JP7152761B2 - Optical comb generator - Google Patents

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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コム発生装置に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is an optical comb generator applied to fields requiring standard light sources with multiple wavelengths and high coherence, such as optical communications, optical CT, and optical frequency standards, or light sources that can also utilize coherence between wavelengths. Regarding.

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。 Along with the recent development of optoelectronics, 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 multiplexing communication and frequency measurement of absorption lines distributed over a wide area. 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。 In order to measure the optical frequency with high accuracy, heterodyne detection is performed to detect the electrical signal of the generated optical beat frequency by interfering the light to be measured with other light. The band of light measurable in this heterodyne detection is limited to the band of the light receiving element used in the detection system, and is approximately 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, it is necessary to further expand the measurable band of light in order to control light for frequency multiplex communication and to measure the frequency of absorption lines distributed over a wide range.

かかる測定可能帯域の拡大化の要請に応えるべく、従来において光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 wideband heterodyne detection system using an optical comb generator has been conventionally proposed (see, for example, Patent Document 1). This optical comb generator generates comb-like sidebands arranged at equal intervals on the frequency axis over a wide band, and the frequency stability of these sidebands is almost the same as that of the incident light. be. By heterodyne-detecting the generated sideband and the light to be measured, it is possible to construct a wide-band 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 have been proposed that phase-modulate not only the light propagating in the forward direction but also the light propagating in the backward direction through an optical waveguide (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)。 In addition, by suppressing chipping and rounding of the corners of the waveguide end face during processing, and by stably coating each reflective film on the uppermost corner of the end face without peeling off, the reflectance of the reflective film and the optical resonator can be improved. We are proposing optical resonators, optical modulators, optical comb generators, and optical oscillators that improve the finesse of the device and enhance the functionality of the device itself. (See Patent Document 3, for example).

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 that of a substrate for forming an optical waveguide from above is formed so that at least one end face thereof is flush with the end face of the substrate including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide. and an incident-side reflecting film and an exit-side reflecting film constituting resonance means are coated on the plane formed by polishing the end face of the member and the end face of the substrate. Therefore, chipping and rounding during processing of the corners of the waveguide end face can be suppressed, and each reflective film can be stably adhered without peeling off at the uppermost corner of the end face. It is possible to improve the finesse of the optical resonator and enhance the function of the device itself.

従来、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器では、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路が用いられており、光変調器や光コム発生器を構築した場合に得られる光出力も、直交モードが混在する偏光成分を含むものであった。 Conventional waveguide-type optical resonators that resonate light confined in optical waveguides use optical waveguides that transmit polarized components in which orthogonal modes are mixed. The resulting optical output also contained polarization components mixed with orthogonal modes.

特開2003-202609号公報Japanese Patent Application Laid-Open 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、従来の光コム発生器では、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ようにしていたが、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路が用いられていたために、図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る。しかも、直交偏光成分による透過モード波形に変形が発生する場所(主モードに対する相対位置)は、ばらばらであり極小部が複数になるため、共振長を制御する際の不安定要因になる。 By the way, in the conventional optical comb generator, in order to obtain a stable output when the optical comb is used for measurement, part of the light emitted from the optical resonator is detected by a photodetector, and a predetermined The resonance length of the optical resonator was feedback-controlled so as to obtain the resonance length. As shown in , there may be deformation in the transmission mode waveform due to the orthogonally polarized components. Moreover, the positions (relative positions with respect to the main mode) where the transmission mode waveform is deformed by the orthogonally polarized components are scattered and have a plurality of minimum parts, which becomes an unstable factor when controlling the resonance length.

すなわち、光導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器を用いた光コム発生器における光コム発生において、直交する偏光成分は、光コム発生器の共振周波数をレーザー周波数に一致させるための制御を不安定にすることがあり、制御点のずれ、制御の発振等の原因となり、光コムを例えば測定対象までの距離や高さを測定する計測装置に利用する場合に、直交する偏光成分が計測誤差の要因になっていた。 That is, in the generation of an optical comb in an optical comb generator using a waveguide type optical resonator that resonates light confined in an optical waveguide, the orthogonal polarization component is used to match the resonance frequency of the optical comb generator with the laser frequency. control can be destabilized, causing control point shifts and control oscillations. The component was a factor of the measurement error.

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、光導波路の透過モード波形に変形が生じることがなく、共振器制御を安定化することができるようにすることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention, in view of the conventional circumstances as described above, to stabilize the resonator control without causing deformation of the transmission mode waveform of the optical waveguide.

また、本発明の他の目的は、光コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力を抑制して、偏光消光比の向上をはかり、単一偏光度を高めた光コム出力を得られるようにすることにある。 Another object of the present invention is to suppress the output of orthogonal polarization components that do not contribute to the generation of an optical comb, improve the polarization extinction ratio, and obtain an optical comb output with an increased degree of single polarization. That's what it is.

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。 Another object of the present invention is to stabilize the optical comb generator, improve the accuracy of the measuring device including the optical comb, and reduce errors.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become clearer from the description of the embodiments described below.

本発明は、光コム発生装置であって、単一周波数発振のレーザー光源と、上記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入射される複数の光コム発生器を備え、上記複数の各光コム発生器は、それぞれ、共通の基準発振器により位相同期された所定の周波数差を有する互いに周波数の異なる変調信号を発振する発振手段と、互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように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と、上記光導波路上に形成され上記発振手段から供給された変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて、上記共振手段により共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成することにより、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単一の偏波成分の光コムを出力する光コム発生手段と、上記光コム発生手段により得られる単一の偏波成分の光コムの一部を検出する光検出手段と、上記光検出手段により得られる光検出信号から、上記共振手段の共振長の制御目標に対する誤差をゼロにする制御信号を生成し、上記共振手段の共振長を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。 The present invention is an optical comb generator, comprising a single-frequency oscillation laser light source and a plurality of optical comb generators into which a plurality of laser beams emitted from the laser light source are separated and entered, each of the optical comb generators includes an oscillating means for oscillating modulated signals having different frequencies with a predetermined frequency difference phase-locked by a common reference oscillator, and an incident-side reflecting film and an output-side reflecting film parallel to each other. and a substrate having at least an electro-optical effect penetrating from the incident-side reflecting film to the emitting-side reflecting film. An optical waveguide formed as a region in which a waveguide mode exists only for a polarization component, and a modulated signal formed on the optical waveguide and supplied from the oscillation means for propagating in the forward or backward direction. and is formed so as to penetrate from the incident-side reflecting film to the exit-side reflecting film, and modulates the phase of light resonated by the resonance means in accordance with the modulation signal supplied from the oscillation means. By generating sidebands centered on the frequency of the incident light at intervals of the frequency of the modulated signal, single polarized light beams having mutually different modulation frequencies and center frequencies, which are phase-synchronized and coherent with each other, are generated. An optical comb generating means for outputting an optical comb of wave components, a light detecting means for detecting a part of the optical comb of a single polarization component obtained by the optical comb generating means, and light obtained by the light detecting means. and control means for generating, from the detection signal, a control signal that makes an error of the resonance length of the resonance means with respect to a control target zero, and controlling the resonance length of the resonance means.

