光梳产生器控制装置的制作方法

本发明涉及一种在光通信系统、光测量系统中使用的光梳产生器控制装置。本技术基于在日本于2021年4月26日申请的日本专利申请号特愿2021-074337而主张优先权，将该申请以参照的形式引入本技术中。

背景技术：

1、以往，例如在高精度地测定光频率的情况下使用了光梳产生器(opticalfrequency comb generator)。即，在对两束激光进行外差检波来测定两束激光的差频的情况下，其频带因受光元件的频带而受到限制，大致为数十ghz左右，因此使用光梳产生器来构建宽频带的外差检波系统。光梳产生器以等频率间隔产生数百条以上的所入射的激光的边带，所产生的边带的频率稳定度与原来的激光的频率稳定度大致同等。因此，通过对该边带和被测定激光进行外差检波，能够构建涉及数thz以上的宽频带的外差检波系统。

2、光梳例如能够应用于光通信来高速传输大量的数据。另外，通过将光梳应用于距离测量的领域，能够高精度地进行从微米单位到千米(km)单位的距离测量。

3、关于在光谐振器内具备进行入射光的光调制的光调制器的光梳产生器，若光谐振器的谐振器长度存在变动，则无法获得稳定的光梳输出。

4、因此，为了获得稳定的光梳输出，检测作为透过光或反射光而从光梳产生器取出的光梳输出的强度，来对谐振器长度进行反馈控制(例如，参照专利文献1、2)。

5、另外，本案发明人等以前提出了一种光梳测距仪(例如参照专利文献3、4。)，具备射出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的具有干涉性的基准光和测定光的两个光梳产生器，通过基准光检测器来检测向基准面照射的基准光与向测定面照射的测定光的干涉光，并且通过测定光检测器来检测由上述基准面反射后的基准光与由上述测定面反射后的测定光的干涉光，根据通过上述基准光检测器和测定光检测器得到的两个干涉信号的时间差，求出到上述基准面的距离与到上述测定面的距离之差，由此能够高精度地且在短时间内进行测量。

6、即，使用从利用频率不同的两种调制信号来驱动的两个光梳产生器射出的具有干涉性的基准光和测定光，由此能够针对由基准光检测器得到的干涉信号(下面称为参照信号。)以及由测定光检测器得到的干涉信号(下面称为测定信号。)进行频率分析，将从光梳的中心频率开始数起的模式编号设为n，计算参照信号与测定信号的n次模式之间的相位差来抵消从光梳产生器到基准点的光梳生成、传输过程的光相位差，之后，计算频率轴上每一次的相位差的增量来求出测定信号脉冲与参照信号脉冲的相位差，由此能够计算从基准点到测定面的距离。

7、在此，使用从利用微波频带的调制频率fm(例如25ghz)、频率差δf(例如500khz)的一对调制信号来驱动的两个光梳产生器输出的基准光和测定光测定的距离是将从基准点到测定面的整体距离(称为绝对距离)减去调制频率fm的半波长的整数倍的距离后的剩余部分。干涉信号具有δf的周期性，能够求出最接近的参照信号与测定信号的相位差。在测定超过半波长的距离的情况下，2π乘以整数而得到的相位作为与从基准时刻到进行比较的参照信号的时间差相当的相位而固有地存在。通过一组频率设定无法判别该整数值。通过略微改变fm地多次执行距离测定，能够倒算出作为与多个测定条件匹配的值的该整数。

8、现有技术文献

9、专利文献

10、专利文献1：日本专利第3976756号公报

11、专利文献2：日本特开2006-337832号公报

12、专利文献3：日本专利第5231883号公报

13、专利文献4：日本特开2020-12641号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、在光梳产生器中，使输入光的频率与光谐振器的任意模式的频率一致来产生光梳，因此为了高效地产生光梳，需要进行用于使输入光的频率与光谐振器的特定模式的频率一致的谐振器长度的控制。

3、以往，通过检测作为透过光或反射光而从光梳产生器取出的光梳输出的强度来对谐振器长度进行反馈控制，由此获得稳定的光梳输出，但是在光梳产生器中光谐振器的谐振模式有多个，还存在不产生光梳的模式(输入波长成分大)，在该模式下存在无法使光梳输出稳定的问题。

