JP2963196B2 - 光導波体および光導波体の製造方法 - Google Patents
光導波体および光導波体の製造方法Info
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- G—PHYSICS
- 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
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/383—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure of the optical fibre type
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は光導波体、特に１対の基本波長、２次高調波
長モードのモード分散による位相整合のための内部格子
を有する光導波体に関する。さらに、本発明はそのよう
な光導波体の製造方法に関する。
長モードのモード分散による位相整合のための内部格子
を有する光導波体に関する。さらに、本発明はそのよう
な光導波体の製造方法に関する。
導波体で構成された非直線光学装置はレーザが発明さ
れてから急激に進歩した。周波混合のために最も求めら
れている位相整合技術は大型メディアで使用され、導波
体に関する改善は多くの異なった構造で開発されてい
る。２次高調波生成における位相整合とは、基本波長お
よび生成された２次高調波フィールドが材料中を同屈折
率の方向で伝播したときの状態を表したものである。最
近、関心が集中しているのは位相整合に対する周期的な
構造の応用である。導波体の放射モードの位相整合は材
料中で最大の２次的非直線テンソン係数の使用を可能に
しているが、周波混合装置における位相整合された導波
体光に対する唯一の実際的な既知の技術は周期的構造を
用いている。この点では、周期的構造は導波体に使用さ
れる最も好適な位相整合の技術を提供する。十分に高い
強度で長い距離を伝播する閉じ込められた光フィールド
は光学的に開発されている。
れてから急激に進歩した。周波混合のために最も求めら
れている位相整合技術は大型メディアで使用され、導波
体に関する改善は多くの異なった構造で開発されてい
る。２次高調波生成における位相整合とは、基本波長お
よび生成された２次高調波フィールドが材料中を同屈折
率の方向で伝播したときの状態を表したものである。最
近、関心が集中しているのは位相整合に対する周期的な
構造の応用である。導波体の放射モードの位相整合は材
料中で最大の２次的非直線テンソン係数の使用を可能に
しているが、周波混合装置における位相整合された導波
体光に対する唯一の実際的な既知の技術は周期的構造を
用いている。この点では、周期的構造は導波体に使用さ
れる最も好適な位相整合の技術を提供する。十分に高い
強度で長い距離を伝播する閉じ込められた光フィールド
は光学的に開発されている。
周期的構造の使用に基づいた位相整合方法は過去20年
にわたって非直線光学装置で知られている。２次的非直
線感受性の符号が正確にコヒーレンス長lCで反転される
と、すなわち、自由波とバウンド波が逆位相になると、
分散の効果は補償され、材料は人工的に位相整合される
ことが理論的に示されている。空間的に周期的な構造に
おける屈折率を変調することによって、効率は低いが、
類似の結果が達成されることも知られている。周期的位
相整合の原理は次の方法で理解されよう。基本波長フィ
ールドが非直線材料を通過して伝播されるとき、それは
第２高調波偏光フィールドを生成し、この第２高調波偏
光フィールドは基本波長フィールドと同じ速度で伝播
し、バウンド波（基本波長フィールドへバウンドする）
と呼ばれている。第２高調波波長で放射されたフィール
ドは自由波と呼ばれ、第２高調波における屈折率よって
決定される位相速度で伝播する。自由波とバウンド波は
干渉し、ｎπ/2（ｎは整数）の累積された位相差後に周
期的にエネルギを交換する。π/2の位相差はコヒーレン
ス長から距離をおいて累積される。バウンド波の位相が
コヒーレンス長毎にπ/2に変化されると、自由波は破壊
的に干渉するよりむしろ増大する。ファイバ中の非直線
係数の符号における周期的な変化は周波数が２倍にされ
たバウンド波の位相を変化し、従って周期的或いは疑似
的位相整合になる。
にわたって非直線光学装置で知られている。２次的非直
線感受性の符号が正確にコヒーレンス長lCで反転される
と、すなわち、自由波とバウンド波が逆位相になると、
分散の効果は補償され、材料は人工的に位相整合される
ことが理論的に示されている。空間的に周期的な構造に
おける屈折率を変調することによって、効率は低いが、
類似の結果が達成されることも知られている。周期的位
相整合の原理は次の方法で理解されよう。基本波長フィ
ールドが非直線材料を通過して伝播されるとき、それは
第２高調波偏光フィールドを生成し、この第２高調波偏
光フィールドは基本波長フィールドと同じ速度で伝播
し、バウンド波（基本波長フィールドへバウンドする）
と呼ばれている。第２高調波波長で放射されたフィール
ドは自由波と呼ばれ、第２高調波における屈折率よって
決定される位相速度で伝播する。自由波とバウンド波は
干渉し、ｎπ/2（ｎは整数）の累積された位相差後に周
期的にエネルギを交換する。π/2の位相差はコヒーレン
ス長から距離をおいて累積される。バウンド波の位相が
コヒーレンス長毎にπ/2に変化されると、自由波は破壊
的に干渉するよりむしろ増大する。ファイバ中の非直線
係数の符号における周期的な変化は周波数が２倍にされ
たバウンド波の位相を変化し、従って周期的或いは疑似
的位相整合になる。
最近、興味深い現象がHill氏等によって発見された。
（Hill K.O.,カワサキB.S,Jonson D.C.とMacDonal R.
