JP2008241770A - Optical device containing nonlinear optical single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長選択に加えて波長変換機能を有する小型の光学素子に関し、特に非線形光学単結晶を含む光学素子に関する。 The present invention relates to a small optical element having a wavelength conversion function in addition to wavelength selection, and more particularly to an optical element including a nonlinear optical single crystal.
現在、高密度波長分割多重方式の光通信において、波長の異なる多数の光信号から特定の波長の光信号を選択的に取り出す波長選択フィルタが用いられている。近年の光通信などの分野における情報通信量の著しい増大に伴い、光通信のより一層の大容量化、高機能化が望まれており、多重化する光信号の波長のチャネル間隔あるいは中心波長間隔をより狭めたり、狭帯域の波長で多重化された信号から必要な波長を選択して分波したり合波したりできる光通信素子が要望される。 Currently, in a high-density wavelength division multiplexing optical communication, a wavelength selection filter that selectively extracts an optical signal having a specific wavelength from a large number of optical signals having different wavelengths is used. As the amount of information communication in the field of optical communication in recent years has increased significantly, further increase in capacity and function of optical communication has been demanded. The channel spacing or central wavelength spacing of multiplexed optical signal wavelengths. There is a demand for an optical communication element that can further narrow down the wavelength or select and demultiplex or multiplex a necessary wavelength from signals multiplexed with a narrow-band wavelength.
このような光通信素子として、共振波長を制御可能な波長選択フィルタがある(例えば、特許文献1を参照。)。
図3は、特許文献1に記載の波長選択フィルタの模式図である。
該図に示すように、波長選択フィルタ3000は、直線状の入力導波路3100と、入力導波路3100の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路3200と、入力導波路3100と出力導波路3200との間に存在する平面状の共振器(リング共振器)3300と、リング共振器3300との距離が可変でリング共振器3300との相互作用によりリング共振器3300の共振波長をリング共振器3300単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体3400とから構成されている。
As such an optical communication element, there is a wavelength selection filter capable of controlling a resonance wavelength (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 3 is a schematic diagram of the wavelength selection filter described in
As shown in the figure, the
波長選択フィルタ3000は、リング共振器3300の近傍に共振波長調整用構造体3400が配置されており、リング共振器3300と共振波長調整用構造体3400との間の距離を調節することによって、リング共振器3300単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器3300を介して出力導波路3200へ移行させ、ドロップポートP3から出力させることが可能となる。
例えば、リング共振器3300単独の共振波長が波長λ1である場合、リング共振器3300と共振波長調整用構造体3400との間の距離を調節してリング共振器3300の共振波長をλnに変化させた場合には、共振波長λn以外の波長λ1、λ2、…、λn−1の光信号は、入力導波路3100のスルーポートP2へ向かって伝搬する。また、出力導波路3200のアッドポートP4に上述の共振波長λnに一致する波長λnの光信号が入力された場合、この波長λnの光信号は、リング共振器3300を介して入力導波路3100のスルーポートP2へ導かれる。
In the
For example, when the resonance wavelength of the
このように、波長選択フィルタ3000によれば、1つのリング共振器3300に対して1つの共振波長調整用構造体3400を設けるだけで種々の波長の光信号を選択的にドロップポートP3へ分波したり、スルーポートP2へ合波したりできる。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、共振波長を適宜変化させることができるものの、その変化範囲は、入力ポートP1にて入力される光信号の波長に限定され得る。したがって、入力ポートP1に入力される光信号の波長λ1、λ2、…、λnから、例えば、波長λn/2へと変換することはできない。
As described above, according to the
However, in the technique described in
一方、光通信用レーザの高出力化、小型化等の多様化以外にも、レーザ光を応用する技術の発展は著しい。その中でも、非線形光学定数を有する強誘電体単結晶を利用した波長変換素子の開発が注目されている。このような波長変換素子を用いれば、既存のレーザ光源の波長を基本光として、波長を所望の波長域を有する光に変換することができる。このような波長変換素子として、定比組成タンタル酸リチウム単結晶内に周期分極反転構造を形成する技術が知られている(例えば、特許文献2、3を参照。)。
図4は、特許文献3に記載された円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図である。
図に示すように、円柱状強誘電体単結晶4000は、分極方向に対して垂直な方向に所定の周期を有する周期分極反転構造4100を有している。
On the other hand, in addition to diversification such as high output and miniaturization of lasers for optical communication, the development of technology using laser light is remarkable. Among them, the development of a wavelength conversion element using a ferroelectric single crystal having a nonlinear optical constant has attracted attention. If such a wavelength conversion element is used, the wavelength of the existing laser light source can be converted into light having a desired wavelength range using the fundamental light as the basic light. As such a wavelength conversion element, a technique of forming a periodically poled structure in a stoichiometric composition lithium tantalate single crystal is known (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
FIG. 4 is a perspective view of a wavelength conversion element made of a cylindrical ferroelectric single crystal described in
As shown in the figure, the cylindrical ferroelectric single crystal 4000 has a periodic polarization inversion structure 4100 having a predetermined period in a direction perpendicular to the polarization direction.
