(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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形成され、上記共振手段により共振された光を伝搬させる光導波路と、
上記光導波路を上面から形成させるための基板と、
上記基板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される端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなること
を特徴とする光共振器。
【請求項２】
上記端面保護手段は、上記形成される平面の略中心に上記光導波路における光入射端又は光出射端が位置するように配設されることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項３】
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記形成される平面の全てに亘り被着されてなることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項４】
上記端面保護手段を構成する部材は上記基板と同じ材質からなり、また、上記平面を形成する上記部材の端面並びに上記基板の端面は、互いに同一の結晶方位を有すること
を特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項５】
上記端面保護手段は、上記形成される平面が上記光導波路に対して略垂直となるように配設されることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項６】
上記端面保護手段は、上記部材における一の端面が上記光導波路における光入射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように、また上記部材における他の端面が上記光導波路における光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように、上記光導波路の上部に配設されることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項７】
上記光導波路は、光の伝搬方向の結晶長が、２７ｍｍ程度であることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項８】
上記光導波路は、ｆＦＳＲ(Free Spectral Range)が２．５ＧＨｚ程度となる光の伝搬方向の結晶長としたことを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項９】
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より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調する光導波路と、
上記光導波路を上面から形成させるための基板と、
上記基板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される端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなること
を特徴とする光共振器。
【請求項１０】
上記基板の上記各端面の間隔Ｌは、
Ｌ＝ｃ／２ｎｇｆＦＳＲ−ｃτｇ／ｎｇ
（ｃは真空中の光速度、ｎｇは上記光導波路の群屈折率、ｆＦＳＲ は上記変調手段のＦＳＲ(Free Spectral Range)、τｇは入射側反射膜及び出射側反射膜の群遅延時間の平均値） であることを特徴とする請求項９記載の光変調器。
【請求項１１】
電気信号を検出するための検出手段と、
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形成され、上記検出手段により検出された電気信号の波長に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調する光導波路と、
上記光導波路を上面から形成させるための基板と、
上記基板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される端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなること
を特徴とする光変調器。
【請求項１２】
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より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光導波路と、
上記光導波路を上面から形成させるための基板と、
上記基板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される端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなること
を特徴とする光周波数コム発生器。
【請求項１３】
上記共振手段により共振された光のうち上記入射側反射膜を介して外部へ透過した光を反射させる反射鏡をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の光周波数コム発生器。
【請求項１４】
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、又はレーザ増幅により発生された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、
上記光導波路を上面から形成させるための基板と、
上記基板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される端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなること
を特徴とする光発振器。
【請求項１５】
上記光導波路は、上記入射側反射膜を介して入射された光を吸収して媒質固有の光の波長に対して増幅特性を有する媒質が拡散されてなることを特徴とする請求項１４記載の光発振器。
【請求項１６】
上記光導波路は、非線形光学結晶からなることを特徴とする請求項１４記載の光発振器。
【請求項１７】
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より構成され、入射側反射膜を介して入射された光、又はレーザ増幅により発生された光を共振させる共振手段と、
上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、
上記光導波路を上面から形成させるための基板と、
上記基板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される端面保護手段とを備え、
上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなり、レーザ発振する多モード間の位相同期をとること
を特徴とする光発振器。
【請求項１８】
上記光導波路は、自身の電気光学効果に基づいて、レーザ発振する多モード間の位相同期をとり、
上記発振手段は、上記共振手段のＦＳＲ(Free Spectral Range)の整数倍の周波数からなる変調信号を発振すること
を特徴とする請求項１７記載の光発振器。
【請求項１９】
互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜を貫通するように形成された光導波路により、上記入射側反射膜を介して入射された光を共振させる光共振器の作製方法において、  上記光導波路を基板の上面から形成する光導波路形成工程と、
少なくとも上記光導波路形成工程において形成した光導波路を被覆するように上記基板上にバッファ層を積層する積層工程と、
上記光導波路に対して電界を印加するための電極を上記積層工程において積層したバッファ層上に形成する電極形成工程と、
上記基板と同じ硬さを持つ部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設する配設工程と、
上記配設工程において配置した上記部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより平面を形成する研磨する研磨工程と、
