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JP7100906B2 - 光共振器及び光変調器の作製方法 - Google Patents

光共振器及び光変調器の作製方法 Download PDF

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JP7100906B2 JP2020099226A JP2020099226A JP7100906B2 JP 7100906 B2 JP7100906 B2 JP 7100906B2 JP 2020099226 A JP2020099226 A JP 2020099226A JP 2020099226 A JP2020099226 A JP 2020099226A JP 7100906 B2 JP7100906 B2 JP 7100906B2
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Description

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及び光変調器の作製方法に関する。
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。
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。
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。
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。
図３２は、この従来における光周波数コム発生器１００３の原理的な構造を示している。
この光周波数コム発生器１００３は、光位相変調器１０３１と、この光位相変調器１０３１を介して互いに対向するように設置された反射鏡１０３２,１０３３を備える光共振器１０００が使用されている。
この光共振器１０００は、反射鏡１０３２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、反射鏡１０３２，１０３３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔを反射鏡１０３３を介して出射させる。光位相変調器１０３１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１０００を通過する光に対して、電極１０３６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。
この光周波数コム発生器１００３において、光が光共振器１０００内を往復する時間に同期した電気信号を電極１０３６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１０３１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。
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３３に示すように、光導波路を用いた導波路型光周波数コム発生器１０２０にも適用可能である。
この導波路型光周波数コム発生器１０２０は、導波路型光変調器１２００から構成される。導波路型光変調器１２００は、基板１２０１と、光導波路１２０２と、電極１２０３と、入射側反射膜１２０４と、出射側反射膜１２０５と、発振器１２０６とを備える。
基板１２０１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１２０１上には、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。
光導波路１２０２は、光を伝搬させるために配されたものであり、光導波路１２０２を構成する層の屈折率は、基板１２０１等の他層よりも高く設定されている。光導波路１２０２に入射した光は、光導波路１２０２の境界面で全反射しながら伝搬する。一般に、この光導波路１２０２は、基板１２０１中においてＴｉ原子を拡散させることにより、或いは基板１２０１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。
なお、この光導波路１２０２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１２０１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１２０１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１２０１中に熱拡散させる。
ちなみに、このＴｉがＬｉＮｂＯ３からなる基板１２０１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光導波路１２０２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結晶型の光導波路１２０２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。
電極１２０３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の電気信号を光導波路１２０２に駆動入力する。また、光導波路１２０２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１２０３の幅や厚さを調整することにより、光導波路１２０２を伝搬する光の速度と電極１２０３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、光導波路１２０２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。
入射側反射膜１２０４及び出射側反射膜１２０５は、光導波路１２０２に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光導波路１２０２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１２０６は、電極１２０３に接続され、周波数ｆｍの電気信号を供給する。
入射側反射膜１２０４は、導波路型光変調器１２００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１２０４は、出射側反射膜１２０５により反射されて、かつ光導波路１２０２を通過した光を反射する。
出射側反射膜１２０５は、導波路型光変調器１２００の光出射側に配され、光導波路１２０２を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜１２０５は、光導波路１２０２を通過した光を一定の割合で外部に出射する。
上述の構成からなる導波路型光周波数コム発生器１０２０において、光が光導波路１２０２内を往復する時間に同期した電気信号を電極１２０３から導波路型光変調器１２００へ駆動入力とすることにより、光位相変調器を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１００３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。
この導波路型光周波数コム発生器１０２０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光導波路１２０２に閉じ込められて伝搬することになるため、光導波路１２０２の極近傍に電極１２０３を取り付けることにより、光導波路１２０２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１００３と比較して光導波路１２０２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。
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１０２０は、光導波路１２０２の構造上、入射側反射膜１２０４及び出射側反射膜１２０５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１０２０の性能を高めるためには、これら入射側反射膜１２０４及び出射側反射膜１２０５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。光導波路１２０２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。
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）。
また、図３４は、導波路型光周波数コム発生器１０２０における、入射側反射膜１２０４が形成されている端面を示している。この図３４によれば、基板１２０１の上端に光導波路１２０２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１２０３が形成されている。即ち、この光導波路１２０２は、導波路型光周波数コム発生器１０２０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３４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。
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光導波路１２０２の導波モードから外れ、損失となる。
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１２０４を形成させる際に問題が発生する。入射側反射膜１２０４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。
すなわち、基板中に拡散等によってコアを形成する光導波路では、コアが基板の表面に形成されるため、端面においては、コアの外周のうち少なくとも一辺が基板の外周に位置することとなる。このような光導波路の端面に、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法等により反射膜等の光学薄膜を形成すると、基板の端面の外周部において、成膜粒子の側面への回り込み、ならびに、側面方向から飛来した成膜粒子の端面への回り込みが生じるため、基板の端面の外周部で一様な膜厚が得られにくい。そのため、基板の端面の外周部に位置するコアの端面上に、反射膜等として作用する程度に薄く、しかも、膜厚分布の少ない膜を形成することは非常に困難であった。
ここで、本件出願人は、光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、光発振器を先に提案している。（例えば、特許文献３参照）。
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保護部材を、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、上記保護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ことにより、光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。
特開２００３－２０２６０９号公報 特許第３８９１９７７号公報 特許第４７８１６４８号公報
ところで、従来の導波路型光周波数コム発生器１０２０では、光導波路１２０２の端面が端面最上部の角に位置することから、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法等により反射膜等の光学薄膜として単層又は多層の気相成長膜を端面に形成すると、基板の端面の外周部において、成膜粒子の側面への回り込み、ならびに、側面方向から飛来した成膜粒子の端面への回り込みが生じるため、基板の端面の外周部で一様な膜厚が得られにくく、基板の端面の外周部に位置するコアの端面上に、反射膜等として作用する程度に薄く、しかも、膜厚分布の少ない膜を形成することは非常に困難であるという問題点があった。
また、光導波路１２０２の端面を研磨する加工時に、光導波路１２０２の端面の角が加工時に欠けやすく、また、光導波路１２０２の端面の角が加工時に丸くなることがあり、光導波路１２０２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という問題点があった。
これらの問題点は、光導波路１２０２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１２０５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１０２０自身の機能の低下等を招くことになり、また、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、歩留まりを低下させる要因になっていた。
また、従来、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では、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路が用いられており、光変調器や光周波数コム発生器を構築した場合に得られる光出力も、直交モードが混在する偏光成分を含むものであった。
