JP2637588B2 - 光学周波数混合器 - Google Patents
光学周波数混合器Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3546—Active phase matching, e.g. by electro- or thermo-optic tuning
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は光学周波数混合器に関する。ここでは光学
周波数混合方法を例えばケイ酸（シリカ）光ファイバに
適用して光学周波数を２倍にする光学周波数混合器につ
いて説明するが、この発明はこの混合器に限定されるわ
けではない。
周波数混合方法を例えばケイ酸（シリカ）光ファイバに
適用して光学周波数を２倍にする光学周波数混合器につ
いて説明するが、この発明はこの混合器に限定されるわ
けではない。
不純物としてリンが添加されている単一モードファイ
バにおいて、数名の研究者（Osterberg U＆Margulis W.
Opts Letts 11,pp516−518,1986,Farries M C et al,El
ectronics Letts,23,pp322−324,1987,Stolen R＆Tom H
W K,12,585,1987）によ周波数混合が観察されていた。
ケイ酸は反転中心を示すので、第２次非線形性、X(2)、
を可能にする電気双極子を欠いている。従って、非線形
相互作用は電気四極子モーメント及び磁気双極子モーメ
ントによるものと仮定されていた（Payne D P,Electron
ics Letts,23（23）,pp1215−1216,5th−November 198
7）。このプロセスでは独りでに位相整合してしまうの
で、特定の相互作用モードを選択する余地がほとんどな
い。
バにおいて、数名の研究者（Osterberg U＆Margulis W.
Opts Letts 11,pp516−518,1986,Farries M C et al,El
ectronics Letts,23,pp322−324,1987,Stolen R＆Tom H
W K,12,585,1987）によ周波数混合が観察されていた。
ケイ酸は反転中心を示すので、第２次非線形性、X(2)、
を可能にする電気双極子を欠いている。従って、非線形
相互作用は電気四極子モーメント及び磁気双極子モーメ
ントによるものと仮定されていた（Payne D P,Electron
ics Letts,23（23）,pp1215−1216,5th−November 198
7）。このプロセスでは独りでに位相整合してしまうの
で、特定の相互作用モードを選択する余地がほとんどな
い。
位相整合はTerhune R WとWeinberger D A（JOSA−B,4
（５）,1987年５月）によって検討されていたし、位相
整合がファイバの適切な設計によって達成される場合の
直流電解誘起第２高調波発生はWeinberger D A＆Terhun
e R W（CLEO,SessionTUHH3,pp78−79,Baltimore1987年
４月27日 ５月１日）によって検討されてきた。効率の
良い非線形装置は、中空ファイバのコアとして高X(3)媒
質を組み込み、連続的な電極に対向する周期的な格子構
造を位相整合に使用することによっても組み立てること
ができる（Kashyap R,サンデイエゴ、カルファルニア、
Volume682,pp170−178,21−22 1986年８月「分子と高
分子光電物質：基礎と応用」に関するSPIEシンポジウム
の会報）。非対称の中心が電界によって誘起され、電界
の空間周期性によって位相整合が達成される。
（５）,1987年５月）によって検討されていたし、位相
整合がファイバの適切な設計によって達成される場合の
直流電解誘起第２高調波発生はWeinberger D A＆Terhun
e R W（CLEO,SessionTUHH3,pp78−79,Baltimore1987年
４月27日 ５月１日）によって検討されてきた。効率の
良い非線形装置は、中空ファイバのコアとして高X(3)媒
質を組み込み、連続的な電極に対向する周期的な格子構
造を位相整合に使用することによっても組み立てること
ができる（Kashyap R,サンデイエゴ、カルファルニア、
Volume682,pp170−178,21−22 1986年８月「分子と高
分子光電物質：基礎と応用」に関するSPIEシンポジウム
の会報）。非対称の中心が電界によって誘起され、電界
の空間周期性によって位相整合が達成される。
X(3)の第３次非線形性を示し、E0の空間周期的静電界
振幅が印加される長さｌのファイバから得られる第２高
調波の強さは、Kashyap Rにより，サンデイエゴ、カル
フォルニア、Volume682,pp170−178,21−22 1986年８
月「分子と高分子光電物質：基礎と応用」に関するSPIE
シンポジウムの会報において，以下の式で与えられた。
振幅が印加される長さｌのファイバから得られる第２高
調波の強さは、Kashyap Rにより，サンデイエゴ、カル
フォルニア、Volume682,pp170−178,21−22 1986年８
月「分子と高分子光電物質：基礎と応用」に関するSPIE
