JP2002229086A

JP2002229086A - 波長変換装置

Info

Publication number: JP2002229086A
Application number: JP2001026822A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sugidachi; 厚志杉立
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造により、制御性がよく高速で波長
変調制御できる波長変換装置を提供する。【解決手段】周期構造体１と、周期構造体に変調をか
ける周期構造体変調手段２とを備え、周期構造体は、当
該周期構造体においてパラメトリック変換または４光波
混合を生起させるために、２次または３次の非線形光学
効果を有する媒質を含み、周期構造体変調手段は、パラ
メトリック変換における信号光５およびアイドラ光６の
波長、または４光波混合における出射光波長を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信分野にお
ける波長多重通信に用いられる波長可変光源や波長変換
器等の波長変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の波長可変レーザモジュー
ルを例示する構成図である（江村：レーザ研究，251(19
99),27「波長多重によるテラビット光伝送技術とそれを
支える光デバイス技術」）。半導体集積技術の進展によ
り複数のレーザダイオード（ＬＤ）１１２を１つの基板
上に構成し、出射導波路１１４を工夫して、選択した１
つのＬＤのレーザ光のみを出射して変調器１１３に導入
する構成とする。

【０００３】波長多重通信においては、伝送波長帯域の
範囲内で細かい波長切り換えが要求される。このため、
波長多重通信に用いる波長可変レーザモジュールは、図
７の構成において、各ＬＤを１．６ｎｍ間隔で１つのウ
ェハ上に作り込み、使用時には所望の波長のＬＤのみを
選択して発振させる。この結果、上記波長可変レーザモ
ジュールからは、その波長の単色レーザ光のみが出力さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
波長可変レーザモジュールでは、発振波長が互いに相違
する複数の異なるＬＤを１つの基板上に作り込むので、
製造が難しく歩留りが低下するという問題点を有してい
た。また、波長可変レーザモジュールに実装する際に、
部品点数が多くなり、いっそう増加する傾向にある具備
すべき波長の数に対応しにくいという問題点を有してい
た。

【０００５】この問題を解決するために、非線形光学素
子に位相のそろったポンプ光を入射して、ポンプ光の波
長と異なる波長を有する信号光を得るパラメトリック変
換を利用した波長変換装置の開示がなされた（特開平5-
165074号公報）。このようなパラメトリック変換を行な
う非線形光学素子を用いることにより、集積度の高い小
型化された波長変換装置を比較的容易に得ることができ
る。しかしながら、この波長変換装置では、光軸に対し
て非線形光学素子を傾けて信号光の波長を変化させる等
の操作をしなければならない。このため、制御性が悪
く、高速の波長変換を行なうことができなかった。

【０００６】そこで、本発明は、従来のような多数のデ
バイスの集積化による複雑な構成ではなく、簡単な構造
により、制御性がよく高速で波長変調制御できる波長変
換装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の波長変換装置
は、２種類以上の光の媒質が周期構造を形成してなる周
期構造体と、周期構造体に変調をかける周期構造体変調
手段とを備え、周期構造体は、当該周期構造体において
パラメトリック変換または４光波混合を生起させるため
に、２次または３次の非線形光学効果を有する媒質を含
んでおり、周期構造体変調手段は、パラメトリック変換
における信号光およびアイドラ光の波長、または４光波
混合における出射光波長を変化させるものである（請求
項１）。

【０００８】この構成により、周期構造体において、同
一の励起レーザ光に対応して、光パラメトリック効果ま
たは４光波混合が異なる光学定数条件で起こるようにな
り、周期構造体変調手段により波長を所望の波長に変え
ることができる。このため、簡便な操作により所望の波
長のレーザ光を出射させることができる。

