JP2006227300A - 波長変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域での変換効率を高くするとともに、ポンプ光による光損傷を低減する。
【解決手段】波長変換装置は、差周波発生部３１と第２高調波発生部３３とを備えている。差周波発生部３１は、周波数ω_sの信号光７１、及び周波数ω_pのポンプ光７３から、周波数ω_mがω_m＝ω_p−ω_sの関係を満たす差周波光を発生させて、当該差周波光を中間光８１として出力させる。第２高調波発生部３３は、差周波発生部から出力された中間光から、周波数ω_cがω_c＝ω_m×２の関係を満たす第２高調波光を発生させて、当該第２高調波光を変換光７９として出力させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、波長多重光通信等に利用される波長変換装置に関する。

近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。それに対応して光ファイバ等を用いた高速でかつ大容量の光ネットワークが整備されつつある。このような光ネットワークでは、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方法が注目されている。ＷＤＭ光通信ネットワークを実現するためには、波長変換装置が必要とされる。例えば、光クロスコネクトノードに波長変換装置を採用すると、チャンネル間の衝突の回避や、波長の再利用が可能となる等の利点があるからである。

波長変換には様々な方法があるが、非線形光学結晶を用いて、信号光とポンプ光との差周波発生を発現させ、この結果得られる差周波光を変換光として出力する方法が通例となっている。一般的に、異なる波長間では非線形光学結晶の屈折率が異なっているため、ポンプ光と、信号光との間に伝播定数の差が生じる。この伝播定数の差に起因する位相差が、ポンプ光、及び信号光の伝播距離と共に変化するので、差周波発生の変換効率を高めることは困難である。

差周波発生の変換効率を高めるために、波長変換装置を構成する波長変換素子として、周期的ドメイン反転構造が形成された光導波路によって、擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を実現して波長変換を行う、擬似位相整合型波長変換素子（以下、ＱＰＭ型波長変換素子と称することもある。）が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
栖原敏明著「擬似位相整合導波路を用いた非線形光学波長変換・信号処理デバイス」応用物理第７２巻第１１号、ｐｐ．１３８１―１３８６、２００３年

上述の従来例の波長変換装置では、周波数ω_sの信号光と、周波数ω_pのポンプ光との非線形光学効果により、周波数ω_cの変換光が発生する。非線形光学効果が差周波発生の場合、変換光は、周波数ω_cがω_c＋ω_s＝ω_pの関係を満たす、差周波光となる。

波長変換装置が、１５５０ｎｍ付近の通信波長域で用いられる場合、信号光の波長λ_s（＝ｃ／ω_s）と、変換光の波長λ_c（＝ｃ／ω_c）は、ともに１５５０ｎｍ程度の値になるので、ポンプ光の波長λ_p（＝ｃ／ω_p）は、７７５ｎｍ付近の値になる。

非線形光学効果を用いた波長変換装置の場合、信号光、変換光、及びポンプ光の間の周波数関係の他に、伝播定数の差から生じる位相差を考慮する必要がある。ポンプ光、信号光、及び変換光のそれぞれの波数ｋ_p、ｋ_s、及びｋ_c間の波数差をΔｋ（＝ｋ_p−ｋ_s−ｋ_c）とすると、波長変換素子を伝播した各光の位相差は、ΔｋＬとなる。ここで、Ｌは波長変換素子の素子長である。従って、伝播中に位相差が生じないためにはΔｋ＝０とする必要がある。

ｎを周波数ωでの屈折率、ｃを光速度としたときに、波数ｋは、ｋ＝ｎω／ｃで表される。この関係を用いると、Δｋ＝（ｎ_pω_p−ｎ_sω_s−ｎ_cω_c）／ｃが得られる。屈折率が光の周波数に依存して変化しないならば、ω_c＋ω_s＝ω_pであるので、常に、Δｋ＝０となる。

しかし、実際には、屈折率は周波数依存性を有しており、Δｋは０とはならない。これを補償するために、周期的ドメイン反転構造が形成された波長変換素子であるＱＰＭ型波長変換素子が使用される。この周期的ドメイン反転構造の周期をΛとすると、波数間の関係は、Δｋ＝ｋ_p−ｋ_s−ｋ_c−２π／Λとなる。ここで、ポンプ光の特定の波長λ_p0に対して、ｋ_p0−ｋ_s0−ｋ_c0＝２π／ΛとなるようにΛを設定すると、この特定のポンプ光の波長λ_p0では、Δｋ＝０となり、大きな変換効率が得られる。

しかし、ポンプ光の波長λ_pが特定の波長λ_p0からずれると、Δｋ＝０とはならず、Δｋ＝ｋ_p0−ｋ_s0−ｋ_c0−２π／Λ＋（ｄｋ_p／ｄω_p）Δω_p−（ｄｋ_s／ｄω_s）Δω_s−（ｄｋ_c／ｄω_c）Δω_cとなる。なお、Δω_p、Δω_s、及びΔω_cは、それぞれポンプ光、信号光、及び変換光のＱＰＭ条件からの周波数ずれを示している。ＱＰＭ条件では、ｋ_p0−ｋ_s0−ｋ_c0＝２π／Λとなるので、Δｋ＝（ｄｋ_p／ｄω_p）Δω_p−（ｄｋ_s／ｄω_s）Δω_s−（ｄｋ_c／ｄω_c）Δω_cである。光の群速度をＶ_gとすると、ｄｋ／ｄω＝１／Ｖ_gであるので、位相差は異なる周波数の光の間の群速度差に対応付けられていることがわかる。差周波発生による波長変換では、ω_p＝ω_c＋ω_sの関係があるため、Δω_p＝Δω_s＋Δω_cとなる。従って、Δｋ＝（１／Ｖ_gp−１／Ｖ_gc）Δω_p＋（１／Ｖ_gc−１／Ｖ_gs）Δω_sとなる。ここで、Ｖ_gp、Ｖ_gs、及びＶ_gcはそれぞれ、ポンプ光、信号光、及び変換光の群速度を示す。つまり、ポンプ光と変換光の群速度差、及び、変換光と信号光の群速度差を小さくすれば、それだけ広い周波数範囲、すなわち、広い波長範囲で位相差を小さく抑えることが可能となり、広帯域での変換効率が高くなる。

群速度の逆数１／Ｖ_gは、１／Ｖ_g＝ｄｋ／ｄω＝ｄ（ｎω／ｃ）／ｄω＝（ｎ＋ωｄｎ／ｄω）／ｃで表されるので、屈折率は周波数に依存することになる。ここで、屈折率は短波長側で大きくなるので、短波長側では群速度の逆数が大きくなる。このことから、波長λ_cが１５５０ｎｍ付近の変換光に対して、ポンプ光の波長λ_pが７７５ｎｍ程度の場合、ポンプ光と変換光の間の群速度差が大きくなり、その結果、変換効率を低下させてしまう。

また、非線形光学係数が大きいことなどから波長変換素子としてよく用いられる強誘電体結晶であるＬｉＮｂＯ₃は、ポンプ光として短波長の光、特に、８００ｎｍよりも短い波長の光を用いると、光損傷を受けやすいという欠点を有している。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、ポンプ光の波長を長くすることで、ポンプ光の波長と、変換光の波長との群速度差を小さくし、その結果として、広帯域での変換効率を高くすることができる波長変換装置を提供することにある。

また、この発明の他の目的は、ポンプ光の波長を長くすることで、ポンプ光による光損傷を低減する波長変換装置を提供することにある。

さらに、ポンプ光の波長選択の自由度を上げることで、ポンプ光源の集積時に、作りやすい組成の化合物半導体素子を選ぶことが可能な波長変換装置を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するために、第１の発明の波長変換装置は、差周波発生部と第２高調波発生部とを備えている。周波数ω_sの信号光、及び周波数ω_pのポンプ光から、周波数ω_mがω_m＝ω_p−ω_sの関係を満たす差周波光を発生させて、当該差周波光を中間光として出力させる。また、第２高調波発生部は、差周波発生部から出力された中間光から、周波数ω_cがω_c＝ω_m×２の関係を満たす第２高調波光を発生させて、当該第２高調波光を変換光として出力させる。

また、第２の発明の波長変換装置は、パラメトリック発生部と差周波発生部とを備えている。パラメトリック発生部は、周波数ω_sの信号光から、周波数ω_mがω_m＝ω_s／２の関係を満たすパラメトリック発生光を発生させて、当該パラメトリック発生光を中間光として出力させる。差周波発生部は、パラメトリック発生部から出力された中間光と、周波数ω_pのポンプ光から、周波数ω_cがω_c＝ω_p−ω_mの関係を満たす差周波光を発生させて、当該差周波光を変換光として出力させる。

また、第３の発明の波長変換装置は、パラメトリック発生部と差周波発生部とを備えている。パラメトリック発生部は、周波数ω_sの信号光から、周波数ω_m1及びω_m2がω_m1＋ω_m2＝ω_sの関係を満たす周波数ω_m1の第１のパラメトリック発生光、及び、周波数ω_m2の第２のパラメトリック発生光を発生させて、第１のパラメトリック発生光を第１の中間光として出力させ、及び、第２のパラメトリック発生光を第２の中間光として出力させる。差周波発生部は、パラメトリック発生部から出力された第１の中間光、及び、周波数ω_pのポンプ光から、周波数ω_cがω_c＝ω_p−ω_m1の関係を満たす差周波光を発生させて、当該差周波光を変換光として出力させる。

