JP3489720B2 - Tunable quasi-phase matching element - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換を効率良
く行う非線型光学媒質板を実現する技術に関する。特
に、従来、測定器において広く用いられてきた角度位相
整合結晶とそのまま置き換え可能で、しかも効率のより
高い擬似位相整合素子を提供する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for realizing a nonlinear optical medium plate that efficiently converts wavelength. In particular, the present invention provides a quasi-phase matching element that can be replaced as it is with an angle phase matching crystal that has been widely used in conventional measuring instruments, and that has a higher efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】非線型光学媒質を用いた波長変換技術
は、現在、広範な分野にその応用をみるに至っている。
このうち、特に本発明が念頭に置くのは、計測器への応
用であり、その例として、ピコ秒からフェムト秒領域の
超高速光信号の観測に用いる相関計(コリレーター)を
とりあげた。以下に相関計の原理と、そこにおける非線
型光学媒質の使用容態につき要点を述べる。2. Description of the Related Art A wavelength conversion technique using a non-linear optical medium has now been applied to a wide range of fields.
Of these, what the present invention is particularly concerned with is application to a measuring instrument, and as an example thereof, a correlator used for observing an ultrahigh-speed optical signal in the picosecond to femtosecond region has been taken up. The principle of the correlator and the usage condition of the nonlinear optical medium therein will be described below.
【0003】ピコ秒からフェムト秒領域の超高速光信号
に対しては、十分な時間分解能を有する光検出器が存在
しないゆえに、現在、相関計による観測が行われてい
る。こうした相関計では、被測定信号光と参照とする光
パルスとを非線型媒質中に入射・結焦せしめ、発生する
光の積分強度を、被測定信号光と参照光パルスの時間関
係(遅延時間)の関数として計測する。この場合の時間
分解能は、光電変換器等の応答時間によらず非線型媒質
の応答時間と参照光パルスの時間幅によって決まる。For ultrafast optical signals in the picosecond to femtosecond range, there is no photodetector with sufficient time resolution, and therefore, observation by a correlator is currently being performed. In such a correlator, a signal light to be measured and an optical pulse to be used as a reference are made incident and focused in a non-linear medium, and the integrated intensity of the generated light is measured as a time relationship (delay time) between the signal light to be measured and the reference light pulse. It is measured as a function of. The time resolution in this case is determined by the response time of the nonlinear medium and the time width of the reference light pulse, not by the response time of the photoelectric converter or the like.
【0004】このうち、参照光パルスとしては、被測定
信号光に同期しかつ被測定信号に比して十分時間幅の短
い光パルスを用いる光サンプリングと呼ばれる場合、非
線型媒質の応答時間が十分であれば、被測定信号光の強
度波形を直接得る事ができる。参照光パルスとして、被
測定信号光自体を用いる場合も多く、得られる信号を自
己相関、それを測定する装置を自己相関計(オートコリ
レーター)と呼ぶが、自己相関波形からは、適当な仮定
をおいて、被測定信号の波形を推定することができる。Of these, when the reference light pulse is called optical sampling using an optical pulse that is synchronized with the signal light to be measured and has a sufficiently short time width compared to the signal to be measured, the response time of the nonlinear medium is sufficient. In that case, the intensity waveform of the signal light to be measured can be directly obtained. In many cases, the signal light to be measured itself is used as the reference light pulse, the obtained signal is called autocorrelation, and the device that measures it is called an autocorrelator (autocorrelator). With, the waveform of the signal under measurement can be estimated.
【0005】もうひとつの非線型媒質の応答時間をきめ
る因子は、二つある。その第一のものは、入射・結焦さ
れる入力光電場の変化に応じて非線型分極が変化する際
の追随性である。通例用いられる実遷移を伴わない非共
鳴非線型効果では、非線型分極の応答は原子核周りの電
子周回時間、すなわち、1〜2fs程度であり、この因子
にかかる部分は実用上瞬時応答を示すと見なすことがで
きる。その第二のものは位相整合に関連する。有限長の
媒質の各所で発生した非線型分極が、出力光電場に同相
に寄与するためには、非線型分極の位相が出力光の伝搬
位相に丁度揃っていることが必要である。There are two factors that determine the response time of another nonlinear medium. The first one is the followability when the nonlinear polarization changes in response to the change of the incident / focused input electric field. In the non-resonant non-linear effect, which is usually used without actual transition, the response of non-linear polarization is the electron orbit time around the nucleus, that is, about 1 to 2 fs, and the part related to this factor shows a practical instantaneous response. I can see it. The second one relates to phase matching. In order for the non-linear polarization generated in various places in the medium of finite length to contribute to the output photoelectric field in-phase, it is necessary that the phase of the non-linear polarization is exactly aligned with the propagation phase of the output light.
