(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-04
(45)【発行日】2022-10-13
(54)【発明の名称】光コム発生装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20221005BHJP
【ＦＩ】
G02F1/01 B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021101171
(22)【出願日】2021-06-17
(62)【分割の表示】P 2018220778の分割
【原出願日】2018-11-26
(65)【公開番号】P2021140193
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2021-08-16
(73)【特許権者】
【識別番号】503249810
【氏名又は名称】株式会社ＸＴＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100067736
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100192212
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 貴明
(74)【代理人】
【識別番号】100200001
【弁理士】
【氏名又は名称】北原 明彦
(72)【発明者】
【氏名】興梠 元伸
(72)【発明者】
【氏名】今井 一宏
(72)【発明者】
【氏名】マーク ヤブロンスキー
【審査官】坂上 大貴
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５２３００２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３３７８３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０１４５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６１９１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３１７５６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１０８８２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１０６４９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００８７７１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０４５３６２３２（ＣＮ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５１９８７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３８０８９２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】IGARASHI, Koji et al.，Generation of 10-GHz 2-ps optical pulse train over the C band based on an optical comb generator and its application to 160-Gbit/s OTDM systems，European Conference on Optical Communication，米国，IEEE，2008年，Tu.3.D.1，pp.1-2
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５
１／２１－７／００
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つのレーザー光源から出射されるレーザー光が複数に分離されて各光共振器に入射される複数の光コム発生器を備える光コム発生装置であって、単一周波数成分を含む光源であって、共振モードのＦＳＲと比べて小さい振幅の変調が外部から与えられるディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を出射するレーザー光源と、
上記レーザー光源からレーザー光が分岐されて入射され、それぞれ共振長が制御される各光共振器により共振されたレーザー光の位相を、互いに変調周波数が異なる変調信号に応じて変調し、入射されたレーザー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互いに異なる変調周波数の間隔で生成する複数の光コム発生器と、
上記レーザー光源に与えるディザ信号を出力するとともに上記ディザ信号を上記複数の光コム発生器に与える同期信号として出力する同期信号源と
を備え、
上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光コム発生器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した光検出信号と上記同期信号により、上記レーザー光源から入射される光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行う
ことを特徴とする光コム発生装置。
【請求項2】
上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光検出信号と上記同期信号のミキシングを行うことにより、上記誤差信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の光コム発生装置。
【請求項3】
上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光検出信号と上記同期信号により、デジタル信号処理の積和演算で誤差信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の光コム発生装置。
【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コム発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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ー光制御や、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、光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】
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。
【0004】
一方、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。
【0005】
かかる測定可能帯域の拡大化の要請に応えるべく、従来において光コム発生器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（例えば、特許文献１参照）。この光コム発生器は、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。
【0006】
また、光導波路を往路方向へ伝搬する光のみならず、復路方向へ伝搬する光についても位相変調を施すようにした光コム発生器並びに光変調器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【0007】
