学媒質702を通過した光周波数コムを長波長成分と短波長成分とに分離するダイクロイックミラー703を備える。
As a conventional method for detecting the offset frequency (f 0 ) described above, there is an f 1 -2f 2 self-referencing interferometry. This method uses the apparatus shown in FIG . This apparatus includes a nonlinear
SC光は、広帯域なレーザパルス光であり、一般には、超短パルス光を非線形光学材料に入射した際、自己位相変調,相互位相変調,四光波混合,ラマン散乱などの非線形光学効果によって生成される。現在は、非線形材料である高非線形ファイバを用いることで、1オクターブ以上の広帯域性を有するSC光の生成が可能になっている。 SC light is broadband laser pulse light, and is generally generated by nonlinear optical effects such as self-phase modulation, cross-phase modulation, four-wave mixing, and Raman scattering when ultrashort pulse light is incident on a nonlinear optical material. The At present, it is possible to generate SC light having a broadband property of one octave or more by using a highly nonlinear fiber which is a nonlinear material.
また、この装置は、分離された長波長成分の第2高調波(2次高調波)を発生させる非線形光学結晶704と、ダイクロイックミラー703で分離された短波長成分と非線形光学結晶704で発生した長波長成分の第2高調波とを干渉させる偏光ビームスプリッタ705と、偏光ビームスプリッタ705より生成される光のうなり信号(光ビート)を検出する検出器706と、検出器706で検出されたうなり信号より、周波数コム発生部701を制御する帰還制御部707とを備える。
In addition, this device is generated by the nonlinear
上述した装置を用い、まず、周波数コム発生部701で生成した繰り返し周波数frepの光周波数コムのスペクトル帯域を、非線形光学媒質702により拡大してSC光とする。次に、ダイクロイックミラー703により、得られたSC光を、短波長成分(f1=m×frep+f0)と長波長成分(f2=n×frep+f0)とに空間的に分離する。次に、ダイクロイックミラー703により分離した長波長成分(f2=n×frep+f0)より、非線形光学結晶704で第2高調波[2f2=2×(n×frep+f0)]を発生させる。
Using the above-described apparatus, first, the spectrum band of the optical frequency comb of the repetition frequency f rep generated by the
次に、上述したことに得られた長波長成分の第2高調波(2f2)と短波長成分(f1)とを、偏光ビームスプリッタ705により干渉させ、この干渉により発生するうなり信号を検出部706で検出する。これらのことにより、周波数の最も小さい項としてm=2nを満たしたときに現れるf1とf2の周波数差f0(=f1−f2)のキャリアエンベロープオフセット周波数を測定することができる。
Next, the second harmonic (2f 2 ) of the long wavelength component and the short wavelength component (f 1 ) obtained as described above are caused to interfere by the
この測定により得られたキャリアエンベロープオフセット周波数と、外部から得られるマイクロ波参照周波数とを比較参照する。この比較の結果が一定となるように、周波数コム発生部701における共振器内の非線形分散の大きさにフィードバック制御をかけることで、周波数コム発生部701より生成する光周波数コムのオフセット周波数(f0)を安定化することができるようになる。また、光周波数コムの繰り返し周波数(frep)は、検出部706で検出される繰り返し周波数信号を元に、周波数コム発生部701におけるレーザの共振器長などにフィードバックすることにより固定することが可能である。
The carrier envelope offset frequency obtained by this measurement is compared with the microwave reference frequency obtained from the outside. By applying feedback control to the magnitude of nonlinear dispersion in the resonator in the
上述したf1−2f2自己参照干渉法を用い、キャリアエンベロープオフセット周波数(f0)とモード周波数間隔(frep)を検出し、一定にした光周波数コム安定化光源が、共振器装置を備えたモード同期レーザをベースに開発されてきた(非特許文献1〜6参照)。 An optical frequency comb stabilized light source that detects and makes constant a carrier envelope offset frequency (f 0 ) and a mode frequency interval (f rep ) using the above-described f 1 -2f 2 self-referencing interferometry includes a resonator device. Have been developed based on a mode-locked laser (see Non-Patent Documents 1 to 6).
しかしながら、f1−2f2自己参照干渉法では、光周波数コムを帯域1オクターブ以上のSC光にする必要があるが、このためには、高強度の超短パルスレーザ光源と非線形定数の大きいフォトニック結晶ファイバなどが必要となる。このようなf1−2f2自己参照計の代わりに、2f1−3f2自己参照干渉計を用いる方法がある(非特許文献10,11参照)。 However, in the f 1 -2f 2 self-referencing interferometry, the optical frequency comb needs to be SC light with a bandwidth of 1 octave or more. For this purpose, a high-intensity ultrashort pulse laser light source and a photo with a large nonlinear constant are required. A nick crystal fiber or the like is required. There is a method of using a 2f 1 -3f 2 self-referencing interferometer instead of such a f 1 -2f 2 self-referencing meter (see Non-Patent Documents 10 and 11).
