JP2017207687A - Broadband stabilization light source - Google Patents

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Osamu Tadanaga
修 忠永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance a light damage resistance of a WG type EOM.SOLUTION: An electrooptical phase modulator 102 and an electrooptic intensity modulator 103 have an optical waveguide type electrooptic modulator structure including: a substrate 111; a core 112 containing lithium niobate having a higher refraction index than the substrate 111 and formed separately from the substrate 111; and an electrode structure 114 for adding a signal of a frequency to the core 112.SELECTED DRAWING: Figure 1B

Description

本発明は、広帯域な光を発生する広帯域安定化光源に関する。   The present invention relates to a broadband stabilized light source that generates broadband light.

近年、潜在能力の高さから広帯域な光源が求められており、様々な機関において広帯域光源の研究および開発がされ、さらには商用化の検討が活発にされている。最近、広帯域光源の光通信および光計測の分野への応用の検討も活発化している。この光通信および光計測の分野においては、広帯域性に加え、光周波数間隔の揃った光源への期待が拡大している(非特許文献1参照)。   In recent years, a broadband light source has been demanded because of its high potential. Broadband light sources have been researched and developed in various organizations, and further commercialization has been actively conducted. Recently, studies on application of a broadband light source to the fields of optical communication and optical measurement have been activated. In the fields of optical communication and optical measurement, expectations for light sources with uniform optical frequency intervals are increasing in addition to broadband characteristics (see Non-Patent Document 1).

このような期待に応えるべく多くの広帯域光源技術が提案されている。これまで、広帯域の光の生成方法としてモード同期法が開発されてきた。モード同期法は、レーザ発振器において、発振モード間の位相関係を固定させることで、極限的に短い光パルスを発生させて広帯域な光源を得る技術であり、これまで広帯域光源の実用に一般的に用いられてきた。さらに近年、より広帯域化をめざし、モード同期Tiサファイヤ固体レーザおよびフォトニック結晶ファイバ(PCF)を用いて広帯域光を発生させる方法が一般的となっている。   Many broadband light source technologies have been proposed to meet such expectations. Until now, a mode-locking method has been developed as a method for generating broadband light. The mode-locking method is a technique for obtaining a broadband light source by generating extremely short light pulses by fixing the phase relationship between oscillation modes in a laser oscillator. Has been used. Furthermore, in recent years, a method for generating broadband light using a mode-locked Ti sapphire solid-state laser and a photonic crystal fiber (PCF) has become common in order to achieve a wider band.

これらの技術に対して近年、短パルスレーザからの光パルスを高非線形ファイバ(HNLF)などの非線形媒質に入射し、これにより発生する非線形効果を用いてスペクトルを拡大させ、通信波長帯から赤外波長までに及ぶさらなる超広帯域の光を得る技術の検討が活発化している。この広帯域光源は、スペクトルの広帯域な連続性からスーパーコンティニューム光と呼ばれ、また、光周波数軸上でみると櫛状に発振スペクトルが規則正しく並んでいるため、光スペクトル形状から光周波数コムとも呼ばれている。この広帯域光源は、光通信用光源および光周波数計測などへの応用に向けて活発に開発されている。   In recent years, optical pulses from a short pulse laser are incident on a nonlinear medium such as a highly nonlinear fiber (HNLF), and the spectrum is expanded using the nonlinear effect generated thereby. Studies on technologies for obtaining light of a further ultra-wideband extending to the wavelength have been activated. This broadband light source is called supercontinuum light because of its wide spectral continuity, and since the oscillation spectrum is regularly arranged in a comb shape on the optical frequency axis, it is also called an optical frequency comb due to its optical spectrum shape. It is. This broadband light source is being actively developed for application to light sources for optical communication and optical frequency measurement.

上述したスーパーコンティニューム光や光周波数コムと呼ばれる超広帯域光の発生には、光パルスを生成する短パルスレーザの違いにより複数の方法・構成が提案されている。   For the generation of ultra-wideband light called supercontinuum light or optical frequency comb described above, a plurality of methods and configurations have been proposed depending on the difference in short pulse lasers that generate optical pulses.

例えば、電光学変調法は、一般的なモード同期技術を用いず、CW光を電気光学効果により位相変調し、さらに位相変調光を強度変調することにより光パルスを発生させ、この光パルスを非線形ファイバに入力してスペクトルを拡大して広帯域光を得ている。この電光学変調法は、市販の変調器や光部品を用いて構成可能であることから、現在活発に検討されている(非特許文献2参照)。   For example, the electro-optic modulation method does not use a general mode-locking technique, and generates a light pulse by phase-modulating CW light by the electro-optic effect and intensity-modulating the phase-modulated light. Broadband light is obtained by expanding the spectrum by inputting into the fiber. This electro-optic modulation method can be configured using commercially available modulators and optical components, and is therefore being actively studied (see Non-Patent Document 2).

このように近年の広帯域光源では、短パルスレーザにより生成した光パルスを高非線形ファイバなどの非線形媒質に入射し、これにより発現する非線形光学効果を用いてスペクトルを拡大させて超広帯域の光源を得る方法が一般的となっている。   As described above, in a recent broadband light source, an optical pulse generated by a short pulse laser is incident on a nonlinear medium such as a highly nonlinear fiber, and the spectrum is expanded by using the nonlinear optical effect generated thereby to obtain an ultra-wideband light source. The method has become commonplace.

電気光学変調型短パルスレーザなどにより生成した光パルスを高非線形ファイバなどの非線形媒質に入射して広帯域の光を発生させる何れの手法においても、短パルスレーザから出力される光パルスの光出力は現状、10mW程度に制限されている。このような背景のため、現状では、非線形効果による広帯域化が困難である。これらの検討では、スペクトル拡大のための高非線形ファイバ中での4光波混合を発生させるために必要なパワーレベルまで、Erドープ光ファイバ増幅器(EDFA)などの光増幅器を用いて光パルスを増幅することにより広帯域化が行われている。   The optical output of the optical pulse output from the short-pulse laser is the same as the optical pulse output from the short-pulse laser in any method of generating a broadband light by entering an optical pulse generated by an electro-optic modulation type short-pulse laser into a nonlinear medium such as a highly nonlinear fiber. Currently, it is limited to about 10 mW. Because of this background, it is difficult to increase the bandwidth by nonlinear effects at present. In these studies, an optical pulse is amplified using an optical amplifier, such as an Er-doped fiber amplifier (EDFA), to the power level necessary to generate four-wave mixing in a highly nonlinear fiber for spectral broadening. As a result, the bandwidth is increased.

しかしながらこの光増幅器を用いる構成においては、以下に述べる課題が存在する。
前述のように高非線形ファイバでの4光波混合(FWM)を発生させるために光パルスをEDFAで高出力化する必要があるが、EDFAで加わる自然放出光(ASE)雑音が、生成される広帯域光の信号・雑音比(SNR)を劣化させる原因となっている。
However, the configuration using this optical amplifier has the following problems.
As described above, in order to generate four-wave mixing (FWM) in a highly nonlinear fiber, it is necessary to increase the output of an optical pulse with an EDFA, but a spontaneous emission light (ASE) noise added by the EDFA is generated in a wide band. This is a cause of deteriorating the signal / noise ratio (SNR) of light.

EDFAで過剰に付加されるASE雑音は、スペクトル拡大のための4光波混合で発生する光のSNRを劣化することが知られている(非特許文献3、非特許文献4参照)。このASE雑音の影響は、EDFAへの入力パワーが低いほど強く現れる。このため、広帯域光のSNRを高く確保するには、EDFAへの入力パワーを高く保つこと、すなわち短パルスレーザからの光パルスの出力を高めることが極めて重要となる。広帯域光源は、広範囲な波長域を有することはもちろんのこととして、高いSNRを有することは光源の応用上において極めて重要である。   It is known that ASE noise added excessively by EDFA deteriorates the SNR of light generated by four-wave mixing for spectrum expansion (see Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4). The influence of this ASE noise appears more strongly as the input power to the EDFA is lower. For this reason, in order to ensure a high SNR of broadband light, it is extremely important to keep the input power to the EDFA high, that is, to increase the output of the optical pulse from the short pulse laser. In addition to having a wide wavelength range, a broadband light source has a high SNR, which is extremely important for light source applications.

例えば、広帯域光源を光周波数計測に用いる場合、まず、広帯域光から自己参照法により発生させたビート信号を光電変換し、RFスペクトルからキャリアエンベロープオフセット周波数(fceo)や周波数間隔frepを設定する。さらに、広帯域光と被測定レーザと干渉させてビート信号fbeatを決定し、被測定レーザの光周波数を決定する。 For example, when a broadband light source is used for optical frequency measurement, first, a beat signal generated from the broadband light by the self-reference method is photoelectrically converted, and a carrier envelope offset frequency (f ceo ) and a frequency interval f rep are set from the RF spectrum. . Further, the beat signal f beat is determined by causing interference between the broadband light and the measured laser, and the optical frequency of the measured laser is determined.