さらに、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、反射膜の反射率や光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、光コム発生器、光発振器を提案している（例えば、特許文献３参照）。
【0008】
すなわち、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、反射膜の反射率や光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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開２００３－２０２６０９号公報
【文献】特許第３８９１９７７号公報
【文献】特許第４７８１６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところで、光コム発生器では、光コムを計測に利用する場合に、安定した出力を得るために、光共振器から出射された光の一部を光検出器により検出して、所定の共振長となるように上記光共振器の共振長を帰還制御する必要がある。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、共振モードのＦＳＲと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を光コム発生器に入力して、ディザ信号を用いて共振器長制御を安定化することができるようにすることにある。
【0012】
さらに、本発明の他の目的は、光コム発生器としての安定化、光コムを含む計測装置の精度向上、誤差の低減などを図ることができるようにすることにある。
【0013】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明は、光コム発生装置であって、単一周波数成分を含む光源であって、外部から与えられるディザ信号によって発振周波数に変調が加えられているレーザー光源と、上記レーザー光源からレーザー光が分岐されて入射される共振長がそれぞれ制御される光共振器により共振された光の位相を、互いに変調周波数が異なる変調信号に応じて変調し、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互いに異なる変調周波数の間隔で生成する２つの光コム発生器と、上記レーザー光源に与えるディザ信号を出力するとともに上記ディザ信号を上記複数の光コム発生器に与える同期信号として出力する同期信号源とを備え、上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光コム発生器から出射される透過光又は反射光の一部を検出した光検出信号と上記同期信号により、上記レーザー光源から入射される光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことを特徴とする。
本発明に係る光コム発生装置において、上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光検出信号と上記同期信号のミキシングを行うことにより、上記誤差信号を生成するものとすることができる。
また、本発明に係る光コム発生装置において、上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光検出信号と上記同期信号により、デジタル信号処理の積和演算で誤差信号を得るものとすることができる。
本発明に係る光コム発生装置において、上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光検出信号と上記同期信号のミキシングを行うことにより、上記誤差信号を生成するものとすることができる。
また、本発明に係る光コム発生装置において、上記複数の光コム発生器は、それぞれ上記光検出信号と上記同期信号により、デジタル信号処理の積和演算で誤差信号を得るものとすることができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明では、共振モードのＦＳＲと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を複数の光コム発生器に入力することにより、 上記複数の光コム発生器において、それぞれ上記ディザ信号を用いて共振器制御を安定化して、光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させることができ、複数の光コムを用いた距離計測や形状計測における計測誤差を除去して計測精度の向上、システム全体の信頼性向上等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】光変調器の構成を示す斜視図である。
【図2】上記光変調器の側面図である。
【図3】上記光変調器の作製方法につき説明するための各工程における要部縦断図である。
【図4】光変調器の端面反射率を計測するために作製した３本の光導波路を設けた基板の斜視図である。
【図5】上記基板の入射側端面を示す正面図である。
【図6】上記基板の平面図である。
【図7】往復変調型の光変調器の構成を示す図である。
【図8】光コム発生器における、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】光コム発生器の構成を示す斜視図である。
【図10】上記光コム発生器の側面図である。
【図11】上記光コム発生器における入射側反射膜が形成される平面を示す正面図である。
【図12】リッジ構造を有する電極を有する光変調器（光コム発生器）の構成を示す斜視図である。
【図13】上記光変調器（光コム発生器）の作製方法につき説明するための各工程における要部縦断図である。
【図14】上記光変調器（光コム発生器）のリッジ構造を有する電極を形成する基板を示す斜視図である。
【図15】上記光変調器（光コム発生器）のリッジ構造を有する電極を示す要部縦断正面図である。
【図16】光変調器について、電極のリッジ構造の有無による２５ＧＨｚにおける駆動電圧（AC Vpi）の変化を実測した結果につき説明するための図である。
【図17】光変調器について、電極のリッジ構造の有無による直流駆動電圧（DC Vpi）の変化を実測した結果につき説明するための図である。
【図18】本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器の構成例を示すブロック図である。
【図19】本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器の他の構成例を示すブロック図である。
【図20】本発明を適用した光コムモジュールを用いて構築した光コム発生装置の構成例を示すブロック図である。
【図21】単一の偏光成分のみ通す光導波路を用いた光コム発生器において、光共振器の共振長を帰還制御する場合に得られる変形のない透過モード波形を示す特性図である。
【図22】直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路を用いた従来の光コム発生器において、光共振器の共振長を帰還制御する場合に発生する直交偏光成分による透過モード波形の変形を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【0023】
【0024】
