JP2002090786A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光損傷対策のヒータが不要で、室温動作でも
安定した波長変換を実現できる波長変換素子を提供す
る。 【解決手段】 波長変換装置は、ポンプ光および信号光
を合波する合波器１０と、ポンプ光および信号光のうち
ｘ方向の直線偏光成分について波長変換を行ってｘ方向
に偏光した出力光を発生する波長変換素子１と、ポンプ
光および信号光のうちｙ方向の直線偏光成分について波
長変換を行ってｙ方向に偏光した出力光を発生する波長
変換素子２などで構成され、波長変換素子１，２はＫＮ
ｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）の分極方向をコヒーレンス
長の周期で交互に反転したＱＰＭ素子で構成され、光軸
に沿って直列的に配置される。
安定した波長変換を実現できる波長変換素子を提供す
る。 【解決手段】 波長変換装置は、ポンプ光および信号光
を合波する合波器１０と、ポンプ光および信号光のうち
ｘ方向の直線偏光成分について波長変換を行ってｘ方向
に偏光した出力光を発生する波長変換素子１と、ポンプ
光および信号光のうちｙ方向の直線偏光成分について波
長変換を行ってｙ方向に偏光した出力光を発生する波長
変換素子２などで構成され、波長変換素子１，２はＫＮ
ｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）の分極方向をコヒーレンス
長の周期で交互に反転したＱＰＭ素子で構成され、光軸
に沿って直列的に配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力光の波長を別
の波長を持つ光に変換できる波長変換素子に関する。
の波長を持つ光に変換できる波長変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを用いた通信分野では、大容
量で高速なデータ伝送が要求される。特に波長多重（Ｗ
ＤＭ）や光時分割多重（ＯＴＤＭ）は光ファイバの伝送
容量を格段に増加できる点で有望視されており、複数の
キャリア波長を精度良く制御するための波長制御技術や
あるキャリア波長を別のキャリア波長に変換する波長変
換技術が重要になる。
量で高速なデータ伝送が要求される。特に波長多重（Ｗ
ＤＭ）や光時分割多重（ＯＴＤＭ）は光ファイバの伝送
容量を格段に増加できる点で有望視されており、複数の
キャリア波長を精度良く制御するための波長制御技術や
あるキャリア波長を別のキャリア波長に変換する波長変
換技術が重要になる。
【０００３】たとえば既設の光通信ネットワークでは、
光ファイバの損失が少ない１．３μｍ帯をキャリア波長
とした単一波長の光伝送が主流であり、一般には都市内
の電話通信網を置換する目的で敷設されている。一方、
都市間を結ぶ幹線系の光通信ネットワークでは、波長多
重伝送に好適な１．５μｍ帯をキャリア波長とした波長
多重の光伝送が主流である。
光ファイバの損失が少ない１．３μｍ帯をキャリア波長
とした単一波長の光伝送が主流であり、一般には都市内
の電話通信網を置換する目的で敷設されている。一方、
都市間を結ぶ幹線系の光通信ネットワークでは、波長多
重伝送に好適な１．５μｍ帯をキャリア波長とした波長
多重の光伝送が主流である。
【０００４】両者の光通信ネットワークを接続する場
合、キャリア波長が互いに異なるため、一方のネットワ
ークに流れる光信号をいったん電気信号に変換し、他方
のネットワークに適合するキャリア波長を用いた光信号
に変換する必要がある。すると、光通信の性能が電気信
号処理の能力によって制限されてしまう。
合、キャリア波長が互いに異なるため、一方のネットワ
ークに流れる光信号をいったん電気信号に変換し、他方
のネットワークに適合するキャリア波長を用いた光信号
に変換する必要がある。すると、光通信の性能が電気信
号処理の能力によって制限されてしまう。
【０００５】そこで、一方のネットワークのキャリア波
長を他方のネットワークのキャリア波長に直接に変換で
きれば、電気信号処理が介在しなくなり、光通信の高い
性能を有効に維持できる。そのため、キャリア波長を変
換するための光ミキシング技術が不可欠となる。
長を他方のネットワークのキャリア波長に直接に変換で
きれば、電気信号処理が介在しなくなり、光通信の高い
性能を有効に維持できる。そのため、キャリア波長を変
換するための光ミキシング技術が不可欠となる。
【０００６】こうした波長変換では、非線形光学効果に
よる第２高調波発生（ＳＨＧ）、和周波発生（ＳＦ
Ｇ）、差周波発生（ＤＦＧ）、パラメトリック変換、な
どを利用するため、非線形光学効果の高い材料が望まれ
る。
よる第２高調波発生（ＳＨＧ）、和周波発生（ＳＦ
Ｇ）、差周波発生（ＤＦＧ）、パラメトリック変換、な
どを利用するため、非線形光学効果の高い材料が望まれ
る。
【０００７】関連する先行技術として、特開平１０−２
１３８２６号、特開２０００−１０１３０号などがあ
る。
１３８２６号、特開２０００−１０１３０号などがあ
る。
【０００８】関連する論文として、文献１(Ming-Hsien
CHOU,et al.,IEICE TRANS.ELECTRON.,VOL.E83-C,NO.6,
p.869,JUNE 2000)、文献２(C.Q.Xu,et al.,Journal App
liedPhysics,VOL.87,NO.7,2000)、文献３(栗原,固体物
理,p.75,Vol.29,No.1,1994)、文献４(古川,佐藤,日本結
晶成長学会誌,p.277,Vol.17,No.3&4,1990)などがある。
CHOU,et al.,IEICE TRANS.ELECTRON.,VOL.E83-C,NO.6,
p.869,JUNE 2000)、文献２(C.Q.Xu,et al.,Journal App
liedPhysics,VOL.87,NO.7,2000)、文献３(栗原,固体物
理,p.75,Vol.29,No.1,1994)、文献４(古川,佐藤,日本結
晶成長学会誌,p.277,Vol.17,No.3&4,1990)などがある。
【０００９】文献１では、導波路構造を持つＰＰＬＮ(p
eriodically-poled lithiumniobate：周期分極ニオブ酸
リチウム)素子を用いた差周波発生による光ミキシング
について記載されている。文献２では、ニオブ酸リチウ
ムＬｉＮｂＯ3 を用いたＱＰＭ（Quasiphase Matchin
g：疑似位相整合）素子は、高強度の光が入射すると、
フリーキャリア吸収によって局部的に電界が生じ、非線
形光学定数が大きく変動する光損傷(Photorefractive d
amage)について記載されている。文献３，４もニオブ酸
リチウムに関する。
eriodically-poled lithiumniobate：周期分極ニオブ酸
リチウム)素子を用いた差周波発生による光ミキシング
について記載されている。文献２では、ニオブ酸リチウ
ムＬｉＮｂＯ3 を用いたＱＰＭ（Quasiphase Matchin
g：疑似位相整合）素子は、高強度の光が入射すると、
フリーキャリア吸収によって局部的に電界が生じ、非線
形光学定数が大きく変動する光損傷(Photorefractive d
amage)について記載されている。文献３，４もニオブ酸
リチウムに関する。
【００１０】このように波長変換を行う場合、従来から
非線形光学効果の高いニオブ酸リチウムを使用すること
が多い。
非線形光学効果の高いニオブ酸リチウムを使用すること
が多い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ニオブ酸リチウムは、
文献２でも言及されているように、光入射開始からの時
間経過とともに分単位で疑似位相整合波長が大きくシフ
トしてしまい、波長変換された出力光の強度が大きく変
動する。こうした強度変動の大きさや周期は不規則で、
人為的な制御がほとんど不可能であり、応用上の短所と
なっている。ただニオブ酸リチウムの光損傷は結晶温度
を８０℃〜２００℃程度に高く保持することによって緩
和できることが判明しており、その対策として結晶加熱
用のヒータが不可欠となる。
文献２でも言及されているように、光入射開始からの時
間経過とともに分単位で疑似位相整合波長が大きくシフ
トしてしまい、波長変換された出力光の強度が大きく変
動する。こうした強度変動の大きさや周期は不規則で、
人為的な制御がほとんど不可能であり、応用上の短所と
なっている。ただニオブ酸リチウムの光損傷は結晶温度
を８０℃〜２００℃程度に高く保持することによって緩
和できることが判明しており、その対策として結晶加熱
用のヒータが不可欠となる。
【００１２】しかしながら、こうしたヒータの存在は光
通信などへ応用する際に装置の大型化、複雑化、消費電
力の増加を招く。
通信などへ応用する際に装置の大型化、複雑化、消費電
力の増加を招く。
【００１３】本発明の目的は、光損傷対策のヒータが不
要で、室温動作でも安定した波長変換を実現できる波長
変換素子を提供することである。
要で、室温動作でも安定した波長変換を実現できる波長
変換素子を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、非線形光学材
料の分極方向がコヒーレンス長の周期で交互に反転して
疑似位相整合を満たす光通信用の波長変換素子であっ
て、非線形光学材料はＫＮｂＯ3 で形成されることを特
徴とする波長変換素子である。
料の分極方向がコヒーレンス長の周期で交互に反転して
疑似位相整合を満たす光通信用の波長変換素子であっ
て、非線形光学材料はＫＮｂＯ3 で形成されることを特
徴とする波長変換素子である。
【００１５】本発明に従えば、非線形光学材料としてＫ
ＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）を用いることによって、
光損傷の影響を回避できるため、結晶加熱用のヒータが
不要になり、室温動作でも安定した波長変換を実現でき
る。これは特に光通信用に用いられるキャリア波長を波
長変換するのに好適である。
ＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）を用いることによって、
光損傷の影響を回避できるため、結晶加熱用のヒータが
不要になり、室温動作でも安定した波長変換を実現でき
る。これは特に光通信用に用いられるキャリア波長を波
長変換するのに好適である。
【００１６】また本発明は、波長λｐの第１入力光およ
び波長λｓの第２入力光に関して、式（１）または式
（１Ａ）の関係が成立するように、波長λＬの出力光を
