JP2003186069A - 不均一にチャープされた擬似位相整合により増大した非線形光学系の波長範囲 - Google Patents
不均一にチャープされた擬似位相整合により増大した非線形光学系の波長範囲Info
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- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
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- 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]
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】不均一なチャーヒ゜ンク゛を用いてスヘ゜クトル許容性の幅を
広げること。 【解決手段】非線形結晶(13)は増大したスヘ゜クトル許容性を
有する。非線形結晶(13)は、複数の領域(5-9,21-24)を
含む。これらの領域(5-9,21-24)は、非線形結晶(13)の
端から端まで連続的に配置される。領域(5-9,21-24)
は、交番する極性を有する。領域(5-9,21-24)のホ゜ーリンク゛
期間は、非線形結晶(13)を介して伝搬される集束光信号
の位相整合の不均一なチャーヒ゜ンク゛をもたらすように、非線
形結晶(13)にわたって変化する。
広げること。 【解決手段】非線形結晶(13)は増大したスヘ゜クトル許容性を
有する。非線形結晶(13)は、複数の領域(5-9,21-24)を
含む。これらの領域(5-9,21-24)は、非線形結晶(13)の
端から端まで連続的に配置される。領域(5-9,21-24)
は、交番する極性を有する。領域(5-9,21-24)のホ゜ーリンク゛
期間は、非線形結晶(13)を介して伝搬される集束光信号
の位相整合の不均一なチャーヒ゜ンク゛をもたらすように、非線
形結晶(13)にわたって変化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光サンプリングデ
ィジタルオシロスコープなどの光システムに関し、特に
不均一にチャープされた擬似位相整合により非線形光学
系の波長範囲を増大させることに関する。
ィジタルオシロスコープなどの光システムに関し、特に
不均一にチャープされた擬似位相整合により非線形光学
系の波長範囲を増大させることに関する。
【０００２】
【従来の技術】非線形結晶が、光ファイバ通信システム
及び他の光信号処理システム内の光周波数（ＯＦ）混合
器において用いられている。非線形結晶の一般的な二次
ポーリング係数は、１ボルトにつき１０分の数ピコメー
タから数百ピコメータ（ｐｍ／Ｖ）まで及ぶ。この非線
形レベルが電子ダイオードのそれと比較して低かった
（pale）。非線形結晶を用いた効率的な光混合は、波長
よりも数桁大きな相互作用長にわたる蓄積を必要とす
る。
及び他の光信号処理システム内の光周波数（ＯＦ）混合
器において用いられている。非線形結晶の一般的な二次
ポーリング係数は、１ボルトにつき１０分の数ピコメー
タから数百ピコメータ（ｐｍ／Ｖ）まで及ぶ。この非線
形レベルが電子ダイオードのそれと比較して低かった
（pale）。非線形結晶を用いた効率的な光混合は、波長
よりも数桁大きな相互作用長にわたる蓄積を必要とす
る。
【０００３】光信号をストローブ信号と混合する用途の
場合、適度の光学的ポンプパワーおよび適度の非線形係
数に対して長い非線形結晶を用いることができる。しか
しながら、全入力光子運動量が不確定性原理により強い
られる限界に全出力光子運動量を等しくする場合にの
み、正味の蓄積が正確に生じる。相互作用長が短ければ
短いほど、許容できる運動量誤差は大きくなる。光を
（粒子説明の使用に対し）波動として考える場合、これ
は出力電磁波と入力波積との間の位相整合を必要とする
ことに相当する。
場合、適度の光学的ポンプパワーおよび適度の非線形係
数に対して長い非線形結晶を用いることができる。しか
しながら、全入力光子運動量が不確定性原理により強い
られる限界に全出力光子運動量を等しくする場合にの
み、正味の蓄積が正確に生じる。相互作用長が短ければ
短いほど、許容できる運動量誤差は大きくなる。光を
（粒子説明の使用に対し）波動として考える場合、これ
は出力電磁波と入力波積との間の位相整合を必要とする
ことに相当する。
【０００４】これまで、位相整合は４つの方法のうちの
１つで行ってきた。第１の方法は、複屈折単結晶の角度
調整である。第２の方法は、プロセスにおける最短波長
に対するより高次の導波路モードでもって動作させるこ
とである。現在研究されている第３の方法は、光子結晶
設計位相整合を用い、適切な波長依存法において線形特
性を修正する。
１つで行ってきた。第１の方法は、複屈折単結晶の角度
調整である。第２の方法は、プロセスにおける最短波長
に対するより高次の導波路モードでもって動作させるこ
とである。現在研究されている第３の方法は、光子結晶
設計位相整合を用い、適切な波長依存法において線形特
性を修正する。
【０００５】位相整合を達成する第４の方法は、擬似位
相整合（ＱＰＭ；Quasi-Phase-Matching）を用いること
である。ＱＰＭを使用する場合、全ての線形特性を維持
