JP7812146B2 - Multiplexed optical frequency comb generator - Google Patents
Multiplexed optical frequency comb generatorInfo
- Publication number
- JP7812146B2 JP7812146B2 JP2024046015A JP2024046015A JP7812146B2 JP 7812146 B2 JP7812146 B2 JP 7812146B2 JP 2024046015 A JP2024046015 A JP 2024046015A JP 2024046015 A JP2024046015 A JP 2024046015A JP 7812146 B2 JP7812146 B2 JP 7812146B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- frequency comb
- micro
- optical frequency
- resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
本発明は、複数の光周波数コムを生成する多重光周波数コム生成装置に関するものである。 The present invention relates to a multiplexed optical frequency comb generator that generates multiple optical frequency combs.
従来、移動体通信の分野では、通信速度の向上のための技術革新が常に行われてきた。近年では第4世代移動通信システム(4G通信)や第5世代移動通信システム(5G通信)が主流となり、これらに対応する機器も出揃いつつある。一方、5Gを凌駕する通信速度となる第6世代移動通信システム(6G通信)では、想定される周波数帯(テラヘルツ帯)が電気的手法の技術的限界(周波数上限)に達する可能性がある。このため、無線キャリアの低出力化、位相ノイズ増大、信号伝送損失の増大といった課題が顕在化する懸念がある。 Traditionally, in the field of mobile communications, technological innovation has been a constant pursuit of improving communication speeds. In recent years, fourth-generation mobile communication systems (4G communication) and fifth-generation mobile communication systems (5G communication) have become mainstream, and compatible devices are gradually becoming available. However, with sixth-generation mobile communication systems (6G communication), which will offer communication speeds that surpass those of 5G, the expected frequency band (terahertz band) may reach the technical limits (upper frequency limit) of electrical methods. This raises concerns that issues such as lower wireless carrier output, increased phase noise, and increased signal transmission loss may become apparent.
このような6G通信の実用化における課題を克服し、超高速、大容量の通信を実現するためには、電気的手法による周波数の上限を超えたパラダイムシフトが強く求められている。一方、6G通信は光通信と電波通信の伝送速度ギャップを大きく緩和する可能性を有するが、これらの間には光技術と電気技術の相違に起因する技術ギャップが存在し、光信号と電気信号の変換(光電変換)に伴う時間遅延が生じる。こうした時間遅延は、超低遅延性を求める6Gにおいては致命的な障害になる懸念がある。 To overcome these challenges in commercializing 6G communications and realize ultra-high-speed, high-capacity communications, there is a strong need for a paradigm shift that goes beyond the upper frequency limits imposed by electrical methods. Meanwhile, while 6G communications has the potential to significantly reduce the transmission speed gap between optical and radio communications, there is a technological gap between the two due to the differences between optical and electrical technologies, and time delays occur when converting optical and electrical signals (optical-to-electrical conversion). There are concerns that such time delays could be a fatal obstacle to 6G, which requires ultra-low latency.
このように、6G通信の実現のためには、超低遅延を実現しながら光通信と良好に接続する「光通信と電波通信のシームレス接続」が強く求められる。こうした課題は、電波通信がエレクトロニクスに基づいていることに起因している。よって、エレクトロニクスが可能な限り介在しない無線通信が実現できれば、こうした課題の解決が可能になる。 As such, in order to realize 6G communications, there is a strong demand for a "seamless connection between optical and radio communications" that achieves excellent connection with optical communications while achieving ultra-low latency. These challenges arise from the fact that radio communications are based on electronics. Therefore, if wireless communications could be realized with as little electronic intervention as possible, these challenges could be resolved.
光ファイバー網を用いた光通信は、非常に高速な情報伝送速度を有し、最近ではデバイス内部の電子配線を光配線に置き換えることによって、超高速・大容量・低遅延・低消費電力を実現するシリコン・フォトニクス技術の開発が進んでいる。こうした背景から、無線通信においてもキャリアの発生源に光学デバイスを用いたり、通信システムの一部に光通信の技術を取り入れたりする場合もある。例えば、互いに波長が異なる光をそれぞれ変調した後に合波させてテラヘルツ波を発生させ、このテラヘルツ波を無線通信に用いた例が開示されている(例えば、非特許文献1を参照)。 Optical communications using optical fiber networks enable extremely high information transmission speeds, and recent advances have led to the development of silicon photonics technology, which achieves ultra-high speeds, large capacity, low latency, and low power consumption by replacing the electronic wiring inside devices with optical wiring. Given this background, optical devices are sometimes used as carrier generators in wireless communications, and optical communications technology is sometimes incorporated into part of communication systems. For example, an example has been disclosed in which light beams with different wavelengths are modulated and then combined to generate terahertz waves, which are then used in wireless communications (see, for example, Non-Patent Document 1).