【0006】ここで、各所における非線型分極の位相は
入力光の伝搬位相によって規定されるので、結局この条
件を入力光、出力光それぞれの伝搬位相の関係に引き直
すことができる。すなわち、角周波数ω1 ,ω2 の2つ
の入力光から波長ω3 (ω3=ω1 ±ω2 )の出力光を
得るとき、位相不整合Δk
Δk=k1 ±k2 −k3 … (1)
がゼロならば、媒質各所からの非線型分極の寄与が強め
合い出力光が最大となる。ここで、複合において、+の
場合が和周波発生にあたり、−の場合が差周波発生にあ
たっている。さらに、各々の波数ki は、屈折率ni と
真空中の光速cを用いて、ki =ni ωi /cと表され
ることを用いると、上の位相不整合がゼロとなる、すな
わち、位相整合がとれるためには、3つの屈折率が全て
等しいか、または、最大の角周波数に対する屈折率が他
の2者に挟まれることが必要であることが導かれる。例
えば角周波数ω3 に対してω1 <ω3 <ω2 の関係であ
る。Since the phase of the non-linear polarization in each place is defined by the propagation phase of the input light, this condition can be finally reapplied to the relationship between the propagation phases of the input light and the output light. That is, when the output light of the wavelength ω 3 (ω 3 = ω 1 ± ω 2 ) is obtained from the two input lights of the angular frequencies ω 1 and ω 2 , the phase mismatch Δk Δk = k 1 ± k 2 −k 3 ... If (1) is zero, the contribution of nonlinear polarization from various parts of the medium is strengthened and the output light becomes maximum. Here, in the composite, the + case corresponds to the sum frequency generation, and the − case corresponds to the difference frequency generation. Furthermore, using the fact that each wave number k i is expressed as k i = n i ω i / c using the refractive index n i and the speed of light c in vacuum, the above phase mismatch becomes zero. That is, in order to achieve the phase matching, it is necessary that all three refractive indices are equal or that the refractive index for the maximum angular frequency is sandwiched between the other two. For example, the relationship is ω 1 <ω 3 <ω 2 with respect to the angular frequency ω 3 .
【0007】この場合後者にあっては、媒質が透明な波
長領域では、屈折率は周波数に対して単調に増加するの
で、単一の屈折率を考える限り、位相整合は決してとれ
ない。しかし、非等方的な光学結晶では、屈折率が光電
場の方向に依存して変わる複屈折現象が見られる。これ
を利用すれば、位相整合がとれる可能性が開かれ、角度
位相整合と呼ばれている。主屈折率nx ,nY ,nz を
持つ複屈折光学結晶中を、角度(方向)ベクトルs(V
ecsとする)に伝搬する光の感じる屈折率nは、フレネ
ルの速度方程式(2)である[数1]In this case, in the latter case, since the refractive index monotonically increases with respect to the frequency in the wavelength region where the medium is transparent, phase matching can never be achieved as long as a single refractive index is considered. However, in an anisotropic optical crystal, there is a birefringence phenomenon in which the refractive index changes depending on the direction of the optical field. Utilizing this opens the possibility of achieving phase matching, and is called angular phase matching. In the birefringent optical crystal having the principal refractive indices n x , n Y , and nz , the angle (direction) vector s (V
The refractive index n felt by the light propagating to ec s) is Fresnel's velocity equation (2) [Equation 1]
【数1】
を解いて求められ、一般に一つの伝搬方向に対して2つ
の屈折率が得られる。これら異なる屈折率は互いに直交
する直線偏波に対応している。位相整合をとるために
は、少なくとも、最大の角周波数に対する光は低い屈折
率を与える偏波で伝搬させ、残りの2つの光のうち一方
は高い屈折率を与える偏波で伝搬させることが必要であ
る。残る光については、高い屈折率を使うか、低い屈折
率を使うかの選択の余地があり、それぞれタイプI、タ
イプIIの位相整合と称されている。このようにして、各
光の偏波の組み合わせを選んだ上で、前式(2)の位相
不整合がゼロとなる共通の伝搬方向Vec sを探す。[Equation 1] And two refractive indices are generally obtained for one propagation direction. These different refractive indices correspond to linearly polarized waves that are orthogonal to each other. In order to achieve phase matching, at least the light for the maximum angular frequency must be propagated in the polarized wave giving the low refractive index, and one of the remaining two lights must be propagated in the polarized wave giving the high refractive index. Is. For the remaining light, there is a choice between using a high refractive index and a low refractive index, which are called type I and type II phase matching, respectively. In this way, after selecting the combination of the polarizations of the respective lights, the common propagation direction V ec s where the phase mismatch of the previous expression (2) becomes zero is searched.
【0008】以上で位相不整合をゼロとでき位相整合が
達成されると、さらに、位相整合の帯域を考えることが
できる。平面波近似のもとで、角周波数ω3 の出力光強
度P 3 の位相不整合Δkおよび結晶長Lへの依存性は
P3 ∝L2 sinc2(ΔkL/2) … (3)
に従う。本式(3)中、関数sinc xは(sin x)/xを
表す。この出力光強度が、位相不整合がゼロのときの半
分になるΔkL/2の値は1.392であり、これを入力
光についての帯域(全半値幅)に引き直すと、
ΔΩi =4×1.392|(τi −τ3 )L|-1 … (4)
が得られる。ここで、τ1 ,τ2 ,τ3 は各々の光に対
する媒質単位長さ当たりの群遅延時間である。式中絶対
値の中は、入力光と出力光が各々結晶を透過する際に受
ける群遅延時間の差であり、群遅延不整合と呼ぶことが
できる。慣用的に、この群遅延不整合の絶対値をもっ
て、当該入射光に対する非線型媒質の応答時間の目安と
している。With the above, the phase mismatch can be reduced to zero
Once achieved, one can further consider the band of phase matching.
it can. Under the plane wave approximation, the angular frequency ω3Output light intensity
Degree P 3The phase mismatch Δk and the crystal length L depends on
P3∝L2sinc2(ΔkL / 2) (3)
Follow In this formula (3), the function sinc x is (sin x) / x
Represent This output light intensity is half the value when the phase mismatch is zero.
