(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた波長幅の広い光パルスが直進する波長選択性を有しない第１の光導波路および前記第１の光導波路と共振結合する位置に配置された第２の光導波路を主要部とするマイクロリング共振器を具備し、前記光源から発せられた前記光パルスから周期的な波長間隔を有する変調光を生成する、波長フィルタリングデバイスと、
前記波長フィルタリングデバイスから出力された光パルスに含まれる複数の波長成分に対して、波長ごとに速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する、波長分散デバイスと、
を備え、
前記第１の導波路は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）技術を適用してシリコン基板上に形成されており、
前記共振結合する位置における前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、ＳＩＭＯＸ（サイモックス）技術によって前記シリコン基板の厚さ方向に積層された構成をなしており、または、前記シリコン基板の平面方向に並べて配置された構成をなしており、
前記波長分散デバイスは、前記ＳＯＩ技術を適用して前記シリコン基板上に形成されている光デバイスを使用して、
前記光源から発せられた前記光パルスを前記波長フィルタリングデバイスの前記第１の光導波路の入射端側に入射して、周期的な波長間隔を有する変調光を生成し、
前記波長フィルタリングデバイスの前記第１の光導波路の出力端側から出力された光パルスを、前記波長分散デバイスに入力して、波長ごとに速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する、
高周波信号生成方法。
【請求項２】
前記光デバイスは、前記波長フィルタリングデバイスが前記マイクロリング共振器により分離された分離光を導光する第３の光導波路を具備し、
さらに、前記波長フィルタリングデバイスの前記第３の光導波路の出力端側から出力された光パルスに含まれる複数の波長成分に対して、波長ごとに速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する、第２の波長分散デバイスを備え、
前記第３の導波路は、前記ＳＯＩ技術を適用してシリコン基板上に形成されており、
前記共振結合する位置における前記第３の光導波路と前記第２の光導波路は、前記ＳＩＭＯＸ技術によってシリコン基板の厚さ方向に積層された構成をなしており、または、シリコン基板の平面方向に並べて配置された構成をなしており、
前記第２の波長分散デバイスは、前記ＳＯＩ技術を適用して前記シリコン基板上に形成されており、
前記波長フィルタリングデバイスの前記第３の光導波路の出力端側から出力された光パルスを、前記第２の波長分散デバイスに入力して、波長ごとに速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する、
請求項１に記載の高周波信号生成方法。
【請求項３】
波長幅の広い光パルスを発生する光源と、
前記光源から発せられた波長幅の広い光パルスが直進する波長選択性を有しない第１の光導波路および前記第１の光導波路と共振結合する位置に配置された第２の光導波路を主要部とするマイクロリング共振器を具備し、前記光源から発せられた光パルスから周期的な波長間隔を有する変調光を生成する波長フィルタリングデバイスと、
前記波長フィルタリングデバイスの前記第１の光導波路の出力端側から出力された光パルスに含まれる複数の波長成分に対して、波長ごとに速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する第１の波長分散デバイスと、
を備え、
前記第１の導波路は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）技術を適用してシリコン基板上に形成されており、
前記共振結合する位置における前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、ＳＩＭＯＸ（サイモックス）技術によって前記シリコン基板の厚さ方向に積層された構成をなしており、または、前記シリコン基板の平面方向に並べて配置された構成をなしており、
前記波長分散デバイスは、前記ＳＯＩ技術を適用して前記シリコン基板上に形成されている、
高周波信号生成装置。
【請求項４】
前記波長フィルタリングデバイスは、前記マイクロリング共振器により分離された分離光を導光する第３の光導波路を具備し、
さらに、
前記波長フィルタリングデバイスの前記第３の光導波路の出力端側から出力された光パルスに含まれる複数の波長成分に対して、波長ごとに速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する第２の波長分散デバイスを備え、