このような波長変換素子4000は、周期分極反転構造4100の周期によって緑色光あるいは中赤外光を発することができる。例えば、緑色光の発生においては、平均出力4.4ワットの高出力が可能であり、小型・低消費電力のレーザディスプレイ、液晶プロジェクタへの応用が期待される。また、中赤外光の発生においては、小型固体レーザと組み合わせることで、医療、環境計測、分光分析用光源としても利用可能である。
しかしながら、特許文献2及び3に記載の技術によれば、波長変換素子の素子長は、所定の波長変換効率を満たすため、30mm程度を要する。レーザ光源としては従来に比べて小型であるものの、さらなる小型化には限界がある。
However, according to the techniques described in
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、波長選択に加えて波長変換機能を有し、かつ小型化が可能である光学素子を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical element that has a wavelength conversion function in addition to wavelength selection and that can be miniaturized. is there.
発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、非線形光学単結晶上に、所定の円周と所定の周期の分極反転構造を有するリング導波路を備えることにより、上記目的が達成できるという知見を得た。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors have provided a ring waveguide having a polarization inversion structure having a predetermined circumference and a predetermined period on a nonlinear optical single crystal. The knowledge that it can be achieved was obtained.
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
(1)少なくとも第1の波長λnを有する第1の光を導波させ、前記少なくとも第1の波長λnに対して少なくとも第1の実効屈折率nnを有する入力導波路と、少なくとも第2の波長λn’を有する第2の光を導波させ、前記少なくとも第2の波長λn’に対して少なくとも第2の実効屈折率nn’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第1の光と前記第2の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第1の波長λnと前記第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周L及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ=λn/2×[1/(nn’−nn)]
L=K×λn/nn(K:整数)
(2)前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう1つのリング導波路をさらに含み、該別のもう1つのリング導波路の円周L’が、L’=K’λn’/nn’(K’:整数)を満たすことを特徴とする上記(1)の光学素子。
(3)前記別のもう1つのリング導波路の円周L’が、さらにL’=(K”+0.5)×λn/nn(K”:整数)を満たす、上記(2)の光学素子。
(4)前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする上記(1)の光学素子。
(5)前記非線形光学単結晶は、Zカット基板であり、前記第1の光および前記第2の光の導波モードは、TEモードであることを特徴とする、上記(4)の光学素子。
The present invention has been completed based on these findings, and is as follows.
(1) is guided first light having at least a first wavelength lambda n, an input waveguide having at least a first effective refractive index n n with respect to the at least first wavelength lambda n, at least a second wavelength lambda n 'second light having a is waveguide, said at least a second wavelength lambda n' and an output waveguide having at least a second effective refractive index n n 'with respect to the input waveguide And an optical element including a ring waveguide that guides the first light and the second light.
The first wavelength λ n and the second wavelength λ n ′ satisfy the relationship λ n ′ = λ n / 2,
The ring waveguide is formed on a nonlinear optical single crystal and has a polarization inversion structure having a predetermined circumference L and a predetermined period Λ satisfying the following relationship.
Λ = λ n / 2 × [1 / (n n ′ −n n )]
L = K × λ n / n n (K: integer)
(2) Another ring waveguide is further included between the ring waveguide and the output waveguide, and the circumference L ′ of the other ring waveguide is L ′ = K ′. The optical element according to (1), wherein λ n ′ / n n ′ (K ′: integer) is satisfied.
(3) The circumference L ′ of the other ring waveguide is further satisfying L ′ = (K ″ +0.5) × λ n / n n (K ″: integer). Optical element.
