特許 6232334 レーザ位相雑音低減装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6232334

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】レーザ位相雑音低減装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/10 Z

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-85771(P2014-85771)

(22)【出願日】2014年4月17日

(65)【公開番号】特開2015-207601(P2015-207601A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年7月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(72)【発明者】

【氏名】岡本 達也

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 文彦

【審査官】 大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０４５０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８２１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１４８４１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２２６９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／００１６７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−３０４４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５２９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９３７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３９７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８９４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表昭６３−５０２３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２７０９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７２２４４６３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 Firooz Aflatouni, et al.，“Wideband tunable laser phase noise reduction using single sideband modulation in an electro-optical feed-forward scheme”，Optics Letters，２０１２年 １月１５日，Vol.37，No.2，p.196-198

【文献】 Firooz Aflatouni, et al.，“Design Methodology and Architectures to Reduce the Semiconductor Laser Phase Noise Using Electrical Feedforward Schemes”，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，２０１０年１１月，Vol.58，No.11，p.3290-3303

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００ − ３／３０

Ｈ０４Ｂ １０／００ − １０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００ − １４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光源から出力されたレーザ光を第１のレーザ光と第２のレーザ光に二分岐する光分岐器と、
前記分岐された第２のレーザ光の位相雑音の変化をマッハツェンダー干渉計及び光検出器を用いて測定しその電気信号を出力する測定器と、
前記測定器から出力された電気信号に基づいて、前記位相雑音の変化を電圧変化に変換したフィードフォワード制御信号を生成する制御信号生成回路と、
前記制御信号生成回路により生成されたフィードフォワード制御信号により駆動され、当該フィードフォワード制御信号の電圧値の変化に対応する周波数を持つ変調信号を発生する変調信号発生回路と、
前記変調信号発生回路により発生された変調信号により、前記分岐された第１のレーザ光を変調する光変調器と
を具備し、
前記制御信号生成回路は、
前記測定器から出力された電気信号の同相成分及び直交成分のそれぞれについて時間平均を算出する同相成分用及び直交成分用の時間平均算出手段と、
前記直交成分用の時間平均算出手段により算出された前記直交成分の時間平均値を符号反転する符号反転手段と、
前記測定器から出力された電気信号の直交成分と、前記同相成分用の時間平均算出手段により算出された前記同相成分の時間平均値とを乗算する第１の乗算手段と、
前記測定器から出力された電気信号の同相成分と、前記符号反転された前記直交成分の時間平均値とを乗算する第２の乗算手段と、
前記第１及び第２の乗算手段により得られた各乗算値を相互に加算し、当該加算後の信号を前記フィードフォワード制御信号として出力する加算手段と
を備えることを特徴とするレーザ位相雑音低減装置。

【請求項2】

前記光分岐器により分岐された第２のレーザ光をもとに、前記測定器、制御信号生成回路及び変調信号発生回路からなるフィードフォワード制御系により生成された変調信号が前記光変調器に入力するタイミングと、前記光分岐器により前記第２のレーザ光と同時に分岐された第１のレーザ光が前記光変調器に入射するタイミングとが一致するように調整するタイミング調整手段を、さらに具備することを特徴とする請求項１記載のレーザ位相雑音低減装置。

【請求項3】

前記光変調器は、前記変調信号発生回路により発生された変調信号により前記第１のレーザ光の−１次サイドバンド光を変調する−１次サイドバンド変調器により構成されるものである請求項１又は２記載のレーザ位相雑音低減装置。

【請求項4】

前記光変調器は、
前記変調信号発生回路により発生された変調信号により駆動され、前記第１のレーザ光を強度変調又は位相変調する変調器と、
前記変調器により変調された第１のレーザ光から−１次サイドバンド光を抽出する光フィルタと
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ位相雑音低減装置。

【請求項5】

前記変調信号発生回路は、
前記制御信号生成回路により生成されたフィードフォワード制御信号の電圧値を積分して、前記位相雑音を表す電気信号を出力する積分器と、
前記積分器から出力された位相雑音を表す電気信号を符号反転する符号反転器と
を備え、
前記光変調器は、前記符号反転器から出力された符号反転後の電気信号により前記第１のレーザ光を位相変調する位相変調器を
備えることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ位相雑音低減装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、レーザ光の位相雑音を低減するために用いるレーザ位相雑音低減装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、光通信や測定等のために使用されるレーザ光には位相雑音が含まれており、この位相雑音を低減するために種々の技術が提案されている。例えば、非特許文献１では、光変調器、周波数弁別器及び電圧制御発振器を用い、周波数弁別器としてマッハツェンダー干渉計と光検出器を用いた装置が記載されている。

