JP2016071063A - 位相共役光発生素子及び位相共役光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相共役光発生装置に用いられ、位相共役光発生装置の装置構造を単純かつ小型とすることができる位相共役光発生素子、及びこの位相共役光発生素子を用いた位相共役光発生装置を提供する。【解決手段】位相共役光発生素子１００は、光導波路コアに入力される励起光及び信号光に基づいて位相共役光を生成する位相共役光発生素子であって、光導波路コア１３５は、非線形媒質が添加された非線形材料基板１３０を用いて形成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、信号光及び励起光に基づいて位相共役光を生成する位相共役光発生素子、及びこの位相共役光発生素子を備える位相共役光発生装置に関する。

光ファイバを伝送路とした光通信ネットワークでは、光ファイバにおける波長分散によって、信号光の波形に歪みが生じる。波形の歪みは、伝送距離が長くなるほど顕著となる。従って、光ファイバによる長距離伝送を可能とするためには、信号光の波長分散を補償することが必要となる。波長分散を補償する方法として、信号光の伝送路に、電子回路を含む再生中継器を設置する方法がある。再生中継器では、入力された信号光を電気信号に変換し、この電気信号に対して電子回路において再生処理を行う。その結果、波長分散が補償される。再生処理後の電気信号は、再び信号光に変換されて、当該再生中継器から出力される。しかしながら、再生中継器では、電子回路が信号のビットレートを制限するという問題がある。

波長分散を補償する他の方法として、伝送路の中間点で信号光を位相共役光に変換する方法がある（例えば非特許文献１参照）。この方法では、伝送路の前半で信号光に生じる波長分散による波形歪みを、伝送路の後半で位相共役光に生じる波長分散による波形歪みを利用して補償することができる。

位相共役光を発生させる装置として、半導体レーザや非線形光ファイバを利用する位相共役光発生装置がある（例えば特許文献１参照）。この位相共役光発生装置では、半導体レーザ又は非線形光ファイバに信号光と励起光とを入力し、四光波混合によって位相共役光を発生させることができる。

特開２００８−３３３６８号公報

A. Yariv, D. Fekete, and D. M. Pepper,"Compensation for channel dispersion by nonlinear optical phase conjugation" Opt. Lett., vol. 4, pp. 52-54, 1979

しかしながら、上述した半導体レーザや非線形光ファイバを利用する位相共役光発生装置は複雑な構成を有し、装置構造が大規模となる。

この発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、位相共役光発生装置に用いられ、位相共役光発生装置の装置構造を単純かつ小型とすることができる位相共役光発生素子、及びこの位相共役光発生素子を用いた位相共役光発生装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明による位相共役光発生素子は、光導波路コアに入力される励起光及び信号光に基づいて位相共役光を生成する位相共役光発生素子であって、光導波路コアは、非線形媒質が添加された非線形材料基板を用いて形成されている。

また、この発明による位相共役光発生装置は、合波部と位相共役光発生部と分波部とを備える。合波部は、入力される信号光及び励起光源で生成される励起光を合波し、信号光及び励起光を含む第１合波光を出力する。位相共役光発生部は、第１合波光に基づいて位相共役光を生成し、信号光、励起光及び位相共役光を含む第２合波光を出力する。また、位相共役光発生部は、上述した位相共役光発生素子である。分波部は、第２合波光に含まれる信号光及び励起光と位相共役光とを分波する。

この発明の位相共役光発生素子は、光導波路コアを備える光導波路として構成される。そのため、光導波路コアの寸法を調整することによって、光通信ネットワークの伝送路である光ファイバと、光の結合損失を抑えて接続することができる。また、光導波路コアの寸法を調整することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。そのため、この発明の位相共役光発生素子を利用する位相共役光発生装置では、結合損失やパワー密度の減少を補償する素子を省略することができるため、単純かつ小型の構造とすることができる。

