電気光学変調器光周波数コムとは何か？パート1

光周波数コムは、スペクトル上に等間隔に配置された一連の周波数成分から構成されるスペクトルであり、モード同期レーザー、共振器、または電気光学変調器光周波数コムは、電気光学変調器高い繰り返し周波数、内部乾燥、高出力などの特徴を持ち、機器の校正、分光法、基礎物理学などで広く利用されており、近年ますます多くの研究者の関心を集めています。

最近、フランスのブルジャンディ大学のアレクサンドル・パリオー氏らは、光学とフォトニクスの進歩誌にレビュー論文を発表し、電気光変調: 光周波数コムの紹介、光周波数コムを生成する方法と特性など電気光学変調器、そして最後に、電気光学変調器光周波数コムについて、精密スペクトル、二重光コム干渉、機器校正、任意波形生成などの応用を含めて詳細に解説し、様々な応用の原理についても考察する。最後に、電気光学変調器型光周波数コム技術の展望を示す。

01 背景

メイマン博士が最初のルビーレーザーを発明したのは、今月で60年前のことでした。4年後、米国ベル研究所のハーグローブ、フォック、ポラックは、ヘリウムネオンレーザーで実現したアクティブモード同期を初めて報告しました。モード同期レーザースペクトルは、時間領域ではパルス放射として表され、周波​​数領域では離散的かつ等間隔の短い線列として表されます。これは、私たちが日常的に使用するコム（光周波数コム）に非常に似ているため、「光周波数コム」と呼ばれます。

光コムの優れた応用見通しにより、2005年のノーベル物理学賞は、光コム技術の先駆的な研究を行ったハンシュとホールに授与されました。それ以来、光コムの開発は新たな段階を迎えています。用途によって光コムに対する要件（出力、線間隔、中心波長など）が異なるため、光コムを生成するには、モード同期レーザー、微小共振器、電気光学変調器など、異なる実験手段を用いる必要が生じています。

図1 光周波数コムの時間領域スペクトルと周波数領域スペクトル
画像出典: 電気光学周波数コム

光周波数コムの発見以来、ほとんどの光周波数コムはモード同期レーザーを用いて製造されてきました。モード同期レーザーでは、往復時間τの共振器を用いて縦モード間の位相関係を固定することで、レーザーの繰り返し周波数を決定します。繰り返し周波数は、一般的にメガヘルツ（MHz）からギガヘルツ（GHz）の範囲です。

微小共振器によって生成される光周波数コムは非線形効果に基づいており、往復時間は微小共振器の長さによって決まります。微小共振器の長さは通常1mm未満であるため、生成される光周波数コムは通常10ギガヘルツから1テラヘルツです。微小共振器には、微小管、微小球、マイクロリングの3つの一般的なタイプがあります。光ファイバーにおけるブリルアン散乱や四光波混合などの非線形効果と微小共振器を組み合わせることで、数十ナノメートル領域の光周波数コムを生成できます。さらに、一部の音響光学変調器を用いることで光周波数コムを生成することもできます。