上記研磨工程において形成された上記平面上に上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を被着させる反射膜被着工程とを有すること
を特徴とする光共振器の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光ＣＴ、光周波数標準器など多波長でコヒーレンス性の高い標準光源、又は、各波長間のコヒーレンス性も利用できる光源を必要とする分野に適用される光共振器、光変調器、光周波数コム発生器、光発振器、並びにその光共振器の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【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、従来において光周波数コム発生器（例えば、特許文献１参照。）を用いた広帯域なヘテロダイン検波系が提案されている。この光周波数コム発生器は、周波数軸上で等間隔に配置された櫛状のサイドバンドを広帯域にわたり発生させるものであり、このサイドバンドの周波数安定度は、入射光の周波数安定度とほぼ同等である。この生成したサイドバンドと被測定光をヘテロダイン検波することにより、数ＴＨｚに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することが可能となる。
【０００５】
図１５は、この従来における光周波数コム発生器３の原理的な構造を示している。
【０００６】
この光周波数コム発生器３は、光位相変調器３１と、この光位相変調器３１を介して互いに対向するように設置された反射鏡３２,３３を備える光共振器１００が使用されている。
【０００７】
この光共振器１００は、反射鏡３２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、反射鏡３２，３３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔを反射鏡３３を介して出射させる。光位相変調器３１は、電界を印加することにより屈折率が変化する光位相変調のための電気光学結晶からなり、この光共振器１００を通過する光に対して、電極３６に印加される周波数ｆｍの電気信号に応じて位相変調をかける。
【０００８】
この光周波数コム発生器３において、光が光共振器１００内を往復する時間に同期した電気信号を電極３６から光位相変調器３１へ駆動入力することにより、光位相変調器３１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、高次のサイドバンドを数百本生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔ｆｍ は全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等になる。
【０００９】
また、従来における光周波数コム発生器は、上述のバルク型に限定されるものではない。例えば図１６に示すように、導波路を用いた導波路型光周波数コム発生器２００にも適用可能である。
【００１０】
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。
【００１１】
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２０１上には、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。
【００１２】
導波路２０２は、光を伝搬させるために配されたものであり、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の境界面で全反射しながら伝搬する。一般に、この導波路２０２は、基板２０１中においてＴｉ原子を拡散させることにより、或いは基板２０１上へのエピタキシャル成長させることにより作製することができる。
【００１３】
なお、この導波路２０２として、ＬｉＮｂＯ３結晶光導波路を適用してもよい。このＬｉＮｂＯ３結晶光導波路は、ＬｉＮｂＯ３等からなる基板２０１表面にＴｉを拡散させることにより形成することができる。このＬｉＮｂＯ３結晶光導波路を実際に作製する場合には、先ずこの基板２０１の表面にフォトレジストのパターンを作製し、そこにＴｉを蒸着させ、さらにこのフォトレジストを除去することにより、ミクロンサイズの幅で構成されるＴｉの細線を作製する。次に、このＴｉの細線を加熱することにより、これを基板２０１中に熱拡散させる。
【００１４】
ちなみに、このＴｉがＬｉＮｂＯ３からなる基板２０１中に熱拡散されると、かかるＴｉが拡散された領域については他の領域よりも屈折率が高くなるところ、光を閉じ込めることができることになる。即ち、かかるＴｉが拡散された領域につき光を伝搬させることができる導波路２０２が形成されることになる。このような方法に基づいて作製したＬｉＮｂＯ３結晶型の導波路２０２は電気光学効果を有するため、これに対して電界を印加することにより屈折率を変化させることができる。
【００１５】
電極２０３は、例えばＡｌやＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、外部から供給された周波数ｆｍの電気信号を導波路２０２に駆動入力する。また、導波路２０２における光の伝搬方向と変調電界の進行方向は同一となる。この電極２０３の幅や厚さを調整することにより、導波路２０２を伝搬する光の速度と電極２０３上を伝搬する電気信号の速度を一致させるようにしてもよい。これにより、導波路２０２を伝搬する光が感じる電気信号の位相を一定に保つことが可能となる。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
この導波路型光周波数コム発生器２０の特徴は、光と電気信号の相互作用領域がより小さいことにある。光は周囲より屈折率が高いミクロンオーダの導波路２０２に閉じ込められて伝搬することになるため、導波路２０２の極近傍に電極２０３を取り付けることにより、導波路２０２中の電界強度を局所的に高めることが可能となる。従って、バルク型の光周波数コム発生器３と比較して導波路２０２に生じる電気光学効果が大きくなり、少ない電力で大きな変調を得ることが可能となる。
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−２０２６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上述した従来の導波路型光周波数コム発生器２０は、導波路２０２の構造上、入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５の被着並びにこれらが被着される端面の研磨が困難であり、高いフィネスの共振器を再現性良く作ることが難しかった。導波路型光周波数コム発生器２０の性能を高めるためには、これら入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５で構成される共振器のフィネスを高めることが不可欠となる。導波路２０２における往路方向又は復路方向のみの変調指数が高くても、フィネスそのものが低い場合には、光の往復回数を増加させることができないため、広帯域に亘り高強度のサイドバンドを発生させることができないからである。
【００２３】
また図１７は、導波路型光周波数コム発生器２０における、入射側反射膜２０４が形成されている端面を示している。この図１７によれば、基板２０１の上端に導波路２０２が形成され、その上に薄いバッファ層が積層されてなり、その上において更に電極２０３が形成されている。即ち、この導波路２０２は、導波路型光周波数コム発生器２０の端面最上部の角に位置している。この端面最上部の角は、尖っているため研磨時に図１７に示すように欠けが生じてしまう場合が多い。端面最上部に欠けが生じると、共振すべき光が散乱されて損失となる。
【００２４】
また、端面研磨の状態によっては、端面最上部における角の欠けに至らなくても、角が丸くなる場合がある。角が丸くなると反射された光の一部が導波路２０２の導波モードから外れ、損失となる。
【００２５】
