JP3031390B2 - Nonlinear optical device - Google Patents

Nonlinear optical device

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JP3031390B2
JP3031390B2 JP3262425A JP26242591A JP3031390B2 JP 3031390 B2 JP3031390 B2 JP 3031390B2 JP 3262425 A JP3262425 A JP 3262425A JP 26242591 A JP26242591 A JP 26242591A JP 3031390 B2 JP3031390 B2 JP 3031390B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光伝送、光情報処理等の
分野で使用される光スイッチ、光変調器などの非線形光
学装置に関し、特に、高速な動作を実現し得る非線形光
学装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonlinear optical device such as an optical switch and an optical modulator used in the fields of optical transmission and optical information processing, and more particularly to a nonlinear optical device capable of realizing a high-speed operation. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】光伝送、光情報処理等の分野で使用され
る高速の光スイッチ、光変調器などの非線形光学装置の
分野においては、電流により半導体中のキャリア密度の
変化に伴う吸収および屈折率の変化を利用するもの、あ
るいは、電界を印加して結晶の持つ電気光学効果による
屈折率変化を利用するものが検討されている。また、電
流や電界を印加せずに光により動作する非線形光学装置
としては、3次の非線形光学効果による屈折率変化を利
用するものが検討されている。
2. Description of the Related Art In the field of non-linear optical devices such as high-speed optical switches and optical modulators used in the fields of optical transmission, optical information processing, etc., absorption and refraction caused by a change in carrier density in a semiconductor due to electric current. A device utilizing a change in the refractive index or a device utilizing a change in the refractive index due to the electro-optic effect of the crystal by applying an electric field has been studied. Further, as a nonlinear optical device which operates by light without applying a current or an electric field, a device utilizing a refractive index change due to a third-order nonlinear optical effect is being studied.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
電流あるいは電界を印加して動作させる光スイッチ、光
変調器などにおいては、それぞれキャリア移動速度もし
くは浮遊容量による動作速度の限界があり、速い場合で
も50GHz程度が限度となっている。また、3次の非
線形光学効果による光スイッチ、光変調器などにおいて
は、極めて高速の動作が期待できるものの、3次の非線
形光学定数が一般に極めて小さいため、低パワー光での
動作が行えず実用的素子には至っていない。例えば、3
次の非線形を有する材料として二硫化炭素を使用したカ
ーシャッタは、図7に示すような構造を有している。す
なわち、ゲート光71により二硫化炭素72内に屈折率
の異方性が生じる。すると、それまで入射時と同じ直線
偏光で二硫化炭素72を透過して検光子73により遮断
されていた信号光74の偏光が、このゲート光により二
硫化炭素内に生じた屈折率の異方性のため回転し、検光
子7を透過して出射するものであり、ゲート光のON、
OFF、および強度によって信号光の出射強度が制御さ
れるものである。しかしながら、このような非線形光学
装置の場合、3次非線形光学効果が極めて小さいため、
動作パワーとして100W以上のゲート光が必要であ
り、実用的に使用できるものはなかった。本発明が解決
しようとする課題は、高速かつ低パワー駆動の光スイッ
チ、光変調器などの非線形光学装置を提供することにあ
る。
However, in the above-mentioned optical switches and optical modulators which operate by applying a current or an electric field, the operating speed is limited by the carrier moving speed or the stray capacitance, respectively. The limit is about 50 GHz. In an optical switch, an optical modulator, and the like based on the third-order nonlinear optical effect, extremely high-speed operation can be expected. However, since the third-order nonlinear optical constant is generally extremely small, operation with low power light cannot be performed, so that practical use is not possible. It has not reached the target element. For example, 3
A car shutter using carbon disulfide as a material having the following nonlinearity has a structure as shown in FIG. That is, the gate light 71 causes anisotropy of the refractive index in the carbon disulfide 72. Then, the polarization of the signal light 74 that has been transmitted through the carbon disulfide 72 and blocked by the analyzer 73 with the same linearly polarized light as that at the time of incidence is changed into an anisotropic refractive index generated in the carbon disulfide by the gate light. It rotates due to the nature, emits through the analyzer 7, and turns on the gate light.
The emission intensity of the signal light is controlled by the OFF and the intensity. However, in the case of such a nonlinear optical device, since the third-order nonlinear optical effect is extremely small,
A gate light of 100 W or more was required as an operating power, and none of them could be used practically. It is an object of the present invention to provide a non-linear optical device such as an optical switch or an optical modulator which is driven at high speed and with low power.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明による非線形光学
装置は、上記課題を解決するため、2つの異なる角周波
数ω1、ω2の光を合波し出射する合波器と、該合波器
からの出射光を基に角周波数ω1、ω2の光及びω3=
ω1+ω2の関係にある角周波数ω3の光を出射する
次の非線形光学効果を有する第一の媒質と、該第一の媒
質からの出射光を基に角周波数ω2の光を遮断しかつ
周波数ω3の光と角周波数ω1の光とを透過する第一の
光フィルタと、該第一の光フィルタからの出射光を基に
角周波数ω1、ω3の光及びω2=ω3−ω1の関係に
ある角周波数ω2の光を出射する2次の非線形光学効果
を有する第二の媒質と、該第二の媒質からの出射光を基
に角周波数ω1、ω3の光を遮断しかつ角周波数ω2の
光を透過する第二の光フィルタとを備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a nonlinear optical device according to the present invention comprises: a multiplexer for multiplexing and outputting lights having two different angular frequencies ω1 and ω2;
Light having angular frequencies ω1, ω2 and ω3 =
2 for emitting light of angular frequency ω3 having a relationship of ω1 + ω2
A first medium having the following nonlinear optical effect, said first medium
First which transmits the light of the light and the angular frequency ω1 of the cutoff vital angular frequency ω3 light of angular frequency ω2 based on light emitted from the quality
An optical filter, based on light emitted from the first optical filter;
The relationship between the light of angular frequencies ω1, ω3 and ω2 = ω3-ω1
Second-order nonlinear optical effect that emits light at a certain angular frequency ω2
Based on a second medium having
At the angular frequencies ω1 and ω3 and at the angular frequency ω2
A second optical filter that transmits light .