また、この発明の位相共役光発生装置は、位相共役光発生部として、この発明の位相共役光発生素子を用いることにより、単純かつ小型の構造とすることができる。

（Ａ）は、第１の位相共役光発生素子を示す概略的斜視図である。（Ｂ）は、第１の位相共役光発生素子を示す概略的端面図である。 第１の位相共役光発生素子の製造方法を説明する工程図であり、製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。 （Ａ）は、第２の位相共役光発生素子を示す概略的斜視図である。（Ｂ）は、第２の位相共役光発生素子を示す概略的端面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第２の位相共役光発生素子の製造方法を説明する工程図であり、各製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。 （Ａ）は、第３の位相共役光発生素子を示す概略的斜視図である。（Ｂ）は、第３の位相共役光発生素子を示す概略的端面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第３の位相共役光発生素子の製造方法を説明する工程図であり、各製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。 位相共役光発生装置を模式的に示した概略構成図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（第１の位相共役光発生素子）
図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この発明の第１の実施の形態による位相共役光発生素子（以下、第１の位相共役光発生素子とも称する）について説明する。図１（Ａ）は、第１の位相共役光発生素子を示す概略的斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す第１の位相共役光発生素子をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。

第１の位相共役光発生素子１００は、支持基板１１０、クラッド層１２０及び非線形材料基板１３０がこの順に積層されて構成されている。

なお、以下の説明では、支持基板１１０の上面１１０ａに直交する方向を厚さ方向とする。また、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。

支持基板１１０は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を材料とした平板状体として構成することができる。

クラッド層１２０は、支持基板１１０上に、支持基板１１０の上面１１０ａを被覆して形成されている。

クラッド層１２０は、支持基板１１０と非線形材料基板１３０との接着剤として機能する。クラッド層１２０は、例えばエポキシ樹脂等の光学用接着剤を材料とすることができる。

また、クラッド層１２０は、後述する光導波路コア１３５から支持基板１１０への光の放射を防ぐために、２μｍ以上の厚さであるのが好ましい。

非線形材料基板１３０は、クラッド層１２０上に、クラッド層１２０の上面１２０ａを被覆して形成されている。

非線形材料基板１３０は、クラッド層１２０及び空気よりも屈折率が大きい材料で形成されている。非線形材料基板１３０は、例えばＬｉＮｂＯ_３を材料として形成することができる。

非線形材料基板１３０には、一対の溝１４０ａ及び１４０ｂが、光の伝播方向（長さ方向）に沿って延在して並んで形成されている。溝１４０ａ及び１４０ｂは、少なくともクラッド層１２０に到達する深さで形成されている。なお、図１に示す構成例では、非線形材料基板１３０及びクラッド層１２０、並びに支持基板１１０の一部を除去する深さで溝１４０ａ及び１４０ｂが形成されている。

非線形材料基板１３０の溝１４０ａ及び１４０ｂに挟まれた部分が、光の実質的な伝送路である光導波路コア１３５となる。光導波路コア１３５は、光の伝播方向（長さ方向）に沿って延在して形成されている。光導波路コア１３５は、上面及び側面が空気に囲まれている。また、非線形材料基板１３０の下面はクラッド層１２０に被覆されている。上述したように、非線形材料基板１３０は、空気及びクラッド層１２０よりも屈折率が大きい。このため、光導波路コア１３５は、空気及びクラッド層１２０をクラッドとした、リッジ構造のコアとして機能する。

光導波路コア１３５の厚さ（非線形材料基板の厚さ１３０）Ｔ１及び幅Ｗ１は同程度とするのが好ましい。すなわち、光導波路コア１３５の長さ方向に直交する断面形状を正方形とするのが好ましい。光導波路コア１３５の断面形状を正方形とすることによって、入力される光に対する偏波依存性を抑えることができる。

また、光導波路コア１３５の厚さＴ１及び幅Ｗ１を、できるだけ小さく設定することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。

一方で、伝播損失を低減するために、光導波路コア１３５の側面の平坦性を確保するのが好ましい。光導波路コア１３５の断面寸法を微細に設定する場合、側面の平坦性を確保することが製造上困難となる。従って、光導波路コア１３５の厚さＴ１及び幅Ｗ１は、側面の平坦性を確保することが製造上可能な範囲で、できるだけ小さく設定するのが好ましい。例えば、光導波路コア１３５の厚さＴ１及び幅Ｗ１をそれぞれ４〜１０μｍの範囲内の値に設定することによって、パワー密度の向上及び伝播損失の低減をともに達成することができる。発明者が実験を行ったところ、光導波路コア１３５の厚さＴ１及び幅Ｗ１をそれぞれ４μｍとする場合には、光の損失を１０〜２０ｄＢ程度にできることがわかった。また、厚さＴ１及び幅Ｗ１をそれぞれ８μｍとする場合には、光の損失を４〜１０ｄＢ程度にできることがわかった。なお、これらの損失には、光ファイバと光導波路コア１３５との間の結合損失も含まれる。