I.,“CW three wave mixing in single mode optical f
ibres"J Appl Phys,49（10）,5098−5106,October 1978
参照）。すなわち、光ファイバが高パワー密度でポンプ
されるとき、中心対称であるにもかかわらず２倍の光周
波数が得られることが報告されている。この効果はOste
rbergとMargulis W.によって検査された。参照文献a:
（Digest of XIV International Quantum Electronics
Conference（OSA）,Paper WBB2,pp102,Washington DC,1
986;）、参照文献b:（“Dye laser pumped by Nd:YAG l
aser pulses frequency doubled in glass optical fib
re"Optics Letts,11,516−518,1986）。それ等はファイ
バが周波数を２倍にする能力を備えているだけでなく、
２倍周波数の光が時間と共にポンプ力の２〜３パーセン
トのレベルに成長することを示している。この観察は、
過程が位相整合されたときにのみ生じる。これについ
て、ポンプ光と２倍の周波数の光との間のモメンタムな
不整合に等しい波ベクトルを有する周期的に書込まれた
２次的な感受性X(2)の格子によって達成されることが仮
定された。
（Hill K.O.,カワサキB.S,Jonson D.C.とMacDonal R.
I.,“CW three wave mixing in single mode optical f
ibres"J Appl Phys,49（10）,5098−5106,October 1978
参照）。すなわち、光ファイバが高パワー密度でポンプ
されるとき、中心対称であるにもかかわらず２倍の光周
波数が得られることが報告されている。この効果はOste
rbergとMargulis W.によって検査された。参照文献a:
（Digest of XIV International Quantum Electronics
Conference（OSA）,Paper WBB2,pp102,Washington DC,1
986;）、参照文献b:（“Dye laser pumped by Nd:YAG l
aser pulses frequency doubled in glass optical fib
re"Optics Letts,11,516−518,1986）。それ等はファイ
バが周波数を２倍にする能力を備えているだけでなく、
２倍周波数の光が時間と共にポンプ力の２〜３パーセン
トのレベルに成長することを示している。この観察は、
過程が位相整合されたときにのみ生じる。これについ
て、ポンプ光と２倍の周波数の光との間のモメンタムな
不整合に等しい波ベクトルを有する周期的に書込まれた
２次的な感受性X(2)の格子によって達成されることが仮
定された。
この光ファイバにおける自己シード（および等価な外
部シード方法）は波長感知性で、ゲルマニウムでドープ
したシリカファイバでは、２倍の周波数に対する光感応
性は1064μｍより長い波長で急激に減少する。
部シード方法）は波長感知性で、ゲルマニウムでドープ
したシリカファイバでは、２倍の周波数に対する光感応
性は1064μｍより長い波長で急激に減少する。
本発明によると、第１の基本波長と、それより長い第
２の基本波長との疑似的位相整合により第２高調波を生
成をすることができる内部周期的格子を有する光導波体
において、光導波体は基本波長モードと第２高調波モー
ドとの屈折率の差の逆数の波長による変化率が第１の基
本波長でゼロである特定の基本波長が存在するように光
導波体のパラメータが選択され、第２の基本波長が特定
の基本波長領域にあるように内部周期的格子のピッチが
選択されることを特徴とする。
２の基本波長との疑似的位相整合により第２高調波を生
成をすることができる内部周期的格子を有する光導波体
において、光導波体は基本波長モードと第２高調波モー
ドとの屈折率の差の逆数の波長による変化率が第１の基
本波長でゼロである特定の基本波長が存在するように光
導波体のパラメータが選択され、第２の基本波長が特定
の基本波長領域にあるように内部周期的格子のピッチが
選択されることを特徴とする。
周期的格子が第２、第３波長で位相整合を与えるピッ
チを有するように構成されてもよく、その場合にはその
一方は特定基本波長より長く、他方は特定基本波長より
