JP2019105796A

JP2019105796A - 波長変換装置

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Publication number: JP2019105796A
Application number: JP2017239491A
Authority: JP
Inventors: 忠永　修; Osamu Tadanaga; 修忠永; 圓佛　晃次; Kouji Enbutsu; 晃次圓佛; 毅伺梅木; Takeshi Umeki; 拓志風間; Takushi Kazama; 貴大柏崎; Takahiro Kashiwazaki; 笠原　亮一; Ryoichi Kasahara; 亮一笠原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-27
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Abstract

【課題】従来技術の波長変換装置では、装置より後段側にある光部品が劣化する問題があった。１．５５μｍ帯の信号光ラインにおいて励起光の３分の２の波長の０．５２μｍ付近の光が混入していることが見出された。信号光と励起光を分離するためのダイクロイックミラーは、所望の１．５５μｍ帯の信号光と同じ条件で、０．５２μｍ帯での透過または反射の設定がされる。このため和周波光である０．５２μｍ帯の光も装置より後段側の１．５５μｍ帯光ファイバに、不要な和周波光が混入し、光部品を劣化させていた。【解決手段】本発明の波長変換装置は、その出力段に信号光を透過し、励起光の３分の２の波長の光を取り除く光学素子（吸収体）を備える。波長変換装置の出力側にある信号光ファイバに不要な和周波光（０．５２μｍ帯光）が混入しないため、波長変換装置より後段側の光部品の劣化を防止する。波長変換装置は、光感応増幅器としても動作できる。【選択図】図３

Description

本発明は、二次非線形光学素子を用いた波長変換装置に関する。

波長変換技術は、光通信における光信号波長変換、光加工、医療、生物工学などの様々な応用分野に利用されている。波長変換の対象となる光の波長域は、紫外域から可視域、赤外域、テラヘルツ域に半導体レーザでは直接出力できない波長域に及ぶ。また、波長変換技術は、波長域としては半導体レーザによって直接出力可能であっても半導体レーザで十分な高出力は得られない用途においても利用されている。光通信システムにおいても、例えば、後述する差周波発生による波長変換動作や、パラメトリック効果を利用した増幅動作をする波長変換装置などに波長変換技術が利用されている。波長変換に利用される材料に着目すると、２次非線形材料であって大きな非線形定数を持つニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を用いた周期分極反転光導波路は、波長変換効率の高さから市販されている光源に広く使用されている。

２次非線形光学効果では、波長λ_１の光と波長λ_２の光を二次非線形媒質に入力して新たな波長λ_３を発生させる、波長変換の機構が利用される。次式で表される波長変換を、和周波発生と呼ぶ。

１／λ₃＝１／λ₁＋１／λ₂ 式（１）
またλ_１＝λ_２として式（１）を変形した次式を満たす波長変換を第２高調波発生と呼ぶ。

λ₃＝λ₁／２式（２）
さらに次式を満たす波長変換を差周波発生と呼ぶ。

１／λ₃＝１／λ₁−１／λ₂ 式（３）
上述の式（３）による差周波発生の時に用いる波長λ₁を励起光、λ_２を信号光、λ_３をアイドラ光とそれぞれ呼ぶ。さらに、非線形媒質を共振器の中に入れてλ₁のみを入力し式（３）を満たすλ₂およびλ₃を発生する光パラメトリック発振器を構成することもできる。

近年、波長変換効率（入射光の強度に対する波長変換光の強度の割合）の向上により、通信の分野で二次非線形効果による光増幅動作が可能になっている。この光増幅器は、位相感応動作をさせることによって、入力光の信号雑音比を劣化させることなく増幅可能で、エルビウム添加ファイバアンプに代わる長距離伝送用光増幅器として期待されている。

