JP2015225127A - Wavelength conversion device - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an output-stabilized wavelength conversion device that shows no decrease in an output even when the device is subjected to accurate wavelength control and that can achieve a stable high output in a wavelength conversion device for converting wavelengths by use of a nonlinear optical effect.SOLUTION: An output unit of a wavelength conversion element module separates second harmonic waves from an output of fundamental wave light; and an optical circulator 111 is disposed in a route of the separated fundamental wave light. The light passing through the optical circulator 111 is guided to an optical phase modulator 112 and subjected to phase modulation for achieving frequency modulation by phase modulation. The fundamental wave light subjected to the phase modulation and frequency modulation is returned by the optical circulator 111 through an input/output port 108 into the module. Second harmonic waves converted from the phase-modulated fundamental wave light are extracted from the output port 109 and detected by a photodetector 113. A feedback circuit 114 controls a temperature regulator 115 to increase an intensity of the second harmonic waves to the maximum based on an electric signal generated by photo-electric conversion in the photodetector 113.

Description

本発明は、光通信システムや光計測システムにおいて用いられる線形光学効果を用いた波長変換装置に関する。   The present invention relates to a wavelength converter using a linear optical effect used in an optical communication system or an optical measurement system.

光通信における光信号波長変換や光変調、光計測、光加工、医療、生物工学などの応用のための紫外域−可視域−赤外域−テラヘルツ域にわたるコヒーレント光の発生と変調のために、多くの非線形光学デバイスの開発が進められている。   Many for the generation and modulation of coherent light in the ultraviolet, visible, infrared, and terahertz range for applications such as optical signal wavelength conversion, optical modulation, optical measurement, optical processing, medicine, and biotechnology in optical communications Development of non-linear optical devices is underway.

このような素子に用いられる非線形光学媒質としては種々の材料が研究開発されており、ニオブ酸リチウム(LiNbO)などの酸化物系化合物基板は2次非線形光学定数が非常に高く有望な材料として知られている。このような材料の高い非線形光学特性を利用した光デバイスの一例として、擬似位相整合による第二高調波発生・差周波発生・和周波発生を利用した波長変換素子が知られている。 Various materials have been researched and developed as nonlinear optical media used in such elements, and oxide-based compound substrates such as lithium niobate (LiNbO 3 ) have very high second-order nonlinear optical constants as promising materials. Are known. As an example of an optical device using the high nonlinear optical characteristics of such a material, a wavelength conversion element using second harmonic generation, difference frequency generation, and sum frequency generation by pseudo phase matching is known.

例えば、2から5μmの中赤外の波長域には様々な環境ガスの基準振動などに対応する強い吸収線が存在するため、小型の中赤外光源の開発が望まれている。このようなセンシング用の中赤外域の光源は狭線幅であることが必要であり、技術的に成熟された1μm付近の励起光源と通信波長帯の信号光を用いる差周波発生が有望だと考えられている。   For example, strong absorption lines corresponding to various vibrations of environmental gases and the like exist in the mid-infrared wavelength region of 2 to 5 μm, and therefore, development of a small mid-infrared light source is desired. Such a light source in the mid-infrared region for sensing needs to have a narrow line width, and it is promising to generate a difference frequency using a technically mature excitation light source near 1 μm and signal light in the communication wavelength band. It is considered.

また、0.5μm付近の可視光の波長域には、半導体レーザでは実現の難しい波長域が存在することから、1μm付近の励起光源を用いて、第二高調波発生や和周波発生により、緑色光などの可視光の発生を行うことのできる波長変換技術が有望視されている。   In addition, since there is a wavelength range that is difficult to realize with a semiconductor laser in the visible light wavelength range near 0.5 μm, green light is generated by second harmonic generation or sum frequency generation using an excitation light source near 1 μm. A wavelength conversion technique capable of generating visible light such as light is promising.

近年、結晶のバルクの特性をそのまま利用できることから、ニオブ酸リチウム等の材料で高光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計が容易等の特徴を持つリッジ型の光導波路が研究開発されている。二枚の基板を接合して形成された光学素子の一方の基板を薄膜化した後リッジ加工をすることにより、リッジ型の光導波路を形成することができる。   In recent years, since the bulk characteristics of crystals can be used as they are, ridge-type optical waveguides having characteristics such as high light damage resistance, long-term reliability, and easy device design have been researched and developed using materials such as lithium niobate. A ridge-type optical waveguide can be formed by thinning one substrate of the optical element formed by joining two substrates and then performing ridge processing.

このようにして加工・作製されたニオブ酸リチウム等からなる光導波路は、実験室で用いる場合においては加工した素子(チップ)をそのまま設置して用いることもできるが、装置に組み込む場合や、市販品として出荷する場合には、製品の保護および利便性のために、利用に必要な関連する素子群をモジュールと呼ばれる機能性部品として、一つのパッケージ容器にまとめて封入する実装が行われることが一般的である。   The optical waveguide made of lithium niobate and the like thus processed can be used by directly installing the processed element (chip) when used in the laboratory, but it can be used in an apparatus or commercially available. In the case of shipping as a product, for protection and convenience of the product, there is a case in which a group of related elements necessary for use is packaged as a functional part called a module in a single package container. It is common.

図7(a)に、典型的な非線形光学素子を備えた波長変換素子モジュールの構成を示す。図7(a)は入力側および、出力側の光ファイバとの接続を容易にするために、入力ポート204、出力ポート205の各々で光ファイバを用いて結合が可能なファイバピグテール型モジュールの例である。この波長変換素子モジュールは、光導波路素子201、光導波路素子温度を制御するペルチェ素子のような温度調節素子、入出力側の光結合に用いる光学レンズ203、入出力用光ファイバ211、温度調節素子等と電気的に接続するための電極端子206、およびこれら素子類を収めるパッケージ容器202から構成されている。   FIG. 7A shows a configuration of a wavelength conversion element module including a typical nonlinear optical element. FIG. 7A shows an example of a fiber pigtail type module that can be coupled using an optical fiber at each of the input port 204 and the output port 205 in order to easily connect the input side and output side optical fibers. It is. This wavelength conversion element module includes an optical waveguide element 201, a temperature adjustment element such as a Peltier element for controlling the temperature of the optical waveguide element, an optical lens 203 used for optical coupling on the input / output side, an input / output optical fiber 211, and a temperature adjustment element. And the like, and a package container 202 for housing these elements.

図7(a)では、光源210から入力ポート204を経由して光導波路素子201の入力端から変換に利用する基本波光を入力し、光導波路素子201の出力端から出力された変換光と変換されなかった基本波光とが、出力ポート205を経由して出力される。電極端子206やパッケージ容器202は通常、電気伝導性や熱伝導性に優れた金属材料で作製される。素子の温度を制御する温度調節素子は、例えば光導波路素子201の下側に配置され、パッケージの電極端子206と電気配線により接続されている。   In FIG. 7A, the fundamental wave light used for conversion is input from the light source 210 via the input port 204 from the input end of the optical waveguide device 201, and the converted light and the conversion light output from the output end of the optical waveguide device 201 are converted. The fundamental wave light that has not been output is output via the output port 205. The electrode terminal 206 and the package container 202 are usually made of a metal material having excellent electrical conductivity and thermal conductivity. The temperature adjustment element that controls the temperature of the element is disposed, for example, below the optical waveguide element 201 and is connected to the electrode terminal 206 of the package by electric wiring.

