(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射膜が形成された入射側端面を介して光を出射する入射側光ファイバと、上記入射側光ファイバから出射された光を伝搬させる光導波路と、反射膜が形成された出射側端面を有し、上記出射側端面により上記光導波路を伝搬する光を上記入射側端面と往復反射できるように、上記導波路を介して上記入射側光ファイバと対向するように配された出射側光ファイバと、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段を備え、上記入射側端面及び上記出射側端面は、上記光導波路を伝搬する光を共振させ、上記光導波路は、電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、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光導波路において共振された光の位相を変調し、上記入射側光ファイバから出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共振器であって、
上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことを特徴とする光共振器。
【請求項２】
上記入射側端面及び／又は上記出射側端面を、上記光導波路の端面に接触させて構成することを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項３】
上記入射側端面に形成された反射膜及び／又は上記出射側端面に形成された反射膜は、互いに屈折率が異なる材料を交互に積層した誘電体多層膜により構成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４】
上記入射側端面は、上記入射側光ファイバから出射された光の周波数において最大の透過率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】
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鏡及び出射側反射鏡から構成され、入射側反射鏡を介して入射された光を共振させる共振手段と、
電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、上記入射側反射鏡と上記出射側反射鏡間に配され、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、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変調手段とを備え、
上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことを特徴とする光周波数コム発生器。
【請求項６】
上記入射側反射鏡及び出射側反射鏡は、上記光変調手段の入射側端面又は／及び出射側端面に形成した反射膜であることを特徴とする請求項５記載の光周波数コム発生器。
【請求項７】
上記入射側端面は、上記入射側光ファイバから出射された光の周波数において最大の透過率を有することを特徴とする請求項５記載の光周波数コム発生器。
【請求項８】
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、
電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、上記入射側反射膜と上記出射側反射膜間に配され、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、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変調手段とを備え、
上記入射された光は、端面に高反射膜を形成した光ファイバから出射され、当該高反射膜と上記入射側反射膜との間で共振した光であり、
上記入射側反射鏡は、上記入射された光の周波数において最大の透過率を有し、
上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことを特徴とする光周波数コム発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光共振器並びに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】
光共振器は、例えば光周波数測定や、光通信における微小信号検出等、様々な光応用技術に適用される。特に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の要請に応えるべく、導波路に閉じ込めた光を共振させる導波路型光共振器が多用されるようになっている。
【０００３】
かかる導波路型光共振器における従来の構成例について詳細に説明する。
【０００４】
図１７は、従来における導波路型光共振器７を示している。この導波路型光共振器７は、基板７１と、導波路７２と、入射側反射膜７３と、出射側反射膜７４とを備える。
【０００５】
基板７１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７１上では、プロトン交換やチタン拡散等により導波路７２を成長させるため、機械研磨や化学研磨等の処理が施される場合もある。
【０００６】
導波路７２は、入射側反射膜７３を介して入射された光を伝搬させるために、基板７１を含む他の層より屈折率が高めに設定される。このため、導波路７２へ入射された光は、屈折率勾配による蛇行を繰り返しながら伝搬し、出射側反射膜７４を介して外部へ出射する。なお、導波路７２は、伝搬モードがシングルモードであることが望ましい。
【０００７】
入射側反射膜７３及び出射側反射膜７４は、それぞれ導波路端面に形成されたいわゆる反射ミラーであり、導波路７２を伝搬する光を往復反射させることにより共振させる。ちなみにこの入射側反射膜７３及び出射側反射膜７４は、例えば１００％に近い反射率を有する誘電体多層膜であり、屈折率が大小異なる薄膜を交互に重ねて蒸着することにより得られる。なお共振させた光を外部に取り出すため、出射側反射膜７４の反射率は、１００％よりやや低めに設定する。
