JP3187290B2 - 波長変換装置および波長変換方法 - Google Patents
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- G02F1/015—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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
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- 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
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、擬似位相整合（ＱＰ
Ｍ；Quasi-Phase Matching）条件の下で和周波発生（Ｓ
ＦＧ；Sum Frepuency Generation）もしくは差周波発生
（ＤＦＧ；Difference Frequency Generation ）を利用
する波長変換装置および波長変換方法に関する。
Ｍ；Quasi-Phase Matching）条件の下で和周波発生（Ｓ
ＦＧ；Sum Frepuency Generation）もしくは差周波発生
（ＤＦＧ；Difference Frequency Generation ）を利用
する波長変換装置および波長変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の波長変換装置の一例が、文献：
「Ｓ．Ｊ．Ｂ．Ｙｏｏ，ｅｔ ａｌ．，ＯＦＣ’９５，
ＰＤ１４．」に開示されている。この文献に開示の波長
変換装置においては、ドメイン反転グレーティングの周
期が導波路方向に沿ってＱＰＭ条件を満たすように設定
された導波路を具えた波長変換素子を用いている。そし
て、この波長変換素子に、角振動数ωp のポンプ光およ
び角振動数ωS の信号光をそれぞれ入射することによ
り、波長変換を行なって角振動数ωC の変換光を得てい
る。
「Ｓ．Ｊ．Ｂ．Ｙｏｏ，ｅｔ ａｌ．，ＯＦＣ’９５，
ＰＤ１４．」に開示されている。この文献に開示の波長
変換装置においては、ドメイン反転グレーティングの周
期が導波路方向に沿ってＱＰＭ条件を満たすように設定
された導波路を具えた波長変換素子を用いている。そし
て、この波長変換素子に、角振動数ωp のポンプ光およ
び角振動数ωS の信号光をそれぞれ入射することによ
り、波長変換を行なって角振動数ωC の変換光を得てい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
波長波長変換装置においては、波長変換素子に入射光を
入射させるにあたり、ポンプ光および信号光の両方の偏
波面をそれぞれ一定の偏波方向に固定して入射させる必
要があった。
波長波長変換装置においては、波長変換素子に入射光を
入射させるにあたり、ポンプ光および信号光の両方の偏
波面をそれぞれ一定の偏波方向に固定して入射させる必
要があった。
【０００４】このため、通常はポンプ光および信号光そ
れぞれに直線偏光とするための偏波素子が必要となるた
め、波長変換装置の構成が複雑となる。また、直線偏光
とするために、ポンプ光および信号光の光損失が発生す
ることがある。
れぞれに直線偏光とするための偏波素子が必要となるた
め、波長変換装置の構成が複雑となる。また、直線偏光
とするために、ポンプ光および信号光の光損失が発生す
ることがある。
【０００５】また、特に、信号光は、偏波面がもともと
固定されておらず、偏波面が回転する。このため、信号
光を直線偏光とするための偏波素子の偏波面を回転に合
わせて調整する必要がある。
固定されておらず、偏波面が回転する。このため、信号
光を直線偏光とするための偏波素子の偏波面を回転に合
わせて調整する必要がある。
【０００６】このため、ポンプ光または信号光の偏波面
に依存しない波長変換装置の実現が望まれていた。
に依存しない波長変換装置の実現が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この出願に係る第１の発
明の波長変換装置によれば、半導体基板の（００１）面
の上側に、ジンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）
材料である非線型光学結晶からなる導波路層を具え、こ
の導波路層は＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向に
沿って入射光を伝搬し、この導波路層は、擬似位相整合
（ＱＰＭ）条件を満たすために、下記の（１）を満足す
るように屈折率あるいは２次非線型定数が互いに異なる
第１領域および第２領域を、当該導波路層の入射光の伝
搬方向に沿って交互に周期的に具え、この導波路層にこ
の入射光として信号光およびポンプ光を入射して差周波
（ＤＦ波）または和周波（ＳＦ波）の変換光を発生させ
る波長変換素子と、信号光またはポンプ光の電気ベクト
ルの振動方向である偏波方向を、伝搬方向に垂直でかつ
導波路層の延在する面に沿ったＴＥ偏波方向に固定する
ための偏波方向固定手段とを具えてなることを特徴とす
る。
明の波長変換装置によれば、半導体基板の（００１）面
の上側に、ジンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）
材料である非線型光学結晶からなる導波路層を具え、こ
の導波路層は＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向に
沿って入射光を伝搬し、この導波路層は、擬似位相整合
（ＱＰＭ）条件を満たすために、下記の（１）を満足す
るように屈折率あるいは２次非線型定数が互いに異なる
第１領域および第２領域を、当該導波路層の入射光の伝
搬方向に沿って交互に周期的に具え、この導波路層にこ
の入射光として信号光およびポンプ光を入射して差周波