この場合、スペクトル拡大用EDFAからのASE雑音に起因する広帯域光のSNRの劣化は、光電変換後のRFスペクトル上のノイズフロアを上昇させてしまう。この結果、fceoなどの周波数の識別・判別が困難になり、ミスカウントの増加を引き起こし、周波数測定精度を悪化させてしまう。従って、広帯域光源を光周波数計測に用いる場合、光パルス増幅用のEDFAへの入力パワーを高く確保し、高いSNRの広帯域光を生成することが必要不可欠となる。 In this case, the degradation of the SNR of the broadband light caused by the ASE noise from the spectrum expansion EDFA increases the noise floor on the RF spectrum after photoelectric conversion. As a result, it becomes difficult to identify and discriminate frequencies such as fceo , causing an increase in miscounts and degrading frequency measurement accuracy. Therefore, when a broadband light source is used for optical frequency measurement, it is indispensable to secure a high input power to the EDFA for optical pulse amplification and generate broadband light with a high SNR.

このような広帯域光源のSNRの劣化の問題は、光通信やガスセンシングなどの応用分野においても同様であり、伝送容量の低下やセンシング感度の低下などの悪影響を与えるため避けなければならない。   The problem of degradation of the SNR of such a broadband light source is the same in application fields such as optical communication and gas sensing, and must be avoided because it adversely affects transmission capacity and sensing sensitivity.

換言すると、EDFAへ入力する短パルスレーザの出力をできる限り大きく確保することにより上述した問題は回避できる。このためには、高出力のCW光源を適用して短パルスレーザからのパルス出力を増大すればよい。   In other words, the above-described problem can be avoided by ensuring as much as possible the output of the short pulse laser input to the EDFA. For this purpose, the pulse output from the short pulse laser may be increased by applying a high-power CW light source.

しかしながら、現状の光源構成においては、このような高出力CW光を適用するだけでは広帯域光のSNR劣化の問題を解決することは困難である。この最大の理由は、短パルスレーザを構成する光部品である変調器の光入力パワー耐性の低さにある。以下この変調器の光入力パワー耐性について説明する。   However, in the current light source configuration, it is difficult to solve the problem of SNR degradation of broadband light only by applying such high-power CW light. The biggest reason for this is the low optical input power tolerance of the modulator, which is an optical component constituting the short pulse laser. The optical input power tolerance of this modulator will be described below.

まず、現在の一般的な広帯域光源の基本構成について、図7を用いて説明する。図7は、従来の一般的な広帯域光源の構成を示す構成図である。この広帯域光源は、短パルスレーザ501、光増幅器502、分散補償光ファイバ503、高非線形光ファイバ504を備える。   First, a basic configuration of a current general broadband light source will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional general broadband light source. This broadband light source includes a short pulse laser 501, an optical amplifier 502, a dispersion compensating optical fiber 503, and a highly nonlinear optical fiber 504.

また、短パルスレーザ501は、図8に示す構成による電気光学変調により得られる。CW光源511から出力された光を電気光学位相変調器512で位相変調し、正のチャープ部を電気光学強度変調器513でパルス化して生成する。次いで、生成した正チャープパルスを負の分散媒体である1.55μm帯のシングルモード光ファイバ(SMF)514を伝搬させることにより、パルスを圧縮して光パルスを得る(非特許文献5参照)。この構成においては、高速かつ光ファイバとの結合効率のよい、低損失な光導波路(Wave Guide;WG)型変調器が必要となる。   Further, the short pulse laser 501 is obtained by electro-optic modulation with the configuration shown in FIG. The light output from the CW light source 511 is phase-modulated by the electro-optic phase modulator 512, and the positive chirp portion is generated by pulsing the electro-optic intensity modulator 513. Next, the generated positive chirped pulse is propagated through a 1.55 μm band single mode optical fiber (SMF) 514 which is a negative dispersion medium to compress the pulse to obtain an optical pulse (see Non-Patent Document 5). In this configuration, a low-loss optical waveguide (WG) modulator having high speed and good coupling efficiency with an optical fiber is required.

WG型変調器の中で特に、Ti拡散LN結晶を用いたWG型電気光学変調器(EOM)は、高速性に加え光学的接続の親和性に富むことや、低駆動電圧性から商用の光ファイバ通信システムで変調信号の生成に用いられているなどの実績があり、広く普及している変調器である。以下、Ti拡散LN結晶導波路(Ti拡散WG)を用いた従来型のEO位相変調器(EOPM)について図9を用いて説明する。図9は、EOPMの構成例を示す構成図である。   Among the WG type modulators, the WG type electro-optic modulator (EOM) using a Ti diffusion LN crystal has high compatibility with optical connection in addition to high speed, and it has a low driving voltage, so that it can be used for commercial light. It is a widely used modulator with a track record of being used to generate modulated signals in fiber communication systems. Hereinafter, a conventional EO phase modulator (EOPM) using a Ti diffusion LN crystal waveguide (Ti diffusion WG) will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a configuration example of the EOPM.

このEOPMは、入力側の光ファイバ601、レンズ602a、レンズ602b、Ti拡散WG603、出力側のレンズ604a、レンズ604b、光ファイバ605を備える。また、Ti拡散WG603には、導波部分を挟んで電極606a、電極606bが設けられ、電源607により電圧が印加可能とされている。   This EOPM includes an input side optical fiber 601, a lens 602a, a lens 602b, a Ti diffusion WG 603, an output side lens 604a, a lens 604b, and an optical fiber 605. Further, the Ti diffusion WG 603 is provided with an electrode 606a and an electrode 606b with a waveguide portion interposed therebetween, and a voltage can be applied by a power source 607.

このEOPMは、Ti拡散WG603に形成した光導波路構造により光を閉じ込める。また、このEOPMでは、半導体装置に用いられている微細加工技術により、電極606aと電極606bとの間隔をμmオーダーまで狭く形成することが可能である。   This EOPM confines light by an optical waveguide structure formed in the Ti diffusion WG 603. In this EOPM, the distance between the electrodes 606a and 606b can be narrowed to the order of μm by a microfabrication technique used in a semiconductor device.

これらのことにより、図10に示すバルク型EOPMに比べ、駆動電圧を大幅に低減することが可能である。さらに導波路型であるため入力用の光ファイバ601,出力用の光ファイバ605との光学的結合効率が高いため低損失性の利点を有する。なお、図10に示すバルク型EOPMは、入力側の光ファイバ701、レンズ602、Ti拡散結晶部703、出力側のレンズ704、光ファイバ705を備える。また、Ti拡散結晶部703には、電極706a、電極706bが設けられ、電源707により電圧が印加可能とされている。   As a result, the driving voltage can be greatly reduced as compared with the bulk type EOPM shown in FIG. Further, since it is of the waveguide type, the optical coupling efficiency between the input optical fiber 601 and the output optical fiber 605 is high, so that it has an advantage of low loss. 10 includes an input-side optical fiber 701, a lens 602, a Ti diffusion crystal portion 703, an output-side lens 704, and an optical fiber 705. The bulk-type EOPM shown in FIG. Further, the Ti diffusion crystal part 703 is provided with electrodes 706a and 706b, and a voltage can be applied by a power source 707.

図8を用いて説明した電気光学変調型の短パルスレーザを用いた広帯域光源では、多くの場合、Ti拡散WG型EOMを使用し、CW光に位相変調および強度変調を施すことにより広帯域な光を発生させている。   In a broadband light source using an electro-optic modulation type short pulse laser described with reference to FIG. 8, in many cases, a Ti diffused WG type EOM is used, and broadband light is obtained by applying phase modulation and intensity modulation to CW light. Is generated.

S. カンディフ、 J. イー、 J. ホール、「最も精確なものさし 光コム」、日経サイエンス、7月号、86−94頁、2008年。S. Candiff, J. E, J. Hall, “The Most Accurate Measure Hikari Com”, Nikkei Science, July, 86-94, 2008. A. Ishizawa et al., "Octave-spanning frequency comb generated by 250 fs pulse train emitted from 25 GHz externally phase-modulated laser diode for carrier-envelope-offset-locking", Electronics Letters, vol.45, no.19, pp.1343-1344, 2010.A. Ishizawa et al., "Octave-spanning frequency comb generated by 250 fs pulse train emitted from 25 GHz externally phase-modulated laser diode for carrier-envelope-offset-locking", Electronics Letters, vol.45, no.19, pp.1343-1344, 2010. W. Imajuku and A. Takada, "Noise Figure of Phase-Sensitive Parametric Amplifier Using a Mach-Zehnder Interferometer With Lossy Kerr Media and Noisy Pump", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.39, no.6, pp.799-812, 2003.W. Imajuku and A. Takada, "Noise Figure of Phase-Sensitive Parametric Amplifier Using a Mach-Zehnder Interferometer With Lossy Kerr Media and Noisy Pump", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.39, no.6, pp.799- 812, 2003. E. Yamazaki et al., "Noise Figure of Parametric Wavelength Conversion With Quasi-Phase-Matched LiNbO3 Waveguide", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.12, no.4, pp.536-543, 2006.E. Yamazaki et al., "Noise Figure of Parametric Wavelength Conversion With Quasi-Phase-Matched LiNbO3 Waveguide", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.12, no.4, pp.536-543, 2006. T. KOBAYASHI et al., "Optical Pulse Compression Using High-Frequency Electrooptic Phase Modulation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.24, no.2, pp.382-387, 1988.T. KOBAYASHI et al., "Optical Pulse Compression Using High-Frequency Electrooptic Phase Modulation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.24, no.2, pp.382-387, 1988. M. Asobe et al., "Phase sensitive amplification with noise figure below the 3 dB quantum limit using CW pumped PPLN waveguide", Optics Express, vol.20, no.12, pp.13164-13172, 2012.M. Asobe et al., "Phase sensitive amplification with noise figure below the 3 dB quantum limit using CW pumped PPLN waveguide", Optics Express, vol.20, no.12, pp.13164-13172, 2012. K. Enbutsu et al., "Integrated quasi-phase-matched second-harmonic generator and electro-optic phase modulator for low-noise phase-sensitive amplification", Optics Letters, vol.40, no.14, pp.3336-3339, 2015.K. Enbutsu et al., "Integrated quasi-phase-matched second-harmonic generator and electro-optic phase modulator for low-noise phase-sensitive amplification", Optics Letters, vol.40, no.14, pp.3336-3339 , 2015.