前記第３の導波路は、前記ＳＯＩ技術を適用してシリコン基板上に形成されており、
前記共振結合する位置における前記第３の光導波路と前記第２の光導波路は、前記ＳＩＭＯＸ技術によってシリコン基板の厚さ方向に積層された構成をなしており、または、シリコン基板の平面方向に並べて配置された構成をなしており、
前記第２の波長分散デバイスは、前記ＳＯＩ技術を適用して前記シリコン基板上に形成されている、
請求項３に記載の高周波信号生成装置。
【請求項５】
前記波長分散デバイスは、
前記シリコン基板上に形成された酸化シリコンの絶縁層上にシリコンにより光導波路が形成された構造のもの、
前記シリコン基板上に形成された酸化シリコンの絶縁層上にシリコンの薄膜層および光導波路をなす部分に所望の幅および厚さの尾根が形成された構造のもの、および、
前記シリコン基板上に形成された酸化シリコンの絶縁層内にシリコンの光導波路が形成された構造のもの
の内の何れかである、
請求項３または４に記載の高周波信号生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号生成方法および高周波信号生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
４０ＧｂＥ（Gigabit Ethernet（登録商標） ：ギガビットイーサネット（登録商標））などの光源においては、吸収型の変調器にトラベリングウェーブを用いた周期電気信号を入力することによりパルス列波形を形成している（たとえば非特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】Yi-JenChiu,Tsu-HsiuWu,Wen-ChinCheng,F.J.Lin,andJohnE.Bowers、“Enhanced Performance in Traveling-Wave Electroabsorption Modulators Based on Undercut-Etching the Active-Region”、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.17,NO.10,OCTOBER 2005，ｐ2065〜2067
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、高周波数のパルス列を電気的な変調により形成する仕組みでは、限界が近いうちにくると言われている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波数のパルス列を形成する新たな仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高周波信号生成方法および高周波信号生成装置の一実施形態は、比較的波長幅の広い光パルスを光源より発して波長フィルタリングデバイスに入射し、周期的な波長間隔を有する変調光を生成する。その光パルスを、波長分散デバイスに入力して、波長に応じて速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する。
【０００７】
つまり、波長幅の広い光パルスを、所定の変調度の波長フィルタリングデバイスに入射し、その出力を波長分散デバイスに入射することにより、高周波数のパルス列（高速光パルス列）を生成するのである。
【０００８】
波長フィルタリングデバイスとしては、波長選択性を有しない入射光が直進する第１の光導波路と共振結合する位置に配置された第２の光導波路を主要部とするマイクロリング共振器を具備した構造のものとするのがよい。
【０００９】
第１の導波路は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）技術を適用してシリコン基板上に形成されており、共振結合する位置における第１の光導波路との第２の光導波路は、ＳＩＭＯＸ（サイモックス）技術によってシリコン基板の厚さ方向に積層された構成をなしており、または、シリコン基板の平面方向に並べて配置された構成をなしているものとする。また、第１の波長分散デバイスは、ＳＯＩ技術を適用してシリコン基板上に形成されているものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、波長幅の広い光パルスを、所定の変調度の波長フィルタリングデバイスに入射し、出力された光パルスを波長分散デバイスに入射することにより、高周波数のパルス列を生成するようにした。波長フィルタリングデバイスと波長分散デバイスは、パッシブ部品であるので、電気的な負担を掛けずに、高周波数の光パルス列を得ることができる。
【００１１】
また、波長フィルタリングデバイスの第１の光導波路を、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）技術によって形成すれば、集積回路製造技術を使用できるので、非常に微細のパターン形成が可能であるし、基板材料がガラスではなくシリコンであるので、ガラス基板のような量産性に欠ける難点はない。