シンポジウムの会報において，以下の式で与えられた。
Ｐ（２ω）。＝（3/2ε０πX(3)P（ω）E0× lsinc（Δβ1/2）Ｉ）２ 但し、Ｐ（ω）は基本波モードにおける強さ、Δβは
位相非整合、Ｉは静電界、横基本波モード電界、第２高
調波モード電界間の重なり積分である。
位相非整合、Ｉは静電界、横基本波モード電界、第２高
調波モード電界間の重なり積分である。
従って、有効第２次非線形性はX(3)E0によって与えら
れる。位相整合のための空間的周期静電界ピッチは2lC
に等しい。但し、lCは基本波誘導モードの位相速度と第
２高調波誘導モードの位相速度との間の非整合の結果と
しての有効コヒーレンス長である。一般に、静電界は均
一である必要がない。更に、モード相互作用の選択ルー
ルはモードの対称性及び電界の極性によって支配され
る。非均一の静電界では、線形偏光モード（LP）近似に
おける禁止相互作用はもはや有効ではないので、事実上
全てのモード相互作用は有限の重なり積分を有する。
又、相互作用の強さは通常１以下である電界の空間高調
波のフーリエ係数の２乗に依存する。
れる。位相整合のための空間的周期静電界ピッチは2lC
に等しい。但し、lCは基本波誘導モードの位相速度と第
２高調波誘導モードの位相速度との間の非整合の結果と
しての有効コヒーレンス長である。一般に、静電界は均
一である必要がない。更に、モード相互作用の選択ルー
ルはモードの対称性及び電界の極性によって支配され
る。非均一の静電界では、線形偏光モード（LP）近似に
おける禁止相互作用はもはや有効ではないので、事実上
全てのモード相互作用は有限の重なり積分を有する。
又、相互作用の強さは通常１以下である電界の空間高調
波のフーリエ係数の２乗に依存する。
本発明の光学周波数混合器は、周波数成分と周波数混
合成分とを有する光信号を所定の方向に沿って伝搬する
ものであって、各成分は自己の伝搬モードを有し、周波
数混合成分は周波数成分の相互作用により発生される光
導波路と、空間的に周期的な電場であって、その周期が
相互作用する周波数成分を周波数混合成分と位相整合さ
せるように選択される一対の電極とを具備し、 各電極は櫛形電極の構造を有し、両方の櫛形電極構造
の歯は相互に噛み合っていて、両方の櫛形電極は前記光
導波路に平行に延びる面に設けられ、前記櫛形電極の歯
と前記所定の伝搬方向の角度は、前記光導波路内の前記
電場が、前記光導波路内の所定の伝搬方向を横切る２つ
の相互に直交する方向においてほぼ等しくなるようなも
のであり、前記２つの相互に直交する方向は、その１つ
が前記櫛形電極の面に平行であり、残りが前記櫛形の電
極の面に直交していて、その結果光周波数混合器の出力
特性を偏光に無関係にすることを特徴とする。
合成分とを有する光信号を所定の方向に沿って伝搬する
ものであって、各成分は自己の伝搬モードを有し、周波
数混合成分は周波数成分の相互作用により発生される光
導波路と、空間的に周期的な電場であって、その周期が
相互作用する周波数成分を周波数混合成分と位相整合さ
せるように選択される一対の電極とを具備し、 各電極は櫛形電極の構造を有し、両方の櫛形電極構造
の歯は相互に噛み合っていて、両方の櫛形電極は前記光
導波路に平行に延びる面に設けられ、前記櫛形電極の歯
と前記所定の伝搬方向の角度は、前記光導波路内の前記
電場が、前記光導波路内の所定の伝搬方向を横切る２つ
の相互に直交する方向においてほぼ等しくなるようなも
のであり、前記２つの相互に直交する方向は、その１つ
が前記櫛形電極の面に平行であり、残りが前記櫛形の電
極の面に直交していて、その結果光周波数混合器の出力
特性を偏光に無関係にすることを特徴とする。
ここで、周波数成分とは、装置への入力場として存在
する成分であり、周波数混合成分とは、周波数成分の非
線型相互作用により生成される成分である。例えば、周
波数成分をf1とf2で示すと、周波数混合成分f3、f4はf3
＝f1＋f2、f4＝f1−f2で示される。
する成分であり、周波数混合成分とは、周波数成分の非
線型相互作用により生成される成分である。例えば、周
波数成分をf1とf2で示すと、周波数混合成分f3、f4はf3
＝f1＋f2、f4＝f1−f2で示される。
ここではこの発明を特に第２高調波光信号の発生に適
用し、光周波数の倍増に用いた場合について説明する
が、この発明はここに示す例に限定されるわけではな
い。ここに示す例では、相互に噛み合った櫛形電極が空
間的周期電界を光ファイバ内に形成し、位相整合を行な
うと共に、半周期毎に反転する電界を発生する。この電
界反転は以下に詳細に説明するように装置の全長にわた
り第２高調波を成長させる。単一電極構造は光ファイバ
内に空間的に変化する電界を発生させる周知の方法より
も構造がかなり容易であり、装置の全長にわたって第２
高調波を成長させることにより、共通平坦基準電極に対
向して配置される相互に噛み合っていない電極を用いて
電界誘導周波数増倍を行う周知の位相整合技術で可能な
装置よりも有効な装置が得られる。
用し、光周波数の倍増に用いた場合について説明する
が、この発明はここに示す例に限定されるわけではな
い。ここに示す例では、相互に噛み合った櫛形電極が空
間的周期電界を光ファイバ内に形成し、位相整合を行な
うと共に、半周期毎に反転する電界を発生する。この電