以上のように、短パルスレーザからの光パルス光を高非線形ファイバにより広帯域化する構成の広帯域光源において、Ti拡散WG型EOMの適用の検討されている。しかしながら、Ti拡散WG型EOMは、フォトリフラクティブ効果に起因した「光損傷」と呼ばれる入力パワーに依存した特性劣化の問題が存在する。   As described above, application of the Ti diffusion WG type EOM is being studied in a broadband light source configured to broaden the optical pulse light from a short pulse laser by using a highly nonlinear fiber. However, the Ti diffusion WG type EOM has a problem of characteristic deterioration depending on input power called “optical damage” due to the photorefractive effect.

ここで、このTi拡散WG型EOMにおける光損傷の問題について2次元の光導波路構造を用いて説明する。図11は、Ti拡散WGを用いた従来型のEOPM(EO位相シフターとも称する)の構成を示す断面図である。図11では、導波方向に垂直な断面を示している。このEOPMは、ニオブ酸リチウム(LN)の結晶からなる基板801に、Tiを拡散させて屈折率を高くしたコア802を備え、このコア802により光導波路(WG)を構成している。   Here, the problem of optical damage in this Ti diffusion WG type EOM will be described using a two-dimensional optical waveguide structure. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional EOPM (also referred to as an EO phase shifter) using a Ti diffusion WG. FIG. 11 shows a cross section perpendicular to the waveguide direction. This EOPM includes a core 802 in which Ti is diffused to increase the refractive index on a substrate 801 made of lithium niobate (LN) crystal, and the core 802 forms an optical waveguide (WG).

コア802における屈折率分布は、概ねガウス分布型で連続して広がっていると考えてよい。この屈折率分布状態について、図12A、図12Bに示す。また、Ti拡散WGを伝搬する光のx、y軸方向のモードフィールド形状について、図13A、図13Bに示す。図12A、図12Bの(a)は、光損傷が生じていない場合の屈折率分布である。また、図13A、図13Bの(a)は、光損傷が生じていない場合のモードフィールド形状である。   It can be considered that the refractive index distribution in the core 802 is approximately Gaussian and continuously spread. This refractive index distribution state is shown in FIGS. 12A and 12B. 13A and 13B show the mode field shape of light propagating through the Ti diffusion WG in the x and y axis directions. (A) of FIG. 12A and FIG. 12B are refractive index distributions when no optical damage occurs. Moreover, (a) of FIG. 13A and FIG. 13B is a mode field shape when optical damage does not occur.

コア802を形成した基板801では、高温下でTiを拡散させる際に生じた結晶欠陥や不純物などによりキャリアが励起されて拡散し、屈折率が変化するフォトリフラクティブ効果が起きやすくなっている。この状態のTi拡散WGへの入力光パワーを次第に大きくしていくと、フォトリフラクティブ効果によりコア802の領域において光強度分布にほぼ比例した屈折率変化が生じる。これにより、図12A、図12Bの(b)に示すように、Ti拡散WGの中心部の屈折率が周囲に比べて上昇する。   In the substrate 801 on which the core 802 is formed, carriers are excited and diffused by crystal defects or impurities generated when Ti is diffused at a high temperature, and a photorefractive effect in which the refractive index changes is likely to occur. When the input light power to the Ti diffusion WG in this state is gradually increased, a refractive index change approximately proportional to the light intensity distribution occurs in the region of the core 802 due to the photorefractive effect. As a result, as shown in FIG. 12A and FIG. 12B (b), the refractive index of the central portion of the Ti diffusion WG increases compared to the surroundings.

この屈折率上昇により、Ti拡散WGの比屈折率差Δnが上昇し、図13A、図13Bの(b)に示すように、光の閉じ込め効果が高まりモードフィールド径が小さくなり、中心部の光強度が低入力パワー入射時に比べて高くなる。この結果、さらに中心部の屈折率が増大する。   With this increase in refractive index, the relative refractive index difference Δn of the Ti diffusion WG increases, and as shown in FIGS. 13A and 13B (b), the light confinement effect is increased, the mode field diameter is reduced, and the light at the center is reduced. The intensity is higher than when low input power is incident. As a result, the refractive index at the center further increases.

このように、上述したTi拡散WGでは、入力パワーを強くすると相互作用によりモードフィールドと屈折率分布の狭窄化が連続して発生する自己収束現象が現れる。また、光導波路構造がy軸に対して非対称であるため、モードフィールド中心位置も変化し、光ファイバのモードフィールドとの軸ずれを引き起こす。さらに、入力パワーを強めていくとついには導波モードが存在できなくなり、入力光は基板801の全体に広がってしまう。Ti拡散WGと入出力用光ファイバの結合効率は、光電界分布のオーバーラップ積分に依存するため、Ti拡散WG側のモードフィールド変化や軸ずれにより結合効率が低下し、変調器モジュールの挿入損失が増大してしまうという重要な問題が存在する。   Thus, in the Ti diffusion WG described above, when the input power is increased, a self-convergence phenomenon in which narrowing of the mode field and the refractive index distribution continuously occurs due to the interaction. In addition, since the optical waveguide structure is asymmetric with respect to the y-axis, the mode field center position also changes, causing an axial deviation from the mode field of the optical fiber. Furthermore, when the input power is increased, the waveguide mode can no longer exist, and the input light spreads over the entire substrate 801. Since the coupling efficiency between the Ti diffusion WG and the input / output optical fiber depends on the overlap integral of the optical electric field distribution, the coupling efficiency decreases due to the mode field change and the axis deviation on the Ti diffusion WG side, and the insertion loss of the modulator module There is an important problem that will increase.

上述した従来のTi拡散WGにおける光損傷の影響を評価するために、市販のファイバ入出力型Ti拡散LNEOPMに、高い入力パワーの光を入射した場合の挿入損失の経時変化を測定した。この結果を図14に示す。図14において、x軸は光の入射時間、y軸は挿入損失の変化量である。評価において、パルス光の平均入力パワーとして100mW、および200mWの2つの条件で実験を行った。図14に示すように、入射時間(動作時間)が長くなるに従い、損失は増加し、また入力パワーの増大によっても損失は増加することが分かった。   In order to evaluate the influence of optical damage in the above-described conventional Ti diffusion WG, the time-dependent change of insertion loss when light of high input power was incident on a commercially available fiber input / output type Ti diffusion LNEOPM was measured. The result is shown in FIG. In FIG. 14, the x-axis is the incident time of light, and the y-axis is the amount of change in insertion loss. In the evaluation, the experiment was performed under two conditions of 100 mW and 200 mW as the average input power of the pulsed light. As shown in FIG. 14, it was found that the loss increases as the incident time (operation time) becomes longer, and the loss increases as the input power increases.

上述したように、現在一般的な導波路型変調器であるTi拡散WG型EOPMを用いても、高光損傷耐性が備わっていないため、光損傷によりEOPMへの入力パワーが制限される。このため短パルスレーザからの光パルスを高出力化することが極めて困難である。バルク型EOPMを適用した構成における光パワーの低下の問題と同様、前述のようにスペクトル拡大のためのEDFAへの入力パワーが低下するため、HNLFへの入力光に光増幅器からのASEが増大することになり、4光波混合でスペクトル拡大された広帯域光の信号対雑音比SNRを劣化させていた。   As described above, even when a Ti diffusion WG type EOPM, which is a general waveguide type modulator, is used, since it does not have high optical damage resistance, the input power to the EOPM is limited due to optical damage. For this reason, it is extremely difficult to increase the output of the light pulse from the short pulse laser. Similar to the problem of the decrease in optical power in the configuration using the bulk type EOPM, as described above, the input power to the EDFA for spectrum expansion decreases, so that the ASE from the optical amplifier increases in the input light to the HNLF. In other words, the signal-to-noise ratio SNR of broadband light whose spectrum has been expanded by four-wave mixing has been degraded.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、WG型EOMにおける光損傷耐性をより高くすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to further improve the optical damage resistance in the WG type EOM.

本発明に係る広帯域安定化光源は、連続したレーザ光を出力する光源と、所望とする周波数でレーザ光を位相変調して周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルス列を生成する電気光学位相変調器と、電気光学位相変調器で生成された光パルス列の強度を周波数で変調する電気光学強度変調器と、電気光学強度変調器で生成された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮して広帯域光を出力するシングルモード光ファイバから構成された分散付与部とを備え、電気光学位相変調器および電気光学強度変調器は、基板、基板より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成されて基板とは別体に形成されたコア、およびコアに周波数の信号を印加するための電極構造を備える光導波路型の電気光学変調器構造から構成されている。   A broadband stabilized light source according to the present invention includes a light source that outputs continuous laser light, an electro-optic phase modulator that generates a pulse train having a pulse repetition frequency by modulating the phase of the laser light at a desired frequency. An optical optical intensity modulator that modulates the intensity of the optical pulse train generated by the electro-optical phase modulator with frequency, and a broadband light by compressing the pulse width of each optical pulse of the optical pulse train generated by the electro-optical intensity modulator. The electro-optic phase modulator and electro-optic intensity modulator are made of lithium niobate having a refractive index higher than that of the substrate. The optical waveguide type electro-optic modulator structure includes a core formed on the body and an electrode structure for applying a frequency signal to the core.

