(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の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から構成され、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、
電界が印加されることにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、ｘカット或いはｙカットの基板内に形成され、上記入射側反射膜と上記出射側反射膜が光入射端と光出射端に夫々配され、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おいて共振された光の位相を変調して、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光導波路と、
上記基板上において、上記発振手段から発振された変調信号に基づき上記光導波路に電界を印加するための電極を備え、
上記電極は、上記基板上において、上記光導波路の両側に互いに平行するように配され、上記光導波路上及びその近傍を除く全面を覆い、上記導波路における光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が変られて上記導波路における上記光入射端の上部及び上記光出射端の上部を覆うように形成されていることを特徴とする光周波数コム発生器。
【請求項２】
供給された変調信号に応じて光導波路内で共振された光の位相を変調して光周波数コムを発生する光周波数コム発生器の製造方法において、
ｘカット或いはｙカットの基板内に光導波路を形成する光導波路形成工程と、 上記基板上において、上記光導波路の両側に互いに平行するように配され、上記光導波路上及びその近傍を除く全面を覆い、上記導波路における光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が変られて上記導波路における上記光入射端の上部及び上記光出射端の上部を覆う電極を形成する電極形成工程と、
上記金属層が形成された複数の基板を積層して、上記光入射端及び上記光出射端を同時に研磨する研磨工程と、
互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜を上記光導波路の光入射端及び光出射端に夫々積層する反射膜積層工程と
を有することを特徴とする光周波数コム発生器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数コム発生器に関し、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。
【０００２】
【従来の技術】
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、発生ず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レーザ光の帯域は、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。
【０００３】
一方、近年の光エレクトロニクスの発展に伴い、周波数多重通信のためのレーザ光制御や、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。
【０００４】
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、例えば特開平７−５８３８６に示すような光周波数コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）を用いた広帯域なヘテロダイン検波系が提案されている。この光周波数コム発生器は、周波数軸上で等間隔に配置された櫛状のサイドバンドを広帯域にわたり発生させるものであり、発生させた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。
【０００５】
図３は、従来における導波路型光周波数コム発生器２０の構成図である。この導波路型光周波数コム発生器２０は、導波路型光変調器２００から構成される。導波路型光変調器２００は、基板２０１と、導波路２０２と、電極２０３と、入射側反射膜２０４と、出射側反射膜２０５と、発振器２０６とを備える。
【０００６】
基板２０１は、例えば引き上げ法により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ３やＧａＡｓ等の大型結晶について（結晶についてを成長させる方向をｚ軸としたきに）ｘ軸と垂直になるようにウェハ状に切り出し（以下、ｘカットと称する）、或いはｙ軸と垂直になるように切り出す（以下、ｙカットと称する）。
【０００７】
導波路２０２は、例えばＴｉを拡散させることにより形成されるものであり、光を伝搬させるために導波路２０２を構成する層の屈折率は基板２０１等の他層よりも高く設定されている。導波路２０２に入射した光は、導波路２０２と基板２０１との境界面で全反射しながら伝搬する。
【０００８】
電極２０３は、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、外部から供給された周波数ｆｍの電気信号を導波路２０２に駆動入力する。この電極２０３を図３に示すように、導波路２０２の両脇において対向するように設けることにより、導波路２０２における光の伝搬方向と変調電界の進行方向のなす角は直角となる。
【０００９】
入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５は、導波路２０２に入射した光を共振させるため設けられたものであり、導波路２０２を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