また、ごく稀に端面最上部における角の欠けが発生せず、また角が丸くならない状態で研磨することができる場合もあるが、かかる場合においても、端面に入射側反射膜２０４を形成させる際に問題が発生する。入射側反射膜２０４等の高反射膜は、通常、屈折率の高い膜と低い膜を交互に堆積することによって作製されるが、端面最上部における角の部分は、膜そのものが剥がれやすく、また高反射膜の材料が端面から側面へ回り込むことにより膜厚が変化する結果、設計通りの膜厚に制御することができないという問題点もある。
【００２６】
即ち、従来の導波路型光周波数コム発生器２０における問題点をまとめると、以下のとおりになる。
【００２７】
先ず、導波路２０２の端面が上述の如き端面最上部の角に位置することから、１）導波路２０２の端面の角が加工時に欠けやすい、２）導波路２０２の端面の角が加工時に丸くなることがある、３）導波路２０２の端面に形成された反射膜が、端面最上部の角の部分で剥がれやすくなる、４）導波路２０２の端面に形成された反射膜が、端面最上部の角の部分から回り込む結果、設計通りの膜厚に制御することができない、という問題点があった。
【００２８】
これらの問題は、導波路２０２の端面に被着される反射膜の反射率低下、入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５で構成される共振器のフィネス低下、導波路型光周波数コム発生器２０自身の機能の低下等を招く。
【００２９】
更に、これら１）〜４）の問題点は、作製環境に依存するため、導波路型光周波数コム発生器２０や、これを適用した導波路型のファブリペロー共振器の性能における再現性を担保することができず、歩留まりを向上させることができなかった。
【００３０】
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、その目的とするところは、導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑え、各反射膜につき端面最上部の角の部分で剥がれることなく安定して被着させることにより、反射膜の反射率や共振器のフィネスを向上させ、デバイスそのものの機能を高めた光共振器、光変調器、光周波数コム発生器、光発振器を提供することにあり、またかかる機能を有する光共振器の作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明に係る光共振器は、上述した問題点を解決するために、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形成され、上記共振手段により共振された光を伝搬させる光導波路と、上記光導波路を上面から形成させるための基板と、上記基板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される端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなる。
【００３２】
本発明に係る光変調器は、上述した問題点を解決するために、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より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調する光導波路と、上記光導波路を上面から形成させるための基板と、上記基板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される端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなる。
【００３３】
本発明に係る光変調器は、上述した問題点を解決するために、電気信号を検出するための検出手段と、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形成され、上記検出手段により検出された電気信号の波長に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調する光導波路と、上記光導波路を上面から形成させるための基板と、上記基板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される端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなる。
【００３４】
本発明に係る光周波数コム発生器は、上述した問題点を解決するために、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より構成され、入射側反射膜を介して入射された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光の位相を変調し、上記入射された光の周波数を中心としたサイドバンドを上記変調信号の周波数の間隔で生成する光導波路と、上記光導波路を上面から形成させるための基板と、上記基板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される端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなる。
【００３５】
本発明を適用した光発振器は、上述した問題点を解決するために、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、又はレーザ増幅により発生された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、上記光導波路を上面から形成させるための基板と、上記基板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される端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなる。
【００３６】
本発明を適用した光発振器は、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より構成され、入射側反射膜を介して入射された光、又はレーザ増幅により発生された光を共振させる共振手段と、上記入射側反射膜から上記出射側反射膜にかけて貫通するように形成され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段により共振された光を増幅させるとともに、これを出射側反射膜を介して外部へ出射させる光導波路と、上記光導波路を上面から形成させるための基板と、上記基板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される端面保護手段とを備え、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、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それぞれ被着されてなり、レーザ発振する多モード間の位相同期をとる。
【００３７】
また、この光発振器における光導波路は、自身の電気光学効果に基づいて、レーザ発振する多モード間の位相同期をとり、発振手段は、上記共振手段のＦＳＲ(Free Spectral Range)の整数倍の周波数からなる変調信号を発振する。
【００３８】
本発明を適用した光共振器の作製方法は、上述した問題点を解決するために、互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜を貫通するように形成された光導波路により、互いに平行な入射側反射膜及び出射側反射膜を貫通するように形成された光導波路により、上記入射側反射膜を介して入射された光を共振させる光共振器の作製方法において、上記光導波路を基板の上面から形成する光導波路形成工程と、少なくとも上記光導波路形成工程において形成した光導波路を被覆するように上記基板上にバッファ層を積層する積層工程と、上記光導波路に対して電界を印加するための電極を上記積層工程において積層したバッファ層上に形成する電極形成工程と、上記基板と同じ硬さを持つ部材を、少なくともその一の端面が上記光導波路における光入射端又は光出射端を含む上記基板の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路の上部に配設する配設工程と、上記配設工程において配置した上記部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより平面を形成する研磨する研磨工程と、上記研磨工程において形成された上記平面上に上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を被着させる反射膜被着工程とを有する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明では、光導波路を上面から形成させるための基板と同じ硬さを持つ部材を、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