この導波路型光変調器８は、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の単一の偏波成分の位相を変調する光導波路１２と、この基板１１において光導波路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光導波路１２の上面に設けられた電極８３と、光導波路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光導波路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光導波路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防止膜６３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防止膜６４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。
【0025】
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されることにより、電極８３を形成するための凸条部２０が設けられる。
【0026】
光導波路１２は、入射側反射防止膜６３から出射側反射防止膜６４にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板１１にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成されている。
【0027】
入射側反射防止膜６３を介して光導波路１２に入射した光は、単一の偏波成分のみが導波路１２の境界面で全反射しながら伝搬する。
【0028】
ここで、単一の偏光成分のみ通す光導波路１２は、特定の偏光成分にのみ屈折率の変化をもたらす光導波路形成法、例えば、プロトン交換法により、電気光学効果を有する基板１１にて単一の偏波成分に対してのみ屈折率が高い領域として形成することができる。
【0029】
この光導波路１２は、例えば、ＬｉＮｂＯ３等からなる基板１１に、プロトン交換法により単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成することができる。
【0030】
また、光導波路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際に、屈折率分布を工夫することにより導波モードを単一偏光に限定した領域として形成することができる。この光導波路１２には、例えばＬｉＮｂＯ３結晶光導波路を用いることができ、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り、単一の偏波成分の光を閉じ込めることができるため、単一の偏波成分の光を伝搬させることができる光導波路１２を形成することができる。直交する両方の偏波成分に対して屈折率は高くなるが、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが成立する条件もある。
【0031】
このような方法に基づいて作製したＬｉＮｂＯ３結晶型の光導波路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単一の偏波成分の光の変調を行うことができる。
【0032】
バッファ層１４は、光導波路１２における単一の偏波成分の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、単一の偏波成分の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。
【0033】
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 の変調信号を光導波路１２に駆動入力することにより、光導波路１２内を伝搬する光に位相変調をかける。
【0034】
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。
【0035】
入射側反射防止膜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。出射側反射防止膜６４は、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９１上に被着される。これらの反射防止膜６３，６４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。
【0036】
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。
【0037】
次に、光変調器８の作製方法につき図３を用いて説明をする。
【0038】
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１３を作製する。
【0039】
次にステップＳ１２へ移行し、表面にフォトレジストのパターン１３が作製されたＬｉＮｂＯ３結晶の基板１１をプロトン交換液例えば安息香酸に浸漬した状態で加熱して、基板１１の表面層部分のＬｉをＨ＋に置換させるプロトン交換法によって、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路１２を形成する。
【0040】
なお、このステップＳ１１、１２の光導波路１２の作製工程においては、プロトン交換法に限定されるものではなく、例えば、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１３を作製し、ＬｉＮｂＯ３結晶からなる基板１１の表面にＴｉを蒸着させ、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の細線を作製して、次のステップＳ１２において、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中に熱拡散させて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路１２を形成するＴｉ拡散法にこれを代替してもよい。
【0041】
次にステップＳ１３へ移行し、レジストパターン１３を除去して基板１１表面にバッファ層１４としてのＳｉＯ２薄膜を蒸着させる。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、次のステップ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厚に制御するようにしてもよい。
【0042】
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。
【0043】
次にステップＳ１５へ移行し、光導波路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。
【0044】
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上に入射側反射防止膜６３、出射側反射防止膜６４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上に入射側反射防止膜６３、出射側反射防止膜６４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。
【0045】
このように、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光導波路１２の端面が平面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、光導波路１２の端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路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、光導波路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。