発生することを特徴とする。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１） １／λＬ ＝ １／λｐ − １／λｓ …（１Ａ）
び波長λｓの第２入力光に関して、式（１）または式
（１Ａ）の関係が成立するように、波長λＬの出力光を
発生することを特徴とする。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１） １／λＬ ＝ １／λｐ − １／λｓ …（１Ａ）
【００１７】本発明に従えば、式（１）または式（１
Ａ）の関係が成立する差周波発生に適用することによっ
て、室温動作でも変換効率の高い波長変換を実現できる
ため、光通信分野における光ミキシングに好適となる。
Ａ）の関係が成立する差周波発生に適用することによっ
て、室温動作でも変換効率の高い波長変換を実現できる
ため、光通信分野における光ミキシングに好適となる。
【００１８】また本発明は、複数の光路について波長変
換可能なバルク型であることを特徴とする。
換可能なバルク型であることを特徴とする。
【００１９】本発明に従えば、バルク型の波長変換素子
では複数の光路について波長変換が可能になるため、マ
ルチチャネル型の光ミキサを容易に実現できる。また、
波長変換素子を製造する場合、分極反転処理において分
極反転の深さはニオブ酸リチウムよりもニオブ酸カリウ
ムの方が深く形成できるため、バルク型ではニオブ酸カ
リウムを使用することが好ましい。
では複数の光路について波長変換が可能になるため、マ
ルチチャネル型の光ミキサを容易に実現できる。また、
波長変換素子を製造する場合、分極反転処理において分
極反転の深さはニオブ酸リチウムよりもニオブ酸カリウ
ムの方が深く形成できるため、バルク型ではニオブ酸カ
リウムを使用することが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態を
示す構成図である。波長変換装置は、合波器１０と、波
長変換素子１，２などで構成される。
示す構成図である。波長変換装置は、合波器１０と、波
長変換素子１，２などで構成される。
【００２１】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【００２２】波長変換素子１，２は、非線形光学材料の
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ（Quasiphase Matching：疑似位相整合）素子で構成
される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向（紙面に平
行かつ光軸に垂直）と平行になるように配置され、波長
変換素子２は分極方向がｙ方向（紙面に垂直かつ光軸に
垂直）と平行になるように配置され、両者は光軸に沿っ
て直列的に配置される。
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ（Quasiphase Matching：疑似位相整合）素子で構成
される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向（紙面に平
行かつ光軸に垂直）と平行になるように配置され、波長
変換素子２は分極方向がｙ方向（紙面に垂直かつ光軸に
垂直）と平行になるように配置され、両者は光軸に沿っ
て直列的に配置される。
【００２３】非線形光学材料として、ＬｉＮｂＯ3（略
称ＬＮ）、ＬｉＴａＯ3（略称ＬＴ）、ＫＮｂＯ3（略称
ＫＮ）、ＫＴｉＯＰＯ4（略称ＫＴＰ）などが使用でき
るが、光損傷の影響を回避でき、結晶加熱用のヒータが
不要になる点でＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）を用い
ることが好ましく、これによって室温動作でも安定した
波長変換を実現できる。
称ＬＮ）、ＬｉＴａＯ3（略称ＬＴ）、ＫＮｂＯ3（略称
ＫＮ）、ＫＴｉＯＰＯ4（略称ＫＴＰ）などが使用でき
るが、光損傷の影響を回避でき、結晶加熱用のヒータが
不要になる点でＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）を用い
ることが好ましく、これによって室温動作でも安定した
波長変換を実現できる。
【００２４】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【００２５】波長変換において非線形光学材料の変換定
数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光（波長λＬ）が同一の偏
光方向で発生する。
数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光（波長λＬ）が同一の偏
光方向で発生する。
【００２６】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド（１．５３〜１．５６μｍ）、波長
λＬはＬバンド（１．５６〜１．６１μｍ）、波長λｐ
はＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定
され、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光
の波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド（１．５３〜１．５６μｍ）、波長
λＬはＬバンド（１．５６〜１．６１μｍ）、波長λｐ
はＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定
され、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光
の波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【００２７】次に動作について説明する。たとえば、ポ
ンプ光としてｘ方向成分とｙ方向成分との比が１：１で
ある直線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に
変動して不確定であるとする。
ンプ光としてｘ方向成分とｙ方向成分との比が１：１で
ある直線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に
変動して不確定であるとする。
【００２８】ポンプ光および信号光のｘ方向成分は、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のｙ
方向成分は、ｙ方向に分極した波長変換素子２によって
ｙ方向に偏光した出力光に波長変換される。
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のｙ
方向成分は、ｙ方向に分極した波長変換素子２によって
ｙ方向に偏光した出力光に波長変換される。
【００２９】信号光の入射偏光角度φ、ポンプ光の電場
強度Ｅｐ、信号光の電場強度Ｅｓ、変換効率η、波長変
換素子１の光学長Ｌ１、波長変換素子２の光学長Ｌ２を
用いて、出力光の強度ＩＬは式（２）で表される。 IL ＝ (η・L1・Ep/√2・Es・cosφ）2 ＋ (η・L2・Ep/√2・Es・sinφ）2 …（２）
強度Ｅｐ、信号光の電場強度Ｅｓ、変換効率η、波長変
換素子１の光学長Ｌ１、波長変換素子２の光学長Ｌ２を
用いて、出力光の強度ＩＬは式（２）で表される。 IL ＝ (η・L1・Ep/√2・Es・cosφ）2 ＋ (η・L2・Ep/√2・Es・sinφ）2 …（２）
【００３０】ここでＬ１＝Ｌ２に設定すると、出力光の
強度ＩＬは式（３）で表される。 IL ＝ (η・L1・Ep・Es）2 /2 …（３）
強度ＩＬは式（３）で表される。 IL ＝ (η・L1・Ep・Es）2 /2 …（３）
【００３１】したがって、出力光の強度ＩＬは信号光の
入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏光
状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。
入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏光
状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。
【００３２】ここでは、波長変換素子１，２の直列配置
を１組とした例を示したが、多数の組を直列的に配置す
ることも可能である。
を１組とした例を示したが、多数の組を直列的に配置す
ることも可能である。
【００３３】図２は、本発明の第２実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、波長変換素子１と、ファラデーローテー
タ２２と、反射ミラー２０などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、波長変換素子１と、ファラデーローテー
タ２２と、反射ミラー２０などで構成される。
【００３４】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【００３５】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【００３６】波長変換素子１は、非線形光学材料の分極
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
【００３７】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【００３８】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【００３９】ファラデーローテータ２２は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
【００４０】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【００４１】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【００４２】次に動作について説明する。たとえば、ポ
ンプ光としてｘ方向成分とｙ方向成分との比が１：１で
ある直線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に
変動して不確定であるとする。
ンプ光としてｘ方向成分とｙ方向成分との比が１：１で
ある直線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に
変動して不確定であるとする。
