JP2002372731A - 波長変換用、光演算用素子 - Google Patents
波長変換用、光演算用素子Info
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- JP2002372731A JP2002372731A JP2001182394A JP2001182394A JP2002372731A JP 2002372731 A JP2002372731 A JP 2002372731A JP 2001182394 A JP2001182394 A JP 2001182394A JP 2001182394 A JP2001182394 A JP 2001182394A JP 2002372731 A JP2002372731 A JP 2002372731A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 パルス光を波長変換する際に生じていた上記
問題が抑制された波長変換用、光演算用素子を提供する
こと。 【解決手段】 非線形光学結晶１に、波長変換および／
または光演算を可能とする周期的分極反転構造を形成す
るに際し、入射光Ｌ１と出射光Ｌ２との群速度が一致す
るように群速度整合条件を決定し、かつ、前記波長変換
および／または光演算のための擬似位相整合条件が満た
されるように前記周期的分極反転構造の分極反転周期を
決定し、波長変換用、光演算用素子を得る。
問題が抑制された波長変換用、光演算用素子を提供する
こと。 【解決手段】 非線形光学結晶１に、波長変換および／
または光演算を可能とする周期的分極反転構造を形成す
るに際し、入射光Ｌ１と出射光Ｌ２との群速度が一致す
るように群速度整合条件を決定し、かつ、前記波長変換
および／または光演算のための擬似位相整合条件が満た
されるように前記周期的分極反転構造の分極反転周期を
決定し、波長変換用、光演算用素子を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学結晶の
技術分野に属し、特に、波長変換・光演算を擬似位相整
合法によって行うための周期的分極反転構造を備えた、
波長変換用および／または光演算用の素子に関するもの
である。
技術分野に属し、特に、波長変換・光演算を擬似位相整
合法によって行うための周期的分極反転構造を備えた、
波長変換用および／または光演算用の素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3などの非線形
光学結晶は、第２高調波発生（ＳＨＧ）、光パラメトリ
ック発振・増幅、差周波発生、和周波発生などの波長変
換を行う素子の材料として好ましく用いられている。
光学結晶は、第２高調波発生（ＳＨＧ）、光パラメトリ
ック発振・増幅、差周波発生、和周波発生などの波長変
換を行う素子の材料として好ましく用いられている。
【０００３】近年、これらの波長変換における位相整合
条件を満たす手法として、非線形光学結晶に周期的分極
反転構造（以下、「分極反転構造」ともいう）を形成し
て行う擬似位相整合（ＱＰＭ）が盛んに行われている。
擬似位相整合については、例えば、文献「光第二高調波
発生と分極反転」（栗村、固体物理、29(1994)75-82）
などに詳しく記載されている。
条件を満たす手法として、非線形光学結晶に周期的分極
反転構造（以下、「分極反転構造」ともいう）を形成し
て行う擬似位相整合（ＱＰＭ）が盛んに行われている。
擬似位相整合については、例えば、文献「光第二高調波
発生と分極反転」（栗村、固体物理、29(1994)75-82）
などに詳しく記載されている。
【０００４】図２に示すように、分極反転構造素子（波
長変換素子）は、高い波長変換効率を得るために、非線
形光学結晶１０の分極方向（図中のｚ方向）を周期的に
反転（即ち、非線形光学定数を変調）した素子であっ
て、利用される非線形光学定数は、その値が最大である
ことから、専らｄ33となっている。また、非線形光学定
数ｄ33が利用できることが、擬似位相整合法の長所とも
なっている。
長変換素子）は、高い波長変換効率を得るために、非線
形光学結晶１０の分極方向（図中のｚ方向）を周期的に
反転（即ち、非線形光学定数を変調）した素子であっ
て、利用される非線形光学定数は、その値が最大である
ことから、専らｄ33となっている。また、非線形光学定
数ｄ33が利用できることが、擬似位相整合法の長所とも
なっている。
【０００５】従来の分極反転構造素子では、所謂ｚ板
（該光学結晶のｚ軸に基板面が垂直となるよう加工され
た結晶基板）が用いられ、非線形光学定数ｄ33を利用し
た分極反転周期が形成されており、図２に示すように、
入射光Ｌ１０の偏光方向と、波長変換された出射光Ｌ２
０の偏光方向とは、共に非線形光学結晶のｚ軸に平行と
なっている。このように、従来では、非線形光学定数ｄ
33の利用のみが着目されて、入射光と出射光との群速度
整合については全く考慮されていなかった。
（該光学結晶のｚ軸に基板面が垂直となるよう加工され
た結晶基板）が用いられ、非線形光学定数ｄ33を利用し
た分極反転周期が形成されており、図２に示すように、
入射光Ｌ１０の偏光方向と、波長変換された出射光Ｌ２
０の偏光方向とは、共に非線形光学結晶のｚ軸に平行と
なっている。このように、従来では、非線形光学定数ｄ
33の利用のみが着目されて、入射光と出射光との群速度
整合については全く考慮されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】波長変換では、パルス