【0005】また、本発明は、2つの異なる角周波数ω
1、ω2の光を合波し出射する合波器と、該合波器から
の出射光を基に角周波数ω1、ω2の光及びω3=ω1
+ω2の関係にある角周波数ω3の光を出射する2次の
非線形光学効果を有する第一の媒質と、該第一の媒質か
らの出射光を基に角周波数ω1、ω2の光を反射しかつ
角周波数ω3の光と外部からの角周波数ω1の光を合波
し出射する合分波器と、該合分波器からの出射光を基に
角周波数ω1、ω3の光及びω2=ω3−ω1の関係に
ある角周波数ω2の光を出射する2次の非線形光学効果
を有する第二の媒質と、該第二の媒質からの出射光を基
に角周波数ω1、ω3の光を遮断しかつ角周波数ω2の
光を透過する光フィルタとを備えた手段をも開示するも
のである。
The present invention also provides two different angular frequencies ω
1, a multiplexer for multiplexing and emitting light of ω2, and
Of the angular frequencies ω1, ω2 and ω3 = ω1
A first medium having a second-order nonlinear optical effect for emitting light having an angular frequency ω3 having a relationship of + ω2, and a first medium
Angular frequency ω1 based on light emitted al, and reflects light ω2
Combines light with angular frequency ω3 and light with angular frequency ω1 from outside
And a multiplexer / demultiplexer that emits light based on the light emitted from the multiplexer / demultiplexer.
The relationship between the light of angular frequencies ω1, ω3 and ω2 = ω3-ω1
Second-order nonlinear optical effect that emits light at a certain angular frequency ω2
Based on a second medium having
At the angular frequencies ω1 and ω3 and at the angular frequency ω2
It also discloses a means including an optical filter that transmits light .

【0006】[0006]

【作用】一般に波長変換を伴う2次の非線形光学効果は
3次の非線形光学効果に比して効率が大きく、かつ同程
度の高速性を持って応答する。本発明では、2次の非線
形光学効果を有する媒質を2個使用することにより、信
号光(角周波数ω2)を2次の非線形効果による制御光
(角周波数ω1)との和周波発生で異なる波長の光(角
周波数ω3)に波長変換し、さらに波長変換された光を
2次の非線形光学効果による差周波発生で元の信号光の
波長に波長変換を行う。出射される信号光の波長の光の
強度は制御光の強度によって制御されるため、高速かつ
効率の良い光スイッチとしての、あるいは光変調器とし
ての動作が可能となる。
In general, the second-order nonlinear optical effect accompanying wavelength conversion has a higher efficiency than the third-order nonlinear optical effect and responds with the same high speed. In the present invention, the signal light (angular frequency ω 2 ) is generated by summing the control light (angular frequency ω 1 ) with the control light (angular frequency ω 1 ) by the second-order nonlinear effect by using two media having the second-order nonlinear optical effect. The wavelength is converted to light of a different wavelength (angular frequency ω 3 ), and the wavelength-converted light is further converted to the wavelength of the original signal light by generating a difference frequency due to a second-order nonlinear optical effect. Since the intensity of the light having the wavelength of the emitted signal light is controlled by the intensity of the control light, it is possible to operate as a high-speed and efficient optical switch or an optical modulator.

