電気光学変調器の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、電気光学変調器高繰り返し周波数、内部インタードライ、高出力などの特性を持ち、機器校正、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る。

最近、フランスのブルジャンディ大学のアレクサンドル・パリオー氏らが、Advances in Optics and Photonics誌にレビュー論文を発表し、光周波数コムの最新の研究進捗と応用を体系的に紹介した。電気光学変調: 光周波数コムの紹介、光周波数コムの生成方法と特性が含まれます。電気光学変調器そして最後に、アプリケーションシナリオを列挙します。電気光学変調器本書では、光周波数コムについて、精密スペクトル、二重光コム干渉、計測器校正、任意波形生成などの応用例を含めて詳細に解説し、様々な応用例の原理について論じる。最後に、著者は電気光学変調器を用いた光周波数コム技術の将来展望を示す。

01 背景

今月で、マ​​イマン博士が最初のルビーレーザーを発明してから60年になります。その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アクティブモード同期が実現したことを初めて報告しました。モード同期レーザーのスペクトルは、時間領域ではパルス放射として表され、周波​​数領域では離散的で等間隔の短い線が連続して現れます。これは、私たちが日常的に使用している櫛に非常によく似ているため、このスペクトルを「光周波数コム」と呼びます。

光コムの優れた応用可能性から、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、それ以来、光コムの開発は新たな段階に達しました。用途によって光コムに求められる出力、線間隔、中心波長などの要件が異なるため、モード同期レーザー、マイクロ共振器、電気光学変調器など、さまざまな実験手法を用いて光コムを生成す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

光周波数コムが発見されて以来、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生成されてきた。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し、レーザーの繰り返し周波数を決定する。この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）の範囲である。

マイクロ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、往復時間はマイクロキャビティの長さによって決まります。マイクロキャビティの長さは一般的に1mm未満であるため、マイクロキャビティによって生成される光周波数コムは一般的に10ギガヘルツから1テラヘルツです。マイクロキャビティには、マイクロチューブ、マイクロ球、マイクロリングの3つの一般的なタイプがあります。光ファイバーのブリルアン散乱や四光波混合などの非線形効果をマイクロキャビティと組み合わせることで、数十ナノメートル範囲の光周波数コムを生成できます。さらに、いくつかの音響光学変調器を使用して光周波数コムを生成することもできます。