【００１２】
また、共振結合する位置における第１の光導波路との第２の光導波路を、ＳＩＭＯＸ技術を適用してシリコン基板の厚さ方向に積層された構成にすれば、第１の光導波路と第２の光導波路との間のギャップを、露光精度に依存することなく均一に形成することができるので、結合効率を安定に高めることができる。あるいは、共振結合する位置における第１の光導波路との第２の光導波路を、シリコン基板の平面方向に並べて配置された構成にすればＳＩＭＯＸを用いずに露光技術を適用した単純なエッチング工程によりマイクロリング共振器を形成できる。また、第１の波長分散デバイスをＳＯＩ技術を適用してシリコン基板上に形成すれば、小型のシステムを構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
＜＜第１実施形態＞＞
図１〜図１Ｃは、本発明に係る高周波信号生成装置の第１実施形態を説明する図である。ここで、図１は、第１実施形態の高周波信号生成装置１の全体構造を示す斜視図である。図１Ａは、第１実施形態の高周波信号生成装置１の波長フィルタリングデバイス３の平面図である。図１Ｂは、図１Ａの波長フィルタリングデバイス３の断面図（図１ＡのＡ−Ａ’線）である。図１Ｃは、高周波信号生成装置１に用いられる波長分散デバイスの構成例を示す図である。
【００１５】
本実施形態の高周波信号生成装置１は、ＳＩＭＯＸ（サイモックス）技術などを利用した光導波路デバイスを高周波信号の生成技術に適用したものである。既存の電気方式などを使用して生成したパルスに対して、パッシブな光学部品である光導波路デバイスを加えることにより、そのパルスの周波数を数倍から十数倍化する。ＳＩＭＯＸ光導波路形成法などにより形成される変調度の大きい波長フィルタリングデバイスと、光導波路（たとえば波長分散デバイス）を組み合わせることにより、光信号の高周波化など、電気的な変調では生成が容易でない数１０ｆ（フェムト）秒程度以下の間隔のパルス列信号を、電気的な負担を掛けずに生成する。
【００１６】
ＳＩＭＯＸは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator：シリコン・オン・インシュレータ）技術の一例であり、簡単に言えば、酸素イオン注入によるＳＯＩ作成技術である。まず、ＳＯＩは、絶縁膜上に形成した単結晶シリコンを基板とした半導体および半導体技術である。このＳＯＩ技術では、プロセッサ基板上のトランジスタ層から絶縁層を超えて流れ出る電荷の停留を半分程度に減らすことができるので、たとえば、同じクロックスピードで動作する類似のチップと比べて、性能が最大で数１０％向上する、あるいは電力消費を半分程度に減らすことができるなどの利点がある。ただし、トランジスタを作るためのシリコン結晶薄膜は純粋なシリコン結晶であるのに対して、その下の絶縁膜は完全な結晶ではないので、その上に完全な結晶を形成することは難しいという問題がある。
【００１７】
この問題を解決する一手法がＳＩＭＯＸ技術であり、いわば、シリコンと酸化シリコンの層状基板を形成する技術である。すなわち、半導体基板中にイオン打ち込みによって、シリコン結晶表面から僅かに深い部分に酸素分子を注入し、その後熱処理を加えることにより、注入した酸素分子を高熱で酸化させることで酸化物（絶縁体）の層を形成するもので、酸化物絶縁層とその上のシリコン結晶薄膜を作る技術である。因みに、熱処理にはイオンの通過によって生じた結晶構造の欠陥を修復する効果もある。
【００１８】
本願発明者は、ＳＯＩ基板の製造方法の１つであるＳＩＭＯＸ法を応用した手法により、シリコン基板の表面直下に光導波路を形成する手法を発見し、マイクロリング共振器と波長選択性を有しない光導波路とを基板の厚さ方向に積層することにより、結合効率の高いマイクロリング共振器光導波路デバイス（以下ＳＩＭＯＸ光導波路デバイスとも称する）を開発している（参考文献１を参照）。
参考文献１：Prakash Koonath, Tejaswi Indukuri, and Bahrain Jalalib、“Vertically-coupled micro-resonators realized using three-dimensional sculpting in silicon”、APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 85, NUMBER 69 AUGUST 2004、Department of Electrical Engineering, University of California―Los Angeles, Los Angeles, California 90095-1594
【００１９】