界反転は以下に詳細に説明するように装置の全長にわた
り第２高調波を成長させる。単一電極構造は光ファイバ
内に空間的に変化する電界を発生させる周知の方法より
も構造がかなり容易であり、装置の全長にわたって第２
高調波を成長させることにより、共通平坦基準電極に対
向して配置される相互に噛み合っていない電極を用いて
電界誘導周波数増倍を行う周知の位相整合技術で可能な
装置よりも有効な装置が得られる。
この発明の櫛形電極は櫛の歯の部分に当たる電極部の
ファイバ軸に対する空間周期性を調整できるようにファ
イバ軸に平行な面内で回転可能に基板に取り付けられて
いる。相互に噛み合っている櫛形電極の他の構造の例と
しては、櫛の歯の部分に当たる電極部の空間周期性を櫛
形電極の直線的な移動により調整できる扇形構造が挙げ
られる。
ファイバ軸に対する空間周期性を調整できるようにファ
イバ軸に平行な面内で回転可能に基板に取り付けられて
いる。相互に噛み合っている櫛形電極の他の構造の例と
しては、櫛の歯の部分に当たる電極部の空間周期性を櫛
形電極の直線的な移動により調整できる扇形構造が挙げ
られる。
最も有効なモードの組み合わせが、例えば、基本LP01
モードから第２高調波LP01に至るまで実験的に観察され
た。これは一般に最も難しいことである。なぜなら、位
相不整合は全てのモード相互作用の中で基本波長LP01モ
ードの際に最大となるからである。しかし、最大重なり
積分により得られる利益のために、この相互作用は注目
に値する。位相整合は各コヒーレンス長の後の自動静電
界反転によって格子領域（櫛の歯の部分に当たる電極部
の領域）の全長にわたって可能である。更に、伝搬する
高次第２高調波LP11、LP21やLP02モードに対する位相整
合も可能となる。
モードから第２高調波LP01に至るまで実験的に観察され
た。これは一般に最も難しいことである。なぜなら、位
相不整合は全てのモード相互作用の中で基本波長LP01モ
ードの際に最大となるからである。しかし、最大重なり
積分により得られる利益のために、この相互作用は注目
に値する。位相整合は各コヒーレンス長の後の自動静電
界反転によって格子領域（櫛の歯の部分に当たる電極部
の領域）の全長にわたって可能である。更に、伝搬する
高次第２高調波LP11、LP21やLP02モードに対する位相整
合も可能となる。
用語「光学」は、電磁スペクトルの中で可視領域とし
て一般に知られている部分と、この可視領域の両端に位
置していて光学ファイバのような誘電性の光導波路によ
り伝送できる赤外及び紫外の両領域の部分とを指すもの
とする。
て一般に知られている部分と、この可視領域の両端に位
置していて光学ファイバのような誘電性の光導波路によ
り伝送できる赤外及び紫外の両領域の部分とを指すもの
とする。
以下、添付図を参照して、この発明の実施例とその動
作原理を説明する。
作原理を説明する。
第１図はこの発明に従って光学周波数２倍器の平面図
である。
である。
第２図はII−II線に沿った第１図の光学周波数２倍器
の側面図である。
の側面図である。
第３図は電圧が第１図の電極に印加されたときの等電
位線を示す第２図の領域Ａの概略拡大図である。
位線を示す第２図の領域Ａの概略拡大図である。
第４図はファイバの長手軸対する電界成分の解像度を
示す第１図の電極の平面図である。
示す第１図の電極の平面図である。
第５図はファイバに対する格子の角度の関数として第
１図に示された実施例によって得られる高２調波信号を
示すグラフ図である。
１図に示された実施例によって得られる高２調波信号を
示すグラフ図である。
第６図はこの発明に適用できる他の電極構造の平面図
である。
である。
第１図及び第２図を参照すると、光学周波数２倍器
（ダブラー）１は光ファイバ結合ブロック２を有してい
る。単一モード光ファイバ６は、このブロックの部分で
クラッド４が削り取られてコア８にかなり接近できるよ
うに仕上げられている。この削り取られた領域（polish
ed region）におけるファイバ６の曲率半径は250mmであ
る。相互に噛み合った櫛形格子電極（interdigitated g
rating electrodes）12を下側の表面に有するガラスス
ライド（滑り板）10が２μｍ厚のポリマ（高分子）フィ
ルムスペーサ22を挟んで光ファイバ６の上に設けられて
いる。結合ブロック２とフィルムスペーサ22との間には
低屈折率の誘電液（low index dielectric liquid）が
小量介在している（図示せず）。このような構成にする
代わりに、誘電媒体を蒸着しても良い。蒸着する誘電媒
体の屈折率は隣接する導波路のクラッド材料の屈折率よ
りもかなり小さくして（即ち、ｎ誘電体＜＜ｎクラッ
ド）、導波路の光界に電極が気付かれないようにしなけ
ればならない。即ち、微かな光界が有害性の少ない酸化
すず等の金属性の格子電極に遭遇しないように注意しな
ければならない。スライド10はファイバ６と格子電極12
との角度が変えられるように光ファイバ６に対して回転
可能である。
（ダブラー）１は光ファイバ結合ブロック２を有してい
る。単一モード光ファイバ６は、このブロックの部分で
クラッド４が削り取られてコア８にかなり接近できるよ
うに仕上げられている。この削り取られた領域（polish
ed region）におけるファイバ６の曲率半径は250mmであ