(4) The non-linear optical single crystal is selected from the group consisting of a lithium niobate having a congruent composition, a lithium niobate having a stoichiometric composition, a lithium tantalate having a congruent composition, and a lithium tantalate having a stoichiometric composition. The optical element according to (1), characterized in that
(5) The optical element according to (4), wherein the nonlinear optical single crystal is a Z-cut substrate, and a waveguide mode of the first light and the second light is a TE mode. .
本発明の光学素子によれば、入出力導波路間に周期分極反転構造を有するリング導波路を有する。分極反転の周期が、上記の所定の条件を満たすので、リング導波路は入力導波路(実効屈折率nn)を導波する光(波長λn)を波長変換できる。さらにリング導波路の円周が上記の所定の条件を満たすので、波長変換された光(波長λn’)は、リング導波路内にて共振した後、出力導波路(実効屈折率nn’)と光学的に結合し波長選択され得る。出力導波路にて出力される光は、リング導波路内にて共振され、所望の変換効率が達成され得る。このように、従来別個の素子を1つの非線形光学単結晶上に製造できるので、小型化することが可能である。 According to the optical element of the present invention, the ring waveguide having the periodically poled structure is provided between the input / output waveguides. Since the period of polarization inversion satisfies the predetermined condition, the ring waveguide can convert the wavelength of light (wavelength λ n ) guided through the input waveguide (effective refractive index n n ). Further, since the circumference of the ring waveguide satisfies the above predetermined condition, the wavelength-converted light (wavelength λ n ′ ) resonates in the ring waveguide, and then the output waveguide (effective refractive index n n ′). ) And a wavelength can be selected. The light output in the output waveguide is resonated in the ring waveguide, and a desired conversion efficiency can be achieved. As described above, since a separate element can be manufactured on a single nonlinear optical single crystal, it can be downsized.
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、同様の要素には同様の参照符号を付し、説明が重複するのを避ける。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the same element and it avoids that description overlaps.
(第1の実施形態)
図1は、本発明による光学素子の第1の実施形態を示す模式図である。
本発明の第1の実施形態である光学素子100は、例えば、強誘電体単結晶110上に位置する。強誘電体単結晶110は、波長変換のための非線形光学効果を有する限り特に限定されないが、好ましくは、非線形光学定数d値の大きなものが望ましい。具体的には、強誘電体単結晶110は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム(CLN)、コングルエント組成のタンタル酸リチウム(CLT)、定比組成のニオブ酸リチウム(SLN)および定比組成のタンタル酸リチウム(SLT)である。特に、CLNおよびCLTは、大型な結晶基板の製造技術がすでに確立しており、望ましい。また、CLN、CLT、SLNおよびSLTは、Mg、Zn、InおよびScからなる群から選択される元素を0.1〜3.0mol%含んでも良い。これにより、光損傷を低減できる。
例えば、強誘電体単結晶110としてLN(CLNおよびSLNを含む)およびLT(CLTおよびSLTを含む)を用いる場合、光学素子の効率の観点からZカット基板を用いることが望ましい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an optical element according to the present invention.
The
For example, when using LN (including CLN and SLN) and LT (including CLT and SLT) as the ferroelectric
光学素子100は、入力導波路120と、出力導波路130と、入力導波路120と出力導波路130との間に位置するリング導波路140とを含む。入力導波路120、出力導波路130、及び、リング導波路140は、リッジ型導波路であってもよいし、Ti又はプロトン等を拡散させた拡散導波路であってもよい。リッジ型導波路の場合、光の閉じ込め効果が大きいため好ましい。導波路の幅は、導波させたい波長にも依存するが、例えば、2μm〜6μmであり得る。入力導波路120、出力導波路130およびリング導波路140は、いずれも強誘電体単結晶110からなる。
The
入力導波路120は、導波されるべき光を全反射させるため、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。入力導波路120は、少なくとも第1の波長λnを有する第1の光を導波させ、少なくとも第1の波長λnに対して少なくとも第1の実効屈折率nnを有する。図1では、入力導波路120は、第1の光を向かって左から右へと導波させる様子が示されている。
The
出力導波路130は、入力導波路120と同様に、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。出力導波路130は、少なくとも第2の波長λn’を有する第2の光を導波させ、少なくとも第2の波長λn’に対して少なくとも第2の実効屈折率nn’を有する。ここで、第1の波長λnと第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たす。図1では、出力導波路130は、第2の光を向かって右から左へと導波させる様子が示されている。
なお、第1の実効屈折率nnおよび第2の実効屈折率nn’で示される実効屈折率とは、導波路(またはリッジ型導波路)および共振器を導波する波のモード屈折率(Modal index)である。
The
Note that the first effective refractive index n n and the second effective refractive index effective refractive index represented by n n ', a waveguide (or ridge-type waveguide) and modal index of the wave resonator guided (Modal index).
