JP2001305593A - 波長変換装置 - Google Patents
波長変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 擬似位相整合波長変換素子に入力するポンプ
光の出力を抑えながら、光波長変換効率を実現する。 【解決手段】 擬似位相整合波長変換素子１の両端に、
ポンプ光に低反射であり信号光に高反射である反射膜４
を形成する。この反射膜により波長変換素子は第二高調
波の共振器となる。そして、波長変換素子の一端側にポ
ンプ光を、他端側に信号光を入力し、第二高調波を発生
させ、さらに、第二高調波は素子の両端に形成された反
射膜により共振され、信号光との間に差周波の変換光を
発生させる。
光の出力を抑えながら、光波長変換効率を実現する。 【解決手段】 擬似位相整合波長変換素子１の両端に、
ポンプ光に低反射であり信号光に高反射である反射膜４
を形成する。この反射膜により波長変換素子は第二高調
波の共振器となる。そして、波長変換素子の一端側にポ
ンプ光を、他端側に信号光を入力し、第二高調波を発生
させ、さらに、第二高調波は素子の両端に形成された反
射膜により共振され、信号光との間に差周波の変換光を
発生させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信における波長
変換素子の性能を向上する方法に関するものであり、特
に、擬似位相整合条件で第二高調波を発生しさらに差周
波を発生させる波長変換素子に関するものである。
変換素子の性能を向上する方法に関するものであり、特
に、擬似位相整合条件で第二高調波を発生しさらに差周
波を発生させる波長変換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】擬似位相整合（QPM：Quasi-Phase Match
ing）を用いる波長変換方式がある。QPM波長変換素子と
しての強誘電体にニオブ酸リチウム（ LiNbO3）が一般
的に用いられ、カスケード型に構成されるものがある。
LiNbO3のドメイン反転周期構造と光導波路によって構成
され、波長変換する際、l．55um帯信号光（λs）と0．7
7um帯のポンプ光（λp）が同時にLiNbO3素子に注入され
る。
ing）を用いる波長変換方式がある。QPM波長変換素子と
しての強誘電体にニオブ酸リチウム（ LiNbO3）が一般
的に用いられ、カスケード型に構成されるものがある。
LiNbO3のドメイン反転周期構造と光導波路によって構成
され、波長変換する際、l．55um帯信号光（λs）と0．7
7um帯のポンプ光（λp）が同時にLiNbO3素子に注入され
る。
【０００３】ポンプ光の波長を素子のQPM波長に整合す
るように設定すれば、強い0.775um帯の第二高調波（SH
G：Second Harmonic Generation）光が発生される。そ
して、発生したSHG光が注入された信号光との間に、
l．53um帯の差周波（DFG：Difference Frequency Gener
ation）光（λc ）を発生し、波長変換が実現できる。
ここで、発生したSHG光がDFG光のポンプ光としても働い
ていおり、LiNbO3素光通信用波長変換素子において、強
誘電体の二次の非線形光学効果を利用する擬似位相整合
素子を使用する場合には、TM偏波の光しか導波しない。
るように設定すれば、強い0.775um帯の第二高調波（SH
G：Second Harmonic Generation）光が発生される。そ
して、発生したSHG光が注入された信号光との間に、
l．53um帯の差周波（DFG：Difference Frequency Gener
ation）光（λc ）を発生し、波長変換が実現できる。
ここで、発生したSHG光がDFG光のポンプ光としても働い
ていおり、LiNbO3素光通信用波長変換素子において、強
誘電体の二次の非線形光学効果を利用する擬似位相整合
素子を使用する場合には、TM偏波の光しか導波しない。
【０００４】しかし、従来の波長変換素子では、高変換
効率を得るため、強いポンプ光が必要である。強いポン
プ光源の作製が難しいし、コストも高い。また、強いポ
ンプ光が素子に入射されると、光損傷が起こるという問
題があった。
効率を得るため、強いポンプ光が必要である。強いポン
プ光源の作製が難しいし、コストも高い。また、強いポ
ンプ光が素子に入射されると、光損傷が起こるという問
題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記間題を解
決するべくLiNbO3素子の高い変換効率を維持したまま、
ポンプ光の出力を下げ、また、偏波無依存に波長変換す
る方法を提供する。
決するべくLiNbO3素子の高い変換効率を維持したまま、
ポンプ光の出力を下げ、また、偏波無依存に波長変換す
る方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】擬似位相整合波長変換素
子の両端に、ポンプ光に低反射であり信号光に高反射で
ある反射膜を形成し、波長変換素子の一端側にポンプ光