【０００８】
この光共振器の外部には入射側光ファイバ８及び／又は出射側光ファイバ９が配される場合がある。
【０００９】
入射側光ファイバ８は、クラッド層８１の内側に形成されたコア層８２を通じて光を出射する。この出射された光は、入射側反射膜７３を介して導波路型光共振器７における導波路７２内部を伝搬する。
【００１０】
出射側光ファイバ９は、導波路型光共振器７から出射側反射膜７４を介して光が入射される。出射側光ファイバ９は、該入射された光を、クラッド層９１内側に形成されたコア層９２を通じて伝播する。
【００１１】
ちなみに、入射側光ファイバ８,出射側光ファイバ９と、導波路７２との光結合は、図１７に示すような間隙を介して光を入出射する場合のみならず、入射側光ファイバ８,出射側光ファイバ９と導波路７２とを接触することにより構成しても良く、また図示しない非球面レンズを介して光を入出射する場合や、各光ファイバ先端に図示しない先球レンズを設けて光のスポットサイズを調整する場合もある。
【００１２】
なお、この光導波路を用いた導波路型光共振器７の応用例として、光周波数コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）等が挙げられる。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。そして、発生させ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に亘る広帯域ヘテロダイン検波系を構築することが可能となる。
【００１３】
図１８は、この従来における光周波数コム発生器３０の原理的な構造を示している。
【００１４】
この光周波数コム発生器３０は、光位相変調器３１１と、この光位相変調器３１１を介して互いに対向するように設置された反射鏡３１２,３１３を備える光共振器３１０が使用されている。
【００１５】
この光共振器３１０は、反射鏡３１２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、反射鏡３１２，３１３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔが反射鏡３１３を介して出射する。光位相変調器３１１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３１０を通過する光に対して、電極３１６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。
【００１６】
この光周波数コム発生器３０において、光が光共振器３１１内を往復する時間に同期した電気信号を電極３１６から光位相変調器３１１へ駆動入力とすることにより、光位相変調器３１１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。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、導波路型光共振器７の低損失化、高効率化を図るためには、導波路７２内における光損失を低減させることにより、共振器全体のフィネスを向上させる必要がある。この導波路型７２内の光損失は、導波路７２自体の損傷や、入射側反射膜７３,出射側反射膜７４の反射率や傾き等に起因する。
【００１８】
しかしながら、上述の導波路７２は、導波路型光共振器７の表面近傍に形成されるため、構造上損傷が生じやすい。図１９は、導波路型光共振器７の各層のサイズを示しており、図１９(a)は正面図、図１９(b)は側面図である。導波路型光変調器７は、図１９(b)に示すように、厚さ５００μｍのＬｉＮｂＯ３基板上に、厚さ約３〜５μｍの導波路７２が形成され、更にその上に厚さ１μｍのＳｉＯ２膜が形成されている。このため、図１９(a)に示すように、表面の角部分等に僅かな損傷があれば、入射側反射膜やＳｉＯ２膜を介して、導波路７２から光が漏洩してしまい、フィネスを向上させることができないという問題点がある。
【００１９】
また、上述の導波路型光共振器７は、上述の入射側反射膜７３及び出射側反射膜７４の蒸着時において、各材料の熱膨張係数等に基づく内部応力が端面に生じる場合がある。これに伴い、図２０(a),(b)に示すように例えば入射側反射膜７３において角部分に歪みが生じるため、入射側反射膜７３,出射側反射膜７４の反射率特性に誤差が生じ、光損失の原因となる。
【００２０】
さらに、上述した光周波数コム発生器３０において、共振させる光の損失を抑えるために高反射率の反射鏡を用いる必要があるが、この高反射率の反射鏡は、外部の光源から供給される光をも反射することとなり、光の入射時の光損失が大きくなるという問題点があった。
【００２１】
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、導波路内を伝搬する光の損失を低減し、フィネスを高めた高効率の光共振器を提供することを目的とする。また本発明は、入射時の光損失を低減し、フィネスを高めた高効率の光周波数コム発生器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反射膜が形成された入射側端面を介して光を出射する入射側光ファイバと、上記入射側光ファイバから出射された光を伝搬させる光導波路と、反射膜が形成された出射側端面を有し、上記出射側端面により上記光導波路を伝搬する光を上記入射側端面と往復反射できるように、上記導波路を介して上記入射側光ファイバと対向するように配された出射側光ファイバと、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段を備え、上記入射側端面及び上記出射側端面は、上記光導波路を伝搬する光を共振させ、上記光導波路は、電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、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光導波路において共振された光の位相を変調し、上記入射側光ファイバから出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共振器であって、上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことを特徴とする。