（ＤＦ波）または和周波（ＳＦ波）の変換光を発生させ
る波長変換素子と、信号光またはポンプ光の電気ベクト
ルの振動方向である偏波方向を、伝搬方向に垂直でかつ
導波路層の延在する面に沿ったＴＥ偏波方向に固定する
ための偏波方向固定手段とを具えてなることを特徴とす
る。
【０００８】 Δｋ1 ｌ1 ＝Δｋ2 ｌ2 ＝（２ｍ＋１）π・・・（１） 但し、Δｋ1 およびΔｋ2 は、それぞれ第１および第２
領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、伝搬方
向に沿った長さを表す。また、ｍは整数を表す。またこ
こでは、ミラー指数の「１のバー」を便宜的に「−１」
で表す。
領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、伝搬方
向に沿った長さを表す。また、ｍは整数を表す。またこ
こでは、ミラー指数の「１のバー」を便宜的に「−１」
で表す。
【０００９】また、この出願に係る第２の発明の波長変
換方法によれば、半導体基板の（００１）面の上側に、
ジンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）材料である
非線型光学結晶からなる導波路層を具え、この導波路層
は＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って入射
光を伝搬し、この導波路層は、擬似位相整合（ＱＰＭ）
条件を満たすために、下記の（１）を満足するように屈
折率あるいは２次非線型定数が互いに異なる第１領域お
よび第２領域を、当該導波路層の入射光の伝搬方向に沿
って交互に周期的に具え、この導波路層にこの入射光と
して信号光およびポンプ光を入射して差周波（ＤＦ波）
または和周波（ＳＦ波）の変換光を発生させる波長変換
素子に、入射光として信号光およびポンプ光を入射する
ことにより、差周波（ＤＦ波）または和周波（ＳＦ波）
を変換光として発生させにあたり、信号光もしくはポン
プ光の電気ベクトルの振動方向である偏波方向を、伝搬
方向に垂直でかつ導波路層の延在する面に沿ったＴＥ偏
波方向に固定して当該導波路層に入射することを特徴と
する。
換方法によれば、半導体基板の（００１）面の上側に、
ジンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）材料である
非線型光学結晶からなる導波路層を具え、この導波路層
は＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って入射
光を伝搬し、この導波路層は、擬似位相整合（ＱＰＭ）
条件を満たすために、下記の（１）を満足するように屈
折率あるいは２次非線型定数が互いに異なる第１領域お
よび第２領域を、当該導波路層の入射光の伝搬方向に沿
って交互に周期的に具え、この導波路層にこの入射光と
して信号光およびポンプ光を入射して差周波（ＤＦ波）
または和周波（ＳＦ波）の変換光を発生させる波長変換
素子に、入射光として信号光およびポンプ光を入射する
ことにより、差周波（ＤＦ波）または和周波（ＳＦ波）
を変換光として発生させにあたり、信号光もしくはポン
プ光の電気ベクトルの振動方向である偏波方向を、伝搬
方向に垂直でかつ導波路層の延在する面に沿ったＴＥ偏
波方向に固定して当該導波路層に入射することを特徴と
する。
【００１０】 Δｋ1 ｌ1 ＝Δｋ2 ｌ2 ＝（２ｍ＋１）π・・・（１） 但し、Δｋ1 およびΔｋ2 は、それぞれ第１および第２
領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、伝搬方
向に沿った長さを表す。また、ｍは整数を表す。またこ
こでは、ミラー指数の「１のバー」を便宜的に「−１」
で表す。
領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、伝搬方
向に沿った長さを表す。また、ｍは整数を表す。またこ
こでは、ミラー指数の「１のバー」を便宜的に「−１」
で表す。
【００１１】
【作用】この出願に係る第１の発明の波長変換装置およ
び第２の発明の波長変換方法によれば、波長変換装置を
構成する波長変換素子は、半導体基板の（００１）面の
上側に、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からなる導波路層を
積層している。Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料は、下記の
（２）式に示すように特殊な非線型定数マトリクスを有
する。
び第２の発明の波長変換方法によれば、波長変換装置を
構成する波長変換素子は、半導体基板の（００１）面の
上側に、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からなる導波路層を
積層している。Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料は、下記の
（２）式に示すように特殊な非線型定数マトリクスを有
する。
【００１２】そして、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からな
る導波路層において、ポンプ光と信号光とによって励起
された非線型分極Ｐi （ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）は、下記の
（２）式で表される。
る導波路層において、ポンプ光と信号光とによって励起
された非線型分極Ｐi （ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）は、下記の
（２）式で表される。
【００１３】
【数１】
【００１４】但し、ＥXP、ＥYP、ＥZPは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方
向のポンプ光の電界成分をそれぞれ表し、ＥXS、ＥYS、