将来的な製造技術の進歩によって、光導波路コア１３５の側面の平坦性を確保しつつ、より微細な加工が可能となる場合には、光導波路コア１３５の厚さＴ１及び幅Ｗ１をそれぞれ４μｍよりも小さく設定することもできる。

また、光導波路コア１３５を含む非線形材料基板１３０には、非線形媒質として、例えばエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加されている。例えばＥｒは、１．５μｍ付近の波長帯に遷移周波数を有する。その結果、光導波路コア１３５に、励起光とともに波長１．５μｍ付近の信号光が入力されると、四光波混合によって位相共役光が生成される。現在の光通信ネットワークでは、信号光として１．５μｍ付近の波長の光が広く利用されている。そのため、非線形媒質としてＥｒを用いることは、第１の位相共役光発生素子を、光通信ネットワークに適用する場合に有利である。

以上に説明したように、第１の位相共役光発生素子１００は、コア（ここでは光導波路コア１３５）及びクラッド（ここでは空気及びクラッド層１２０）を含む光導波路として構成される。そのため、光導波路コア１３５の寸法を調整することによって、光通信ネットワークの伝送路である光ファイバと、光の結合損失を抑えて接続することができる。また、光導波路コア１３５の寸法を調整することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。そのため、この第１の位相共役光発生素子１００を利用する位相共役光発生装置では、結合損失やパワー密度の減少を補償する素子を省略することができるため、単純かつ小型の構造とすることができる。また、技術成熟した光導波路の製造プロセスを利用することができるため簡易に製造可能である。

なお、上述の説明では、支持基板１１０及び非線形材料基板１３０としてＬｉＮｂＯ_３基板を、また、非線形材料基板１３０に添加される非線形媒質としてはＥｒを用いる例について説明した。しかしながら、第１の位相共役光発生素子はこれらの例に限定されない。例えば、支持基板１１０及び非線形材料基板１３０として、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ガラス又はシリコン等で構成された基板を用いることもできる。

また、非線形媒質を変更することによって、様々な波長域の信号光に対して、位相共役光を生成することができる。Ｅｒ以外の非線形媒質として、例えばプラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）又はイッテルビウム（Ｙｂ）等を用いることができる。Ｐｒは１．３μｍ付近の波長帯、Ｔｍは１．５μｍ付近の波長帯、Ｙｂは１μｍ付近の波長帯の信号光に対して、位相共役光を発生させる非線形媒質として用いることができる。

（第１の位相共役光発生素子の製造方法）
図２を参照して、上述した第１の位相共役光発生素子１００の製造方法について説明する。図２は、第１の位相共役光発生素子の製造方法を説明する工程図であり、製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。

まず、支持基板１１０と非線形材料基板１３０とを、光学用接着剤で接着することによって、支持基板１１０、接着剤層（クラッド層）１２０及び非線形材料基板１３０がこの順に積層された構造体を形成する。その後、非線形材料基板１３０を研磨することによって、設定すべき光導波路コア１３５の厚さとなるまで、非線形材料基板１３０を薄膜化する。

次に、ダイシングソー１５０を用いて、非線形材料基板１３０の上面側から切り込みを入れることによって、溝部１４０ａ及び１４０ｂを形成する。その結果、非線形材料基板１３０の、溝部１４０ａ及び１４０ｂに挟まれた部分として、光導波路コア１３５が形成される。これによって、図１に示す第１の位相共役光発生素子１００が得られる。ダイシングソー１５０として、粒径の小さいダイヤモンドブレードを用いることによって、光導波路コア１３５の側面の平坦性を確保することができる。

このように、第１の位相共役光発生素子１００は、リッジ構造の光導波路の製造方法を用いて簡易に製造することができる。

（第２の位相共役光発生素子）
図３を参照して、この発明の第２の実施の形態による位相共役光発生素子（以下、第２の位相共役光発生素子とも称する）について説明する。図３（Ａ）は、第２の位相共役光発生素子を示す概略的斜視図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す第２の位相共役光発生素子をＩＩ−ＩＩ線で切り取った概略的端面図である。