【００２３】
この光共振器は、光導波路内部を伝搬する光を、光導波路両端に配された、入射側光ファイバの先端に形成された入射側端面と、出射側光ファイバの先端に形成された出射側端面により共振させる。
【００２４】
本発明に係る光周波数コム発生器は、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鏡及び出射側反射鏡から構成され、入射側反射鏡を介して入射された光を共振させる共振手段と、電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、上記入射側反射鏡と上記出射側反射鏡間に配され、上記発振手段から供給された上記変調信号に基づき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変調手段とを備え、上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る光周波数コム発生器は、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、電界を印加することにより屈折率が変化する電気光学結晶からなり、上記入射側反射膜と上記出射側反射膜間に配され、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、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変調手段とを備え、上記入射された光は、端面に高反射膜を形成した光ファイバから出射され、当該高反射膜と上記入射側反射膜との間で共振した光であり、上記入射側反射鏡は、上記入射された光の周波数において最大の透過率を有し、上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことを特徴とする。
【００２６】
これらの光周波数コム発生器は、光源から供給される光のみ透過できるように入射側反射鏡の反射率を制御することにより、電気光学結晶内部において共振する光の損失を軽減する。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１は、本発明を適用した導波路型光共振器１の構成を示す図である。この導波路型光共振器１は、導波路１２を積層させた基板１１と、この基板１１を介して互いに対抗するように設置された入射側光ファイバ１９と出射側光ファイバ３０とを備える。
【００２９】
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上では、導波路１２を成長させるため、機械研磨や化学研磨等の処理が施される場合もある。
【００３０】
導波路１２の作製プロセスは、先ず基板１１として用いたＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３等の結晶上へパターニングを行い、Ｔｉを蒸着後、リフトオフを行う。そして、酸素ウェット雰囲気中において、１０００℃で約１０時間加熱処理を行うことにより、蒸着したＴｉを熱拡散させて作製する。ちなみに、作製した高屈折率の導波路１２を、例えばＳｉＯ２等の低屈折率材料のクラッド層１３で覆うことにより、外部から入射された光を導波路１２を介して伝搬させることができる。
【００３１】
また作製した導波路１２において、光が入射する側の端面（以下、端面Ａと称する）と、光が出射させる側の端面（以下、端面Ｂと称する）については、導波路型光共振器１をウエハから切り出し後に、表面粗さを低減させるべく（望ましくは、使用波長がλのときに、約λ／２０になるように）、例えば機械研磨や化学研磨等が施される。さらに、この端面Ａ,Ｂは、導波路１２に対して垂直となるように（望ましくは、誤差が±０．１°以下になるように）調整が施される。
【００３２】
入射側光ファイバ１９は、クラッド２１の内側に形成されたコア２２を通じて光を伝搬させる。また、この入射側光ファイバ１９は、端面に形成された誘電体多層膜２３を介して導波路１２へ光を出射する。誘電体多層膜２３表面は、端面Ａに突き当てたときに散乱が生じない程度まで（例えば、使用波長λに対して約λ／２０になるように）研磨等が施され、表面粗さを低減させる。
【００３３】
出射側光ファイバ３０は、端面に形成された誘電体多層膜３３を介して、導波路１２から光が入射される。出射側光ファイバ３０は、導波路１２から入射された光を、クラッド３１内側に形成されたコア３２を通じて伝播する。ちなみに、この誘電体多層膜３３表面についても、誘電体多層膜２３と同程度まで研磨が施される。
【００３４】
なお、この入射側光ファイバ１９,出射側光ファイバ３０は、図２に示すように、各誘電体多層膜２３,３３の表面を凸状に研磨して仕上げても良い。これにより、入射側光ファイバ１９及び出射側光ファイバ３０の端面Ａ,Ｂに対する突き当てが容易になる。また、この凸面を導波路上に設けることも可能である。
【００３５】
ちなみに、この入射側光ファイバ１９及び出射側光ファイバ３０は、誘電体多層膜２３,３３表面が、端面Ａ,Ｂに対して完全に突き当たるよう固定される。すなわち、各光ファイバ２０,３０と、導波路１２との光結合系は、非球面レンズを介さずに直接的に光を入出射させる構成となる。
【００３６】
誘電体多層膜２３,３３を構成する各層の厚さは、使用波長λに対して、約λ／４であり、屈折率が大小異なる薄膜を交互に重ねて蒸着することにより構成する。この誘電体多層膜２３,３３は、反射する光の波長に応じて、屈折率の異なる材料を交互に積層することにより、所望の反射率に制御することができる。このため積層する材料により、誘電体多層膜２３,３３を、導波路１２内部で共振させる光の波長に対してほぼ全反射になるミラーにすることも可能となる。換言すれば、導波路１２を介して一対の平行な反射鏡が対向配置されている状態にすることも可能である。これにより、導波路１２内部に閉じ込められた光をファブリペロー共振させることも可能となる。