【0046】
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、光導波路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、光導波路１２の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。
【0047】
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）の光導波路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。
【0048】
また、入射側反射防止膜６３、出射側反射防止膜６４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、さらに成膜の再現性をも向上させることが可能となる。
【0049】
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、光導波路１２の端面部分における欠けや曲がりは一切発生せず、入射側反射防止膜６３,出射反射防止膜６４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。
【0050】
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。
【0051】
このような構成の光変調器８では、入射側反射防止膜６３を介して入射され光導波路１２を伝搬される単一の偏波成分のみ光が、発振器１６から供給された周波数ｆｍ の変調信号により位相変調されて、出射側反射防止膜６４を介して出射される。しかも、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、光導波路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、光導波路１２の端面の欠けや丸まり、光導波路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が可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。
【0052】
ここで、入射された光の単一の偏波成分のみが伝搬されるプロトン交換法により作製された単一偏光型光導波路と、入射された光の直交する偏波成分のみ両方が伝搬されるＴｉ拡散法により作製された直交偏光型光導波路について、図４、図５、図６に示すように、幅Ｗ１＝１．９［ｍｍ］、長さＬ１＝２７．４［ｍｍ］、厚みＴ１＝０．５［ｍｍ］のＬｉＮｂＯ３結晶基板１１に３本の光導波路１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃを形成し、光導波路１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃの上部に幅Ｗ２＝１．９［ｍｍ］、長さＬ２＝１．５［ｍｍ］、厚みＴ２＝０．５［ｍｍ］の保護材８６,８７を接着して、保護材８６,８７の端面とＬｉＮｂＯ３結晶基板１１の端面を研磨することにより、３本の光導波路１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃの入射面と出射面を平面に仕上げたＬｉＮｂＯ３結晶基板ブロックとして、それぞれ３本の光導波路１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃの光路幅Ｗ３が６．０［μｍ］、６．３［μｍ］、６．６［μｍ］、６．９［μｍ］、７．２［μｍ］、７．５［μｍ］の６種類のサンプルを１０個作製して、３本の光導波路１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃの入射面Ａ１、Ｂ１、Ｃ１と出射面Ａ２、Ｂ２、Ｃ２における反射率を測定し、各サンプルのフィネスと透過率を求めたところ、次のような結果が得られた。
【0053】
すなわち、直交偏光型光導波路のフィネスは、３０～４５程度であったのに対し、単一偏光型光導波路では、５０～６５程度のフィネスが得られる。また、直交偏光型光導波路の透過率は、１２．５～２５［％］程度であったのに対し、単一偏光型光導波路では、２０～３２．５［％］程度の透過率が得られている。
【0054】
【0055】
光変調器５１は、図７の(a)に示すように、基板１１と、基板１１上に単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成されてなり伝搬する光の位相を変調する光導波路１２と、この基板１１において光導波路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光導波路１２の上面に設けられた電極８３と、光導波路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。
【0056】
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の(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。
【0057】
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。
【0058】
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光導波路１２の端部へ集束させるとともに、光導波路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、光導波路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。
【0059】
このような構成からなる光変調器５１は、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路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。光導波路１２に入射された入力光は、単一の偏波成分のみが光導波路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、再び光導波路１２を伝搬して反射防止膜６３を透過してフォーカサー２２側に出射され単一の偏波成分のみの出力光となる。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。
【0060】
また、この光変調器５１は、図７の(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。これにより光導波路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、光を光導波路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。
【0061】
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。
【0062】
また、これら光変調器５１を光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、光導波路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、光導波路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。
【0063】
