JP6745395B1 - Optical resonator, optical modulator, optical frequency comb generator, optical oscillator, and method of manufacturing the optical resonator and optical modulator - Google Patents
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Abstract
【課題】 導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜につき端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることにより、反射膜の反射率や共振器のフィネスを向上させる。【解決手段】 入射側反射膜93及び出射側反射膜94より構成され、入射側反射膜93を介して入射された光を共振させ、入射側反射膜93から出射側反射膜94にかけて貫通するように形成され共振された光を伝搬させる導波路12と、導波路12を上面から形成させるための基板11と、基板11の材質に対応する第1の保護材86並びに第2の保護材87を、少なくともその一の端面が導波路12における光入射端又は光出射端を含む基板11の第1の端面84並びに第2の端面85と同一の平面91,92を形成するように導波路12の上部に配設させ、入射側反射膜93並びに出射側反射膜94は、形成される光導波路12に対して垂直な平面91,92にそれぞれ単層又は多層の蒸着膜として被着されてなる。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the chipping and rounding at the time of processing the corners of the end face of a waveguide and to stably adhere the respective reflection films without peeling off at the corners of the uppermost end face of each of the reflection films, thereby making the reflectance of the reflection film and the resonator. Improve the finesse of. SOLUTION: An incident side reflection film 93 and an emission side reflection film 94 are provided so that light incident through the incident side reflection film 93 is resonated and penetrates from the incident side reflection film 93 to the emission side reflection film 94. A waveguide 12 for propagating the resonated light, a substrate 11 for forming the waveguide 12 from the upper surface, a first protective material 86 and a second protective material 87 corresponding to the material of the substrate 11. Of the waveguide 12 so that at least one end face thereof forms the same plane 91, 92 as the first end face 84 and the second end face 85 of the substrate 11 including the light incident end or the light exit end of the waveguide 12. The incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94, which are disposed on the upper portion, are formed as single-layer or multilayer vapor-deposition films on flat surfaces 91 and 92 perpendicular to the optical waveguide 12 to be formed. [Selection diagram]
Description
本発明は、光通信、光CT、光周波数標準器など多波長でコヒーレンス性の高い標準光源、又は、各波長間のコヒーレンス性も利用できる光源を必要とする分野に適用される光共振器、光変調器、光周波数コム発生器、光発振器、並びにその光共振器及び光変調器の作製方法に関する。 The present invention provides a standard light source having high coherence at multiple wavelengths such as optical communication, optical CT, and an optical frequency standard, or an optical resonator applied to a field requiring a light source that can also utilize coherence between wavelengths, The present invention relates to an optical modulator, an optical frequency comb generator, an optical oscillator, an optical resonator thereof, and a method for manufacturing the optical modulator.
近年の光エレクトロニクスの発展に伴い、周波数多重通信のためのレーザー光制御や、広範囲に分布する吸収線の周波数測定の要請に応えるべく、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器が多用されるようになっている。 With the development of optoelectronics in recent years, a waveguide optical resonator that resonates the light confined in an optical waveguide in order to meet the demands of laser light control for frequency multiplex communication and frequency measurement of absorption lines distributed over a wide range. Has become popular.
光周波数を高精度に測定する場合には、測定する光を他の光と干渉させ、発生する光ビート周波数の電気信号を検出するヘテロダイン検波を行う。このヘテロダイン検波において測定可能な光の帯域は、検波系に使用される受光素子の帯域に制限され、概ね数十GHz程度である。 When the optical frequency is measured with high accuracy, the light to be measured is interfered with other light, and heterodyne detection is performed to detect the electric signal of the generated optical beat frequency. The band of light that can be measured in this heterodyne detection is limited to the band of the light receiving element used in the detection system, and is approximately several tens GHz.
一方、近年の光エレクトロニクスの発展に伴い、周波数多重通信のための光制御や、広範囲に分布する吸収線の周波数測定を行うため、光の測定可能帯域を更に拡大する必要がある。 On the other hand, with the recent development of optoelectronics, it is necessary to further expand the measurable band of light in order to perform optical control for frequency multiplex communication and frequency measurement of absorption lines distributed over a wide range.
かかる測定可能帯域の拡大化の要請に応えるべく、従来において光周波数コム発生器(例えば、特許文献1参照。)を用いた広帯域なヘテロダイン検波系が提案されている。この光周波数コム発生器は、周波数軸上で等間隔に配置された櫛状のサイドバンドを広帯域にわたり発生させるものであり、このサイドバンドの周波数安定度は、入射光の周波数安定度とほぼ同等である。この生成したサイドバンドと被測定光をヘテロダイン検波することにより、数THzに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することが可能となる。 In order to meet the demand for expanding the measurable band, a broadband heterodyne detection system using an optical frequency comb generator (see, for example, Patent Document 1) has been conventionally proposed. This optical frequency comb generator generates comb-shaped sidebands arranged at equal intervals on the frequency axis over a wide band. The frequency stability of this sideband is almost equal to the frequency stability of incident light. Is. By heterodyne-detecting the generated sideband and the measured light, it is possible to construct a wideband heterodyne detection system over several THz.
図32は、この従来における光周波数コム発生器1003の原理的な構造を示している。 FIG. 32 shows the principle structure of the conventional optical frequency comb generator 1003.
この光周波数コム発生器1003は、光位相変調器1031と、この光位相変調器1031を介して互いに対向するように設置された反射鏡1032,1033を備える光共振器1000が使用されている。 The optical frequency comb generator 1003 uses an optical resonator 1000 including an optical phase modulator 1031 and reflecting mirrors 1032 and 1033 installed so as to face each other via the optical phase modulator 1031.
この光共振器1000は、反射鏡1032を介して僅かな透過率で入射した光Linを、反射鏡1032,1033間で共振させ、その一部の光Loutを反射鏡1033を介して出射させる。光位相変調器1031は、電界を印加することにより屈折率が変化する光位相変調のための電気光学結晶からなり、この光共振器1000を通過する光に対して、電極1036に印加される周波数fmの電気信号に応じて位相変調をかける。 The optical resonator 1000 resonates the light L in that is incident with a small transmittance through the reflecting mirror 1032 between the reflecting mirrors 1032 and 1033, and emits a part of the light L out through the reflecting mirror 1033. Let The optical phase modulator 1031 is composed of an electro-optic crystal for optical phase modulation in which the refractive index changes by applying an electric field, and the frequency applied to the electrode 1036 with respect to the light passing through the optical resonator 1000. multiplying the phase-modulated in response to an electrical signal of f m.
この光周波数コム発生器1003において、光が光共振器1000内を往復する時間に同期した電気信号を電極1036から光位相変調器31へ駆動入力することにより、光位相変調器1031を1回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、高次のサイドバンドを数百本生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔fmは全て入力された電気信号の周波数fmと同等になる。 In this optical frequency comb generator 1003, an electric signal synchronized with the time when light reciprocates in the optical resonator 1000 is driven and input from the electrode 1036 to the optical phase modulator 31, so that the optical phase modulator 1031 is operated only once. It is possible to apply deep phase modulation that is several tens of times deeper than when passing through. Thus, it is possible to generate hundreds of higher order sidebands, becomes equal to the frequency f m of the frequency interval f m are all input electric signals of adjacent sidebands.
また、従来における光周波数コム発生器は、上述のバルク型に限定されるものではない。例えば図33に示すように、光導波路を用いた導波路型光周波数コム発生器1020にも適用可能である。 Further, the conventional optical frequency comb generator is not limited to the above-mentioned bulk type. For example, as shown in FIG. 33, it is also applicable to a waveguide type optical frequency comb generator 1020 using an optical waveguide.
この導波路型光周波数コム発生器1020は、導波路型光変調器1200から構成される。導波路型光変調器1200は、基板1201と、光導波路1202と、電極1203と、入射側反射膜1204と、出射側反射膜1205と、発振器1206とを備える。 The waveguide type optical frequency comb generator 1020 is composed of a waveguide type optical modulator 1200. The waveguide type optical modulator 1200 includes a substrate 1201, an optical waveguide 1202, an electrode 1203, an incident side reflection film 1204, an emission side reflection film 1205, and an oscillator 1206.
基板1201は、例えば引き上げ法により育成された3〜4インチ径のLiNbO3やGaAs等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板1201上には、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。 The substrate 1201 is obtained by cutting a large crystal such as LiNbO 3 or GaAs having a diameter of 3 to 4 inches grown by a pulling method into a wafer. The cut-out substrate 1201 is subjected to processing such as mechanical polishing and chemical polishing.
光導波路1202は、光を伝搬させるために配されたものであり、光導波路1202を構成する層の屈折率は、基板1201等の他層よりも高く設定されている。光導波路1202に入射した光は、光導波路1202の境界面で全反射しながら伝搬する。一般に、この光導波路1202は、基板1201中においてTi原子を拡散させることにより、或いは基板1201上へのエピタキシャル成長させることにより作製することができる。 The optical waveguide 1202 is arranged to propagate light, and the refractive index of the layers forming the optical waveguide 1202 is set higher than that of other layers such as the substrate 1201. The light incident on the optical waveguide 1202 propagates while being totally reflected at the boundary surface of the optical waveguide 1202. Generally, the optical waveguide 1202 can be manufactured by diffusing Ti atoms in the substrate 1201 or by epitaxially growing it on the substrate 1201.
なお、この光導波路1202として、LiNbO3結晶光導波路を適用してもよい。このLiNbO3結晶光導波路は、LiNbO3等からなる基板1201表面にTiを拡散させることにより形成することができる。このLiNbO3結晶光導波路を実際に作製する場合には、先ずこの基板1201の表面にフォトレジストのパターンを作製し、そこにTiを蒸着させ、さらにこのフォトレジストを除去することにより、ミクロンサイズの幅で構成されるTiの細線を作製する。次に、このTiの細線を加熱することにより、これを基板1201中に熱拡散させる。 A LiNbO 3 crystal optical waveguide may be applied as the optical waveguide 1202. This LiNbO 3 crystal optical waveguide can be formed by diffusing Ti on the surface of the substrate 1201 made of LiNbO 3 or the like. In the case of actually producing this LiNbO 3 crystal optical waveguide, first, a photoresist pattern is produced on the surface of the substrate 1201, Ti is vapor-deposited thereon, and then the photoresist is removed. A Ti thin wire having a width is prepared. Next, by heating the thin wire of Ti, it is thermally diffused into the substrate 1201.
ちなみに、このTiがLiNbO3からなる基板1201中に熱拡散されると、かかるTiが拡散された領域については他の領域よりも屈折率が高くなるところ、光を閉じ込めることができることになる。即ち、かかるTiが拡散された領域につき光を伝搬させることができる光導波路1202が形成されることになる。このような方法に基づいて作製したLiNbO3結晶型の光導波路1202は電気光学効果を有するため、これに対して電界を印加することにより屈折率を変化させることができる。 By the way, when this Ti is thermally diffused in the substrate 1201 made of LiNbO 3 , the region where the Ti is diffused has a higher refractive index than the other regions and can confine light. That is, the optical waveguide 1202 capable of propagating light is formed in the region where Ti is diffused. Since the LiNbO 3 crystal type optical waveguide 1202 produced based on such a method has an electro-optical effect, the refractive index can be changed by applying an electric field thereto.
電極1203は、例えばAlやCu、Pt、Au等の金属材料からなり、外部から供給された周波数fmの電気信号を光導波路1202に駆動入力する。また、光導波路1202における光の伝搬方向と変調電界の進行方向は同一となる。この電極1203の幅や厚さを調整することにより、光導波路1202を伝搬する光の速度と電極1203上を伝搬する電気信号の速度を一致させるようにしてもよい。これにより、光導波路1202を伝搬する光が感じる電気信号の位相を一定に保つことが可能となる。 Electrode 1203, for example, Al and Cu, Pt, a metal material such as Au, and drives the input electrical signals supplied frequency f m from the outside to the optical waveguide 1202. Further, the propagation direction of light in the optical waveguide 1202 and the traveling direction of the modulation electric field are the same. By adjusting the width and thickness of the electrode 1203, the speed of light propagating in the optical waveguide 1202 and the speed of an electric signal propagating on the electrode 1203 may be matched. This makes it possible to keep the phase of the electric signal felt by the light propagating through the optical waveguide 1202 constant.
入射側反射膜1204及び出射側反射膜1205は、光導波路1202に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光導波路1202を通過する光を往復反射させることにより共振させる。発振器1206は、電極1203に接続され、周波数fmの電気信号を供給する。 The incident side reflection film 1204 and the emission side reflection film 1205 are provided to resonate the light incident on the optical waveguide 1202, and resonate the light passing through the optical waveguide 1202 by reciprocating it. The oscillator 1206 is connected to the electrode 1203 and supplies an electric signal having a frequency f m .
入射側反射膜1204は、導波路型光変調器1200の光入射側に配され、図示しない光源から周波数ν1の光が入射される。また、この入射側反射膜1204は、出射側反射膜1205により反射されて、かつ光導波路1202を通過した光を反射する。 The incident side reflection film 1204 is arranged on the light incident side of the waveguide type optical modulator 1200, and light of frequency ν 1 is incident from a light source (not shown). Further, the incident side reflection film 1204 reflects the light reflected by the emission side reflection film 1205 and passing through the optical waveguide 1202.
出射側反射膜1205は、導波路型光変調器1200の光出射側に配され、光導波路1202を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜1205は、光導波路1202を通過した光を一定の割合で外部に出射する。 The emission side reflection film 1205 is arranged on the light emission side of the waveguide type optical modulator 1200 and reflects the light passing through the optical waveguide 1202. Further, the emitting side reflection film 1205 emits the light passing through the optical waveguide 1202 to the outside at a constant rate.
上述の構成からなる導波路型光周波数コム発生器1020において、光が光導波路1202内を往復する時間に同期した電気信号を電極1203から導波路型光変調器1200へ駆動入力とすることにより、光位相変調器を1回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、バルク型光周波数コム発生器1003と同様に、広帯域にわたるサイドバンドを有する光周波数コムを生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数fmと同等になる。 In the waveguide type optical frequency comb generator 1020 configured as described above, an electric signal synchronized with the time when light travels back and forth in the optical waveguide 1202 is input from the electrode 1203 to the waveguide type optical modulator 1200 as a driving input. As compared with the case where the light passes through the optical phase modulator only once, it becomes possible to perform deep phase modulation of several ten times or more. Accordingly, similar to the bulk type optical frequency comb generator 1003, an optical frequency comb having a wide sideband can be generated, and the frequency intervals of adjacent sidebands are all the frequency f m of the input electric signal. Is equivalent to
この導波路型光周波数コム発生器1020の特徴は、光と電気信号の相互作用領域がより小さいことにある。光は周囲より屈折率が高いミクロンオーダの光導波路1202に閉じ込められて伝搬することになるため、光導波路1202の極近傍に電極1203を取り付けることにより、光導波路1202中の電界強度を局所的に高めることが可能となる。従って、バルク型の光周波数コム発生器1003と比較して光導波路1202に生じる電気光学効果が大きくなり、少ない電力で大きな変調を得ることが可能となる。 The characteristic of the waveguide type optical frequency comb generator 1020 is that the interaction area of light and electric signal is smaller. Since light propagates while being confined in the optical waveguide 1202 having a micron-order having a higher refractive index than the surroundings, by mounting the electrode 1203 in the immediate vicinity of the optical waveguide 1202, the electric field strength in the optical waveguide 1202 is locally increased. It is possible to raise it. Therefore, as compared with the bulk type optical frequency comb generator 1003, the electro-optical effect generated in the optical waveguide 1202 becomes large, and it becomes possible to obtain a large modulation with a small electric power.
しかしながら、上述した従来の導波路型光周波数コム発生器1020は、光導波路1202の構造上、入射側反射膜1204及び出射側反射膜1205の被着並びにこれらが被着される端面の研磨が困難であり、高いフィネスの共振器を再現性良く作ることが難しかった。導波路型光周波数コム発生器1020の性能を高めるためには、これら入射側反射膜1204及び出射側反射膜1205で構成される共振器のフィネスを高めることが不可欠となる。光導波路1202における往路方向又は復路方向のみの変調指数が高くても、フィネスそのものが低い場合には、光の往復回数を増加させることができないため、広帯域に亘り高強度のサイドバンドを発生させることができないからである。 However, in the above-described conventional waveguide type optical frequency comb generator 1020, due to the structure of the optical waveguide 1202, it is difficult to adhere the incident side reflection film 1204 and the emission side reflection film 1205 and to polish the end faces to which these are adhered. It was difficult to make a high finesse resonator with good reproducibility. In order to improve the performance of the waveguide type optical frequency comb generator 1020, it is indispensable to increase the finesse of the resonator constituted by the incident side reflection film 1204 and the emission side reflection film 1205. Even if the modulation index of the optical waveguide 1202 is high only in the forward direction or the backward direction, if the finesse itself is low, the number of round trips of light cannot be increased, so that a high-strength sideband is generated over a wide band. Because you can't.
また、光導波路を往路方向へ伝搬する光のみならず、復路方向へ伝搬する光についても位相変調を施すようにした光コム発生器並びに光変調器が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, an optical comb generator and an optical modulator have been proposed in which not only the light propagating in the forward direction in the optical waveguide but also the light propagating in the return direction are subjected to phase modulation (for example, see Patent Document 2). ).
また、図34は、導波路型光周波数コム発生器1020における、入射側反射膜1204が形成されている端面を示している。この図34によれば、基板1201の上端に光導波路1202が形成され、その上に薄いバッファ層が積層されてなり、その上において更に電極1203が形成されている。即ち、この光導波路1202は、導波路型光周波数コム発生器1020の端面最上部の角に位置している。この端面最上部の角は、尖っているため研磨時に図34に示すように欠けが生じてしまう場合が多い。端面最上部に欠けが生じると、共振すべき光が散乱されて損失となる。 Further, FIG. 34 shows an end face of the waveguide type optical frequency comb generator 1020 on which the incident side reflection film 1204 is formed. According to FIG. 34, an optical waveguide 1202 is formed on the upper end of a substrate 1201, a thin buffer layer is laminated on the optical waveguide 1202, and an electrode 1203 is further formed thereon. That is, the optical waveguide 1202 is located at the uppermost corner of the end face of the waveguide type optical frequency comb generator 1020. Since the uppermost corner of the end face is sharp, a chip is often generated during polishing as shown in FIG. When a chip is generated at the uppermost end face, the light to be resonated is scattered and lost.
また、端面研磨の状態によっては、端面最上部における角の欠けに至らなくても、角が丸くなる場合がある。角が丸くなると反射された光の一部が光導波路1202の導波モードから外れ、損失となる。 Further, depending on the state of the end surface polishing, the corners may be rounded even if the corners are not chipped at the uppermost portion of the end surface. When the corners are rounded, a part of the reflected light deviates from the waveguide mode of the optical waveguide 1202 and becomes a loss.
また、ごく稀に端面最上部における角の欠けが発生せず、また角が丸くならない状態で研磨することができる場合もあるが、かかる場合においても、端面に入射側反射膜1204を形成させる際に問題が発生する。入射側反射膜1204等の高反射膜は、通常、屈折率の高い膜と低い膜を交互に堆積することによって作製されるが、端面最上部における角の部分は、膜そのものが剥がれやすく、また高反射膜の材料が端面から側面へ回り込むことにより膜厚が変化する結果、設計通りの膜厚に制御することができないという問題点もある。 In addition, in some rare cases, the top edge of the end face may not be chipped and may be polished in a state where the corner is not rounded. Even in such a case, when the incident side reflection film 1204 is formed on the end face. Problem occurs. The high-reflection film such as the incident-side reflection film 1204 is usually produced by alternately depositing a film having a high refractive index and a film having a low refractive index, but the film itself is easily peeled off at the corner portion at the uppermost end face. There is also a problem that the film thickness cannot be controlled as designed as a result of the film thickness changing due to the material of the high reflection film wrapping around from the end surface to the side surface.
すなわち、基板中に拡散等によってコアを形成する光導波路では、コアが基板の表面に形成されるため、端面においては、コアの外周のうち少なくとも一辺が基板の外周に位置することとなる。このような光導波路の端面に、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法等により反射膜等の光学薄膜を形成すると、基板の端面の外周部において、成膜粒子の側面への回り込み、ならびに、側面方向から飛来した成膜粒子の端面への回り込みが生じるため、基板の端面の外周部で一様な膜厚が得られにくい。そのため、基板の端面の外周部に位置するコアの端面上に、反射膜等として作用する程度に薄く、しかも、膜厚分布の少ない膜を形成することは非常に困難であった。 That is, in the optical waveguide in which the core is formed in the substrate by diffusion or the like, the core is formed on the surface of the substrate, so that at the end face, at least one side of the outer periphery of the core is located on the outer periphery of the substrate. When an optical thin film such as a reflective film is formed on the end surface of such an optical waveguide by a vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or the like, in the outer peripheral part of the end surface of the substrate, the wraparound of the film-forming particles to the side surface, and Since the film-forming particles flying from the side surface wrap around to the end face, it is difficult to obtain a uniform film thickness at the outer peripheral portion of the end face of the substrate. Therefore, it is very difficult to form a film that is thin enough to act as a reflection film and has a small film thickness distribution on the end surface of the core located on the outer peripheral portion of the end surface of the substrate.
ここで、本件出願人は、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜につき端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることにより、反射膜の反射率や光共振器のフィネスを向上させ、デバイスそのものの機能を高めた光共振器、光変調器、光コム発生器、光発振器を先に提案している。(例えば、特許文献3参照)。 Here, the applicant of the present application suppresses chipping and rounding during processing of the corners of the end faces of the optical waveguide, and allows each reflective film to be stably applied without peeling off at the corners of the uppermost end face of the reflective film, so that We have previously proposed an optical resonator, an optical modulator, an optical comb generator, and an optical oscillator that improve the function of the device itself by improving the reflectance and finesse of the optical resonator. (For example, refer to Patent Document 3).
すなわち、光導波路を上面から形成させるための基板と同じ硬さを持つ部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設し、上記部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより形成された上記平面上に共振手段を構成する入射側反射膜並びに出射側反射膜を被着させるので、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜につき端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることができ、反射膜の反射率や光共振器のフィネスを向上させ、デバイスそのものの機能を高めることが可能となる。 That is, a member having the same hardness as the substrate for forming the optical waveguide from the upper surface is formed, and at least one end face of the member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. As described above, the incident side reflection film and the emission side reflection film forming the resonance means are covered on the plane formed by polishing the end face of the member and the end face of the substrate. Since it is attached, it is possible to suppress chipping and rounding during processing of the corners of the end face of the optical waveguide, and it is possible to adhere stably without peeling off at the corners of the top end face of each reflection film. It is possible to improve the finesse of the optical resonator and enhance the function of the device itself.
ところで、従来の導波路型光周波数コム発生器1020では、光導波路1202の端面が端面最上部の角に位置することから、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法等により反射膜等の光学薄膜として単層又は多層の蒸着膜を端面に形成すると、基板の端面の外周部において、成膜粒子の側面への回り込み、ならびに、側面方向から飛来した成膜粒子の端面への回り込みが生じるため、基板の端面の外周部で一様な膜厚が得られにくく、基板の端面の外周部に位置するコアの端面上に、反射膜等として作用する程度に薄く、しかも、膜厚分布の少ない膜を形成することは非常に困難であるという問題点があった。 By the way, in the conventional waveguide type optical frequency comb generator 1020, since the end face of the optical waveguide 1202 is located at the uppermost corner of the end face, the optical method such as the reflection film is formed by the vapor deposition method, the sputtering method, the chemical vapor deposition method or the like. When a single-layer or multilayer vapor-deposited film is formed on the end face as a thin film, at the outer peripheral portion of the end face of the substrate, the wraparound of the film-forming particles to the side surface and the wrap-around of the film-forming particles flying from the side direction occur. , It is difficult to obtain a uniform film thickness on the outer peripheral part of the end face of the substrate, and it is thin enough to act as a reflective film on the end face of the core located on the outer peripheral part of the end face of the substrate, and the film thickness distribution is small. There is a problem that it is very difficult to form a film.
また、光導波路1202の端面を研磨する加工時に、光導波路1202の端面の角が加工時に欠けやすく、また、光導波路1202の端面の角が加工時に丸くなることがあり、光導波路1202の端面に形成された反射膜が、端面最上部の角の部分で剥がれやすくなるという問題点があった。 Further, when polishing the end surface of the optical waveguide 1202, the corners of the end surface of the optical waveguide 1202 are likely to be chipped during the processing, and the corners of the end surface of the optical waveguide 1202 may be rounded during the processing. There is a problem that the formed reflective film is easily peeled off at the corners at the uppermost end face.
これらの問題点は、光導波路1202の端面に被着される反射膜の反射率低下、入射側反射膜204及び出射側反射膜1205で構成される共振器のフィネス低下、導波路型光周波数コム発生器1020自身の機能の低下等を招くことになり、また、作製環境に依存するため、導波路型光周波数コム発生器20や、これを適用した導波路型のファブリペロー共振器の性能における再現性を担保することができず、歩留まりを低下させる要因になっていた。 These problems are the reduction of the reflectance of the reflection film deposited on the end face of the optical waveguide 1202, the reduction of the finesse of the resonator formed by the incidence side reflection film 204 and the emission side reflection film 1205, and the waveguide type optical frequency comb. Since the function of the generator 1020 itself is deteriorated and it depends on the manufacturing environment, the performance of the waveguide type optical frequency comb generator 20 and the waveguide type Fabry-Perot resonator to which the same is applied is reduced. The reproducibility could not be guaranteed, which was a factor to reduce the yield.
また、従来、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器では、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路が用いられており、光変調器や光周波数コム発生器を構築した場合に得られる光出力も、直交モードが混在する偏光成分を含むものであった。 Conventionally, in a waveguide type optical resonator that resonates the light confined in the optical waveguide, an optical waveguide that transmits a polarization component in which orthogonal modes are mixed is used, and an optical modulator and an optical frequency comb generator are constructed. The optical output obtained in this case also contained a polarization component in which orthogonal modes were mixed.