を、他端側に信号光を入力し、ポンプ光の第二高調波を
発生させる。第二高調波は、素子の両端に形成された反
射膜により共振され、そして、信号光との間に差周波の
変換光を発生さる。
子の両端に、ポンプ光に低反射であり信号光に高反射で
ある反射膜を形成し、波長変換素子の一端側にポンプ光
を、他端側に信号光を入力し、ポンプ光の第二高調波を
発生させる。第二高調波は、素子の両端に形成された反
射膜により共振され、そして、信号光との間に差周波の
変換光を発生さる。
【０００７】
【発明の実施の形態】第1の実施の形態を説明するため
の構成図を図１に示す。カスケード型LiNbO3素子１はド
メイン反転層２が周期的に形成され、表面に導波路３が
形成されている。そして、素子の両端面には選択反射
（AR／HR：反射防止／高反射）膜４が設けられている。
このAR／HR膜４はl．55um帯の光に対して低反射であ
り、0．775um帯の光に対し、高反射である特性を持つよ
うにする。例えば、アルミナ（Al2O3）膜とシリコン（S
i）膜の多層誘電体膜で形成される。
の構成図を図１に示す。カスケード型LiNbO3素子１はド
メイン反転層２が周期的に形成され、表面に導波路３が
形成されている。そして、素子の両端面には選択反射
（AR／HR：反射防止／高反射）膜４が設けられている。
このAR／HR膜４はl．55um帯の光に対して低反射であ
り、0．775um帯の光に対し、高反射である特性を持つよ
うにする。例えば、アルミナ（Al2O3）膜とシリコン（S
i）膜の多層誘電体膜で形成される。
【０００８】波長変換する際、l．55um帯信号光（λs）
と0.77um帯のポンプ光（λp）が同時に素子１に注入さ
れる。両端面にあるAR／HR膜４はl．55um帯光に対して
低反射であるので、素子の入力端側では、ポンプ光と信
号光の損失が抑えられ、入力結合損失を低減できる。ポ
ンプ光の波長が素子のQPM波長に設定されており、波長
変換素子において0.775um帯のSHG光が発生する。
と0.77um帯のポンプ光（λp）が同時に素子１に注入さ
れる。両端面にあるAR／HR膜４はl．55um帯光に対して
低反射であるので、素子の入力端側では、ポンプ光と信
号光の損失が抑えられ、入力結合損失を低減できる。ポ
ンプ光の波長が素子のQPM波長に設定されており、波長
変換素子において0.775um帯のSHG光が発生する。
【０００９】発生したSHG光がカスケード型LiNbO3素子
１の中に形成された導波路３に沿って伝播し、 LiNbO3
素子１の出力端で高反射される。したがって、発生した
SHG光は両端面にあるAR／HR膜４によって閉じこまれれ
るようになる。素子長で決まる共振波長がSHG波長と一
致すれば、素子内のSHG光パワーは従来素子のものと比
較して増強することができ、変換効率が向上する。
１の中に形成された導波路３に沿って伝播し、 LiNbO3
素子１の出力端で高反射される。したがって、発生した
SHG光は両端面にあるAR／HR膜４によって閉じこまれれ
るようになる。素子長で決まる共振波長がSHG波長と一
致すれば、素子内のSHG光パワーは従来素子のものと比
較して増強することができ、変換効率が向上する。
【００１０】つまり、同一SHG光パワー（つまり、同じ
変換効率）を達成するには、l．55um帯ポンプ光パワー
は小さく済む。さらに、発生したSHG光は信号光との間
に、1.53um帯のDFG光（λc）を発生し、波長変換が行わ
れる。 DFG光は変換光としてカスケード型LiNbO3素子１
の出力端から出てくる。ここで、両端面にあるAR／HE膜
４はl．55um帯光に対して低反射であるので、素子の出
力端では、変換光の損失が抑えられ、出力結合損失を低
減できる。
変換効率）を達成するには、l．55um帯ポンプ光パワー
は小さく済む。さらに、発生したSHG光は信号光との間
に、1.53um帯のDFG光（λc）を発生し、波長変換が行わ
れる。 DFG光は変換光としてカスケード型LiNbO3素子１
の出力端から出てくる。ここで、両端面にあるAR／HE膜
４はl．55um帯光に対して低反射であるので、素子の出
力端では、変換光の損失が抑えられ、出力結合損失を低
減できる。
【００１１】次に、第２の実施の形態を説明するための
構成図を図２に示す。波長変換素子は、 波長分割多重
（WDM：Wavelength Division Multiplexing）カプラ1
1、光サキュレータ12、偏波分離素子（PBS：Polarizing
Beam Splitter）13, 90度偏波回転素子１４、 カスケ
ード型LiNbO3素子１５によって構成される。WDMカプラ
１１は、たとえば、アレー導波路グレーティング（AW
G：Arrayed Waveguide grating）フィルタで代用しても
良い。
構成図を図２に示す。波長変換素子は、 波長分割多重
（WDM：Wavelength Division Multiplexing）カプラ1
1、光サキュレータ12、偏波分離素子（PBS：Polarizing
Beam Splitter）13, 90度偏波回転素子１４、 カスケ