しながら、結晶領域は周期的に反転され非線形積の分極
の符号を交互にする。ＱＰＭは、強誘電性結晶の周期的
な電界ポーリングにより実施されてきた。例えば、周期
分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ；Periodically Poled
Lithium Niobate）は、一般にＱＰＭ用に用いられる。
周期的なポーリングは、数ミクロンのスケールで結晶構
造を周期的に反転することにより達成される。ＱＰＭは
また、閃亜鉛鉱類の周期的表面修正基板上で周期的に配
向／非配向の結晶成長により実施されてきたが、この技
術は多くの成功を収めてはいない。ＱＰＭに関するさら
なる情報については、例えば、非特許文献１を参照され
たい。
相整合（ＱＰＭ；Quasi-Phase-Matching）を用いること
である。ＱＰＭを使用する場合、全ての線形特性を維持
しながら、結晶領域は周期的に反転され非線形積の分極
の符号を交互にする。ＱＰＭは、強誘電性結晶の周期的
な電界ポーリングにより実施されてきた。例えば、周期
分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ；Periodically Poled
Lithium Niobate）は、一般にＱＰＭ用に用いられる。
周期的なポーリングは、数ミクロンのスケールで結晶構
造を周期的に反転することにより達成される。ＱＰＭは
また、閃亜鉛鉱類の周期的表面修正基板上で周期的に配
向／非配向の結晶成長により実施されてきたが、この技
術は多くの成功を収めてはいない。ＱＰＭに関するさら
なる情報については、例えば、非特許文献１を参照され
たい。
【０００６】
【非特許文献１】Martin M.Fejer等著、「Quasi-Phase-
Matched Second Harmonic Generation：Tuning and Tol
erances」、IEEE Journal of Quantum Electronics、Vo
l.28、No.11、１９９２年１１月発行。
Matched Second Harmonic Generation：Tuning and Tol
erances」、IEEE Journal of Quantum Electronics、Vo
l.28、No.11、１９９２年１１月発行。
【非特許文献２】Moshe NazarathyおよびD.W.Dolfi著、
「Spread-spectrum nonlinear-optical interactions：
quasi-phase matching with pseudorandom polarity re
versals」、Optics Letters、Vol.12、page 823、１９
８７年１０月発行。
「Spread-spectrum nonlinear-optical interactions：
quasi-phase matching with pseudorandom polarity re
versals」、Optics Letters、Vol.12、page 823、１９
８７年１０月発行。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】必然的な屈折率分散に
起因して、全ての既知の位相整合方法がスペクトル許容
性（spectral acceptance）を制限してきた。結晶のバ
ンドギャップに近づくにつれ、屈折率は特異となる。既
知の位相整合方法において、混合効率は所定の設計波長
でピークに達するが、この効率は入力波長が離調するに
つれて減少する。スペクトル許容性は、相互作用長に反
比例する。すなわち、高効率と大きな波長範囲を同時に
得ることは困難である。ほとんどの場合、上述した第２
の方法（プロセス中の最短波長に対するより高次の導波
モードでもって動作）と、第３の方法（光子結晶設計に
よる適切な波長依存法において線形特性を修正する位相
整合）は、状況を悪化させるだけである。何故なら幾何
学的に関連する分散がバルク材料の分散よりも非常に大
きくなる傾向があるからである。
起因して、全ての既知の位相整合方法がスペクトル許容
性（spectral acceptance）を制限してきた。結晶のバ
ンドギャップに近づくにつれ、屈折率は特異となる。既
知の位相整合方法において、混合効率は所定の設計波長
でピークに達するが、この効率は入力波長が離調するに
つれて減少する。スペクトル許容性は、相互作用長に反
比例する。すなわち、高効率と大きな波長範囲を同時に
得ることは困難である。ほとんどの場合、上述した第２
の方法（プロセス中の最短波長に対するより高次の導波
モードでもって動作）と、第３の方法（光子結晶設計に
よる適切な波長依存法において線形特性を修正する位相
整合）は、状況を悪化させるだけである。何故なら幾何
学的に関連する分散がバルク材料の分散よりも非常に大
きくなる傾向があるからである。
【０００８】従来の一般的なＱＰＭの実施において、ポ
ーリング期間は非線形結晶全体にわたって一定である。
しかしながら、別の周期パターンを「ディジタル的にデ
ィザーする」ために擬似ランダムな領域の反転を挿入す
ることが、提案された。非特許文献２を参照されたい。
ーリング期間は非線形結晶全体にわたって一定である。