光/テラヘルツ波の変換技術を用いたテラヘルツ波発生手法は、超高周波・低位相ノイズなテラヘルツ波発生手法として期待されている。この手法では、光領域で既存の光デバイスを用いてテラヘルツ波の変調が可能であるので、光通信で利用されている変調方式をテラヘルツ波の変調に流用できる。また、周波数多重化は無線通信の大容量化に直結する技術であるので、6G通信でも必要な技術要素とされている。 Terahertz wave generation techniques using light/terahertz wave conversion technology are expected to be a method for generating ultra-high frequency, low phase noise terahertz waves. This method makes it possible to modulate terahertz waves in the optical domain using existing optical devices, so modulation methods used in optical communications can be adapted to modulate terahertz waves. Furthermore, frequency multiplexing is a technology that is directly linked to increasing the capacity of wireless communications, and is therefore considered a necessary technological element for 6G communications.
周波数多重化の方法としては、光周波数コムから、所望の周波数間隔となる任意の光周波数モードをフィルターで抽出する方法が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。また、発生する光周波数コムの周波数間隔の異なる複数の微小共振器を備えたマルチfrepマイクロ光コム共振器を用いることが有効である(例えば、特許文献2を参照)。 One method of frequency multiplexing has been disclosed in which a filter is used to extract any optical frequency mode with a desired frequency interval from an optical frequency comb (see, for example, Patent Document 1). It is also effective to use a multi-frep micro optical comb resonator equipped with multiple microresonators that generate optical frequency combs with different frequency intervals (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、従来のマルチfrepマイクロ光コム共振器は、個々の微小共振器に対応した個々の励起レーザー光源で並列に励起する構造であるため、複数の励起レーザー光源と複数の光学系が必要となり、装置構成が複雑で高コストであるという課題があった。 However, conventional multi-frep micro optical comb resonators have a structure in which each microresonator is excited in parallel by an individual excitation laser light source corresponding to that resonator, which requires multiple excitation laser light sources and multiple optical systems, resulting in a complex device configuration and high costs.
また、励起レーザー光からマイクロ光コムへのエネルギー変換効率は、通常1%以下とされているため、マルチfrepマイクロ光コム共振器からの出力の殆どはマイクロ光コムに変換されない残留励起光であり、励起レーザー光の利用効率の向上といった課題があった。 In addition, the energy conversion efficiency from pump laser light to a micro-optical comb is typically less than 1%, so most of the output from a multi-frep micro-optical comb resonator is residual pump light that is not converted into a micro-optical comb, posing a challenge for improving the utilization efficiency of the pump laser light.
この発明は上記課題に鑑みて提案されたものであり、簡易な構成で低コストに多重光周波数コムを生成可能であり、かつ、励起レーザー光の利用効率を高めることが可能な多重光周波数コム生成装置を提供することを目的とする。 This invention was proposed in light of the above-mentioned problems, and aims to provide a multiple optical frequency comb generator that can generate a multiple optical frequency comb with a simple configuration and at low cost, and that can increase the utilization efficiency of the excitation laser light.
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態の多重光周波数コム生成装置は、以下の手段を提案している。
(1)本発明の態様1の多重光周波数コム生成装置は、連続発振レーザー光を出射するレーザー光源と、前記連続発振レーザー光によって励起して第1光周波数コムを発生させる第1微小光共振器と、前記第1微小光共振器の後段に配され、微小光共振器で生じた第1光周波数コムと残留励起光とを分離する光フィルタと、前記光フィルタで分離された残留励起光によって励起して第2光周波数コムを発生させる第2微小光共振器と、を少なくとも有し、前記第1微小光共振器および前記第2微小光共振器は、半導体基板上に形成されているすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a multiple optical frequency comb generator according to one embodiment of the present invention proposes the following means.
(1) A multiple optical frequency comb generator according to a first aspect of the present invention includes at least a laser light source that emits continuous wave laser light, a first micro-optical resonator that generates a first optical frequency comb by being excited by the continuous wave laser light, an optical filter that is disposed downstream of the first micro-optical resonator and that separates the first optical frequency comb generated by the micro-optical resonator from residual excitation light, and a second micro-optical resonator that generates a second optical frequency comb by being excited by the residual excitation light separated by the optical filter, wherein the first micro-optical resonator and the second micro-optical resonator are formed on a semiconductor substrate .
(2)本発明の態様2は、態様1の多重光周波数コム生成装置において、前記第1微小光共振器、および前記第2微小光共振器は、互いに異なる周波数間隔の光周波数コムを発生させることを特徴とする。 (2) Aspect 2 of the present invention is characterized in that, in the multiplexed optical frequency comb generator of aspect 1, the first optical microresonator and the second optical microresonator generate optical frequency combs with different frequency intervals.
(3)本発明の態様3は、態様1または2の多重光周波数コム生成装置において、前記第1光周波数コムおよび前記第2光周波数コムは、周波数間隔が100GHz以上1THz以下の範囲であることを特徴とする。 (3) Aspect 3 of the present invention is characterized in that, in the multiplexed optical frequency comb generator of aspect 1 or 2, the first optical frequency comb and the second optical frequency comb have a frequency interval in the range of 100 GHz to 1 THz.