列を呈する光（パルス光）を入射光として扱う場合があ
る。例えば、波長１．５μｍのパルス光をＳＨＧによっ
て波長０．７８μｍのパルス光へと変換するような場合
や、波長１．５μｍのパルス光と波長０．７８μｍのパ
ルス光との演算（例えば、時分割多重通信用のサンプリ
ングやゲーティング、波長多重通信用のチャネル変換や
ルーティング）を行うような場合などが挙げられる。
列を呈する光（パルス光）を入射光として扱う場合があ
る。例えば、波長１．５μｍのパルス光をＳＨＧによっ
て波長０．７８μｍのパルス光へと変換するような場合
や、波長１．５μｍのパルス光と波長０．７８μｍのパ
ルス光との演算（例えば、時分割多重通信用のサンプリ
ングやゲーティング、波長多重通信用のチャネル変換や
ルーティング）を行うような場合などが挙げられる。
【０００７】しかしながら、本発明者等が上記のような
従来の分極反転構造素子による波長変換動作について研
究したところ、パルス光を扱う場合には、入射光の群速
度と、出射光の群速度との差によって、光の伝搬と共に
入射光と出射光とが空間的時間的に分離してしまい、そ
の結果、下記のような種々の問題が生じることがわかっ
た。
従来の分極反転構造素子による波長変換動作について研
究したところ、パルス光を扱う場合には、入射光の群速
度と、出射光の群速度との差によって、光の伝搬と共に
入射光と出射光とが空間的時間的に分離してしまい、そ
の結果、下記のような種々の問題が生じることがわかっ
た。
【０００８】例えば、連続光の波長変換を行う場合で
は、入射光が素子の全長にわたって存在するので、素子
長を長くすることによって、変換効率、演算効率の向上
が望める。これに対して、パルス数１Ｔbit ／秒以上
（＝パルス幅１ｐｓ以下）のような短パルス光を扱う場
合、入射光と出射光とが各々の群速度差のために分離し
てしまい、素子長を長くしても、変換効率、演算効率は
向上しないという問題が生じる。また、波長変換の結
果、群速度の差によっては、出射光のパルス幅が伸びて
パルス形状の保持が困難となり、正しい演算結果が得ら
れないという問題も生じる。また場合によっては、パル
ス列内の前後のパルス同士が干渉を起こし、演算に重大
な誤差をもたらすという問題も生じる。これらの問題
は、パルス幅が短くパルス数が高いほど顕著に現れる。
は、入射光が素子の全長にわたって存在するので、素子
長を長くすることによって、変換効率、演算効率の向上
が望める。これに対して、パルス数１Ｔbit ／秒以上
（＝パルス幅１ｐｓ以下）のような短パルス光を扱う場
合、入射光と出射光とが各々の群速度差のために分離し
てしまい、素子長を長くしても、変換効率、演算効率は
向上しないという問題が生じる。また、波長変換の結
果、群速度の差によっては、出射光のパルス幅が伸びて
パルス形状の保持が困難となり、正しい演算結果が得ら
れないという問題も生じる。また場合によっては、パル
ス列内の前後のパルス同士が干渉を起こし、演算に重大
な誤差をもたらすという問題も生じる。これらの問題
は、パルス幅が短くパルス数が高いほど顕著に現れる。
【０００９】また、この群速度差は、入射光の波長や出
射光（変換された光）の波長に依存するため、入射光の
波長帯域を制限する要因にもなっている。また、波長
０．７８μｍを励起光源とした１．５μｍ帯の波長可変
光源では、群速度分散のため発生できる波長帯域が制限
される。
射光（変換された光）の波長に依存するため、入射光の
波長帯域を制限する要因にもなっている。また、波長
０．７８μｍを励起光源とした１．５μｍ帯の波長可変
光源では、群速度分散のため発生できる波長帯域が制限
される。
【００１０】本発明の課題は、パルス光を波長変換する
際に生じていた上記問題が抑制された波長変換用、光演
算用素子を提供することにある。
際に生じていた上記問題が抑制された波長変換用、光演
算用素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の特徴を有
するものである。 （１）入射光に対して波長変換および／または光演算を
行い出射光とし得るよう、非線形光学結晶に周期的分極
反転構造が形成されてなる分極反転構造素子であって、
入射光と出射光との群速度が一致するように群速度整合
条件が決定されており、かつ、前記波長変換および／ま
たは光演算のための擬似位相整合条件が満たされるよう
に前記周期的分極反転構造の分極反転周期が決定されて
いることを特徴とする波長変換用、光演算用素子。
するものである。 （１）入射光に対して波長変換および／または光演算を
行い出射光とし得るよう、非線形光学結晶に周期的分極
反転構造が形成されてなる分極反転構造素子であって、
入射光と出射光との群速度が一致するように群速度整合
条件が決定されており、かつ、前記波長変換および／ま
たは光演算のための擬似位相整合条件が満たされるよう
に前記周期的分極反転構造の分極反転周期が決定されて
いることを特徴とする波長変換用、光演算用素子。
【００１２】（２）非線形光学結晶が、ＭｇＯドープＬ
ｉＮｂＯ3である上記（１）記載の波長変換用、光演算
用素子。
ｉＮｂＯ3である上記（１）記載の波長変換用、光演算
用素子。
【００１３】（３）上記擬似位相整合条件を満たすため
に用いられる非線形光学結晶の非線形光学定数が、ｄテ
ンソルの非対角成分である上記（１）記載の波長変換
用、光演算用素子。
に用いられる非線形光学結晶の非線形光学定数が、ｄテ
ンソルの非対角成分である上記（１）記載の波長変換
用、光演算用素子。
【００１４】（４）上記ｄテンソルの非対角成分がｄ31
である上記（３）記載の波長変換用、光演算用素子。