第２の位相共役光発生素子２００は、クラッド層２２０と、クラッド層２２０上に形成された光導波路コア２３５とを備えて構成されている。

クラッド層２２０は、例えばＬｉＮｂＯ_３を材料とした平板状体として構成することができる。クラッド層２２０には、例えばＥｒ（エルビウム）等の非線形媒質が添加されている。

光導波路コア２３５は、クラッド層２２０上に、クラッド層２２０と一体的に、かつ光の伝播方向（長さ方向）に沿って延在して形成されている。

光導波路コア２３５は、例えばＬｉＮｂＯ_３を材料として形成することができる。光導波路コア２３５には、例えばＥｒ等の非線形媒質が添加されている。また、光導波路コア２３５には、例えばチタン（Ｔｉ）等の金属が導入されている。その結果、光導波路コア２３５は、クラッド層２２０及び空気よりも屈折率が大きくなる。

光導波路コア２３５は、上面及び側面が空気に囲まれている。また、光導波路コア２３５の下面はクラッド層２２０に被覆されている。上述したように、光導波路コア２３５は、空気及びクラッド層２２０よりも屈折率が大きい。このため、光導波路コア２３５は、空気及びクラッド層２２０をクラッドとした、リッジ構造のコアとして機能する。従って、光導波路コア２３５は、光の実質的な伝送路となる。

光導波路コア２３５の厚さＴ２及び幅Ｗ２は同程度とするのが好ましい。すなわち、光導波路コア２３５の長さ方向に直交する断面形状を正方形とするのが好ましい。光導波路コア２３５の断面形状を正方形とすることによって、入力される光に対する偏波依存性を抑えることができる。

また、上述した第１の位相共役光発生装置１００と同様に、光導波路コア２３５の厚さＴ２及び幅Ｗ２を、できるだけ小さく設定することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。ここでは、光導波路コア２３５の厚さＴ２及び幅Ｗ２を、それぞれ例えば４〜１０μｍの範囲内の値に設定することができる。

また、光導波路コア２３５には、上述したように、例えばＥｒ等の非線形媒質が添加されている。その結果、光導波路コア２３５では、非線形媒質の遷移周波数に応じた波長付近の信号光に対して、四光波混合によって位相共役光が生成される。

以上に説明したように、第２の位相共役光発生素子２００は、コア（ここでは光導波路コア２３５）及びクラッド（ここでは空気及びクラッド層２２０）を含む光導波路として構成される。そのため、光導波路コア２３５の寸法を調整することによって、光通信ネットワークの伝送路である光ファイバと、光の結合損失を抑えて接続することができる。また、光導波路コア２３５の寸法を調整することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。そのため、この第２の位相共役光発生素子２００を利用する位相共役光発生装置では、結合損失やパワー密度の減少を補償する素子を省略することができるため、単純かつ小型の構造とすることができる。また、技術成熟した光導波路の製造プロセスを利用することができるため簡易に製造可能である。

なお、上述の説明では、クラッド層２２０及び光導波路コア２３５の材料としてＬｉＮｂＯ_３を、また、クラッド層２２０及び光導波路コア２３５に添加される非線形媒質としてはＥｒを用いる例について説明した。しかしながら、第２の位相共役光発生素子２００はこれらの例に限定されない。例えば、光導波路コア２３５及びクラッド層２２０の材料として、ＬｉＴａＯ_３、ガラス又はシリコン等で構成された基板を用いることもできる。

また、非線形媒質を変更することによって、様々な波長域の信号光に対して、位相共役光を生成することができる。Ｅｒ以外の非線形媒質として、例えばＰｒ、Ｔｍ又はＹｂ等を用いることができる。

（第２の位相共役光発生素子の製造方法）
図４を参照して、上述した第２の位相共役光発生素子２００の製造方法について説明する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の位相共役光発生素子の製造方法を説明する工程図であり、各製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。

まず、材料基板２１０の上面２１０ａに、例えば１０００Åの厚さで金属（ここでは例えばＴｉ）膜２５０を形成する（図４（Ａ））。

次に、金属膜２５０形成後の材料基板２１０に対して、例えば１０５０℃で５時間の熱処理を行う。その結果、金属膜２５０の金属が材料基板２１０の上部に拡散される。金属が拡散された材料基板２１５の上部は、光導波路コア層２３０となる。また、金属が拡散されずに残存した材料基板２１５の下部がクラッド層２２０となる（図４（Ｂ））。