る。相互に噛み合った櫛形格子電極（interdigitated g
rating electrodes）12を下側の表面に有するガラスス
ライド（滑り板）10が２μｍ厚のポリマ（高分子）フィ
ルムスペーサ22を挟んで光ファイバ６の上に設けられて
いる。結合ブロック２とフィルムスペーサ22との間には
低屈折率の誘電液（low index dielectric liquid）が
小量介在している（図示せず）。このような構成にする
代わりに、誘電媒体を蒸着しても良い。蒸着する誘電媒
体の屈折率は隣接する導波路のクラッド材料の屈折率よ
りもかなり小さくして（即ち、ｎ誘電体＜＜ｎクラッ
ド）、導波路の光界に電極が気付かれないようにしなけ
ればならない。即ち、微かな光界が有害性の少ない酸化
すず等の金属性の格子電極に遭遇しないように注意しな
ければならない。スライド10はファイバ６と格子電極12
との角度が変えられるように光ファイバ６に対して回転
可能である。
1.064μｍで動作するＱスイッチNd:YAGレーザ14から
の出力はファイバ６の一端に入射され、他端からの光出
力はこの発明の動作を立証するために基本波長ブロック
及び第２高調波通過帯域フイルタ（図示せず）を通過し
た後にフォトマルチプライヤ（光電子倍増管）に集束さ
れた。1kHzの繰り返しレートを持ったレーザ14のＱスイ
ッチドライバはＱスイッチパルスの到達時で最大となる
ように高電圧正弦波電源16に同期された。
の出力はファイバ６の一端に入射され、他端からの光出
力はこの発明の動作を立証するために基本波長ブロック
及び第２高調波通過帯域フイルタ（図示せず）を通過し
た後にフォトマルチプライヤ（光電子倍増管）に集束さ
れた。1kHzの繰り返しレートを持ったレーザ14のＱスイ
ッチドライバはＱスイッチパルスの到達時で最大となる
ように高電圧正弦波電源16に同期された。
この特定の実施例において、電圧は最大1.7kwまで変
化される光パワーによって最大から最大までで300Vまで
変化できた。電極用ピッチは4.4μｍの電極幅に対して3
2μｍであった。このピッチの選択はファイバ６に対す
る櫛形格子電極12の角度を変えることによって全ての伝
搬第２高調波モードに対する多くの異なるタイプのファ
イバの位相整合を可能にした。
化される光パワーによって最大から最大までで300Vまで
変化できた。電極用ピッチは4.4μｍの電極幅に対して3
2μｍであった。このピッチの選択はファイバ６に対す
る櫛形格子電極12の角度を変えることによって全ての伝
搬第２高調波モードに対する多くの異なるタイプのファ
イバの位相整合を可能にした。
第５図は第２高調波信号を格子回転角度（櫛形電極の
歯の部分の回転角度）の関数として示している。連続的
なカーブは41.35゜の角度でLP01（ω）とLP01（２ω）
とが位相整合することによって発生する第２高調波を示
している。第５図に示した他の第２高調波モードと比較
すればこの相互作用の相対的長所が明らかになる。第２
高調波の直交モードが若干異なる角度で位相整合してい
るので、ファイバ６は複屈折であることに注意された
い。この概要は第５図では主Lp11（２ω）ピークより下
に図示されている。角度差は測定により約0.35゜である
ことが分かった。この角度差は10.2mmのうなりの長さ
（beat length）に等しく、かなり小さなものである。L
P21（２ω）は同様な様相を示している。LP01（ω）か
らLP01（２ω）までのコヒーレンス長は21.3μｍ±0.17
μであると測定された。相互作用のためにLP01（ω）か
らLP11（２ω）、LP21（２ω）、LP02（２ω）の各々ま
で測定したコヒーレンス長は、それぞれ22.9μｍ、25.2
μｍ、25.7μｍであった。
歯の部分の回転角度）の関数として示している。連続的
なカーブは41.35゜の角度でLP01（ω）とLP01（２ω）
とが位相整合することによって発生する第２高調波を示
している。第５図に示した他の第２高調波モードと比較
すればこの相互作用の相対的長所が明らかになる。第２
高調波の直交モードが若干異なる角度で位相整合してい
るので、ファイバ６は複屈折であることに注意された
い。この概要は第５図では主Lp11（２ω）ピークより下
に図示されている。角度差は測定により約0.35゜である
ことが分かった。この角度差は10.2mmのうなりの長さ
（beat length）に等しく、かなり小さなものである。L
P21（２ω）は同様な様相を示している。LP01（ω）か
らLP01（２ω）までのコヒーレンス長は21.3μｍ±0.17
μであると測定された。相互作用のためにLP01（ω）か
らLP11（２ω）、LP21（２ω）、LP02（２ω）の各々ま
で測定したコヒーレンス長は、それぞれ22.9μｍ、25.2
μｍ、25.7μｍであった。
sinc2関数は主LP01ピークに適合された。3.6mmの有効
な相互作用長は半最大の幅から計算された。ピークから
ピークまでが175Vで1.67KWのピーク入力パワーを印加し
たときに４×10-8％の最大変換効率が測定された。これ
は印加された静電界が基本空間周波数に対して小フーリ
エ係数を有することを示唆している。
な相互作用長は半最大の幅から計算された。ピークから
ピークまでが175Vで1.67KWのピーク入力パワーを印加し