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。
【0064】
ここで、光変調器８，５１において、変調信号が供給される光導波路１２の上面に設けられた電極８３は、リッジ構造を有するものとすることによって、光変調効率をさらに向上させることができる。
【0065】
ここで、このようにして作成される上記光変調器８，５１は、図９、図１０に示すように、上記ステップＳ１６において、平面９１,９２を互いに平行に研磨し、この研磨された平面９１,９２上に、上記入射側反射防止膜６３と出射側反射防止膜６４に替えて、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４を、それぞれ一面に亘って形成させることにより、光コム発生器１として機能する。
【0066】
すなわち、光コム発生器１において、入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４は、光導波路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、光導波路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光共振器５を構成する。
【0067】
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、かつ光導波路１２を通過した単一の偏波成分の光を反射する。出射側反射膜９４は、光導波路１２を通過した単一の偏波成分の光を反射する。またこの出射側反射膜９４は、光導波路１２を通過した単一の偏波成分の光を一定の割合で外部に出射する。
【0068】
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、光導波路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。
【0069】
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。
【0070】
【0071】
光導波路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。
【0072】
このように第１の端面８４並びに第２の端面８５を光導波路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により単一の偏波成分の光を効率よく共振させることができる。
【0073】
上述の如き構成からなる光コム発生器１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、単一の偏波成分の光が光導波路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を反射した単一の偏波成分の光は光導波路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、単一の偏波成分の光で光導波路１２内を共振することになる。
【0074】
また、単一の偏波成分の光が光導波路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、単一の偏波成分の光がこの光変調器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。したがって、光変調器８は、入射側反射防止膜６３及び出射側反射防止膜６４を入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４に置き換えることにより、多数のサイドバンドにより構成される単一の偏波成分の光コムを発生する光コム発生器１として機能する。
【0075】
光コム発生器１は、共振手段を構成する入射側反射膜９３から出射側反射膜９４にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板１１にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路１２を備えているので、入射側反射膜９３を介して入射された光の単一の偏波成分のみが、光導波路１２を伝搬されて、出射側反射膜９４を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として光コムを発生することができる。
【0076】
上述の如く、光変調器８，５１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光導波路１２の端面が平面９１（９２）の略中央部に移動する結果、ステップＳ１７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、光導波路１２の端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路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、光導波路１２の各端面からの光損失を極力抑えることが可能となっている。しかも、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光導波路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。
【0077】
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、さらに成膜の再現性をも向上させることが可能となる。
【0078】
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、光導波路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。
【0079】
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。
【0080】
このように、光変調器８、光コム発生器１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、図１１に示すように光導波路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、光導波路１２の端面の欠けや丸まり、光導波路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より構成される光共振器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。
【0081】
また、図１２に示すような構成の導波路型光変調器８Ａ（光コム発生器１Ａ）について説明する。
【0082】
この導波路型光変調器８Ａ（光コム発生器１Ａ）は、図１,２（図９,１０）に示した導波路型光変調器８（光コム発生器１Ａ）における電極８３をリッジ構造を有するものにしたものであって、上述した光変調器８（光コム発生器１）と同一の構成、要素については、図１,２（図９,１０）における説明を引用し、ここでの説明を省略する。
【0083】
この導波路型光変調器８Ａ（光コム発生器１Ａ）において、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されることにより、リッジ構造を有する電極８３Ａを形成するための凸条部２０が設けられる。
【0084】
光導波路１２は、プロトン交換法やＴｉ拡散法により、入射端から出射端にかけて貫通するように形成され、単一の偏波成分の光を伝搬させるべく単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成として形成されている。
【0085】