図8(a)、(b)に、変換光として第二高調波を発生する波長変換素子モジュールの模式図を示す。図8(a)では、出力側にファイバを用いておらず空間に出力する方式である。利用するのは第二高調波のみであるため、出力側から出力される変換されなかった基本波光をカットするために適切な波長フィルタ220を配置している。図8(b)では、出力側にもファイバを用いている方式である。この場合はパッケージの内部に特定の波長のみを反射させるダイクロイックミラー等の波長分離フィルタ208を配置して、基本波光を第二高調波とは異なる方向に分離している。図8(b)では、出力ポート209に基本波光、出力ポート205に第二高調波を出力している。   FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams of wavelength conversion element modules that generate second harmonics as converted light. FIG. 8A shows a system in which a fiber is not used on the output side and output to space. Since only the second harmonic is used, an appropriate wavelength filter 220 is disposed to cut the unconverted fundamental wave light output from the output side. In FIG. 8B, a fiber is also used on the output side. In this case, a wavelength separation filter 208 such as a dichroic mirror that reflects only a specific wavelength is disposed inside the package to separate the fundamental light in a direction different from the second harmonic. In FIG. 8B, the fundamental wave light is output to the output port 209 and the second harmonic is output to the output port 205.

上述のような構成が波長変換モジュールの基本構成であるが、要求される仕様に応じて構成が変化する。特に、出力光強度を一定にする場合や精密に制御する場合は図8(a)、(b)の構成だけでは変換光の出力を制御することができず不十分である。このような場合には、出力をモニタし、フィードバック制御を行う仕組みが必要である。   The configuration as described above is the basic configuration of the wavelength conversion module, but the configuration changes according to the required specifications. In particular, when the output light intensity is made constant or precisely controlled, the output of the converted light cannot be controlled with the configuration of FIGS. 8A and 8B alone. In such a case, a mechanism for monitoring the output and performing feedback control is necessary.

図9(a)、(b)に、従来の波長変換装置において、第二高調波の出力を波長の精密制御により安定化する構成の説明図を示す。本構成では、出力光の第二高調波の一部を、光カプラ等の光分岐手段212で分岐して光検出器213で受け、その結果をもとに制御部214で温度調節器215を制御して光導波路素子201の温度を調整するものである。ニオブ酸リチウム等の波長変換素子では素子温度を変化させることで材料の屈折率が変化し、出力波長を最大の変換効率を示す波長に変化させることができる。   FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams of a configuration in which the output of the second harmonic is stabilized by precise wavelength control in the conventional wavelength converter. In this configuration, a part of the second harmonic of the output light is branched by the optical branching means 212 such as an optical coupler and received by the photodetector 213, and the temperature controller 215 is controlled by the control unit 214 based on the result. The temperature of the optical waveguide device 201 is adjusted by control. In a wavelength conversion element such as lithium niobate, the refractive index of the material is changed by changing the element temperature, and the output wavelength can be changed to a wavelength showing the maximum conversion efficiency.

このような方法により、光導波路素子201の使用開始時、または一定時間ごとに、検出される光信号を最大にするように導波路素子温度の調整を行うことで出力光強度の精密制御が可能である。   By such a method, the output light intensity can be precisely controlled by adjusting the waveguide element temperature so as to maximize the detected optical signal at the start of use of the optical waveguide element 201 or at regular intervals. It is.

図9(b)は、光源210が波長可変光源である場合において、制御部214が光源210も制御することで基本波光の波長の制御も併せて行えるようにしたモジュール構成である。   FIG. 9B shows a module configuration in which when the light source 210 is a variable wavelength light source, the control unit 214 also controls the light source 210 to control the wavelength of the fundamental wave light.

一方で、光導波路素子201の温度を制御する以外にも、出力波長および出力光強度を一定とする目的で、光源の出力波長を最大の変換効率を示す波長に一致させる方法も知られている(特許文献1、特許文献2参照)。   On the other hand, in addition to controlling the temperature of the optical waveguide device 201, a method of matching the output wavelength of the light source with the wavelength exhibiting the maximum conversion efficiency is also known for the purpose of making the output wavelength and the output light intensity constant. (See Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許第3329446号公報Japanese Patent No. 3329446 特許第3526282号公報Japanese Patent No. 3526282 特開2006−19603号公報JP 2006-19603 A

Amnon Yariv著、多田邦雄・神谷武志共訳、「光エレクトロニクスの基礎」、丸善株式会社、PP.247−248Amnon Yariv, co-translated by Kunio Tada and Takeshi Kamiya, “Basics of Optoelectronics”, Maruzen Co., Ltd., PP. 247-248

しかしながら、上述のようなフィードバック制御を行うモジュール構成では、出力をモニタするために出力された変換光の一部を分岐する必要があり、その分利用できる出力が弱くなってしまうという課題がある。通常、1:20程度の分岐比の光カプラを用いて1/20程度の出力をモニタするが、分岐比を大幅に下げ過ぎるとモニタ光の検出が困難になる。   However, in the module configuration that performs the feedback control as described above, it is necessary to branch a part of the converted light that is output in order to monitor the output, and there is a problem that the available output becomes weak accordingly. Usually, an output of about 1/20 is monitored using an optical coupler having a branching ratio of about 1:20. However, if the branching ratio is significantly lowered, detection of monitor light becomes difficult.

分岐比を通常よりも低く抑える場合、光アンプを挿入することや、あるいは高感度の検出器を使用することでモニタ光の検出を可能にすることはできるが、モジュールが高価格になるという課題がある。基本波光源に光アンプを挿入するなどして、基本波光の入力パワーを十分大きくできれば、多少の分岐はアンプ出力の調整で補える場合があるが、安価な光アンプが入手できない波長帯も存在する。   When the branching ratio is kept lower than usual, it is possible to detect monitor light by inserting an optical amplifier or using a highly sensitive detector, but the problem is that the module is expensive. There is. If the input power of the fundamental wave light can be increased sufficiently by inserting an optical amplifier into the fundamental light source, etc., some branching may be compensated by adjusting the amplifier output, but there are also wavelength bands where inexpensive optical amplifiers are not available. .

また、出力を分岐してモニタする場合でも、出力を最大化するためには基本波光源に変調を加える等の制御が必要となるが、このような制御を行うと線幅が広くなってしまい、狭線幅で高性能の波長変換は実現できないという課題がある。   Even when the output is split and monitored, control such as modulation of the fundamental light source is necessary to maximize the output, but such control increases the line width. However, there is a problem that high-performance wavelength conversion with a narrow line width cannot be realized.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、非線形光学効果を利用して波長変換を行う波長変換装置において、精密な波長制御を施しても出力の低下が無く、安定した高出力が可能な出力安定化波長変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to reduce output even when precise wavelength control is performed in a wavelength conversion device that performs wavelength conversion using a nonlinear optical effect. It is an object of the present invention to provide an output stabilization wavelength converter capable of providing a stable and high output.

