JP2002303903A - 多波長光源 - Google Patents
多波長光源Info
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Abstract
極を選択することで実現できるようにした多波長光源を
提供すること。 【解決手段】 導波路の平面上に一定の周期の幅を有す
る電極を具備し、効率および信号波長を安定化するため
にデバイスはペルチェ素子で温度制御している。電極の
ピッチは、0.770、0.775、0.780、0.
785μmをポンプ光とし、1.55μm帯の光の差周
波発生に必要な疑似位相整合を実現するグレーティング
ピッチに対応している。この場合、電極ピッチは12〜
13μmとなる。電極に1kV/cmに対応する電圧を
印加し、入射端から偏波保持ファイバを用いて、1.5
3μmの信号光と0.770、0.775、0.78
0、0.785μmのポンプ光を同時に入射する。
Description
る多波長光源に関し、より詳細には、低ノイズな信号光
が多波長必要な波長多重通信に利用される多波長光源に
関する。
長多重通信(WDM)システムの導入が加速されてい
る。このWDMシステムは、1本の光ファイバに波長の
異なる信号を多数伝送することによって、システムの低
コスト化を実現しており、新たなファイバを敷設するこ
となく、伝送容量を増加できる方式である。
式ではファイバの敷設コストなどで大きなメリットがあ
るものの、高密度化には波長精度の高い光源を多数必要
とするという問題があった。これまでは、信号光の波長
に厳密に適合した半導体レーザを選別し、必要数並べる
という方式が主に用いられている。但し、この方式で
は、波長の適合したレーザを選別するためコスト高にな
るという問題があった。
イバのリングレーザを用いる方法や、それら短パルス光
源と非線形ファイバで発生したスーパーコンティニウム
光(SC光)をアレイ格子型合分波器で切り出すスペク
トルスライス型の光源も提案されているが、SC光の発
生には長尺の非線形ファイバが必要で小型化に難がある
という問題があった。
たもので、その目的とするところは、波長数や波長帯の
制御を、電界を印加する電極を選択することで実現でき
るようにした多波長光源を提供することにある。
的を達成するために、請求項1に記載の発明は、KTa
1−xNbxO3および/あるいはK1−yLiyTa
1−xNbxO3なる組成を有する結晶材料によって形
成された屈折率が高いコア部分と、該コア部分を取り巻
くクラッドからなる導波構造を有する平面型の光導波路
である多波長光源において、前記導波路の平面上に一定
の周期の幅を有する電極を具備し、少なくとも1つある
いは2つ以上の波長からなる信号光を発生する信号光発
生手段と、該信号光発生手段からの信号光と異なる波長
のポンプ光を発生するポンプ光発生手段とを備え、前記
信号光と前記ポンプ光とを同時に入射することにより、
少なくとも2波長以上の信号光を生成することを特徴と
するものである。
に記載の発明において、前記電極幅の周期が、前記信号
光とポンプ光とのエネルギー差で差周波発生を得るに必
要な疑似位相整合条件を満たすことを特徴とするもので
ある。
又は2に記載の発明において、前記電極が、前記信号光
のTE偏波の電界方向に平行な方向と、TM偏波に平行
な方向のいずれか1つあるいは両方向に電界を印加する
構造であることを特徴とするものである。
1,2又は3に記載の発明において、前記電極に印加す
る電圧を変調することによって前記信号光を変調するこ
とを特徴とするものである。
乃至4いずれかに記載の発明において、前記周期の異な
る電極を複数備えたことを特徴とするものである。
1−xNbxO3および/あるいはK1−yLiyTa
1−xNbxO3なる組成を有する結晶を用いることを
特徴としている。これらKTNならびにKLTN結晶
は、使用温度域で中心対称性を有する立方晶であり、非
線形光学効果を有していないが、電界を印加すること
で、2次の非線形効果を発現するという特徴を有してい
る。このため、信号光とポンプ光に位相整合する周期を
有する電極を作成し、電場を印加することで差周波発生
による多波長化が可能となる。
に並べておき、それぞれの周期に位相整合するポンプ光
を入射し、すべての電極に電界を印加すれば、電極の数
に対応した差周波を得ることができる。また、最初に入
射する信号光が多波長である場合は、最初に入射する信
号光の波長数をnとし、電極の数をmとすると、このデ
バイスで得られる波長数はn×2mとなる。従って、例
えば、最初に入射する波長数が10で4電極構成で有れ
ば、160波を発生することが可能である。
の間隔は、最初に入射した信号光の間隔と、ポンプ光の
半分のエネルギーに対応する波長とのエネルギー差で決
まるため、例えば、ITU−Tグリッドに正確に合った
均一幅の光を発生することができる。さらに、この非線
形光学効果の効率は、印加する電界に比例して増加し、
かつ実用的な印加電界の範囲で既存の非線形光学結晶で
あるLiNbO3の2倍以上の効率が実現できる。従っ
て、既存のLNの差周波発生と同じ相互作用長で有れば