The value of ΔkL / 2 that becomes the minute is 1.392, enter this
If you re-adjust to the band (full width at half maximum) about light,
ΔΩi= 4 × 1.392 | (τi−τ3) L |-1 … (4)
Is obtained. Where τ1, Τ2, Τ3For each light
Is the group delay time per unit length of the medium. Absolutely in the formula
The values in the figure are the values that are received when the input light and output light respectively pass through the crystal.
It is the difference in the group delay time, and may be called group delay mismatch.
it can. By convention, we have the absolute value of this group delay mismatch.
The response time of the nonlinear medium to the incident light
is doing.
【0009】一枚の非線型媒質にあって、上式中媒質長
Lを短くして行けば、応答時間は短くなり、同時に、視
点を転じるならば、変換可能な入力光の帯域が拡大して
行く。よって、非常に短い媒質を用いれば、原理的に
は、入力光の波長が変化しても位相整合をとり直す必要
がなくなるに至る。しかしながら、前式(3)をみる
と、媒質長を短くするに従い、出力光強度が媒質長の二
乗に比例して急速に減少し、相関計の測定感度の低下を
招くことになる。詳しく言うならば、この二乗依存性
は、媒質中をビーム径が変わることなく伝搬する場合、
即ちチャネル型の導波路構造を有する媒質で成り立つ性
質であって、バルク媒質中の伝搬の場合、少なくとも理
論上は、媒質長に応じてその2分の1乗に比例した最適
のビーム径に変えて行くことにより、出力光強度の媒質
長への依存性を一乗にまで緩和できるが、いずれにして
も、媒質長の短縮が測定感度の低下につながることに変
わりなく、過剰な短縮は望ましくない。In one non-linear medium, if the medium length L in the above formula is shortened, the response time becomes short, and at the same time, if the viewpoint is changed, the band of convertible input light is expanded. Go. Therefore, if a very short medium is used, it is theoretically unnecessary to re-adjust the phase even if the wavelength of the input light changes. However, according to the equation (3), as the medium length is shortened, the output light intensity is rapidly reduced in proportion to the square of the medium length, and the measurement sensitivity of the correlator is lowered. More specifically, this square dependence depends on the propagation of the beam diameter in the medium without change:
That is, it is a property that holds in a medium having a channel-type waveguide structure, and in the case of propagation in a bulk medium, at least theoretically, the beam diameter is changed to an optimum beam diameter proportional to 1/2 of the medium length. By doing so, the dependence of the output light intensity on the medium length can be relaxed to the first power, but in any case, the shortening of the medium length does not reduce the measurement sensitivity, and excessive shortening is not desirable. .
【0010】それで、測定対象とする被測定光信号に応
じて、必要な時間分解能を与える最長の媒質長を選び、
入力光の波長が変化した場合は、それに応じて伝搬方向
を調節して位相整合を取り直す方法が一般にとられてい
る。この伝搬方向の調整については、通例、入射光軸は
固定し、非線型光学媒質の方を回転して適当な伝搬方向
を見出すように構成される。以上述べたところから、現
行の相関計における非線型光学媒質の使用容態をまとめ
ると、媒質は伝搬方向を調整して角度位相整合をとるた
めに回転機構の付いた台座に保持され、また、長さ(厚
さ)の異なる結晶に交換できるよう媒質と台座の間は着
脱可能に接合されている。Therefore, the longest medium length that gives the necessary time resolution is selected according to the measured optical signal to be measured,
When the wavelength of the input light changes, the method of adjusting the propagation direction according to the change and re-matching the phase is generally taken. For the adjustment of the propagation direction, the incident optical axis is usually fixed, and the non-linear optical medium is rotated to find an appropriate propagation direction. From the above description, the use condition of the non-linear optical medium in the current correlator is summarized as follows: the medium is held on a pedestal with a rotation mechanism to adjust the propagation direction to achieve angular phase matching, The medium and the pedestal are detachably joined so that crystals having different thicknesses (thicknesses) can be exchanged.
【0011】ところが、最近、非線型媒質中に、非線型
定数が周期的に変化する構造を人工的に形成し、その周
期性を利用して位相整合を達成しようとする擬似位相整
合技術が注目されている。この擬似位相整合によれば、
従来から用いられて来たニオブ酸リチウムといった非線
型結晶においても、非線型定数テンソルのうち、複屈折
を利用した角度位相整合では利用不可能だったdzzz と
いった大きな成分が活用でき、より高い効率で波長変換
を行うことができ、あるいは、角度位相整合のとれなか
った波長域での位相整合が可能となる。また、入力・出
力光の偏光を結晶の主軸方向にとることが可能となる結
果、角度位相整合に一般に付随していた複屈折現象によ
る相互作用長の制限、あるいは出力光ビーム形状の劣化
といった問題を回避できる。さらに、半導体、ガラスと
いった角度位相整合がそもそも不可能であった材料系に
対して位相整合への可能性が新たに開かれる。Recently, however, a quasi-phase matching technique has been noticed in which a structure in which a nonlinear constant is periodically changed is artificially formed in a nonlinear medium, and the periodicity is utilized to achieve phase matching. Has been done. According to this quasi phase matching,
Even in a non-linear crystal such as lithium niobate that has been conventionally used, a large component such as d zzz, which cannot be used in the angular phase matching using birefringence, can be utilized among the non-linear constant tensors, and higher efficiency can be achieved. It is possible to perform wavelength conversion by using, or it is possible to perform phase matching in a wavelength range where angular phase matching cannot be achieved. In addition, as the polarization of the input and output light can be taken in the direction of the principal axis of the crystal, problems such as the limitation of the interaction length due to the birefringence phenomenon generally associated with the angular phase matching or the deterioration of the output light beam shape. Can be avoided. In addition, the possibility of phase matching is newly opened for material systems such as semiconductors and glass where angular phase matching was originally impossible.