従来の光周波数コム発生器では、光周波数コムを計測に利用する場合に、安定した出力を得るために、光共振器から出射された光の一部を光検出器により検出して、所定の共振長となるように上記光共振器の共振長を帰還制御するようにしていたが、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路が用いられていたために、図35に○印を付して示すように、直交偏光成分による透過モード波形に変形が生じることがある。しかも、直交偏光成分による透過モード波形に変形が発生する場所(主モードに対する相対位置)は、ばらばらであり極小部が複数になるため、共振長を制御する際の不安定要因になる。 In the conventional optical frequency comb generator, when using the optical frequency comb for measurement, in order to obtain a stable output, a part of the light emitted from the optical resonator is detected by the photodetector, The resonance length of the optical resonator is feedback-controlled so that the resonance length is obtained. However, since an optical waveguide that transmits a polarization component in which orthogonal modes are mixed is used, a circle is added to FIG. As shown by the above, the transmission mode waveform due to the orthogonal polarization components may be deformed. Moreover, the places where the transmission mode waveform is deformed by the orthogonal polarization components (relative positions with respect to the main mode) are scattered and there are a plurality of local minimum portions, which becomes an unstable factor when controlling the resonance length.
すなわち、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器を用いた光コム発生器における光周波数コム発生において、直交する偏光成分は、光周波数コム発生器の共振周波数をレーザー周波数に一致させるための制御を不安定にすることがあり、制御点のずれ、制御の発振等の原因となり、光周波数コムを例えば測定対象までの距離や高さを測定する計測装置に利用する場合に、直交する偏光成分が計測誤差の要因になっていた。 That is, when generating an optical frequency comb in an optical comb generator that uses a waveguide type optical resonator that resonates the light confined in the optical waveguide, the orthogonal polarization components match the resonant frequency of the optical frequency comb generator with the laser frequency. The control for making it unstable may cause a shift of the control point, oscillation of control, etc., and when the optical frequency comb is used for a measuring device that measures the distance or height to the measurement target, The orthogonal polarization components were the cause of the measurement error.
そこで、本発明は、上述の如き従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜として単層又は多層の蒸着膜を端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることにより、反射膜の反射率や共振器のフィネスを向上させ、デバイスそのものの機能を高めた光共振器、光変調器、光周波数コム発生器、光発振器を提供することにあり、またかかる機能を有する光共振器及び光変調器の作製方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the conventional problems as described above, and the purpose thereof is to suppress chipping or rounding during processing of the corners of the optical waveguide end face, A single-layer or multi-layer vapor-deposited film is stably applied without peeling at the uppermost corners of the end face to improve the reflectance of the reflective film and the finesse of the resonator, and to enhance the function of the device itself. An object of the present invention is to provide a resonator, an optical modulator, an optical frequency comb generator, an optical oscillator, and an optical resonator having such a function and a method of manufacturing the optical modulator.
また、本発明の他の目的は、光導波路の透過モード波形に変形が生じることがなく、共振器制御を安定化することができるようにすることにある。 Another object of the present invention is to make it possible to stabilize the resonator control without causing deformation of the transmission mode waveform of the optical waveguide.
また、本発明の他の目的は、光周波数コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力を抑制して、偏光消光比の向上をはかり、単一偏光度を高めた光周波数コム出力を得られるようにすることにある。 Another object of the present invention is to suppress the output of orthogonal polarization components that do not contribute to the generation of an optical frequency comb, improve the polarization extinction ratio, and obtain an optical frequency comb output with an increased single polarization degree. Is to
さらに、本発明の他の目的は、光周波数コム発生器としての安定化、光周波数コムを含む計測装置の精度向上、誤差の低減などを図ることができるようにすることにある。 Further, another object of the present invention is to make it possible to stabilize the optical frequency comb generator, improve the accuracy of a measuring device including the optical frequency comb, and reduce errors.
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of the embodiments described below.
本発明は、入射側反射膜から出射側反射膜にかけて貫通するように形成された光導波路により、上記入射側反射膜を介して入射された光を伝搬して共振させる光共振器の作製方法において、上記光導波路を基板の上面から形成する光導波路形成工程と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設する配設工程と、上記配設工程において配置した上記保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、上記研磨工程において形成された上記平面上に上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜として単層又は多層の蒸着膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り単層又は多層の蒸着膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成することを特徴とする。
本発明に係る光共振器の作製方法において、上記反射膜被着工程では、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜を被着させるものとすることができる。
The present invention relates to a method of manufacturing an optical resonator for propagating and resonating light incident through the incident side reflection film, by an optical waveguide formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film. An optical waveguide forming step of forming the optical waveguide from the upper surface of the substrate, and a protective member having the same hardness as the substrate, the substrate having at least one end face thereof including a light incident end or a light emitting end of the optical waveguide. The step of disposing the optical waveguide so as to form the same plane as the end surface of the optical waveguide, and polishing the end surface of the protective member and the end surface of the substrate arranged in the disposing step, thereby forming the optical waveguide. A polishing step of forming a flat surface perpendicular to the optical waveguide as a flat polishing surface including a light incident end or a light emitting end of the waveguide, and the incident side reflection film or the reflection film on the flat surface formed in the polishing step. A reflection film applying step of applying a single-layer or multi-layer vapor deposition film as the emission side reflecting film, and in the providing step, the protective member is provided by being adhered to the upper part of the optical waveguide with an adhesive. Then, in the reflection film deposition step, a single-layer or multi-layer deposition film is deposited over the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered by the adhesive. Thus, the incident side reflection film or the emission side reflection film is formed on a plane perpendicular to the optical waveguide.
In the method for manufacturing an optical resonator according to the present invention, in the reflection film deposition step, with respect to a loss rate according to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide, a light incident end or a light emission of the optical waveguide is generated. A single-layer or multi-layer vapor deposition film having an optimized film thickness in the end face region including the end can be applied.
本発明は、入射側反射膜及び出射側反射膜が形成された光導波路により、上記入射側反射膜を介して入射された光を伝搬して変調する光変調器の作製方法において、上記光導波路を基板の上面から形成する光導波路形成工程と、少なくとも上記光導波路形成工程において形成した光導波路を被覆するように上記基板上にバッファ層を積層する積層工程と、上記光導波路に対して電界を印加するための電極を上記積層工程において積層したバッファ層上に形成する電極形成工程と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設する配設工程と、上記配設工程において配置した上記保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、上記研磨工程において形成された上記平面上に上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜として単層又は多層の蒸着膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り単層又は多層の蒸着膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成することを特徴とする。
本発明に係る光変調器の作製方法において、上記反射膜被着工程では、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜を被着させるものとすることができる。
また、本発明に係る光変調器の作製方法において、上記光導波路形成工程では、少なくとも電気光学効果を有する上記基板の上面からプロトン交換により単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として上記光導波路を形成するものとすることができる。
さらに、本発明に係る光変調器の作製方法では、上記基板にリッジ構造を形成するリッジ構造形成工程を有し、上記電極形成工程において、リッジ構造が形成された上記基板に上記積層工程において積層したバッファ層上に、上記光導波路に対して電界を印加するための電極として、リッジ構造を有する電極を形成するものとすることができる。
The present invention relates to a method of manufacturing an optical modulator for propagating and modulating light incident through the incident side reflection film by the optical waveguide having an incident side reflection film and an emission side reflection film formed thereon. Is formed from the upper surface of the substrate, a laminating step of laminating a buffer layer on the substrate so as to cover at least the optical waveguide formed in the optical waveguide forming step, and an electric field is applied to the optical waveguide. An electrode forming step of forming an electrode for applying on the buffer layer laminated in the laminating step, and a protective member having the same hardness as that of the substrate, at least one end face of which is a light incident end or a light in the optical waveguide. A disposing step of disposing the optical waveguide so as to form the same plane as the end surface of the substrate including the emitting end, and polishing the end surface of the protective member and the end surface of the substrate arranged in the disposing step. By doing so, as a flat polishing surface including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide, a polishing step of forming a flat surface perpendicular to the optical waveguide, and on the flat surface formed in the polishing step. A reflection film applying step of applying a single-layer or multi-layer vapor deposition film as the entrance-side reflecting film or the exit-side reflecting film, and in the arranging step, the protective member is attached to the upper part of the optical waveguide by an adhesive. In the reflection film applying step, a single-layer or multi-layer vapor deposition is performed over the entire plane formed by the end surface of the protective member and the end surface of the substrate, which are attached by the adhesive. By depositing a film, the incident side reflection film or the emission side reflection film is formed on a plane perpendicular to the optical waveguide.
In the method for manufacturing an optical modulator according to the present invention, in the reflection film deposition step, a light incident end or a light exit of the optical waveguide is generated with respect to a loss rate according to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide. A single-layer or multi-layer vapor deposition film having an optimized film thickness in the end face region including the end can be applied.
Further, in the method for manufacturing an optical modulator according to the present invention, in the optical waveguide forming step, a waveguide mode exists only for a single polarization component by proton exchange from at least the upper surface of the substrate having an electro-optical effect. The above-mentioned optical waveguide can be formed as a region in which the above-mentioned optical waveguide is formed.
Further, in the method for manufacturing an optical modulator according to the present invention, there is a ridge structure forming step of forming a ridge structure on the substrate, and in the electrode forming step, the ridge structure is formed on the substrate in the laminating step. An electrode having a ridge structure can be formed on the buffer layer as an electrode for applying an electric field to the optical waveguide.
本発明は、光共振器であって、入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記共振手段により共振された光を伝搬させる光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であることを特徴とする。
本発明に係る光共振器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であることをものとすることができる。
さらに、本発明に係る光共振において、上記端面保護手段を構成する保護部材は上記基板と同じ材質からなり、また、上記平面を形成する上記保護部材の端面並びに上記基板の端面は、互いに同一の結晶方位を有し、上記端面保護手段は、上記保護部材における一の端面が上記光導波路における光入射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように、また上記保護部材における他の端面が上記光導波路における光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように、上記光導波路の上部に配設されるものとすることができる。
The present invention is an optical resonator, which is composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, and resonates means for resonating light incident through the incidence side reflection film, and the emission side from the incidence side reflection film. An optical waveguide that is formed so as to penetrate through the side reflection film and propagates the light resonated by the resonance means, a substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface, and a protective member having the same hardness as the substrate. The protective member is adhesive on the upper part of the optical waveguide so that at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. And an end face protection means provided by pasting, wherein the incident side reflection film and the emission side reflection film are flat surfaces formed by the end face of the protection member and the end face of the substrate pasted with the adhesive. Of a single layer or a multi-layer deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide by polishing all of the above. It is characterized by being a film.
In the optical resonator according to the present invention, the incident-side reflection film and the emission-side reflection film have a light incident end of the optical waveguide or a light incident end of the optical waveguide with respect to a loss rate according to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide. The vapor deposition film may be a single-layer or multi-layer vapor deposition film having an optimized film thickness in the end face region including the light emitting end .
Further, in the optical resonance according to the present invention, the protection member constituting the end face protection means is made of the same material as the substrate, and the end face of the protection member forming the plane and the end face of the substrate are the same as each other. The end face protection means has a crystal orientation so that one end face of the protection member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end of the optical waveguide, and another end face of the protection member. It may be arranged above the optical waveguide so that the end surface forms the same plane as the end surface of the substrate including the light emitting end of the optical waveguide.
本発明は、光変調器であって、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調する光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であることを特徴とする。The present invention is an optical modulator, which comprises an oscillating means for oscillating a modulation signal of a predetermined frequency, an incident side reflection film and an emission side reflection film, and resonates light incident through the incident side reflection film. And a resonance unit for penetrating from the incident side reflection film to the emission side reflection film, and modulates the phase of the light resonated by the resonance unit according to the modulation signal supplied from the oscillation unit. An optical waveguide, a substrate on which the optical waveguide is formed from an upper surface, and a protective member having the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member has a light incident end or a light emitting end in the optical waveguide. And an end face protection means in which the protective member is disposed on the upper portion of the optical waveguide by an adhesive so as to form the same plane as the end face of the substrate including the incident side reflection film and the emission side. The reflection film includes a light incident end or a light emitting end of the optical waveguide by polishing over the entire plane formed by the end surface of the protective member and the end surface of the substrate, which are adhered with the adhesive. It is characterized in that it is a single-layer or multi-layer vapor deposition film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface.
本発明に係る光変調器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であるものとすることができる。 In the optical modulator according to the present invention, the incident-side reflection film and the emission-side reflection film have a light incident end of the optical waveguide or a light incident end of the optical waveguide with respect to a loss rate according to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide. It may be a single-layer or multi-layer vapor deposition film in which the film thickness in the end face region including the light emitting end is optimized .
また、本発明は、光変調器であって、入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成された光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であることを特徴とする。Further, the present invention is an optical modulator, which is composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, and resonates the light incident through the incident side reflection film, and the incident side reflection film. From the optical waveguide formed so as to penetrate through the emission side reflection film, the substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface, and the electrode formed on the substrate for propagating the modulation signal in the forward direction or the backward direction. The light modulating means for modulating the phase of the light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of the electric signal supplied to the electrode, and the protective member having the same hardness as the substrate, The protective member is placed on the upper portion of the optical waveguide with an adhesive so that at least one end face of the member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The incident side reflection film and the emission side reflection film are provided over the entire plane formed by the end face of the protection member and the end face of the substrate, which are attached with the adhesive. A single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide, which is formed as a flat polished surface including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide by polishing. Is characterized by.
本発明に係る光変調器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であるものとすることができる。
また、本発明に係る光変調器において、上記光導波路は、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として少なくとも電気光学効果を有する上記基板に形成されているものとすることができる。
さらに、本発明に係る光変調器において、上記光変調手段の電極は、リッジ構造を有するものとすることができる。
In the optical modulator according to the present invention, the incident-side reflection film and the emission-side reflection film have a light incident end of the optical waveguide or a light incident end of the optical waveguide with respect to a loss rate according to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide. It may be a single-layer or multi-layer vapor deposition film in which the film thickness in the end face region including the light emitting end is optimized .
Further, in the optical modulator according to the present invention, the optical waveguide is formed on the substrate having at least an electro-optical effect as a region where a waveguide mode exists only for a single polarization component. Can be
Further, in the optical modulator according to the present invention, the electrode of the optical modulator may have a ridge structure.
本発明は、光周波数コム発生器であって、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であることを特徴とする。 The present invention is an optical frequency comb generator comprising an oscillating means for oscillating a modulated signal of a predetermined frequency, an incident side reflection film and an emission side reflection film, and light incident through the incidence side reflection film. Is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, and resonates the phase of the light resonated by the resonance means according to the modulation signal supplied from the oscillation means. An optical waveguide that modulates and generates sidebands centering on the frequency of the incident light at intervals of the frequency of the modulation signal, a substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface, and a modulation formed on the substrate. An optical modulator that includes an electrode for propagating a signal in a forward or backward direction, and modulates the phase of light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of an electric signal supplied to the electrode, and the substrate. And the optical waveguide so that at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. And an end face protection means in which the protective member is disposed by being adhered with an adhesive, and the incident side reflection film and the emission side reflective film are the end face of the protective member adhered with the adhesive. By polishing over the entire plane formed by the end face of the substrate, a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. It is characterized in that it is a deposited single-layer or multi-layer vapor deposition film.
本発明に係る光周波数コム発生器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であるものとすることができる。
さらに、本発明に係る光周波数コム発生器において、上記共振手段により共振された光のうち上記入射側反射膜を介して外部へ透過した光を反射させる反射鏡をさらに備えるものとすることができる。
In the optical frequency comb generator according to the present invention, the incident-side reflection film and the emission-side reflection film have a loss factor corresponding to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide with respect to a light incidence of the optical waveguide. It may be a single-layer or multi-layer vapor deposition film having an optimized film thickness in the end surface region including the end or the light emitting end .
Further, the optical frequency comb generator according to the present invention may further include a reflecting mirror that reflects the light that is resonated by the resonating means and that is transmitted to the outside through the incident side reflection film. ..
本発明は、光発振器であって、入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光、又はレーザー増幅により発生された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であることを特徴とする The present invention is an optical oscillator, which is composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, and resonating means for resonating light incident through the incident side reflection film or light generated by laser amplification, An optical waveguide which is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, amplifies the light resonated by the resonance means, and emits the light to the outside through the emission side reflection film; The optical waveguide is composed of a substrate on which an optical waveguide is formed from the upper surface, and an electrode formed on the substrate for propagating a modulation signal in a forward direction or a backward direction, and the optical waveguide according to the wavelength of an electric signal supplied to the electrode. The light modulating means for modulating the phase of the light propagating in the inside and a protective member having the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member is a light incident end or a light emitting end in the optical waveguide. And an end face protection means in which the protective member is disposed on the upper portion of the optical waveguide by an adhesive so as to form the same plane as the end face of the substrate including the incident side reflection film and the emission side. The reflection film includes a light incident end or a light emitting end of the optical waveguide by polishing over the entire plane formed by the end surface of the protective member and the end surface of the substrate, which are adhered with the adhesive. Characterized by being a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface.
本発明に係る光発振器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であるものとすることができる。
また、本発明に係る光発振器において、上記光導波路は、上記入射側反射膜を介して入射された光を吸収して媒質固有の光の波長に対して増幅特性を有する媒質が拡散されてなるものとすることができる。
さらに、本発明に係る光発振器において、上記光導波路は、非線形光学結晶からなるものとすることができる。
In the optical oscillator according to the present invention, the incident-side reflection film and the emission-side reflection film are the light incident end or the light of the optical waveguide with respect to the loss rate according to the crystal length in the light propagation direction of the optical waveguide. It may be a single-layer or multilayer vapor-deposited film in which the film thickness in the end face region including the emission end is optimized .
Also, in the optical oscillator according to the present invention, the optical waveguide is formed by diffusing a medium that absorbs light incident through the incident side reflection film and has an amplification characteristic with respect to the wavelength of light peculiar to the medium. Can be something.
Further, in the optical oscillator according to the present invention, the optical waveguide may be made of a non-linear optical crystal.
本発明は、光発振器であって、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光、又はレーザー増幅により発生された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であり、レーザー発振する多モード間の位相同期をとることを特徴とする。 The present invention is an optical oscillator, comprising an oscillating means for oscillating a modulation signal of a predetermined frequency, an incident side reflection film and an emission side reflection film, and light or laser incident through the incident side reflection film. Resonant means for resonating the light generated by amplification and penetrating from the incident side reflection film to the emission side reflection film, and resonated by the resonance means according to the modulation signal supplied from the oscillation means. The optical waveguide that amplifies the generated light and emits it to the outside through the reflection film on the emission side, the substrate on which the optical waveguide is formed, and the modulation signal formed on the substrate in the forward or backward direction. Optical modulation means for modulating the phase of the light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of the electric signal supplied to the electrode, and having the same hardness as the substrate. The protective member is formed on the optical waveguide so that at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. Is provided with an end face protection means that is attached by an adhesive, and the incident side reflection film and the emission side reflection film are formed by an end face of the protection member and an end face of the substrate that are adhered by the adhesive. A single layer deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide by polishing the entire formed plane. Alternatively, it is a multi-layer vapor deposition film, and is characterized in that phase synchronization is achieved between multiple modes of laser oscillation.
本発明に係る光発振器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であるものとすることができる。 In the optical oscillator according to the present invention, the incident-side reflection film and the emission-side reflection film are the light incident end or the light of the optical waveguide with respect to the loss rate according to the crystal length in the light propagation direction of the optical waveguide. It may be a single-layer or multilayer vapor-deposited film in which the film thickness in the end face region including the emission end is optimized .
本発明では、光導波路を上面から形成させるための基板と同じ硬さを持つ保護部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、上記保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面上に共振手段を構成する入射側反射膜並びに出射側反射膜として単層又は多層の蒸着膜を上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り被着させるので、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜につき端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることができ、反射膜の反射率や共振器のフィネスを向上させ、デバイスそのものの機能を高めることが可能となる。上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の蒸着膜であるものとすることができる。
In the present invention, a protective member having the same hardness as the substrate for forming the optical waveguide from the upper surface is provided, and at least one end face thereof is the same as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The optical waveguide is provided on the upper portion of the optical waveguide by being adhered thereto with an adhesive so as to form a flat surface, and the end face of the protective member and the end face of the substrate are polished to include the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. A single-layer or multi-layer vapor-deposited film as an incident side reflection film and an emission side reflection film forming a resonance means on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface and the end surface of the protection member and the substrate. Since it is applied over the entire surface formed with the end face of the optical waveguide, it suppresses chipping and rounding when processing the corners of the optical waveguide end face, and it is stable without peeling off at the top corner of the end face for each reflective film. It can be deposited, and the reflectance of the reflective film and the finesse of the resonator can be improved to enhance the function of the device itself. The incident side reflection film and the emission side reflection film are films in an end face region including a light incident end or a light emission end of the optical waveguide with respect to a loss rate according to a crystal length in a light propagation direction of the optical waveguide. the thickness can be assumed to be vapor-deposited film of an optimized single-layer or multilayer.
また、本発明では、入射端から出射端にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路を備えているので、入射側反射膜を介して入射された光の単一の偏波成分のみが光導波路を伝搬され、位相変調されて出射端から出射される。共振手段を構成する入射側反射膜から出射側反射膜を備えることにより、出射側反射膜を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として光コムを発生することができる。 Further, in the present invention, an optical waveguide formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarized component in a substrate having at least an electro-optical effect so as to penetrate from an incident end to an outgoing end. Therefore, only a single polarized component of the light incident through the incident side reflection film is propagated through the optical waveguide, phase-modulated, and emitted from the emission end. By providing the incident side reflection film and the emission side reflection film that form the resonance means, it is possible to generate an optical comb as an optical modulation output of only a single polarization component via the emission side reflection film.
また、本発明では、少なくとも電気光学効果を有する基板にて形成された光導波路路上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるためのリッジ構造を有する電極に供給される変調信号に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段を備えることにより、駆動に必要な変調信号として用いられるマイクロ波の電力を下げることができる。 Further, according to the present invention, at least the modulation signal supplied to the electrode having the ridge structure formed on the optical waveguide path formed of the substrate having the electro-optical effect and having the ridge structure for propagating the modulation signal in the forward direction or the backward direction is provided. By providing the optical modulation means for modulating the phase of the light propagating in the optical waveguide, the electric power of the microwave used as the modulation signal necessary for driving can be reduced.
すなわち、本発明によれば、光導波路を形成させるための基板と同じ硬さを持つ部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑えて上記光導波路に対して垂直な平面に形成された光入射端面と光出射端面として単層又は多層の蒸着膜を有するとともに、リッジ構造を有する電極を備える光導波路を用いることにより、低電力駆動を実現し、省エネルギー化、低発熱化、小型・軽量化、信頼性の向上、低コスト化を可能にした光変調器や光コム発生器を提供することができる。 That is, according to the present invention, by polishing the end face of the member having the same hardness as the substrate for forming the optical waveguide and the end face of the substrate, it is possible to suppress chipping or rounding during processing of the corner of the optical waveguide end face. Low power drive by using an optical waveguide having electrodes having a ridge structure while having a single-layer or multi-layer vapor deposition film as a light incident end surface and a light emitting end surface formed on a plane perpendicular to the optical waveguide. It is possible to provide an optical modulator and an optical comb generator that realizes energy saving, low heat generation, small size/light weight, improved reliability, and low cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that common components will be described with common reference numerals in the drawings. Further, it is needless to say that the present invention is not limited to the following examples and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.
本発明は、図1,2に示す光変調器8に適用される。この光変調器8は、基板11と、基板11上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する光導波路12と、この基板11において光導波路12を被覆するように積層されるバッファ層14と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光導波路12の上面に設けられた電極83と、光導波路12を介して互いに対向するように設けられた第1の端面84並びに第2の端面85と、第1の端面84と同一の平面を形成するように光導波路12の上部に配設される第1の保護材86と、第2の端面85と同一の平面を形成するように光導波路12の上部に配設される第2の保護材87と、第1の端面84並びに第1の保護材86の端面86aとの間で形成される平面91上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93と、第2の端面85並びに第2の保護材87の端面87aとの間で形成される平面92上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94と、電極83の一端側に配設され周波数fmの変調信号を発振する発振器16と、電極83の他端側に配設される終端抵抗18とを備えている。 The present invention is applied to the optical modulator 8 shown in FIGS. This optical modulator 8 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11 for modulating the phase of propagating light, and a buffer layer 14 laminated on the substrate 11 so as to cover the optical waveguide 12. And the electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12 so that the direction of the modulation electric field is substantially perpendicular to the light propagation direction, and the first electrode provided so as to face each other through the optical waveguide 12. The end face 84 and the second end face 85, the first protective member 86 disposed on the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the first end face 84, and the second end face 85 are the same. On the flat surface 91 formed between the second protective material 87 arranged above the optical waveguide 12 so as to form a flat surface, the first end surface 84 and the end surface 86a of the first protective material 86. It is applied on a flat surface 92 formed between the incident side reflection film 93 made of a single-layer or multilayer vapor deposition film and the second end surface 85 and the end surface 87a of the second protective material 87. The emitting-side reflecting film 94 formed of a single-layer or multilayer vapor-deposited film, the oscillator 16 arranged at one end of the electrode 83 to oscillate a modulation signal of the frequency f m , and the termination arranged at the other end of the electrode 83. And a resistor 18.
基板11は、例えば引き上げ法により育成された3〜4インチ径のLiNbO3やGaAs等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板11上には、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。 The substrate 11 is obtained by cutting a large crystal such as LiNbO 3 or GaAs having a diameter of 3 to 4 inches grown by a pulling method into a wafer. The cut-out substrate 11 is subjected to processing such as mechanical polishing and chemical polishing.
光導波路12は、入射側反射膜93から出射側反射膜94にかけて貫通するように形成され、共振された光を伝搬させるべく形成されている。この光導波路12を構成する層の屈折率は、基板11等の他層よりも高く設定されている。光導波路12に入射した光は、光導波路12の境界面で全反射しながら伝搬する。一般に、この光導波路12は、基板11中においてTi原子を拡散させることにより、或いは基板11上へのエピタキシャル成長させることにより作製することができる。 The optical waveguide 12 is formed so as to penetrate from the incident side reflection film 93 to the emission side reflection film 94, and is formed to propagate the resonated light. The refractive index of the layer forming the optical waveguide 12 is set higher than that of other layers such as the substrate 11. The light incident on the optical waveguide 12 propagates while being totally reflected at the boundary surface of the optical waveguide 12. In general, the optical waveguide 12 can be manufactured by diffusing Ti atoms in the substrate 11 or by epitaxially growing it on the substrate 11.