位相感応増幅器では、２つの増幅動作が知られている。１つは、二次非線形媒質へ信号光と信号光の半分の波長の励起光とを入力し信号光を増幅する縮退パラメトリック増幅を利用した動作である（非特許文献１）。もう１つは、信号光およびアイドラ光のペアと、さらに信号光およびアイドラ光の和周波となる波長の励起光とを入力し、信号光およびアイドラ光を増幅する非縮退パラメトリック増幅を利用した動作である（非特許文献２）。信号光およびアイドラ光のペアは、上述の差周波発生の機構によって生成される。

通信分野において二次非線形光学効果を用いた波長変換技術を用いる場合、上述の二次非線形効果による機構の中で、主に差周波発生およびパラメトリック増幅が用いられる。差周波発生およびパラメトリック増幅では、信号光およびアイドラ光が１．５５μｍ帯の通信波長帯に存在するため、励起光は０．７８μｍ帯の光となる。この励起光については、近年の波長変換効率の向上のために以前よりも所要レベルは下がっているものの、依然として数百ｍＷから数Ｗ程度のものが必要である。

図１は、従来技術の波長変換装置の構成を示した図である。波長変換装置１００は、図１の左側の１．５５μｍ帯光ファイバ１０５から１．５５μｍ帯の信号光１０１を入力し、２枚のレンズ１０９−１、１０９−２によって導波路型の波長変換素子１１４に光結合させる。また、０．７８μｍ帯光ファイバ１０５から励起光１０２を入力し、２枚のレンズ１１０、１０９−２で波長変換素子１１４に光結合させている。波長変換素子１１４に近い側では、１．５５μｍ帯および０．７８μｍ帯で共通のレンズ１０９−２を使用している。また１．５５μｍ帯光および０．７８μｍ帯光を合波するため、１．５５μｍ光を透過し０．７８μｍ光を反射するダイクロイックミラー１１３を備えている。

波長変換導波路１１５の出力端から出力される１．５５μｍ帯光を２枚のレンズ１１１−２、１１１−１によって、１．５５μｍ帯光ファイバ１０８に光接続する。波長変換動作を受けた（増幅された）信号光１０４が１．５５μｍ帯光ファイバ１０８から出力される。波長変換導波路１１５の出力光の中から０．７８μｍ帯の光を取り除くために、第２のダイクロイックミラー１１６を備えている。図１に示した従来技術の波長変換装置では、波長変換導波路１１５から出力される０．７８μｍ帯光も２枚のレンズ１１１−２、１１２を用いて０．７８μｍ帯光ファイバ１０７へ光接続されている。ダイクロイックミラー１１６によって波長変換動作を受けた出力光から０．７８μｍ光を分離できれば、必ずしも光ファイバ１０７に接続する必要はない。波長変換素子１１４としては、例えば分極反転構造の施されたニオブ酸リチウムからなる導波路型の素子を利用できる。

前述のように、図１の波長変換装置を位相感応増幅器として用いる場合、数百ｍＷから数Ｗ程度の０．７８μｍ帯の励起光１０２の入力強度が必要となる。一方、信号光１０１は、波長変換装置に入力される段階で、通常は伝送路における減衰を受けており、増幅動作が必要になるような状態で入力される。したがって信号光１０１の光強度は、１波長当たりは−１０ｄＢｍ以下の非常に小さなレベルとなる。波長多重信号などの多波長入力の場合は、その波長数分の入力光を合計したレベルとなる。

波長変換装置１００では、波長変換動作のために波長変換素子１１４において０．７８μｍ帯の励起光が必要となるが、出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ１０８には出力するべきでない。０．７８μｍ帯の光は光エネルギーが高く、さらに光強度も強いと、波長変換装置１００よりも後段側にある光部品を劣化させるためである。光部品の劣化としては、例えば、光コネクタの接着剤の劣化などが知られている。したがって、波長変換装置１００の出力側では、第２のダイクロイックミラー１１６などによって励起光を遮断する必要がある。図１に示した波長変換装置１００においても、出力段で励起光を０．７８μｍ帯光ファイバ１０７に導き、１．５５μｍ信号の光ラインから励起光を遮断する構造を取っている。