上記広帯域安定化光源において、電気光学強度変調器は、2つの電気光学変調器構造によるマッハツェンダー干渉構造とされている。   In the broadband stabilized light source, the electro-optic intensity modulator has a Mach-Zehnder interference structure having two electro-optic modulator structures.

上記広帯域安定化光源において、電気光学位相変調器および電気光学強度変調器は、同一の基板の上に形成されているとよい。   In the broadband stabilized light source, the electro-optic phase modulator and the electro-optic intensity modulator may be formed on the same substrate.

上記広帯域安定化光源において、基板はタンタル酸リチウムの結晶から構成され、コアは、ZnまたはMgの少なくとも1つがドープされたニオブ酸リチウムの結晶から構成されていればよい。   In the broadband stabilized light source, the substrate may be made of a lithium tantalate crystal, and the core may be made of a lithium niobate crystal doped with at least one of Zn or Mg.

以上説明したことにより、本発明によれば、WG型EOMにおける光損傷耐性がより高くなるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that the optical damage resistance in the WG type EOM becomes higher.

図1Aは、本発明の実施の形態1における広帯域安定化光源の構成を示す構成図である。FIG. 1A is a configuration diagram showing a configuration of a broadband stabilized light source according to Embodiment 1 of the present invention. 図1Bは、本発明の実施の形態1における広帯域安定化光源の一部構成を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing a partial configuration of the broadband stabilized light source according to Embodiment 1 of the present invention. 図2Aは、電気光学強度変調器103の構成例を示す斜視図である。FIG. 2A is a perspective view illustrating a configuration example of the electro-optic intensity modulator 103. FIG. 図2Bは、電気光学位相変調器102の構成例を示す斜視図である。FIG. 2B is a perspective view illustrating a configuration example of the electro-optic phase modulator 102. 図3は、本発明の実施の形態1における広帯域安定化光源の電気光学位相変調器102、電気光学強度変調器103を構成する光導波路型の電気光学変調器の、入力光パワーに対する挿入損失の経時変化を測定した結果を示す特性図である。FIG. 3 shows the insertion loss of the optical waveguide type electro-optic modulator constituting the electro-optic phase modulator 102 and electro-optic intensity modulator 103 of the broadband stabilized light source in Embodiment 1 of the present invention with respect to the input optical power. It is a characteristic view which shows the result of having measured change with time. 図4は、本発明の実施の形態1における広帯域安定化光源のSNR改善効果の評価を行うための周波数測定系の構成を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the frequency measurement system for evaluating the SNR improvement effect of the broadband stabilized light source in the first embodiment of the present invention. 図5は、図4を用いて実施した実施の形態1における広帯域安定化光源で用いる光導波路型の電気光学変調器の周波数測定結果を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing frequency measurement results of the optical waveguide type electro-optic modulator used in the broadband stabilized light source according to the first embodiment implemented using FIG. 図6は、本発明の実施の形態2における広帯域安定化光源の一部構成を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a partial configuration of the broadband stabilized light source according to Embodiment 2 of the present invention. 図7は、従来の一般的な広帯域光源の構成を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional general broadband light source. 図8は、従来の一般的な広帯域光源の短パルスレーザ501の構成を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional short pulse laser 501 of a general broadband light source. 図9は、Ti拡散LN結晶導波路を用いた従来型のEO位相変調器の構成を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional EO phase modulator using a Ti-diffused LN crystal waveguide. 図10は、バルク型LN結晶を用いた従来型のEO位相変調器の構成を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional EO phase modulator using a bulk LN crystal. 図11は、Ti拡散LN結晶導波路を用いた従来型のEO位相変調器の構成を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a conventional EO phase modulator using a Ti-diffused LN crystal waveguide. 図12Aは、Ti拡散LN結晶導波路を用いた従来型のEO位相変調器におけるコア802における屈折率分布状態を示す特性図である。FIG. 12A is a characteristic diagram showing a refractive index distribution state in the core 802 in a conventional EO phase modulator using a Ti-diffused LN crystal waveguide. 図12Bは、Ti拡散LN結晶導波路を用いた従来型のEO位相変調器におけるコア802における屈折率分布状態を示す特性図である。FIG. 12B is a characteristic diagram showing a refractive index distribution state in the core 802 in a conventional EO phase modulator using a Ti-diffused LN crystal waveguide. 図13Aは、Ti拡散LN結晶導波路を用いた従来型のEO位相変調器におけるコア802におけるモードフィールド形状を示す特性図である。FIG. 13A is a characteristic diagram showing a mode field shape in the core 802 in a conventional EO phase modulator using a Ti-diffused LN crystal waveguide. 図13Bは、Ti拡散LN結晶導波路を用いた従来型のEO位相変調器におけるコア802におけるモードフィールド形状を示す特性図である。FIG. 13B is a characteristic diagram showing a mode field shape in the core 802 in a conventional EO phase modulator using a Ti-diffused LN crystal waveguide. 図14は、市販のファイバ入出力型Ti拡散LNEOPMに光を入射した場合の挿入損失の経時変化を測定した結果を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing the results of measuring the time-dependent change in insertion loss when light is incident on a commercially available fiber input / output Ti diffused LNEOPM.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について説明する。図1Aは、本発明の実施の形態1における広帯域安定化光源の構成を示す構成図である。また、図1Bは、本発明の実施の形態1における広帯域安定化光源の一部構成を示す断面図である。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1A is a configuration diagram showing a configuration of a broadband stabilized light source according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a partial configuration of the broadband stabilized light source according to Embodiment 1 of the present invention.

この広帯域安定化光源は、光源101、電気光学位相変調器102、電気光学強度変調器103、分散付与部104を備える。   The broadband stabilized light source includes a light source 101, an electro-optic phase modulator 102, an electro-optic intensity modulator 103, and a dispersion imparting unit 104.

光源101は、連続したレーザ光を出力する。電気光学位相変調器102は、所望とする周波数でレーザ光を位相変調して周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルス列を生成する。電気光学強度変調器103は、電気光学位相変調器102で生成された光パルス列の強度を上記周波数で変調する。例えば、図示しない信号発生器を用いて所望とする周波数の信号を生成して用いればよい。   The light source 101 outputs a continuous laser beam. The electro-optic phase modulator 102 phase-modulates the laser beam at a desired frequency to generate an optical pulse train having a pulse repetition frequency. The electro-optic intensity modulator 103 modulates the intensity of the optical pulse train generated by the electro-optic phase modulator 102 with the above frequency. For example, a signal having a desired frequency may be generated and used using a signal generator (not shown).

分散付与部104は、シングルモード光ファイバから構成され、電気光学強度変調器103で生成された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮して広帯域光を出力する。なお、電気光学強度変調器103は、電気光学位相変調器102の前段もしくは後段に配置すればよい。電気光学強度変調器103により、電気光学位相変調器102によってダウンもしくはアップチャーピングした片方を選択して光透過させ、電気光学位相変調器102で発生したDCベース部分を取り除く。これにより、分散付与部104で各パルスのパルス幅を圧縮する際のDC成分の抑圧に寄与することができる。   The dispersion imparting unit 104 is composed of a single mode optical fiber, and compresses the pulse width of each optical pulse of the optical pulse train generated by the electro-optic intensity modulator 103 to output broadband light. Note that the electro-optical intensity modulator 103 may be disposed before or after the electro-optical phase modulator 102. The electro-optic intensity modulator 103 selects one of the down or up-chirped ones by the electro-optic phase modulator 102 to transmit light, and removes the DC base portion generated by the electro-optic phase modulator 102. Thereby, it is possible to contribute to suppression of the DC component when the dispersion imparting unit 104 compresses the pulse width of each pulse.

また、実施の形態1の広帯域安定化光源は、光増幅器105、分散補償光ファイバ106、高非線形光ファイバ107を備える。光増幅器105は、例えば、Erドープ光ファイバ増幅器であり、分散付与部104により出力された光(光パルス列)の光強度を増幅する。例えば、光増幅器105内の進行型自己位相変調効果などの非線形効果を用いて段階的に光増幅し、光分裂を起こさずにスペクトル帯域幅を拡大する。   The broadband stabilized light source according to the first embodiment includes an optical amplifier 105, a dispersion compensating optical fiber 106, and a highly nonlinear optical fiber 107. The optical amplifier 105 is, for example, an Er-doped optical fiber amplifier, and amplifies the light intensity of the light (optical pulse train) output from the dispersion providing unit 104. For example, optical amplification is performed in stages using nonlinear effects such as a progressive self-phase modulation effect in the optical amplifier 105, and the spectral bandwidth is expanded without causing optical splitting.

分散補償光ファイバ106は、光増幅器105で増幅された光パルスより短パルス発生を行う。分散補償光ファイバ106を出力した光パルス列は、高非線形光ファイバ107に入力し、広スペクトル帯域光(SC光)として出力される。高非線形光ファイバ107において、非線形感受率の大きい材料を使用すれば、高効率に所望の広スペクトル帯域光を発生でき、光源101からの供給エネルギーの最低閾値を低く抑制することが可能である。   The dispersion compensating optical fiber 106 generates a shorter pulse than the optical pulse amplified by the optical amplifier 105. The optical pulse train output from the dispersion compensating optical fiber 106 is input to the highly nonlinear optical fiber 107 and output as wide spectrum band light (SC light). If a material having a high nonlinear susceptibility is used in the highly nonlinear optical fiber 107, desired wide spectrum band light can be generated with high efficiency, and the minimum threshold value of the energy supplied from the light source 101 can be suppressed low.