本発明に係る光コム発生装置において、上記複数の光コム発生器は、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計測装置用の光源部として用いられるものとすることができる。 In the optical comb generation device according to the present invention, the plurality of optical comb generators may be used as a light source unit for a measuring device that emits coherent reference light and measurement light with mutually different modulation periods. can.

本発明では、複数の各光コム発生器が、それぞれ、互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように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とを備えることにより、各光コム発生器において、入射側反射膜を介して入射された光の単一の偏波成分のみ光導波路を通過させて、出射側反射膜を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として、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単一の偏波成分の光コムを発生することができる。すなわち、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、それぞれ出射側反射膜を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として光コムを発生することができ、複数の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。 In the present invention, each of the plurality of optical comb generators includes an incident side reflecting film and an output side reflecting film which are parallel to each other, and resonates the light incident through the incident side reflecting film; an optical waveguide formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component in a substrate having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident-side reflecting film to the exit-side reflecting film; By providing, in each optical comb generator, only a single polarized wave component of light incident through the incident side reflecting film is allowed to pass through the optical waveguide, and a single polarized wave component is transmitted through the output side reflecting film As an optical modulation output of only the components, an optical comb of single polarization components whose modulation frequencies and center frequencies are different from each other and which are phase-locked and coherent with each other can be generated. In other words, the output of the orthogonal polarization component that does not contribute to the generation of the optical comb is suppressed, the polarization extinction ratio of the optical comb output is improved, the single polarization degree can be increased, the cavity control is stabilized, and the unnecessary interference signal can be removed and an optical comb can be generated as an optical modulation output of only a single polarized wave component through the reflection film on the output side, and measurement errors in distance measurement and shape measurement using multiple optical combs By removing it, it is possible to improve the measurement accuracy, improve the reliability of the entire system, and the like.

したがって、本発明によれば、光コム発生装置が備える複数の光コム発生器を、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計測装置用の光源部として用いることにより、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したり、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。
Therefore, according to the present invention, by using a plurality of optical comb generators included in the optical comb generator as a light source unit for a measuring device that emits coherent reference light and measurement light with mutually different modulation periods, It is possible to construct a measurement system for a rangefinder or an optical three-dimensional shape measuring machine that performs stable measurement operations, or to construct a measurement system for a vibration measurement device that performs stable multi-point vibration measurement operations.

本発明を適用した光変調器の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an optical modulator to which the invention is applied; FIG. 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。4A to 4C are longitudinal cross-sectional views of main parts in each step for explaining the method of manufacturing the optical modulator; 本発明を適用した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。FIG. 3 is a perspective view of a substrate provided with three optical waveguides, which is manufactured for measuring end face reflectance of an optical modulator to which the present invention is applied; 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 surface of the said board|substrate. 上記基板の平面図である。It is a top view of the said board|substrate. 本発明を適用した往復変調型の光変調器の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a reciprocating optical modulator to which the present invention is applied; FIG. 本発明を光コム発生器に適用した場合における、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。FIG. 5 is a diagram showing intensity distributions at respective frequencies (wavelengths) of sidebands when the present invention is applied to an optical comb generator; 本発明を適用した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 to which this invention is applied. 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 in the said optical comb generator is formed. 本発明を適用した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。1 is a perspective view showing a configuration of an optical modulator (optical comb generator) having electrodes having a ridge structure to which the present invention is applied; FIG. 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。4A to 4C are longitudinal cross-sectional views of main parts in each step for explaining a method of manufacturing the 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。FIG. 4 is a perspective view showing a substrate on which electrodes having a ridge structure of the optical modulator (optical comb generator) are formed; 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。FIG. 3 is a vertical cross-sectional front view of a main part showing an electrode having a ridge structure of the optical modulator (optical comb generator); 本発明を適用した光変調器について、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。FIG. 10 is a diagram for explaining the results of actual measurement of changes in driving voltage (AC Vpi) at 25 GHz depending on the presence or absence of the ridge structure of the electrode for the optical modulator to which the present invention is applied; 本発明を適用した光変調器について、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。FIG. 10 is a diagram for explaining the result of actually measuring changes in the direct-current driving voltage (DC Vpi) depending on the presence or absence of the electrode ridge structure for the optical modulator to which the present invention is applied; 本発明を適用した低電力型光コムモジュールを利用した光コム発生器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 low-power type optical comb module to which this invention is applied. 本発明を適用した低電力型光コムモジュールを利用した光コム発生器の他の構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another configuration example of an optical comb generator using a low-power optical comb module to which the present invention is applied; 本発明を適用した低電力型光コムモジュールを用いて構築した光コム光源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 light source built using the low-power type optical comb module to which this invention is applied. 本発明を適用した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。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a transmission mode waveform without deformation obtained when feedback-controlling the resonance length of an optical resonator in an optical comb generator using an optical waveguide that passes only a single polarized component to which the present invention is applied. 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。Characteristic diagram showing the deformation of the transmission mode waveform due to the orthogonal polarization components that occurs when feedback-controlling the resonance length of the optical resonator in a conventional optical comb generator using an optical waveguide that transmits polarized components 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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that common constituent elements will be described by attaching common reference numerals in the drawings. Further, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.

本発明は、例えば図1,2に示すような構成の導波路型光変調器8に適用される。図1は、本発明を適用した光変調器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。 The present invention is applied, for example, to a waveguide type optical modulator 8 configured as shown in FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical modulator 8 to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a side view of the optical modulator 8. As shown in FIG.

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f 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。 This waveguide type optical modulator 8 comprises a substrate 11, an optical waveguide 12 formed on the substrate 11 for modulating the phase of a single polarized component of propagating light, and the optical waveguide 12 on the substrate 11. The buffer layer 14 laminated so as to cover, 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 A first end surface 84 and a second end surface 85 provided to face each other, and a first protective material 86 disposed on the upper portion of the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the first end surface 84. , a second protective member 87 disposed above the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the second end face 85, and an end face 86a of the first end face 84 and the first protective member 86. The incident-side antireflection film 63 is deposited on a plane 91 formed between an output-side antireflection film 64, an oscillator 16 arranged on one end side of the electrode 83 for oscillating a modulated signal of frequency fm , and a terminating resistor 18 arranged on the other end side of the electrode 83. there is

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, for example, a wafer cut out of a large crystal of LiNbO 3 or GaAs with a diameter of 3 to 4 inches grown by a pulling method. The cut out substrate 11 is subjected to processing such as mechanical polishing or chemical polishing to provide the ridges 20 for forming the electrodes 83 .

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 polarized wave component in 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 an area where

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 through the incident-side antireflection film 63 propagates while only a single polarized component is totally reflected on 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 through which only a single polarized component passes is formed by a substrate 11 having an electro-optical effect by an optical waveguide forming method, such as a proton exchange method, which causes a change in refractive index only for a specific polarized component. can be formed as a region with a high refractive index only for 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。 This optical waveguide 12 can be formed, for example, on the substrate 11 made of LiNbO 3 or the like by a proton exchange method as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component.

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。 When the optical waveguide 12 is fabricated by diffusing Ti atoms in the substrate 11 or epitaxially growing 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 can be formed by diffusing Ti on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 or the like. This Ti-diffused region has a higher refractive index than other regions, and can confine light of a single polarization component. A wave path 12 can be formed. Although the refractive index is high for both orthogonal polarization components, there are also conditions under which a guided mode is established only for a single polarization component.