【００４３】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、波長変換素子１を通過する。
すると、ポンプ光および信号光のｘ方向成分は、ｘ方向
に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光した出
力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のｙ方向
成分は、波長変換素子１の分極方向と直交するため、波
長変換されない。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、波長変換素子１を通過する。
すると、ポンプ光および信号光のｘ方向成分は、ｘ方向
に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光した出
力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のｙ方向
成分は、波長変換素子１の分極方向と直交するため、波
長変換されない。
【００４４】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転した後、波長変換素子１に再入力され
る。このときポンプ光および信号光のｘ方向成分はｙ方
向に回転しているため、波長変換素子１では波長変換さ
れず、一方、ポンプ光および信号光のｙ方向成分はｘ方
向に回転しているため、波長変換素子１によって波長変
換される。その結果、入力前のｘ方向成分は往路で波長
変換され、入力前のｙ方向成分は復路で波長変換される
ことになる。
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転した後、波長変換素子１に再入力され
る。このときポンプ光および信号光のｘ方向成分はｙ方
向に回転しているため、波長変換素子１では波長変換さ
れず、一方、ポンプ光および信号光のｙ方向成分はｘ方
向に回転しているため、波長変換素子１によって波長変
換される。その結果、入力前のｘ方向成分は往路で波長
変換され、入力前のｙ方向成分は復路で波長変換される
ことになる。
【００４５】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
【００４６】信号光の入射偏光角度φ、ポンプ光の電場
強度Ｅｐ、信号光の電場強度Ｅｓ、右周り変換効率η
ｒ、左周り変換効率ηｌ、波長変換素子１の光学長Ｌを
用いて、出力光の強度ＩＬは式（４）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep/√2・Es・cosφ）2 ＋ (ηl・L・Ep/√2・Es・sinφ）2 …（４）
強度Ｅｐ、信号光の電場強度Ｅｓ、右周り変換効率η
ｒ、左周り変換効率ηｌ、波長変換素子１の光学長Ｌを
用いて、出力光の強度ＩＬは式（４）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep/√2・Es・cosφ）2 ＋ (ηl・L・Ep/√2・Es・sinφ）2 …（４）
【００４７】ここで波長変換素子１の往路と復路で同じ
場所を通過するため、ηｒ＝ηｌになり、出力光の強度
ＩＬは式（５）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep・Es）2 /2 …（５）
場所を通過するため、ηｒ＝ηｌになり、出力光の強度
ＩＬは式（５）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep・Es）2 /2 …（５）
【００４８】したがって、出力光の強度ＩＬは信号光の
入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏光
状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。
入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏光
状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。
【００４９】図３は、本発明の第３実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、波長変換素子１と、波長選択反射ミラー
２１と、ファラデーローテータ２２と、反射ミラー２０
などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、波長変換素子１と、波長選択反射ミラー
２１と、ファラデーローテータ２２と、反射ミラー２０
などで構成される。
【００５０】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【００５１】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【００５２】波長変換素子１は、非線形光学材料の分極
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
【００５３】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【００５４】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【００５５】波長選択反射ミラー２１は、ダイクロイッ
クミラー等で構成され、ポンプ光を反射し、信号光およ
び出力光を通過する特性を有する。このとき、反射波長
と透過波長とが離れているほど良好な特性が得られるた
め、ポンプ光は基本波長の第２高調波に相当する波長に
設定することが好ましい。
クミラー等で構成され、ポンプ光を反射し、信号光およ
び出力光を通過する特性を有する。このとき、反射波長
と透過波長とが離れているほど良好な特性が得られるた
め、ポンプ光は基本波長の第２高調波に相当する波長に
設定することが好ましい。
【００５６】ファラデーローテータ２２は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
【００５７】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【００５８】たとえば、単純な差周波発生を行って１．
５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、波長λ
ｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐはＣバン
ドとＬバンドの中央波長１．５６μｍの半分に相当する
０．７８μｍに設定され、ポンプ光の波長λｐ、信号光
の波長λｓ、出力光の波長λＬは、式（１Ａ）の関係が
成立する。 １／λＬ ＝ １／λｐ − １／λｓ …（１Ａ）
５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、波長λ
ｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐはＣバン
ドとＬバンドの中央波長１．５６μｍの半分に相当する
０．７８μｍに設定され、ポンプ光の波長λｐ、信号光
の波長λｓ、出力光の波長λＬは、式（１Ａ）の関係が
成立する。 １／λＬ ＝ １／λｐ − １／λｓ …（１Ａ）
【００５９】次に動作について説明する。たとえば、ポ
ンプ光としてｘ方向の直線偏光を使用する。信号光の偏
光方向は時間的に変動して不確定であるとする。
ンプ光としてｘ方向の直線偏光を使用する。信号光の偏
光方向は時間的に変動して不確定であるとする。
【００６０】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、波長変換素子１を通過する。
すると、ポンプ光および信号光のｘ方向成分は、ｘ方向
に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光した出
力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のｙ方向
成分は、波長変換素子１の分極方向と直交するため、波
長変換されない。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、波長変換素子１を通過する。
すると、ポンプ光および信号光のｘ方向成分は、ｘ方向
に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光した出
力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のｙ方向
成分は、波長変換素子１の分極方向と直交するため、波
長変換されない。
【００６１】次に波長選択反射ミラー２１は波長変換素
子１からのポンプ光のみを反射して波長変換素子１に再
入力し、信号光および出力光は透過する。これによって
ｘ方向に直線偏光したポンプ光は、往路と復路で波長変
換に寄与できる。
子１からのポンプ光のみを反射して波長変換素子１に再
入力し、信号光および出力光は透過する。これによって
ｘ方向に直線偏光したポンプ光は、往路と復路で波長変
換に寄与できる。
【００６２】次に信号光および出力光がファラデーロー
テータ２２を通過すると、各光の偏光方向が４５度回転
し、反射ミラー２０で反射すると、再びファラデーロー
テータ２２を通過して各光の偏光方向がさらに４５度回
転し、ファラデーローテータ２２の入射前と比べて９０
度回転した後、波長選択反射ミラー２１を通過して波長
変換素子１に再入力される。このとき信号光のｘ方向成
分はｙ方向に回転しているため、波長変換素子１では波
長変換されず、一方、信号光のｙ方向成分はｘ方向に回
転しているため、波長変換素子１によって波長変換され
る。その結果、入力前のｘ方向成分は往路で波長変換さ
れ、入力前のｙ方向成分は復路で波長変換されることに
なる。
テータ２２を通過すると、各光の偏光方向が４５度回転
し、反射ミラー２０で反射すると、再びファラデーロー
テータ２２を通過して各光の偏光方向がさらに４５度回
転し、ファラデーローテータ２２の入射前と比べて９０
度回転した後、波長選択反射ミラー２１を通過して波長
変換素子１に再入力される。このとき信号光のｘ方向成
分はｙ方向に回転しているため、波長変換素子１では波
長変換されず、一方、信号光のｙ方向成分はｘ方向に回
転しているため、波長変換素子１によって波長変換され
る。その結果、入力前のｘ方向成分は往路で波長変換さ
れ、入力前のｙ方向成分は復路で波長変換されることに
なる。
【００６３】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