【００３７】
ちなみに、本発明では誘電体多層膜２３,３３を、端面Ａ,Ｂに突き当てることを前提としているため、所望の反射率を得るためには、導波路１２に使用する材料の屈折率に応じて（例えば、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の屈折率に対して）材料が選択される。がなされる。
【００３８】
また誘電体多層膜２３の反射率は、１００％よりやや低めになるように設定する。これにより、コア２２を伝搬してきた光は、僅かな透過率によって、導波路１２へ入射結合することができる。この入射結合した光は、導波路１２内部を伝搬して、誘電体多層膜３３により反射され、導波路１２内部を逆方向へ伝搬する。この逆方向へ伝搬した光は、再度誘電体多層膜２３により反射される。これを繰り返すことにより、導波路１２内部に光を閉じ込め、共振させることができる。
【００３９】
また誘電体多層膜３３の反射率の設定如何により、導波路１２内部で共振している光を僅かながら外部へ透過させ、出射側光ファイバ３０へ出射結合させることも可能する。出射側光ファイバ３０へ出射結合した光をコア３２を介して取り出すことにより、計測等の利用に供することも可能である。
【００４０】
次に、入射側光ファイバ１９及び出射側光ファイバ３０先端の形状について説明する。
【００４１】
図３は、誘電体多層膜２３が形成された入射側光ファイバ１９の先端の形状を示している。この図３に示す例では、クラッド２１の直径が約１２５μｍであり、コア２２の直径が約３〜５μｍである。また、コア２２を中心に伝搬する光のビーム径は、約１０μｍ程度である。
【００４２】
すなわち、誘電体多層膜２３におけるコア２２周辺は、厚いクラッド２１に包み込まれているため、外部からの損傷を受けにくい設計となっている。特に傷や損傷、内部応力による歪みは、図４に示すように誘電体多層膜２３の角部分に生じやすい。しかしながら、厚いクラッド２１によりコア層をカバーする誘電体多層膜２３は、この角部分において数十μｍの剥がれが生じても、コア２２周辺は殆ど影響を受けない。
【００４３】
このように、コア２２周辺において、損傷による影響を殆ど受けない誘電体多層膜２３,３３を導波路１２両端から突き当てることにより、導波路１２から光が漏洩することがなくなるため光損失を軽減でき、導波路型光共振器１全体のフィネスを向上させることができる。
【００４４】
本発明を適用した導波路型光共振器１は、導波路１２内部を伝搬する光を、導波路１２両端にそれぞれ配された入射側光ファイバ１９の誘電体多層膜２３と、出射側ファイバ３０の先端に形成された誘電体多層膜３３により共振させる。これにより、本発明を適用した導波路型光共振器１は、損傷による影響を殆ど受けない誘電体多層膜２３,３３により光を往復反射させることができるため、光を漏洩させることなくフィネスを向上させることができる。
【００４５】
次に、入射時の光損失を低減し、フィネスを高めた光周波数コム発生器について説明をする。
【００４６】
図５は、本発明を適用したバルク型光周波数コム発生器１０の構成を示す図である。このバルク型光周波数コム発生器１０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３からなる光共振器１１０と、発振器１１７とを備える。
【００４７】
光共振器１１０は、入射側反射鏡１１２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔを出射側反射鏡１１３を介して出射する。
【００４８】
光位相変調器１１１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等のバルク結晶からなり、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光デバイスである。この光位相変調器１１１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物理現象を利用し、通過する光の変調を行う。
【００４９】
入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３は、光共振器１１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
【００５０】
入射側反射鏡１１２は、光位相変調器１１１の光入射側に配され、図示しない光源から周波数ν１の光Ｌｉｎが入射される。また、この入射側反射鏡１１２は、出射側反射鏡１１３を反射して光位相変調器１１１を通過した光を反射する。
【００５１】
出射側反射鏡１１３は、光位相変調器１１１の光出射側に配され、光位相変調器１１１を通過した光を反射する。またこの出射側反射鏡１１３は、光位相変調器を通過した光を一定の割合で外部に出射する。
【００５２】
なお、この入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３は、図５に示すように光位相変調器１１１の外部に配される場合のみならず、光位相変調器１１１の入射側端面及び出射側端面に、多層膜端面ミラーとして装着してもよい。
【００５３】
電極１１６は、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して直角になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成される。電極１１６は、発振器１１７から供給された電気信号を光位相変調器１１１へ駆動入力する。また、発振器１１７は、電極１１６に接続され、周波数ｆｍ（例えば、約１０ＧＨｚ）の電気信号を供給する。
【００５４】