このＳＩＭＯＸ光導波路デバイスを高周波信号の生成に適用することにより、従来の電気的な変調では生成が容易でない高周波信号生成の問題点を解消する仕組みを開発した。その仕組みの基本は、波長幅の広いレーザ光を、ＳＩＭＯＸ光導波路形成法などにより形成される変調度の大きい波長フィルタリングデバイス３（波長フィルタリングデバイス）に入射した後、光導波路（たとえば波長分散デバイス）に入射して伝搬することにより、時間的に強度が変化する変調信号を生成する。
【００２０】
波長選択性を有しない光導波路は、ＳＩＭＯＸ光導波路形成法などで形成することができるシリコン光導波路を用いた構造で、シリコン基板には適用が容易である微細パターニング技術とを組み合わせて作製できる。マイクロリング共振器についてもＳＩＭＯＸ形成法を適用するのがよい。
【００２１】
もちろん、光導波路やマイクロリング共振器は、ＳＩＭＯＸ技術を利用することに限らず、シリコン材料をベースとするその他の一般的なＳＯＩ技術を利用して形成してもよい。ＳＯＩ技術を適用することで、現在のＶＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）製造技術を使用して、非常に微細のパターン形成が可能である。また、基板材料がガラスではなくシリコンであるので、ガラス基板のような量産性に欠ける難点はない。以下、ＳＩＭＯＸ技術を利用した波長フィルタリングデバイス３を光導波路（たとえば波長分散デバイス）と組み合わせて高周波信号を生成する仕組みを、具体的に説明する。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態の高周波信号生成装置１は、波長フィルタリングデバイス３と、光源５と、光源５からの光を波長フィルタリングデバイス３に導光する光学系７と、波長フィルタリングデバイス３から出力される光を導波する光導波路の一例である波長分散デバイス９とを備えている。
【００２３】
図１や図１Ａに示すように、波長フィルタリングデバイス３は、シリコン基板４上に、波長選択性を有しない２本の直線状の光導波路３０（それぞれを３０ａ，３０ｂとする）と、第２の光導波路としてのリング状の光導波路３３を持つマイクロリング共振器３２とを有する。光導波路３０は、その一方を特に第１の光導波路としての入射側光導波路３０ａと称し、他方を特に第３の光導波路としての分離側光導波路３０ｂと称する。入射側光導波路３０ａ、分離側光導波路３０ｂ、および光導波路３３の各幅Ｗ３０ａ，Ｗ３０ｂ，Ｗ３３は、たとえば２μｍ程度である。マイクロリング共振器３２の大きさ（径φ３２）は、たとえば１００〜２００μｍ程度にする。
【００２４】
マイクロリング共振器３２（光導波路３３）と波長選択性を有しない入射側光導波路３０ａとの組合せおよびマイクロリング共振器３２（光導波路３３）と波長選択性を有しない分離側光導波路３０ｂとの組合せにより、それぞれ波長フィルタが形成される。
【００２５】
入射側光導波路３０ａの入射端面３１ａに入射する入射光Ｌは、共振周波数と等しくない波長の光（以下非共振光と称する）Ｌａと共振周波数と等しい波長の光（以下共振光と称する）Ｌｂとを含む。
【００２６】
第１実施形態の高周波信号生成装置１は、２つの出力ポートＡ，Ｂで変調信号を取得可能な構造にしたものである。具体的には、図１や図１Ａに示すように、入射側光導波路３０ａの波長フィルタリングデバイス３の一方の端面（入射端面と称する）３１ａが光源５側となり、入射側光導波路３０ａの波長フィルタリングデバイス３の他方（出射部と称する）３１ｂ側には、入射側光導波路３０ａを直進して出射部３１ｂ（出力ポートＡ）から出力される光（以下直進光と称する）Ｌｃに波長分散を与える第１の波長分散デバイス９ａがこの順に設けられている。第１の波長分散デバイス９ａは入射側光導波路３０ａの延長線上に設けられる。
【００２７】
また、図１に示す構成例では、マイクロリング共振器３２を利用して分離された光（分離光Ｌｄと称する）が分離側光導波路３０ｂ内を進行した後に分離光Ｌｄ（共振光Ｌｂ）の進行方向を反転させる反転路３０ｃと、反転路３０ｃで反転された分離光Ｌｄに波長分散を与える第２の波長分散デバイス９ｂが設けられている。
【００２８】
なお、他の構成例としては、図１Ａに示すように、反転路３０ｃを設けずに、分離側光導波路３０ｂの波長フィルタリングデバイス３の他方（入射端面３１ａと同じ側）を出射部３１ｃとして、分離側光導波路３０ｂの延長線上に、マイクロリング共振器３２を利用して分離された分離光Ｌｄに波長分散を与える第２の波長分散デバイス９ｂ（図示せず）を設けるようにしてもよい。図１Ａでは、波長フィルタリングデバイス３の着目して示しており、第２の波長分散デバイス９ｂの他、第１の波長分散デバイス９ａも図示を割愛している。
【００２９】
詳細は後述するが、たとえば、入射側光導波路３０ａ側に入射した非共振光Ｌａと共振光Ｌｂを含む入射光Ｌの内、マイクロリング共振器３２と入射側光導波路３０ａの組合せによる波長フィルタによって分離された分離光Ｌｄ（＝共振光Ｌｂ）が光導波路３３内を伝搬する。分離されない非共振光Ｌａは、入射側光導波路３０ａを直進する直進光Ｌｃとなる。