【００１０】
入射側反射膜２０４は、導波路型光変調器２００の光入射側に配され、図示しない光源から周波数ν１の光が入射される。また、この入射側反射膜２０４は、出射側反射膜２０５により反射されて、かつ導波路２０２を通過した光を反射する。
【００１１】
出射側反射膜２０５は、導波路型光変調器２００の光出射側に配され、導波路２０２を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜２０５は、導波路２０２を通過した光を一定の割合で外部に出射する。
【００１２】
発振器２０６は、電極２０３に接続され、周波数ｆｍの電気信号を供給する。
【００１３】
上述の構成からなる導波路型光周波数コム発生器２０において、光が導波路２０２内を往復する時間に同期した電気信号を電極２０３から導波路型光変調器２００へ駆動入力とすることにより、光位相変調器１１１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、バルク型光周波数コム発生器１０と同様に、広帯域にわたるサイドバンドを有する光周波数コムを生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この導波路型光周波数コム発生器２０を作製する場合において、入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５を積層させる前に、両端面を鏡面研磨して高精度に仕上げる。ちなみに研磨する理由は光の散乱を防止し、また光の伝搬方向と入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５とを垂直にするためである。このとき、基板のエッジ部分において傷や切り欠き等の損傷が生じないように、同じ導波路型光周波数コム発生器２０を何段か重ね合わせて固定した状態で同時に研磨するのが一般的である。
【００１５】
しかしながら、この導波路型光周波数コム発生器２０の上面は、電極２０３の膜厚分の段差があるため、基板のエッジ部分において、損傷を生じ易い領域と生じ難い領域が存在する。例えば電極２０３の上面は、重なり合う導波路型光周波数コム発生器２０と完全に密着するため、基板のエッジ部分において損傷が生じることなく高精度に鏡面研磨することができるが、導波路２０２の上面は、それと密着しないため、研磨の最中にエッジ部分に損傷が生じる場合が多い。ちなみに導波路２０２が形成されているエッジ部分に損傷が生じると、入射側反射膜２０４を介して導波路２０２から光が漏洩してしまい、フィネスを向上させる上で大きな障害となる。
【００１６】
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、研磨時に生じる導波路が形成されているエッジ部分の損傷を軽減させることにより、導波路内を伝搬する光の損失を低減可能な高効率の光周波数コム発生器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光周波数コム発生器は、上述した課題を解決するために、所定の周波数の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から構成され、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、電界が印加されることにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、ｘカット或いはｙカットの基板内に形成され、上記入射側反射膜と上記出射側反射膜が光入射端と光出射端に夫々配され、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おいて共振された光の位相を変調して、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光導波路と、上記基板上において、上記発振手段から発振された変調信号に基づき上記光導波路に電界を印加するための電極を備え、上記電極は、上記基板上において、上記光導波路の両側に互いに平行するように配され、上記光導波路上及びその近傍を除く全面を覆い、上記導波路における光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が変られて上記導波路における上記光入射端の上部及び上記光出射端の上部を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、供給された変調信号に応じて光導波路内で共振された光の位相を変調して光周波数コムを発生する光周波数コム発生器の製造方法において、ｘカット或いはｙカットの基板内に光導波路を形成する光導波路形成工程と、上記基板上において、上記光導波路の両側に互いに平行するように配され、上記光導波路上及びその近傍を除く全面を覆い、上記導波路における光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が変られて上記導波路における上記光入射端の上部及び上記光出射端の上部を覆う電極を形成する電極形成工程と、上記金属層が形成された複数の基板を積層して、上記光入射端及び上記光出射端を同時に研磨する研磨工程と、互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜を上記光導波路の光入射端及び光出射端に夫々積層する反射膜積層工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器１の構成を示す図である。この導波路型光周波数コム発生器１は、基板１１と、導波路１２と、電極１３と、反射膜１４と、金属層１５と、発振器１６とを備える。