上述の構成からなるバルク型光周波数コム発生器１０において、光が光共振器１１０内を往復する時間に同期した電気信号を電極１１６から光位相変調器１１１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、入射光の周波数を中心として、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。また、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と同等である。
【００５５】
またこのバルク型光周波数コム発生器１０により発生させた多数の光周波数コムに基づき、被測定光の周波数を決定することができる。例えば、図６(a)に示すように、周波数ν１の入射光は、光位相変調器１１１により周波数ｆｍで変調され、図６(b)に示すような、周波数間隔ｆｍのサイドバンドからなる光周波数コムを発生させる。この光周波数コムは、周波数ν２の被測定光を重ね合わせ、光検出器１１に入射する。被測定光の周波数ν２は、図６(b)に示すとおり、光周波数コムとして発生した第Ｎ番目のサイドバンドとの間のビート周波数Δνを周波数計数装置１２により測定すれば｜ν１−ν２｜を決定することができ、また、これに伴って被測定光の周波数ν２を決定することも可能である。
【００５６】
次に光共振器１１０を構成する入射側反射鏡１１２及び出射側反射鏡１１３の反射率について説明する。
【００５７】
入射側反射鏡１１２の反射率は、図７(a)に示すように、入射光の周波数ν１において最小となるように設定されている。また、この入射側反射鏡１１２の反射率は、周波数ν１以外の帯域において、ν１における反射率よりも高く設定されている。反射率の分布曲線は、ν１において極小となるが、曲線の傾きは、急峻である場合のみならず、緩やかな場合であってもよい。すなわち、入射光は、入射側反射鏡をある一定の帯域幅をもって透過することも可能である。更に、ν１における反射率の大小についても、０％に漸近する場合のみならず、ほぼ１００％に近い場合であってもよい。
【００５８】
また、この入射側反射鏡１１２の透過率は、反射率と対照的な性質を示すため、入射光の周波数ν１において最大となる。また、周波数ν１以外の帯域においては、低透過率となる。すなわち、透過率がｔ％であり、反射率がｒ％であるときには、
ｔ［％］＋ｒ［％］  １００［％］
の関係が成立する。
【００５９】
出射側反射鏡１１３は、共振光の損失を低減させるため、図８に示すように一定の高反射率を維持している。一方、生成した光周波数コムを被測定光と干渉させるところ、一定の割合で光を外部に出射する必要があり、出射側反射鏡１１３を全反射に設定することはできない。従って、図８に示すように、出射側反射鏡１１３は、反射率を１００％より若干低く、例えば９７％程度に設定している。
【００６０】
出射側反射鏡１１３は、反射率の分布曲線をフラットな形状に制御することにより、生成した広帯域にわたる光周波数コム全てを外部に出射する。
【００６１】
本発明を適用したバルク型光周波数コム発生器１０は、入射側反射鏡１１２、及び出射側反射鏡１１３の反射率を上述のように制御することにより、光源から供給される周波数ν１の光は、容易に入射側反射鏡１１２を介して光位相変調器１１１へ入射することができる。また、光位相変調器１１１内部において共振する光に変調信号を駆動入力することにより、広帯域にわたり多数のサイドバンドが発生するが、入射側反射鏡１１２の透過率は、周波数ν１以外の帯域において低く設定されているため、図７(b)に示すとおり、発生した光周波数コムの殆どのサイドバンドは、入射側反射鏡１１２を介して外部に透過することはなく、光位相変調器１１１内部において往復反射を繰り返すこととなる。
【００６２】
また、本発明を適用したバルク型光周波数コム発生器１０は、入射側反射鏡１１２を介して入射光の透過可能な帯域幅（ＢＷ）を序々に狭めることにより、共振時における光の損失を序々に軽減させることができる。これにより各サイドバンドの光量は、図７(c)に示すように、ＢＷを狭めるにつれて、序々に増大することとなる。
【００６３】
一方、入射光の透過可能な帯域幅が、図７(c)に示すように例えば、ＢＷが８０ＧＨｚと、周波数ｆｍの約８倍程度もあるような場合でも、本発明を全く適用していない場合と比較して、共振時の光損失を軽減させることが可能となる。すなわち、本発明は、入射側反射鏡１１２において、入射光の周波数ν１以外の周波数帯域を透過させることができる場合でも、周波数ν１において反射率が最小であればよい。また、本発明を適用したバルク型光周波数コム発生器１０は、入射光の周波数ν１のみ透過可能とし、かつ周波数ν１における反射率が０％、周波数ν１以外の帯域における反射率が１００％の場合、すなわち理想状態において、図７(c)に示すように共振時における光の損失を最低限度にまで抑え込むことが可能となり、サイドバンドの光量が最大となる。
【００６４】
このバルク型光周波数コム発生器１０は、入射光の周波数ν１以外の帯域のサイドバンドの外部への透過を防止することができる。これにより、光損失を軽減でき、効率よく光周波数コムを生成することができる。加えて、入射光の周波数ν１において透過率は最大となり、入射時の光損失を軽減することができるため、バルク型光周波数コム発生器１０の更なる効率化を図ることができる。また、小出力の光源を使用する場合においても、このバルク型光周波数コム発生器１０により、共振光出力を増大させることも可能となる。
【００６５】
なお、本発明に係る光周波数コム発生器は、上述のバルク型光周波数コム発生器１０の構成に限定されるものではない。例えば図９に示すように、導波路型光変調器を用いた導波路型光周波数コム発生器２０にも適用可能である。
【００６６】
この導波路型光周波数コム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。
【００６７】
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上に導波路２０２層をエピタキシャル成長させるため、通常、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。
【００６８】