このような方法に基づいて作製した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 manufactured based on such a method has an electrical effect such as the Pockels effect, in which the refractive index changes in proportion to the electric field, or the Kerr effect, in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field. Since it has an optical effect, it is possible to use such a physical phenomenon to modulate light of a single polarization component.

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 propagation loss of light of a single polarization component. Incidentally, if the film thickness of the buffer layer 14 is too thick, the electric field intensity will decrease and the modulation efficiency will decrease. You may make 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f の変調信号を光導波路12に駆動入力することにより、光導波路12内を伝搬する光に位相変調をかける。 The electrode 83 is made of, for example, a metal material such as Ti, Pt, or Au. By driving and inputting the modulated signal of frequency fm supplied from the oscillator 16 into the optical waveguide 12, the phase of the light propagating in the optical waveguide 12 is changed. modulate.

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 made of a material 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 of the first protective member 86 forming the plane 91 and the first end face 84 may be processed so as to have the same crystal orientation. The end face 87a of the second protective member 87 and the second end face 85 may be processed so as to have the same crystal orientation.

入射側反射防止膜63は、第1の端面84並びに第1の保護材86の端面86aとの間で形成される平面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 deposited on a plane 91 formed between the first end face 84 and the end face 86 a of the first protective material 86 . The exit-side antireflection coating 64 is deposited on a plane 91 formed between the second end face 85 and the end face 87 a of the second protective material 87 . These anti-reflection films 63 and 64 may be composed of low-reflection films, or may be uncoated to obtain the same effect as coating low-reflection films. .

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 terminal end of the electrode 83, and prevents the waveform from being disturbed by preventing reflection of the electrical signal at the terminal end.

次に、本発明を適用した光変調器8の作製方法につき図3を用いて説明をする。 Next, a method for manufacturing the optical modulator 8 to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

先ずステップS11において、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 formed on the surface of a substrate 11 made of LiNbO 3 crystal.

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, in step S12, the LiNbO 3 crystal substrate 11 with the photoresist pattern 13 formed on the surface is immersed in a proton exchange liquid such as benzoic acid and heated to remove Li from the surface layer of the substrate 11. An optical waveguide 12 is formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component by a proton exchange method for H + substitution.

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。 The process of manufacturing the optical waveguide 12 in steps S11 and S12 is not limited to the proton exchange method. Ti is vapor-deposited on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystals, and the photoresist is removed to fabricate a thin Ti line having a width of micron size. By heating the substrate 11 on which the thin Ti wires are formed, Ti atoms are thermally diffused into the substrate 11 to form the optical waveguide 12 as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component. A forming Ti diffusion method may be substituted for this.

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, in step S13, the resist pattern 13 is removed and a SiO 2 thin film as the buffer layer 14 is deposited on the substrate 11 surface. In this step S13, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching a SiO2 wafer to the substrate 11 surface. In such a case, the thickness of the deposited buffer layer 14 may be controlled to an appropriate thickness by polishing the deposited buffer layer 14 in consideration of the electrode mounting area 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 S 14 to form the electrode 83 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, in step S15, protective materials 86 and 87 are adhered to the upper portion of the optical waveguide 12. Next, as shown in FIG. As for the method of adhering the protective members 86 and 87, they may be adhered with an adhesive, or may be directly joined based on other techniques. When the substrate 11 is made of LiNbO 3 crystal, the protective members 86 and 87 may be made of LiNbO 3 as the same material. In this step S15, the end surfaces 86a and 87a of the affixed protective materials 86 and 87 are arranged so that planes 91 and 92 can be formed between the first end surface 84 and the second end surface 85, respectively. , trim.

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 to polish the planes 91 and 92 thus obtained. Then, an incident-side antireflection film 63 and an exit-side antireflection film 64 are formed on the polished flat surfaces 91 and 92, respectively. Incidentally, in this step S16, the incident side antireflection film 63 and the exit side antireflection film 64 may be first formed on the flat surfaces 91 and 92, and then polished.

このように、本発明を適用した光変調器8では、各端部において保護材86,87を貼り付けて構成するため、従来において、端面最上部の角に位置していた光導波路12の端面が平面91(92)の略中央部に移動する。その結果、ステップS16における研磨時において平面91(92)の角が欠けた場合においても、光導波路12の端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路12の端面そのものが欠けにくくなる構成とすることが可能となる。これにより、光導波路12の各端面からの光損失を極力抑えることが可能となる。 As described above, in the optical modulator 8 to which the present invention is applied, since the protective materials 86 and 87 are adhered to the respective ends, the end surface of the optical waveguide 12, which was conventionally positioned at the uppermost corner of the end surface, moves to substantially the center of the plane 91 (92). As a result, even if the corner of the plane 91 (92) is chipped during polishing in step S16, the end surface of the optical waveguide 12 is not chipped. That is, it is possible to obtain a configuration in which the end face itself of the optical waveguide 12 is less likely to be chipped. This makes it possible to minimize optical loss from each end surface of the optical waveguide 12 .

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。 In addition, by configuring the protective members 86 and 87 with an optimum material corresponding to the material of the substrate 11, the polishing rate in step S16 can be changed from the first end surface 84, the second end surface 85 to the end surface 86a, 87a can be made uniform. As a result, the end face of the optical waveguide 12 is prevented from being rounded during processing, and the planes 91 and 92 made of flat polished surfaces can be obtained, and reflection loss at the end face of the optical waveguide 12 can be minimized. Become. Further, by making the crystal orientations of the end faces forming 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。 Furthermore, by intentionally providing the protective materials 86 and 87, the precision of polishing in step S16 is improved, and the perpendicularity of the resulting flat surface 91 (92) to the optical waveguide 12 is also improved. As a result, it is possible to minimize optical loss due to such deviation of perpendicularity.

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。 In addition, since the incident-side antireflection film 63 and the exit-side antireflection film 64 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, they are very stable. 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 members 86 and 87, the plane 91 (92) after the protective members 86 and 87 were attached was polished. No chipping or bending occurs in any part, and it can be confirmed that a flat optical polishing suitable for adhering the incident-side antireflection film 63 and the output 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 member 86 and the second protective member 87 are made of the same material as the substrate 11, and the end faces 86a, 87a of the protective members 86, 87 forming planes 91, 92 and the first end face 84 , and the second end face 85 are processed so as to have the same crystal orientation, the hardness of the crystal becomes the same between them, so that the planes 91 and 92 are not tilted due to the difference in polishing rate.

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f の変調信号により位相変調されて、出射側反射防止膜64を介して出射される。しかも、本発明を適用した光変調器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 optical modulator 8 having such a configuration, only the single polarized component light that is incident through the incident-side antireflection film 63 and propagated through the optical waveguide 12 is modulated at the frequency fm supplied from the oscillator 16. The light is phase-modulated by the signal and emitted through the exit-side anti-reflection film 64 . Moreover, in the optical modulator 8 to which the present invention is applied, the end surface of the optical waveguide 12 can be moved to the substantially central portion of the plane 91 (92) by attaching the protective materials 86 and 87 to the respective end portions. , chipping or rounding of the end face of the optical waveguide 12, ensuring the perpendicularity between the optical waveguide 12 and the planes 91 and 92, and improving the polishing accuracy of the planes 91 and 92 are possible, and the yield can be improved.