【０００９】次に、上記本発明の波長変換装置の原理を
パラメトリック変換を例にして説明する。非線形光学素
子に位相のそろったポンプ光を入射すると、信号光とア
イドラ光とが発生するパラメトリック変換が生起する。
パラメトリック変換においては、ポンプ光の波数をｋ3
とし、信号光の波数をｋ1とし、アイドラ光の波数をｋ2
とするとき、ｋ3＝ｋ1＋ｋ２が成立する。この波数の間
の関係は、屈折率と角周波数を用いて、次のように表わ
すことができる。 ω3ｎ3＝ω1ｎ1＋ω2ｎ2 ただし、ω3、ω1およびω2は、それぞれ、ポンプ光、
信号光およびアイドラ光の角周波数であり、ｎ3、ｎ1お
よびｎ2は、それぞれ、ポンプ光、信号光およびアイド
ラ光が伝搬する媒質の屈折率である。

【００１０】周期構造体には２次または３次の非線形光
学効果を呈する材料を少なくとも一部で用いているた
め、ポンプ光および入射信号光などを入射させることに
より、パラメトリック変換または４光波混合を生起す
る。さらに、周期構造体を伝搬できない光の波長域に対
応するバンドギャップ等を説明するのに、固体中の電子
の状態を説明するバンド理論を適用することができる。
すなわち、結晶中の電子の波数やエネルギの状態を表わ
すバンド曲線と同様の光に対するバンド曲線を描くこと
ができる。周期構造体を伝搬する光の状態は、周期構造
体中を伝搬する際の角周波数または波長と、波数ベクト
ルとの関係を示すバンド曲線によって表示され、バンド
曲線間のバンドギャップ（禁制帯）はその周期構造体を
伝搬できない角周波数域または波長域を表わす。周期構
造体を伝搬する光の状態を表わすバンド曲線において
は、そのバンド曲線の接線の勾配の逆数が平均的なマク
ロの屈折率に比例する関係を有する。このような周期構
造体に対して、温度変化、電圧変化等の変調をかける
と、バンド曲線の形状が変化して、屈折率やバンドギャ
ップを変化させることができる。なお、周期構造体とし
て例示されるフォトニック結晶の周期構造は、１次元〜
３次元の周期構造のいずれでもよい。

【００１１】パラメトリック変換が生じている周期構造
体に対して、導波路変調手段によって変調をかけると、
次の関係が成立する。 ω3ｎ3＝ω1'（ｎ1＋Δｎ1）＋ω2'（ｎ2＋Δｎ2） ω1'とω2'とは、それぞれω1とω2と相違するので、周
期構造体に変調をかけることにより、波長変換を実現す
ることができる。なお、エネルギ保存側より、ω3＝ω
1'＋ω2'＝ω1＋ω2、が成立する。

【００１２】非線形光学素子においてパラメトリック変
換を生じさせていた、従来の波長変換装置では、非線形
光学素子をポンプ光に対して傾ける角度変化や非線形素
子の温度変化によって変調を加えていた。このような、
従来の波長変換装置に比べて、上記本発明の波長変換装
置では、制御性がよく、また高速に波長を変換すること
ができる。上記の周期構造体は、たとえば、パラメトリ
ック変換が行なわれるフォトニック結晶で構成されるの
で、波長変換が行なわれる波長変換部または波長変換器
とみることができる。この周期構造体部は、パラメトリ
ック変換を共鳴させて発振するために、周期構造体を挟
むように配置された反射部材を備えていてもよい。

【００１３】上記本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、パラメトリック変換または４光波混合のためのポン
プ光としてレーザ光を周期構造体に向けて出射するレー
ザ発振器を備えることができる（請求項２）。

【００１４】レーザ発振器をレーザダイオードとすれ
ば、周期構造体や反射部材を基板上にモノリシックに形
成することができ、小型化して強力な出力を有する波長
変換装置を構成することができる。なお、上記の波長変
換装置は、反射部材を含む発振部材を備えてもよいし、
また発振部材を備えていなくてもよい。発振部材を備え
ず、励起用の上記レーザ発振器を発振部と捉え、発振部
を備えた波長変換装置と考えてもよい。また、本発明の
波長変換装置は所望の波長を持続して発振状態で出射し
て光源として用いる装置、および励起用の上記レーザ発
振器に代えて、信号光を周期構造体に導入して、波長変
換のみを目的に波長変換を行なう装置を含む。また、信
号光の波長変換の場合、信号解析等の目的による波長変
換を行なう装置も含む。

