特許 7376917 光周波数掃引レーザ光源

(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】

(24)【登録日】2023-10-31

(45)【発行日】2023-11-09

(54)【発明の名称】光周波数掃引レーザ光源

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/13 20060101AFI20231101BHJP

   G02F 1/377 20060101ALI20231101BHJP

   G02F 2/02 20060101ALI20231101BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20231101BHJP

   H01S 5/0687 20060101ALI20231101BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

H01S3/13

G02F1/377

G02F2/02

H01S3/00 G

H01S5/0687

H01S5/40

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020010693

(22)【出願日】2020-01-27

(65)【公開番号】P2021118258

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-09-22

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100103528

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 一男

(72)【発明者】

【氏名】稲場 肇

(72)【発明者】

【氏名】大久保 章

【審査官】大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１５１０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０７７１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９１８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９０７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４４３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２０４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７７９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０４３６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７５１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２９７０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０６４４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２６４１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００２１０８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００４８１１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６０１９７６３（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３０８６６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０１８００３９５（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２４５３０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００ － ３／３０

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

Ｇ０１Ｂ ９／００ － １１／３０

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － ２１／６１

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のレーザ光を出力する第１のレーザ光源と、
周波数可変の第２のレーザ光を出力する第２のレーザ光源と、
前記第２のレーザ光の一部を変調周波数で周波数変調して、前記第２のレーザ光の周波数と前記変調周波数だけ異なる周波数を有する第３のレーザ光を出力する電気光学変調部と、
前記第１のレーザ光と前記第３のレーザ光とを干渉させて前記第１のレーザ光の周波数と前記第３のレーザ光の周波数との差に対応し且つ電気信号である差周波信号を生成する差周波信号生成部と、
前記差周波信号に基づき、前記差が所定の固定周波数となるように前記第２のレーザ光の周波数を制御するための信号を前記第２のレーザ光源に出力する制御部と、
掃引可能な前記変調周波数の変調信号を前記電気光学変調部に出力する周波数シンセサイザと、
を有し、
前記第２のレーザ光の他の一部を出力光とする
光周波数掃引レーザ光源。

【請求項2】

第１のレーザ光を出力する第１のレーザ光源と、
周波数可変の第２のレーザ光を出力する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光を変調周波数で周波数変調して、前記第１のレーザ光の周波数と前記変調周波数だけ異なる周波数を有する第３のレーザ光を出力する電気光学変調部と、
前記第２のレーザ光の一部と前記第３のレーザ光とを干渉させて前記第２のレーザ光の周波数と前記第３のレーザ光の周波数との差に対応し且つ電気信号である差周波信号を生成する差周波信号生成部と、
前記差周波信号に基づき、前記差が所定の固定周波数となるように前記第２のレーザ光の周波数を制御するための信号を前記第２のレーザ光源に出力する制御部と、
掃引可能な前記変調周波数の変調信号を前記電気光学変調部に出力する周波数シンセサイザと、
を有し、
前記第２のレーザ光の他の一部を出力光とする
光周波数掃引レーザ光源。

【請求項3】

第１のレーザ光を出力する第１のレーザ光源と、
周波数可変の第２のレーザ光を出力する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光を第１の変調周波数で周波数変調して、前記第１のレーザ光の周波数と前記第１の変調周波数だけ異なる周波数を有する第３のレーザ光を出力する第１の電気光学変調部と、
前記第２のレーザ光の一部を第２の変調周波数で周波数変調して、前記第２のレーザ光の周波数と前記第２の変調周波数だけ異なる周波数を有する第４のレーザ光を出力する第２の電気光学変調部と、
前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光とを干渉させて前記第３のレーザ光の周波数と前記第４のレーザ光の周波数との差に対応し且つ電気信号である差周波信号を生成する差周波信号生成部と、
前記差周波信号に基づき、前記差が所定の固定周波数となるように前記第２のレーザ光の周波数を制御するための信号を前記第２のレーザ光源に出力する制御部と、
掃引可能な前記第１の変調周波数の変調信号と掃引可能な前記第２の変調周波数の変調信号とを前記電気光学変調部に出力する周波数シンセサイザと、
を有し、
前記第２のレーザ光の他の一部を出力光とする
光周波数掃引レーザ光源。