である上記（３）記載の波長変換用、光演算用素子。
【００１５】（５）波長変換および／または光演算が、
第二高調波発生、光パラメトリック発振・発生、和周波
発生、差周波発生によって行われるものである上記
（１）記載の波長変換用、光演算用素子。
第二高調波発生、光パラメトリック発振・発生、和周波
発生、差周波発生によって行われるものである上記
（１）記載の波長変換用、光演算用素子。
【００１６】（６）入射光が、パルス幅１ｐｓ以下のパ
ルス列を呈する光である上記（１）〜（５）のいずれか
に記載の波長変換用、光演算用素子。
ルス列を呈する光である上記（１）〜（５）のいずれか
に記載の波長変換用、光演算用素子。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１に示すように、本発明による
波長変換用、光演算用素子（以下、「当該素子」と呼ん
で説明する）は、非線形光学結晶１に分極反転構造が形
成されてなる素子（同図では、結晶全体に分極反転構造
が形成された態様を示している）である。ここで重要な
特徴は、入射光と出射光との群速度が一致するように群
速度整合条件が決定されており、かつ、前記波長変換お
よび／または光演算のための擬似位相整合条件が満たさ
れるように、前記周期的分極反転構造の分極反転周期が
決定されている点である。
波長変換用、光演算用素子（以下、「当該素子」と呼ん
で説明する）は、非線形光学結晶１に分極反転構造が形
成されてなる素子（同図では、結晶全体に分極反転構造
が形成された態様を示している）である。ここで重要な
特徴は、入射光と出射光との群速度が一致するように群
速度整合条件が決定されており、かつ、前記波長変換お
よび／または光演算のための擬似位相整合条件が満たさ
れるように、前記周期的分極反転構造の分極反転周期が
決定されている点である。
【００１８】上記のように素子を構成し、入射光（例え
ば、波長１．５μｍ）と、出射光（例えば、波長０．７
８μｍ）との間で群速度整合をとりながら擬似位相整合
させることにより、入射光として１００ｆｓ程度の超短
パルスレーザー光を用いた場合でも十分な変換効率が実
現できる。
ば、波長１．５μｍ）と、出射光（例えば、波長０．７
８μｍ）との間で群速度整合をとりながら擬似位相整合
させることにより、入射光として１００ｆｓ程度の超短
パルスレーザー光を用いた場合でも十分な変換効率が実
現できる。
【００１９】従来技術の説明で述べたとおり、従来の分
極反転構造においては、その最も重要な特徴として、非
線形光学定数（非線形光学テンソル成分）の最大の値ｄ
33が利用されていた。しかし、そのような素子では、群
速度整合が考慮されていないために、短パルス光を扱う
場合、群速度差によって入射光パルスと出射光パルスと
がすぐに分離してしまうので、分離するまでの距離、即
ち、波長変換・光演算に実効的に寄与し得る素子の長さ
は１ｍｍ程度でしかない。これに対して本発明では、群
速度整合条件を満たし、非線形光学定数の非対角成分を
利用して擬似位相整合させているので、短パルスであっ
ても、素子の長さをより長くしても入射光パルスと出射
光パルスとが全長にわたって分離することなく、波長変
換、光演算に寄与させることができ、変換効率が向上す
る。
極反転構造においては、その最も重要な特徴として、非
線形光学定数（非線形光学テンソル成分）の最大の値ｄ
33が利用されていた。しかし、そのような素子では、群
速度整合が考慮されていないために、短パルス光を扱う
場合、群速度差によって入射光パルスと出射光パルスと
がすぐに分離してしまうので、分離するまでの距離、即
ち、波長変換・光演算に実効的に寄与し得る素子の長さ
は１ｍｍ程度でしかない。これに対して本発明では、群
速度整合条件を満たし、非線形光学定数の非対角成分を
利用して擬似位相整合させているので、短パルスであっ
ても、素子の長さをより長くしても入射光パルスと出射
光パルスとが全長にわたって分離することなく、波長変
換、光演算に寄与させることができ、変換効率が向上す
る。
【００２０】また、本発明の素子では、群速度整合条件
を満たしているので、例えば、波長０．７８μｍを励起
光源とした１．５μｍ帯の波長可変光源では、群速度整
合のため発生できる波長帯域が格段に拡がる。即ち、励
起光（０．７８μｍ）を用い、光パラメトリック効果
（例えば、光パラメトリック発生：ＯＰＧ）により１．
５μｍ付近の光を発生させる場合、その波長は、励起光
の波長、結晶温度、分極反転周期を変えることによって
可変であり、波長０．７８μｍを励起光源とすると広帯
域波長可変な１．５μｍ帯光源が実現できる。
を満たしているので、例えば、波長０．７８μｍを励起
光源とした１．５μｍ帯の波長可変光源では、群速度整
合のため発生できる波長帯域が格段に拡がる。即ち、励
起光（０．７８μｍ）を用い、光パラメトリック効果
（例えば、光パラメトリック発生：ＯＰＧ）により１．
５μｍ付近の光を発生させる場合、その波長は、励起光
の波長、結晶温度、分極反転周期を変えることによって
可変であり、波長０．７８μｍを励起光源とすると広帯
域波長可変な１．５μｍ帯光源が実現できる。
【００２１】また、本発明の素子では、パルス波形を崩
すことなく擬似位相整合による波長変換、光演算ができ
る。光通信などでは、パルス幅の狭い（１ｐｓ以下）
１．５μｍ光が必要となるが、従来のように、励起光
（０．７８μｍ）と発生光（１．５μｍ）との間で群速
度整合がとれていない状態では、励起光を短パルス化し
ても、発生光のパルス幅は短くならず、かつ変換効率が
悪い。そこで本発明を用いることによって、発生光のパ
ルス幅が短く、かつ変換効率の高い波長可変光源が実現