本発明は、図１,２に示す光変調器８に適用される。この光変調器８は、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する導波路１２と、この基板１１において導波路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導波路１２の上面に設けられた電極８３と、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膜９３と、第２の端面８５並びに第２の保護材８７の端面８７ａとの間で形成される平面９２上に被着される出射側反射膜９４と、電極８３の一端側に配設され周波数ｆｍの変調信号を発振する発振器１６と、電極８３の他端側に配設される終端抵抗１８とを備えている。
【００４２】
基板１１は、例えば引き上げ法により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ３やＧａＡｓ等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板１１上には、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。
【００４３】
導波路１２は、入射側反射膜９３から出射側反射膜９４にかけて貫通するように形成され、共振された光を伝搬させるべく形成されている。この導波路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の境界面で全反射しながら伝搬する。一般に、この導波路１２は、基板１１中においてＴｉ原子を拡散させることにより、或いは基板１１上へのエピタキシャル成長させることにより作製することができる。
【００４４】
なお、この導波路１２として、ＬｉＮｂＯ３結晶光導波路を適用してもよい。このＬｉＮｂＯ３結晶光導波路は、ＬｉＮｂＯ３等からなる基板１１表面にＴｉを拡散させることにより形成することができる。このＴｉが拡散された領域については他の領域よりも屈折率が高くなるところ、光を閉じ込めることができるため、光を伝搬させることができる導波路１２を形成することができる。このような方法に基づいて作製したＬｉＮｂＯ３結晶型の導波路１２は、屈折率が電界に比例して変化するポッケルス効果や、屈折率が電界の自乗に比例して変化するカー効果等の電気光学効果を有するため、かかる物理現象を利用して光の変調を行うことができる。
【００４５】
バッファ層１４は、導波路１２における光の伝搬損失を抑えるべくこれを被覆するものである。ちなみに、このバッファ層１４の膜厚をあまりに厚くし過ぎると、電界強度が下がり、変調効率が低下するため、光の伝搬損失が大きくならない範囲においてなるべく膜厚を薄く設定するようにしてもよい。
【００４６】
電極８３は、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、発振器１６から供給された周波数ｆｍの変調信号を導波路１２に駆動入力することにより、導波路１２内を伝搬する光に位相変調をかける。
【００４７】
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。
【００４８】
入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４は、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、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共振器５を構成する。
【００４９】
入射側反射膜９３は、図示しない光源から周波数ν１の光が入射される。また、この入射側反射膜９３は、出射側反射膜９４により反射されて、かつ導波路１２を通過した光を反射する。出射側反射膜９４は、導波路１２を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜９４は、導波路１２を通過した光を一定の割合で外部に出射する。
【００５０】
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、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。
【００５１】
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。
【００５２】
図３は、入射側反射膜９３が形成される平面９１上を図２中Ａ方向から示している。
【００５３】
導波路１２の光入射端を含む第１の端面８４と保護材８６の端面８６ａとにより、同一の平面９１が形成されている。この形成される平面９１は、傾き０．０５°以下である。この傾き０．０５°の平面９１に対して、１／e２ビーム径１０μｍの光が傾き０．０５°の端面で反射される場合における損失を計算すると、４×１０−４であり、入射側反射膜９３の反射率と比較して無視できるほど小さい。
【００５４】
このように第１の端面９１並びに第２の端面９２を導波路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により光を効率よく共振させることができる。
【００５５】
上述の如き構成からなる光変調器８において、入射側反射膜９３を介して外部から入射された光は導波路１２内を往路方向へ伝搬し出射側反射膜９４により反射されるとともに一部外部へ透過する。この出射側反射膜９４を反射した光は導波路１２内を復路方向へ伝搬して入射側反射膜９３により反射される。これが繰り返されることにより、光は導波路１２内を共振することになる。
【００５６】
また、光が導波路１２内を往復する時間に同期した電気信号を電極８３を介して駆動入力とすることにより、光がこの光変調器８内を１回だけ通過する場合と比較して、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。また入射される光の周波数ν１を中心として、数百本ものサイドバンドを広帯域にわたり生成することができる。ちなみに、この生成される各サイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等である。このため、光変調器８は、多数のサイドバンドにより構成される光周波数コム発生器としても適用可能となる。
【００５７】
次に、本発明を適用した光変調器８の作製方法につき図４を用いて説明をする。
【００５８】
先ずステップＳ１１において、ＬｉＮｂＯ３結晶からなる基板１１の表面にフォトレジストのパターンを作製し、そこにＴｉを蒸着させる。次にこのフォトレジストを除去することにより、ミクロンサイズの幅で構成されるＴｉの細線を作製する。
【００５９】
次にステップＳ１２へ移行し、このＴｉの細線が形成された基板１１を加熱することにより、Ｔｉ原子を基板１１中に熱拡散させて導波路１２を形成する。
【００６０】
なお、このステップＳ１１、１２の導波路１２の作製工程においては、Ｔｉを熱拡散させる場合に限定されるものではなく、ＬｉＮｂＯ３結晶を安息香酸に浸すことによりＬｉをＨ＋に置換させるプロトン交換法にこれを代替してもよい。
【００６１】
次にステップＳ１３へ移行し、バッファ層１４としてのＳｉＯ２薄膜を基板１１表面に蒸着させる。このステップＳ１３では、ＳｉＯ２ウェハを基板１１表面に貼り付ける方法によりバッファ層１４を形成させるようにしてもよい。かかる場合には、後述するステップＳ１４における電極の取り付け領域を考慮して、この蒸着させたバッファ層１４を研磨することにより適当な膜圧に制御するようにしてもよい。
【００６２】
次にステップＳ１４へ移行し、バッファ層１４上に電極８３を形成させる。次にステップＳ１５へ移行し、導波路１２の上部において保護材８６,８７を接着する。この保護材８６,８７の接着方法については、接着剤で貼り付けるようにしてもよいし、他の手法に基づいて直接的に接合するようにしてもよい。この保護材８６,８７は、基板１１をＬｉＮｂＯ３結晶で構成した場合には、同一材質としてのＬｉＮｂＯ３により構成してもよい。このステップＳ１５においては、貼り付けた保護材８６,８７につき、それぞれ端面８６ａ,８７ａが第１の端面８４,第２の端面８５との間で、それぞれ平面９１,９２を形成することができるように、切り揃える。