ード型LiNbO3素子１５によって構成される。WDMカプラ
１１は、たとえば、アレー導波路グレーティング（AW
G：Arrayed Waveguide grating）フィルタで代用しても
良い。
【００１２】l．55um帯信号光（λs）とポンプ光（λ
p）がWDMカプラ１１により合波され、光サキュレータ１
２を通過し、PBS１３により偏波が分離される。WDMカプ
ラ１１に入力する際、ポンプ光の偏波方向を調節し、PB
S１３で分離した二つの偏波光パワーが同じにするよう
に設定する。またPBS１３からの光はファィバの回転に
より、ちようど素子のTM偏波方向と一致するように調節
されている。変換光（λc）は再ぴPBS１３により合波さ
れ、光サキュレータにより出力される。
p）がWDMカプラ１１により合波され、光サキュレータ１
２を通過し、PBS１３により偏波が分離される。WDMカプ
ラ１１に入力する際、ポンプ光の偏波方向を調節し、PB
S１３で分離した二つの偏波光パワーが同じにするよう
に設定する。またPBS１３からの光はファィバの回転に
より、ちようど素子のTM偏波方向と一致するように調節
されている。変換光（λc）は再ぴPBS１３により合波さ
れ、光サキュレータにより出力される。
【００１３】波長変換する際、l．55um帯信号光とポン
プ光が双方向から同時に素子に注入される。WDMカプラ
１１に入力する際、ポンプ光の偏波方向PBS１３で分離
した二つの偏波光パワーが同じにするようにが調節され
ているので、双方向（つまり、直交する）信号光に対し
て、変換効率が同じである。また、双方向伝播する信号
光と変換光が同じルートを通るので、直交する二つの変
換光の位相が同じである。その結果、偏波無依存の波長
変換が実現できる。そして、SHG光が完全に素子の中に
閉じこまれているので、変換光を外へ取り出す際、SHG
光を取り除く必要がない。
プ光が双方向から同時に素子に注入される。WDMカプラ
１１に入力する際、ポンプ光の偏波方向PBS１３で分離
した二つの偏波光パワーが同じにするようにが調節され
ているので、双方向（つまり、直交する）信号光に対し
て、変換効率が同じである。また、双方向伝播する信号
光と変換光が同じルートを通るので、直交する二つの変
換光の位相が同じである。その結果、偏波無依存の波長
変換が実現できる。そして、SHG光が完全に素子の中に
閉じこまれているので、変換光を外へ取り出す際、SHG
光を取り除く必要がない。
【００１４】次に、第３の実施の形態を説明するための
構成図を図３に示す。 カスケード型LiNbO3素子２１の
両端面に分布形ブラッグ反射（DBR：Distributed Bragg
Reflector）グレ−ティング２２を設ける。本実施形態
のDBRグレ−ティング２２は周期0．2umであり、l．55um
帯の光に対して無反射であり、SHG光の光に対し、99％
以上の高反射であるように設計される。
構成図を図３に示す。 カスケード型LiNbO3素子２１の
両端面に分布形ブラッグ反射（DBR：Distributed Bragg
Reflector）グレ−ティング２２を設ける。本実施形態
のDBRグレ−ティング２２は周期0．2umであり、l．55um
帯の光に対して無反射であり、SHG光の光に対し、99％
以上の高反射であるように設計される。
【００１５】DBRグレ−ティング２２の反射波長はLiNbO
3素子長と関係なく、DBRグレ−ティング２２の周期で決
まる。そして、DBRグレ−ティング２２の位置は高精度
で設置できるので、素子両端にあるDBRグレ−ティング
２２により構成した共振器の共振波長がSHG波長と簡単
に整合可能である。DBRグレ−ティング２２の周期の設
定によりDBR波長とSHG波長と一致させられれば、素子内
のSHG光パワーは従来素子のものと比ペ、大きく増強す
ることができ、変換効率が向上する。
3素子長と関係なく、DBRグレ−ティング２２の周期で決
まる。そして、DBRグレ−ティング２２の位置は高精度
で設置できるので、素子両端にあるDBRグレ−ティング
２２により構成した共振器の共振波長がSHG波長と簡単
に整合可能である。DBRグレ−ティング２２の周期の設
定によりDBR波長とSHG波長と一致させられれば、素子内
のSHG光パワーは従来素子のものと比ペ、大きく増強す
ることができ、変換効率が向上する。
【００１６】また、 図４に示したように、カスケード
型LiNbO3素子２３と結合するファィバ２４側の先端にDB
Rグレ−ティング２５を設けてもよい。この場合のグレ
−ティング周期は0．4umと設定することによりDBR波長
とSHG波長と一致し、 LiNbO3素子内のSHG光パワーは従
来素子のものと比ペ、大きく増強することができ、変換
効率が向上する。
型LiNbO3素子２３と結合するファィバ２４側の先端にDB
Rグレ−ティング２５を設けてもよい。この場合のグレ
−ティング周期は0．4umと設定することによりDBR波長
とSHG波長と一致し、 LiNbO3素子内のSHG光パワーは従
来素子のものと比ペ、大きく増強することができ、変換
効率が向上する。