また、第４の発明の波長変換装置は、差周波発生部と和周波発生部とを備えている。差周波発生部では、周波数ω_sの信号光、及び、周波数ω_p1の第１のポンプ光から、周波数ω_m1がω_m1＝ω_p1−ω_sの関係を満たす第１の差周波光を発生させて、当該第１の差周波光を第１の中間光として出力させ、かつ、前記第１のポンプ光、及び、周波数ω_p2の第２のポンプ光から、周波数ω_m2がω_m2＝ω_p1−ω_p2の関係を満たす第２の差周波光を発生させて、当該第２の差周波光を第２の中間光として出力させる。和周波発生部は、差周波発生部で発生した第１の中間光及び前記第２の中間光から、周波数ω_cがω_c＝ω_m1＋ω_m2の関係を満たす和周波光を発生させて、当該和周波光を変換光として出力させる。

また、第５の発明の波長変換装置は、第１の差周波発生部と、第２の差周波発生部と、第３の差周波発生部とを備えている。第１の差周波発生部は、周波数ω_p1の第１のポンプ光、及び、周波数ω_p2の第２のポンプ光から、周波数ω_m1がω_m1＝ω_p1−ω_p2の関係を満たす第１の差周波光を発生させて、当該第１の差周波光を第１の中間光として出力させる。第２の差周波発生部は、第１の差周波発生部で発生した第１の中間光及び周波数ω_sの信号光から、周波数ω_m2がω_m2＝ω_s−ω_m1の関係を満たす第２の差周波光を発生させて、当該第２の差周波光を第２の中間光として出力させる。第３の差周波発生部は、第２の差周波発生部で発生した第２の中間光及び第１のポンプ光から、周波数ω_cがω_c＝ω_p1−ω_m2の関係を満たす第３の差周波光を発生させて、当該第３の差周波光を変換光として出力させる。

第１の発明の波長変換装置によれば、ポンプ光及び信号光から、差周波光を発生させた後、差周波光の第２高調波光を変換光として出力する。このとき、ポンプ光の周波数ω_p、信号光の周波数ω_s、及び変換光の周波数ω_cは、ω_p＝ω_c／２＋ω_sの関係を満たす。

また、第２の発明の波長変換装置によれば、信号光から、パラメトリック発生光を発生させた後、パラメトリック発生光及びポンプ光の差周波光を変換光として出力する。このとき、ポンプ光の周波数ω_p、信号光の周波数ω_s、及び変換光の周波数ω_cは、ω_p＝ω_s＋ω_c／２の関係を満たす。

信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができるので、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの３／２倍程度になる。これに対し、従来の波長変換装置では、ポンプ光及び信号光から発生した差周波光を変換光として出力しているので、ポンプ光、信号光及び変換光の間に、ω_p＝ω_c＋ω_sの関係がある。従って、信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの約２倍になる。つまり、従来の波長変換装置に比べて第１、第２及び第３の発明の波長変換装置では、ポンプ光の周波数ω_pを３／４倍、すなわち、波長λ_pを４／３倍にすることができる。

また、第３の発明の波長変換装置によれば、信号光から、第１及び第２のパラメトリック発生光を発生させた後、第１のパラメトリック発生光及びポンプ光の差周波光を変換光として出力する。このとき、ポンプ光の周波数ω_p、信号光の周波数ω_s、及び変換光の周波数ω_cは、第２のパラメトリック発生光の周波数をω_m2とすると、ω_p＝ω_c＋ω_s−ω_m2の関係を満たす。信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができる。ポンプ光の周波数ω_pは、第２のパラメトリック発生光の周波数ω_m2に応じて、信号光の周波数の２倍よりも小さい値にすることができる。すなわち、ポンプ光の波長λ_pを従来よりも長くすることができる。

ポンプ光として使用する波長域を従来よりも長波長に設定することにより、ポンプ光と変換光の間の群速度差を小さくできるので、広帯域での変換効率を高めることができる。

第４の発明の波長変換装置によれば、信号光及び第１のポンプ光から、第１の差周波光を発生させて、かつ、第１のポンプ光及び第２のポンプ光から、第２の差周波光を発生させた後、第１の中間光及び第２の中間光の和周波光を変換光として出力する。また、第５の発明の波長変換装置によれば、第１のポンプ光及び第２のポンプ光から、第１の差周波光を発生させて、第１の差周波光及び信号光から、第２の差周波光を発生させて、第２の差周波光及び第１のポンプ光の差周波光を変換光として出力する。

このとき、信号光の周波数ω_s、第１のポンプ光の周波数ω_p1、第２のポンプ光の周波数ω_p2、第１の中間光の周波数ω_m1、第２の中間光の周波数ω_m2、及び変換光の周波数ω_cは、ω_p1＋（ω_p1−ω_p2）＝ω_c＋ω_sの関係を満たす。従って、第１のポンプ光の周波数ω_p1は、第１のポンプ光と第２のポンプ光の周波数ω_p2の差（ω_p1−ω_p2）に応じて、信号光の周波数の２倍よりも小さい値にすることができる。すなわち、第１及び第２のポンプ光の波長λ_p1及びλ_p2を、従来のポンプ光の波長よりも長くすることができる。

さらに、第１のポンプ光と第２のポンプ光の２つのポンプ光を用いると、第１の中間光と第２の中間光の周波数の和が変換光の周波数に等しくなるように、第１のポンプ光及び第２のポンプ光を設定すれば良く、ポンプ光の波長の選択の自由度が増すという更なる効果が得られる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態の波長変換装置につき説明する。図１は、第１実施形態の波長変換装置を説明するための概略構成図である。波長変換装置１１は、合波器１６、波長変換部２１、及び波長フィルタ１８を備えている。波長変換部２１は、差周波発生部３１と第２高調波発生部３３を備えている。

波長変換装置１１には、周波数ω_sの信号光（図中、矢印７１で示す。）、及び、周波数ω_pのポンプ光（図中、矢印７３で示す。）が入力される。

信号光７１及びポンプ光７３は、合波器１６で合波され、入力光（図中、矢印９１で示す。）として、波長変換部２１に送られる。合波器１６として、例えば、任意好適な周知の光カプラを用いることができる。

波長変換部２１の差周波発生部３１は、入力光９１に含まれる、信号光７１及びポンプ光７３から差周波発生（ＤＦＧ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）により差周波光を発生させて、当該差周波光を中間光として出力させる。また、第２高調波発生部３３は、差周波発生部３１から出力された中間光から、第２高調波発生（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）により第２高調波光を発生させて、当該第２高調波光を変換光として出力させる。なお、中間光及び変換光の発生の詳細については、後述する。

波長変換部２１は、出力光（図中、矢印９６で示す。）を出力する。この出力光９６には、第２高調波発生部３３で発生した変換光に加えて、信号光、ポンプ光、及び中間光を含んでいる。従って、波長フィルタ１８により、出力光９６に含まれる信号光、ポンプ光、及び中間光を遮断し、変換光（図中、矢印７９で示す。）のみを通過させると、不要な光信号が出力されないので好適である。

波長変換部２１は、波長変換効率を高めるために、例えば、光導波路１２１に周期的ドメイン反転構造１３１及び１３３を作りつけたＱＰＭ型波長変換素子で構成される。差周波発生部３１の周期的ドメイン反転構造１３１は、周期的に設けられた第１ドメイン１３１ａと第２ドメイン１３１ｂとから構成されていてその周期をΛ_aとしている。この周期Λ_aは、信号光、ポンプ光、及び中間光について擬似位相整合を実現するように設定されている。

また、第２高調波発生部３３の周期的ドメイン反転構造１３３は、周期的に設けられた第１ドメイン１３３ａと第２ドメイン１３３ｂとから構成されていて、その周期をΛ_bとしている。この周期Λ_bは、中間光、及び変換光について擬似位相整合を実現するように設定されている。

波長変換部２１を構成するＱＰＭ型波長変換素子の製造方法について説明する。なお、差周波発生部３１と第２高調波発生部３３は、周期的ドメイン反転構造１３１及び１３３の周期が異なっているだけなので、差周波発生部３１と第２高調波発生部３３は同一のＱＰＭ型波長変換素子に形成することができる。第１ドメイン１３１ａ及び１３３ａと、第２ドメイン１３１ｂ及び１３３ｂとは、この波長変換部２１を構成する素材である強誘電体結晶の自発分極の向きが互いに１８０度の関係となっている。波長変換部２１を構成する素材には、例えばｚカットされたＬｉＮｂＯ₃基板が使われる。ｚカットされたＬｉＮｂＯ₃基板は、その表面に直交する方向に自発分極の向きが揃えられているシングルドメイン結晶基板である。自発分極ベクトルの終端側の面を＋ｚ面、自発分極ベクトルの初端側の面を−ｚ面と呼ぶこともある。