しかしながら、別の周期パターンを「ディジタル的にデ
ィザーする」ために擬似ランダムな領域の反転を挿入す
ることが、提案された。非特許文献２を参照されたい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施形態
によれば、非線形結晶が集束光信号の混合に使用され
る。非線形結晶は、複数の領域を含む。これらの領域
は、非線形結晶の端から端まで連続的に配置される。領
域は、交番する極性を有する。領域のポーリング期間
は、非線形結晶を介して伝搬される集束光信号の位相整
合の不均一なチャーピングをもたらすように、非線形結
晶にわたって変化する。
によれば、非線形結晶が集束光信号の混合に使用され
る。非線形結晶は、複数の領域を含む。これらの領域
は、非線形結晶の端から端まで連続的に配置される。領
域は、交番する極性を有する。領域のポーリング期間
は、非線形結晶を介して伝搬される集束光信号の位相整
合の不均一なチャーピングをもたらすように、非線形結
晶にわたって変化する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、光サンプリングディジタ
ルオシロスコープ内の光混合器を示す簡易ブロック図で
ある。光信号源１１は、例えば１．５３マイクロメート
ル（μｍ）と１．６１μｍの間で変化する波長の光信号
を供給する。
ルオシロスコープ内の光混合器を示す簡易ブロック図で
ある。光信号源１１は、例えば１．５３マイクロメート
ル（μｍ）と１．６１μｍの間で変化する波長の光信号
を供給する。
【００１１】プローブ１６（ポンプとも呼ぶ）は、ほぼ
１．５５μｍの波長を有する光波を備えた光ストローブ
信号を生成する。各パルスは、ほぼ１ピコ秒（ｐｓ）の
持続期間である。パルスとパルスとの間には、約２０ナ
ノ秒（ｎｓ）の期間が存在する。
１．５５μｍの波長を有する光波を備えた光ストローブ
信号を生成する。各パルスは、ほぼ１ピコ秒（ｐｓ）の
持続期間である。パルスとパルスとの間には、約２０ナ
ノ秒（ｎｓ）の期間が存在する。
【００１２】二次高調波発生器として動作する非線形結
晶１７がプローブ１６からのストローブ信号を受け取
り、約０．７７５μｍの波長の光を含むストローブ信号
を生成する。例えば、非線形結晶１７は周期分極ニオブ
酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶である。
晶１７がプローブ１６からのストローブ信号を受け取
り、約０．７７５μｍの波長の光を含むストローブ信号
を生成する。例えば、非線形結晶１７は周期分極ニオブ
酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶である。
【００１３】フィルタ１８は、ほぼ０．７７５μｍの波
長を有するストローブ信号の部分を除く全てをフィルタ
リングして取り除く。
長を有するストローブ信号の部分を除く全てをフィルタ
リングして取り除く。
【００１４】ダイプレクサ１２は、光源からの光信号と
フィルタ１８からのストローブ信号を非線形結晶１３へ
送る。例えば、非線形結晶１３は周期分極ニオブ酸リチ
ウム（ＰＰＬＮ）結晶である。ＰＰＬＮは現在最も普及
しているＱＰＭ材料であるが、他の材料を用いることも
できる。
フィルタ１８からのストローブ信号を非線形結晶１３へ
送る。例えば、非線形結晶１３は周期分極ニオブ酸リチ
ウム（ＰＰＬＮ）結晶である。ＰＰＬＮは現在最も普及
しているＱＰＭ材料であるが、他の材料を用いることも
できる。
【００１５】非線形結晶１３は、非線形結晶１３への光
源からの光信号とフィルタ１８からのストローブ信号を
混合し、光信号とは別の約０．５２μｍの波長を有する
光を含む和周波光信号を生成する。例えば、非線形結晶
１３はチャープ（chirp：変動又は変化）させた周期分
極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶である。
源からの光信号とフィルタ１８からのストローブ信号を
混合し、光信号とは別の約０．５２μｍの波長を有する
光を含む和周波光信号を生成する。例えば、非線形結晶
１３はチャープ（chirp：変動又は変化）させた周期分
極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶である。
【００１６】フィルタ１４は、約０．５２μｍの波長を
有するストローブ信号の部分を除く全てをフィルタリン
グして取り除く。検出器１５は、光サンプリングディジ
タルオシロスコープによる使用及び／又は表示のため
に、結果としての信号を検出する。
有するストローブ信号の部分を除く全てをフィルタリン
グして取り除く。検出器１５は、光サンプリングディジ
タルオシロスコープによる使用及び／又は表示のため
に、結果としての信号を検出する。
【００１７】図２は、非線形結晶１３の構造を例示す
る。図２は、例示を目的とするだけであって、一定の縮
尺で描かれていない。非線形結晶１３は、結晶の交番す
る領域を含む。これらは、図２において領域５、領域
６、領域７、領域８、領域９、領域２１、領域２２、領
域２３、および領域２４により表わされる。
る。図２は、例示を目的とするだけであって、一定の縮
尺で描かれていない。非線形結晶１３は、結晶の交番す
る領域を含む。これらは、図２において領域５、領域