【0003】

非特許文献１に記載された装置では、レーザ光源から出射したビームを二分岐して、一方を光変調器へ、他方を周波数弁別器へそれぞれ入射する。周波数弁別器はマッハツェンダー干渉計と光検出器とから構成され、レーザ光の位相雑音の変化量を測定する。そして、この測定された位相雑音の変化量により電圧制御発振器を駆動することで、レーザ光の位相雑音を含む変調信号を生成し、光変調器へ入力されたレーザ光を上記変調信号によりフィードフォワード制御することで、位相雑音が低減した光を得る。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】F. Aflatouni and H. Hashemi, "Wideband tunable laser phase noise reduction using single side-band modulation in an electro-optical feed-forward scheme," Optics Letters, vol. 37, no. 2, 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、非特許文献１に記載された技術では、レーザの位相雑音の変化量を正確に測定するために、マッハツェンダー干渉系の片アームに設ける遅延に対して、レーザ光のコヒーレンス時間より小さいことと、ντ＝ｎ＋１／４（ν：レーザの周波数、τ：マッハツェンダー干渉計の片アームに設ける遅延、ｎ：整数）という２つの条件を満たさなければならない。しかし、この条件を満たすためには、例えば周波数２００THzのレーザ光の場合、遅延τをｆsオーダの精度で調整する必要があり、容易なことではない。非特許文献１に記載された技術では、遅延τをフィードバック制御することで上記条件を満たしている。しかし、フィードバック制御の帯域によって、レーザ光の位相雑音低減装置の帯域が制限されてしまうという、別の問題が発生する。

【0006】

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、マッハツェンダー干渉計に設定する遅延に対する条件を満たさなくても、レーザ光の位相雑音の変化量を正確に測定できるようにし、これにより帯域制限を受けることなくレーザ光の位相雑音を低減できるようにしたレーザ位相雑音低減装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、レーザ光源から出力されたレーザ光を第１のレーザ光と第２のレーザ光に二分岐する光分岐器と、前記分岐された第２のレーザ光の位相雑音の変化をマッハツェンダー干渉計及び光検出器を用いて測定しその電気信号を出力する測定器と、前記測定器から出力された電気信号に基づいて、前記位相雑音の変化を電圧変化に変換したフィードフォワード制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記制御信号生成回路により生成されたフィードフォワード制御信号により駆動され、当該フィードフォワード制御信号の電圧値の変化に対応する周波数を持つ変調信号を発生する変調信号発生回路と、前記変調信号発生回路により発生された変調信号により、前記分岐された第１のレーザ光を変調する光変調器とを具備する。そして前記制御信号生成回路は、前記測定器から出力された電気信号の同相成分及び直交成分のそれぞれについて時間平均を算出する同相成分用及び直交成分用の時間平均算出手段と、前記直交成分用の時間平均算出手段により算出された前記直交成分の時間平均値を符号反転する符号反転手段と、前記測定器から出力された電気信号の直交成分と、前記同相成分用の時間平均算出手段により算出された前記同相成分の時間平均値とを乗算する第１の乗算手段と、前記測定器から出力された電気信号の同相成分と、前記符号反転された前記直交成分の時間平均値とを乗算する第２の乗算手段と、前記第１及び第２の乗算手段により得られた各乗算値を相互に加算し、当該加算後の信号を前記フィードフォワード制御信号として出力する加算手段とを備えるものである。

【0008】

また、この発明の第１の観点は以下のようないくつかの態様を備えることを特徴とする。
第１の態様は、前記光分岐器により分岐された第２のレーザ光をもとに、前記測定器、制御信号生成回路及び変調信号発生回路からなるフィードフォワード制御系により生成された変調信号が前記光変調器に入力されるタイミングと、前記光分岐器により前記第２のレーザ光と同時に分岐された第１のレーザ光が前記光変調器に入射するタイミングとが一致するように調整するタイミング調整手段を、さらに具備するものである。