このＬｉＮｂＯ₃基板の＋ｚ面に周期的にドメインを反転させて、ドメイン反転領域（第２ドメイン）１３１ｂ及び１３３ｂを形成する。従って、周期的ドメイン反転構造１３１及び１３３は、シングルドメイン結晶基板としての自発分極が保たれているドメイン（第１ドメイン）１３１ａ及び１３３ａと自発分極の方向が反転された第２ドメイン１３１ｂ及び１３３ｂとで構成される。すなわち、第１ドメイン１３１ａ及び１３３ａの自発分極の向きは、−ｚ面から＋ｚ面に向かう方向であるのに対して、第２ドメイン１３１ｂ及び１３３ｂの自発分極の向きは、＋ｚ面から−ｚ面に向かう方向である。

ＱＰＭ型波長変換素子では、第１ドメインと第２ドメインの長さを等しく、すなわち、デューティ比を１：１にすることによって、波長変換効率を最大にすることができる。ここでは、差周波発生部３１の第１ドメイン１３１ａ及び第２ドメイン１３１ｂの長さを、ともにΛ_a／２とし、また、第２高調波発生部３３の第１ドメイン１３３ａ及び第２ドメイン１３３ｂの長さを、ともにΛ_b／２とするのが好適である。

なお、差周波発生部３１と第２高調波発生部３３とは周期的ドメイン反転構造の周期が異なっているので、ポンプ光や信号光は、第２高調波発生部３３で、非線形光学効果を起こさず、そのまま、通過する。従って、差周波発生部３１と第２高調波発生部３３との間にポンプ光及び信号光を遮断するフィルタを設ける必要が無く、簡単な構成にすることができる。

自発分極が反転している領域の形成は、ｚカットされたＬｉＮｂＯ₃基板に、Ｔｉを高温熱拡散するか或いは高電圧を印加することで行えることが知られている。Ｔｉを高温熱拡散するには第２ドメイン１３１ｂ及び１３３ｂが形成される部分に、真空蒸着法等でＴｉ薄膜を５０ｎｍの厚さに形成し、約１０００℃で１０時間程度熱拡散すれば良い。また、高電圧を印加して自発分極の方向を反転させるには、ＬｉＮｂＯ₃基板の裏面全体に設けたアース電極と、第２ドメイン１３１ｂ及び１３３ｂが形成される部分に設けた電極との間に高電圧を印加すれば良い。

続いて、ｚカットされたＬｉＮｂＯ₃基板に形成された周期的ドメイン反転構造１３１及び１３３に交差するように光導波路１２１を形成する。光導波路１２１は、安息香酸を交換源としたＨ⁺−Ｌｉ⁺イオン交換法（プロトン交換法とも呼ばれる。）によって形成できることが知られている。例えば、光導波路１２１を形成する領域のみを露出させて、その他の領域を金属マスクで覆った状態で、例えば、安息香酸の沸点以下の温度である、２００℃の安息香酸中に２時間浸して、基板中のＬｉと安息香酸中のＨを交換する。金属マスク及び安息香酸を除去した後、４００℃のＡｒ雰囲気中で６時間熱処理することにより、Ｈをさらに基板深く浸透させ、光導波路１２１を形成する。

また、化合物半導体では結晶軸を反転して成長させるプロセスを使用する。例えば、結晶の貼り付け技術を用いて、結晶軸を反転させた領域を設けることができる。この基板に半導体レーザと同様のエピタキシャルプロセスを行えば、周期的ドメイン反転構造を有する光導波路が形成される。

図２を参照して、第１実施形態の波長変換装置の動作について説明する。図２（Ａ）は、波長変換装置の動作の模式図である。また、図２（Ｂ）は、変換光の発生の原理を説明するための図であり、縦方向に周波数の大きさを示している。

差周波発生部３１は、周波数ω_sの信号光７１と周波数ω_pのポンプ光７３との差周波発生（ＤＦＧ）により、周波数ω_mがω_m＝ω_p−ω_sの関係を満たす、中間光（図中、矢印８１で示す。）を発生させる。信号光７１の波長λ_s（＝ｃ／ω_s）が１５５０ｎｍであるとき、ポンプ光７３の波長λ_p（＝ｃ／ω_p）を１０３３ｎｍとすると、中間光８１の波長λ_m（＝ｃ／ω_m）は、１／λ_m＝１／λ_p−１／λ_sの関係で与えられるので、３１００ｎｍになる。

第２高調波発生部３３は、周波数ω_mの中間光８１の第２高調波発生（ＳＨＧ）により、周波数ω_cがω_c＝ω_m×２の関係を満たす、変換光７９を発生させる。中間光８１の波長λ_mは３１００ｎｍであるので、変換光７９の波長λ_c（＝ｃ／ω_c）は、１／λ_c＝２×（１／λ_m）で与えられ、１５５０ｎｍになる。

ポンプ光７３の波長λ_pを変化させると、変換光の波長λ_cは、１／λ_c＝１／２（１／λ_p−１／λ_s）の関係を満たすように変化する。すなわち、ポンプ光７３の光源として可変波長光源を用いれば、変換光７９の波長も可変になる。ポンプ光７３、信号光７１及び変換光７９の間には、ω_c（＝２×ω_m）＝２×（ω_p−ω_s）の関係があるので、ω_p＝ω_c／２＋ω_sになる。信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができる。この場合、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの３／２倍程度になる。これに対し、従来の波長変換装置では、ポンプ光、信号光及び変換光の間に、ω_p＝ω_c＋ω_sの関係があるので、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの約２倍になる。つまり、従来の波長変換装置に比べて第１実施形態の波長変換装置では、ポンプ光の周波数ω_pが３／４倍、すなわち、波長λ_pが４／３倍になるので、ポンプ光の波長λ_pは、従来の７７５ｎｍ付近から、１０３３ｎｍ程度まで長くすることができる。

波長λ_pが１０３３ｎｍ付近であるポンプ光の光源としては、Ｙｂドープファイバ型レーザを使用することができる。Ｙｂドープファイバ型レーザは、数百ｍＷの出力と、数十ｎｍの波長可変域を有している。

第１実施形態の波長変換装置によれば、ポンプ光と信号光との差周波発生により、中間光を出力した後、中間光の第２高調波発生により、変換光を出力するので、ポンプ光として使用する波長域を従来の波長変換装置よりも長波長域にすることができる。ポンプ光の波長を長波長にすることにより、ポンプ光の波長と変換光の波長との群速度差を小さくできるので、広帯域での変換効率を高めることができる。

また、１５００ｎｍ付近の通信波長域で用いる場合、ポンプ光として使用する波長域を長波、例えば１０００ｎｍ程度以上に設定することにより、ＬｉＮｂＯ₃において光損傷の影響を低減することが可能となる。

（第２実施形態）
図３を参照して、第２実施形態の波長変換装置について説明する。図３は、第２実施形態の波長変換装置を説明するための概略構成図である。波長変換装置１２は、合波器１６、波長変換部２２、及び波長フィルタ１８を備えている。波長変換部２２は、パラメトリック発生部３５と差周波発生部３７を備えている。

波長変換装置１２には、周波数ω_sの信号光７１、及び、周波数ω_pのポンプ光７３が入力される。

信号光７１及びポンプ光７３は、合波器１６で合波され、入力光９１として、波長変換部２２に送られる。合波器１６として、例えば、任意好適な周知の光カプラを用いることができる。

波長変換部２２のパラメトリック発生部３５は、入力光９１に含まれる信号光からパラメトリック発生（ＯＰＧ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）によりパラメトリック発生光を発生させて、当該パラメトリック発生光を中間光として出力させる。また、差周波発生部３７は、パラメトリック発生部３５から出力された中間光、及びポンプ光から差周波発生により差周波光を発生させて、当該差周波光を変換光として出力させる。なお、中間光及び変換光の発生の詳細については、後述する。

波長変換部２２は、出力光（図中、矢印９６で示す。）を出力する。この出力光９６は、差周波発生部３７で発生した変換光に加えて、信号光、ポンプ光、及び中間光を含んでいる。従って、波長フィルタ１８により、出力光９６に含まれる信号光、ポンプ光、及び中間光を遮断し、変換光７９のみを通過させると、不要な光信号が出力されないので好適である。

波長変換部２２の構成については、パラメトリック発生部３５の周期的ドメイン反転構造１３５の周期がΛ_cであり、差周波発生部３７の周期的ドメイン反転構造１３７の周期がΛ_dであることを除いては、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

図４を参照して、第２実施形態の波長変換装置の動作について説明する。図４（Ａ）は、波長変換装置の動作の模式図である。また、図４（Ｂ）は、変換光の発生の原理を説明するための図であり、縦方向に周波数の大きさを示している。

パラメトリック発生部３５は、周波数ω_sの信号光７１のパラメトリック発生（ＯＰＧ）により、周波数ω_mがω_m＝ω_s／２の関係を満たす、中間光（図中、矢印８３で示す。）を発生させる。信号光７１の波長λ_s（＝ｃ／ω_s）を１５５０ｎｍとすると、中間光８３の波長λ_m（＝ｃ／ω_m）は、１／λ_m＝（１／λ_s）／２の関係で与えられ、３１００ｎｍになる。なお、パラメトリック発生をパラメトリックダウンコンバージョンと称することもある。