【請求項4】

前記第２のレーザ光の他の一部の波長を変換するための波長変換部をさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の光周波数掃引レーザ光源。

【請求項5】

前記波長変換部は、周期分極反転ニオブ酸リチウム(ＰＰＬＮ)を含む、請求項４に記載の光周波数掃引レーザ光源。

【請求項6】

前記差周波信号生成部は、入力された２つのレーザ光を合波して合波光を出力する合波部、及び前記合波光を受光しヘテロダイン干渉によって前記差周波信号を生成する光検出部を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光周波数掃引レーザ光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光源、より具体的には光周波数掃引レーザ光源に関する。

【背景技術】

【0002】

周波数の精度が高いＣＷレーザは、科学や産業の発展において重要な役割を果たしてきた。特に、精密原子分子分光や干渉計測に基づく長さ・形状測定においては必要不可欠な基本技術である。例えば干渉計測においては、光の周波数変化が干渉信号の位相変化に対応することを利用した距離や表面形状の高精度な絶対値測定に応用されてきた。最近、光周波数コムを基準として高い周波数精度を持ち、かつ広い周波数範囲を連続掃引できるＣＷレーザが、分子遷移の絶対周波数測定やそれによる精密なエネルギー構造の解明、吸収線のスペクトル形状の理論構築、スペクトル形状(Doppler profile)を利用したボルツマン定数の精密測定、精密光学素子の評価などの研究に使用されるようになってきている。

【0003】

このような精密分光や干渉計測では、光コムなどを周波数基準として周波数精度を確保するとともに、周波数を１０ＧＨｚ以上連続掃引できるようなＣＷレーザシステムが求められている。これを実現するために従来技術として、例えば、マスターとスレーブのレーザのビートを検出し、直接位相同期する方法(非特許文献１)、マスターレーザに電気光学変調器(ＥＯＭ)で変調サイドバンド(光)を発生させ、変調周波数を掃引することでサイドバンド光の周波数を掃引する方法(非特許文献２)、光コムをマスターとして用い、光コムのｆ_repを掃引することでスレーブの周波数を掃引する方法(非特許文献３)、光コムをマスターとして用い、ビート信号の周波数軸上での重なりを回避してスレーブを広範囲に周波数掃引する方法(非特許文献４)などが提案されている。

【0004】

また、周波数範囲を連続掃引できるＣＷレーザとして、レーザレーダへの適用のために光周波数掃引レーザ光源が提案されている(特許文献１)。この光周波数掃引レーザ光源は、外部信号に基づいて周波数の制御が可能な周波数可変レーザ光源と、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを干渉させて電気信号である差周波信号を生成する差周波生成部と、時間の経過に伴って周波数が変化する掃引電気信号を発生する掃引信号源と、差周波信号と掃引電気信号とに基づく位相同期制御により外部信号を生成する位相同期部とを含み、周波数可変レーザ光源から出力されるレーザ光を出力光とするものである。

【0005】

上記したような従来の方法は、多くの目的、波長において利用可能な汎用的な技術であるが、１０ＧＨｚ程度以上の高周波でのビート検出が求められたり、光コムのｆ_rep掃引が必要だったり、あるいは変調サイドバンドを掃引するので干渉測長に十分なＣＷレーザのパワーを確保することが難しかったりするといった問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－１９１８１５号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】N. Kuramoto, et. al., “Interferometric determination of the diameter of a silicon sphere using a direct optical frequency tuning system“，IEEE Trans. Instrum. Meas. 52, 631 (2003)

【文献】H. Inaba, et. al.,“Doppler-free spectroscopy using a continuous-wave optical frequency synthesizer,”Appl. Opt. 45, 4910 (2006)

【文献】K. M. T. Yamada, et. al., “High precision line profile measurements on 13C acetylene using a near infrared frequency comb spectrometer,”J. Mol. Spectrosc. 249, 95 (2008)