この光導波路１２を構成する層の屈折率は、基板１１等の他層よりも単一の偏波成分に対してのみ屈折率が高く設定されている。光導波路１２に入射した光は、単一の偏波成分のみが光導波路１２の境界面で全反射しながら伝搬する。
【0086】
このような方法に基づいて作製したＬｉＮｂＯ３結晶型の光導波路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単一の偏波成分の光の変調を行うことができる。
【0087】
リッジ構造を有する電極８３Ａは、凸条部２０上に形成された主電極を有し、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ等の金属材料からなる。凸条部２０上に主電極が形成されたリッジ構造を有する電極８３Ａは、発振器１６から供給された周波数ｆｍ の変調信号を光導波路１２に駆動入力とすることにより、光導波路１２内を伝搬する光に位相変調をかける。
【0088】
このような構造の導波路型光変調器８Ａ（光コム発生器１Ａ）の作製方法について、図１３を用いて説明をする。
【0089】
すなわち、先ずステップＳ２１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１３を作製する。
【0090】
次にステップＳ２２へ移行し、表面にフォトレジストのパターン１３が作製されたＬｉＮｂＯ３結晶の基板１１をプロトン交換液例えば安息香酸に浸漬した状態で加熱して、基板１１の表面層部分のＬｉをＨ＋に置換させるプロトン交換法によって、単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路１２を形成する。
【0091】
なお、このステップＳ２１、２２の光導波路１２の作製工程においては、プロトン交換法に限定されるものではなく、例えば、ステップＳ２１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１３を作製し、ＬｉＮｂＯ３結晶からなる基板１１の表面にＴｉを蒸着させ、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の細線を作製して、次のステップＳ２２において、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中に熱拡散させて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として光導波路１２を形成するＴｉ拡散法にこれを代替してもよい。
【0092】
次にステップＳ２３へ移行し、光導波路１２が形成された基板１１のレジストパターン１３を除去し、さらに、機械研磨や化学研磨等の処理により、図１４に示すように、リッジ構造を有する電極８３Ａを形成するための凸条部２０が設けられる。
【0093】
次にステップＳ２４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Ｓ２４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Ｓ２５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厚に制御するようにしてもよい。
【0094】
次にステップＳ２５へ移行し、図１５の要部縦断面に示すように、基板１１のバッファ層１４上にリッジ構造を有する電極８３Ａを形成させる。
【0095】
次にステップＳ２６へ移行し、光導波路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Ｓ２６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。
【0096】
光変調器８Ａでは、最後のステップＳ２７において、この得られた平面９１,９２を研磨して、この研磨された平面９１,９２上に入射側反射防止膜６３、出射側反射防止膜６４をそれぞれ一面に亘って形成させる。
【0097】
また、光コム発生器１Ａでは、上記ステップＳ２７において、平面９１,９２を互いに平行に研磨し、この研磨された平面９１,９２上に、上記入射側反射防止膜６３と出射側反射防止膜６４に替えて、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４を、それぞれ一面に亘って形成させる。
【0098】
このような構成の光変調器８Ａ、光コム発生器１Ａでは、入射端から入射され光導波路１２を伝搬される単一の偏波成分のみ光に対して、リッジ構造を有する電極８３Ａに発振器１６から供給された周波数ｆｍ の変調信号により、効率よく位相変調をかけることができる。
【0099】
しかも、光変調器８Ａ、光コム発生器１Ａ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、光導波路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、光導波路１２の端面の欠けや丸まり、光導波路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が可能となり、歩留まりを向上させることも可能となる。
【0100】
また、光コム発生器１Ａでは、入射側反射膜９３を介して外部から入射された光は光導波路１２内を往路方向へ単一の偏波成分のみが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を反射した単一の偏波成分の光は光導波路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、単一の偏波成分の光が光導波路１２内を共振することになる。
【0101】
また、単一の偏波成分の光が光導波路１２内を往復する時間に同期した電気信号を電極８３Ａを介して駆動入力とすることにより、単一の偏波成分の光がこの光変調器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。したがって、光変調器８Ａは、多数のサイドバンドにより構成される単一の偏波成分の光コムを発生する光コム発生器１Ａとして機能する。
【0102】
このように、光コム発生器１Ａでは、共振手段を構成する入射側反射膜９３から出射側反射膜９４にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路１２を備えているので、入射側反射膜９３を介して入射された光の単一の偏波成分のみが、光導波路１２を伝搬されて、出射側反射膜９４を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として光コムを発生することができ、また、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光導波路の端面が平面９１（９２）の略中央部に移動する。その結果、ステップＳ２７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、光導波路１２の端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路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、光導波路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。
【0103】
しかも、この光変調器８Ａは、図１５の要部縦断面に示すように、基板１１のバッファ層１４上に形成されたリッジ構造を有する電極８３Ａを備えているので、さらに、変調効率を向上させることができる。
【0104】