なお、この光導波路12として、LiNbO3結晶光導波路を適用してもよい。このLiNbO3結晶光導波路は、LiNbO3等からなる基板11表面にTiを拡散させることにより形成することができる。このTiが拡散された領域については他の領域よりも屈折率が高くなるところ、光を閉じ込めることができるため、光を伝搬させることができる光導波路12を形成することができる。このような方法に基づいて作製したLiNbO3結晶型の光導波路12は、屈折率が電界に比例して変化するポッケルス効果や、屈折率が電界の自乗に比例して変化するカー効果等の電気光学効果を有するため、かかる物理現象を利用して光の変調を行うことができる。 A LiNbO 3 crystal optical waveguide may be applied as the optical waveguide 12. This LiNbO 3 crystal optical waveguide can be formed by diffusing Ti on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 or the like. In the region where Ti is diffused, the light can be confined where the refractive index is higher than the other regions, so that the optical waveguide 12 capable of propagating the light can be formed. The LiNbO 3 crystal type optical waveguide 12 manufactured based on such a method has electrical properties such as the Pockels effect in which the refractive index changes in proportion to the electric field and the Kerr effect in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field. Since it has an optical effect, it is possible to modulate light using such a physical phenomenon.
バッファ層14は、光導波路12における光の伝搬損失を抑えるべくこれを被覆するものである。ちなみに、このバッファ層14の膜厚をあまりに厚くし過ぎると、電界強度が下がり、変調効率が低下するため、光の伝搬損失が大きくならない範囲においてなるべく膜厚を薄く設定するようにしてもよい。 The buffer layer 14 covers the optical waveguide 12 in order to suppress the propagation loss of light. By the way, if the buffer layer 14 is made too thick, the electric field strength is lowered and the modulation efficiency is lowered. Therefore, the film thickness may be set as thin as possible within the range where the propagation loss of light does not increase.
電極83は、例えばTiやPt、Au等の金属材料からなり、発振器16から供給された周波数fmの変調信号を光導波路12に駆動入力することにより、光導波路12内を伝搬する光に位相変調をかける。 The electrode 83 is made of, for example, a metal material such as Ti, Pt, or Au, and drives the modulation signal of the frequency f m supplied from the oscillator 16 into the optical waveguide 12 to phase the light propagating in the optical waveguide 12. Apply modulation.
第1の保護材86並びに第2の保護材87は、それぞれ基板11の材質に対応する部材から構成される。第1の保護材86並びに第2の保護材87は、基板11と同一の材質から構成してもよい。また上記平面91を形成する第1の保護材86の端面86aと第1の端面84とが、互いに同一の結晶方位を有するように加工されていてもよく、同様に上記平面92を形成する第2の保護材87の端面87aと第2の端面85とが、互いに同一の結晶方位を有するように加工されていてもよい。 Each of the first protective material 86 and the second protective material 87 is composed of a member corresponding to the material of the substrate 11. The first protective material 86 and the second protective material 87 may be made of the same material as the substrate 11. Further, the end face 86a and the first end face 84 of the first protective material 86 forming the flat surface 91 may be processed so as to have the same crystal orientation, and similarly, the flat surface 92 forming the flat surface 92 may be formed. The end surface 87a of the second protective material 87 and the second end surface 85 may be processed so as to have the same crystal orientation.
入射側反射膜93及び出射側反射膜94は、光導波路12に入射した光を共振させるために互いに平行となるように設けられたものであり、光導波路12を通過する光を往復反射させることにより共振させる光共振器5を構成する。 The incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are provided so as to be parallel to each other in order to resonate the light incident on the optical waveguide 12, and reflect the light passing through the optical waveguide 12 back and forth. The optical resonator 5 that resonates is constituted by.
入射側反射膜93は、図示しない光源から周波数ν1の光が入射される。また、この入射側反射膜93は、出射側反射膜94により反射されて、かつ光導波路12を通過した光を反射する。出射側反射膜94は、光導波路12を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜94は、光導波路12を通過した光を一定の割合で外部に出射する。 Light of frequency ν 1 is incident on the incident side reflection film 93 from a light source (not shown). The incident side reflection film 93 also reflects the light reflected by the emission side reflection film 94 and having passed through the optical waveguide 12. The emission side reflection film 94 reflects the light that has passed through the optical waveguide 12. Further, the emitting side reflection film 94 emits the light passing through the optical waveguide 12 to the outside at a constant rate.
なお、これら入射側反射膜93及び/又は出射側反射膜94は、それぞれ平面91,92一面に亘って形成されていてもよいが、光導波路12の端部のみを最低限被覆するように形成されていればよい。 The incident side reflection film 93 and/or the emission side reflection film 94 may be formed over the entire surfaces of the planes 91 and 92, but they are formed so as to cover at least only the end portion of the optical waveguide 12. It should have been done.
終端抵抗18は、電極83の終端に取り付けられる抵抗器であり、終端における電気信号の反射を防止することにより、その波形の乱れを防ぐ。 The terminating resistor 18 is a resistor attached to the terminating end of the electrode 83, and prevents reflection of an electric signal at the terminating end to prevent the waveform from being disturbed.
図3は、入射側反射膜93が形成される平面91上を図2中A方向から示している。 FIG. 3 shows the plane 91 on which the incident side reflection film 93 is formed, from the direction A in FIG.
光導波路12の光入射端を含む第1の端面84と保護材86の端面86aとにより、同一の平面91が形成されている。この形成される平面91は、傾き0.05°以下である。この傾き0.05°の平面91に対して、1/e2ビーム径10μmの光が傾き0.05°の端面で反射される場合における損失を計算すると、4×10−4であり、入射側反射膜93の反射率と比較して無視できるほど小さい。 The first end face 84 including the light incident end of the optical waveguide 12 and the end face 86a of the protective material 86 form the same plane 91. The formed plane 91 has an inclination of 0.05° or less. The loss when light with a 1/e 2 beam diameter of 10 μm is reflected by an end face with an inclination of 0.05° with respect to the plane 91 with an inclination of 0.05° is 4×10 −4 It is negligibly smaller than the reflectance of the side reflection film 93.
このように第1の端面91並びに第2の端面92を光導波路12に対して略垂直に形成させることにより、これに単層又は多層の蒸着膜として被着される入射側反射膜93並びに出射側反射膜94により光を効率よく共振させることができる。 By thus forming the first end face 91 and the second end face 92 substantially perpendicular to the optical waveguide 12, the incident side reflection film 93 and the emission side, which are deposited as a single-layer or multi-layer vapor deposition film on the optical waveguide 12. Light can be efficiently resonated by the side reflection film 94.
上述の如き構成からなる光変調器8において、入射側反射膜93を介して外部から入射された光は光導波路12内を往路方向へ伝搬し出射側反射膜94により反射されるとともに一部外部へ透過する。この出射側反射膜94を反射した光は光導波路12内を復路方向へ伝搬して入射側反射膜93により反射される。これが繰り返されることにより、光は光導波路12内を共振することになる。 In the optical modulator 8 having the above-described configuration, the light incident from the outside through the incident side reflection film 93 propagates in the optical waveguide 12 in the outward direction, is reflected by the emission side reflection film 94, and is partially outside. Penetrates into. The light reflected by the emission side reflection film 94 propagates in the optical waveguide 12 in the backward direction and is reflected by the incidence side reflection film 93. By repeating this, the light resonates in the optical waveguide 12.
また、光が光導波路12内を往復する時間に同期した電気信号を電極83を介して駆動入力とすることにより、光がこの光変調器8内を1回だけ通過する場合と比較して、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。また入射される光の周波数ν1を中心として、数百本ものサイドバンドを広帯域にわたり生成することができる。ちなみに、この生成される各サイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数fmと同等である。このため、光変調器8は、多数のサイドバンドにより構成される光周波数コム発生器としても適用可能となる。 In addition, as compared with the case where the light passes through the optical modulator 8 only once, an electric signal synchronized with the time when the light travels back and forth in the optical waveguide 12 is input as a drive input through the electrode 83. It is possible to apply deep phase modulation of several tens of times or more. In addition, hundreds of sidebands can be generated over a wide band around the frequency ν 1 of the incident light. By the way, the frequency intervals of the generated sidebands are all equal to the frequency f m of the input electric signal. Therefore, the optical modulator 8 can also be applied as an optical frequency comb generator including a large number of sidebands.
次に、本発明を適用した光変調器8の作製方法につき図4を用いて説明をする。 Next, a method for manufacturing the optical modulator 8 to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
先ずステップS11において、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にフォトレジストのパターンを作製し、そこにTiを蒸着させる。次にこのフォトレジストを除去することにより、ミクロンサイズの幅で構成されるTiの細線を作製する。 First, in step S11, a photoresist pattern is formed on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal, and Ti is deposited thereon. Then, the photoresist is removed to form a Ti fine line having a width of micron size.
次にステップS12へ移行し、このTiの細線が形成された基板11を加熱することにより、Ti原子を基板11中に熱拡散させて光導波路12を形成する。 Next, the process proceeds to step S12, and the substrate 11 on which the thin wires of Ti are formed is heated to thermally diffuse Ti atoms into the substrate 11 to form the optical waveguide 12.
次にステップS13へ移行し、バッファ層14としてのSiO2薄膜を基板11表面に蒸着させる。このステップS13では、SiO2ウェハを基板11表面に貼り付ける方法によりバッファ層14を形成させるようにしてもよい。かかる場合には、後述するステップS14における電極の取り付け領域を考慮して、この蒸着させたバッファ層14を研磨することにより適当な膜厚に制御するようにしてもよい。 Next, in step S13, a SiO 2 thin film as the buffer layer 14 is deposited on the surface of the substrate 11. In this step S13, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching a SiO 2 wafer to the surface of the substrate 11. In such a case, the vapor deposition buffer layer 14 may be polished to control the film thickness to an appropriate thickness in consideration of the electrode attachment region in step S14 described later.
次にステップS14へ移行し、バッファ層14上に電極83を形成させる。次にステップS15へ移行し、光導波路12の上部において保護材86,87を接着する。この保護材86,87の接着方法については、接着剤で貼り付けるようにしてもよいし、他の手法に基づいて直接的に接合するようにしてもよい。この保護材86,87は、基板11をLiNbO3結晶で構成した場合には、同一材質としてのLiNbO3により構成してもよい。このステップS15においては、貼り付けた保護材86,87につき、それぞれ端面86a,87aが第1の端面84,第2の端面85との間で、それぞれ平面91,92を形成することができるように、切り揃える。 Next, in step S14, the electrode 83 is formed on the buffer layer 14. Next, in step S15, the protective materials 86 and 87 are adhered to the upper portion of the optical waveguide 12. Regarding the method of adhering the protective members 86 and 87, they may be attached by an adhesive, or they may be directly joined based on another method. When the substrate 11 is made of LiNbO 3 crystal, the protective materials 86 and 87 may be made of the same material, LiNbO 3 . In this step S15, it is possible to form the flat surfaces 91 and 92 between the end surfaces 86a and 87a of the attached protective materials 86 and 87 and the first end surface 84 and the second end surface 85, respectively. And cut them into pieces.
最後にステップS16へ移行し、この得られた平面91,92を光導波路12に対して垂直な平面に研磨する。そしてこの研磨された光導波路12に対して垂直な平面91,92上に入射側反射膜93、出射側反射膜94をそれぞれ一面に亘って形成させる。 Finally, the process proceeds to step S16, and the obtained flat surfaces 91 and 92 are polished into flat surfaces perpendicular to the optical waveguide 12. Then, an incident-side reflection film 93 and an emission-side reflection film 94 are formed over the respective planes 91, 92 perpendicular to the polished optical waveguide 12.
ここで、入射側反射膜93、出射側反射膜94は、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法等により、単層又は多層の蒸着膜として平面91,92上に被着形成される。 Here, the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are deposited and formed on the planes 91 and 92 as a single layer or a multilayer vapor deposition film by a vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method or the like.
このように、本発明を適用した光変調器8では、各端部において保護材86,87を貼り付けて構成するため、従来において、端面最上部の角に位置していた光導波路12の端面が図3に示すように平面91(92)の略中央部に移動する。その結果、ステップS16における研磨時において平面91(92)の角が欠けた場合においても、光導波路12の端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路12の端面そのものが欠けにくくなる構成とすることが可能となる。これにより、光導波路12の各端面からの光損失を極力抑えることが可能となる。 As described above, in the optical modulator 8 to which the present invention is applied, since the protective materials 86 and 87 are attached at each end portion, the end surface of the optical waveguide 12 that is conventionally located at the uppermost corner of the end surface is formed. Moves to substantially the center of the plane 91 (92) as shown in FIG. As a result, even when the corner of the flat surface 91 (92) is chipped during the polishing in step S16, the end face of the optical waveguide 12 is not chipped. That is, it becomes possible to make the end face of the optical waveguide 12 less likely to be chipped. This makes it possible to suppress the optical loss from each end face of the optical waveguide 12 as much as possible.
また、保護材86,87の材質を基板11の材質に対応する最適な材質で構成することにより、ステップS16における研磨速度を基板11における第1の端面84,第2の端面85から端面86a,87aにかけて均一にすることができる。これにより、光導波路12の端面が加工時に丸くなることがなくなり、平坦な研磨面からなる光導波路12に対して垂直な平面91,92を得ることができ、光導波路12端面における反射損失を最小限に抑えることが可能となる。また、各平面91,92を構成する端面の結晶方位を同一にすることにより、反射損失を更に抑え込むことも可能となる。 Further, by configuring the material of the protective materials 86 and 87 with an optimum material corresponding to the material of the substrate 11, the polishing rate in step S16 can be adjusted from the first end surface 84, the second end surface 85 to the end surface 86a of the substrate 11. It is possible to make it uniform over 87a. As a result, the end face of the optical waveguide 12 is not rounded during processing, and it is possible to obtain flat surfaces 91 and 92 that are made of a flat polished surface and are perpendicular to the optical waveguide 12, and to minimize the reflection loss at the end face of the optical waveguide 12. It is possible to limit it. Further, the reflection loss can be further suppressed by making the crystal orientations of the end faces forming the planes 91 and 92 the same.
さらに、この保護材86,87をあえて設けることにより、ステップS16における研磨の精度が向上し、得られる平面91(92)の光導波路12に対する垂直性も向上する。その結果、かかる垂直性の逸脱による光損失も最小限に抑えることが可能となる。 Further, by intentionally providing the protective materials 86 and 87, the polishing accuracy in step S16 is improved, and the perpendicularity of the obtained flat surface 91 (92) to the optical waveguide 12 is also improved. As a result, it is possible to minimize the light loss due to the deviation of the verticality.
また、この保護材86,87を設けることにより、単層又は多層の蒸着膜として被着すべき入射側反射膜93並びに出射側反射膜94が平面91,92から他の側面に成膜粒子の側面への回り込み、ならびに、側面方向から飛来した成膜粒子の端面への回り込みによる膜厚の変化を抑えることができる。このため、反射率を確保する上で重要となる光導波路12の端面付近の膜厚を最適化することができ、反射率をより向上させることができる。 Further, by providing the protective materials 86 and 87, the incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94, which are to be deposited as a single-layer or multi-layer vapor deposition film, are formed on the other side surfaces from the flat surfaces 91 and 92. It is possible to suppress the change in the film thickness due to the wraparound on the side surface and the wraparound of the film-forming particles flying from the side surface direction to the end surface. Therefore, the film thickness near the end face of the optical waveguide 12, which is important for securing the reflectance, can be optimized, and the reflectance can be further improved.
また、入射側反射膜93、出射側反射膜94は、基板11における第1の端面84,第2の端面85から端面86a,87aにかけて広範囲に亘って形成されているため、非常に安定であり、剥がれにくく、さらに製膜の再現性をも向上させることが可能となる。 Further, the incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94 are extremely stable because they are formed over a wide range from the first end face 84, the second end face 85 to the end faces 86a, 87a of the substrate 11. It is difficult for the film to peel off and the reproducibility of film formation can be improved.
実際に、保護材86,87を設けたことによる効果を実験的に検証すべく、保護材86,87を貼り付けた後の平面91(92)の研磨を行ったところ、光導波路12の端面部分における欠けや曲がりは一切発生せず、単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93,出射側反射膜94の被着に適した、平坦な光学研磨が施されていることを確認することができる。 Actually, in order to experimentally verify the effect of providing the protective materials 86 and 87, the flat surface 91 (92) after the protective materials 86 and 87 were attached was polished, and the end face of the optical waveguide 12 was polished. No chipping or bending occurred in any part, and it was confirmed that flat optical polishing suitable for deposition of the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 consisting of a single-layer or multi-layer vapor deposition film was applied. can do.
特に第1の保護材86並びに第2の保護材87を、基板11と同一の材質から構成し、また平面91,92を形成する保護材86,87の端面86a,87aと第1の端面84,第2の端面85とが、互いに同一の結晶方位を有するように加工することにより、結晶の硬度が両者間で同一となるため、研磨速度の違いにより平面91,92が傾くこともなくなる。 Particularly, the first protective material 86 and the second protective material 87 are made of the same material as the substrate 11, and the end surfaces 86a, 87a and the first end surface 84 of the protective materials 86, 87 forming the flat surfaces 91, 92 are formed. By processing so that the second end surface 85 and the second end surface 85 have the same crystal orientation, the hardness of the crystal becomes the same between the two, so that the planes 91 and 92 do not tilt due to the difference in polishing rate.
このように、本発明を適用した光変調器8では、各端部において保護材86,87を貼り付けることにより、光導波路12の端面を平面91(92)の略中央部に移動させることができるため、光導波路12の端面の欠けや丸まり、光導波路12と平面91,92間の垂直性の確保、平面91,92における研磨精度の向上、入射側反射膜93及び出射側反射膜94の剥がれや回り込みの抑制、入射側反射膜93及び出射側反射膜94における反射率の向上、設計した反射特性の実現、反射膜の性能再現性向上が可能となる。その結果、入射側反射膜93及び出射側反射膜94より構成される光共振器5のフィネスを向上させることができ、性能のよい光変調器、光周波数コム発生器を再現性よく作製することが可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。 As described above, in the optical modulator 8 to which the present invention is applied, the end faces of the optical waveguide 12 can be moved to the substantially central portion of the flat surface 91 (92) by attaching the protective materials 86 and 87 at the respective end portions. Therefore, the end face of the optical waveguide 12 is chipped or rounded, the verticality between the optical waveguide 12 and the planes 91 and 92 is secured, the polishing accuracy on the planes 91 and 92 is improved, and the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are formed. It is possible to suppress peeling and wraparound, improve reflectance of the incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94, realize designed reflection characteristics, and improve performance reproducibility of the reflection film. As a result, the finesse of the optical resonator 5 composed of the incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94 can be improved, and an optical modulator and an optical frequency comb generator having good performance can be manufactured with good reproducibility. It is possible to improve the yield.
実際に上述の構成からなる光変調器8を、研磨された平面91,92上において、反射率97%からなる反射膜93,94を単層又は多層の蒸着膜として被着させることにより作製した結果、光導波路12の結晶長を27.4mmとした場合(以下、短共振器という。)において、最高61ものフィネスを得ることができ、また、光導波路12の結晶長を54.7mmとした場合(以下、長共振器という。)において、最高38ものフィネスを得ることができた。従来の導波路型の光共振器(IEEE Photonics Technology Letters,Vol.8, No. 10,1996)のフィネスは、30が最高であったことから、この端面研磨、コーティングの精度を向上させた光変調器8は、フィネスを大幅に向上させることができることが分かる。特に、作製した光変調器8のサンプル6個全てにつき、30以上のフィネスを得ることができ、作製プロセスの再現性が高いことも示されている。 The optical modulator 8 having the above-described structure was actually manufactured by depositing the reflection films 93 and 94 having a reflectance of 97% on the polished planes 91 and 92 as a single-layer or multi-layer vapor deposition film. As a result, when the crystal length of the optical waveguide 12 is 27.4 mm (hereinafter referred to as a short resonator), a finesse of up to 61 can be obtained, and the crystal length of the optical waveguide 12 is 54.7 mm. In this case (hereinafter referred to as a long resonator), a finesse of up to 38 could be obtained. Since the finesse of the conventional waveguide type optical resonator (IEEE Photonics Technology Letters, Vol.8, No. 10, 1996) was 30 at the highest, the optical quality of this end face polishing and coating precision was improved. It can be seen that the modulator 8 can significantly improve finesse. In particular, it is also shown that a finesse of 30 or more can be obtained for all six samples of the manufactured optical modulator 8, and the reproducibility of the manufacturing process is high.
図5は、光導波路12における往路方向又は復路方向のうち何れか一の伝搬方向あたりの光共振器5の内部損失を示している。この図5では、上述した長共振器で構成される光変調器8につきの伝搬方向あたりの損失を3個のサンプルに亘り測定してプロットし(図中●で示す)、また短共振器で構成される光変調器8につきの伝搬方向あたりの損失を3個のサンプルに亘り測定してプロットし(図中■で示す)、得られた各プロットを直線で近似している。 FIG. 5 shows the internal loss of the optical resonator 5 in one of the forward and backward directions in the optical waveguide 12. In FIG. 5, the loss per propagation direction of the optical modulator 8 composed of the above-described long resonator is measured and plotted over three samples (indicated by ● in the figure). The loss in the propagation direction of the constructed optical modulator 8 was measured and plotted over three samples (indicated by ▪ in the figure), and each obtained plot is approximated by a straight line.
この得られた直線より、長さlの光共振器5の光導波路12における伝搬方向あたりの内部損失Lsは、反射膜93,94における反射率をR、光導波路12における単位長さあたりの損失をαとするとき、損失そのものが小さい場合においてLs=αl−lnRで表される。測定されたフィネスをFとしたとき、一伝搬方向あたりの損失Lsは、Ls=π/Fと求められる。測定したフィネスFから内部損失Lsを求め、これをグラフ化すると、図5に示すように光導波路12の結晶長が長くなるにつれ、光導波路12による内部損失が増加することが分かる。 From the obtained straight line, the internal loss Ls per propagation direction in the optical waveguide 12 of the optical resonator 5 having the length l is the reflectance R in the reflection films 93 and 94, and the loss per unit length in the optical waveguide 12. Is represented by α, and is represented by Ls=α 1 −lnR when the loss itself is small. When the measured finesse is F, the loss Ls per propagation direction is calculated as Ls=π/F. When the internal loss Ls is calculated from the measured finesse F and is plotted in a graph, it can be seen that the internal loss due to the optical waveguide 12 increases as the crystal length of the optical waveguide 12 increases, as shown in FIG.
ちなみに、この図5において光共振器5の長さが0である場合における内部損失は、結晶端面において生じた損失に基づくものである。即ち、反射率97%(透過率3%)の反射膜93,94がコーティングされているため、最低3%の損失が生じることになる。しかしこの図5より、平面91,92における反射膜93,94への透過以外に目立った損失がないことが分かる。 Incidentally, in FIG. 5, the internal loss when the length of the optical resonator 5 is 0 is based on the loss generated at the crystal facet. That is, since the reflective films 93 and 94 having a reflectance of 97% (transmittance of 3%) are coated, a loss of at least 3% occurs. However, it can be seen from FIG. 5 that there is no conspicuous loss other than the transmission to the reflection films 93 and 94 on the planes 91 and 92.
光導波路の導波損失率と鏡の透過率を一致させることが共振器のフィネスと透過率を高め共振器の性能を上げることにつながる。光コム発生器として使用可能な光導波路の損失率はおおむね片道当たり1%〜5%の範囲に入っているため、反射率が95%〜99%の範囲にある反射膜93,94を被着させると性能の良い光共振器を製作することができる。 Matching the waveguide loss ratio of the optical waveguide with the transmittance of the mirror enhances the finesse and the transmittance of the resonator, and improves the performance of the resonator. Since the loss rate of the optical waveguide that can be used as the optical comb generator is approximately in the range of 1% to 5% per one way, the reflection films 93 and 94 having the reflectance of 95% to 99% are applied. By doing so, an optical resonator with good performance can be manufactured.
同様に、この光変調器8を光周波数コム発生器に応用した場合には、保護材86,87を貼り付けた状態で平面91,92の研磨と入射側反射膜93及び出射側反射膜94の被着を行うため、これら反射膜93,94の反射率を向上させることが可能となる。その結果、光共振器5のフィネスを向上させることができ、サイドバンドの発生周波数帯域を拡大させることもできる。 Similarly, when the optical modulator 8 is applied to an optical frequency comb generator, the flat surfaces 91 and 92 are polished and the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are attached with the protective materials 86 and 87 attached. Therefore, it is possible to improve the reflectance of the reflective films 93 and 94. As a result, the finesse of the optical resonator 5 can be improved and the sideband generation frequency band can be expanded.
ちなみに、この光変調器8を光周波数コム発生器に応用する場合には、入射側反射膜93を、光導波路12内へ入射させる光のみ透過させ、光導波路12内において発生させたサイドバンドを反射する狭帯域フィルタに置換してもよい。このような狭帯域フィルタに置換することにより、入射させる光からサイドバンドへの変換効率を向上させることができる。 By the way, when the optical modulator 8 is applied to an optical frequency comb generator, the incident side reflection film 93 allows only the light incident on the optical waveguide 12 to pass therethrough, and the sideband generated in the optical waveguide 12 is generated. It may be replaced with a narrow band filter that reflects light. By replacing with such a narrow band filter, the conversion efficiency of the incident light into the side band can be improved.
同様に、出射側反射膜94は、出力スペクトルフラット化のためのフィルタに置換してもよい。通常の光周波数コム発生器において、得られるサイドバンドの光強度は、その次数の増加とともに指数関数的に減少する。そこで出射側反射膜94を、次数に応じた光強度の減少を相殺するような特性を持つフィルタに代替させることにより、得られる各サイドバンドの光強度を平坦化させることが可能となる。 Similarly, the emission side reflection film 94 may be replaced with a filter for flattening the output spectrum. In a conventional optical frequency comb generator, the obtained sideband light intensity decreases exponentially as its order increases. Therefore, by substituting the emission side reflection film 94 with a filter having a characteristic of canceling the decrease of the light intensity according to the order, it is possible to flatten the light intensity of each side band obtained.
なお、入射側反射膜93及び出射側反射膜94それぞれにつき、上述した各フィルタに置換してもよいし、何れか一方の反射膜93,94につき上述した各フィルタに置換してもよい。 Each of the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 may be replaced with each of the filters described above, or any one of the reflection films 93, 94 may be replaced with each of the filters described above.
なお、本発明を適用した光変調器8並びにこれを応用した光周波数コム発生器は、平面91,92に対して直接的に入射側反射膜93並びに出射側反射膜94を形成させるモノリシック型で構成されている。換言すれば、この光変調器8は、平面91,92と空間的に離間した位置に各反射膜93,94を設ける構成ではないため、光共振器5のFSR(FreeSpectral Range)は、ステップS16における研磨後の光導波路12を構成する結晶の平面91から平面92に至るまでの結晶長さに支配される。このため、光変調器8は、光共振器5のFSRの整数倍が所望の変調周波数となるようにきわめて精密な結晶長さの制御が要求される。 The optical modulator 8 to which the present invention is applied and the optical frequency comb generator to which the present invention is applied are of a monolithic type in which the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are directly formed on the planes 91 and 92. It is configured. In other words, since the optical modulator 8 is not configured to provide the reflection films 93 and 94 at positions spatially separated from the planes 91 and 92, the FSR (Free Spectral Range) of the optical resonator 5 is determined by step S16. It is governed by the crystal length from the plane 91 to the plane 92 of the crystal forming the optical waveguide 12 after polishing. Therefore, the optical modulator 8 is required to control the crystal length very precisely so that an integral multiple of the FSR of the optical resonator 5 becomes a desired modulation frequency.