従来の光周波数コム発生器では、光周波数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ようにしていたが、直交モードが混在する偏光成分を透過する光導波路が用いられていたために、図３５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る。しかも、直交偏光成分による透過モード波形に変形が発生する場所（主モードに対する相対位置）は、ばらばらであり極小部が複数になるため、共振長を制御する際の不安定要因になる。
すなわち、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を用いた光コム発生器における光周波数コム発生において、直交する偏光成分は、光周波数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、制御の発振等の原因となり、光周波数コムを例えば測定対象までの距離や高さを測定する計測装置に利用する場合に、直交する偏光成分が計測誤差の要因になっていた。
また、上述の如く、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保護部材を、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、上記保護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ことにより、光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のであるが、上記光導波路の上部に保護部材を接着固定するために用いられるエポキシ系やアクリル系等の熱硬化型光学用接着剤又は光硬化型光学用接着剤は、硬化後であっても、加熱した際にガス成分を放散することがあり、入射側反射膜並びに出射側反射膜を気相成長膜として形成する際に、蒸着温度の温度上昇とともに放散ガスの量が増え、放散ガスが気相成長膜の光学特性を劣化させるという問題がある。
また、光学用接着剤は、ガラス転移温度を超えることで接着剤そのものが劣化させ、接着部の強度低下、変形などが気相成長膜に物理的な変形を及ぼすなどの問題がある。
そこで、本発明は、上述の如き従来の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、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑える保護部材を光導波路の上部に接着固定するための光学用接着剤の加熱による放散ガスによる気相成長膜の光学特性を劣化や接着部の強度低下による気相成長膜の物理的な変形などの悪影響を被ることなく、各反射膜として単層又は多層の気相成長膜を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及び変調器の作製方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光導波路の透過モード波形に変形が生じることがなく、共振器制御を安定化することができるようにすることにある。
また、本発明の他の目的は、光周波数コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力を抑制して、偏光消光比の向上をはかり、単一偏光度を高めた光周波数コム出力を得られるようにすることにある。
さらに、本発明の他の目的は、光周波数コム発生器としての安定化、光周波数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。
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。
本発明は、入射側反射膜から出射側反射膜にかけて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伝搬して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、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材を、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保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、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として単層又は多層の気相成長膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成することを特徴とする。
本発明に係る光共振器の作製方法において、上記反射膜被着工程では、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜を被着させるものとすることができる。
本発明は、入射側反射膜及び出射側反射膜が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伝搬して変調する光変調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保護部材を、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保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、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として単層又は多層の気相成長膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成することを特徴とする。
本発明に係る光共振器の作製方法において、上記反射膜被着工程では、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜を被着させるものとすることができる。
また、本発明に係る光共振器の作製方法において、上記反射膜被着工程では、上記光導波路形成工程では、少なくとも電気光学効果を有する上記基板の上面からプロトン交換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上記光導波路を形成するものとすることができる。
また、本発明に係る光共振器の作製方法は、上記基板にリッジ構造を形成するリッジ構造形成工程を有し、上記電極形成工程において、リッジ構造が形成された上記基板に上記積層工程において積層したバッファ層上に、上記光導波路に対して電界を印加するための電極として、リッジ構造を有する電極を形成するものとすることができる。
本発明は、光共振器であって、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、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護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上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記端面保護手段は、上記保護部材の端面と上記基板の端面とで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、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜であることを特徴とする。
本発明に係る光共振器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜であるものとすることができる。
また、本発明に係る光共振器は、上記端面保護手段を構成する保護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保護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し、上記端面保護手段は、上記保護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、また上記保護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ものとすることができる。
本発明は、光変調器であって、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、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、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護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上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記端面保護手段は、上記保護部材の端面と上記基板の端面とで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、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜であることを特徴とする。
本発明に係る光変調器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜であるものとすることができる。
本発明は、光変調器であって、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た光導波路と、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護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上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記端面保護手段は、上記保護部材の端面と上記基板の端面とで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、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜であることを特徴とする。
また、本発明に係る光変調器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜であるものとすることができる。
また、本発明に係る光変調器において、上記光導波路は、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少なくとも電気光学効果を有する上記基板に形成されているものとすることができる。
さらに、本発明に係る光変調器において、上記光変調手段の電極は、リッジ構造を有するものとすることができる。
本発明は、光周波数コム発生器であって、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、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、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護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上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記端面保護手段は、上記保護部材の端面と上記基板の端面とで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、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜であることを特徴とする。
本発明に係る光周波数コム発生器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜であるものとすることができる。
本発明は、光発振器であって、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、又はレーザー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、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護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上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記端面保護手段は、上記保護部材の端面と上記基板の端面とで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、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜であることを特徴とする。
本発明に係る光発振器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜であるものとすることができる。
また、本発明に係る光発振器において、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ものとすることができる。
さらに、本発明に係る光発振器において、上記光導波路は、非線形光学結晶からなるものとすることができる。
本発明は、光発振器であって、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、