【0012】この擬似位相整合のためには、非線型定数
が正弦波的に変化するのが理想的であるが、現実にはこ
うした変化は作り込み難いので、ステップ状の非線型定
数変化が用いられている。この非線型定数変化の作り込
み方法は、材料に応じて様々で、例えばニオブ酸リチウ
ムのような強誘電体結晶にあっては、外部電界の印加な
どにより分極を反転することで、非線型定数の符号が周
期的に変化する構造を作る。半導体材料に対しては、張
り合わせ、あるいは、周期的に表面状態の変化する基板
を用意した上にエピタキシャル成長を行う等の手法によ
り、やはり周期的に非線型定数の符号が変化する構造を
作る。ガラスや有機分子においては、それぞれ、周期的
な熱分極、周期的なエッチングといった手段を用いて、
非線型定数が非ゼロとゼロの部分が作り込まれる。For this quasi-phase matching, it is ideal that the non-linear constant changes sinusoidally, but in reality it is difficult to make such a change. Therefore, a step-like non-linear constant change is used. Has been. The method of creating this nonlinear constant change varies depending on the material. For example, in the case of a ferroelectric crystal such as lithium niobate, the nonlinear constant is changed by reversing the polarization by applying an external electric field. Create a structure in which the sign of changes periodically. For semiconductor materials, a structure in which the sign of the nonlinear constant also changes periodically is formed by a method such as bonding or by preparing a substrate whose surface state changes periodically and then performing epitaxial growth. For glass and organic molecules, using means such as periodic thermal polarization and periodic etching,
The part of the non-linear constant that is non-zero and zero is created.
【0013】このようなステップ状の非線型定数変化に
伴われる有効非線型定数deff は、一般に、
deff =(ds /π)sin(πD) … (5)
と与えられる。ここで、ds は非線型定数の全振れ幅で
あり、符号の反転により非線型定数がdと−dの間で振
れている場合には2d、非線型定数でdとゼロの間で振
れている場合にはdの値をとる。また、Dは一周期中に
非線型定数が高い部分の占める比率である。非線型定数
の高低が丁度1:1で繰り返すときにDが1/2とな
り、最も大きい有効非線型定数が得られることが式
(5)から分かる。擬似位相整合に必要な非線型定数の
変化周期Λは、その周期に対応する波数によって上式
(1)の位相不整合が丁度打ち消される条件から求めら
れ、以下のように与えられる。
Λ=2π/|k1 ±k2 −k3 | … (6)
ここでも上同様、複合において、+の場合が和周波発生
にあたり、−の場合が差周波発生にあたっている。The effective non-linear constant d eff that accompanies such a step-like non-linear constant change is generally given as d eff = (d s / π) sin (πD) (5). Here, d s is the total swing width of the nonlinear constant. If the nonlinear constant swings between d and −d due to the reversal of the sign, 2 d, and the nonlinear constant swings between d and zero. If it is, the value of d is taken. Further, D is a ratio occupied by a portion having a high nonlinear constant in one cycle. It can be seen from the equation (5) that D becomes 1/2 when the level of the nonlinear constant repeats exactly 1: 1 and the largest effective nonlinear constant is obtained. The change period Λ of the nonlinear constant required for the quasi-phase matching is obtained from the condition that the phase mismatch of the above equation (1) is just canceled by the wave number corresponding to the period, and is given as follows. Λ = 2π / | k 1 ± k 2 −k 3 | (6) Again, in the composite, + is for sum frequency generation and − is for difference frequency generation in the composite.
【0014】図5は、ニオブ酸リチウム結晶について、
二次高調波発生(ω1 =ω2 =ω3/2)の場合に必要
な非線型定数の反転周期を、結晶温度をパラメータとし
て示している。これを見ると、反転周期を変えれば擬似
位相不整合のとれる波長を十分広範囲に変えられるもの
の、固定された反転周期の下では結晶温度をたとえ10
℃から70℃まで60°変えたとしても、位相整合波長
は僅かに5.5nm動くのみであることが分かる。このよ
うに擬似位相整合結晶は、波長変換の効率は高いもの
の、波長可変性に乏しい結果、その応用は決まった波長
のレーザ光源についての波長変換といった局面に限ら
れ、被測定光の波長に同調させる必要がある相関計など
の計測器への応用は、行われていないのが現状である。FIG. 5 shows a lithium niobate crystal.
The inversion period of the nonlinear constants required in the case of second harmonic generation (ω 1 = ω 2 = ω 3/2), shows the crystal temperature as a parameter. From this, it is possible to change the wavelength at which the quasi-phase mismatch can be obtained in a wide range by changing the inversion period.
It can be seen that even if the temperature is changed by 60 ° from 70 ° C to 70 ° C, the phase matching wavelength moves only 5.5 nm. As described above, the quasi-phase matching crystal has high wavelength conversion efficiency, but has poor wavelength tunability.As a result, its application is limited to the aspect of wavelength conversion for a laser light source with a fixed wavelength, and it is tuned to the wavelength of the measured light. At present, it is not applied to measuring instruments such as a correlator that needs to be performed.