【0009】

第２の態様は、前記光変調器として−１次サイドバンド変調器を用い、前記変調信号発生回路により発生された変調信号により前記第１のレーザ光の−１次サイドバンド光を変調するものである。

【0010】

第３の態様は、前記光変調器として、前記変調信号発生回路により発生された変調信号により駆動され、前記第１のレーザ光を強度変調又は位相変調する変調器と、この変調器により変調された第１のレーザ光から−１次サイドバンド光を抽出し出力する光フィルタとを備えるものである。

【0011】

第４の態様は、前記変調信号生成回路として、前記制御信号生成回路により生成されたフィードフォワード制御信号の電圧値を積分して、前記位相雑音を表す電気信号を出力する積分器と、前記積分器から出力された位相雑音を表す電気信号を符号反転する符号反転器とを備え、かつ前記光変調器として、前記符号反転器から出力された符号反転後の電気信号により前記第１のレーザ光を位相変調する位相変調器を備えるものである。

【発明の効果】

【0013】

この発明の第１の観点によれば、レーザ光に含まれる位相雑音を、フィードバック制御系を用いずにフィードフォワード制御系のみにより低減することが可能となる。このため、マッハツェンダー干渉計に設定する遅延に対する条件を緩和することができ、さらにフィードバック制御の帯域制限の影響を低減して、高い位相雑音の低減効果を得ることができる。

【0014】

第１の態様によれば、タイミング調整手段を備えることで、フィードフォワード制御系により生成された変調信号が光変調器に入力されるタイミングと、レーザ光が上記光変調器に入射するタイミングとが一致するように調整することができる。このため、フィードフォワード制御系における処理遅延が大きい場合でも、光変調器へのレーザ光と変調信号の入力タイミングを一致させることが可能となり、これにより高精度の位相雑音低減処理を実現することができる。

【0015】

第２の態様によれば、光変調器として−１次サイドバンド変調器を用いることで、フィードフォワード制御系により生成された変調信号をそのまま光変調器に与えることで、レーザ光の位相雑音成分を低減することが可能となる。

【0016】

第３の態様によれば、光変調器として、レーザ光を強度変調又は位相変調する変調器と、変調されたレーザ光から−１次サイドバンド光を抽出する光フィルタとを用いることで、比較的安価な光部品により本発明を実施することができる。

【0017】

第４の態様によれば、変調信号生成回路として、フィードフォワード制御信号の電圧値を積分して位相雑音を表す電気信号を出力する積分器と、この積分器から出力された位相雑音を表す電気信号を符号反転する符号反転器とを用いることで、電圧制御発振器を用いずに実現することができる。

【0018】

すなわちこの発明の各観点によれば、マッハツェンダー干渉系の片アームに設ける遅延に対する条件を満たさなくても、レーザ光の位相雑音の変化量を正確に測定できるようになり、これにより帯域制限を受けることなくレーザ光の位相雑音を低減することが可能なレーザ位相雑音低減装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の第１の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置の構成を示すブロック図。

【図2】図１に示した装置の動作説明に使用するコンスタレーションマップを示す図。

【図3】この発明の第２の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置の構成を示すブロック図。

【図4】この発明の第３の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態をいくつか説明する。
［第１の実施形態］
（構成）
図１は、この発明の第１の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置の構成を示すブロック図であり、１はレーザ光を発生するレーザ光源、１００Ａはレーザ位相雑音低減装置をそれぞれ示している。

【0021】

レーザ位相雑音低減装置１００Ａは、光回路系デバイスとして、光分岐器２−１，２−２と、遅延付与部３と、光９０度ハイブリッド部４と、バランス型受光器５−１，５−２と、光路長調整部１１と、−１次サイドバンド変調部１３とを備えている。このうち遅延付与部３及び光９０度ハイブリッド部４はマッハツェンダー干渉計を構成する。

【0022】

またレーザ位相雑音低減装置１００Ａは、電気回路系デバイスとして、電気信号分岐部６−１，６−２と、時間平均算出部７−１，７−２と、符号反転部８と、乗算器９−１，９−２と、加算器１０と、電圧制御発振器１２を備えている。これらの回路はフィードフォワード制御回路を構成する。