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。
【００６９】
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、この電極２０３を設けることにより、導波路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。また電極２０３以外の電極については接地されていることが条件となる。
【００７０】
この導波路型光変調器２００は、図１０に示すように、導波路の両脇において対向するように電極３０３を設けることも可能である。この図１０において、導波路における光の伝搬方向と変調電界の方向は直角となる。
【００７１】
すなわち、この導波路型光変調器２００は、設ける電極の種類により光の伝搬モードを制御することができる。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
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。
【００７４】
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。
【００７５】
また、この導波路型光周波数コム発生器２０は、バルク型光周波数コム発生器１０と比較して、光を狭小な光導波路に押し込めて変調させることができるため、変調指数βを大きくすることができる。図１１は、バルク型光周波数コム発生器１０又は導波路型光周波数コム発生器２０により発生させた光周波数コムと、周波数の関係を示している。変調指数βが約３ｒａｄの導波路型光周波数コム発生器２０は、変調指数が１ｒａｄ以下であるバルク型光周波数コム発生器１０と比較して発生するサイドバンド数やサイドバンドの光量が多い。すなわち、発生させたサイドバンドの全光量に対する周波数ν１の光量の占める割合は、導波路型光周波数コム発生器２０の方が、バルク型光周波数コム発生器と比較して低い。
【００７６】
入射側反射鏡１１２及び入射側反射膜２０４の反射率は、周波数ν１において最小に設定されているため、周波数ν１の光は、入射側反射鏡１１２又は入射側反射鏡２０４を介して外部へ出射する。すなわち、周波数ν１の光量の割合が低い導波路型光周波数コム発生器２０は、バルク型光周波数コム発生器１０と比較して入射側反射膜を通して外部に出射する光量を低く抑えることが可能となる。これにより、導波路型光周波数コム発生器２０は、バルク型光周波数コム発生器１０と比較して、変調時の光損失をより軽減させることができる。
【００７７】
更に、この導波路型光周波数コム発生器２０は、バルク結晶を用いるバルク型光周波数コム発生器１０と比較して、小型化を図ることができ、寄生容量や寄生インダクタンスを抑えることが可能となる。これにより、印加電圧を低減できることから、デバイスの高速化を図ることができ、また他の超高速光デバイスとの集積化も可能となる。
【００７８】
次に導波路型光周波数コム発生器２０を構成する入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５の反射率について説明する。
【００７９】
入射側反射膜２０４の反射率は、バルク型光周波数コム１０における入射側反射鏡１１２の反射率と同様であり、図７に示すように入射光の周波数ν１において最小となるように制御される。また、周波数ν１以外の帯域においては、高反射率となるように制御される。
【００８０】
また、この入射側反射膜２０４の透過率も同様に、反射率と対照的な性質を示すため、入射光の周波数ν１において最大となる。
【００８１】
出射側反射膜２０５は、共振光の損失を低減させるため、バルク型光周波数コム１０における出射側反射鏡１１３と同様に  一定の高反射率を維持している。
【００８２】
また、本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器は、更に以下に説明する構成を採用することも可能である。
【００８３】
図１２は、ファブリペロー共振した光が入射される導波路型光周波数コム発生器５０の入射側結合系４の側面図を示している。この入射側結合系４は、光ファイバコア６０２から光を出射する光ファイバ６０と、導波路型光周波数コム発生器５０から構成される。またこの入射側結合系４において、光ファイバコア６０２から出射された光は、導波路型光周波数コム発生器５０における入射側反射膜５０１と、光ファイバ６０の端面に施されたファイバ反射膜６０１との間でファブリペロー共振する。すなわち、この入射側反射膜５０１とファイバ反射膜６０１とのギャップの長さと、光の周波数から求まる共振条件を満たした光のみが入射側反射膜５０１を透過し、導波路２０２へ高効率で入射結合できる。
【００８４】
図１３（ａ）（ｂ）は、入射側反射膜５０１−ファイバ反射膜６０１間のギャップに対する、周波数ν１の入射光の入射側反射膜５０１における反射率、透過率の関係を示している。このギャップを変化させることにより周波数ν１における共振条件を満たすと、反射率が低くなり、透過率が高くなる。すなわち、共振条件を満たし、光の群速度に対応する長さにギャップを制御すれば、周波数ν１の入射光のみ入射側反射膜５０１を効率よく透過させることが可能となる。
【００８５】
なお、このギャップの長さは、なるべく短い方が望ましく、またギャップの光路長は、ギャップ部に接着剤等を充填する場合も含めて、波長の１０倍程度に制御することが望ましい。
【００８６】
図１４（ａ）（ｂ）は、入射側反射膜−ファイバ反射膜間のギャップの長さがａであるときの、入射側反射膜５０１における、各周波数に対する反射率、透過率の関係を示している。周波数ν１以外の帯域においては、透過率が低く、反射率が高くなるため、発生したサイドバンドの外部透過を防止することができる。これにより、導波路型光周波数コム発生器５０内に光を効率よく閉じ込めることができ、光損失を軽減することができる。
【００８７】