ここで、電気光学位相変調器102および電気光学強度変調器103は、図1Bに示すように、基板111、基板111より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成されて基板111とは別体に形成されたコア112、およびコア112に周波数の信号を印加するための電極構造114を備える光導波路型の電気光学変調器構造から構成されている。なお、図1Bに示す例では、コア112を覆って形成された絶縁層113を備え、絶縁層113を介して電極構造114が形成されている。   Here, as shown in FIG. 1B, the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 are composed of a substrate 111 and lithium niobate having a higher refractive index than the substrate 111, and are formed separately from the substrate 111. And an optical waveguide type electro-optic modulator structure provided with an electrode structure 114 for applying a frequency signal to the core 112. In the example shown in FIG. 1B, an insulating layer 113 formed so as to cover the core 112 is provided, and an electrode structure 114 is formed with the insulating layer 113 interposed therebetween.

例えば、電気光学強度変調器103は、図2Aの斜視図に示すように、基板111aの上に形成された2つの電気光学変調器構造によるマッハツェンダー干渉構造とされている。基板111aの上には、基板111aより高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成された入力部コア112a、第1アームコア112b、第2アームコア112c、出力部コア112dを備える。基板111aは、例えば、タンタル酸リチウムの結晶から構成されている。各コアは、例えば、ZnまたはMgの少なくとも1つがドープされたニオブ酸リチウムの結晶から構成されている。   For example, as shown in the perspective view of FIG. 2A, the electro-optic intensity modulator 103 has a Mach-Zehnder interference structure including two electro-optic modulator structures formed on the substrate 111a. On the board | substrate 111a, the input part core 112a comprised from the lithium niobate of refractive index higher than the board | substrate 111a, the 1st arm core 112b, the 2nd arm core 112c, and the output part core 112d are provided. The substrate 111a is made of, for example, a lithium tantalate crystal. Each core is made of, for example, a crystal of lithium niobate doped with at least one of Zn or Mg.

入力部コア112aが、第1アームコア112b、第2アームコア112cの2つに分岐し、また、出力部コア112dに結合する。第2アームコア112cの上に、絶縁層113aを介して第1電極114aが形成されている。第1アームコア112bの上に、絶縁層113aを介して第2電極114bが形成されている。また、絶縁層113aの上には、第3電極114cも形成されている。   The input core 112a branches into two, a first arm core 112b and a second arm core 112c, and is coupled to the output core 112d. A first electrode 114a is formed on the second arm core 112c via an insulating layer 113a. A second electrode 114b is formed on the first arm core 112b via an insulating layer 113a. A third electrode 114c is also formed on the insulating layer 113a.

基板111aの平面上で、第3電極114cと第2電極114bとで第1電極114aを挾むように各々の電極が配置されている。このようにコプレーナ型電極構造とすることで、第1アームコア112bおよび第2アームコア112cに対しては、基板に垂直な電界が高効率に印加されるようにする。入力される所望とする周波数の信号により、第1アームコア112bおよび第2アームコア112cには、上記周波数で電界が印加され、第2アームコア112cでは、電気光学効果(ポッケルス効果)により上記周波数で屈折率が変化する。   On the plane of the substrate 111a, each electrode is disposed so that the third electrode 114c and the second electrode 114b sandwich the first electrode 114a. By adopting a coplanar electrode structure in this way, an electric field perpendicular to the substrate is applied to the first arm core 112b and the second arm core 112c with high efficiency. An electric field is applied to the first arm core 112b and the second arm core 112c at the above frequency according to a signal having a desired frequency that is input. The second arm core 112c has a refractive index at the above frequency due to an electro-optic effect (Pockels effect). Changes.

このため、入力部コア112aより入力し、第1アームコア112bおよび第2アームコア112cに分岐して通過する光は、上記周波数で位相が変調される。この結果、第1アームコア112bおよび第2アームコア112cが結合する出力部コア112dより出力される光は、入力される信号の周波数で強度変調されるものとなる。   For this reason, the phase of the light input from the input core 112a and branched and passed to the first arm core 112b and the second arm core 112c is modulated at the above frequency. As a result, the light output from the output core 112d to which the first arm core 112b and the second arm core 112c are coupled is intensity-modulated at the frequency of the input signal.

次に、電気光学位相変調器102は、図2Bの斜視図に示すように、基板111bの上に形成された1つの電気光学変調器構造から構成されている。基板111bの上には、基板111bより高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成された入力部コア112d、変調部コア112e、出力部コア112fを備える。基板111bは、例えば、タンタル酸リチウムの結晶から構成されている。各コアは、例えば、ZnまたはMgの少なくとも1つがドープされたニオブ酸リチウムの結晶から構成されている。   Next, as shown in the perspective view of FIG. 2B, the electro-optic phase modulator 102 is composed of one electro-optic modulator structure formed on the substrate 111b. On the board | substrate 111b, the input part core 112d comprised from the lithium niobate of refractive index higher than the board | substrate 111b, the modulation | alteration part core 112e, and the output part core 112f are provided. The substrate 111b is made of, for example, a lithium tantalate crystal. Each core is made of, for example, a crystal of lithium niobate doped with at least one of Zn or Mg.

入力部コア112e、変調部コア112e、および出力部コア112fが直線状に連続して形成されている。変調部コア112eの上に、絶縁層113bを介して第1電極114dが形成されている。また、絶縁層113bの上には、基板111aの平面上で第1電極114dを挾むように、第2電極114eおよび第3電極114fも形成されている。このようにコプレーナ型電極構造とすることで、変調部コア112eに対しては、基板に垂直な電界が高効率に印加されるようにする。   The input unit core 112e, the modulation unit core 112e, and the output unit core 112f are continuously formed in a straight line. A first electrode 114d is formed on the modulator core 112e via an insulating layer 113b. A second electrode 114e and a third electrode 114f are also formed on the insulating layer 113b so as to sandwich the first electrode 114d on the plane of the substrate 111a. By adopting the coplanar electrode structure in this way, an electric field perpendicular to the substrate is applied to the modulation unit core 112e with high efficiency.

従って、入力される所望とする周波数の信号により、変調部コア112eには、上記周波数で電界が印加される。このため、入力部コア112eより入力して変調部コア112eを通過する光には、上記周波数で位相が変調される。この結果、変調部コア112eを通過して出力部コア112fより出力される光は、入力される信号の周波数で位相が変調されるものとなる。   Therefore, an electric field is applied to the modulator core 112e at the above frequency by the input signal having a desired frequency. For this reason, the phase of the light input from the input unit core 112e and passing through the modulation unit core 112e is modulated at the above frequency. As a result, the phase of the light that passes through the modulation unit core 112e and is output from the output unit core 112f is modulated at the frequency of the input signal.

上述したように、基板111と、基板111より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成されて基板111とは別体に形成されたコア112とから構成した光導波路型の電気光学変調器構造により、電気光学位相変調器102および電気光学強度変調器103を構成したので、WG型EOMにおける光損傷耐性をより高くすることができる。   As described above, the optical waveguide type electro-optic modulator structure composed of the substrate 111 and the core 112 made of lithium niobate having a higher refractive index than the substrate 111 and formed separately from the substrate 111, Since the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 are configured, the optical damage resistance in the WG type EOM can be further increased.

Tiの拡散によりコアを構成する場合とは異なり、実施の形態1におけるコア112においては、結晶欠陥や不純物などの存在が抑制され、フォトリフラクティブ効果が抑制されている。また、光導波路の構造を、導波方向に垂直な断面において対称とするとができる。この結果、実施の形態1によれば、光損傷耐性をより高くすることが可能となる。   Unlike the case where the core is configured by diffusion of Ti, in the core 112 in the first embodiment, the presence of crystal defects and impurities is suppressed, and the photorefractive effect is suppressed. Further, the structure of the optical waveguide can be made symmetric in a cross section perpendicular to the waveguide direction. As a result, according to the first embodiment, it is possible to further increase the optical damage resistance.

また、上述した光導波路型の電気光学変調器構造は、コアをリッジ型としているため、光導波路の比屈折率差をTi拡散型WGに比べて大きくすることが可能であり、コアの部分へ光を強く閉じ込めることが可能であり、効果的に導波光を変調することが可能となっている。   Further, since the optical waveguide type electro-optic modulator structure described above has a ridge type core, the relative refractive index difference of the optical waveguide can be made larger than that of the Ti diffusion type WG, and the core portion is reached. Light can be confined strongly, and the guided light can be effectively modulated.

また、光学的なバッファー層となる絶縁層113を配置することで、電極構造114を伝搬する高周波信号の実効的な誘電率を下げて光の屈折率に近づけることにより、速度整合が図れるようになる。   In addition, by disposing the insulating layer 113 serving as an optical buffer layer, the effective dielectric constant of the high-frequency signal propagating through the electrode structure 114 is lowered to approach the refractive index of light so that speed matching can be achieved. Become.

