JP2021140193A - Method for controlling resonance length of optical resonator, optical comb generator, and optical comb generation device - Google Patents

Method for controlling resonance length of optical resonator, optical comb generator, and optical comb generation device Download PDF

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Abstract

To stabilize resonator length control by using a dither signal by inputting laser beams in which modulation of amplitude smaller than that of FSR of an optical resonance mode is applied to a laser frequency by a dither signal to an optical comb generator.SOLUTION: An error signal corresponding to deviation between a laser frequency of laser beams applied to a low-power type optical comb module 100A and a resonance frequency of the optical comb module 100A is generated by a control circuit 113 from a light detection signal obtained by detecting one portion of an optical comb emitted from the optical comb module 100A by a photodetector 112, and a dither signal, resonator length of the optical comb module 100A is controlled by the error signal, and control is performed such that a resonance frequency of the optical comb module 100A follows the laser frequency.SELECTED DRAWING: Figure 1

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の共振長の制御方法、光コム発生器及び光コム発生装置に関する。 The present invention is an optical resonator applied to a field that requires a standard light source having high coherence at multiple wavelengths such as optical communication, optical CT, and optical frequency standard, or a light source that can also utilize coherence between each wavelength. The present invention relates to a method for controlling a resonance length, an optical comb generator, and an optical comb generator.

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 type optical resonator that resonates light confined in an optical waveguide in order to meet the demand for laser light control for frequency multiplex communication and frequency measurement of absorption lines distributed over a wide range. Has come to be used frequently.

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 measuring the optical frequency with high accuracy, heterodyne detection is performed by interfering the measured light with other light and detecting 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 about several tens of GHz.

一方、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, in order to perform optical control for frequency multiplexing communication and frequency measurement of absorption lines distributed over a wide range, it is necessary to further expand the measurable band of light.

かかる測定可能帯域の拡大化の要請に応えるべく、従来において光コム発生器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(例えば、特許文献1参照)。この光コム発生器は、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 comb generator has been conventionally proposed (see, for example, Patent Document 1). This optical comb generator generates comb-shaped sidebands arranged at equal intervals on the frequency axis over a wide band, and the frequency stability of this sideband is almost the same as the frequency stability of incident light. be. By heterodyne detection of the generated sideband and the light to be measured, it is possible to construct a wideband heterodyne detection system over several THz.

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 in which phase modulation is applied not only to the light propagating in the optical waveguide in the outward path direction but also to the light propagating in the return path direction have been proposed (see, for example, Patent Document 2). ).

さらに、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、光発振器を提案している(例えば、特許文献3参照)。 Furthermore, by suppressing chipping and rounding during machining of the corners of the waveguide end face and stably adhering each reflective film without peeling off at the uppermost corner of the end face, the reflectance of the reflective film and the optical cavity We have proposed an optical resonator, an optical modulator, an optical comb generator, and an optical oscillator with improved finesse and enhanced functions of the device itself (see, for example, 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、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, at least one end surface thereof forms the same plane as the end surface of the substrate including the light incident end or the light emitting end in the optical waveguide. The incident side reflective film and the outgoing side reflective film constituting 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, chipping and rounding during processing of the corners of the end face of the waveguide can be suppressed, and each reflective film can be stably attached without peeling off at the uppermost corner of the end face, and the reflectance of the reflective film and It is possible to improve the finesse of the optical resonator and enhance the function of the device itself.

特開2003−202609号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-202609 特許第3891977号公報Japanese Patent No. 3891977 特許第4781648号公報Japanese Patent No. 4781648

ところで、光コム発生器では、光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必要がある。 By the way, in the optical comb generator, when the optical comb is used for measurement, a part of the light emitted from the optical resonator is detected by the photodetector in order to obtain a stable output, and a predetermined resonance length is obtained. It is necessary to feedback control the resonance length of the optical resonator so as to be.

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を光コム発生器に入力して、ディザ信号を用いて共振器長制御を安定化することができるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to input a laser beam to the optical comb generator in which a modulation having a smaller amplitude than that of the FSR in the resonance mode is applied to the laser frequency by a dither signal in view of the conventional situation as described above. The purpose is to be able to stabilize the resonator length control using a laser signal.

さらに、本発明の他の目的は、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 comb generator, improve the accuracy of the measuring device including the optical comb, reduce the error, and the like.

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, the specific advantages obtained by the present invention, will be further clarified from the description of the embodiments described below.

本発明は、光共振器により共振されるレーザー光の位相を変調信号に応じて変調することにより、上記光共振器に入射されたレーザー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コム発生器における上記光共振器の共振長の制御方法であって、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を上記光共振器に入射し、上記光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した光検出信号と上記ディザ信号から、上記光共振器に入射されるレーザー光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成し、この誤差信号を用いて上記光共振器の共振長を制御して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする。 In the present invention, the phase of the laser light resonated by the optical resonator is modulated according to the modulated signal, so that the side band centered on the frequency of the laser light incident on the optical resonator is the frequency of the modulated signal. It is a method of controlling the resonance length of the optical cavity in the optical comb generator generated at the interval of The laser frequency and the light of the laser light incident on the optical cavity from the light detection signal and the dither signal that are incident on the resonator and detect a part of the transmitted light or the reflected light emitted from the optical resonator. An error signal corresponding to the deviation of the resonance frequency of the resonator is generated, and the resonance length of the optical resonator is controlled by using this error signal to control the resonance frequency of the optical resonator to follow the laser frequency. It is characterized by doing.

また、本発明は、1つのレーザー光源から出射されるレーザー光が複数に分離されて各光共振器に入射される複数の光コム発生器を備える光コム発生装置における光共振器の共振長の制御方法であって、上記1つのレーザー光源から、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を上記各光共振器に入射し、上記各光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した各光検出信号と上記ディザ信号から、上記各光共振器に入射される上記レーザー光のレーザー周波数と上記各光共振器の共振周波数のずれに応じた各誤差信号を生成し、生成された各誤差信号を用いて上記各光共振器の共振長を制御して、上記各光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする。 Further, in the present invention, the resonance length of the optical resonator in an optical comb generator including a plurality of optical comb generators in which the laser light emitted from one laser light source is separated into a plurality of and incident on each optical resonator. In the control method, laser light in which a modulation having a smaller amplitude than that of the FSR in the resonance mode is applied to the laser frequency by a dither signal is incident on each of the optical cavities from the one laser light source, and the respective optical cavities are resonated. The laser frequency of the laser beam incident on each optical cavity and the resonance frequency of each optical cavity from each light detection signal that detects a part of the transmitted light or the reflected light emitted from the device and the dither signal. Control to generate each error signal according to the deviation of, control the resonance length of each optical resonator using the generated error signal, and make the resonance frequency of each optical resonator follow the laser frequency. It is characterized by performing.

本発明に係る光共振器の共振長の制御方法は、上記光検出信号と同期信号のミキシングを行うことにより、上記誤差信号を生成するものとすることができる。 The method for controlling the resonance length of the optical resonator according to the present invention can generate the error signal by mixing the optical detection signal and the synchronization signal.

また、本発明に係る光共振器の共振長の制御方法は、上記光検出信号と上記同期信号により、デジタル信号処理の積和演算で誤差信号を得るものとすることができる。 Further, in the method for controlling the resonance length of the optical resonator according to the present invention, an error signal can be obtained by a product-sum calculation of digital signal processing by using the light detection signal and the synchronization signal.

本発明は、光コム発生器であって、単一周波数成分を含む光源であって、外部から与えられるディザ信号によって発振周波数に変調が加えられているレーザー光源と、所定の周波数の変調信号を発振する変調信号を発振する発振器と、上記レーザー光源からレーザー光が入射される光共振器を備え、上記発振器から供給された上記変調信号に応じて上記光共振器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コム発生手段と、上記光共振器の共振長を制御する制御部と、上記制御部に同期信号を与えるとともに上記レーザー光源に与えるディザ信号を出力する同期信号源とを備え、上記制御部は、上記光コム発生手段の上記光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を検出する光検出器を備え、上記光検出器による光検出信号と上記同期信号により、上記レーザー光源から上記光コム発生手段の上記光共振器に入射される光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成し、この誤差信号を用いて、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする。 The present invention is an optical comb generator, a light source containing a single frequency component, a laser light source in which the oscillation frequency is modulated by a dither signal given from the outside, and a modulated signal having a predetermined frequency. An oscillator that oscillates a modulated signal that oscillates, and an optical resonator in which laser light is incident from the laser light source are provided, and the phase of the light resonated by the optical resonator according to the modulated signal supplied from the oscillator is adjusted. An optical comb generating means that modulates and generates a side band centered on the frequency of the incident light at the frequency interval of the modulated signal, a control unit that controls the resonance length of the optical resonator, and the control unit. The control unit includes a part of transmitted light or reflected light emitted from the optical resonator of the optical comb generating means. The laser frequency of the light incident on the optical resonator of the optical comb generating means from the laser light source and the optical resonator by the optical detection signal by the optical detector and the synchronization signal are provided. An error signal corresponding to the deviation of the resonance frequency of the above is generated, and the error signal is used to control the resonance frequency of the optical resonator to follow the laser frequency.