次に、例えばダイシング技術を用いて、光導波路コア層２３０を研削することによって、光導波路コア２３５を形成する。その結果、図３に示す第２の位相共役光発生素子２００が得られる。

このように、第２の位相共役光発生素子２００は、リッジ構造の光導波路の製造方法を用いて簡易に製造することができる。また、材料層を積層する工程が省略できるため、上述した第１の位相共役光発生素子１００と比して、より簡易に製造することができる。

（第３の位相共役光発生素子）
図５を参照して、この発明の第３の実施の形態による位相共役光発生素子（以下、第３の位相共役光発生素子とも称する）について説明する。図５（Ａ）は、第３の位相共役光発生素子を示す概略的斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す第３の位相共役光発生素子をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切り取った概略的端面図である。

第３の位相共役光発生素子３００は、クラッド層３２０と、クラッド層３２０内の上部に形成された光導波路コア３３５とを備えて構成されている。

クラッド層３２０は、例えばＬｉＮｂＯ_３を材料とした平板状体として構成することができる。クラッド層３２０には、例えばＥｒ（エルビウム）等の非線形媒質が添加されている。

光導波路コア３３５は、クラッド層３２０に上面３２０ａから金属が導入された部分として、光の伝播方向（長さ方向）に沿って延在して形成されている。金属としては、例えばＴｉ等を用いることができる。その結果、光導波路コア３３５は、クラッド層３２０及び空気よりも屈折率が大きくなる。

光導波路コア３３５は、上面が空気に囲まれる。また、光導波路コア３３５の下面はクラッド層３２０に被覆されている。上述したように、光導波路コア３３５は、空気及びクラッド層３２０よりも屈折率が大きい。このため、光導波路コア３３５は、空気及びクラッド層３２０をクラッドとした、プレーナ構造のコアとして機能する。従って、光導波路コア３３５は、光の実質的な伝送路となる。

光導波路コア３３５の厚さＴ３及び幅Ｗ３は同程度とするのが好ましい。光導波路コア３３５の厚さＴ３及び幅Ｗ３を同程度とすることによって、入力される光に対する偏波依存性を抑えることができる。

また、上述した第１及び第２の位相共役光発生装置１００及び２００と同様に、光導波路コア３３５の厚さＴ３及び幅Ｗ３を、できるだけ小さく設定することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。ここでは、光導波路コア３３５の厚さＴ３及び幅Ｗ３を、それぞれ例えば約７μｍ程度に設定することができる。

また、光導波路コア３３５を含むクラッド層３２０には、上述したように、例えばＥｒ等の非線形媒質が添加されている。その結果、光導波路コア３３５では、非線形媒質の遷移周波数に応じた波長付近の信号光に対して、四光波混合によって位相共役光が生成される。

以上に説明したように、第３の位相共役光発生素子３００は、コア（ここでは光導波路コア３３５）及びクラッド（ここでは空気及びクラッド層３２０）を含む光導波路として構成される。そのため、光導波路コア３３５の寸法を調整することによって、光通信ネットワークの伝送路である光ファイバと、光の結合損失を抑えて接続することができる。また、光導波路コア３３５の寸法を調整することによって、入力される光のパワー密度を向上させることができる。そのため、この第３の位相共役光発生素子３００を利用する位相共役光発生装置では、結合損失やパワー密度の減少を補償する素子を省略することができるため、単純かつ小型の構造とすることができる。また、技術成熟した光導波路の製造プロセスを利用することができるため簡易に製造可能である。

なお、上述の説明では、クラッド層３２０及び光導波路コア３３５の材料としてＬｉＮｂＯ_３を、また、クラッド層３２０及び光導波路コア３３５に添加される非線形媒質としてはＥｒを用いる例について説明した。しかしながら、第３の位相共役光発生素子３００はこれらの例に限定されない。例えば、クラッド層３２０及び光導波路コア３３５の材料として、ＬｉＴａＯ_３、ガラス又はシリコン等で構成された基板を用いることもできる。

また、非線形媒質を変更することによって、様々な波長域の信号光に対して、位相共役光を生成することができる。Ｅｒ以外の非線形媒質として、例えばＰｒ、Ｔｍ又はＹｂ等を用いることができる。

（第３の位相共役光発生素子の製造方法）
図６を参照して、上述した第３の位相共役光発生素子３００の製造方法について説明する。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の位相共役光発生素子の製造方法を説明する工程図であり、各製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。