６、領域７、領域８、領域９、領域２１、領域２２、領
域２３、および領域２４により表わされる。
【００１８】非線形結晶１３の左端から右端にかけて、
ポーリング期間（Λ）は増大する。ポーリング期間
（Λ）（領域反転空間期間とも呼ぶ）は、２つの隣接す
る対向領域の長さの合計である。図２は、領域２３と領
域２４の長さの合計としてのポーリング期間３１を示
す。
ポーリング期間（Λ）は増大する。ポーリング期間
（Λ）（領域反転空間期間とも呼ぶ）は、２つの隣接す
る対向領域の長さの合計である。図２は、領域２３と領
域２４の長さの合計としてのポーリング期間３１を示
す。
【００１９】例えば、ポーリング期間は非線形結晶１３
の長さにわたって６．６μｍから７．５μｍまで線形的
に増大する。非線形結晶において線形的にチャープされ
たポーリングのこのような使用は、ポーリング期間が非
線形結晶にわたって概して一定である擬似位相整合（Ｑ
ＰＭ）の修正案である。この場合、ポーリング期間は非
線形結晶にわたって一定のままであり、各領域のコヒー
レント長（ｌｃ）の２培である。
の長さにわたって６．６μｍから７．５μｍまで線形的
に増大する。非線形結晶において線形的にチャープされ
たポーリングのこのような使用は、ポーリング期間が非
線形結晶にわたって概して一定である擬似位相整合（Ｑ
ＰＭ）の修正案である。この場合、ポーリング期間は非
線形結晶にわたって一定のままであり、各領域のコヒー
レント長（ｌｃ）の２培である。
【００２０】非線形結晶にわたるポーリング期間をチャ
ーピングすることにより、異なる入力−出力波長の組が
非線形結晶１３の異なる部分で位相整合するようにな
る。結果として生じるチャープされた擬似位相整合（Ｑ
ＰＭ）が、非線形結晶１３のスペクトル許容性の幅を広
げる。波長の変化する光の受容が要求される用途の場
合、この広くなったスペクトル許容性は、固定周期ＱＰ
Ｍや他の一般に用いられる位相整合技術に対する利点で
ある。
ーピングすることにより、異なる入力−出力波長の組が
非線形結晶１３の異なる部分で位相整合するようにな
る。結果として生じるチャープされた擬似位相整合（Ｑ
ＰＭ）が、非線形結晶１３のスペクトル許容性の幅を広
げる。波長の変化する光の受容が要求される用途の場
合、この広くなったスペクトル許容性は、固定周期ＱＰ
Ｍや他の一般に用いられる位相整合技術に対する利点で
ある。
【００２１】図３は、線形チャープのための非線形結晶
１３の（座標３６上の）伝搬長に対する（座標３５上
の）ポーリング期間を表わすトレース３７を示すグラフ
である。線形（すなわち、一様な）チャープは、ポーリ
ング期間の長さの変化率が非線形結晶１３の全体にわた
って一定であることを意味する。線形チャープの場合、
非線形結晶を介して伝搬される集束光信号の位相整合は
一様にチャープされる。不均一なチャーピングは、非線
形結晶の全体にわたるポーリング期間の長さの変化率が
一定でない場合に生じる。
１３の（座標３６上の）伝搬長に対する（座標３５上
の）ポーリング期間を表わすトレース３７を示すグラフ
である。線形（すなわち、一様な）チャープは、ポーリ
ング期間の長さの変化率が非線形結晶１３の全体にわた
って一定であることを意味する。線形チャープの場合、
非線形結晶を介して伝搬される集束光信号の位相整合は
一様にチャープされる。不均一なチャーピングは、非線
形結晶の全体にわたるポーリング期間の長さの変化率が
一定でない場合に生じる。
【００２２】線形チャープは、波形がｚとは無関係であ
る場合、およびその場合にのみ最適となる（ただし、ｚ
は伝搬座標であり、ｘ，ｙは横座標である）。このこと
は、波が平面波である場合、または波が導波モードであ
る場合に生じる。平面波は、線形光学または非線形光学
において理論的に最も簡単に解析され得る。しかしなが
ら、それらは、強度ひいては相互作用強度を犠牲にする
という理由から、非線形光学系（ＮＬＯ）において実際
に殆ど使用されていない。従って、線形的にチャープさ
れたＱＰＭは、導波路ＮＬＯに最も良く適用される。
る場合、およびその場合にのみ最適となる（ただし、ｚ
は伝搬座標であり、ｘ，ｙは横座標である）。このこと
は、波が平面波である場合、または波が導波モードであ
る場合に生じる。平面波は、線形光学または非線形光学
において理論的に最も簡単に解析され得る。しかしなが
ら、それらは、強度ひいては相互作用強度を犠牲にする
という理由から、非線形光学系（ＮＬＯ）において実際
に殆ど使用されていない。従って、線形的にチャープさ
れたＱＰＭは、導波路ＮＬＯに最も良く適用される。
【００２３】導波路ＮＬＯと対照的なのが、バルクＮＬ
Ｏである。バルクＮＬＯは、一般に結晶中心の近くに集
束させたガウスビームを使用する。強度は焦点近傍で最
高であり、非線形結晶の端面へ向けて減衰するため、線
形チャーピングはもはや最適ではない。中心波長は、対
称の（または、ほぼ対称の）偏角（argument）を調整す
ることにより既に好都合にされている。焦点面近くの強
度が増大することは、離調した波長を犠牲にして中心に
同調された波長の応答をよりさらに高めるだけである。
Ｏである。バルクＮＬＯは、一般に結晶中心の近くに集
束させたガウスビームを使用する。強度は焦点近傍で最
高であり、非線形結晶の端面へ向けて減衰するため、線
形チャーピングはもはや最適ではない。中心波長は、対