(4)本発明の態様4は、態様1から3のいずれか1つの多重光周波数コム生成装置において、前記第1微小光共振器、および前記第2微小光共振器は、非線形光学効果を有する媒質であって、窒化ケイ素(Si3N4)、ガリウム砒素アルミニウム(AlGaAs)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、五酸化タンタル(Ta2O5)、および窒化ガリウム(GaN)からなる群より選択される1種以上の媒質から構成されることを特徴とする。 (4) A fourth aspect of the present invention is the multiple optical frequency comb generator according to any one of the first to third aspects, characterized in that the first and second micro-optical resonators are made of a medium having a nonlinear optical effect, and are made of one or more media selected from the group consisting of silicon nitride ( Si3N4 ), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), lithium niobate ( LiNbO3 ), tantalum pentoxide ( Ta2O5 ), and gallium nitride (GaN).
(5)本発明の態様5は、態様1から4のいずれか1つの多重光周波数コム生成装置において、前記第1光周波数コムおよび前記第2光周波数コムのそれぞれの周波数間隔の差分は、10GHz以上50GHz以下の範囲であることを特徴とする。 (5) Aspect 5 of the present invention is characterized in that, in the multiple optical frequency comb generator of any one of aspects 1 to 4, the difference in frequency spacing between the first optical frequency comb and the second optical frequency comb is in the range of 10 GHz to 50 GHz.
本発明によれば、簡易な構成で低コストに多重光周波数コムを生成可能であり、かつ、励起レーザー光の利用効率を高めることが可能な多重光周波数コム生成装置を提供することが可能になる。 The present invention makes it possible to provide a multiple optical frequency comb generator that can generate multiple optical frequency combs at low cost with a simple configuration and that can increase the utilization efficiency of excitation laser light.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の多重光周波数コム生成装置について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 The following describes a multiplexed optical frequency comb generator according to one embodiment of the present invention, with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is specifically described to provide a better understanding of the spirit of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. Furthermore, the drawings used in the following description may, for convenience, show enlarged essential parts to make the features of the present invention easier to understand, and the dimensional proportions of each component may not necessarily be the same as in reality.
図1は、本発明の一実施形態の多重光周波数コム生成装置を示す模式構成図である。
本実施形態の多重光周波数コム生成装置10は、1つのレーザー光源11と、複数、本実施形態では4つの励起ユニット12A,12B,12C,12Dと、を備えている。
また、必要に応じて、励起ユニット12Aあるいは各励起ユニット12B,12C,12Dの前段に、高速波長走査機構や光増幅器を配置することにより、マイクロ光コムの発生を容易にすることも可能である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a multiple optical frequency comb generator according to an embodiment of the present invention.
The multiplexed optical frequency comb generator 10 of this embodiment includes one laser light source 11 and a plurality of pumping units 12A, 12B, 12C, and 12D (four in this embodiment).
Furthermore, if necessary, it is possible to easily generate a micro optical comb by arranging a high-speed wavelength scanning mechanism or an optical amplifier in front of the pumping unit 12A or each of the pumping units 12B, 12C, and 12D.
レーザー光源11は、単一周波数の連続発振レーザー光(CWレーザー光)を出射するレーザー光装置であればよく、本実施形態では、発光波長が1550nm又はその周辺の波長に合わせこまれたレーザー光を出射するDFBレーザーを用いた。 The laser light source 11 may be any laser light device that emits continuous wave laser light (CW laser light) at a single frequency. In this embodiment, a DFB laser that emits laser light with an emission wavelength tuned to 1550 nm or a wavelength therearound is used.
励起ユニット12A,12B,12C,12Dは、微小光共振器21と、この微小光共振器21の後段に配される光フィルタ22とをそれぞれ備えている。 Each of the excitation units 12A, 12B, 12C, and 12D includes a micro-optical resonator 21 and an optical filter 22 arranged downstream of the micro-optical resonator 21.
例えば、励起ユニット12Aは、第1微小光共振器21Aと第1光フィルタ22Aとから構成されている。同様に、励起ユニット12Bは、第2微小光共振器21Bと第2光フィルタ22B、励起ユニット12Cは、第3微小光共振器21Cと第3光フィルタ22C、励起ユニット12Dは、第4微小光共振器21Dと第4光フィルタ22D、からそれぞれ構成されている。 For example, excitation unit 12A is composed of a first micro-optical resonator 21A and a first optical filter 22A. Similarly, excitation unit 12B is composed of a second micro-optical resonator 21B and a second optical filter 22B, excitation unit 12C is composed of a third micro-optical resonator 21C and a third optical filter 22C, and excitation unit 12D is composed of a fourth micro-optical resonator 21D and a fourth optical filter 22D.