【0023】

光分岐器２−１は、レーザ光源１から出射されたレーザ光を二分岐し、その一方の第１のレーザ光を光路長調整部１１へ、他方の第２のレーザ光を光分岐器２−２へそれぞれ出力する。光分岐器２−２は上記第２のレーザ光をさらに二分岐し、その一方を遅延付与部３へ、他方を光９０度ハイブリッド部４にそれぞれ出力する。

【0024】

マッハツェンダー干渉計の遅延付与部３は、上記入力されたレーザ光に遅延量τを与える。光９０度ハイブリッド部４は、上記遅延付与部３により遅延量τが与えられたレーザ光と、遅延量τが与えられないレーザ光との間に干渉を発生させ、その干渉波を出力する。バランス型受光器５−１，５−２はそれぞれ上記光９０度ハイブリッド部４から出力された干渉波を受光し、その受光信号の直交成分Ｑ(t) 及び同相成分Ｉ(t) を出力する。

【0025】

電気信号分岐部６−１，６−２は、それぞれ上記バランス型受光器５−１，５−２から出力された受光信号の直交成分Ｑ(t) 及び同相成分Ｉ(t) を二分岐する。時間平均算出部７−１，７−２は、それぞれ上記二分岐された受光信号の直交成分Ｑ(t) 及び同相成分Ｉ(t) に対し所定期間の時間平均値を算出する。符号反転部８は、上記時間平均算出部７−１により算出された直交成分Ｑ(t) の時間平均値の符号を反転させる。

【0026】

乗算器９−１は、上記電気信号分岐部６−１により二分岐された受光信号の直交成分Ｑ(t) と、上記時間平均算出部７−２により算出された同相成分Ｉ(t) の時間平均値とを乗算する。乗算器９−２は、上記電気信号分岐部６−２により二分岐された受光信号の同相成分Ｉ(t) と、上記符号反転部８により符号が反転された直交成分Ｑ(t) の時間平均値とを乗算する。加算器１０は、上記乗算器９−１，９−２から出力された乗算値を相互に加算し、その加算信号をフィードフォワード制御信号として電圧制御発振器１２に与える。

【0027】

電圧制御発振器１２は、上記加算器１０から与えられたフィードフォワード制御信号の電圧値に対応する周波数、つまり上記レーザ光に含まれる周波数ゆらぎに相当する周波数を含む信号を発振する。そして、この発振した信号を−１次サイドバンド変調部１３に変調信号として供給する。

【0028】

−１次サイドバンド変調部１３は、上記光分岐器２−１から出射された第１のレーザ光を上記電圧制御発振器１２から供給された変調信号により光変調し、変調された−１次サイドバンド光を出力する。

【0029】

光路長調整部１１は、上記光分岐器２−１から出射された第１のレーザ光が上記−１次サイドバンド変調部１３に入射するタイミングと、上記光分岐器２−１から上記第１のレーザ光と同時に出射された第２のレーザ光をもとに上記フィードフォワード制御回路で生成された変調信号が上記−１次サイドバンド変調部１３に入力されるタイミングとが一致するように、第１のレーザ光の光路長を調節するものである。

【0030】

（動作）
次に、以上のように構成されたレーザ位相雑音低減装置の動作を、数式を用いて説明する。
レーザ光源１から出射される光の複素電界振幅Ｅ(t) を次式で表す。

【数1】

ここで、Ａはレーザ光源１から出射されるレーザ光の振幅、νはレーザ光源１から出射されるレーザ光の周波数、θ(t) はレーザ光源１から出射される光の位相雑音を表す。

【0031】

(1) 式で表されるレーザ光は光分岐素子２−１によって二分岐され、一方は−１次サイドバンド変調部１３に入力される。もう一方は光分岐器２−２を介してマッハツェンダー干渉計に入力される。マッハツェンダー干渉計では、遅延付与部３を経て光９０度ハイブリッド部４に入射した光と、遅延付与部３を経ずに直接光９０度ハイブリッド部４に入射した光とが、光９０度ハイブリッド部４において干渉する。