なお、入射側反射膜５０１において設定されている反射率は、入射光の周波数ν１において最小となるように設定されている場合のみならず、全ての周波数帯域において自由に設定しても本発明の効果を得ることは可能である。なお、全ての周波数帯域において反射率が１００％に漸近する場合に、ν１以外の帯域において発生したサイドバンドを最も効率よく反射させて導波路型光周波数コム発生器５０内部に閉じ込めることができる。
【００８８】
本発明を適用した導波路型光周波数コム発生器２０は、入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５の反射率を上述のように制御することにより、光源から供給される周波数ν１の光は、容易に入射側反射膜２０４を介して導波路型光変調器へ入射することができる。また、導波路２０２内部において共振する光に変調信号を駆動入力することにより、広帯域にわたり多数のサイドバンドが発生するが、入射側反射膜２０４の透過率は、周波数ν１以外の帯域において低く設定されている。これにより、発生した光周波数コムの殆どのサイドバンドは、入射側反射膜２０４を介して外部に透過することはなく、導波路２０２内部において往復反射を繰り返すこととなる。
【００８９】
すなわち、入射側反射膜２０４を備える導波路型光周波数コム発生器２０は、デバイスの高速化を図ることができ、またバルク型光周波数コム１０と同様に、光損失を軽減でき、フィネスを向上させることができることから、効率よく光周波数コムを生成することができる。また、この導波路型光周波数コム発生器２０は、入射光の周波数ν１において透過率は最大となるため、入射時に光損失を軽減することができ、更なる高効率化を図ることができる。また、小出力の光源を使用する場合においても、この導波路型光周波数コム発生器２０により、共振光出力を増大させることも可能になる。
【００９０】
なお、本発明に係る導波路型光周波数コム発生器２０及び導波路型光共振器１は、更に以下に説明する導波路型光周波数コム発生器５に応用することができる。
【００９１】
この導波路型光周波数コム発生器５は、図１５に示すように、導波路型光変調器６と、入射側光ファイバ１９と、出射側光ファイバ３０から構成される。
【００９２】
導波路型光変調器６は、基板１１と、導波路１２と、クラッド層１３と、電極５１とを備える。なお、上述の導波路型光共振器１と同一の構成要素、部材は、導波路型光共振器１の説明を引用する。
【００９３】
電極５１は、クラッド層１３の上に設けられ、例えばＡｌやＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、発振器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。
【００９４】
入射側光ファイバ１９,出射側光ファイバ３０は、先端に形成された誘電体多層膜２３,３３を、端面Ａ,Ｂに完全に突き当たるように固定される。これにより、導波路型光共振器１と同様に、導波路１２内部に閉じ込められた光を誘電体多層膜２３,３３を介して往復反射することができる。
【００９５】
上述の構成からなる導波路型光周波数コム発生器５において、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５１から導波路型光変調器６へ駆動入力とすることにより、導波路１２内部を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、入射光の周波数を中心として、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。また、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と同等である。導波路型光周波数コム発生器５により発生させた多数のサイドバンドに基づき、被測定光の周波数を決定することができる。
【００９６】
この導波路型光周波数コム発生器５においても、コア２２周辺において殆ど損傷のない誘電体多層膜２３,３３を導波路１２両端から突き当てるため、導波路１２から光が漏洩することがなくなり、光損失を軽減でき、効率よくサイドバンドを発生させることが可能となる。
【００９７】
さらにこの導波路型光周波数コム発生器５において、誘電体多層膜２３の積層材料を制御することにより、誘電体多層膜２３の反射率を、例えば図７(a)に示すように、入射側光ファイバから出射された光の周波数ν１において最小となるように設定することも可能である。
【００９８】
これにより、周波数ν１の光は、容易に誘電体多層膜２３を介して導波路１２へ入射することができる。また、導波路１２内部において共振する光に変調信号を駆動入力することにより、広帯域にわたり多数のサイドバンドが発生するが、誘電体多層膜２３の透過率は、周波数ν１以外の帯域において低く設定されているため、図７(b)に示すとおり、発生した光周波数コムの殆どのサイドバンドは、誘電体多層膜２３を介して外部に透過することはなく、誘電体多層膜３３内部において往復反射を繰り返すこととなる。このため、共振時における光損失をさらに抑え込むことが可能となりサイドバンドの光量を増加させることができる。
【００９９】
また、この導波路型光周波数コム発生器５は、周波数ν１との周波数差Δｆに応じて指数関数的に変化する光強度に着目し、指数関数的に透過率を変化させてフィルタから出射する光の光強度分布を平坦化させることも可能である。
【０１００】
例えば、誘電体多層膜３３から出射する光の強度Ｐoutは、群屈折率分散の影響しない範囲において、近似的に式（１１）で表すことができる。
Ｐout＝ＴinＴout×exp｛−｜Δｆ｜Ｌos／（βｆｍ）｝Ｐin    （１１）
この（１１）式において、Ｔinは、誘電体多層膜２３の透過率、Ｔoutは、誘電体多層膜３３の透過率であり、βは、βは導波路１２内を往復する間における変調指数、Ｌosは導波路１２内を往復する光の損失レートであり、この式（１１）において定数で表される。
【０１０１】
この（１１）式に基づき、誘電体多層膜３３の透過率を制御することにより、発生するサイドバンドの平坦化を行う。
【０１０２】