【文献】T. R. Schibli, et. al.,“Phase-locked widely tunable optical single-frequency generator based on a femtosecond comb,”Opt. Lett. 30, 2323 (2005)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、例えば分子分光による精密スペクトルプロファイル取得や干渉測長における位相シフト法等の各種測定において利用できる連続周波数掃引可能な光周波数掃引レーザ光源を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様の光周波数掃引レーザ光源は、第１のレーザ光を出力する基準レーザ光源と、外部信号に基づいて発振周波数の制御が可能な周波数可変レーザ光源と、周波数可変レーザ光源が出力する第２のレーザ光の一部を周波数変調する電気光学変調部と、第１のレーザ光と周波数変調後の第２のレーザ光の一部とを干渉させて電気信号である差周波信号を生成する差周波生成部と、差周波信号と基準周波数信号とに基づく位相同期制御により外部信号を生成する位相同期部とを含み、周波数可変レーザ光源から出力される第２のレーザ光の他の一部を出力光とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様の光周波数掃引レーザ光源によれば、電気光学変調器による変調周波数掃引と、例えば数１０ＭＨｚでのビート検出を基本に、十分なレーザパワーを確保しつつ、光コムのｆ_rep掃引と、高周波(例えば１０ＧＨｚ程度)でのビート検出無しで、所定波長(例えば波長８５２ｎｍ)で広帯域(例えば１０ＧＨｚ以上)にわたり連続周波数掃引することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での周波数掃引方法の概要(設計指針)を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源の構成例を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での各周波数の関係を示す図である。

【図4】本発明の他の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での周波数掃引方法の概要(設計指針)を説明するための図である。

【図5】本発明の他の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での周波数掃引方法の概要(設計指針)を説明するための図である。

【図6】本発明の一実施例の光周波数掃引レーザ光源の特性(位相同期性能)の測定結果を示す図である。

【図7】本発明の一実施例の光周波数掃引レーザ光源の特性(光出力性能)の測定結果を示す図である。

【図8】本発明の一実施例の光周波数掃引レーザ光源の特性(連続周波数掃引性能)の測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での周波数掃引方法の概要(設計指針)を説明するための図である。光周波数基準となる単一周波数発振レーザ(マスターレーザ)と、広範囲にわたり掃引させる単一周波数発振レーザ(スレーブレーザ)を用いる。マスターレーザ(以下マスターと呼ぶ)にオフセットロック(図１の周波数ｆに安定化)したスレーブレーザ(以下スレーブと呼ぶ)を広範囲にわたり周波数掃引する(図１のΔｆを大きくする)。

【0013】

具体的には、スレーブのマスターへの周波数ロックは、スレーブに電気光学変調器により発生させた変調サイドバンドの一つと、マスターとのビート周波数(図１の周波数ｆ)が一定になるようにスレーブ周波数を制御することにより実現する。スレーブをマスターにロックした状態で、スレーブの変調周波数を掃引(図１のΔｆ)すれば、スレーブのキャリア周波数を掃引できる。その周波数掃引範囲は、例えば１０ＧＨｚ以上とする。マスターの周波数を例えば原子分子の吸収線や光コムにロックすることで、周波数が精密でかつ広範囲にわたり掃引できる光周波数掃引レーザ光源が実現できる。

【0014】

これにより、電気光学変調器による変調サイドバンドの直接利用をすることなくスレーブのキャリアを利用できるので、比較的大きな光出力を得ることが可能となる。また、１０ＧＨｚ程度以上の高周波でのビート検出をすることはなく、かつマスターとスレーブの変調サイドバンドとのビートは固定周波数で検出できるので、Ｓ／Ｎの低下あるいは変調周波数の掃引により信号処理が困難になることを防ぐことができる。さらに、光コムと広く掃引するスレーブレーザとのビート信号検出が不要なので、光コムとのビート信号検出のために狭いスペクトル線幅のスレーブレーザを用いる必要がない。

【0015】

図２は、本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源の構成例を示す図である。図２の構成では、マスターとしてＩＦ－ＥＣＤＬ、すなわち干渉フィルタ(IF)を用いた外部共振器型半導体レーザ(ECDL)を用い、スレーブとしてＤＢＲ ｌａｓｅｒ、すなわち分布反射型(DBR)レーザを用いる。ＩＦ－ＥＣＤＬ(マスター)はモードホップフリーの同調範囲が狭いが、発振スペクトル線幅が狭いため、原子分子の吸収線や光コムに周波数安定化しやすい。一方ＤＢＲ ｌａｓｅｒ(スレーブ)はモードホップフリーの同調範囲が１００ＧＨｚ以上と広く、出力パワーも１００ｍＷ以上であり、増幅なしで第２次高調波を発生させることができる。