【0032】

このとき、遅延付与部３が与える遅延量をτとすると、干渉Ｓ(t) は

【数2】

のように表される。ここで、Δθ(t) は遅延量τに対する位相雑音の変化量を示す。

【0033】

遅延量τに対する位相雑音の変化量Δθ(t) は、

【数3】

のように表される。Δθ(t) は遅延量τに依存する量であり、遅延量τをレーザ光源１のコヒーレンス時間よりも短く調整することで、

【数4】

を満たす。

【0034】

(2) 式で表される干渉の同相成分と直交成分がバランス型受光器５−１，５−２によって検出され、出力される。出力される信号の同相成分をＩ(t) 、直交成分をＱ(t) とすると、これらは上記(2) 式を用いてそれぞれ

【数5】

のように表される。

【0035】

上記(5) 、(6) 式は行列を用いて、

【数6】

のように表せる。

【0036】

(7) 式から、上記同相成分Ｉ(t) 、直交成分Ｑ(t) は、コンスタレーションマップにおいて、例えば図２に示すように（cosΔθ(t)，sinΔθ(t)）を角度２πντ回転させる回転行列をかけたものであることがわかる。
(7) 式の両辺に回転行列の逆行列をかけると、

【数7】

が得られる。

【0037】

そして、(4)式より、sinΔθ(t) ≒Δθ(t) なる近似を行うと、(8) 式のsinΔθ(t) はＩ(t) 、Ｑ(t) を用いて、

【数8】

のように表される。

【0038】

次に、(5) 式の時間平均を以下のように求める。

【数9】

ここで、Δθ(t)はランダムな波形であり、かつ(4) 式を満たす。
このため、

【数10】

なる近似式が成り立つ。

【0039】

そして、(10) 〜(12) 式より、

【数11】

なる近似が成り立つ。

【0040】

同様に、(6) 式の時間平均を以下のように求める。

【数12】

そして、(11) 、(12) 、(14) 式より、

【数13】

なる近似式が成り立つ。

【0041】

そして、(9) 、(13)、(15)式より、Δθ(t)はＩ(t) 、Ｑ(t) を用いて

【数14】

のように表される。

【0042】

(16)式で表される電気信号はフィードフォワード制御信号として使用されるもので、電気信号分岐部６−１，６−２、時間平均算出部７−１，７−２、符号反転部８、乗算器９−１，９−２、及び加算器１０により構成されるフィードフォワード制御信号生成回路により生成される。

【0043】

次に、(16)式で表されるフィードフォワード制御信号により電圧制御発振器１２を駆動する。これにより電圧制御発振器１２からは、次式で表される瞬時周波数ｖ_osc(t)をもつ信号が出力される。

【数15】

ここで、ｖ_mは電圧制御発振器１２の発振周波数を表す。

【0044】

また、(17)式の瞬時周波数をもつ信号の時間波形φ_m(t)は、次式で表される。

【数16】

ここで、θ_mod(t) は、電圧制御発振器１２によって得られたレーザ光の位相雑音成分を表す。

【0045】

(18)式で表される変調信号は、−１次サイドバンド変調部１３の変調信号入力端子に入力される。この結果、−１次サイドバンド変調部１３からは、フィードフォワード制御されたレーザ光が出力される。すなわち、位相雑音が低減されたレーザ光が得られる。当該レーザ光の複素電界振幅Ｅ_red(t) は、

【数17】

のように表される。

【0046】

なお、以上述べたフィードフォワード制御によりレーザ光の位相雑音を低減するには、光分岐器２−１から出射された第１のレーザ光が−１次サイドバンド変調部１３に入射するタイミングと、光分岐器２−１から上記第１のレーザ光と同時に出射された第２のレーザ光をもとに上記フィードフォワード制御回路で生成された変調信号が上記−１次サイドバンド変調部１３に入力されるタイミングとを一致させる必要がある。そこで、光路長調整部１１により、第１のレーザ光の光路長を調節する。この光路長の調整操作は、保守員の手操作により行われる。

【0047】

（効果）
以上詳述したように第１の実施形態では、レーザ光源１から出射されたレーザ光をマッハツェンダー干渉計に入射して遅延付与部３により遅延τを与えることで干渉を発生させ、この干渉波に含まれる上記遅延τに対する位相雑音の変化量をバランス型受光器５−１，５−２により検出する。そして、検出された位相雑音の変化量を電圧値の変化量に変換したフィードフォワード制御信号を生成し、このフィードフォワード制御信号を電圧制御発振器１２を入力して上記位相雑音の変化に相当する周波数を含む信号を発生させ、この信号を−１次サイドバンド変調部１３に変調信号として与えてレーザ光の−１次サイドバンドを変調することで、上記位相雑音が相殺されたレーザ光を出力するようにしている。