【００６３】
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上に入射側反射膜９３、出射側反射膜９４をそれぞれ一面に亘って形成させる。ちなみに、このステップＳ１６においては、平面９１,９２上に入射側反射膜９３、出射側反射膜９４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。
【００６４】
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導波路の端面が図３に示すように平面９１（９２）の略中央部に移動する。その結果、ステップＳ１６における研磨時において平面９１（９２）の角が欠けた場合においても、導波路１２の端面が欠けることがなくなる。即ち、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、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。
【００６５】
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、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、導波路１２端面における反射損失を最小限に抑えることが可能となる。また、各平面９１,９２を構成する端面の結晶方位を同一にすることにより、反射損失を更に抑え込むことも可能となる。
【００６６】
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。
【００６７】
また、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。
【００６８】
また、入射側反射膜９３、出射側反射膜９４は、基板１１における第１の端面８４,第２の端面８５から端面８６ａ,８７ａにかけて広範囲に亘って形成されているため、非常に安定であり、剥がれにくく、さらに製膜の再現性をも向上させることが可能となる。
【００６９】
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、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。
【００７０】
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。
【００７１】
このように、本発明を適用した光変調器８では、各端部において保護材８６,８７を貼り付けることにより、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、導波路１２の端面の欠けや丸まり、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より構成される共振器５のフィネスを向上させることができ、性能のよい光変調器、光周波数コム発生器を再現性よく作製することが可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。
【００７２】
実際に上述の構成からなる光変調器８を、研磨された平面９１,９２上において、反射率９７％からなる反射膜９３,９４を被着させることにより作製した結果、導波路１２の結晶長を２７．４mmとした場合（以下、短共振器という。）において、最高６１ものフィネスを得ることができ、また、導波路１２の結晶長を５４．７ｍｍとした場合（以下、長共振器という。）において、最高３８ものフィネスを得ることができた。従来の導波路型の光共振器(IEEE Photonics Technology Letters,Vol.8, No. 10,1996)のフィネスは、３０が最高であったことから、この端面研磨、コーティングの精度を向上させた光変調器８は、フィネスを大幅に向上させることができることが分かる。特に、作製した光変調器８のサンプル６個全てにつき、３０以上のフィネスを得ることができ、作製プロセスの再現性が高いことも示されている。
【００７３】
図５は、導波路１２における往路方向又は復路方向のうち何れか一の伝搬方向あたりの共振器５の内部損失を示している。この図５では、上述した長共振器で構成される光変調器８につきの伝搬方向あたりの損失を３個のサンプルに亘り測定してプロットし（図中丸印で示す）、また短共振器で構成される光変調器８につきの伝搬方向あたりの損失を３個のサンプルに亘り測定してプロットし（図中四角で示す）、得られた各プロットを直線で近似している。
【００７４】
この得られた直線より、長さｌの共振器５の導波路１２における伝搬方向あたりの内部損失Ｌｓは、反射膜９３,９４における反射率をＲ、導波路１２における単位長さあたりの損失をαとするとき、損失そのものが小さい場合においてＬｓ＝αｌ−lnＲで表される。測定されたフィネスをＦとしたとき、一伝搬方向あたりの損失Ｌｓは、Ｌｓ＝π／Ｆと求められる。測定したフィネスＦから内部損失Ｌｓを求め、これをグラフ化すると、図５に示すように導波路１２の結晶長が長くなるにつれ、導波路１２による内部損失が増加することが分かる。
【００７５】
ちなみに、この図５において共振器５の長さが０である場合における内部損失は、結晶端面において生じた損失に基づくものである。即ち、反射率９７％（透過率３％）の反射膜９３,９４がコーティングされているため、最低３％の損失が生じることになる。しかしこの図５より、平面９１,９２における反射膜９３,９４への透過以外に目立った損失がないことが分かる。
【００７６】
同様に、この光変調器８を光周波数コム発生器に応用した場合には、保護材８６,８７を貼り付けた状態で平面９１,９２の研磨と入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４の被着を行うため、これら反射膜９３,９４の反射率を向上させることが可能となる。その結果、光共振器５のフィネスを向上させることができ、サイドバンドの発生周波数帯域を拡大させることもできる。
【００７７】
ちなみに、この光変調器８を光周波数コム発生器に応用する場合には、入射側反射膜９３を、導波路１２内へ入射させる光のみ透過させ、導波路１２内において発生させたサイドバンドを反射する狭帯域フィルタに置換してもよい。このような狭帯域フィルタに置換することにより、入射させる光からサイドバンドへの変換効率を向上させることができる。
【００７８】
同様に、出射側反射膜９４は、出力スペクトルフラット化のためのフィルタに置換してもよい。通常の光周波数コム発生器において、得られるサイドバンドの光強度は、その次数の増加とともに指数関数的に減少する。そこで出射側反射膜９４を、次数に応じた光強度の減少を相殺するような特性を持つフィルタに代替させることにより、得られる各サイドバンドの光強度を平坦化させることが可能となる。
【００７９】
なお、入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４それぞれにつき、上述した各フィルタに置換してもよいし、何れか一方の反射膜９３,９４につき上述した各フィルタに置換してもよい。
【００８０】
なお、本発明を適用した光変調器８並びにこれを応用した光周波数コム発生器は、平面９１,９２に対して直接的に入射側反射膜９３並びに出射側反射膜９４を形成させるモノリシック型で構成されている。換言すれば、この光変調器８は、平面９１,９２と空間的に離間した位置に各反射膜９３,９４を設ける構成ではないため、共振器５のＦＳＲ(Free Spectral Range)は、ステップＳ１６における研磨後の導波路１２を構成する結晶の平面９１から平面９２に至るまでの結晶長さに支配される。このため、光変調器８は、光共振器５のＦＳＲの整数倍が所望の変調周波数となるようにきわめて精密な結晶長さの制御が要求される。
【００８１】
例えば、共振器５のＦＳＲを周波数ｆＦＳＲに一致させる場合、導波路１２の群屈折率ｎｇと、入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４の群遅延時間の平均値τｇを考慮して、導波路１２の結晶長さ（基板１１における第１の端面８４から第２の端面８５に至るまでの間隔）Ｌを以下の式（１）
Ｌ＝ｃ／２ｎｇｆＦＳＲ−ｃτｇ／ｎｇ・・・・・・・・・・・（１）