リング導波路140は、第1の光および第2の光を導波する。図1では、リング導波路140は、第1の光および第2の光を反時計回りの方向に導波させる様子が示されている。リング導波路140は、所定の周期Λの分極反転構造150を有する。所定の周期Λは、関係Λ=λn/2×[1/(nn’−nn)]を満たす。これにより、リング導波路140は、第1の光を第2の光へ波長変換することができる。リング導波路140の円周Lは、関係L=K×λn/nn(K:整数)を満たす。これにより、リング導波路140内にて波長変換された第2の光は、リング導波路140内を導波・共振する。
The
リング導波路140は、入力導波路120および出力導波路130とそれぞれ光学的に結合する領域160および170を有する。リング導波路140と、入力導波路120および出力導波路130とは、それぞれ、領域160および領域170において、例えば、200nmの距離を設けられる。
次に、光学素子100の動作を説明する。
入力導波路120には波長λ1、λ2、…、λn(nは1以上の整数)を有する第1の光が図1の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路120を伝播する第1の光のうち波長λnの光は、領域160において、リング導波路140と光学的に結合する。その結果、第1の光のうち波長λnを有する光のみ、領域160にて、リング導波路140へと分波され、それ以外の波長λ1、λ2、…、λn−1の光は、入力導波路120を伝播する。
Next, the operation of the
First light having wavelengths λ 1 , λ 2 ,..., Λ n (n is an integer of 1 or more) propagates from the left to the right in FIG. Such light can be, for example, light from an arbitrary light source such as an optical fiber or a semiconductor laser focused by a lens. Of the first light propagating through the
リング導波路140へと分波された第1の光は、リング導波路140内を伝播する。その間に、第1の光は、リング導波路140に形成された周期分極反転構造150によって、その第二高調波と擬似位相整合し、第1の光は波長λn’の第2の光へと波長変換される。波長λnとλn’とは、関係λn’=λn/2を満たす。したがって、リング導波路140内には、波長λnを有する第1の光および波長λn’を有する第2の光が伝播する。波長変換されたリング導波路140を導波・共振する第2の光は、リング導波路140を複数回伝播するだけで、所望の変換効率を達成できるので、従来のバルク型波長変換素子に比べて、光学素子100の劇的な小型化が可能となる。
The first light demultiplexed into the
次いで、リング導波路140を伝播する第1の光および第2の光のうち第2の光は、領域170において、出力導波路130と光学的に結合し、分波され、図1の右から左へと伝播する。このようにして、波長変換及び波長選択を達成し得る。
光の導波モードは、例えば、強誘電体単結晶110としてZカットのLNおよびLTを用いた場合には、光学素子100の効率の観点から、TEモード(すなわち、光の電界方向とZ軸方向とが平行)が採用され得る。強誘電体単結晶110としてLNおよびLT以外を用いる場合、リング導波路140と第1の光とは、強誘電体単結晶110の結晶軸に対する方向条件(すなわち、光の電界方向)を適宜選択し、非線形定数が最大となるように設定され得る。
Next, the second light out of the first light and the second light propagating through the
For example, when Z-cut LN and LT are used as the ferroelectric
本発明の第1の実施形態によれば、リング導波路140に周期分極反転構造150を設けることにより、波長変換及び波長選択を同時に達成することができる。また、このような光学素子100は、従来の波長変換素子に比べて極めて小型にすることが可能であり、このような新規な光学素子を、変調器等の既存の素子と組み合わせることにより、新規な機能融合型光学デバイスが期待できる。
According to the first embodiment of the present invention, by providing the periodically poled
(第2の実施形態)
図2は、本発明による光学素子の第2の実施形態を示す模式図である。
本発明の第2の実施形態である光学素子200は、光学素子100と同様に強誘電体単結晶110上に位置する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the optical element according to the present invention.