称の（または、ほぼ対称の）偏角（argument）を調整す
ることにより既に好都合にされている。焦点面近くの強
度が増大することは、離調した波長を犠牲にして中心に
同調された波長の応答をよりさらに高めるだけである。
【００２４】チャープ傾斜が結晶の中心近くでより急傾
斜であり、端面へ向けてより緩やかになる非線形（また
は、不均一な）チャープが、結晶面（すなわち、離調波
長）か、それとは逆の中心同調波長のより短い相互作用
長のいずれかの近くに位相整合される波長のより長い有
効な相互作用長を生じる。このような非線形チャープ
は、波長対効率のより平坦な応答曲線を達成する。
斜であり、端面へ向けてより緩やかになる非線形（また
は、不均一な）チャープが、結晶面（すなわち、離調波
長）か、それとは逆の中心同調波長のより短い相互作用
長のいずれかの近くに位相整合される波長のより長い有
効な相互作用長を生じる。このような非線形チャープ
は、波長対効率のより平坦な応答曲線を達成する。
【００２５】図４は、上述の非線形チャープに対する非
線形結晶１３の（座標４６上の）伝搬長に対する（座標
４５上の）ポーリング期間を表わすトレース４７を示す
グラフである。
線形結晶１３の（座標４６上の）伝搬長に対する（座標
４５上の）ポーリング期間を表わすトレース４７を示す
グラフである。
【００２６】図４は不均一なチャーピングの一例を与え
るが、位相整合の他の不均一なチャーピングも好都合で
ある。例えば、有用な非線形チャープの特に簡単な実施
が、図５に示される区分的線形（ＰＷＬ；Piece Wise L
inear）チャープである。
るが、位相整合の他の不均一なチャーピングも好都合で
ある。例えば、有用な非線形チャープの特に簡単な実施
が、図５に示される区分的線形（ＰＷＬ；Piece Wise L
inear）チャープである。
【００２７】図５は、区分的線形チャープ用の非線形結
晶１３の（座標５６上の）伝搬長に対する（座標５５上
の）ポーリング期間を表わすトレース５７を示すグラフ
である。
晶１３の（座標５６上の）伝搬長に対する（座標５５上
の）ポーリング期間を表わすトレース５７を示すグラフ
である。
【００２８】図６は、周期分極ニオブ酸リチウム（ＰＰ
ＬＮ）を用いた例示的な応答曲線計算を示す。ｘ軸は離
調を表わし、ｙ軸は量子効率を表わす。この例では、信
号の波長は、今日の光通信のＣバンド（１．５３〜１．
５７μｍ）とＬバンド（１．５７〜１．６１μｍ）のと
間にまたがる１．５７μｍに中心がある。ポンプ（Ｌ
Ｏ）波長は、０．７８μｍである。３ｄＢスペクトル許
容性は、１０４ナノメートル（ｎｍ）（すなわち、波長
範囲は１．５１８〜１．６２２μｍである）である。比
較のために、（端から端まで同一のすべてのチャープを
有する）線形的にチャープされたＰＰＬＮの同一長さに
対する３ｄＢ許容性はほぼ７８ナノメートルであり、非
チャープＰＰＬＮの同一長さに対する３ｄＢ許容性は８
ナノメートル未満である。
ＬＮ）を用いた例示的な応答曲線計算を示す。ｘ軸は離
調を表わし、ｙ軸は量子効率を表わす。この例では、信
号の波長は、今日の光通信のＣバンド（１．５３〜１．
５７μｍ）とＬバンド（１．５７〜１．６１μｍ）のと
間にまたがる１．５７μｍに中心がある。ポンプ（Ｌ
Ｏ）波長は、０．７８μｍである。３ｄＢスペクトル許
容性は、１０４ナノメートル（ｎｍ）（すなわち、波長
範囲は１．５１８〜１．６２２μｍである）である。比
較のために、（端から端まで同一のすべてのチャープを
有する）線形的にチャープされたＰＰＬＮの同一長さに
対する３ｄＢ許容性はほぼ７８ナノメートルであり、非
チャープＰＰＬＮの同一長さに対する３ｄＢ許容性は８
ナノメートル未満である。
【００２９】一つの代案は、各トラックが若干異なる期
間を備えて、並んでいる固定周期トラックを用いること
である。本質的に、各トラックは異なる波長チャンネル
を表わす。この方式の欠点は、ユーザが波長を変えるた
びに結晶を再配置する必要があるということである。
間を備えて、並んでいる固定周期トラックを用いること
である。本質的に、各トラックは異なる波長チャンネル
を表わす。この方式の欠点は、ユーザが波長を変えるた
びに結晶を再配置する必要があるということである。
【００３０】波長分割多重（ＷＤＭ）は、機械変換に置
き換えることもできる。しかしながら、既存のＷＤＭ技
術は光信号サンプリングの場合に適用できない。その理
由は、ＷＤＭネットワークにより信号波長は適切にチャ
ンネル選択され得るが、ポンプ波長は固定されており、
ひいては正確にチャンネル化できないからである。広く
調整できる「トラッキング」ポンプは、最初は解決策で
あるように思われるかもしれないが、信号とポンプは非
縮退であり、通常のＷＤＭよりもネットワーク設計をさ
らに困難なものにする。周波数を２倍にすること、すな
わち第二高調波発生（ＳＨＧ；Second Harmonic Genera
tion）には、ＷＤＭ技法を適用することができる。しか
しながら、計測の見地からは、ＳＨＧが比較的強い信号
に関する自己相関情報を提供するだけであるのに対し
て、光通信信号の研究では非常に弱い信号に関する相関
情報が望まれる。
き換えることもできる。しかしながら、既存のＷＤＭ技
術は光信号サンプリングの場合に適用できない。その理
由は、ＷＤＭネットワークにより信号波長は適切にチャ