上記の課題を解決するために、本発明は、1以上の基本波光から波長の異なる変換光を発生させる非線形光学素子と、前記非線形光学素子の第1の端面に基本波光を入射する入力ポートと、前記非線形光学素子の第2の端面から第1の変換光を出射する第1の出力ポートと、前記非線形光学素子の温度を調整する温度調整手段とを備えた波長変換装置であって、前記第2の端面と前記出力ポートとの間に配置された、前記第1の変換光と前記基本波光とを分離する第1の波長分離フィルタと、前記第1の波長分離フィルタで前記第1の変換光と分離された前記基本波光を出射する入出力ポートと、前記入出力ポートから出射された前記基本波光に位相変調を施して前記入出力ポートに位相変調された基本波光を入射する位相変調手段と、前記第1の端面と前記入力ポートとの間に配置された、前記位相変調された基本波光から発生する第2の変換光と前記位相変調された基本波光とを分離する第2の波長分離フィルタと、前記第2の波長分離フィルタで前記位相変調された基本波光と分離された前記第2の変換光を出射する第2の出力ポートと、前記第2の出力ポートから出射された前記第2の変換光を検出する光検出器と、前記光検出器によって検出された信号強度変化に基づき前記位相変調手段における位相変調量と前記温度調整手段を制御する帰還回路と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a nonlinear optical element that generates converted light having a different wavelength from one or more fundamental wave lights, and an input port that inputs the fundamental wave light to the first end face of the nonlinear optical element. A wavelength conversion device comprising: a first output port that emits first converted light from a second end face of the nonlinear optical element; and a temperature adjusting unit that adjusts a temperature of the nonlinear optical element, A first wavelength separation filter disposed between a second end face and the output port for separating the first converted light and the fundamental light; and the first wavelength separation filter for the first wavelength separation filter. An input / output port that emits the fundamental light separated from the converted light, and a phase modulation that applies phase modulation to the fundamental light emitted from the input / output port and enters the phase-modulated light into the input / output port Means and said A second wavelength separation filter that is disposed between the end face of 1 and the input port and separates the second converted light generated from the phase-modulated fundamental light and the phase-modulated fundamental light; A second output port for emitting the second converted light separated from the phase-modulated fundamental light by the second wavelength separation filter; and the second conversion emitted from the second output port. A photodetector for detecting light; and a feedback circuit for controlling the phase modulation amount in the phase modulation unit and the temperature adjustment unit based on a change in signal intensity detected by the photodetector. .

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の波長変換装置において、前記帰還回路はさらに基本波光源を制御することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the wavelength converter according to the first aspect, the feedback circuit further controls a fundamental wave light source.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の波長変換装置において、前記非線形光学素子は、前記変換光として第二高調波を発生させることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the wavelength conversion device according to the first or second aspect, the nonlinear optical element generates a second harmonic as the converted light.

請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の波長変換装置において、前記非線形光学素子は、前記変換光として和周波又は差周波を発生させ、前記位相変調手段は、光合分波回路をさらに備え、前記入出力ポートから出力された前記基本波光の内、前記光合分波回路により分離された所定の波長の基本波光に位相変調を施し、位相変調された前記所定の波長の基本波光を含む前記基本波光を前記入出力ポートに入射することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the wavelength conversion device according to the first or second aspect, the nonlinear optical element generates a sum frequency or a difference frequency as the converted light, and the phase modulation means includes optical multiplexing / demultiplexing. A circuit further comprising: phase modulating the fundamental wave light of a predetermined wavelength separated by the optical multiplexing / demultiplexing circuit among the fundamental wave light output from the input / output port; The fundamental wave light including wave light is incident on the input / output port.

請求項5に記載の発明は、請求項1、2又は4に記載の波長変換装置において、前記位相変調手段は、光サーキュレータと、光位相変調器と、を含み、前記入出力ポートから出射された前記基本波光が前記光サーキュレータを介して前記光位相変調器に入射され、前記光位相変調器において位相変調された前記基本波光が前記光サーキュレータを介して前記入出力ポートに入射されることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the wavelength converter according to the first, second, or fourth aspect, the phase modulation means includes an optical circulator and an optical phase modulator, and is emitted from the input / output port. The fundamental light is incident on the optical phase modulator via the optical circulator, and the fundamental light phase-modulated by the optical phase modulator is incident on the input / output port via the optical circulator. Features.

請求項6に記載の発明は、請求項1、2又は4に記載の波長変換装置において、前記位相変調手段は、光合分波回路と、光位相変調器と、を含み、前記入出力ポートから出射された前記基本波光が前記光合分波回路を介して前記光位相変調器に入射され、前記光位相変調器において位相変調された前記基本波光が前記光合分波回路を介して前記入出力ポートに入射されることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the wavelength converter according to the first, second, or fourth aspect, the phase modulation means includes an optical multiplexing / demultiplexing circuit and an optical phase modulator, and the input / output port The emitted fundamental wave light is incident on the optical phase modulator via the optical multiplexing / demultiplexing circuit, and the fundamental wave light phase-modulated by the optical phase modulator is input / output port via the optical multiplexing / demultiplexing circuit. It is characterized by being incident on.

請求項7に記載の発明は、請求項1、2又は4に記載の波長変換装置において、前記位相変調手段は、反射型光位相変調器であることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the wavelength converter according to the first, second, or fourth aspect, the phase modulation means is a reflection type optical phase modulator.

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の波長変換装置において、前記第1および第2の波長分離フィルタは、誘電体膜を用いたダイクロイックミラーであることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the wavelength converter according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and second wavelength separation filters are dichroic mirrors using a dielectric film. And

請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の波長変換装置において、前記非線形光学素子は、周期的に分極反転された二次非線形光学材料からなることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 8, wherein the nonlinear optical element is made of a second-order nonlinear optical material that is periodically poled. .

請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の波長変換装置において、前記非線形光学素子は、リッジ型光導波路であることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the wavelength converter according to the ninth aspect, the nonlinear optical element is a ridge type optical waveguide.

本発明によれば、非線形光学効果を利用して波長変換を行う波長変換装置において、精密制御のために出力を低下させること無く、安定した高出力が可能になる。さらに、特に優れた効果として、長期間出力を安定させながらも狭線幅の波長変換が可能になる。   According to the present invention, in a wavelength conversion device that performs wavelength conversion using a nonlinear optical effect, stable high output is possible without reducing output for precise control. Further, as a particularly excellent effect, it is possible to perform wavelength conversion with a narrow line width while stabilizing the output for a long time.

(a)、(b)は、本発明の実施形態1に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図である。(A), (b) is the schematic of the wavelength converter which stabilized the output which concerns on Embodiment 1 of this invention. 位相変調を施した光の周波数成分を説明した図である。It is a figure explaining the frequency component of the light which performed the phase modulation. (a)は、波長変換装置における変換光強度と波長の関係を説明した図であり、(b)は、変換光強度の微分係数に相当する変調成分強度と波長の関係を説明した図である。(A) is the figure explaining the relationship between the conversion light intensity | strength and wavelength in a wavelength converter, (b) is the figure explaining the relationship between the modulation | alteration component intensity | strength corresponded to the differential coefficient of conversion light intensity | strength, and a wavelength. . 本発明の実施形態2に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図である。It is the schematic of the wavelength converter which stabilized the output which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図である。It is the schematic of the wavelength converter which stabilized the output which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図である。It is the schematic of the wavelength converter which stabilized the output which concerns on Embodiment 4 of this invention. (a)は、典型的な非線形光学素子を備えた波長変換素子モジュールの構成を示す図である。(A) is a figure which shows the structure of the wavelength conversion element module provided with the typical nonlinear optical element. (a)、(b)は、変換光として第二高調波を発生する非線形光学素子を備えた波長変換素子モジュールの模式図である。(A), (b) is a schematic diagram of the wavelength conversion element module provided with the nonlinear optical element which generates a 2nd harmonic as converted light. (a)、(b)は、従来の波長変換装置において、第二高調波の出力を波長精密制御により安定化する構成の説明図である。(A), (b) is explanatory drawing of the structure which stabilizes the output of a 2nd harmonic by wavelength precise control in the conventional wavelength converter.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施形態1)
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1(a)、(b)に、本発明の実施形態1に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図を示す。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views of a wavelength conversion device that stabilizes an output according to Embodiment 1 of the present invention.