【0007】[0007]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1は、本発明の第1の実施例の構成の概
念を模式的に表した図である。信号光(角周波数ω2
と制御光(角周波数ω1)は合波器1により合波され、
第一の2次の非線形光学効果を有する媒質2に入射され
る。第一の2次の非線形光学効果を有する媒質2は、信
号光と制御光の和周波を発生する位相整合条件、即ち k3−k1−k2 ≒ 0 (1) (ここでk1,k2,k3はそれぞれ制御光、信号光、和
周波光の第一の2次の非線形光学効果を有する媒質2を
伝搬する際の伝搬定数)を満足する状態に調整されてい
る。この様な状態では、第一の2次の非線形光学効果を
有する媒質2内で和周波光(角周波数ω3)が、制御光
および信号光の強度に応じて発生する。第一の2次の非
線形光学効果を有する媒質2から出射された制御光、信
号光、和周波光は光フィルタ4に入射し、信号光が遮断
され、制御光および和周波光が透過して第二の2次の非
線形光学効果を有する媒質3に入射する。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram schematically showing the concept of the configuration of the first embodiment of the present invention. Signal light (angular frequency ω 2 )
And the control light (angular frequency ω 1 ) are multiplexed by the multiplexer 1.
The light is incident on the medium 2 having the first secondary nonlinear optical effect. The medium 2 having the first-order nonlinear optical effect has a phase matching condition for generating a sum frequency of the signal light and the control light, that is, k 3 −k 1 −k 2 ≒ 0 (1) (where k 1 , k 2 and k 3 are adjusted so as to satisfy control light, signal light, and sum frequency light, respectively, which satisfy the propagation constant when the medium 2 having the first-order nonlinear optical effect propagates. In such a state, sum frequency light (angular frequency ω 3 ) is generated in the medium 2 having the first-order nonlinear optical effect according to the intensity of the control light and the signal light. The control light, signal light, and sum frequency light emitted from the medium 2 having the first second-order nonlinear optical effect enter the optical filter 4, where the signal light is cut off, and the control light and the sum frequency light transmit. The light enters the medium 3 having the second secondary nonlinear optical effect.

【0008】この第二の2次の非線形光学効果を有する
媒質3は、制御光と和周波光との差周波を発生する位相
整合条件、即ち、 k3−k1−k2 ≒ 0 (2) (ここでk1,k2,k3はそれぞれ制御光、信号光、和
周波光の第二の2次の非線形光学効果を有する媒質3を
伝搬する際の伝搬定数)を満足する状態に調整されてい
る。この様な状態では、第二の2次の非線形光学効果を
有する媒質3内で差周波光(角周波数ω2)が、制御光
および和周波光の強度に応じて発生する。第二の2次の
非線形光学効果を有する媒質3から出射された制御光、
差周波光、和周波光は光フィルタ5に入射し、制御光お
よび和周波光が遮断され、差周波光のみが透過して出射
される。ここで、出射された差周波光は信号光と同一の
周波数であり、その強度は入射された信号光と制御光の
強度に依存する。したがって、本発明の部分を一つのブ
ラックボックス6と考えた場合、図1(b)に示すよう
に信号光(角周波数ω2)の透過強度を制御光(角周波
数ω1)によって制御する3端子素子の構造となってお
り、2次の非線形光学効果の応答が高速であることから
高速のスイッチングおよび光変調が可能である。
The medium 3 having the second-order nonlinear optical effect has a phase matching condition for generating a difference frequency between the control light and the sum frequency light, that is, k 3 −k 1 −k 2 0 0 (2 (Where k 1 , k 2 , and k 3 are the propagation constants when the control light, the signal light, and the sum frequency light propagate through the medium 3 having the second-order nonlinear optical effect). Has been adjusted. In such a state, the difference frequency light (angular frequency ω 2 ) is generated in the medium 3 having the second second-order nonlinear optical effect according to the intensity of the control light and the sum frequency light. Control light emitted from the medium 3 having the second secondary nonlinear optical effect;
The difference frequency light and the sum frequency light enter the optical filter 5, the control light and the sum frequency light are cut off, and only the difference frequency light is transmitted and emitted. Here, the emitted difference frequency light has the same frequency as the signal light, and its intensity depends on the intensity of the incident signal light and control light. Therefore, when the portion of the present invention is considered as one black box 6, the transmission intensity of the signal light (angular frequency ω 2 ) is controlled by the control light (angular frequency ω 1 ) as shown in FIG. Since the terminal element has a structure and the response of the second-order nonlinear optical effect is fast, high-speed switching and light modulation are possible.