ＥZSは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の信号光の電界成分をそれぞれ
表す。また、ｄは、導波路材料の二次非線型定数であ
り、ＥipおよびＥis（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）はそれぞれポン
プ光および信号光の電界成分である。
向のポンプ光の電界成分をそれぞれ表し、ＥXS、ＥYS、
ＥZSは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の信号光の電界成分をそれぞれ
表す。また、ｄは、導波路材料の二次非線型定数であ
り、ＥipおよびＥis（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）はそれぞれポン
プ光および信号光の電界成分である。
【００１５】また、ポンプ光の電界成分ＥP は、下記の
（３）式で与えられる。
（３）式で与えられる。
【００１６】 ＥP ＝（ＥXP 2 ＋ＥYP 2 ＋ＥZP 2 ）1/2 ・・・（３） また、信号光の電界成分ＥS は、下記の（４）式で与え
られる。
られる。
【００１７】 ＥS ＝（ＥXS 2 ＋ＥYS 2 ＋ＥZS 2 ）1/2 ・・・（４） そして、例えば、ポンプ光の偏波面をＴＥ偏波方向（例
えば＜１１０＞方向）に固定した場合、ポンプ光の電界
成分のＸＹＺ成分はそれぞれ下記の（５）式および
（６）式で表される。
えば＜１１０＞方向）に固定した場合、ポンプ光の電界
成分のＸＹＺ成分はそれぞれ下記の（５）式および
（６）式で表される。
【００１８】ＥXP＝ＥYP＝ＥP ／２1/2 ・・・（５） ＥZP＝０ ・・・（６） さらに、例えば、信号光の偏波面をＴＥ偏波方向＜１１
０＞方向に固定した場合、信号光の電界成分のＸＹＺ成
分はそれぞれ下記の（７）式および（８）式で表され
る。
０＞方向に固定した場合、信号光の電界成分のＸＹＺ成
分はそれぞれ下記の（７）式および（８）式で表され
る。
【００１９】ＥXS＝ＥYS＝ＥS ／２1/2 ・・・（７） ＥZS＝０ ・・・（８） これら（５）〜（８）式を上記の（２）式に代入する
と、非線型分極Ｐi のＸＹＺ成分はそれぞれ下記の
（９）式および（１０）式で与えられる。
と、非線型分極Ｐi のＸＹＺ成分はそれぞれ下記の
（９）式および（１０）式で与えられる。
【００２０】ＰX ＝ＰY ＝０ ・・・（９） ＰZ ＝ｄＥS ＥP ・・・（１０） （９）および（１０）式から、励起された非線型分極
は、信号光のＴＥ波に垂直なＴＭ波であることが分か
る。また、この非線型分極の大きさは、下記の（１１）
式で与えられる。
は、信号光のＴＥ波に垂直なＴＭ波であることが分か
る。また、この非線型分極の大きさは、下記の（１１）
式で与えられる。
【００２１】Ｐ＝ｄＥS ＥP ・・・（１１） 一方、例えば、信号光の偏波面をＴＭ偏波方向に固定し
た場合、信号光の電界成分のＸＹＺ成分はそれぞれ下記
の（１２）式および（１３）式で表される。
た場合、信号光の電界成分のＸＹＺ成分はそれぞれ下記
の（１２）式および（１３）式で表される。
【００２２】ＥXS＝ＥYS＝０・・・（１２） ＥZS＝ＥS ・・・（１３） これら（５）、（６）、（１２）、（１３）式を上記の
（２）式に代入すると、非線型分極Ｐi のＸＹＺ成分は
それぞれ下記の（１４）式および（１５）式で与えられ
る。
（２）式に代入すると、非線型分極Ｐi のＸＹＺ成分は
それぞれ下記の（１４）式および（１５）式で与えられ
る。
【００２３】 ＰX ＝ＰY ＝ｄＥS ＥP ／２1/2 ・・・（１４） ＰZ ＝０ ・・・（１５） （１４）および（１５）式から、励起された非線形分極
は、信号光のＴＭ波に垂直なＴＥ波であることが分か
る。また、この非線型分極の大きさは、下記の（１６）
式で与えられる。
は、信号光のＴＭ波に垂直なＴＥ波であることが分か
る。また、この非線型分極の大きさは、下記の（１６）
式で与えられる。
【００２４】Ｐ＝ｄＥS ＥP ・・・（１６） 上記の（１１）式および（１６）式から、ポンプ光の偏
波面をＴＥ偏波方向（例えば＜１１０＞方向）に固定す
れば、励起された非線型分極は常に信号光の偏波面と直
交し、かつ、その大きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定であ
る。また、変換光の光強度は、非線型分極の大きさに比
例する。従って、波長変換効率は、信号光の偏波方向に
依存せずに一定となる。
波面をＴＥ偏波方向（例えば＜１１０＞方向）に固定す
れば、励起された非線型分極は常に信号光の偏波面と直
交し、かつ、その大きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定であ
る。また、変換光の光強度は、非線型分極の大きさに比
例する。従って、波長変換効率は、信号光の偏波方向に
依存せずに一定となる。
【００２５】また、信号光をＴＥ偏波方向に固定した場
合も、励起された非線型分極は常に信号光の偏波面と直
交し、かつ、その大きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定であ
る。従って、波長変換効率は、ポンプ光の偏波方向に依
存せずに一定となる。
合も、励起された非線型分極は常に信号光の偏波面と直
交し、かつ、その大きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定であ
る。従って、波長変換効率は、ポンプ光の偏波方向に依
存せずに一定となる。
【００２６】従って、これらの発明によれば、ポンプ光
または信号光の偏波方向に依存せずに、波長変換を行な
うことができる。その結果、ポンプ光または信号光を直
線偏光にするための素子が必要なくなるので、波長変換
素子の構成を簡単にすることができる。
または信号光の偏波方向に依存せずに、波長変換を行な
うことができる。その結果、ポンプ光または信号光を直
線偏光にするための素子が必要なくなるので、波長変換