4、例如在电光调制器型的情况下，在光谐振器中存在偏振不同的两种模式(te、tm模式等)。产生光梳的偏振模式(选择其中一者)的fsr被设定为调制频率的整数分之一，电光常数大且光梳的产生效率大。但是，除此以外的偏振模式的fsr也不同，电光常数也不同，因此不会形成频率范围大的光梳。

5、在使用了电光效应的光梳产生器的情况下，主模式以外的偏振模式由于等效折射率不同，因此fsr也不同，另外，电光常数也小。因此，主要的偏振模式以外的模式几乎无法产生光梳，即使能够产生一些也主要是载波成分。主要的偏振模式以外的模式虽然被偏振片等去除，但是根据偏振片的消光比的界限、或者组装精度，有时会与输出光混合而对谐振器长度的控制带来不良影响。这也产生了无法相对于主模式的谐振频率来相对地控制非主模式的偏振模式的谐振频率的影响。

6、另外，存在横模的情况也同样，有时会与输出光混合而对谐振器长度的控制带来不良影响。这是在光梳的产生方法不是完全的单模的情况下产生的，即使在除电光效应以外的光梳产生方法中也无法避免。

7、在此，图1是通过光梳模块的调制输入的偏压t对以dc偏压扫描了谐振器长度的情况下的输出光强度进行绘制而得到的特性图。在图17中用圆形标记表示出偏振模式发生了重叠的场所。在图1中，产生光梳的模式有多个，也存在没有问题的模式，但是在〇标记处能够看到变形。偏振模式的电光常数不同，从而无法预测是否发生模式之间的重叠。另外，也会受到略微的输入光的频率变化、环境变化的影响。可能是由于与光梳的载波之间的干涉所产生的影响而使形状也不稳定。因此，混有这样的模式的器件不能使用于产品中，会使产品的成品率下降。

8、如上所述，在使用了使限制在光波导中的光进行谐振的波导型光谐振器的光梳频率产生器的光梳产生中，正交的偏振成分有时会使得用于使光梳产生器的谐振频率与激光频率一致的控制不稳定，从而成为控制点的偏移、控制的振荡等的原因，在将光梳例如利用于测定到测定对象的距离或高度的测量装置的情况下，正交的偏振成分成为测量误差的主要原因。

9、另外，在将光梳测距仪用作绝对测距仪的情况下，在将测定对象物固定的状态下切换光梳产生器的调制频率，来根据干涉信号的相位的变化计算半波长的整数倍的距离，由此来消除半波长的整数倍的距离的模糊性，但是存在若切换需要时间则无法充分地消除模糊性的问题点。

10、即，若在调制频率切换的期间混入了振动、空气折射率变动的影响等，则难以判别是测定到了由调制频率的切换引起的相位差、还是由于振动、折射率变动而附加的。

11、因此，重要的是，尽可能快地在短时间内进行调制频率的切换。为了进行调制频率的切换而使用微波开关，切换的过渡期为短时间(约30ns)，但是如图2所示那样发生不输出调制信号的情况，并且发生虽然时间短但调制频率的偏移大的情况。

12、图2是示出在切换光梳产生器的调制频率的情况下产生的具有无调制区间的调制信号的波形图。

13、在不输出调制信号的情况下，在这一瞬间，输入的光不被调制，因此不会成为梳状的光，从而输出以输入波长为主要成分的光。

14、另外，在调制频率的偏移大的情况下也同样，由于光梳产生器的光谐振器、电极的结构被设计为对于特定的调制频率的调制效率变高，从而对于偏移了的频率的调制效率低，结果是输出以输入波长为主要成分的光。

15、与调制后的边带(除输入波长以外的光梳)的功率相比，无调制、极弱的调制状态的输出波长功率较高，因此即使是短时间的现象，影响也大。

16、此外，在专利文献1的公开技术中，在光谐振器内具备由使作为调制对象的光通过的电光晶体构成的光调制器的光梳产生器中，基于接收由光滤波器从自所述电光晶体射出的光梳中提取出的光频率成分并检测光强度的光检测器的检测信号，来对上述光谐振器的光谐振长度进行反馈控制。然而，上述光滤波器是提取远离上述光梳的中心频率的上述光梳急剧衰减的端部附近的光频率成分，而不是使中心频率的载波成分衰减。