また、電気光学強度変調器103をマッハツェンダー干渉構造としているので、2つのアームでの位相シフト量の大きさが同じでかつ変化量の正負を常に逆とすることができ、プッシュプル動作が可能であるため半波長駆動電圧Vπを大きく低減できるようになる。   In addition, since the electro-optic intensity modulator 103 has a Mach-Zehnder interference structure, the magnitude of the phase shift amount in the two arms is the same, and the sign of the change amount can always be reversed, and push-pull operation is possible. Therefore, the half-wave drive voltage Vπ can be greatly reduced.

また、コアをニオブ酸リチウムから構成したことによる高い光の閉じ込め効果により、コアの幅などの寸法を小さくすることが可能となり、各電極の間隔を狭くすることが可能であり、高密度化が可能となる。   In addition, the high light confinement effect due to the core made of lithium niobate makes it possible to reduce the dimensions such as the width of the core, reduce the spacing between the electrodes, and increase the density. It becomes possible.

発明者らによる従来の広帯域光源に関する技術を鋭意精査した結果、広帯域光源中の短パルスレーザを構成するWG型EOMに、直接接合型LN導波路によるEOMを適用することにより、光損傷耐性の問題が解決可能であることを見出した。   As a result of intensive investigations on the conventional broadband light source technology by the inventors, the problem of optical damage resistance is achieved by applying EOM using a direct junction type LN waveguide to the WG type EOM constituting the short pulse laser in the broadband light source. Was found to be solvable.

近年、これまで説明した光損傷耐性に乏しいTi拡散LN導波路に対し、直接接合法と呼ばれる方法により作製した光損傷耐性に富むLN導波路の非線形光学効果を用いた低雑音光増幅技術やEOPMが報告されている(非特許文献6、非特許文献7参照)。この技術では、ワット級の入力光パワーに対しても導波構造が破壊されることなく安定的に機能していることが確認されている。   In recent years, a low-noise optical amplification technique or an EOPM using the nonlinear optical effect of an optical damage resistant LN waveguide manufactured by a method called a direct bonding method, compared to the Ti diffusion LN waveguide having a low optical damage resistance described so far. Has been reported (see Non-Patent Document 6 and Non-Patent Document 7). With this technology, it has been confirmed that the waveguide structure functions stably without being destroyed even with a watt-class input optical power.

直接接合法は、ZnOやMgOをドープした光損傷耐性の高いLN結晶(ZnLNやMgLN)による基板を、屈折率の低い他の基板と直接接合・加熱することにより接合し、光導波構造を形成する。この直接接合法により作製したZnLNやMgLNによる基板の部分を、光導波路のコアとすることで光損傷耐性を向上させ、高パワーの光を入射することを可能とする技術である。   In the direct bonding method, an optical waveguide structure is formed by bonding a substrate made of LN crystal (ZnLN or MgLN) with high optical damage resistance doped with ZnO or MgO by directly bonding and heating to another substrate having a low refractive index. To do. This is a technique that improves the optical damage resistance by allowing the substrate portion made of ZnLN or MgLN produced by this direct bonding method to be the core of the optical waveguide and allows high-power light to enter.

発明者らは検討の結果、直接接合LN導波路をEOM用WGに用いることにより、光パルスの出力を高めることができ、スペクトル拡大のための光増幅器への入力パワーを高く確保可能とすることによりこれまでの広帯域光源に比べSNRが高く、長期間安定動作可能な広帯域光源を実現可能であるとの結論に至った。   As a result of investigations, the inventors have been able to increase the output of an optical pulse by using a direct junction LN waveguide for an EOM WG, and to ensure a high input power to an optical amplifier for spectrum expansion. As a result, it was concluded that a broadband light source that has a higher SNR than conventional broadband light sources and can operate stably for a long period of time can be realized.

次に、上述した実施の形態1における光導波路型の電気光学変調器構造の作製方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the optical waveguide type electro-optic modulator structure in the first embodiment will be described.

まず、Znがドープされたzカットのニオブ酸リチウムによるZnLN基板(直径3インチ)を用意する。また、この基板より屈折率の低いLiTaO3によるLT基板(直径3インチ)を用意する。次に、各基板表面に吸着している水素基の分子間力を利用し、ZnLN基板とLT基板とを直接張り合わせ(当接させ)、この後、加熱処理を行い接合界面に酸素結合を形成させて接合する。これにより、LT基板の上にzカットのニオブ酸リチウムによるZnLN層が形成された状態が得られる。 First, a ZnLN substrate (diameter 3 inches) made of z-cut lithium niobate doped with Zn is prepared. An LT substrate (3 inches in diameter) made of LiTaO 3 having a lower refractive index than this substrate is prepared. Next, using the intermolecular force of the hydrogen group adsorbed on the surface of each substrate, the ZnLN substrate and the LT substrate are directly bonded (contacted), and then heat treatment is performed to form an oxygen bond at the bonding interface. Let them join. Thereby, a state in which a ZnLN layer made of z-cut lithium niobate is formed on the LT substrate is obtained.

次に、LT基板の上のZnLN層を、所望のコア厚まで薄くする。例えば、よく知られた研削・研磨によりZnLN層を薄くすればよい。次に、薄くしたZnLN層を、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングし、コアを形成する。まず、薄くしたZnLN層の上に、感光性レジストを塗布してレジスト層を形成する。次に、形成したレジスト層をフォトリソグラフィー技術によりパターニングしてコア形状のマスクパターンを形成する。   Next, the ZnLN layer on the LT substrate is thinned to a desired core thickness. For example, the ZnLN layer may be thinned by well-known grinding / polishing. Next, the thinned ZnLN layer is patterned by a known photolithography technique and etching technique to form a core. First, a photosensitive resist is applied on the thinned ZnLN layer to form a resist layer. Next, the formed resist layer is patterned by a photolithography technique to form a core-shaped mask pattern.

次に、例えば、ふっ化炭素系ガスおよびArガスを用いた反応性イオンエッチングにより薄くしたZnLN層をエッチングすることで、マスクパターンの形状を薄くしたZnLN層に転写する。この後、マスクパターンを除去すれば、LT基板の上に、zカットのニオブ酸リチウム(結晶)によるリッジ形状のコアが得られ、このコアによるチャネル光導波路が作製される。次に、コアが形成されているLT基板の上に、例えば、よく知られたECRプラズマCVD法によりSiO2を堆積することで、絶縁層が形成できる。 Next, for example, by etching the thin ZnLN layer by reactive ion etching using a carbon fluoride gas and Ar gas, the mask pattern shape is transferred to the thinned ZnLN layer. Thereafter, if the mask pattern is removed, a ridge-shaped core made of z-cut lithium niobate (crystal) is obtained on the LT substrate, and a channel optical waveguide using this core is manufactured. Next, an insulating layer can be formed by depositing SiO 2 on the LT substrate on which the core is formed, for example, by the well-known ECR plasma CVD method.

次に、絶縁層の上に、電極形成位置に開口部を備えるリフトオフマスクを形成する。前述同様に、フォトリソグラフィー技術を用いて感光性レジストによりリフトオフマスクを形成すればよい。次に、リフトオフマスクの上に電極材料を堆積する。例えば、よく知られためっき法により、Auを堆積してAu膜を形成する。Au膜は、厚さ30μm程度に形成すればよい。この後、リフトオフマスクを除去する。リフトオフマスクを除去することで、上記開口部以外の領域のAu膜もリフトオフマスクと同時に除去され、電極形成位置にAu膜が残り、電極が形成された状態となる(リフトオフ法)。   Next, a lift-off mask having an opening at an electrode formation position is formed on the insulating layer. As described above, a lift-off mask may be formed using a photosensitive resist by using a photolithography technique. Next, an electrode material is deposited on the lift-off mask. For example, Au is deposited by a well-known plating method to form an Au film. The Au film may be formed to a thickness of about 30 μm. Thereafter, the lift-off mask is removed. By removing the lift-off mask, the Au film in the region other than the opening is also removed at the same time as the lift-off mask, and the Au film remains at the electrode forming position, and an electrode is formed (lift-off method).

次に、実施の形態1における広帯域安定化光源の電気光学位相変調器102、電気光学強度変調器103を構成する光導波路型の電気光学変調器を作製し、入力光パワーに対する挿入損失の経時変化を測定した。この測定結果を図3に示す。図3において、x軸は光の入射時間、y軸は挿入損失の変化量である。パルス光の平均入力パワーとして100mW、および200mWの2つの条件で測定を行った。   Next, an optical waveguide type electro-optic modulator constituting the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 of the broadband stabilized light source in the first embodiment is manufactured, and the time-dependent change of the insertion loss with respect to the input optical power Was measured. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 3, the x-axis is the light incident time, and the y-axis is the amount of change in insertion loss. Measurement was performed under two conditions of 100 mW and 200 mW as the average input power of the pulsed light.

図3に示すように、100時間以上の長期にわたる光の入射時においても挿入損失の変化が極めて少ない。このように、実施の形態1における広帯域安定化光源の電気光学位相変調器102、電気光学強度変調器103を構成する光導波路型の電気光学変調器は、高い光損傷耐性を備えることが分かる。   As shown in FIG. 3, the change in insertion loss is extremely small even when light is incident for a long time of 100 hours or more. As described above, it can be seen that the optical waveguide type electro-optic modulator constituting the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 of the broadband stabilized light source in the first embodiment has high optical damage resistance.