【００６４】図３の構成において、カスケード型差周波
発生を行うことも可能であり、波長λｓはＣバンド、波
長λＬはＬバンド、波長λｐはＣバンドとＬバンドの中
央である１．５６μｍに設定され、ポンプ光の波長λ
ｐ、信号光の波長λｓ、出力光の波長λＬは、式（１）
の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
発生を行うことも可能であり、波長λｓはＣバンド、波
長λＬはＬバンド、波長λｐはＣバンドとＬバンドの中
央である１．５６μｍに設定され、ポンプ光の波長λ
ｐ、信号光の波長λｓ、出力光の波長λＬは、式（１）
の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【００６５】この場合、ポンプ光、信号光および出力光
の波長が接近するため、波長選択反射ミラー２１とし
て、より急峻な波長選択特性を有する光学素子、たとえ
ばファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等のファ
イバ型フィルタや狭帯域光学コーィングフィルタなどを
使用することが好ましい。
の波長が接近するため、波長選択反射ミラー２１とし
て、より急峻な波長選択特性を有する光学素子、たとえ
ばファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等のファ
イバ型フィルタや狭帯域光学コーィングフィルタなどを
使用することが好ましい。
【００６６】ここで、信号光の入射偏光角度φ、ポンプ
光の電場強度Ｅｐ、信号光の電場強度Ｅｓ、右周り変換
効率ηｒ、左周り変換効率ηｌ、波長変換素子１の光学
長Ｌを用いて、ポンプ光が往復で寄与するため、出力光
の強度ＩＬは式（６）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep・Es・cosφ）2 ＋ (ηl・L・Ep・Es・sinφ）2 …（６）
光の電場強度Ｅｐ、信号光の電場強度Ｅｓ、右周り変換
効率ηｒ、左周り変換効率ηｌ、波長変換素子１の光学
長Ｌを用いて、ポンプ光が往復で寄与するため、出力光
の強度ＩＬは式（６）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep・Es・cosφ）2 ＋ (ηl・L・Ep・Es・sinφ）2 …（６）
【００６７】ここで波長変換素子１の往路と復路で同じ
場所を通過するため、ηｒ＝ηｌになり、出力光の強度
ＩＬは式（７）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep・Es）2 …（７）
場所を通過するため、ηｒ＝ηｌになり、出力光の強度
ＩＬは式（７）で表される。 IL ＝ (ηr・L・Ep・Es）2 …（７）
【００６８】したがって、出力光の強度ＩＬは、信号光
の入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏
光状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。ま
た、ポンプ光が往復で寄与するため、出力光の強度ＩＬ
は図２と比べて２倍になり、波長変換効率をより一層向
上できる。
の入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏
光状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。ま
た、ポンプ光が往復で寄与するため、出力光の強度ＩＬ
は図２と比べて２倍になり、波長変換効率をより一層向
上できる。
【００６９】図４は、本発明の第４実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、偏光分離素
子３と、波長変換素子１と、偏光合波素子４と、９０度
偏光回転素子５，６などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、偏光分離素
子３と、波長変換素子１と、偏光合波素子４と、９０度
偏光回転素子５，６などで構成される。
【００７０】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【００７１】波長変換素子１は、非線形光学材料の分極
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
【００７２】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【００７３】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【００７４】偏光分離素子３および偏光合波素子４は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
【００７５】９０度偏光回転素子５，６は、２分の１波
長板等で構成され、入射光の偏光方向を９０度回転させ
る機能を有する。
長板等で構成され、入射光の偏光方向を９０度回転させ
る機能を有する。
【００７６】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【００７７】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【００７８】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【００７９】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、偏光分離素子３に入射すると、ポンプ光お
よび信号光のうちｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って
分離され、ｘ方向に分極した波長変換素子１によってｘ
方向に偏光した出力光に波長変換され、次に９０度偏光
回転素子６によってｙ方向の直線偏光に変換され、偏光
合波素子４に入る。一方、偏光分離素子３においてポン
プ光および信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に
沿って分離され、次に９０度偏光回転素子５によってｘ
方向の直線偏光に変換され、波長変換素子１によってｘ
方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光合波素子４
に入る。
て合波され、偏光分離素子３に入射すると、ポンプ光お
よび信号光のうちｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って
分離され、ｘ方向に分極した波長変換素子１によってｘ
方向に偏光した出力光に波長変換され、次に９０度偏光
回転素子６によってｙ方向の直線偏光に変換され、偏光
合波素子４に入る。一方、偏光分離素子３においてポン
プ光および信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に
沿って分離され、次に９０度偏光回転素子５によってｘ
方向の直線偏光に変換され、波長変換素子１によってｘ
方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光合波素子４
に入る。
【００８０】偏光合波素子４は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【００８１】こうしてｘ方向成分は光軸Ｑ１上で波長変
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
【００８２】図５は、本発明の第５実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、偏光分離素
子３と、波長変換素子１，２と、偏光合波素子４と、光
遅延素子７などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、偏光分離素
子３と、波長変換素子１，２と、偏光合波素子４と、光
遅延素子７などで構成される。
【００８３】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【００８４】波長変換素子１，２は、非線形光学材料の
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ素子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方
向と平行になるように配置される。波長変換素子２は分
極方向がｙ方向と平行になるように配置される。
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ素子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方
向と平行になるように配置される。波長変換素子２は分
極方向がｙ方向と平行になるように配置される。
【００８５】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【００８６】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【００８７】偏光分離素子３および偏光合波素子４は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
【００８８】光遅延素子７は、所定の光学長を有する透
明材料等で構成され、偏光分離素子３の入射面から偏光
合波素子４の出射面までの光軸Ｑ１，Ｑ２の光学長を一
致させて、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子７は省略可能である。
明材料等で構成され、偏光分離素子３の入射面から偏光
合波素子４の出射面までの光軸Ｑ１，Ｑ２の光学長を一
致させて、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子７は省略可能である。
【００８９】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【００９０】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【００９１】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【００９２】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、偏光分離素子３に入射すると、ポンプ光お