【0016】

図２中のＯＩは光アイソレータであり、破線ＳＭＦはシングルモードファイバであり、太い実線ＰＭＦは偏波保持ファイバであり、ＦＣは光ファイバカプラであり、ＰＤは光検出器(フォトダイオード)であり、ＥＯＭは電気光学変調器であり、ＷＧ－ＰＰＬＮは周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)導波路(WG)であり、Synthesizerは周波数シンセサイザ(発振器)であり、phase-lock electronicsは位相同期回路である。

【0017】

使用したＩＦ－ＥＣＤＬのレーザ共振器は、片面が高反射コートされた半導体ゲインチップと反射率２０％のハーフミラーとで構成され、共振器内に半値幅(FWHM)が０．５ｎｍの干渉型狭線幅光バンドパスフィルタが挿入されている。フィルタの光軸に対する角度を調整して波長を選択することができる。使用したＤＢＲ ｌａｓｅｒのチップは、市販の製品で、熱電冷却器(TEC)とともにＴＯー８パッケージに内蔵されている。テストデータにおける最大パワーと同調波長範囲はそれぞれ２４０ｍＷ以上、８５１．９～８５２．５ｎｍ以上であり、温度による同調を行ったところ、モードホップなしで１３０ＧＨｚ以上の周波数掃引ができた。

【0018】

図３は、図２の本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での各周波数の関係を示す図である。図２と図３を参照しながら光周波数掃引レーザ光源の動作について説明する。マスター(IF-ECDL)からの出射光は、戻り光を防ぐための光アイソレータ(OI)を通過したのち、シングルモードファイバ(SMF)中を進み、スレーブ(DBR laser)とのビート信号検出のために、光ファイバカプラ(FC)に入射する。一方、スレーブ(DBR laser)からの出射ビームは、光アイソレータ(OI)を通過したのち偏波保持ファイバ(PMF)中を進み、光ファイバカプラ(FC)で９９％と１％の割合で分岐される。１％の分岐光は、インライン(in-line)の電気光学変調器(EOM)を通過したのちビート信号検出のために光ファイバカプラ(FC)に入射する。

【0019】

電気光学変調器(EOM)には周波数シンセサイザ(Synthesizer)によって周波数ｆ_modの変調信号が印加され、スレーブ(DBR laser)のキャリア周波数の両側にサイドバンド成分(図３の-1st sidebandと+1st sideband)が発生する。光ファイバカプラ(FC)で結合されたビームは、スレーブのサイドバンドとマスターとのビート信号(図３のｆ_beatに対応)を検出するために、フォトダイオード(PD)に入射される。一方、スレーブの９９％の分岐光は３次の位相整合による第二次高調波発生(SHG)で波長４２６ｎｍ光を生成するため、分極反転周期９．６６２５μｍのリッジ導波路型のＰＰＬＮ(ＷＧ－ＰＰＬＮ)に入射される。

【0020】

図３では、マスター(IF-ECDL)とスレーブ(DBR laser)のキャリアの周波数(ν_master、ν_slave)と、＋及び－の一次サイドバンド(-1st、+1st sideband)の周波数との関係が示されている。位相同期回路(phase-lock electronics)により、スレーブの－１次のサイドバンド(-1st sideband)がマスター(周波数ν_master)からｆ_beat離れた周波数に位相同期されている。位相同期回路において、スレーブの－１次のサイドバンドとマスターとのビート周波数ｆ_beatは、２００分周したのちファンクションジェネレータ(FG)からの１ＭＨｚの基準周波数と位相比較される。得られた誤差信号をループフィルタ(LF)を介してスレーブの注入電流(injection current)と熱電冷却器(TEC)にフィードバックすることで、スレーブがマスターにオフセット周波数ｆ_beat＝２００ＭＨｚで位相同期される。

【0021】

このときスレーブ(DBR laser)のキャリアの周波数ν_slaveは、マスター(IF-ECDL)の周波数ν_master、オフセット周波数ｆ_beat、及び変調周波数ｆ_modを用いて下記の式で与えられる。

ν_slave＝ν_master＋ｆ_beat＋ｆ_mod

上式から周波数シンセサイザから電気光学変調器(EOM)に印可する変調周波数ｆ_modを掃引することでスレーブ(DBR laser)のキャリアの周波数ν_slaveを掃引することができる。