ファイバピグテール型波長変換素子モジュールに搭載された波長変換を行う非線形光学素子101は、例えば分極反転構造を施したZnドープニオブ酸リチウムからなる導波基板と、Mgドープニオブ酸リチウムからなるベース基板とが直接接合法により貼り合わされた導波路基板を加工して形成されたリッジ型の光導波路とすることができる。この非線形光学素子101に1つ以上の基本波光(入力光)を入射することで、波長変換光が出力される。非線形過程としては、第二高調波発生、和周波発生、差周波数発生等が可能である。本実施形態では、効果を最も簡単に記述できる点から第二高調波発生を行う場合を用いて説明するが、それ以外の非線形過程であっても同様に出力安定化が可能である。   The nonlinear optical element 101 that performs wavelength conversion mounted on the fiber pigtail type wavelength conversion element module has, for example, a waveguide substrate made of Zn-doped lithium niobate having a domain-inverted structure and a base substrate made of Mg-doped lithium niobate directly. A ridge-type optical waveguide formed by processing a waveguide substrate bonded by a bonding method can be obtained. When one or more fundamental wave lights (input lights) are incident on the nonlinear optical element 101, wavelength converted light is output. As the nonlinear process, second harmonic generation, sum frequency generation, difference frequency generation, and the like are possible. In the present embodiment, the case where second harmonic generation is performed from the point that the effect can be described most simply will be described. However, output stabilization is possible even in other nonlinear processes.

上述してきたようにこの非線形光学素子101は例えばペルチェ素子のような温度調節素子を介して熱・電気伝導性が高い金属のパッケージ容器102に配置されている。このパッケージ容器102には温度調節用およびその他の用途のために電極が接続されており、外部との電気的なやりとりが可能となっている。本実施形態では、温度調節用として用いる温度調節素子に接続された4本の電極105を示しているが、温度調節以外の用途のための電極を備えることもできる。   As described above, the nonlinear optical element 101 is disposed in the metal package container 102 having high thermal and electrical conductivity via a temperature adjusting element such as a Peltier element. Electrodes are connected to the package container 102 for temperature control and other uses, and electrical exchange with the outside is possible. In the present embodiment, four electrodes 105 connected to a temperature adjustment element used for temperature adjustment are shown, but electrodes for applications other than temperature adjustment may be provided.

非線形光学素子101と入ポート103、出力ポート104、109、入出力ポート108とは光学レンズを介したレンズ結合となっており、ピグテールによって光ファイバと結合している。出力部では波長分離フィルタとしてダイクロイックミラー107を用いて、第二高調波と変換されなかった基本波光の出力を分離しており、図では入出力ポート108に基本波光を出力し、第二高調波の出力を出力ポート104へ出力する構成としている。非線形光学素子101の長さは例えば50mmであり、パッケージ容器102全体の長さは例えば80mmである。   The nonlinear optical element 101, the input port 103, the output ports 104 and 109, and the input / output port 108 are lens-coupled via an optical lens, and are coupled to the optical fiber by a pigtail. The output unit uses a dichroic mirror 107 as a wavelength separation filter to separate the output of the fundamental wave light that has not been converted from the second harmonic wave. In the figure, the fundamental wave light is output to the input / output port 108 and the second harmonic wave is output. Is output to the output port 104. The length of the nonlinear optical element 101 is, for example, 50 mm, and the total length of the package container 102 is, for example, 80 mm.

ここまでは図7および図8で説明してきた構成と同じであるが、以下に本発明の特徴的な構成を述べる。出力側で分離した基本波光の経路に光サーキュレータ111を配置する。光サーキュレータ111を通過した光は光位相変調器112に導入され、位相変調による周波数変調を目的として例えば数MHzから数100kHz程度の変調速度で位相変調を施される。光位相変調器112での変調量は、帰還回路114によって制御される。   The configuration so far described is the same as that described with reference to FIGS. 7 and 8, but the characteristic configuration of the present invention will be described below. An optical circulator 111 is arranged in the fundamental wave path separated on the output side. The light that has passed through the optical circulator 111 is introduced into the optical phase modulator 112 and subjected to phase modulation at a modulation speed of, for example, several MHz to several hundred kHz for the purpose of frequency modulation by phase modulation. The amount of modulation in the optical phase modulator 112 is controlled by the feedback circuit 114.

周波数変調を施された基本波光は光サーキュレータ111により、入出力ポート108を経由してモジュール内に戻され、ダイクロイックミラー107により、再び非線形光学素子101に入射される。波長変換を施す非線形光学素子101に方向性はないため、出力側から基本波光を入射した場合でも、導波路の終端に相当する元々の入力側から波長変換された光を取り出すことができる。そこで入力側に第二高調波を反射し、基本波光を透過するダイクロイックミラー106を配置して、位相変調された基本波光から変換された第二高調波を出力ポート109から取り出し、光検出器113で検出する。光検出器113で光電変換された電気信号が帰還回路114に入力され、帰還回路114は、周波数変調に対応する成分のみを抽出し、出力される第二高調波の強度が最大になるよう温度調節器115を制御する。温度調節器115は、温度調節素子に接続された電極105への印加電圧を制御して非線形光学素子101の温度が制御する。尚、図1(b)のように基本波光の光源110が波長可変光源ならば、光源110の波長も帰還回路114により制御することもできる。   The fundamental wave light subjected to frequency modulation is returned into the module by the optical circulator 111 via the input / output port 108 and is incident on the nonlinear optical element 101 again by the dichroic mirror 107. Since the nonlinear optical element 101 that performs wavelength conversion has no directionality, even when fundamental light is incident from the output side, the wavelength-converted light can be extracted from the original input side corresponding to the end of the waveguide. Therefore, a dichroic mirror 106 that reflects the second harmonic wave and transmits the fundamental wave light is disposed on the input side, and the second harmonic wave converted from the phase-modulated fundamental wave light is extracted from the output port 109, and the photodetector 113. Detect with. The electrical signal photoelectrically converted by the photodetector 113 is input to the feedback circuit 114. The feedback circuit 114 extracts only the component corresponding to the frequency modulation, and the temperature so that the intensity of the output second harmonic is maximized. The regulator 115 is controlled. The temperature adjuster 115 controls the temperature of the nonlinear optical element 101 by controlling the voltage applied to the electrode 105 connected to the temperature adjusting element. If the fundamental light source 110 is a wavelength tunable light source as shown in FIG. 1B, the wavelength of the light source 110 can also be controlled by the feedback circuit 114.

ここで、出力ポート104から取り出される変換光を第1の変換光とし、入出力ポート108を経由してモジュール内に戻された、位相変調された基本波光から変換された変換光を第2の変換光とする。   Here, the converted light extracted from the output port 104 is defined as the first converted light, and the converted light converted from the phase-modulated fundamental light returned to the module via the input / output port 108 is converted into the second converted light. This is converted light.