よび信号光のうちｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って
分離され、ｘ方向に分極した波長変換素子１によってｘ
方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光合波素子４
に入る。一方、偏光分離素子３においてポンプ光および
信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離
され、ｙ方向に分極した波長変換素子１によってｙ方向
に偏光した出力光に波長変換され、光遅延素子７を経由
してから偏光合波素子４に入る。
て合波され、偏光分離素子３に入射すると、ポンプ光お
よび信号光のうちｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って
分離され、ｘ方向に分極した波長変換素子１によってｘ
方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光合波素子４
に入る。一方、偏光分離素子３においてポンプ光および
信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離
され、ｙ方向に分極した波長変換素子１によってｙ方向
に偏光した出力光に波長変換され、光遅延素子７を経由
してから偏光合波素子４に入る。
【００９３】偏光合波素子４は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【００９４】こうしてｘ方向成分は光軸Ｑ１上で波長変
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
【００９５】図６は、本発明の第６実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
反射ミラー２０と、９０度偏光回転素子５と、光遅延素
子７などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
反射ミラー２０と、９０度偏光回転素子５と、光遅延素
子７などで構成される。
【００９６】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【００９７】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【００９８】波長変換素子１は、非線形光学材料の分極
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
【００９９】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【０１００】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【０１０１】偏光分離素子３は、複屈折光学結晶を結晶
軸に関して斜めに切り出した結晶（たとえばｃ軸から４
５度方向にカットされたＹＶＯ4 ）等で構成され、ビー
ムウオークオフ効果により、入射光のうちｘ方向の直線
偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１に、ｙ方向の直線偏光を
常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞれ分離したり、あるいは
光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方向の直線偏光と光軸Ｑ２
に沿って入射するｙ方向の直線偏光とを合波する機能を
有する。
軸に関して斜めに切り出した結晶（たとえばｃ軸から４
５度方向にカットされたＹＶＯ4 ）等で構成され、ビー
ムウオークオフ効果により、入射光のうちｘ方向の直線
偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１に、ｙ方向の直線偏光を
常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞれ分離したり、あるいは
光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方向の直線偏光と光軸Ｑ２
に沿って入射するｙ方向の直線偏光とを合波する機能を
有する。
【０１０２】９０度偏光回転素子５は、２分の１波長板
等で構成され、入射光の偏光方向を９０度回転させる機
能を有する。
等で構成され、入射光の偏光方向を９０度回転させる機
能を有する。
【０１０３】光遅延素子７は、所定の光学長を有する透
明材料等で構成され、偏光分離素子３の入射面から偏光
合波素子４の出射面までの光軸Ｑ１，Ｑ２の光学長を一
致させて、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子７は省略可能である。
明材料等で構成され、偏光分離素子３の入射面から偏光
合波素子４の出射面までの光軸Ｑ１，Ｑ２の光学長を一
致させて、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子７は省略可能である。
【０１０４】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【０１０５】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【０１０６】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【０１０７】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され
る。一方、偏光分離素子３においてポンプ光および信号
光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離さ
れ、次に９０度偏光回転素子５によってｘ方向の直線偏
光に変換され、光遅延素子７を経由した後、波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され
る。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され
る。一方、偏光分離素子３においてポンプ光および信号
光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離さ
れ、次に９０度偏光回転素子５によってｘ方向の直線偏
光に変換され、光遅延素子７を経由した後、波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され
る。
【０１０８】波長変換素子１から光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
てそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力光は、
反射ミラー２０で反射すると、再び同じ波長変換素子１
を通過して波長変換される。光軸Ｑ１に沿って進行する
ポンプ光、信号光および出力光は、そのまま偏光分離素
子３に入る。光軸Ｑ２に沿って進行するポンプ光、信号
光および出力光は、光遅延素子７を経由した後、９０度
偏光回転素子５によって偏光方向がｙ方向と平行になっ
て偏光分離素子３に入る。
てそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力光は、
反射ミラー２０で反射すると、再び同じ波長変換素子１
を通過して波長変換される。光軸Ｑ１に沿って進行する
ポンプ光、信号光および出力光は、そのまま偏光分離素
子３に入る。光軸Ｑ２に沿って進行するポンプ光、信号
光および出力光は、光遅延素子７を経由した後、９０度
偏光回転素子５によって偏光方向がｙ方向と平行になっ
て偏光分離素子３に入る。
【０１０９】光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は偏光分離素子３によって合波
される。出力光は、光サーキュレータ１１のポート１１
ｂからポート１１ｃを経由して取り出される。
光、信号光および出力光は偏光分離素子３によって合波
される。出力光は、光サーキュレータ１１のポート１１
ｂからポート１１ｃを経由して取り出される。
【０１１０】こうしてｘ方向成分は光軸Ｑ１上で波長変
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
【０１１１】図７は、本発明の第７実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
反射ミラー２０と、光遅延素子７などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
反射ミラー２０と、光遅延素子７などで構成される。
【０１１２】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【０１１３】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【０１１４】波長変換素子１，２は、非線形光学材料の
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ素子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方
向と平行になるように配置される。波長変換素子２は分
極方向がｙ方向と平行になるように配置される。
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ素子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方
向と平行になるように配置される。波長変換素子２は分
極方向がｙ方向と平行になるように配置される。
【０１１５】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【０１１６】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【０１１７】偏光分離素子３は、複屈折光学結晶を結晶
軸に関して斜めに切り出した結晶（たとえばｃ軸から４
５度方向にカットされたＹＶＯ4 ）等で構成され、ビー
ムウオークオフ効果により、入射光のうちｘ方向の直線
偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１に、ｙ方向の直線偏光を
常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞれ分離したり、あるいは