【００１７】次に、第４の実施の形態を説明するための
構成図を図５に示す。 カスケード型LiNbO3素子３１の
両端にWDMフィルタ（たとえば、AWGフィルタ）３２によ
り、l．55um帯ポンプ光（λp）と信号光や変換光（λ
c）と分離し、ポンプ光（λp）だけ素子に戻す。つま
り、ポンプ光を見ると、一つリング共振器になってい
る。この共振器において、半導体アンプ３３が光源とし
てWDMフィルタ３２が波長選択素子として使われる。
構成図を図５に示す。 カスケード型LiNbO3素子３１の
両端にWDMフィルタ（たとえば、AWGフィルタ）３２によ
り、l．55um帯ポンプ光（λp）と信号光や変換光（λ
c）と分離し、ポンプ光（λp）だけ素子に戻す。つま
り、ポンプ光を見ると、一つリング共振器になってい
る。この共振器において、半導体アンプ３３が光源とし
てWDMフィルタ３２が波長選択素子として使われる。
【００１８】波長変換する際、まず、l．55um帯半導体
アンプ３３に電流を注入する。半導体アンプ３３の両端
面から、ASE（amplified Spontaneous Emission）光が
出て来る。このASE光が波長変換素子と波長可変フィル
タを通過後、再び半導体アンプに戻され、増幅される。
狭いバンド幅のフィルタ（たとえば、0．2nm以下）を使
えば、半導体アンプ３３の利得がリング共振器の損失を
補償される時、リングレーザとして発振する。
アンプ３３に電流を注入する。半導体アンプ３３の両端
面から、ASE（amplified Spontaneous Emission）光が
出て来る。このASE光が波長変換素子と波長可変フィル
タを通過後、再び半導体アンプに戻され、増幅される。
狭いバンド幅のフィルタ（たとえば、0．2nm以下）を使
えば、半導体アンプ３３の利得がリング共振器の損失を
補償される時、リングレーザとして発振する。
【００１９】この時、リングレーザの偏波方向が白動的
に素子のTM偏波に合わされる。WDMフィルタ３２で決ま
る発振波長が素子のQPM波長と一致すれば、素子内のSHG
光パワ一は増強可能となる。その結果、変換効率が向上
される。一方、信号光と変換光がWDMフィルタ３２によ
り分離されているので、リング共振器に戻らず、外部出
力される。よって、 LiNbO3素子長とポンプ光の偏波方
向の調節が必要なく、簡単に、強力なSHG光をLiNbO3素
子３１の中に閉じこめことができる。
に素子のTM偏波に合わされる。WDMフィルタ３２で決ま
る発振波長が素子のQPM波長と一致すれば、素子内のSHG
光パワ一は増強可能となる。その結果、変換効率が向上
される。一方、信号光と変換光がWDMフィルタ３２によ
り分離されているので、リング共振器に戻らず、外部出
力される。よって、 LiNbO3素子長とポンプ光の偏波方
向の調節が必要なく、簡単に、強力なSHG光をLiNbO3素
子３１の中に閉じこめことができる。
【００２０】本発明の実施例では、カスケード型 LiNbO
3導波路型QPM波長変換素子を例にして説明したが、他の
材料たとえば、LiTaO3、KTP（KTiOPO4）、AlGaAs等、あ
るいは、他のタイプの波長変換素子、たとえば、バルク
型QPM素子でも、同じ効果が得られる。また、三次非線
形光学媒質を利用する、たとえば、四波混合波長変換素
子にも適用可能である。
3導波路型QPM波長変換素子を例にして説明したが、他の
材料たとえば、LiTaO3、KTP（KTiOPO4）、AlGaAs等、あ
るいは、他のタイプの波長変換素子、たとえば、バルク
型QPM素子でも、同じ効果が得られる。また、三次非線
形光学媒質を利用する、たとえば、四波混合波長変換素
子にも適用可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、擬似位相
整合波長変換素子であるLiNbO3の両端に、ポンプ光に低
反射であり信号光に高反射である反射膜を形成し、第二
高調波の共振器を構成し、そしてDFG光を出力するよう
にした。従って、ポンプ光の出力を低下させたまま高い
波長変換効率を維持することができる。
整合波長変換素子であるLiNbO3の両端に、ポンプ光に低
反射であり信号光に高反射である反射膜を形成し、第二
高調波の共振器を構成し、そしてDFG光を出力するよう
にした。従って、ポンプ光の出力を低下させたまま高い
波長変換効率を維持することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するためのQP
M波長変換素子の構成図
M波長変換素子の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明するための偏
波無依存波長変換の構成図
波無依存波長変換の構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明するためのQP
M波長変換素子の構成図
M波長変換素子の構成図
【図４】本発明の第３の実施の形態を説明するためのQP
M波長変換素子の構成図
M波長変換素子の構成図
【図５】本発明の第４の実施の形態を説明するためのリ
