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公開番号2025136979
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024035932
出願日2024-03-08
発明の名称マイクロ光共振器、及び光周波数コム発生装置
出願人国立大学法人徳島大学
代理人
主分類G02F 1/365 20060101AFI20250911BHJP(光学)
要約【課題】
光周波数コムの起動において、共振器の熱変形による共振波長および屈折率変化が不安定化をもたらしていた。また、励起光を共振器のソリトン化領域に掃引する機能は、励起光の波長を変化させる必要があり小型化およびコスト面で大きな課題であった。
【解決手段】
直線導波路に対して、直径がわずかに異なる複数の第1～第n番目のリング導波路を設け、さらに各リング導波路内に熱変形アクチュエーターをそれぞれ設け、熱変形アクチュエーターがアクチュエーターヒーターで順次に加熱し冷却しソリトン光コムの立ち上げを行う。なお、第1～第n番目のリング導波路は、それぞれ共振波長がわずかに異なっている。本構成により、複数個あるリング導波路の中のどれか一つが励起光の波長がリング導波路のソリトン化領域に合わせればよいので、ソリトン光コム生成をより確実にできる。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
レーザー光源光源装置から照射される所定の波長を有する励起光の入力を受け付ける入力部と、３次非線形光学効果を有する材質により構成され、直径がわずかに異なる第１～第ｎ番目のリング導波路と、前記入力部からの前記励起光を入力し、前記第１～第ｎ番目リング導波路と光学的にそれぞれ結合する位置に設けられ、少なくとも前記励起光の一部を前記第１～第ｎ番目のリング導波路のうちの特定のリング導波路に前記励起光のエヴァネッセント光を入力し、前記第１の導波路から互いに等しい周波数間隔である複数の櫛状のスペクトラムを有する光周波数コムを取り出す直線導波路と、前記直線導波路および前記複数のリング導波路の周りを囲み、前記第１の導波路および前記第１～第ｎ番目の導波路の屈折率より低い屈折率で形成されたクラッドと、前記第１～第ｎ番目のリング導波路の内側にそれぞれ形成された第１～第ｎ番目の熱変形アクチュエーターと、前記熱変形アクチュエーターを冷却する基板と、を有することを特徴とするマイクロ光共振器。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記第１～第ｎ番目のリング導波路のそれぞれの共振波長は、前記入力部側に最も近い第１のリング導波路の共振波長から順次一定量ずつ波長が大きくなるように、各リング導波路の直径を変えて設定されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ光共振器。
【請求項３】
前記第１～第ｎ番目のリング導波路のそれぞれの共振波長の増加量は、共振波形の半値幅分ずつ増加するように設定されていることを特徴とする請求項１～２記載のマイクロ光共振器。
【請求項４】
前記第１から第ｎ番目の前記熱変形アクチュエーターを加熱する第１～第ｎ番目のアクチュエーターヒーターと、前記第１～第ｎ番目の前記熱変形アクチュエーターの温度を検出する第１から第ｎ番目のアクチュエーター温度センサーと、前記第１～第ｎ番目の前記アクチュエーターヒーターの温度を制御するアクチュエーター温度制御装置と、前記基板の基準温度を所定の温度に加熱する基板ヒーターと、前記基板温度を検出する基板温度センサーと、前記基板の基準温度を周囲環境温度より高い値に制御する基板温度制御装置と、を有することを特徴とする請求項１～２記載のマイクロ光共振器。
【請求項５】
前記第１から第ｎ番目の熱変形アクチュエーターと前記第１から第ｎ番目のアクチュエーターヒーターが接していることを特徴とする請求項１～２記載のマイクロ光共振器。
【請求項６】
前記第１から第ｎ番目の熱変形アクチュエーターと前記基板が接していることを特徴とする請求項１～２記載のマイクロ光共振器。
【請求項７】
前記直線導波路から出力されるソリトン光コムを検出するソリトン光コム検出部と、基板温度を微調整する基板温度調節部と、ソリトン光コムの立ち上げをコントロールするソリトン光コム起動制御部とを有する請求項１～２記載のマイクロ光共振器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光周波数コムの周波数制御装置及び方法に関し、特に、ソリトン光コムの起動を確実に行い、かつ連続してソリトン光コムを生成し維持するための光周波数コムの周波数制御装置及び方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
光周波数コムは、周波数軸上に等間隔に並んだ成分（モード）からなる櫛（コム）形のスペクトラムを持つ光信号である。
【０００３】
光周波数コムを起動するには、キャビティ内を異常分散状態にするだけでは不十分であり、特殊な手順を踏む必要がある。この手法は2014年に、周回型光導波路へ導入する連続波（CW）レーザー光源の波長を、その共振周波数付近で連続的に掃引する手法が発見され、この方法を基本とする手法が多く研究されている。
【０００４】
しかし上記の手法による起動では、周回型光導波路における二つの要因による共振周波数のシフト、具体的にはカー非線形効果による光学的なシフトと、温度上昇による材料そのものの屈折率の変化及び熱膨張に起因する熱的なシフトの両方を考慮しなければならず、非常に複雑である。
【０００５】
以下に従来の光周波数コム発生装置について説明する。
そのマイクロ光共振器を図１５に示す。図１５(a)は導波路の平面図であり、図１５(b)は、ｘ軸の断面図を表している。３０aはシリコン基板２９上に成膜された二酸化ケイ素（SiO2）で形成された第１のクラッド層である。この第１のクラッド層３０aの一部をエッチング除去して周回型光共振器である共振器３２および導波路３１が埋め込まれている、その上に第２のクラッド層３０ｂが形成される。共振器３２はリング状であり、導波路３１は直線で構成される。共振器３２と導波路３１は僅かな隙間dを介して配置されている。なお、隙間ｄのｚ方向側面は、ドライエッチングで加工された面によって形成されている。また、共振器３２と導波路３１は窒化シリコンで構成されている。
【０００６】
以上のように構成された従来の光周波数コム発生装置について、以下その動作について説明する。
【０００７】
導波路３１には、図外の連続波（ＣＷ）レーザー光源光源装置から照射される励起光の入力を受け付ける入力部３３が接続され、ＣＷレーザー光源光源装置からＣＷレーザー光である励起光３４が導波路３１に入射される。
【０００８】
入射される励起光３４は波長λ１を有する連続波である。図１６（ａ）に入射励起光３４の波長スペクトラムを示す。励起光３４の共振波長λ１と共振器３２の共振波長が重なると、励起光３４は導波路３１から染み出たいわゆるエヴァネッセント波として共振器３２内に取り込まれる。
【０００９】
そして共振器内の異なる波長を有する各モードがそろった状態になると、ピークが重なり強め合う干渉により、パルス３７が発生する。この状態をモード同期という。また、このパルスを光コムという。図１７にモード同期の概念を示す。
【００１０】
モード間隔は繰り返し周波数frepで表され、
frep =mc/(2nL) m=1、2、3、・・・・
となる。ｎは導波路の材質の有効屈折率で、Ｌは共振器の周長、ｃは光速である。
光コムは、周波数軸上で見たとき、図１６（ｂ）のようなモードが櫛のように等間隔に並ぶスペクトラムを有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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