この方法は、図7に示す装置を用いる。この装置は、周波数コム発生部801より発生する繰り返し周波数frepの光パルス列からなる光周波数コムのスペクトル帯域をSC光とする非線形光学媒質802と、非線形光学媒質802を通過した光周波数コムを長波長成分と短波長成分とに分離するダイクロイックミラー803を備える。この装置では、非線形光学媒質802が、自己位相変調効果により、長波長成分と短波長成分との周波数帯域の比が2:3以上のSC光を生成すればよい。
This method uses the apparatus shown in FIG . This apparatus uses a non-linear
また、この装置は、分離された短波長成分の第2高調波を発生させる非線形光学結晶804と、分離された長波長成分の第3高調波を発生させる非線形光学結晶814と、非線形光学結晶814で発生した長波長成分の第3高調波とを干渉させる偏光ビームスプリッタ805と、偏光ビームスプリッタ805より生成される光のうなり信号(光ビート)を検出する検出器806と、検出器806で検出されたうなり信号より、周波数コム発生部801を制御する帰還制御部807とを備える。
The apparatus also includes a nonlinear
上述した装置を用い、まず、周波数コム発生部801で生成した繰り返し周波数frepの光周波数コムのスペクトル帯域を、非線形光学媒質802により長波長成分と短波長成分との比が2:3の状態で拡大してSC光とする。次に、ダイクロイックミラー803により、得られたSC光を、短波長成分(f1=m×frep+f0)と長波長成分(f2=n×frep+f0)とに空間的に分離する。
Using the above-described apparatus, first, the spectral band of the optical frequency comb of the repetition frequency f rep generated by the
次に、ダイクロイックミラー803により分離した長波長成分(f2=n×frep+f0)より、非線形光学結晶814で第3高調波[3f2=3×(n×frep+f0)]を発生させる。また、ダイクロイックミラー803により分離した短波長成分(f1=m×frep+f0)より、非線形光学結晶804で第2高調波[2f1=2×(m×frep+f0)]を発生させる。
Next, from the long wavelength component (f 2 = n × f rep + f 0 ) separated by the
次に、上述したことにより得られた長波長成分の第3高調波(3f2)と短波長成分の第2高調波(2f1)とを、偏光ビームスプリッタ805により干渉させ、この干渉により発生するうなり信号を検出部806で検出する。3n=2mを満たすように、言いかえれば、発生した第2高調波および第3高調波の波長をほぼ等しくなるように波長変換を行い2f1と3f2を干渉させると、キャリアエンベロープオフセット周波数(f0)を検出することが可能である。
Next, the third harmonic wave (3f 2 ) of the long wavelength component and the second harmonic wave (2f 1 ) of the short wavelength component obtained as described above are caused to interfere by the
例えば、周波数コム発生部801より生成される中心周波数f=193.1THz(λ=1552nm)の通信波長帯の中心周波数から、フォトニック結晶ファイバなどによる非線形光学媒質802で周波数帯域が2:3以上の広帯域SC光(1200〜1800nm)を発生する。次いで、カットオフ周波数が1500nmのダイクロイックミラー803でSC光を短波長成分(1200〜1500nm)と長波長成分(1500〜1800nm)に分離する。
For example, from the center frequency of the communication wavelength band of the center frequency f = 193.1 THz (λ = 1552 nm) generated by the
次に、非線形光学結晶814でSC光の長波長成分の中の例えばλL=1800nmの光(f2)の3倍波(λL/3=600nm)を生成し、非線形光学結晶804でSC光の短波長成分の中の例えばλH=1200nmの光(f1)の2倍波(λH/2=600nm)を生成する。この後、これらを干渉させると、キャリアエンベロープオフセット周波数(f0)が検出される。
Next, the nonlinear optical crystal 814 generates a third harmonic (λ L / 3 = 600 nm) of light (f 2 ) of λ L = 1800 nm, for example, among the long wavelength components of the SC light, and the nonlinear
この、2f1−3f2自己参照干渉法を用いる方法の最大の利点は、光の周波数帯域を2:3以上に広げればよいため、低パルスエネルギーのパルスレーザ光源でもキャリアエンベロープオフセット周波数を検出することが可能となる点である。 The greatest advantage of the method using the 2f 1 -3f 2 self-referencing interferometry is that the frequency band of light only needs to be expanded to 3: 3 or more, so that the carrier envelope offset frequency is detected even with a pulse laser light source with low pulse energy. It is a point that becomes possible.
しかしながら、2f1−3f2干渉法で用いられる第2高調波発生では、図8に示すように、ある波長の光(λL)の第2高調波(λL/2)と、この第2高調波を発生するのに用いた波長λLの光との和周波を取って第3高調波(λL/3)を発生させている。ここで、1/(λL/3)=1/λL+1/(λL/2)である。このため、変換効率が落ちるという問題がある。 However, in the second harmonic generation used in the 2f 1 -3f 2 interferometry, as shown in FIG. 8 , the second harmonic (λ L / 2) of light (λ L ) of a certain wavelength and the second harmonic are generated . The third harmonic (λ L / 3) is generated by taking the sum frequency with the light of the wavelength λ L used to generate the harmonic. Here, 1 / (λ L / 3) = 1 / λ L + 1 / (λ L / 2). For this reason, there exists a problem that conversion efficiency falls.
波長変換の例としては、SC光の長波長成分(λL=1800nm)の3倍波(λL/3=600nm)を取るために、ある波長の光(λL=1800nm)の第2高調波(λL/2=900nm)と、第2高調波を発生するのに用いられた(λL=1800nm)との和周波を取って第3高調波(600nm)を発生する。 As an example of wavelength conversion, in order to obtain a third harmonic (λ L / 3 = 600 nm) of a long wavelength component (λ L = 1800 nm) of SC light, the second harmonic of light of a certain wavelength (λ L = 1800 nm) is used. The third harmonic (600 nm) is generated by taking the sum frequency of the wave (λ L / 2 = 900 nm) and the second harmonic (λ L = 1800 nm).
例えば、λLから第2高調波λL/2への波長変換効率をη(0<η<1)とする。また、第3高調波を生成するためにλL/2とλLの和周波への変換効率をη’(0<η’<1)とする。ここで、λL/2を生成するためのλLの光、および第3高調波を生成するためのλLの光は、同じSC光から得るため、λL/2を生成するためのλLの光を用いたことによる残りのλLの光強度は(1−η)であるので、第3高調波までの変換効率は、η(1−η)η’となる。η(1−η)は、η=0.5のとき最大値0.25となる。従って、たとえ理想的な素子として第2高調波をη=0.5の割合で生成(変換)し、第3高調波を100%の割合で生成(変換)する素子が存在したとしても、得られる第3高調波の変換効率は、25%を超えることは原理的に不可能である。このように変換効率が低い状態では、干渉によるうなり信号の強度が得られず、高い精度でオフセット周波数が検出できない。 For example, let η (0 <η <1) be the wavelength conversion efficiency from λ L to the second harmonic λ L / 2. Further, in order to generate the third harmonic, the conversion efficiency of λ L / 2 and λ L into the sum frequency is η ′ (0 <η ′ <1). Here, the light of lambda L for generating lambda L of light, and third harmonics to produce a lambda L / 2 are the same to obtain the SC light, for generating lambda L / 2 lambda Since the remaining λ L light intensity due to the use of L light is (1−η), the conversion efficiency up to the third harmonic is η (1−η) η ′. η (1-η) has a maximum value of 0.25 when η = 0.5. Therefore, even if there is an element that generates (converts) the second harmonic at a rate of η = 0.5 as an ideal element and generates (converts) the third harmonic at a rate of 100%, In principle, the conversion efficiency of the third harmonic generated cannot exceed 25%. In such a state where the conversion efficiency is low, the strength of the beat signal due to interference cannot be obtained, and the offset frequency cannot be detected with high accuracy.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光周波数コムのスペクトル帯域を余り拡大することなく、高い精度でオフセット周波数が検出できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to be able to detect an offset frequency with high accuracy without significantly expanding the spectrum band of an optical frequency comb. .