T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada, and M. Asobe, "Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides,"Optics Express Vol.19, No. 27, pp.6326-6332, 2011年 T. Umeki, O. Tadanaga, M. Asobe, Y. Miyamoto, and H. Takenouchi, "First demonstration of high-order QAM signal amplification in PPLN-based phase sensitive amplifier," Optics Express Vol.22, No. 3, pp.2473-2482, 2014年

しかしながら図１に示した波長変換装置では、依然として装置より後段側にある光部品が劣化する問題のあることが確認されていた。発明者らは、図１の構成の波長変換装置を使用しているときの後段側にある光部品が劣化する現象に気が付き、その原因を調査した。その結果、１．５５μｍ帯の信号光ラインにおいて波長０．５２μｍ付近の光が混入していることを見出した。このような０．５２μｍ帯の光は、励起光の３分の２の波長を持っている。すなわち縮退パラメトリック増幅を用いた場合、信号光波長をλｓとすると、励起光波長はλｓ／２になる。この２つの波長の和周波成分であるλｓ／３の波長の光が１．５５μｍ帯の信号光ラインに出射されていたことがわかった。非縮退パラメトリック増幅や通常の差周波発生で用いる場合においても、１．５５μｍ帯に存在する信号光およびアイドラ光と、励起光との関係から、励起光の３分の２の波長を中心に和周波光が発生する。

図１に示した従来技術の波長変換装置では、ダイクロイックミラー１１６により励起光および信号光を分離している。ダイクロイックミラー１１６は、例えば、使用波長帯域で透明なガラス基板などの表面に、誘電体の多層膜を形成して構成される。図１の波長変換装置の場合では、波長変換導波路１１５を伝搬してきた信号光を透過させるように、ダイクロイックミラー１１６は信号光に対して無反射膜が形成されている。無反射膜を作製する場合、例えば、屈折率の異なる複数の誘電体をそれぞれの光学長が目的の波長の４分の１の厚みとして、これら誘電体層を積層した構造とする。このような積層構造の無反射膜は、目的の波長の３分の１の波長においても、同時に無反射条件となる。すなわち目的の波長の３分の１の波長から見た場合、屈折率の異なる複数の誘電体膜の積層構造の各層の厚みは、光学長で波長の４分の３の厚みになり、高次の無反射膜条件を満たす。したがって、誘電体層を積層した構造によるダイクロイックミラーによって１．５５μｍ帯で無反射条件とすると、０．５２μｍ帯においても、同時に無反射条件となる。

図２は、従来技術の別の波長変換装置の構成を示した図である。図２の波長変換装置２００は、図１の波長変換装置１００と比較して、信号光と励起光の位置を入れ替えたものとなっている。すなわち、ダイクロイックミラー２１３は、信号光２０１の波長で反射し、励起光２０２の波長で透過するように構成され、図１のダイクロイックミラー１１３における反射および透過の条件が逆となる。出力側の第２のダイクロイックミラー２１６についても同様である。波長変換装置２００の他の構成は図１の波長変換装置１００の場合と同じなので説明は省略する。

図２の従来技術の波長変換装置の構成の場合でも、ダイクロイックミラー２１３、２１６で高反射率膜を作製するために、屈折率の異なる複数の誘電体をそれぞれ光学長で目的の波長の４分の１の厚みとして、これら誘電体層を積層した構造とする。この時も、目的の波長の３分の１の波長においても同時に高反射条件となる。したがって、誘電体層を積層した構造によるダイクロイックミラーによって１．５５μｍ帯で反射条件とすると、０．５２μｍ帯においても、同時に反射条件となる。

上述のように、従来技術の波長変換装置に使用するために１．５５μｍ帯光に対してダイクロイックミラーを設計すると、１．５５μｍ帯光で反射条件とすれば０．５２μｍ帯でも反射条件を満たす。同様に、１．５５μｍ帯光で無反射条件とすれば０．５２μｍ帯でも無反射条件を満たすことになる。つまり所望の１．５５μｍ帯の信号光と同じ条件で、０．５２μｍ帯での透過または反射の設定がされるため、和周波光である０．５２μｍ帯の光が後段の１．５５μｍ帯光ファイバに混入していた。結果として、波長変換装置より後段側にある光部品を劣化させるという問題が存在していた。