入出力ポート108から非線形光学素子101に戻された基本波光は、ダイクロイックミラー106では反射されずに入力ポート103に入射することとなる。通常の光源には戻り光を防ぐ光アイソレータが備わっているが、光アイソレータが付属していない光源を用いる場合はこの戻り光が光源に入るのを防止するために光源の手前に光アイソレータを備えても良い。また、本実施形態では波長分離フィルタとしてダイクロイックミラーを用いたが、マルチモード干渉計(MMI:Multi Mode Interferometer)や方向性結合器を用いた波長分離フィルタを用いても良い。   The fundamental wave light returned from the input / output port 108 to the nonlinear optical element 101 enters the input port 103 without being reflected by the dichroic mirror 106. An ordinary light source is equipped with an optical isolator that prevents return light, but when using a light source that does not come with an optical isolator, an optical isolator is provided in front of the light source to prevent this return light from entering the light source. May be. In this embodiment, a dichroic mirror is used as the wavelength separation filter. However, a wavelength separation filter using a multimode interferometer (MMI) or a directional coupler may be used.

次にこの装置の動作原理について説明する。   Next, the operating principle of this apparatus will be described.

通常は利用されない出力側の基本波光を再利用し、光位相変調器112により位相変調を施す。位相変調された光は図2に示されるように、基本波光の周波数である基準周波数の前後の周波数に側帯波と呼ばれる異なる周波数の光波を伴う(非特許文献1参照)。したがって、この位相変調により周波数も変調されることになる。周波数の変調具合は変調強度によって調整できる。   The fundamental light on the output side that is not normally used is reused, and phase modulation is performed by the optical phase modulator 112. As shown in FIG. 2, the phase-modulated light is accompanied by light waves having different frequencies called sidebands at frequencies around the reference frequency, which is the frequency of the fundamental light (see Non-Patent Document 1). Therefore, the frequency is also modulated by this phase modulation. The frequency modulation can be adjusted by the modulation intensity.

この位相変調および周波数変調を施された光を光サーキュレータ111により再びモジュール内へ戻し、非線形光学素子101である光導波路によって波長変換を行い、第二高調波を発生させる。この第二高調波を、ダイクロイックミラー106を用いることにより出力ポート109から取り出し光検出器113により検出する。光検出器113から出力された検出した第二高調波の強度を表す電気信号を帰還回路114内で処理し、光位相変調器112における位相変調による周波数変調に対応した信号成分のみを抽出する。   The light subjected to the phase modulation and frequency modulation is returned again into the module by the optical circulator 111, and wavelength conversion is performed by the optical waveguide which is the nonlinear optical element 101 to generate the second harmonic. The second harmonic is extracted from the output port 109 by using the dichroic mirror 106 and detected by the photodetector 113. The electrical signal representing the intensity of the detected second harmonic output from the photodetector 113 is processed in the feedback circuit 114, and only the signal component corresponding to the frequency modulation by the phase modulation in the optical phase modulator 112 is extracted.

図3(a)に、波長変換装置における変換光強度と波長の関係を示す。非線形光学効果による波長変換は、基本波光と変換光の間の位相関係が適切な関係を満たす場合のみ、すなわち位相整合条件を満足する波長でのみ効率の良い変換が行われる。二次の非線形光学効果による第二高調波発生では、変換光強度、すなわち第二高調波強度Iは
I∝sinc(ΔkL/2) (1)
Δk=kSH−2k=nSH/λSH−2n/λ (2)
で表される。kは光の波数、Lは素子長、λは波長、nは屈折率、添え字のSHは第二高調波、Fは基本波を表す。
FIG. 3A shows the relationship between the converted light intensity and the wavelength in the wavelength converter. In the wavelength conversion by the nonlinear optical effect, efficient conversion is performed only when the phase relationship between the fundamental wave light and the converted light satisfies an appropriate relationship, that is, only at a wavelength that satisfies the phase matching condition. In the second harmonic generation by the second-order nonlinear optical effect, the converted light intensity, that is, the second harmonic intensity I is I は sinc 2 (ΔkL / 2) (1)
Δk = k SH -2k F = n SH / λ SH -2n F / λ F (2)
It is represented by k is the wave number of light, L is the element length, λ is the wavelength, n is the refractive index, the subscript SH is the second harmonic, and F is the fundamental wave.

波長が変わるとΔkも変化するため、第二高調波強度Iは図3(a)のような特徴を持つ。波長(周波数)を変調し、その変調に対応した成分を抽出することは、その波長(周波数)における微分係数を得ることに相当するため、帰還回路により変調に対応した成分を抽出すると図3(a)を微分した波形である図3(b)が得られる。   Since Δk also changes as the wavelength changes, the second harmonic intensity I has a characteristic as shown in FIG. Modulating a wavelength (frequency) and extracting a component corresponding to the modulation is equivalent to obtaining a differential coefficient at the wavelength (frequency). Therefore, if a component corresponding to modulation is extracted by a feedback circuit, FIG. FIG. 3B is a waveform obtained by differentiating a).

図3(b)に、変換光強度の微分係数に相当する変調成分強度と波長の関係を示す。最大の変換効率とは異なる波長においては、微分係数はゼロでない値をとるため、変調に対応する成分がゼロになるように、素子温度、あるいは素子温度と光源波長に帰還をかけることで常に最大の効率をもつ波長変換が実現できる。素子温度の変化で屈折率が変化するとΔkが変化するため、図3(a)および図3(b)の波形が左右にシフトすることになり、第二高調波強度Iの調整を行うことができる。   FIG. 3B shows the relationship between the modulation component intensity corresponding to the derivative of the converted light intensity and the wavelength. At a wavelength different from the maximum conversion efficiency, the derivative takes a non-zero value. Therefore, it is always the maximum by applying feedback to the element temperature or the element temperature and the light source wavelength so that the component corresponding to the modulation becomes zero. Wavelength conversion with high efficiency can be realized. Since Δk changes when the refractive index changes due to a change in element temperature, the waveforms in FIGS. 3A and 3B shift to the left and right, and the second harmonic intensity I can be adjusted. it can.

ただし、微分値の最大値および最小値の外側にも微分係数がゼロになる点が存在するため、動作の開始時に温度を大きく変化させて、微分の最大値と最小値の位置関係を把握し、その2点の間のゼロの値を維持できるようにしておく必要がある。   However, since there is a point where the derivative coefficient becomes zero outside the maximum and minimum values of the differential value, the temperature is greatly changed at the start of operation to grasp the positional relationship between the maximum and minimum values of the differential. It is necessary to be able to maintain a zero value between the two points.

本発明における構成のメリットは次の通りである。   The advantages of the configuration of the present invention are as follows.

第一点目は普段使用していない出力側の基本波光を再利用するため、出力用の第二高調波をモニタするために分岐する必要が無く、第二高調波を無駄なく、効率的に利用できることである。上述したように通常1/20程度は分岐する必要があるため、本発明の構成を用いることで出力は5%程度向上する。特に光アンプを用いることが困難な波長帯域の波長変換においてはこの効果は非常に大きいものである。   The first point is to reuse the fundamental light on the output side that is not normally used, so there is no need to branch to monitor the second harmonic for output, and the second harmonic is not wasted efficiently. It can be used. As described above, since it is usually necessary to branch about 1/20, the output is improved by about 5% by using the configuration of the present invention. This effect is very significant especially in wavelength conversion in a wavelength band where it is difficult to use an optical amplifier.