素子の構成を簡単にすることができる。
【００２７】また、特に、ポンプ光を固定した場合は、
信号光の偏波面に依存せずに波長変換を行なうことがで
きるため、信号光の光損失を抑制することができる。ま
た、信号光の偏波面が回転しても波長変換を一定の波長
変換効率で安定して行なうことができる。
信号光の偏波面に依存せずに波長変換を行なうことがで
きるため、信号光の光損失を抑制することができる。ま
た、信号光の偏波面が回転しても波長変換を一定の波長
変換効率で安定して行なうことができる。
【００２８】
【実施例】以下、図面を参照して、この出願に係る第１
の発明の波長変換装置および第２の発明の波長変換方法
の例について併せて説明する。尚、参照する図面はこれ
らの発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、形状
および配置関係を概略的に示しているに過ぎない。従っ
て、これらの発明は図示例にのみ限定されるものではな
い。
の発明の波長変換装置および第２の発明の波長変換方法
の例について併せて説明する。尚、参照する図面はこれ
らの発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、形状
および配置関係を概略的に示しているに過ぎない。従っ
て、これらの発明は図示例にのみ限定されるものではな
い。
【００２９】＜第１実施例＞第１実施例では、ポンプ光
の偏波面のみをＴＥ波に固定して波長変換を行い、差周
波（ＤＦ波）を発生させる場合について説明する。
の偏波面のみをＴＥ波に固定して波長変換を行い、差周
波（ＤＦ波）を発生させる場合について説明する。
【００３０】図１は、第１実施例の波長変換装置の説明
に供する構成図である。また、図２は、波長変換素子の
説明に供する図である。図２の（Ａ）は、入射光の入射
端側からみた構造図であり、図２の（Ｂ）は、図２の
（Ａ）のＩ−Ｉに沿って、入射光の伝搬方向に沿った切
り口における縦断面図である。
に供する構成図である。また、図２は、波長変換素子の
説明に供する図である。図２の（Ａ）は、入射光の入射
端側からみた構造図であり、図２の（Ｂ）は、図２の
（Ａ）のＩ−Ｉに沿って、入射光の伝搬方向に沿った切
り口における縦断面図である。
【００３１】この実施例の波長変換装置を構成する波長
変換素子１０は、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からなるＧ
ａＡｓ半導体基板１２の（００１）面上に、Ｚｉｎｃ−
Ｂｌｅｎｄ材料である非線型光学結晶からなるリッジ型
の導波路層１４を具えている。この導波路層１４はＩｎ
ＧａＡｓＰからなり、その上下をＩｎＧａＰからなるク
ラッド層１６で挟まれている。
変換素子１０は、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からなるＧ
ａＡｓ半導体基板１２の（００１）面上に、Ｚｉｎｃ−
Ｂｌｅｎｄ材料である非線型光学結晶からなるリッジ型
の導波路層１４を具えている。この導波路層１４はＩｎ
ＧａＡｓＰからなり、その上下をＩｎＧａＰからなるク
ラッド層１６で挟まれている。
【００３２】また、この導波路層１４は、擬似位相整合
（ＱＰＭ）条件を満たすために、下記の（１７）を満足
するように屈折率が互いに異なる第１領域１８および第
２領域２０を、当該導波路層１４の入射光の伝搬方向に
沿って交互に周期的に具えたグレーティングを具えてい
る。従って、この導波路層１４は、＜−１１０＞および
＜１１０＞方向を含む面に沿っており、入射光は＜−１
１０＞方向に沿って導波路層１４を伝搬する。従って、
この導波路層１４は、＜−１１０＞方向に延在する導波
路となる。尚、＜−１＞は、便宜的に１のバーを表す。
（ＱＰＭ）条件を満たすために、下記の（１７）を満足
するように屈折率が互いに異なる第１領域１８および第
２領域２０を、当該導波路層１４の入射光の伝搬方向に
沿って交互に周期的に具えたグレーティングを具えてい
る。従って、この導波路層１４は、＜−１１０＞および
＜１１０＞方向を含む面に沿っており、入射光は＜−１
１０＞方向に沿って導波路層１４を伝搬する。従って、
この導波路層１４は、＜−１１０＞方向に延在する導波
路となる。尚、＜−１＞は、便宜的に１のバーを表す。
【００３３】 Δｋ1 ｌ1 ＝Δｋ2 ｌ2 ＝（２ｍ＋１）π・・・（１７） 但し、Δｋ1 およびΔｋ2 は、それぞれ第１および第２
領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、入射光
の伝搬方向に沿った長さを表す。また、（１７）式は上
記の（１）式においてｍ＝０の場合に相当する。
領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、入射光
の伝搬方向に沿った長さを表す。また、（１７）式は上
記の（１）式においてｍ＝０の場合に相当する。
【００３４】そして、この実施例では、ポンプ光３２の
電気ベクトルの振動方向である偏波方向を、入射光の伝
搬方向に垂直でかつ導波路層１４の延在する面に沿った
ＴＥ偏波方向（＜１１０＞方向）に固定するための偏波
固定手段２２を具えている。この偏波固定手段２２とし
ては、例えば、ほぼ直線偏光となっている半導体レーザ
２４の出射光を一旦１／４波長板２６に入射して直線偏
光とし、さらに、この直線偏光を１／２波長板２８に入
射して任意の偏波面を持つ直線偏光とする。この実施例
では、この偏波固定手段２２によって、ポンプ光をＴＥ
偏波方向に固定して波長変換素子（ＤＦＧ素子）に入射
する。また、信号光３４は、例えばハーフミラー３０を
用いてポンプ光と共に波長変換素子に入力する。ポンプ
光３２の偏波方向を固定して、この実施例の波長変換素
子１０に入射することにより、信号光３４の偏波方向に
依存せずに安定して波長変換を行なって変換光３６を得
ることができる。
電気ベクトルの振動方向である偏波方向を、入射光の伝
搬方向に垂直でかつ導波路層１４の延在する面に沿った
ＴＥ偏波方向（＜１１０＞方向）に固定するための偏波