4倍以上の効率、同じ効率ならば1/2以下の相互作用
長で波長変換を実現できる。
非線形効果を得るには、c軸と入射光の偏光を合致させ
る必要があり、疑似位相整合もc軸方向の自発分極を反
転させることで実現されている。したがって、LNの差
周波発生では、作製された疑似位相整合の方向で変換可
能な光の偏波方向が規定され、その他の偏光では変換さ
れない。一方、KTNおよびKLTNは等方的な結晶で
あり、電界の印加方向に非線形性が発現されるため、例
えば電極を直交する2方向に電界がかかるような構成と
すれば容易に偏波を個別に制御した光源が実現できると
いう利点がある。
も不必要で、電極を形成で容易に疑似位相整合を実現で
きるという利点もある。これは、異なる周期の電極を数
種類、結晶表面上に形成しておけば、その周期に応じた
ポンプ光の波長を選択することが可能であり、波長変換
デバイスに機能を付与することが可能である。さらに、
本発明で用いる波長変換の原理は、2次の非線形効果で
ある差周波発生によるものであり、発生する差周波は、
信号光とポンプ光の相互作用で生成するため、パルス幅
の狭い光と同じパルスに整形される。従って、ポンプ光
が、ファイバリングレーザ等のような短パルス列であれ
ば、信号光が半導体レーザのようなジッタを含むような
幅広い光源であっても、高品質な光を発生することが可
能である。
イズフリーという利点もある。また、異なる波長に疑似
位相整合する電極を作製し、順に電界を印加すれば、波
長可変光源として動作する。この光源では、電界を別に
変調すれば、変調信号が得られ、変調器を組み込んだ可
変波長光源としても動作可能である。
路を使用したが、イオンの拡散に依って作製した拡散導
波路でも同様の特性が得られた。
施例について説明する。
ピタキシー技術を用いて矩形の導波構造を作製した。作
製した導波路の屈折率差は2.5%であり、高次モード
のカットオフ波長は0.6μmであり、これより長波長
は単一モード導波路として機能する。作製した導波路長
は3cmであり、導波路の損失は0.15dB/cmで
あった。基板は導電性のあるLa添加のSrTiO3を
用い、上部には金蒸着で、電極パターンを構成した。
図で、効率および信号波長を安定化するためにデバイス
はペルチェ素子で温度制御している。電極のピッチは、
0.770、0.775、0.780、0.785μm
をポンプ光とし1.55μm帯の光の差周波発生に必要
な疑似位相整合を実現するグレーティングピッチに対応
している。この場合、電極ピッチは12〜13μmとな
る。電極に1kV/cmに対応する電圧を印加し、入射
端から偏波保持ファイバを用いて、信号光発生部からの
1.53μmの信号光と、ポンプ光発生部からの0.7
70、0.775、0.780、0.785μmのポン
プ光とを同時に入射し、出射光を光スペクトラムアナラ
イザを用いて測定した。
より発生した光のスペクトルを示す図で、差周波発生に
よる波長可変光源が実現されていることがわかる。さら
に、信号光および変換光はパラメトリック増幅されてお
り、入力信号光に対する変換光の利得は約15dBに達
している。これは、従来のLNの波長変換デバイスでは
実現できない高い利得である。また、この場合の変換効
率も印加電界の強度で変化させることが可能であり、電
界をOFFにすると信号光のみが出力される。
号光強度を変化させ、出力信号光強度をモニターしなが
ら出力変換光強度が一定になるように電界を制御するこ
とも可能であった。また、利得飽和領域で使用すること
により、出力光の強度をほぼ一定にすることを可能であ
った。あるいは、電極毎に印加する電界を変え、すなわ
ち出力側の電極に近いほど電界を高くすることによって
出力光強度を一定にすることも可能であった。
成であるが、さらに面に水平方向に電極を配置し、面に
垂直方向に配置した電極と独立に電界を印加することに
より、TE、TM両偏光を独立に発生させることが可能
である。図4に本発明の平面型光導波路を、電極の位置
で導波路と垂直に切った断面図を示す。(a)は電極を
面に垂直方向に配置した構成で、(b)は電極面を水平
方向に配置した構成である。なお、図中符号11は基
板、12は導波路である。
GHzで変調した電界を、各電極に純に印加した。これ
により、1550、1560、1570、1580nm
に10GHzで変調した光信号を随時取り出すことがで
きた。これは、10Gbit/sの可変波長光源として
機能していることが明らかである。また、この信号間隔
は、設定する電極のピッチ、すなわち位相整合するポン
プ光の波長と信号光の波長を設定することで、容易に変
化させることが可能である。また、1530nmで用い
ている信号光がファイバ−リングレーザの100GHz
のパルス列であれば、可変波長光源で発生できる信号光
も100GHzとなる。
とによって、容易に可変可能な波長数を増やすことも可
能であり、異なる電極パターンを有するチップを並列に
並べることによって、容易に、1250−1700nm
領域をカバーできる波長可変光源を実現することが出来
た。
るポンプ光を、767.75、774.75、784.