本発明は、光コム発生装置であって、単一周波数成分を含む光源であって、外部から与えられるディザ信号によって発振周波数に変調が加えられているレーザー光源と、上記レーザー光源からレーザー光が分岐されて入射される共振長がそれぞれ制御される光共振器により共振された光の位相を、互いに変調周波数が異なる変調信号に応じて変調し、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互いに異なる変調周波数の間隔で生成する2つの光コム発生器と、上記2つの光コム発生器に同期信号を与えるとともに上記レーザー光源に与えるディザ信号を出力する同期信号源とを備え、上記複数の光コム発生器部は、それぞれ上記光コム発生器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した光検出信号と上記同期信号により、上記レーザー光源から入射される光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする。 The present invention is an optical comb generator, which is a light source containing a single frequency component, and a laser light source whose oscillation frequency is modulated by a dither signal given from the outside, and laser light from the laser light source. The phase of the light resonated by the optical resonator whose resonance length is branched and incident is modulated according to the modulation signals having different modulation frequencies, and the side band centered on the frequency of the incident light. Two optical comb generators that generate the above-mentioned modulation signals at intervals of different modulation frequencies, and a synchronization signal source that gives a synchronization signal to the above two optical comb generators and outputs a dither signal to be given to the laser light source. The plurality of optical comb generators are provided with light incident from the laser light source by the light detection signal for detecting a part of the transmitted light or the reflected light emitted from the optical comb generator and the synchronization signal. It is characterized in that an error signal corresponding to the deviation between the laser frequency of the above and the resonance frequency of the optical resonator is generated to control the resonance frequency of the optical resonator to follow the laser frequency.

本発明では、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を光コム発生器に入力して、ディザ信号を用いて共振器制御を安定化して、記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させることができる。 In the present invention, a laser beam whose amplitude is smaller than that of the FSR in the resonance mode is applied to the laser frequency by the dither signal is input to the optical comb generator, and the dither signal is used to stabilize the resonator control. The resonance frequency of the optical resonator can be made to follow the laser frequency.

光変調器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of an optical modulator. 上記光変調器の側面図である。It is a side view of the said optical modulator. 上記光変調器の作製方法につき説明するための各工程における要部縦断図である。It is a vertical sectional view of the main part in each step for explaining the manufacturing method of the said optical modulator. 光変調器の端面反射率を計測するために作製した3本の光導波路を設けた基板の斜視図である。It is a perspective view of the substrate provided with three optical waveguides produced for measuring the end face reflectance of an optical modulator. 上記基板の入射側端面を示す正面図である。It is a front view which shows the incident side end face of the said substrate. 上記基板の平面図である。It is a top view of the said substrate. 往復変調型の光変調器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reciprocating modulation type optical modulator. 光コム発生器における、サイドバンドの各周波数(波長)における強度分布を示す図である。It is a figure which shows the intensity distribution at each frequency (wavelength) of a side band in an optical comb generator. 光コム発生器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the optical comb generator. 上記光コム発生器の側面図である。It is a side view of the said optical comb generator. 上記光コム発生器における入射側反射膜が形成される平面を示す正面図である。It is a front view which shows the plane in which the incident side reflection film is formed in the said optical comb generator. リッジ構造を有する電極を有する光変調器(光コム発生器)の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the optical modulator (optical comb generator) which has an electrode which has a ridge structure. 上記光変調器(光コム発生器)の作製方法につき説明するための各工程における要部縦断図である。It is a vertical sectional view of the main part in each process for explaining the manufacturing method of the said optical modulator (optical comb generator). 上記光変調器(光コム発生器)のリッジ構造を有する電極を形成する基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the substrate which forms the electrode which has the ridge structure of the light modulator (optical comb generator). 上記光変調器(光コム発生器)のリッジ構造を有する電極を示す要部縦断正面図である。It is a vertical sectional front view of a main part which shows the electrode which has the ridge structure of the said optical modulator (optical comb generator). 光変調器について、電極のリッジ構造の有無による25GHzにおける駆動電圧(AC Vpi)の変化を実測した結果につき説明するための図である。It is a figure for demonstrating the result of having measured the change of the drive voltage (AC Vpi) at 25 GHz with and without the ridge structure of an electrode about an optical modulator. 光変調器について、電極のリッジ構造の有無による直流駆動電圧(DC Vpi)の変化を実測した結果につき説明するための図である。It is a figure for demonstrating the result of having measured the change of the direct current drive voltage (DC Vpi) with and without the ridge structure of an electrode about an optical modulator. 本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the optical comb generator using the optical comb module to which this invention is applied. 本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other configuration example of the optical comb generator using the optical comb module to which this invention is applied. 本発明を適用した光コムモジュールを用いて構築した光コム発生装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the optical comb generator constructed by using the optical comb module to which this invention is applied. 単一の偏光成分のみ通す光導波路を用いた光コム発生器において、光共振器の共振長を帰還制御する場合に得られる変形のない透過モード波形を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the transmission mode waveform without deformation obtained when the resonance length of an optical resonator is feedback-controlled in the optical comb generator using the optical waveguide which passes only a single polarization component. 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従来の光コム発生器において、光共振器の共振長を帰還制御する場合に発生する直交偏光成分による透過モード波形の変形を示す特性図である。A characteristic diagram showing deformation of the transmission mode waveform due to the orthogonal polarization component generated when the resonance length of the optical resonator is feedback-controlled in a conventional optical comb generator using an optical waveguide that transmits a polarization component in which orthogonal modes are mixed. Is.

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. The common components will be described with reference numerals in the drawings. Further, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that the present invention can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.

図1は、光変調器8の構成を示す斜視図であり、図2は、上記光変調器8の側面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the light modulator 8, and FIG. 2 is a side view of the light modulator 8.

この導波路型光変調器8は、基板11と、基板11上に形成されてなり伝搬する光の単一の偏波成分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上に被着される入射側反射防止膜63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上に被着される出射側反射防止膜64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 waveguide type optical modulator 8 includes a substrate 11, an optical waveguide 12 that modulates the phase of a single polarization component of light that is formed and propagates on the substrate 11, and an optical waveguide 12 on the substrate 11. The buffer layer 14 laminated so as to cover the light, 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 optical waveguide 12 are provided with each other. A first protective material 86 arranged on the upper part of the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the first end face 84 and the second end face 85 provided so as to face each other. A second protective material 87 arranged on the upper part of the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the second end surface 85, and an end surface 86a of the first end surface 84 and the first protective material 86. Adhered on the plane 92 formed between the incident side antireflection film 63 adhered on the plane 91 formed between the two, and the end surface 87a of the second end surface 85 and the second protective material 87. It includes an emission-side antireflection film 64, an oscillator 16 arranged on one end side of the electrode 83 and oscillating a modulation signal having a frequency fm, and a termination resistor 18 arranged on the other end side of the electrode 83. ..

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LiNbO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、電極83を形成するための凸条部20が設けられる。 The substrate 11 is obtained by cutting out 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 shape. On the cut-out substrate 11, a ridge portion 20 for forming the electrode 83 is provided by performing a treatment such as mechanical polishing or chemical polishing.

光導波路12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。 The optical waveguide 12 has a waveguide mode only for a single polarization component on the substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident side antireflection film 63 to the exit side antireflection film 64. It is formed as a region.

入射側反射防止膜63を介して光導波路12に入射した光は、単一の偏波成分のみが導波路12の境界面で全反射しながら伝搬する。 The light incident on the optical waveguide 12 via the antireflection film 63 on the incident side propagates while only a single polarization component is totally reflected at the boundary surface of the waveguide 12.

ここで、単一の偏光成分のみ通す光導波路12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 12 that allows only a single polarizing component to pass through is single on the substrate 11 having an electro-optical effect by an optical waveguide forming method that causes a change in the refractive index only for a specific polarizing component, for example, a proton exchange method. It can be formed as a region having a high refractive index only with respect to the polarization component of.

この光導波路12は、例えば、LiNbO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 12 can be formed, for example, on a substrate 11 made of LiNbO 3 or the like as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component by a proton exchange method.

また、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12には、例えばLiNbO結晶光導波路を用いることができ、LiNbO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12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 12 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 single polarized light by devising the refractive index distribution. It can be formed as a limited area. For this optical waveguide 12, for example, a LiNbO 3 crystal optical waveguide can be used, and it can be formed by diffusing Ti on the surface of a substrate 11 made of LiNbO 3 or the like. The refractive index of this Ti-diffused region is higher than that of other regions, and the light of a single polarization component can be confined. Therefore, the light capable of propagating the light of a single polarization component can be propagated. The waveguide 12 can be formed. The refractive index is high for both orthogonal polarization components, but there is also a condition that the waveguide 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LiNbO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 12 produced based on such a method has electricity 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 self-power of the electric field. Since it has an optical effect, it is possible to modulate the light of a single polarization component by utilizing such a physical phenomenon.

バッファ層14は、光導波路12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 12 in order to suppress the propagation loss of light of a single polarization component. By the way, if the film thickness of 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 light propagation loss of a single polarization component does not increase. You may try to do it.