このうち、励起ユニット12Aの第1微小光共振器21Aは、レーザー光源11に接続される。また、励起ユニット12Bの第2微小光共振器21Bは、励起ユニット12Aの第1光フィルタ22Aのうち、残留励起光が出射される側に接続される。また、励起ユニット12Cの第3微小光共振器21Cは、励起ユニット12Bの第2光フィルタ22Bのうち、残留励起光が出射される側に接続される。また、励起ユニット12Dの第4微小光共振器21Dは、励起ユニット12Cの第3光フィルタ22Cのうち、残留励起光が出射される側に接続される。 Of these, the first optical microresonator 21A of the excitation unit 12A is connected to the laser light source 11. The second optical microresonator 21B of the excitation unit 12B is connected to the side of the first optical filter 22A of the excitation unit 12A from which residual excitation light is emitted. The third optical microresonator 21C of the excitation unit 12C is connected to the side of the second optical filter 22B of the excitation unit 12B from which residual excitation light is emitted. The fourth optical microresonator 21D of the excitation unit 12D is connected to the side of the third optical filter 22C of the excitation unit 12C from which residual excitation light is emitted.
第1微小光共振器21Aは、レーザー光源11から出射される連続発振レーザー光(第1微小光共振器21A)によって励起されて、第1光周波数コムを生成する。また、第2微小光共振器21Bは、励起ユニット12Aの第1光フィルタ22Aで分離された、レーザー光源11から出射される連続発振レーザー光と同様の光成分の残留励起光によって励起されて、第2光周波数コムを生成する。同様に、第3微小光共振器21Cは、励起ユニット12Bの第2光フィルタ22Bで分離された残留励起光によって励起されて、第3光周波数コムを生成する。同様に、第4微小光共振器21Dは、励起ユニット12Cの第3光フィルタ22Cで分離された残留励起光によって励起されて、第4光周波数コムを生成する。 The first micro-optical resonator 21A is excited by the continuous wave laser light (first micro-optical resonator 21A) emitted from the laser light source 11 to generate a first optical frequency comb. The second micro-optical resonator 21B is excited by residual excitation light, separated by the first optical filter 22A of the excitation unit 12A, that contains the same optical components as the continuous wave laser light emitted from the laser light source 11, to generate a second optical frequency comb. Similarly, the third micro-optical resonator 21C is excited by residual excitation light separated by the second optical filter 22B of the excitation unit 12B to generate a third optical frequency comb. Similarly, the fourth micro-optical resonator 21D is excited by residual excitation light separated by the third optical filter 22C of the excitation unit 12C to generate a fourth optical frequency comb.
なお、第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dは、それぞれ、入射する連続発振レーザー光や残留励起光の出力値うち、1%程度がそれぞれの光周波数コムに変換され、残りの99%程度は、連続発振レーザー光と同様の光成分の残留励起光として、光周波数コムとともに出力される。 In addition, the first to fourth micro-optical resonators 21A to 21D each convert approximately 1% of the output value of the incident continuous wave laser light and residual excitation light into their respective optical frequency combs, and the remaining approximately 99% is output together with the optical frequency comb as residual excitation light with the same optical components as the continuous wave laser light.
ここで、第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dでそれぞれ形成される光周波数コムとは、図2に示すように、複数の光周波数モード列が等周波数(frep)間隔かつ光位相が揃った状態で櫛の歯状に立ち並んだ超離散マルチスペクトル構造を有する光である。 Here, the optical frequency comb formed by each of the first to fourth optical microresonators 21A to 21D is light having an ultra-discrete multispectral structure in which a series of optical frequency modes are arranged in a comb-like pattern at equal frequency (f rep ) intervals and with aligned optical phases, as shown in Figure 2.
第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dは、例えば、半導体基板上に半導体プロセスによって形成したマイクロリング光導波路を含む微小光共振器であればよい。マイクロリングの直径は、例えば、20μm~400μm程度に形成されていればよい。 The first to fourth optical microresonators 21A to 21D may be optical microresonators including microring optical waveguides formed on a semiconductor substrate by a semiconductor process. The diameter of the microring may be, for example, approximately 20 μm to 400 μm.
マイクロリング光導波路は、非線形光学効果を有する媒質であればよく、例えば、窒化ケイ素(Si3N4)、ガリウム砒素アルミニウム(AlGaAs)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、五酸化タンタル(Ta2O5)、および窒化ガリウム(GaN)からなる群より選択される1種以上の媒質から構成されるものであってもよい。 The microring optical waveguide may be made of any medium having a nonlinear optical effect, and may be made of, for example, one or more media selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), lithium niobate (LiNbO 3 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), and gallium nitride (GaN).
第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dによってそれぞれ生成された光周波数コムは光学的共振器長が短いため、隣接する光周波数モード間の周波数間隔(frep)を高くすることができる。隣接する光周波数モード間の周波数間隔(frep)は、例えば、100GHz以上3THz以下であってもよい。テラヘルツ通信への応用という観点では、より好ましくは100GHz以上1THz以下であってもよい。 The optical frequency combs generated by the first to fourth micro-optical resonators 21A to 21D each have a short optical resonator length, allowing for a large frequency spacing (frep) between adjacent optical frequency modes. The frequency spacing (frep) between adjacent optical frequency modes may be, for example, 100 GHz or more and 3 THz or less. From the perspective of application to terahertz communications, it may more preferably be 100 GHz or more and 1 THz or less.