（ｃは真空中の光速度）
に合わせることにより、共振器５のＦＳＲをｆＦＳＲに一致させることができ、変調効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００８２】
なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図６に示すような光変調器９にも適用することができる。この光変調器９において上述した光変調器８と同一の構成、要素については、図１,２における説明を引用し、ここでの説明を省略する。
【００８３】
光変調器９は、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する導波路１２と、導波路１２の上面に設けられたウェハ９５と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるようにウェハ９５の上面に設けられた電極８３と、導波路１２を介して互いに対向するように設けられた第１の端面８４並びに第２の端面８５と、第１の端面８４並びにウェハ９５の端面９６ａとの間で形成される平面１０１上に被着される入射側反射膜９３と、第２の端面８５並びにウェハ９５の端面９７ａとの間で形成される平面１０２上に被着される出射側反射膜９４とを備えている。
【００８４】
この光変調器９においても、上述した光変調器８と同様に、周波数ｆｍの変調信号を発振する図示しない発振器と、図示しない終端抵抗が接続される。
【００８５】
ウェハ９５は、ＳｉＯ２等からなり、導波路１２と略同一の長さでコ字状となるように構成される。このウェハ９５は端部のみ厚く構成され、電極８３が配設される中央部分のみ薄く構成する。これにより導波路１２内を伝搬する光につき電極８３から変調電界を効率よく印加することができる。
【００８６】
このウェハ９５は、上述したバッファ層１４としての役割を担い、基板１１の表面直下に形成されてなる導波路１２を被覆することにより光損失を抑える。またこのウェハ９５は、上述した光変調器８における第１の保護材８６並びに第２の保護材８７としての役割も担い、それぞれ端面９６ａ,９７ａが第１の端面８４,第２の端面８５との間で、それぞれ平面１０１,１０２を形成することができるように切り揃えられている。
【００８７】
このウェハ９５を配設する場合には、端部の厚みに合わせたＳｉＯ２のウェハを基板１１上に貼り付け、次に電極８３を設ける部分につき切削していくことで、図６に示すようなコ字状に仕上げることが可能となる。
【００８８】
即ち、この光変調器９は、光変調器８と同等の効果が得られるとともに、保護材を取り付ける手間を省くことができるという利点がある。
【００８９】
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。
【００９０】
光変調器５１は、図７(a)に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する導波路１２と、この基板１１において導波路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導波路１２の上面に設けられた電極８３と、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。
【００９１】
また、この光変調器５１を実際に使用する場合には、更に図７(b)に示すように、図示しない光源からの入力光を伝送し或いは光変調器５１から出力される出力光を外部へ伝送するための光ファイバ等で構成される光伝送路２３と、上記入力光並びに出力光を分離するための光サーキュレータ２１と、この光サーキュレータ２１に光接続されるフォーカサー２２からなる光学系が実装され、電極８３の一端側に配設され周波数ｆｍの変調信号を発振する発振器１６と、電極８３の他端側に配設される終端抵抗１８とがさらに配設される。
【００９２】
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。
【００９３】
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導波路１２の端部へ集束させるとともに、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、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。
【００９４】
このような構成からなる光変調器５１は、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。導波路１２に入射された入力光は、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、再び導波路１２を伝搬して反射防止膜６３を透過してフォーカサー２２側に出射され出力光となる。同時に、発振器１６から供給される周波数ｆｍの電気信号は、入力光を変調しつつ電極８３上を伝搬した後、終端抵抗１８により吸収されることになる。
【００９５】
また、この光変調器５１は、図７(c)に示すように、発振器２５並びに終端抵抗２７を電極８３の一端側に設け、発振器２５から供給される電気信号を電極８３上において伝搬させた上で、これを電極８３の他端側で反射させるようにしてもよい。このとき、発振器２５から供給される電気信号と、電極８３の他端側で反射された電気信号を分けるためのアイソレータ２６を設けるようにしてもよい。また、この光変調器５１では、反射率の高い入射側反射膜９３を被着させる。これにより導波路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。
【００９６】
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。
【００９７】
また、これら光変調器５１を光周波数コム発生器に適用した場合において、電極を往復する電気信号により、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、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。
【００９８】
短共振器で構成される光変調器８は、長共振器で構成される光変調器８と比較して、上述の如くフィネスが高い分、サイドバンドの発生の効率は高く、またサイドバンドの発生周波数帯域幅Δｆは１１ＴＨｚに達する。また、短共振器で構成される光変調器８の電極８３の長さは、僅か２０ｍｍであるが、長共振器で構成される光変調器８と比較して遜色のない変調効率が得られる。即ち、往復変調が有効に作用していることが分かる。
【００９９】
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。
【０１００】
なお本発明は、例えば図９に示すような光導波路型のレーザ発振器５２にも適用することができる。このレーザ発振器５２において、上述した光変調器８と同一の構成、要素については、図１,２における説明を引用し、ここでの説明を省略する。
【０１０１】
レーザ発振器５２は、図９に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されてなる導波路１２と、この基板１１において導波路１２を被覆するように積層されるバッファ層１４と、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上に被着される入射側反射膜９３と、平面９２上に被着される出射側反射膜９４とを備え、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４との間で共振器５を構成する。また、このレーザ発振器５２を実際に使用する場合には、波長λ０の光を出射する励起光源２８が実装される。
【０１０２】
このレーザ発振器５２における導波路１２中には、例えばエルビウムイオンのような、入射側反射膜９３を介して入射された光を吸収して媒質固有の光の波長に対して増幅特性を有する増幅媒質を拡散させる。これにより、導波路１２を光の増幅媒質として働かせることが可能となる。またこのような増幅媒質としての導波路１２に対して、適当な波長の光を入射させると、エネルギー準位で決まる固有の波長に対する光の増幅器として作用することになる。また、自然放出遷移により発生した光を増幅して発振する発振器としても作用することになる。レーザ発振するのは、共振器５内における増幅率が損失率を上回った場合であるから、保護材８６,８７を貼り付けて反射膜９３,９４の剥がれや欠け等を防止しつつ導波路１２の端面における反射特性を高めることにより、共振器５内の損失率も低くなることから、レーザ発振の閾値を低下させることができる。