【0009】図2は第一の実施例のより具体的な構成を
示す図であって、21は合波器、22、23はそれぞれ
ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ、24、25はそれ
ぞれ光フィルタ、26、27、28、29はそれぞれレ
ンズである。本実施例では、第一の2次の非線形光学効
果を有する媒質としてニオブ酸リチウム単結晶光ファイ
バ22を、第二の2次の非線形光学効果を有する媒質と
してニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ23を使用して
いる。いずれのニオブ酸リチウム単結晶光ファイバもフ
ァイバ外径80μm、コア径5μmであり、マグネシウ
ム(Mg)の内部拡散により導波路構造を形成してい
る。ファイバ長は単結晶光ファイバ22が3cm、単結
晶光ファイバ23が20cmである。制御光として波長
0.86μm(角周波数2.2×1015(S-1))の
光、信号光として波長1.32μm(角周波数1.4×
1015(S-1))の光を用い、和周波光の波長は0.5
2μm(角周波数3.6×1015(S-1))である。ま
た、単結晶光ファイバ22は波長0.86μmの光と波
長1.32μmの光から波長0.52μmの和周波光を
発生するように位相整合条件が温度により調整されてお
り、単結晶光ファイバ23は波長0.86μmの光と波
長0.52μmの光から波長1.32μmの差周波光を
発生するように位相整合条件が温度により調整されてい
る。
FIG. 2 is a diagram showing a more specific structure of the first embodiment, wherein 21 is a multiplexer, 22 and 23 are lithium niobate single crystal optical fibers, respectively, and 24 and 25 are optical filters, respectively. , 26, 27, 28 and 29 are lenses. In the present embodiment, a lithium niobate single crystal optical fiber 22 is used as a medium having a first secondary nonlinear optical effect, and a lithium niobate single crystal optical fiber 23 is used as a medium having a second secondary nonlinear optical effect. I'm using Each of the lithium niobate single crystal optical fibers has an outer diameter of 80 μm and a core diameter of 5 μm, and forms a waveguide structure by internal diffusion of magnesium (Mg). The fiber length of the single crystal optical fiber 22 is 3 cm, and that of the single crystal optical fiber 23 is 20 cm. Light having a wavelength of 0.86 μm (angular frequency 2.2 × 10 15 (S −1 )) as control light and 1.32 μm (angular frequency 1.4 ×) as signal light.
10 15 (S −1 )) light, and the wavelength of the sum frequency light is 0.5
2 μm (angular frequency 3.6 × 10 15 (S −1 )). The phase matching condition of the single crystal optical fiber 22 is adjusted by temperature so as to generate a sum frequency light having a wavelength of 0.52 μm from light having a wavelength of 0.86 μm and light having a wavelength of 1.32 μm. Reference numeral 23 denotes a phase matching condition adjusted by temperature so that a difference frequency light having a wavelength of 1.32 μm is generated from light having a wavelength of 0.86 μm and light having a wavelength of 0.52 μm.

【0010】信号光として1mWの連続光を入射し、制
御光としてピークパワー100mW、繰り返し20GH
zのパルス光を入力したところ、図3に示すように、制
御光の波形によって変調を受けた信号光が得られた。こ
の場合、制御光が入ったときの信号光出力と制御光が無
いときの信号光出力の比、即ち消光比は30dB以上で
あり、本実施例が変調のみならずスイッチとしても適用
できることを示している。信号光の波形は十分に制御光
に追随しており、本実施例が高速応答を持つことを示し
ている。応答速度の限界はまだ明確ではないが、100
GHz以上の応答も可能と考えられる。加えて出力され
た信号光のピークパワーは2mWと入力信号光が単結晶
光ファイバ23内のパラメトリック増幅効果により増幅
されており、本実施例は増幅効果を有する高速の光スイ
ッチまたは変調器といえる。
A continuous light of 1 mW is incident as a signal light, and a peak power of 100 mW and a repetition of 20 GH are used as control light.
When the pulse light of z was input, a signal light modulated by the waveform of the control light was obtained as shown in FIG. In this case, the ratio between the signal light output when control light is input and the signal light output when no control light is input, that is, the extinction ratio is 30 dB or more, indicating that this embodiment can be applied not only to modulation but also to a switch. ing. The waveform of the signal light sufficiently follows the control light, indicating that this embodiment has a high-speed response. The response speed limit is not clear yet,
It is considered that a response of GHz or more is possible. In addition, the peak power of the output signal light is 2 mW, and the input signal light is amplified by the parametric amplification effect in the single crystal optical fiber 23. This embodiment can be said to be a high-speed optical switch or modulator having an amplification effect. .