本発明に係る自己参照干渉装置は、周波数帯域の比がn:(n+1)となる長波長成分および短波長成分の光が得られる範囲に(nは2以上の整数)、入力された光周波数コムの光スペクトル帯域を拡大させて帯域拡大光パルスを生成する帯域拡大手段と、帯域拡大光パルスより長波長成分および短波長成分を分離する分離手段と、短波長成分より第1の変換光を生成する第1の変換光生成手段と、長波長成分より第2の変換光を生成する第2の変換光生成手段と、第1の変換光と第2の変換光とを干渉させる干渉手段と、第1の変換光と第2の変換光との干渉により発生する第1の変換光と第2の変換光の周波数差の光信号を検出する検出手段とを少なくとも備え、第1の変換光生成手段は、nが2の場合は、短波長成分のなかの第1の基本光より第2高調波となる第1の変換光を生成し、nが3以上の場合は、第1の基本光より生成した第2高調波と、短波長成分より得られる第1の基本光とは各々波長が異なるn−2個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで第1の変換光を生成し、第2の変換光生成手段は、長波長成分の中の第2の基本光より生成した第2高調波と、長波長成分より得られる第2の基本光とは各々波長が異なるn−1個の第2の群変換光生成用光との和周波を生成することで第2の変換光を生成する。 The self-referencing interference apparatus according to the present invention has an optical frequency input within a range (n is an integer greater than or equal to 2) in which light having a long wavelength component and a short wavelength component with a frequency band ratio of n: (n + 1) is obtained. a band expansion means for generating an optical spectrum bandwidth expanded so by band expansion optical pulse comb, a separating means for separating from the band expanding optical pulse long wavelength components and short wavelength components, the first converted beam Ri by short wavelength component a first converting light generating means for generating, interference to the interference and the second converted light generating means for generating a second converted beam Ri by long wavelength components, the first converted light and the second converted light Means, and at least detection means for detecting an optical signal having a frequency difference between the first converted light and the second converted light generated by the interference between the first converted light and the second converted light . converted light generating means, when n is 2, the first group among the short-wavelength component First converted light that is the second harmonic from the light is generated. When n is 3 or more, the first basic light obtained from the second harmonic generated from the first basic light and the short wavelength component Generates a first converted light by generating a sum frequency with n-2 first group converted light generating lights each having a different wavelength, and the second converted light generating means has a long wavelength component. Of the second harmonics generated from the second fundamental light and n-1 second group- converted light generating lights having different wavelengths from the second fundamental light obtained from the long wavelength component. The second converted light is generated by generating the sum frequency.
上記自己参照干渉装置において、第1の変換光生成手段は、nが2の場合は、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列して各々の領域の配列方向の長さが第1の基本光の波長に対応した1群からなる第1の分極反転配列結晶部から構成され、nが3以上の場合は、第1の分極反転配列結晶部に加え、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列した複数の群から構成されて各々の群の各領域の配列方向の長さが第1の群変換光生成用光の各々の波長に各々対応した第1の群分極反転配列結晶部を備え、第2の変換光生成手段は、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列して各々の領域の配列方向の長さが第2の基本光の波長に対応した1群からなる第2の分極反転配列結晶部と、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列した複数の群から構成されて各々の群の各領域の配列方向の長さが第2の群変換光生成用光の各々の波長に各々対応した第2の群分極反転配列結晶部とから構成されている。 In the above self-referencing interference apparatus, when n is 2, the first converted light generating means includes a plurality of regions in which the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions connected in series and arranged in each region. The length in the arrangement direction of the first polarization inversion array crystal portion is composed of one group corresponding to the wavelength of the first basic light, and when n is 3 or more, In addition, a plurality of regions in which the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions are composed of a plurality of groups connected in series, and the length in the array direction of each region of each group is the first group conversion A first group polarization inversion array crystal unit corresponding to each wavelength of the light for generating light; and the second converted light generation means includes a plurality of regions in which the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions. A group in which the length of each region in the arrangement direction corresponds to the wavelength of the second basic light. A plurality of groups in which a second domain-inverted array crystal portion and a plurality of regions where the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions are connected in series and arranged in each region of each group The length of the direction is comprised from the 2nd group polarization inversion array crystal | crystallization part corresponding to each wavelength of each light of the 2nd group conversion light production | generation light.
また、本発明に係る自己参照干渉方法は、周波数帯域の比がn:(n+1)となる長波長成分および短波長成分の光が得られる範囲に(nは2以上の整数)入力された光周波数コムの光スペクトル帯域を拡大させて帯域拡大光パルスを生成する第1ステップ、帯域拡大光パルスより長波長成分および短波長成分を分離する第2ステップと、短波長成分より第1の変換光を生成する第3ステップと、長波長成分より第2の変換光を生成する第4ステップと、第1の変換光と第2の変換光とを干渉させる第5ステップと、第1の変換光と第2の変換光との干渉により発生する第1の変換光と第2の変換光の周波数差の光信号を検出する第6ステップとを少なくとも備え、第3ステップは、nが2の場合は、短波長成分の中の第1の基本光より第2高調波となる第1の変換光を生成し、nが3以上の場合は、第1の基本光より生成した第2高調波と、短波長成分より得られる第1の基本光とは各々波長が異なるn−2個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで第1の変換光を生成し、第4ステップは、長波長成分の中の第2の基本光より生成した第2高調波と、長波長成分より得られる第2の基本光とは各々波長が異なるn−1個の第2の群変換光生成用光との和周波を生成することで第2の変換光を生成する。 In addition, the self-reference interference method according to the present invention provides light that is input in a range in which light having a long wavelength component and a short wavelength component having a frequency band ratio of n: (n + 1) is obtained (n is an integer of 2 or more). first step by expanding the light spectrum band frequency comb to generate a band expansion light pulse, a second step of separating from the band expanding optical pulse long wavelength components and short wavelength components, the first conversion Ri by short wavelength component a third step of generating a light, and a fourth step of generating a second converted beam Ri by long wavelength components, a fifth step of interfering with the first converted light and the second converted light, a first At least a sixth step of detecting an optical signal having a frequency difference between the first converted light and the second converted light generated by the interference between the converted light and the second converted light. In the case of the second, the second basic light from the first basic light in the short wavelength component is When the first converted light to be harmonic is generated and n is 3 or more, the second harmonic generated from the first basic light and the first basic light obtained from the short wavelength component are respectively wavelengths. The first converted light is generated by generating a sum frequency with the n-2 first group converted light generating lights different from each other, and the fourth step includes the second basic light in the long wavelength component. By generating a sum frequency of the second harmonics generated from the second basic light obtained from the long wavelength component and the n-1 second group converted light generating lights each having a different wavelength. 2 converted lights are generated.