ンネル選択され得るが、ポンプ波長は固定されており、
ひいては正確にチャンネル化できないからである。広く
調整できる「トラッキング」ポンプは、最初は解決策で
あるように思われるかもしれないが、信号とポンプは非
縮退であり、通常のＷＤＭよりもネットワーク設計をさ
らに困難なものにする。周波数を２倍にすること、すな
わち第二高調波発生（ＳＨＧ；Second Harmonic Genera
tion）には、ＷＤＭ技法を適用することができる。しか
しながら、計測の見地からは、ＳＨＧが比較的強い信号
に関する自己相関情報を提供するだけであるのに対し
て、光通信信号の研究では非常に弱い信号に関する相関
情報が望まれる。
【００３１】位置制御に関する機械的ヒステリシス問題
と時定数が存在するため、チャンネル切り替えに関連す
る休止時間は避けて通ることはできない。本発明の好適
な実施形態は、機械的なステップモータを省くことによ
り、コストを節約してあらゆる休止時間を排除する。さ
らに、今後の光学系は、チャンネルごとにより少ないチ
ャンネル化ならびにより広い帯域幅と、多重トラックに
はさほど適合しないけれどもチャープされたＱＰＭによ
ってより良く処理される状態とを用いることになるであ
ろう。
と時定数が存在するため、チャンネル切り替えに関連す
る休止時間は避けて通ることはできない。本発明の好適
な実施形態は、機械的なステップモータを省くことによ
り、コストを節約してあらゆる休止時間を排除する。さ
らに、今後の光学系は、チャンネルごとにより少ないチ
ャンネル化ならびにより広い帯域幅と、多重トラックに
はさほど適合しないけれどもチャープされたＱＰＭによ
ってより良く処理される状態とを用いることになるであ
ろう。
【００３２】非線形結晶において不均一にチャープされ
たポーリングを使用することは、チャーピングが一様に
行われる線形チャーピングに対する改善である（非特許
文献１を参照）。本明細書で説明された不均一なチャー
ピングを用いてスペクトル許容性の幅を広げることは、
集束光ビームを考慮したものであり、それは従来技術に
対して大幅な改善である。
たポーリングを使用することは、チャーピングが一様に
行われる線形チャーピングに対する改善である（非特許
文献１を参照）。本明細書で説明された不均一なチャー
ピングを用いてスペクトル許容性の幅を広げることは、
集束光ビームを考慮したものであり、それは従来技術に
対して大幅な改善である。
【００３３】前述の説明は、本発明の単なる例示的な方
法および実施形態を開示し説明する。当業者には理解さ
れるように、本発明は、その思想または必須の特徴から
逸脱することなく他の特定の形態で具現化され得る。従
って、本発明の開示は例示を意図するものであり、特許
請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定する意図は
ない。
法および実施形態を開示し説明する。当業者には理解さ
れるように、本発明は、その思想または必須の特徴から
逸脱することなく他の特定の形態で具現化され得る。従
って、本発明の開示は例示を意図するものであり、特許
請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定する意図は
ない。
【００３４】
【発明の効果】本発明により、不均一なチャーピングを
用いてスペクトル許容性の幅を広げることが可能にな
る。
用いてスペクトル許容性の幅を広げることが可能にな
る。
【図１】本発明の好適な実施形態による光サンプリング
ディジタルオシロスコープ内の光混合器を示す簡易ブロ
ック図である。
ディジタルオシロスコープ内の光混合器を示す簡易ブロ
ック図である。
【図２】本発明の好適な実施形態による非線形光学素子
として役立つチャープされた結晶構造の使用を例示する
図である。
として役立つチャープされた結晶構造の使用を例示する
図である。
【図３】線形的にチャープされた結晶構造についての伝
搬座標に対する疑似期間のグラフを示す図である。
搬座標に対する疑似期間のグラフを示す図である。
【図４】本発明の好適な実施形態による非線形的にチャ
ープされた結晶構造についての伝搬座標に対する疑似期
間のグラフ例を示す図である。
ープされた結晶構造についての伝搬座標に対する疑似期
間のグラフ例を示す図である。
【図５】本発明の好適な実施形態による区分的に線形チ
ャープされた結晶構造についての伝搬座標に対する疑似
期間のグラフ例を示す図である。
ャープされた結晶構造についての伝搬座標に対する疑似
期間のグラフ例を示す図である。
【図６】本発明の好適な実施形態による区分的に線形チ
ャープされた結晶構造についての量子効率を例示するグ
ラフである。
ャープされた結晶構造についての量子効率を例示するグ
ラフである。
5〜9、21〜24 領域
11 光信号源
12 ダイプレクサ
13、17 非線形結晶
14、18 フィルタ
15 検出器
16 プローブ
31 ポーリング期間
フロントページの続き
(72)発明者 グレゴリー・スティーブン・リー
アメリカ合衆国カリフォルニア州94043,
マウンテンビュー，アンナ・アベニュー・
357
(72)発明者 ロジャー・リー・ジュンジャーマン
アメリカ合衆国カリフォルニア州94952,
ペタルマ，ケラー・ストリート・500
Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 BA01 CA03 FA27
GA04 HA19 HA20 HA31
Claims (10)
- 【請求項１】非線形結晶（13）内でのスペクトル許容性
を増大させるための方法であって、（ａ）複数の領域
（5〜9，21〜24）として前記非線形結晶（13）を配置す
るステップであって、前記複数の領域（5〜9，21〜24）
は、前記非線形結晶（13）を端から端まで連続的に横断
するのに合わせて交番する極性を有する、ステップと、
および（ｂ）前記非線形結晶（13）を介して伝搬される
集束光信号の位相整合の不均一なチャーピングをもたら
すように、前記非線形結晶（13）にわたる領域（5〜9，
21〜24）のポーリング期間を変化させるステップとから
なる、方法。 - 【請求項２】前記ステップ（ａ）において、非線形結晶
（13）が周期分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）からな
る、請求項１の方法。 - 【請求項３】前記ステップ（ｂ）において、チャープ傾
斜が前記非線形結晶の中心に近いほど急傾斜であり、前
記非線形結晶の端面へ向かうほどより緩やかになる、請
求項１の方法。 - 【請求項４】前記ステップ（ｂ）において、前記非線形
結晶（13）を介して伝搬される集束光信号の位相整合の
非線形チャーピングをもたらすように、前記領域（5〜
9，21〜24）のポーリング期間が前記非線形結晶（13）
にわたって変化する、請求項１の方法。 - 【請求項５】前記ステップ（ｂ）において、前記非線形
結晶（13）を介して伝搬される集束光信号の位相整合の
区分的線形チャーピングをもたらすように、前記領域
（5〜9，21〜24）のポーリング期間が前記非線形結晶
（13）にわたって変化する、請求項１の方法。 - 【請求項６】スペクトル許容性を増した非線形結晶（1
3）であって、前記非線形結晶（13）にわたって連続的
に配置され、交番する極性を有する、複数の領域（5〜
9，21〜24）を備え、前記非線形結晶（13）を介して伝
搬される集束光信号の位相整合の不均一なチャーピング
をもたらすように、前記領域（5〜9，21〜24）のポーリ
ング期間が前記非線形結晶（13）にわたって変化する、
非線形結晶（13）。 - 【請求項７】前記非線形結晶（13）が、周期分極ニオブ
酸リチウム（ＰＰＬＮ）からなる、請求項６の非線形結
晶（13）。 - 【請求項８】チャープ傾斜が前記非線形結晶の中心に近
いほど急傾斜であり、前記非線形結晶の端面へ向かうほ
どより緩やかになる、請求項６の非線形結晶（13）。 - 【請求項９】前記非線形結晶（13）を介して伝搬される
集束光信号の位相整合の非線形チャーピングをもたらす
ように、前記領域（5〜9，21〜24）のポーリング期間
が、前記非線形結晶（13）にわたって変化する、請求項
６の非線形結晶（13）。 - 【請求項１０】前記非線形結晶（13）を介して伝搬され
る集束光信号の位相整合の区分的線形チャーピングをも
たらすように、前記領域（5〜9，21〜24）のポーリング
期間が前記非線形結晶（13）にわたって変化する、請求
項６の非線形結晶（13）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/993,025 US6726763B2 (en) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | Increased wavelength coverage in nonlinear optics by nonuniformly chirped quasi-phase-matching |
| US09/993025 | 2001-11-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003186069A true JP2003186069A (ja) | 2003-07-03 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002322643A Expired - Fee Related JP3792638B2 (ja) | 2001-11-06 | 2002-11-06 | 不均一にチャープされた擬似位相整合により増大した非線形光学系の波長範囲 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6726763B2 (ja) |
| JP (1) | JP3792638B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009034625A1 (ja) * | 2007-09-12 | 2009-03-19 | Mitsubishi Electric Corporation | 波長変換素子および波長変換レーザ装置 |
| JP2011515713A (ja) * | 2008-03-25 | 2011-05-19 | イェダ リサーチ アンド デベロップメント カンパニー リミテッド | 光変換用の結晶 |