まず、材料基板３１０上に、例えばフォトリソ技術を用いてレジストマスク３４０を形成する。光導波路コアの形成予定領域のみ、材料基板３１０の上面３１０ａが露出するパターニングで、レジストマスク３４０は形成される。そして、レジストマスク３４０が形成された状態で、材料基板３１０上に金属（ここでは例えばＴｉ）膜３５０を形成する（図６（Ａ））。金属膜３５０は、例えば１０００Åの厚さで形成することができる。金属膜３５０は、レジストマスク３４０から露出した、材料基板３１０の光導波路コア形成予定領域の上面３１０ａ、及びレジストマスク３４０上に形成される。

次に、材料基板３１０からレジストマスク３４０をリフトオフする（図６（Ｂ））。その結果、材料基板３１０の光導波路コア形成予定領域の上面３１０ａに、金属膜３５０が形成された構造体を得る。

次に、材料基板３１０に対して、例えば１０５０℃で５時間の熱処理を行う。その結果、金属膜３５０の金属が材料基板３１０に拡散される。材料基板３１０の金属が拡散された部分は、光導波路コア層３３５となる。また、金属が拡散されずに残存した材料基板３１０の部分がクラッド層３２０となる。その結果、図５に示す第３の位相共役光発生素子３００が得られる。

このように、第３の位相共役光発生素子３００は、プレーナ構造の光導波路の製造方法を用いて簡易に製造することができる。また、材料層を積層する工程が省略できるため、上述した第１の位相共役光発生素子１００と比して、より簡易に製造することができる。

（位相光発生装置）
図７を参照して、上述した第１、第２及び第３の位相共役光発生素子を利用した位相共役光発生装置の構成について説明する。

図７は、位相共役光発生装置を模式的に示した概略構成図である。図７では、各構成要素が線で結ばれているが、これは信号が伝播する伝送路を模式的に示したものである。各構成要素間は、例えば光ファイバや光導波路素子等で接続することができる。

また、以下の説明では、位相共役光発生装置を、信号光と異なる周波数の位相共役光が発生する所謂非縮退型の位相共役光発生装置として利用する場合の例について説明する。

位相共役光発生装置４００は、入力ポート１０と、励起光源２０と、合波部３０と、位相共役光発生部４０と、分波部５０と、出力ポート６０とを備えて構成されている。

信号光Ｓ１は、入力ポート１０から入力され、合波部３０に送られる。

また、励起光源２０で生成される励起光Ｓ２が合波部３０に送られる。励起光源２０として、例えばレーザダイオードを用いることができる。なお、ここでは、位相共役光発生装置４００を非縮退型とするため、励起光Ｓ２には、信号光Ｓ１と異なる周波数が設定される。

合波部３０は、信号光Ｓ１及び励起光Ｓ２を合波する。合波部３０として、例えばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）合分波器を用いることができる。合波部３０は、合波した信号光Ｓ１及び励起光Ｓ２を含む第１合波光Ｓ３を位相共役光発生部４０に送る。

位相共役光発生部４０として、上述した第１、第２及び第３の位相共役光発生素子１００、２００及び３００のいずれかを用いることができる。位相共役光発生部４０は、四光波混合によって、信号光及び励起光に基づく位相共役光を生成する。生成される位相共役光の周波数は、入力した信号光及び励起光の周波数により決まる。信号光、励起光及び位相共役光の周波数をこの順にωｓ、ωｐ及びωｃとすると、各周波数の関係はωｃ＝２ωｐ−ωｓとなる。位相共役光発生部４０は、信号光、励起光及び位相共役光を含む第２合波光Ｓ４を分波部５０に送る。

分波部５０は、第２合波光Ｓ４に含まれる信号光及び励起光と位相共役光とを分波する。分波部５０として、例えばＷＤＭ合分波器を用いることができる。

分波された位相共役光Ｓ５は、出力ポート６０に送られ、位相共役光発生装置４００から出力される。また、位相共役光発生部４０から位相共役光Ｓ５の出力後において、信号光及び励起光は不要である。そのため、例えば、分波部５０において遮断しても良いし、分波部５０から図示しない他の経路へ送って放出しても良い。