【0011】(実施例2)図4は、本発明の第2の実施
例の構成の概念を模式的に表した図である。信号光(角
周波数ω2)と第一の制御光(角周波数ω1)は合波器4
1により合波され、第一の2次の非線形光学効果を有す
る媒質42に入射される。第一の2次の非線形光学効果
を有する媒質42は、信号光と制御光の和周波を発生す
る位相整合条件、即ち前述の式(1)の条件を満足する
状態に調整されている。この様な状態では、第一の2次
の非線形光学効果を有する媒質42内で和周波光(角周
波数ω3)が、制御光および信号光の強度に応じて発生
する。第一の2次の非線形光学効果を有する媒質42か
ら出射された第一の制御光、信号光、和周波光は合分波
器44に入射し、信号光および第一の制御光が反射さ
れ、和周波光が第二の制御光と合波して透過し第二の2
次の非線形光学効果を有する媒質43に入射する。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a diagram schematically showing the concept of the configuration of a second embodiment of the present invention. The signal light (angular frequency ω 2 ) and the first control light (angular frequency ω 1 ) are
1 and is incident on a medium 42 having a first-order nonlinear optical effect. The medium 42 having the first-order second-order nonlinear optical effect is adjusted to a state that satisfies the phase matching condition for generating the sum frequency of the signal light and the control light, that is, the condition of the above equation (1). In such a state, sum frequency light (angular frequency ω 3 ) is generated in the medium 42 having the first secondary nonlinear optical effect according to the intensity of the control light and the signal light. The first control light, signal light, and sum frequency light emitted from the medium 42 having the first secondary nonlinear optical effect enter the multiplexer / demultiplexer 44, where the signal light and the first control light are reflected. , The sum frequency light is multiplexed with the second control light and transmitted, and the second 2
The light enters the medium 43 having the following nonlinear optical effect.

【0012】第二の2次の非線形光学効果を有する媒質
43は、第二の制御光、和周波光との差周波を発生する
位相整合条件、即ち前述の式(2)の条件を満足する状
態に調整されている。この様な状態では、第二の2次の
非形光学効果を有する媒質43内で差周波光(角周波数
ω2)が、第二の制御光および和周波光の強度に応じて
発生する。第二の2次の非形光学効果を有する媒質43
から出射された第二の制御光、差周波光、和周波光は光
フィルタ45に入射し、制御光および和周波光が遮断さ
れ、差周波光のみが透過して出射される。ここで、出射
された差周波光は信号光と同一の周波数であり、その強
度は入射された信号光と第一の制御光および第二の制御
光の強度に依存する。したがって、本発明の部分を一つ
のブラックボックス46と考えた場合、図4(b)に示
すように信号光(角周波数ω2)の透過強度を第一の制
御光(角周波数ω1)と第二の制御光(角周波数ω1)に
よって制御する素子の構造となっており、論理素子とし
てみると第一および第二の制御光のANDをとるAND
素子ともなっている。2次の非線形光学効果の応答が高
速であることから高速のスイッチングおよび光変調が可
能である。
The medium 43 having the second-order nonlinear optical effect satisfies the phase matching condition for generating a difference frequency between the second control light and the sum frequency light, that is, the condition of the above equation (2). The condition has been adjusted. In such a state, the difference frequency light (angular frequency ω 2 ) is generated in the medium 43 having the second secondary non-linear optical effect according to the intensity of the second control light and the sum frequency light. Medium 43 having a second secondary non-linear optical effect
The second control light, the difference frequency light, and the sum frequency light emitted from the optical filter 45 enter the optical filter 45, the control light and the sum frequency light are cut off, and only the difference frequency light is transmitted and emitted. Here, the emitted difference frequency light has the same frequency as the signal light, and the intensity thereof depends on the intensity of the incident signal light and the first control light and the second control light. Accordingly, when the portion of the present invention is considered as one black box 46, as shown in FIG. 4B, the transmission intensity of the signal light (angular frequency ω 2 ) is made equal to that of the first control light (angular frequency ω 1 ). It has a structure of an element controlled by a second control light (angular frequency ω 1 ), and as a logic element, an AND of the first and second control lights
It is also an element. Since the response of the second-order nonlinear optical effect is fast, high-speed switching and light modulation are possible.