【0022】

図４は、本発明の他の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での周波数掃引方法の概要(設計指針)を説明するための図である。図４は、スレーブに代わりマスターにサイドバンドを発生させる場合の例である。マスターに電気光学変調器(EOM)でサイドバンドを発生させ、スレーブの周波数とマスターのサイドバンドの周波数を固定周波数ｆ₂で位相同期させる。電気光学変調器(EOM)に印可する変調周波数ｆ₁を掃引することでスレーブの周波数ν_slave(＝ν₀＋ｆ₁＋ｆ₂)を掃引する。

【0023】

図５は、本発明の他の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源での周波数掃引方法の概要(設計指針)を説明するための図である。図５は、マスターとスレーブの両方にサイドバンドを発生させる場合の例である。マスターとスレーブの両方に電気光学変調器(EOM)でサイドバンドを発生させ、サイドバンド同士のビート(周波数差)を固定周波数ｆ₂で位相同期させる。電気光学変調器(EOM)に印可する変調周波数ｆ₁とｆ₃を掃引することでスレーブのキャリアの周波数νｓｌａｖｅ(＝ν₀＋ｆ₁＋ｆ₂＋ｆ₃)を掃引する。これによりスレーブのキャリアの周波数をより広く掃引できる。

【実施例】

【0024】

図２の本発明の一実施形態の光周波数掃引レーザ光源の構成例を用いて実際に周波数掃引を行った。その際、変調周波数ｆ_modを０．２～２０ＧＨｚの範囲で掃引することで、スレーブの第２次高調波である４２６ｎｍにおいて約４０ＧＨｚの連続掃引を行った。基本波における掃引周波数ステップは５ＭＨｚ、ステップ周期は５０ｍｓに設定した。これは周波数掃引速度１００ＭＨｚ／ｓに相当する。使用したＥＯＭの帯域は１０ＧＨｚだが、ｆ_modに応じて信号パワーを調整することで、ｆ_mod＝２０ＧＨｚまで十分なパワーのサイドバンドを発生できた。なお、ｆ_modの掃引範囲は使用したシンセサイザの最大出力周波数で制限されている。

【0025】

図６は、本発明の一実施例の光周波数掃引レーザ光源の特性(位相同期性能)の測定結果を示す図である。図６(ａ)は、フォトダイオード(PD)で検出したマスターとスレーブのビート信号ｆ_beatである。マスター(IF-ECDL)と、スレーブ(DBR laser)のキャリア(carrier)および＋と－の１次の変調サイドバンドとのビート信号が観察される。このうちマスターとスレーブのプラス(＋)とマイナス(－)の１次のサイドバンド(sideband)とのビート周波数(ｆ_beat)が２００ＭＨｚで位相同期されている。一方、スレーブの変調周波数ｆ_modは２００ＭＨｚから２０ＧＨｚまで変化させることができる。ここではｆ_mod＝２００ＭＨｚに設定した時のビートスペクトルを示している。

【0026】

図６(ｂ)は、ビート信号ｆ_beatのインループ(In-loop)スペクトルである。さらに、位相同期の性能を評価するために、π型デッドタイムフリーカウンターを用いてゲートタイム１ｓでインループのビート信号ｆ_beatを測定した。図６(ｃ)は、インループビート信号ｆ_beat(red closed circle)のアラン偏差を示す。アラン偏差は１／τ(τは平均時間(秒))に比例して小さくなっており、位相同期が正しく働いていることを示している。また、アラン偏差を波長８５２ｎｍに相当する周波数３５２ＴＨｚで割って得られるスレーブの相対アラン偏差は２．８×１０^-14／τである。この値は、マスターを十分安定な周波数標準に安定化した場合に実現できるスレーブの最良の周波数安定度ということができる。

【0027】

リッジ導波路型のＰＰＬＮ(WG-PPLN)による波長４２６ｎｍの光の発生についての評価結果を示す。図７は、本発明の一実施例の光周波数掃引レーザ光源の特性(光出力性能)の測定結果を示す図である。図７(ａ)は、ＷＧ－ＰＰＬＮの入射ファイバ(PMF)における基本波パワーの関数として測定した第二次高調波発生(SHG)パワーを示す。実線は、ＳＨＧパワーと基本波パワーをそれぞれＰ_2ω、Ｐωとし、変換効率ηをフィッティングパラメータとして測定結果をＰ_2ω＝ηＰω²でフィットした結果である。フィットの結果得られた変換効率は１４％／Ｗであった。