【００１５】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、レーザ発振器と周期構造体との間に、広帯域増幅装
置を備えることができる（請求項３）。

【００１６】この構成により、この波長変換装置を１台
用いることにより、所望の波長をカバーすることが容易
となる。

【００１７】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、広帯域増幅装置が、エルビウムドープファイバ増幅
器、プラセオジウムドープファイバ増幅器、ツリウムド
ープファイバ増幅器およびラマン増幅器のうちの少なく
とも１つによって構成されることが望ましい（請求項
４）。

【００１８】この構成により、広帯域の光を効率よく増
幅することができ、所望の波長の光の強度を高めること
ができる。

【００１９】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、周期構造体において非線形変換光が増幅されるよう
に、周期構造体の出射側に配置された前方反射部材と、
周期構造体から見て前方反射部材と反対側に配置された
後方反射部材とを有するか、またはリング状に形成され
る発振部材を備えることができる（請求項５）。

【００２０】発振部材がリング状でない場合、光の所定
量は、前方反射部材と後方反射部材との間を往復しなが
ら、前方に光を送り出される。前方反射部材は、部分的
に波長変換された光を部分的に透過させることが望まし
く、また、後方反射部材は、高反射率であることが望ま
しい。発振部材がリング共振器を構成する場合は、１ヵ
所の反射部材のみ部分的に波長変換された光を部分的に
透過させることが望ましく、他の反射部材は高反射率を
有することが望ましい。なお、リング共振器を構成する
場合、周期構造体を含んでリング状の光の周回路が形成
され、光が周回する際に、非線形変換光が増幅される。

【００２１】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、変調手段による変調において、周期構造体に一様な
変調手段を適用するのではなく、部位によって異なる変
調手段を適用することができる（請求項６）。

【００２２】この構成により、変調を各部位においてき
め細かく行なうことにより、変換前および変換後の波長
の範囲を拡大することが可能となる。

【００２３】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、周期構造体変調手段が、周期構造体における電界、
磁界、圧力、媒質密度および温度のうちのいずれかを変
化させる装置であることが望ましい（請求項７）。

【００２４】周期構造体におけるこれらの要因を変化さ
せることにより、容易に制御性よく波長変換を実現する
ことができる。

【００２５】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、周期構造体の出射側に、不要の波長の光を除くバン
ドパスフィルタを備えることが望ましい（請求項８）。

【００２６】周期構造体の出射側には、パラメトリック
変換の場合にはポンプ光やアイドラ光が出射される。こ
の光をバンドパスフィルタによって除くことにより、所
望の波長の光のみを取り出すことができる。また、バン
ドパスフィルタを周期構造体や、レーザ発振装置等と同
じ基板上にモノリシックに形成することにより、高集積
度で小型の波長変換装置を得ることができる。

【００２７】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、バンドパスフィルタが、周期構造体を含んで構成さ
れている（請求項９）。

【００２８】周期構造体によるバンドパスフィルタは、
光の伝搬方向に沿って、１つまたは順次配置された複数
のバンドギャップを持つ周期構造体によって形成される
導波路部からなる。この波長変換装置では、バンドパス
フィルタを形成する各導波路部は、周期構造体からなる
周辺部とその周期構造体の光学特性を変調する変調手段
とをそれぞれ備え、各周辺部は周期構造体に固有の伝搬
できない波長域に対応するバンドギャップをそれぞれ有
し、いずれの周辺部のバンドギャップにも共通する少な
くとも１つの波長が存在し、各導波路部にわたって、当
該少なくとも１つの共通の波長の光が伝搬する。