短くされる。
チを有するように構成されてもよく、その場合にはその
一方は特定基本波長より長く、他方は特定基本波長より
短くされる。
周期的格子のとくに有効な選択は、位相整合が可能で
ある場合、第１波長で位相整合を与える格子であり、そ
の結果、波長混合が超短パルス、例えばフェムト秒パル
スで可能で、この超短パルスは広周波スペクトルや他の
広帯域ソースを具備している。
ある場合、第１波長で位相整合を与える格子であり、そ
の結果、波長混合が超短パルス、例えばフェムト秒パル
スで可能で、この超短パルスは広周波スペクトルや他の
広帯域ソースを具備している。
本発明は周期的構造が位相整合に使用できる光導波体
に適用可能である。本発明は光ファイバ導波体、特に位
相整合される格子の形成に対する増加した光感応性を与
えるようにドープ処理された物質、例えばゲルマニアを
ドープしたシリカ光ファイバは特別な応用が発見される
ことが期待されており、このゲルマニアは自己組成でき
る光感応性物質であり、内部および外部のシード構造の
メカニズムを与える。光ファイバは遠距離通信システム
のファイバと両立性であり、パワーを長距離にわたって
容易に閉じ込める点で関心がもたれている。
に適用可能である。本発明は光ファイバ導波体、特に位
相整合される格子の形成に対する増加した光感応性を与
えるようにドープ処理された物質、例えばゲルマニアを
ドープしたシリカ光ファイバは特別な応用が発見される
ことが期待されており、このゲルマニアは自己組成でき
る光感応性物質であり、内部および外部のシード構造の
メカニズムを与える。光ファイバは遠距離通信システム
のファイバと両立性であり、パワーを長距離にわたって
容易に閉じ込める点で関心がもたれている。
明らかに、第１波長の所望の選択は導波体の光学的
窓、例えばシリカをベースとする光ファイバの赤外線窓
に入る波長である。
窓、例えばシリカをベースとする光ファイバの赤外線窓
に入る波長である。
本発明の別の観点によると、このような格子を製造す
る方法は、ポンプ波長およびシード波長の光信号を導波
体に結合することによって周期的格子を形成する手段を
含んでいる。ポンプ光は周期的格子を形成するために外
部のレーザ光源等から供給される光であるが、そのポン
プ波長は導波体が光格子の形成のために感応しない波長
である。シード光はこのポンプ光がゲルマニアをドープ
したシリカ光ファイバ中で発生した２倍の周波数を有す
る第２高調波の光は、導波体が光格子の形成のために感
応する波長の光であり、シード光と呼ばれる。したがっ
て、シード波長は導波体が光格子を形成することのでき
る光感応性の波長である。
る方法は、ポンプ波長およびシード波長の光信号を導波
体に結合することによって周期的格子を形成する手段を
含んでいる。ポンプ光は周期的格子を形成するために外
部のレーザ光源等から供給される光であるが、そのポン
プ波長は導波体が光格子の形成のために感応しない波長
である。シード光はこのポンプ光がゲルマニアをドープ
したシリカ光ファイバ中で発生した２倍の周波数を有す
る第２高調波の光は、導波体が光格子の形成のために感
応する波長の光であり、シード光と呼ばれる。したがっ
て、シード波長は導波体が光格子を形成することのでき
る光感応性の波長である。
しかし、前述したように光ファイバの第２高調波生成
過程は一般的に基本波長を１ミクロン以下に限定されて
いる。高い変換能率（10％程度）は、GeO2ドープされた
シリカファイバでは1064nmと報告されている。しかし、
1319nmのようなそれより長波長での周波数の２倍化処理
は不所望な結果をもたらすことが示されている。これは
フォト励起プロセスに関連すると考えられる。
過程は一般的に基本波長を１ミクロン以下に限定されて
いる。高い変換能率（10％程度）は、GeO2ドープされた
シリカファイバでは1064nmと報告されている。しかし、
1319nmのようなそれより長波長での周波数の２倍化処理
は不所望な結果をもたらすことが示されている。これは
フォト励起プロセスに関連すると考えられる。
この制限は光導波体がフォト感知性でないもっと長い
波長においてピッチが２倍の周波数に対する位相整合を
与えるように光導波体がフォト感知性である波長で書込
みによって内部の周期的格子を形成することによって解
決できる。
波長においてピッチが２倍の周波数に対する位相整合を
与えるように光導波体がフォト感知性である波長で書込
みによって内部の周期的格子を形成することによって解
決できる。
本発明の様々な形態を図表を参照する方法で以下、記
載する。
載する。
図１は波長の関数としての位相整合周期の分散を示す
グラフである。
グラフである。
図２は本発明による光導波体を形成する装置の概略図
である。
である。
図３はモードの相互作用のための基本波長の関数とし
ての位相整合周期の分散を示すグラフである。
ての位相整合周期の分散を示すグラフである。
図４は３つの異なったコア半径の光ファイバのための
位相整合された波長のグラフである。
位相整合された波長のグラフである。
図５は図３の３つの光ファイバの処理波長の関数とし
ての格子周期を示すグラフである。
ての格子周期を示すグラフである。
第２高調波を誘導する位相整合された周期的電界は実
験的に紹介され、モードの相互作用のコヒーレンス長は
ファイバの中で小さなコアクラッドの屈折率差Δｎで直
接、測定された。R.Kashyapは論文（“Phase−matched
periodic electoric−field−induced second−harmoni
c generation in optical fibres"Vol 6 No.3,March 19
89,J.Opt.Soc.Am B pp 313〜328,表４）中で、特定の光
ファイバ、即ち、L01 ω→LP01 ２ωとLP11 ω→LP21 ２ω
に対する２つの相互作用は同じ波長においてほぼ同じ周
期を有することを報告している。これらのファイバでは
Δｎ＜δｎ（色分散）であるため、位相整合はモード分
散によっては不可能である。測定されたコヒーレンス長
は自己シードまたは外部シードの周波数２倍化現象にお
ける光ファイバで中に自己書込みされた格子の同じ半周
期を有している。異なったモード相互作用は異なった基
本波長で同一のコヒーレンス長を有していることが示さ
れている。この観察をさらに示すと位相整合周期（２×
コヒーレンス長lC）の分散は波長の関数として図１中で
コアクラッド屈折率差がΔｎ＝0.0045でファイバのコア
の半径が5.5μｍに対して示されている。
験的に紹介され、モードの相互作用のコヒーレンス長は
ファイバの中で小さなコアクラッドの屈折率差Δｎで直
接、測定された。R.Kashyapは論文（“Phase−matched
periodic electoric−field−induced second−harmoni
c generation in optical fibres"Vol 6 No.3,March 19
89,J.Opt.Soc.Am B pp 313〜328,表４）中で、特定の光
ファイバ、即ち、L01 ω→LP01 ２ωとLP11 ω→LP21 ２ω
に対する２つの相互作用は同じ波長においてほぼ同じ周
期を有することを報告している。これらのファイバでは
Δｎ＜δｎ（色分散）であるため、位相整合はモード分
散によっては不可能である。測定されたコヒーレンス長
は自己シードまたは外部シードの周波数２倍化現象にお
ける光ファイバで中に自己書込みされた格子の同じ半周
期を有している。異なったモード相互作用は異なった基
本波長で同一のコヒーレンス長を有していることが示さ
れている。この観察をさらに示すと位相整合周期（２×
コヒーレンス長lC）の分散は波長の関数として図１中で
コアクラッド屈折率差がΔｎ＝0.0045でファイバのコア
の半径が5.5μｍに対して示されている。
図１の記号５（モード相互作用、LP01 ω→LP31 ２ω）
で示されている相互作用は1064nmで同一のコヒーレンス
長を有し、基本波長λが1098.5nmではモードはLP01 ω→
LP02 ２ωとなり、1129.6nmでは、LP01 ω→LP21 ２ω、11
59.3nmではLP01 ω→LP11 ２ω、1209.3nmではLP01 ω→LP
01 ２ω、、1209.3nmではLP11 ω→LP02 ２ω、1235.2nmで
はLP11 ω→LP21 ２ωで、1331.5nmではLP11 ω→L
P11 ２ω、1464.8nmではLP11 ω→LP01 ２ω、1500nmではL
P11 ω→LP01 ２ωである。これは、LP01 ω→LP31 ２ωの
相互作用を1064nmで位相整合できる周期的構造はまた異
なった波長で全ての他のモード相互作用を自動的に位相
整合することを示している。特定のモード相互作用の観
察は、勿論、モードと非直線性の対称の重複した一体化
によって支配される。
で示されている相互作用は1064nmで同一のコヒーレンス
長を有し、基本波長λが1098.5nmではモードはLP01 ω→
LP02 ２ωとなり、1129.6nmでは、LP01 ω→LP21 ２ω、11
59.3nmではLP01 ω→LP11 ２ω、1209.3nmではLP01 ω→LP
01 ２ω、、1209.3nmではLP11 ω→LP02 ２ω、1235.2nmで
はLP11 ω→LP21 ２ωで、1331.5nmではLP11 ω→L
P11 ２ω、1464.8nmではLP11 ω→LP01 ２ω、1500nmではL
P11 ω→LP01 ２ωである。これは、LP01 ω→LP31 ２ωの
相互作用を1064nmで位相整合できる周期的構造はまた異
なった波長で全ての他のモード相互作用を自動的に位相
整合することを示している。特定のモード相互作用の観
察は、勿論、モードと非直線性の対称の重複した一体化
によって支配される。
図２を参照すると、ゲルマニアをドープしたシリカは
光感応性でない長い波長、例えば1064nmでモード相互作
用がLP01 ω→LP02 ２ωである位相整合されると考えられ
る。ファイバ２は波長1314.8nmでLP11 ω→LP01 ２ωの位
相整合も同様に可能な内部に書込まれた格子を備えてい
る。ファイバ２を処理する方法は以下の通りである。
光感応性でない長い波長、例えば1064nmでモード相互作
用がLP01 ω→LP02 ２ωである位相整合されると考えられ
る。ファイバ２は波長1314.8nmでLP11 ω→LP01 ２ωの位
相整合も同様に可能な内部に書込まれた格子を備えてい
る。ファイバ２を処理する方法は以下の通りである。
1064nmでIR光パワー約１キロワットを与えるNd:YAGレ
ーザ４の光がKTP周波数２倍器６を通過し、結果とし
て、532nmと1064nmを混合した光信号はレンズ８により
ファイバ２に結合される。格子の形成には約５〜10分を
要する。
ーザ４の光がKTP周波数２倍器６を通過し、結果とし
て、532nmと1064nmを混合した光信号はレンズ８により
ファイバ２に結合される。格子の形成には約５〜10分を
要する。
効率は入射する532nmの信号を阻止するためにフィル
タ10をファイバ２へ設置し、SHGによって生成された532
nm信号を受信するために検出器12を設置することによっ
て監視できる。
タ10をファイバ２へ設置し、SHGによって生成された532
nm信号を受信するために検出器12を設置することによっ
て監視できる。
同調可能なレーザソースはシード作用に柔軟性を与え
るために使用される。外部シード方法も内部格子を形成
するために用いられることができる。
るために使用される。外部シード方法も内部格子を形成
するために用いられることができる。
モード分散は適当なコア半径とΔｎを備えたファイバ
を設計することによって、特定のモード間で位相整合を
可能にすることが知られている。Δｎ≧δｎのファイバ
の場合について考察する。その結果、モード分散を通じ
ての位相整合は、内部格子が能率的に書込まれる波長
（例えば、1064nm）より大きな波長において、少なくと
も１対の基本波長および第２高調波に対して可能であ
る。この方法は格子が一方の波長で書込まれ、他方で読
み取られることを可能にする。モード相互作用に対する
基本波長の関数としての位相整合周期の分散は図３でΔ
ｎ＝0.04、コア半径1.6μｍのファイバに対して示され
ている。位相整合はこのファイバでは波長約1172nmで可
能である。図３では（ｉ）（ii）（iii）と記されてい
る３つの興味深い領域がある。（ｉ）では1064ミクロン
でのコヒーレンス長は約1350nmの基本的波長におけるも
のと同じである。（ii）で示された線では約1050nmの処
理波長と同じコヒーレンス長を備えた２つの基本的な長
波長（1425nmと1750nm）が存在することが示されてい
る。さらに、（iii）ではファイバが約1010nmのポンプ
光で処理されるとき、1600nm領域の広帯域位相整合であ
ることを示している。
を設計することによって、特定のモード間で位相整合を
可能にすることが知られている。Δｎ≧δｎのファイバ
の場合について考察する。その結果、モード分散を通じ
ての位相整合は、内部格子が能率的に書込まれる波長
（例えば、1064nm）より大きな波長において、少なくと
も１対の基本波長および第２高調波に対して可能であ
る。この方法は格子が一方の波長で書込まれ、他方で読
み取られることを可能にする。モード相互作用に対する
基本波長の関数としての位相整合周期の分散は図３でΔ
ｎ＝0.04、コア半径1.6μｍのファイバに対して示され
ている。位相整合はこのファイバでは波長約1172nmで可
能である。図３では（ｉ）（ii）（iii）と記されてい
る３つの興味深い領域がある。（ｉ）では1064ミクロン
でのコヒーレンス長は約1350nmの基本的波長におけるも
のと同じである。（ii）で示された線では約1050nmの処
理波長と同じコヒーレンス長を備えた２つの基本的な長
波長（1425nmと1750nm）が存在することが示されてい
る。さらに、（iii）ではファイバが約1010nmのポンプ
光で処理されるとき、1600nm領域の広帯域位相整合であ
ることを示している。
1010nm或いは1050nmで位相整合を与える格子は1600nm
領域でも位相整合を与え、この領域では基本波長モード
と第２高調波モードの実効的屈折率の間の差の逆数の、
波長による変化率が第１波長でゼロであり、第１波長の
波長領域で位相整合を与える内部の周期的格子が存在す
る。前者の1010nmの場合、位相整合は約1600nmで生じ、
一方、後者の1050nmの場合、1600nm領域の両側の第２の
波長1425nm、と第３波長1750nmにおいて位相整合が生じ
る。
領域でも位相整合を与え、この領域では基本波長モード
と第２高調波モードの実効的屈折率の間の差の逆数の、
波長による変化率が第１波長でゼロであり、第１波長の
波長領域で位相整合を与える内部の周期的格子が存在す
る。前者の1010nmの場合、位相整合は約1600nmで生じ、
一方、後者の1050nmの場合、1600nm領域の両側の第２の
波長1425nm、と第３波長1750nmにおいて位相整合が生じ
る。
図４は同じΔｎである３つの異なったコア半径の処理
波長の関数としての位相整合波長を示している。最大波
長1200nmでファイバの処理が可能なとき、第２高調波の
生成は通信波長領域のあらゆる所で可能である。コア半
径の増加が処理波長と位相整合波長の両者をより長い波
長に変更することは注目すべきことである。さらに興味
深いことは1172nmの処理波長における点であり、この点
ではファイバはその分散を通して位相整合される。読取
り波長と書込み波長はこの点で同じ値に集中する。書込
みおよび読取りモードコンビネーションはこの方法では
同一にとどまることも注目すべきことである。位相整合
のためのこの方法では最も低い２つの次数モードの使用
は不可能である。それは、導波体が事実上、複屈折でな
いかぎり、これらのモードがモード分散を用いることに
よって位相整合されないからである。最も好適な組合わ
せは、モードの重なりの一体化が適切であるため、LP01
ω→LP02 ２ωである。Δｎが0.04でコア半径が約1.68μ
ｍのファイバを用いる場合には、前記コア半径が1.6μ
ｍのファイバの場合の1010nmの代りに最初にファイバを
1064nmで処理して光格子を形成することによって1600nm
の領域で広帯域位相整合させることが可能である。
波長の関数としての位相整合波長を示している。最大波
長1200nmでファイバの処理が可能なとき、第２高調波の
生成は通信波長領域のあらゆる所で可能である。コア半
径の増加が処理波長と位相整合波長の両者をより長い波
長に変更することは注目すべきことである。さらに興味
深いことは1172nmの処理波長における点であり、この点
ではファイバはその分散を通して位相整合される。読取
り波長と書込み波長はこの点で同じ値に集中する。書込
みおよび読取りモードコンビネーションはこの方法では
同一にとどまることも注目すべきことである。位相整合
のためのこの方法では最も低い２つの次数モードの使用
は不可能である。それは、導波体が事実上、複屈折でな
いかぎり、これらのモードがモード分散を用いることに
よって位相整合されないからである。最も好適な組合わ
せは、モードの重なりの一体化が適切であるため、LP01
ω→LP02 ２ωである。Δｎが0.04でコア半径が約1.68μ
ｍのファイバを用いる場合には、前記コア半径が1.6μ
ｍのファイバの場合の1010nmの代りに最初にファイバを
1064nmで処理して光格子を形成することによって1600nm
の領域で広帯域位相整合させることが可能である。
図５は図４の３つのファイバにおける処理波長の関数
としての格子の周期を示している。格子周期は広範囲に
わたって変化しているが、位相整合構造は影響されてい
ない。
としての格子の周期を示している。格子周期は広範囲に
わたって変化しているが、位相整合構造は影響されてい
ない。
位相整合は別として、相互のモードと非直線対称の重
なりの積分は周波数を２倍にする過程の効率を決定す
る。LP0n ωはLP0m ２ωと結合するので他の波長における
このような全ての相互作用はｍとｎの組合わせにかかわ
らず可能となる。例えば、ファイバがモードの組合わせ
LP01 ω→LP02 ２ωで処理されるとき、位相整合した長い
波長におけるLP01 ω→LP01 ２ωの重なりの積分は制限さ
れる。モード選択の規則は例えば、モードフィールド区
域や誘導された非直線区域を含む多数のパラメータに依
存する。モード選択規則の試験的な考案は表１に要約さ
れ、この表ではモードの重なりの積分をもとにして書込
みおよび読取りモード組合わせの選択を示している。
なりの積分は周波数を２倍にする過程の効率を決定す
る。LP0n ωはLP0m ２ωと結合するので他の波長における
このような全ての相互作用はｍとｎの組合わせにかかわ
らず可能となる。例えば、ファイバがモードの組合わせ
LP01 ω→LP02 ２ωで処理されるとき、位相整合した長い
波長におけるLP01 ω→LP01 ２ωの重なりの積分は制限さ
れる。モード選択の規則は例えば、モードフィールド区
域や誘導された非直線区域を含む多数のパラメータに依
存する。モード選択規則の試験的な考案は表１に要約さ
れ、この表ではモードの重なりの積分をもとにして書込
みおよび読取りモード組合わせの選択を示している。
本発明によると、光導波体は２倍の波長で広帯域信号
を生成するために、短波長でのポンプによる広帯域パラ
メトリック生成にも使用される。
を生成するために、短波長でのポンプによる広帯域パラ
メトリック生成にも使用される。
Claims (6)
- 【請求項１】第１の基本波長と、それより長い第２の基
本波長との疑似的位相整合により第２高調波を生成をす
ることができる内部周期的格子を有する光導波体におい
て、 基本波長モードとその第２高調波モードの実効屈折率間
の差の逆数の基本波長による変化率がゼロである導波体
に対する特定の基本波長が存在するように前記導波体の
パラメータが選択され、 前記第２の基本波長が前記特定の基本波長の波長領域に
あるように前記内部周期的格子のピッチが選択されてい
ることを特徴とする光導波体。 - 【請求項２】前記特定の基本波長は、導波体に光学的シ
ードにより周期的格子を形成することのできない波長で
ある請求項１記載の光導波体。 - 【請求項３】第１の基本波長と、それより長い第２の基
本波長および第３の基本波長との疑似的位相整合により
第２高調波を生成をすることができる内部周期的格子を
有する光導波体において、 基本波長モードとその第２高調波モードの実効屈折率間
の差の逆数の基本波長による変化率がゼロである導波体
に対する特定の基本波長が存在するように前記導波体の
パラメータが選択され、 前記内部周期的格子のピッチは、第２の基本波長と第３
の基本波長とにおいて第２の高調波生成を行うように選
択され、 第２の基本波長は前記特定の基本波長よりも短く、第３
の基本波長は前記特定の基本波長よりも長いことを特徴
とする光導波体。 - 【請求項４】前記特定の基本波長は、導波体に光学的シ
ードにより周期的格子を形成することのできない波長で
ある請求項３記載の光導波体。 - 【請求項５】第１の基本波長と、それより長い別の基本
波長の疑似的位相整合により第２高調波を生成をするこ
とができ、基本波長モードとその第２高調波モードの実
効屈折率間の差の逆数の基本波長による変化率がゼロで
ある導波体に対する特定の基本波長が存在するように前
記導波体のパラメータが選択されている内部周期的格子
を有する光導波体の製造方法において、 ポンプ波長の光信号と、導波体が感応して格子を形成す
ることのできるシード波長の光信号とを導波体に結合す
ることによって周期的格子を生成することを特徴とする
光導波体の製造方法。 - 【請求項６】ポンプ波長は約1010nmであり、光導波体は
Δｎが約0.04であり、1.6μｍのコア半径を有するゲル
マニアドープされたシリカの光ファイバである請求項５
記載の方法。
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|---|---|---|---|
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| GB898927697A GB8927697D0 (en) | 1989-12-07 | 1989-12-07 | Second harmonic generation in optical fibres |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05504844A JPH05504844A (ja) | 1993-07-22 |
| JP2963196B2 true JP2963196B2 (ja) | 1999-10-12 |
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2963196B2 (ja) |
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| US6947651B2 (en) * | 2001-05-10 | 2005-09-20 | Georgia Tech Research Corporation | Optical waveguides formed from nano air-gap inter-layer dielectric materials and methods of fabrication thereof |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8703743D0 (en) * | 1987-02-18 | 1987-03-25 | British Telecomm | Semiconductor laser structures |
| US4911516A (en) * | 1989-02-27 | 1990-03-27 | General Electric Company | Optical device with mode selecting grating |
| US5018814A (en) * | 1990-02-13 | 1991-05-28 | Physical Optics Corporation | Broadband single-mode optical coupler |
| US5166940A (en) * | 1991-06-04 | 1992-11-24 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Fiber laser and method of making same |
-
1989
- 1989-12-07 GB GB898927697A patent/GB8927697D0/en active Pending
-
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- 1990-12-07 WO PCT/GB1990/001917 patent/WO1991009338A1/en active IP Right Grant
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- 1990-12-07 JP JP3500256A patent/JP2963196B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-07 EP EP90917471A patent/EP0502904B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-07 DE DE69027609T patent/DE69027609T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-07 AT AT90917471T patent/ATE139852T1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE139852T1 (de) | 1996-07-15 |
| DE69027609T2 (de) | 1996-11-21 |
| GB8927697D0 (en) | 1990-02-07 |
| EP0502904B1 (en) | 1996-06-26 |
| DE69027609D1 (de) | 1996-08-01 |
| EP0502904A1 (en) | 1992-09-16 |
| WO1991009338A1 (en) | 1991-06-27 |
| US5305403A (en) | 1994-04-19 |
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