できる。
すことなく擬似位相整合による波長変換、光演算ができ
る。光通信などでは、パルス幅の狭い（１ｐｓ以下）
１．５μｍ光が必要となるが、従来のように、励起光
（０．７８μｍ）と発生光（１．５μｍ）との間で群速
度整合がとれていない状態では、励起光を短パルス化し
ても、発生光のパルス幅は短くならず、かつ変換効率が
悪い。そこで本発明を用いることによって、発生光のパ
ルス幅が短く、かつ変換効率の高い波長可変光源が実現
できる。
【００２２】入射光と出射光（変換された光）との群速
度が一致するように群速度整合条件が決定されるとは、
光路に対する非線形光学結晶の角度、入射光・出射光の
各々の偏光方向、該結晶の温度などが選択されることを
意味する。例えば、ＬｉＮｂＯ3結晶の場合、ｚ板を用
い、入射光・出射光の偏光方向を共にｚ軸と平行にして
ｄ33を利用するという、従来どおりの擬似位相整合で
は、群速度が整合しない。これに対して、本発明では、
例えば、入射光の偏光方向をｚ軸と平行にし、ｄ31を利
用する擬似位相整合を行う。これによって、出射光の偏
光方向がｚ軸と垂直になり、擬似位相整合を達成しなが
ら、両者の群速度整合も達成される。
度が一致するように群速度整合条件が決定されるとは、
光路に対する非線形光学結晶の角度、入射光・出射光の
各々の偏光方向、該結晶の温度などが選択されることを
意味する。例えば、ＬｉＮｂＯ3結晶の場合、ｚ板を用
い、入射光・出射光の偏光方向を共にｚ軸と平行にして
ｄ33を利用するという、従来どおりの擬似位相整合で
は、群速度が整合しない。これに対して、本発明では、
例えば、入射光の偏光方向をｚ軸と平行にし、ｄ31を利
用する擬似位相整合を行う。これによって、出射光の偏
光方向がｚ軸と垂直になり、擬似位相整合を達成しなが
ら、両者の群速度整合も達成される。
【００２３】また、導波路構造を採用し、導波路の波長
分散を設計することで材料固有の屈折率分散と整合させ
群速度整合を実現することもできる。例えば、ＬｉＮｂ
Ｏ3を用いたプロトン交換導波路においては、導波路形
状を適切に設計することよって、負の群速度分散を生じ
させることができ、材料の群速度分散を打ち消すことも
できる。
分散を設計することで材料固有の屈折率分散と整合させ
群速度整合を実現することもできる。例えば、ＬｉＮｂ
Ｏ3を用いたプロトン交換導波路においては、導波路形
状を適切に設計することよって、負の群速度分散を生じ
させることができ、材料の群速度分散を打ち消すことも
できる。
【００２４】当該素子によって行う波長変換としては、
第２高調波発生（ＳＨＧ）、光パラメトリック発振・増
幅、差周波発生、和周波発生などが挙げられる。また、
波長変換のなかでも、演算と呼ばれる操作として、前記
したように、時分割多重通信用のサンプリングやゲーテ
ィング、波長多重通信用のチャネル変換やルーティング
などが挙げられる。
第２高調波発生（ＳＨＧ）、光パラメトリック発振・増
幅、差周波発生、和周波発生などが挙げられる。また、
波長変換のなかでも、演算と呼ばれる操作として、前記
したように、時分割多重通信用のサンプリングやゲーテ
ィング、波長多重通信用のチャネル変換やルーティング
などが挙げられる。
【００２５】入射光の波長は限定されないが、光ファイ
バ通信を念頭においた場合、光ファイバの損失が少ない
こと、実効屈折率の分散をゼロにできることなどの点か
らは、１．５μｍが好ましい波長である。また、入射光
がパルス列を呈する光である場合に、なかでも、パルス
幅が１ｐｓ以下、特に３００ｆｓ以下であるような短パ
ルス光を入射光とする場合に、本発明の有用性は特に顕
著となる。
バ通信を念頭においた場合、光ファイバの損失が少ない
こと、実効屈折率の分散をゼロにできることなどの点か
らは、１．５μｍが好ましい波長である。また、入射光
がパルス列を呈する光である場合に、なかでも、パルス
幅が１ｐｓ以下、特に３００ｆｓ以下であるような短パ
ルス光を入射光とする場合に、本発明の有用性は特に顕
著となる。
【００２６】当該素子に用いることができる非線形光学
結晶は、分極反転構造を形成するに際し、群速度整合可
能な非線形光学定数ｄ（特に非対角成分）を利用し得る
ものが好ましい。例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、
Ｍ1ＴｉＯＭ2Ｏ4（Ｍ1＝Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｍ2＝
Ｐ、Ａｓ）などの代表的なものや、これらに種々の元素
をドープしたものが挙げられる。特に、ＭｇＯドープＬ
ｉＮｂＯ3結晶は、耐光損傷性に優れており、室温動作
が可能であること、大型結晶が量産できること、高い均
一性の結晶が入手できることなどの点から特に好ましい
結晶である。
結晶は、分極反転構造を形成するに際し、群速度整合可
能な非線形光学定数ｄ（特に非対角成分）を利用し得る
ものが好ましい。例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、
Ｍ1ＴｉＯＭ2Ｏ4（Ｍ1＝Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、Ｍ2＝
Ｐ、Ａｓ）などの代表的なものや、これらに種々の元素
をドープしたものが挙げられる。特に、ＭｇＯドープＬ
ｉＮｂＯ3結晶は、耐光損傷性に優れており、室温動作
が可能であること、大型結晶が量産できること、高い均
一性の結晶が入手できることなどの点から特に好ましい
結晶である。
【００２７】上記非線形光学定数ｄの非対角成分ｄ