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波長変換装置において和周波光を１．５５μｍ帯出力光ファイバに混入させないことにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、励起光および信号光が入力され、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、前記入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子を備え、前記二次非線形光学素子からの出力信号光を光ファイバに出力する波長変換装置において、前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記出力信号光を透過し、前記励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子をさらに備えたことを特徴とする波長変換装置である。

請求項２に記載の発明は、所要の励起光の２倍の波長の光および信号光が入力され、前記２倍の波長の光から第２高調波を生成して前記励起光を生成し、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、前記入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子を備え、前記二次非線形光学素子からの出力信号光を光ファイバに出力する波長変換装置において、前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記出力信号光を透過し、前記励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子をさらに備えたことを特徴とする波長変換装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２の波長変換装置であって、前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記励起光を反射し前記出力信号光を透過する選択的透過反射手段をさらに備えたこと特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１の波長変換装置であって、前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記励起光を透過し前記出力信号光を反射する選択的透過反射手段をさらに備え、前記反射された出力信号光が前記光ファイバに光学的に接続されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４の波長変換装置であって、前記選択的透過反射手段は、４５度ミラーであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの波長変換装置であって、前記光学素子は、シリコン基板上に前記信号光の波長帯で無反射となる膜が構成され、吸収によって前記励起光の３分の２の波長の光を除去するよう動作することを特徴とする。

好ましくは、前記二次非線形光学素子は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂ_（ｘ）Ｔａ_{（１−ｘ）} Ｏ_３（０≦ｘ≦１）のいずれか、または、これらに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ものとすることができる。

好ましくは、前記二次非線形光学素子は導波路型であり、かつ、分極が周期的に反転されているものとすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、波長変換装置の出力側の信号光ファイバに不要な和周波光が混入せず後段の光部品が劣化しないため、安定して伝送路を運用できる。

図１は、従来技術の波長変換装置の構成を示した図である。図２は、従来技術の別の波長変換装置の構成を示した図である。図３は、本発明の第１の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。図４は、本発明の第２の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。図５は、本発明の第３の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。図６は、本発明の第４の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。

本発明の波長変換装置は、その出力段に信号光を透過し、励起光の３分の２の波長の光を取り除く光学素子（吸収体）を備える。波長変換装置の出力側にある信号光ファイバに不要な和周波光（０．５２μｍ帯光）が混入しないため、波長変換装置よりも後段側にある光部品が劣化するのを防止する。長期間にわたって安定した波長変換装置を用いた伝送路の運用ができる。より具体的には、本発明の波長変換装置は、励起光および信号光が入力され、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子を備え、二次非線形光学素子からの出力信号光を光ファイバに出力する。この二次非線形光学素子および出力光ファイバの間に、出力信号光を透過し、励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子をさらに備える。波長変換装置は、光感応増幅器として動作することもできる。以下、本発明の波長変換装置の様々な実施形態とともに、詳細に波長変換装置の構成および動作について説明する。

［第１の実施の形態］
図３は、本発明の第１の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。波長変換装置３００の構成は、後述する光学素子３１７を除いて、図１に示した従来技術の波長変換装置１００と同一である。すわなち、第１のダイクロイックミラー３１３は、１．５５μｍ帯の信号光３０１を透過し、０．７８μｍ帯の励起光３０２を反射するように構成されている。第２のダイクロイックミラー３１６についても同様である。したがって、ダイクロイックミラー３１３、３１６は、二次非線形光学素子および光ファイバの間に、励起光を反射し出力信号光を透過する選択的透過反射手段として機能する。より具体的には、ダイクロイックミラーとしては、４５度ミラーを利用することができる。波長変換装置３００の他の構成要素は図１の場合と同じなので説明を省略する。