ングレーザの構成図
ングレーザの構成図
１、１５、２１、２３、３１ カスケード型LiNbO3素
子 ２ ドメイン反転層 ３ 導波路 ４ 選択反射膜 １１ 波長分割多重カプラ １２ 光サキュレータ12 １３ 偏波分離素子 １４ 90度偏波回転素子 ２２、２５ 分布形ブラッグ反射グレ−ティング ２４ ファイバ ３２ 波長分割多重フィルタ ３３ 半導体アンプ
子 ２ ドメイン反転層 ３ 導波路 ４ 選択反射膜 １１ 波長分割多重カプラ １２ 光サキュレータ12 １３ 偏波分離素子 １４ 90度偏波回転素子 ２２、２５ 分布形ブラッグ反射グレ−ティング ２４ ファイバ ３２ 波長分割多重フィルタ ３３ 半導体アンプ
Claims (5)
- 【請求項１】 一端にポンプ光を他端に信号光を入力し
ポンプ光の第二高調波と信号光の差周波の変換光を発生
する擬似位相整合波長変換素子において、ポンプ光に低
反射であり信号光に高反射である反射膜を前記素子の両
端に形成されていることを特徴とする波長変換素子。 - 【請求項２】 前記擬似位相整合波長変換素子は前記第
二高調波の共振器であることを特徴とする請求項１記載
の波長変換装置。 - 【請求項３】 前記擬似位相整合波長変換素子はカスケ
ード型ニオブ酸リチウム素子であることを特徴とする請
求項１記載の波長変換装置。 - 【請求項４】 前記反射膜は分布形ブラッグ反射（ＤＢ
Ｒ）グレーティングであることを特徴とする請求項１記
載の波長変換装置 - 【請求項５】 前記反射膜は波長分割多重（ＷＤＭ）フ
ィルタであることを特徴とする請求項１記載の波長変換
装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000117995A JP2001305593A (ja) | 2000-04-19 | 2000-04-19 | 波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000117995A JP2001305593A (ja) | 2000-04-19 | 2000-04-19 | 波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001305593A true JP2001305593A (ja) | 2001-10-31 |
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ID=18629214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000117995A Pending JP2001305593A (ja) | 2000-04-19 | 2000-04-19 | 波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001305593A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006065361A (ja) * | 2005-11-17 | 2006-03-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光回路 |
| JP2012118465A (ja) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長変換デバイス及び波長変換装置 |
| JP2012118333A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長変換素子 |
| JP2012208162A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 波長変換装置 |
-
2000
- 2000-04-19 JP JP2000117995A patent/JP2001305593A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006065361A (ja) * | 2005-11-17 | 2006-03-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光回路 |
| JP4656518B2 (ja) * | 2005-11-17 | 2011-03-23 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
| JP2012118333A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長変換素子 |
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| JP2012208162A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 波長変換装置 |
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