ij（ｉ≠ｊ）の中でも、ｄ31は、ｄ33に次いで大きな定
数であり、位相整合許容幅が大きいことから特に利用す
べき成分である。
ij（ｉ≠ｊ）の中でも、ｄ31は、ｄ33に次いで大きな定
数であり、位相整合許容幅が大きいことから特に利用す
べき成分である。
【００２８】非線形光学定数の非対角成分ｄij（ｉ≠
ｊ）、特にｄ31を利用するには、該成分についての波長
変換の擬似位相整合が満たされるように分極反転周期を
選択すればよい。例えば、非線形光学結晶としてＭｇＯ
ドープＬｉＮｂＯ3を用い、入射光波長を１．５μｍ
（中心波長１．５５μｍ）とするＳＨＧ素子を形成する
場合、該結晶の非線形光学定数ｄ31を利用するには、分
極反転周期を２０μｍとすればよい。このときに、出射
光（波長０．７８μｍ）の偏光方向と、結晶のｚ方向と
は直角をなし、入射光（波長１．５μｍ）の群速度と、
出射光の群速度とが等しくなる。即ち、群速度整合す
る。また、群速度整合した入射光と出射光とが、前記分
極反転周期によって擬似位相整合する。
ｊ）、特にｄ31を利用するには、該成分についての波長
変換の擬似位相整合が満たされるように分極反転周期を
選択すればよい。例えば、非線形光学結晶としてＭｇＯ
ドープＬｉＮｂＯ3を用い、入射光波長を１．５μｍ
（中心波長１．５５μｍ）とするＳＨＧ素子を形成する
場合、該結晶の非線形光学定数ｄ31を利用するには、分
極反転周期を２０μｍとすればよい。このときに、出射
光（波長０．７８μｍ）の偏光方向と、結晶のｚ方向と
は直角をなし、入射光（波長１．５μｍ）の群速度と、
出射光の群速度とが等しくなる。即ち、群速度整合す
る。また、群速度整合した入射光と出射光とが、前記分
極反転周期によって擬似位相整合する。
【００２９】当該素子は、レーザー光、特にパルス列の
波長変換に有用であり、超短パルスを利用する光通信用
光源や波長帯域の広い赤外広帯域光源への応用が可能で
ある。分極反転構造を、非線形光学結晶の光路部分のみ
に形成するか素子全体に形成するかは、素子形態、規
模、目的等に応じて決定してよい。
波長変換に有用であり、超短パルスを利用する光通信用
光源や波長帯域の広い赤外広帯域光源への応用が可能で
ある。分極反転構造を、非線形光学結晶の光路部分のみ
に形成するか素子全体に形成するかは、素子形態、規
模、目的等に応じて決定してよい。
【００３０】
【実施例】本実施例では、非線形光学結晶としてＭｇＯ
ドープＬｉＮｂＯ3を用い、入射光波長を１．５μｍ
（中心波長１．５５μｍ）とするＳＨＧ素子を実際に形
成し、パルス列を入射して変換効率を調べた。
ドープＬｉＮｂＯ3を用い、入射光波長を１．５μｍ
（中心波長１．５５μｍ）とするＳＨＧ素子を実際に形
成し、パルス列を入射して変換効率を調べた。
【００３１】分極反転周期は２０μｍとし、入射光と、
出射光（ＳＨＧ光：０．７８μｍ）との偏光方向を選択
し、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ3の非線形光学定数ｄ31を
利用することで、入射光と、出射光との群速度整合条
件、擬似位相整合条件を満足する構成とした。詳しい製
造工程は以下のとおりである。
出射光（ＳＨＧ光：０．７８μｍ）との偏光方向を選択
し、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ3の非線形光学定数ｄ31を
利用することで、入射光と、出射光との群速度整合条
件、擬似位相整合条件を満足する構成とした。詳しい製
造工程は以下のとおりである。
【００３２】材料の結晶基板として、厚さ０．５ｍｍ、
光路方向の全長（＝素子長）１０ｍｍ、単分極化処理が
なされた＋ｚカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ3結晶基
板を用いた。該結晶基板の＋ｚ面、−ｚ面は、光学研磨
されている。該結晶基板の＋ｚ面に、フォトリソグラフ
ィーにより周期的な縞状のマスクパターン（グレーティ
ングパターン）を有するレジスト膜を絶縁膜として形成
した。縞状のマスクパターンは、帯状のマスク部分と帯
状の露出部分とが交互に配置されたストライプ状のパタ
ーンであって、帯状のマスク部分の幅を１２μｍ、帯状
の露出部分の幅を８μｍとした。スパッタによって、そ
の上に厚さ４０００ÅのＡｕ被覆層を形成した。
光路方向の全長（＝素子長）１０ｍｍ、単分極化処理が
なされた＋ｚカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ3結晶基
板を用いた。該結晶基板の＋ｚ面、−ｚ面は、光学研磨
されている。該結晶基板の＋ｚ面に、フォトリソグラフ
ィーにより周期的な縞状のマスクパターン（グレーティ
ングパターン）を有するレジスト膜を絶縁膜として形成
した。縞状のマスクパターンは、帯状のマスク部分と帯
状の露出部分とが交互に配置されたストライプ状のパタ
ーンであって、帯状のマスク部分の幅を１２μｍ、帯状
の露出部分の幅を８μｍとした。スパッタによって、そ
の上に厚さ４０００ÅのＡｕ被覆層を形成した。
【００３３】次に、結晶基板の＋ｚ面にプラス側の液体
電極を接触させ、−ｚ面にマイナス側の液体電極を接触
させ、分極反転電圧を印加し、露出部分の分極方向を反
転させて分極反転構造を完成させ、本発明による素子を
得た。
電極を接触させ、−ｚ面にマイナス側の液体電極を接触
させ、分極反転電圧を印加し、露出部分の分極方向を反
転させて分極反転構造を完成させ、本発明による素子を
得た。
【００３４】比較例 上記実施例と比較するために、従来技術によるＳＨＧ素
子として、非線形光学定数ｄ33を利用すべく分極反転周