たときに４×10-8％の最大変換効率が測定された。これ
は印加された静電界が基本空間周波数に対して小フーリ
エ係数を有することを示唆している。
平坦4mmファイバ部を有し、同じ櫛形格子電極を用い
ている第２の装置では、ピークからピークまでが215Vで
1.37kWのピーク入力パワーを印加したときに3.8×10-4
％の変換効率が測定された。
ている第２の装置では、ピークからピークまでが215Vで
1.37kWのピーク入力パワーを印加したときに3.8×10-4
％の変換効率が測定された。
測定の結果、位相整合第２高調波パワーは入力パワー
及び印加静電界の両方の関数として顕著な２乗従属性を
示した。格子の大角度（45゜近く）によって、２つの付
加要素が第２高調波（第４図参照）の発生に大きく寄与
している。高調波は直交偏光を有し、X(3)xxxxまたはX
(3)xyyxにより発生される高調波に対してπ/2位相がず
れている。表１は装置において作用する活性X(3)係数を
表し、顕著な特徴を要約している。
及び印加静電界の両方の関数として顕著な２乗従属性を
示した。格子の大角度（45゜近く）によって、２つの付
加要素が第２高調波（第４図参照）の発生に大きく寄与
している。高調波は直交偏光を有し、X(3)xxxxまたはX
(3)xyyxにより発生される高調波に対してπ/2位相がず
れている。表１は装置において作用する活性X(3)係数を
表し、顕著な特徴を要約している。
表１ X(3) 関連位相 振幅 X(3)xxxx ０ １ X(3)xyyx ０ 1/3 X(3)xzzx ０ 1/3 X(3)yyyy π/2 〜１＊ X(3)yzzy π/2 〜1/3＊ X(3)yxxy π/2 〜1/3＊ X(3)zzzz π/2 〜１＊ X(3)zxxz π/2 〜1/3＊ X(3)zyyz π/2 〜1/3＊ ＊電極依存 第３図には、ファイバ６との関連で櫛形格子電極によ
り生じる等ポテンシャル曲線が示されている。対応する
電界は光ファイバ６により規定される座標軸（Exは紙面
に垂直である）との関連で第４図に示されている。第４
図では、櫛形格子電極はファイバの軸に対して関連θを
なして配置されているところを示している。
り生じる等ポテンシャル曲線が示されている。対応する
電界は光ファイバ６により規定される座標軸（Exは紙面
に垂直である）との関連で第４図に示されている。第４
図では、櫛形格子電極はファイバの軸に対して関連θを
なして配置されているところを示している。
第３図から明らかなように、ファイバ軸Ezに沿った最
大水平電界は電極間に見られ、最大垂直電界は電極真下
に見られる。即ち、電界は垂直及び水平の両方向でπ/2
だけ位相がずれている。ExはEzとEyの両方に対してπ/2
だけ位相がずれている。Exに対するEg電界の割合は電極
のアスペクト比により決まる。即ち、電極相互の間隔が
一定の場合、電極の幅が狭ければ低水平電界及び若干大
きい垂直電界を発生し、電極の幅が広ければ垂直電界よ
り非常に高い水平電界を発生する。
大水平電界は電極間に見られ、最大垂直電界は電極真下
に見られる。即ち、電界は垂直及び水平の両方向でπ/2
だけ位相がずれている。ExはEzとEyの両方に対してπ/2
だけ位相がずれている。Exに対するEg電界の割合は電極
のアスペクト比により決まる。即ち、電極相互の間隔が
一定の場合、電極の幅が狭ければ低水平電界及び若干大
きい垂直電界を発生し、電極の幅が広ければ垂直電界よ
り非常に高い水平電界を発生する。
abs（Ex）/abs（Eg）の値は、電極の幅及び電極相互
の間隔に対する周知の有限要素法を用いるか、D.MARCUS
E....IEE Journal of Quantum Electronics VolQE−18,
No3 March 1982に開示された半解析技術を用いるかして
計算できる。
の間隔に対する周知の有限要素法を用いるか、D.MARCUS
E....IEE Journal of Quantum Electronics VolQE−18,
No3 March 1982に開示された半解析技術を用いるかして
計算できる。
位相整合がθ＝０で生じれば、そのときEyはゼロにな
る。従って、Ex方向に偏光した（垂直偏光した）光では
第２高調波を発生するが、水平偏光した光では何も発生
しない。任意の電極角度θに対し次式のようになる。
る。従って、Ex方向に偏光した（垂直偏光した）光では
第２高調波を発生するが、水平偏光した光では何も発生
しない。任意の電極角度θに対し次式のようになる。
Powarx（２ω）/Powery（２ω） ＝Eox 2/Eog 2sin2θ） 特定のθで位相整合を確実に達成するためには、次式
のように電極の寸法を予め選んでおく必要がある。
のように電極の寸法を予め選んでおく必要がある。
Eog＝Eox/sinθ この場合、Powerx（２ω）＝Powery（２ω）である。
即ち、このように選べば、ｘ偏光とｙ偏光の出力が一致
するので、周波数２倍器の性能、即ち出力は、ｘまたは
ｙ偏光に関係なくなる。例えば、θが45゜の場合には、
電極はEog＝２1/2Eoxを満たすように設計される必要が
ある。もしもθ＝19.5の場合には、Eog＝3Eoxを満たす
ように電極を設計する必要がある。
即ち、このように選べば、ｘ偏光とｙ偏光の出力が一致