第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dは、互いに同じ周波数間隔の光周波数コムを発生させる構成であっても、また、互いに異なる周波数間隔の光周波数コムを発生させる構成であっても良い。 The first to fourth micro-optical resonators 21A to 21D may be configured to generate optical frequency combs with the same frequency interval, or may be configured to generate optical frequency combs with different frequency intervals.
第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dが互いに同じ周波数間隔の光周波数コムを発生させる構成である場合、励起ユニット12A,12B,12C,12Dのそれぞれの第1光フィルタ22A~第4光フィルタ22Dから、互いに同一の周波数間隔の光周波数コムを出力させることができる。 When the first to fourth optical microresonators 21A to 21D are configured to generate optical frequency combs with the same frequency interval, the first to fourth optical filters 22A to 22D of each of the excitation units 12A, 12B, 12C, and 12D can output optical frequency combs with the same frequency interval.
また、光位相制御装置を各励起ユニット12A,12B,12C,12Dの後段に配置して、個々に独立した光/テラヘルツ波変換素子でテラヘルツ波を発生させることによって、コヒーレント合成によるテラヘルツ波の増強、ビームプロファイルの制御、フェーズドアレイアンテナによるビーム偏向制御が可能である。 In addition, by placing an optical phase control device after each excitation unit 12A, 12B, 12C, and 12D and generating terahertz waves using individual independent optical/terahertz wave conversion elements, it is possible to enhance terahertz waves through coherent synthesis, control the beam profile, and control the beam deflection using a phased array antenna.
また、第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dが互いに異なる周波数間隔の光周波数コムを発生させる構成である場合、励起ユニット12A,12B,12C,12Dのそれぞれの第1光フィルタ22A~第4光フィルタ22Dから、互いに異なる4種類の周波数間隔の光周波数コムを出力させることができる。 Furthermore, if the first to fourth optical microresonators 21A to 21D are configured to generate optical frequency combs with different frequency intervals, the first to fourth optical filters 22A to 22D of each of the excitation units 12A, 12B, 12C, and 12D can output optical frequency combs with four different frequency intervals.
周波数間隔の異なる光周波数コムと光/テラヘルツ波変換素子でテラヘルツ波を発生させると、周波数多重化テラヘルツ波の発生が可能になる。また、近赤外波長領域もしくはテラヘルツ領域のデュアル光コム分光光源としても利用可能である。 When terahertz waves are generated using an optical frequency comb with different frequency intervals and an optical/terahertz wave conversion element, it becomes possible to generate frequency-multiplexed terahertz waves. It can also be used as a dual optical comb spectroscopic light source in the near-infrared wavelength region or terahertz region.
第1光フィルタ22A~第4光フィルタ22Dは、第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dでそれぞれ発生させた1%程度の光周波数コムと、残りの99%程度の残留励起光とを分離し、それぞれ出力する。 The first optical filter 22A to the fourth optical filter 22D separate and output approximately 1% of the optical frequency comb generated by the first micro-optical resonator 21A to the fourth micro-optical resonator 21D, respectively, from the remaining approximately 99% of the residual excitation light.
このうち、励起ユニット12Aの第1光フィルタ22Aで分離された残留励起光は励起ユニット12Bに、また、励起ユニット12Bの第2光フィルタ22Bで分離された残留励起光は励起ユニット12Cに、励起ユニット12Cの第3光フィルタ22Cで分離された残留励起光は励起ユニット12Dに、それぞれ入射される。なお、励起ユニット12Dの第4光フィルタ22Dで分離された残留励起光は、更に下段に励起ユニットを配して入力したり、励起ユニット12Aに戻して、レーザー光源11から出射されるレーザー光とともに励起ユニット12Aに入射させることもできる。 Of these, the residual excitation light separated by the first optical filter 22A of excitation unit 12A is incident on excitation unit 12B, the residual excitation light separated by the second optical filter 22B of excitation unit 12B is incident on excitation unit 12C, and the residual excitation light separated by the third optical filter 22C of excitation unit 12C is incident on excitation unit 12D. The residual excitation light separated by the fourth optical filter 22D of excitation unit 12D can be input to a further excitation unit located below, or returned to excitation unit 12A and incident on excitation unit 12A together with the laser light emitted from the laser light source 11.
こうした第1光フィルタ22A~第4光フィルタ22Dは、それぞれダイクロイックミラーから構成されていればよい。こうしたダイクロイックミラーは、例えば、ファイバーブラッググレーティングによって励起ユニットと同じ光導波路中に形成することができる。 Each of the first optical filter 22A to fourth optical filter 22D may be composed of a dichroic mirror. Such a dichroic mirror can be formed in the same optical waveguide as the excitation unit, for example, using a fiber Bragg grating.