このように、位相共役光発生装置４００は、入力された信号光Ｓ１を、位相共役光Ｓ５に変換して出力することができる。位相共役光発生装置４００は、例えば光通信ネットワークの伝送路の中途に設置される。その結果、位相共役光発生装置４００への入力前に信号光に生じる波長分散の波形歪みを、位相共役光発生装置４００から出力後に位相共役光Ｓ５に生じる波長分散の波形歪みによって補償することができる（例えば非特許文献１参照）。

また、位相共役光発生装置４００において、合波部３０及び分波部５０として用いられるＷＤＭ合分波器等は、光導波路によって構成することができる。また、位相共役光発生部４０として用いられる第１、第２及び第３の位相共役光発生素子１００、２００及び３００は、上述したように光導波路として構成される。従って、合波部３０及び分波部５０と位相共役光発生部４０とを、共通の基板を用いて形成することができる。位相共役光発生装置４００は、装置の小型化に有利である。そして、合波部３０及び分波部５０の光導波路コアと位相共役光発生部４０の光導波路コアとを一体的に接続することによって、合波部３０及び分波部５０と位相共役光発生部４０との間の光の結合損失を抑えることができる。

なお、ここでは、位相共役光発生装置４００を、非縮退型の位相共役光発生装置として利用する場合の例について説明した。しかし、位相共役光発生装置４００は、信号光と同じ周波数の位相共役光が発生する所謂縮退型の位相共役光発生装置として利用することもできる。

その場合には、励起光源２０で生成される励起光Ｓ２を、信号光Ｓ１と同じ周波数とする。そして、励起光Ｓ２のパルスを、信号光Ｓ１のパルスと時間的にずらして出力する。位相共役光発生部４０として用いる第１、第２及び第３の位相共役光発生素子１００、２００及び３００は、光導波路コアに添加された非線形媒質（例えばＥｒ等）のエネルギー準位を利用し、所望の周波数帯の信号光に対して四光波混合を生じさせる。そのため、信号光Ｓ１及び励起光Ｓ２のパルスがずれていても、光励起されて生成される、非線形媒質の分極のコヒーレンスが保たれている時間内であれば、四光波混合を生じさせることができる。そして、位相共役光発生部４０から、同じ周波数で、かつそれぞれパルスのずれた信号光、励起光及び位相共役光を含む第２合波光Ｓ４が出力される。また、位相共役光発生装置４００を縮退型とする場合には、信号光、励起光及び位相共役光を含む第２合波光Ｓ４から位相共役光を分波する分波部として、音響光学変調素子（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いることができる。

１０：入力ポート
２０：励起光源
３０：合波部
４０：位相共役光発生部
５０：分波部
６０：出力ポート
１００：第１の位相共役光発生素子
１１０：支持基板
１２０、２２０、３２０：クラッド層
１３０：非線形材料基板
１３５、２３５、３３５：光導波路コア
２００：第２の位相共役光発生素子
３００：第３の位相共役光発生素子
４００：位相共役光発生装置

Claims (7)

1. 光導波路コアに入力される励起光及び信号光に基づいて位相共役光を生成する位相共役光発生素子であって、
   前記光導波路コアは、非線形媒質が添加された非線形材料基板を用いて形成されている
   ことを特徴とする位相共役光発生素子。
2. クラッド層と、該クラッド層上に設けられた前記光導波路コアとを備え、
   前記光導波路コアは、前記非線形材料基板が、光の伝播方向に沿って延在するようにパターニングされて形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の位相共役光発生素子。
3. 前記光導波路コアに金属が導入されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の位相共役光発生素子。
4. 前記光導波路コアは、前記非線形材料基板に金属が導入された部分として、光の伝播方向に沿って延在して形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の位相共役光発生素子。
5. 前記非線形材料基板がＬｉＮｂＯ_３基板、ＬｉＴａＯ_３基板、ガラス基板又はシリコン基板である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の位相共役光発生素子。
6. 前記非線形媒質がＥｒ、Ｐｒ、Ｔｍ又はＹｂである
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の位相共役光発生素子。
7. 入力される信号光及び励起光源で生成される励起光を合波し、信号光及び励起光を含む第１合波光を出力する合波部と、
   前記第１合波光に基づいて位相共役光を生成し、信号光、励起光及び位相共役光を含む第２合波光を出力する位相共役光発生部と、
   前記第２合波光に含まれる信号光及び励起光と位相共役光とを分波する分波部と
   を備え、
   前記位相共役光発生部は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の位相共役光発生素子である
   ことを特徴とする位相共役光発生装置。