【0015】このため、擬似位相整合素子を波長可変化
するために、素子内光路に垂直な方向に周期が変化する
ように扇様(fan-out)の分極を付与した非線型光学媒質
板を使用する方法が、Optics Letters誌・16巻(1991
年)・ 375−377 頁に公刊されている。図6は、この従
来例を示す図である。ただし、上記文献では、互いに平
行な多数のチャネル導波路が板上に形成され、そのうち
一本の中を入出射光が伝搬する構成となっているが、そ
の場合には波長が離散的にしか可変とできないため、本
図では、チャネル導波路を取り除き、入出射光がバルク
の板厚内を伝搬するように改変した構成を示してある。Therefore, in order to change the wavelength of the quasi-phase matching element, a non-linear optical medium plate provided with fan-out polarization so that the period changes in the direction perpendicular to the optical path in the element. The method used is Optics Letters, Volume 16 (1991).
・ Published on pages 375-377. FIG. 6 is a diagram showing this conventional example. However, in the above-mentioned document, a large number of channel waveguides parallel to each other are formed on the plate, and the incoming and outgoing light propagates through one of them, but in that case, the wavelength can be changed only discretely. Therefore, this figure shows a configuration in which the channel waveguide is removed and the incident / emitted light is modified so as to propagate within the bulk thickness.
【0016】この例において、非線型光学媒質板601
は、平坦に研磨された入射端面604と出射端面605
とを備える。入射光は入射光軸602に沿って入射端面
604に入射し、板内を板内光軸606に沿って伝搬す
る。この板内光軸606の各所で発生した変換光は板内
を板内光軸606に沿って伝搬し、出射端面605から
出射し、出射後は出射光軸603に沿って進む。本例で
は、入射端面604と出射端面605が共に板内光軸6
06に垂直である結果、入射光軸602、出射光軸60
3、および板内光軸606の三者は互いに共軸になって
いる。上記非線型光学媒質板601には板内光軸606
に垂直な方向に周期が変化する扇様の分極反転が作り込
まれている。また該非線型光学媒質板は、板内光軸60
6に垂直な移動方向611に平行移動できるように、移
動機構の付いた台座に保持されている。In this example, the nonlinear optical medium plate 601
Is a flat-polished entrance end face 604 and exit end face 605.
With. Incident light enters the incident end face 604 along the incident optical axis 602 and propagates inside the plate along the in-plate optical axis 606. The converted light generated at various points on the in-plate optical axis 606 propagates in the plate along the in-plate optical axis 606, is emitted from the emission end face 605, and after emission, travels along the emission optical axis 603. In this example, the incident end face 604 and the emitting end face 605 are both in the plate optical axis 6
As a result of being perpendicular to 06, the incident optical axis 602 and the outgoing optical axis 60
3 and the in-plate optical axis 606 are coaxial with each other. The non-linear optical medium plate 601 has an in-plate optical axis 606.
A fan-like polarization reversal whose period changes in the direction perpendicular to is built in. Further, the nonlinear optical medium plate has an in-plate optical axis 60.
It is held on a pedestal with a moving mechanism so that it can move in parallel in a moving direction 611 perpendicular to the direction 6.
【0017】今、非線型光学媒質板601をニオブ酸リ
チウム結晶とし、中央の周期が18.85μmで、板内光
軸606に垂直な方向1mm当たり1.07μmだけ周期
が変化するような扇様の分極反転が施されているとす
る。この場合、結晶温度が20℃とすると、中央での波
長が1.545μmで、移動方向611に沿って1mm移
動するごとに、0.04μmずつ位相整合波長を変化させ
ることができる。この特性を見るためには、図5におい
て、当該温度のときに縦軸の反転周期に対応する入射光
波長を読み取ればよい。こうして、例えば移動方向61
1に±1mmの移動量をとることができれば、1.505
μmから1.585μmまでの波長を一枚のニオブ酸リチ
ウム結晶板によりカバーすることができ、現在の1.5μ
m帯光通信における光信号の測定のために十分な波長可
変性が得られる。Now, the non-linear optical medium plate 601 is made of lithium niobate crystal, the central period is 18.85 μm, and the period changes by 1.07 μm per 1 mm in the direction perpendicular to the in-plate optical axis 606. It is assumed that the polarization inversion is applied. In this case, when the crystal temperature is 20 ° C., the wavelength at the center is 1.545 μm, and the phase matching wavelength can be changed by 0.04 μm every 1 mm movement along the movement direction 611. In order to see this characteristic, in FIG. 5, the incident light wavelength corresponding to the inversion period on the vertical axis at the temperature may be read. Thus, for example, the moving direction 61
If the movement amount of ± 1 mm can be taken for 1, 1.505
Wavelengths from μm to 1.585 μm can be covered by a single lithium niobate crystal plate.
Sufficient wavelength tunability can be obtained for measurement of optical signals in m-band optical communication.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の波長可変擬似位相整合素子には、以下のような問題が
ある。上述の波長可変擬似位相整合素子では、位相整合
波長を変化・調整するために、非線型光学媒質板を板内
光軸に垂直な方向へ平行移動する機構が必要である。こ
のことは、波長可変擬似位相整合素子を内蔵した相関計
を、これから新規に設計・製作しようとする場合には問
題はない。However, the conventional wavelength tunable quasi phase matching element described above has the following problems. The wavelength tunable quasi-phase matching element described above requires a mechanism for translating the nonlinear optical medium plate in a direction perpendicular to the in-plate optical axis in order to change and adjust the phase matching wavelength. This is not a problem when a correlator incorporating a wavelength tunable quasi phase matching element is newly designed and manufactured.