第二点目は、基本波光の光源に変調を及ぼすなどの影響を与えることなく、常に出力最大化のための制御が可能である点である。従来の方法では、このような出力制御は定常動作に入る前に一度行うだけに留めるか、基本波光の光源に変調を加えて制御を行う必要がある。定常動作前に一度しか位相整合波長に合わせる制御を行わない場合は、長期間の連続使用により徐々に出力波長と位相整合波長にずれが生じ出力が低下する。一方で、基本波光の光源に位相変調を加える制御を行うと、図2に示したように基本波光の波長が必然的に揺らぐため、線幅が太く、狭線幅の高性能レーザ等の実現は困難になる。本発明の構成では、外部出力として取り出す第二高調波を発生させる基本波光とは異なる基本波光に位相変調を加えるために、線幅に影響を与えることなく、常に出力最大化のための制御を行うことができる。   The second point is that control for maximizing the output is always possible without affecting the light source of the fundamental wave light. In the conventional method, it is necessary to perform such output control only once before entering the steady operation, or to perform control by adding modulation to the light source of the fundamental light. When the control for adjusting to the phase matching wavelength is performed only once before the steady operation, the output wavelength and the phase matching wavelength are gradually shifted due to continuous use for a long time, and the output is lowered. On the other hand, if the control for applying phase modulation to the light source of the fundamental wave light is performed, the wavelength of the fundamental wave light inevitably fluctuates as shown in FIG. Becomes difficult. In the configuration of the present invention, in order to apply phase modulation to the fundamental wave light different from the fundamental wave light that generates the second harmonic extracted as the external output, control for always maximizing the output is performed without affecting the line width. It can be carried out.

第三点目は基本波光を再び光導波路素子に入力し、第二高調波をモニタすることである。出力側の基本波光を利用して出力を固定する方法は例えば特許文献3に記載されている。しかし、変換効率が低い波長帯で生じるように、出力側の基本波光のパワーが大きな場合には、基本波光の減衰量が少なくなるため、この減衰量を基に最大の変換が起こる波長を割り出し、出力の固定を行うのは困難である。例えば、5mWの基本波光の入力で変換効率が1000%/Wを仮定した場合、第二高調波出力は0.25mWとなる。基本波光そのものを見る場合は、5%程度の減衰を基に波長を固定する事が必要となり、雑音の状態によっては減衰、すなわち凹みの検出が難しくなる場合がある。その点、本発明の構成では基本波光の減衰量ではなく、ピークを持つ第二高調波の出力値をモニタするために、変換効率が低い場合でもモニタが容易であり、出力を最大化するための波長の調整も容易である。この例では、出力側に出てくる基本波光を用いた2回目の波長変換による第二高調波は0.23mW程度となる。これは出力の第二高調波出力とほぼ同程度の値であり、容易にモニタが可能な光強度である。   The third point is to input the fundamental wave light again to the optical waveguide element and monitor the second harmonic. A method of fixing the output using the fundamental wave light on the output side is described in Patent Document 3, for example. However, when the fundamental wave light power on the output side is large, as occurs in the wavelength band where the conversion efficiency is low, the attenuation amount of the fundamental wave light is reduced. Based on this attenuation amount, the wavelength at which the maximum conversion occurs is determined. It is difficult to fix the output. For example, assuming a conversion efficiency of 1000% / W with an input of 5 mW fundamental wave light, the second harmonic output is 0.25 mW. When viewing the fundamental wave light itself, it is necessary to fix the wavelength based on the attenuation of about 5%, and depending on the noise state, it may be difficult to detect the attenuation, that is, the dent. In that respect, in the configuration of the present invention, since the second harmonic output value having a peak is monitored instead of the attenuation amount of the fundamental light, monitoring is easy even when the conversion efficiency is low, and the output is maximized. The wavelength can be easily adjusted. In this example, the second harmonic generated by the second wavelength conversion using the fundamental wave light that appears on the output side is about 0.23 mW. This is approximately the same value as the second harmonic output of the output, and is a light intensity that can be easily monitored.

1.56μmの波長の光を基本波光として入力し、第二高調波として0.78μmを出力する波長変換装置おいて、例えば20mWの基本波光の入力で10mWの第二高調波が発生する場合、従来技術ではモニタ光として5%程度分岐し、分岐後に9.5mW程度の出力を取り出していた。   In a wavelength converter that inputs light having a wavelength of 1.56 μm as fundamental light and outputs 0.78 μm as second harmonic, for example, when 10 mW second harmonic is generated by inputting 20 mW fundamental light, In the prior art, about 5% was split as monitor light, and an output of about 9.5 mW was taken out after branching.

これに対し本発明では、出力として10mWすべてを取り出すことがでる。一方、非線形光学素子を透過して変換されなかった基本波光は10mWであったが、これを例えば2500%/Wの変換効率を有する非線形光学素子に戻すと、モニタのために再変換された第二高調波出力は入出力損も含めて、およそ2mWであった。これは出力である10mWの20%程度の値であり、十分にモニタが可能である。また、本発明では基本波光源には位相変調を加えないため、非常に狭線幅でしかも安価に構成することができる。   In contrast, the present invention can extract all 10 mW as an output. On the other hand, the fundamental wave light that was not converted through the nonlinear optical element was 10 mW. However, when this was returned to the nonlinear optical element having a conversion efficiency of, for example, 2500% / W, the converted fundamental light was re-converted for monitoring. The second harmonic output was about 2 mW including input / output loss. This is a value of about 20% of the output 10 mW and can be sufficiently monitored. In the present invention, since the fundamental wave light source is not subjected to phase modulation, it can be configured with a very narrow line width and at a low cost.

(実施形態2)
図4に、本発明の実施形態2に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図を示す。本実施形態は、実施形態1においては、出力側の基本波光に変調を加えてモジュールに戻す際に光サーキュレータ111を用いていた構成を、光合分波回路の一つである光カプラ121を用いて実現したものである。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram of a wavelength conversion device with stabilized output according to Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment, the configuration in which the optical circulator 111 is used when the fundamental wave light on the output side is modulated and returned to the module in the first embodiment is replaced with an optical coupler 121 that is one of optical multiplexing / demultiplexing circuits. It was realized.

この光カプラ121は3dBカプラと呼ばれるもので、入力を二等分して左右に分岐するものである。分岐した光は右回りおよび左回りにそれぞれ光ファイバを伝搬して位相変調を施された後、再び光カプラ121で合波され、モジュールに戻ることになる。合波した時に右回りおよび左回りの光の間で位相差ができないように光路の中間地点に光位相変調器112を設置する必要があるが、これを満たせば、実施形態1と同様の機能を持たせることができる。   This optical coupler 121 is called a 3 dB coupler and divides the input into two equal parts and branches right and left. The branched light propagates through the optical fiber clockwise and counterclockwise and is subjected to phase modulation, and then is multiplexed again by the optical coupler 121 and returns to the module. It is necessary to install the optical phase modulator 112 at an intermediate point of the optical path so that there is no phase difference between clockwise and counterclockwise light when combined, but if this is satisfied, the same function as in the first embodiment Can be given.

本実施形態によっても、実施形態1と同様の変換において、出力として10mWすべてを取り出すことができた。一方、変換されなかった基本波光は10mWであるが、これを例えば2500%/Wの変換効率を有する非線形光学素子に戻すと、モニタのために再変換された第二高調波出力は入出力損も含めて、およそ2mWであった。これは出力である10mWの20%程度の値であり、十分にモニタが可能である。また、本発明では基本波光源には変調を加えないため、非常に狭線幅でしかも安価に構成することができた。   Also in the present embodiment, all 10 mW could be extracted as output in the same conversion as in the first embodiment. On the other hand, the fundamental wave light that has not been converted is 10 mW, but if this is returned to a nonlinear optical element having a conversion efficiency of, for example, 2500% / W, the second harmonic output reconverted for monitoring becomes the input / output loss. Including, it was about 2 mW. This is a value of about 20% of the output 10 mW and can be sufficiently monitored. Further, in the present invention, since the fundamental wave light source is not modulated, it can be configured with a very narrow line width and at a low cost.