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、又はレーザー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、上記光導波路が上面から形成された基板と、上記基板上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるための電極からなり、上記電極に供給される電気信号の波長に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段と、上記基板と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護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上記保護部材が接着剤で貼り付けて配設された端面保護手段とを備え、上記端面保護手段は、上記保護部材の端面と上記基板の端面とで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、上記入射側反射膜及び出射側反射膜は、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として形成された上記光導波路に対して垂直な平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜であり、レーザー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。
また、本発明に係る光発振器において、上記入射側反射膜並びに上記出射側反射膜は、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜であるものとすることができる。
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保護部材を、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接着剤で貼り付けて配設し、上記保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成することができる。また、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜を被着させるので、上記接着剤の加熱による放散ガスによる気相成長膜の光学特性を劣化や接着部の強度低下による気相成長膜の物理的な変形などの悪影響を被ることなく、各反射膜として単層又は多層の気相成長膜を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る。これにより、光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。
また、本発明では、入射端から出射端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を備えているので、入射側反射膜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を伝搬され、位相変調されて出射端から出射される。共振手段を構成する入射側反射膜から出射側反射膜を備えることにより、出射側反射膜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。
また、本発明では、少なくとも電気光学効果を有する基板にて形成された光導波路路上に形成され変調信号を往路方向又は復路方向へ伝搬させるためのリッジ構造を有する電極に供給される変調信号に応じて上記光導波路内を伝搬される光の位相を変調する光変調手段を備えることにより、駆動に必要な変調信号として用いられるマイクロ波の電力を下げることができる。
すなわち、本発明によれば、光導波路を形成させるための基板と同じ硬さを持つ保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、光導波路端面の角の加工時における欠けや丸まりを抑えて上記光導波路に対して垂直な平面に形成された光入射端面と光出射端面として単層又は多層の気相成長膜を有するとともに、リッジ構造を有する電極を備える光導波路を用いることにより、低電力駆動を実現し、省エネルギー化、低発熱化、小型・軽量化、信頼性の向上、低コスト化を可能にした光変調器や光コム発生器を提供することができる。
本発明を適用した光変調器の構成を示す図である。 本発明を適用した光変調器の側面図である。 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。 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。 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。 保護部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。 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。 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。 本発明を適用した光導波路型のレーザー発振器の構成を示す図である。 本発明を適用したレーザー発振器の構成を示す図である。 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。 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。 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。 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。 本発明を適用した光変調器の他の構成例を示す斜視図である。 上記光変調器の側面図である。 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。 本発明を適用した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。 上記基板の入射側端面を示す正面図である。 上記基板の平面図である。 本発明を適用したリッジ構造を有する電極を備える光変調器（光コム発生器）の構成を示す斜視図である。 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。 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。 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。 本発明を適用した光変調器について、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。 本発明を適用した光変調器について、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。 本発明を適用した低電力型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。 本発明を適用した低電力型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。 本発明を適用した低電力型光コムモジュールを用いて構築した光コム光源の構成例を示すブロック図である。 上記光コム光源を用いて構成した光コム距離計の構成を示すブロック図である。 本発明を適用した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。 従来の光周波数コム発生器の原理的な構造を示す図である。 従来の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。 従来の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。 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。
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。
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の上部に配設され接着剤により接着される第１の保護部材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の上部に配設され接着剤により接着される第２の保護部材８７と、第１の端面８４並びに第１の保護部材８６の端面８６ａとの間で形成される平面９１上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜９３と、第２の端面８５並びに第２の保護部材８７の端面８７ａとの間で形成される平面９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜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。
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。
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等の他層よりも高く設定されている。光導波路１２に入射した光は、光導波路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ことができる。
なお、この光導波路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光導波路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光の変調を行うことができる。
バッファ層１４は、光導波路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。
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。
第１の保護部材８６並びに第２の保護部材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の保護部材８６並びに第２の保護部材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の保護部材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の保護部材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。
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。
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を通過した光を反射する。出射側反射膜９４は、光導波路１２を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜９４は、光導波路１２を通過した光を一定の割合で外部に出射する。
入射側反射膜９３及び出射側反射膜９４は、蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）あるいはスパッタリング法等を用いて上記気接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で成膜された蒸着膜やスパッタ膜などからなる単層又は多層の気相成長膜として、それぞれ平面９１,９２一面に亘って形成される。
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。
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。
光導波路１２の光入射端を含む第１の端面８４と保護部材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。
このように第１の端面９１並びに第２の端面９２を光導波路１２に対して略垂直に形成させることにより、これに単層又は多層の気相成長膜として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。
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、光は光導波路１２内を共振することになる。
また、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、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。
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。
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。
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中に熱拡散させて光導波路１２を形成する。
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厚に制御するようにしてもよい。
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、光導波路１２の上部において保護部材８６,８７を接着する。この保護部材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。この保護部材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、貼り付けた保護部材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。