【０１０３】
ちなみに、このレーザ発振器５２を光パラメトリック発振器として適用してもよい。かかる場合には、発振が起こるのは共振器５内の増幅率が損失率を上回った場合であるから、保護材８６,８７を貼り付けた反射膜９３,９４の剥がれや欠けのない高フィネスの共振器５を構成することにより、発振の閾値を低下させることができる。
【０１０４】
導波路１２内に特別な増幅媒質を導入しなくても、この導波路１２としてＬｉＮｂＯ３結晶のような非線形光学結晶で構成することにより、導波路１２内に入射される光によって誘起される非線形分極により、当該入射される光とは異なる波長に増幅利得を持たせることが可能となる。例えば、周期分極反転構造を持つ非線形光学結晶を用いても導波路１２を構成して良い。
【０１０５】
このレーザ発振器５２における共振器５を構成する入射側反射膜９３は、励起光源２８からの光に対して低反射率であり、かつ導波路１２により発振される光の波長に対して高反射率の膜を使用してもよい。また、この共振器５を構成する出射側反射膜９４は、導波路１２により発振される光の波長に対して最適な出力カップリングが可能な反射率を有する膜を使用してもよい。
【０１０６】
上述の如くレーザ発振器５２やこれを適用する光パラメトリック発振器において導波路１２を用いる利点は、光を狭い領域に閉じ込めることができることと、電界強度が高めることができることによる増幅率の向上である。特にこのレーザ発振器５２等では、従来の発振器と比較して高いフィネスを得ることができるため、導波路１２を用いることの利点がさらに助長されることになる。
【０１０７】
なお本発明は、例えば図１０に示すようなモードが同期された光を発振するレーザ発振器５３にも適用することができる。このモードが同期された光とは、等しい周波数間隔で発振している多数のモードの位相を揃えたものである。このレーザ発振器５３において、上述した光変調器８並びにレーザ発振器５２と同一の構成、要素については、図１,２,９における説明を引用し、ここでの説明を省略する。
【０１０８】
レーザ発振器５３は、図１０(a),(b)に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する導波路１２と、この基板１１において導波路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導波路１２の上面に設けられた電極８３と、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上に被着される入射側反射膜９３と、平面９２上に被着される出射側反射膜９４とを備え、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４との間で共振器５を構成する。また、このレーザ発振器５３を実際に使用する場合には、波長λ０の光を出射する励起光源２８が実装され、更に電極８３の一端側に配設され周波数ｆｍの変調信号を発振する発振器１６と、電極８３の他端側に配設される終端抵抗１８とが配設される。この入射側反射膜９３と出射側反射膜９４とは、それぞれレーザ発振する多モード間の位相同期をとる機能を有する。
【０１０９】
このような構成からなるレーザ発振器５３では、上述したレーザ発振器５２において導波路１２の上部に電極８３を配設することにより、各モードにつき同期がとられたモード同期レーザの発振が可能となる。ここで、共振器５のＦＳＲの整数倍に一致する周波数の変調信号を発振器１６から駆動入力することにより、多モードの光を発振する導波路１２の電気光学効果に基づき、各モードの位相同期が施される結果、モード同期レーザを発振するレーザ発振器として動作することになる。
【０１１０】
このモード同期が施されると、レーザ発振器５３より発振される光の時間波形は、増幅周波数帯域幅の逆数程度の時間幅を持つ短パルスとなる。また、周波数軸の波形は、一定の周波数間隔でサイドバンドが配列する光周波数コムとなる。このため、レーザ発振器５３に対する制御を最適化させることにより、光の周波数測定への応用や多波長光源への応用も可能となる。またこのレーザ発振器５３を、上述したレーザ発振器５２と同様に光パラメトリック発振器として適用してもよいことは勿論である。特にこのレーザ発振器５３は、保護材８６,８７が貼り付けられているため反射膜９３,９４の剥がれや欠けがなく、共振器５全体のフィネスを向上させることができ、モード同期レーザを効率よく発振させることが可能となる。
【０１１１】
ちなみに、レーザ発振器５３におけるモード同期は、上述した電気光学効果を利用するものに限定されるものではなく、共振器５内における光学素子の非線形効果を利用するものであればいかなる現象に基づくものであってもよい。例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶を導波路１２に用いることにより、その効果をより際立たせることも可能となる。
【０１１２】
なお本発明は、例えば図１１に示すような変形ファブリペロー（ＦＰ）電気光学変調器５４にも適用することができる。この変形ＦＰ電気光学変調器５４において、上述した光変調器８並びにレーザ発振器５２と同一の構成、要素については、図１,２,９における説明を引用し、ここでの説明を省略する。
【０１１３】
変形ＦＰ電気光学変調器５４は、図１１に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する導波路１２と、この基板１１において導波路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導波路１２の上面に設けられた電極８３と、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上に被着される入射側反射膜９３と、平面９２上に被着される出射側反射膜９４とを備え、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４との間で共振器５を構成する。また、このレーザ発振器５３を実際に使用する場合には、反射鏡３１が実装され、必要な場合には、更に電極の一端側に配設され周波数ｆｍの変調信号を発振する図示しない発振器と、電極の他端側に配設される図示しない終端抵抗とが配設される。
【０１１４】
反射鏡３１は、外部から供給される光を透過させ変形ＦＰ電気光学変調器５４側の導波路１２の端部へ導くとともに、当該導波路１２の端部から出射された光を反射する。即ち、この反射鏡３１を設けることにより、導波路１２内へ入射させる光のみ透過させ、導波路１２内で発生させたサイドバンドを反射することができるため、入射させる光からサイドバンドへの変換効率を向上させることができる。即ち、このような構成からなる変形ＦＰ電気光学変調器５４では、入射側反射膜９３を、導波路１２内へ入射させる光のみ透過させ発生させたサイドバンドを反射する狭帯域フィルタに置換した場合と同様の効果を得ることができる。特にこの変形ＦＰ電気光学変調器５４では、保護材８６,８７が貼り付けられているため反射膜９３,９４の剥がれや欠けがなく、共振器５全体のフィネスを向上させることができるため、サイドバンドへの変換効率をより高めることが可能となる。
【０１１５】
なお、本発明を適用した光変調器８は更に以下に説明する通信システム５５に適用することもできる。
【０１１６】
通信システム５５は、例えば、ＷＤＭ通信方式に基づいて符号分割多重接続を行うシステムが適用され、図１２(a)に示すように、歩行者が携帯可能な移動体端末としての携帯通信機器５７と、携帯通信機器５７との間で無線信号を送受信を行うことにより通信を中継するための複数の基地局５８と、接続された光ファイバ通信網３５，３８を介して基地局５８を含めたネットワーク全体における通信を制御するホスト制御装置５９とを備えている。
【０１１７】
携帯通信機器５７は、各地区に設けられた基地局５８との間で無線信号を送受信すべく、車載或いは携帯できるように構成されている。即ち、この携帯通信機器５７は、例えばファクシミリ通信やパーソナルコンピュータ等に搭載されてデータ通信を行うための装置を含むものであるが、一般には音声による通話を行うための携帯電話やＰＨＳ（パーソナルハンディホンシステム）等であり、特に小型軽量で携帯性に特化した機器として構成されている。