以上のような構成の多重光周波数コム生成装置の作用、効果を説明する。
本実施形態の多重光周波数コム生成装置10によれば、レーザー光源11から出射された連続発振レーザー光を第1微小光共振器21Aで励起させて第1光周波数コムを生成させ、第1光周波数コムに変換されなかった残留励起光を利用して、第2微小光共振器21Bで励起させて第2光周波数コムを発生させている。そして、第2光周波数コムに変換されなかった残留励起光を利用して、第3微小光共振器21Cで励起させて第3光周波数コムを発生させ、そして、第3光周波数コムに変換されなかった残留励起光を利用して、第4微小光共振器21Dで励起させて第4光周波数コムを発生させている。
The operation and effects of the multiple optical frequency comb generator configured as above will now be described.
According to the multiplexed optical frequency comb generator 10 of this embodiment, continuous wave laser light emitted from the laser light source 11 is excited by the first micro-optical resonator 21A to generate a first optical frequency comb, residual excitation light that was not converted into the first optical frequency comb is used to excite the second micro-optical resonator 21B to generate a second optical frequency comb, the residual excitation light that was not converted into the second optical frequency comb is used to excite the third micro-optical resonator 21C to generate a third optical frequency comb, and the residual excitation light that was not converted into the third optical frequency comb is used to excite the fourth micro-optical resonator 21D to generate a fourth optical frequency comb.
このように、前段の微小光共振器21で光周波数コムに変換されなかった残留励起光を後段の微小光共振器21で利用して更に光周波数コムを生成させることによって、通常は入力された連続発振レーザー光の1%程度しか生成しない光周波数コムを、多段に接続したそれぞれの励起ユニット12A~励起ユニット12Dのそれぞれで出力する多重光周波数コムの生成が可能になる。 In this way, the residual excitation light that was not converted into an optical frequency comb by the previous-stage micro-optical resonator 21 is used in the subsequent-stage micro-optical resonator 21 to generate further optical frequency combs. This makes it possible to generate multiple optical frequency combs that are output by each of the cascaded excitation units 12A to 12D, whereas optical frequency combs that normally generate only about 1% of the input continuous wave laser light are normally generated.
これにより、1つのレーザー光源11から生成される光周波数コムの生成効率を大幅に高めることができる。例えば、励起ユニットを10段まで接続して多重光周波数コム生成装置を構成すると、それぞれの励起ユニットから出力される光周波数コムの合計出力は、1つのレーザー光源の出力を100%とした時に9.55%程度になり、1つのレーザー光源に対する光周波数コムの変換効率を大きく高めることが可能になる。 This significantly increases the efficiency of generating an optical frequency comb from a single laser light source 11. For example, if up to 10 pumping units are connected to form a multiplexed optical frequency comb generator, the total output of the optical frequency combs output from each pumping unit will be approximately 9.55% of the output of a single laser light source, which is 100%, making it possible to significantly increase the conversion efficiency of the optical frequency comb for a single laser light source.
また、本実施形態の多重光周波数コム生成装置10によれば、第1微小光共振器21A~第4微小光共振器21Dで生成される光周波数コムの周波数間隔を変えることで、微小光共振器21の形成数に応じた多種類の光周波数コムを複数チャンネルから出力が可能になる(マルチfrep光周波数コムの生成)。 Furthermore, according to the multiple optical frequency comb generator 10 of this embodiment, by changing the frequency spacing of the optical frequency combs generated by the first to fourth micro-optical resonators 21A to 21D, it is possible to output a variety of optical frequency combs from multiple channels according to the number of micro-optical resonators 21 formed (generation of a multi-frep optical frequency comb).
このようにして生成された多重光周波数コムを、光フィルターで隣接2モードを抽出した後に独立に光変調を行い、合波して光/テラヘルツ変換を行うことにより、超高周波で低位相ノイズな周波数多重化テラヘルツ波を、高いエネルギー利用効率で発生することが可能になる。 By extracting two adjacent modes from the multiplexed optical frequency comb generated in this way using an optical filter, then independently modulating them and combining them to perform optical-to-terahertz conversion, it becomes possible to generate ultra-high frequency, low phase noise, frequency-multiplexed terahertz waves with high energy utilization efficiency.
そして、こうした超高周波で低位相ノイズの周波数多重化テラヘルツ波を発生できれば、通信エレクトロニクスの限界を超えたパラダイムシフトや、光通信と移動通信のシームレス接続が可能になる。更に、周波数多重化を、電気的アプローチよりも大幅に簡略化し、光のエネルギー利用効率を高める事が可能となる。 If we could generate such ultra-high frequency, low-phase-noise, frequency-multiplexed terahertz waves, it would enable a paradigm shift that transcends the limits of communication electronics and enable seamless connectivity between optical and mobile communications. Furthermore, it would be possible to significantly simplify frequency multiplexing compared to electrical approaches and increase the efficiency of optical energy utilization.