【００３０】
光導波路３３内を伝搬した分離光Ｌｄ（＝共振光Ｌｂ）は、マイクロリング共振器３２と分離側光導波路３０ｂの組合せによる波長フィルタによって分離側光導波路３０ｂに結合される。分離側光導波路３０ｂに結合された分離光Ｌｄ（＝共振光Ｌｂ）は、分離側光導波路３０ｂ内を伝搬する。
【００３１】
光源５としては、たとえば、一般的なパルスレーザ光源、より具体的にはフェムト秒レーザと呼ばれる光源を使用することができる。フェムト秒レーザ光源は、インコヒーレントなパルス光を発する光源である。
【００３２】
光学系７としては、図１では簡単に集光レンズ７ａのみを示しているが、実際には、その他の光学部材が使用されることもある。光学系７は集光レンズ７ａなどで光源５から発せられた光（入射光と称する）Ｌを、波長フィルタリングデバイス３の側面に設けられた入射端面３０ａに集光して入射させる。
【００３３】
図１Ｂに示すように、第１実施形態の高周波信号生成装置１の波長フィルタリングデバイス３における波長選択性を有しない入射側光導波路３０ａおよび分離側光導波路３０ｂと、マイクロリング共振器３２を構成する光導波路３３との共振結合は、各光導波路３０ａ，３０ｂとマイクロリング共振器３２を構成する光導波路３３を、ＳＩＭＯＸ法により基板の厚さ方向に積層された構成としている点に特徴を有する。このようなＳＩＭＯＸ法により形成される構造のマイクロリング共振器３２を、特に、垂直結合型（Vertical coupling ）マイクロリング共振器と称する。垂直結合型マイクロリング共振器とすることで、結合効率を安定に高めることができる（詳細は第３実施形態で説明する）。
【００３４】
なお、第１実施形態の波長フィルタリングデバイス３の入射側光導波路３０ａおよび分離側光導波路３０ｂは、ＳＯＩ技術を適用してシリコン基板４上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の絶縁層を形成し、その絶縁層上にさらに単結晶シリコンＳｉの薄膜を形成し、各光導波路３０ａ，３０ｂをなす部分に所望の幅および厚さ（高さ）の尾根（ridge ／ＳＯＩ waveguide）が形成された構造をなしている。
【００３５】
ただしこれは一例であって、たとえば、シリコン基板４上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の絶縁層を形成し、その絶縁層内の各光導波路３０ａ，３０ｂをなす部分に所望の幅および厚さ（高さ）の薄膜が形成されたストリップワイヤ（ＳＯＩ waveguide）とする構造のものとしてもよい（図１Ｃ（Ｃ）を参照）。
【００３６】
波長分散デバイス９は、原理的には、屈折率ｎ１の媒体の周囲を屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）の媒体で囲んだ同軸（coaxial ）構造の一般的な光ファイバを用いることができるが、それでは、数１０ｆ（フェムト）秒程度以下の高周波のパルス信号を生成するには、たとえば数ｋｍ程度が必要になり小型のシステムを構成することができない。そこで、本実施形態では、同軸構造の一般的な光ファイバではなく、図１Ｃの各図に示すように、ＳＯＩ技術を使用して、シリコン基板４上に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の絶縁層を形成し、その絶縁層上（もしくは内）の光導波路９ａをなす部分に所望の幅および厚さ（高さ）のシリコンＳｉの薄膜が形成された構造のものとする。
【００３７】
図１Ｃ（Ａ）に示す第１例は、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の絶縁層上に、単純に単結晶シリコンＳｉの光導波路９ａを形成したもの（オンＳＯＩ構造と称する）である。これに対して、図１Ｃ（Ｂ）に示す第２例は、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の絶縁層上に、単結晶シリコンＳｉの薄膜層を形成する際に、光導波路９ａをなす部分に所望の幅および厚さ（高さ）の尾根（ridge ／ＳＯＩ waveguide）を形成した構造をなしている。図１Ｃ（Ｃ）に示す第３例は、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の絶縁層内に、単結晶シリコンＳｉの光導波路９ａを形成したストリップワイヤ（ＳＯＩ waveguide）構造をなしている。何れの構造でも、現在のＶＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）製造技術を使用して、非常に微細のパターン形成が可能である。
【００３８】
＜波長分離方法＞