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| US7136160B2 (en) * | 2005-01-27 | 2006-11-14 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Integrated system and method for transversal enhanced Raman Spectroscopy |
| US7151599B2 (en) * | 2005-01-27 | 2006-12-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Monolithic system and method for enhanced Raman spectroscopy |
| US7330300B1 (en) | 2006-08-21 | 2008-02-12 | Hc Photonics Corp. | Optical frequency mixer and method for the same |
| US7729394B2 (en) * | 2007-07-20 | 2010-06-01 | Corning Incorporated | Conversion efficiency expansion in wavelength converting optical packages |
| JP2011520149A (ja) | 2008-05-06 | 2011-07-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 波長変換効率を安定させる波長変換装置、レーザ及び方法 |
| DE102009028819B4 (de) | 2009-08-21 | 2012-07-19 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Vorrichtung und Verfahren zur Verstärkung oder Frequenzwandlung von Laserstrahlung mithilfe der Quasi-Phasenanpassung bei der Vierwellenmischung |
| TWI449283B (zh) * | 2011-02-01 | 2014-08-11 | Arima Lasers Corp | 二次諧波非線性頻率轉換器 |
| US9413456B2 (en) * | 2012-07-20 | 2016-08-09 | The Boeing Company | Non-linear optical receiver |
| US10599008B1 (en) * | 2019-03-21 | 2020-03-24 | Shanghai Jiao Tong University | Method and device for ultrafast group-velocity control via optical parametric amplification in chirped quasi-phase-matching structure |
| JP7415195B2 (ja) * | 2020-04-20 | 2024-01-17 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換素子 |
-
2001
- 2001-11-06 US US09/993,025 patent/US6726763B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-11-06 JP JP2002322643A patent/JP3792638B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009034625A1 (ja) * | 2007-09-12 | 2009-03-19 | Mitsubishi Electric Corporation | 波長変換素子および波長変換レーザ装置 |
| US8094690B2 (en) | 2007-09-12 | 2012-01-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Wavelength converting element and wavelength converting laser apparatus |
| JP5159783B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-03-13 | 三菱電機株式会社 | 波長変換素子および波長変換レーザ装置 |
| JP2011515713A (ja) * | 2008-03-25 | 2011-05-19 | イェダ リサーチ アンド デベロップメント カンパニー リミテッド | 光変換用の結晶 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3792638B2 (ja) | 2006-07-05 |
| US20030084837A1 (en) | 2003-05-08 |
| US6726763B2 (en) | 2004-04-27 |
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