上記光導波路１２の上部において保護部材８６,８７を接着する場合に使用する接着剤は、エポキシ系やアクリル系等の熱硬化型光学用接着剤又は光硬化型光学用接着剤が使用される。
最後にステップＳ１６へ移行し、この得られた平面９１,９２を光導波路１２に対して垂直な平面に研磨する。そしてこの研磨された光導波路１２に対して垂直な平面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。
ここで、入射側反射膜９３、出射側反射膜９４は、蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法等により、単層又は多層の気相成長膜として平面９１,９２上に被着形成される。
気相成長膜として入射側反射膜９３、出射側反射膜９４を形成する際には、上記光導波路１２の上部において保護部材８６,８７を接着する使用された光学用接着剤の耐熱温度以下を蒸着処理の温度条件とし、例えば、ガラス転移温度Ｔｇが比較的に高いエポキシメタクレート系の紫外線硬化型光学接着剤を使用する場合にはチップ表面温度が２００°Ｃ以下を蒸着処理の温度条件とし、ガラス転移温度Ｔｇがエポキシメタクレート系よりも低いエポキシ系やアクリル系の紫外線硬化型光学接着剤を使用する場合には蒸着処理の温度条件を低く設定する必要がある。蒸着処理の温度条件は、ガラス転移温度Ｔｇがよりも高い光学接着剤を使用することにより、高く設定することができる。
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部材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、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。
また、保護部材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光導波路１２に対して垂直な平面９１,９２を得ることができ、光導波路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。
さらに、この保護部材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。
また、この保護部材８６,８７を設けることにより、単層又は多層の気相成長膜として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から他の側面に成膜粒子の側面への回り込み、ならびに、側面方向から飛来した成膜粒子の端面への回り込み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。
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。
実際に、保護部材８６,８７を設けたことによる効果を実験的に検証すべく、保護部材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、単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜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。
特に第１の保護部材８６並びに第２の保護部材８７を、基板１１と同一の材質から構成し、また平面９１,９２を形成する保護部材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。
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部材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、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。
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を接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜として被着させることにより作製した結果、光導波路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、光導波路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。
すなわち、光導波路１２を上面から形成させるための基板１１と同じ硬さを持つ保護部材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９１,９２を形成するように上記光導波路１２の上部に光学用接着剤で貼り付けて配設し、上記保護部材８６,８７の端面と上記基板１１の端面を研磨することにより、上記光導波路１２の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路１２に対して垂直な平面９１,９２を形成することができる。また、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材８６,８７の端面と上記基板１１の端面とで形成される平面９１,９２の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜として反射膜を被着させるので、上記接着剤の加熱による放散ガスによるＸＴＩＡ気相成長膜の光学特性を劣化や接着部の強度低下による気相成長膜の物理的な変形などの悪影響を被ることなく、各反射膜９３,９４として単層又は多層の気相成長膜を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る。これにより、光導波路１２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９３,９４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９３,９４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。
図５は、光導波路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光共振器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●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■で示す）、得られた各プロットを直線で近似している。
この得られた直線より、長さｌの光共振器５の光導波路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、光導波路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に示すように光導波路１２の結晶長が長くなるにつれ、光導波路１２による内部損失が増加することが分かる。
ちなみに、この図５において光共振器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。
光導波路の導波損失率と鏡の透過率を一致させることが共振器のフィネスと透過率を高め共振器の性能を上げることにつながる。光コム発生器として使用可能な光導波路の損失率はおおむね片道当たり１％～５％の範囲に入っているため、反射率が９５％～９９％の範囲にある反射膜９３,９４を被着させると性能の良い光共振器を製作することができる。
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、保護部材８６,８７を貼り付けた状態で平面９１,９２の研磨と接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で気相成長膜として入射側反射膜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。
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、光導波路１２内へ入射させる光のみ透過させ、光導波路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。
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。
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。
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、光共振器５のＦＳＲ(Free Spectral Range)は、ステップＳ１６における研磨後の光導波路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。
例えば、光共振器５のＦＳＲを周波数ｆＦＳＲに一致させる場合、光導波路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、光導波路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、光共振器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。
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。
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光導波路１２と、光導波路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、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上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜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上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜９４とを備えている。
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。
ウェハ９５は、ＳｉＯ２等からなり、光導波路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。これにより光導波路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。
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光導波路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の保護部材８６並びに第２の保護部材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。
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。
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、保護部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。
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。
また、上記光変調器５１は、光導波路１２の一の端部につき高反射膜としての単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜９４を設け、他の端部につき単層又は多層の気相成長膜からなる反射防止膜６３を設けることにより、図７に示すように、いわゆる往復変調型の光変調器５１として動作させることもできる。
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の保護部材８６並びに第２の保護部材８７と、平面９１上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる反射防止膜６３と、平面９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜９４とを備えている。
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の他端側に移相器１９ａ、反射器１９ｂとがさらに配設される。
反射防止膜６３は、第１の端面８４並びに第１の保護部材８６の端面８６ａとの間で形成される平面９１上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着される。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。
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。
このような構成からなる光変調器５１は、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、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、反射器１９ｂにより反射されることになる。