次に、実施の形態1における広帯域安定化光源の特性を評価した結果について説明する。この評価では、広帯域安定化光源より得られる広帯域光の光周波数測定実験を行った。生成する広帯域光は、1オクターブ以上の光周波数帯域を有しているため、広帯域光とこの第2高調波との干渉を用いることが可能である。従って、よく知られたf−2f自己参照法により、広帯域安定化光源より生成した広帯域光のSNR改善効果の評価を行った。   Next, the result of evaluating the characteristics of the broadband stabilized light source in the first embodiment will be described. In this evaluation, an optical frequency measurement experiment of broadband light obtained from a broadband stabilized light source was performed. Since the broadband light to be generated has an optical frequency band of one octave or more, it is possible to use interference between the broadband light and the second harmonic. Therefore, the SNR improvement effect of the broadband light generated from the broadband stabilized light source was evaluated by the well-known f-2f self-referencing method.

まず、周波数測定系の構成について図4を用いて説明する。この測定系は、偏波コントローラ201、波長変換干渉部202、フィルタ203、光検出部204を備える。   First, the configuration of the frequency measurement system will be described with reference to FIG. This measurement system includes a polarization controller 201, a wavelength conversion interference unit 202, a filter 203, and a light detection unit 204.

波長変換干渉部202は、実施の形態1における広帯域安定化光源200より生成されて偏波コントローラ201を通過した広帯域光の短波長成分より2倍波である第1の変換光を生成し、かつ広帯域光の長波長成分より3倍波である第2の変換光を生成し、生成した第1の変換光と第2の変換光とを干渉させる。この干渉により第1の変換光と第2の変換光との差周波成分を含むビート信号が発生する。   The wavelength conversion interference unit 202 generates first converted light that is a second harmonic wave from the short wavelength component of the broadband light generated from the broadband stabilized light source 200 in Embodiment 1 and passed through the polarization controller 201, and Second converted light that is a third harmonic wave is generated from the long wavelength component of the broadband light, and the generated first converted light and second converted light are caused to interfere with each other. Due to this interference, a beat signal including a difference frequency component between the first converted light and the second converted light is generated.

フィルタ203は、波長変換干渉部202より出力されるビート信号より、ASE(Amplified Spontaneous Emission)雑音などの雑音成分を除去する。光検出部204は、フィルタ203で雑音成分が除去されたビート信号を検出する。光検出部204は、例えば、RFスペクトラムアナライザーである。光検出部204が検出する差周波成分には、キャリアエンベロープオフセット周波数fCEOが含まれる。 The filter 203 removes noise components such as ASE (Amplified Spontaneous Emission) noise from the beat signal output from the wavelength conversion interference unit 202. The light detection unit 204 detects the beat signal from which the noise component has been removed by the filter 203. The light detection unit 204 is, for example, an RF spectrum analyzer. The difference frequency component detected by the light detection unit 204 includes the carrier envelope offset frequency f CEO .

波長変換干渉部202では、まず、周波数が「(キャリアエンベロープオフセット周波数fCEO)×2+(繰り返し周波数frepの整数倍)」の2倍波を発生する。また、波長変換干渉部202では、周波数が「(キャリアエンベロープオフセット周波数fCEO)×3+(繰り返し周波数frepの整数倍)」の3倍波を発生する。これらの2倍波と3倍波が干渉し、この結果得られるビート信号を光検出部204で測定することで、キャリアエンベロープオフセット周波数(fCEO)を検出することができる。 The wavelength conversion interference unit 202 first generates a double wave whose frequency is “(carrier envelope offset frequency f CEO ) × 2 + (integer multiple of repetition frequency f rep )”. Further, the wavelength conversion interference unit 202 generates a third harmonic whose frequency is “(carrier envelope offset frequency f CEO ) × 3 + (integer multiple of repetition frequency f rep )”. The second harmonic wave and the third harmonic wave interfere with each other, and the beat signal obtained as a result is measured by the light detection unit 204, whereby the carrier envelope offset frequency (f CEO ) can be detected.

波長変換干渉部202は、例えば、前段に位置する第1の周期分極反転配列結晶部および後段に位置する第2の周期分極反転配列結晶部を備える。これらは、例えば、ニオブ酸リチウムを結晶材料とする周期分極反転LN(Periodically Poled lithium niobate;PPLN)から構成したリッジ構造の光導波路(リッジ導波路)より構成すればよい。前段と後段とで異なる(2つの)ピッチの周期反転構造を備えるデュアルピッチPPLNとすればよい。   The wavelength conversion interference unit 202 includes, for example, a first periodic polarization inversion array crystal part located in the previous stage and a second periodic polarization inversion array crystal part located in the subsequent stage. These may be constituted by, for example, an optical waveguide (ridge waveguide) having a ridge structure composed of periodically poled lithium niobate (PPLN) using lithium niobate as a crystal material. What is necessary is just to set it as dual pitch PPLN provided with the period reversal structure of a (two) pitch which differs in a front | former stage and a back | latter stage.

各々の周期分極反転配列結晶部は、隣り合う結晶部分の分極を反転させた状態で複数の結晶部分を直列に配列している。第1の周期分極反転配列結晶部では、周期をΛ1とし、第2の周期分極反転配列結晶部では、周期をΛ2としている。周期Λ1が長波長成分の2倍波発生に対応し、周期Λ2が、短波長成分の2倍波発生に対応している。 Each periodic polarization inversion array crystal part has a plurality of crystal parts arranged in series in a state where the polarization of adjacent crystal parts is inverted. In the first periodically poled array crystal part, the period is Λ 1, and in the second periodically poled array crystal part, the period is Λ 2 . The period Λ 1 corresponds to the generation of the second harmonic of the long wavelength component, and the period Λ 2 corresponds to the generation of the second harmonic of the short wavelength component.

上述した構成の波長変換干渉部202において、第1の周期分極反転配列結晶部において生成される第1の長波長成分の2倍波と、第2の長波長成分とが、第2の周期分極反転配列結晶部において和周波(3倍波)をとることで第2の変換光が生成される。また、第2の周期分極反転配列結晶部においては、SC光短波長成分の2倍波をとることで第1の変換光が生成される。   In the wavelength conversion interference unit 202 having the above-described configuration, the second long-wave component and the second long-wave component generated in the first periodic polarization-reversed array crystal unit are the second periodic polarization. The second converted light is generated by taking the sum frequency (third harmonic wave) in the inverted array crystal part. In the second periodically poled array crystal portion, the first converted light is generated by taking the second harmonic wave of the SC light short wavelength component.

上述したように、波長変換干渉部202の第1の周期分極反転配列結晶部で、SC光のある基本光(波長λ1L;第1の長波長成分)の2倍波(λ2L=λ1L/2)を生成し、第2の周期分極反転配列結晶部で、この2倍波(λ2L)とSC光のある基本光(波長λ1L';第2の長波長成分)との和周波(波長λ3L;第2の変換光)を生成する(ここで、1/λ3L=1/λ2L+1/λ1L'である)。 As described above, in the first periodic polarization inversion array crystal portion of the wavelength conversion interference unit 202, the second harmonic wave (λ 2L = λ 1L ) of the fundamental light (wavelength λ 1L ; first long wavelength component) with SC light. / 2), and in the second periodically poled array crystal part, the sum frequency of the second harmonic (λ 2L ) and the fundamental light with the SC light (wavelength λ 1L ′; second long wavelength component) (Wavelength λ 3L ; second converted light) is generated (where 1 / λ 3L = 1 / λ 2L + 1 / λ 1L ′).

また、これと同時に、第2の周期分極反転配列結晶部で、SC光のある基本光(波長λ1R;短波長成分)の2倍波(λ2R=λ1R/2;第1の変換光)を生成する。生成した3倍波(λ3L;第2の変換光)と2倍波(λ2R;第1の変換光)が波長領域でオーバーラップすると、両者が干渉し、ビート信号を検出することが可能になり、広帯域安定化光源200より生成される広帯域光のキャリアエンベロープオフセット周波数fceoが測定できる。 At the same time, the second periodic polarization-reversed arrayed crystal portion uses the second harmonic wave (λ 2R = λ 1R / 2; first converted light) of the fundamental light (wavelength λ 1R ; short wavelength component) with SC light. ) Is generated. When the generated third harmonic (λ 3L ; second converted light) and second harmonic (λ 2R ; first converted light) overlap in the wavelength region, they interfere with each other and can detect a beat signal. Thus, the carrier envelope offset frequency f ceo of the broadband light generated from the broadband stabilized light source 200 can be measured.

測定の結果を図5に示す。ビート信号スペクトルを評価したところ、従来のTiの拡散によりコアを構成した光導波路型の電気光学変調器構造を用いた場合のfceoのSNRは、40dB程度が限界であったことに対し、実施の形態1の広帯域安定化光源200では、fceoのSNRが49dB以上であることが分かった。 The measurement results are shown in FIG. When the beat signal spectrum was evaluated, the SNR of fceo was limited to about 40 dB when the conventional optical waveguide type electro-optic modulator structure in which the core was formed by diffusion of Ti was used. It was found that the SNR of f ceo was 49 dB or more in the broadband stabilized light source 200 of the first embodiment.