ここで、入射された光の単一の偏波成分のみが伝搬されるプロトン交換法により作製された単一偏光型光導波路と、入射された光の直交する偏波成分のみ両方が伝搬されるTi拡散法により作製された直交偏光型光導波路について、図4、図5、図6に示すように、幅W =1.9[mm]、長さL =27.4[mm]、厚みT =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W =1.9[mm]、長さL =1.5[mm]、厚みT =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W 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A 、B 、C と出射面A 、B 、C 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 polarization optical waveguide fabricated by the proton exchange method in which only a single polarization component of the incident light is propagated and 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 W 1 =1.9 [mm], a length L 1 =27.4 [mm], Three optical waveguides 12A, 12B, and 12C are formed on the LiNbO 3 crystal substrate 11 with a thickness T 1 =0.5 [mm], and the width W 2 =1.9 [mm] above the optical waveguides 12A, 12B, and 12C. ], length L 2 =1.5 [mm] , and thickness T 2 =0.5 [mm]. By polishing the three optical waveguides 12A, 12B and 12C, the entrance surface and the exit surface of the three optical waveguides 12A, 12B and 12C are finished to be flat as a LiNbO 3 crystal substrate block, and the optical path width W 3 of the three optical waveguides 12A, 12B and 12C is obtained. 6.0 [μm], 6.3 [μm], 6.6 [μm], 6.9 [μm], 7.2 [μm], 7.5 [μm] 10 samples The reflectance at the entrance planes A 1 , B 1 , C 1 and the exit planes A 2 , B 2 , C 2 of the three optical waveguides 12A, 12B, 12C was measured, and the finesse and transmittance of each sample were measured. was obtained, the following results were obtained.

すなわち、直交偏光型光導波路のフィネスは、30~45程度であったのに対し、単一偏光型光導波路では、50~65程度のフィネスが得られる。また、直交偏光型光導波路の透過率は、12.5~25[%]程度であったのに対し、単一偏光型光導波路では、20~32.5[%]程度の透過率が得られている。 That is, while the orthogonally polarized optical waveguide has a finesse of about 30-45, the single-polarized optical waveguide provides a finesse of about 50-65. Further, while the transmittance of the orthogonally polarized optical waveguide was about 12.5 to 25 [%], the single polarized optical waveguide obtained a transmittance of about 20 to 32.5 [%]. It is

なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図7に示すような往復変調型の光変調器51にも適用することができる。この光変調器51において上述した光変調器8と同一の構成、要素については、図1,2における説明を引用し、ここでの説明を省略する。 The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, it can be applied to a reciprocating optical modulator 51 as shown in FIG. In this optical modulator 51, the same configuration and elements as those of the above-described optical modulator 8 are referred to the explanations in FIGS.

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. 7(a), the optical modulator 51 is formed of a substrate 11 and a region on the substrate 11 in which a waveguide mode exists only for a single polarization component. An optical waveguide 12 for modulating the phase of the light to be transmitted, a buffer layer 14 laminated on the substrate 11 so as to cover the optical waveguide 12, and a modulation electric field direction 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 coated on the plane 91. and an exit-side reflecting film 94 deposited on the plane 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f 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. An optical system comprising an optical transmission line 23 composed of an optical fiber or the like for transmission 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, an oscillator 16 arranged on one end side of the electrode 83 to oscillate a modulated signal of frequency fm , and a terminating 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 deposited on a plane 91 formed between the first end face 84 and the end face 86 a of the first protective material 86 . The anti-reflection film 63 may be composed of a low-reflection film, or may be uncoated to obtain the same effect as that obtained by applying 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 converges the input light that has passed through the optical circulator 21 to the end of the optical waveguide 12, converges the output light that has passed through the antireflection film 63 from the end of the optical waveguide 12, and directs it to the optical circulator 21. send to The focuser 22 may be composed of a lens or the like for optically coupling the input light so that the spot diameter corresponds to the diameter of the optical waveguide 12 .

このような構成からなる光変調器51は、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f 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。 In the optical modulator 51 having such a configuration, one end of the optical waveguide 12 formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component is used as a highly reflective film for emitting light. By providing the side reflection film 94 and providing the anti-reflection film 63 at the other end, it operates as a so-called reciprocating modulation type optical modulator. The input light that has entered the optical waveguide 12 is modulated while propagating through the optical waveguide 12 with only a single polarized component, and after being reflected by the exit-side reflecting film 94 on the end face, propagates through the optical waveguide 12 again. The light is transmitted through the antireflection film 63 and emitted to the focuser 22 side, and becomes an output light having only a single polarized wave component. At the same time, the electrical signal of frequency fm supplied from the oscillator 16 is absorbed by the terminating resistor 18 after propagating on the electrode 83 while modulating the input light.

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。 7(c), the optical modulator 51 is provided with an oscillator 25 and a terminating resistor 27 on one end side of the electrode 83 so that an electrical signal supplied from the oscillator 25 is propagated on the electrode 83. In addition, the light may be reflected at the other end of the electrode 83 . At this time, an isolator 26 may be provided to separate the electrical signal supplied from the oscillator 25 and the electrical signal reflected at the other end of the electrode 83 . Also, in this optical modulator 51, an incident-side reflecting film 93 having a high reflectance is applied. Thereby, light can be resonated inside the optical waveguide 12 . Further, instead of the incident-side reflecting film 93, the antireflection film 63 having the low reflectance described above may be applied. This makes it possible to apply phase modulation while reciprocating the 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 this optical modulator 51, by adjusting the reflection phase of the electrical signal in accordance with the phase of the light reflected by the exit-side reflecting film 94, the phase of the light can be modulated by each of the electrical signals reciprocating through the electrode 83. Therefore, the modulation efficiency can be increased. In particular, by attaching the protective materials 86 and 87, peeling and chipping of the films 63 and 94 are suppressed as described above, and in the optical modulator 51 with improved finesse, it is possible to further increase the optical modulation efficiency. 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 optical modulators 51 are applied to an optical comb generator, it is possible to apply reciprocating modulation to the light resonating in the optical waveguide 12 by means of electrical signals reciprocating through the electrodes. In such a case, the intensity distribution at each frequency (wavelength) of the generated sideband is, as shown in FIG. , the modulation index, expressed as the magnitude of the modulation applied within the optical waveguide 12, is .pi. radians per direction of propagation. From this result, it can be seen that the half-wave voltage Vπ defined as the voltage required to shift the phase by half a wavelength is 7.1V.

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 optical modulator 51 may divide the output of the oscillator 16 as the signal source so that the electric signal is separately driven and input from both ends of the electrode 83. , by connecting separate oscillators 16 across electrodes 83, respectively.

ここで、本発明に係る光変調器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 optical modulators 8 and 51 according to the present invention, the electrode 83 provided on the upper surface of the optical waveguide 12 to which the modulation signal is supplied has a ridge structure, thereby further improving the optical modulation efficiency. can be made

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, as shown in FIGS. 9 and 10, the optical modulators 8 and 51 manufactured in this manner are polished at the step S16 so that the flat surfaces 91 and 92 are parallel to each other, and the polished flat surfaces are Instead of the incident-side antireflection film 63 and the exit-side antireflection film 64, an incident-side reflecting film 93 and an exit-side reflecting film 94 are formed on the surfaces 91 and 92, respectively, to generate an optical comb. It 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 reflecting film 93 and the output-side reflecting film 94 are provided so as to be parallel to each other in order to resonate the light incident on the optical waveguide 12. An optical resonator 5 that resonates by reciprocatingly reflecting light passing through is constructed.