ここで、この光変調器８Ａにおいて、基板１１のバッファ層１４上に形成されたリッジ構造を有する電極８３Ａのリッジ幅ＲＷを１０、１２、１４、１６、及び１８［μｍ］、リッジ溝の平均深さＡＶＤ（Average depths）を３．３、２．９６、４．７９、及び４．７２［μｍ］とした光変調器８Ａの試料を作成して、２５ＧＨｚにおける駆動電圧（AC Vpi）と直流駆動電圧（DC Vpi）を実測して結果を図１６、図１７に示す。Vpiは位相をπラジアン変調するために必要な電圧である。
【0105】
すなわち、リッジ構造を有さない電極構造の従来の光変調器では、２５ＧＨｚにおける駆動電圧（AC Vpi）が８～１０Ｖ程度で、直流駆動電圧（DC Vpi）は、６～６．５Ｖ程度であったのに対し、リッジ構造を有する電極８３Ａを備える光変調器８Ａでは、２５ＧＨｚにおける駆動電圧（AC Vpi）が３．５～７．５Ｖ程度で、直流駆動電圧（DC Vpi）は、５～６Ｖ程度になっている。
【0106】
このようにリッジ構造を設けることにより、２５ＧＨｚにおける駆動電圧（AC Vpi）は、リッジ構造の無い場合と比較して平均的な電圧が元の約７０％に低下しており、電力ではおよそ５０%の低下に相当する。また、直流駆動電圧（DC Vpi）は、リッジ構造の無い場合と比較して平均的な電圧が元の約８０％に低下しており、電力ではおよそ５０％の低下に相当する。
【0107】
すなわち、この光変調器８Ａ、光コム発生器１Ａでは、光導波路１２の基板１１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１２における光入射端又は光出射端を含む上記基板１１の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路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を備え、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入射側反射防止膜６３又は入射側反射膜９３及び出射側反射防止膜６３又は出射側反射膜９４それぞれ被着されているので、光導波路端面に欠けが発生することを防ぐとともに、高反射膜取り付けの安定化を図り、入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４より構成される光共振器５のフィネスを向上させることができ、しかも、リッジ構造を有する電極８３Ａを備えることにより駆動電力を低減することができる。
【0108】
したがって、上述の如き構成の光変調器光変調器８、８Ａ、光変調器５１は、光導波路１２を上面から形成させるための基板１１と同じ硬さを持つ部材８６,８７を、少なくともその一の端面が上記光導波路１２における光入射端又は光出射端を含む上記基板１１の端面と同一の平面を形成するように上記光導波路１２の上部に配設し、上記部材８６,８７の端面と上記基板１１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９３並びに出射側反射膜９４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、反射膜の反射率や光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でき、共振手段を構成する入射側反射膜９３から出射側反射膜９４にかけて貫通するように少なくとも電気光学効果を有する基板１１にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成された光導波路１２を備えることにより、入射側反射膜９３を介して入射された光の単一の偏波成分のみが、光導波路１２を伝搬されて、出射側反射膜９４を介して単一の偏波成分のみの光変調出力として安定した光コムを発生することができる光コムを発生器１、１Ａとして機能する。
【0109】
上述の如き光変調器８、８Ａ、光変調器５１における光導波路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少なくとも電気光学効果を有する基板１１にて単一の偏波成分に対してのみ導波モードが存在している領域として形成されることにより、単一の偏波成分のみのレーザー光や光コムを出力することのできる低電力型のレーザー光源や光コム発生器を構築することができる。
【0110】
次に、本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器１１０の構成を図１８のブロック図に示す。
【0111】
この光コム発生器１１０は、光コムモジュール１００Ａから出力される光コムの一部を分岐する光カップラ１１１と、光カップ１１１により分岐された光を検出する光検出器１１２と、この光検出器１１２により得られる光検出信号が供給される制御回路１１３などを備える。
【0112】
光コムモジュール１００Ａは、レーザー光源１３１からレーザー光が入射されるとともに、バイアス・ティー１１４を介してＲＦ変調信号が入力されることにより、入射されたレーザー光の単一の偏波成分に対してＲＦ変調信号により位相変調をかけることにより、光コムを発生して出力する。この光コムモジュール１００Ａは、温度調節回路１１９による温度制御によって、光導波路に設けられた入射側反射膜と出射側反射膜による共振手段の共振長が制御されるようになっている。
【0113】
制御回路１１３は、光検出信号から制御目標に対する誤差を求め、その誤差がゼロとなるような制御信号を生成してバイアス・ティー１１４に供給する。
【0114】
光コムモジュール１００ＡのＤＣバイアスに加えることにより、光コムモジュール１００Ａの共振周波数を入力レーザー周波数に追従させることができる。
【0115】
制御回路１１３は、プリント基板単体の場合やＲＦミキサやアイソレータとプリント基板の組み合わせの場合もある。光検出器１１２の光検出信号と同期信号のミキシングによって制御目標からの誤差量に応じた制御信号を作り出す。
【0116】
同期信号としてＲＦ変調信号源の出力の一部を使うことができる。その場合、光検出器１１２の動作帯域はＲＦ駆動周波数以上であることが必要である。
【0117】
制御回路１１３では、位相調整器を介してミキサに光検出信号と同期信号を入力して得られる信号の低周波数成分を取って誤差信号とする。または同期信号としてＲＦ駆動信号源とは別の同期信号源１４０により与えられる変調信号（ディザ信号）を使用することが可能である。例えば、レーザー周波数に、共振モードのＦＳＲと比べて小さい振幅の変調を与えておいて、光検出器１１２の出力信号と同期信号のミキシングを行うことにより誤差信号を生成することができる。また、ディザ信号周波数が低ければ、光検出信号をアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換したのちにデジタル信号処理の積和演算で誤差信号を生成することも可能である。
【0118】
誤差信号の周波数特性を調整したものが制御信号としてバイアス・ティー１１４経由で光コムモジュール１００ＡのＤＣバイアスに加えられる。一般的には、誤差信号は比例、積分、微分の各機能を持った回路に入力され、それらの成分の振幅調整により制御ループの周波数特性が決まり、光コムモジュール１００Ａの共振周波数が入力レーザーの発振周波数に追従するように制御される。
【0119】
また、本発明を適用した光コムモジュールを利用した光コム発生器１２０の構成を図１９のブロック図に示す。
【0120】
この光コム発生器１２０は、光コムモジュール１００Ａの反射光を利用して共振器制御を行うもので、光コムモジュール１００Ａの反射光の一部が光カップラ１１１により分岐されて光検出器１１２に入射されるようになっている。
【0121】
【0122】