この光変調器５１では、上記電極８３ に対して発振器１６より発振された周波数ｆｍの変調信号を供給すると、当該変調信号は、電極８３を往路方向へ伝搬することになり、光導波路１２内を往路方向へ伝搬する光につき位相を変調させることができる。電極８３上を往路方向へ伝搬した変調信号は、そのまま反反射器１９ｂにより反射され、移相器１９ａにより位相調整された上で、今度は電極８３を復路方向へ伝搬することになる。これにより、光導波路１２内を復路方向へ伝搬する光につき位相変調させることができる。ちなみに、この移相器１９ａにより調整される位相は、光導波路１２内を復路方向へ伝搬する光につき施される位相変調が、往路方向へ伝搬する光に対する移相変調と同様になるようにしてもよい。
この光変調器５１では、光導波路１２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ことができるため変調効率を増加させることができる。
また、この光変調器５１では、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から駆動入力とすることにより、光導波路１２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、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。
また、この光変調器５１は、光を狭小な光導波路１２に押し込めて変調させることができるため、変調指数を大きくすることができ、光周波数コム発生器１として機能して、バルク型の光周波数コム発生器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を多くすることができる。
なお、この光変調器５１を用いた光周波数コム発生器１では、反射器１９ｂより反射されて移相器１９ａにより調整される変調信号の位相を、電極８３の形状、変調信号の周波数ｆｍ、並びに光導波路１２の群屈折率ｎｇに応じて調整することにより、光の位相に高精度に合わせ込むことことにより、光導波路１２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高効率に位相変調を施すことができ、変調効率を最大２倍近くまで増加させることができる。また、電極８３へ印加する電圧を上げることなく、変調効率を効果的に向上させることができるため、消費電力を削減でき、光周波数コム発生器１を配設するヘテロダイン検波系自体をスリムにすることができ、コストを大幅に削減することができる。
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、反射率の高い単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜９３を接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着させる。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を接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で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。
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、保護部材８６,８７を貼り付けることにより、上述の如く膜６３,９３，９４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。
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、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。
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。
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。
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ー発振器５２にも適用することができる。このレーザー発振器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。
レーザー発振器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、光導波路１２の上部に配設される第１の保護部材８６並びに第２の保護部材８７と、平面９１上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜９３と、平面９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜９４とを備え、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４との間で光共振器５を構成する。また、このレーザー発振器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。
このレーザー発振器５２における光導波路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、光導波路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光導波路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。レーザー発振するのは、光共振器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、保護部材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光導波路１２の端面における反射特性を高めることにより、光共振器５内の損失率も低くなることから、レーザー発振の閾値を低下させることができる。
光導波路１２内に特別な増幅媒質を導入しなくても、この光導波路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、光導波路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光導波路１２を構成しても良い。
このレーザー発振器５２における光共振器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、かつ光導波路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、この光共振器５を構成する出射側反射膜９４は、光導波路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。
ちなみに、このレーザー発振器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、発振が起こるのは光共振器５内の増幅率が損失率を上回った場合であるから、保護部材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光共振器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。
上述の如くレーザー発振器５２やこれを適用する光パラメトリック発振器において光導波路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。特にこのレーザー発振器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、光導波路１２を用いることの利点がさらに助長されることになる。
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ー発振器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。このレーザー発振器５３において、上述した光変調器８並びにレーザー発振器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。
レーザー発振器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の保護部材８６並びに第２の保護部材８７と、平面９１上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜９３と、平面９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜９４とを備え、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４との間で光共振器５を構成する。また、このレーザー発振器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、それぞれレーザー発振する多モード間の位相同期をとる機能を有する。
このような構成からなるレーザー発振器５３では、上述したレーザー発振器５２において光導波路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ーの発振が可能となる。ここで、光共振器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光導波路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、モード同期レーザーを発振するレーザー発振器として動作することになる。
このモード同期が施されると、レーザー発振器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、レーザー発振器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。またこのレーザー発振器５３を、上述したレーザー発振器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。特にこのレーザー発振器５３は、保護部材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、光共振器５全体のフィネスを向上させることができ、モード同期レーザーを効率よく発振させることが可能となる。
ちなみに、レーザー発振器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、光共振器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結晶を光導波路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。
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並びにレーザー発振器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。
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の保護部材８６並びに第２の保護部材８７と、平面９１上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜９３と、平面９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で被着された単層又は多層の気相成長膜からなる出射側反射膜９４とを備え、入射側反射膜９３と出射側反射膜９４との間で光共振器５を構成する。また、この変形ＦＰ電気光学変調器５４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。
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側の光導波路１２の端部へ導くとともに、当該光導波路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、光導波路１２内へ入射させる光のみ透過させ、光導波路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、光導波路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、保護部材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、光共振器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。
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。
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との間で無線信号の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。
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。
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を介して光導波路１２内へ入射される。この光導波路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を介して光導波路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。
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。
