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公開番号2025150649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024051648
出願日2024-03-27
発明の名称光共振器、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 20060101AFI20251002BHJP(光学)
要約【課題】
垂直結合のリング共振器、及びディスク共振器は、従来の水平結合のリング共振器に比べて産業上コストが低減できるポテンシャルを有するが、高いQ値が実現困難であるという課題があった。
【解決手段】
リング共振器と直線導波路に挟まれるクラッド層において、部分的に屈折率の異なる領域を設ける。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
レーザー装置から照射される所定の周波数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た円形状の第１の導波路と、
前記第１の導波路の形成される面とは並行で、かつ異なる面上に形成され、前記第１の導波路と光学的に結合することにより、前記励起光の少なくとも一部を前記第１の導波路に入力し、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ように設けられた第２の導波路と、
前記第１の導波路の形成される面と、前記第２の導波路の形成される面との間に挟まれるクラッド層と、を備える光共振器であって、
前記クラッド層のうち、少なくとも片側を前記第１の導波路もしくは前記第２の導波路と接する領域に、部分的に屈折率が異なる領域を配置した光共振器。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記部分的に屈折率が異なる領域は、前記第２の導波路と平行な方向の大きさが、前記第１の導波路と前記第２の導波路とのモード結合長より短い請求項１記載の光共振器。
【請求項３】
前記部分的に屈折率が異なる領域は、前記第２の導波路と平行な方向の大きさが、前記第２の導波路から前記第１の導波路に向かって鉛直に投影した領域における最も長い距離の半分より短い請求項１記載の光共振器。
【請求項４】
前記部分的に屈折率が異なる領域は、前記第２の導波路と垂直な方向の大きさが、前記第２の導波路と平行な方向の大きさより長い請求項１から３のいずれかに記載の光共振器。
【請求項５】
前記部分的に屈折率が異なる領域は、厚み方向の大きさが、前記クラッド層の厚みより薄く、かつ前記第２の導波路と接している、請求項１から３のいずれかに記載の光共振器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光共振器、及びそれを用いた光周波数コム発生装置に関し、高いＱ値においても設備コストが低減可能な光共振器の形状に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
光周波数コムは、従来の電気では困難な、高い光の周波数を持つ基準信号源の実現を可能とし、それを用いた計測器や情報通信分野への応用が期待されている。
【０００３】
光周波数コムは光のカー非線形光学効果を利用したもので、非線形光学現象が発生するために必要な光の強度を実現するため、マイクロメートルレベルの大きさのリングを持つ光共振器（以下、リング共振器と記載）を使ったものが知られている。リング共振器への光の入力には、リング共振器と直線導波路とのモード結合現象を利用するのが一般的である。
【０００４】
以下に従来の光周波数コム発生装置について説明する。
同一平面内にリング共振器と直線導波路が構成されたマイクロ光共振器を図６に示す。図６（ａ）は導波路の平面図、図６（ｂ）は、同断面図を表している。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すｘ軸における断面図である。３０ａはシリコン基板２９上に成膜された二酸化ケイ素（ＳｉＯ
２
）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第１の導波路３１および第２の導波路３２が埋め込まれている。またその上に第２のクラッド層３０ｂが形成される。第１の導波路３１はリング状であり、第２の導波路３２は直線で構成される。第１の導波路３１と第２の導波路３２は僅かな隙間ｄを介して配置されている。なお、隙間ｄのｙ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、第１の導波路３１と第２の導波路３２は３次非線形光学効果を有する材質で構成されており、その代表的なものは窒化シリコンである。（以下、この構成を水平結合のリング共振器と称する）。
【０００５】
また近年、隙間ｄを精度よく配置することが技術的に困難であることを背景に、リング共振器と直線導波路が、お互いが平行で、かつ異なる面上に構成されたマイクロ光共振器が考案されており、この概略を図７に示す。図７（ａ）は導波路の平面図、図７（ｂ）は、同断面図を表している。なお、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すｘ軸における断面図である。３０ａはシリコン基板２９上に成膜された二酸化ケイ素（ＳｉＯ
２
）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第１の導波路３１が埋め込まれている。またその上に第２のクラッド層３０ｂが形成され、その厚みはｄである。第２のクラッド層３０ｂの上にはさらに第３のクラッド層３０ｃが形成され、この第３のクラッド層３０ｃには第２の導波路３２が埋め込まれている。第１の導波路３１はリング状であり、第２の導波路３２は直線で構成される。この構成においては、第１の導波路３１と第２の導波路３２は第２のクラッド層３０ｂの僅かな厚みｄを介して配置されている。一般に、同一平面を高い精度でパターニングするのは波長の短いリソグラフィ技術が必要であり高価な設備を必要とするが、層の厚みを高精度で制御するには主に成膜時間をコントロールすればよく、図７の構成は一般に図６の構成（水平結合のリング共振器）より安価に製造することが期待できる。第１の導波路３１と第２の導波路３２は３次非線形光学効果を有する材質で構成されており、その代表的なものは窒化シリコンである点は、図６の構成と同じである。（以下、この構成を垂直結合のリング共振器と称する）。
【０００６】
図７での構成において、リング共振器の代わりにディスク共振器を使うことができる。この概略を図８に示す。図８（ａ）は導波路の平面図、図８（ｂ）は、同断面図を表している。なお、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すｘ軸における断面図である。図７の構成との違いは、第１のクラッド層３０aの一部をエッチング除去して埋め込まれている第１の導波路３１がディスク状であることであり、機能的にはほぼ同じである。（以下、この構成を垂直結合のディスク共振器と称する）。
【０００７】
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。
【０００８】
第２の導波路３２には、図示されないが、ＣＷレーザー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レーザー光源装置からＣＷレーザーである励起光３４が第２の導波路３２に入射される。
【０００９】
入射される励起光３４は波長λ１を有する連続波であるとする。図８（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と第１の導波路３１の共振波形が重なると、励起光３４は第２の導波路３２から染み出た、いわゆるエヴァネッセント波として第１の導波路３１に取り込まれる。
【００１０】
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１０にモードの概念を示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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