【００２９】次に、上記発明のバンドパスフィルタの原
理について説明する。導波路は複数の導波路部からな
り、各導波路部は導波路部分と周辺の周期構造体部分と
から構成されている。各部分の周期構造体は変調手段に
よってバンド形状を変えることができる。いま、１番目
の導波路部の周辺部を構成する周期構造体のバンドギャ
ップ帯域がω1aより大きく、ω1ｂより小さい範囲にあ
り、各周辺部の周期構造体において同様の関係が成り立
つと仮定する。すなわち、各部のバンドギャップ帯域ω
について次の関係が成立すると仮定する。

【００３０】１番目の周辺部の周期構造体：ω1a<ω<ω1ｂ２番目の周辺部の周期構造体：ω2a<ω<ω2ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ｎ番目の周辺部の周期構造体：ωna<ω<ωnb このような複数の導波路部を備えるバンドパスフィルタ
を波長変換器内に挿入すると、すべての各部分のフィル
タ透過帯域に相当するωのみが透過する。すなわち、透
過帯域はMax(ω1a, ω2a,・・, ωna)<ω<Min(ω1ｂ,
ω2ｂ,・・, ωnb)となる。この結果、制御性の高いバ
ンドパスフィルタを実現することができる。

【００３１】また、周期構造体によるバンドパスフィル
タとして、上記導波路形態ではなく、たとえば、複数の
各周期構造体を積層配置することで、各透過帯域の重ね
合わせによる領域のみを利用することも可能である。

【００３２】これらの構成により、バンドパスフィルタ
を基板上に周期構造体等と同じ製造機会に並行して成膜
等して能率よく作り込むことができる。この結果、集積
度が高く小型化した波長変換装置を容易に得ることがで
きる。

【００３３】上記本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、バンドパスフィルタが、透過帯域を変化させる変調
手段を備えていることが望ましい（請求項１０）。

【００３４】この構成により、高速に所望の波長の光を
得ることが可能となる。上記の本発明の波長変換装置で
は、たとえば、周期構造体の出射側に、所定の波長域の
光の強度を増幅する光増幅器を備えることができる（請
求項１１）。

【００３５】この構成により、所望の波長の光を増幅す
ることができ、パラメトリック変換または４光波混合等
の非線形光学効果で発生する信号光が弱くても強力な信
号光を得ることができる。

【００３６】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、周期構造体に、電気光学効果、音響光学効果、光弾
性効果、偏光特性変化および旋光特性変化のうち、少な
くとも１つを示す材料が含まれることが望ましい（請求
項１２）。

【００３７】この構成により、周期構造体に大きなバン
ド変化をもたらす変調をかけることができる。このた
め、位相整合条件を実現しやすくなり波長変換ができる
波長範囲を大きく拡大することが可能になる。

【００３８】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、バンドパスフィルタを構成する周期構造体に、電気
光学効果、音響光学効果、光弾性効果、偏光特性変化お
よび旋光特性変化のうち、少なくとも１つを示す材料が
含まれることが望ましい（請求項１３）。

【００３９】この構成により、バンドパスフィルタの透
過波長域を広範囲に変化させることができ、１台の波長
変換装置により所望の波長を制御性よく高速に得ること
が可能になる。

【００４０】上記の本発明の第１および第２の局面にお
ける波長変換装置では、たとえば、レーザ発振器がレー
ザダイオードによって構成され、当該レーザダイオード
と、周期構造体と、周期構造体変調手段と、発振部材
と、バンドパスフィルタと、光増幅器のうちの少なくと
も２つが、同一基板上に一体的に集積配置されているこ
とが望ましい（請求項１４）。

【００４１】この構成により、たとえば、レーザダイオ
ードと周期構造体とを基板上にモノリシックに形成して
もよいし、発振部材と、レーザダイオードと、周期構造
体と、バンドパスフィルタとを基板上にモノリシックに
形成してもよい。すべての部材をモノリシックに形成す
ることもできる。この結果、小型化された波長変換装置
を用いて、所望の波長の高い出力の光を高速変換させな
がら出射させることができるようになる。また、この波
長変換装置を運転するのに要する消費電力を減少させる
ことができる。