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における光導波路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。
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。
この通信システム５５では、保護部材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、光導波路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。
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。
さらに、本発明を適用した光変調器８では、図１に示すように光導波路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。
光導波路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と光導波路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。
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。
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。一般に光導波路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。
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。
このため、ｌｍ＝６ｍｍである場合において、光導波路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。
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。
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。
なお、上記図４に示した本発明を適用した光変調器８の作製方法では、ステップＳ１１、Ｓ１２の光導波路１２の作製工程において、Ｔｉ原子を基板１１中に熱拡散させて光導波路１２を形成したが、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。
ここで、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を用いた光コム発生器における光コム発生において、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、制御の発振等の原因となり、光コムを例えば測定対象までの距離や高さを測定する計測装置に利用する場合に、直交する偏光成分が計測誤差の要因になっていたが、例えば図１に示すような構成の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１２Ａを有する導波路型光変調器８Ａを採用して、光コム発生に寄与しない直交偏光成分の出力を抑制して、偏光消光比の向上をはかり、単一偏光度を高めた光コム出力を得られるようにすることにより、光導波路の透過モード波形に変形が生じることがなく、共振器制御を安定化することができ、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。
図１５に示す導波路型光変調器８Ａ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１２Ａ以外の構成は図１に示した導波路型光変調器８と同じなので、同一構成要素については、同一符号を付して示すことにより、詳細な説明を省略する。
図１６は、導波路型光変調器８Ａの側面図である。
この導波路型光変調器８Ａにおいて、光導波路１２Ａ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。
入射側反射防止膜６３を介して光導波路１２Ａに入射した光は、単一の偏波成分のみが光導波路１２Ａの境界面で全反射しながら伝搬する。
ここで、単一の偏光成分のみ通す光導波路１２Ａ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。
この光導波路１２Ａ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。
また、光導波路１２Ａ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１２Ａ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１２Ａ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。
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１２Ａ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。
バッファ層１４は、光導波路１２Ａ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。
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１２Ａに駆動入力することにより、光導波路１２Ａ内を伝搬する光に位相変調をかける。
第１の保護部材８６並びに第２の保護部材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の保護部材８６並びに第２の保護部材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の保護部材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の保護部材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。
入射側反射防止膜６３は、第１の端面８４並びに第１の保護部材８６の端面８６ａとの間で形成される光導波路１２Ａに対して垂直な平面９１上に単層又は多層の気相成長膜として被着形成される。出射側反射防止膜６４は、第２の端面８５並びに第２の保護部材８７の端面８７ａとの間で形成される光導波路１２Ａに対して垂直な平面９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜として被着形成される。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。
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。
次に、本発明を適用した光変調器８Ａの作製方法につき図１７を用いて説明をする。
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。
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１２Ａを形成する。
なお、このステップＳ２１、Ｓ２２の光導波路１２Ａ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１２Ａを形成するＴｉ拡散法にこれを代替してもよい。
次にステップＳ２３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Ｓ２３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Ｓ２４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２４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。
次にステップＳ２４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Ｓ２５へ移行し、光導波路１２Ａの上部において保護部材８６,８７を接着する。この保護部材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。この保護部材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Ｓ２５においては、貼り付けた保護部材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。
最後にステップＳ２６へ移行し、この得られた平面９１,９２を光導波路１２Ａに対して垂直な平面に研磨する。そしてこの研磨された光導波路１２Ａに対して垂直な平面９１,９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で入射側反射防止膜６３、出射側反射防止膜６４をそれぞれ一面に亘って気相成長膜として形成させる。
このように、本発明を適用した光変調器８Ａでは、各端部において保護部材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１２Ａ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Ｓ２６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１２Ａの端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路１２Ａ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１２Ａの各端面からの光損失を極力抑えることが可能となる。
また、保護部材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Ｓ２６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１２Ａ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１２Ａ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。
さらに、この保護部材８６,８７をあえて設けることにより、ステップＳ２６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１２Ａ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。
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接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で気相成長膜とし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。
実際に、保護部材８６,８７を設けたことによる効果を実験的に検証すべく、保護部材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１２Ａの端面部分における欠けや曲がりは一切発生せず、単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射防止膜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た。
特に第１の保護部材８６並びに第２の保護部材８７を、基板１１と同一の材質から構成し、また平面９１,９２を形成する保護部材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。
このような構成の光変調器８Ａでは、入射側反射防止膜６３を介して入射され光導波路１２Ａ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、本発明を適用した光変調器８Ａでは、各端部において保護部材８６,８７を貼り付けることにより、光導波路１２Ａ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１２Ａの端面の欠けや丸まり、光導波路１２Ａ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。
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１８、図１９、図２０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１１２Ａ，１１２Ｂ、１１２Ｃを形成し、光導波路１１２Ａ，１１２Ｂ、１１２Ｃの上部に幅Ｗ２＝１．９［ｍｍ］、長さＬ２＝１．５［ｍｍ］、厚みＴ２＝０．５［ｍｍ］の保護部材８６,８７を接着して、保護部材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１１２Ａ，１１２Ｂ、１１２Ｃ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１１２Ａ，１１２Ｂ、１１２Ｃ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１１２Ａ，１１２Ｂ、１１２Ｃ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。
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。