例えば、光共振器5のFSRを周波数fFSRに一致させる場合、光導波路12の群屈折率ngと、入射側反射膜93及び出射側反射膜94の群遅延時間の平均値τgを考慮して、光導波路12の結晶長さ(基板11における第1の端面84から第2の端面85に至るまでの間隔)Lを以下の式(1)
L=c/2ngfFSR−cτg/ng・・・・・・・・・・・(1)
(cは真空中の光速度)
に合わせることにより、光共振器5のFSRをfFSRに一致させることができ、変調効率を大幅に向上させることが可能となる。
For example, when the FSR of the optical resonator 5 is matched with the frequency f FSR , the group refractive index n g of the optical waveguide 12 and the average value τ g of the group delay times of the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are considered. Then, the crystal length (the distance from the first end face 84 to the second end face 85 of the substrate 11) L of the optical waveguide 12 is calculated by the following equation (1).
L = c / 2n g f FSR -cτ g / n g ··········· (1)
(C is the speed of light in a vacuum)
The FSR of the optical resonator 5 can be made to coincide with the f FSR by adjusting to, and the modulation efficiency can be significantly improved.
なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図6に示すような光変調器9にも適用することができる。この光変調器9において上述した光変調器8と同一の構成、要素については、図1,2における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, it can be applied to the optical modulator 9 as shown in FIG. Regarding the configuration and elements of the optical modulator 9 that are the same as those of the optical modulator 8 described above, the description in FIGS. 1 and 2 is cited, and the description thereof is omitted here.
光変調器9は、基板11と、基板11上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する光導波路12と、光導波路12の上面に設けられたウェハ95と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるようにウェハ95の上面に設けられた電極83と、光導波路12を介して互いに対向するように設けられた第1の端面84並びに第2の端面85と、第1の端面84並びにウェハ95の端面96aとの間で形成される平面101上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93と、第2の端面85並びにウェハ95の端面97aとの間で形成される平面102上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94とを備えている。 The optical modulator 9 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11 for modulating the phase of propagating light, a wafer 95 provided on the upper surface of the optical waveguide 12, and a direction of a modulation electric field is optical. An electrode 83 provided on the upper surface of the wafer 95 so as to be substantially perpendicular to the propagation direction of the first end face 84 and a second end face 85 provided so as to face each other via the optical waveguide 12. , The incident side reflection film 93 formed of a single-layer or multilayer vapor deposition film deposited on the flat surface 101 formed between the first end surface 84 and the end surface 96a of the wafer 95, and the second end surface 85 and the wafer. The emitting-side reflection film 94 is formed of a single-layer or multi-layer evaporation film deposited on the flat surface 102 formed between the end surface 97a of the light beam 95 and the end surface 97a.
この光変調器9においても、上述した光変調器8と同様に、周波数fmの変調信号を発振する図示しない発振器と、図示しない終端抵抗が接続される。 Also in the optical modulator 9, similarly to the optical modulator 8 described above, an oscillator (not shown) that oscillates a modulation signal of the frequency f m and a terminating resistor (not shown) are connected.
ウェハ95は、SiO2等からなり、光導波路12と略同一の長さでコ字状となるように構成される。このウェハ95は端部のみ厚く構成され、電極83が配設される中央部分のみ薄く構成する。これにより光導波路12内を伝搬する光につき電極83から変調電界を効率よく印加することができる。 The wafer 95 is made of SiO 2 or the like and has a length substantially the same as that of the optical waveguide 12 and has a U-shape. The wafer 95 has a thick end portion and a thin central portion where the electrode 83 is disposed. As a result, the modulation electric field can be efficiently applied from the electrode 83 to the light propagating in the optical waveguide 12.
このウェハ95は、上述したバッファ層14としての役割を担い、基板11の表面直下に形成されてなる光導波路12を被覆することにより光損失を抑える。またこのウェハ95は、上述した光変調器8における第1の保護材86並びに第2の保護材87としての役割も担い、それぞれ端面96a,97aが第1の端面84,第2の端面85との間で、それぞれ平面101,102を形成することができるように切り揃えられている。 The wafer 95 plays a role as the buffer layer 14 described above, and covers the optical waveguide 12 formed immediately below the surface of the substrate 11 to suppress optical loss. The wafer 95 also plays a role as the first protective material 86 and the second protective material 87 in the above-mentioned optical modulator 8, and the end surfaces 96a and 97a are respectively the first end surface 84 and the second end surface 85. Are cut and aligned so that planes 101 and 102 can be formed respectively.
このウェハ95を配設する場合には、端部の厚みに合わせたSiO2のウェハを基板11上に貼り付け、次に電極83を設ける部分につき切削していくことで、図6に示すようなコ字状に仕上げることが可能となる。 When this wafer 95 is provided, a SiO 2 wafer having a thickness corresponding to the end portion is attached onto the substrate 11, and the portion where the electrode 83 is to be provided is then cut, as shown in FIG. It is possible to finish it in a square U shape.
即ち、この光変調器9は、光変調器8と同等の効果が得られるとともに、保護材を取り付ける手間を省くことができるという利点がある。 That is, the optical modulator 9 has the advantages that the same effect as that of the optical modulator 8 can be obtained and that the labor of attaching the protective material can be omitted.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図7に示すような往復変調型の光変調器51にも適用することができる。この光変調器51において上述した光変調器8と同一の構成、要素については、図1,2における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, it can be applied to a reciprocal modulation type optical modulator 51 as shown in FIG. Regarding the configuration and elements of the optical modulator 51 that are the same as those of the optical modulator 8 described above, the descriptions in FIGS. 1 and 2 are cited, and the description thereof is omitted here.
また、上記光変調器51は、光導波路12の一の端部につき高反射膜としての単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94を設け、他の端部につき単層又は多層の蒸着膜からなる反射防止膜63を設けることにより、図7に示すように、いわゆる往復変調型の光変調器51として動作させることもできる。 Further, the optical modulator 51 is provided with an emission side reflection film 94 made of a single-layer or multi-layer vapor deposition film as a high-reflection film at one end of the optical waveguide 12, and a single-layer or multi-layer at the other end. By providing the antireflection film 63 made of a vapor deposition film, as shown in FIG. 7, it is possible to operate as a so-called reciprocal modulation type optical modulator 51.
光変調器51は、図7(a)に示すように、基板11と、基板11上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する光導波路12と、この基板11において光導波路12を被覆するように積層されるバッファ層14と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光導波路12の上面に設けられた電極83と、光導波路12の上部に配設される第1の保護材86並びに第2の保護材87と、平面91上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる反射防止膜63と、平面92上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94とを備えている。 As shown in FIG. 7( a ), the optical modulator 51 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11 for modulating the phase of propagating light, and the substrate 11 covering the optical waveguide 12. The buffer layer 14 laminated as described above, the electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12 so that the direction of the modulation electric field is substantially perpendicular to the light propagation direction, and the electrode 83 provided on the optical waveguide 12. The first protective material 86 and the second protective material 87, the antireflection film 63 made of a single-layer or multilayer vapor deposition film deposited on the flat surface 91, and the single layer deposited on the flat surface 92. Alternatively, it is provided with an emission side reflection film 94 formed of a multilayer vapor deposition film.
また、この光変調器51を実際に使用する場合には、更に図7(b)に示すように、図示しない光源からの入力光を伝送し或いは光変調器51から出力される出力光を外部へ伝送するための光ファイバ等で構成される光伝送路23と、上記入力光並びに出力光を分離するための光サーキュレータ21と、この光サーキュレータ21に光接続されるフォーカサー22からなる光学系が実装され、電極83の一端側に配設され周波数fmの変調信号を発振する発振器16と、電極83の他端側に移相器19a、反射器19bとがさらに配設される。 When the optical modulator 51 is actually used, as shown in FIG. 7B, the input light from a light source (not shown) is transmitted or the output light output from the optical modulator 51 is output to the outside. An optical system including an optical transmission line 23 configured by an optical fiber or the like for transmitting to the optical path, an optical circulator 21 for separating the input light and the output light, and a focuser 22 optically connected to the optical circulator 21. is implemented, an oscillator 16 for oscillating a modulation signal of one end disposed on the side frequency f m of the electrode 83, the phase shifter 19a to the other end of the electrode 83, a reflector 19b is further disposed.
反射防止膜63は、第1の端面84並びに第1の保護材86の端面86aとの間で形成される平面91上に被着される。この反射防止膜63は、低反射膜により構成されていてもよいし、無コートで構成することにより、低反射膜を被着したのと同等の効果が得られるようにしてもよい。 The antireflection film 63 is deposited on the flat surface 91 formed between the first end surface 84 and the end surface 86a of the first protective material 86. The antireflection film 63 may be formed of a low reflection film, or may be formed uncoated to obtain the same effect as when the low reflection film is applied.
フォーカサー22は、光サーキュレータ21を通過した入力光を光導波路12の端部へ集束させるとともに、光導波路12の端部から反射防止膜63を透過した出力光を集光してこれを光サーキュレータ21へ送る。このフォーカサー22は、光導波路12の径に応じたスポット径となるように入力光を光結合させるためのレンズ等で構成してもよい。 The focuser 22 focuses the input light that has passed through the optical circulator 21 on the end portion of the optical waveguide 12, collects the output light that has passed through the antireflection film 63 from the end portion of the optical waveguide 12, and collects the output light. Send to. The focuser 22 may be composed of a lens or the like for optically coupling the input light so that the spot diameter corresponds to the diameter of the optical waveguide 12.
このような構成からなる光変調器51は、光導波路12の一の端部につき高反射膜としての出射側反射膜94を設け、他の端部につき反射防止膜63を設けることにより、いわゆる往復変調型の光変調器として動作する。光導波路12に入射された入力光は、光導波路12を伝搬しながら変調され、端面の出射側反射膜94により反射された後、再び光導波路12を伝搬して反射防止膜63を透過してフォーカサー22側に出射され出力光となる。同時に、発振器16から供給される周波数fmの電気信号は、入力光を変調しつつ電極83上を伝搬した後、反射器19bにより反射されることになる。 In the optical modulator 51 having such a configuration, a so-called reciprocating film is provided by providing the emission side reflection film 94 as a high reflection film at one end of the optical waveguide 12 and the antireflection film 63 at the other end. It operates as a modulation type optical modulator. The input light incident on the optical waveguide 12 is modulated while propagating through the optical waveguide 12, is reflected by the exit side reflection film 94 on the end face, and then propagates through the optical waveguide 12 again and is transmitted through the antireflection film 63. The light is emitted to the focuser 22 side and becomes output light. At the same time, the electric signal of the frequency f m supplied from the oscillator 16 propagates on the electrode 83 while modulating the input light, and then is reflected by the reflector 19b.
この光変調器51では、上記電極83 に対して発振器16より発振された周波数fmの変調信号を供給すると、当該変調信号は、電極83を往路方向へ伝搬することになり、光導波路12内を往路方向へ伝搬する光につき位相を変調させることができる。電極83上を往路方向へ伝搬した変調信号は、そのまま反反射器19bにより反射され、移相器19aにより位相調整された上で、今度は電極83を復路方向へ伝搬することになる。これにより、光導波路12内を復路方向へ伝搬する光につき位相変調させることができる。ちなみに、この移相器19aにより調整される位相は、光導波路12内を復路方向へ伝搬する光につき施される位相変調が、往路方向へ伝搬する光に対する移相変調と同様になるようにしてもよい。 In this optical modulator 51, when the modulation signal of the frequency f m oscillated by the oscillator 16 is supplied to the electrode 83, the modulation signal propagates through the electrode 83 in the outward direction, and It is possible to modulate the phase of light propagating in the forward direction. The modulated signal propagating on the electrode 83 in the outward direction is directly reflected by the anti-reflector 19b, the phase is adjusted by the phase shifter 19a, and then propagates through the electrode 83 in the returning direction. As a result, the light propagating in the optical waveguide 12 in the backward direction can be phase-modulated. By the way, the phase adjusted by the phase shifter 19a is set so that the phase modulation applied to the light propagating in the optical waveguide 12 in the backward direction is the same as the phase modulation for the light propagating in the outgoing direction. Good.
この光変調器51では、光導波路12を往路方向へ伝搬する光のみならず、復路方向へ伝搬する光についても位相変調を施すことができるため変調効率を増加させることができる。 In this optical modulator 51, not only the light propagating in the forward direction through the optical waveguide 12 but also the light propagating in the backward direction can be subjected to phase modulation, so that the modulation efficiency can be increased.
また、この光変調器51では、光が光導波路12内を往復する時間に同期した電気信号を電極83から駆動入力とすることにより、光導波路12を1回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、広帯域にわたるサイドバンドを有する光周波数コムを生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数fmと同等になる。 Further, in this optical modulator 51, an electric signal synchronized with the time when light travels back and forth in the optical waveguide 12 is input as a driving input from the electrode 83, so that the optical modulator 51 passes through the optical waveguide 12 only once. It is possible to apply more than double deep phase modulation. Thereby, an optical frequency comb having a wide sideband can be generated, and the frequency intervals of the adjacent sidebands are all equal to the frequency f m of the input electric signal.
また、この光変調器51は、光を狭小な光導波路12に押し込めて変調させることができるため、変調指数を大きくすることができ、光周波数コム発生器1として機能して、バルク型の光周波数コム発生器と比較して発生するサイドバンド数やサイドバンドの光量を多くすることができる。 Further, since the optical modulator 51 can push light into the narrow optical waveguide 12 and modulate it, the modulation index can be increased, and the optical modulator 51 functions as the optical frequency comb generator 1 to perform bulk-type optical modulation. The number of sidebands generated and the amount of light in the sidebands can be increased as compared with the frequency comb generator.
なお、この光変調器51を用いた光周波数コム発生器1では、反射器19bより反射されて移相器19aにより調整される変調信号の位相を、電極83の形状、変調信号の周波数fm、並びに光導波路12の群屈折率ngに応じて調整することにより、光の位相に高精度に合わせ込むことことにより、光導波路12を往路方向へ伝搬する光のみならず復路方向へ伝搬する光についても高効率に位相変調を施すことができ、変調効率を最大2倍近くまで増加させることができる。また、電極83へ印加する電圧を上げることなく、変調効率を効果的に向上させることができるため、消費電力を削減でき、光周波数コム発生器1を配設するヘテロダイン検波系自体をスリムにすることができ、コストを大幅に削減することができる。 In the optical frequency comb generator 1 using the optical modulator 51, the phase of the modulation signal reflected by the reflector 19b and adjusted by the phase shifter 19a is determined by the shape of the electrode 83, the frequency f m of the modulation signal. , And by adjusting according to the group refractive index ng of the optical waveguide 12 to adjust the phase of light with high accuracy, the optical waveguide 12 propagates not only in the light propagating in the forward direction but also in the backward direction. With respect to light, it is possible to perform phase modulation with high efficiency, and it is possible to increase the modulation efficiency up to nearly double. Further, since the modulation efficiency can be effectively improved without increasing the voltage applied to the electrode 83, the power consumption can be reduced and the heterodyne detection system itself in which the optical frequency comb generator 1 is arranged can be made slim. Therefore, the cost can be significantly reduced.
また、この光変調器51は、図7(c)に示すように、発振器25並びに終端抵抗27を電極83の一端側に設け、発振器25から供給される電気信号を電極83上において伝搬させた上で、これを電極83の他端側で反射させるようにしてもよい。このとき、発振器25から供給される電気信号と、電極83の他端側で反射された電気信号を分けるためのアイソレータ26を設けるようにしてもよい。また、この光変調器51では、反射率の高い単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93を被着させる。これにより光導波路12内部において光を共振させることができる。また、この入射側反射膜93の代替として、上述した低反射率の反射防止膜63を被着させるようにしてもよい。これにより、光を光導波路12内において一度だけ往復させつつ、位相変調を施すことも可能となる。 Further, in the optical modulator 51, as shown in FIG. 7C, the oscillator 25 and the terminating resistor 27 are provided on one end side of the electrode 83, and the electric signal supplied from the oscillator 25 is propagated on the electrode 83. In the above, this may be reflected on the other end side of the electrode 83. At this time, an isolator 26 for separating the electric signal supplied from the oscillator 25 and the electric signal reflected on the other end side of the electrode 83 may be provided. Further, in the optical modulator 51, the incident side reflection film 93 made of a single-layer or multi-layer vapor deposition film having a high reflectance is deposited. This allows light to resonate inside the optical waveguide 12. Further, as an alternative to the incident side reflection film 93, the above-described antireflection film 63 having a low reflectance may be applied. This makes it possible to perform phase modulation while the light is reciprocated once in the optical waveguide 12.
この光変調器51では、出射側反射膜94により反射される光の位相に合わせて電気信号の反射位相を調整することにより、電極83を往復する電気信号それぞれにより光の位相を変調させることができるため、変調効率を増大させることができる。特に、保護材86,87を貼り付けることにより、上述の如く膜63,93,94の剥がれや欠け等を抑え、フィネスをより向上させた光変調器51では、光変調効率をさらに増大させることが可能となる。 In this optical modulator 51, the reflection phase of the electric signal is adjusted in accordance with the phase of the light reflected by the emission side reflection film 94, so that the phase of the light can be modulated by each electric signal that reciprocates through the electrode 83. Therefore, the modulation efficiency can be increased. In particular, by attaching the protective materials 86 and 87, the peeling and chipping of the films 63, 93 and 94 are suppressed as described above, and the optical modulator 51 in which the finesse is further improved can further increase the optical modulation efficiency. Is possible.
また、これら光変調器51を光周波数コム発生器に適用した場合において、電極を往復する電気信号により、光導波路12内で共振する光につき往復変調を施すことが可能となる。かかる場合において、発生させたサイドバンドの各周波数(波長)における強度分布は、図8に示すように、電極83へ印加する電気信号の変調周波数を25GHzとし、そのパワーを0.5Wとした場合において、光導波路12内に加わる変調の大きさとして表される変調指数は、伝搬方向あたりπラジアンである。この結果より、位相を半波長動かすために必要な電圧として定義される半波長電圧Vπは、7.1Vであることが分かる。 Further, when these optical modulators 51 are applied to an optical frequency comb generator, it is possible to perform reciprocal modulation on light that resonates in the optical waveguide 12 by an electric signal that reciprocates through the electrodes. In such a case, the intensity distribution at each frequency (wavelength) of the generated sideband is as shown in FIG. 8 when the modulation frequency of the electric signal applied to the electrode 83 is 25 GHz and its power is 0.5 W. In, the modulation index expressed as the magnitude of the modulation applied in the optical waveguide 12 is π radian per propagation direction. From this result, it can be seen that the half-wave voltage Vπ defined as the voltage required to move the phase by half a wavelength is 7.1V.
短共振器で構成される光変調器8は、長共振器で構成される光変調器8と比較して、上述の如くフィネスが高い分、サイドバンドの発生の効率は高く、またサイドバンドの発生周波数帯域幅Δfは11THzに達する。また、短共振器で構成される光変調器8の電極83の長さは、僅か20mmであるが、長共振器で構成される光変調器8と比較して遜色のない変調効率が得られる。即ち、往復変調が有効に作用していることが分かる。 The optical modulator 8 configured by the short resonator has a higher finesse as described above, and thus the sideband generation efficiency is higher than that of the optical modulator 8 configured by the long resonator. The generated frequency bandwidth Δf reaches 11 THz. Further, the length of the electrode 83 of the optical modulator 8 composed of the short resonator is only 20 mm, but a modulation efficiency comparable to that of the optical modulator 8 composed of the long resonator can be obtained. .. That is, it can be seen that the reciprocal modulation works effectively.
なお、この光変調器51は、電気信号を反射させる代わりに、信号源としての発振器16の出力を分割することにより、電極83の両端から電気信号を別々に駆動入力するようにしてもよいし、電極83の両端にそれぞれ別の発振器16を接続することにより、これを実行するようにしてもよい。 The optical modulator 51 may divide the output of the oscillator 16 as a signal source, instead of reflecting the electric signal, to separately drive and input the electric signal from both ends of the electrode 83. This may be performed by connecting different oscillators 16 to both ends of the electrode 83, respectively.
なお、本発明は、例えば図9に示すような光導波路型のレーザー発振器52にも適用することができる。このレーザー発振器52において、上述した光変調器8と同一の構成要素については、図1,2における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The present invention can also be applied to an optical waveguide type laser oscillator 52 as shown in FIG. 9, for example. In this laser oscillator 52, the same constituent elements as those of the above-described optical modulator 8 will be referred to the description in FIGS. 1 and 2, and the description thereof will be omitted here.
レーザー発振器52は、図9に示すように、基板11と、基板11上に形成されてなる光導波路12と、この基板11において光導波路12を被覆するように積層されるバッファ層14と、光導波路12の上部に配設される第1の保護材86並びに第2の保護材87と、平面91上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93と、平面92上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94とを備え、入射側反射膜93と出射側反射膜94との間で光共振器5を構成する。また、このレーザー発振器52を実際に使用する場合には、波長λ0の光を出射する励起光源28が実装される。 As shown in FIG. 9, the laser oscillator 52 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11, a buffer layer 14 laminated on the substrate 11 so as to cover the optical waveguide 12, and an optical waveguide. The first protective material 86 and the second protective material 87 disposed on the waveguide 12; the incident-side reflecting film 93 made of a single-layer or multi-layer vapor deposition film deposited on the flat surface 91; and the flat surface 92. The optical resonator 5 is provided with the emitting-side reflecting film 94 formed of a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on the upper side, and the incident-side reflecting film 93 and the emitting-side reflecting film 94. When the laser oscillator 52 is actually used, the pumping light source 28 that emits light of wavelength λ 0 is mounted.
このレーザー発振器52における光導波路12中には、例えばエルビウムイオンのような、入射側反射膜93を介して入射された光を吸収して媒質固有の光の波長に対して増幅特性を有する増幅媒質を拡散させる。これにより、光導波路12を光の増幅媒質として働かせることが可能となる。またこのような増幅媒質としての光導波路12に対して、適当な波長の光を入射させると、エネルギー準位で決まる固有の波長に対する光の増幅器として作用することになる。また、自然放出遷移により発生した光を増幅して発振する発振器としても作用することになる。レーザー発振するのは、光共振器5内における増幅率が損失率を上回った場合であるから、保護材86,87を貼り付けて反射膜93,94の剥がれや欠け等を防止しつつ光導波路12の端面における反射特性を高めることにより、光共振器5内の損失率も低くなることから、レーザー発振の閾値を低下させることができる。 In the optical waveguide 12 of the laser oscillator 52, an amplification medium such as erbium ion that absorbs light incident through the incident-side reflection film 93 and has an amplification characteristic with respect to the wavelength of light peculiar to the medium. To spread. This allows the optical waveguide 12 to function as a light amplification medium. Further, when light of an appropriate wavelength is made incident on the optical waveguide 12 as such an amplification medium, it acts as an amplifier for light of a specific wavelength determined by the energy level. Further, it also acts as an oscillator that amplifies and oscillates the light generated by the spontaneous emission transition. Since the laser oscillation occurs when the amplification factor in the optical resonator 5 exceeds the loss factor, the protective materials 86 and 87 are attached to prevent the peeling or chipping of the reflection films 93 and 94 and the optical waveguide. By increasing the reflection characteristics at the end face of 12, the loss rate in the optical resonator 5 is also lowered, so that the threshold value of laser oscillation can be lowered.
光導波路12内に特別な増幅媒質を導入しなくても、この光導波路12としてLiNbO3結晶のような非線形光学結晶で構成することにより、光導波路12内に入射される光によって誘起される非線形分極により、当該入射される光とは異なる波長に増幅利得を持たせることが可能となる。例えば、周期分極反転構造を持つ非線形光学結晶を用いて光導波路12を構成しても良い。 Even if a special amplifying medium is not introduced into the optical waveguide 12, by configuring the optical waveguide 12 with a non-linear optical crystal such as LiNbO 3 crystal, the non-linearity induced by the light entering the optical waveguide 12 can be improved. The polarization makes it possible to give an amplification gain to a wavelength different from that of the incident light. For example, the optical waveguide 12 may be configured by using a non-linear optical crystal having a periodically poled structure.
このレーザー発振器52における光共振器5を構成する入射側反射膜93は、励起光源28からの光に対して低反射率であり、かつ光導波路12により発振される光の波長に対して高反射率の膜を使用してもよい。また、この光共振器5を構成する出射側反射膜94は、光導波路12により発振される光の波長に対して最適な出力カップリングが可能な反射率を有する膜を使用してもよい。 The incident-side reflection film 93 that constitutes the optical resonator 5 of the laser oscillator 52 has a low reflectance with respect to the light from the excitation light source 28 and a high reflection with respect to the wavelength of the light oscillated by the optical waveguide 12. Rate membranes may be used. Further, as the emission side reflection film 94 constituting the optical resonator 5, a film having a reflectance capable of optimal output coupling with respect to the wavelength of the light oscillated by the optical waveguide 12 may be used.
ちなみに、このレーザー発振器52を光パラメトリック発振器として適用してもよい。かかる場合には、発振が起こるのは光共振器5内の増幅率が損失率を上回った場合であるから、保護材86,87を貼り付けた反射膜93,94の剥がれや欠けのない高フィネスの光共振器5を構成することにより、発振の閾値を低下させることができる。 Incidentally, the laser oscillator 52 may be applied as an optical parametric oscillator. In such a case, oscillation occurs when the amplification factor in the optical resonator 5 exceeds the loss factor, so that the reflection films 93 and 94 to which the protective materials 86 and 87 are adhered are not peeled or chipped. By configuring the finesse optical resonator 5, the oscillation threshold can be lowered.
上述の如くレーザー発振器52やこれを適用する光パラメトリック発振器において光導波路12を用いる利点は、光を狭い領域に閉じ込めることができることと、電界強度が高めることができることによる増幅率の向上である。特にこのレーザー発振器52等では、従来の発振器と比較して高いフィネスを得ることができるため、光導波路12を用いることの利点がさらに助長されることになる。 As described above, the advantages of using the optical waveguide 12 in the laser oscillator 52 and the optical parametric oscillator to which the laser oscillator 52 is applied are that light can be confined in a narrow region and that the amplification factor is improved because the electric field strength can be increased. In particular, with the laser oscillator 52 and the like, higher finesse can be obtained as compared with the conventional oscillator, so that the advantage of using the optical waveguide 12 is further promoted.