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 a metal material such as Ti, Pt, or Au, and is phase-modulated to light propagating in the optical waveguide 12 by driving and inputting a modulation signal having a frequency fm supplied from the oscillator 16 to the optical waveguide 12. multiply.

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。 The first protective material 86 and the second protective material 87 are each composed of members 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 plane 91 may be processed so as to have the same crystal orientation as each other, and similarly, the plane 92 is formed. The end face 87a of the protective material 87 and the second end face 85 may be processed so as to have the same crystal orientation as each other.

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平面91上に被着される。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平面91上に被着される。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 adhered on a flat surface 91 formed between the first end surface 84 and the end surface 86a of the first protective material 86. The exit-side antireflection film 64 is adhered on a flat surface 91 formed between the second end surface 85 and the end surface 87a of the second protective material 87. These antireflection films 63 and 64 may be made of a low reflection film, or may be made of an uncoated film so as to obtain the same effect as that of a low reflection film. ..

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 end of the electrode 83, and prevents the disturbance of the waveform by preventing the reflection of the electric signal at the end.

次に、光変調器8の作製方法につき図3を用いて説明をする。 Next, a method of manufacturing the light modulator 8 will be described with reference to FIG.

先ずステップS11において、LiNbO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 S11, a photoresist pattern 13 is produced on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystals.

次にステップS12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LiNbO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12を形成する。 Next, the process proceeds to step S12, and the substrate 11 of the LiNbO 3 crystal having the photoresist pattern 13 formed on the surface is heated in a state of being immersed in a proton exchange solution such as benzoic acid to heat the Li of the surface layer portion of the substrate 11. The optical waveguide 12 is formed as a region in which the waveguide mode exists only for a single polarization component by the proton exchange method of substituting with H +.

なお、このステップS11、12の光導波路12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S11において、LiNbO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、LiNbO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S12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12を形成するTi拡散法にこれを代替してもよい。 In the manufacturing process of the optical waveguide 12 in this step S11 and S12, is not limited to a proton exchange method, for example, in step S11, the photoresist pattern 13 on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal Ti is vapor-deposited on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystals, and the photoresist is removed to prepare a thin wire of Ti having a width of a micron size. In the next step S12, this is prepared. By heating the substrate 11 on which the thin wire of Ti is formed, the Ti atom is thermally diffused in the substrate 11, and the optical waveguide 12 is provided as a region in which 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S13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SiO薄膜を蒸着させる。このステップS13では、SiO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, the process proceeds to step S13, 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 S13, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching the SiO 2 wafer to the surface of the substrate 11. In such a case, the film thickness may be controlled to an appropriate level by polishing the vapor-deposited buffer layer 14 in consideration of the electrode mounting region in the next step S14.

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。 Next, the process proceeds to step S14, and the electrode 83 is formed on the buffer layer 14.

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LiNbO結晶で構成した場合には、同一材質としてのLiNbO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, the process proceeds to step S15, and the protective materials 86 and 87 are adhered to the upper part of the optical waveguide 12. As for the method of adhering the protective materials 86 and 87, they may be attached with an adhesive or may be directly bonded based on another method. When the substrate 11 is composed of LiNbO 3 crystals, the protective materials 86 and 87 may be composed of LiNbO 3 as the same material. In step S15, the end faces 86a and 87a of the attached protective materials 86 and 87 can form planes 91 and 92 between the first end face 84 and the second end face 85, respectively. And trim it.

最後にステップS16へ移行し、この得られた平面91,92を研磨する。そ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。ちなみに、このステップS16においては、平面91,92上に入射側反射防止膜63、出射側反射防止膜64を最初に形成させ、次にこれを研磨するようにしてもよい。 Finally, the process proceeds to step S16, and the obtained planes 91 and 92 are polished. Then, the incident side antireflection film 63 and the exit side antireflection film 64 are formed on the polished flat surfaces 91 and 92, respectively, over one surface thereof. Incidentally, in this step S16, the incident side antireflection film 63 and the exit side antireflection film 64 may be formed first on the planes 91 and 92, and then polished.

このように、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 light modulator 8, since the protective materials 86 and 87 are attached to each end portion, the end surface of the optical waveguide 12 conventionally located at the uppermost corner of the end surface is a flat surface 91 (92). ) Moves to the central part. As a result, even when the corner of the plane 91 (92) is chipped during polishing in step S16, the end face of the optical waveguide 12 is not chipped. That is, it is possible to configure the optical waveguide 12 so that the end face itself is less likely to be chipped. This makes it possible to suppress the light 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平面91,92を得ることができ、光導波路12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 protective materials 86 and 87 with the optimum material corresponding to the material of the substrate 11, the polishing speed in step S16 is set to the first end face 84 and the second end face 85 to the end face 86a of the substrate 11. It can be made uniform over 87a. As a result, the end face of the optical waveguide 12 is not rounded during processing, flat surfaces 91 and 92 made of a flat polished surface can be obtained, and the reflection loss on the end face of the optical waveguide 12 can be minimized. Become. Further, by making the crystal orientations of the end faces constituting the planes 91 and 92 the same, it is possible to further suppress the reflection loss.

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 accuracy of polishing in step S16 is improved, and the verticality of the obtained plane 91 (92) with respect 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、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, the incident side antireflection film 63 and the exit side antireflection film 64 are very stable because they are formed over a wide range from the first end face 84 and the second end face 85 to the end faces 86a and 87a of the substrate 11. Therefore, it is difficult to peel off, and it is possible to improve the reproducibility of the film formation.

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、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る。 In order to experimentally verify the effect of providing the protective material 86,87, the flat surface 91 (92) after the protective material 86,87 was attached was polished, and the end face of the optical waveguide 12 was actually polished. It can be confirmed that no chipping or bending occurs in the portion, and that flat optical polishing suitable for adhesion of the incident side antireflection film 63 and the exit antireflection film 64 is performed.

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。 In particular, the first protective material 86 and the second protective material 87 are made of the same material as the substrate 11, and the end faces 86a, 87a and the first end face 84 of the protective materials 86, 87 forming the flat surfaces 91, 92. By processing the second end face 85 so as to have the same crystal orientation as each other, the hardness of the crystals becomes the same between the two, so that the planes 91 and 92 do not tilt due to the difference in polishing speed.

このような構成の光変調器8では、入射側反射防止膜63を介して入射され光導波路12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、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 light modulator 8 having such a configuration, only a single polarization component that is incident through the incident-side antireflection film 63 and propagates through the optical waveguide 12 is a modulated signal having a frequency fm supplied from the oscillator 16. Is phase-modulated and is emitted via the emission-side antireflection film 64. Moreover, in the optical modulator 8, the end face of the optical waveguide 12 can be moved to a substantially central portion of the plane 91 (92) by attaching protective materials 86 and 87 at each end portion, so that the optical waveguide 12 can be moved. It is possible to chip or round the end face, secure the verticality between the optical waveguide 12 and the flat surfaces 91, 92, improve the polishing accuracy on the flat surfaces 91, 92, and improve the yield.

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4、図5、図6に示すように、幅W1=1.9[mm]、長さL1=27.4[mm]、厚みT1=0.5[mm]のLiNbO結晶基板11に3本の光導波路12A,12B、12Cを形成し、光導波路12A,12B、12C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LiNbO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12A,12B、12Cの入射面と出射面を平面に仕上げたLiNbO結晶基板ブロックとして、それぞれ3本の光導波路12A,12B、12C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12A,12B、12C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, both the single-polarized optical waveguide produced by the proton exchange method in which only a single polarization component of the incident light is propagated and only the orthogonal polarization component of the incident light are propagated. As shown in FIGS. 4, 5, and 6, the orthogonally polarized optical waveguide produced by the Ti diffusion method has a width W1 = 1.9 [mm], a length L1 = 27.4 [mm], and a thickness T1. Three optical waveguides 12A, 12B, 12C are formed on the LiNbO 3 crystal substrate 11 of = 0.5 [mm], and the width W2 = 1.9 [mm] and the length above the optical waveguides 12A, 12B, 12C. By adhering protective materials 86,87 having L2 = 1.5 [mm] and thickness T2 = 0.5 [mm] and polishing the end face of the protective material 86,87 and the end face of the LiNbO 3 crystal substrate 11. As a LiNbO 3 crystal substrate block in which the entrance surface and the exit surface of the three optical waveguides 12A, 12B and 12C are finished flat, the optical path width W3 of the three optical waveguides 12A, 12B and 12C is 6.0 [μm], respectively. , 6.3 [μm], 6.6 [μm], 6.9 [μm], 7.2 [μm], 7.5 [μm], 10 samples of 6 types were prepared, and 3 samples were prepared. When the reflectances of the incident surfaces A1, B1, C1 and the exit surfaces A2, B2, and C2 of the optical waveguides 12A, 12B, and 12C were measured and the finesse and transmittance of each sample were obtained, the following results were obtained. rice field.

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 orthogonally polarized optical waveguide was about 30 to 45, whereas the finesse of the single polarized optical waveguide was about 50 to 65. Further, the transmittance of the orthogonally polarized optical waveguide was about 12.5 to 25 [%], whereas the transmittance of the single polarized optical waveguide was about 20 to 32.5 [%]. Has been done.