固定手段２２を具えている。この偏波固定手段２２とし
ては、例えば、ほぼ直線偏光となっている半導体レーザ
２４の出射光を一旦１／４波長板２６に入射して直線偏
光とし、さらに、この直線偏光を１／２波長板２８に入
射して任意の偏波面を持つ直線偏光とする。この実施例
では、この偏波固定手段２２によって、ポンプ光をＴＥ
偏波方向に固定して波長変換素子（ＤＦＧ素子）に入射
する。また、信号光３４は、例えばハーフミラー３０を
用いてポンプ光と共に波長変換素子に入力する。ポンプ
光３２の偏波方向を固定して、この実施例の波長変換素
子１０に入射することにより、信号光３４の偏波方向に
依存せずに安定して波長変換を行なって変換光３６を得
ることができる。
【００３５】尚、この実施例の波長変換素子の導波路層
の第１領域の位相不整合量Δｋ1 は、第１領域における
ポンプ光の波数ベクトルをｋ1P、信号光の波数ベクトル
をｋ1S、変換光（ＤＦ波）の波数ベクトルをｋ1Cとする
と、下記の（１８）式で与えられる。
の第１領域の位相不整合量Δｋ1 は、第１領域における
ポンプ光の波数ベクトルをｋ1P、信号光の波数ベクトル
をｋ1S、変換光（ＤＦ波）の波数ベクトルをｋ1Cとする
と、下記の（１８）式で与えられる。
【００３６】Δｋ1 ＝ｋ1P−ｋ1S−ｋ1C・・・（１８） また、第１領域の位相不整合量Δｋ2 は、第２領域にお
けるポンプ光の波数ベクトルをｋ2P、信号光の波数ベク
トルをｋ2S、変換光（ＤＦ波）の波数ベクトルをｋ2Cと
すると、下記の（１９）式で与えられる。
けるポンプ光の波数ベクトルをｋ2P、信号光の波数ベク
トルをｋ2S、変換光（ＤＦ波）の波数ベクトルをｋ2Cと
すると、下記の（１９）式で与えられる。
【００３７】Δｋ2 ＝ｋ2P−ｋ2S−ｋ2C・・・（１９） また、第１領域における各波数ベクトルｋ1iは、下記の
（２０）式で与えられる。
（２０）式で与えられる。
【００３８】 ｋ1i＝（２π／λi ）ｎ1i（但しｉ＝Ｐ、Ｓ、Ｃ）・・・（２０） λP 、λS およびλC は、それぞれ波長変換素子に入射
するポンプ光、信号光および出射する変換光の波長を表
し、ｎ1P、ｎ1S、ｎ1Cは、それぞれポンプ光、信号光お
よび変換光に対する第１領域の屈折率を表す。
するポンプ光、信号光および出射する変換光の波長を表
し、ｎ1P、ｎ1S、ｎ1Cは、それぞれポンプ光、信号光お
よび変換光に対する第１領域の屈折率を表す。
【００３９】また、第２領域における各波数ベクトルｋ
2iは、下記の（２１）式で与えられる。
2iは、下記の（２１）式で与えられる。
【００４０】 ｋ2i＝（２π／λi ）ｎ2i（但しｉ＝Ｐ、Ｓ、Ｃ）・・・（２１） ｎ2P、ｎ2S、ｎ2Cは、それぞれポンプ光、信号光および
変換光に対する第２領域の屈折率を表す。
変換光に対する第２領域の屈折率を表す。
【００４１】また、ポンプ光、信号光および変換光の波
長λP 、λS およびλC の間には、下記の（２２）式の
示す関係が成り立つ。
長λP 、λS およびλC の間には、下記の（２２）式の
示す関係が成り立つ。
【００４２】 （１／λC ）＝（１／λP ）−（１／λS ）・・・（２２） この実施例では、ポンプ光の波長をλP ＝０．７８μｍ
とし、信号光の波長をλS ＝１．５５μｍとする。従っ
て、差周波の波長はλC ＝１．５７μｍとなる。
とし、信号光の波長をλS ＝１．５５μｍとする。従っ
て、差周波の波長はλC ＝１．５７μｍとなる。
【００４３】＜第２実施例＞第２実施例では、ＳＦＧ素
子にポンプ光をＴＥ偏波方向に固定して入射することに
より、和周波（ＳＦ波）を発生させる例について説明す
る。
子にポンプ光をＴＥ偏波方向に固定して入射することに
より、和周波（ＳＦ波）を発生させる例について説明す
る。
【００４４】第２実施例では、波長変換素子および偏波
方向固定手段の構造は、第１実施例のものと同様の構造
であるが、位相不整合量が異なる。
方向固定手段の構造は、第１実施例のものと同様の構造
であるが、位相不整合量が異なる。
【００４５】第２実施例においては、第１領域の位相不
整合量Δｋ1 は、第１領域におけるポンプ光の波数ベク
トルをｋ1P、信号光の波数ベクトルをｋ1S、変換光（Ｄ
Ｆ波）の波数ベクトルをｋ1Cとすると、下記の（２３）
式で与えられる。
整合量Δｋ1 は、第１領域におけるポンプ光の波数ベク
トルをｋ1P、信号光の波数ベクトルをｋ1S、変換光（Ｄ
Ｆ波）の波数ベクトルをｋ1Cとすると、下記の（２３）
式で与えられる。
【００４６】 Δｋ1 ＝−ｋ1P−ｋ1S＋ｋ1C・・・（２３） また、第２領域の位相不整合量Δｋ2 は、第２領域にお
けるポンプ光の波数ベクトルをｋ2P、信号光の波数ベク
トルをｋ2S、変換光（ＤＦ波）の波数ベクトルをｋ2Cと
すると、下記の（２４）式で与えられる。
けるポンプ光の波数ベクトルをｋ2P、信号光の波数ベク
トルをｋ2S、変換光（ＤＦ波）の波数ベクトルをｋ2Cと
すると、下記の（２４）式で与えられる。
【００４７】 Δｋ2 ＝−ｋ2P−ｋ2S＋ｋ2C・・・（２４） また、ポンプ光、信号光および変換光の波長λP 、λS
およびλC の間には、下記の（２５）式の示す関係が成
り立つ。
およびλC の間には、下記の（２５）式の示す関係が成
り立つ。
【００４８】 （１／λC ）＝（１／λP ）＋（１／λS ）・・・（２５） この実施例では、ポンプ光の波長をλP ＝１．５５μｍ
とし、信号光の波長をλS ＝１．５７μｍとする。従っ
て、和周波の波長はλC ＝０．７８μｍとなる。
とし、信号光の波長をλS ＝１．５７μｍとする。従っ
て、和周波の波長はλC ＝０．７８μｍとなる。
【００４９】そして、第２実施例においても、波長偏波
固定手段によって、ポンプ光をＴＥ偏波方向に固定して
波長変換素子（ＳＦＧ素子）に入射する。ポンプ光の偏
波方向を固定してこの波長変換素子に入射することによ
り、信号光の偏波方向に依存せずに安定して波長変換を
行うことができる。
固定手段によって、ポンプ光をＴＥ偏波方向に固定して
波長変換素子（ＳＦＧ素子）に入射する。ポンプ光の偏