図3の上段側に示すように、光源としてポンプレーザー装置(発光波長1560nm)を用いて、第1の光増幅器と第2の光増幅器との間に微小光共振器を設け、また、光源の後段側に高速波長走査機構を備えた実験装置を作製した。 As shown in the upper part of Figure 3, an experimental device was created that used a pump laser device (emission wavelength 1560 nm) as the light source, installed a micro-optical resonator between the first and second optical amplifiers, and equipped with a high-speed wavelength scanning mechanism downstream of the light source.
そして、この実験装置を用いて、高速波長走査機構の出射側(測定位置1)、第1の光増幅器の出射側(測定位置2)、微小光共振器の出射側(測定位置3)、および微小光共振器の出射側(測定位置4)において、それぞれ、1470nm~1650nmの波長範囲における光強度と光スペクトルとを測定した。 Using this experimental setup, the light intensity and optical spectrum were measured in the wavelength range of 1470 nm to 1650 nm at the output side of the high-speed wavelength scanning mechanism (measurement position 1), the output side of the first optical amplifier (measurement position 2), the output side of the micro-optical resonator (measurement position 3), and the output side of the micro-optical resonator (measurement position 4).
その結果、図3の下段側に示すように、ポンプレーザー装置から出射されたレーザー光は波長1560nm、出力1mWであった(測定位置1)。このレーザー光が第1の光増幅器を経て波長1560nm、出力500mWのレーザー光となった(測定位置2)。そして、この増幅されたレーザー光が微小光共振器を経て、出力1.5mWの多重光周波数コムが生成された(測定位置3)。そして、この多重光周波数コムが第2の光増幅器を経て、出力30mWの多重光周波数コムが得られた(測定位置4)。 As a result, as shown in the lower part of Figure 3, the laser light emitted from the pump laser device had a wavelength of 1560 nm and an output of 1 mW (measurement position 1). This laser light passed through the first optical amplifier to become laser light with a wavelength of 1560 nm and an output of 500 mW (measurement position 2). This amplified laser light then passed through a micro-optical resonator to generate a multiplexed optical frequency comb with an output of 1.5 mW (measurement position 3). This multiplexed optical frequency comb then passed through the second optical amplifier to generate a multiplexed optical frequency comb with an output of 30 mW (measurement position 4).
本発明は、移動(無線)通信エレクトロニクスの限界を超えたパラダイムシフトや、光通信と移動通信のシームレス接続によって、例えば、第6世代移動通信システム(6G)に対応可能な無線通信技術に寄与する。また、近赤外波長領域もしくはテラヘルツ領域のデュアル光コム分光光源としても利用可能である。従って、産業上の利用可能性を有する。 The present invention contributes to a paradigm shift that transcends the limits of mobile (wireless) communication electronics, and to wireless communication technology that can support, for example, sixth-generation mobile communication systems (6G) by seamlessly connecting optical and mobile communications. It can also be used as a dual optical comb spectral light source in the near-infrared wavelength region or terahertz region. Therefore, it has industrial applicability.
10…多重光周波数コム生成装置
12A,12B,12C,12D…励起ユニット
21A…第1微小光共振器
21B…第2微小光共振器
21C…第3微小光共振器
21D…第4微小光共振器
22A…第1光フィルタ
22B…第2光フィルタ
22C…第3光フィルタ
22D…第4光フィルタ
REFERENCE SIGNS LIST 10... Multiplexed optical frequency comb generator 12A, 12B, 12C, 12D... Excitation unit 21A... First micro-optical resonator 21B... Second micro-optical resonator 21C... Third micro-optical resonator 21D... Fourth micro-optical resonator 22A... First optical filter 22B... Second optical filter 22C... Third optical filter 22D... Fourth optical filter
Claims (5)
前記連続発振レーザー光によって励起して第1光周波数コムを発生させる第1微小光共振器と、
前記第1微小光共振器の後段に配され、微小光共振器で生じた第1光周波数コムと残留励起光とを分離する光フィルタと、
前記光フィルタで分離された残留励起光によって励起して第2光周波数コムを発生させる第2微小光共振器と、を少なくとも有し、
前記第1微小光共振器および前記第2微小光共振器は、半導体基板上に形成されていることを特徴とする多重光周波数コム生成装置。 a laser light source that emits continuous wave laser light;
a first micro-optical resonator that is excited by the continuous wave laser light to generate a first optical frequency comb;
an optical filter disposed downstream of the first micro-optical resonator, for separating the first optical frequency comb generated in the micro-optical resonator from residual pump light;
a second micro-optical resonator that is excited by the residual excitation light separated by the optical filter to generate a second optical frequency comb ;
The multiple optical frequency comb generating device is characterized in that the first micro-optical resonator and the second micro-optical resonator are formed on a semiconductor substrate .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024046015A JP7812146B2 (en) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | Multiplexed optical frequency comb generator |
| PCT/JP2025/011120 WO2025198032A1 (en) | 2024-03-22 | 2025-03-21 | Multiplex optical frequency comb generation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024046015A JP7812146B2 (en) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | Multiplexed optical frequency comb generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025145695A JP2025145695A (en) | 2025-10-03 |
| JP7812146B2 true JP7812146B2 (en) | 2026-02-09 |
Family
ID=97139536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024046015A Active JP7812146B2 (en) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | Multiplexed optical frequency comb generator |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7812146B2 (en) |