【００２４】
基板１１は、例えば引き上げ法により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ３やＬｉＴｉＯ３等の大型結晶を（結晶についてを成長させる方向をｚ軸としたきに）ｘ軸と垂直になるようにウェハ状に切り出し（以下、ｘカットと称する）、或いはｙ軸と垂直になるように切り出す（以下、ｙカットと称する）。
【００２５】
導波路１２は、例えばＴｉやＺｎ、Ｈ＋等を拡散させることにより形成されるものであり、光を伝搬させるために導波路１２を構成する層の屈折率は基板１１等の他層よりも高く設定されている。導波路１２に入射した光は、導波路１２と基板１１との境界面で全反射しながら伝搬する。
【００２６】
電極１３は、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属材料からなり、発振器１６から供給される周波数ｆｍの電気信号を導波路１２に駆動入力する。この電極１３を図１に示すように、導波路１２の両脇において対向するように設けることにより、導波路１２における光の伝搬方向と変調電界の進行方向のなす角は直角となる。なお、この電極１３は、長手方向（光の伝搬方向）の長さを導波路１２よりも若干短めに形成される。換言すれば、基板１１の両端において電極１３が形成されていない領域を残すように形成される。
【００２７】
反射膜１４は、導波路１２に入射した光を共振させるため設けられたものであり、入射側端面と出射側端面に夫々配される。この反射膜１４は、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。
【００２８】
入射側端面に配された反射膜１４は、図示しない光源から周波数ν１の光が入射される。また、この入射側端面に配された反射膜１４は、対向する反射膜１４により反射されて導波路１２を通過した光を反射する。
【００２９】
出射側端面に配された反射膜１４は、導波路１２を通過した光を反射する。またこの出射側端面に配された反射膜１４は、反射率を若干低く設定されることにより、共振された光を一定の割合で外部に出射する。
【００３０】
金属層１５は、例えばＡｕ、Ｃｕ等の金属材料からなり、導波路１２の上部に形成される。またこの金属層１５は、導波路１２の入射側及び出射側に夫々配され、例えば図１に示すように、光入射端或いは光出射端に近づくについれて幅が広くなるように形成される。ちなみにこの金属層１５は、光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が広くなるような三角形としても良いし、台形にしても良い。なお、この金属層１５の膜厚は、図１に示す側面図に示すように電極１３の膜厚と同じか、或いは電極１３の膜厚以上であることが条件となる。また、この金属層１５は、電極１３と電気的に接触しないように配置することも必須条件である。
【００３１】
この金属層１５を導波路型光周波数コム発生器１を製造する際に形成することにより、研磨時における損傷を軽減させることができ、ひいてはフィネスを向上させることができる。この製造工程の詳細は後述する。またこの金属層１５は、入射側端面近傍及び出射側端面近傍に形成されているため、導波路１２よりも短い電極１３と位置的に重なり合うことは殆どなくなる。このため、発振器１６を介して発信された高周波を電極１３に印加する際において、この金属層１５の影響を抑えることが可能となる。換言すれば、金属層１５が形成されることにより、電極１３を介して電気信号を印加する際においても、発生させる光周波数コムに影響を及ぶことはなくなる。これは金属層１５を、三角形や台形等のように、光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が広くなる形状にすることで、電極１３近傍の領域において、金属層１５の占める割合は小さくなるため、さらなる効果を期待することができる。
【００３２】
なお、金属層１５の面積を小さくすることにより静電容量を抑えることが可能となり、高周波特性に及ぶ影響を抑えることができるため、金属層１５の表面積はなるべく小さい方が望ましい。
【００３３】
仮に金属層の存在が変調電界へ大きく影響を及ぼす場合には、導波路型光周波数コム発生器を作製した後に、かかる金属層を切除する必要がある。しかしながら金属層は導波路１２の上部に積層させる必要があるところ、金属層切除時に導波路１２に対して損傷を生じさせる可能性があり、フィネスを悪化させる原因となる。また作製後に金属層を切除する工程を導入することにより労力の負担を増大させる原因となり、特に本発明の如き光デバイスは、できるだけ簡略な生産工程を踏むことにより、光通信システム等からの大量の需要に応えることできる。
【００３４】
この点において上述した金属層１５は、周波数コムを発生させる際においてそのまま積層させておいても、導波路１２に印加する変調電界へ殆ど影響を与えることはないため、導波路型光周波数コム発生器１を作製した後に、かかる金属層１５を切除する必要はなくなる。このため、本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器１は、金属層１５の切除により導波路１２へ損傷を与えることはなくなるため、フィネスを悪化させることはなく、また生産工程を簡略化させることができるため、労力の負担を軽減でき、ひいては生産の効率化を図ることが可能となる。
【００３５】
なお、本発明は上述した図１に示す実施の形態に限定されるものではない。例えば図２に示すように金属層１５の代替として、電極１３により導波路１２における入射側端面の上部及び出射側端面の上部を覆うようにした導波路型光周波数コム発生器２を適用しても良い。以下、導波路型光周波数コム発生器２にについて図２を用いて説明する。なお、導波路型光周波数コム発生器１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