するので、周波数２倍器の性能、即ち出力は、ｘまたは
ｙ偏光に関係なくなる。例えば、θが45゜の場合には、
電極はEog＝２1/2Eoxを満たすように設計される必要が
ある。もしもθ＝19.5の場合には、Eog＝3Eoxを満たす
ように電極を設計する必要がある。
もしもEox＝Eoyならば、垂直に対して45゜で線形に偏
光された入射光は、円偏光された第２高調波を発生す
る。
光された入射光は、円偏光された第２高調波を発生す
る。
出力が偏光に関係しない周波数混合を行うには、本発
明の相互に噛み合った櫛形の電極を使用すると可能とな
る。というのは、位相整合により周波数を２倍にするの
に使用されてきた従来の電極配置に対して、本発明の電
極配置はEoxとEoy電場を生成し、更に電極のデザインと
ファイバーに対する方向により制御可能である電場を生
成するからである。
明の相互に噛み合った櫛形の電極を使用すると可能とな
る。というのは、位相整合により周波数を２倍にするの
に使用されてきた従来の電極配置に対して、本発明の電
極配置はEoxとEoy電場を生成し、更に電極のデザインと
ファイバーに対する方向により制御可能である電場を生
成するからである。
上記分析はX(3)xxxx及びX(3)yyyy項に対して位相がず
れているが、振幅をほぼ10％だけにして第２高調波発生
を生じる交差項を無視する。
れているが、振幅をほぼ10％だけにして第２高調波発生
を生じる交差項を無視する。
数cm以上の位相整合を許容する、装置最適化の範囲が
ある。振幅の大きな非線形の常態を有するガラスを用い
て10cmの装置に期待される変換効率は、同じ人力パワー
に対して約50％になるものと試算される。従って、別の
光源を形成するファイバレーザにおける有効な空洞内周
波数倍増の可能性及びファイバ内のパラメトリック増幅
の可能性がある。
ある。振幅の大きな非線形の常態を有するガラスを用い
て10cmの装置に期待される変換効率は、同じ人力パワー
に対して約50％になるものと試算される。従って、別の
光源を形成するファイバレーザにおける有効な空洞内周
波数倍増の可能性及びファイバ内のパラメトリック増幅
の可能性がある。
さて、以上では相互に噛み合った櫛形電極を単一モー
ド光ファイバに使用した例を掲示してこの発明を詳細に
説明した。しかしながら、この発明は第２高調波が電気
光学的誘導非線形によって生じる任意の物質の任意の形
態の導波路に適用できる。例えば、導波路はプラナ（平
坦）またはチャンネル装置の形態であってもよい。ニト
ロベンゼンを活性コアとして使用できる。或いは、導波
路のコアに高屈折率のガラスを用いた場合の活性クラッ
ドとしてニトロベンゼンを使用できる。極性化ポリマ
は、例えば交番電界による永久磁性化が位相整合によっ
て同じ結果を達成できる場合に使用できる。
ド光ファイバに使用した例を掲示してこの発明を詳細に
説明した。しかしながら、この発明は第２高調波が電気
光学的誘導非線形によって生じる任意の物質の任意の形
態の導波路に適用できる。例えば、導波路はプラナ（平
坦）またはチャンネル装置の形態であってもよい。ニト
ロベンゼンを活性コアとして使用できる。或いは、導波
路のコアに高屈折率のガラスを用いた場合の活性クラッ
ドとしてニトロベンゼンを使用できる。極性化ポリマ
は、例えば交番電界による永久磁性化が位相整合によっ
て同じ結果を達成できる場合に使用できる。
この発明の電極配列は実質的Ez（光）要素を有するモ
ードに対して位相形成を可能にする極性を交互にするE
oz要素を提供することが注目される。この相互に噛み合
った櫛形構造はいくつかの物質の最大非線形係数の利用
を可能にする。例えば、LiNbO3はd33y（＝40×10-12m2/
v2）を示し、またはMNAはそのd11係数が良度指数、即ち
LiNbO3以上の2000を越えるd2/n3を有し、これら両者は
導波路においてさえ、通常、位相整合できない。しかし
ながら、d33（LiNbO3）またはd11（MNA）の光電変調を
用いると、有効な周波数合成が可能となる。
ードに対して位相形成を可能にする極性を交互にするE
oz要素を提供することが注目される。この相互に噛み合
った櫛形構造はいくつかの物質の最大非線形係数の利用
を可能にする。例えば、LiNbO3はd33y（＝40×10-12m2/
v2）を示し、またはMNAはそのd11係数が良度指数、即ち
LiNbO3以上の2000を越えるd2/n3を有し、これら両者は
導波路においてさえ、通常、位相整合できない。しかし
ながら、d33（LiNbO3）またはd11（MNA）の光電変調を
用いると、有効な周波数合成が可能となる。
次に第６図について説明する。電極16はほぼ扇形に配
置されていて、ファイバ６に対して矢印Ｂの方向に電極
を移動すると、電極相互間の開きが徐々に増大するよう
に構成されている。この構成では、位相整合は矢印Ｂの
方向及びこれの逆方向に電極を移動させることによって
達成される。
置されていて、ファイバ６に対して矢印Ｂの方向に電極
を移動すると、電極相互間の開きが徐々に増大するよう
に構成されている。この構成では、位相整合は矢印Ｂの
方向及びこれの逆方向に電極を移動させることによって
達成される。
この発明は、光励起が電荷キャリヤを発生する物質の
導波路にも適用できる。電荷キャリヤは外部電界によっ
て影響を受けて、キャリヤの再配分が生じ、その結果、