なお本発明は、例えば図10に示すようなモードが同期された光を発振するレーザー発振器53にも適用することができる。このモードが同期された光とは、等しい周波数間隔で発振している多数のモードの位相を揃えたものである。このレーザー発振器53において、上述した光変調器8並びにレーザー発振器52と同一の構成、要素については、図1,2,9における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The present invention can also be applied to a laser oscillator 53 that oscillates light whose modes are synchronized as shown in FIG. 10, for example. The light in which the modes are synchronized is one in which the phases of many modes oscillating at equal frequency intervals are aligned. In this laser oscillator 53, the same configurations and elements as those of the optical modulator 8 and the laser oscillator 52 described above are referred to the description in FIGS. 1, 2, and 9, and the description thereof is omitted here.
レーザー発振器53は、図10(a),(b)に示すように、基板11と、基板11上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する光導波路12と、この基板11において光導波路12を被覆するように積層されるバッファ層14と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光導波路12の上面に設けられた電極83と、光導波路12の上部に配設される第1の保護材86並びに第2の保護材87と、平面91上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93と、平面92上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94とを備え、入射側反射膜93と出射側反射膜94との間で光共振器5を構成する。また、このレーザー発振器53を実際に使用する場合には、波長λ0の光を出射する励起光源28が実装され、更に電極83の一端側に配設され周波数fmの変調信号を発振する発振器16と、電極83の他端側に配設される終端抵抗18とが配設される。この入射側反射膜93と出射側反射膜94とは、それぞれレーザー発振する多モード間の位相同期をとる機能を有する。 As shown in FIGS. 10A and 10B, the laser oscillator 53 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11 for modulating the phase of propagating light, and an optical waveguide in the substrate 11. A buffer layer 14 laminated so as to cover 12; an electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12 so that the direction of the modulation electric field is substantially perpendicular to the light propagation direction; and the upper portion of the optical waveguide 12. A first protective material 86 and a second protective material 87, an incident-side reflection film 93 made of a single-layer or multi-layer vapor deposition film deposited on a flat surface 91, and a flat surface 92 deposited on the flat surface 92. The exit side reflection film 94 formed of a single-layer or multilayer vapor deposition film is formed, and the optical resonator 5 is configured between the entrance side reflection film 93 and the exit side reflection film 94. Further, when the laser oscillator 53 is actually used, the excitation light source 28 for emitting the light of the wavelength λ 0 is mounted, and is further arranged at one end of the electrode 83 to oscillate the modulation signal of the frequency f m. 16 and a terminating resistor 18 arranged on the other end side of the electrode 83. The incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 each have a function of achieving phase synchronization between laser-oscillated multimodes.
このような構成からなるレーザー発振器53では、上述したレーザー発振器52において光導波路12の上部に電極83を配設することにより、各モードにつき同期がとられたモード同期レーザーの発振が可能となる。ここで、光共振器5のFSRの整数倍に一致する周波数の変調信号を発振器16から駆動入力することにより、多モードの光を発振する光導波路12の電気光学効果に基づき、各モードの位相同期が施される結果、モード同期レーザーを発振するレーザー発振器として動作することになる。 In the laser oscillator 53 having such a configuration, by arranging the electrode 83 above the optical waveguide 12 in the laser oscillator 52 described above, it is possible to oscillate a mode-locked laser synchronized with each mode. Here, based on the electro-optical effect of the optical waveguide 12 that oscillates multi-mode light, a phase of each mode is driven by drivingly inputting a modulation signal of a frequency that matches an integer multiple of FSR of the optical resonator 5 from the oscillator 16. As a result of the synchronization, the laser operates as a laser oscillator that oscillates a mode-locked laser.
このモード同期が施されると、レーザー発振器53より発振される光の時間波形は、増幅周波数帯域幅の逆数程度の時間幅を持つ短パルスとなる。また、周波数軸の波形は、一定の周波数間隔でサイドバンドが配列する光周波数コムとなる。このため、レーザー発振器53に対する制御を最適化させることにより、光の周波数測定への応用や多波長光源への応用も可能となる。またこのレーザー発振器53を、上述したレーザー発振器52と同様に光パラメトリック発振器として適用してもよいことは勿論である。特にこのレーザー発振器53は、保護材86,87が貼り付けられているため反射膜93,94の剥がれや欠けがなく、光共振器5全体のフィネスを向上させることができ、モード同期レーザーを効率よく発振させることが可能となる。 When this mode locking is performed, the time waveform of the light oscillated by the laser oscillator 53 becomes a short pulse having a time width that is approximately the reciprocal of the amplification frequency bandwidth. The waveform on the frequency axis is an optical frequency comb in which sidebands are arranged at regular frequency intervals. Therefore, by optimizing the control of the laser oscillator 53, it is possible to apply to the frequency measurement of light and to the multi-wavelength light source. It is needless to say that the laser oscillator 53 may be applied as an optical parametric oscillator like the laser oscillator 52 described above. Particularly, in the laser oscillator 53, since the protective materials 86 and 87 are adhered, the reflection films 93 and 94 are not peeled or chipped, the finesse of the entire optical resonator 5 can be improved, and the mode-locked laser can be efficiently used. It is possible to oscillate well.
ちなみに、レーザー発振器53におけるモード同期は、上述した電気光学効果を利用するものに限定されるものではなく、光共振器5内における光学素子の非線形効果を利用するものであればいかなる現象に基づくものであってもよい。例えば、LiNbO3結晶を光導波路12に用いることにより、その効果をより際立たせることも可能となる。 By the way, the mode-locking in the laser oscillator 53 is not limited to the one utilizing the above-mentioned electro-optical effect, but is based on any phenomenon as long as it utilizes the nonlinear effect of the optical element in the optical resonator 5. May be For example, by using a LiNbO 3 crystal for the optical waveguide 12, the effect can be made more prominent.
なお、本発明は、例えば図11に示すような変形ファブリペロー(FP)電気光学変調器54にも適用することができる。この変形FP電気光学変調器54において、上述した光変調器8並びにレーザー発振器52と同一の構成、要素については、図1,2,9における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The present invention can also be applied to a modified Fabry-Perot (FP) electro-optic modulator 54 as shown in FIG. 11, for example. In this modified FP electro-optical modulator 54, the same configurations and elements as those of the optical modulator 8 and the laser oscillator 52 described above are referred to the description in FIGS. 1, 2, and 9, and the description thereof is omitted here.
変形FP電気光学変調器54は、図11に示すように、基板11と、基板11上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する光導波路12と、この基板11において光導波路12を被覆するように積層されるバッファ層14と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光導波路12の上面に設けられた電極83と、光導波路12の上部に配設される第1の保護材86並びに第2の保護材87と、平面91上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93と、平面92上に被着される単層又は多層の蒸着膜からなる出射側反射膜94とを備え、入射側反射膜93と出射側反射膜94との間で光共振器5を構成する。また、この変形FP電気光学変調器54を実際に使用する場合には、反射鏡31が実装され、必要な場合には、更に電極の一端側に配設され周波数fmの変調信号を発振する図示しない発振器と、電極の他端側に配設される図示しない終端抵抗とが配設される。 As shown in FIG. 11, the modified FP electro-optic modulator 54 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11 for modulating the phase of propagating light, and the optical waveguide 12 covered on the substrate 11. The buffer layer 14 laminated as described above, the electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12 so that the direction of the modulation electric field is substantially perpendicular to the light propagation direction, and the electrode 83 provided on the optical waveguide 12. The first protective material 86 and the second protective material 87, the incident side reflection film 93 made of a single-layer or multilayer vapor deposition film deposited on the flat surface 91, and the single protective material deposited on the flat surface 92. The optical resonator 5 is provided with the emission side reflection film 94 formed of a layer or a multilayer vapor deposition film, and the optical resonator 5 is configured between the incidence side reflection film 93 and the emission side reflection film 94. Further, when the modified FP electro-optical modulator 54 is actually used, the reflecting mirror 31 is mounted, and if necessary, it is further arranged on one end side of the electrode and oscillates a modulation signal of the frequency f m. An oscillator (not shown) and a terminating resistor (not shown) provided on the other end side of the electrode are provided.
反射鏡31は、外部から供給される光を透過させ変形FP電気光学変調器54側の光導波路12の端部へ導くとともに、当該光導波路12の端部から出射された光を反射する。即ち、この反射鏡31を設けることにより、光導波路12内へ入射させる光のみ透過させ、光導波路12内で発生させたサイドバンドを反射することができるため、入射させる光からサイドバンドへの変換効率を向上させることができる。即ち、このような構成からなる変形FP電気光学変調器54では、入射側反射膜93を、光導波路12内へ入射させる光のみ透過させ発生させたサイドバンドを反射する狭帯域フィルタに置換した場合と同様の効果を得ることができる。特にこの変形FP電気光学変調器54では、保護材86,87が貼り付けられているため反射膜93,94の剥がれや欠けがなく、光共振器5全体のフィネスを向上させることができるため、サイドバンドへの変換効率をより高めることが可能となる。 The reflecting mirror 31 transmits the light supplied from the outside, guides it to the end of the optical waveguide 12 on the modified FP electro-optic modulator 54 side, and reflects the light emitted from the end of the optical waveguide 12. That is, by providing the reflecting mirror 31, only the light incident on the optical waveguide 12 can be transmitted and the sidebands generated on the optical waveguide 12 can be reflected. Therefore, the incident light is converted into the sideband. The efficiency can be improved. That is, in the modified FP electro-optic modulator 54 having such a configuration, the incident side reflection film 93 is replaced with a narrow band filter that transmits only the light incident on the optical waveguide 12 and reflects the generated side band. The same effect as can be obtained. In particular, in this modified FP electro-optical modulator 54, since the protective materials 86 and 87 are attached, there is no peeling or chipping of the reflective films 93 and 94, and the finesse of the entire optical resonator 5 can be improved. It becomes possible to further improve the conversion efficiency to the sideband.
なお、本発明を適用した光変調器8は更に以下に説明する通信システム55に適用することもできる。 The optical modulator 8 to which the present invention is applied can also be applied to a communication system 55 described below.
通信システム55は、例えば、WDM通信方式に基づいて符号分割多重接続を行うシステムが適用され、図12(a)に示すように、歩行者が携帯可能な移動体端末としての携帯通信機器57と、携帯通信機器57との間で無線信号の送受信を行うことにより通信を中継するための複数の基地局58と、接続された光ファイバ通信網35,38を介して基地局58を含めたネットワーク全体における通信を制御するホスト制御装置59とを備えている。 As the communication system 55, for example, a system for performing code division multiple connection based on the WDM communication system is applied, and as shown in FIG. 12A, a mobile communication device 57 as a mobile terminal that can be carried by a pedestrian. , A plurality of base stations 58 for relaying communication by transmitting and receiving radio signals to and from the mobile communication device 57, and a network including the base station 58 via the connected optical fiber communication networks 35, 38. The host controller 59 controls the communication in the whole.
携帯通信機器57は、各地区に設けられた基地局58との間で無線信号を送受信すべく、車載或いは携帯できるように構成されている。即ち、この携帯通信機器57は、例えばファクシミリ通信やパーソナルコンピュータ等に搭載されてデータ通信を行うための装置を含むものであるが、一般には音声による通話を行うための携帯電話やPHS(パーソナルハンディホンシステム)等であり、特に小型軽量で携帯性に特化した機器として構成されている。 The mobile communication device 57 is configured so that it can be carried in a vehicle or carried so as to transmit and receive radio signals to and from a base station 58 provided in each district. That is, the portable communication device 57 includes a device for carrying out data communication by being installed in, for example, a facsimile communication, a personal computer or the like, but in general, it is a mobile phone or PHS (personal handyphone system) for making a voice call. ), etc., and is configured as a device that is particularly small and lightweight and specialized for portability.
各基地局58には、図12(a)に示すように光変調器8が搭載される。光変調器8における電極83には、携帯通信機器57との間でマイクロ波を送受信するためのアンテナ33が接続されている。また、この光変調器8は、ホスト制御装置59から光ファイバ通信網35を介して伝送された光の一部が入射側反射膜93を介して光導波路12内へ入射される。この光導波路12内へ入射された光は、略平行に配設された入射側反射膜93並びに出射側反射膜94により共振されることになる。またこの光変調器8では、携帯通信機器57から供給されるマイクロ波をアンテナ33を介して受信し、かかるマイクロ波に応じた変調信号を電極83を介して光導波路12内を伝搬する光に印加することができるため、携帯通信機器57からの送信情報に応じた位相変調をこれに施すことが可能となる。なお、光変調器8は、位相変調した光を出射側反射膜94を介して出射させる。出射された光は光ファイバ通信網38を介してホスト制御装置59へ伝送されることになる。 An optical modulator 8 is mounted on each base station 58, as shown in FIG. An antenna 33 for transmitting and receiving microwaves to and from the mobile communication device 57 is connected to the electrode 83 of the optical modulator 8. Further, in the optical modulator 8, a part of the light transmitted from the host controller 59 via the optical fiber communication network 35 enters the optical waveguide 12 via the incident side reflection film 93. The light incident on the inside of the optical waveguide 12 is resonated by the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 arranged substantially in parallel. Further, in the optical modulator 8, the microwave supplied from the portable communication device 57 is received via the antenna 33, and a modulation signal corresponding to the microwave is converted into light propagating in the optical waveguide 12 via the electrode 83. Since it can be applied, it becomes possible to perform phase modulation on it according to the transmission information from the mobile communication device 57. The optical modulator 8 causes the phase-modulated light to be emitted through the emission side reflection film 94. The emitted light is transmitted to the host controller 59 via the optical fiber communication network 38.
ホスト制御装置59は、基地局58へ伝送するための光を発生させ、また基地局58において変調された光を光電変換して検波出力を得る。即ち、このホスト制御装置59は、様々な基地局からの検波出力を一括管理することができる。 The host controller 59 generates light for transmission to the base station 58, and photoelectrically converts the light modulated in the base station 58 to obtain a detection output. That is, the host control device 59 can collectively manage the detection outputs from various base stations.
このような通信システム55では、ホスト制御装置59から出力された光を光ファイバ通信網35を介して基地局58へ伝送する。基地局58は、この伝送された光を光変調器8における光導波路12内を伝搬させるとともに、更にマイクロ波に応じた位相変調を施した上で、光ファイバ通信網38を介してこれをホスト制御装置59へ伝送する。 In such a communication system 55, the light output from the host controller 59 is transmitted to the base station 58 via the optical fiber communication network 35. The base station 58 propagates the transmitted light in the optical waveguide 12 of the optical modulator 8 and further performs phase modulation in accordance with microwaves, and then hosts it via the optical fiber communication network 38. It is transmitted to the control device 59.
即ち、基地局58へ伝送される光は、当該基地局58周辺にある携帯通信機器57から発呼された場合に、上述したマイクロ波に含まれる通話内容に応じた位相変調が施されることになる。一方、この基地局58へ伝送される光は、当該基地局58周辺にある携帯通信機器57から発呼されなかった場合に、上述した位相変調が施されることはなくなる。ホスト制御装置59では、基地局58から光ファイバ通信網38を介して伝送される光につき位相変調が施されていた場合には、これを光電変換することにより、通話内容に応じた検波出力を取得することが可能となる。 That is, when the light transmitted to the base station 58 is called from the portable communication device 57 in the vicinity of the base station 58, the light is subjected to phase modulation according to the call content included in the microwave. become. On the other hand, the light transmitted to the base station 58 is not subjected to the above-mentioned phase modulation when the mobile communication device 57 around the base station 58 does not make a call. In the host controller 59, when the phase modulation is applied to the light transmitted from the base station 58 via the optical fiber communication network 38, the host controller 59 photoelectrically converts the phase modulated light to obtain a detection output according to the content of the call. It becomes possible to acquire.
この通信システム55では、保護材86,87を貼り付けた高フィネスの共振器を有する光変調器8を基地局58へ搭載するため、光導波路12内を伝搬する光の往復回数を増やすことができ、光変調器8自体の感度を向上させることが可能となる。 In this communication system 55, since the optical modulator 8 having a high finesse resonator to which the protective materials 86 and 87 are attached is mounted on the base station 58, the number of round trips of light propagating in the optical waveguide 12 can be increased. Therefore, the sensitivity of the optical modulator 8 itself can be improved.
なお、この通信システム55では、図12(b)に示すように、一芯双方向で光伝送するようにしてもよいことは勿論である。 Of course, in the communication system 55, as shown in FIG. 12(b), optical transmission may be performed in a one-core bidirectional manner.
さらに、本発明を適用した光変調器8では、図1に示すように光導波路12の往路方向(復路方向)の結晶長LC1を27mm(又は54mm)程度になるように調整されていてもよい。かかる結晶長にすることにより奏する効果につき、以下において説明する。 Furthermore, in the optical modulator 8 to which the present invention is applied, even if the crystal length LC 1 of the optical waveguide 12 in the forward direction (return direction) is adjusted to about 27 mm (or 54 mm) as shown in FIG. Good. The effect obtained by setting such a crystal length will be described below.
光導波路12における往路方向(復路方向)へ伝播する光の損失率をLo1としたとき、かかる損失率Lo1と光導波路12の結晶長LC1との関係を図13(a)に示す。結晶長LC1が増加していくにつれて、伝播する光の損失は徐々に大きくなることが示されている。また図13(b)は、かかる結晶長LC1に対するフィネスの関係を示している。この図13(b)に示すようにフィネスは、一般にπ/Lo1で表されるが、結晶長LC1が小さいほど高くなることがわかる。 When the loss of light propagating in the outward direction (backward direction) in the light guide 12 was set to Lo 1, showing the relationship between the crystal length LC 1 such loss ratio Lo 1 and the optical waveguide 12 in FIG. 13 (a). It has been shown that the loss of propagating light gradually increases as the crystal length LC 1 increases. Further, FIG. 13B shows the relationship of finesse with respect to the crystal length LC 1 . As shown in FIG. 13(b), the finesse is generally represented by π/Lo 1 , but it can be seen that the smaller the crystal length LC 1, the higher the finesse.
光変調器8の性能指数は、Vπ/(フィネス)で表すことができる(Vπは光位相をπラジアン変調するために要する電圧)。この性能指数が小さいほど光変調器8として、また当該光変調器8を用いた光周波数コム発生器として、性能がより優れていることになる。 The figure of merit of the optical modulator 8 can be represented by Vπ/(finesse) (Vπ is a voltage required to modulate the optical phase by π radians). The smaller the figure of merit, the better the performance as the optical modulator 8 and the optical frequency comb generator using the optical modulator 8.
図14は、これらフィネスや損失率Lo1に基づいて計算した性能指数を結晶長LC1との関係において示している。この図14において、lmは、結晶長LC1に対する電極83の長さの差分を表している。一般に光導波路12の両端から数mmは電極を設けることができないため、このlmを6mmとした場合と、lmを1mmとした場合を例に挙げて計算をしている。 FIG. 14 shows the figure of merit calculated based on the finesse and the loss rate Lo 1 in relation to the crystal length LC 1 . In FIG. 14, lm represents the difference in the length of the electrode 83 with respect to the crystal length LC 1 . In general, electrodes cannot be provided within a few mm from both ends of the optical waveguide 12. Therefore, calculation is performed by taking the case where lm is 6 mm and the case where lm is 1 mm as an example.
この図14に示すようにlm=6mmである場合において、結晶長LC1が15〜30mmのときに性能指数が小さくなることが分かる。またかかる性能指数の結晶長LC1に対応するFSRをプロットすると、2.5GHz付近において最も優れた性能となることが分かる。ちなみに、この図14における傾向をシミュレーションする上において、変調周波数を25GHzとし、電極83によるマイクロ波の伝送損失を−10dB/50mm@25GHzと仮定し、さらに変調効率は、往復変調時においてPin=0.43W、結晶長LC1=27mm(電極83の長さが21mmのとき)である場合に変調指数がπラジアンであることを考慮し、さらに光の伝送損失αが−0.0106/cmである場合を仮定している。また、ミラーの反射率は、結晶長に応じた損失率に対して最適化されている。 As shown in FIG. 14, it can be seen that when lm=6 mm, the figure of merit decreases when the crystal length LC 1 is 15 to 30 mm. Further, when the FSR corresponding to the crystal length LC 1 of such a figure of merit is plotted, it can be seen that the best performance is obtained in the vicinity of 2.5 GHz. Incidentally, in simulating the tendency in FIG. 14, it is assumed that the modulation frequency is 25 GHz and the microwave transmission loss by the electrode 83 is −10 dB/50 mm@25 GHz, and the modulation efficiency is Pin=0 at the time of reciprocal modulation. Considering that the modulation index is π radians when the crystal length LC 1 =27 mm (when the length of the electrode 83 is 21 mm), the transmission loss α of light is −0.0106/cm. Assuming there are cases. Further, the reflectance of the mirror is optimized with respect to the loss rate according to the crystal length.
このため、lm=6mmである場合において、光導波路12の結晶長LC1を27mm程度とすることにより、光変調器8としての性能をより向上させることが可能となる。ちなみに、この結晶長LC1は27mmにある場合に限定されるものではなく、24±6mmの範囲であればいかなる長さで構成されていてもよい。なお、実用上の結晶長LC1は、光通信分野における時分割多重化(TDM:Time Division Multiplex)光通信における10GHzや波長割多重化(WDM:Wavelenth Division Multiplex)光通信における25GHzの最大公約数である5GHzの整数分の1とするのが好適であり、27mmは2.5GHzに相当している。 Therefore, when lm=6 mm, by setting the crystal length LC 1 of the optical waveguide 12 to about 27 mm, it becomes possible to further improve the performance as the optical modulator 8. Incidentally, the crystal length LC 1 is not limited to the case of 27 mm, and may be of any length as long as it is in the range of 24±6 mm. Note that the practical crystal length LC 1 is the maximum common divisor of 10 GHz in time division multiplexing (TDM) optical communication in the field of optical communication and 25 GHz in wavelength division multiplexing (WDM) optical communication. It is preferable to make it an integral fraction of 5 GHz, and 27 mm corresponds to 2.5 GHz.
また、結晶長LC1に対応するFSRのプロットが1.25GHzである場合においても、同様に優れた性能が示されることから、これに対応する結晶長LC1を54mm程度で構成してもよい。 Further, even when the FSR plot corresponding to the crystal length LC 1 is 1.25 GHz, similarly excellent performance is exhibited. Therefore, the crystal length LC 1 corresponding to this may be configured to be about 54 mm. ..
またlm=1mmである場合においても、同様にシミュレーションすると、10GHz程度で優れた性能が示されることから、結晶長LC1をこれに対応させることで、光変調器8としての性能をより高めることが可能となる。 Further, even when lm=1 mm, similar simulation shows excellent performance at about 10 GHz. Therefore, by making the crystal length LC 1 correspond to this, the performance as the optical modulator 8 can be further improved. Is possible.
なお、上記図4に示した本発明を適用した光変調器8の作製方法では、ステップS11、S12の光導波路12の作製工程において、Ti原子を基板11中に熱拡散させて光導波路12を形成したが、LiNbO3結晶を安息香酸に浸すことによりLiをH+に置換させるプロトン交換法にこれを代替してもよい。 In the method of manufacturing the optical modulator 8 to which the present invention shown in FIG. 4 is applied, Ti atoms are thermally diffused in the substrate 11 to form the optical waveguide 12 in the steps of manufacturing the optical waveguide 12 in steps S11 and S12. Although formed, this may be replaced by a proton exchange method in which LiNbO 3 crystals are immersed in benzoic acid to replace Li with H + .
ここで、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器を用いた光コム発生器における光コム発生において、直交する偏光成分は、光コム発生器の共振周波数をレーザー周波数に一致させるための制御を不安定にすることがあり、制御点のずれ、制御の発振等の原因となり、光コムを例えば測定対象までの距離や高さを測定する計測装置に利用する場合に、直交する偏光成分が計測誤差の要因になっていたが、例えば図1に示すような構成の単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路12Aを有する導波路型光変調器8Aを採用して、光コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力を抑制して、偏光消光比の向上をはかり、単一偏光度を高めた光コム出力を得られるようにすることにより、光導波路の透過モード波形に変形が生じることがなく、共振器制御を安定化することができ、光コム発生器としての安定化、光コムを含む計測装置の精度向上、誤差の低減などを図ることができる。 Here, in the optical comb generation in the optical comb generator using the waveguide type optical resonator that resonates the light confined in the optical waveguide, the orthogonal polarization components make the resonance frequency of the optical comb generator match the laser frequency. Control may become unstable, causing control point shifts, control oscillations, etc., and when the optical comb is used in a measuring device that measures the distance or height to the measurement target, for example, they are orthogonal to each other. Although the polarization component has been a factor of the measurement error, for example, it has the optical waveguide 12A formed as a region where the waveguide mode exists only for a single polarization component having the configuration shown in FIG. By adopting the waveguide type optical modulator 8A, the output of the orthogonal polarization component that does not contribute to the generation of the optical comb is suppressed, the polarization extinction ratio is improved, and the optical comb output with an increased single polarization degree is obtained. By doing so, the transmission mode waveform of the optical waveguide is not deformed, the resonator control can be stabilized, the stabilization as an optical comb generator, the accuracy improvement of the measuring device including the optical comb, and the error Can be reduced.
図15に示す導波路型光変調器8Aは、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路12A以外の構成は図1に示した導波路型光変調器8と同じなので、同一構成要素については、同一符号を付して示すことにより、詳細な説明を省略する。 The waveguide type optical modulator 8A shown in FIG. 15 is the waveguide shown in FIG. 1 except for the configuration of the optical waveguide 12A formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component. Since it is the same as that of the optical modulator 8, the same components will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
図16は、導波路型光変調器8Aの側面図である。 FIG. 16 is a side view of the waveguide type optical modulator 8A.
この導波路型光変調器8Aにおいて、光導波路12Aは、入射側反射防止膜63から出射側反射防止膜64にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板11にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成されている。 In this waveguide type optical modulator 8A, the optical waveguide 12A is converted into a single polarization component in the substrate 11 having at least the electro-optical effect so as to penetrate from the incident side antireflection film 63 to the emission side antireflection film 64. It is formed as a region in which the guided mode exists only for the other.
入射側反射防止膜63を介して光導波路12Aに入射した光は、単一の偏波成分のみが光導波路12Aの境界面で全反射しながら伝搬する。 In the light incident on the optical waveguide 12A via the incident-side antireflection film 63, only a single polarization component propagates while being totally reflected at the boundary surface of the optical waveguide 12A.