導波路型光周波数コム発生器２は、基板１１と、導波路１２と、電極２３と、反射膜１４と、金属層１５と、発振器１６とを備える。
【００３７】
電極２３は、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属材料からなり、外部から供給された周波数ｆｍの電気信号を導波路１２に駆動入力する。この電極２３を図２に示すように、導波路１２の両脇において対向するように設けることにより、導波路１２における光の伝搬方向と変調電界の進行方向のなす角は直角となる。なおこの電極２３は、長手方向（光の伝搬方向）の長さを導波路１２とほぼ等しくなるように形成される。換言すれば、基板１１の両端において電極１２が形成されていない領域を残すように形成される。
【００３８】
またこの電極２３は、図２に示すように光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が広くなるように導波路１２の上部を覆うようにしても良い。これにより、金属層１５の果たす役割を電極２３により代替することができる。
【００３９】
次に、本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器１の製造方法について説明する。
【００４０】
先ず、引き上げ法等により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ３やＧａＡｓ等の大型結晶をｘカット或いはｙカットして基板１１とし、当該基板内において、例えばＴｉを拡散させることにより、導波路１２を形成する。
【００４１】
次に、基板１１表面上において、例えば、パターニング、蒸着、リフトオフ等の工程を経ることにより、上述した金属材料からなる電極１３を形成させる。
【００４２】
次に金属層１５を、例えばパターニング、蒸着、リフトオフ等の工程を経ることにより形成する。この金属層１５を形成することにより、導波路型光周波数コム発生器のエッジ部分における段差を解消することができる。
【００４３】
次に入射側端面及び出射側端面を研磨する。ちなみに研磨する理由は光の散乱を防止し、また光の伝搬方向と反射膜１４とを垂直にするためである。
【００４４】
実際に端面を研磨する場合に、同じ導波路型光周波数コム発生器を何段か重ね合わせて固定した状態で同時に研磨する。電極１３の膜厚に相当する金属層１５を積層させることにより、電極１３の膜厚分の段差を解消することが可能となる。このため研磨時に導波路両端面におけるエッジ部分が表面に露出することがなくなり、傷や切り欠き等の損傷を生じることは殆ど無くなる。また電極１３の上面は、重なり合う導波路型光周波数コム発生器と密着するため、上述したエッジ部分において損傷が生じることなく高精度に鏡面研磨することができ、また導波路１２の上面には、電極１３と同じ厚さの金属層１５と密着するため、研磨時にはどの面にも均一な応力がかかることになる。これにより基板のエッジ部分において、損傷を生じやすい領域と生じ難い領域が存在することがなくなり、高精度に研磨することができる。また研磨時において、導波路２０２のエッジ部分における損傷を防ぐことができるため、光の漏洩を防止し、フィネスの向上を期待することができる。
【００４５】
最後に光導波路の光入射端及び光出射端に反射膜１４を夫々積層させ、発振器１６と電極１３とを配線する。
【００４６】
ちなみに、導波路型光周波数コム発生器２を作製する場合には、電極２３を形成する工程において、図２の形状になるようにパターニング等の処理を行なう。
【００４７】
すなわち、本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器の製造方法は、光導波路における光入射端の上部及び光出射端の上部において、膜厚が上記電極の膜厚以上であり、上記光入射端或いは上記光出射端に近づくにつれて幅が広くなるようなに金属層を形成する工程を導入することにより、光周波数コムを発生させる上で供給する変調電界への影響を軽減しつつ、光入射端並びに光出射端の研磨時における損傷を軽減させることにより、フィネスを向上させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光周波数コム発生器及びその製造方法は、基板上において、光導波路の両側に互いに平行するように配され、上記光導波路上及びその近傍を除く全面を覆い、上記導波路における光入射端或いは光出射端に近づくにつれて幅が変られて上記導波路における上記光入射端の上部及び上記光出射端の上部を覆う電極を形成する電極形成工程を導入する。これにより、光周波数コムを発生させる上で供給する変調電界への影響を軽減しつつ、光入射端並びに光出射端の研磨時における損傷を軽減させることにより、フィネスを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器の具体的な構成例を説明するための図である。
【図２】本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器において、金属層の果たす役割を電極により代替させる構成を説明するための図である。
【図３】従来型の導波路型光周波数コム発生器の構成を示した図である。
【符号の説明】
１  導波路型光周波数コム発生器、１１  基板、１２  導波路、１３  電極、１４  反射膜、１５  金属層、１６  発振器
【図１】
0003708892.tif 000002
【図２】
0003708892.tif 000003
【図３】
0003708892.tif 000004