図２〜図２Ｂは、光導波路３０とマイクロリング共振器３２とによる波長分離の仕組みを説明する図である。ここで、図２は、非共振光Ｌａと共振光Ｌｂの伝搬状態を説明する図である。図２Ａは、波長フィルタリングデバイス３の出射部３１ｂ（出力ポートＡ）における出力特性を説明する波長スペクトル図である。図２Ｂは、波長フィルタリングデバイス３の出射部３１ｃ（出力ポートＢ）における出力特性を説明する波長スペクトル図である。
【００３９】
光源５からは、たとえば数１０ｎｍの波長幅の入射光Ｌを発して波長フィルタリングデバイス３の入射端面３１ａに入射する。このとき、図２に示すように、マイクロリング共振器３２（光導波路３３）と波長選択性を有しない入射側光導波路３０ａや分離側光導波路３０ｂとの組合せによる波長フィルタが機能することで、マイクロリング共振器３２の共振周波数と等しい波長の光（共振光Ｌｂ）は、非常に大きな結合効率でマイクロリング共振器３２の光導波路３３部分を導波することとなる（分離され導波された成分である分離光Ｌｄを共振光Ｌｂ１とする）。
【００４０】
よって、共振光Ｌｂの殆ど（共振光Ｌｂ１）が分離側光導波路３０ｂ側へ分離され、マイクロリング共振器３２の共振周波数でない波長の光（非共振光Ｌａ）と同様に直進光Ｌｃとなる成分（共振光Ｌｂ２）は非常に少なくなる。要するに、マイクロリング共振器３２の共振周波数と等しい波長の光（共振光Ｌｂ）の大部分は、出力ポートＢの方に出力されるようになる。
【００４１】
結果的には、出力ポートＡにおける出力光（非共振光Ｌａおよび共振光Ｌｂ２について）の光強度は、図２Ａに示すように、変動が大きくなる。また出力ポートＢにおける出力光（共振光Ｌｂ１について）の光強度も、図２Ｂに示すように、変動が大きくなる。
【００４２】
たとえば数１０ｎｍの波長幅の入射光Ｌ（レーザ光）を図１Ａに示すような波長フィルタリングデバイス３、つまりＳＩＭＯＸ光導波路デバイスを用いた垂直結合型波長フィルタリングデバイスに入射させることで、図２Ａ，図２Ｂに示すように、３０ｄＢ以上の変調幅の変調光が出力されることが実験的に確認されている。このとき、マイクロリング共振器３２の大きさ（φ３２）を１００〜２００μｍ程度とすることにより、１〜２ｎｍ間隔で３０ｄＢ程度の変調が可能である。
【００４３】
＜高周波信号の生成手順：基本＞
図３は、高周波信号生成装置１による高周波数のパルス信号の生成手順の基本を説明するフローチャートである。
【００４４】
基本的な考え方は、変調度の高い波長フィルタリングデバイスと波長分散デバイスに、波長幅の広い入射光Ｌ（レーザ）を光源５から光学系７を介して入射することにより、時間的に強度が高速に変調されたパルス信号を生成する。そして、第１例の変調信号生成処理は、単発のパルスを生成する点に特徴を有する。
【００４５】
先ず、一般的なパルスレーザ光源を利用した光源５から広波長幅の入射光Ｌを発し、光学系７を介してその入射光Ｌを波長フィルタリングデバイス３の波長選択性を有しない入射側光導波路３０ａの入射端面３１ａに入射する（Ｓ１０）。入射光Ｌには、少なくとも、マイクロリング共振器３２の共振周波数と等しい波長の共振光Ｌｂを含むものとする。
【００４６】
共振光Ｌｂを含む入射光Ｌが入射された波長フィルタリングデバイス３は、マイクロリング共振器３２と入射側光導波路３０ａや分離側光導波路３０ｂの組合せで形成される波長フィルタ機能により共振光Ｌｂ成分が波長分離（波長フィルタリング）し、図２Ａや図２Ｂに示したよう、周期的な波長間隔を有する変調度の比較的大きな（たとえば３０ｄＢ以上）変調光を出力ポートＡ，Ｂより出力する（Ｓ１２）。
【００４７】
複数の波長を有する光パルスが入力された波長分散デバイス９は、光パルスを時間展開する、すなわち波長に応じて光の速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する（Ｓ１６）。これにより、波長分散デバイス９からは、入射光Ｌよりも高周波の時間軸方向に強度が変調された光パルス列、すなわち時間的に強度が変化する変調信号（時間強度変調信号と称する）が出力される。
【００４８】
変調度の高い波長フィルタリングデバイス３と波長分散デバイス９を使用することで、広波長幅の入射光Ｌに基づき、時間的に強度が高速に変調された光信号を生成することができる。パッシブな光学部材である波長フィルタリングデバイス３や波長分散デバイス９を用いることで、一般的なパルスレーザ光源などの既存の電気方式などを用いて発生した広波長幅の光パルスを、電気的な負担を掛けずに、その周波数を数倍から十数倍にすることができるようになる。
【００４９】
＜高周波信号の生成手順：第１例＞
図４は、高周波信号生成装置１による高周波数のパルス信号の生成手順の第１例を説明する図である。ここで、図４の各図は、光パルスに対しての光信号変換における各過程での波形特性（時間レートや波長レート）を示す。
【００５０】