本発明の波長変換装置３００は、波長変換素子３１４の出力側の第２のダイクロイックミラー３１６と、１．５５μｍ帯光ファイバ３０８へ結合するレンズ３１１−１との間に光学素子３１７を備える。光学素子３１７は、１．５５μｍ帯光を透過するが０．５２μｍ帯光を吸収によって遮断するよう動作する。この光学素子３１７は、信号光および励起光の和周波光である０．５２μｍ帯の光の吸収体であって、具体的には、シリコンからなる板に対して１．５５μｍ帯で無反射になる膜が板の両面に施されている。光学素子３１７を備えることで、出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ３０８上では、信号光と励起光との和周波光である０．５２μｍ帯の光は遮断されている。

したがって本発明の波長変換装置は、励起光３０２および信号光３０１が入力され、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、前記入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子３１４を備え、前記二次非線形光学素子からの出力信号光３０４を光ファイバ３０８に出力する波長変換装置において、前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記出力信号光を透過し、前記励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子３１７をさらに備えたものとして実施できる。

出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ３０８の出力光を検査したところ、０．５２μｍ帯の光はμＷレベルの強度しか観測されなかった。波長変換装置３００よりも後段にある光学素子を破壊するような不要な和周波光が存在しないことが確認できた。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。本実施形態の波長変換装置４００の構成は、後述する光学素子４１７を除いて、図２に示した従来技術の波長変換装置２００と同一である。すわなち、第１のダイクロイックミラー４１３は、１．５５μｍ帯の信号光４０１を反射し、０．７８μｍ帯の励起光４０２を透過するように構成されている。第２のダイクロイックミラー４１６についても同様である。したがって、ダイクロイックミラー４１３、４１６は、二次非線形光学素子および光ファイバの間に、励起光を透過し出力信号光を反射する選択的透過反射手段として機能する。より具体的には、ダイクロイックミラーとしては、４５度ミラーを利用することができる。波長変換装置４００の他の構成要素は図２の場合と同じなので説明は省略する。

本発明の波長変換装置４００は、波長変換素子４１４の出力側の第２のダイクロイックミラー４１６と、１．５５μｍ帯光ファイバ４０８へ結合するレンズ４１１−１との間に光学素子４１７を備える。光学素子４１７は、１．５５μｍ帯光を透過するが０．５２μｍ帯光を吸収によって遮断するよう動作する。この光学素子４１７は、信号光および励起光の和周波光である０．５２μｍ帯の光の吸収体であって、具体的にはシリコンからなる板に対して１．５５μｍ帯で無反射になる膜が板の両面に施されている。光学素子４１７を備えることで、出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ４０８上では、信号光と励起光との和周波光である０．５２μｍ帯の光は遮断されている。出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ４０８の出力光を検査したところ、０．５２μｍ帯の光はμＷレベルの強度しか観測されなかった。波長変換装置４００よりも後段側の光学素子を破壊するような不要な和周波光が存在しないことが確認できた。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。本実施形態の波長変換装置５００は、図２の従来技術の波長変換装置２００または図４の第２の実施形態の波長変換装置４００を変形したものである。すなわち、図２および図４における信号光２０５、４０５の入力方向および信号光２０８、４０８の出力方向をそれぞれ９０度回転させたものであり、信号光５０１の入力方向および信号光５０４の出力方向は、励起光５０２の入力方向および励起光５０３の出力方向とそれぞれ平行になっている点で、図２および図４の構成と相違する。具体的には、１．５５μｍ帯ファイバ５０６と波長変換素子５１７との間に、１．５５μｍ帯ファイバ５０７と波長変換素子５１７との間に、それぞれミラー５１４、５１６を設置して信号光を折り返し、０．７８μｍ帯ファイバ５０５、５０８と同じ方向に１．５５μｍ帯ファイバ５０６、５０７も光結合する。波長変換素子５１７の入力側のミラー５１４と１．５５μｍ帯光ファイバ５０６へ結合するレンズ５０９−１との間に光学素子５１９を備える。同様に、波長変換素子５１７の出力側のミラー５１６と、１．５５μｍ帯光ファイバ５０７へ結合するレンズ５１１−１との間に第２の光学素子５２０を備える。光学素子５１９、５２０は、いずれも、１．５５μｍ帯の信号光は透過するが、０．５２μｍ帯の光は吸収によって遮断するよう構成されている。これらの光学素子５１９、５２０は、具体的には、シリコンからなる板に対して１．５５μｍ帯で無反射となる膜が板の両面に施されている。