【0013】図5は第二の実施例の実際の構成を示す図
であって、51は合波器、52、53はニオブ酸リチウ
ム単結晶光ファイバ、54は合分波器、55は光フィル
タ、56、57、58、59はレンズである。本実施例
では、第一の2次の非線形光学効果を有する媒質として
ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ52を、第二の2次
の非線形光学効果を有する媒質としてニオブ酸リチウム
単結晶光ファイバ53を使用している。いずれのニオブ
酸リチウム単結晶光ファイバもファイバ外径80μm、
コア径5μmであり、ファイバ長は単結晶光ファイバ5
2が3cm、単結晶光ファイバ53が20cmである。
第一および第二の制御光として波長0.86μmの光、
信号として波長1.32μmの光を用い、和周波光の波
長は0.52μmである。また、単結晶ファイバ52は
波長0.86μmの光と波長1.32μmの光から波長
は0.52μmの和周波光を発生するように位相整合条
件が温度により調整されており、単結晶光ファイバ53
は波長0.86μmの光と波長0.52μmの光から波
長1.32μmの差周波光を発生するように位相整合条
件が温度により調整されている。
FIG. 5 is a diagram showing the actual configuration of the second embodiment, in which 51 is a multiplexer, 52 and 53 are lithium niobate single crystal optical fibers, 54 is a multiplexer / demultiplexer, and 55 is an optical fiber. The filters 56, 57, 58 and 59 are lenses. In this embodiment, a lithium niobate single crystal optical fiber 52 is used as a medium having a first-order nonlinear optical effect, and a lithium niobate single crystal optical fiber 53 is used as a medium having a second-order nonlinear optical effect. I'm using Both lithium niobate single crystal optical fibers have a fiber outer diameter of 80 μm,
The core diameter is 5 μm and the fiber length is a single crystal optical fiber 5
2 is 3 cm, and the single crystal optical fiber 53 is 20 cm.
Light having a wavelength of 0.86 μm as the first and second control lights,
Light having a wavelength of 1.32 μm is used as a signal, and the wavelength of the sum frequency light is 0.52 μm. The phase matching condition of the single crystal fiber 52 is adjusted by temperature so as to generate a sum frequency light having a wavelength of 0.52 μm from light having a wavelength of 0.86 μm and light having a wavelength of 1.32 μm. 53
The phase matching condition is adjusted by temperature so that a difference frequency light having a wavelength of 1.32 μm is generated from light having a wavelength of 0.86 μm and light having a wavelength of 0.52 μm.

【0014】信号光として1mWの連続光を入射し、第
一及び第二の制御光としてピークパワー100mW、繰
り返し20GHzのパルス光を入力したところ、図6に
示すように第一および第二の制御光が同時に入力された
時に出力信号光が得られるという特性が得られた。この
場合、第一及び第二の制御光が同時に入ったときの信号
光出力と制御光のうち少なくとも一つが無いときの信号
光出力の比、即ち消光比は30dB以上であり、本実施
例が変調のみならずスイッチとしても適用できることを
示している。信号光の波形は十分に制御光に追随してお
り、本実施例が高速応答を持つことを示している。応答
速度の限界はまだ明確ではないが、第一の実施例と同様
100GHz以上の応答も可能と考えられる。加えて、
出力された信号光のピークパワーは3mWと入力信号光
が単結晶光ファイバ53内のパラメトリック増幅効果に
より増幅されており、本実施例は増幅効果およびAND
素子の機能を有する高速の光スイッチまたは変調器とい
える。
When a continuous light of 1 mW is input as signal light and a pulse light having a peak power of 100 mW and a repetition of 20 GHz is input as the first and second control lights, as shown in FIG. The characteristic that the output signal light is obtained when the light is input simultaneously is obtained. In this case, the ratio between the signal light output when the first and second control lights are simultaneously input and the signal light output when at least one of the control lights is absent, that is, the extinction ratio is 30 dB or more. This indicates that the present invention can be applied not only to modulation but also to a switch. The waveform of the signal light sufficiently follows the control light, indicating that this embodiment has a high-speed response. Although the limit of the response speed is not yet clear, it is considered that a response of 100 GHz or more is possible as in the first embodiment. in addition,
The peak power of the output signal light is 3 mW, and the input signal light is amplified by the parametric amplification effect in the single crystal optical fiber 53. In this embodiment, the amplification effect and AND
It can be called a high-speed optical switch or modulator having the function of an element.