(実施形態3)
図5に、本発明の実施形態3に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図を示す。本実施形態は、実施形態1においては、出力側の基本波光に変調を加えてファイバピグテール型波長変換素子モジュールに戻す際に光サーキュレータ111を用いていた構成を、反射型の光位相変調器131を用いて実現したものである。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a schematic diagram of a wavelength conversion device with stabilized output according to Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, the configuration in which the optical circulator 111 is used when the fundamental wave light on the output side is modulated and returned to the fiber pigtail type wavelength conversion element module in the first embodiment is used as the reflection type optical phase modulator 131. This is realized by using

この反射型光位相変調器131は、端面を鏡面加工した導波路型の位相変調器によって構成されており、導波路の往路および復路共に位相変調を施すことができる変調器である。本実施形態の構成でも、実施形態1と同様の機能を持たせることができる。   The reflection type optical phase modulator 131 is constituted by a waveguide type phase modulator whose end face is mirror-finished, and is a modulator capable of performing phase modulation on both the forward path and the return path of the waveguide. The configuration of the present embodiment can also have the same function as that of the first embodiment.

本実施形態によっても、実施形態1と同様の変換において、出力として10mWすべてを取り出すことができた。一方、変換されなかった基本波光は10mWであったが、これを例えば2500%/Wの変換効率を有する光導波路に戻すと、モニタのために再変換された第二高調波出力は入出力損も含めて、およそ2mWである。これは出力である10mWの20%程度の値であり、十分にモニタが可能であった。また、本発明では基本波光源には変調を加えないため、非常に狭線幅でしかも安価に構成することができた。   Also in the present embodiment, all 10 mW could be extracted as output in the same conversion as in the first embodiment. On the other hand, the fundamental wave light that was not converted was 10 mW, but if this was returned to an optical waveguide having a conversion efficiency of, for example, 2500% / W, the second harmonic output that was reconverted for monitoring would have an input / output loss. 2mW including that. This is a value of about 20% of the output of 10 mW, and can be sufficiently monitored. Further, in the present invention, since the fundamental wave light source is not modulated, it can be configured with a very narrow line width and at a low cost.

(実施形態4)
本発明は、第二高調波発生のみならず、変換光の波長と基本波光の波長とが波長分離フィルタで分離できる程度に異なるならば、和周波発生および差周波発生等に適応可能である。以下に、和周波発生および差周波発生に適応した構成を示す。
(Embodiment 4)
The present invention can be applied not only to second harmonic generation, but also to sum frequency generation and difference frequency generation as long as the wavelength of the converted light and the wavelength of the fundamental light are different enough to be separated by the wavelength separation filter. The following is a configuration adapted for sum frequency generation and difference frequency generation.

図6に、本発明の実施形態4に係る出力を安定化した波長変換装置の概略図を示す。本実施形態は、基本波光が2種類ある場合の和周波発生、あるいは差周波発生装置に適応した形態であり、基本波光1の光源141−1と基本波光の光源141−2とを備えている。基本波光1と基本波光2は、光カプラ142−1で合波してファイバピグテール型波長変換素子モジュールに入射される。合波された基本波光は、実施形態1〜3と同様に、非線形光学素子101を透過後、ダイクロイックミラー107で和周波又は差周波と分離され、入出力ポート108から出射される。   FIG. 6 shows a schematic diagram of a wavelength conversion device with stabilized output according to Embodiment 4 of the present invention. This embodiment is a form adapted to a sum frequency generation or difference frequency generation apparatus in the case where there are two types of fundamental wave light, and includes a light source 141-1 for fundamental light 1 and a light source 141-2 for fundamental light. . The fundamental wave light 1 and the fundamental wave light 2 are combined by the optical coupler 142-1 and are incident on the fiber pigtail type wavelength conversion element module. Similar to the first to third embodiments, the combined fundamental wave light is transmitted through the nonlinear optical element 101, separated from the sum frequency or difference frequency by the dichroic mirror 107, and emitted from the input / output port 108.

基本波光が2種類ある場合でも位相変調を施す基本波は1つで良いため、本実施形態では例えば基本波光1に位相変調を施す構成としている。入出力ポート108には分離能力が高い光カプラ142−2が接続されており、基本波光1と基本波光2を二光路に分離する。   Even if there are two types of fundamental light, only one fundamental wave is required to perform phase modulation. Therefore, in this embodiment, for example, the fundamental light 1 is configured to be phase-modulated. An optical coupler 142-2 having high separation capability is connected to the input / output port 108 and separates the fundamental wave light 1 and the fundamental wave light 2 into two optical paths.

基本波光1の光路には、光サーキュレータ111−1と光位相変調器112を配置し、位相変調を施した後入出力ポート108からファイバピグテール型波長変換素子モジュールに戻している。一方、基本波光2の光路には、光サーキュレータ111−2のみを配置し、位相変調を施さずにそのままファイバピグテール型波長変換素子モジュールに戻している。   An optical circulator 111-1 and an optical phase modulator 112 are arranged in the optical path of the fundamental wave light 1, phase-modulated, and then returned from the input / output port 108 to the fiber pigtail type wavelength conversion element module. On the other hand, only the optical circulator 111-2 is arranged in the optical path of the fundamental wave light 2, and is returned to the fiber pigtail type wavelength conversion element module without being subjected to phase modulation.

非線形光学素子101に入射した周波数変調が施された基本波光1および基本波光2により、再び発生した和周波あるいは差周波はダイクロイックミラー106により反射されて出力ポート109から出射し、光検出器113で検出される。   The sum frequency or difference frequency generated again by the fundamental wave light 1 and the fundamental wave light 2 subjected to frequency modulation incident on the nonlinear optical element 101 is reflected by the dichroic mirror 106 and emitted from the output port 109. Detected.

帰還回路114は、光位相変調器112を制御して和周波発生又は差周波発生の周波数変調に対応した成分のみを抽出し、抽出した成分に基づき和周波発生又は差周波発生を最大化するよう温度調節器115、光源141−1、141−2を制御する。   The feedback circuit 114 controls the optical phase modulator 112 to extract only components corresponding to frequency modulation of sum frequency generation or difference frequency generation, and maximizes sum frequency generation or difference frequency generation based on the extracted components. The temperature controller 115 and the light sources 141-1 and 141-2 are controlled.

本実施形態では、1.064μmの波長の光を基本波光1とし、光アンプを用いた1.55μmの波長の光を基本波光2として入力し、差周波光である3.4μmの波長の光を出力する差周波発生装置において、例えば40mWの基本波光1、および200mWの基本波光2の入力でおよそ3.2mWの差周波光が発生する場合に、本発明においては出力される差周波光3.2mWすべてを取り出すことができた。また、基本波光源には変調を加えないため、非常に狭線幅でしかも安価に構成することができた。   In this embodiment, light having a wavelength of 1.064 μm is used as fundamental wave light 1, light having a wavelength of 1.55 μm using an optical amplifier is input as fundamental wave light 2, and light having a wavelength of 3.4 μm, which is a difference frequency light. In the present invention, for example, when a difference frequency light of about 3.2 mW is generated by inputting a fundamental wave light 1 of 40 mW and a fundamental wave light 2 of 200 mW, the difference frequency light 3 output in the present invention is All 2mW could be removed. Further, since the fundamental wave light source is not modulated, it can be configured with a very narrow line width and at a low cost.