誘電体多層膜３３は、生成したサイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定する。換言すれば、周波数に応じて光強度が増減するサイドバンドの物理的性質に着目し、誘電体多層膜３３の透過率を設定する。
【０１０３】
Δｆに対する導波路１２内部のサイドバンドの光強度Ｐｉｎｓｉｄｅは、以下の式で表すことができる。
ｄＰｉｎｓｉｄｅ／ｄΔｆ＝−Ｌos／（βｆｍ）Ｐｉｎｓｉｄｅ  Δｆ＞０の場合  （１２）
ｄＰｉｎｓｉｄｅ／ｄΔｆ＝Ｌos／（βｆｍ）Ｐｉｎｓｉｄｅ    Δｆ＜０の場合  （１３）
この式（１２）は、Δｆ＞０の場合、すなわち周波数ν１よりも高い帯域における光強度の変化率を表し、また式（１３）は、Δｆ＜０の場合、すなわち周波数ν１よりも低い帯域における光強度の変化率を表す。
【０１０４】
この式（１２）〜（１３）により計算したＰｉｎｓｉｄｅから、式（１４）に基づき、出射光の光強度Ｐoutを算出することができる。
Ｐout＝Ｔout×Ｐｉｎｓｉｄｅ                              (１４）
上述の式で示すことができる導波路１２内のサイドバンドの光強度Pｉｎｓｉｄｅを各スペクトル毎に平坦化処理を施して外部に出射する。換言すれば、誘電体多層膜３３において各周波数帯域毎に透過率Ｔoutを設定することにより、外部へ出射する光強度をコントロールする。
【０１０５】
かかる誘電体多層膜３３の透過率Ｔoutの条件は、ｄＰout/ｄΔｆ＝０として、式（１２）〜（１４）に代入して計算することにより、以下に示す式（４１）、（４２）で表すことができる。
ｄＴout／ｄΔｆ＝Ｌos／（βｆｍ）Ｔout            （４１）
ｄＴout／ｄΔｆ＝−Ｌos／（βｆｍ）Ｔout          （４２）
この式（４１）、（４２）に基づき、誘電体多層膜２２の透過率Ｔoutを、例えば図１６に示すように決定することができる。
【０１０６】
すなわち、誘電体多層膜３３の透過率を上述のように制御することにより、光周波数コム発生器５のフィネスを向上させつつ、発生させたサイドバンドを平坦化させることができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明を適用した光共振器は、光導波路内部を伝搬する光を、光導波路両端に配された、入射側光ファイバの先端に形成された入射側端面と、出射側光ファイバの先端に形成された出射側端面により共振させる。上記出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことにより、本発明を適用した光共振器は、損傷による影響を殆ど受けない入射側端面,出射側端面により光を往復反射させることができ、光を漏洩させることなくフィネスを向上させつつ、発生させたサイドバンドを平坦化させることができる。
【０１０８】
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では、出射側端面は、生成したサイドバンドを平坦化させるように、サイドバンドの光強度に応じて、各周波数毎に透過率を設定したことにより、光を漏洩させることなくフィネスを向上させつつ、発生させたサイドバンドを平坦化させることができる。
【０１０９】
従って、本発明に係る光周波数コム発生器は、共振させる光の損失を抑えつつ、入射時の光損失を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導波路型光共振器の構成例を説明するための図である。
【図２】誘電体多層膜の表面を凸状に研磨して仕上げた場合について説明するための図である。
【図３】誘電体多層膜が形成された入射側光ファイバの先端形状を説明するための図である。
【図４】傷や損傷が誘電体多層膜の角部分に生じる場合について説明するための図である。
【図５】バルク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６】光周波数コムによる被測定光の周波数測定の原理を説明するための図である。
【図７】入射側反射鏡の反射率を説明するための図である。
【図８】出射側反射鏡の反射率を説明するための図である。
【図９】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１０】導波路の両脇において対向するように電極を設けた導波路型光周波数コム発生器を説明するための図である。
【図１１】バルク型光周波数コム発生器又は導波路型光周波数コム発生器により発生させた光周波数コムと、周波数の関係を示した図である。
【図１２】ファブリペロー共振した光が入射される導波路型光周波数コム発生器の入射側結合系の側面図である。
【図１３】入射側反射膜−ファイバ反射膜間のギャップに対する、周波数ν１の入射光の入射側反射膜における反射率、透過率の関係を示した図である。
【図１４】入射側反射膜−ファイバ反射膜間のギャップの長さがａであるときの、入射側反射膜における、各周波数に対する反射率、透過率の関係を示す図である。
【図１５】導波路型光共振器及び導波路型光周波数コム発生器の応用例を説明するための図である。
【図１６】誘電体多層膜の反射率について説明するための図である。
【図１７】従来における導波路型光共振器の構成例について説明するための図である。
【図１８】従来における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１９】従来における導波路型光共振器の各層のサイズについて説明するための図である。
【図２０】従来における導波路型光共振器において、入射側反射膜に歪みが生じる場合について説明するための図である。
【符号の説明】
１  導波路型光共振器１、１１  基板、１２  導波路、１３  クラッド層、１９  入射側光ファイバ、２１,３１  クラッド層、２２,３２  コア層、２３,３３  誘電体多層膜、３０  出射側光ファイバ、１０  バルク型光周波数コム発生器、
５,２０  導波路型光周波数コム発生器
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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