差周波発生部３７は、周波数ω_mの中間光８３と、周波数ω_pのポンプ光７３の差周波発生により、周波数ω_cがω_c＝ω_p−ω_mの関係を満たす、変換光７９を発生させる。ポンプ光７３の波長λ_p（＝ｃ／ω_p）を１０３３ｎｍとすると、中間光８３の波長λ_m（＝ｃ／ω_m）が３１００ｎｍなので、変換光の波長λ_c（＝ｃ／ω_c）は、１／λ_c＝１／λ_p−１／λ_mの関係で与えられ、１５５０ｎｍになる。

ポンプ光７３の波長λ_pを変化させると、変換光の波長λ_cは、１／λ_c＝１／λ_p−（１／λ_s）／２の関係を満たすように変化する。すなわち、ポンプ光７３の光源として可変波長光源を用いれば、変換光７９の波長も可変になる。ポンプ光７３、信号光７１及び変換光７９の間には、ω_c（＝ω_p−ω_m）＝ω_p−ω_s／２の関係があるので、ω_p＝ω_c＋ω_s／２になる。信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができる。この場合、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの３／２倍程度になる。これに対し、従来の波長変換装置では、ポンプ光、信号光及び変換光の間に、ω_p＝ω_c＋ω_sの関係があるので、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの約２倍になる。つまり、従来の波長変換装置に比べて第２実施形態の波長変換装置では、ポンプ光の周波数ω_pが３／４倍、すなわち、波長λ_pが４／３倍になるので、ポンプ光の波長λ_pは、従来の７７５ｎｍ付近から、１０３３ｎｍ程度まで長くすることができる。

ポンプ光７３の波長λ_pを可変にすることで、変換光の波長λ_cを可変にすることができる。波長λ_pが１０３３ｎｍ付近であるポンプ光の光源としては、Ｙｂドープファイバ型レーザを使用することができる。Ｙｂドープファイバ型レーザは、数百ｍＷの出力と、数十ｎｍの波長可変域を有している。

第２実施形態の波長変換装置によれば、信号光のパラメトリック発生により、中間光を発生した後、ポンプ光と中間光との差周波発生により、変換光を出力するので、ポンプ光として使用する波長域を従来の波長変換装置よりも長波長域にすることができる。ポンプ光の波長を長波長にすることにより、ポンプ光の波長と変換光の波長との群速度差を小さくできるので、広帯域での変換効率を高めることができる。

また、１５００ｎｍ付近の通信波長域で用いる場合、ポンプ光として使用する波長域を長波、例えば１０００ｎｍ程度以上に設定することにより、ＬｉＮｂＯ₃において光損傷の影響を低減することが可能となる。

（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態の波長変換装置につき説明する。図５は、第３実施形態の波長変換装置を説明するための概略構成図である。波長変換装置１３は、合波器１６、波長変換部２３、及び波長フィルタ１８を備えている。波長変換部２３は、パラメトリック発生部３６と差周波発生部３８を備えている。

波長変換装置１３には、周波数ω_sの信号光７１、及び、周波数ω_pのポンプ光（図中、矢印７４で示す。）が入力される。

信号光７１及びポンプ光７４は、合波器１６で合波され、入力光（図中、矢印９２で示す。）として、波長変換部２３に送られる。合波器１６として、例えば、任意好適な周知の光カプラを用いることができる。

波長変換部２３のパラメトリック発生部３６は、入力光９２に含まれる信号光７１から、パラメトリック発生（ＯＰＧ）により第１及び第２のパラメトリック発生光を発生させて、第１のパラメトリック発生光を第１の中間光として出力させ、及び、第２のパラメトリック発生光を第２の中間光として出力させる。また、差周波発生部３８は、パラメトリック発生部３６から出力された第１の中間光、及びポンプ光から差周波発生（ＤＦＧ）により差周波光を発生させて、当該差周波光を変換光として出力させる。なお、第１及び第２の中間光と変換光の発生の詳細については、後述する。

波長変換部２３は、出力光（図中、矢印９７で示す。）を出力する。この出力光９７は、差周波発生部３８で発生した変換光に加えて、信号光、ポンプ光、第１の中間光及び第２の中間光を含んでいる。従って、波長フィルタ１８により、出力光９７に含まれる信号光、ポンプ光、第１の中間光及び第２の中間光を遮断し、変換光７９のみを通過させると、不要な光信号が出力されないので好適である。

波長変換部２３の構成については、パラメトリック発生部３６の周期的ドメイン反転構造１３６の周期がΛ_eであり、差周波発生部３８の周期的ドメイン反転構造１３８の周期がΛ_fであることを除いては、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

図６を参照して、第３実施形態の波長変換装置の動作について説明する。図６（Ａ）は、波長変換装置の動作の模式図である。また、図６（Ｂ）は、変換光の発生の原理を説明するための図であり、縦方向に周波数の大きさを示している。

パラメトリック発生部３６は、周波数ω_sの信号光７１のパラメトリック発生（ＯＰＧ）により、周波数ω_m1とω_m2がω_m1＋ω_m2＝ω_sの関係を満たす、周波数ω_m1の第１の中間光（図中、矢印８５で示す。）と周波数ω_m2の第２の中間光（図中、矢印８６で示す。）を発生させる。信号光７１の波長λ_s（＝ｃ／ω_s）を１５５０ｎｍとすると、第１の中間光８５の波長λ_m1（＝ｃ／ω_m）、及び、第２の中間光８６の波長λ_m2（＝ｃ／ω_m）は、１／λ_m1＋１／λ_m2＝１／λ_sの関係で与えられ、例えば、第１の中間光８５の波長λ_m1を２６６５ｎｍとし、第２の中間光８６の波長λ_m2を３７０９ｎｍにすることができる。

差周波発生部３８は、周波数ω_m1の第１の中間光８５と、周波数ω_pのポンプ光７４の差周波発生により、周波数ω_cがω_c＝ω_p−ω_m1の関係を満たす、変換光７９を発生させる。周波数ω_pに対応するポンプ光７４の波長λ_p（＝ｃ／ω_p）を９８０ｎｍとすると、第１の中間光８５の波長λ_m1（＝ｃ／ω_m1）が２６６５ｎｍなので、変換光の波長λ_c（＝ｃ／ω_c）は、１／λ_c＝１／λ_p−１／λ_m1の関係で与えられて、１５５０ｎｍになる。

ポンプ光７４の波長λ_pを変化させると、変換光の波長λ_cは、１／λ_c＝１／λ_p−１／λ_m1、及び１／λ_m1＋１／λ_m2＝１／λ_sの関係を満たすように変化する。すなわち、ポンプ光７４の光源として可変波長光源を用いれば、変換光７９の波長も可変になる。ポンプ光７４、信号光７１及び変換光７９の間には、ω_c＝ω_p−ω_m1、ω_m1＋ω_m2＝ω_sの関係があるので、ω_p＝ω_c＋ω_s−ω_m2になる。信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができる。ポンプ光の周波数ω_pは、第２の中間光の周波数ω_m2に応じて、信号光の周波数の２倍よりも小さい値にすることができる。すなわち、ポンプ光の波長λ_pを従来よりも長くすることができ、例えば９８０ｎｍにすることができる。波長λ_pが９８０ｎｍ付近であるポンプ光の光源としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器の励起光源として高出力の半導体レーザを使用することができる。

第３実施形態の波長変換装置によれば、信号光のパラメトリック発生により、第１の中間光及び第２の中間光を発生した後、ポンプ光と第１の中間光との差周波発生により、変換光を出力するので、ポンプ光として使用する波長域を従来の波長変換装置よりも長波長域にすることができる。ポンプ光の波長を長波長にすることにより、ポンプ光の波長と変換光の波長との群速度差を小さくできるので、広帯域での変換効率を高めることができる。

また、１５００ｎｍ付近の通信波長域で用いる場合、ポンプ光として使用する波長域を長波、例えば１０００ｎｍ程度以上に設定することにより、ＬｉＮｂＯ₃において光損傷の影響を低減することが可能となる。

（第４実施形態）
図７を参照して、第４実施形態の波長変換装置につき説明する。図７は、第４実施形態の波長変換装置を説明するための概略構成図である。波長変換装置１４は、合波器１６、波長変換部２４、及び波長フィルタ１８を備えている。波長変換部２４は、差周波発生部４１と和周波発生部４３を備えている。

波長変換装置１４には、周波数ω_sの信号光７１、周波数ω_p1の第１のポンプ光（図中、矢印７５で示す。）、及び、周波数ω_p2の第２のポンプ光（図中、矢印７６で示す。）が入力される。

信号光７１、第１のポンプ光７５、及び第２のポンプ光７６は、合波器１６で合波され、入力光（図中、矢印９３で示す。）として、波長変換部２４に送られる。合波器１６として、例えば、任意好適な周知の光カプラを用いることができる。

波長変換部２４の差周波発生部４１は、入力光９３に含まれる、信号光７１及び第１のポンプ光７５から差周波発生（ＤＦＧ）により、第１の差周波光を発生させて、当該第１の差周波光を第１の中間光として出力させる。また、第１のポンプ光７５及び第２のポンプ光７６から差周波発生（ＤＦＧ）により第２の差周波光を発生させて、当該第２の差周波光を第２の中間光として出力させる。一方、和周波発生部４３は、第１の中間光及び第２の中間光から、和周波発生（ＳＦＧ：Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）により和周波光を発生させて、当該和周波光を変換光として出力させる。なお、第１の中間光、第２の中間光、及び変換光の発生の詳細については、後述する。