期を１８．５μｍとしたこと以外は、上記実施例と同様
に、分極反転構造を有する波長変換素子を形成した。
子として、非線形光学定数ｄ33を利用すべく分極反転周
期を１８．５μｍとしたこと以外は、上記実施例と同様
に、分極反転構造を有する波長変換素子を形成した。
【００３５】〔評価実験〕Ｅｒ（エルビウム）ドープ・
ファイバレーザを励起光源として用い、波長１．５μ
ｍ、パルス幅３００ｆｓのパルス光を、上記実施例によ
って得られた当該素子に入射し、波長変換して、波長
０．７８μｍにおいてパルス幅１６０ｆｓのパルス光を
出射させた。このときの入射光の偏光方向は、素子のｚ
軸に対して平行であり、また、波長変換によって出力さ
れた光の偏光方向は、素子のｚ軸に対して垂直であっ
て、両者の群速度は一致している。また、出射光は、非
線形光学定数ｄ31を用いた擬似位相整合によって波長変
換されている。出射光を観測したところ、波長変換に伴
うパルス広がりはなく、変換効率２０％が得られた。一
方、ｄ33を利用した比較例の波長変換素子を用い、上記
実施例の場合と同様の評価実験を行った。このときの入
射光・出射光の偏光方向は、いずれも素子のｚ軸に対し
て平行であって、両者の群速度は一致していなかった。
出射光のパルスの波形は波長変換に伴って拡がり、変換
効率は１％と低いものであった。
ファイバレーザを励起光源として用い、波長１．５μ
ｍ、パルス幅３００ｆｓのパルス光を、上記実施例によ
って得られた当該素子に入射し、波長変換して、波長
０．７８μｍにおいてパルス幅１６０ｆｓのパルス光を
出射させた。このときの入射光の偏光方向は、素子のｚ
軸に対して平行であり、また、波長変換によって出力さ
れた光の偏光方向は、素子のｚ軸に対して垂直であっ
て、両者の群速度は一致している。また、出射光は、非
線形光学定数ｄ31を用いた擬似位相整合によって波長変
換されている。出射光を観測したところ、波長変換に伴
うパルス広がりはなく、変換効率２０％が得られた。一
方、ｄ33を利用した比較例の波長変換素子を用い、上記
実施例の場合と同様の評価実験を行った。このときの入
射光・出射光の偏光方向は、いずれも素子のｚ軸に対し
て平行であって、両者の群速度は一致していなかった。
出射光のパルスの波形は波長変換に伴って拡がり、変換
効率は１％と低いものであった。
【００３６】
【発明の効果】上記のとおり、本発明によって、擬似位
相整合によってパルス光を波長変換する際に生じてい
た、入射光と出射光との間の群速度差に起因する問題が
解決された。
相整合によってパルス光を波長変換する際に生じてい
た、入射光と出射光との間の群速度差に起因する問題が
解決された。
【図１】本発明の分極反転構造素子を示す模式図であ
る。
る。
【図２】従来の分極反転構造素子を示す模式図である。
１ 非線形光学結晶 Ｌ１ 入射光 Ｌ２ 出射光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗村 直 愛知県岡崎市竜美南２−４−１ 竜美ヶ丘 宿舎３−14 (72)発明者 平等 拓範 愛知県岡崎市竜美南２−２−１ 竜美ヶ丘 宿舎７−22 (72)発明者 谷口 浩一 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2K002 AB12 AB22 BA01 CA03 DA01 FA27 GA04 HA20 HA21
Claims (6)
- 【請求項１】 入射光に対して波長変換および／または
光演算を行い出射光とし得るよう、非線形光学結晶に周
期的分極反転構造が形成されてなる分極反転構造素子で
あって、 入射光と出射光との群速度が一致するように群速度整合
条件が決定されており、かつ、前記波長変換および／ま
たは光演算のための擬似位相整合条件が満たされるよう
に前記周期的分極反転構造の分極反転周期が決定されて
いることを特徴とする波長変換用、光演算用素子。 - 【請求項２】 非線形光学結晶が、ＭｇＯドープＬｉＮ
ｂＯ3である請求項１記載の波長変換用、光演算用素
子。 - 【請求項３】 上記擬似位相整合条件を満たすために用
いられる非線形光学結晶の非線形光学定数が、ｄテンソ
ルの非対角成分である請求項１記載の波長変換用、光演
算用素子。 - 【請求項４】 上記ｄテンソルの非対角成分がｄ31であ
る請求項３記載の波長変換用、光演算用素子。 - 【請求項５】 波長変換および／または光演算が、第二
高調波発生、光パラメトリック発振・発生、和周波発
生、差周波発生によって行われるものである請求項１記
載の波長変換用、光演算用素子。 - 【請求項６】 入射光が、パルス幅１ｐｓ以下のパルス
列を呈する光である請求項１〜５のいずれかに記載の波
長変換用、光演算用素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182394A JP2002372731A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 波長変換用、光演算用素子 |
| PCT/JP2002/005943 WO2002103450A1 (fr) | 2001-06-15 | 2002-06-14 | Dispositif de conversion de longueur d'onde et de calcul optique |