以上説明したことにより、本発明によれば、光周波数コムのスペクトル帯域を余り拡大することなく、高い精度でオフセット周波数が検出できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that the offset frequency can be detected with high accuracy without significantly expanding the spectrum band of the optical frequency comb.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における自己参照干渉装置の構成を示す構成図である。この自己参照干渉装置は、周波数コム発生部101,非線形光学媒質(帯域拡大手段)102,ダイクロイックミラー(分離手段)103,光学結晶(第1の変換光生成手段)104,光学結晶(第2の変換光生成手段)105,ビームスプリッタ(干渉手段)106,検出部107,および帰還制御部108を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a self-referencing interference apparatus according to an embodiment of the present invention. This self-referencing interference device includes a
周波数コム発生部101は、繰り返し周波数frepの周波数コムを出力する。周波数コム発生部101は、例えば、共振器長Lによって繰り返し周波数frepが決まる受動モード同期レーザであればよい。また、周波数コム発生部101は、連続(CW)光を発生するCW光源に対して外部から繰り返し周波数frepのマイクロ波を位相変調器などにより印加することで、CW光源の位相を変調して繰り返し周波数(frep)が一定の光パルス列に変換して出力する位相変調方式によるパルスレーザ光源でもよい。
The
非線形光学媒質102は、周波数コム発生部101より発生する光周波数コムを入力し、この光周波数コムの光スペクトル帯域を、周波数帯域の比がn:(n+1)となる長波長成分および短波長成分の光が得られる範囲に(nは2以上の整数)拡大させて帯域拡大光パルス(SC光)を生成する。非線形光学媒質102は、例えば、フォトニック結晶ファイバから構成すればよい。フォトニック結晶ファイバなどで生じる自己位相変調効果により、周波数帯域の比が長波長成分:短波長成分=n:(n+1)以上となる各成分が得られる範囲の周波数帯域のSC光を発生させる。また、ダイクロイックミラー103は、所望とするカットオフ周波数を備え、非線形光学媒質102より得られたSC光より長波長成分および短波長成分を空間的に分離する。
The nonlinear
光学結晶104は、ダイクロイックミラー103で分離した短波長成分より第1の変換光を生成し、光学結晶105は、ダイクロイックミラー103で分離した長波長成分より第2の変換光を生成する。まず、光学結晶104は、nが2の場合は、短波長成分の中の第1の基本光より第2高調波となる第1の変換光を生成する。また、光学結晶104は、nが3以上の場合は、第1の基本光より生成した第2高調波と、短波長成分より得られる第1の基本光とは各々波長が異なるn−2個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで第1の変換光を生成する。
一方、光学結晶105は、長波長成分の中の第2の基本光より生成した第2高調波と、長波長成分より得られる第2の基本光とは各々波長が異なるn−1個の第2の群変換光生成用光との和周波を生成することで第2の変換光を生成する。 On the other hand, the optical crystal 105 includes (n−1) first harmonics having different wavelengths from the second harmonic generated from the second fundamental light in the long wavelength component and the second fundamental light obtained from the long wavelength component. The second converted light is generated by generating a sum frequency with the two group- converted light generating light .
このようにして得られた第1の変換光と第2の変換光とを、ビームスプリッタ106で干渉させ、第1の変換光と第2の変換光との干渉により発生する第1の変換光と第2の変換光の周波数差の光信号(うなり信号)を検出部107で検出する。また、帰還制御部108が、検出器107で検出されたうなり信号より、周波数コム発生部101における光周波数コムの出力を制御する。
The first converted light and the second converted light thus obtained are caused to interfere with each other by the
光学結晶104では、第1の変換光が発生することになる。一方、光学結晶105では、第2の変換光が発生することになる。発生した第1の変換光および第2の変換光を干渉させて、得られるうなり信号(光ビート)を測定することでキャリアエンベロープオフセット周波数(f0)を検出することができる。
In the
また、このような検出部107による測定値を外部からのマイクロ波基準周波数と比較し、マイクロ波基準周波数からのずれの大きさを元に、帰還制御部108で周波数コム発生部101にフィードバック制御を行うことで、出力される光周波数コムのオフセット周波数(f0)を安定化することができるようになる。
In addition, the measurement value by the
例えば、上記マイクロ波基準周波数からのずれの大きさを元に、周波数コム発生部101を構成している共振器内の非線形分散の大きさにフィードバックを行えばよい。また、レーザの繰り返し周波数(frep)は、検出部107からの繰り返し周波数信号を元に、周波数コム発生部101を構成しているレーザの共振器長などにフィードバックすることにより固定することが可能である。
For example, feedback may be performed on the magnitude of the nonlinear dispersion in the resonator constituting the
このように、上述した実施の形態によれば、まず、必要とするSC光は、周波数帯域の比が長波長成分:短波長成分=n:(n+1)以上となる各成分が得られる範囲の周波数帯域であればよく、1オクターブ以上拡大する必要がなく、より低パルスエネルギーでよい。また、nが3以上の場合には、第1の変換光を、短波長成分の中の基本光より生成した第2高調波と、短波長成分より得られる基本光とは各々波長が異なるn−1個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで発生するようにしているので、高い変換効率が得られるようになり、干渉によるうなり信号の強度をより高くすることが可能となり、高い精度でオフセット周波数が検出できるようになる。 As described above, according to the above-described embodiment, first, the necessary SC light has a frequency band ratio within a range in which each component having a long wavelength component: short wavelength component = n: (n + 1) or more is obtained. The frequency band may be sufficient, and it is not necessary to expand it by one octave or more, and lower pulse energy may be used. In addition, when n is 3 or more, the second harmonic generated from the fundamental light in the short wavelength component of the first converted light and the fundamental light obtained from the short wavelength component have different wavelengths. Since it is generated by generating a sum frequency with -1 first group conversion light generation light, high conversion efficiency can be obtained, and the intensity of the beat signal due to interference is increased. This makes it possible to detect the offset frequency with high accuracy.