波長変換部２４は、出力光（図中、矢印９８で示す。）を出力する。この出力光９８は、和周波発生部４３で発生した変換光に加えて、信号光、第１のポンプ光、第２のポンプ光、第１の中間光、及び第２の中間光を含んでいる。従って、波長フィルタ１８により、出力光９８に含まれる信号光、第１のポンプ光、第２のポンプ光、第１の中間光、及び第２の中間光を遮断し、変換光７９のみを通過させると、不要な光信号が出力されないので好適である。

波長変換部２４の構成については、差周波発生部４１の周期的ドメイン反転構造１４１の周期がΛ_gであり、和周波発生部４３の周期的ドメイン反転構造１４３の周期がΛ_hであることを除いては、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

図８を参照して、第４実施形態の波長変換装置の動作について説明する。図８（Ａ）は、波長変換装置の動作の模式図である。また、図８（Ｂ）は、変換光の発生の原理を説明するための図であり、縦方向に周波数の大きさを示している。

差周波発生部４１は、周波数ω_sの信号光７１と周波数ω_p1の第１のポンプ光７５との差周波発生（ＤＦＧ）により、周波数ω_m1がω_m1＝ω_p1−ω_sの関係を満たす、第１の中間光（図中、矢印８７で示す。）を発生させる。信号光７１の波長λ_s（＝ｃ／ω_s）を１５５０ｎｍとし、及び、第１のポンプ光７５の波長λ_p1（＝ｃ／ω_p1）を９８０ｎｍとすると、第１の中間光８７の波長λ_m1（＝ｃ／ω_m1）は、１／λ_m1＝１／λ_p1−１／λ_sの関係で与えられ、２６６５ｎｍになる。

また、差周波発生部４１は、周波数ω_p1の第１のポンプ光７５と周波数ω_p2の第２のポンプ光７６との差周波発生（ＤＦＧ）により、周波数ω_m2がω_m2＝ω_p1−ω_p2の関係を満たす、第２の中間光８８を発生させる。第１のポンプ光７５の波長λ_p1（＝ｃ／ω_p1）を９８０ｎｍとしているので、第２のポンプ光７６の波長λ_p2（＝ｃ／ω_p2）を１３３３ｎｍとすると、第２の中間光８８の波長λ_m2（＝ｃ／ω_m2）は、１／λ_m2＝１／λ_p1−１／λ_p2の関係で与えられ、３７０９ｎｍになる。

和周波発生部４３は、第１の中間光８７と、第２の中間光８８の和周波発生（ＳＦＧ：Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎａｅｒａｔｉｏｎ）により、周波数ω_cがω_c＝ω_m1＋ω_m2の関係を満たす、変換光７９を発生させる。第１の中間光８７の波長λ_m1が２６６５ｎｍであり、第２の中間光８８の波長λ_m2が３７０９ｎｍなので、変換光７９の波長λ_cは、１／λ_c＝１／λ_m1＋１／λ_m2の関係で与えられ、１５５０ｎｍになる。

信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができる。この場合、従来の波長変換装置では、ポンプ光、信号光及び変換光の間に、ω_p＝ω_c＋ω_sの関係があるので、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの約２倍になる。これに対し、第４実施形態の波長変換装置では、信号光の周波数ω_s、第１のポンプ光の周波数ω_p1、第２のポンプ光の周波数ω_p2、第１の中間光の周波数ω_m1、第２の中間光の周波数ω_m2、及び変換光の周波数ω_cは、ω_m1＝ω_p1−ω_s、ω_m2＝ω_p1−ω_p2、及びω_c＝ω_m1＋ω_m2の関係を満たす。従って、ω_p1＋（ω_p1−ω_p2）＝ω_c＋ω_sの関係が得られる。信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができ、第１のポンプ光の周波数ω_p1は、第１のポンプ光と第２のポンプ光の周波数ω_p2の差（ω_p1−ω_p2）に応じて、信号光の周波数の２倍よりも小さい値にすることができる。すなわち、第１及び第２のポンプ光の波長λ_p1及びλ_p2を、従来のポンプ光の波長よりも長くすることができる。

第１のポンプ光７５と第２のポンプ光７６と２つのポンプ光を用いることで、それぞれの波長の選択の自由度が増す。例えば、第１実施形態の構成の場合は、変換光の波長を１つに定めると、それに応じて、ポンプ光の波長も１つに定まる。これに対し、第４実施形態の構成では、変換光の波長（すなわち、周波数）を１つに定めた場合に、第１の中間光と第２の中間光の周波数の和が変換光の周波数に等しくなるように、第１のポンプ光及び第２のポンプ光の波長を設定すれば良い。従って、高出力強度や、広波長可変域を備える光源の適用が容易になる。また、ＬｉＮｂＯ₃では、２８００ｎｍから２９００ｎｍ付近に、小さな光吸収域が存在するので、その光吸収域を避けるように中間光の波長を設定することも可能になる。

（第５実施形態）
図９を参照して、第５実施形態の波長変換装置につき説明する。図９は、第５実施形態の波長変換装置を説明するための概略構成図である。波長変換装置１５は、合波器１６、波長変換部２５、及び波長フィルタ１８を備えている。波長変換部２５は、第１の差周波発生部４５、第２の差周波発生部４７、及び第３の差周波発生部４９を備えている。

波長変換装置１５には、周波数ω_sの信号光７１、周波数ω_p1の第１のポンプ光７５、及び、周波数ω_p2の第２のポンプ光７６が入力される。

信号光７１、第１のポンプ光７５、及び第２のポンプ光７６は、合波器１６で合波され、第１の入力光９３として、波長変換部２５に送られる。合波器１６として、例えば、任意好適な周知の光カプラを用いることができる。

波長変換部２５の第１の差周波発生部４５は、入力光９３に含まれる、第１のポンプ光７５及び第２のポンプ光７６から差周波発生（ＤＦＧ）により第１の差周波光を発生させて、当該第１の差周波光を第１の中間光として出力させる。第２の差周波発生部４７は、信号光７１及び第１の中間光から差周波発生（ＤＦＧ）により第２の差周波光を発生させて、当該第２の差周波光を第２の中間光として出力させる。また、第３の差周波発生部４９は、第２の中間光及び第１のポンプ光７５から差周波発生（ＤＦＧ）により第３の差周波光を発生させて、当該第３の差周波光を変換光として出力させる。なお、第１の中間光、第２の中間光、及び変換光の発生の詳細については後述する。

波長変換部２５は、出力光９８を出力する。この出力光９８は、第３の差周波発生部４９で発生した変換光に加えて、信号光、第１のポンプ光、第２のポンプ光、第１の中間光、及び第２の中間光を含んでいる。従って、波長フィルタ１８により、出力光９８に含まれる信号光、第１のポンプ光、第２のポンプ光、第１の中間光、及び第２の中間光を遮断し、変換光７９のみを通過させると、不要な光信号が出力されないので好適である。

波長変換部２５の構成については、第１の差周波発生部４５の周期的ドメイン反転構造１４５の周期がΛ_iであり、第２の差周波発生部４７の周期的ドメイン反転構造１４７の周期がΛ_jであり、及び、第３の差周波発生部４９の周期的ドメイン反転構造１４９の周期がΛ_kであることを除いては、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

図１０を参照して、第５実施形態の波長変換装置の動作について説明する。図１０（Ａ）は、波長変換装置の動作の模式図である。また、図１０（Ｂ）は、変換光の発生の原理を説明するための図であり、縦方向に周波数の大きさを示している。

波長変換部２５の第１の差周波発生部４５は、周波数ω_p1の第１のポンプ光７５と周波数ω_p2の第２のポンプ光７６との差周波発生（ＤＦＧ）により、周波数ω_m1がω_m1＝ω_p1−ω_p2の関係を満たす、第１の中間光（図中、矢印８９で示す。）を発生させる。第１のポンプ光７５の波長λ_p1（＝ｃ／ω_p1）を９８０ｎｍとし、及び、第２のポンプ光７６の波長λ_p2（＝ｃ／ω_p2）を１３３３ｎｍとすると、第１の中間光８９の波長λ_m1（＝ｃ／ω_m1）は、１／λ_m1＝１／λ_p1−１／λ_p2の関係で与えられ、３７０９ｎｍになる。

第２の差周波発生部４７は、周波数ω_sの信号光７１と周波数ω_m1の第１の中間光８９との差周波発生（ＤＦＧ）により、周波数ω_m2がω_m2＝ω_s−ω_m1の関係を満たす、第２の中間光９０が発生する。信号光７１の波長λ_s（＝ｃ／ω_s）を１５５０ｎｍとすると、第１の中間光８９の波長λ_m1は、３７０９ｎｍなので、第２の中間光９０の波長λ_m2（＝ｃ／ω_m2）は、１／λ_m2＝１／λ_p1−１／λ_m1の関係で与えられ、２６６５ｎｍになる。