必要な内部空間電荷界が形成される。この場合、空間電
界は外部電界が一度取り除かれても存在し続ける。
導波路にも適用できる。電荷キャリヤは外部電界によっ
て影響を受けて、キャリヤの再配分が生じ、その結果、
必要な内部空間電荷界が形成される。この場合、空間電
界は外部電界が一度取り除かれても存在し続ける。
Claims (5)
- 【請求項１】周波数成分と周波数混合成分とを有する光
信号を所定の方向に沿って伝搬するものであって、各成
分は自己の伝搬モードを有し、周波数混合成分は周波数
成分の相互作用により発生される光導波路と、 空間的に周期的な電場であって、その周期が相互作用す
る周波数成分を周波数混合成分と位相整合させるように
選択される一対の電極とを具備する光学周波数混合器に
おいて、 各電極は櫛形電極の構造を有し、両方の櫛形電極構造の
歯は相互に噛み合っていて、 両方の櫛形電極は前記光導波路に平行に延びる面に設け
られ、 前記櫛形電極の歯と前記所定の伝搬方向の角度は、前記
光導波路内の前記電場が、前記光導波路内の所定の伝搬
方向を横切る２つの相互に直交する方向においてほぼ等
しくなるようなものであり、 前記２つの相互に直交する方向は、その１つが前記櫛形
電極の面に平行であり、残りが前記櫛形電極の面に直交
していて、 その結果光周波数混合器の出力特性を偏光に無関係にす
る ことを特徴とする光学周波数混合器。 - 【請求項２】前記櫛形電極は前記光導波路に対して回転
可能である請求の範囲１記載の光学周波数混合器。 - 【請求項３】前記櫛形電極は櫛の歯に該当する電極部相
互が軸に沿って次第に離隔し、櫛の歯に該当する前記電
極部相互の前記導波路に対する配置間隔（空間周期性）
が変わるように前記導波路に対して可動である請求の範
囲１記載の光学周波数混合器。 - 【請求項４】前記光導波路はシリカファイバが組み込ま
れている光ファイバ結合ブロックにより構成される請求
の範囲１または２に記載の光学周波数混合器。 - 【請求項５】前記電極はガラススライドに形成され、前
記導波路のクラッドよりも屈折率の低い媒体のスペーサ
によって前記光導波路から離間されている請求の範囲１
乃至４のいずれか１項に記載の光学周波数混合器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8803450 | 1988-02-15 | ||
| GB888803450A GB8803450D0 (en) | 1988-02-15 | 1988-02-15 | Optical frequency mixer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02503837A JPH02503837A (ja) | 1990-11-08 |
| JP2637588B2 true JP2637588B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=10631723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1503219A Expired - Lifetime JP2637588B2 (ja) | 1988-02-15 | 1989-02-15 | 光学周波数混合器 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5013115A (ja) |
| EP (1) | EP0329429B1 (ja) |
| JP (1) | JP2637588B2 (ja) |
| AT (1) | ATE122800T1 (ja) |
| CA (1) | CA1306791C (ja) |
| DE (1) | DE68922634T2 (ja) |
| GB (1) | GB8803450D0 (ja) |
| WO (1) | WO1989007782A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5189722A (en) * | 1989-09-04 | 1993-02-23 | Pioneer Electronic Corporation | Fiber type wavelength conversion element |
| EP0476347A3 (en) * | 1990-09-20 | 1992-12-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of making an optical waveguide for optical frequency multiplication |
| US5247601A (en) * | 1991-09-27 | 1993-09-21 | Myers Richard A | Arrangement for producing large second-order optical nonlinearities in a waveguide structure including amorphous SiO2 |
| US5600740A (en) * | 1995-06-20 | 1997-02-04 | Asfar; Omar R. | Narrowband waveguide filter |