【0015】以上2つの実施例では、2次の非線形光学
効果を有する媒質としてニオブ酸リチウムの単結晶ファ
イバを用いたが、単結晶光ファイバ構造は高い光強度密
度と長い相互作用長が可能となるため、波長変換の効率
が大きく、制御光を低パワー化することができる。この
ことから、単結晶光ファイバ構造は本発明に適した構造
といえる。ニオブ酸リチウムとニオブ酸カリウムは、2
次の非線形光学効果が比較的大きく、かつ単結晶光ファ
イバ状に作製しやすい代表的結晶であるが、他の材料、
例えばKTP(KTiOPO4)、β−BaB24など
の誘電体材料やDAN(2−(N,N−ジメチルアミ
ノ)−5−ニトロアセトアニリド)、ANNP(2−ア
ダマンチルアミノ−5−ニトロピリジン)などの有機材
料でも、2次の非線形光学効果を有し単結晶ファイバ構
造に形成できれば、同様に本発明に適用できることはも
ちろんである。また、単結晶光ファイバ構造に比べて動
作パワーは大きくなるものの、基板導波路構造、バルク
構造等2次の非線形光学効果を有する媒質によるもので
あれば、同様に本発明に適用てきる。
In the above two embodiments, a single crystal fiber of lithium niobate was used as the medium having the second-order nonlinear optical effect. However, the single crystal optical fiber structure has a high light intensity density and a long interaction length. Therefore, the efficiency of wavelength conversion is high, and the power of control light can be reduced. From this, it can be said that the single crystal optical fiber structure is a structure suitable for the present invention. Lithium niobate and potassium niobate are 2
The following nonlinear optical effect is relatively large, and is a typical crystal that can be easily made into a single crystal optical fiber.
For example, dielectric materials such as KTP (KTiOPO 4 ) and β-BaB 2 O 4 , DAN (2- (N, N-dimethylamino) -5-nitroacetanilide), ANNP (2-adamantylamino-5-nitropyridine) Of course, organic materials such as these can be similarly applied to the present invention if they can be formed into a single crystal fiber structure having a second-order nonlinear optical effect. Although the operating power is higher than that of the single crystal optical fiber structure, the present invention can be similarly applied to a medium having a second-order nonlinear optical effect such as a substrate waveguide structure or a bulk structure.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
3次の非線形光学効果に比して効率の高い2次の非線形
光学効果を有する媒質を2個使用することにより、3次
の非線形効果を使用した素子と同様の光・光変調および
光・光スイッチング動作をより低パワーで実現してい
る。その結果、低パワー光動作および高速動作という2
つの特長をもつ光スイッチ、光変調器および光論理素子
を実現することができる。
As described in detail above, the present invention provides
By using two media having a second-order nonlinear optical effect that is more efficient than the third-order nonlinear optical effect, light-light modulation and light-light similar to an element using the third-order nonlinear effect can be achieved. Switching operation is realized with lower power. As a result, low power optical operation and high speed operation
An optical switch, an optical modulator, and an optical logic element having two features can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一の実施例の構成の概念を示す模式
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of the configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施例の具体的構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施例の特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二の実施例の構成の概念を示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the concept of the configuration of a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第二の実施例の具体的構成を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a specific configuration of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第二の実施例の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of the second embodiment of the present invention.

【図7】従来の3次の非線形光学効果によるカーシャッ
タの構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional car shutter using a third-order nonlinear optical effect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 合波器 2 第一の2次の非線形光学効果を有する媒質 3 第二の2次の非線形光学効果を有する媒質 4 光フィルタ 5 光フィルタ 21 合波器 22 ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ 23 ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ 24 光フィルタ 25 光フィルタ 26 レンズ 27 レンズ 28 レンズ 29 レンズ 41 合波器 42 第一の2次の非線形光学効果を有する媒質 43 第二の2次の非線形光学効果を有する媒質 44 合分波器 45 光フィルタ 51 合波器 52 ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ 53 ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ 54 合分波器 55 光フィルタ 56 レンズ 57 レンズ 58 レンズ 59 レンズ 71 ゲート光 72 二硫化炭素 73 検光子 74 信号光 75 合波器 REFERENCE SIGNS LIST 1 multiplexer 2 medium having first secondary nonlinear optical effect 3 medium having second secondary nonlinear optical effect 4 optical filter 5 optical filter 21 multiplexer 22 lithium niobate single crystal optical fiber 23 niobium Lithium oxide single crystal optical fiber 24 Optical filter 25 Optical filter 26 Lens 27 Lens 28 Lens 29 Lens 41 Combiner 42 Medium having first secondary nonlinear optical effect 43 Medium having second secondary nonlinear optical effect 44 multiplexer / demultiplexer 45 optical filter 51 multiplexer 52 lithium niobate single crystal optical fiber 53 lithium niobate single crystal optical fiber 54 multiplexer / demultiplexer 55 optical filter 56 lens 57 lens 58 lens 59 lens 71 gate light 72 disulfide Carbon 73 analyzer 74 signal light 75 multiplexer

