JP2006309230A - 非線形光学媒体における波伝搬位相シフト補償による波生成 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガリウムヒ素のような非線形光学媒体の中に、直線上に入射された2つの単色波が、単色波を生成するために注入される。媒体は、3つの波が媒体中コヒーレンス長進めば、値がπである伝搬位相シフトを3つの波間に引き起こし、および3つの波が媒体中を周期的距離を進むごとに値0 modulo 2πで補償される伝搬位相シフトを3つの波間に引き起こす。変換効率を大きく向上させるため、ジグザグの波の全内面反射の2つの連続する反射間の周期的距離は、コヒーレンス長より厳密に小さい。非常に短い材料の長さでの高い変換効率は、特に約10μmの波長を持ったハイパワーコヒーレント光学源を製造することを導く。
【選択図】図1
Description
(i)光学材料の中で最も大きい非線形効率準位を示す。
(ii)非常に広い範囲の透明分光領域、つまり分光整合を持つ。例えば、ZnSeでは0.5μmから20μmまでを持つ。
(iii)非常に進んだ技術から恩恵を受け、マイクロエレクトロニクス技術から受け継がれている。
(iv)世界市場で容易に手に入れることができ、通商停止の影響を受けない。
(v)潜在的に高価でない。
−図2に示されているような、平板Paの表面の一つの端での入力連結プリズムINaによる波O1とO2の注入と出力連結プリズムEXaによる波O3の抽出。これは、H.KOMINE “Quasi-phase-matched second-harmonic generation by use of a total-internal-reflection phase shift in gallium arsenide and zinc selenide plates”,Optics Letters,Vol.3,No.9,p661〜p663,May 1,1998の記事によっている。
−図3に示されているような、巨視的入力回折格子結合器INbによる波O1とO2の注入と巨視的出力回折格子結合器EXbによる波O3の抽出。回折格子結合器は、次の記事に従い波形の領域を形成するため、平板Pbの表面の1つの終端上での薄い層の陥入の結果として生じる。記事は、D.PASCAL et al.”Optimized coupling of a Gaussian beam into an optical waveguide with a grating coupler: comparison of experimental and theoretical results”, Applied Letters,Vol.36,No.12,p.2443〜p.2447,April 20,1997である。
−図4に示されているような、光ファイバへの光の注入に似た方法で、光線中の波O1とO2の事前の波形整形なしで、平板Pcの受光角錐INcの集束による波O1とO2の直接注入と出力錐EXcによる波O3の抽出。
Z0は、真空のインピーダンスであり(377オーム)、
deffは材料Mの2次の非線形電気感受率であり、
Nは、指定の長さLP=NDで定められた平板Pの内部の反射Rの数であり、
Dは、2つの連続する反射の間の距離であり、
Δkは、3つの波の間の位相不整合であり、1番目の例は、波長を増加させる変換器でk1>k2≧k3および、それゆえF1>F2≧F3と仮定するとΔk=(k1−k2−k3)であり、2番目の例は、波長を減少させる変換器でk3>k2≧k1および、それゆえF3>F2≧F1と仮定すると、Δk=(k3−(k2+k1))であり、
ΔΦは、2つの連続する反射Rの間で波が受けるΔkD+ΦF+eπに等しい全位相シフトであり、ΦFは、相互作用の中の3つの波の差分フレネル位相シフトで、上記の1番目の例では、ΦF=f1−f2−f3であり、上記の2番目の例ではΦF=f3−f2−f1であり、ここでf1、f2とf3は、波O1、O2とO3の反射での位相シフトであり、およびeは、全内面反射での係数deffの可能な符号反転を表しており、つまり、符号が変化すればe=1であり、そうでないときはe=0となる。
k1D+f1=0 modulo π、
k2D+f2=0 modulo π、
k3D+f3=0 modulo π、
上記の最初の2つの式は、2つの入射波O1とO2が異なった物理的性質、例えば異なったフレネル位相シフトを導く直交した偏光、を持つことができるということ思い起こさせる。
C=π/Δk=π/(k3−2k)=1/(2n3/λ3−4n/λ)