【００４２】上記の本発明の第１および第２の局面にお
ける波長変換装置では、たとえば、周期構造体変調手段
は、レーザ発振装置から周期構造体に入射される直交す
る２軸の偏光成分のいずれにも波長変換と変調とを可能
にする偏光対応手段を備えることが望ましい（請求項１
５）。

【００４３】周期構造体では、偏光成分によって屈折率
やバンドギャップが異なる。このため、たとえば、偏光
面が直交するＴＥ波とＴＭ波とについて、別々にパラメ
トリック変換が成立する。このため、１つの種類の波長
のポンプ光であっても、２種類の波長のポンプ光として
用いることができる。この結果、波長変換できる波長帯
域を広範囲に広げることができる。

【００４４】上記の本発明の波長変換装置では、たとえ
ば、レーザ発振器から出射されるレーザ光に代えて、信
号光を周期構造体に導入することができる（請求項１
６）。

【００４５】この構成により、上記の波長変換装置を光
源や伝搬信号光の波長変換として用いるだけでなく、信
号解析等における波長変換を行なう装置として用いるこ
とができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態について説明する。

【００４７】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における波長変換装置を示す構成図である。この
波長変換装置では、発振器１は２種類以上の光の媒質が
周期構造を形成してなる周期構造体から構成される。波
長を変える手段として、電気光学効果を利用して屈折率
を変化させて波長を変えるために、波長制御手段として
電界印加用電極２を備えている。励起用ＬＤ３からは、
周期構造体１を励起するために励起レーザ光４が出射さ
れ、周期構造体１に入射される。励起ＬＤ３から出射さ
れた励起用レーザ光４は、周期構造体に入射し、その内
部で光パラメトリック効果に基づく波長変換を行ない、
所望の波長のレーザ光５を出射させることができる。周
期構造体１から出射される光の波長を変える場合は、電
極２によって周期構造体に電界を印加して、周期構造を
変えることなく周期構造体のバンド曲線を変化させ、こ
の結果、位相整合条件を変化させる。このため、周期構
造体において、同一の励起レーザ光４に対して、光パラ
メトリック効果が異なる光学定数条件で起こるようにな
り、所望の波長に変えて、容易にレーザ光５を出射させ
ることができる。さらに、非線形光学効果として光パラ
メトリック効果ではなく４光波混合を用いる場合には、
励起レーザ光４に加えて別な励起レーザ光５０、または
入射信号レーザ光６０を周期構造体に入射し、所望の出
射信号レーザ光５を得ることができる。

【００４８】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２における波長変換装置を示す構成図である。この
波長変換装置では、実施の形態１における波長変換装置
のレーザ光出射側に可変バンドパスフィルタ８を配置し
た点に特徴がある。光パラメトリック発振では、波長変
換によって、目的とする所望の波長のレーザ光５のほか
に、アイドラレーザ光６、および波長変換されずに周期
構造体を通過するポンプレーザ光１４もともにほぼ同じ
方向に出射される。これらアイドラレーザ光６およびポ
ンプレーザ光１４を除去するバンドパスフィルタ８を、
周期構造体出射面の後方に配置することにより、Ｓ/Ｎ
比の良好な所望の波長の単色レーザ光を得ることができ
る。バンドパスフィルタ制御機構９を用いて、透過バン
ド域を制御することにより、さらにＳ/Ｎ比のよい単色
レーザ光を得ることが容易になる。なお、図２では、可
変バンドパスフィルタは２つ配置されているが、１つで
もよいし、３つ以上配置してもよい。

【００４９】（実施の形態３）図３は、本発明の実施の
形態３における波長変換装置を示す構成図である。本実
施の形態では、実施の形態２におけるバンドパスフィル
タが、周期構造を有する周期構造体１８と変調手段１９
によって形成されている。他の部分の部材が、実施の形
態２と同じである。このため、基板上において、同じ機
会に、励起ＬＤ３と、導波路である波長変換部１と、バ
ンドパスフィルタ１８とを製造することができる。この
結果、バンドパスフィルタ１８と波長変換器１とが一体
的に集積化された波長変換装置を容易に得ることができ
る。さらに、波長変換部１が変調手段２によって波長を
変えるのに合わせて、周期構造体によって構成されるバ
ンドパスフィルタ１８の透過波長の調節を制御手段１９
によって行うことができる。この結果、いっそう高いＳ
/Ｎ比の所望の波長のみのレーザ光を得ることができ
る。