以下、上述した光学結晶(第1の変換光生成手段)104,光学結晶(第2の変換光生成手段)105について、より詳細に説明する。これらは、周期的なピッチ長で分極反転構造を有する擬似位相整合型の波長変換素子から構成すればよい。この擬似位相整合型の波長変換素子301は、図2の(a)に示すように、非線形光学特性を持った結晶から構成されて直列に接続した複数の領域302から構成され、隣り合う領域302で結晶の分極が反転している。この配列の方向に光が入射されて透過する。
Hereinafter, the optical crystal ( first converted light generation means) 104 and the optical crystal ( second converted light generation means) 105 will be described in more detail. These may be composed of a quasi-phase matching type wavelength conversion element having a domain-inverted structure with a periodic pitch length. As shown in FIG. 2A , the quasi-phase matching type
一般的に、基本光と非線形光学特性を持った結晶で発生する波長変換光との間では、屈折率が異なるため位相速度に差がある。このため、基本光が、結晶内を伝播するにつれて次々と発生する波長変換光は、少しずつ位相がずれていく。この中で、ある距離Λ離れた2点で発生した波長変換光の位相差がπになると、互いに打ち消し合うようになり逆に強度が減衰していく。この状態を抑制して安定して強度を増大させる方法として、擬似位相整合型の波長変換素子がある。 In general, there is a difference in phase velocity between the fundamental light and the wavelength converted light generated by the crystal having nonlinear optical characteristics because the refractive index is different. For this reason, the phase of the wavelength-converted light generated one after another as the basic light propagates through the crystal gradually shifts in phase. Among these, when the phase difference between the wavelength-converted lights generated at two points separated by a certain distance Λ becomes π, they cancel each other and conversely attenuate the intensity. As a method of suppressing this state and increasing the intensity stably, there is a quasi phase matching type wavelength conversion element.
擬似位相整合型の波長変換素子では、基本光と波長変換光との位相差がπとなるところ(距離Λ)で、結晶の分極(分極の方向)を反転させてここで発生する波長変換光の位相を反転させる。この構造によると、分極を反転していない状態であれば打ち消し合う状態が、逆に強め合う状態となり、結晶内を伝播するにつれて次々と発生する波長変換光の強度を常に増加させることができる。このように、擬似位相整合法では、基本光の波長λに対応した距離Λで結晶の分極を反転させている周期分極反転により、擬似的に位相整合させて波長を変換している。 In the quasi phase matching type wavelength conversion element, the wavelength converted light generated here by reversing the polarization (direction of polarization) of the crystal where the phase difference between the fundamental light and the wavelength converted light is π (distance Λ). Invert the phase of. According to this structure, if the polarization is not reversed, the states that cancel each other are intensified, and the intensity of wavelength-converted light that is generated one after another can be constantly increased as it propagates through the crystal. As described above, in the quasi-phase matching method, the wavelength is converted by quasi-phase-matching by periodic polarization reversal in which the polarization of the crystal is reversed at a distance Λ corresponding to the wavelength λ of the basic light.
擬似位相整合型の波長変換素子301の大きな特徴の1つとして、分極反転周期を調整することで、対応波長や変換方法(高調波発生、光パラメトリック発振など)を適宜に設定することができる。例えば、第2高調波発生用の波長変換素子301では、分極反転周期となる各々の領域302の配列方向の長さΛは、「Λ=m×λ/{2×(n2ω−nω)}・・(1)」と表すことができる。ここで、λは基本光の波長、nωは、領域302における基本光の波長の屈折率、n2ωは、領域302における第2高調波波長の屈折率、mは定数であり、通常1である。式(1)に示すように、分極反転周期Λは、入射する基本光の波長λによって決まるため、周期Λを適宜に設計することで様々な波長λに対応した波長変換素子301を作製することができる。
One of the major features of the quasi phase matching type
上述した擬似位相整合型の波長変換素子は、第2高調波だけではなく、和周波発生(Sum Frequency Generation:SFG)、差周波発生(Difference Frequency Generation:DFG)、光パラメトリック発振(Optical Parametric Oscillation:OPO)といった2次の非線形性を利用した様々な波長変換にも幅広く利用されている。また、擬似位相整合型の波長変換素子は、上述した特徴的な周期分極反転構造(Periodically Poled structure)を有することから、PP−XXとも呼ばれており(XXは材料名がはいる)、PPLN、PPMgLN、PPMgSLTのように表現される。 The above-described quasi-phase matching type wavelength conversion element is not limited to the second harmonic, but includes sum frequency generation (SFG), difference frequency generation (DFG), and optical parametric oscillation (Optical Parametric Oscillation: It is also widely used for various wavelength conversions utilizing second-order nonlinearity such as OPO). Further, the quasi-phase matching type wavelength conversion element is also referred to as PP-XX (XX is a material name) because it has the characteristic periodic polarization inverted structure described above (XX is a material name), and PPLN , PPMgLN, and PPMgSLT.
上述した擬似位相整合型の波長変換素子により、光学結晶104,光学結晶105が構成できる。例えば、光学結晶105は、n種類のΛの分極反転構造を有する擬似位相整合型の波長変換素子から構成することができる。この場合、光学結晶105は、まず、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列して各々の領域の配列方向の長さが第2の基本光の波長に対応した部分(第2の分極反転配列結晶部)を備える。加えて、光学結晶105は、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列した複数の群から構成され、各々の群の各領域の配列方向の長さが第2の基本光とは各々波長が異なるn個の第2の群変換光生成用光の各々の波長に各々対応する部分(第2の群分極反転配列結晶部)を備える。
The
光学結晶105には、長波長成分の第2の基本光が入射光となる。この中のn個の波長(λ1,λ2,…,λn)を用いることで、第2の変換光を発生させることができる。このためには、波長λ1に対応した複数の長さΛ1の領域からなる第1部分(第2の分極反転配列結晶部),波長λ2に対応した複数の長さΛ2の領域からなる第2部分,波長λ3に対応した複数の長さΛ3の領域からなる第3部分,・・・波長λnに対応した複数の長さΛnの領域からなる第n部分から光学結晶105を構成すればよい。 In the optical crystal 105, the second basic light having a long wavelength component becomes incident light. The second converted light can be generated by using n wavelengths (λ 1 , λ 2 ,..., Λ n ) among them. For this purpose, a first portion (second polarization-inverted array crystal portion) composed of a plurality of length Λ 1 regions corresponding to the wavelength λ 1 and a plurality of length Λ 2 regions corresponding to the wavelength λ 2 are used. comprising a second portion, the optical crystal from the third portion, the n moiety consisting regions of the plurality of length lambda n corresponding to ... wavelength lambda n comprising a plurality of length lambda 3 of the region corresponding to the wavelength lambda 3 105 may be configured.