光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方向の直線偏光と光軸Ｑ２
に沿って入射するｙ方向の直線偏光とを合波する機能を
有する。
軸に関して斜めに切り出した結晶（たとえばｃ軸から４
５度方向にカットされたＹＶＯ4 ）等で構成され、ビー
ムウオークオフ効果により、入射光のうちｘ方向の直線
偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１に、ｙ方向の直線偏光を
常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞれ分離したり、あるいは
光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方向の直線偏光と光軸Ｑ２
に沿って入射するｙ方向の直線偏光とを合波する機能を
有する。
【０１１８】光遅延素子７は、所定の光学長を有する透
明材料等で構成され、偏光分離素子３の入射面から偏光
合波素子４の出射面までの光軸Ｑ１，Ｑ２の光学長を一
致させて、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子７は省略可能である。
明材料等で構成され、偏光分離素子３の入射面から偏光
合波素子４の出射面までの光軸Ｑ１，Ｑ２の光学長を一
致させて、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子７は省略可能である。
【０１１９】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【０１２０】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【０１２１】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【０１２２】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され
る。一方、偏光分離素子３においてポンプ光および信号
光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離さ
れ、光遅延素子７を経由した後、ｙ方向に分極した波長
変換素子２によってｙ方向に偏光した出力光に波長変換
される。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され
る。一方、偏光分離素子３においてポンプ光および信号
光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離さ
れ、光遅延素子７を経由した後、ｙ方向に分極した波長
変換素子２によってｙ方向に偏光した出力光に波長変換
される。
【０１２３】波長変換素子１から光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
てそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力光は、
反射ミラー２０で反射すると、再び同じ波長変換素子
１，２を通過して波長変換される。光軸Ｑ１に沿って進
行するポンプ光、信号光および出力光は、そのまま偏光
分離素子３に入る。光軸Ｑ２に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は、光遅延素子７を経由した
後、偏光分離素子３に入る。
てそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力光は、
反射ミラー２０で反射すると、再び同じ波長変換素子
１，２を通過して波長変換される。光軸Ｑ１に沿って進
行するポンプ光、信号光および出力光は、そのまま偏光
分離素子３に入る。光軸Ｑ２に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は、光遅延素子７を経由した
後、偏光分離素子３に入る。
【０１２４】光軸Ｑ１，Ｑ２に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は偏光分離素子３によって合波
される。出力光は、光サーキュレータ１１のポート１１
ｂからポート１１ｃを経由して取り出される。
光、信号光および出力光は偏光分離素子３によって合波
される。出力光は、光サーキュレータ１１のポート１１
ｂからポート１１ｃを経由して取り出される。
【０１２５】こうしてｘ方向成分は光軸Ｑ１上で波長変
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
換され、ｙ方向成分は光軸Ｑ２上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。
【０１２６】図８は、本発明の第８実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
偏光合波素子４と、ファラデーローテータ２２と、反射
ミラー２０などで構成される。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
偏光合波素子４と、ファラデーローテータ２２と、反射
ミラー２０などで構成される。
【０１２７】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【０１２８】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【０１２９】波長変換素子１は、非線形光学材料の分極
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
【０１３０】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【０１３１】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【０１３２】偏光分離素子３および偏光合波素子４は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
【０１３３】ファラデーローテータ２２は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
【０１３４】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【０１３５】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【０１３６】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【０１３７】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子４に入る。一方、偏光分離素子３において
ポンプ光および信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ
２に沿って分離され、波長変換素子１では波長変換され
ずに、偏光合波素子４に入る。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子４に入る。一方、偏光分離素子３において
ポンプ光および信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ
２に沿って分離され、波長変換素子１では波長変換され
ずに、偏光合波素子４に入る。
【０１３８】偏光合波素子４は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【０１３９】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転する。再び偏光合波素子４に入射する
と、ｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換され、偏光分離素子３に入る。ｙ方
向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離され、波長変換素
子１では波長変換されずに、偏光分離素子３に入る。
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転する。再び偏光合波素子４に入射する
と、ｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換され、偏光分離素子３に入る。ｙ方
向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離され、波長変換素
子１では波長変換されずに、偏光分離素子３に入る。
【０１４０】偏光分離素子３は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【０１４１】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
【０１４２】こうして入力前のｘ方向成分は光軸Ｑ１→
光軸Ｑ２の順で進行して往路で波長変換され、入力前の
ｙ方向成分は光軸Ｑ２→光軸Ｑ１の順で進行して復路で
波長変換されるため、波長変換された出力光の合成強度
は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定した
波長変換を実現できる。また、入力前のｘ方向成分およ
びｙ方向成分が通過する光学長が一致するため、位相分
散(ＰＭＤ：Polarization Mode Dispe rsion）の影響を
防止できる。
光軸Ｑ２の順で進行して往路で波長変換され、入力前の
ｙ方向成分は光軸Ｑ２→光軸Ｑ１の順で進行して復路で
波長変換されるため、波長変換された出力光の合成強度
は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定した
波長変換を実現できる。また、入力前のｘ方向成分およ
びｙ方向成分が通過する光学長が一致するため、位相分
散(ＰＭＤ：Polarization Mode Dispe rsion）の影響を
防止できる。
【０１４３】図９は、本発明の第９実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
偏光合波素子４と、９０度偏光回転素子５，６と、ファ
ラデーローテータ２２と、反射ミラー２０などで構成さ
れる。
図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サーキュ
レータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子１と、
偏光合波素子４と、９０度偏光回転素子５，６と、ファ