第３の差周波発生部４９は、第２の中間光９０と第１のポンプ光７５との差周波発生（ＤＦＧ）により、周波数ω_cがω_c＝ω_p1−ω_m2の関係を満たす、変換光を発生させる。第２の中間光の波長λ_m2は、２６６５ｎｍであり、第１のポンプ光７５の波長λ_p1は、９８０ｎｍなので、変換光の波長λ_c（＝ｃ／ω_c）は、１／λ_c＝１／λ_p1−１／λ_m2の関係で与えられ、１５５０ｎｍになる。

信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができる。この場合、従来の波長変換装置では、ポンプ光、信号光及び変換光の間に、ω_p＝ω_c＋ω_sの関係があるので、ポンプ光の周波数ω_pは、信号光の周波数ω_sの約２倍になる。これに対し、第５実施形態の波長変換装置では、信号光の周波数ω_s、第１のポンプ光の周波数ω_p1、第２のポンプ光の周波数ω_p2、第１の中間光の周波数ω_m1、第２の中間光の周波数ω_m2、及び変換光の周波数ω_cは、ω_m1＝ω_p1−ω_p2、ω_m2＝ω_s−ω_m1、及びω_c＝ω_p1−ω_m2の関係を満たす。従って、ω_p1＋（ω_p1−ω_p2）＝ω_c＋ω_sの関係が得られる。信号光と変換光が同じ通信波長域の場合、ω_sとω_cはほぼ等しいと考えることができ、第１のポンプ光の周波数ω_p1は、第１のポンプ光と第２のポンプ光の周波数ω_p2の差（ω_p1−ω_p2）に応じて、信号光の周波数の２倍よりも小さい値にすることができる。すなわち、第１及び第２のポンプ光の波長λ_p1及びλ_p2を、従来のポンプ光の波長よりも長くすることができる。

第１のポンプ光と第２のポンプ光と２つのポンプ光を用いることで、それぞれの波長の選択の自由度が増す。例えば、第１実施形態の構成の場合は、変換光の波長を１つに定めると、それに応じて、ポンプ光の波長も１つに定まる。これに対し、第５実施形態の構成では、変換光の波長（すなわち、周波数）を１つに定めた場合に、第１の中間光と第２の中間光の周波数の和が変換光の周波数に等しくなるように、第１のポンプ光及び第２のポンプ光の波長を設定すれば良い。従って、高出力強度や、広波長可変域を備える光源の適用が容易になる。また、ＬｉＮｂＯ₃では、２８００ｎｍから２９００ｎｍ付近に、小さな光吸収域が存在するので、その光吸収域を避けるように中間光の波長を設定することも可能になる。

（擬似位相整合）
図１１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、ＱＰＭ型波長変換素子をＬｉＮｂＯ₃結晶に形成した場合の、差周波発生におけるポンプ光の波長λ_pと中間光の波長λ_mの関係について説明する。同図中、ポンプ光の波長λ_pが約９３０ｎｍから約１０６０ｎｍまでの範囲内となる場合について示してある。図１１（Ａ）は、信号光の波長λ_sが１５５０ｎｍの場合の、差周波発生部での、ポンプ光の波長λ_pと中間光の波長λ_mの関係を示す図である。図１１（Ａ）では、横軸にポンプ光の波長λ_pをとり、及び、縦軸に中間光の波長λ_mをとっている。

ポンプ光の波長λ_pが、信号光の波長λ_s（ここでは、１５５０ｎｍ）より小さい場合、ポンプ光の波長λ_pを大きくしていくと、中間光の波長λ_mも大きくなる。ポンプ光の波長λ_pが約７７５ｎｍの時（図示を省略する。）、中間光の波長λ_mが１５５０ｎｍ程度であり、従来の波長変換装置では、この中間光を、変換光として出力している。

ＬｉＮｂＯ₃結晶では、波長が４０００ｎｍ以上の長波長側で光吸収の影響が現れる。第１実施形態の波長変換装置１１の差周波発生部３１、及び、第２実施形態の波長変換装置１２の差周波発生部３７では、ポンプ光の波長λ_pが１０３３ｎｍであり、この場合、中間光の波長λ_mは、３１００ｎｍか若しくはその程度になる。また、第３実施形態の波長変換装置１３の差周波発生部３８、及び、第５実施形態の波長変換装置１５の第３の差周波発生部４９では、第１のポンプ光の波長λ_p1が９８０ｎｍであり、この場合、第１の中間光の波長λ_m1は、２６６５ｎｍか若しくはその程度になる。いずれの場合も、中間光の波長が４０００ｎｍ未満なので、ＬｉＮｂＯ₃結晶の光吸収の影響を受けない。

図１１（Ｂ）は、差周波発生部での、ポンプ光の波長λ_pと周期的ドメイン反転構造の周期Λの関係を示す図である。図１１（Ｂ）では、横軸に、ポンプ光の波長λ_pをとり、及び、縦軸に、ＱＰＭ型波長変換素子の周期的ドメイン反転構造の周期（以下、ＱＰＭ周期と称することもある。）Λをとっている。ポンプ光、信号光、及び中間光のそれぞれの波数ｋ_p、ｋ_s、及びｋ_m間の波数差をΔｋとすると、ＱＰＭ周期Λの周期的ドメイン反転構造では、Δｋ＝ｋ_p−ｋ_s−ｋ_m−２π／Λの関係が得られる。ポンプ光の波長λ_pが特定の波長λ_p0のときに、ＱＰＭ条件を満たすとすると、ＱＰＭ条件では、ｋ_p0−ｋ_s0−ｋ_m0＝２π／Λとなるので、Δｋ＝（ｄｋ_p／ｄω_p）Δω_p−（ｄｋ_s／ｄω_s）Δω_s−（ｄｋ_m／ｄω_m）Δω_cである。光の群速度をＶ_gとすると、ｄｋ／ｄω＝１／Ｖ_gであるので、位相差は光周波数間の群速度差に対応付けられていることがわかる。差周波発生では、ω_p＝ω_m＋ω_sの関係があるため、Δω_p＝Δω_m＋Δω_sとなる。従って、Δｋ＝（１／Ｖ_gp−１／Ｖ_gm）Δω_p＋（１／Ｖ_gm−１／Ｖ_gs）Δω_sとなる。なお、Δω_mは、中間光の周波数ずれを示しており、また、Ｖ_gmは中間光の群速度を示している。

ポンプ光の波長λ_pが信号光の波長λ_sよりも短い場合、ＱＰＭ周期Λは、ポンプ光の波長λ_pが１０００〜１１００ｎｍで最大となり、そのときのＱＰＭ周期Λは３０μｍ程度である。図１１（Ｂ）では、波長λ_pが１０３３ｎｍ若しくはその当りで、ＱＰＭ周期は、３０．６μｍ若しくはその程度となっている。従って、第１実施形態の波長変換装置１１の差周波変換部３１、第２実施形態の波長変換装置１２の差周波変換部３７、第３実施形態の波長変換装置１３の差周波発生部３８、及び、第５実施形態の波長変換装置１５の第３の差周波発生部４９の周期的ドメイン反転構造の周期Λａ、Λ_d、Λ_f、及びΛ_kはいずれも３０μｍ程度の値になる。従来の７７５ｎｍのポンプ光を用いた場合は、ＱＰＭ周期Λが１８μｍ程度であるので、ポンプ光の波長λ_pを１０００ｎｍ程度とすることにより、ＱＰＭ周期Λが３０μｍ若しくはその程度と長くなり、ＱＰＭ型波長変換素子の作成が容易になる。

図１１（Ｃ）を参照してポンプ光の波長λ_pと、群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）の関係について説明する。図１１（Ｃ）は、ポンプ光の波長λ_pと群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）の関係を示す図である。図１１（Ｃ）では、横軸に、ポンプ光の波長λ_pをとり、及び、縦軸に、群速度差ΔＶ_gをとっている。ここで、曲線Ｉは、ポンプ光と中間光の群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）＝ｃ（１／Ｖ_gp−１／Ｖ_gm）を示し、曲線ＩＩは、中間光と信号光の群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）＝ｃ（１／Ｖ_gm−１／Ｖ_gs）を示している。

ポンプ光の波長λ_pが、信号光の波長λ_s（ここでは、１５５０ｎｍ）より小さい場合、ポンプ光の波長λ_pを大きくすると、ポンプ光と中間光の群速度差ΔＶ_g（＝１／Ｖ_gp−１／Ｖ_gm）が小さくなる（曲線Ｉ）。例えば、従来の波長変換装置では、ポンプ光の波長λ_pを７７５ｎｍとしていて、この場合、群速度差ΔＶ_gは、０．０９程度であった。これに対し、ポンプ光の波長λ_pが１０３３ｎｍの時には、最低点近くであり、このとき、波長変換の帯域幅が５倍以上になっている。

図１２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、第１のポンプ光と第２のポンプ光を用いる場合の、差周波発生におけるポンプ光の波長と中間光の波長の関係について説明する。同図中、第１のポンプ光の波長λ_p1が約９３０ｎｍから約１０６０ｎｍまでの範囲内となる場合について示してある。第１のポンプ光と第２のポンプ光を用いる場合、第１の中間光と第２の中間光が発生する。この場合、第１のポンプ光の波長λ_p1と第２のポンプ光の波長λ_p2は、第１の中間光と第２の中間光の和周波発生によって、波長が１５５０ｎｍの変換光が発生するように設定すれば良い。