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2つの異なる角周波数ω1、ω2の光を
合波し出射する合波器と、該合波器からの出射光を基に
角周波数ω1、ω2の光及びω3=ω1+ω2の関係に
ある角周波数ω3の光を出射する2次の非線形光学効果
を有する第一の媒質と、該第一の媒質からの出射光を基
角周波数ω2の光を遮断しかつ角周波数ω3の光と角
周波数ω1の光とを透過する第一の光フィルタと、該第
一の光フィルタからの出射光を基に角周波数ω1、ω3
の光及びω2=ω3−ω1の関係にある角周波数ω2の
光を出射する2次の非線形光学効果を有する第二の媒質
と、該第二の媒質からの出射光を基に角周波数ω1、ω
3の光を遮断しかつ角周波数ω2の光を透過する第二の
光フィルタとを備えてなることを特徴とする非線形光学
装置。
1. A light source having two different angular frequencies ω1 and ω2
A multiplexer that combines and emits light, and a light that is output from the multiplexer.
The relationship between the light of angular frequencies ω1, ω2 and ω3 = ω1 + ω2
A first medium that emits light of a certain angular frequency ω3 and has a second-order nonlinear optical effect, and light emitted from the first medium
A first optical filter that blocks light of angular frequency ω2 and transmits light of angular frequency ω3 and light of angular frequency ω1 ;
Angular frequencies ω1, ω3 based on light emitted from one optical filter
Of light and the angular frequency ω2 in the relationship of ω2 = ω3-ω1
Second medium having a second-order nonlinear optical effect for emitting light
And angular frequencies ω1, ω based on the light emitted from the second medium.
3 that blocks the light of 3 and transmits the light of the angular frequency ω2.
A nonlinear optical device, comprising: an optical filter .
【請求項2】 2つの異なる角周波数ω1、ω2の光を
合波し出射する合波器と、該合波器からの出射光を基に
角周波数ω1、ω2の光及びω3=ω1+ω2の関係に
ある角周波数ω3の光を出射する2次の非線形光学効果
を有する第一の媒質と、該第一の媒質からの出射光を基
角周波数ω1、ω2の光を反射しかつ角周波数ω3の
光と外部からの角周波数ω1の光を合波し出射する合分
波器と、該合分波器からの出射光を基に角周波数ω1、
ω3の光及びω2=ω3−ω1の関係にある角周波数ω
2の光を出射する2次の非線形光学効果を有する第二の
媒質と、該第二の媒質からの出射光を基に角周波数ω
1、ω3の光を遮断しかつ角周波数ω2の光を透過する
光フィルタとを備えてなることを特徴とする非線形光学
装置。
2. Light of two different angular frequencies ω1, ω2 is
A multiplexer that combines and emits light, and a light that is output from the multiplexer.
The relationship between the light of angular frequencies ω1, ω2 and ω3 = ω1 + ω2
A first medium that emits light of a certain angular frequency ω3 and has a second-order nonlinear optical effect, and light emitted from the first medium
The angular frequency .omega.1, the reflecting light ω2 and angular frequency ω3
Combination of light and external light with angular frequency ω1
And an angular frequency ω1, based on light emitted from the multiplexer / demultiplexer.
Light of ω3 and angular frequency ω in a relation of ω2 = ω3-ω1
Second light having a second-order nonlinear optical effect that emits a second light
Angular frequency ω based on the medium and the light emitted from the second medium
1. Block light at ω3 and transmit light at angular frequency ω2
A nonlinear optical device, comprising: an optical filter .
【請求項3】 第一の媒質および第二の媒質の内の少な
くとも一方が、2次の非線形光学効果を有する光学結晶
をファイバ状に形成せしめた単結晶光ファイバであるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2記載の非線形光
学装置。
3. A single crystal optical fiber in which at least one of the first medium and the second medium is a fiber made of an optical crystal having a second-order nonlinear optical effect. The nonlinear optical device according to claim 1 or 2.
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