は、約100マイクロメータで具体的には85.83μmであり、平板Pの最大の厚さtは、約50マイクロメータで典型的にはt=46μmである。この厚さは、例えば平板の機械化学研磨で得られる。波O1(ω)、O2(ω)とO3(2ω)の偏光構成は、ppsである。つまり入射波O1とO2は入射平板に対して平行に偏光し、生成波O3は入射平板に直交に偏光している。3つの波O1(ω)、O2(ω)とO3(2ω)の全内面反射角aは約17.9°であり、3つの波O1(ω)、O2(ω)とO3(2ω)それぞれに対するガリウムヒ素の中の全反射臨界角よりも大きい。厚さtはそれゆえ、周期距離Dと反射角aのコサイン値の積に等しい。つまり、分数D/C=t/C(cos a)は約1/2になる。
IN 波注入機構
EX 波抽出機構
FI フィルタリング機構
F 面
M 非線形材料
Pa 平板
INa 入力連結プリズム
EXa 出力連結プリズム
Pb 平板
INb 巨視的入力回折格子結合器
EXb 巨視的出力回折格子結合器
Pc 平板
INc 受光角錐
EXc 出力錐
Claims (14)
- 非線形光学媒体に交差して入射された1番目と2番目の同一直線上の単色波から3番目の単色波を生成する方法であって、
上記媒体は、3つの波が上記媒体中コヒーレンス長進めば、値がπである伝搬位相シフトを3つの波間に引き起こし、および上記3つの波が上記媒体中を周期的距離を進むごとに値0 modulo 2πで補償される伝搬位相シフトを3つの波間に引き起こし、上記周期的距離はコヒーレンス長より厳密に小さいことを特徴とする3番目の単色波を生成する方法。 - 上記3つの波は、上記非線形光学媒体の縁であり周期的距離より小さい厚さ分離れた平行な表面での上記3つの波の全内面反射による値0 modulo 2πで補償された伝搬位相シフトを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 上記非線形光学媒体は、上記1番目と2番目の入射単色波に対して透明であり、上記3番目の単色波に対して透明な壁である囲いで取り囲まれた流体であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 上記周期的距離は、上記コヒーレンス長の約半分であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 上記1番目と2番目の入射単色波は、同じ波長を持つことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 単色波を生成するため、同一直線上に2つの入射単色波が注入される非線形光学媒体を含む波生成装置であって、
上記媒体は、3つの波が上記媒体中コヒーレンス長進めば、値がπである伝搬位相シフトを3つの波間に引き起こし、および上記3つの波が上記媒体中を周期的距離を進むごとに値0 modulo 2πで補償される伝搬位相シフトを3つの波間に引き起こし、上記周期的距離はコヒーレンス長より厳密に小さいことを特徴とする波生成装置。 - 上記非線形光学媒体は、上記非線形光学媒体での上記3つの波の全臨界反射角より大きい反射角で上記波が反射される2つの大きく平行な表面によって囲まれていること、および上記表面は、周期的距離と上記反射角のコサイン値の積に等しい厚さ分だけ離れていることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記周期的距離は、上記コヒーレンス長の約半分であることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記非線形光学媒体は半導体と強誘電性材料から選ばれていることおよび平板の形状であることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記平板は約50μmより薄いことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記媒体内に上記2つの入射単色光を注入するためのプリズムと上記媒体から生成された単色光を抽出するためのプリズムとを含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記媒体内に上記2つの入射単色光を注入するための回折格子結合器と上記媒体から生成された単色光を抽出するための回折格子結合器とを含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記媒体内に上記2つの入射単色光を注入するための受光角錐と上記媒体から生成された単色光を抽出するための出力錐とを含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 上記媒体内に上記2つの入射単色光を注入するための上記プリズムと回折格子結合器からの1つと上記媒体から生成された単色光を抽出するための上記プリズムと回折格子結合器からの他の1つとを含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
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