具体的には、先ず、図４（Ａ）に示すように、数１０ｎｍの波長幅のパルスレーザ光を入力信号として波長フィルタリングデバイス３の入射端面３１ａに入射する。こうすることで、図２Ａ，図２Ｂで示したことから推測されるように、図４（Ｂ）に示すような波長スペクトルの変調光が出力ポートＡ，Ｂから出力される。図２Ａ，図２Ｂでも説明したように、マイクロリング共振器３２の大きさを１００〜２００μｍ程度をすることにより、数１０ｎｍの波長幅の入射光Ｌ（波長幅の広い光パルス）が波長分離され、１〜２ｎｍ間隔で３０ｄＢ程度の変調となる。
【００５１】
波長フィルタリングデバイス３においては波長分散機能はないので、図４（Ｃ）（時間レートで示す）に示すようにパルスレーザ光源の時間変化はそのまま維持され、数１０ｆ秒程度の時間幅の光パルスＰ１となる。
【００５２】
次に、波長フィルタリングデバイスから出力された光パルスを波長分散の大きい波長分散デバイス９に入射する。波長分散デバイス９では、複数の波長を有する光パルスに波長分散を与える、すなわち、波長に応じて光の速さが異なる処理を与えることで、波長ごとに独立な時間パルスに分離する。これにより、図４（Ｃ）に示すような時間変化を有する光パルスは、図４（Ｅ）に示すような波長ごとに独立な時間パルス（光パルス列とも称する）に分離される。
【００５３】
時間パルスのそれぞれも光パルスであり、光パルスは複数の波長成分の集合と考えることができるので、その波長スペクトルは図４（Ｆ）に示すようになる。このとき、波長分散デバイス９により波長データは変化しないので、図４（Ｆ）に示す出力の波長スペクトルは図４（Ｂ）に示すと同様である。
【００５４】
以上のことから分かるように、第１例の高周波信号生成処理によれば、複数の波長成分を有する比較的広帯域の光パルス（図４（Ａ））に対して、パッシブデバイスである、波長フィルタリングデバイス３と波長分散デバイス９を適用して光信号の変換を行なうことで、より高周波の光パルス列（図４（Ｅ））を生成することができる。
【００５５】
＜高周波信号の生成手順：第２例＞
図５は、高周波信号生成装置１による高周波数のパルス信号の生成手順の第２例を説明する図である。ここで、図５の各図は、光パルスに対しての光信号変換における各過程での波形特性（時間レートや波長レート）を示す。
【００５６】
第２例の高周波信号生成処理は、連続的なパルスを生成する点に特徴を有する。基本的な手順は、図３に示したフローチャートの通りであるが、等間隔な周期を持つ連続的なパルスを入力する点が異なる。
【００５７】
たとえば、先ず第１例と同様に、数１０ｎｍの波長幅の図５（Ａ）（時間レートで示す）に示すような複数パルスレーザ光を入力信号として波長フィルタリングデバイス３の入射端面３１ａに入射する。こうすることで、図５（Ｂ）に示すような、１〜２ｎｍ間隔で３０ｄＢ程度の変調となる波長スペクトルの変調光が出力ポートＡ，Ｂから出力される。
【００５８】
ここで、波長分散デバイス９の特性を、光パルスに含まれる各波長に対して、光パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３の間を均一に埋めるような分散をを与えるようにすることにより、波長分散デバイス９からの出力は図５（Ｃ）に示すように、同周期の時間パルスに変換されることになる。この複数の光パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を均一に高周波パルスで埋めることは、波長分散を波長分散デバイス９により与える場合においては、その長さを調整することにより容易に調整できる。
【００５９】
同周期の時間パルスのそれぞれも光パルスであり、光パルスは複数の波長成分の集合と考えることができるので、その波長スペクトルは図５（Ｄ）に示すようになる。このとき、波長分散デバイス９により波長データは変化しないので、図５（Ｄ）に示す出力の波長スペクトルは図５（Ｂ）に示すと同様である。
【００６０】
以上のことから分かるように、第２例の高周波信号生成処理によれば、複数の波長成分を有する比較的広帯域の光パルス（図４（Ａ））に対して、パッシブデバイスである、波長フィルタリングデバイス３と波長分散デバイス９を適用して光信号の変換を行なうことで、連続でより高周波の光パルス列（図５（Ｃ））を生成することができる。
【００６１】
＜＜第２実施形態＞＞
図６および図６Ａは、本発明に係る高周波信号生成装置の第２実施形態を説明する図である。ここで、図６は、第２実施形態の高周波信号生成装置１の全体構造を示す斜視図である。図６Ａは、第２実施形態の高周波信号生成装置１の波長フィルタリングデバイス３の平面図である。
【００６２】
第２実施形態の高周波信号生成装置１は、第１実施形態の高周波信号生成装置１に対して、波長フィルタリングデバイス３の分離側光導波路３０ｂを取り外して、出力ポートＡのみで変調信号を取得する構造にしたものである。波長フィルタリングデバイス３には分離側光導波路３０ｂを設けていないので、第２実施形態の高周波信号生成装置１としては、第２の検知部９ｂを設けていない。
【００６３】