波方向を固定してこの波長変換素子に入射することによ
り、信号光の偏波方向に依存せずに安定して波長変換を
行うことができる。
【００５０】上述した実施例では、発明を特定の条件で
材料を使用し、特定の条件で構成しれについて説明した
が、これらの発明は多くの変向および変形を行なうこと
ができる。例えば、上述した実施例では、ポンプ光の偏
波方向を固定した例について説明したが、これらの発明
では、信号光の偏波方向を固定することにより、ポンプ
光の偏波方向に依存しない波長変換を行ってＤＦ波また
はＳＦ波を発生させるともできる。
材料を使用し、特定の条件で構成しれについて説明した
が、これらの発明は多くの変向および変形を行なうこと
ができる。例えば、上述した実施例では、ポンプ光の偏
波方向を固定した例について説明したが、これらの発明
では、信号光の偏波方向を固定することにより、ポンプ
光の偏波方向に依存しない波長変換を行ってＤＦ波また
はＳＦ波を発生させるともできる。
【００５１】また、上述した実施例では、波長変換素子
の導波路を＜−１１０＞方向に延在した導波路の例につ
いて説明したが、これらの発明では、例えば導波路を＜
１１０＞方向に延在させ、かつ、ポンプ光または信号光
の偏波方向を＜−１１０＞方向に固定して入射しても良
い。
の導波路を＜−１１０＞方向に延在した導波路の例につ
いて説明したが、これらの発明では、例えば導波路を＜
１１０＞方向に延在させ、かつ、ポンプ光または信号光
の偏波方向を＜−１１０＞方向に固定して入射しても良
い。
【００５２】また、上述した実施例では、波長変換素子
の導波路の屈折率を周期的に変化させることによってＱ
ＰＭ条件を満たしたが、これらの発明では、例えば、導
波路の２次非線型定数を周期的に変調することによりＱ
ＰＭ条件を満たしても良い。
の導波路の屈折率を周期的に変化させることによってＱ
ＰＭ条件を満たしたが、これらの発明では、例えば、導
波路の２次非線型定数を周期的に変調することによりＱ
ＰＭ条件を満たしても良い。
【００５３】
【発明の効果】この出願に係る第１の発明の波長変換装
置および第２の発明の波長変換方法によれば、この発明
に用いる波長変換素子は、半導体基板の（００１）面の
上側に、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からなる導波路層を
積層している。Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料は、下記の
（２）式に示すように特殊な非線型定数マトリクスを有
する。その結果、この波長変換素子に入射するポンプ項
および信号光のうちのポンプ光の偏波面をＴＥ偏波方向
（例えば＜１１０＞方向）に固定すれば、励起された非
線型分極は常に信号光の偏波面と直交し、かつ、その大
きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定である。また、変換光の光
強度は、非線型分極の大きさに比例する。従って、波長
変換効率は、信号光の偏波方向に依存せずに一定とな
る。
置および第２の発明の波長変換方法によれば、この発明
に用いる波長変換素子は、半導体基板の（００１）面の
上側に、Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料からなる導波路層を
積層している。Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ材料は、下記の
（２）式に示すように特殊な非線型定数マトリクスを有
する。その結果、この波長変換素子に入射するポンプ項
および信号光のうちのポンプ光の偏波面をＴＥ偏波方向
（例えば＜１１０＞方向）に固定すれば、励起された非
線型分極は常に信号光の偏波面と直交し、かつ、その大
きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定である。また、変換光の光
強度は、非線型分極の大きさに比例する。従って、波長
変換効率は、信号光の偏波方向に依存せずに一定とな
る。
【００５４】また、信号光をＴＥ偏波方向に固定した場
合も、励起された非線型分極は常にポンプ光の偏波面と
直交し、かつ、その大きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定であ
る。従って、波長変換効率は、ポンプ光の偏波方向に依
存せずに一定となる。
合も、励起された非線型分極は常にポンプ光の偏波面と
直交し、かつ、その大きさはＰ＝ｄＥS ＥP で一定であ
る。従って、波長変換効率は、ポンプ光の偏波方向に依
存せずに一定となる。
【００５５】従って、これらの発明によれば、ポンプ光
または信号光の偏波方向に依存せずに、波長変換を行な
うことができる。その結果、ポンプ光または信号光を直
線偏光にするための素子が必要なくなるので、波長変換
素子の構成を簡単にすることができる。
または信号光の偏波方向に依存せずに、波長変換を行な
うことができる。その結果、ポンプ光または信号光を直
線偏光にするための素子が必要なくなるので、波長変換
素子の構成を簡単にすることができる。
【００５６】また、特に、ポンプ光を固定した場合は、
信号光の偏波面に依存せずに波長変換を行なうことがで
きるため、信号光の光損失を抑制することができる。ま
た、信号光の偏波面が回転しても波長変換を一定の波長
変換効率で安定して行なうことができる。
信号光の偏波面に依存せずに波長変換を行なうことがで
きるため、信号光の光損失を抑制することができる。ま
た、信号光の偏波面が回転しても波長変換を一定の波長
変換効率で安定して行なうことができる。
【図１】第１実施例の波長変換装置の説明に供する構成
図である。
図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施例の波長変換
装置を構成する波長変換素子の説明に供する図である。
装置を構成する波長変換素子の説明に供する図である。