本実施形態の波長変換装置５００では、波長変換素子５１７の両側にそれぞれ不要な和周波光を吸収する光学素子５１９、５２０を備えているが、入力側の光学素子５１９は必須ではない。しかしながら、波長変換装置５００の入力側と出力側を等価に作製することによって、入力端と出力端とを入れ替え使うことができる。本実施形態でも、出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ５０７の出力光を検査したところ、０．５２μｍ帯の光はμＷレベルの強度しか観測されなかった。波長変換装置５００よりも後段側にある光学素子を破壊するような不要な和周波光が存在しないことを確認できた。

［第４の実施形態］
図６は、本発明の第４の実施形態の波長変換装置の構成を示す図である。波長変換装置６００は、図３〜図５の各実施形態の波長変換装置とは異なり、１．５５μｍ帯の信号光と別に０．７８μｍ帯の励起光を入力せずに、波長変換素子６０７の中で第二高調波を発生させる。波長変換素子６０７内において１．５５μｍ帯の光から第二高調波生成機構を利用して０．７８μｍ帯の励起光を得て、波長変換動作または増幅動作を行う。したがって、波長変換装置６００は励起光専用の入力および出力を持たない。図の左側から信号光６０１を入力する１.５５μｍ帯光ファイバ６０３が、２枚のレンズ６０５−１、６０５−２によって導波路型の波長変換素子６０７の波長変換導波路６０８に光結合されている。入力する１.５５μｍ帯光ファイバ６０３へは、信号光と同じ１.５５μｍ帯の光が入力される。１.５５μｍ帯のこの光の波長は、波長変換装置６００の機能によって、信号光６０１と完全同一波長（周波数）であっても良いし、わずかに異なる波長を持つものであっても良い。

波長変換導波路６０８の出力端から出力される１．５５μｍ帯の信号光を、２枚のレンズ６０６−２、６０６−１によって１．５５μｍ帯光ファイバ６０４に光接続している。出力端の２枚のレンズ６０６−２、６０６−１の間には、１．５５μｍ帯の信号光を透過し、０．７８μｍ帯の励起光を反射するダイクロイックミラー６０９と、ダイクロイックミラー６０９によって反射された励起光を吸収する光学素子６１０を設置してある。さらにダイクロイックミラー６０９と、出力ファイバ６４に光結合するレンズ６０６−２との間に、光学素子６１１を備えている。光学素子６１１は、１．５５μｍ帯の信号光を透過するが、不要な和周波光である０．５２μｍ帯の光は吸収によって遮断するよう動作する。既に述べたように、光学素子６１１は、信号光および励起光の和周波光である０．５２μｍ帯の光の吸収体であって、シリコンからなる板に対して１．５５μｍ帯で無反射となる膜が板の両面に施されたもので良い。

したがって、本発明の波長変換装置は、所要の励起光の２倍の波長の光および信号光６０１が入力され、前記２倍の波長の光から第２高調波を生成して前記励起光を生成し、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、前記入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子６０７を備え、前記二次非線形光学素子からの出力信号光６０２を光ファイバ６０４に出力する波長変換装置６００において、前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記出力信号光を透過し、前記励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子６１１をさらに備えたものとして実施できる。

本実施形態の波長変換装置６００では、入力側の１．５５μｍ帯光ファイバ６０３に、励起光の２倍の波長の１．５５μｍ帯光を高光強度で入射し、波長変換素子６０７の中で第二高調波発生機構により、波長変換素子６０７内に０．７８μｍ帯の励起光を得る。第二高調波発生機構を利用して、波長変換動作または増幅動作を行うことができる。本実施形態の波長変換装置においても、出力側の１．５５μｍ帯光ファイバ６０４の出力光を検査したところ、０．５２μｍ帯の光はμＷレベルの強度しか観測されなかった。波長変換装置６００よりも後段側にある光学素子を破壊するような不要な和周波光が存在しないことを確認できた。