| US10/480,905 US7106496B2 (en) | 2001-06-15 | 2002-06-14 | Element for wavelength conversion and/or optical computing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182394A JP2002372731A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 波長変換用、光演算用素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002372731A true JP2002372731A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19022500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182394A Pending JP2002372731A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 波長変換用、光演算用素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7106496B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002372731A (ja) |
| WO (1) | WO2002103450A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012034117A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可視光送信機、可視光送信システム、及び可視光送信方法 |
| JP2017517038A (ja) * | 2014-05-29 | 2017-06-22 | ザ オーストラリアン ナショナル ユニバーシティＴｈｅ Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | 光学パラメトリック発生器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1851837B1 (en) * | 2004-12-20 | 2015-03-04 | Imra America, Inc. | Pulsed laser source with adjustable grating compressor |
| EP2634625A1 (en) * | 2007-04-18 | 2013-09-04 | Nikon Corporation | Wavelength conversion element, wavelength conversion method, phase matching method, and light source device |
| JP5274888B2 (ja) * | 2007-05-15 | 2013-08-28 | パナソニック株式会社 | レーザ波長変換装置、分極反転構造の形成方法及び画像表示装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH073527B2 (ja) * | 1987-09-14 | 1995-01-18 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換モジュール |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6181463B1 (en) * | 1997-03-21 | 2001-01-30 | Imra America, Inc. | Quasi-phase-matched parametric chirped pulse amplification systems |
| US6744555B2 (en) * | 1997-11-21 | 2004-06-01 | Imra America, Inc. | Ultrashort-pulse source with controllable wavelength output |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001182394A patent/JP2002372731A/ja active Pending
-
2002
- 2002-06-14 WO PCT/JP2002/005943 patent/WO2002103450A1/ja active Application Filing
- 2002-06-14 US US10/480,905 patent/US7106496B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH073527B2 (ja) * | 1987-09-14 | 1995-01-18 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換モジュール |
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| JPN6011023927; ＳＩＤＩＣＫ，Ｅ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ-ｐｕｌｓｅ ｓｅｃｏｎｄ-ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ． Ｉ． Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ-ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｕｌｓｅｓ' Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｂ Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．９, 199509, ｐ．１７０４-１７１２ * |