図１２（Ａ）は、信号光の波長λ_sが１５５０ｎｍの場合の、差周波発生における、第１のポンプ光の波長λ_p1と、第２のポンプ光、第１の中間光、及び第２の中間光の波長λ_p2、λ_m1及びλ_m2の関係を示す図である。図１２（Ａ）では、横軸に第１のポンプ光の波長λ_p1をとり、及び、縦軸に、第２のポンプ光及び中間光の波長をとっている。

第１のポンプ光の波長λ_p1と、第１の中間光の波長λ_m1との関係（曲線ＩＩＩ）は、図１１（Ａ）を参照して説明したポンプ光の波長λ_pと中間光の波長λ_mとの関係と同じである。第２のポンプ光の波長は、第１の中間光と第２の中間光の和周波発生によって、変換光が発生するように設定される。従って、第２のポンプ光の波長λ_p2は、第１のポンプ光の波長λ_p1に対応して決まる（曲線ＩＶ）。また、第１のポンプ光と第２のポンプ光の差周波発生によって発生する第２の中間光の波長λ_m2も、第１のポンプ光の波長λ_p1に対応して決まる（曲線Ｖ）。例えば、第１のポンプ光の波長λ_p1が９８０ｎｍの場合は、第１の中間光の波長λ_m1が２６６５ｎｍになる。このとき、第１の中間光との和周波発生により発生する変換光の波長λ_cが１５５０ｎｍになるためには、第２の中間光の波長λ_m2は３７０９ｎｍ程度になる必要がある。波長λ_p1が９８０ｎｍの第１のポンプ光との差周波発生により、波長λ_m2が３７０９ｎｍの第２の中間光を発生させるためには、第２のポンプ光の波長λ_p2は１３３３ｎｍにすれば良い。

図１２（Ｂ）は、差周波発生部での、第１のポンプ光の波長λ_p1と周期的ドメイン反転構造の周期Λの関係を示す図である。図１２（Ｂ）では、横軸に、第１のポンプ光の波長λ_pをとり、及び、縦軸に、ＱＰＭ型波長変換素子の周期的ドメイン反転構造のＱＰＭ周期Λをとっている。

第１のポンプ光、第２のポンプ光、及び第２の中間光のそれぞれの波数ｋ_p1、ｋ_p2、及びｋ_m2間の波数差をΔｋとすると、周期Λの周期的ドメイン反転構造では、Δｋ＝ｋ_p1−ｋ_p2−ｋ_m2−２π／Λの関係が得られる。ポンプ光の波長λ_p2が特定の波長λ_p20のときに、ＱＰＭ条件を満たすとすると、ＱＰＭ条件では、ｋ_p10−ｋ_p20−ｋ_m20＝２π／Λとなるので、Δｋ＝（ｄｋ_p1／ｄω_p1）Δω_p1−（ｄｋ_p2／ｄω_p2）Δω_p2−（ｄｋ_m2／ｄω_m2）Δω_m2である。光の群速度をＶ_gとすると、ｄｋ／ｄω＝１／Ｖ_gであるので、位相差は光周波数間の群速度差に対応付けられていることがわかる。差周波発生では、ω_p1＝ω_m2＋ω_p2の関係があるため、Δω_p1＝Δω_m2＋Δω_p2となる。従って、Δｋ＝（１／Ｖ_gp1−１／Ｖ_gm2）Δω_p1＋（１／Ｖ_gm2−１／Ｖ_gp2）Δω_p2となる。なお、Δω_p1及びΔω_p1は、第１及び第２のポンプ光の周波数ずれを示している。

第１のポンプ光の波長λ_p1が信号光の波長λ_sよりも短い場合、周期Λは、ポンプ光の波長λ_p1が長くなるに従って、大きくなる。第５実施形態の波長変換装置１５の第１の差周波変換部４５では、第１のポンプ光の波長λ_p1が９８０ｎｍで、第２のポンプ光の波長λ_p2が１３３３ｎｍであり、この場合、第１の差周波変換部４５の周期的ドメイン反転構造１４５の周期Λ_iは、２８μｍ程度である。従って、従来の７７５ｎｍのポンプ光を用いた場合の、周期Λが１８μｍ程度に比べて長くなり、ＱＰＭ型波長変換素子の作成が容易になる。

図１２（Ｃ）を参照して第１のポンプ光の波長λ_p1と、群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）の関係について説明する。図１２（Ｃ）は、第１のポンプ光の波長λ_p1と群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）の関係を示す図である。図１２（Ｃ）では、横軸に、第１のポンプ光の波長λ_p1をとり、及び、縦軸に、群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）をとっている。ここで、曲線ＶＩは、第１のポンプ光と第２の中間光の群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）＝ｃ（１／Ｖ_gp1−１／Ｖ_gm2）を示し、曲線ＶＩＩは、第２の中間光と第２のポンプ光の群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）＝ｃ（１／Ｖ_gm2−１／Ｖ_gp2）を示している。

第１のポンプ光の波長λ_p1が、信号光の波長λ_s（ここでは、１５５０ｎｍ）より小さい場合、第１のポンプ光の波長λ_p1を大きくすると、第２のポンプ光と第２の中間光の群速度差ΔＶ_g（＝１／Ｖ_gp2−１／Ｖ_gm2）が小さくなる（曲線ＶＩＩ）。例えば、従来の波長変換装置では、ポンプ光の波長λ_pを７７５ｎｍとしていて、この場合、群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）は、０．０９程度であった。これに対し、第１のポンプ光の波長λ_pが９８０ｎｍの時には、波長変換の帯域幅が２倍以上になっている。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、和周波発生におけるポンプ光の波長と変換光の波長の関係について説明する。図１３（Ａ）は、和周波発生部での、第１のポンプ光の波長λ_p1と周期的ドメイン反転構造の周期Λの関係を示す図である。図１３（Ａ）では、横軸に、第１のポンプ光の波長λ_p1をとり、及び、縦軸に、ＱＰＭ型波長変換素子の周期的ドメイン反転構造の周期Λをとっている。同図中、第１のポンプ光の波長λ_p1が約９３０ｎｍから約１０６０ｎｍまでの範囲内となる場合について示してある。

第１の中間光、第２の中間光、及び変換光のそれぞれの波数ｋ_m1、ｋ_m2、及びｋ_c間の波数差をΔｋとすると、周期Λの周期的ドメイン反転構造では、Δｋ＝ｋ_c−ｋ_m1−ｋ_m2−２π／Λの関係が得られる。第１の中間光の波長λ_m1が特定の波長λ_m10のときに、ＱＰＭ条件を満たすとすると、ＱＰＭ条件では、ｋ_c0−ｋ_m10−ｋ_m20＝２π／Λとなるので、Δｋ＝（ｄｋ_c／ｄω_c）Δω_c−（ｄｋ_m1／ｄω_m1）Δω_m1−（ｄｋ_m2／ｄω_m2）Δω_m2である。光の群速度をＶ_gとすると、ｄｋ／ｄω＝１／Ｖ_gであるので、位相差は光周波数間の群速度差に対応付けられていることがわかる。和周波発生では、ω_c＝ω_m1＋ω_m2の関係があるため、Δω_c＝Δω_m1＋Δω_m2となる。従って、Δｋ＝（１／Ｖ_gc−１／Ｖ_gm1）Δω_m1＋（１／Ｖ_gc−１／Ｖ_gm2）Δω_m2となる。なお、Δω_m1及びΔω_m2は、第１及び第２の中間光の周波数ずれを示している。

第１及び第２の中間光の波長λ_m1及びλ_m2は、第１のポンプ光の波長λ_p1に依存して定まる。従って、和周波発生部の周期的ドメイン反転構造のＱＰＭ周期Λも第１のポンプ光の波長λ_p1に対応付けることができる。例えば、第１のポンプ光の波長λ_p1が９８０ｎｍの場合は、第１の中間光の波長λ_m1が２６６５ｎｍ、及び、第２の中間光の波長λ_m2が３７０９ｎｍになり、第１及び第２の中間光と変換光との擬似位相整合が実現されるためには、周期的ドメイン反転構造の周期Λを３４μｍ程度にすれば良い。

図１３（Ｂ）を参照して第１のポンプ光の波長λ_p1と、群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）の関係について説明する。図１３（Ｂ）は、第１のポンプ光の波長λ_p1と群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）の関係を示す図である。図１３（Ｂ）では、横軸に、第１のポンプ光の波長λ_p1をとり、及び、縦軸に、群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）をとっている。ここで、曲線ＶＩＩＩは、変換光と第１の中間光の群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）＝ｃ（１／Ｖ_gc−１／Ｖ_gm1）を示し、曲線ＩＸは、変換光と第２の中間光の群速度差Δ（ｃ／Ｖ_g）＝ｃ（１／Ｖ_gc−１／Ｖ_gm2）を示している。