出力ポートＡのみで変調信号を取得する構造にした第２実施形態の高周波信号生成装置１は、構成する全ての光導波路を直線状に構成することができるので、レイアウトが単純となる効果が得られる。
【００６４】
＜＜第３実施形態＞＞
図７および図７Ａは、本発明に係る高周波信号生成装置の第３実施形態を説明する図である。ここで、図７は、第３実施形態の高周波信号生成装置１の波長フィルタリングデバイス３の平面図である。図７Ａは、図７の波長フィルタリングデバイス３の断面図（図７ＡのＡ−Ａ’線）である。図７Ｂは、第１および第３実施形態の高周波信号生成装置１の各波長フィルタリングデバイス３の相違を説明する図である。
【００６５】
図７および図７Ａに示すように、第３実施形態の高周波信号生成装置１（波長フィルタリングデバイス３）における波長選択性を有しない入射側光導波路３０ａおよび分離側光導波路３０ｂと、マイクロリング共振器３２を構成する光導波路３３との共振結合は、各光導波路３０ａ，３０ｂとマイクロリング共振器３２を構成する光導波路３３を、基板の平面方向に並べて配置された構成としている点に特徴を有する。このよう構造のマイクロリング共振器３２を、特に、面内結合型（Lateral coupling）マイクロリング共振器と称する。
【００６６】
面内結合型マイクロリング共振器とすることで、ＳＩＭＯＸを用いずに露光技術を適用した単純なエッチング工程によりマイクロリング共振器３２を形成できる利点がある。反面、図７Ｂに示すように、垂直結合型マイクロリング共振器に比べて結合効率が低下する。
【００６７】
すなわち、図７Ｂに示す結合効率の特性図から理解されるように、結合効率はギャップに大きく左右され、共振結合部分のギャップが０．１μｍ程度では結合効率が０．４以上あるが、ギャップが０．１５μｍ程度以上になると結合効率が極端に小さくなる。そういった点では、ギャップを０．１μｍ程度以下となるように管理する必要がある。
【００６８】
垂直結合型マイクロリング共振器は、酸素イオン注入によるＳＯＩ作成技術であるＳＩＭＯＸ技術で生成できるので、露光技術を適用して製造される面内結合型マイクロ共振器に比較して、リング状の光導波路３３と直線状の光導波路３０（入射側光導波路３０ａや分離側光導波路３０ｂ）との距離（ギャップ：gap ）を露光精度に依存することなく均一に形成することができるので、ギャップを０．１μｍ程度以下となるように管理することが可能であり、結合効率を安定に高めることに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る高周波信号生成装置の第１実施形態の全体構造を示す斜視図である。
【図１Ａ】第１実施形態の高周波信号生成装置の波長フィルタリングデバイスの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの波長フィルタリングデバイスの断面図（図１ＡのＡ−Ａ’線）である。
【図１Ｃ】高周波信号生成装置に用いられる波長分散デバイスの構成例を示す図である。
【図２】光導波路とマイクロリング共振器による波長分離の仕組みにおける非共振光と共振光の伝搬状態を説明する図である。
【図２Ａ】波長フィルタリングデバイスの出射部（出力ポートＡ）における出力特性を説明する波長スペクトル図である。
【図２Ｂ】波長フィルタリングデバイスの出射部（出力ポートＢ）における出力特性を説明する波長スペクトル図である。
【図３】高周波信号生成装置による高周波数のパルス信号の生成手順の基本を説明するフローチャートである。
【図４】高周波信号生成装置による高周波数のパルス信号の生成手順の第１例を説明する図である。
【図５】高周波信号生成装置による高周波数のパルス信号の生成手順の第２例を説明する図である。
【図６】本発明に係る高周波信号生成装置の第２実施形態の全体構造を示す斜視図である。
【図６Ａ】第２実施形態の高周波信号生成装置の波長フィルタリングデバイスの平面図である。
【図７】本発明に係る高周波信号生成装置の第３実施形態の全体構造を示す斜視図である。
【図７Ａ】第３実施形態の高周波信号生成装置の波長フィルタリングデバイスの平面図である。
【図７Ｂ】第１および第３実施形態の高周波信号生成装置の各波長フィルタリングデバイスの相違を説明する図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…高周波信号生成装置、３…波長フィルタリングデバイス、３０…光導波路、３０ａ…入射側光導波路、３０ｂ…分離側光導波路、３０ｃ…反転路、３１ａ…入射端面、３１ｂ…出射部、３１ｃ…出射部、３２…マイクロリング共振器、３３…光導波路、４…シリコン基板、５…光源、７…光学系、７ａ…集光レンズ、９，９ａ，９ｂ…波長分散デバイス、Ｌ…入射光、Ｌａ…非共振光、Ｌｂ…共振光、Ｌｃ…直進光，Ｌｄ…分離光
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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