次に、図7に示すような往復変調型の光変調器51について説明する。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。 Next, the reciprocating modulation type optical modulator 51 as shown in FIG. 7 will be described. Regarding the same configuration and elements as the above-mentioned optical modulator 8 in the light modulator 51, the explanations in FIGS. 1 and 2 will be cited, and the description thereof will be omitted here.

光変調器51は、図7の(a)に示すように、基板11と、基板11上に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上に被着される反射防止膜63と、平面92上に被着される出射側反射膜94とを備えている。 As shown in FIG. 7A, the light modulator 51 is formed and propagates on the substrate 11 and the substrate 11 as a region in which the waveguide mode exists only for a single polarization component. The optical waveguide 12 that modulates the phase of the light to be generated, the buffer layer 14 that is laminated so as to cover the optical waveguide 12 on the substrate 11, and the direction of the modulation electric field are substantially perpendicular to the light propagation direction. An electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12, a first protective material 86 and a second protective material 87 arranged on the upper part of the optical waveguide 12, and an antireflection film 63 adhered on a flat surface 91. And an emission side reflective film 94 to be adhered on the flat surface 92.

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の(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の他端側に配設される終端抵抗18とがさらに配設される。 Further, 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 transmitted. An optical system consisting of an optical transmission path 23 composed of an optical fiber or the like for transmitting to the outside, 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 mounted, and an oscillator 16 arranged on one end side of the electrode 83 to oscillate a modulated signal having a frequency fm and a termination resistor 18 arranged on the other end side of the electrode 83 are further arranged.

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 adhered on a 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 made of a low-reflection film, or may be made of an uncoated film so as to obtain the same effect as that of a low-reflection film.

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 to the end of the optical waveguide 12, and also collects the output light that has passed through the antireflection film 63 from the end of the optical waveguide 12 and collects the output light, which is collected by the optical circulator 21. Send to. The focuser 22 may be composed of a lens or the like for optical coupling of 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、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、単一の偏波成分のみが光導波路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側に出射され単一の偏波成分のみの出力光となる。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、終端抵抗18により吸収されることになる。 The light modulator 51 having such a configuration emits light as a highly reflective film at one end of the optical waveguide 12 formed as a region in which the waveguide mode exists only for a single polarization component. By providing the side reflective film 94 and providing the antireflection film 63 at the other end portion, the light modulator operates as a so-called reciprocating modulation type optical modulator. The input light incident on the optical waveguide 12 is modulated while propagating only a single polarization component through the optical waveguide 12, is reflected by the emission side reflective film 94 on the end face, and then propagates through the optical waveguide 12 again. It passes through the antireflection film 63 and is emitted to the focuser 22 side to be output light having only a single polarization component. At the same time, the electric signal having a frequency of fm supplied from the oscillator 16 propagates on the electrode 83 while modulating the input light, and then is absorbed by the terminating resistor 18.

また、この光変調器51は、図7の(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, as shown in FIG. 7C, the light modulator 51 is provided with an oscillator 25 and a terminating resistor 27 on one end side of the electrode 83, and propagates an electric signal supplied from the oscillator 25 on the electrode 83. After that, 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 by the other end side of the electrode 83 may be provided. Further, in the light modulator 51, an incident side reflective film 93 having a high reflectance is adhered. As a result, light can be resonated inside the optical waveguide 12. Further, as an alternative to the incident side reflective film 93, the above-mentioned low reflectance antireflection film 63 may be adhered. This makes it possible to perform phase modulation while reciprocating light only 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63,94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 the light modulator 51, the phase of light can be modulated by each of the electric signals reciprocating on the electrode 83 by adjusting the reflection phase of the electric signal according to the phase of the light reflected by the light emitting side reflecting film 94. Therefore, the modulation efficiency can be increased. In particular, by attaching the protective materials 86 and 87, it is possible to further increase the optical modulation efficiency in the optical modulator 51 in which the peeling and chipping of the films 63 and 94 are suppressed and the finesse is further improved as described above. It becomes.

また、これら光変調器51を光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 light modulators 51 are applied to an optical comb generator, it is possible to perform reciprocating modulation on the light resonating in the optical waveguide 12 by the electric signal reciprocating between the electrodes. In such a case, the intensity distribution at each frequency (wavelength) of the generated sideband is when the modulation frequency of the electric signal applied to the electrode 83 is 25 GHz and the power is 0.5 W, as shown in FIG. 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 7.1 V.

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。 Instead of reflecting the electric signal, the light modulator 51 may divide the output of the oscillator 16 as a signal source 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.

ここで、光変調器8,51において、変調信号が供給される光導波路12の上面に設けられた電極83は、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 light modulators 8 and 51, the electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12 to which the modulation signal is supplied has a ridge structure, so that the light modulation efficiency can be further improved. ..

ここで、このようにして作成される上記光変調器8,51は、図9、図10に示すように、上記ステップS16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1として機能する。 Here, in the optical modulators 8 and 51 produced in this manner, as shown in FIGS. 9 and 10, in step S16, the planes 91 and 92 are polished in parallel with each other, and the polished planes are polished. An optical comb is generated by forming the incident side antireflection film 93 and the exit side antireflection film 94 on the 91 and 92 in place of the incident side antireflection film 63 and the emission side antireflection film 64, respectively, over one surface thereof. Functions as vessel 1.

すなわち、光コム発生器1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。 That is, in the optical comb generator 1, the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 are provided so as to be parallel to each other in order to resonate the light incident on the optical waveguide 12. The optical resonator 5 is configured to resonate by reciprocating the light passing through the light.

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を通過した単一の偏波成分の光を反射する。出射側反射膜94は、光導波路12を通過した単一の偏波成分の光を反射する。またこの出射側反射膜94は、光導波路12を通過した単一の偏波成分の光を一定の割合で外部に出射する。 Light having a frequency ν1 is incident on the incident side reflective film 93 from a light source (not shown). Further, the incident-side reflective film 93 reflects light of a single polarized component that is reflected by the outgoing-side reflective film 94 and has passed through the optical waveguide 12. The exit-side reflective film 94 reflects light of a single polarized component that has passed through the optical waveguide 12. Further, the exit-side reflective film 94 emits light of a single polarized component that has passed through the optical waveguide 12 to the outside at a constant ratio.

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 reflective film 93 and / or the outgoing side reflective film 94 may be formed over one plane 91 and 92, respectively, but are formed so as to cover only the end portion of the optical waveguide 12 at a minimum. It suffices if it is 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 end of the electrode 83, and prevents the disturbance of the waveform by preventing the reflection of the electric signal at the end.

図11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. 11 shows the plane 91 on which the incident side reflective 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/e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 same plane 91 is formed by the first end surface 84 including the light incident end of the optical waveguide 12 and the end surface 86a of the protective material 86. The formed plane 91 has an inclination of 0.05 ° or less. Relative to the plane 91 of the slope 0.05 °, when calculating the loss in the case where the light of the 1 / e 2 beam diameter 10μm is reflected at the end face of the slope 0.05 °, a 4 × 10 -4, the incident It is negligibly small compared to the reflectance of the side reflective film 93.

このように第1の端面84並びに第2の端面85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 12 in this way, the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 adhered thereto are single. The light of the polarized component can be efficiently resonated.

上述の如き構成からなる光コム発生器1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を反射した単一の偏波成分の光は光導波路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、単一の偏波成分の光で光導波路12内を共振することになる。 In the optical comb generator 1 having the above-described configuration, the light incident from the outside through the incident side reflective film 93 is such that the light of a single polarization component propagates in the optical waveguide 12 in the outward path direction and is emitted from the exit side. It is reflected by the reflective film 94 and partially penetrates to the outside. The light of a single polarized wave component reflected by the emitting side reflecting film 94 propagates in the optical waveguide 12 in the return path direction and is reflected by the incident side reflecting film 93. By repeating this, the light of a single polarized wave component resonates in the optical waveguide 12.

また、単一の偏波成分の光が光導波路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、単一の偏波成分の光がこの光変調器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。したがって、光変調器8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1として機能する。 Further, by using an electric signal synchronized with the time when the light of a single polarization component reciprocates in the optical waveguide 12 as a drive input via the electrode 83, the light of a single polarization component is converted into this light modulator. It is possible to apply a deep phase modulation of several tens of times or more as compared with the case of passing through the inside of 8 only once. In addition, hundreds of sidebands can be generated over a wide band around the frequency ν1 of the incident light. Incidentally, the frequency interval of each of the generated side bands is equivalent to the frequency fm of the input electric signal. Therefore, the optical modulator 8 is a single bias composed of a large number of side bands by replacing the incident side antireflection film 63 and the exit side antireflection film 64 with the incident side antireflection film 93 and the exit side antireflection film 94. It functions as an optical comb generator 1 that generates optical combs of wave components.

光コム発生器1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12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12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。 The optical comb generator 1 is waveguideed only to a single polarization component on a substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident-side reflective film 93 constituting the resonance means to the outgoing-side reflective film 94. Since the optical waveguide 12 formed as a region where the mode exists is provided, only a single polarization component of the light incident through the incident side reflective film 93 is propagated through the optical waveguide 12. An optical comb can be generated as an optical modulation output of only a single polarization component via the light emitting side reflective film 94.