【0019】しかしながら、感度の向上を期して、現在
すでに流通・配備されている相関計に波長可変擬似位相
整合素子を適用しようとする場合には、これが大きな障
害となる。なぜならば、上述のように、現行の相関計で
は、角度位相整合をとるために、非線型光学媒質板を回
転する機構が設置されているのみであり、上述の波長可
変擬似位相整合素子の要求するような光軸に垂直な方向
の平行移動機構を持たないからである。現行の相関計に
おいて、非線型媒質およびそれの保持・回転機構が装置
全体に占める割合は、空間的にも価格的にも、実のとこ
ろかなり小さく、1割にも遙かに満たない程度である。
従来の波長可変擬似位相整合素子を適用すべく、この程
度の些少な部分の変更に迫られる結果、相関計装置全体
を新たに設計・製作することになると、時間ならびに資
源の大いなる浪費とならざるを得ない。逆に、若し、従
来の相関計装置に備わっている回転機構を用いて位相整
合波長を変化・調整できる波長可変擬似位相整合素子を
実現できれば、現行の相関計の非線型媒質にそのまま置
き換えることができ、極めて安価に測定感度の向上が行
えることになる。However, this is a major obstacle to applying the wavelength tunable quasi-phase matching element to the correlometers that are already in circulation / deployment for the purpose of improving the sensitivity. This is because, as described above, in the current correlator, only the mechanism for rotating the nonlinear optical medium plate is installed in order to achieve the angle phase matching. This is because it does not have a parallel movement mechanism in a direction perpendicular to the optical axis. In the current correlator, the non-linear medium and the holding / rotating mechanism of the non-linear medium occupy a very small amount in terms of space and price, and are actually quite small, being less than 10%. is there.
In order to apply the conventional wavelength tunable quasi-phase matching element, it is necessary to change such a small part, and as a result, when the whole correlator device is newly designed and manufactured, it is a waste of time and resources. I don't get. On the contrary, if a wavelength tunable quasi-phase matching element that can change and adjust the phase matching wavelength by using the rotation mechanism provided in the conventional correlator is realized, replace it with the non-linear medium of the current correlator as it is. Therefore, the measurement sensitivity can be improved at an extremely low cost.
【0020】そこで、本発明は、平行移動機構ではなく
回転機構により位相整合波長を変化・調整でき、その結
果、従来の角度位相整合素子に直接置換することができ
る波長可変擬似位相整合素子を提供することを目的とす
る。Therefore, the present invention provides a wavelength tunable quasi phase matching element that can change and adjust the phase matching wavelength by a rotating mechanism instead of a parallel moving mechanism, and as a result, can directly replace the conventional angle phase matching element. The purpose is to do.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。
1) 板状の形状の非線型光学媒質でなる波長可変擬似
位相整合素子であって、被変換光が入射する側面である
入射端面と、該入射端面と対向する側に変換された光が
出射する側面である出射端面を備え、前記素子内に入射
した光を伝搬する光路に対して垂直で、かつ素子の上面
内に周期が線形に変化するように交番分極が付与されて
いる波長可変擬似位相整合素子において、前記被変換光
が前記入射端面に達する以前の伝搬光路を延長した線上
に回転中心を備え、該回転中心に対して前記素子が該素
子の上面を含む2次元面内で回転可能であり、前記回転
中心から前記入射端面までの最短距離をr0 、前記非線
型光学媒質の前記被変換光に対する屈折率をnとした時
に、前記入射端面の形状が、前記回転中心に対する動径
をr、方位角をθとする極座標表示で、
r=r0 (n−1)/(n cosθ−1)
と表される双曲線となっていることを特徴とする。
2) 上記1)において、入射端面の形状が前記双曲線
をその頂点近傍で円弧形状で近似するように、前記極座
標表示で(r=nr0 、θ=0)なる点を中心とする半
径(n−1)r0 の円弧形状となっていることを特徴と
する。
3) 上記1)又は2)において、被変換光が二本ある
場合には、それぞれの被変換光が入射端面に達する以前
のそれぞれの伝搬光路の二等分線上に回転中心を備え、
非線型光学媒質のそれぞれの被変換光に対する屈折率の
平均値をnとすることを特徴とする請求項1乃至2のい
ずれか記載の波長可変擬似位相整合素子。
4) 上記1)、2)又は3)において、前記出射端面
の形状が、入射端面の形状を、入射した光が伝搬する光
路に沿って平行移動した形状に一致していることを特徴
とする。
5) 上記1)ないし4)のいずれかにおいて、前記入
射端面に前記被変換光に対する反射防止膜が付与されて
いることを特徴とする。
6) 上記1)ないし5)のいずれかにおいて、前記出
射端面に前記変換光に対する反射防止膜が付与されてい
ることを特徴とする。
7) 上記1)ないし5)のいずれかにおいて、波長可
変擬似位相整合素子を伝搬する光が二次元面内に閉じ込
められるようにスラブ導波路となっていることを特徴と
する。The present invention which achieves the above object has the following matters for specifying the invention. 1) A wavelength tunable quasi-phase matching element made of a plate-shaped non-linear optical medium, which is converted into an incident end face that is a side face on which converted light is incident and a side opposite to the incident end face. with the outgoing end face a side where light is emitted, a vertically with respect to the optical path for propagating light incident on the said element, and the upper surface of the element
In the wavelength tunable quasi-phase matching element in which alternating polarization is applied so that the period changes linearly, the converted light is provided with a rotation center on a line extending the propagation optical path before reaching the incident end surface, rotatable der in a two-dimensional plane wherein the device comprises a top surface of the device with respect to the rotation center is, the shortest distance from the center of rotation to the incident end face r 0, the object converted light of the nonlinear optical medium Where n is the refractive index with respect to, the shape of the incident end face is a polar coordinate display in which the radius vector with respect to the rotation center is r and the azimuth angle is θ, and r = r 0 (n−1) / (n cos θ−1 ) Is a hyperbola. 2) In the above 1), the radius (n = n is about the point (r = nr 0 , θ = 0) in the polar coordinate display so that the shape of the incident end face approximates the hyperbola in the shape of an arc near its apex. -1) It is characterized by having an arc shape of r 0 . 3) In the above 1) or 2), when there are two converted lights, a rotation center is provided on the bisector of each propagation optical path before each converted light reaches the incident end face,
3. The wavelength tunable quasi phase matching element according to claim 1, wherein an average value of refractive indexes of the respective non-linear optical media with respect to converted light is n. 4) In the above 1), 2), or 3), the shape of the exit end face corresponds to the shape of the entrance end face that is translated in parallel along the optical path along which the incident light propagates. . 5) In any one of 1) to 4) above, an antireflection film for the converted light is provided on the incident end face. 6) In any one of 1) to 5) above, an antireflection film for the converted light is provided on the emission end face. 7) One of the above 1) to 5) is characterized in that it is a slab waveguide so that the light propagating through the variable wavelength quasi phase matching element is confined within a two-dimensional plane.