第1部分では、波長λ1の光の第2高調波(λ1’=λ1/2)を発生させる。このときのピッチ長Λ1は、前述した式(1)より「Λ1=λ1/[2×{n(λ1’)−n(λ1)}]・・(2)」で与えればよい。ここでn(λ)は、波長λに対する非線形光学特性を持った結晶の屈折率を表す。このとき、波長λ2,λ3,…,λnの光は、対応するピッチ長がΛ1ではないため、第1部分では波長変換されずに透過される。 In the first portion, the second harmonic of the wavelength lambda 1 of the light (λ 1 '= λ 1/ 2) to generate. The pitch length Λ 1 at this time is given by “Λ 1 = λ 1 / [2 × {n (λ 1 ′) −n (λ 1 )}]... (2)” from the above-described equation (1). Good. Here, n (λ) represents the refractive index of a crystal having nonlinear optical characteristics with respect to the wavelength λ. At this time, light of wavelengths λ 2 , λ 3 ,..., Λ n is transmitted without being wavelength-converted in the first portion because the corresponding pitch length is not Λ 1 .
第2部分では、λ1とは異なる波長であるλ2と、第1部分で生成された第2高調波(λ1’)との和周波が取られて波長λ2’の波長変換光が生成される。このときのピッチ長Λ2は、「1/Λ2=n(λ2’)/λ2’−n(λ1’)/(λ1’)−n(λ2)/λ2・・・(3)」で与えられる。この式(3)により求められるピッチ長Λ2を変化させることにより、SC光のどの波長の光λ2’を用いるかを選択することができる。 In the second part, the sum frequency of λ 2 , which is a wavelength different from λ 1, and the second harmonic (λ 1 ′) generated in the first part is taken, and wavelength converted light of wavelength λ 2 ′ is converted. Generated. The pitch length Λ 2 at this time is “1 / Λ 2 = n (λ 2 ′) / λ 2 ′ −n (λ 1 ′) / (λ 1 ′) −n (λ 2 ) / λ 2. (3) ”. By changing the pitch length Λ 2 obtained by the equation (3), it is possible to select which wavelength λ 2 ′ of the SC light is used.
以下、第k(2≦k≦n)部分では、λk-1’とλkとの和周波を取って、波長λk’の波長変換光を得る。このためには、第k部分における各領域のピッチ長Λkを「1/Λk=n(λk’)/λk’−n(λk-1’)/(λk-1’)−n(λk)/λk・・・(3)」により与えればよい。 Hereinafter, in the k-th (2 ≦ k ≦ n) portion, the sum frequency of λ k−1 ′ and λ k is taken to obtain wavelength converted light of wavelength λ k ′. For this purpose, the pitch length Λ k of each region in the k-th portion is set to “1 / Λ k = n (λ k ′) / λ k ′ −n (λ k−1 ′) / (λ k−1 ′) −n (λ k ) / λ k (3) ”.
上述した構成とした光学結晶105の最大の特徴は、第2の変換光の生成を、波長λ1のみから生成するのではなく、波長(λ1,λ2,…,λn)の光を用いているため、高効率な変換光が生成できる点である。 The greatest feature of the optical crystal 105 configured as described above is that the second converted light is not generated only from the wavelength λ 1 , but the light of wavelengths (λ 1 , λ 2 ,..., Λ n ) is generated. Since it is used, highly efficient converted light can be generated.
例えば、簡単のためにn=2の場合を考えると、この場合は、図2の(b)に示すように、擬似位相整合型の波長変換素子311とすればよい。波長変換素子311は、非線形光学特性を持った結晶から構成されて直列に接続した複数の領域312と、非線形光学特性を持った結晶から構成されて直列に接続した複数の領域313とから構成されている。各領域312は、配列方向の長さΛ1が基本光の波長λ1に対応し、各領域313は、配列方向の長さΛ2が基本光とは波長が異なる波長λ2に対応している、領域312からなる第1部分により波長λ1の基本光の第2高調波が発生する。
For example, consider the case for simplicity n = 2, the this case, as shown in FIG. 2 (b), may be the
領域312からなる第1部分により第2高調波が発生する変換効率をη(0<η<1)とし、領域313からなる第2部分において、波長λ2の光と第2高調波の光との和周波を発生させる変換効率をη’とすれば、第2の変換光が得られる変換効率はη×η’で与えられる。ここには、「1−η」のような最大値を制限する項がないため、変換効率が25%を超えることも原理的に可能である。
The conversion efficiency at which the second harmonic is generated by the first portion composed of the
また、上述した構成の擬似位相整合型の波長変換素子では、1つの素子で第2の変換光を発生させることができる。n個の擬似位相整合素子を直列に並べた光学系と比べると、光学部品の節約ができるため、光学部品と擬似位相整合素子端面からのフレネル反射損失がなくなる。また、レーザ光と擬似位相整合素子との光結合損失が、少ない状態が得られる点も、上記素子の特徴となる。 Further, in the quasi phase matching type wavelength conversion element having the above-described configuration, the second converted light can be generated by one element. Compared with an optical system in which n quasi-phase matching elements are arranged in series, the optical parts can be saved, so that the Fresnel reflection loss from the optical parts and the end faces of the quasi-phase matching elements is eliminated. Another feature of the element is that the optical coupling loss between the laser beam and the quasi phase matching element can be reduced.
以上のことは、第1の変換光の発生を行う光学結晶104についても同様である。光学結晶104は、nが2の場合は、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列して各々の領域の配列方向の長さが第1の基本光の波長に対応した1群からなる第1の分極反転配列結晶部から構成されていればよい。第1の基本光は、短波長成分より得られる。また、nが3以上の場合、光学結晶104は、上述した第1の分極反転配列結晶部に加え、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列したn−1個の群から構成されて各々の群の各領域の配列方向の長さが第1の群変換光生成用光の各々の波長に各々対応した第1の群分極反転配列結晶部を備えていればよい。第1の群変換光生成用光は、短波長成分より得られる基本光とは各々波長が異なるn−1個の光である。
The same applies to the
次に、本発明の実施の形態における自己参照干渉方法について、n=2の場合を例にして図3のフローチャートを用いて説明する。 Next, the self-referencing interference method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 by taking n = 2 as an example.
まず、ステップS401で、例えば、フォトニック結晶ファイバなどの非線形光学媒質により、周波数帯域の比が2:3となる長波長成分および短波長成分の光が得られる範囲に、入力された光周波数コムの光スペクトル帯域を拡大させて帯域拡大光パルス(SC光)を生成する(第1ステップ)。次に、ステップS402で、例えば、所望とするカットオフ周波数のダイクロイックミラーを用い、SC光より長波長成分および短波長成分を分離する(第2ステップ)。 First, in step S401, an optical frequency comb that has been input within a range in which light having a long wavelength component and a short wavelength component having a frequency band ratio of 2: 3 can be obtained by a nonlinear optical medium such as a photonic crystal fiber. The optical spectrum band is expanded to generate band-expanded light pulses (SC light) (first step). Next, in step S402, for example, a long wavelength component and a short wavelength component are separated from the SC light using a dichroic mirror having a desired cutoff frequency (second step).