ここで、単一の偏光成分のみ通す光導波路12Aは、特定の偏光成分にのみ屈折率の変化をもたらす光導波路形成法、例えば、プロトン交換法により、電気光学効果を有する基板11にて単一の偏波成分に対してのみ屈折率が高い領域として形成することができる。 Here, the optical waveguide 12A that allows only a single polarization component to pass through the substrate 11 having the electro-optical effect is formed by the optical waveguide formation method that causes a change in the refractive index only to a specific polarization component, for example, the proton exchange method. Can be formed as a region having a high refractive index only for the polarized wave component.
この光導波路12Aは、例えば、LiNbO3等からなる基板11に、プロトン交換法により単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成することができる。 The optical waveguide 12A can be formed on the substrate 11 made of, for example, LiNbO 3 as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component by the proton exchange method.
また、光導波路12Aは、基板11中においてTi原子を拡散させることにより、或いは基板11上へのエピタキシャル成長させることにより作製する際に、屈折率分布を工夫することにより導波モードを単一偏光に限定した領域として形成することができる。この光導波路12Aには、例えばLiNbO3結晶光導波路を用いることができ、LiNbO3等からなる基板11表面にTiを拡散させることにより形成することができる。このTiが拡散された領域については他の領域よりも屈折率が高くなり、単一の偏波成分の光を閉じ込めることができるため、単一の偏波成分の光を伝搬させることができる光導波路12Aを形成することができる。直交する両方の偏波成分に対して屈折率は高くなるが、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが成立する条件もある。 Further, when the optical waveguide 12A is manufactured by diffusing Ti atoms in the substrate 11 or by epitaxially growing it on the substrate 11, the waveguide mode is changed to a single polarization by devising the refractive index distribution. It can be formed as a limited region. For the optical waveguide 12A, for example, a LiNbO 3 crystal optical waveguide can be used and can be formed by diffusing Ti on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 or the like. The region in which Ti is diffused has a higher refractive index than other regions and can confine the light of a single polarization component, and thus can propagate the light of a single polarization component. The waveguide 12A can be formed. Although the refractive index is high for both polarization components orthogonal to each other, there is also a condition that the guided mode is established only for a single polarization component.
このような方法に基づいて作製したLiNbO3結晶型の光導波路12Aは、屈折率が電界に比例して変化するポッケルス効果や、屈折率が電界の自乗に比例して変化するカー効果等の電気光学効果を有するため、かかる物理現象を利用して単一の偏波成分の光の変調を行うことができる。 The LiNbO 3 crystal type optical waveguide 12A produced based on such a method has electrical properties such as the Pockels effect in which the refractive index changes in proportion to the electric field and the Kerr effect in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field. Since it has an optical effect, the light of a single polarization component can be modulated by utilizing such a physical phenomenon.
バッファ層14は、光導波路12Aにおける単一の偏波成分の光の伝搬損失を抑えるべくこれを被覆するものである。ちなみに、このバッファ層14の膜厚をあまりに厚くし過ぎると、電界強度が下がり、変調効率が低下するため、単一の偏波成分の光の伝搬損失が大きくならない範囲においてなるべく膜厚を薄く設定するようにしてもよい。 The buffer layer 14 covers the optical waveguide 12A in order to suppress the propagation loss of light of a single polarization component. By the way, if the buffer layer 14 is made too thick, the electric field strength is lowered and the modulation efficiency is lowered. Therefore, the film thickness is set as thin as possible within a range in which the propagation loss of light of a single polarization component does not increase. You may do so.
電極83は、例えばTiやPt、Au等の金属材料からなり、発振器16から供給された周波数fmの変調信号を光導波路12Aに駆動入力することにより、光導波路12A内を伝搬する光に位相変調をかける。 The electrode 83 is made of, for example, a metal material such as Ti, Pt, or Au, and drives the modulation signal of the frequency f m supplied from the oscillator 16 into the optical waveguide 12A to phase the light propagating in the optical waveguide 12A. Apply modulation.
第1の保護材86並びに第2の保護材87は、それぞれ基板11の材質に対応する部材から構成される。第1の保護材86並びに第2の保護材87は、基板11と同一の材質から構成してもよい。また上記平面91を形成する第1の保護材86の端面86aと第1の端面84とが、互いに同一の結晶方位を有するように加工されていてもよく、同様に上記平面92を形成する第2の保護材87の端面87aと第2の端面85とが、互いに同一の結晶方位を有するように加工されていてもよい。 Each of the first protective material 86 and the second protective material 87 is composed of a member corresponding to the material of the substrate 11. The first protective material 86 and the second protective material 87 may be made of the same material as the substrate 11. Further, the end face 86a and the first end face 84 of the first protective material 86 forming the flat surface 91 may be processed so as to have the same crystal orientation, and similarly, the flat surface 92 forming the flat surface 92 may be formed. The end surface 87a of the second protective material 87 and the second end surface 85 may be processed so as to have the same crystal orientation.
入射側反射防止膜63は、第1の端面84並びに第1の保護材86の端面86aとの間で形成される光導波路12Aに対して垂直な平面91上に単層又は多層の蒸着膜として被着形成される。出射側反射防止膜64は、第2の端面85並びに第2の保護材87の端面87aとの間で形成される光導波路12Aに対して垂直な平面92上に単層又は多層の蒸着膜として被着形成される。これらの反射防止膜63,64は、低反射膜により構成されていてもよいし、無コートで構成することにより、低反射膜を被着したのと同等の効果が得られるようにしてもよい。 The incident-side antireflection film 63 is a single-layer or multi-layer vapor deposition film on a plane 91 perpendicular to the optical waveguide 12A formed between the first end face 84 and the end face 86a of the first protective material 86. Deposition is formed. The emission-side antireflection film 64 is a single-layer or multilayer vapor-deposition film on the plane 92 perpendicular to the optical waveguide 12A formed between the second end surface 85 and the end surface 87a of the second protective material 87. Deposition is formed. These antireflection films 63 and 64 may be made of a low reflection film, or may be made uncoated to obtain the same effect as when the low reflection film is applied. ..
終端抵抗18は、電極83の終端に取り付けられる抵抗器であり、終端における電気信号の反射を防止することにより、その波形の乱れを防ぐ。 The terminating resistor 18 is a resistor attached to the terminating end of the electrode 83, and prevents reflection of an electric signal at the terminating end to prevent the waveform from being disturbed.
次に、本発明を適用した光変調器8Aの作製方法につき図17を用いて説明をする。 Next, a method for manufacturing the optical modulator 8A to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
先ずステップS21において、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にフォトレジストのパターン13を作製する。 First, in step S21, a photoresist pattern 13 is formed on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal.
次にステップS22へ移行し、表面にフォトレジストのパターン13が作製されたLiNbO3結晶の基板11をプロトン交換液例えば安息香酸に浸漬した状態で加熱して、基板11の表面層部分のLiをH+に置換させるプロトン交換法によって、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路12Aを形成する。 Next, in step S22, the LiNbO 3 crystal substrate 11 having the photoresist pattern 13 formed on the surface is heated while being immersed in a proton exchange liquid such as benzoic acid to remove Li in the surface layer portion of the substrate 11. By the proton exchange method of substituting with H + , the optical waveguide 12A is formed as a region where the guided mode exists only for a single polarized component.
なお、このステップS21、S22の光導波路12Aの作製工程においては、プロトン交換法に限定されるものではなく、例えば、ステップS21において、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にフォトレジストのパターン13を作製し、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にTiを蒸着させ、このフォトレジストを除去することにより、ミクロンサイズの幅で構成されるTiの細線を作製して、次のステップS22において、このTiの細線が形成された基板11を加熱することにより、Ti原子を基板11中に熱拡散させて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路12Aを形成するTi拡散法にこれを代替してもよい。 The step of producing the optical waveguide 12A in steps S21 and S22 is not limited to the proton exchange method. For example, in step S21, the photoresist pattern 13 is formed on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal. Then, Ti is vapor-deposited on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal, and the photoresist is removed to produce a Ti fine line having a micron-sized width. By heating the substrate 11 on which the thin wire of Ti is formed, the Ti atoms are thermally diffused in the substrate 11 and the optical waveguide 12A is formed as a region where the waveguide mode exists only for a single polarization component. This may be replaced by the Ti diffusion method to be formed.
次にステップS23へ移行し、レジストパターン13を除去して基板11表面にバッファ層14としてのSiO2薄膜を蒸着させる。このステップS23では、SiO2ウェハを基板11表面に貼り付ける方法によりバッファ層14を形成させるようにしてもよい。かかる場合には、次のステップS24における電極の取り付け領域を考慮して、この蒸着させたバッファ層24を研磨することにより適当な膜厚に制御するようにしてもよい。 Next, in step S23, the resist pattern 13 is removed and a SiO 2 thin film as the buffer layer 14 is deposited on the surface of the substrate 11. In this step S23, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching a SiO 2 wafer to the surface of the substrate 11. In such a case, in consideration of the electrode attachment area in the next step S24, the vapor-deposited buffer layer 24 may be polished so as to be controlled to have an appropriate film thickness.
次にステップS24へ移行し、バッファ層14上に電極83を形成させる。 Next, in step S24, the electrode 83 is formed on the buffer layer 14.
次にステップS25へ移行し、光導波路12Aの上部において保護材86,87を接着する。この保護材86,87の接着方法については、接着剤で貼り付けるようにしてもよいし、他の手法に基づいて直接的に接合するようにしてもよい。この保護材86,87は、基板11をLiNbO3結晶で構成した場合には、同一材質としてのLiNbO3により構成してもよい。このステップS25においては、貼り付けた保護材86,87につき、それぞれ端面86a,87aが第1の端面84,第2の端面85との間で、それぞれ平面91,92を形成することができるように、切り揃える。 Next, in step S25, the protective materials 86 and 87 are adhered to the upper portion of the optical waveguide 12A. Regarding the method of adhering the protective members 86 and 87, they may be attached by an adhesive, or they may be directly joined based on another method. When the substrate 11 is made of LiNbO 3 crystal, the protective materials 86 and 87 may be made of the same material, LiNbO 3 . In this step S25, it is possible to form flat surfaces 91 and 92 between the end surfaces 86a and 87a of the attached protective materials 86 and 87 and the first end surface 84 and the second end surface 85, respectively. And cut them into pieces.
最後にステップS26へ移行し、この得られた平面91,92を光導波路12Aに対して垂直な平面に研磨する。そしてこの研磨された光導波路12Aに対して垂直な平面91,92上に入射側反射防止膜63、出射側反射防止膜64をそれぞれ一面に亘って形成させる。 Finally, in step S26, the obtained flat surfaces 91 and 92 are polished into flat surfaces perpendicular to the optical waveguide 12A. Then, an incident-side antireflection film 63 and an outgoing-side antireflection film 64 are formed over the respective planes 91 and 92 perpendicular to the polished optical waveguide 12A.
このように、本発明を適用した光変調器8Aでは、各端部において保護材86,87を貼り付けて構成するため、従来において、端面最上部の角に位置していた光導波路12Aの端面が平面91(92)の略中央部に移動する。その結果、ステップS26における研磨時において平面91(92)の角が欠けた場合においても、光導波路12Aの端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路12Aの端面そのものが欠けにくくなる構成とすることが可能となる。これにより、光導波路12Aの各端面からの光損失を極力抑えることが可能となる。 As described above, in the optical modulator 8A to which the present invention is applied, since the protective materials 86 and 87 are attached at the respective end portions, the end surface of the optical waveguide 12A that is conventionally located at the uppermost corner of the end surface is formed. Moves to approximately the center of the plane 91 (92). As a result, even when the corner of the flat surface 91 (92) is chipped during the polishing in step S26, the end face of the optical waveguide 12A is not chipped. That is, it becomes possible to make the end surface itself of the optical waveguide 12A less likely to be chipped. This makes it possible to suppress the optical loss from each end face of the optical waveguide 12A as much as possible.
また、保護材86,87の材質を基板11の材質に対応する最適な材質で構成することにより、ステップS26における研磨速度を基板11における第1の端面84,第2の端面85から端面86a,87aにかけて均一にすることができる。これにより、光導波路12Aの端面が加工時に丸くなることがなくなり、平坦な研磨面からなる平面91,92を得ることができ、光導波路12Aの端面における反射損失を最小限に抑えることが可能となる。また、各平面91,92を構成する端面の結晶方位を同一にすることにより、反射損失を更に抑え込むことも可能となる。 Further, by configuring the material of the protective materials 86, 87 with an optimum material corresponding to the material of the substrate 11, the polishing rate in step S26 can be adjusted from the first end face 84, the second end face 85 to the end face 86a of the substrate 11. It is possible to make it uniform over 87a. As a result, the end face of the optical waveguide 12A does not become round during processing, flat surfaces 91 and 92 made of flat polished surfaces can be obtained, and reflection loss at the end face of the optical waveguide 12A can be minimized. Become. Further, the reflection loss can be further suppressed by making the crystal orientations of the end faces forming the planes 91 and 92 the same.
さらに、この保護材86,87をあえて設けることにより、ステップS26における研磨の精度が向上し、得られる平面91(92)の光導波路12Aに対する垂直性も向上する。その結果、かかる垂直性の逸脱による光損失も最小限に抑えることが可能となる。 Further, by intentionally providing the protective materials 86 and 87, the accuracy of polishing in step S26 is improved, and the perpendicularity of the obtained flat surface 91 (92) to the optical waveguide 12A is also improved. As a result, it is possible to minimize the light loss due to the deviation of the verticality.
また、入射側反射防止膜63、出射側反射防止膜64は、基板11における第1の端面84,第2の端面85から端面86a,87aにかけて広範囲に亘って形成されているため、非常に安定であり、剥がれにくく、さらに成膜の再現性をも向上させることが可能となる。 Further, since the incident side antireflection film 63 and the emission side antireflection film 64 are formed over a wide range from the first end face 84, the second end face 85 to the end faces 86a, 87a of the substrate 11, they are very stable. Therefore, peeling is difficult, and the reproducibility of film formation can be improved.
実際に、保護材86,87を設けたことによる効果を実験的に検証すべく、保護材86,87を貼り付けた後の平面91(92)の研磨を行ったところ、光導波路12Aの端面部分における欠けや曲がりは一切発生せず、単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射防止膜63,出射反射防止膜64の被着に適した、平坦な光学研磨が施されていることを確認することができた。 Actually, in order to experimentally verify the effect of providing the protective materials 86 and 87, the flat surface 91 (92) after the protective materials 86 and 87 were attached was polished, and the end face of the optical waveguide 12A was polished. No chipping or bending occurs at any part, and flat optical polishing suitable for deposition of the incident side antireflection film 63 and the emission antireflection film 64 made of a single-layer or multilayer vapor deposition film is performed. I was able to confirm.
特に第1の保護材86並びに第2の保護材87を、基板11と同一の材質から構成し、また平面91,92を形成する保護材86,87の端面86a,87aと第1の端面84,第2の端面85とが、互いに同一の結晶方位を有するように加工することにより、結晶の硬度が両者間で同一となるため、研磨速度の違いにより平面91,92が傾くこともなくなる。 Particularly, the first protective material 86 and the second protective material 87 are made of the same material as the substrate 11, and the end surfaces 86a, 87a and the first end surface 84 of the protective materials 86, 87 forming the flat surfaces 91, 92 are formed. By processing so that the second end surface 85 and the second end surface 85 have the same crystal orientation, the hardness of the crystal becomes the same between the two, so that the planes 91 and 92 do not tilt due to the difference in polishing rate.
このような構成の光変調器8Aでは、入射側反射防止膜63を介して入射され光導波路12Aを伝搬される単一の偏波成分のみ光が、発振器16から供給された周波数fmの変調信号により位相変調されて、出射側反射防止膜64を介して出射される。しかも、本発明を適用した光変調器8Aでは、各端部において保護材86,87を貼り付けることにより、光導波路12Aの端面を平面91(92)の略中央部に移動させることができるため、光導波路12Aの端面の欠けや丸まり、光導波路12Aと平面91,92間の垂直性の確保、平面91,92における研磨精度の向上が可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。 In the optical modulator 8A having such a configuration, light of only a single polarization component that is incident through the incident-side antireflection film 63 and propagates in the optical waveguide 12A is modulated at the frequency f m supplied from the oscillator 16. The signal is phase-modulated by the signal and emitted through the emission-side antireflection film 64. Moreover, in the optical modulator 8A to which the present invention is applied, the end face of the optical waveguide 12A can be moved to the substantially central portion of the flat surface 91 (92) by attaching the protective material 86, 87 at each end portion. The chipping or rounding of the end surface of the optical waveguide 12A, the perpendicularity between the optical waveguide 12A and the planes 91, 92 can be secured, and the polishing accuracy on the planes 91, 92 can be improved, and the yield can be improved.
ここで、入射された光の単一の偏波成分のみが伝搬されるプロトン交換法により作製された単一偏光型光導波路と、入射された光の直交する偏波成分のみ両方が伝搬されるTi拡散法により作製された直交偏光型光導波路について、図18、図19、図20に示すように、幅W1=1.9[mm]、長さL1=27.4[mm]、厚みT1=0.5[mm]のLiNbO3結晶基板11に3本の光導波路112A,112B、112Cを形成し、光導波路112A,112B、112Cの上部に幅W2=1.9[mm]、長さL2=1.5[mm]、厚みT2=0.5[mm]の保護材86,87を接着して、保護材86,87の端面とLiNbO3結晶基板11の端面を研磨することにより、3本の光導波路112A,112B、112Cの入射面と出射面を平面に仕上げたLiNbO3結晶基板ブロックとして、それぞれ3本の光導波路112A,112B、112Cの光路幅W3が6.0[μm]、6.3[μm]、6.6[μm]、6.9[μm]、7.2[μm]、7.5[μm]の6種類のサンプルを10個作製して、3本の光導波路112A,112B、112Cの入射面A1、B1、C1と出射面A2、B2、C2における反射率を測定し、各サンプルのフィネスと透過率を求めたところ、次のような結果が得られた。 Here, only a single polarization type optical waveguide made by the proton exchange method in which only a single polarization component of the incident light is propagated and only orthogonal polarization components of the incident light are propagated Regarding the orthogonal polarization type optical waveguide manufactured by the Ti diffusion method, as shown in FIGS. 18, 19, and 20, width W 1 =1.9 [mm], length L 1 =27.4 [mm], Three optical waveguides 112A, 112B and 112C are formed on a LiNbO 3 crystal substrate 11 having a thickness T 1 =0.5 [mm], and a width W 2 is 1.9 [mm] above the optical waveguides 112A, 112B and 112C. ], the length L 2 =1.5 [mm], and the thickness T 2 =0.5 [mm], the protective materials 86 and 87 are adhered to each other, and the end surfaces of the protective materials 86 and 87 and the end surface of the LiNbO 3 crystal substrate 11 are bonded. By polishing the three optical waveguides 112A, 112B, and 112C into a flat LiNbO 3 crystal substrate block, the optical path width W3 of the three optical waveguides 112A, 112B, and 112C is reduced. 10 samples of 6 kinds of 6.0 [μm], 6.3 [μm], 6.6 [μm], 6.9 [μm], 7.2 [μm], 7.5 [μm] Then, the reflectances on the incident surfaces A 1 , B 1 , C 1 and the emission surfaces A 2 , B 2 , C 2 of the three optical waveguides 112A, 112B, 112C are measured, and the finesse and the transmittance of each sample are measured. When asked, the following results were obtained.
すなわち、直交偏光型光導波路のフィネスは、30〜45程度であったのに対し、単一偏光型光導波路では、50〜65程度のフィネスが得られる。また、直交偏光型光導波路の透過率は、12.5〜25[%]程度であったのに対し、単一偏光型光導波路では、20〜32.5[%]程度の透過率が得られている。 That is, the finesse of the orthogonal polarization type optical waveguide is about 30 to 45, whereas the finesse of the single polarization type optical waveguide is about 50 to 65. Further, the transmittance of the orthogonal polarization type optical waveguide was about 12.5 to 25[%], whereas the transmittance of about 20 to 32.5[%] was obtained with the single polarization type optical waveguide. Has been.
なお、この光変調器8Aは、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路12Aの一の端部につき高反射膜としての出射側反射膜94を設け、他の端部につき反射防止膜63を設けることにより、上記光変調器8と同様に、上述した図7a,図7b,図7cに示した構成のいわゆる往復変調型の光変調器として動作させることもできる。 In this optical modulator 8A, the output side reflection film as a high reflection film is formed at one end of the optical waveguide 12A formed as a region where a waveguide mode exists only for a single polarization component. By providing 94 and the antireflection film 63 at the other end, a so-called reciprocal modulation type optical modulator having the configuration shown in FIG. 7a, FIG. 7b, and FIG. 7c described above is provided, like the optical modulator 8. It can also be operated as.
また、上記光変調器8Aは、上記ステップS26において、平面91,92を互いに平行に研磨し、この研磨された平面91,92上に、上記入射側反射防止膜63と出射側反射防止膜64に替えて、入射側反射膜93と出射側反射膜94を、それぞれ一面に亘って形成させることにより、光コム発生器1Aとして機能する。 Further, in the step S26, the optical modulator 8A polishes the flat surfaces 91 and 92 in parallel with each other, and the incident-side antireflection film 63 and the exit-side antireflection film 64 are polished on the polished flat surfaces 91 and 92. In place of the above, the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are formed over one surface, respectively, to function as the optical comb generator 1A.
すなわち、光コム発生器1Aにおいて、入射側反射膜93及び出射側反射膜94は、光導波路12Aに入射した光を共振させるために互いに平行となるように設けられたものであり、光導波路12Aを通過する光を往復反射させることにより共振させる光共振器5を構成する。 That is, in the optical comb generator 1A, the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94 are provided so as to be parallel to each other in order to resonate the light incident on the optical waveguide 12A. The optical resonator 5 is configured to resonate the light passing therethrough to resonate.
第1の端面84並びに第2の端面85を光導波路12Aに対して略垂直に形成させることにより、これに被着される単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93並びに出射側反射膜94により単一の偏波成分の光を効率よく共振させることができる。 By forming the first end face 84 and the second end face 85 substantially perpendicular to the optical waveguide 12A, the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film formed of a single-layer or multi-layer vapor deposition film attached to the optical waveguide 12A are formed. The film 94 can efficiently resonate light of a single polarized component.
上述の如き構成からなる光コム発生器1Aにおいて、入射側反射膜93を介して外部から入射された光は、単一の偏波成分の光が光導波路12A内を往路方向へ伝搬し出射側反射膜94により反射されるとともに一部外部へ透過する。この出射側反射膜94を反射した単一の偏波成分の光は光導波路12A内を復路方向へ伝搬して入射側反射膜93により反射される。これが繰り返されることにより、単一の偏波成分の光で光導波路12A内を共振することになる。 In the optical comb generator 1A having the above-described configuration, the light incident from the outside through the incident-side reflection film 93 has a single polarized light component propagating in the optical waveguide 12A in the outward direction and is emitted from the emitting side. The light is reflected by the reflection film 94 and partially transmitted to the outside. The light of the single polarization component reflected by the emission side reflection film 94 propagates in the optical waveguide 12A in the backward direction and is reflected by the incidence side reflection film 93. By repeating this, light having a single polarization component resonates in the optical waveguide 12A.
また、単一の偏波成分の光が光導波路12A内を往復する時間に同期した電気信号を電極83を介して駆動入力とすることにより、単一の偏波成分の光がこの光変調器8A内を1回だけ通過する場合と比較して、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。また入射される光の周波数ν1を中心として、数百本ものサイドバンドを広帯域にわたり生成することができる。ちなみに、この生成される各サイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数fmと同等である。したがって、光変調器8Aは、入射側反射防止膜63及び出射側反射防止膜64を入射側反射膜93及び出射側反射膜94に置き換えることにより、多数のサイドバンドにより構成される単一の偏波成分の光コムを発生する光コム発生器1Aとして機能する。 Further, by inputting the electric signal synchronized with the time when the light of the single polarization component makes a round trip in the optical waveguide 12A as a drive input through the electrode 83, the light of the single polarization component becomes the optical modulator. It is possible to perform deep phase modulation of several tens of times or more as compared with the case of passing through the inside of 8A only once. In addition, hundreds of sidebands can be generated over a wide band around the frequency ν 1 of the incident light. By the way, the frequency intervals of the generated sidebands are all equal to the frequency f m of the input electric signal. Therefore, in the optical modulator 8A, the incident-side antireflection film 63 and the emission-side antireflection film 64 are replaced with the incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94, so that a single polarized light having a plurality of sidebands is formed. It functions as an optical comb generator 1A that generates an optical comb of wave components.
すなわち、光コム発生器1Aは、共振手段を構成する入射側反射膜93から出射側反射膜94にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板11にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路12Aを備えているので、入射側反射膜93を介して入射された光の単一の偏波成分のみが、光導波路12Aを伝搬されて、出射側反射膜94を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として光コムを発生することができる。 That is, the optical comb generator 1A has only a single polarization component on the substrate 11 having at least the electro-optical effect so as to penetrate from the incident side reflection film 93 to the emission side reflection film 94 which form the resonance means. Since the optical waveguide 12A formed as a region where the waveguide mode exists is provided, only a single polarization component of the light incident through the incident side reflection film 93 is propagated through the optical waveguide 12A. As a result, an optical comb can be generated as an optical modulation output of only a single polarization component via the emitting side reflection film 94.
ここで、本発明に係る光変調器8,8A,51において、変調信号が供給される光導波路12Aの上面に設けられた電極83は、例えば図21に示すような構成の導波路型光変調器8B(光コム発生器1B)のように、リッジ構造を有するものとすることによって、光変調効率をさらに向上させることができる。 Here, in the optical modulators 8, 8A, and 51 according to the present invention, the electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12A to which the modulation signal is supplied is, for example, a waveguide type optical modulation having a configuration as shown in FIG. By having a ridge structure like the device 8B (optical comb generator 1B), the optical modulation efficiency can be further improved.
この導波路型光変調器8B(光コム発生器1B)は、図15,16に示した導波路型光変調器8A(光コム発生器1A)における電極83をリッジ構造を有するものにしたものであって、上述した光変調器8A(光コム発生器1A)と同一の構成要素については、図15,16における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 In this waveguide type optical modulator 8B (optical comb generator 1B), the electrode 83 in the waveguide type optical modulator 8A (optical comb generator 1A) shown in FIGS. 15 and 16 has a ridge structure. For the same components as those of the optical modulator 8A (optical comb generator 1A) described above, the description in FIGS. 15 and 16 is cited, and the description thereof is omitted here.