【００５０】（実施の形態４）図４は、本発明の実施の
形態４における波長変換装置を示す構成図である。本実
施の形態では、実施の形態１の周期構造体である波長変
換器１の後方に、さらに所望波長のレーザ光を増幅する
ための増幅器１０を備えている点に特徴がある。他の部
分は、実施の形態１と同じである。波長変換器を構成す
る周期構造体の出射側には、信号光５だけでなく、アイ
ドラ光６やポンプ光１４も出射される。光増幅器１０と
しては、信号光５のみを増幅するように調整されている
と、増幅された信号光２５のみを得ることができるので
望ましい。また、この増幅器として、たとえば、半導体
光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:ＳＯＡ)な
どを用いると、波長変換部１の周期構造体の製造プロセ
スと同じ機会に並行的にＳＯＡなどを製造することがで
きる。このため、励起ＬＤ３および波長変換器１を含め
て、増幅器１０まで一体的に集積化した波長変換装置を
得ることができる。

【００５１】（実施の形態５）本発明の実施の形態５で
は、波長変換部１の周期構造体を構成する周期構造のな
かに、電気光学効果、磁気光学効果、光弾性効果、温度
依存光学特性または音響光学効果を有する材料、たとえ
ばＧａＡｓが含まれる。波長変換部およびその他の部材
の構成は、実施の形態１〜４と同じにすることができ
る。この場合、波長制御手段は、たとえば温度依存光学
特性を有する材料の屈折率を変化させるための加熱手段
である。本実施の形態において出射レーザ光の波長を変
える場合には、加熱手段であるヒータに所定の電力を供
給して周期構造体のバンド曲線を変化させ、光パラメト
リック効果が異なる光学定数条件下で起こるようにす
る。この結果、周期構造体から、所望の波長を有するレ
ーザ光５を得ることができるようになる。

【００５２】（実施の形態６）本発明の実施の形態６で
は、ＴＥ波とＴＭ波との偏光状態に応じて屈折率が相違
するので、それに応じてパラメトリック発振条件を満足
するようにする。本実施の形態における波長変換装置
は、実施の形態１〜５と同じ構成を用い、各偏光状態に
対応する修正等がなされていることが必要である。これ
ら波長変換装置を用いて、励起用ＬＤから偏光状態を制
御した励起レーザ光を出射させて、周期構造体に入射す
ることにより、パラメトリック発振の条件数を倍増させ
ることができ、可変波長範囲を拡大することが可能とな
る。

【００５３】（実施の形態７）図５は、本発明の実施の
形態７における波長変換装置の構成図である。本実施の
形態では、励起用レーザ光源４０により、広帯域な発振
スペクトルを有する増幅装置１３を用いる。波長変換部
は、増幅装置１３のほかに、複数の部分に分けられ、各
部分は、導波路部２０ａ，・・，２０ｎとその周囲のバ
ンドギャップがその広帯域波長に含まれる周期構造体２
１ａ，・・，２１ｎとから構成されている。各部分の周
期構造体は、周期構造体変調手段２ａ，・・，２ｎによ
ってバンド形状を変えられる。

【００５４】いま、１番目の周期構造体２１ａのバンド
ギャップωがω1aより大きくω1bより小さい範囲にあ
り、すなわち、ω1a <ω<ω1bが成り立ち、各周期構造
体において同様の関係が成り立つと仮定する。１番目の周期構造体：ω1a <ω<ω1b ２番目の周期構造体：ω2a <ω<ω2ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ｎ番目の周期構造体：ωna <ω<ωnb このような波長変換器を、高反射率の後方反射部材３７
と部分的に光を透過させ残りを反射させる部分反射部材
３８との間の共振器内に挿入すると、すべての各部分の
波長変換部に共通するωの光のみが共振器内で増幅され
る。このとき、角周波数ωの光は、中央導波路部２１
ａ，２１ｎを往復する。この結果、レーザ発振はMax(ω
1a,ω2a,....ωna) <ω<Min(ω1b,ω2ｂ.....ωnb)を満
たすωにおいて行なわれる。上記の導波路の数ｎは、２
以上であれば、数は問わない。さらに、変調手段２ａ，
２ｎ等により、これら周期構造体のバンド形状を変える
ことにより、さらに広範囲に波長を変えることができ
る。