上述の第３の実施形態では、装置全体を対称型の構成として、入力側および出力側の両方に不要な和周波光である０．５２μｍ帯の光を吸収する光学素子を入れた構造としたが、他の実施形態においても、同様に入力側および出力側の両方に０．５２μｍ帯光を吸収する光学素子を採用できる。

また、上述の各実施形態では、波長変換素子として導波路型の分極反転ニオブ酸リチウムを用いたが、二次非線形効果を示す材料であればこれに限定されない。好ましくはニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３もしくはタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ_３、それらの混晶ＬｉＮｂ_（ｘ）Ｔａ_{（１−ｘ）} Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、または、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎのうちから選ばれた元素が添加されていても良い。

以上詳細に説明してきたように、本発明によれば、波長変換装置の出力側の信号光ファイバに不要な和周波光が混入せず、波長変換装置より後段側にある光部品が劣化しないため、安定して伝送路を運用することができる。

本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムの光通信装置に利用することができる。

１００、２００、３００、４００、５００、６００波長変換装置
１０１、１０４、２０１、２０３、３０１、３０４、４０１、４０３、５０１、５０４、６０１、６０２信号光
１０２、１０３、２０２、２０４、３０２、３０３、４０２、４０４、５０２、５０３励起光
１０５、１０８、２０５、２０８、３０５、３０８、４０５、４０８、５０６、５０７、６０３、６０４１．５５帯光ファイバ
１０６、１０７、２０６、２０７、３０６、３０７、４０６、４０７、５０５、５０８０．７８帯光ファイバ
１１４、２１４、３１４、４１４、５１７、６０７波長変換素子
１１３、１１６、２１３、２１６、３１３、３１６、４１３、４１６、５１３〜５１６、６０９ダイクロイックミラー
３１７、４１７、５１９、５２０、６１０、６１１光学素子（吸収体）

Claims

励起光および信号光が入力され、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、前記入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子を備え、前記二次非線形光学素子からの出力信号光を光ファイバに出力する波長変換装置において、
前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記出力信号光を透過し、前記励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子をさらに備えたことを特徴とする波長変換装置。
所要の励起光の２倍の波長の光および信号光が入力され、前記２倍の波長の光から第２高調波を生成して前記励起光を生成し、前記入力された信号光を光感応増幅し、または、前記入力された信号光から差周波数を発生する二次非線形光学素子を備え、前記二次非線形光学素子からの出力信号光を光ファイバに出力する波長変換装置において、
前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記出力信号光を透過し、前記励起光の３分の２の波長の光を除去する光学素子をさらに備えたことを特徴とする波長変換装置。
前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記励起光を反射し前記出力信号光を透過する選択的透過反射手段をさらに備えたこと特徴とする請求項１または２に記載の波長変換装置。
前記二次非線形光学素子および前記光ファイバの間に、前記励起光を透過し前記出力信号光を反射する選択的透過反射手段をさらに備え、前記反射された出力信号光が前記光ファイバに光学的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
前記選択的透過反射手段は、４５度ミラーであることを特徴とする請求項３または４に記載の波長変換装置。
前記光学素子は、シリコン基板上に前記信号光の波長帯で無反射となる膜が構成され、吸収によって前記励起光の３分の２の波長の光を除去するよう動作することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の波長変換装置。
前記二次非線形光学素子は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂ_（ｘ）Ｔａ_{（１−ｘ）} Ｏ_３（０≦ｘ≦１）のいずれか、または、これらに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ものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の波長変換装置。
前記二次非線形光学素子は導波路型であり、かつ、分極が周期的に反転されていることを特徴とした請求項１乃至７いずれかに記載の波長変換装置。