次に、ステップS403で、短波長成分の中の第1の基本光より第2高調波の第1の変換光を生成する(第3ステップ)。例えば、前述した波長変換素子301に、周波数f1の第1の基本光を含むSC光の短波長成分を入射させる。波長変換に使われる入射光の周波数f1を「f1=m×frep+f0」とすれば、第2高調波である第1の変換光の周波数は、2f1=2×(m×frep+f0)で与えられる。なお、nが3以上の場合は、短波長成分の中の第1の基本光より生成した第2高調波と、短波長成分より得られる第1の基本光とは各々波長が異なるn−2個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで第1の変換光を生成する。
Next, in step S403, first converted light of the second harmonic is generated from the first basic light in the short wavelength component (third step). For example, the short wavelength component of the SC light including the first basic light having the frequency f 1 is incident on the
次に、ステップS404で、長波長成分より第2の変換光を生成する。このとき、長波長成分の中の第2の基本光より生成した第2高調波と、長波長成分より得られる第2の基本光とは波長が異なる他の光(第2の群変換光生成用光)との和周波を生成することで第2の変換光を生成する。 Next, in step S404, it generates a second converted beam Ri by long wavelength components. At this time, the second harmonic generated from the second fundamental light in the long wavelength component and other light having different wavelengths from the second fundamental light obtained from the long wavelength component (second group converted light generation) The second converted light is generated by generating a sum frequency with the light .
例えば、波長変換素子311に、周波数f2の第2の基本光とこれとは周波数が異なる周波数f2’の光を含むSC光の長波長成分を入射させる。波長変換に使われる2つの光の周波数をf2(=n×frep+f0)、f2’(=n’×frep+f0)とすれば(ここでf2〜f2’)、波長変換素子311の、複数の領域312からなる群で生成される第2高調波の周波数は、2f2=2(n×frep+f0)となる。また、複数の領域313からなる群で生成される和周波の周波数は、2f2+f2’=(2n+n’)×frep+3f0である。従って、発生する第2の変換光は(オフセット周波数f0)×3+(繰り返し周波数frepの整数倍)になる。
For example, the
次に、ステップS405で、第1の変換光と第2の変換光とを干渉させ(第5ステップ)、ステップS406で、第1の変換光と第2の変換光との干渉により発生する第1の変換光と第2の変換光の周波数差の光信号(光ビート)を検出する(第6ステップ)。 Next, in step S405, the first converted light and the second converted light are caused to interfere (fifth step), and in step S406, the first converted light generated by the interference between the first converted light and the second converted light. An optical signal (optical beat) having a frequency difference between the first converted light and the second converted light is detected (sixth step).
2n+n’=2mを満たすように、言いかえれば、発生した第1の変換光および第2の変換光の波長をほぼ等しくなるように波長変換を行い、第1の変換光と第2の変換光の光を干渉させると、キャリアエンベロープオフセット周波数(f0)を検出することが可能である。 In order to satisfy 2n + n ′ = 2m, in other words, wavelength conversion is performed so that the wavelengths of the generated first converted light and second converted light are substantially equal, and the first converted light and the second converted light are converted. It is possible to detect the carrier envelope offset frequency (f 0 ) by causing the light of the light to interfere with each other.
例えば、中心周波数f=193.1THz(λ=1552nm)の通信波長帯の中心周波数から、まず、フォトニック結晶ファイバなどで周波数帯域が、長波長成分:短波長成分=2:3以上のSC光(1200〜1810nm)を発生させる。次いで、カットオフ周波数が1500nmのダイクロイックミラーで、上記SC光を短波長成分(1200〜1500nm)と長波長成分(1500〜1810nm)とに分離する。 For example, from the center frequency of the communication wavelength band of the center frequency f = 193.1 THz (λ = 1552 nm), first, SC light having a frequency band of long wavelength component: short wavelength component = 2: 3 or more with a photonic crystal fiber or the like (1200 to 1810 nm) is generated. Next, the SC light is separated into a short wavelength component (1200 to 1500 nm) and a long wavelength component (1500 to 1810 nm) with a dichroic mirror having a cutoff frequency of 1500 nm.
SC光の長波長成分(λ2=1800nm、λ2’=1810nmを含む)を入射光としたときの、光学結晶105における波長変換光(第2の変換光)の波長λ3は、1/λ3=1/(λ2/2)+1/λ2’よりλ3=601.1nmである。また、SC光の短波長成分(λ1=1202.2nmを含む)を入射光としたときの、光学結晶104より得られるλ1=1202.2nmの2倍波(第1の変換光)の波長λ1/2は、601.1nmである。これらを干渉させると、ビート信号(f0)が検出される。
When the long wavelength component (including λ 2 = 1800 nm and λ 2 ′ = 1810 nm) of the SC light is used as the incident light, the wavelength λ 3 of the wavelength converted light (second converted light) in the optical crystal 105 is 1 / λ 3 = 1 / (λ 2 /2) + 1 / λ 2 ' from lambda 3 = a 601.1Nm. Further, when the short wavelength component (including λ 1 = 1202.2 nm) of the SC light is used as the incident light, the double wave (first converted light) of λ 1 = 1202.2 nm obtained from the
この測定値を、外部からのマイクロ波基準周波数と比較し、マイクロ波基準周波数からのずれの大きさを元に帰還制御部108で、周波数コム発生部101を構成している共振器内の非線形分散の大きさにフィードバック制御を行う。この制御により、周波数コム発生部101より得られる光周波数コムのオフセット周波数(f0)を安定化することができるようになる。また、周波数コム発生部101が出力する周波数コムの繰り返し周波数(frep)は、検出部107で検出される繰り返し周波数信号を元に、周波数コム発生部101を構成しているレーザの共振器長などにフィードバックすることにより固定することが可能である。
This measured value is compared with an external microwave reference frequency, and based on the magnitude of the deviation from the microwave reference frequency, the
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
101…周波数コム発生部、102…非線形光学媒質(帯域拡大手段)、103…ダイクロイックミラー(分離手段)、104…光学結晶(第1の変換光生成手段)、105…光学結晶(第2の変換光生成手段)、106…ビームスプリッタ(干渉手段)、107…検出部、108…帰還制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記帯域拡大光パルスより長波長成分および短波長成分を分離する分離手段と、
前記短波長成分より第1の変換光を生成する第1の変換光生成手段と、
前記長波長成分より第2の変換光を生成する第2の変換光生成手段と、
前記第1の変換光と第2の変換光とを干渉させる干渉手段と、
前記第1の変換光と第2の変換光との干渉により発生する前記第1の変換光と前記第2の変換光の周波数差の光信号を検出する検出手段と
を少なくとも備え、
前記第1の変換光生成手段は、nが2の場合は、前記短波長成分のなかの第1の基本光より第2高調波となる前記第1の変換光を生成し、nが3以上の場合は、前記第1の基本光より生成した第2高調波と、前記短波長成分より得られる前記第1の基本光とは各々波長が異なるn−2個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで前記第1の変換光を生成し、
前記第2の変換光生成手段は、前記長波長成分の中の第2の基本光より生成した第2高調波と、前記長波長成分より得られる前記第2の基本光とは各々波長が異なるn−1個の第2の群変換光生成用光との和周波を生成することで前記第2の変換光を生成する
ことを特徴とする自己参照干渉装置。 A band obtained by expanding the optical spectrum band of the input optical frequency comb in a range in which light of a long wavelength component and a short wavelength component in which the ratio of frequency bands is n: (n + 1) is obtained (n is an integer of 2 or more). A band expanding means for generating an expanded light pulse;
Separating means for separating a long wavelength component and a short wavelength component from the band-expanded optical pulse;
A first converted light generating means for generating a first converted beam Ri by the short wavelength components,
A second converted light generating means for generating a second converted beam Ri by the long wavelength components,