| JP3929495B2 (ja) * | 1996-01-18 | 2007-06-13 | ブリティッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | 光感応性屈折率クラッドを備えた光導波路 |
| US6101296A (en) * | 1998-07-31 | 2000-08-08 | Advanced Photonics Technology, Inc. | Linearized Y-fed directional coupler modulators |
| US6744555B2 (en) * | 1997-11-21 | 2004-06-01 | Imra America, Inc. | Ultrashort-pulse source with controllable wavelength output |
| EP1248143A3 (en) * | 2001-04-02 | 2004-10-20 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Wavelength converter |
| GB2434483A (en) * | 2006-01-20 | 2007-07-25 | Fianium Ltd | High-Power Short Optical Pulse Source |
| EP3118711B1 (en) | 2015-07-17 | 2021-01-13 | Sensirion AG | Inlet pressure perturbation insensitive mass flow controller |
| CN108923858B (zh) * | 2018-07-19 | 2021-06-22 | 湖北捷讯光电有限公司 | 一种硅基波导光学混频器装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2258215A1 (de) * | 1972-11-28 | 1974-05-30 | Max Planck Gesellschaft | Selektive optische koppelvorrichtung |
| FR2385114A1 (fr) * | 1977-03-23 | 1978-10-20 | Thomson Csf | Dispositif optique non lineaire en couche mince et son procede de fabrication |
| US4684215A (en) * | 1983-11-30 | 1987-08-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Single mode fiber optic single sideband modulator and method of frequency |
-
1988
- 1988-02-15 GB GB888803450A patent/GB8803450D0/en active Pending
-
1989
- 1989-02-14 CA CA000590985A patent/CA1306791C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-15 WO PCT/GB1989/000149 patent/WO1989007782A1/en unknown
- 1989-02-15 US US07/411,529 patent/US5013115A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-15 DE DE68922634T patent/DE68922634T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-15 EP EP89301469A patent/EP0329429B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-15 AT AT89301469T patent/ATE122800T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-02-15 JP JP1503219A patent/JP2637588B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| WO1989007782A1 (en) | 1989-08-24 |
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| EP0329429A1 (en) | 1989-08-23 |
| CA1306791C (en) | 1992-08-25 |
| DE68922634D1 (de) | 1995-06-22 |
| US5013115A (en) | 1991-05-07 |
| GB8803450D0 (en) | 1988-03-16 |
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