【0048】

したがって、レーザ光に含まれる位相雑音を、フィードバック制御系を用いずにフィードフォワード制御系のみにより低減することが可能となる。このため、マッハツェンダー干渉計に設定する遅延τに対しフィードバック制御を行う必要がなくなって、遅延τに対する条件を緩和することができ、また位相雑音低減装置１００Ａの帯域がフィードバック制御の帯域に制限されることがなく、これによりレーザ光に含まれる位相雑音を効果的に低減することができる。

【0049】

さらに、光路長調整部１１を備えることで、レーザ光が−１次サイドバンド変調部１３に入射するタイミングを調整して、当該入射タイミングを、フィードフォワード制御系により生成された変調信号が−１次サイドバンド変調部１３に入力されるタイミングと一致させることができる。このため、フィードフォワード制御系における処理遅延が大きくなる場合であっても、−１次サイドバンド変調部１３へのレーザ光と変調信号の入力タイミングを一致させることが可能となり、これにより高精度の位相雑音低減処理を実現することができる。

【0050】

［第２の実施形態］
この発明の第２の実施形態は、第１の実施形態で用いた−１次サイドバンド変調部１３に代えて、強度変調又は位相変調を行う変調器と光フィルタとを用いるようにしたものである。

【0051】

図３はこの発明の第２の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置の構成を示すブロック図ある。なお、同図において、前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

【0052】

第２の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置１００Ｂは、光分岐部２−１により分岐された第１のレーザ光の光路上に、光長調整部１１、強度変調又は位相変調部１４及び光フィルタ１５を配置している。強度変調又は位相変調部１４は、電圧制御発振器１２から発生された変調信号により、上記光路長調整部１１を経て入射したレーザ光の強度または位相を変調する。光フィルタ１５は、上記強度変調又は位相変調部１４により強度または位相が変調されたレーザ光から、−１次サイドバンド光のみを抽出して出力する。

【0053】

このような構成であるから、電圧制御発振器１２により発生された(18)式で示される変調信号が強度変調又は位相変調部１４に供給され、これにより強度変調又は位相変調部１４においてレーザ光のフィードフォワード制御が行われ、光周波数コムが発生する。そして、この光周波数コムを光フィルタ１５に通すことで、光周波数コムから(19)式に示す−１次サイドバンド光が抽出され、出力される。

【0054】

したがって、第２の実施形態においても、先に述べた第１の実施形態と同様に、レーザ光に含まれる位相雑音を、フィードバック制御系を用いずにフィードフォワード制御系のみにより低減することが可能となる。このため、マッハツェンダー干渉計に設定する遅延τに対する条件を緩和することができ、また位相雑音低減装置１００Ｂの帯域がフィードバック制御の帯域に制限されることがなく、これによりレーザ光に含まれる位相雑音を効果的に低減することができる。

【0055】

また、第２の実施形態では光変調部として強度変調又は位相変調部１４及び光フィルタ１５を用いている。このため、−１次サイドバンド変調部１３を用いる場合に比べ、汎用の光部品を用いることができ、これにより装置を安価に提供することができる。

【0056】

さらに、第２の実施形態においても、光路長調整部１１により、レーザ光が−１次サイドバンド変調部１３に入射するタイミングを調整して、当該入射タイミングを、フィードフォワード制御系により生成された変調信号が−１次サイドバンド変調部１３に入力されるタイミングと一致させることができる。このため、フィードフォワード制御系における処理遅延が大きくなる場合であっても、−１次サイドバンド変調部１３へのレーザ光と変調信号の入力タイミングを一致させることが可能となり、これにより高精度の位相雑音低減処理を実現することができる。

【0057】

［第３の実施形態］
この発明の第３の実施形態は、電圧制御発振器の代わりに積分器及び符号反転部を用い、この積分器及び符号反転部により得られた信号を変調信号として位相変調部に与え、レーザ光を位相変調して位相雑音が低減されたレーザ光を出力するようにしたものである。

【0058】

図４はこの発明の第３の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置の構成を示すブロック図ある。なお、同図において、前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