ラデーローテータ２２と、反射ミラー２０などで構成さ
れる。
【０１４４】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【０１４５】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【０１４６】波長変換素子１は、非線形光学材料の分極
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰＭ素
子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方向と
平行になるように配置される。
【０１４７】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【０１４８】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【０１４９】偏光分離素子３および偏光合波素子４は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
【０１５０】９０度偏光回転素子５，６は、２分の１波
長板等で構成され、入射光の偏光方向を９０度回転させ
る機能を有する。
長板等で構成され、入射光の偏光方向を９０度回転させ
る機能を有する。
【０１５１】ファラデーローテータ２２は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
【０１５２】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【０１５３】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【０１５４】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【０１５５】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
次に９０度偏光回転素子６によってｙ方向の直線偏光に
変換され、偏光合波素子４に入る。一方、偏光分離素子
３においてポンプ光および信号光のうちｙ方向の直線偏
光は光軸Ｑ２に沿って分離され、次に９０度偏光回転素
子５によってｘ方向の直線偏光に変換され、波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子４に入る。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
次に９０度偏光回転素子６によってｙ方向の直線偏光に
変換され、偏光合波素子４に入る。一方、偏光分離素子
３においてポンプ光および信号光のうちｙ方向の直線偏
光は光軸Ｑ２に沿って分離され、次に９０度偏光回転素
子５によってｘ方向の直線偏光に変換され、波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子４に入る。
【０１５６】偏光合波素子４は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【０１５７】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転する。再び偏光合波素子４に入射する
と、ｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離され、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換され、９０度偏光回転素子５によっ
てｙ方向の直線偏光に変換され、偏光分離素子３に入
る。ｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って分離され、９
０度偏光回転素子５によってｘ方向の直線偏光に変換さ
れ、波長変換素子１によってｘ方向に偏光した出力光に
波長変換され、偏光分離素子３に入る。
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転する。再び偏光合波素子４に入射する
と、ｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離され、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換され、９０度偏光回転素子５によっ
てｙ方向の直線偏光に変換され、偏光分離素子３に入
る。ｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って分離され、９
０度偏光回転素子５によってｘ方向の直線偏光に変換さ
れ、波長変換素子１によってｘ方向に偏光した出力光に
波長変換され、偏光分離素子３に入る。
【０１５８】偏光分離素子３は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【０１５９】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
【０１６０】こうして入力前のｘ方向成分は光軸Ｑ１→
光軸Ｑ２の順で進行して往路で波長変換され、入力前の
ｙ方向成分は光軸Ｑ２→光軸Ｑ１の順で進行して復路で
波長変換されるため、波長変換された出力光の合成強度
は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定した
波長変換を実現できる。また、入力前のｘ方向成分およ
びｙ方向成分が通過する光学長も一致するため、位相分
散(ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）の影響を
防止できる。
光軸Ｑ２の順で進行して往路で波長変換され、入力前の
ｙ方向成分は光軸Ｑ２→光軸Ｑ１の順で進行して復路で
波長変換されるため、波長変換された出力光の合成強度
は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定した
波長変換を実現できる。また、入力前のｘ方向成分およ
びｙ方向成分が通過する光学長も一致するため、位相分
散(ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）の影響を
防止できる。
【０１６１】図１０は、本発明の第１０実施形態を示す
構成図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サー
キュレータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子
１，２と、偏光合波素子４と、ファラデーローテータ２
２と、反射ミラー２０などで構成される。
構成図である。波長変換装置は、合波器１０と、光サー
キュレータ１１と、偏光分離素子３と、波長変換素子
１，２と、偏光合波素子４と、ファラデーローテータ２
２と、反射ミラー２０などで構成される。
【０１６２】合波器１０は、ポンプ光（波長λｐ）が入
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
力される入力ポート１０ａと、信号光（波長λｓ）が入
力される入力ポート１０ｂとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。
【０１６３】光サーキュレータ１１は、ポート１１ａに
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
入力された光をポート１１ｂへ出力し、ポート１１ｂに
入力された光をポート１１ｃへ出力する。
【０１６４】波長変換素子１，２は、非線形光学材料の
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ素子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方
向と平行になるように配置される。波長変換素子２は分
極方向がｙ方向と平行になるように配置される。
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したＱＰ
Ｍ素子で構成される。波長変換素子１は分極方向がｘ方
向と平行になるように配置される。波長変換素子２は分
極方向がｙ方向と平行になるように配置される。
【０１６５】非線形光学材料として、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
Ｎ、ＫＴＰなどが使用できるが、光損傷の影響を回避で
き、結晶加熱用のヒータが不要になる点でＫＮ（ニオブ
酸カリウム）を用いることが好ましく、これによって室
温動作でも安定した波長変換を実現できる。
【０１６６】また、バルク型の波長変換素子を使用する
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
ことが好ましく、これによって複数の光路について波長
変換が可能になるため、マルチチャネル型の光ミキサを
容易に実現できる。
【０１６７】偏光分離素子３および偏光合波素子４は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
（たとえばｃ軸から４５度方向にカットされたＹＶＯ
4 ）等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちｘ方向の直線偏光を異常光ｅとして光軸Ｑ１
に、ｙ方向の直線偏光を常光ｏとして光軸Ｑ２にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Ｑ１に沿って入射するｘ方
向の直線偏光と光軸Ｑ２に沿って入射するｙ方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。
【０１６８】ファラデーローテータ２２は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
向を光軸周りで所定方向に４５度回転させる。反射ミラ
ー２０は入射した光を同じ光軸上に反射する。
【０１６９】図１と同様に、波長変換において非線形光
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
学材料の変換定数ｄ33を利用した場合、波長変換素子の
分極方向、ポンプ光の偏光方向および信号光の偏光方向
が互いに一致したとき、波長変換された出力光（波長λ
Ｌ）が同一の偏光方向で発生する。
【０１７０】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