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】非線型光学媒質板は、一般に1よりも大き
な屈折率を有する。例えば、上述のニオブ酸リチウム結
晶板では、擬似位相整合で通常用いられる光学軸方向に
向いた電界をもつ光に対する屈折率nは、1.5μm波長
帯で約2.14である。このように大きな屈折率を持つ光
学媒質に斜めに光を入射すると、スネルの法則に従って
入射界面で光軸が曲げられる。この現象を利用して、擬
似位相整合素子の入射光軸に対する回転を、同素子内の
光軸の平行移動に変換しようというのが、本発明の基本
的な着想である。The nonlinear optical medium plate generally has a refractive index greater than 1. For example, in the above-mentioned lithium niobate crystal plate, the refractive index n for light having an electric field oriented in the optical axis direction, which is usually used in quasi-phase matching, is about 2.14 in the 1.5 μm wavelength band. When light is obliquely incident on an optical medium having such a large refractive index, the optical axis is bent at the incident interface according to Snell's law. The basic idea of the present invention is to utilize this phenomenon to convert the rotation of the quasi-phase matching element with respect to the incident optical axis into translation of the optical axis within the element.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】ここで、本発明の実施の形態を図
1〜図4を参照して説明する。図1は本発明の波長可変
擬似位相整合素子の構成を示す図であり、平板である非
線型光学媒質板101は、後述する形状に成形・研磨さ
れた入射端面104と出射端面105とを備える。入射
光は入射光軸102に沿って入射端面104に入射し、
板内を板内光軸106に沿って伝搬する。この板内光軸
106の各所で発生した変換光は板内を板内光軸106
に沿って伝搬し、出射端面105から出射し、出射後は
出射光軸103に沿って進む。上記非線型光学媒質板1
01には板内光軸106に垂直な方向に周期が変化する
扇様の分極が付与されている。また該非線型光学媒質板
は、入射光軸の延長線上にある回転中心107を中心と
して、同一平板面内にて回転できるように、回転機構の
付いた台座に保持されている。本発明では、この回転中
心107が上記入射端面104上にはないことが必要で
ある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the variable wavelength quasi-phase matching element of the present invention. A non-linear optical medium plate 101, which is a flat plate, is provided with an incident end face 104 and an outgoing end face 105 that are shaped and polished into a shape described later. . Incident light is incident on the incident end surface 104 along the incident optical axis 102,
It propagates in the plate along the in-plate optical axis 106. The converted light generated at various points along the in-plate optical axis 106 travels inside the plate.
Propagates along the output optical axis 103, exits from the output end surface 105, and travels along the output optical axis 103 after the output. The non-linear optical medium plate 1
A fan-shaped polarization whose period changes in the direction perpendicular to the in-plate optical axis 106 is given to 01. The nonlinear optical medium plate is held on a pedestal equipped with a rotation mechanism so that it can rotate within the same flat plate plane about a rotation center 107 on the extension line of the incident optical axis. In the present invention, it is necessary that this rotation center 107 is not on the incident end face 104.
【0030】図1(a)は、可変域の中央の位相整合波
長に同調した場合の容態であり、この場合、非線型光学
媒質板101に対する入射点において入射端面104が
入射光軸102に垂直である結果、板内光軸106も該
入射端面に垂直となっている。さらに出射端面103で
は、この場合の出射点において、該出射端面が該板内光
軸に垂直である結果、出射光軸103も該出射端面に垂
直となる。これらの結果、本容態では、入射光軸10
2、出射光軸103、および板内光軸106の三者は互
いに共軸となっている。ここでは、これら三者が乗って
いる直線を、本発明の非線型光学媒質板の上下の対称軸
109と名づける。FIG. 1 (a) shows a condition when tuning to the phase matching wavelength in the center of the variable range. In this case, the incident end face 104 is perpendicular to the incident optical axis 102 at the incident point with respect to the nonlinear optical medium plate 101. As a result, the in-plate optical axis 106 is also perpendicular to the incident end face. Further, at the emission end face 103, at the emission point in this case, as a result of the emission end face being perpendicular to the in-plate optical axis, the emission optical axis 103 is also perpendicular to the emission end face. As a result of these, in the present state, the incident optical axis 10
2, the output optical axis 103, and the in-plate optical axis 106 are coaxial with each other. Here, the straight lines on which these three ride are named the vertical symmetry axes 109 of the nonlinear optical medium plate of the present invention.