Interference means for causing the first converted light and the second converted light to interfere with each other;
And at least detecting means for detecting an optical signal having a frequency difference between the first converted light and the second converted light generated by interference between the first converted light and the second converted light,
The first converted light generation means, when n is 2, generates the first converted light that is a second higher harmonic than the first basic light in the short wavelength component, and n is 3 or more. In the case of (2), n-2 first group converted light generations having different wavelengths from the second harmonic generated from the first basic light and the first basic light obtained from the short wavelength component, respectively. Generating the first converted light by generating a sum frequency with the light for use,
The second converted light generation means has a wavelength different from that of the second harmonic generated from the second basic light in the long wavelength component and the second basic light obtained from the long wavelength component. The self-referencing interference apparatus, wherein the second converted light is generated by generating a sum frequency with n-1 second group converted light generation lights.
前記第1の変換光生成手段は、
nが2の場合は、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列して各々の領域の配列方向の長さが前記第1の基本光の波長に対応した1群からなる第1の分極反転配列結晶部から構成され、
nが3以上の場合は、前記第1の分極反転配列結晶部に加え、隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列したn−1個の群から構成されて各々の群の各領域の配列方向の長さが前記第1の群変換光生成用光の各々の波長に各々対応した第1の群分極反転配列結晶部を備え、
前記第2の変換光生成手段は、
隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列して各々の領域の配列方向の長さが前記第2の基本光の波長に対応した1群からなる第2の分極反転配列結晶部と、
隣り合う領域で結晶の分極が反転している複数の領域が直列に接続して配列したn個の群から構成されて各々の群の各領域の配列方向の長さが前記第2の群変換光生成用光の各々の波長に各々対応した第2の群分極反転配列結晶部と
から構成されていることを特徴とする自己参照干渉装置。 The self-referencing interferometer according to claim 1,
The first converted light generation means includes:
When n is 2, a plurality of regions in which the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions are connected in series and arranged so that the length in the arrangement direction of each region is equal to the wavelength of the first basic light. It is composed of a first domain-inverted array crystal part consisting of a corresponding group,
When n is 3 or more, in addition to the first domain-inverted array crystal part, a plurality of regions in which the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions are connected in series to form an n−1 group. A first group polarization inversion array crystal portion configured so that the length in the arrangement direction of each region of each group corresponds to each wavelength of the first group converted light generation light,
The second converted light generation means includes:
A plurality of regions in which the polarization of the crystal is inverted in adjacent regions are connected in series and arranged, and the length of each region in the arrangement direction is made up of one group corresponding to the wavelength of the second basic light. 2 domain-inverted array crystal parts;
The second group conversion is made up of n groups in which a plurality of regions whose crystal polarizations are inverted in adjacent regions are connected in series, and the length in the array direction of each region of each group is the second group conversion And a second group polarization inversion array crystal part corresponding to each wavelength of the light generating light.
前記帯域拡大光パルスより長波長成分および短波長成分を分離する第2ステップと、
前記短波長成分より第1の変換光を生成する第3ステップと、
前記長波長成分より第2の変換光を生成する第4ステップと、
前記第1の変換光と第2の変換光とを干渉させる第5ステップと、
前記第1の変換光と第2の変換光との干渉により発生する前記第1の変換光と前記第2の変換光の周波数差の光信号を検出する第6ステップと
を少なくとも備え、
前記第3ステップは、nが2の場合は、前記短波長成分の中の第1の基本光より第2高調波となる前記第1の変換光を生成し、nが3以上の場合は、前記第1の基本光より生成した第2高調波と、前記短波長成分より得られる前記第1の基本光とは各々波長が異なるn−2個の第1の群変換光生成用光との和周波を生成することで前記第1の変換光を生成し、
前記第4ステップは、前記長波長成分の中の第2の基本光より生成した第2高調波と、前記長波長成分より得られる前記第2の基本光とは各々波長が異なるn−1個の第2の群変換光生成用光との和周波を生成することで前記第2の変換光を生成する
ことを特徴とする自己参照干渉方法。 The optical spectrum band of the optical frequency comb that has been input (n is an integer of 2 or more) is expanded within the range in which long-wavelength component and short-wavelength component light with a frequency band ratio of n: (n + 1) is obtained. A first step of generating a light pulse;
A second step of separating a long wavelength component and a short wavelength component from the band expanding optical pulse;
A third step of generating the first converted light Ri by the short wavelength components,
A fourth step of generating a second converted beam Ri by the long wavelength components,
A fifth step of causing the first converted light and the second converted light to interfere with each other;
And at least a sixth step of detecting an optical signal having a frequency difference between the first converted light and the second converted light generated by interference between the first converted light and the second converted light,
In the third step, when n is 2, the first converted light that is the second higher harmonic than the first basic light in the short wavelength component is generated, and when n is 3 or more, The second harmonic wave generated from the first basic light and the first basic light obtained from the short wavelength component are n-2 first group converted light generating lights each having a different wavelength. The first converted light is generated by generating a sum frequency,
In the fourth step, the second harmonic generated from the second fundamental light in the long wavelength component and the second fundamental light obtained from the long wavelength component have n-1 different wavelengths. A self-reference interference method, wherein the second converted light is generated by generating a sum frequency with the second group converted light generation light.
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