時間領域のパルス列と周波数領域の光周波数コム

図1に示すように、モード同期レーザーの出力は時間軸で見ると周期的なパルス列であり、高速に振動している電場と包絡線の関数で描写することができる。包絡線の伝搬速度は群速度vgであり、高速に振動している電場、すなわちキャリアの伝搬速度は位相速度vpである。

一般的に群速度と位相速度は異なるため、パルスが進むにつれ、包絡線とキャリアのピーク部は徐々にずれていく。この位相のずれは、いわゆるキャリア・エンベロープ・オフセット・フェーズ（Carrier-Envelope offset Phase: CEP）φCEPである。φCEPはパルス間で周期的にずれており、ある一定の周期TCEOをもつ。この周期をフーリエ変換して、周波数軸でキャリア・エンベロープ・オフセット周波数fCEOが観察される。モード同期レーザーの出力を周波数軸で観察すると、レーザーの縦モードが、パルスの繰り返し周期Tの逆数である繰り返し周波数frep間隔で極めて一様に分布している。これがいわゆる光周波数コムである。fCEOとfrepはφCEPを用いて、次式のように関係づけることができる。

CEOのために、光周波数コムの任意のモード（コムモード）周波数はfrepの整数倍からfCEO分のずれをもつ。したがって、光周波数コムは2つのマイクロ波（Radio Frequency: RF）周波数の和になる。

… (1)

ここでνnはn番目のコムモードの光周波数である。式(1)は、光周波数コムが光周波数とマイクロ波周波数を精密につなげていることを意味しており、光周波数コムを理解する上で非常に重要である。frepとfCEOが揺らぐことで、光周波数コムが揺らぐことがわかる。そこで両方とも電気信号に変換し、マイクロ波基準信号に位相同期する。frepの検出はErモード同期ファイバーレーザーの場合、100 MHz程度の帯域があるInGaAsフォトダイオード（PD）でパルス光を受光する。一方、fCEOの検出は工夫が必要である。