【0059】

第３の実施形態に係るレーザ位相雑音低減装置１００Ｃは、加算器１０から出力されたフィードフォワード制御信号を積分器１６に入力している。積分器１６は、上記フィードフォワード制御信号を積分し、その積分出力信号を符号反転部１７に入力している。符号反転部１７は、上記入力された積分出力信号の符号を反転させ、符号反転後の積分出力信号を位相変調部１８に変調信号として与える。位相変調部１８は、上記変調信号によりレーザ光の位相を変調し、この位相変調されたレーザ光を位相雑音が低減されたレーザ光として出力する。

【0060】

以上のように構成された装置の動作を数式を用いて説明する。なお、マッハツェンダー干渉計及びフィードフォワード制御回路において、(1) 式〜(16)式に示す処理が行われてフィードバック制御信号が生成される点は、第１の実施形態と同様である。

【0061】

(16)式で表される電気信号を積分器１６で積分すると、レーザ光源１の位相雑音を表す信号が得られる。この信号は、

【数18】

のように表される。

【0062】

次に、上記積分器１６により得られた信号を符号反転部１７に入力して符号を反転し、この符号反転された信号を位相変調部１８に変調信号として与えると、位相変調部１８においてレーザ光がフィードフォワード制御され、これにより位相雑音が低減されたレーザ光が出力される。このレーザ光の複素電界振幅Ｅ_red(t) は、

【数19】

のように表される。なお、θ_mod(t) は、積分器１６から出力される、レーザ光の位相雑音成分を表す。

【0063】

したがって第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、レーザ光に含まれる位相雑音を、フィードバック制御系を用いずにフィードフォワード制御系のみにより低減することが可能となる。このため、マッハツェンダー干渉計に設定する遅延τに対する条件を緩和することができ、またレーザ位相雑音低減装置１００Ｃの帯域がフィードバック制御の帯域に制限されることがなく、これによりレーザ光に含まれる位相雑音を効果的に低減することができる。

【0064】

また、積分器１６と符号反転部１７を用いて変調信号を生成しているので、電圧制御発振器１２を用いる場合に比べフィードフォワード制御系の回路構成を簡単かつ安価に実現することができる。

【0065】

さらに、第３の実施形態においても、光路長調整部１１により、第１のレーザ光が−１次サイドバンド変調部１３に入射するタイミングを調整して、当該入射タイミングを、フィードフォワード制御系により生成された変調信号が−１次サイドバンド変調部１３に入力されるタイミングと一致させることができる。このため、フィードフォワード制御系における処理遅延が大きくなる場合であっても、−１次サイドバンド変調部１３へのレーザ光と変調信号の入力タイミングを一致させることが可能となり、これにより高精度の位相雑音低減処理を実現することができる。

【0066】

［その他の実施形態］
前記各実施形態では、第１のレーザ光の光路に光路調整部１１を配置して、レーザ光が光変調部に入射するタイミングを調整するようにした。しかしこれに限定されるものではなく、第１のレーザ光の光路には第１のレーザ光に対し予め定めた固定遅延量を与える遅延部を配置すると共に、フィードフォワード制御系の電気回路中にフィードフォワード制御信号の出力タイミングを調整する可変遅延器を設ける。そして、この可変遅延器の遅延量を可変制御することで、第１のレーザ光が−１次サイドバンド変調部１３に入射するタイミングと、フィードフォワード制御系により生成された変調信号が−１次サイドバンド変調部１３に入力されるタイミングとを一致させるようにしてもよい。このように構成すると、タイミング調整をより簡単かつ正確に行うことが可能となる。

【0067】

その他、フィードフォワード制御系の回路構成や、変調信号を生成する回路の構成、光変調部の種類などについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【0068】

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

【符号の説明】

【0069】

１…レーザ光源、２−１，２−２…光分岐器、３…遅延付与部、４…光９０度ハイブリッド部、５−１，５−２…バランス型受光器、６−１，６−２…電気信号分岐器、７−１，７−２…時間平均算出部、８…符号反転部、９−１，９−２…乗算器、１０…加算器、１１…光路長調整部、１２…電圧制御発振器、１３…−１次サイドバンド変調部、１４…強度変調又は位相変調部、１５…光フィルタ、１６…積分器、１７…符号反転部、１８…位相変調部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】