入射側反射膜93は、図示しない光源から周波数ν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 of frequency ν1 is incident on the incident-side reflecting film 93 from a light source (not shown). The incident-side reflecting film 93 also reflects light of a single polarized component that has been reflected by the output-side reflecting film 94 and passed through the optical waveguide 12 . The output-side reflecting film 94 reflects light of a single polarization component that has passed through the optical waveguide 12 . Further, the output-side reflecting film 94 outputs light of a single polarization component that has passed through the optical waveguide 12 to the outside at a constant rate.

なお、これら入射側反射膜93及び/又は出射側反射膜94は、それぞれ平面91,92一面に亘って形成されていてもよいが、光導波路12の端部のみを最低限被覆するように形成されていればよい。 The incident side reflecting film 93 and/or the output side reflecting film 94 may be formed over the planes 91 and 92, respectively, but they are formed so as to cover only the ends of the optical waveguide 12 at a minimum. It is good if it is.

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 terminal end of the electrode 83, and prevents the waveform from being disturbed by preventing reflection of the electrical signal at the terminal 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 reflecting film 93 is formed from 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 face 84 including the light incident end of the optical waveguide 12 and the end face 86a of the protective material 86. As shown in FIG. The formed plane 91 has an inclination of 0.05° or less. Calculating the loss in the case where light with a 1/e 2 beam diameter of 10 μm is reflected at the end surface with an inclination of 0.05° with respect to the plane 91 with an inclination of 0.05°, the loss is 4×10 −4 , and the incident It is so small that it can be ignored compared to the reflectance of the side reflecting 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 perpendicularly to the optical waveguide 12 in this manner, the entrance-side reflection film 93 and the exit-side reflection film 94 attached thereto form a single optical waveguide. It is possible to efficiently resonate the light of the polarized wave component.

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 configured as described above, the light incident from the outside through the incident-side reflecting film 93 propagates in the optical waveguide 12 in the outgoing direction as light of a single polarization component, The light is reflected by the reflective film 94 and partially transmitted to the outside. The light of the single polarization component reflected by the output-side reflecting film 94 propagates in the optical waveguide 12 in the backward direction and is reflected by the incident-side reflecting film 93 . By repeating this, the light of a single polarization 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ν 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f 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。 In addition, by inputting an electric signal through the electrode 83 in synchronization with the reciprocating time of the light of a single polarization component in the optical waveguide 12, the light of a single polarization component can be output to this optical modulator. Compared to the case of passing through 8 only once, it is possible to apply deep phase modulation several tens of times or more. In addition, several hundred sidebands can be generated over a wide band centering on the frequency ν1 of the incident light. Incidentally, the frequency intervals of the generated sidebands are all equal to the frequency fm of the input electric signal. Therefore, the optical modulator 8 replaces the incident-side antireflection film 63 and the exit-side antireflection film 64 with the incident-side reflective film 93 and the exit-side reflective film 94 to form a single polarized light composed of many side bands. It functions as an optical comb generator 1 that generates an optical comb 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 guides only a single polarized wave component through the substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident-side reflecting film 93 to the emitting-side reflecting film 94 constituting the resonance means. Since the optical waveguide 12 is formed as a region in which a mode exists, only a single polarized component of the light incident through the incident-side reflecting film 93 is propagated through the optical waveguide 12, An optical comb can be generated as an optically modulated output of only a single polarized wave component via the output-side reflecting film 94 .

上述の如く、本発明を適用した光変調器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 optical modulators 8 and 51 to which the present invention is applied, the protective materials 86 and 87 are attached to the ends of the optical modulators 8 and 51. Therefore, in the conventional art, the optical waveguide 12 located at the uppermost corner of the end face As a result, the end face of the optical waveguide 12 is not chipped even if the corner of the plane 91 (92) is chipped during polishing in step S17. That is, it is possible to obtain a configuration in which the end face itself of the optical waveguide 12 is less likely to be chipped. This makes it possible to minimize optical loss from each end face of the optical waveguide 12 . Moreover, by providing the protective materials 86 and 87, it is possible to suppress changes in film thickness caused by the entrance-side reflection film 93 and the exit-side reflection film 94 to be adhered to wrap around from the flat surfaces 91 and 92 to the other side surfaces. . Therefore, the film thickness near the end surface 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。 In addition, since the incident side reflecting film 93 and the emitting side reflecting film 94 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, they are very stable. , it is difficult to peel off, and it is possible to improve the reproducibility of 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 members 86 and 87, the plane 91 (92) after the protective members 86 and 87 were attached was polished. It can be confirmed that no chipping or bending occurs at all, and that flat optical polishing suitable for adhering the incident-side reflecting film 93 and the exit-side reflecting 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 member 86 and the second protective member 87 are made of the same material as the substrate 11, and the end faces 86a, 87a of the protective members 86, 87 forming planes 91, 92 and the first end face 84 , and the second end face 85 are processed so as to have the same crystal orientation, the hardness of the crystal becomes the same between them, so that the planes 91 and 92 are not tilted due to the difference in polishing rate.

このように、本発明を適用した光変調器8、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 to which the present invention is applied, the protective materials 86 and 87 are attached to the ends of the optical waveguide 12 so that the end face of the optical waveguide 12 is flat 91 as shown in FIG. Since it can be moved to the approximate center of (92), the end face of the optical waveguide 12 is chipped or rounded, ensuring the perpendicularity between the optical waveguide 12 and the planes 91 and 92, improving the polishing accuracy on the planes 91 and 92, Suppression of peeling and wraparound of the incident-side reflecting film 93 and the exit-side reflecting film 94, improvement of the reflectance of the incident-side reflecting film 93 and the exit-side reflecting film 94, realization of designed reflection characteristics, and improvement of the performance reproducibility of the reflecting film. It becomes possible. As a result, the finesse of the optical resonator 5 composed of the incident-side reflecting film 93 and the exit-side reflecting 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、本発明は、例えば図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)に適用される。 Further, the present invention is applied to a waveguide type optical modulator 8A (optical comb generator 1A) configured as shown in FIG. 12, for example.

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。 This waveguide type optical modulator 8A (optical comb generator 1A) has a ridge structure instead of the electrodes 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-described optical modulator 8 (optical comb generator 1). 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 a wafer cut out of a large crystal such as LiNbO 3 or GaAs having a diameter of 3 to 4 inches and grown by, for example, a pulling method. be. The cut substrate 11 is subjected to a process such as mechanical polishing or chemical polishing to form the ridges 20 for forming the electrodes 83A having a ridge structure.

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 the incident end to the exit end, and guides only a single polarized wave component to propagate light of a single polarized wave component. It is formed as a region in which wave modes are present.

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 forming the optical waveguide 12 is set to be higher only for a single polarization component than other layers such as the substrate 11 . The light incident on the optical waveguide 12 propagates while only a single polarized 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 manufactured based on such a method has an electrical effect such as the Pockels effect, in which the refractive index changes in proportion to the electric field, or the Kerr effect, in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field. Since it has an optical effect, it is possible to use such a physical phenomenon to modulate light of a single polarization component.