なお、この光変調器８Ａ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１２Ａ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、上記光変調器８と同様に、上述した図７ａ，図７ｂ，図７ｃに示した構成のいわゆる往復変調型の光変調器として動作させることもできる。
また、上記光変調器８Ａは、上記ステップＳ２６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１Ａとして機能する。
すなわち、光コム発生器１Ａ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１２Ａ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１２Ａ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。
第１の端面８４並びに第２の端面８５を光導波路１２Ａに対して略垂直に形成させることにより、これに被着される単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜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。
上述の如き構成からなる光コム発生器１Ａ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１２Ａ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１２Ａ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１２Ａ内を共振することになる。
また、単一の偏波成分の光が光導波路１２Ａ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８Ａ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、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１Ａとして機能する。
すなわち、光コム発生器１Ａ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１２Ａ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１２Ａ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。
ここで、本発明に係る光変調器８，８Ａ，５１において、変調信号が供給される光導波路１２Ａの上面に設けられた電極８３は、例えば図２１に示すような構成の導波路型光変調器８Ｂ（光コム発生器１Ｂ）のように、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。
この導波路型光変調器８Ｂ（光コム発生器１Ｂ）は、図１５,１６に示した導波路型光変調器８Ａ（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８Ａ（光コム発生器１Ａ）と同一の構成要素については、図１５,１６における説明を引用し、ここでの説明を省略する。
この導波路型光変調器８Ｂ（光コム発生器１Ｂ）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。
光導波路１２Ａ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。
この光導波路１２Ａ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１２Ａに入射した光は、単一の偏波成分のみが光導波路１２Ａの境界面で全反射しながら伝搬する。
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１２Ａ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。
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１２Ａに駆動入力とすることにより、光導波路１２Ａ内を伝搬する光に位相変調をかける。
このような構造の導波路型光変調器８Ｂ（光コム発生器１Ｂ）の作製方法について、図２２を用いて説明をする。
すなわち、先ずステップＳ３１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。
次にステップＳ３２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１２Ａを形成する。
なお、このステップＳ３１、Ｓ３２の光導波路１２Ａ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Ｓ３１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Ｓ３２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１２Ａを形成するＴｉ拡散法にこれを代替してもよい。
次にステップＳ３３へ移行し、光導波路１２Ａ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２３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。
次にステップＳ３４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Ｓ３４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Ｓ３５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。
次にステップＳ３５へ移行し、図２４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。
次にステップＳ３６へ移行し、光導波路１２Ａの上部において保護部材８６,８７を接着する。この保護部材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。この保護部材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Ｓ３６においては、貼り付けた保護部材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。
本発明を適用した光変調器８Ｂでは、最後のステップＳ３７において、この得られた平面９１,９２を光導波路１２Ａに対して垂直な平面に研磨して、この研磨された平面９１,９２上に接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で気相成長膜として入射側反射防止膜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。
また、本発明を適用した光コム発生器１Ｂでは、上記ステップＳ３７において、平面９１,９２を互いに平行に研磨し、この研磨された光導波路１２Ａに対して垂直な平面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接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で気相成長膜として形成させる。
このような構成の光変調器８Ｂ、光コム発生器１Ｂでは、入射端から入射され光導波路１２Ａ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。
しかも、本発明を適用した光変調器８Ｂ、光コム発生器１Ｂでは、各端部において保護部材８６,８７を貼り付けることにより、光導波路１２Ａ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１２Ａの端面の欠けや丸まり、光導波路１２Ａ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。
また、光コム発生器１Ｂ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１２Ａ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１２Ａ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１２Ａ内を共振することになる。
また、単一の偏波成分の光が光導波路１２Ａ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８Ｂ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８Ｂ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１Ｂとして機能する。
このように、本発明を適用した光コム発生器１Ｂ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１２Ａ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１２Ａ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部材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１２Ａ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Ｓ３７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１２Ａの端面が欠けることがなくなる。即ち、光導波路１２Ａ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１２Ａの各端面からの光損失を極力抑えることが可能となる。
しかも、この光変調器８Ｂは、図２４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。
ここで、この光変調器８Ｂ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２５、図２６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。
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８Ｂ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。
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。
すなわち、この光変調器８Ｂ、光コム発生器１Ｂでは、光導波路１２Ａの基板１１と同じ硬さを持つ保護部材から構成され、上記保護部材における少なくとも一の端面が上記光導波路１２Ａ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１２Ａの上部に配設される第１の保護部材８６並びに第２の保護部材８７を備え、上記保護部材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る光導波路１２Ａに対して垂直な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６４又は出射側反射膜９４が接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下でそれぞれ単層又は多層の気相成長膜として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。
したがって、上述の如き構成の光変調器８Ａ、８Ｂ、光変調器５１は、光導波路１２Ａを上面から形成させるための基板１１と同じ硬さを持つ保護部材８６,８７を、少なくともその一の端面が上記光導波路１２Ａ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１２Ａの上部に配設し、上記保護部材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光導波路１２Ａに対して垂直な平面上に共振手段を構成する単層又は多層の気相成長膜からなる入射側反射膜９３並びに出射側反射膜９４を被着させるので、光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１２Ａ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１２Ａ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。
上述の如き光変調器８Ｂ、光変調器５１における光導波路１２Ａ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、リッジ構造を有する電極８３Ａを設けることにより、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。
また、光変調器８Ａ、８Ｂ（光コム発生器１Ａ、１Ｂ）においても、反射率が９５％～９９％の範囲にある反射膜９３,９４を被着させることにより、光導波路１２Ａの導波損失率と反射膜９３,９４の透過率を一致させて共振器のフィネスと透過率を高め共振器の性能を上げることができる。
次に、本発明を適用した低電力型光コムモジュールを利用した光コム発生器２１０の構成を図２７のブロック図に示す。