The
光学素子200は、入力導波路120と、出力導波路210と、入力導波路120と出力導波路210との間に位置するリング導波路140と、別のもう1つのリング導波路220とを含む。入力導波路120、出力導波路210、リング導波路140、及び、リング導波路220は、リッジ型導波路であってもよいし、Tiまたはプロトン等を拡散させた拡散導波路であってもよい。導波路の幅は、導波させたい波長にも依存するが、例えば、2μm〜6μmであり得る。入力導波路120、出力導波路210、リング導波路140及び、リング導波路220は、いずれも強誘電体単結晶110からなる。入力導波路120およびリング導波路140は、図1と同様であるため説明を省略する。
The
出力導波路210は、図1の出力導波路130と同様に、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。出力導波路210は、少なくとも第2の波長λn’を有する第2の光を導波させ、少なくとも第2の波長λn’に対して少なくとも第2の実効屈折率nn’を有する。ここで、第1の波長λnと第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たす。図2では、出力導波路210は、第2の光を向かって左から右へと導波させる様子が示されている。
The
リング導波路220は、領域230においてリング導波路140と光学的に結合する。リング導波路220の円周L’は、関係L’=K’λn’/nn’(K’:整数)を満たす。この条件により、リング導波路220は、少なくとも第2の光を導波させることができる。より好ましくは、リング導波路220の円周L’は、関係L’=(K”+0.5)×λn/nn(K”:整数)をさらに満たす。この条件により、第1の光がリング導波路220を導波しないので、リング導波路140を伝播する第1の光および第2の光のうち、第2の光のみを確実にリング導波路220に分波することができる。この結果、第1の光がリング導波路140からリング導波路220に漏れることによる波長変換効率の低下が抑制されるので、高効率(理論的には100%。但し、効率は、伝搬損失、および、第1の光と第2の光との入出力導波路120、210およびリング導波路140、220における結合損失によっては制限される場合があることを理解されたい。なお、このような損失は、最大でも20%程度である。)の光学素子200を提供することができる。図2では、リング導波路220は、第2の光を時計回りの方向に伝播させる様子が示されている。リング導波路220内を伝播した第2の光は、領域240において出力導波路240と光学的に結合する。
次に、光学素子200の動作を説明する。
入力導波路120には波長λ1、λ2、…、λn(nは1以上の整数)を有する第1の光が図2の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路120を伝播する第1の光のうち波長λnの光は、領域160において、リング導波路140と光学的に結合する。その結果、第1の光のうち波長λnを有する光のみ、領域160にて、リング導波路140へと分波され、それ以外の波長λ1、λ2、…、λn−1の光は、入力導波路120を伝播する。
Next, the operation of the
First light having wavelengths λ 1 , λ 2 ,..., Λ n (n is an integer of 1 or more) propagates from the left to the right in FIG. Such light can be, for example, light from an arbitrary light source such as an optical fiber or a semiconductor laser focused by a lens. Of the first light propagating through the
リング導波路140へと分波された第1の光は、リング導波路140内を伝播する。その間に、第1の光は、リング導波路140に形成された周期分極反転構造150によって、その第二高調波と擬似位相整合し、第1の光は波長λn’の第2の光へと波長変換される。波長λnとλn’とは、関係λn’=λn/2を満たす。したがって、リング導波路140内には、波長λnを有する第1の光および波長λn’を有する第2の光が伝播する。このように、第1の光は、リング導波路140を複数回伝播するだけで、所望の変換効率(理論的には100%)を達成できるので、従来のバルク型波長変換素子に比べて、光学素子200の劇的な小型化を可能にし得る。
The first light demultiplexed into the
次いで、リング導波路140を伝播する第1の光および第2の光のうち少なくとも第2の光は、領域230において、別のもう1つのリング導波路220と光学的に結合し、分波される。リング導波路220に分波された第2の光は、リング導波路140における伝播方向と異なる方向、例えば、図2においては、時計周りに伝播し得る。次いで、第2の光は、領域240において、出力導波路210と光学的に結合し、図2の左から右へと伝播する。このようにして、波長変換及び波長選択を達成し得る。
Then, at least a second light of the first light and the second light propagating through the
図1の光学素子100と異なり、光学素子200は、分波したい光の導波方向を制御することができる。さらに重要なことには、光学素子200は、リング導波路220によって、第2の光のみを理論的に100%の効率で出力導波路210へ伝播させることができる(すなわち、第1の光の出力導波路210への漏れを理論的に100%の効率で抑制され得る)。本発明による光学素子200は、光学素子100の効果に加えて、別のもう1つのリング導波路220を設けることにより、光の導波方向を任意に制御することができるとともに、第2の光のみを確実に分波できるので、デバイス設計において有利である。
Unlike the
第1及び第2の実施形態では、入力導波路120、リング導波路140、リング導波路220、及び、出力導波路130、210は、いずれも強誘電体単結晶110上に設けられている。しかしながら、本発明は、リング導波路140を強誘電体単結晶110上に設けて、入力導波路120を導波する光に対して擬似位相整合すればよく、リング導波路140以外の入力導波路120、別のもう1つのリング導波路220、及び、出力導波路130、210は、必ずしも強誘電体単結晶110上に設ける必要はない。これらをその他の基板に設け、光学的かつ機械的に結合させてもよい。このようにすることにより、ユーザの希望に応じた設計が任意にできる。