この導波路型光変調器8B(光コム発生器1B)において、基板11は、例えば引き上げ法により育成された3〜4インチ径のLiNbO3やGaAs等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板11上には、機械研磨や化学研磨等の処理を施されることにより、リッジ構造を有する電極83Aを形成するための凸条部20が設けられる。 In this waveguide type optical modulator 8B (optical comb generator 1B), the substrate 11 is obtained by cutting a large crystal such as LiNbO 3 or GaAs having a diameter of 3 to 4 inches grown by a pulling method into a wafer. is there. The ridges 20 for forming the electrodes 83A having a ridge structure are provided on the cut-out substrate 11 by subjecting it to mechanical polishing, chemical polishing, or the like.
光導波路12Aは、プロトン交換法やTi拡散法により、入射端から出射端にかけて貫通するように形成され、単一の偏波成分の光を伝搬させるべく単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成として形成されている。 The optical waveguide 12A is formed so as to penetrate from the entrance end to the exit end by the proton exchange method or the Ti diffusion method, and guides only the single polarization component in order to propagate the light of the single polarization component. Formed as a region where wave modes are present.
この光導波路12Aを構成する層の屈折率は、基板11等の他層よりも単一の偏波成分に対してのみ屈折率が高く設定されている。光導波路12Aに入射した光は、単一の偏波成分のみが光導波路12Aの境界面で全反射しながら伝搬する。 The refractive index of the layer forming the optical waveguide 12A is set higher than that of other layers such as the substrate 11 only for a single polarized component. In the light incident on the optical waveguide 12A, only a single polarization component propagates while being totally reflected at the boundary surface of the optical waveguide 12A.
このような方法に基づいて作製したLiNbO3結晶型の光導波路12Aは、屈折率が電界に比例して変化するポッケルス効果や、屈折率が電界の自乗に比例して変化するカー効果等の電気光学効果を有するため、かかる物理現象を利用して単一の偏波成分の光の変調を行うことができる。 The LiNbO 3 crystal type optical waveguide 12A produced based on such a method has electrical properties such as the Pockels effect in which the refractive index changes in proportion to the electric field and the Kerr effect in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field. Since it has an optical effect, the light of a single polarization component can be modulated by utilizing such a physical phenomenon.
リッジ構造を有する電極83Aは、凸条部20上に形成された主電極を有し、例えばTiやPt、Au等の金属材料からなる。凸条部20上に主電極が形成されたリッジ構造を有する電極83Aは、発振器16から供給された周波数fmの変調信号を光導波路12Aに駆動入力とすることにより、光導波路12A内を伝搬する光に位相変調をかける。 The electrode 83A having a ridge structure has a main electrode formed on the ridge portion 20, and is made of a metal material such as Ti, Pt, or Au. The electrode 83A having a ridge structure in which the main electrode is formed on the ridge portion 20 propagates in the optical waveguide 12A by inputting the modulation signal of the frequency f m supplied from the oscillator 16 to the optical waveguide 12A as a driving input. Phase modulation is applied to the light.
このような構造の導波路型光変調器8B(光コム発生器1B)の作製方法について、図22を用いて説明をする。 A method of manufacturing the waveguide type optical modulator 8B (optical comb generator 1B) having such a structure will be described with reference to FIG.
すなわち、先ずステップS31において、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にフォトレジストのパターン13を作製する。 That is, first, in step S31, a photoresist pattern 13 is formed on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal.
次にステップS32へ移行し、表面にフォトレジストのパターン13が作製されたLiNbO3結晶の基板11をプロトン交換液例えば安息香酸に浸漬した状態で加熱して、基板11の表面層部分のLiをH+に置換させるプロトン交換法によって、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路12Aを形成する。 Next, in step S32, the LiNbO3 crystal substrate 11 having the photoresist pattern 13 formed on the surface is heated while being immersed in a proton exchange liquid such as benzoic acid, and Li in the surface layer portion of the substrate 11 is changed to H. By the proton exchange method of substituting with + , the optical waveguide 12A is formed as a region where the guided mode exists only for a single polarized component.
なお、このステップS31、S32の光導波路12Aの作製工程においては、プロトン交換法に限定されるものではなく、例えば、ステップS31において、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にフォトレジストのパターン13を作製し、LiNbO3結晶からなる基板11の表面にTiを蒸着させ、このフォトレジストを除去することにより、ミクロンサイズの幅で構成されるTiの細線を作製して、次のステップS32において、このTiの細線が形成された基板11を加熱することにより、Ti原子を基板11中に熱拡散させて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路12Aを形成するTi拡散法にこれを代替してもよい。 The step of forming the optical waveguide 12A in steps S31 and S32 is not limited to the proton exchange method. For example, in step S31, the photoresist pattern 13 is formed on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal. Then, Ti is vapor-deposited on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal, and the photoresist is removed to produce a Ti fine line having a width of a micron size. By heating the substrate 11 on which the thin wire of Ti is formed, the Ti atoms are thermally diffused in the substrate 11 and the optical waveguide 12A is formed as a region where the waveguide mode exists only for a single polarization component. This may be replaced by the Ti diffusion method to be formed.
次にステップS33へ移行し、光導波路12Aが形成された基板11のレジストパターン13を除去し、さらに、機械研磨や化学研磨等の処理により、図23に示すように、リッジ構造を有する電極83Aを形成するための凸条部20が設けられる。 Next, the process proceeds to step S33, the resist pattern 13 of the substrate 11 on which the optical waveguide 12A is formed is removed, and the electrode 83A having a ridge structure is formed by a process such as mechanical polishing or chemical polishing as shown in FIG. A ridge portion 20 for forming the ridge is provided.
次にステップS34へ移行し、バッファ層14としてのSiO2薄膜を基板11表面に蒸着させる。このステップS34では、SiO2ウェハを基板11表面に貼り付ける方法によりバッファ層14を形成させるようにしてもよい。かかる場合には、後述するステップS35における電極の取り付け領域を考慮して、この蒸着させたバッファ層14を研磨することにより適当な膜厚に制御するようにしてもよい。 Next, in step S34, a SiO 2 thin film as the buffer layer 14 is deposited on the surface of the substrate 11. In this step S34, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching a SiO 2 wafer to the surface of the substrate 11. In this case, the vapor deposition buffer layer 14 may be polished to control the film thickness to an appropriate thickness in consideration of the electrode attachment region in step S35 described later.
次にステップS35へ移行し、図24の要部縦断面に示すように、基板11のバッファ層14上にリッジ構造を有する電極83Aを形成させる。 Next, the process proceeds to step S35, and an electrode 83A having a ridge structure is formed on the buffer layer 14 of the substrate 11 as shown in the vertical cross section of the main part of FIG.
次にステップS36へ移行し、光導波路12Aの上部において保護材86,87を接着する。この保護材86,87の接着方法については、接着剤で貼り付けるようにしてもよいし、他の手法に基づいて直接的に接合するようにしてもよい。この保護材86,87は、基板11をLiNbO3結晶で構成した場合には、同一材質としてのLiNbO3により構成してもよい。このステップS36においては、貼り付けた保護材86,87につき、それぞれ端面86a,87aが第1の端面84,第2の端面85との間で、それぞれ平面91,92を形成することができるように、切り揃える。 Next, in step S36, the protective materials 86 and 87 are adhered to the upper portion of the optical waveguide 12A. Regarding the method of adhering the protective members 86 and 87, they may be attached by an adhesive, or they may be directly joined based on another method. When the substrate 11 is made of LiNbO 3 crystal, the protective materials 86 and 87 may be made of the same material, LiNbO 3 . In this step S36, it is possible to form flat surfaces 91 and 92 between the end surfaces 86a and 87a of the attached protective materials 86 and 87 and the first end surface 84 and the second end surface 85, respectively. And cut them into pieces.
本発明を適用した光変調器8Bでは、最後のステップS37において、この得られた平面91,92を光導波路12Aに対して垂直な平面に研磨して、この研磨された平面91,92上に入射側反射防止膜63、出射側反射防止膜64をそれぞれ一面に亘って形成させる。 In the optical modulator 8B to which the present invention is applied, in the final step S37, the obtained planes 91 and 92 are polished into a plane perpendicular to the optical waveguide 12A, and the polished planes 91 and 92 are placed on the polished planes 91 and 92. The entrance-side antireflection film 63 and the exit-side antireflection film 64 are formed over the respective surfaces.
また、本発明を適用した光コム発生器1Bでは、上記ステップS37において、平面91,92を互いに平行に研磨し、この研磨された光導波路12Aに対して垂直な平面91,92上に、上記入射側反射防止膜63と出射側反射防止膜64に替えて、入射側反射膜93と出射側反射膜94を、それぞれ一面に亘って形成させる。 Further, in the optical comb generator 1B to which the present invention is applied, in the above step S37, the flat surfaces 91 and 92 are polished parallel to each other, and the flat surfaces 91 and 92 perpendicular to the polished optical waveguide 12A are Instead of the incident-side antireflection film 63 and the emission-side antireflection film 64, an incident-side reflection film 93 and an emission-side reflection film 94 are formed over one surface.
このような構成の光変調器8B、光コム発生器1Bでは、入射端から入射され光導波路12Aを伝搬される単一の偏波成分のみ光に対して、リッジ構造を有する電極83Aに発振器16から供給された周波数fmの変調信号により、効率よく位相変調をかけることができる。 In the optical modulator 8B and the optical comb generator 1B having such a configuration, the oscillator 16 is provided in the electrode 83A having the ridge structure for only the light of the single polarization component which is incident from the incident end and propagates in the optical waveguide 12A. The phase modulation can be efficiently applied by the modulation signal of the frequency f m supplied from
しかも、本発明を適用した光変調器8B、光コム発生器1Bでは、各端部において保護材86,87を貼り付けることにより、光導波路12Aの端面を平面91(92)の略中央部に移動させることができるため、光導波路12Aの端面の欠けや丸まり、光導波路12Aと平面91,92間の垂直性の確保、平面91,92における研磨精度の向上が可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。 In addition, in the optical modulator 8B and the optical comb generator 1B to which the present invention is applied, the end faces of the optical waveguide 12A are made substantially central in the plane 91 (92) by attaching the protective materials 86 and 87 at each end. Since it can be moved, chipping or rounding of the end surface of the optical waveguide 12A, verticality between the optical waveguide 12A and the flat surfaces 91, 92 can be secured, and polishing accuracy on the flat surfaces 91, 92 can be improved, thereby improving the yield. Will also be possible.
また、光コム発生器1Bでは、入射側反射膜93を介して外部から入射された光は光導波路12A内を往路方向へ単一の偏波成分のみが伝搬し出射側反射膜94により反射されるとともに一部外部へ透過する。この出射側反射膜94を反射した単一の偏波成分の光は光導波路12A内を復路方向へ伝搬して入射側反射膜93により反射される。これが繰り返されることにより、単一の偏波成分の光が光導波路12A内を共振することになる。 Further, in the optical comb generator 1B, only a single polarization component of the light incident from the outside via the incident side reflection film 93 propagates in the optical waveguide 12A in the outward direction and is reflected by the emission side reflection film 94. And partly penetrates to the outside. The light of the single polarization component reflected by the emission side reflection film 94 propagates in the optical waveguide 12A in the backward direction and is reflected by the incidence side reflection film 93. By repeating this, the light of the single polarization component resonates in the optical waveguide 12A.
また、単一の偏波成分の光が光導波路12A内を往復する時間に同期した電気信号を電極83Aを介して駆動入力とすることにより、単一の偏波成分の光がこの光変調器8B内を1回だけ通過する場合と比較して、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。また入射される光の周波数ν1を中心として、数百本ものサイドバンドを広帯域にわたり生成することができる。ちなみに、この生成される各サイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数fmと同等である。したがって、光変調器8Bは、多数のサイドバンドにより構成される単一の偏波成分の光コムを発生する光コム発生器1Bとして機能する。 Further, by inputting the electric signal synchronized with the time when the light of the single polarization component travels back and forth in the optical waveguide 12A as a drive input through the electrode 83A, the light of the single polarization component becomes the optical modulator. It is possible to perform deep phase modulation several tens of times or more as compared with the case where the signal passes through 8B only once. In addition, hundreds of sidebands can be generated over a wide band around the frequency ν 1 of the incident light. By the way, the frequency intervals of the generated sidebands are all equal to the frequency f m of the input electric signal. Therefore, the optical modulator 8B functions as an optical comb generator 1B that generates an optical comb of a single polarization component formed by a number of sidebands.
このように、本発明を適用した光コム発生器1Bでは、共振手段を構成する入射側反射膜93から出射側反射膜94にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路12Aを備えているので、入射側反射膜93を介して入射された光の単一の偏波成分のみが、光導波路12Aを伝搬されて、出射側反射膜94を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として光コムを発生することができ、また、各端部において保護材86,87を貼り付けて構成するため、従来において、端面最上部の角に位置していた光導波路12Aの端面が平面91(92)の略中央部に移動する。その結果、ステップS37における研磨時において平面91(92)の角が欠けた場合においても、光導波路12Aの端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路12Aの端面そのものが欠けにくくなる構成とすることが可能となる。これにより、光導波路12Aの各端面からの光損失を極力抑えることが可能となる。 As described above, in the optical comb generator 1B to which the present invention is applied, a single polarization is formed on a substrate having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident side reflection film 93 forming the resonance means to the emission side reflection film 94. Since the optical waveguide 12A formed as the region in which the guided mode exists only for the wave component is provided, only a single polarization component of the light incident through the incident side reflection film 93 is generated. After being propagated through the optical waveguide 12A, an optical comb can be generated as an optical modulation output of only a single polarization component via the emission side reflection film 94, and the protective material 86, 87 is attached at each end. Since it is attached, the end face of the optical waveguide 12A, which has been positioned at the uppermost corner of the end face in the past, moves to the substantially central portion of the flat surface 91 (92). As a result, even when the corner of the flat surface 91 (92) is chipped during the polishing in step S37, the end face of the optical waveguide 12A is not chipped. That is, it becomes possible to make the end surface itself of the optical waveguide 12A less likely to be chipped. This makes it possible to suppress the optical loss from each end face of the optical waveguide 12A as much as possible.
しかも、この光変調器8Bは、図24の要部縦断面に示すように、基板11のバッファ層14上に形成されたリッジ構造を有する電極83Aを備えているので、さらに、変調効率を向上させることができる。 Moreover, since the optical modulator 8B is provided with the electrode 83A having the ridge structure formed on the buffer layer 14 of the substrate 11, as shown in the longitudinal cross section of the main part of FIG. 24, the modulation efficiency is further improved. Can be made.
ここで、この光変調器8Bにおいて、基板11のバッファ層14上に形成されたリッジ構造を有する電極83Aのリッジ幅RWを10、12、14、16、及び18[μm]、リッジ溝の平均深さAVD(Average depths)を3.3、2.96、4.79、及び4.72[μm]とした光変調器8Aの試料を作成して、25GHzにおける駆動電圧(AC Vpi)と直流駆動電圧(DC Vpi)を実測して結果を図25、図26に示す。Vpiは位相をπラジアン変調するために必要な電圧である。 Here, in this optical modulator 8B, the ridge width RW of the electrode 83A having the ridge structure formed on the buffer layer 14 of the substrate 11 is 10, 12, 14, 16, and 18 [μm], and the average of the ridge grooves is A sample of the optical modulator 8A having depths of AVD (Average depths) of 3.3, 2.96, 4.79, and 4.72 [μm] was prepared, and the drive voltage (AC Vpi) at 25 GHz and the direct current were measured. The drive voltage (DC Vpi) was measured and the results are shown in FIGS. 25 and 26. Vpi is the voltage required to modulate the phase by π radians.
すなわち、リッジ構造を有さない電極構造の従来の光変調器では、25GHzにおける駆動電圧(AC Vpi)が8〜10V程度で、直流駆動電圧(DC Vpi)は、6〜6.5V程度であったのに対し、リッジ構造を有する電極83Aを備える光変調器8Bでは、25GHzにおける駆動電圧(AC Vpi)が3.5〜7.5V程度で、直流駆動電圧(DC Vpi)は、5〜6V程度になっている。 That is, in the conventional optical modulator having an electrode structure having no ridge structure, the drive voltage (AC Vpi) at 25 GHz is about 8 to 10 V, and the DC drive voltage (DC Vpi) is about 6 to 6.5 V. On the other hand, in the optical modulator 8B including the electrode 83A having the ridge structure, the drive voltage (AC Vpi) at 25 GHz is about 3.5 to 7.5 V, and the DC drive voltage (DC Vpi) is 5 to 6 V. It has become a degree.
このようにリッジ構造を設けることにより、25GHzにおける駆動電圧(AC Vpi)は、リッジ構造の無い場合と比較して平均的な電圧が元の約70%に低下しており、電力ではおよそ50%の低下に相当する。また、直流駆動電圧(DC Vpi)は、リッジ構造の無い場合と比較して平均的な電圧が元の約80%に低下しており、電力ではおよそ50%の低下に相当する。 By providing the ridge structure in this way, the driving voltage (AC Vpi) at 25 GHz is reduced to about 70% of the original average voltage as compared with the case without the ridge structure, and the power is about 50%. Equivalent to a decrease in Further, the DC drive voltage (DC Vpi) has an average voltage reduced to about 80% of the original voltage as compared with the case without the ridge structure, which corresponds to a reduction of about 50% in electric power.
すなわち、この光変調器8B、光コム発生器1Bでは、光導波路12Aの基板11と同じ硬さを持つ部材から構成され、上記部材における少なくとも一の端面が上記光導波路12Aにおける光入射端又は光出射端を含む上記基板11の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路12Aの上部に配設される第1の保護材86並びに第2の保護材87を備え、上記部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより形成される光導波路12Aに対して垂直な平面に入射側反射防止膜63又は入射側反射膜93及び出射側反射防止膜64又は出射側反射膜94がそれぞれ単層又は多層の蒸着膜として被着されているので、光導波路端面に欠けが発生することを防ぐとともに、高反射膜取り付けの安定化を図り、入射側反射膜93及び出射側反射膜94より構成される光共振器5のフィネスを向上させることができ、しかも、リッジ構造を有する電極83Aを備えることにより駆動電力を低減することができる。 That is, the optical modulator 8B and the optical comb generator 1B are composed of a member having the same hardness as the substrate 11 of the optical waveguide 12A, and at least one end face of the member is a light incident end or a light in the optical waveguide 12A. A first protective material 86 and a second protective material 87, which are arranged on the optical waveguide 12A so as to form the same plane as the end surface of the substrate 11 including the emission end, are provided. The incident-side antireflection film 63 or the incident-side reflection film 93 and the emission-side antireflection film 64 or the emission-side reflection film 94 are respectively formed on a plane perpendicular to the optical waveguide 12A formed by polishing the end face of the substrate. Since it is deposited as a layer or a multi-layered vapor deposition film, it is possible to prevent the occurrence of chipping on the end face of the optical waveguide, to stabilize the attachment of the high reflection film, and to configure the incident side reflection film 93 and the emission side reflection film 94. The finesse of the optical resonator 5 can be improved, and the driving power can be reduced by providing the electrode 83A having the ridge structure.
したがって、上述の如き構成の光変調器8A、8B、光変調器51は、光導波路12Aを上面から形成させるための基板11と同じ硬さを持つ部材86,87を、少なくともその一の端面が上記光導波路12Aにおける光入射端又は光出射端を含む上記基板11の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路12Aの上部に配設し、上記部材86,87の端面と上記基板11の端面を研磨することにより形成された上記光導波路12Aに対して垂直な平面上に共振手段を構成する単層又は多層の蒸着膜からなる入射側反射膜93並びに出射側反射膜94を被着させるので、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜につき端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることができ、反射膜の反射率や光共振器のフィネスを向上させ、デバイスそのものの機能を高めることができ、共振手段を構成する入射側反射膜93から出射側反射膜94にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板11にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路12Aを備えることにより、入射側反射膜93を介して入射された光の単一の偏波成分のみが、光導波路12Aを伝搬されて、出射側反射膜94を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として安定した光コムを発生することができる光コムを発生器1、1Aとして機能する。 Therefore, in the optical modulators 8A, 8B and the optical modulator 51 having the above-described configurations, the members 86, 87 having the same hardness as that of the substrate 11 for forming the optical waveguide 12A from the upper surface have at least one end surface thereof. The optical waveguide 12A is disposed above the optical waveguide 12A so as to form the same plane as the end face of the substrate 11 including the light incident end or the light emitting end, and the end faces of the members 86 and 87 and the substrate 11 are disposed. The incident-side reflection film 93 and the emission-side reflection film 94, which are single-layer or multilayer vapor-deposited films constituting the resonance means, are deposited on the plane perpendicular to the optical waveguide 12A formed by polishing the end face of As a result, it is possible to suppress chipping and rounding during processing of the corners of the end face of the optical waveguide, and it is possible to adhere stably without peeling off at the top corners of the end face of each reflective film. The finesse of the resonator can be improved, the function of the device itself can be enhanced, and at least the substrate 11 having the electro-optical effect is formed so as to penetrate from the incident side reflection film 93 to the emission side reflection film 94 which form the resonance means. By providing the optical waveguide 12A formed as a region in which the waveguide mode exists only for one polarization component, only a single polarization component of light incident through the incident side reflection film 93 is provided. However, an optical comb that propagates through the optical waveguide 12A and can generate a stable optical comb as an optical modulation output of only a single polarization component via the emission side reflection film 94 functions as the generators 1 and 1A. To do.
上述の如き光変調器8B、光変調器51における光導波路12Aは、入射側反射膜93から出射側反射膜94にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板11にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成され、リッジ構造を有する電極83Aを設けることにより、単一の偏波成分のみのレーザー光や光コムを出力することのできる低電力型のレーザー光源や光コム発生器を構築することができる。 The optical waveguide 12A in the optical modulator 8B and the optical modulator 51 as described above penetrates from the incident-side reflection film 93 to the emission-side reflection film 94 so that a single polarization component is formed on the substrate 11 having at least an electro-optical effect. A low power type capable of outputting a laser beam or an optical comb having only a single polarization component by providing an electrode 83A having a ridge structure which is formed as a region in which a waveguide mode exists only for It is possible to build a laser light source or optical comb generator.
また、光変調器8A、8B(光コム発生器1A、1B)においても、反射率が95%〜99%の範囲にある反射膜93,94を被着させることにより、光導波路12Aの導波損失率と反射膜93,94の透過率を一致させて共振器のフィネスと透過率を高め共振器の性能を上げることができる。 In the optical modulators 8A and 8B (optical comb generators 1A and 1B), the reflection films 93 and 94 having the reflectance in the range of 95% to 99% are deposited to guide the optical waveguide 12A. By matching the loss rate and the transmittances of the reflective films 93 and 94, the finesse and the transmittance of the resonator can be increased and the performance of the resonator can be improved.
次に、本発明を適用した低電力型光コムモジュールを利用した光コム発生器210の構成を図27のブロック図に示す。 Next, a block diagram of FIG. 27 shows a configuration of an optical comb generator 210 using the low power type optical comb module to which the present invention is applied.
この光コム発生器210は、本発明を適用した低電力型光コムモジュール200Aから出力される光コムの一部を分岐する光カップラ211と、光カップラ211により分岐された光を検出する光検出器212と、この光検出器212により得られる光検出信号が供給される制御回路213などを備える。 The optical comb generator 210 includes an optical coupler 211 that branches a part of the optical comb output from the low-power type optical comb module 200A to which the present invention is applied, and a photodetector that detects the light branched by the optical coupler 211. And a control circuit 213 to which the photodetection signal obtained by the photodetector 212 is supplied.
光コムモジュール200Aは、図示しないレーザー光源からレーザー光が入射されるとともに、バイアス・ティー214を介してRF変調信号が入力されることにより、入射されたレーザー光の単一の偏波成分に対してRF変調信号により位相変調をかけることにより、光コムを発生して出力する。この光コムモジュール200Aは、温度調節回路219による温度制御によって、光導波路に設けられた入射側反射膜と出射側反射膜による共振手段の共振長が制御されるようになっている。 The optical comb module 200A receives laser light from a laser light source (not shown) and inputs an RF modulation signal via the bias tee 214, so that a single polarization component of the incident laser light is received. An optical comb is generated and output by performing phase modulation with the RF modulation signal. In this optical comb module 200A, the resonance length of the resonance means by the incident side reflection film and the emission side reflection film provided in the optical waveguide is controlled by the temperature control by the temperature adjustment circuit 219.
制御回路213は、光検出信号から制御目標に対する誤差を求め、その誤差がゼロとなるような制御信号を生成してバイアス・ティー214に供給する。 The control circuit 213 obtains an error with respect to the control target from the light detection signal, generates a control signal such that the error becomes zero, and supplies the control signal to the bias tee 214.
光コムモジュール200AのDCバイアスに加えることにより、光コムモジュール200Aの共振周波数を入力レーザー周波数に追従させることができる。 By adding to the DC bias of the optical comb module 200A, the resonance frequency of the optical comb module 200A can be made to follow the input laser frequency.
制御回路213は、プリント基板単体の場合やRFミキサやアイソレータとプリント基板の組み合わせの場合もある。光検出器212の光検出信号と同期信号のミキシングによって制御目標からの誤差量に応じた制御信号を作り出す。 The control circuit 213 may be a printed circuit board alone or a combination of an RF mixer or an isolator and a printed circuit board. By mixing the photodetection signal of the photodetector 212 and the synchronizing signal, a control signal corresponding to the error amount from the control target is generated.
同期信号としてRF変調信号源の出力の一部を使うことができる。その場合、光検出器212の動作帯域はRF駆動周波数以上であることが必要である。 A part of the output of the RF modulation signal source can be used as the synchronization signal. In that case, the operating band of the photodetector 212 needs to be equal to or higher than the RF driving frequency.
制御回路213では、位相調整器を介してミキサに光検出信号と同期信号を入力して得られる信号の低周波数成分を取って誤差信号とする。または同期信号としてRF駆動信号は別の変調信号(ディザ信号)を使用することが可能である。レーザー周波数または光コムモジュール200Aの共振周波数に、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調を与えておいて、光検出器212の出力信号と同期信号のミキシングを行う。ディザ信号周波数が低ければ、光検出信号をアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換したのちにデジタル信号処理の積和演算で誤差信号を生成することも可能である。 In the control circuit 213, the low frequency component of the signal obtained by inputting the photodetection signal and the synchronizing signal to the mixer via the phase adjuster is taken as an error signal. Alternatively, another modulation signal (dither signal) can be used as the RF drive signal as the synchronization signal. The laser frequency or the resonance frequency of the optical comb module 200A is modulated with a smaller amplitude than the FSR in the resonance mode, and the output signal of the photodetector 212 and the synchronization signal are mixed. If the dither signal frequency is low, it is also possible to generate the error signal by the product-sum operation of digital signal processing after converting the photodetection signal into a digital signal by an analog-digital converter.