１０：波長変換素子 １２：ＧａＡｓ基板 １４：導波路層（ＩｎＧａＡｓＰ） １６：クラッド層（ＩｎＧａＰ） １８：第１領域 ２０：第２領域 ２２：偏波固定手段 ２４：半導体レーザ ２６：１／４波長板 ２８：１／２波長板 ３０：ハーフミラー ３２：ポンプ光 ３４：信号光 ３６：変換光
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−92513（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138509（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−333395（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−296728（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−41329（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−220035（ＪＰ，Ａ) ＯＦＣ’95 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄ ｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ．８（1995）Ｓ. Ｊ．Ｂ．Ｙｏｏ，ｅｔ．ａｌ．，「Ｗａ ｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏ ｎ ｂｙ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍ ａｔｃｈｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉ ｏｎ ｉｎ ＡｌＧａＡｓ ｗａｖｅｇ ｕｄｅｓ」ｐｐ．ＰＤ14−１−ＰＤ14− ５（ｐｐ．377−380) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 - 1/39 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板の（００１）面の上側に、ジ
ンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）材料である非
線型光学結晶からなる導波路層を具え、該導波路層は＜
１１０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って入射光を
伝搬し、該導波路層は、擬似位相整合（ＱＰＭ）条件を
満たすために、下記の（１）を満足するように屈折率あ
るいは２次非線型定数が互いに異なる第１領域および第
２領域を、当該導波路層の入射光の伝搬方向に沿って交
互に周期的に具え、該導波路層に該入射光として信号光
およびポンプ光を入射して差周波（ＤＦ波）または和周
波（ＳＦ波）の変換光を発生させる波長変換素子と、 前記信号光または前記ポンプ光の電気ベクトルの振動方
向である偏波方向を、前記伝搬方向に垂直でかつ前記導
波路層の延在する面に沿ったＴＥ偏波方向に固定するた
めの偏波方向固定手段とを具えてなることを特徴とする
波長変換装置。 Δｋ1 ｌ1 ＝Δｋ2 ｌ2 ＝（２ｍ＋１）π・・・（１） 但し、Δｋ1 およびΔｋ2 は、それぞれ前記第１および
第２領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、前
記伝搬方向に沿った長さを表す。また、ｍは整数を表
す。 - 【請求項２】 半導体基板の（００１）面の上側に、ジ
ンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）材料である非
線型光学結晶からなる導波路層を具え、該導波路層は＜
１１０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って入射光を
伝搬し、該導波路層は、擬似位相整合（ＱＰＭ）条件を
満たすために、下記の（１）を満足するように屈折率あ
るいは２次非線型定数が互いに異なる第１領域および第
２領域を、当該導波路層の入射光の伝搬方向に沿って交
互に周期的に具え、該導波路層に該入射光として信号光
およびポンプ光を入射して差周波（ＤＦ波）または和周
波（ＳＦ波）の変換光を発生させる波長変換素子に、前
記入射光として信号光およびポンプ光を入射することに
より、差周波（ＤＦ波）または和周波（ＳＦ波）を変換
光として発生させるにあたり、 前記信号光もしくは前記ポンプ光の電気ベクトルの振動
方向である偏波方向を、前記伝搬方向に垂直でかつ前記
導波路層の延在する面に沿ったＴＥ偏波方向に固定して
当該導波路層に入射することを特徴とする波長変換方
法。 Δｋ1 ｌ1 ＝Δｋ2 ｌ2 ＝（２ｍ＋１）π・・・（１） 但し、Δｋ1 およびΔｋ2 は、それぞれ前記第１および
第２領域の位相不整合量を表し、ｌ1 およびｌ2 は、前
記伝搬方向に沿った長さを表す。また、ｍは整数を表
す。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18939695A JP3187290B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 波長変換装置および波長変換方法 |