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f 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 20 and is made of a metal material such as Ti, Pt, Au, or the like. 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 applying a modulated signal of frequency fm supplied from the oscillator 16 to the optical waveguide 12 as a driving input. Phase modulation is applied to the light.

このような構造の導波路型光変調器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。 First, in step S21, a photoresist pattern 13 is formed on the surface of a 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, in step S22, the LiNbO 3 crystal substrate 11 with the photoresist pattern 13 formed on the surface is heated while immersed in a proton exchange liquid such as benzoic acid to remove Li from the surface layer of the substrate 11. An optical waveguide 12 is formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component by a proton exchange method for H + substitution.

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。 The steps S21 and S22 for fabricating the optical waveguide 12 are not limited to the proton exchange method. Ti is vapor-deposited on the surface of the substrate 11 made of LiNbO 3 crystals, and the photoresist is removed to form a thin Ti line having a micron-sized width. By heating the substrate 11 on which the thin Ti wires are formed, Ti atoms are thermally diffused into the substrate 11 to form the optical waveguide 12 as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component. A forming Ti diffusion method may be substituted for this.

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, in step S23, the resist pattern 13 on the substrate 11 having the optical waveguide 12 formed thereon is removed, and furthermore, the electrode 83A having a ridge structure is formed by mechanical polishing, chemical polishing, or the like, as shown in FIG. A ridge 20 is provided for forming the .

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, in step S24, a SiO 2 thin film as the buffer layer 14 is deposited on the substrate 11 surface. In this step S24, the buffer layer 14 may be formed by a method of attaching an SiO2 wafer to the substrate 11 surface. In such a case, the thickness of the deposited buffer layer 14 may be controlled to an appropriate thickness by polishing the deposited buffer layer 14 in consideration of the electrode mounting area 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, in step S25, an electrode 83A having a ridge structure is formed on the buffer layer 14 of the substrate 11, as shown in the longitudinal section of the main part in FIG.

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, in step S26, protective materials 86 and 87 are adhered to the upper portion of the optical waveguide 12. Next, as shown in FIG. As for the method of adhering the protective members 86 and 87, they may be adhered with an adhesive, or may be directly joined based on other techniques. When the substrate 11 is made of LiNbO 3 crystal, the protective members 86 and 87 may be made of LiNbO 3 as the same material. In this step S26, the end surfaces 86a and 87a of the attached protective materials 86 and 87 are arranged so that planes 91 and 92 can be formed between the first end surface 84 and the second end surface 85, respectively. , trim.

本発明を適用した光変調器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 optical modulator 8A to which the present invention is applied, the obtained flat surfaces 91 and 92 are polished in the final step S27, and the incident side antireflection film 63 and the emission side reflection film are formed on the polished flat surfaces 91 and 92. An anti-film 64 is formed over each surface.

また、本発明を適用した光コム発生器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 to which the present invention is applied, the planes 91 and 92 are ground parallel to each other in the step S27. Instead of the side anti-reflection film 64, an incident-side reflecting film 93 and an exit-side reflecting film 94 are respectively formed over one surface.

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f 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 for only a single polarization component of light that is incident from the incident end and propagated through the optical waveguide 12. Phase modulation can be efficiently performed by the modulation signal of frequency fm supplied from .

しかも、本発明を適用した光変調器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 to which the present invention is applied, the protective materials 86 and 87 are affixed to the ends of the optical waveguide 12 so that the end surface of the optical waveguide 12 is aligned substantially in the center of the plane 91 (92). Since it can be moved, chipping or rounding of the end face of the optical waveguide 12, securing of perpendicularity between the optical waveguide 12 and the planes 91 and 92, and improvement of the polishing accuracy on the planes 91 and 92 are possible, thereby improving the yield. is also possible.

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。 In the optical comb generator 1A, only a single polarized wave component of light incident from the outside through the incident-side reflecting film 93 propagates in the forward direction in the optical waveguide 12 and is reflected by the exit-side reflecting film 94. and partially permeate to the outside. The light of the single polarization component reflected by the output-side reflecting film 94 propagates in the optical waveguide 12 in the backward direction and is reflected by the incident-side reflecting film 93 . By repeating this, light of a single polarization 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ν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f 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。 In addition, by inputting an electric signal synchronous with the reciprocating time of the light of a single polarization component through the electrode 83A, the light of a single polarization component is output to this optical modulator. Compared to the case of passing through 8 only once, it is possible to apply deep phase modulation several tens of times or more. In addition, several hundred sidebands can be generated over a wide band centering on the frequency ν1 of the incident light. Incidentally, the frequency intervals of the generated sidebands are all equal to the frequency fm of the input electric signal. Therefore, the optical modulator 8A functions as an optical comb generator 1A that generates an optical comb of a single polarization component composed of multiple sidebands.

このように、本発明を適用した光コム発生器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 to which the present invention is applied, the substrate having at least the electro-optical effect penetrates from the incident-side reflecting film 93 to the exit-side reflecting film 94 constituting the resonance means, and a single polarized light is generated. Since the optical waveguide 12 is formed as a region in which a waveguide mode exists only for wave components, only a single polarized wave component of light incident through the incident-side reflecting film 93 is Propagating through the optical waveguide 12, an optical comb can be generated as an optically modulated output of only a single polarized wave component via the output-side reflecting film 94, and protective materials 86 and 87 are attached to each end. As a result, the end face of the optical waveguide, which was conventionally positioned at the uppermost corner of the end face, moves to substantially the center of the plane 91 (92). As a result, even if the corner of the plane 91 (92) is chipped during polishing in step S27, the end surface of the optical waveguide 12 is not chipped. That is, it is possible to obtain a configuration in which the end face itself of the optical waveguide 12 is less likely to be chipped. This makes it possible to minimize optical loss from each end surface of the optical waveguide 12 .

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, the optical modulator 8A is provided with an electrode 83A having a ridge structure formed on the buffer layer 14 of the substrate 11, as shown in the longitudinal section of the main part of FIG. can be made

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 optical 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 ridge groove is Samples of the optical modulator 8A with average depths (AVD) of 3.3, 2.96, 4.79, and 4.72 [μm] were prepared, and the driving voltage (AC Vpi) at 25 GHz and the DC The driving voltage (DC Vpi) was actually measured and the results are shown in FIGS. 16 and 17. FIG. Vpi is the voltage required to modulate the phase by π radians.

すなわち、リッジ構造を有さない電極構造の従来の光変調器では、25GHzにおける駆動電圧(AC Vpi)が8~10V程度で、直流駆動電圧(DC Vpi)は、6~6.5V程度であったのに対し、リッジ構造を有する電極83Aを備える光変調器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 a conventional optical modulator having an electrode structure that does not have a 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 including the electrodes 83A having a ridge structure, the driving voltage (AC Vpi) at 25 GHz is about 3.5 to 7.5 V, and the DC driving voltage (DC Vpi) is about 5 to 6 V. It is about

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 drive voltage (AC Vpi) at 25 GHz is reduced to about 70% of the original average voltage and about 50% of the power compared to the case without the ridge structure. equivalent to a decrease in In addition, the DC drive voltage (DC Vpi) has an average voltage drop of about 80% of the original voltage compared to the case without the ridge structure, which corresponds to a power drop of about 50%.