【０１１８】
各基地局５８には、図１２(a)に示すように光変調器８が搭載される。光変調器８における電極８３には、携帯通信機器５７との間でマイクロ波を送受信するためのアンテナ３３が接続されている。また、この光変調器８は、ホスト制御装置５９から光ファイバ通信網３５を介して伝送された光の一部が入射側反射膜９３を介して導波路１２内へ入射される。この導波路１２内へ入射された光は、略平行に配設された入射側反射膜９３並びに出射側反射膜９４により共振されることになる。またこの光変調器８では、携帯通信機器５７から供給されるマイクロ波をアンテナ３３を介して受信し、かかるマイクロ波に応じた変調信号を電極８３を介して導波路１２内を伝搬する光に印加することができるため、携帯通信機器５７からの送信情報に応じた位相変調をこれに施すことが可能となる。なお、光変調器８は、位相変調した光を出射側反射膜９４を介して出射させる。出射された光は光ファイバ通信網３８を介してホスト制御装置５９へ伝送されることになる。
【０１１９】
ホスト制御装置５９は、基地局５８へ伝送するための光を発生させ、また基地局５８において変調された光を光電変換して検波出力を得る。即ち、このホスト制御装置５９は、様々な基地局からの検波出力を一括管理することができる。
【０１２０】
このような通信システム５５では、ホスト制御装置５９から出力された光を光ファイバ通信網３５を介して基地局５８へ伝送する。基地局５８は、この伝送された光を光変調器８における導波路１２内を伝搬させるとともに、更にマイクロ波に応じた位相変調を施した上で、光ファイバ通信網３８を介してこれをホスト制御装置５９へ伝送する。
【０１２１】
即ち、基地局５８へ伝送される光は、当該基地局５８周辺にある携帯通信機器５７から発呼された場合に、上述したマイクロ波に含まれる通話内容に応じた位相変調が施されることになる。一方、この基地局５８へ伝送される光は、当該基地局５８周辺にある携帯通信機器５７から発呼されなかった場合に、上述した位相変調が施されることはなくなる。ホスト制御装置５９では、基地局５８から光ファイバ通信網３８を介して伝送される光につき位相変調が施されていた場合には、これを光電変換することにより、通話内容に応じた検波出力を取得することが可能となる。
【０１２２】
この通信システム５５では、保護材８６,８７を貼り付けた高フィネスの共振器を有する光変調器８を基地局５８へ搭載するため、導波路１２内を伝搬する光の往復回数を増やすことができ、光変調器８自体の感度を向上させることが可能となる。
【０１２３】
なお、この通信システム５５では、図１２(b)に示すように、一芯双方向で光伝送するようにしてもよいことは勿論である。
【０１２４】
さらに、本発明を適用した光変調器８では、図１に示すように導波路１２の往路方向（復路方向）の結晶長ＬＣ１を２７ｍｍ（又は５４ｍｍ）程度になるように調整されていてもよい。かかる結晶長にすることにより奏する効果につき、以下において説明する。
【０１２５】
導波路１２における往路方向（復路方向）へ伝播する光の損失率をＬｏ１としたとき、かかる損失率Ｌｏ１と導波路１２の結晶長ＬＣ１との関係を図１３(a)に示す。結晶長ＬＣ１が増加していくにつれて、伝播する光の損失は徐々に大きくなることが示されている。また図１３(b)は、かかる結晶長ＬＣ１に対するフィネスの関係を示している。この図１３(b)に示すようにフィネスは、一般にπ／Ｌｏ１で表されるが、結晶長ＬＣ１が小さいほど高くなることがわかる。
【０１２６】
光変調器８の性能指数は、Ｖπ／（フィネス）で表すことができる（Ｖπは光位相をπラジアン変調するために要する電圧）。この性能指数が小さいほど光変調器８として、また当該光変調器８を用いた光周波数コム発生器として、性能がより優れていることになる。
【０１２７】
図１４は、これらフィネスや損失率Ｌｏ１に基づいて計算した性能指数を結晶長ＬＣ１との関係において示している。この図１４において、ｌｍは、結晶長ＬＣ１に対する電極８３の長さの差分を表している。一般に導波路１２の両端から数ｍｍは電極を設けることができないため、このｌｍを６ｍｍとした場合と、ｌｍを１ｍｍとした場合を例に挙げて計算をしている。
【０１２８】
この図１４に示すようにｌｍ＝６ｍｍである場合において、結晶長ＬＣ１が１５〜３０ｍｍのときに性能指数が小さくなることが分かる。またかかる性能指数の結晶長ＬＣ１に対応するＦＳＲをプロットすると、２．５ＧＨｚ付近において最も優れた性能となることが分かる。ちなみに、この図１４における傾向をシミュレーションする上において、変調周波数を２５ＧＨｚとし、電極８３によるマイクロ波の伝送損失を−１０ｄＢ／５０ｍｍ＠２５ＧＨｚと仮定し、さらに変調効率は、往復変調時においてＰin＝０．４３Ｗ、結晶長ＬＣ１＝２７ｍｍ（電極８３の長さが２１ｍｍのとき）である場合に変調指数がπラジアンであることを考慮し、さらに光の伝送損失αが−０．０１０６／ｃｍである場合を仮定している。また、ミラーの反射率は、結晶長に応じた損失率に対して最適化されている。
【０１２９】
このため、ｌｍ＝６ｍｍである場合において、導波路１２の結晶長ＬＣ１を２７ｍｍ程度とすることにより、光変調器８としての性能をより向上させることが可能となる。ちなみに、この結晶長ＬＣ１は２７ｍｍにある場合に限定されるものではなく、２４±６ｍｍの範囲であればいかなる長さで構成されていてもよい。なお、実用上の結晶長ＬＣ１は、光通信分野における時分割多重化（TDM:Time Division Multiplex)光通信における１０ＧＨｚや波長割多重化（WDM:Wavelenth Division Multiplex)光通信における２５ＧＨｚの最大公約数である５ＧＨｚの整数分の１とするのが好適であり、２７ｍｍは２．５ＧＨｚに相当している。
【０１３０】
また、結晶長ＬＣ１に対応するＦＳＲのプロットが１．２５ＧＨｚである場合においても、同様に優れた性能が示されることから、これに対応する結晶長ＬＣ１を５４ｍｍ程度で構成してもよい。
【０１３１】
またｌｍ＝１ｍｍである場合においても、同様にシミュレーションすると、１０ＧＨｚ程度で優れた性能が示されることから、結晶長ＬＣ１をこれに対応させることで、光変調器８としての性能をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明を適用した光変調器の構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した光変調器の側面図である。
【図３】本発明を適用した光変調器における入射側反射膜が形成される平面を示す図である。
【図４】本発明を適用した光変調器の作製方法につき説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明を適用した光変調器の損失特性の実験結果につき説明するための図である。
【図６】保護材とバッファ層の役割を共に担わせたウェハを有する光変調器の構成を示す図である。
【図７】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。
【図８】本発明を光周波数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。
【図９】本発明を適用した光導波路型のレーザ発振器の構成を示す図である。
【図１０】本発明を適用したレーザ発振器の構成を示す図である。
【図１１】本発明を適用した変形ＦＰ電気光学変調器の構成を示す図である。
【図１２】本発明を適用した光変調器を基地局に搭載した通信システムの例につき説明するための図である。
【図１３】本発明を適用した光変調器の長さを限定する場合につき説明するための図である。
【図１４】本発明を適用した光変調器の長さを限定する場合につき説明するための他の図である。
【図１５】従来における光周波数コム発生器の原理的な構造を示す図である。
【図１６】従来における導波路型光周波数コム発生器の原理的な構造を示す図である。
【図１７】従来における導波路型光周波数コム発生器における、入射側反射膜が形成されている端面を示す図である。
【符号の説明】
【０１３３】
８  光変調器、１１  基板、１２  導波路、１４  バッファ層、１６  発振器、１８  終端抵抗、８３  電極、８４  第１の端面、８５  第２の端面、８６  第１の保護材、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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