| WO (1) | WO2025198032A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007043560A1 (en) | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wavelength conversion module, laser light source device, two-dimensional image display, backlight light source, liquid crystal display and laser material processing system |
| US20110075690A1 (en) | 2008-01-30 | 2011-03-31 | Daniel Creeden | Pump recycling scheme for terahertz generation |
| CN112670795A (en) | 2020-12-29 | 2021-04-16 | 华北水利水电大学 | Multi-frequency terahertz radiation source based on waveguide |
| CN115733036A (en) | 2022-10-08 | 2023-03-03 | 华北水利水电大学 | Device for generating high-power terahertz waves based on triple optimization cascade difference frequency |
| CN116661211A (en) | 2023-06-19 | 2023-08-29 | 浙江大学 | A low repetition frequency soliton microcomb generation method for aluminum nitride integrated optical microcavity |
| CN117270283A (en) | 2023-09-01 | 2023-12-22 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Method for generating soliton micro-comb by optical micro-disc cavity with normal dispersion of fundamental mode |
-
2024
- 2024-03-22 JP JP2024046015A patent/JP7812146B2/en active Active
-
2025
- 2025-03-21 WO PCT/JP2025/011120 patent/WO2025198032A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007043560A1 (en) | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wavelength conversion module, laser light source device, two-dimensional image display, backlight light source, liquid crystal display and laser material processing system |
| US20110075690A1 (en) | 2008-01-30 | 2011-03-31 | Daniel Creeden | Pump recycling scheme for terahertz generation |
| CN112670795A (en) | 2020-12-29 | 2021-04-16 | 华北水利水电大学 | Multi-frequency terahertz radiation source based on waveguide |
| CN115733036A (en) | 2022-10-08 | 2023-03-03 | 华北水利水电大学 | Device for generating high-power terahertz waves based on triple optimization cascade difference frequency |
| CN116661211A (en) | 2023-06-19 | 2023-08-29 | 浙江大学 | A low repetition frequency soliton microcomb generation method for aluminum nitride integrated optical microcavity |
| CN117270283A (en) | 2023-09-01 | 2023-12-22 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Method for generating soliton micro-comb by optical micro-disc cavity with normal dispersion of fundamental mode |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZHANG, Shuangyou et al.,Sub-milliwatt-level microresonator solitons with extended access range using an auxiliary laser,Optica,2019年02月19日,Vol. 6,No. 2,pp. 206-212,DOI: 10.1364/OPTICA.6.000206 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025198032A1 (en) | 2025-09-25 |
| JP2025145695A (en) | 2025-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Metcalf et al. | Integrated line-by-line optical pulse shaper for high-fidelity and rapidly reconfigurable RF-filtering | |
| JP7189470B2 (en) | optical signal processor | |
| CN103346469B (en) | A kind of optical-electronic oscillator | |
| JP6096831B2 (en) | Phase conjugate optical converter and optical transmission system using the same | |
| JP2016212265A (en) | Laser source | |
| CN115567118A (en) | Silicon-based photonic terahertz wireless communication transmitting front-end chip, system and method | |
| Oxenløwe | Optical frequency combs for optical fiber communications | |
| US11487181B2 (en) | Low drive voltage multi-wavelength transmitter | |
| JP7812146B2 (en) | Multiplexed optical frequency comb generator | |
| JP3432457B2 (en) | Tunable light source, wavelength converter, and wavelength router | |
| JP2000298297A (en) | Multi-wavelength converter | |
| JP3515741B2 (en) | Tunable mode-locked laser, wavelength converter, and transmission system | |
| JP6533171B2 (en) | Optical comb generator | |
| JP2004258411A (en) | Wavelength converter | |
| US8379300B2 (en) | Wavelength-variable light source with dual resonator loop circuit | |
| CN119070968A (en) | Chaotic Light System | |
| JP7854183B2 (en) | Frequency Division Multiplex Radio Transmission Device | |
| Lakshmijayasimha et al. | Generation of a wideband OFC by the correlation of multiple modes of a gain-switched fabry pérot laser | |
| JP2015216437A (en) | WDM coherent transmission system | |
| JP3923771B2 (en) | Multi-wavelength light source | |
| Cotter et al. | Integrated demultiplexing and amplification of coherent optical combs | |
| JP2017037961A (en) | Multi-wavelength semiconductor laser | |
| US12547047B1 (en) | Frequency-comb source and generation and method | |
| Kanesan et al. | Dual pump brillouin laser for RoF millimeterwave carrier generation with tunable resolution | |
| JP6369946B2 (en) | Narrow linewidth tunable semiconductor laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20250808 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20250820 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20251021 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20251210 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20260113 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20260121 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7812146 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |