JP2011247913A - 波長変換装置 - Google Patents

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修 忠永
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雅生 遊部
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毅伺 梅木
Katsuaki Magari
克明 曲
Isao Tomita
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Abstract

【課題】部品点数を減らし、かつ容易な光接続を可能にする方法を利用することにより、安価な波長変換装置を提供する。
【解決手段】非線形光学媒質からなる波長変換部を備え、入力した光を第二高調波に変換して出力する波長変換装置であって、第一の出力光導波路及び第二の出力光導波路を備え、波長変換部と同一基板上に集積化されて接続された分波部であって、非線形光学媒質内を透過した入力光を第一の出力光導波路に出力し、第二高調波を第二の出力光導波路に出力する分波部と、第一の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第一の光ファイバと、第二の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第二の光ファイバとを備え、第一の光ファイバのコアは第一の出力光導波路のコアと接合され、第二の光ファイバのコアは第二の出力光導波路のコアと接合され、第二の光ファイバはマルチモードファイバである。
【選択図】図10

Description

本発明は、波長変換を利用した波長変換装置に関し、より詳細には、通信の波長帯の光を可視領域に波長変換する波長変換装置に関する。
可視光領域から中赤外光領域まで様々な波長領域において、光を出力することができる半導体レーザが研究開発されている。しかしながら、例えば波長500〜600nmの可視光領域、または波長2〜5μmの近赤外から中赤外の波長領域では、室温で簡易に使用できる光源が実現されていないのが現状である。そこで、このような光源から直接光を発生することが困難な波長領域においては、非線形光学効果を用いた波長変換を利用した光源が用いられる。また、1.55μm帯などの通信波長帯では、WDM信号に対応した様々な波長の成熟したレーザが市販されているために、通信波長帯の光を波長変換することによる可視域の光源が開発されている。
従来、第二高調波発生、和周波発生、差周波発生などの種々の二次非線形光学効果を利用した波長変換素子及びその波長変換素子を用いて構成された波長変換装置が知られている。第二高調波発生を利用する第二高調波発生装置は、入射光を、その入射光の波長の半波長(二倍の周波数)の光である第二高調波に変換することができる。和周波発生を利用する和周波発生装置は、異なる2つの波長の光を、これらの光の周波数の和に相当する周波数の光に変換することができる。差周波発生装置は、異なる2つの波長の光を、これらの光の周波数の差に相当する周波数の光に変換することができる。さらに、差周波発生装置は、入射光の一方の光強度が他方の光強度と比較して充分大きい場合には、パラメトリック効果により、入射光の強度を増幅する光増幅装置として構成することができる。また、パラメトリック効果を利用したパラメトリック共振器を構成することにより、波長可変光源を構成することも可能である。
以下、和周波発生装置を例にして、従来の波長変換素子の動作原理を簡単に説明する。二次非線形光学効果を利用した従来の波長変換素子では、波長λ1の光及び波長λ2の光を非線形光学媒質に入射することにより、波長λ3の変換光へと変換する。これらの3つの波長間では次式で与えられる関係が成立する。
Figure 2011247913
(式1)においてλ1とλ2とが等しい場合、第二高調波発生と呼ばれ、波長λ1(=λ2)と発生する第二高調波の波長λ3との間には、以下の関係が成り立つ。
Figure 2011247913
このような第二高調波発生を利用した通信用デバイスとして、非特許文献1に示すものがある。図1は、非特許文献1に示されるような従来の波長変換装置において、その構成において第二高調波発生に必要な部分の概略を示す。
図1に示されるように、従来の波長変換装置は、周期分極反転が施されたLiNbO3基板101と、LiNbO3基板101に作製された光導波路102と、波長λ1の入力光103を波長λ1の透過入力光108と波長λ3の変換光111とに分波する分波部107とで構成される。
LiNbO3のような強誘電体結晶では、非線形光学定数の正負は自発分極の極性に対応している。そこで、自発分極を反転することにより非線形光学定数の符号を周期的に反転することができる。以下、非線形光学定数の符号が周期的に反転されている構成を有する構造を周期分極反転構造という。
入力光103は、光ファイバ104からレンズ105a及びレンズ105bを介して光導波路102に入力される。光導波路102内では、二次非線形光学効果により、入力光の波長λ1が(式2)に従って波長λ3に波長変換される。光導波路102からの出力光は、レンズ106を介して分波部107によって、波長λ1を有する透過入力光108と波長λ3を有する変換光111とに分波される。透過入力光108は、レンズ109を介して光ファイバ110に入力される。変換光111は、レンズ112を介して光ファイバ113に入力される。
ここで、入力光の波長λ1は、1.55μm帯であるため、光ファイバ110には、1.55μm帯光でシングルモードになるようにモードフィールド径が10μm程度の光ファイバが使用されている。変換光の波長λ3は、0.78μm帯であるため、光ファイバ113には、0.78μm帯でシングルモードになるようにモードフィールド径が5μm程度の光ファイバが使用されている。
また、非特許文献2に示されるように、1.3μm帯光の第二高調波を利用するデバイスが提案されている。非特許文献2に示される波長変換装置は、図1の波長変換装置においてレンズ112および光ファイバ113がなく、第二高調波が空間に放射される構成を有する。
ここで、1.3μm帯光は、一般にO−bandと呼ばれており、1260nmから1360nmの間の波長帯の光をいう。このような1.3μm帯光は、加入者系光ネットワークで使用される。そのため、1.3μmの波長帯で用いられる光デバイスは、低価格であることが求められる。
M.Asobe et al., Electronics Letters, Vol. 45, No. 10. pp. 519-521, 2009. T. Kubo et al., Optics Express, Vol. 18, No.3 pp. 2100-2105, 2010. T. Umeki et al., ECOC2009, Papaer 5.2.5
しかしながら、非特許文献2に示されるような従来技術では、レンズ・分波部など部品点数が多く、かつ波長変換素子とレンズとを光結合するという複雑な工程を取るため、波長変換装置が高価になるという問題があった。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、部品点数を減らし、かつ容易な光接続を可能にする方法を利用することにより、安価な波長変換装置を提供することにある。
上記のような問題を解決するために、請求項1に記載の波長変換装置は、基板上に設けられた非線形光学媒質からなる波長変換部を備え、入力した入力光を、前記非線形光学媒質内で生じる第二高調波発生により、第二高調波に変換して出力する波長変換装置であって、第一の出力光導波路及び第二の出力光導波路を備え、前記波長変換部と接続され、前記波長変換部と同一基板上に集積化された分波部であって、前記非線形光学媒質内を透過した前記入力光を前記第一の出力光導波路に出力し、前記非線形光学媒質内で生じた前記第二高調波を前記第二の出力光導波路に出力する分波部と、前記第一の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第一の光ファイバと、前記第二の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第二の光ファイバとを備え、前記第一の出力光導波路のコアは、前記第一の光ファイバのコアと接合され、前記第二の出力光導波路のコアは、前記第二の光ファイバのコアと接合され、前記第二の光ファイバは、マルチモードファイバであることを特徴とする。
また、請求項2に記載の波長変換装置は、請求項1に記載の波長変換装置において、前記非線形光学媒質は、LiNbO3、或いは、Mg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物としてLiNbO3に含有させた材料であって、前記波長変換部において前記非線形光学媒質の分極が周期的に反転されていることを特徴とする。
また、請求項3に記載の波長変換装置は、請求項1又は2に記載の波長変換装置において、前記入力した光の波長は、1260nmから1360nmであることを特徴とする。
また、請求項4に記載の波長変換装置は、請求項1から3のいずれかに記載の波長変換装置において、前記第二の光ファイバのコアは、コア径が50μm以上であることを特徴とする。
また、請求項5に記載の波長変換装置は、請求項1から4のいずれかに記載の波長変換装置において、前記第一の光ファイバ及び前記第二の光ファイバは、V型の溝を有するV溝ブロックの前記V溝に固定されることを特徴とする。
本発明によれば、波長変換器の分波部の集積化により、部品点数の低減が可能であることのみならず、分波部の集積化により、光ファイバアレイをV溝ブロックのV溝に固定するV溝接続法が採用でき、レンズなどの部材を低減でき、低価格な波長変換器を提供できる。また、そのV溝接続の際、第二高調波の出力されるポートの接続状態を監視しなくても良好な光結合が可能となる。これは、光接続方法の簡易化につながり、工程簡易化による低価格接続が可能となるばかりでなく、接続装置に角度調整軸を付属させる必要がなく、製造装置を低価格化することができ、作製する波長変換装置のさらなる低価格化につながる。
従来の波長変換器を説明する図である。 分波部を集積した波長変換器を示す図である。 分波部を集積した波長変換器と光ファイバアレイとの光接続を説明するための図である。 V溝ブロックに固定された光ファイバアレイと光導波路との断面図である。 2つの光導波路の中心間の距離と2つの光ファイバコアの中心間の距離との誤差を示す図である。 2つの光導波路と2つの光ファイバコアとの間の角度誤差を示す図である。 小コアファイバを用いた光ファイバアレイと2つの光導波路とを結合した際の光の接続損失を表すヒストグラムを示す。 小コアファイバを用いて角度調整を行った場合の光結合時の光の接続損失を表すヒストグラムである。 コア径が50μmの光ファイバを用いた場合の光導波路と光ファイバコアの位置関係を示す図である。 本発明の実施例に係る波長変換装置を示す図である。 50μmコアの光ファイバを用いた場合の光結合時の光の結合損失を表すヒストグラムである。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る波長変換装置においては、光ファイバにより非線形光学媒質に入力光が入力され、その非線形光学媒質内で第二高調波を発生させ、透過する入力光と第二高調波とを分波し、透過する入力光と第二高調波とをそれぞれ光ファイバに結合して出力するモジュールを安価に作製するため、分波部の集積化法及び光ファイバのV溝接続法を採用した。これにより、図1に示した従来の波長変換装置の構成よりも、レンズ及び分波部であるミラーの部品の省略ができるため、部品点数が減り、かつ工程が簡易化されるため、波長変換装置の低価格化が期待できる。分波部の集積化法及び光ファイバのV溝接続法に関しては、以下に説明する。
まず、分波部の集積化法から説明する。図2は、分波部を集積化した波長変換器を示す。非特許文献3に示されるように、近年、図2に示すような分波部を集積した波長変換器が実現されている。図2に示されるように、波長変換器201は、周期分極反転構造を有する波長変換部202と、マルチモード干渉型(MMI型)の分波部203とを基板204上に集積することで構成される。分波部203は、透過入力光導波路205及び第二高調波導波路206を有する。
波長変換部202に1.55μm帯の入力光が入射すると、波長変換部202における第二高調波発生により、入力光は0.78μm帯の第二高調波に変換される。第二高調波と変換されずに透過した透過入力光とが分波部203に入射すると、第二高調波及び透過入力光は、分波部203によって分波される。第二高調波は、第二高調波導波路206を介して0.78μm帯用の第二高調波ポート207に出射される。透過入力光は、透過入力光導波路205を介して1.55μm帯用の透過光ポート208に出射される。
ここで、非特許文献3に記載の波長変換器では、図2に示される分波部203を合波部として使用し、合波部が0.78μm帯光と1.55μm帯光とを入力して合波し、差周波発生を行っているが、波長変換部から1.55μm帯光と0.78μm帯光を入力すれば、入力光は分波され、1.55μm帯光及び0.78μm帯光がそれぞれ出力される。
続いて、V溝接続法について説明する。V溝接続法とは、V型の溝を有するV溝ブロックのV溝上に光ファイバアレイを固定し、レンズなどを介さずに接着剤などを用いて、波長変換器の導波路のコアとV溝ブロック上に固定された光ファイバアレイのコアとを接合することにより、光接続する方法である。
図3は、分波部を集積化した波長変換器のコアと光ファイバアレイのコアとを光接続する方法を説明するための図である。図3には、波長変換部302と分波部303とを基板304上に集積した波長変換器301と、光ファイバアレイ307と、光ファイバアレイ307を固定するためのV型の溝を有するV溝ブロック308とが示されている。分波部303は、透過入力光導波路305及び第二高調波導波路306を有する。
図3に示されるように、波長変換器301の透過入力光導波路305及び第二高調波導波路306に、V溝ブロック303上に固定された光ファイバアレイ307をそれぞれ光接続する場合は、透過入力光導波路305及び第二高調波導波路306のコアと、光ファイバアレイ307のコアとを光接続する必要がある。
図4は、V溝ブロックに固定された光ファイバアレイと光導波路との断面図である。図4には、光ファイバ401a及び光ファイバ401bと、光ファイバ401a及び光ファイバ401bを固定するためのV溝を有するV溝ブロック403と、基板405上に透過入力光導波路406a及び第二高調波導波路406bが設けられた波長変換器404が示されている。光ファイバ401a及び光ファイバ401bは、それぞれ、光ファイバコア402a及び光ファイバコア402bを有する。
本発明の実施形態では、図4に示されるような、V溝ブロック403上に固定された光ファイバ401a及び光ファイバ401bの光ファイバコア402a及び光ファイバコア402bを、それぞれ、基板405上に設けられた透過入力光導波路406a及び第二高調波導波路406bのコアと接合するV溝接続法を用いることにより、波長変換器と光ファイバとを光接続する。
ここで、非特許文献3の波長変換装置では、1.55μm帯光及び0.78μm帯光を合分波する合分波部を集積しているが、この合分波部のサイズを最適に設計することにより、1.3μm帯及び0.65μm帯の合分波部も同様に実現できる。そのため、非特許文献3の波長変換装置を加入者系光ネットワークに利用することも可能である。
V溝に配置された光ファイバアレイには、光ファイバコア間の距離が125μmピッチ、127μmピッチ、250μmピッチなどのものがある。
以下、光ファイバコア間の距離が127μmピッチの光ファイバアレイを例にして説明する。
図5は、2つの光導波路の中心間の距離と2つの光ファイバコアの中心間の距離との誤差を示す図である。図5には、光ファイバコア502aを有する光ファイバ501aと、光ファイバ501aと接続される光導波路503aと、光ファイバコア502bを有する光ファイバ501bと、光ファイバ501bと接続される光導波路503bとが示されている。
図5に示されるように、光ファイバコア502aの中心と光導波路503aのコアの中心が一致するように、光ファイバコア502aと光導波路503aのコアとが接続されている。一方で、光ファイバコア502bの中心と光導波路503bのコアの中心とが互いに一致していない状態で、光ファイバコア502bと光導波路503bのコアとが接続されている。これは、光ファイバコア502aと光ファイバコア502bとの中心間の距離と、光導波路503aのコアと光導波路503bのコアとの中心間の距離に距離誤差が生じているためである。この距離誤差は、光ファイバアレイと接続する光導波路を作製する際や、光ファイバアレイを作製する際に生じる誤差である。
この距離誤差が生じると、光ファイバコア502bの接続面と光導波路503bの接続面とで接触しない部分が生じ、光の接続損失が増大する。距離誤差が、例えば±2〜3μm以上となると、大きな接続損失が発生する。
図6は、2つの光導波路と2つの光ファイバコアとの間の角度誤差を示す図である。図6には、光ファイバコア602aを有する光ファイバ601aと、光ファイバ601aと接続される光導波路603aと、光ファイバコア602bを有する光ファイバ601bと、光ファイバ601bと接続される光導波路603bとが示されている。
図6に示されるように、光ファイバコア602aの中心と光導波路603aのコアの中心が一致するように光ファイバコア602aと光導波路603aのコアが接続されている。一方で、光ファイバコア602bの中心と光導波路603bのコアの中心とが互いに一致していない状態で、光ファイバコア602bと光導波路603bのコアとが接続されている。これは、光導波路603aのコアの中心と光導波路603bのコアの中心とを結ぶ線と、光ファイバコア602aの中心と光ファイバコア602bの中心とを結ぶ線とが同一線上になく、角度誤差が生じているためである。この角度誤差も、光ファイバアレイと接続する光導波路を作製する際や、光ファイバアレイを作製する際に生じる誤差である。この角度誤差が生じると、光ファイバコア602bの接続面と光導波路603bの接続面とで接触しない部分が生じ、光の接続損失が増大する。角度誤差が、例えば±2度以上となると、大きな接続損失が発生する。
図7は、光ファイバアレイと2つの光導波路とを結合した際の光の接続損失のヒストグラムを示す。図7に示されるヒストグラムは、波長0.65μm帯の第二高調波ポートは監視せず、波長1.3μm帯の入力光の透過入力光ポートが出力する光の光強度のみを監視しながら、透過入力光導波路のコアと光ファイバコアとの位置を調整することのみで、透過入力光ポートと光ファイバアレイのコアとの光軸調整を行って、光接続の接続テストを行うことにより作製された。第二高調波導波路のコアと光ファイバコアと接続する際は、距離誤差及び角度誤差は考慮に入れず、機械精度のみで行った。図7に示されるヒストグラムのサンプル数は20である。
図7(a)は、透過入力光ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。図7(b)は、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。
図7(a)に示すように、光軸調整を行った入射光の透過入力光ポートの接続損失は、0.5〜1.5dBの間に集中しており、安定な接続ができている。しかしながら、図7(b)に示すように、光軸調整を行っていない第二高調波ポートの接続損失は、1〜6dBであり、図7(a)で示されるような透過入力光ポートから出力される光の接続損失よりも大きく、かつばらついた接続損失特性が得られた。
図8は、光ファイバアレイと2つの光導波路を結合した際の光の接続損失のヒストグラムを示す。図8に示されるヒストグラムは、波長1.3μm帯の光を透過入力光ポートに通し、波長0.65μm帯の光を第二高調波ポートにそれぞれ通して、透過入力光ポート及び第二高調波ポートの2箇所の接続の光接続状態を同時に監視しながら、透過入力光導波路のコア及び第二高調波導波路のコアと光ファイバアレイのコアとの位置及び角度をそれぞれ調整して光軸調整を行って、光接続の接続テストを行うことにより作製された。図8に示されるヒストグラムのサンプル数は20である。
図8(a)は、透過入力光ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。図8(b)は、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。
図8(a)に示すように、透過入力光結合強度の分布は、図7(a)に示す値とほぼ同様であった。一方、図8(b)に示されるように、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のばらつきは、1〜3dBであった。従って、透過入力光ポート及び第二高調波ポートから出力される光の光強度を同時に監視しながら光軸調整を行った場合は、図7(b)に示されるような第二高調波ポートから出力される光の光強度を監視しない場合に比べて、光の接続損失のばらつきが半分に低減され、接続損失も半分に低減することができる。
しかしながら、透過入力光導波路のコア及び第二高調波導波路のコアと光ファイバコアとの光軸調整を行う場合、透過入力光ポート及び第二高調波ポートから出力される光の光強度を同時に監視しながら、光ファイバアレイ又は波長変換器の光導波路の角度制御を行うという複雑な接続工程をとる必要がある。そのため、このような複雑な接続工程が低価格接続の大きな障害となっていた。さらに、接続装置に角度調整軸を付属させる必要があり、製造装置の低価格化を妨げていた。
本問題を解決するために、波長変換器の光導波路と接続される光ファイバとして、コアの大きなマルチモードファイバを使用した。
非特許文献2に示すような、加入者光ネットワーク等で用いられるアプリケーションの場合、第二高調波に対する出力は、高速な信号を伝える必要がない。そのため、光導波路と接続する光ファイバは、シングルモードでなくてもよい。すなわち、第二高調波の光エネルギーを伝えればいいため、コアの大きなマルチモードファイバを使用することができる。現在市販されている大コアのマルチモードファイバは、コア径が50μm及び62.5μmの2種類がある。このようなコア径の大きな光ファイバを、第二高調波導波路と接続される光ファイバとして使用した場合を説明する。
図9は、コア径が50μmの光ファイバを用いた場合の光導波路と光ファイバコアの位置関係を示す図である。図9には、光ファイバコア902aを有する光ファイバ901aと、光ファイバ901aと接続される透過入力光導波路903aと、光ファイバコア902bを有する光ファイバ901bと、光ファイバ901bと接続される第二高調波導波路903bとが示されている。透過入力光導波路903aは透過光を出力し、第二高調波導波路903bは、第二高調波を出力する。
透過入力光導波路903a及び第二高調波導波路903bのコアサイズは、約7μm×7μmである。透過入力光導波路903aと第二高調波導波路903bとの中心間距離が127μmとなるように、透過入力光導波路及び第二高調波導波路が作製された。光ファイバコア902bは、コア径が50μmと大きなコアが用いられる。
図9(a)は、2つの光導波路と光ファイバアレイのコア間に距離誤差が発生した場合を説明するための図である。図9(a)から明らかなように、光ファイバコア902bのコア径が50μmと大きいため、光ファイバコア902bの中心と第二高調波導波路903bのコアの中心との間に数μmの距離誤差が生じる場合でも、第二高調波導波路903bの接続面は光ファイバコア902bの接続面と接触しない部分を生じることなく接触することができ、光の接続損失は増大しない。
図9(b)は、2つの光導波路と光ファイバアレイのコア間に角度誤差が発生した場合を説明するための図である。図9(b)から明らかなように、光ファイバコア902bのコア径が50μmと大きいため、光ファイバコア902bの中心と第二高調波導波路903bのコアの中心との間に数度の角度誤差が生じる場合でも、第二高調波導波路903bの接続面は光ファイバコア902bの接続面と接触しない部分を生じることなく接触することができ、光ファイバアレイの角度誤差が±10度程度となるまで光の接続損失の増大は起こらない。
以上のように、光ファイバコアにコア径が50μm以上の大きなコアを用いることにより、図4及び図5に示されるような小さな光ファイバコアを用いた場合より、距離誤差及び角度誤差の許容範囲が大きくなる。従って、第二高調波ポートから出力される光の光強度を監視する必要がなく、透過入力光導波路のコアと接続される光ファイバコアの光結合を考慮して光接続をするだけで、小さな損失で第二高調波導波路のコアと光ファイバコアとを光接続することが可能である。
図10は、本発明の実施例に係る波長変換装置を示す。図10には、LiTaO3基板1004上にLiNbO3からなる導波層が設けられた波長変換器1001と、波長変換器1001の透過入力光ポート1005及び第二高調波ポート1006と、波長変換器1001の入力ポート1008に接続された光ファイバ1007と、透過入力光ポート1005に接続された光ファイバ1009及び第二高調波ポート1006に接続された光ファイバ1010と、光ファイバ1009及び光ファイバ1010を固定するためのV溝が設けられたV溝ブロック1013とが示されている。
導波層は、周期分極反転構造を有する波長変換部1002と分波部1003とで構成される。分波部1003は、透過入力光導波路1011及び第二高調波導波路1012を有する。
透過入力光導波路1011のコア及び第二高調波導波路1012のコアと光ファイバ1009及び光ファイバ1010とをそれぞれ光接続する方法として、V溝接続法を用いた。すなわち、V溝ブロック1013のV溝に光ファイバ1009及び光ファイバ1010を固定し、透過入力光導波路1011のコアと光ファイバ1009のコアとを接合し、第二高調波導波路1012のコアと光ファイバ1010のコアとを接合することにより、光接続を行った。
透過入力光導波路1011のコア及び光ファイバ1009のコアは、互いの中心が一致するようにアライメントされており、第二高調波導波路1012のコア及び光ファイバ1010のコアは、機械精度のみでアライメントされている。
光ファイバ1009には、コア径約10μmの1.3μm帯光用シングルモードファイバを使用し、光ファイバ1010には、コア径50μmのグレーデッドインデックス(GI)ファイバを使用した。
光ファイバ1007から出力された1.3μm帯光を、波長変換器1001の入力ポート1008を介して波長変換部1002に入力した。入力光は、波長変換部1002における第二高調波発生によって、0.65μm帯光に変換される。波長変換部1002を透過した1.3μm帯光及びその第二高調波である0.65μm帯光は、分波部1003に入力され、分波される。分波された1.3μm帯光は、透過入力光導波路1011を介して透過入力光ポート1005に出力され、分波された0.65μm帯光は、第二高調波導波路1012を介して第二高調波ポート1006に出力される。透過入力光ポート1005から出力された1.3μm帯光は、光ファイバ1009に出力され、第二高調波ポート1006から出力された0.65μm帯光は、光ファイバ1010に出力される。
図11は、光ファイバアレイと2つの光導波路を結合した際の光の接続損失のヒストグラムを示す。図11に示されるヒストグラムは、波長0.65μm帯の第二高調波ポートは監視せず、波長1.3μm帯の入力光の透過入力光ポートが出力する光の光強度のみを監視しながら、透過入力光導波路のコアと光ファイバコアとの位置を調整することのみで、透過入力光ポートと光ファイバアレイのコアとの光軸調整を行って、光接続の接続テストを行うことにより作製された。さらに、波長0.65μm帯光の第二高調波導波路と接続される光ファイバとして、コア径が50μmの大きなコアの光ファイバを用いた。図11のヒストグラムのサンプル数は20である。
図11(a)は、透過入力光ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。図11(b)は、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。
図11(a)に示されるように、透過入力光ポートの接続損失の分布は、図7(a)、図8(a)に示す分布とほぼ同等であった。一方、図10(b)に示すように、第二高調波ポートの接続損失は、光強度を監視していないにもかかわらず、0〜1.5dBという非常に低い損失であった。