【００５５】（実施の形態８）図６は、本発明の実施の
形態８における波長変換装置を示す図である。本実施の
形態では、実施の形態７に比べて、複数の変調可能な周
期構造体に一様な変調を適用している点に特徴があり、
他の構成は実質的に実施の形態７と同じである。また、
広帯域な増幅器の一例として、たとえば、図６に示すよ
うに、エルビウムドープファイバ１１を用いることがで
きる。エルビウムドープファイバに代えて、パラセオジ
ウムファイバ、またはラマン増幅器等を用いてもよい。
周期構造体１の後方に設けられた可変フィルタ８を用い
て、この多くの種類の波長のレーザ光のうちから所望の
波長のレーザ光のみを簡便に選択することができる。

【００５６】（実施の形態９）本発明の実施の形態９で
は、実施の形態７における可変フィルタ８（図５参照）
を周期構造体で形成する点に特徴があり、他の構成は実
施の形態７と同じである。繰り返し周期構造において
は、禁制帯の周波数は鋭い立上りで明確に限定される。
このため、多くの種類の波長のレーザ光の中から、所望
の波長の出射レーザ光を高精度で選択することができ、
Ｓ/Ｎ比の高い所望の波長のレーザ光を出射させること
ができる。

【００５７】（実施の形態１０）本発明の実施の形態９
における波長変換器において、パラメトリック発振器ま
たは４光波混合装置に入射されるレーザ光は励起ＬＤか
ら出射されるレーザ光ではなく、信号レーザ光を用いる
点に特徴がある。このような場合、波長変換装置は波長
を変換するだけの機能を果たす。

【００５８】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態によって限定されない。本発明の範囲
は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許
請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべて
の変更を含むものである。

【００５９】

【発明の効果】本発明により、簡単な構造により、制御
性がよく高速で波長変調制御できる波長変換装置を得る
ことができるようになる。また、バンドパスフィルタや
増幅装置を備えることにより、波長変換された高出力の
光を出射させることができる。また、各部材を基板上に
モノリシックに形成することにより、小型化、運転消費
電力等の減少を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における波長変換装置
を示す構成図である。