尚、実施形態2、3の構成に、入出力ポート108に分離能力が高い光カプラを接続して位相変換を施す基本波光1と位相変換を施さない基本波光2とに分離し、分離能力が高い光カプラの基本波光2の光路に光カプラや光サーキュレータのみを配置したループ回路を追加することにより、実施形態4と同様に和周波発生および差周波発生に適応した構成とすることができる。   In the configurations of the second and third embodiments, an optical coupler having a high separation capability is connected to the input / output port 108 to separate the fundamental wave light 1 that undergoes phase conversion and the fundamental wave light 2 that does not undergo phase conversion, and the separation capability is By adding a loop circuit in which only the optical coupler and the optical circulator are arranged in the optical path of the fundamental light 2 of the high optical coupler, a configuration suitable for sum frequency generation and difference frequency generation can be achieved as in the fourth embodiment.

101、201 非線形光学素子
102、202 パケージ容器
103、204 入力ポート
104、109、205、209 出力ポート
105、206 電極
106、107、208 ダイクロイックミラー
108 入出力ポート
110、141、210 光源
111 光サーキュレータ
112 光位相変調器
113、213 光検出器
114、214 帰還回路
115、215 温度調節器
121、142、212 光カプラ
131 反射型光位相変調器
203 光学レンズ
211 光ファイバ
220 波長フィルタ
101, 201 Nonlinear optical element 102, 202 Package container 103, 204 Input port 104, 109, 205, 209 Output port 105, 206 Electrode 106, 107, 208 Dichroic mirror 108 Input / output port 110, 141, 210 Light source 111 Optical circulator 112 Optical phase modulator 113, 213 Optical detector 114, 214 Feedback circuit 115, 215 Temperature controller 121, 142, 212 Optical coupler 131 Reflective optical phase modulator 203 Optical lens 211 Optical fiber 220 Wavelength filter

Claims (10)

1以上の基本波光から波長の異なる変換光を発生させる非線形光学素子と、前記非線形光学素子の第1の端面に基本波光を入射する入力ポートと、前記非線形光学素子の第2の端面から第1の変換光を出射する第1の出力ポートと、前記非線形光学素子の温度を調整する温度調整手段とを備えた波長変換装置であって、
前記第2の端面と前記出力ポートとの間に配置された、前記第1の変換光と前記基本波光とを分離する第1の波長分離フィルタと、
前記第1の波長分離フィルタで前記第1の変換光と分離された前記基本波光を出射する入出力ポートと、
前記入出力ポートから出射された前記基本波光に位相変調を施して前記入出力ポートに位相変調された基本波光を入射する位相変調手段と、
前記第1の端面と前記入力ポートとの間に配置された、前記位相変調された基本波光から発生する第2の変換光と前記位相変調された基本波光とを分離する第2の波長分離フィルタと、
前記第2の波長分離フィルタで前記位相変調された基本波光と分離された前記第2の変換光を出射する第2の出力ポートと、
前記第2の出力ポートから出射された前記第2の変換光を検出する光検出器と、
前記光検出器によって検出された信号強度変化に基づき前記位相変調手段における位相変調量と前記温度調整手段を制御する帰還回路と、
を備えたことを特徴とする波長変換装置。
A nonlinear optical element that generates converted light having different wavelengths from one or more fundamental wave lights; an input port for entering fundamental light into a first end face of the nonlinear optical element; and a first end face from the second end face of the nonlinear optical element. A wavelength converter comprising: a first output port that emits the converted light; and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the nonlinear optical element,
A first wavelength separation filter disposed between the second end face and the output port and separating the first converted light and the fundamental light;
An input / output port that emits the fundamental light separated from the first converted light by the first wavelength separation filter;
Phase modulation means for performing phase modulation on the fundamental wave light emitted from the input / output port and entering the fundamental wave light phase-modulated into the input / output port;
A second wavelength separation filter disposed between the first end face and the input port, for separating the second converted light generated from the phase-modulated fundamental light and the phase-modulated fundamental light When,
A second output port for emitting the second converted light separated from the phase-modulated fundamental light by the second wavelength separation filter;
A photodetector for detecting the second converted light emitted from the second output port;
A feedback circuit that controls the phase modulation amount in the phase modulation means and the temperature adjustment means based on a change in signal intensity detected by the photodetector;
A wavelength conversion device comprising:
前記帰還回路はさらに基本波光源を制御することを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。 The wavelength converter according to claim 1, wherein the feedback circuit further controls a fundamental light source. 前記非線形光学素子は、前記変換光として第二高調波を発生させ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。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the nonlinear optical element generates a second harmonic as the converted light. 前記非線形光学素子は、前記変換光として和周波又は差周波を発生させ、
前記位相変調手段は、光合分波回路をさらに備え、前記入出力ポートから出力された前記基本波光の内、前記光合分波回路により分離された所定の波長の基本波光に位相変調を施し、位相変調された前記所定の波長の基本波光を含む前記基本波光を前記入出力ポートに入射す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。
The nonlinear optical element generates a sum frequency or a difference frequency as the converted light,
The phase modulation means further includes an optical multiplexing / demultiplexing circuit, and performs phase modulation on the fundamental wave light of a predetermined wavelength separated by the optical multiplexing / demultiplexing circuit among the fundamental wave light output from the input / output port. 3. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the fundamental wave light including the modulated fundamental wave light having the predetermined wavelength is incident on the input / output port.
前記位相変調手段は、
光サーキュレータと、
光位相変調器と、
を含み、前記入出力ポートから出射された前記基本波光が前記光サーキュレータを介して前記光位相変調器に入射され、前記光位相変調器において位相変調された前記基本波光が前記光サーキュレータを介して前記入出力ポートに入射されることを特徴とする請求項1、2又は4に記載の波長変換装置。
The phase modulation means includes
An optical circulator,
An optical phase modulator;
The fundamental wave light emitted from the input / output port is incident on the optical phase modulator via the optical circulator, and the fundamental wave light phase-modulated by the optical phase modulator is transmitted via the optical circulator. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the wavelength conversion device is incident on the input / output port.
前記位相変調手段は、
光合分波回路と、
光位相変調器と、
を含み、前記入出力ポートから出射された前記基本波光が前記光合分波回路を介して前記光位相変調器に入射され、前記光位相変調器において位相変調された前記基本波光が前記光合分波回路を介して前記入出力ポートに入射されることを特徴とする請求項1、2又は4に記載の波長変換装置。
The phase modulation means includes
An optical multiplexing / demultiplexing circuit;
An optical phase modulator;
The fundamental light emitted from the input / output port is incident on the optical phase modulator via the optical multiplexing / demultiplexing circuit, and the fundamental light phase-modulated in the optical phase modulator is the optical multiplexing / demultiplexing The wavelength converter according to claim 1, wherein the wavelength converter is incident on the input / output port via a circuit.
前記位相変調手段は、反射型光位相変調器であることを特徴とする請求項1、2又は4に記載の波長変換装置。   5. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the phase modulation means is a reflective optical phase modulator. 前記第1および第2の波長分離フィルタは、誘電体膜を用いたダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の波長変換装置。   8. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first and second wavelength separation filters are dichroic mirrors using a dielectric film. 前記非線形光学素子は、周期的に分極反転された二次非線形光学材料からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の波長変換装置。   9. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the nonlinear optical element is made of a second-order nonlinear optical material whose polarization is periodically inverted. 前記非線形光学素子は、リッジ型光導波路であることを特徴とする請求項9に記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 9, wherein the nonlinear optical element is a ridge type optical waveguide.
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