従って、図10に示されるような本発明の実施例に係る波長変換装置においては、第二高調波ポート1006の光強度を監視することなく、非常に低い損失で、第二高調波導波路1012と光ファイバ1010との光接続を行うことができた。
本実施例では、第二高調波導波路と接続される光ファイバとして、コア径が50μmであるGIファイバを用いたが、ステップインデックス型ファイバやコア径が62.5μmのファイバを用いてもよい。さらに、フォトニック結晶構造を有するラージモードエリアファイバを用いてもよい。
本実施例では、分波部にMMI型を用いたが、方向性結合器を用いてもよい。
また、本実施例では、1.3μm帯光を用いたが、波長変換器1001を適切に設計することにより、1.55μm帯光を入力して、1.55μm帯光と0.78μm帯光とに分波する分波部1003を有する波長変換器の光接続においても同様の効果が得られる。
さらに、本実施例では、LiNbO3を導波層として用いたが、LiNbO3にMg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有した材料であってもよい。また、導波路作製方法も、拡散型や直接接合型であっても問題ない。
101 LiNbO3基板
102、503a、503b、603a、603b、903a、903b 光導波路
103 入射光
104、110、113、401a、401b、501a、501b、601a、601b、901a、901b、1007、1009、1010 光ファイバ
105a、105b、106、109、112 レンズ
107、203、303、1003 分波部
108 透過入力光
111 変換光
201、301、404、1001 波長変換器
202、302、1002 波長変換部
204、304、405、1004 基板
205、306、406b、1011 第二高調波導波路
206、305、406a、1012 透過入力光導波路
207、1006 第二高調波ポート
208、1005 透過入力光ポート
307 光ファイバアレイ
308、403、1013 V溝ブロック
402a、402b、502a、502b、602a、602b、902a、902b 光ファイバコア
1008 入力ポート

Claims (5)

  1. 基板上に設けられた非線形光学媒質からなる波長変換部を備え、入力した入力光を、前記非線形光学媒質内で生じる第二高調波発生により、第二高調波に変換して出力する波長変換装置であって、
    第一の出力光導波路及び第二の出力光導波路を備え、前記波長変換部と接続され、前記波長変換部と同一基板上に集積化された分波部であって、前記非線形光学媒質内を透過した前記入力光を前記第一の出力光導波路に出力し、前記非線形光学媒質内で生じた前記第二高調波を前記第二の出力光導波路に出力する分波部と、
    前記第一の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第一の光ファイバと、
    前記第二の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第二の光ファイバとを備え、
    前記第一の光ファイバのコアは、前記第一の出力光導波路のコアと接合され、
    前記第二の光ファイバのコアは、前記第二の出力光導波路のコアと接合され、
    前記第二の光ファイバは、マルチモードファイバであることを特徴とする波長変換装置。
  2. 前記非線形光学媒質は、LiNbO3、或いは、Mg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物としてLiNbO3に含有させた材料であって、前記波長変換部において前記非線形光学媒質の分極が周期的に反転されていることを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。
  3. 前記入力した光の波長は、1260nmから1360nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の波長変換装置。
  4. 前記第二の光ファイバのコアは、コア径が50μm以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに波長変換装置。
  5. 前記第一の光ファイバ及び前記第二の光ファイバは、V型の溝を有するV溝ブロックの前記V溝に固定されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の波長変換装置。
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