| JPN6011023929; ＰＩＳＫＡＲＳＫＡＳ，Ａ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｎｏｎｃｏｌｌｉｎｅａｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ＰＰＫＴＰ' Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ-Ｏｐｔｉｃｓ （ＣＬＥＯ ２０００） Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ． Ｐｏｓｔｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ Ｖｏｌ．３９, 20000510, ｐ．３５４-３５５ * |
| JPN6011023930; ＭＩＺＵＵＣＨＩ，Ｋ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｂｕｌｋ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄ ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３' Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２， Ｎｏ．２２, 19961024, ｐ．２０９１-２０９２ * |
| JPN6011023932; ＳＨＥＮ，Ｄ．Ｙ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｓｉｎｇｌｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄ ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３' Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３６， Ｎｏ．１７, 20000817, ｐ．１４８８-１４８９ * |
| JPN6011023934; ＮＡＫＡＭＵＲＡ，Ｍ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｑｕａｓｉ-Ｐｈａｓｅ-Ｍａｔｃｈｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＭｇＯ-Ｄｏｐｅｄ ＬｉＮｂＯ３ Ｃｒｙｓｔａｌ' Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３８， Ｐａｒｔ ２, 19991101, ｐ．Ｌ１２３４-Ｌ１２３６ * |
| JPN6011023937; ＥＣＫＡＲＤＴ，Ｒ．Ｃ． ｅｔ ａｌ．: 'Ａｂｓｏｌｕｔｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ＫＤＰ， ＫＤ＊Ｐ， ＢａＢ２Ｏ４， ＬｉＩＯ３， ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３， ａｎｄ ＫＴ' ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ．５, 199005, ｐ．９２２-９３３ * |
| JPN7011001661; ＨＡＹＡＴＡ，Ｋ． ｅｔ ａｌ．: 'Ｇｒｏｕｐ-ｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｍａｔｃｈｅｄ ｓｅｃｏｎｄ-ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ： Ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐ' Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．６２， Ｎｏ．１８, 19930503, ｐ．２１８８-２１９０ * |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012034117A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可視光送信機、可視光送信システム、及び可視光送信方法 |
| JP2017517038A (ja) * | 2014-05-29 | 2017-06-22 | ザ オーストラリアン ナショナル ユニバーシティＴｈｅ Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | 光学パラメトリック発生器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20050063039A1 (en) | 2005-03-24 |
| WO2002103450A1 (fr) | 2002-12-27 |
| US7106496B2 (en) | 2006-09-12 |
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