この光コム発生器２１０は、本発明を適用した低電力型光コムモジュール２００Ａから出力される光コムの一部を分岐する光カップラ２１１と、光カップラ２１１により分岐された光を検出する光検出器２１２と、この光検出器２１２により得られる光検出信号が供給される制御回路２１３などを備える。
光コムモジュール２００Ａは、図示しないレーザー光源からレーザー光が入射されるとともに、バイアス・ティー２１４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２００Ａは、温度調節回路２１９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。
制御回路２１３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２１４に供給する。
光コムモジュール２００ＡのＤＣバイアスに加えることにより、光コムモジュール２００Ａ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。
制御回路２１３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２１２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。
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２１２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。
制御回路２１３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駆動信号は別の変調信号（ディザ信号）を使用することが可能である。レーザー周波数または光コムモジュール２００Ａの共振周波数に、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２１２の出力信号と同期信号のミキシングを行う。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。
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２１４経由で光コムモジュール２００Ａ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２００Ａ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。
また、本発明を適用した低電力型光コムモジュールを利用した光コム発生器２２０の構成を図２８のブロック図に示す。
この光コム発生器２２０は、本発明を適用した低電力型光コムモジュール２００Ａの反射光を利用して共振器制御を行うもので、低電力型光コムモジュール１００Ａの反射光の一部が光カップラ２１１により分岐されて光検出器２１２に入射されるようになっている。
この光コム発生器２２０における各構成要素は図２７に示した光コム発生器２１０の構成要素と同じであり、対応する構成要素について、図２８中に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
制御回路２１３は光検出器２１２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２００Ａ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。
さらに、本発明を適用した低電力型光コムモジュールは、例えば、図２９に示すような構成の光コム光源３００を構築することができる。
この光コム光源３００は、単一周波数発振のレーザー光源３０１、レーザー光源３０１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３０２、分離光学系３０２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３０５、それぞれ低電力型光コムモジュールを用いた２つの光コム発生器（OFCG1、OFCG2）３２０Ａ，３２０Ｂ等を備える。
この光コム光源３００では、１台の単一周波数発振のレーザー光源３０１から出射されるレーザー光が分離光学系３０２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）３２０Ａ，３２０Ｂに入力されるようになっている。
２台の光コム発生器３２０Ａ，３２０Ｂは、互いに異なる周波数ｆｍと周波数ｆｍ＋Δｆｍで発振する発振器３０３Ａ，３０３Ｂにより駆動される。それぞれの発振器３０３Ａ，３０３Ｂは、共通の基準発振器３０４により位相同期されることにより、ｆｍとｆｍ+Δｆｍとの相対周波数が安定になる。光コム発生器（OFCG2）３２０Ｂ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３０５を設けて、入力されたレーザー光にこの周波数シフタ３０５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。
２つの光コム発生器（OFCG1，OFCG2）３２０Ａ，３２０Ｂは、それぞれ本発明を適用した低電力型光コムモジュールにより構成されるもので、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。
この光コム光源３００は、１台の単一周波数発振のレーザー光源３０１を共通として、２台の光コム発生器（OFCG1、OFCG2）３２０Ａ，３２０Ｂ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３００を用いることにより、２つの光コム発生器（OFCG1、OFCG2）３２０Ａ，３２０Ｂ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。
図３０は、上記光コム光源３００を用いて構成した光コム距離計４００の構成を示すブロック図である。
図３０のブロック図に示す光コム距離計４００は、光周波数コム干渉計を用いて距離を測定するものであって、第１、第２の光コム光源４０１、４０２から出射される中心周波数と周波数間隔の異なる二つの光周波数コムを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Ｓ１と測定光Ｓ２として干渉光学系４１０を介して基準面４０４と測定面４０５に照射し、上記基準面４０４と測定面４０５に照射する基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との干渉光Ｓ３を基準光検出器４０３により検出するとともに、上記基準面４０４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面３０５により反射された測定光Ｓ２’との干渉光Ｓ４を測定光検出器４０６により検出し、信号処理部４０７により、上記基準光検出器４０３により干渉光Ｓ３を検出した干渉信号と上記測定光検出器４０６により干渉光Ｓ４を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面４０４までの距離Ｌ１と上記測定面４０５までの距離Ｌ２の差を求めることができる。なお、干渉計や検出器の形態は複数ある。
この光コム距離計４００は、光学スキャン装置と組み合わせることにより、測定光Ｓ２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）計算を行い、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光コム形状計測器を構成することができる。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。
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３００を用いることにより、２つの光コム発生器（OFCG1、OFCG2）３２０Ａ，３２０Ｂ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。
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３５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３１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。
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。
１，１Ａ，１Ｂ，２１０,２２０,３２０Ａ，３２０Ｂ 光コム発生器、５ 光共振器、８，８Ａ，８Ｂ，５１ 光変調器、１１ 基板、１２、１２Ａ 光導波路、１４ バッファ層、１６ 発振器、１８ 終端抵抗、１９ａ 位相器、１９ｂ 反射器、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の保護部材、８６ａ，８７ａ 端面、８７ 第２の保護部材、９１，９２ 平面、９３ 入射側反射膜、９４ 出射側反射膜、２００Ａ 低電力型光コムモジュール、２１０，２２０ 光コム発生器、２１１ 光カップラ、２１２ 光検出器、２１３ 制御回路、２１４ バイアス・ティー、１３０，３００ 光コム光源、３０１ レーザー光源、３０２ 分離光学系、３０３Ａ，３０３Ｂ 発振器、３０４ 基準発振器、３０５ 周波数シフタ、３２０Ａ，３２０Ｂ 光コム発生器（OFCG1、OFCG2）、４００ 光コム距離計、４０１，４０２ 光コム光源、４０３ 基準光検出器、４０４ 基準面、４０５ 測定面、４０６ 測定光検出器、４０７ 信号処理部

Claims (6)

  1. 入射側反射膜から出射側反射膜にかけて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伝搬して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、
    上記基板と同じ硬さを持つ保護部材を、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保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、
    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として単層又は多層の気相成長膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、
    上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、
    上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成する
    ことを特徴とする光共振器の作製方法。
  2. 上記反射膜被着工程では、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜を被着させることを特徴とする請求項１に記載の光共振器の作製方法。
  3. 入射側反射膜及び出射側反射膜が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伝搬して変調する光変調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保護部材を、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保護部材の端面と上記基板の端面を研磨することにより、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む平坦な研磨面として、上記光導波路に対して垂直な平面を形成する研磨工程と、
    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として単層又は多層の気相成長膜を被着させる反射膜被着工程とを有し、
    上記配設工程では上記保護部材を上記光導波路の上部に接着剤で貼り付けて配設し、
    上記反射膜被着工程では、上記接着剤で貼り付けられた上記保護部材の端面と上記基板の端面とで形成される平面の全てに亘り上記接着剤の耐熱温度よりも低い温度条件下で単層又は多層の気相成長膜を被着させることにより、上記入射側反射膜又は上記出射側反射膜を上記光導波路に対して垂直な平面に形成する
    ことを特徴とする光変調器の作製方法。
  4. 上記反射膜被着工程では、上記光導波路の光の伝搬方向の結晶長に応じた損失率に対して、上記光導波路の光入射端又は光出射端を含む端面領域における膜厚が最適化された単層又は多層の気相成長膜を被着させることを特徴とする請求項３に記載の光変調器の作製方法。
  5. 上記光導波路形成工程では、少なくとも電気光学効果を有する上記基板の上面からプロトン交換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上記光導波路を形成することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光変調器の作製方法。
  6. 上記基板にリッジ構造を形成するリッジ構造形成工程を有し、
    上記電極形成工程において、リッジ構造が形成された上記基板に上記積層工程において積層したバッファ層上に、上記光導波路に対して電界を印加するための電極として、リッジ構造を有する電極を形成することを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか１項に記載の光変調器の作製方法。
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