In the first and second embodiments, the
また、第1及び第2の実施形態では、リング導波路140において第二高調波発生する場合を説明してきた。しかしながら、本発明は、これに限定されない。本発明の技術を用いれば、当業者であれば、リング導波路140において第三高調波発生、差周波発生、光パラメトリック発振するように、光学素子100、200を適宜設計することを容易に想到し得る。特に、光学素子100、200を光パラメトリック発振する場合においては、リング共振器による大きなQファクタと、リッジ型導波路による大きな閉じ込め効果とによって、発振閾値を大幅に低減させることができる。これにより、チップ上の光パラメトリック発振器も実現可能である。また、光学素子100、200は、従来のバルク型OPO素子に必要とされたミラーを不要とするので、製造工程を簡略化することもできる。
In the first and second embodiments, the case where the second harmonic is generated in the
第1及び第2の実施形態の光学素子100、200は、いずれも既存の任意の技術を用いて製造することができる。
The
本発明によれば、強誘電体単結晶基板上のリング導波路に周期分極反転構造を設けることにより、波長変換及び波長選択を同時に達成することができる。このような光学素子は、従来の波長変換素子に比べて極めて小型にすることができ、このような新規な光学素子を、変調器等の既存の素子と組み合わせることにより、新規な機能融合型光学デバイスが期待できる。 According to the present invention, wavelength conversion and wavelength selection can be achieved simultaneously by providing a periodically poled structure in a ring waveguide on a ferroelectric single crystal substrate. Such an optical element can be made extremely small as compared with a conventional wavelength conversion element, and by combining such a new optical element with an existing element such as a modulator, a novel function fusion type optical The device can be expected.
100、200:光学素子
110:強誘電体単結晶
120:入力導波路
130、210:出力導波路
140:リング導波路
150:分極反転構造
160、170、230、240:領域
220:別のもう1つのリング導波路
3000:波長選択フィルタ
3100:入力導波路
3200:出力導波路
3300:リング共振器
3400:共振波長調整用構造体
4000:波長変換素子
4100:周期分極反転構造
100, 200: Optical element 110: Ferroelectric single crystal 120:
Claims (5)
前記第1の波長λnと前記第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周L及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ=λn/2×[1/(nn’−nn)]
L=K×λn/nn(K:整数) It is guided first light having at least a first wavelength lambda n, the input waveguide having at least a first effective refractive index n n for at least a first wavelength lambda n, at least a second wavelength 'is guided a second light having a said at least a second wavelength lambda n' lambda n and an output waveguide having at least a second effective refractive index n n 'with respect to the input waveguide and said output In an optical element including a ring waveguide that is positioned between a waveguide and guides the first light and the second light,
The first wavelength λ n and the second wavelength λ n ′ satisfy the relationship λ n ′ = λ n / 2,
The ring waveguide is formed on a nonlinear optical single crystal and has a polarization inversion structure having a predetermined circumference L and a predetermined period Λ satisfying the following relationship.
Λ = λ n / 2 × [1 / (n n ′ −n n )]
L = K × λ n / n n (K: integer)
前記第1の光および前記第2の光の導波モードは、TEモードであることを特徴とする、請求項4に記載の光学素子。 The nonlinear optical single crystal is a Z-cut substrate,
The optical element according to claim 4, wherein a waveguide mode of the first light and the second light is a TE mode.
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