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 a member having the same hardness as the substrate 11 of the optical waveguide 12, and at least one end surface of the member corresponds to the light incident end or the light incident end of the optical waveguide 12. A first protective member 86 and a second protective member 87 are provided above the optical waveguide 12 so as to form the same plane as the end face of the substrate 11 including the output end, and the end face of the member and the second protective member 87 are provided. Since the incident-side antireflection film 63 or the incident-side reflecting film 93 and the output-side antireflection film 63 or the output-side reflecting film 94 are each coated on the flat surface formed by polishing the end face of the substrate, the end face of the optical waveguide is In addition to preventing the occurrence of chipping, it is possible to stabilize the mounting of the high reflection film, improve the finesse of the optical resonator 5 composed of the entrance side reflection film 93 and the exit side reflection film 94, and 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 8 and 8A and the optical modulator 51 configured as described above have at least one of the members 86 and 87 having the same hardness as the substrate 11 for forming the optical waveguide 12 from above. is disposed above the optical waveguide 12 so that the end face of the optical waveguide 12 forms the same plane as the end face of the substrate 11 including the light incident end or the light emitting end of the optical waveguide 12, and the end faces of the members 86 and 87 Since the entrance-side reflection film 93 and the exit-side reflection film 94 constituting the resonance means are adhered on the flat surface formed by polishing the end face of the substrate 11, chipping of the corners of the waveguide end face during processing is avoided. Suppresses rounding and enables stable deposition of each reflective film on the uppermost corner of the end face without peeling off, improving the reflectance of the reflective film and the finesse of the optical cavity, and enhancing the functionality of the device itself. A waveguide mode exists only for a single polarization component in the substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident side reflecting film 93 to the emitting side reflecting film 94 constituting the resonance means. By providing the optical waveguide 12 formed as a region with a reflective film 93 on the incident side, only a single polarized wave component of the light incident through the reflective film 93 on the incident side propagates through the optical waveguide 12 and reaches the reflective film on the exit side. An optical comb capable of generating a stable optical comb as an optically modulated 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 polarized light on the substrate 11 having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident-side reflecting film 93 to the exit-side reflecting film 94 . A low-power laser light source or optical comb that can output a laser beam or optical comb with only a single polarization component by forming a region in which a waveguide mode exists only for a wave component. You can build generators.

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

この光コム発生器110は、本発明を適用した低電力型光コムモジュール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。 This optical comb generator 110 includes an optical coupler 111 that branches a part of the optical comb output from the low-power optical comb module 100A to which the present invention is applied, and a photodetector that detects the light branched by the optical coupler 111. and a control circuit 113 to which a photodetection signal obtained by the photodetector 112 is supplied.

光コムモジュール100Aは、図示しないレーザー光源からレーザー光が入射されるとともに、バイアス・ティー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。 The optical comb module 100A receives laser light from a laser light source (not shown) and receives an RF modulation signal via the bias tee 114, so that for a single polarization component of the incident laser light, An optical comb is generated and output by applying phase modulation with an RF modulated signal. In the optical comb module 100A, temperature control by the temperature control circuit 119 controls the resonance length of the resonance means by the incident-side reflecting film and the exit-side reflecting film provided on the optical waveguide.

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 the error with respect to the control target from the photodetection signal, generates a control signal that makes the error zero, and supplies it 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 adding a DC bias to 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 isolator and a printed circuit board. By mixing the photodetection signal of the photodetector 112 and the synchronization signal, a control signal corresponding to the amount of error from the control target is produced.

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。 A portion of the output of the RF modulated signal source can be used as the synchronization signal. In that case, the operating band of photodetector 112 should be equal to or greater 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駆動信号は別の変調信号(ディザ信号)を使用することが可能である。レーザー周波数または光コムモジュール100Aの共振周波数に、共振モードのFSRと比べて小さい振幅の変調を与えておいて、光検出器112の出力信号と同期信号のミキシングを行う。ディザ信号周波数が低ければ、光検出信号をアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換したのちにデジタル信号処理の積和演算で誤差信号を生成することも可能である。 In the control circuit 113, the low-frequency component of the signal obtained by inputting the photodetection signal and the synchronization signal to the mixer through the phase adjuster is taken as an error signal. Alternatively, it is possible to use a different modulation signal (dither signal) from the RF drive signal as a synchronization signal. The laser frequency or the resonance frequency of the optical comb module 100A is modulated with an amplitude smaller than the FSR of the resonance mode, and the output signal of the photodetector 112 and the synchronization signal are mixed. If the dither signal frequency is low, it is also possible to convert the photodetection signal into a digital signal by an analog/digital converter and then generate the error signal by the product-sum operation of digital signal processing.

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。 A control signal obtained by adjusting the frequency characteristics of the error signal is applied to the DC bias of the optical comb module 100A via the bias tee 114 . In general, the error signal is input to a circuit having proportional, integral, and differential functions, and the frequency characteristics of the control loop are determined by adjusting the amplitude of these components, and the resonance frequency of the optical comb module 100A becomes the input laser. It is controlled to follow the oscillation frequency.

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

この光コム発生器120は、本発明を適用した低電力型光コムモジュール100Aの反射光を利用して共振器制御を行うもので、低電力型光コムモジュール100Aの反射光の一部が光カップラ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。 This optical comb generator 120 performs resonator control using reflected light from the low-power optical comb module 100A to which the present invention is applied. The light is branched by the coupler 111 and is incident on the photodetector 112 .

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 in this optical comb generator 120 is the same as the component in the optical comb generator 110 shown in FIG. 18, and the corresponding components are given the same reference numerals in FIG. 19, and detailed description thereof is 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 the error with respect to the control target from the photodetection signal obtained by the photodetector 112, and outputs a control signal that makes the error zero. By adding 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.

さらに、本発明を適用した低電力型光コムモジュールは、例えば、図20に示すような構成の光コム光源130を構築することができる。
この光コム光源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、それぞれ低電力型光コムモジュールを用いた2つの光コム発生器(OFCG1、OFCG2)130A,130B等を備える。
Furthermore, the low-power optical comb module to which the present invention is applied can construct an optical comb light source 130 configured as shown in FIG. 20, for example.
The optical comb light source 130 includes a single-frequency oscillation laser light source 131, a separation optical system 132 such as an optical coupler or an optical beam splitter that separates the single-frequency laser light emitted from the laser light source 131 into two laser lights, A frequency shifter 135 for shifting the frequency of one laser beam separated by the separation optical system 132, two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 130A and 130B each using a low-power optical comb module, and the like are provided.

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に入力されるようになっている。 In this optical comb light source 130, a laser beam emitted from one single-frequency oscillation laser light source 131 is separated into two laser beams by a separation optical system 132, and two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) are generated. 130A and 130B.

2台の光コム発生器130A,130Bは、互いに異なる周波数f +Δf と周波数f 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、f +Δf とf 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f 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f 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f 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 fm. The respective oscillators 133A, 133B are phase-locked by a common reference oscillator 134 to stabilize the relative frequencies of fm + Δfm and fm . A frequency shifter 135 such as an acousto-optical frequency shifter (AOFS) is provided in front of the optical comb generator ( OFCG1 ) 130A, and the input laser light is given an optical frequency shift of frequency fa by this frequency shifter 135. It's like This causes the beat frequency between the carrier frequencies to be an AC signal of frequency fa rather than a DC signal. As a result, the beat signal in the high-frequency side band of the carrier frequency and the beat signal in the low-frequency side band of the carrier frequency are generated in opposing frequency regions across the beat frequency fa between the carrier frequencies of the beat signal, which is inconvenient for phase comparison. good.