17、因此，鉴于如上所述的以往的实际情况，本发明的目的在于提供一种即使在光梳的产生方法不是完全的单模的情况下也以使控制点位于产生最宽的光梳的位置的方式进行谐振器长度或光源频率的控制从而能够获得稳定的输出的光梳产生器控制装置。

18、另外，本发明的其它目的在于提供一种即使是调制频率被切换的光梳产生器也以使控制点位于产生最宽的光梳的位置的方式进行谐振器长度或光源频率的控制从而能够获得稳定的输出的光梳产生器控制装置。

19、本发明的其它目的、通过本发明得到的具体的优点将根据下面说明的实施方式的说明而变得更加明确。

20、用于解决问题的方案

21、在本发明中，检测借助使从在光谐振器内具备进行入射光的光调制的光调制器的光梳产生器射出的光梳的载波频率成分衰减的光滤波器而提取出的光频率成分的光强度，来对光谐振器的光谐振长度或入射光的光源频率进行反馈控制，由此使光梳稳定。

22、即，本发明是一种光梳产生器控制装置，是光梳产生器的控制装置，所述光梳产生器在光谐振器内具备进行入射光的光调制的光调制器，所述光梳产生器控制装置的特征在于，具备：光滤波器，其使作为透过光或反射光而从所述光谐振器射出的光梳的载波频率成分衰减；光检测器，其接收借助所述光滤波器从所述光梳提取出的光频率成分并检测光强度；以及谐振控制部，其被供给所述光检测器的检测信号，其中，由所述光检测器检测由所述光滤波器使载波频率成分衰减后的所述光梳的光强度，由所述光谐振控制部对所述光谐振器的光谐振长度或所述入射光的光源频率进行反馈控制。

23、本发明所涉及的光梳产生器控制装置能够设为，还具备底部位置辨别器，所述底部位置辨别器用于辨别所述光检测器的检测信号的信号电平的底部位置，所述光谐振控制部基于所述底部位置辨别器的辨别输出，来进行将所述光检测器的检测信号的信号电平的底部位置设为稳定点的反馈控制。

24、另外，本发明所涉及的光梳产生器控制装置能够设为，将调制频率不同的多个调制信号切换地供给至所述光调制器。

25、另外，在本发明所涉及的光梳产生器控制装置中，能够设为，所述光滤波器是使所述光梳的载波频率成分衰减的陷波滤波器。

26、另外，在本发明所涉及的光梳产生器控制装置中，能够设为，所述光滤波器是在所述光梳的载波频率附近具有截止频率的高通滤波器。

27、另外，在本发明所涉及的光梳产生器控制装置中，能够设为，所述光滤波器是在所述光梳的载波频率成分附近具有截止频率的低通滤波器。

28、另外，在本发明所涉及的光梳产生器控制装置中，能够设为，所述光滤波器是在所述光梳的载波频率成分附近具有一方的截止频率的带通滤波器。

29、发明的效果

30、在本发明所涉及的光梳产生器控制装置中，检测借助使从在光谐振器内具备进行入射光的光调制的光调制器的光梳产生器射出的光梳的载波频率成分衰减的光滤波器而提取出的光频率成分的光强度，来对光谐振器的光谐振长度进行反馈控制，由此使光梳稳定，因此能够提供一种即使在光梳的产生方法不是完全的单模的情况下也以使控制点位于产生最宽的光梳的位置的方式进行谐振器长度的控制从而能够获得稳定的输出的光梳产生器控制装置。

31、另外，在本发明中，检测借助使从在光谐振器内具备进行入射光的光调制的光调制器的光梳产生器射出的光梳的载波频率成分衰减的光滤波器而提取出的光频率成分的光强度，来对光谐振器的光谐振长度进行反馈控制，由此使光梳稳定，因此能够提供一种即使是调制频率被切换的光梳产生器也以使控制点位于产生最宽的光梳的位置的方式进行谐振器长度的控制从而能够获得稳定的输出的光梳产生器控制装置。