| US08/683,433 US5734494A (en) | 1995-07-25 | 1996-07-18 | Wavelength conversion device and wavelength conversion method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18939695A JP3187290B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 波長変換装置および波長変換方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933962A JPH0933962A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3187290B2 true JP3187290B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=16240602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18939695A Expired - Fee Related JP3187290B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 波長変換装置および波長変換方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5734494A (ja) |
| JP (1) | JP3187290B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010030424A1 (en) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Nested waveguides |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0828178B1 (en) * | 1996-09-05 | 2003-10-29 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Wavelength conversion apparatus with improved efficiency, easy adjustability, and polarization insensitivity |
| GB2343964B (en) * | 1998-11-03 | 2000-11-01 | Toshiba Res Europ Ltd | An optical device |
| JP2000214506A (ja) * | 1998-11-03 | 2000-08-04 | Toshiba Research Europe Ltd | 放射光線源及び撮像システム |
| JP2003188455A (ja) * | 2001-12-18 | 2003-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 単一波長レーザモジュール |
| JP3833179B2 (ja) * | 2002-02-13 | 2006-10-11 | キヤノン株式会社 | 光波長変換装置、及び光波長変換方法 |
| WO2013086298A1 (en) | 2011-12-07 | 2013-06-13 | Terumo Bct, Inc. | Methods and apparatus for donor platelet pre-count in centrifugal blood separator |
| WO2023218646A1 (ja) * | 2022-05-13 | 2023-11-16 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換システム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5274727A (en) * | 1991-05-10 | 1993-12-28 | Hitachi, Ltd. | Second harmonic generator and method of fabrication thereof |
| JPH0792513A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換素子及びその使用方法 |
| US5434700A (en) * | 1993-12-16 | 1995-07-18 | Bell Communications Research, Inc. | All-optical wavelength converter |
-
1995
- 1995-07-25 JP JP18939695A patent/JP3187290B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-18 US US08/683,433 patent/US5734494A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＯＦＣ’９５ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ．８（１９９５）Ｓ．Ｊ．Ｂ．Ｙｏｏ，ｅｔ．ａｌ．，「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ＡｌＧａＡｓ ｗａｖｅｇｕｄｅｓ」ｐｐ．ＰＤ１４−１−ＰＤ１４−５（ｐｐ．３７７−３８０） |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7865048B2 (en) | 2006-12-28 | 2011-01-04 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Nested waveguides |
| WO2010030424A1 (en) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Nested waveguides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0933962A (ja) | 1997-02-07 |
| US5734494A (en) | 1998-03-31 |
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