て１．５μｍ帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λｓはＣバンド、波長λＬはＬバンド、波長λｐは
ＣバンドとＬバンドの中央である１．５６μｍに設定さ
れ、ポンプ光の波長λｐ、信号光の波長λｓ、出力光の
波長λＬは、式（１）の関係が成立する。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１）
【０１７１】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
プ光として偏光分離素子３に入射する場所でｘ方向成分
とｙ方向成分との比が１：１となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子３の主軸に対して４５度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。
【０１７２】ポンプ光および信号光が合波器１０によっ
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子４に入る。一方、偏光分離素子３において
ポンプ光および信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ
２に沿って分離され、ｙ方向に分極した波長変換素子２
によってｙ方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光
合波素子４に入る。
て合波され、光サーキュレータ１１のポート１１ａから
ポート１１ｂを経由して、偏光分離素子３に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちｘ方向の直線偏光は光
軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ方向に分極した波長変換素
子１によってｘ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子４に入る。一方、偏光分離素子３において
ポンプ光および信号光のうちｙ方向の直線偏光は光軸Ｑ
２に沿って分離され、ｙ方向に分極した波長変換素子２
によってｙ方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光
合波素子４に入る。
【０１７３】偏光合波素子４は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【０１７４】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転する。再び偏光合波素子４に入射する
と、ｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換され、偏光分離素子３に入る。ｙ方
向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離され、波長変換素
子２によってｙ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光分離素子３に入る。
ラデーローテータ２２を通過すると、各光の偏光方向が
４５度回転し、反射ミラー２０で反射すると、再びファ
ラデーローテータ２２を通過して各光の偏光方向がさら
に４５度回転し、ファラデーローテータ２２の入射前と
比べて９０度回転する。再び偏光合波素子４に入射する
と、ｘ方向の直線偏光は光軸Ｑ１に沿って分離され、ｘ
方向に分極した波長変換素子１によってｘ方向に偏光し
た出力光に波長変換され、偏光分離素子３に入る。ｙ方
向の直線偏光は光軸Ｑ２に沿って分離され、波長変換素
子２によってｙ方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光分離素子３に入る。
【０１７５】偏光分離素子３は、光軸Ｑ１，Ｑ２に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。
【０１７６】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
タ１１のポート１１ｂからポート１１ｃを経由して取り
出される。
【０１７７】こうして入力前のｘ方向成分は光軸Ｑ１→
光軸Ｑ２の順で進行して往路および復路で波長変換さ
れ、入力前のｙ方向成分は光軸Ｑ２→光軸Ｑ１の順で進
行して往路および復路で波長変換されるため、波長変換
された出力光の合成強度は一定になり、信号光の偏光状
態に依存せず、安定した波長変換を実現できる。また、
入力前のｘ方向成分およびｙ方向成分が通過する光学長
も一致するため、位相分散(ＰＭＤ：Polarization Mode
Dispersion）の影響を防止できる。
光軸Ｑ２の順で進行して往路および復路で波長変換さ
れ、入力前のｙ方向成分は光軸Ｑ２→光軸Ｑ１の順で進
行して往路および復路で波長変換されるため、波長変換
された出力光の合成強度は一定になり、信号光の偏光状
態に依存せず、安定した波長変換を実現できる。また、
入力前のｘ方向成分およびｙ方向成分が通過する光学長
も一致するため、位相分散(ＰＭＤ：Polarization Mode
Dispersion）の影響を防止できる。
【０１７８】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、疑
似位相整合を満たす波長変換素子において非線形光学材
料としてＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）を用いること
によって、光損傷の影響を回避できるため、結晶加熱用
のヒータが不要になり、室温動作でも安定した波長変換
を実現できる。
似位相整合を満たす波長変換素子において非線形光学材
料としてＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）を用いること
によって、光損傷の影響を回避できるため、結晶加熱用
のヒータが不要になり、室温動作でも安定した波長変換
を実現できる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明の第５実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明の第６実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明の第７実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明の第８実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明の第９実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態を示す構成図であ
る。
る。
１，２ 波長変換素子 ３ 偏光分離素子 ４ 偏光合波素子 ５，６ ９０度偏光回転素子 ７ 光遅延素子 １０ 合波器 １１ 光サーキュレータ ２０ 反射ミラー ２１ 波長選択反射ミラー ２２ ファラデーローテータ
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形光学材料の分極方向がコヒーレン
ス長の周期で交互に反転して疑似位相整合を満たす光通
信用の波長変換素子であって、 非線形光学材料はＫＮｂＯ3 で形成されることを特徴と
する波長変換素子。 - 【請求項２】 波長λｐの第１入力光および波長λｓの
第２入力光に関して、式（１）または式（１Ａ）の関係
が成立するように、波長λＬの出力光を発生することを
特徴とする請求項１記載の波長変換素子。 １／λＬ ＝ ２／λｐ − １／λｓ …（１） １／λＬ ＝ １／λｐ − １／λｓ …（１Ａ） - 【請求項３】 複数の光路について波長変換可能なバル
ク型であることを特徴とする請求項１または２記載の波
長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275497A JP2002090786A (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275497A JP2002090786A (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | 波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002090786A true JP2002090786A (ja) | 2002-03-27 |
Family
ID=18761109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000275497A Pending JP2002090786A (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002090786A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338966A (zh) * | 2011-09-09 | 2012-02-01 | 上海交通大学 | 偏振无关的准位相匹配倍频器及其制作方法 |
| CN109683425A (zh) * | 2018-12-30 | 2019-04-26 | 华东师范大学 | 一种偏振无关的光子频率转换量子装置 |
| CN111684347A (zh) * | 2018-02-08 | 2020-09-18 | 住友电气工业株式会社 | 光波长转换器及光波长转换器的制造方法 |
-
2000
- 2000-09-11 JP JP2000275497A patent/JP2002090786A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338966A (zh) * | 2011-09-09 | 2012-02-01 | 上海交通大学 | 偏振无关的准位相匹配倍频器及其制作方法 |
| CN102338966B (zh) * | 2011-09-09 | 2013-12-11 | 上海交通大学 | 偏振无关的准位相匹配倍频器及其制作方法 |
| CN111684347A (zh) * | 2018-02-08 | 2020-09-18 | 住友电气工业株式会社 | 光波长转换器及光波长转换器的制造方法 |
| CN109683425A (zh) * | 2018-12-30 | 2019-04-26 | 华东师范大学 | 一种偏振无关的光子频率转换量子装置 |
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