制御回路１１３は光検出器１１２により得られる光検出信号から制御目標に対する誤差を求め、その誤差がゼロとなるような制御信号を出力する。その制御信号を光コムモジュールのＤＣバイアスに加えることにより光コムモジュール１００Ａの共振周波数を入力レーザー周波数に追従させることができる。
【0123】
すなわち、上記光コム発生器１１０，１２０における制御回路１１３では、共振モードのＦＳＲと比べて小さい振幅の変調がディザ信号によってレーザー周波数に加えられたレーザー光を上記光コムモジュール１００Ａの光共振器に入射することにより、上記光共振器から出射される透過光又は反射光の一部を光検出器１１２により検出した光検出信号と上記ディザ信号から、上記光共振器に入射されるレーザー光のレーザー周波数と上記光共振器の共振周波数のずれに応じた誤差信号を生成し、この誤差信号を用いて上記光共振器の共振長を制御して、上記光共振器の共振周波数を上記レーザー周波数に追従させる制御を行うことができる。
【0124】
さらに、上記光コム発生器１１０，１２０は、１つのレーザー光源１３１から出射されるレーザー光が複数に分離されて入射される複数の光コムモジュールを備えることにより、例えば、図２０に示すような構成の光コム発生装置１３０を構築することができる。
【0125】
この光コム発生装置１３０は、単一周波数発振のレーザー光源１３１、レーザー光源１３１から出射された単一周波数のレーザー光を２つのレーザー光に分離する光カップラや光ビームスプリッタ等の分離光学系１３２、分離光学系１３２により分離された一方のレーザー光の周波数をシフトする周波数シフタ１３５、それぞれ光コムモジュールを用いた２つの光コム発生器（OFCG1、OFCG2）１３０Ａ，１３０Ｂ等を備える。
【0126】
この光コム光源１３０では、１台の単一周波数発振のレーザー光源１３１から出射されるレーザー光が分離光学系１３２により２つのレーザー光に分離されて２台の光コム発生器（OFCG1，OFCG2）１３０Ａ，１３０Ｂに入力され、同期信号源１４０から各光コム発生器１３０Ａ，１３０Ｂに同期信号が与えられるとともに上記レーザー光源１３１にディザ信号が与えられ、上記ディザ信号を用いて上記各光コム発生器１３０Ａ，１３０Ｂの各共振器長が制御されるようになっている。
【0127】
２台の光コム発生器１３０Ａ，１３０Ｂは、互いに異なる周波数ｆｍ＋Δｆｍと周波数ｆｍで発振する発振器１３３Ａ，１３３Ｂにより駆動される。それぞれの発振器１３３Ａ，１３３Ｂは、共通の基準発振器１３４により位相同期されることにより、ｆｍ+Δｆｍとｆｍの相対周波数が安定になる。光コム発生器（OFCG1）１３０Ａの前には、音響光学周波数シフタ（AOFS）のような周波数シフタ１３５を設けて、入力されたレーザー光にこの周波数シフタ１３５により周波数ｆａの光周波数シフトを与えるようになっている。これにより、キャリア周波数間のビート周波数が直流信号ではなく周波数ｆａの交流信号になる。その結果、キャリア周波数の高周波側サイドバンドのビート信号と低周波側サイドバンドのビート信号がビート信号のキャリア周波数間のビート周波数ｆａを挟んで相対する周波数領域に発生するため位相比較に都合が良い。
【0128】
２つの光コム発生器（OFCG1，OFCG2）１３０Ａ，１３０Ｂは、それぞれ低電力型光コムモジュールにより構成されることにより、入力されるレーザー光の単一の偏波成分のみを位相変調することにより、単一の偏波成分の光コムを出力することができる。
【0129】
この光コム発生装置１３０は、１台の単一周波数発振のレーザー光源１３１を共通として、２台の光コム発生器（OFCG1、OFCG2）１３０Ａ，１３０Ｂの中心周波数と周波数間隔の異なる二つの光コムを発生するもので、例えば、本件発明者が先に提案している特許５２３１８８３号に係る距離計や光学的三次元形状測定機における第１及び第２の光源、すなわち、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光と測定光を出射する第１及び第２の光源として上記光コム光源１３０を用いることにより、２つの光コム発生器（OFCG1、OFCG2）１３０Ａ，１３０Ｂから出射される単一の偏波成分の計測用の光コム出力を測定対象の表面にスキャンしながら照射して、表面からの反射光を照射ポイント一点一点について検出して距離（高さ）計算を行うことにより、安定した測定動作行う距離計や光学的三次元形状測定機の測定系を構築することができる。スキャンの座標と距離（高さ）の分布から対象物の表面形状が得られる。スキャナ光学系には様々な形態がある。テレセントリック光学系を使用すると測定範囲内で対象物に向かってほぼ垂直に光が入射するようにすることができる。
【0130】
また、例えば、本件発明者が先に提案している特許５３３６９２１号や特許５３６３２３１号に係る振動計測装置における光源、すなわち、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに変調周波数及び中心周波数が異なり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する光源部として上記光コム光源１３０を用いることにより、２つの光コム発生器（OFCG1、OFCG2）１３０Ａ，１３０Ｂから出射される単一の偏波成分の光コムを波長毎に分派する素子を介して波長によって異なる場所に照射して、安定した多点振動計測動作行う振動計測装置の測定系を構築することができる。
【0131】
ここで、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路を用いた光コム発生器により得られる光コムを用いる計測装置では、図２２に○印を付して示すように、直交偏光成分による透過モード波形に変形が生じることがあり、しかも、発生する場所（主モードに対する相対位置）がばらばらであり、極小部が複数になるため制御の不安定要因になるが、単一の偏光成分のみ通す光導波路を用いることにより、図２１に示すように、透過モード波形に変形が生じることがなくなり、光コム発生器としての安定化、光コムを含む計測装置の精度向上、誤差の低減などを図ることができる。
【0132】
すなわち、光コム発生に直交する偏光成分は光コムを計測に利用する場合に、距離、高さの計測誤差の要因になり、また、光コム発生に直交する偏光成分は、光コム発生器の共振周波数をレーザー周波数に一致させるための制御を不安定にすることがあり、制御点のずれ、制御の発振の原因となり、また、光コムを計測に利用する場合に、距離、高さの計測誤差の要因になっていたが、単一の偏光成分のみ通過させる光導波路を用いて光コム発生を行うことにより、光コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力が抑制され、光コム出力の偏光消光比を向上させ、単一偏光度を高めることができ、共振器制御を安定化させ、不要な干渉信号を除去して、光コムを用いた距離計測や形状計測における計測誤差を除去して計測精度の向上、システム全体の信頼性向上等を実現することができる。
【符号の説明】
【0133】
１，１Ａ，１１０，１２０,１３０Ａ，１３０Ｂ 光コム発生器、８，５１ 光変調器、１１ 基板、１２ 光導波路、１４ バッファ層、１６ 発振器、１８ 終端抵抗、２０ 凸条部、２１ 光サーキュレータ、２２ フォーカサー、６３ 反射防止膜、８３，８３Ａ 電極、８４ 第１の端面、８５ 第２の端面、８６ 第１の保護材、８６ａ，８７ａ 端面、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、１００Ａ 光コムモジュール、１１１ 光カップラ、１１２ 光検出器、１１３ 制御回路、１１４ バイアス・ティー、１３０ 光コム発生装置、１３１ レーザー光源、１３２ 分離光学系、１３５ 周波数シフタ、１４０ 同期信号源
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】