なお、ここで説明した周期的ドメイン反転構造のＱＰＭ周期Λは、第１の中間光、第２の中間光、及び変換光の３つの波長間の関係で定まるものであり、和周波発生に限定されるものではない。例えば、第１の中間光の波長λ_m1が２６６５ｎｍ、第２の中間光の波長λ_m2が３７０９ｎｍ、及び、変換光の波長λ_cが１５５０ｎｍの場合、第１の中間光と第２の中間光を入力すれば、和周波発生により変換光が発生する。この場合、第１の中間光に変えて、変換光の波長λ_cに等しい波長の信号光λ_sを入力すると、差周波発生により、第１の中間光が発生することになる。すなわち、何れの光を入力光、出力光としても良い。

従って、第３実施形態の波長変換装置１３のパラメトリック発生部３６、第４実施形態の波長変換装置１４の和周波発生部４３、及び、第５実施形態の波長変換装置１５の第２の差周波発生部４７の周期的ドメイン反転構造１３６、１４３及び１４７の周期Λ_e、Λ_h、及びΛ_jを３４μｍにすることができる。

また、第１のポンプ光の波長λ_p1を１０３３ｎｍにすると、第１の中間光及び第２の中間光の波長λ_m1及びλ_m2のいずれも３１００ｎｍになる。第１の中間光及び第２の中間光は同じ波長の光になるので、第１の中間光及び第２の中間光を単に中間光と称し、波長をλ_mとする。第１実施形態の波長変換装置１１の第２高調波発生部３３の周期的ドメイン反転構造１３３の周期Λ_bは、第１のポンプ光の波長λ_p1を１０３３ｎｍにした場合に対応し、このとき、Λ_bは３５μｍになる。なお、周期的ドメイン反転構造１３３の周期Λ_bは、中間光の波長λ_mと、変換光の波長λ_cによって定まる値であり、同じ周期的ドメイン反転構造に、変換光の波長λ_cに等しい波長λ_sの信号光を入力すれば、パラメトリック発生により、波長λ_mの中間光が発生する。従って、第２の実施形態の波長変換装置１２のパラメトリック発生部３５の周期的ドメイン反転構造１３５の周期Λ_cを３５μｍにすれば良い。

第４実施形態の差周波発生部４１は、信号光と第１のポンプ光との差周波発生により、第１の中間光を発生させるとともに、第１のポンプ光と第２のポンプ光との差周波発生により、第２の中間光を発生させる。

第４実施形態では、例として信号光の波長λ_sを１５５０ｎｍにし、及び、第１のポンプ光の波長λ_p1を９８０ｎｍにして説明したので、第１の中間光の波長λ_m1は、１／λ_m1＝１／λ_p1−１／λ_sの関係で与えられ、２６６５ｎｍになるとしている。また、第２のポンプ光の波長λ_p2を１３３３ｎｍにしているので、第２の中間光の波長λ_m2は、１／λ_m2＝１／λ_p1−１／λ_p2の関係で与えられ、３７０９ｎｍになるとしている。

差周波発生部４１の周期的ドメイン反転構造１４１は、信号光、第１のポンプ光、及び第１の中間光の３つの光に対してＱＰＭ条件を満たすＱＰＭ周期Λ₁と、第１のポンプ光、第２のポンプ光、及び第２の中間光の３つの光に対してＱＰＭ条件を満たすＱＰＭ周期Λ₂とを重畳したものにすればよい。例えば、周期的ドメイン反転構造１４１のＱＰＭ周期Λ_gを１／Λ_g＝１／Λ₁＋１／Λ₂を満たすように設定し、ＱＰＭの強度が周期１／Λ₁−１／Λ₂のコサイン関数で変調したものになるように、デューティ比を変化させる。信号光、第１のポンプ光、及び第１の中間光の３つの光の組と、第１のポンプ光、第２のポンプ光、及び第２の中間光の３つの光の組のそれぞれに対して、波長変換効率は最大にはならないものの、両方の組に対して高い波長変換効率を得ることができる。

第１実施形態の波長変換装置を説明するための概略的な模式図である。 第１実施形態の波長変換装置の動作を説明するための模式図である。 第２実施形態の波長変換装置を説明するための概略的な模式図である。 第２実施形態の波長変換装置の動作を説明するための模式図である。 第３実施形態の波長変換装置を説明するための概略的な模式図である。 第３実施形態の波長変換装置の動作を説明するための模式図である。 第４実施形態の波長変換装置を説明するための概略的な模式図である。 第４実施形態の波長変換装置の動作を説明するための模式図である。 第５実施形態の波長変換装置を説明するための概略的な模式図である。 第５実施形態の波長変換装置の動作を説明するための模式図である。 差周波発生における、ポンプ光の波長と中間光の波長の関係を示す図である。 差周波発生における、第１のポンプ光の波長と、第２のポンプ光、第１の中間光、及び第２の中間光の波長との関係を示す図である。 和周波発生における、第１のポンプ光の波長と周期的ドメイン反転構造の周期の関係を示す図である。

符号の説明

１１〜１５ 波長変換装置
１６ 合波器
１８ 波長フィルタ
２１〜２５ 波長変換部
３１、３７、３８、４１ 差周波発生部
３３ 第２高調波発生部
３５、３６ パラメトリック発生部
４３ 和周波発生部
４５ 第１の差周波発生部
４７ 第２の差周波発生部
４９ 第３の差周波発生部
１２１〜１２５ 光導波路
１３１、１３３、１３５、１３６、１３７、１３８ 周期的ドメイン反転構造
１３１ａ、１３３ａ、１３５ａ、１３６ａ、１３７ａ、１３８ａ 第１ドメイン
１３１ｂ、１３３ｂ、１３５ｂ、１３６ｂ、１３７ｂ、１３８ｂ 第２ドメイン
１４１、１４３、１４５、１４７、１４９ 周期的ドメイン反転構造
１４１ａ、１４３ａ、１４５ａ、１４７ａ、１４９ａ 第１ドメイン
１４１ｂ、１４３ｂ、１４５ｂ、１４７ｂ、１４９ｂ 第２ドメイン

Claims (5)

1. 周波数ω_sの信号光、及び周波数ω_pのポンプ光から、周波数ω_mがω_m＝ω_p−ω_sの関係を満たす差周波光を発生させて、該差周波光を中間光として出力させる差周波発生部と、
   前記中間光から、周波数ω_cがω_c＝ω_m×２の関係を満たす第２高調波光を発生させて、該第２高調波光を変換光として出力させる第２高調波発生部と
   を備えることを特徴とする波長変換装置。
2. 周波数ω_sの信号光から、周波数ω_mがω_m＝ω_s／２の関係を満たすパラメトリック発生光を発生させて、該パラメトリック発生光を中間光として出力させるパラメトリック発生部と、
   前記中間光、及び周波数ω_pのポンプ光から、周波数ω_cがω_c＝ω_p−ω_mの関係を満たす差周波光を発生させて、該差周波光を変換光として出力させる差周波発生部と
   を備えることを特徴とする波長変換装置。
3. 周波数ω_sの信号光から、周波数ω_m1及びω_m2がω_m1＋ω_m2＝ω_sの関係を満たす周波数ω_m1の第１のパラメトリック発生光、及び、周波数ω_m2の第２のパラメトリック発生光を発生させて、前記第１のパラメトリック発生光を第１の中間光として出力させ、及び、前記第２のパラメトリック発生光を第２の中間光として出力させるパラメトリック発生部と、
   前記第１の中間光、及び、周波数ω_pのポンプ光から、周波数ω_cがω_c＝ω_p−ω_m1の関係を満たす差周波光を発生させて、該差周波光を変換光として出力させる差周波発生部と
   を備えることを特徴とする波長変換装置。
4. 周波数ω_sの信号光、及び、周波数ω_p1の第１のポンプ光から、周波数ω_m1がω_m1＝ω_p1−ω_sの関係を満たす第１の差周波光を発生させて、該第１の差周波光を第１の中間光として出力させ、かつ、前記第１のポンプ光、及び、周波数ω_p2の第２のポンプ光から、周波数ω_m2がω_m2＝ω_p1−ω_p2の関係を満たす第２の差周波光を発生させて、該第２の差周波光を第２の中間光として出力させる差周波発生部と、
   前記第１の中間光及び前記第２の中間光から、周波数ω_cがω_c＝ω_m1＋ω_m2の関係を満たす和周波光を発生させて、該和周波光を変換光として出力させる和周波発生部と
   を備えることを特徴とする波長変換装置。
5. 周波数ω_p1の第１のポンプ光、及び、周波数ω_p2の第２のポンプ光から、周波数ω_m1がω_m1＝ω_p1−ω_p2の関係を満たす第１の差周波光を発生させて、該第１の差周波光を第１の中間光として出力させる第１の差周波発生部と、
   前記第１の中間光及び周波数ω_sの信号光から、周波数ω_m2がω_m2＝ω_s−ω_m1の関係を満たす第２の差周波光を発生させて、該第２の差周波光を第２の中間光として出力させる第２の差周波発生部と、
   前記第２の中間光及び前記第１のポンプ光から、周波数ω_cがω_c＝ω_p1−ω_m2の関係を満たす第３の差周波光を発生させて、該第３の差周波光を変換光として出力させる第３の差周波発生部と
   を備えることを特徴とする波長変換装置。

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