上述の如く、光変調器8,51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の端面が平面91(92)の略中央部に移動する結果、ステップS17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っている。しかも、この保護材86,87を設けることにより、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から他の側面に回り込むこと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。 As described above, in the light modulators 8 and 51, the protective materials 86 and 87 are attached to each end, so that the end face of the optical waveguide 12 conventionally located at the uppermost corner of the end face is a flat surface 91. As a result of moving to the substantially central portion of (92), even if the corner of the plane 91 (92) is chipped during polishing in step S17, the end face of the optical waveguide 12 is not chipped. That is, it is possible to configure the optical waveguide 12 so that the end face itself is less likely to be chipped. This makes it possible to suppress light loss from each end face of the optical waveguide 12 as much as possible. Moreover, by providing the protective materials 86 and 87, it is possible to suppress a change in the film thickness due to the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 to be adhered wrapping around from the planes 91 and 92 to other side surfaces. .. Therefore, the film thickness in the vicinity of the end face of the optical waveguide 12, which is important for ensuring 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、さらに成膜の再現性をも向上させることが可能となる。 Further, the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 are very stable because they are formed over a wide range from the first end face 84 and the second end face 85 to the end faces 86a and 87a on the substrate 11. It is difficult to peel off, and it is possible to improve the reproducibility of the film formation.

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、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。 In order to experimentally verify the effect of providing the protective material 86,87, the flat surface 91 (92) after the protective material 86,87 was attached was polished, and the end face of the optical waveguide 12 was actually polished. It can be confirmed that no chipping or bending occurs in the portion, and that flat optical polishing suitable for adhesion of the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 is performed.

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。 In particular, the first protective material 86 and the second protective material 87 are made of the same material as the substrate 11, and the end faces 86a, 87a and the first end face 84 of the protective materials 86, 87 forming the flat surfaces 91, 92. By processing the second end face 85 so as to have the same crystal orientation as each other, the hardness of the crystals becomes the same between the two, so that the planes 91 and 92 do not tilt due to the difference in polishing speed.

このように、光変調器8、光コム発生器1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、図11に示すように光導波路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 and the optical comb generator 1, the end faces of the optical waveguide 12 are abbreviated as the flat surface 91 (92) as shown in FIG. 11 by attaching the protective materials 86 and 87 to the respective end portions. Since it can be moved to the central part, the end face of the optical waveguide 12 is chipped or rounded, the verticality between the optical waveguide 12 and the flat surfaces 91 and 92 is ensured, the polishing accuracy on the flat surfaces 91 and 92 is improved, and the incident side reflective film 93 is used. In addition, it is possible to suppress peeling and wraparound of the exit side reflective film 94, improve the reflectance of the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94, realize the designed reflection characteristics, and improve the performance reproducibility of the reflective film. As a result, the finesse of the optical resonator 5 composed of the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 can be improved, and a high-performance optical modulator and optical comb generator can be manufactured with good reproducibility. It becomes possible, and it becomes possible to improve the yield.

また、図12に示すような構成の導波路型光変調器8A(光コム発生器1A)について説明する。 Further, a waveguide type optical modulator 8A (optical comb generator 1A) having a configuration as shown in FIG. 12 will be described.

この導波路型光変調器8A(光コム発生器1A)は、図1,2(図9,10)に示した導波路型光変調器8(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8(光コム発生器1)と同一の構成、要素については、図1,2(図9,10)における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The waveguide type optical modulator 8A (optical comb generator 1A) has a ridge structure of an electrode 83 in the waveguide type optical modulator 8 (optical comb generator 1A) shown in FIGS. 1 and 2 (FIGS. 9 and 10). For the same configuration and elements as the above-mentioned optical modulator 8 (optical comb generator 1), the explanations in FIGS. 1 and 2 (FIGS. 9 and 10) are cited here. The explanation of is omitted.

この導波路型光変調器8A(光コム発生器1A)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LiNbO 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 8A (optical comb generator 1A), the substrate 11 is formed by cutting out 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 shape. be. A ridge portion 20 for forming an electrode 83A having a ridge structure is provided on the cut-out substrate 11 by subjecting it to a process such as mechanical polishing or chemical polishing.

光導波路12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 12 is formed by a proton exchange method or a Ti diffusion method so as to penetrate from an incident end to an emitted end, and guides light of a single polarized component only to a single polarized component in order to propagate light. It is formed as a region where the wave mode exists.

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12に入射した光は、単一の偏波成分のみが光導波路12の境界面で全反射しながら伝搬する。 The refractive index of the layers constituting the optical waveguide 12 is set higher than that of other layers such as the substrate 11 only for a single polarization component. The light incident on the optical waveguide 12 propagates while only a single polarization component is totally reflected at the boundary surface of the optical waveguide 12.

このような方法に基づいて作製したLiNbO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 12 produced based on such a method has electricity 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 self-power of the electric field. Since it has an optical effect, it is possible to modulate the light of a single polarization component 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12に駆動入力とすることにより、光導波路12内を伝搬する光に位相変調をかける。 The electrode 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 12 by using a modulation signal having a frequency fm supplied from the oscillator 16 as a drive input to the optical waveguide 12. Phase modulation the light.

このような構造の導波路型光変調器8A(光コム発生器1A)の作製方法について、図13を用いて説明をする。 A method of manufacturing the waveguide type optical modulator 8A (optical comb generator 1A) having such a structure will be described with reference to FIG.

すなわち、先ずステップS21において、LiNbO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 S21, a photoresist pattern 13 is produced on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystals.

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LiNbO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12を形成する。 Next, the process proceeds to step S22, and the substrate 11 of the LiNbO 3 crystal having the photoresist pattern 13 formed on the surface is heated in a state of being immersed in a proton exchange solution such as benzoic acid to heat the Li of the surface layer portion of the substrate 11. The optical waveguide 12 is formed as a region in which the waveguide mode exists only for a single polarization component by the proton exchange method of substituting with H +.

なお、このステップS21、22の光導波路12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、LiNbO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、LiNbO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12を形成するTi拡散法にこれを代替してもよい。 In the manufacturing process of the optical waveguide 12 in this step S21 and S22, is not limited to a proton exchange method, for example, in step S21, the photoresist pattern 13 on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystal Ti is vapor-deposited on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystals, and the photoresist is removed to prepare a thin wire of Ti having a width of a micron size. In the next step S22, this is prepared. By heating the substrate 11 on which the thin wire of Ti is formed, the Ti atom is thermally diffused in the substrate 11, and the optical waveguide 12 is provided as a region in which 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、光導波路12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14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 S23, the resist pattern 13 of the substrate 11 on which the optical waveguide 12 is formed is removed, and the electrode 83A having a ridge structure is further processed by mechanical polishing, chemical polishing, or the like, as shown in FIG. The ridge portion 20 for forming the above is provided.

次にステップS24へ移行し、バッファ層14としてのSiO薄膜を基板11表面に蒸着させる。このステップS24では、SiO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S25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, the process proceeds to step S24, and the SiO 2 thin film as the buffer layer 14 is vapor-deposited on the surface of the substrate 11. In this step S24, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching the SiO 2 wafer to the surface of the substrate 11. In such a case, the film thickness may be controlled to an appropriate level by polishing the vapor-deposited buffer layer 14 in consideration of the electrode mounting region in step S25 described later.

次にステップS25へ移行し、図15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 S25, and as shown in the vertical cross section of the main part of FIG. 15, an electrode 83A having a ridge structure is formed on the buffer layer 14 of the substrate 11.

次にステップS26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LiNbO結晶で構成した場合には、同一材質としてのLiNbOにより構成してもよい。このステップS26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, the process proceeds to step S26, and the protective materials 86 and 87 are adhered to the upper part of the optical waveguide 12. As for the method of adhering the protective materials 86 and 87, they may be attached with an adhesive or may be directly bonded based on another method. When the substrate 11 is composed of LiNbO 3 crystals, the protective materials 86 and 87 may be composed of LiNbO 3 as the same material. In step S26, the end faces 86a and 87a of the attached protective materials 86 and 87 can form planes 91 and 92 with the first end face 84 and the second end face 85, respectively. And trim it.

光変調器8Aでは、最後のステップS27において、この得られた平面91,92を研磨して、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 light modulator 8A, in the final step S27, the obtained planes 91 and 92 are polished, and the incident side antireflection film 63 and the exit side antireflection film 64 are respectively formed on the polished planes 91 and 92. It is formed over one surface.

また、光コム発生器1Aでは、上記ステップS27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。 Further, in the optical comb generator 1A, in step S27, the flat surfaces 91 and 92 are polished in parallel with each other, and the incident side antireflection film 63 and the outgoing side antireflection film 64 are polished on the polished flat surfaces 91 and 92. Instead, the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 are formed over one surface of each.