誤差信号の周波数特性を調整したものが制御信号としてバイアス・ティー214経由で光コムモジュール200AのDCバイアスに加えられる。一般的には、誤差信号は比例、積分、微分の各機能を持った回路に入力され、それらの成分の振幅調整により制御ループの周波数特性が決まり、光コムモジュール200Aの共振周波数が入力レーザーの発振周波数に追従するように制御される。 The adjusted frequency characteristic of the error signal is added as a control signal to the DC bias of the optical comb module 200A via the bias tee 214. In general, the error signal is input to a circuit having functions of proportional, integral, and derivative, and the frequency characteristics of the control loop are determined by adjusting the amplitudes of those components, and the resonance frequency of the optical comb module 200A is the input laser. It is controlled so as to follow the oscillation frequency.
また、本発明を適用した低電力型光コムモジュールを利用した光コム発生器220の構成を図28のブロック図に示す。 28 is a block diagram showing the configuration of the optical comb generator 220 using the low power type optical comb module to which the present invention is applied.
この光コム発生器220は、本発明を適用した低電力型光コムモジュール200Aの反射光を利用して共振器制御を行うもので、低電力型光コムモジュール100Aの反射光の一部が光カップラ211により分岐されて光検出器212に入射されるようになっている。 The optical comb generator 220 performs resonator control by utilizing the reflected light of the low power type optical comb module 200A to which the present invention is applied, and a part of the reflected light of the low power type optical comb module 100A is optical. It is adapted to be branched by the coupler 211 and be incident on the photodetector 212.
この光コム発生器220における各構成要素は図27に示した光コム発生器210の構成要素と同じであり、対応する構成要素について、図28中に同一符号を付して詳細な説明を省略する。 Each constituent element of the optical comb generator 220 is the same as the constituent element of the optical comb generator 210 shown in FIG. 27. Corresponding constituent elements are designated by the same reference numerals in FIG. 28 and detailed description thereof is omitted. To do.
制御回路213は光検出器212により得られる光検出信号から制御目標に対する誤差を求め、その誤差がゼロとなるような制御信号を出力する。その制御信号を光コムモジュールのDCバイアスに加えることにより光コムモジュール200Aの共振周波数を入力レーザー周波数に追従させることができる。 The control circuit 213 obtains an error with respect to the control target from the photodetection signal obtained by the photodetector 212, and outputs a control signal such that the error becomes zero. The resonance frequency of the optical comb module 200A can be made to follow the input laser frequency by applying the control signal to the DC bias of the optical comb module.
さらに、本発明を適用した低電力型光コムモジュールは、例えば、図29に示すような構成の光コム光源300を構築することができる。 Further, the low power type optical comb module to which the present invention is applied can construct an optical comb light source 300 having a configuration as shown in FIG. 29, for example.
この光コム光源300は、単一周波数発振のレーザー光源301、レーザー光源301から出射された単一周波数のレーザー光を2つのレーザー光に分離する光カップラや光ビームスプリッタ等の分離光学系302、分離光学系302により分離された一方のレーザー光の周波数をシフトする周波数シフタ305、それぞれ低電力型光コムモジュールを用いた2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)320A,320B等を備える。 The optical comb light source 300 includes a laser light source 301 of single frequency oscillation, a separation optical system 302 such as an optical coupler or an optical beam splitter for separating a single frequency laser light emitted from the laser light source 301 into two laser lights, A frequency shifter 305 for shifting the frequency of one of the laser beams separated by the separation optical system 302, two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 320A, 320B each using a low power type optical comb module, and the like are provided.
この光コム光源300では、1台の単一周波数発振のレーザー光源301から出射されるレーザー光が分離光学系302により2つのレーザー光に分離されて2台の光コム発生器(OFCG1,OFCG2)320A,320Bに入力されるようになっている。 In this optical comb light source 300, laser light emitted from one single frequency oscillation laser light source 301 is separated into two laser lights by a separation optical system 302, and two optical comb generators (OFCG1 and OFCG2) are provided. It is adapted to be input to 320A and 320B.
2台の光コム発生器320A,320Bは、互いに異なる周波数fmと周波数fm+Δfmで発振する発振器303A,303Bにより駆動される。それぞれの発振器303A,303Bは、共通の基準発振器304により位相同期されることにより、fmとfm+Δfmとの相対周波数が安定になる。光コム発生器(OFCG2)320Bの前には、音響光学周波数シフタ(AOFS)のような周波数シフタ305を設けて、入力されたレーザー光にこの周波数シフタ305により周波数faの光周波数シフトを与えるようになっている。これにより、キャリア周波数間のビート周波数が直流信号ではなく周波数faの交流信号になる。その結果、キャリア周波数の高周波側サイドバンドのビート信号と低周波側サイドバンドのビート信号がビート信号のキャリア周波数間のビート周波数faを挟んで相対する周波数領域に発生するため位相比較に都合が良い。 The two optical comb generators 320A and 320B are driven by oscillators 303A and 303B that oscillate at different frequencies f m and f m +Δf m . Since the respective oscillators 303A and 303B are phase-locked by the common reference oscillator 304, the relative frequency between f m and f m +Δf m becomes stable. A frequency shifter 305 such as an acousto-optic frequency shifter (AOFS) is provided in front of the optical comb generator (OFCG2) 320B so that the inputted laser light is given an optical frequency shift of frequency fa by this frequency shifter 305. It has become. As a result, the beat frequency between the carrier frequencies becomes an AC signal having a frequency fa rather than a DC signal. As a result, the beat signal of the high-frequency sideband and the beat signal of the low-frequency sideband of the carrier frequency are generated in the frequency regions facing each other across the beat frequency fa between the carrier frequencies of the beat signals, which is convenient for phase comparison. ..
2つの光コム発生器(OFCG1,OFCG2)320A,320Bは、それぞれ本発明を適用した低電力型光コムモジュールにより構成されるもので、入力されるレーザー光の単一の偏波成分のみを位相変調することにより、単一の偏波成分の光コムを出力することができる。 The two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 320A and 320B are each configured by a low power type optical comb module to which the present invention is applied, and only a single polarization component of the input laser light is phased. By modulating, it is possible to output an optical comb having a single polarization component.
この光コム光源300は、1台の単一周波数発振のレーザー光源301を共通として、2台の光コム発生器(OFCG1、OFCG2)320A,320Bの中心周波数と周波数間隔の異なる二つの光コムを発生するもので、例えば、本件発明者が先に提案している特許5231883号に係る距離計や光学的三次元形状測定機における第1及び第2の光源、すなわち、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光と測定光を出射する第1及び第2の光源として上記光コム光源300を用いることにより、2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)320A,320Bの偏波成分の計測用の光コム出力を測定対象の表面にスキャンしながら照射して、表面からの反射光を照射ポイント一点一点について検出して距離(高さ)計算を行うことにより、安定した測定動作行う距離計や光学的三次元形状測定機の測定系を構築することができる。 In this optical comb light source 300, one laser light source 301 of single frequency oscillation is used in common, and two optical combs having different center frequencies and frequency intervals of two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 320A and 320B are used. For example, the first and second light sources in the range finder and the optical three-dimensional shape measuring machine according to Japanese Patent No. 5231883 previously proposed by the inventor of the present invention, that is, the intensity or the phase, respectively, are periodically generated. Are modulated, and two optical comb generators (OFCG1 and OFCG2) are used by using the above-mentioned optical comb light source 300 as the first and second light sources for emitting the reference light and the measuring light having the coherence and having different modulation periods. The optical comb output for measuring the polarization components of 320A and 320B is emitted while scanning the surface of the measurement target, and the reflected light from the surface is detected for each irradiation point to calculate the distance (height). By doing so, it is possible to construct a measurement system for a range finder or an optical three-dimensional shape measuring machine that performs a stable measurement operation.
図30は、上記光コム光源300を用いて構成した光コム距離計400の構成を示すブロック図である。 FIG. 30 is a block diagram showing a configuration of an optical comb distance meter 400 configured using the optical comb light source 300.
図30のブロック図に示す光コム距離計400は、光周波数コム干渉計を用いて距離を測定するものであって、第1、第2の光コム光源401、402から出射される中心周波数と周波数間隔の異なる二つの光周波数コムをそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光S1と測定光S2として干渉光学系410を介して基準面404と測定面405に照射し、上記基準面404と測定面405に照射する基準光S1と測定光S2との干渉光S3を基準光検出器403により検出するとともに、上記基準面404により反射された基準光S1’と上記測定面305により反射された測定光S2’との干渉光S4を測定光検出器406により検出し、信号処理部407により、上記基準光検出器403により干渉光S3を検出した干渉信号と上記測定光検出器406により干渉光S4を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面404までの距離L1と上記測定面405までの距離L2の差を求めることができる。なお、干渉計や検出器の形態は複数ある。 An optical comb distance meter 400 shown in the block diagram of FIG. 30 measures a distance by using an optical frequency comb interferometer, and has a center frequency emitted from the first and second optical comb light sources 401 and 402. The two optical frequency combs having different frequency intervals are periodically modulated in intensity or phase, and the reference light S1 and the measuring light S2, which have different modulation periods and have coherence, are measured with the reference plane 404 via the interference optical system 410. The reference light detector 403 detects the interference light S3 of the reference light S1 and the measurement light S2 that irradiates the surface 405 and irradiates the reference surface 404 and the measurement surface 405, and the reference light reflected by the reference surface 404. The interference light S4 of S1' and the measurement light S2' reflected by the measurement surface 305 is detected by the measurement light detector 406, and the signal processing unit 407 detects the interference light S3 by the reference light detector 403. The difference between the distance L1 to the reference surface 404 and the distance L2 to the measurement surface 405 is calculated from the time difference between the signal and the interference signal in which the interference light S4 is detected by the measurement light detector 406 and the refractive index at the measurement wavelength. be able to. There are multiple forms of interferometers and detectors.
この光コム距離計400は、光学スキャン装置と組み合わせることにより、測定光S2を測定対象の表面にスキャンしながら照射して、表面からの反射光を照射ポイント一点一点について検出して距離(高さ)計算を行い、スキャンの座標と距離(高さ)の分布から対象物の表面形状が得られる光コム形状計測器を構成することができる。スキャナ光学系には様々な形態がある。テレセントリック光学系を使用すると測定範囲内で対象物に向かってほぼ垂直に光が入射するようにすることができる。 This optical comb distance meter 400 is combined with an optical scanning device to irradiate the surface of the measurement object with the measurement light S2 while scanning it, detect reflected light from the surface for each irradiation point, and detect the distance ( It is possible to configure an optical comb shape measuring instrument that calculates the height and obtains the surface shape of the object from the scan coordinates and the distance (height) distribution. There are various forms of scanner optics. The use of telecentric optics makes it possible for the light to be incident almost vertically on the object in the measuring range.
また、例えば、本件発明者が先に提案している特許5336921号や特許5363231号に係る振動計測装置における光源、すなわち、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに変調周波数及び中心周波数が異なり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する光源部として上記光コム光源300を用いることにより、2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)320A,320Bから出射される単一の偏波成分の光コムを波長毎に分派する素子を介して波長によって異なる場所に照射して、安定した多点振動計測動作行う振動計測装置の測定系を構築することができる。 In addition, for example, the light source in the vibration measuring device according to Japanese Patent No. 5336921 or Japanese Patent No. 5363231 previously proposed by the present inventor, that is, a spectrum having a predetermined frequency interval, the modulation frequency and the center frequency are different from each other, By using the optical comb light source 300 as a light source unit that emits the phase-synchronized and coherent reference light and measurement light, a single light emitted from the two optical comb generators (OFCG1 and OFCG2) 320A and 320B can be obtained. It is possible to construct a measurement system of a vibration measurement device that performs a stable multipoint vibration measurement operation by irradiating an optical comb of a polarized component to a place that differs depending on the wavelength via an element that divides for each wavelength.
ここで、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路を用いた光コム発生器により得られる光コムを用いる計測装置では、図35に○印を付して示すように、直交偏光成分による透過モード波形に変形が生じることがあり、しかも、発生する場所(主モードに対する相対位置)がばらばらであり、極小部が複数になるため制御の不安定要因になるが、単一の偏光成分のみ通す光導波路を用いることにより、図31に示すように、透過モード波形に変形が生じることがなくなり、光コム発生器としての安定化、光コムを含む計測装置の精度向上、誤差の低減などを図ることができる。 Here, in the measuring device using the optical comb obtained by the optical comb generator using the optical waveguide that transmits the polarization component in which the orthogonal modes are mixed, as shown by the circle mark in FIG. The transmission mode waveform may be deformed, and the locations (relative positions with respect to the main mode) that occur may vary, and multiple minima may cause unstable control, but only a single polarization component As shown in FIG. 31, by using the optical waveguide that passes through, the transmission mode waveform is prevented from being deformed, the optical comb generator is stabilized, the accuracy of the measuring device including the optical comb is improved, and the error is reduced. Can be planned.
すなわち、光コム発生に直交する偏光成分は光コムを計測に利用する場合に、距離、高さの計測誤差の要因になり、また、光コム発生に直交する偏光成分は、光コム発生器の共振周波数をレーザー周波数に一致させるための制御を不安定にすることがあり、制御点のずれ、制御の発振の原因となり、また、光コムを計測に利用する場合に、距離、高さの計測誤差の要因になっていたが、単一の偏光成分のみ通過させる光導波路を用いて光コム発生を行うことにより、光コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力が抑制され、光コム出力の偏光消光比を向上させ、単一偏光度を高めることができ、共振器制御を安定化させ、不要な干渉信号を除去して、光コムを用いた距離計測や形状計測における計測誤差を除去して計測精度の向上、システム全体の信頼性向上等を実現することができる。 That is, when the optical comb is used for measurement, the polarization component orthogonal to the generation of the optical comb causes a measurement error in the distance and the height, and the polarization component orthogonal to the generation of the optical comb is generated by the optical comb generator. The control for matching the resonance frequency to the laser frequency may become unstable, which may cause a shift of the control point and oscillation of the control. Also, when using the optical comb for measurement, the distance and height are measured. Although it was a cause of error, by generating an optical comb using an optical waveguide that passes only a single polarization component, the output of the orthogonal polarization component that does not contribute to the generation of the optical comb is suppressed, and the polarization of the optical comb output is reduced. The extinction ratio can be improved, the single polarization degree can be increased, the resonator control can be stabilized, unnecessary interference signals can be removed, and measurement errors in distance measurement and shape measurement using an optical comb can be removed. It is possible to improve the measurement accuracy and the reliability of the entire system.
1,1A,1B,210,220,320A,320B 光コム発生器、5 光共振器、8,8A,8B,51 光変調器、11 基板、12、12A 光導波路、14 バッファ層、16 発振器、18 終端抵抗、19a 移相器、19b 反射器、20 凸条部、21 光サーキュレータ、22 フォーカサー、63 反射防止膜、83,83A 電極、84 第1の端面、85 第2の端面、86 第1の保護材、86a,87a 端面、87 第2の保護材、91,92 平面、93 入射側反射膜、94 出射側反射膜、200A 低電力型光コムモジュール、210,220 光コム発生器、211 光カップラ、212 光検出器、213 制御回路、214 バイアス・ティー、130,300 光コム光源、301 レーザー光源、302 分離光学系、303A,303B 発振器、 304 基準発振器 、305 周波数シフタ、320A,320B 光コム発生器(OFCG1、OFCG2)、400 光コム距離計、401,402 光コム光源、403 基準光検出器、404 基準面、405 測定面、406 測定光検出器、407 信号処理部 1, 1A, 1B, 210, 220, 320A, 320B optical comb generator, 5 optical resonator, 8, 8A, 8B, 51 optical modulator, 11 substrate, 12, 12A optical waveguide, 14 buffer layer, 16 oscillator, 18 terminating resistance, 19a phase shifter, 19b reflector, 20 convex section, 21 optical circulator, 22 focuser, 63 antireflection film, 83, 83A electrode, 84 first end face, 85 second end face, 86 first Protective material, 86a, 87a end face, 87 second protective material, 91, 92 plane, 93 incident side reflection film, 94 emission side reflection film, 200A low power type optical comb module, 210, 220 optical comb generator, 211 Optical coupler, 212 photo detector, 213 control circuit, 214 bias tee, 130,300 optical comb light source, 301 laser light source, 302 separation optical system, 303A, 303B oscillator, 304 reference oscillator, 305 frequency shifter, 320A, 320B light Comb generator (OFCG1, OFCG2), 400 optical comb rangefinder, 401, 402 optical comb light source, 403 reference photodetector, 404 reference plane, 405 measurement plane, 406 measurement photodetector, 407 signal processing unit
Claims (23)
上記光導波路を基板の上面から形成する光導波路形成工程と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設する配設工程と、
上記配設工程において配置した上記保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、
上記研磨工程において形成された上記平面上に上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜として単層又は多層の蒸着膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、
上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、
上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り単層又は多層の蒸着膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成する
ことを特徴とする光共振器の作製方法。 By the optical waveguide formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, in the method of manufacturing an optical resonator for propagating and resonating the light incident through the incident side reflection film,
An optical waveguide forming step of forming the optical waveguide from the upper surface of the substrate,
A protective member having the same hardness as the substrate is provided on the optical waveguide so that at least one end face thereof forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. An arranging step of arranging,
By polishing the end surface of the protective member and the end surface of the substrate arranged in the arrangement step, a flat polished surface including a light incident end or a light emitting end of the optical waveguide is formed perpendicular to the optical waveguide. A polishing step for forming a flat surface,
A reflective film deposition step of depositing a single layer or a multilayer vapor deposition film as the incident side reflective film or the output side reflective film on the plane formed in the polishing step,
In the disposing step, the protective member is disposed on the upper portion of the optical waveguide with an adhesive.
In the reflective film deposition step, by depositing a single-layer or multi-layer vapor deposition film over all of the plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate that are pasted with the adhesive, A method for manufacturing an optical resonator, characterized in that the incident side reflection film or the emission side reflection film is formed on a plane perpendicular to the optical waveguide.
上記光導波路を基板の上面から形成する光導波路形成工程と、
少なくとも上記光導波路形成工程において形成した光導波路を被覆するように上記基板上にバッファ層を積層する積層工程と、
上記光導波路に対して電界を印加するための電極を上記積層工程において積層したバッファ層上に形成する電極形成工程と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設する配設工程と、
上記配設工程において配置した上記保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、
上記研磨工程において形成された上記平面上に上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜として単層又は多層の蒸着膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、
上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、
上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り単層又は多層の蒸着膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成する
ことを特徴とする光変調器の作製方法。 In the method of manufacturing an optical modulator that propagates and modulates light incident through the incident side reflection film by the optical waveguide in which the incident side reflection film and the emission side reflection film are formed,
An optical waveguide forming step of forming the optical waveguide from the upper surface of the substrate,
A laminating step of laminating a buffer layer on the substrate so as to cover at least the optical waveguide formed in the optical waveguide forming step;
An electrode forming step of forming an electrode for applying an electric field to the optical waveguide on the buffer layer laminated in the laminating step,
A protective member having the same hardness as the substrate is provided on the optical waveguide so that at least one end face thereof forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. An arranging step of arranging,
By polishing the end surface of the protective member and the end surface of the substrate arranged in the arrangement step, a flat polished surface including a light incident end or a light emitting end of the optical waveguide is formed perpendicular to the optical waveguide. A polishing step for forming a flat surface,
A reflective film deposition step of depositing a single layer or a multilayer vapor deposition film as the incident side reflective film or the output side reflective film on the plane formed in the polishing step,
In the disposing step, the protective member is disposed on the upper portion of the optical waveguide with an adhesive.
In the reflective film deposition step, by depositing a single-layer or multi-layer vapor deposition film over all of the plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate that are pasted with the adhesive, A method of manufacturing an optical modulator, characterized in that the incident side reflection film or the emission side reflection film is formed on a plane perpendicular to the optical waveguide.
上記電極形成工程において、リッジ構造が形成された上記基板に上記積層工程において積層したバッファ層上に、上記光導波路に対して電界を印加するための電極として、リッジ構造を有する電極を形成することを特徴とする請求項3乃至請求項5の何れか1項に記載の光変調器の作製方法。 A ridge structure forming step of forming a ridge structure on the substrate,
Forming an electrode having a ridge structure as an electrode for applying an electric field to the optical waveguide on the buffer layer laminated in the laminating process on the substrate having the ridge structure formed in the electrode forming process; manufacturing method for an optical modulator according to any one of claims 3 to 5, characterized in.
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記共振手段により共振された光を伝搬させる光導波路と、
上記光導波路が上面から形成された基板と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であること
を特徴とする光共振器。 Resonant means composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, for resonating light incident through the incident side reflection film,
An optical waveguide that is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, and propagates the light resonated by the resonance means.
A substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface,
The protective member has the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The end face protection means is provided on the upper portion of the optical waveguide, the protection member being attached by an adhesive.
The incident-side reflection film and the emission-side reflection film are polished on the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered with the adhesive, so that the optical waveguide An optical resonator comprising a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including an incident end or a light emitting end.
上記端面保護手段は、上記保護部材における一の端面が上記光導波路における光入射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように、また上記保護部材における他の端面が上記光導波路における光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように、上記光導波路の上部に配設されることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の光共振器。 The protection member constituting the end face protection means is made of the same material as the substrate, and the end face of the protection member forming the plane and the end face of the substrate have the same crystal orientation,
The end face protection means is such that one end face of the protection member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end of the optical waveguide, and the other end face of the protection member is the optical waveguide. 9. The optical resonator according to claim 7 or 8 , wherein the optical resonator is disposed above the optical waveguide so as to form the same plane as the end surface of the substrate including the light emitting end.
入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調する光導波路と、
上記光導波路が上面から形成された基板と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であること
を特徴とする光変調器。 Oscillation means for oscillating a modulation signal of a predetermined frequency,
Resonant means composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, for resonating light incident through the incident side reflection film,
An optical waveguide that is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, and modulates the phase of the light resonated by the resonance means according to the modulation signal supplied from the oscillation means,
A substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface,
The protective member has the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The end face protection means is provided on the upper portion of the optical waveguide, the protection member being attached by an adhesive.
The incident-side reflection film and the emission-side reflection film are polished on the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered with the adhesive, so that the optical waveguide An optical modulator, which is a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including an incident end or a light emitting end.
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成された光導波路と、
上記光導波路が上面から形成された基板と、
上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であること
を特徴とする光変調器。 Resonant means composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, for resonating light incident through the incident side reflection film,
An optical waveguide formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film,
A substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface,
The electrode is formed on the substrate for propagating the modulation signal in the forward direction or the backward direction, and modulates the phase of the light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of the electric signal supplied to the electrode. Light modulation means,
The protective member has the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The end face protection means is provided on the upper portion of the optical waveguide, the protection member being attached by an adhesive.
The incident-side reflection film and the emission-side reflection film are polished on the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered with the adhesive, so that the optical waveguide An optical modulator, which is a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including an incident end or a light emitting end.
入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光導波路と、
上記光導波路が上面から形成された基板と、
上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であること
を特徴とする光周波数コム発生器。 Oscillation means for oscillating a modulation signal of a predetermined frequency,
Resonant means composed of an incident side reflection film and an emission side reflection film, for resonating light incident through the incident side reflection film,
It is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, modulates the phase of the light resonated by the resonance means in accordance with the modulation signal supplied from the oscillation means, and the incident light is incident. An optical waveguide that generates sidebands centered on the frequency of light at intervals of the frequency of the modulation signal,
A substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface,
The electrode is formed on the substrate for propagating the modulation signal in the forward direction or the backward direction, and modulates the phase of the light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of the electric signal supplied to the electrode. Light modulation means,
The protective member has the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The end face protection means is provided on the upper portion of the optical waveguide, the protection member being attached by an adhesive.
The incident-side reflection film and the emission-side reflection film are polished on the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered with the adhesive, so that the optical waveguide An optical frequency comb generator, which is a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including an incident end or a light emitting end.
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、
上記光導波路が上面から形成された基板と、
上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であること
を特徴とする光発振器。 Resonance means configured of an incident side reflection film and an emission side reflection film, for resonating light incident through the incident side reflection film or light generated by laser amplification,
An optical waveguide that is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, amplifies the light resonated by the resonance means, and emits the light to the outside through the emission side reflection film.
A substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface,
The electrode is formed on the substrate for propagating the modulation signal in the forward direction or the backward direction, and modulates the phase of the light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of the electric signal supplied to the electrode. Light modulation means,
The protective member has the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The end face protection means is provided on the upper portion of the optical waveguide, the protection member being attached by an adhesive.
The incident-side reflection film and the emission-side reflection film are polished on the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered with the adhesive, so that the optical waveguide An optical oscillator, which is a single-layer or multilayer vapor-deposited film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including an incident end or a light emitting end.
入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光、又はレーザー増幅により発生された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、
上記光導波路が上面から形成された基板と、
上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、
上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面に被着された単層又は多層の蒸着膜であり、レーザー発振する多モード間の位相同期をとること
を特徴とする光発振器。 Oscillation means for oscillating a modulation signal of a predetermined frequency,
Resonance means configured of an incident side reflection film and an emission side reflection film, for resonating light incident through the incident side reflection film or light generated by laser amplification,
It is formed so as to penetrate from the incident side reflection film to the emission side reflection film, amplifies the light resonated by the resonance means according to the modulation signal supplied from the oscillation means, and reflects it on the emission side reflection. An optical waveguide that emits to the outside through the film,
A substrate on which the optical waveguide is formed from the upper surface,
The electrode is formed on the substrate for propagating the modulation signal in the forward direction or the backward direction, and modulates the phase of the light propagating in the optical waveguide according to the wavelength of the electric signal supplied to the electrode. Light modulation means,
The protective member has the same hardness as the substrate, and at least one end face of the protective member forms the same plane as the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. The end face protection means is provided on the upper part of the optical waveguide, the protection member being attached by an adhesive.
The incident-side reflection film and the emission-side reflection film are polished on the entire plane formed by the end face of the protective member and the end face of the substrate, which are adhered with the adhesive, so that the optical waveguide It is a single-layer or multi-layer vapor deposition film deposited on a plane perpendicular to the optical waveguide formed as a flat polished surface including the incident end or the light emitting end. An optical oscillator characterized by taking.
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