従来の広帯域光光源では、光損傷を回避するため光パルスの出力は平均パワーが10mWに制限されていたが、光損傷耐性の高い光導波路型の電気光学変調器を適用することにより出力パワーが100mWと高出力化が可能となる。これにより、パルス増幅に用いる光増幅器への入力パワーを十分大きく確保でき、光増幅器での過剰雑音の影響を効果的に抑制することができ、fceo信号のSNRを約10dBと大幅に改善すること可能である。 In the conventional broadband optical light source, the optical pulse output is limited to an average power of 10 mW in order to avoid optical damage. However, by applying an optical waveguide type electro-optic modulator having high optical damage resistance, the output power can be reduced. The output can be increased to 100 mW. As a result, a sufficiently large input power to the optical amplifier used for pulse amplification can be secured, the influence of excess noise in the optical amplifier can be effectively suppressed, and the SNR of the fceo signal is greatly improved to about 10 dB. It is possible.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図6を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態2における広帯域安定化光源の一部構成を示す斜視図である。実施の形態2では、電気光学位相変調器102および電気光学強度変調器103を、同一の基板311の上に形成している。他の構成は、前述した実施の形態1と同様であり、以下では説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view showing a partial configuration of the broadband stabilized light source according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 are formed on the same substrate 311. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the description thereof is omitted below.

電気光学位相変調器102は、基板311の上に形成された1つの電気光学変調器構造から構成されている。基板311の上には、基板311より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成された入力部コア312a、変調部コア312b、連結部コア312cを備える。基板311は、例えば、タンタル酸リチウムの結晶から構成されている。各コアは、例えば、ZnまたはMgの少なくとも1つがドープされたニオブ酸リチウムの結晶から構成されている。   The electro-optic phase modulator 102 is composed of one electro-optic modulator structure formed on the substrate 311. On the substrate 311, an input core 312a, a modulator core 312b, and a connecting core 312c made of lithium niobate having a higher refractive index than that of the substrate 311 are provided. The substrate 311 is made of, for example, a lithium tantalate crystal. Each core is made of, for example, a crystal of lithium niobate doped with at least one of Zn or Mg.

入力部コア312a、変調部コア312b、および連結部コア312cが直線状に連続して形成されている。変調部コア312bの上に、絶縁層313を介して第1電極314aが形成されている。また、絶縁層313の上には、基板311の平面上で第1電極314aを挾むように、第2電極314bおよび第3電極314cも形成されている。このようにコプレーナ型電極構造とすることで、変調部コア312bに対しては、基板に垂直な電界が高効率に印加されるようにする。   The input unit core 312a, the modulation unit core 312b, and the connection unit core 312c are continuously formed in a straight line. A first electrode 314a is formed on the modulator core 312b with an insulating layer 313 interposed therebetween. In addition, a second electrode 314 b and a third electrode 314 c are also formed on the insulating layer 313 so as to sandwich the first electrode 314 a on the plane of the substrate 311. By adopting the coplanar electrode structure in this way, an electric field perpendicular to the substrate is applied to the modulation unit core 312b with high efficiency.

次に、電気光学強度変調器103は、基板311の上に形成された2つの電気光学変調器構造によるマッハツェンダー干渉構造とされている。基板311の上には、基板311より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成された第1アームコア312d、第2アームコア312e、出力部コア312fを備える。各コアは、例えば、ZnまたはMgの少なくとも1つがドープされたニオブ酸リチウムの結晶から構成されている。   Next, the electro-optic intensity modulator 103 has a Mach-Zehnder interference structure with two electro-optic modulator structures formed on the substrate 311. On the substrate 311, a first arm core 312 d, a second arm core 312 e, and an output core 312 f made of lithium niobate having a higher refractive index than the substrate 311 are provided. Each core is made of, for example, a crystal of lithium niobate doped with at least one of Zn or Mg.

電気光学位相変調器102から続く連結部コア312cが、第1アームコア312d、第2アームコア312eの2つに分岐し、また、出力部コア312fに結合する。第2アームコア312eの上に、絶縁層313を介して第1電極314aが形成されている。第1アームコア312dの上に、絶縁層313を介して第2電極314bが形成されている。また、絶縁層313の上には、第3電極314cも形成されている。   A connecting portion core 312c continuing from the electro-optic phase modulator 102 branches into two, a first arm core 312d and a second arm core 312e, and is coupled to the output portion core 312f. A first electrode 314a is formed on the second arm core 312e via an insulating layer 313. A second electrode 314b is formed on the first arm core 312d via an insulating layer 313. A third electrode 314 c is also formed on the insulating layer 313.

基板311の平面上で、第3電極314cと第2電極314bとで第1電極314aを挾むように各々の電極が配置されている。このようにコプレーナ型電極構造とすることで、第2アームコア312eに対しては、基板に垂直な電界が高効率に印加されるようにする。   On the plane of the substrate 311, each electrode is disposed so that the third electrode 314 c and the second electrode 314 b sandwich the first electrode 314 a. By adopting a coplanar electrode structure in this way, an electric field perpendicular to the substrate is applied to the second arm core 312e with high efficiency.

上述したように構成することで、電気光学位相変調器102と電気光学強度変調器103とを光ファイバで接続する構成に比較し、本質的に光導波路−ファイバ間結合損失および光コネクタ接続損失をなくすことができる。この結果、光パルス(広帯域光)の出力をより高くすることが可能となる。このように、電気光学位相変調器102および電気光学強度変調器103を、同一の基板上に形成した実施の形態2によれば、前述同様に特性を評価すると、fceoのSNRが52dB以上であることが分かった。 By configuring as described above, compared to a configuration in which the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 are connected by an optical fiber, the optical waveguide-fiber coupling loss and the optical connector connection loss are essentially reduced. Can be eliminated. As a result, the output of the light pulse (broadband light) can be further increased. As described above, according to the second embodiment in which the electro-optic phase modulator 102 and the electro-optic intensity modulator 103 are formed on the same substrate, when the characteristics are evaluated in the same manner as described above, the SNR of f ceo is 52 dB or more. I found out.

以上に説明したように、本発明によれば、基板より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成されて基板とは別体に形成されたコアによる光導波路型の電気光学変調器構造で、電気光学位相変調器および電気光学強度変調器を構成するようにしたので、WG型EOMにおける光損傷耐性をより高くすることができる。   As described above, according to the present invention, an electro-optic modulator structure of an optical waveguide type using a core made of lithium niobate having a refractive index higher than that of the substrate and formed separately from the substrate, and electro-optics Since the phase modulator and the electro-optical intensity modulator are configured, the optical damage resistance in the WG type EOM can be further increased.

101…光源、102…電気光学位相変調器、103…電気光学強度変調器、104…分散付与部、105…光増幅器、106…分散補償光ファイバ、107…高非線形光ファイバ、111…基板、112…コア、113…絶縁層、114…電極構造。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Light source, 102 ... Electro optical phase modulator, 103 ... Electro optical intensity modulator, 104 ... Dispersion imparting part, 105 ... Optical amplifier, 106 ... Dispersion compensation optical fiber, 107 ... High nonlinear optical fiber, 111 ... Substrate, 112 ... core, 113 ... insulating layer, 114 ... electrode structure.

Claims (4)

連続したレーザ光を出力する光源と、
所望とする周波数で前記レーザ光を位相変調して前記周波数のパルス繰り返し周波数を有する光パルス列を生成する電気光学位相変調器と、
前記電気光学位相変調器で生成された光パルス列の強度を前記周波数で変調する電気光学強度変調器と、
前記電気光学強度変調器で生成された光パルス列の各光パルスのパルス幅を圧縮して広帯域光を出力するシングルモード光ファイバから構成された分散付与部と
を備え、
前記電気光学位相変調器および前記電気光学強度変調器は、
基板、前記基板より高い屈折率のニオブ酸リチウムから構成されて前記基板とは別体に形成されたコア、および前記コアに前記周波数の信号を印加するための電極構造を備える光導波路型の電気光学変調器構造から構成されている
ことを特徴とする広帯域安定化光源。
A light source that outputs continuous laser light;
An electro-optic phase modulator that phase-modulates the laser light at a desired frequency to generate an optical pulse train having a pulse repetition frequency of the frequency;
An electro-optic intensity modulator that modulates the intensity of the optical pulse train generated by the electro-optic phase modulator at the frequency;
A dispersion imparting unit composed of a single mode optical fiber that compresses the pulse width of each optical pulse of the optical pulse train generated by the electro-optic intensity modulator and outputs broadband light;
The electro-optic phase modulator and the electro-optic intensity modulator are
An optical waveguide-type electricity comprising a substrate, a core made of lithium niobate having a higher refractive index than the substrate and formed separately from the substrate, and an electrode structure for applying a signal of the frequency to the core A broadband stabilized light source characterized by comprising an optical modulator structure.
請求項1記載の広帯域安定化光源において、
前記電気光学強度変調器は、2つの前記電気光学変調器構造によるマッハツェンダー干渉構造とされていることを特徴とする広帯域安定化光源。
The broadband stabilized light source of claim 1,
2. The broadband stabilized light source, wherein the electro-optic intensity modulator has a Mach-Zehnder interference structure by two electro-optic modulator structures.
請求項1または2記載の広帯域安定化光源において、
前記電気光学位相変調器および前記電気光学強度変調器は、同一の前記基板の上に形成されていることを特徴とする広帯域安定化光源。
The broadband stabilized light source according to claim 1 or 2,
The electro-optic phase modulator and the electro-optic intensity modulator are formed on the same substrate.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の広帯域安定化光源において、
前記基板はタンタル酸リチウムの結晶から構成され、
前記コアは、ZnまたはMgの少なくとも1つがドープされたニオブ酸リチウムの結晶から構成されている
ことを特徴とする広帯域安定化光源。
In the broadband stabilized light source according to any one of claims 1 to 3,
The substrate is composed of a crystal of lithium tantalate,
The said core is comprised from the crystal | crystallization of lithium niobate doped with at least one of Zn or Mg. The broadband stabilized light source characterized by the above-mentioned.
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