このような構成の光変調器8A、光コム発生器1Aでは、入射端から入射され光導波路12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 8A and the optical comb generator 1A having such a configuration, the oscillator 16 is connected to the electrode 83A having a ridge structure with respect to light of only a single polarization component incident from the incident end and propagating through the optical waveguide 12. The modulation signal of the frequency fm supplied from the above can efficiently perform phase modulation.

しかも、光変調器8A、光コム発生器1A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が可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。 Moreover, in the optical modulator 8A and the optical comb generator 1A, the end face of the optical waveguide 12 can be moved to a substantially central portion of the plane 91 (92) by attaching protective materials 86 and 87 at each end. 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 can be ensured, the polishing accuracy on the planes 91 and 92 can be improved, and the yield can be improved.

また、光コム発生器1A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12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、単一の偏波成分の光が光導波路12内を共振することになる。 Further, in the optical comb generator 1A, the light incident from the outside through the incident side reflective film 93 propagates only a single polarization component in the outward path direction in the optical waveguide 12 and is reflected by the outgoing side reflective film 94. At the same time, it partially penetrates to the outside. The light of a single polarized wave component reflected by the emitting side reflecting film 94 propagates in the optical waveguide 12 in the return path direction and is reflected by the incident side reflecting film 93. By repeating this, the light of a single polarized wave component resonates in the optical waveguide 12.

また、単一の偏波成分の光が光導波路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。したがって、光変調器8A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1Aとして機能する。 Further, by using an electric signal synchronized with the time when the light of a single polarization component reciprocates in the optical waveguide 12 as a drive input via the electrode 83A, the light of a single polarization component is converted into this light modulator. It is possible to apply a deep phase modulation of several tens of times or more as compared with the case of passing through the inside of 8 only once. Further, hundreds of side bands can be generated over a wide band around the frequency ν1 of the incident light. Incidentally, the frequency interval of each of the generated side bands is equivalent to the frequency fm of the input electric signal. Therefore, the light modulator 8A functions as an optical comb generator 1A that generates an optical comb of a single polarization component composed of a large number of side bands.

このように、光コム発生器1A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12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12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S27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 comb generator 1A, with respect to a single polarization component on a substrate having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident side reflective film 93 constituting the resonance means to the outgoing side reflective film 94. Since the optical waveguide 12 is provided as a region where only the waveguide mode exists, only a single polarization component of the light incident through the incident side reflective film 93 propagates through the optical waveguide 12. Therefore, an optical comb can be generated as an optical waveguide output of only a single polarization component via the light emitting side reflective film 94, and protective materials 86 and 87 are attached to each end portion. The end face of the optical waveguide, which was conventionally located at the uppermost corner of the end face, moves to the substantially central portion of the plane 91 (92). As a result, even when the corner of the plane 91 (92) is chipped during polishing in step S27, the end face of the optical waveguide 12 is not chipped. That is, it is possible to configure the optical waveguide 12 so that the end face itself is less likely to be chipped. This makes it possible to suppress the light loss from each end face of the optical waveguide 12 as much as possible.

しかも、この光変調器8Aは、図15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 8A includes an electrode 83A having a ridge structure formed on the buffer layer 14 of the substrate 11, as shown in the vertical cross section of the main part of FIG. 15, the modulation efficiency is further improved. Can be made to.

ここで、この光変調器8A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16、図17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 light modulator 8A, the ridge width RW of the electrode 83A having a 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. Samples of the light modulator 8A with depths AVD (Average depths) of 3.3, 2.96, 4.79, and 4.72 [μm] were prepared, and the drive voltage (AC Vpi) and direct current at 25 GHz were prepared. The driving voltage (DC Vpi) was actually measured and the results are shown in FIGS. 16 and 17. Vpi is the voltage required to π-radian the phase.

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8A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 8A provided with the electrode 83A having a 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 average voltage of the drive voltage (AC Vpi) at 25 GHz is reduced to about 70% of the original voltage as compared with the case without the ridge structure, and the electric power is about 50%. Corresponds to a decrease in. Further, as for the direct current drive voltage (DC Vpi), the average voltage is reduced to about 80% of the original voltage as compared with the case without the ridge structure, which corresponds to a decrease of about 50% in electric power.

すなわち、この光変調器8A、光コム発生器1Aでは、光導波路12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12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63又は出射側反射膜94それぞれ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 8A and the optical comb generator 1A are composed of members having the same hardness as the substrate 11 of the optical waveguide 12, and at least one end face of the member is the light incident end or light in the optical waveguide 12. A first protective material 86 and a second protective material 87 arranged on the upper part of the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the end surface of the substrate 11 including the emission end are provided, and the end surface of the member Since the incident side antireflection film 63 or the incident side antireflection film 93 and the emission side antireflection film 63 or the emission side antireflection film 94 are respectively adhered to the plane formed by polishing the end surface of the substrate, the end surface of the optical waveguide The finesse of the optical resonator 5 composed of the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 can be improved by preventing the occurrence of chipping and stabilizing the attachment of the high reflective film. The driving power can be reduced by providing the electrode 83A having a ridge structure.

したがって、上述の如き構成の光変調器光変調器8、8A、光変調器51は、光導波路12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12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12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平面上に共振手段を構成する入射側反射膜93並びに出射側反射膜94を被着させるので、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12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12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, the optical modulators optical modulators 8 and 8A and the optical modulator 51 having the above-described configuration include at least one of the members 86 and 87 having the same hardness as the substrate 11 for forming the optical waveguide 12 from the upper surface. Is arranged on the upper part of the optical waveguide 12 so that the end surface of the optical waveguide 12 forms the same plane as the end surface of the substrate 11 including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide 12, and is arranged with the end faces of the members 86 and 87. Since the incident side reflective film 93 and the outgoing side reflective film 94 constituting the resonance means are adhered on the plane formed by polishing the end surface of the substrate 11, chipping during processing of the corners of the waveguide end surface may occur. It suppresses rounding, and each reflective film can be stably adhered without peeling off at the uppermost corner of the end face, improving the reflectance of the reflective film and the finesse of the optical resonator, and enhancing the function of the device itself. The waveguide mode exists only for a single polarization component on the substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident-side reflective film 93 constituting the resonance means to the outgoing-side reflective film 94. By providing the optical waveguide 12 formed as the region, only a single polarization component of the light incident through the incident side reflective film 93 is propagated through the optical waveguide 12 and the exit side reflective film. An optical comb capable of generating a stable optical comb as an optical modulation output of only a single polarization component via 94 functions as generators 1 and 1A.

上述の如き光変調器8、8A、光変調器51における光導波路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 12 in the optical modulators 8 and 8A and the optical modulator 51 as described above has a single polarization on the substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident side reflective film 93 to the outgoing side reflective film 94. A low-power laser light source or optical comb that can output laser light or optical comb with only a single polarization component by being formed as a region where the waveguide mode exists only for the wave component. You can build a generator.

次に、本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器110の構成を図18のブロック図に示す。 Next, the configuration of the optical comb generator 110 using the optical comb module to which the present invention is applied is shown in the block diagram of FIG.

この光コム発生器110は、光コムモジュール100Aから出力される光コムの一部を分岐する光カップラ111と、光カップ111により分岐された光を検出する光検出器112と、この光検出器112により得られる光検出信号が供給される制御回路113などを備える。 The optical comb generator 110 includes an optical coupler 111 that branches a part of the optical comb output from the optical comb module 100A, an optical detector 112 that detects the light branched by the optical cup 111, and the photodetector. A control circuit 113 or the like to which the light detection signal obtained by 112 is supplied is provided.

光コムモジュール100Aは、レーザー光源131からレーザー光が入射されるとともに、バイアス・ティー114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100Aは、温度調節回路119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。 In the optical comb module 100A, the laser light is incident from the laser light source 131, and the RF modulation signal is input via the bias tee 114, so that the incident laser light has a single polarization component. By applying phase modulation with an RF modulated signal, an optical comb is generated and output. In this optical comb module 100A, the resonance length of the resonance means by the incident side reflective film and the outgoing side reflective film provided in the optical waveguide is controlled by the temperature control by the temperature control circuit 119.

制御回路113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114に供給する。 The control circuit 113 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 114.

光コムモジュール100AのDCバイアスに加えることにより、光コムモジュール100A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 applying it to the DC bias of the optical comb module 100A, the resonance frequency of the optical comb module 100A can be made to follow the input laser frequency.

制御回路113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112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 113 may be a single printed circuit board or a combination of an RF mixer or an isolator and a printed circuit board. By mixing the photodetector signal and the synchronization signal of the photodetector 112, a control signal corresponding to the amount of error from the control target is created.

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112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。 Part of the output of the RF modulated signal source can be used as the sync signal. In that case, the operating band of the photodetector 112 needs to be equal to or higher than the RF drive frequency.