2つの光コム発生器(OFCG1,OFCG2)130A,130Bは、それぞれ本発明を適用した低電力型光コムモジュールにより構成されるもので、入力されるレーザー光の単一の偏波成分のみを位相変調することにより、単一の偏波成分の光コムを出力することができる。 この光コム光源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。 The two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 130A, 130B are each composed of a low-power optical comb module to which the present invention is applied, and phase only a single polarization component of the input laser light. By modulating, an optical comb of a single polarization component can be output. This optical comb light source 130 uses one single-frequency oscillation laser light source 131 in common, and two optical combs with different center frequencies and frequency intervals of two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 130A and 130B. For example, the first and second light sources in the rangefinder and the optical three-dimensional shape measuring machine according to Japanese Patent No. 5231883 previously proposed by the present inventor, that is, the intensity or phase, respectively, periodically are modulated, and by using the optical comb light source 130 as the first and second light sources for emitting coherent reference light and measurement light with mutually different modulation periods, two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) The surface of the object to be measured is irradiated with the optical comb output for measurement of a single polarization component emitted from 130A and 130B while being scanned, and the reflected light from the surface is detected for each irradiation point and the distance is determined. By performing (height) calculation, it is possible to construct a measurement system for a rangefinder or an optical three-dimensional shape measuring machine that performs stable measurement operations. The surface shape of the object can be obtained from the scan coordinates and distance (height) distribution. There are various forms of scanner optical systems. The use of telecentric optics allows the light to enter the object almost perpendicularly 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, the light source in the vibration measuring device according to Japanese Patent No. 5336921 or Japanese Patent No. 5363231 previously proposed by the present inventor, that is, the spectrum at a predetermined frequency interval, the modulation frequency and the center frequency are different from each other, and By using the optical comb light source 130 as a light source for emitting phase-locked and coherent reference light and measurement light, the two optical comb generators (OFCG1, OFCG2) 130A and 130B emit single It is possible to construct a measurement system of a vibration measuring apparatus that performs stable multi-point vibration measurement operation by irradiating an optical comb of polarized wave components to different locations depending on the wavelength through an element that splits for each wavelength.

ここで、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路を用いた光コム発生器により得られる光コムを用いる計測装置では、図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 measurement device using an optical comb obtained by an optical comb generator using an optical waveguide that transmits polarized components in which orthogonal modes are mixed, as shown by the circle in FIG. Deformation may occur in the transmission mode waveform, and the places where it occurs (relative position to the main mode) are scattered, and there are multiple minimum parts, which causes unstable control, but only for a single polarization component. As shown in FIG. 21, the use of an optical waveguide through which the light passes through eliminates the deformation of the transmission mode waveform. 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。 In other words, the polarization component orthogonal to the optical comb generation causes measurement errors in distance and height when using the optical comb for measurement, and the polarization component orthogonal to the optical comb generation is a factor of the optical comb generator. The control for matching the resonance frequency to the laser frequency may become unstable, causing deviation of the control point and control oscillation. Although it was a factor of error, by generating an optical comb using an optical waveguide that passes only a single polarization component, the output of the orthogonal polarization component that does not contribute to the generation of the optical comb is suppressed, and the polarization of the optical comb output is reduced. It improves the extinction ratio, increases the degree of single polarization, stabilizes the cavity control, removes unnecessary interference signals, and eliminates measurement errors in distance measurement and shape measurement using an optical comb. It is possible to improve the measurement accuracy, improve the reliability of the entire system, and the like.

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 低電力型光コムモジュール、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 光コム光源、131 レーザー光源、132 分離光学系、135 周波数シフタ 1, 1A, 110, 120, 130A, 130B optical comb generator, 8, 51 optical modulator, 11 substrate, 12 optical waveguide, 14 buffer layer, 16 oscillator, 18 terminating resistor, 20 ridge, 21 optical circulator, 22 focuser, 63 antireflection film, 83, 83A electrode, 84 first end surface, 85 second end surface, 86 first protective member, 86a, 87a end surface, 87 second protective member, 91, 92 plane, 93 Incident Side Reflective Film 94 Output Side Reflective Film 100A Low Power Optical Comb Module 111 Optical Coupler 112 Photodetector 113 Control Circuit 114 Bias Tee 130 Optical Comb Light Source 131 Laser Light Source 132 Separation Optical System , 135 frequency shifter

Claims (2)

単一周波数発振のレーザー光源と、
上記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入射される複数の光コム発生器を備え、
上記複数の各光コム発生器は、それぞれ、
共通の基準発振器により位相同期された所定の周波数差を有する互いに周波数の異なる変調信号を発振する発振手段と、
互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように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と、
上記光導波路上に形成され上記発振手段から供給された変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて、上記共振手段により共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成することにより、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単一の偏波成分の光コムを出力する光コム発生手段と、
上記光コム発生手段により得られる単一の偏波成分の光コムの一部を検出する光検出手段と、
上記光検出手段により得られる光検出信号から、上記共振手段の共振長の制御目標に対する誤差をゼロにする制御信号を生成し、上記共振手段の共振長を制御する制御手段と
を備える光コム発生装置
a single-frequency laser light source;
Equipped with a plurality of optical comb generators into which the laser light emitted from the laser light source is divided into a plurality and entered,
Each of the plurality of optical comb generators includes:
oscillating means for oscillating modulation signals having different frequencies and having a predetermined frequency difference phase-locked by a common reference oscillator;
a resonance means composed of an incident-side reflecting film and an exit-side reflecting film parallel to each other and resonating the light incident through the incident-side reflecting film;
An optical waveguide formed as a region in which a waveguide mode exists only for a single polarization component in a substrate having at least an electro-optical effect so as to penetrate from the incident-side reflecting film to the exit-side reflecting film. When,
an electrode formed on the optical waveguide for propagating a modulated signal supplied from the oscillation means in the forward or backward direction, and formed so as to penetrate from the entrance-side reflection film to the exit-side reflection film, According to the modulation signal supplied from the oscillation means, the phase of the light resonated by the resonance means is modulated, and sidebands centered on the frequency of the incident light are generated at intervals of the frequency of the modulation signal. an optical comb generation means for outputting an optical comb of a single polarization component having mutually different modulation frequencies and center frequencies, phase synchronization with each other, and coherence by generation;
an optical detection means for detecting a part of the optical comb of a single polarization component obtained by the optical comb generation means;
control means for controlling the resonance length of the resonance means by generating a control signal for zeroing the error of the resonance length of the resonance means with respect to a control target from the photodetection signal obtained by the photodetection means;
An optical comb generator .
上記複数の光コム発生器は、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計測装置用の光源部として用いられることを特徴とする請求項1に記載の光コム発生装置 2. The optical comb generation device according to claim 1, wherein the plurality of optical comb generators are used as a light source unit for a measurement device that emits coherent reference light and measurement light with mutually different modulation periods. .
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