75、804.75nm、信号光を1528、152
9、1530、1531、1532、1533、153
4、1535、1536、1537nmの10波長とす
ること以外は、実施例1と同様の方法で、多波長化を実
施した。各電極に電界を随時印加して得られる波長を図
3に示す。この図3に示すように、電極をそれぞれON
にした場合は、その差周波に対応する波長の信号がえら
れる。従って、それぞれの電極に電界印加することによ
って、波長数を2倍にすることが可能である。
は、各電極で発生した差周波がさらに次の電極で差周波
発生するため、4電極後には160波の信号光が得られ
る。このように、本発明を用いれば、容易に多波長光源
を1チップのデバイスで実現することができる。もちろ
ん、各チップに1つの電極を構成したものをファイバで
接続した構成でも同様の光源を実現することが可能であ
った。また、図3で明らかなように、電界を印加する電
極を選択することにより、必要な波長帯に必要な波長数
の信号を得ることが可能であるということも明らかであ
る。
波長光源において、最初に入射する10波長を、実施例
1と同様の構成で10種類の電極を有する多波長光源で
実現し、その際に用いる最初の信号光をファイバリング
レーザあるいは半導体モードロックレーザの100GH
zのパルスとし、実施例3と同様の実験を行った。得ら
れた波長はすべて実施例3と同様であったが、それらの
信号はすべて100GHzに変調された、短パルスであ
った。このように、本発明の方法を用いれば、短パルス
からなる多波長の信号光を容易に発生できるという利点
が明らかである。
波路の平面上に一定の周期の幅を有する電極を具備し、
少なくとも1つあるいは2つ以上の波長からなる信号光
を発生する信号光発生手段と、信号光発生手段からの信
号光と異なる波長のポンプ光を発生するポンプ光発生手
段とを備え、信号光とポンプ光とを同時に入射すること
により、少なくとも2波長以上の信号光を生成するよう
にしたので、従来では実現できなかった多波長光源を一
つのチップ上に実現でき、さらに波長数や波長帯の制御
を、電界を印加する電極を選択することで実現できた。
さらに、従来では実現できなかった短パルスの信号光を
容易に生成できるという利点がある。これにより、波長
多重通信に利用する多波長光源を、簡易で安価な構成で
実現できる。
ある。
す図である。
と垂直に切った断面図で、(a)は電極を面に垂直方向
に配置した構成、(b)は電極面を水平方向に配置した
構成を示した図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 KTa1−xNbxO3および/あるい
はK1−yLiyTa1−xNbxO3なる組成を有す
る結晶材料によって形成された屈折率が高いコア部分
と、該コア部分を取り巻くクラッドからなる導波構造を
有する平面型の光導波路である多波長光源において、前
記導波路の平面上に一定の周期の幅を有する電極を具備
し、少なくとも1つあるいは2つ以上の波長からなる信
号光を発生する信号光発生手段と、該信号光発生手段か
らの信号光と異なる波長のポンプ光を発生するポンプ光
発生手段とを備え、前記信号光と前記ポンプ光とを同時
に入射することにより、少なくとも2波長以上の信号光
を生成することを特徴とする多波長光源。 - 【請求項2】 前記電極幅の周期が、前記信号光とポン
プ光とのエネルギー差で差周波発生を得るに必要な疑似
位相整合条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載
の多波長光源。 - 【請求項3】 前記電極が、前記信号光のTE偏波の電
界方向に平行な方向と、TM偏波に平行な方向のいずれ
か1つあるいは両方向に電界を印加する構造であること
を特徴とする請求項1又は2に記載の多波長光源。 - 【請求項4】 前記電極に印加する電圧を変調すること
によって前記信号光を変調することを特徴とする請求項
1,2又は3に記載の多波長光源。 - 【請求項5】 前記周期の異なる電極を複数備えたこと
を特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の多波長光
源。
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KR100888299B1 (ko) * | 2003-03-19 | 2009-03-11 | 니폰덴신뎅와 가부시키가이샤 | 광스위치 |
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