制御回路113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駆動信号源とは別の同期信号源140により与えられる変調信号(ディザ信号)を使用することが可能である。例えば、レーザー周波数に、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112の出力信号と同期信号のミキシングを行うことにより誤差信号を生成することができる。また、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 113, the low frequency component of the signal obtained by inputting the photodetector signal and the synchronization signal to the mixer via the phase adjuster is taken as an error signal. Alternatively, a modulated signal (dither signal) given by a synchronization signal source 140 different from the RF drive signal source can be used as the synchronization signal. For example, an error signal can be generated by applying modulation having a smaller amplitude than the FSR in the resonance mode to the laser frequency and mixing the output signal of the photodetector 112 with the synchronization signal. Further, if the dither signal frequency is low, it is possible to generate an error signal by the product-sum calculation of digital signal processing after converting the optical detection 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114経由で光コムモジュール100A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100A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 frequency characteristic of the error signal is adjusted and applied as a control signal to the DC bias of the optical comb module 100A via the bias tee 114. Generally, the error signal is input to a circuit having proportional, integral, and differential functions, the frequency characteristics of the control loop are determined by adjusting the amplitude of those components, and the resonance frequency of the optical comb module 100A is the input laser. It is controlled to follow the oscillation frequency.

また、本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器120の構成を図19のブロック図に示す。 Further, the block diagram of FIG. 19 shows the configuration of the optical comb generator 120 using the optical comb module to which the present invention is applied.

この光コム発生器120は、光コムモジュール100Aの反射光を利用して共振器制御を行うもので、光コムモジュール100Aの反射光の一部が光カップラ111により分岐されて光検出器112に入射されるようになっている。 The optical comb generator 120 controls the resonator by using the reflected light of the optical comb module 100A, and a part of the reflected light of the optical comb module 100A is branched by the optical coupler 111 to the photodetector 112. It is designed to be incident.

この光コム発生器120における各構成要素は図18に示した光コム発生器110の構成要素と同じであり、対応する構成要素について、図19中に同一符号を付して詳細な説明を省略する。 Each component of the optical comb generator 120 is the same as the component of the optical comb generator 110 shown in FIG. 18, and the corresponding components are designated by the same reference numerals in FIG. 19 and detailed description thereof will be omitted. do.

制御回路113は光検出器112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100A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 113 obtains an error with respect to the control target from the light detection signal obtained by the photodetector 112, and outputs a control signal such that the error becomes zero. By applying the control signal to the DC bias of the optical comb module, the resonance frequency of the optical comb module 100A can be made to follow the input laser frequency.

すなわち、上記光コム発生器110,120における制御回路113では、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を上記光コムモジュール100Aの光共振器に入射することにより、上記光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を光検出器112により検出した光検出信号と上記ディザ信号から、上記光共振器に入射されるレーザー光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成し、この誤差信号を用いて上記光共振器の共振長を制御して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことができる。 That is, in the control circuit 113 in the optical comb generators 110 and 120, the laser beam in which the modulation having a smaller amplitude than the FSR in the resonance mode is applied to the laser frequency by the dither signal is applied to the optical resonator of the optical comb module 100A. Laser of laser light incident on the optical resonator from the light detection signal obtained by the light detector 112 and a part of the transmitted light or reflected light emitted from the optical resonator due to the incident and the dither signal. An error signal is generated according to the deviation between the frequency and the resonance frequency of the optical resonator, and the resonance length of the optical resonator is controlled by using this error signal to set the resonance frequency of the optical resonator to the laser frequency. It is possible to control to follow.

さらに、上記光コム発生器110,120は、1つのレーザー光源131から出射されるレーザー光が複数に分離されて入射される複数の光コムモジュールを備えることにより、例えば、図20に示すような構成の光コム発生装置130を構築することができる。 Further, the optical comb generators 110 and 120 include, for example, a plurality of optical comb modules in which the laser light emitted from one laser light source 131 is separated into a plurality of light sources and incident, as shown in FIG. 20, for example. The optical comb generator 130 having the configuration can be constructed.

この光コム発生装置130は、単一周波数発振のレーザー光源131、レーザー光源131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132、分離光学系132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135、それぞれ光コムモジュールを用いた2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)130A,130B等を備える。 The optical comb generator 130 is a separation optical system 132 such as a laser light source 131 for single frequency oscillation and an optical coupler or an optical beam splitter that separates a single frequency laser light emitted from the laser light source 131 into two laser lights. , A frequency shifter 135 that shifts the frequency of one of the laser beams separated by the separation optical system 132, and two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 130A, 130B, etc., each using an optical comb module.

この光コム光源130では、1台の単一周波数発振のレーザー光源131から出射されるレーザー光が分離光学系132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)130A,130Bに入力され、同期信号源140から各光コム発生器130A,130Bに同期信号が与えられるとともに上記レーザー光源131にディザ信号が与えられ、上記ディザ信号を用いて上記各光コム発生器130A,130Bの各共振器長が制御されるようになっている。 In this optical comb light source 130, the laser light emitted from one single frequency oscillation laser light source 131 is separated into two laser lights by the separation optical system 132, and two optical comb generators (OFCG1 and OFCG2) are used. It is input to 130A and 130B, a synchronization signal is given to each optical comb generator 130A and 130B from the synchronization signal source 140, and a dither signal is given to the laser light source 131. The length of each resonator of 130A and 130B is controlled.

2台の光コム発生器130A,130Bは、互いに異なる周波数fm+Δfmと周波数fmで発振する発振器133A,133Bにより駆動される。それぞれの発振器133A,133Bは、共通の基準発振器134により位相同期されることにより、fm+Δfmとfmの相対周波数が安定になる。光コム発生器(OFCG1)130A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135を設けて、入力されたレーザー光にこの周波数シフタ135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 130A and 130B are driven by oscillators 133A and 133B that oscillate at different frequencies fm + Δfm and frequency fm. The respective oscillators 133A and 133B are phase-locked by a common reference oscillator 134, so that the relative frequencies of fm + Δfm and fm become stable. In front of the optical comb generator (OFCG1) 130A, a frequency shifter 135 such as an acoustic optical frequency shifter (AOFS) is provided so that the input laser light is given an optical frequency shift of frequency fa by this frequency shifter 135. It has become. As a result, the beat frequency between the carrier frequencies becomes an AC signal having a frequency fa instead of a DC signal. As a result, the beat signal of the high frequency side band of the carrier frequency and the beat signal of the low frequency side side band are generated in the frequency regions opposite to each other with the beat frequency fa between the carrier frequencies of the beat signal, which is convenient for phase comparison. ..

2つの光コム発生器(OFCG1,OFCG2)130A,130Bは、それぞれ低電力型光コムモジュールにより構成されることにより、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 and OFCG2) 130A and 130B are each composed of a low-power optical comb module, and by phase-modulating only a single polarization component of the input laser light. It is possible to output an optical comb with a single polarization component.

この光コム発生装置130は、1台の単一周波数発振のレーザー光源131を共通として、2台の光コム発生器(OFCG1、OFCG2)130A,130B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130を用いることにより、2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)130A,130Bから出射される単一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。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。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 generator 130 shares one single frequency oscillation laser light source 131, and two optical combs having different center frequencies and frequency intervals from the two optical comb generators (OFCG1 and OFCG2) 130A and 130B. For example, the first and second light sources in the distance meter and the optical three-dimensional shape measuring machine according to the patent No. 5231883 previously proposed by the present inventor, that is, the intensity or the intensity or each of them is periodically generated. Two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) are used as the first and second light sources that emit interfering reference light and measurement light whose phases are modulated and whose modulation periods are different from each other. ) The optical comb output for measuring a single polarization component emitted from 130A and 130B is irradiated to the surface of the measurement target while scanning, and the reflected light from the surface is detected at each irradiation point. By calculating the distance (height), it is possible to construct a measurement system of a distance meter or an optical three-dimensional shape measuring machine that performs stable measurement operation. The surface shape of the object can be obtained from the distribution of scan coordinates and distance (height). There are various forms of scanner optics. Telecentric optics can be used to ensure that light is incident almost perpendicular to the object within the measurement 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130を用いることにより、2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)130A,130B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。 Further, for example, it is a light source in the vibration measuring device according to Patent No. 5336921 and Patent No. 5363231 proposed by the present inventor, that is, a spectrum having a predetermined frequency interval, and the modulation frequencies and center frequencies are different from each other. By using the optical comb light source 130 as a light source unit that emits phase-synchronized and interfering reference light and measurement light, a single light comb generator (OFCG1, OFCG2) 130A, 130B is emitted. It is possible to construct a measurement system of a vibration measuring device that performs stable multipoint vibration measurement operation by irradiating different places depending on the wavelength through an element that divides the optical comb of the polarization component for each frequency.

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22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21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 a measuring device using an optical comb obtained by an optical comb generator using an optical waveguide that transmits a polarized component in which orthogonal modes are mixed, as shown by a circle in FIG. 22, the orthogonal polarized component is used. The transmission mode waveform may be deformed, and the locations where it occurs (relative to the main mode) are different, and there are multiple minimum parts, which causes instability in control, but only a single polarization component. By using the optical waveguide through which the light is passed, as shown in FIG. 21, the transmission mode waveform is not deformed, the stabilization as an optical comb generator, the improvement of the accuracy of the measuring device including the optical comb, the reduction of error, and the like. 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, the polarization component orthogonal to the generation of the optical comb causes measurement errors in distance and height when the optical comb is used for measurement, and the polarization component orthogonal to the generation of the optical comb is the cause of the optical comb generator. The control for matching the resonance frequency to the laser frequency may become unstable, causing the control point to shift and the control to oscillate. Also, when using the optical comb for measurement, the distance and height are measured. Although it was a factor of error, by generating optical combs using an optical waveguide that allows only a single polarizing component to pass through, the output of orthogonally polarized light components that do not contribute to the generation of optical combs is suppressed, and the polarization of the optical comb output is suppressed. The extinction ratio can be improved, the degree of single polarization can be increased, the resonator control is stabilized, unnecessary interference signals are eliminated, and measurement errors in distance measurement and shape measurement using optical combs are eliminated. It is possible to improve the measurement accuracy and the reliability of the entire system.