【図２】本発明の実施の形態２における波長変換装置
を示す構成図である。

【図３】本発明の実施の形態３における波長変換装置
を示す構成図である。

【図４】本発明の実施の形態４における波長変換装置
を示す構成図である。

【図５】本発明の実施の形態７における波長変換装置
を示す構成図である。

【図６】本発明の実施の形態８における波長変換装置
を示す構成図である。

【図７】従来の波長可変レーザの構成図である。

【符号の説明】

１周期構造体、２ヒータまたは電極（周期構造体変
調手段）、２ａ,２ｎ電極、３レーザダイオード（レ
ーザ発振器）、４励起レーザ光、５信号光、６ア
イドラ光、８バンドパスフィルタ、９バンドパス制
御手段、１０半導体光増幅器（光増幅装置）、１１エ
ルビウムドープ増幅器（広帯域増幅器）、１３広帯域
光源、１４出射側ポンプ光、１５バンドパスフィル
タを透過した信号光、１８バンドパスフィルタを構成
する周期構造体、１９バンドパスフィルタの周期構造
体変調手段、２０ａ，２０ｎ中央導波路部、２１ａ，
２１ｎ周辺部を構成する周期構造体、２５増幅され
た信号光、３７後方反射部材、３８前方反射部材、
５０励起レーザ光、６０入射信号レーザ光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２種類以上の光の媒質が周期構造を形成
してなる周期構造体と、前記周期構造体に変調をかける周期構造体変調手段とを
備え前記周期構造体は、当該周期構造体においてパラメ
トリック変換または４光波混合を生起させるために、２
次または３次の非線形光学効果を有する媒質を含んでお
り、前記周期構造体変調手段は、前記パラメトリック変換に
おける信号光およびアイドラ光の波長、または前記４光
波混合における出射光波長を変化させるものである、波
長変換装置。
【請求項２】前記パラメトリック変換または前記４光
波混合のためのポンプ光としてレーザ光を前記周期構造
体に向けて出射するレーザ発振器を備える、請求項１に
記載の波長変換装置。
【請求項３】前記レーザ発振器と前記周期構造体との
間に、広帯域増幅装置を備える、請求項２に記載の波長
変換装置。
【請求項４】前記広帯域増幅装置が、エルビウムドー
プファイバ増幅器、プラセオジウムドープファイバ増幅
器、ツリウムドープファイバ増幅器およびラマン増幅器
のうちの少なくとも１つによって構成される、請求項３
に記載の波長変換装置。
【請求項５】前記周期構造体において前記非線形変換
光が増幅されるように、前記周期構造体の出射側に配置
された前方反射部材と、前記周期構造体から見て前記前
方反射部材と反対側に配置された後方反射部材とを有す
るか、またはリング状に形成される発振部材を備える、
請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換装置。
【請求項６】前記変調手段による変調において、前記
周期構造体に一様な変調手段を適用するのではなく、部
位によって異なる変調手段を適用する、請求項２〜５の
いずれかに記載の波長変換装置。
【請求項７】前記周期構造体変調手段が、前記周期構
造体における電界、磁界、圧力、媒質密度および温度の
うちのいずれかを変化させる装置である、請求項１〜６
のいずれかに記載の波長変換装置。
【請求項８】前記周期構造体の出射側に、不要の波長
の光を除くバンドパスフィルタを備える、請求項１〜７
のいずれかに記載の波長変換装置。
【請求項９】前記バンドパスフィルタが、周期構造体
を含んで構成されている、請求項８に記載の波長変換装
置。
【請求項１０】前記バンドパスフィルタが、透過帯域
を変化させる変調手段を備えている、請求項８または９
に記載の波長変換装置。
【請求項１１】前記周期構造体の出射側に、所定の波
長域の光の強度を増幅する光増幅器を備えた、請求項１
〜１０のいずれかに記載の波長変換装置。
【請求項１２】前記周期構造体に、電気光学効果、音
響光学効果、光弾性効果、偏光特性変化および旋光特性
変化のうち、少なくとも１つを示す材料が含まれる、請
求項１〜１１のいずれかに記載の波長変換装置。
【請求項１３】前記バンドパスフィルタを構成する周
期構造体に、電気光学効果、音響光学効果、光弾性効
果、偏光特性変化および旋光特性変化のうち、少なくと
も１つを示す材料が含まれる、請求項９〜１２のいずれ
かに記載の波長変換装置。
【請求項１４】前記レーザ発振器がレーザダイオード
によって構成され、当該レーザダイオードと、前記周期
構造体と、前記周期構造体変調手段と、前記発振部材
と、前記バンドパスフィルタと、前記光増幅器のうちの
少なくとも２つが、同一基板上に一体的に集積配置され
ている、請求項１１〜１３のいずれかに記載の波長変換
装置。
【請求項１５】前記周期構造体変調手段は、前記レー
ザ発振装置から前記周期構造体に入射される直交する２
軸の偏光成分のいずれにも前記波長変換と前記変調とを
可能にする偏光対応手段を備える、請求項１〜１４のい
ずれかに記載の波長変換装置。
【請求項１６】前記レーザ発振器から出射されるレー
ザ光に代えて、または前記レーザ光とともに信号光を前
記周期構造体に導入する、請求項１〜１５のいずれかに
記載の波長変換装置。