【0028】

図７(ｂ)と(ｃ)は、ＳＨＧパワーのＰＰＬＮ温度依存性とＳＨＧ周波数依存性を示す。測定時の入力光パワーはともに４５ｍＷである。位相整合の許容範囲(半値全幅)は、温度で０．３℃、ＳＨＧ周波数で１６ＧＨｚである。位相整合許容範囲が狭いので、レーザ周波数の変化に対して安定で高いＳＨＧパワーを得るためには、レーザ周波数に応じたＷＧ－ＰＰＬＮ温度の精密な調整が求められる。本実施例では事前に、レーザ周波数を８５２ｎｍで２０ＧＨｚ掃引し、２００ＭＨｚ毎にＳＨＧパワーが最大となる温度を測定した。そして、レーザ周波数に応じて常にＳＨＧパワーが最大になるようＷＧ－ＰＰＬＮ温度をフィードフォワード制御した。図５(ｃ)は、レーザ周波数を掃引したときのＳＨＧパワーの変化に関し、温度のフィードフォワード制御の有り(Ａ)と無し(Ｂ)による違いも示している。

【0029】

波長４２６ｎｍの光の連続周波数掃引の実証結果について説明する。図８は、本発明の一実施例の光周波数掃引レーザ光源の特性(連続周波数掃引性能)の測定結果を示す図である。モードホップなどが起きていないことを確認するため、ＷＧ－ＰＰＬＮから出射した波長４２６ｎｍの光をマイケルソン干渉計に入射し、レーザ周波数を掃引しながらその出力光強度を干渉信号として測定した。図８では、マイケルソン干渉計によって得られた干渉信号を示している。繰り返し周期約４．５ＧＨｚの連続かつ周期的な干渉信号が得られており、これは波長４２６ｎｍの光をモードホップなしで４０ＧＨｚの連続掃引できていることを示している。また、繰り返し周期約４．５ＧＨｚはメジャーで直接測定した干渉計の光路長差(７０±１０)ｍｍとも整合している。干渉信号の歪みは、マイケルソン干渉計の光路長揺らぎに依るものであると考えられる。

【0030】

本発明では、スレーブのキャリア成分をアプリケーションに用いるため、サイドバンド成分を用いる場合に比べてパワー利用効率が高い。このことは、本発明のように第二次高調波発生(ＳＨＧ)はもちろん、分光、干渉計などの光源にスレーブを用いるときには優れた特長になる。本発明ではまた、検出が必要なビート信号は、マスターと、スレーブのサイドバンドとのビート信号のみであり、その周波数は固定なので、基準周波数、ロック回路のためのフィルタやアンプは一般的なものが使え、１０ＧＨｚ級高周波のビート信号を検出する必要はない。そのため高いＳ／Ｎのビート信号を得やすく、堅牢な位相同期を得やすい。

【0031】

また、もちろん周波数掃引に光コムを使う必要はなく、マスターを光コムに位相同期したとしても、ｆ_repは固定しておくことができる。これはその光コムを同時に別な用途でも使用している場合には重要だろう。さらに、スレーブに絶対周波数を付与するには、マスターを光コムのひとつのモードや原子分子の吸収線(例えばＣｓ原子のＤ２線)に安定化したレーザに位相同期すれば良い。直接マスターを原子分子の吸収線に安定化することも可能である。

【0032】

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。さらに、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明の光周波数掃引レーザ光源は、分光測定装置、干渉測長装置、光周波数シンセサイザなどに利用することができる。

【符号の説明】

【0034】

ＩＦ－ＥＣＤＬ：干渉フィルタ(IF)を用いた外部共振器型半導体レーザ
ＤＢＲ ｌａｓｅｒ：分布反射型レーザ
ＯＩ：光アイソレータ
ＳＭＦ：シングルモードファイバ
ＰＭＦ：偏波保持ファイバ
ＦＣ：光ファイバカプラ
ＰＤ：光検出器(フォトダイオード)
ＥＯＭ：電気光学変調器
ＷＧ－ＰＰＬＮ：周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)導波路(WG)

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】