1,1A,110,120,130A,130B 光コム発生器、8,51 光変調器、11 基板、12 光導波路、14 バッファ層、16 発振器、18 終端抵抗、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、100A 光コムモジュール、111 光カップラ、112 光検出器、113 制御回路、114 バイアス・ティー、130 光コム発生装置、131 レーザー光源、132 分離光学系、135 周波数シフタ、140 同期信号源 1,1A, 110, 120, 130A, 130B Optical comb generator, 8,51 Optical modulator, 11 substrate, 12 Optical waveguide, 14 Buffer layer, 16 Oscillator, 18 Termination resistor, 20 Convex part, 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 flat surface, 93 Incident side reflective film, 94 Exit side reflective film, 100A optical comb module, 111 optical coupler, 112 optical detector, 113 control circuit, 114 bias tee, 130 optical comb generator, 131 laser light source, 132 separation optical system, 135 Frequency shifter, 140 synchronous signal source

Claims (6)

光共振器により共振されるレーザー光の位相を変調信号に応じて変調することにより、上記光共振器に入射されたレーザー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コム発生器における上記光共振器の共振長の制御方法であって、
共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を上記光共振器に入射し、
上記光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した光検出信号と上記ディザ信号から、上記光共振器に入射されるレーザー光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成し、この誤差信号を用いて上記光共振器の共振長を制御して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする光共振器の共振長の制御方法。
By modulating the phase of the laser light resonated by the optical resonator according to the modulated signal, a side band centered on the frequency of the laser light incident on the optical resonator is generated at intervals of the frequencies of the modulated signal. This is a method for controlling the resonance length of the optical cavity in the optical comb generator.
A laser beam whose amplitude is smaller than that of the FSR in resonance mode and which is applied to the laser frequency by a dither signal is incident on the optical resonator.
From the light detection signal that detects a part of the transmitted light or reflected light emitted from the optical resonator and the dither signal, the laser frequency of the laser light incident on the optical resonator and the resonance frequency of the optical resonator It is characterized in that an error signal corresponding to the deviation is generated, the resonance length of the optical resonator is controlled by using this error signal, and the resonance frequency of the optical resonator is controlled to follow the laser frequency. How to control the resonance length of an optical cavity.
1つのレーザー光源から出射されるレーザー光が複数に分離されて各光共振器に入射される複数の光コム発生器を備える光コム発生装置における光共振器の共振長の制御方法であって、
上記1つのレーザー光源から、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を上記各光共振器に入射し、
上記各光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した各光検出信号と上記ディザ信号から、上記各光共振器に入射される上記レーザー光のレーザー周波数と上記各光共振器の共振周波数のずれに応じた各誤差信号を生成し、生成された各誤差信号を用いて上記各光共振器の共振長を制御して、上記各光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする光共振器の共振長の制御方法。
A method for controlling the resonance length of an optical resonator in an optical comb generator including a plurality of optical comb generators in which laser light emitted from one laser light source is separated into a plurality of laser beams and incident on each optical resonator.
From the above-mentioned one laser light source, a laser beam in which a modulation having a smaller amplitude than that of the FSR in the resonance mode is applied to the laser frequency by a dither signal is incident on each of the above-mentioned optical cavities.
From each light detection signal that detects a part of the transmitted light or reflected light emitted from each of the optical cavities and the dither signal, the laser frequency of the laser light incident on each of the optical cavities and the respective optical resonances. Each error signal is generated according to the deviation of the resonance frequency of the instrument, the resonance length of each optical cavity is controlled by using each generated error signal, and the resonance frequency of each optical cavity is set to the laser frequency. A method for controlling the resonance length of an optical cavity, which comprises controlling the frequency to follow.
上記光検出信号と同期信号のミキシングを行うことにより、上記誤差信号を生成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光共振器の共振長の制御方法。 The method for controlling the resonance length of an optical resonator according to claim 1 or 2, wherein the error signal is generated by mixing the optical detection signal and the synchronization signal. 上記光検出信号と上記同期信号により、デジタル信号処理の積和演算で誤差信号を得ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光共振器の共振長の制御方法。 The method for controlling the resonance length of an optical resonator according to claim 1 or 2, wherein an error signal is obtained by a product-sum calculation of digital signal processing from the optical detection signal and the synchronization signal. 光共振器により共振されるレーザー光の位相を変調信号に応じて変調することにより、上記光共振器に入射されたレーザー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コム発生器であって、
単一周波数成分を含む光源であって、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調が外部から与えられるディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を出射するレーザー光源と、
所定の周波数の変調信号を発振する変調信号を発振する発振器と、
上記レーザー光源からレーザー光が入射される光共振器を備え、上記発振器から供給された上記変調信号に応じて上記光共振器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コム発生手段と、
上記光共振器の共振長を制御する制御部と、
上記制御部に同期信号を与えるとともに上記レーザー光源に与えるディザ信号を出力する同期信号源を備え、
上記制御部は、上記光コム発生手段の上記光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を検出する光検出器を備え、上記光検出器による光検出信号と上記同期信号により、上記レーザー光源から上記光コム発生手段の上記光共振器に入射される光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成し、この誤差信号を用いて、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行う
ことを特徴とする光コム発生器。
By modulating the phase of the laser light resonated by the optical resonator according to the modulated signal, a side band centered on the frequency of the laser light incident on the optical resonator is generated at intervals of the frequencies of the modulated signal. Optical frequency generator
A laser light source that contains a single frequency component and emits laser light that is applied to the laser frequency by a dither signal that is modulated with a smaller amplitude than the FSR in resonance mode.
An oscillator that oscillates a modulated signal that oscillates a modulated signal of a predetermined frequency,
It is provided with an optical resonator in which laser light is incident from the laser light source, and the phase of the light resonated by the optical resonator is modulated according to the modulation signal supplied from the oscillator, and the frequency of the incident light is An optical comb generating means that generates a side band centered on the above at intervals of the frequencies of the modulated signals, and
A control unit that controls the resonance length of the optical resonator,
It is provided with a synchronization signal source that gives a synchronization signal to the control unit and outputs a dither signal to be applied to the laser light source.
The control unit includes an optical detector that detects a part of transmitted light or reflected light emitted from the optical resonator of the optical comb generating means, and uses the optical detection signal by the optical detector and the synchronization signal. An error signal is generated from the laser light source according to the deviation between the laser frequency of the light incident on the optical resonator of the optical comb generating means and the resonance frequency of the optical resonator, and the error signal is used to generate the light. An optical comb generator characterized in that the resonance frequency of the resonator is controlled to follow the laser frequency.
1つのレーザー光源から出射されるレーザー光が複数に分離されて各光共振器に入射される複数の光コム発生器を備える光コム発生装置であって、
単一周波数成分を含む光源であって、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調が外部から与えられるディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を出射するレーザー光源と、
上記レーザー光源からレーザー光が分岐されて入射され、それぞれ共振長が制御される各光共振器により共振されたレーザー光の位相を、互いに変調周波数が異なる変調信号に応じて変調し、入射されたレーザー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互いに異なる変調周波数の間隔で生成する複数の光コム発生器と、
上記複数の光コム発生器に同期信号を与えるとともに上記レーザー光源に与えるディザ信号を出力する同期信号源と
を備え、
上記複数の光コム発生器部は、それぞれ上記光コム発生器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した光検出信号と上記同期信号により、上記レーザー光源から入射される光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行う
ことを特徴とする光コム発生装置。
An optical comb generator including a plurality of optical comb generators in which laser light emitted from one laser light source is separated into a plurality of laser beams and incident on each optical resonator.
A laser light source that contains a single frequency component and emits laser light that is applied to the laser frequency by a dither signal that is modulated with a smaller amplitude than the FSR in resonance mode.
The laser light is branched and incident from the laser light source, and the phase of the laser light resonated by each optical resonator whose resonance length is controlled is modulated according to modulation signals having different modulation frequencies and then incident. A plurality of optical comb generators that generate side bands centered on the frequency of the laser light at intervals of different modulation frequencies of the above-mentioned modulated signals.
It is equipped with a synchronization signal source that gives a synchronization signal to the plurality of optical comb generators and outputs a dither signal to be applied to the laser light source.
The plurality of optical comb generators are lasers of light incident from the laser light source by the light detection signal for detecting a part of the transmitted light or the reflected light emitted from the optical comb generator and the synchronization signal, respectively. An optical comb generator characterized in that an error signal corresponding to a deviation between a frequency and a resonance frequency of the optical resonator is generated to control the resonance frequency of the optical resonator to follow the laser frequency.
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