【0031】図1(b)は、上記非線型光学媒質板10
1が上記回転中心107の周りに、回転角108だけ反
時計方向に回転した場合の容態を示している。該回転中
心は、上記入射端面104上にはないので、回転の結
果、入射点が入射端面上を移動する。移動後の入射点に
おいては、入射光軸102が入射端面104に斜めに入
射する結果、入射光軸は曲げられて、板内光軸106と
なる。本発明では、この屈折された板内光軸106が常
に対称軸109に平行になるように、入射端面104の
形状が選ばれている。上記非線型光学媒質板101には
板内光軸106、すなわち対称軸109に垂直な方向に
周期が変化するように扇様の分極が付与されているの
で、前段で述べた板内光軸106の平行移動の結果、該
板内光軸に沿っての分極の周期が変化し、結局、位相整
合波長が変化することになる。こうして、回転機構によ
り位相整合波長を変化・調整するという本発明の目的が
実現される。FIG. 1B shows the nonlinear optical medium plate 10 described above.
1 shows a state in which 1 rotates counterclockwise around the rotation center 107 by a rotation angle 108. Since the center of rotation is not on the incident end face 104, as a result of the rotation, the incident point moves on the incident end face. At the incident point after the movement, the incident optical axis 102 is obliquely incident on the incident end face 104, and as a result, the incident optical axis is bent and becomes the in-plate optical axis 106. In the present invention, the shape of the incident end face 104 is selected so that the refracted in-plate optical axis 106 is always parallel to the symmetry axis 109. Since the non-linear optical medium plate 101 is provided with a fan-shaped polarization so that the period changes in a direction perpendicular to the in-plate optical axis 106, that is, the symmetry axis 109, the in-plate optical axis 106 described in the previous stage. As a result of the parallel movement of, the period of polarization along the in-plate optical axis changes, and eventually the phase matching wavelength changes. Thus, the object of the present invention to change / adjust the phase matching wavelength by the rotating mechanism is realized.
【0032】以上の本発明の基本的作用には、出射端面
105の形状は関与しない。しかしながら、従来の角度
位相整合素子に直接置換するという本発明素子の使用を
想定すると、入射光軸102と出射光軸103が常に平
行に保たれることが望ましい。この性質を付与するため
には、出射端面105の形状を、入射端面104を上記
対称軸、あるいは同じことであるが板内光軸106に沿
って平行移動した形に一致するように選べばよい。この
とき、板内光軸の両端すなわち入射点と出射点とが、そ
れぞれの端面上の対応する点となる結果、板内光軸が出
射端面となす角は、板内光軸が入射端面となす角に常に
等しくなる。ここで被変換光と変換光の波長の差による
非線型光学媒質板の屈折率の違いを無視すれば、出射点
においては入射点と丁度逆の屈折が生じ、結局、出射光
軸103は入射光軸102に常に平行に保たれるのであ
る。The shape of the emission end face 105 is not involved in the above basic operation of the present invention. However, assuming the use of the element of the present invention in which the conventional angle phase matching element is directly substituted, it is desirable that the incident optical axis 102 and the outgoing optical axis 103 are always kept parallel. In order to impart this property, the shape of the emitting end face 105 may be selected so as to match the incident end face 104 with the above-mentioned symmetry axis, or the same as the parallel translation along the in-plate optical axis 106. . At this time, both ends of the in-plate optical axis, that is, the entrance point and the exit point become corresponding points on the respective end faces, and as a result, the angle formed by the in-plate optical axis and the exit end face is the It is always equal to the angle formed. Here, ignoring the difference in the refractive index of the nonlinear optical medium plate due to the difference in the wavelengths of the converted light and the converted light, refraction just opposite to the incident point occurs at the emission point, and eventually the emission optical axis 103 is incident. It is always kept parallel to the optical axis 102.
【0033】上述のように、入射点で屈折された板内光
軸106が常に対称軸109に平行になるような入射端
面形状を、本発明者は解析的に導出した。以下に図2を
参照してその導出を概述する。上に述べたように、実際
の使用の際は、入射光軸は固定され、非線型光学媒質板
が回転中心の周りに回されるが、入射端面形状の導出の
目的には、非線型光学媒質板を固定し、入射光軸を回転
中心の周りに回転した状態を考えても支障がない。図2
にはそのようにして、入射光軸202を回転中心207
の周りに、対称軸209から角度θだけ回転した状態を
示してある。As described above, the present inventor analytically derived the incident end face shape such that the in-plate optical axis 106 refracted at the incident point is always parallel to the symmetry axis 109. The derivation will be outlined below with reference to FIG. As described above, in actual use, the incident optical axis is fixed, and the nonlinear optical medium plate is rotated around the center of rotation, but for the purpose of deriving the incident end face shape, the nonlinear optical medium is used. It does not matter if the medium plate is fixed and the incident optical axis is rotated around the center of rotation. Figure 2
In this way, the incident optical axis 202 is rotated about the rotation center 207.
Around the symmetry axis 209 is shown rotated by an angle θ.
【0034】入射端面204の形状を、回転中心207
に対する動径をr、方位角をθとする2次元極座標を使
って、r(θ)と表現する。この平面上の各点での任意
のベクトルを表わす正規直交系として、動径方向の単位
ベクトルVec er と方位角方向の単位ベクトルVec eθ
を採用する。入射点において入射光軸および板内光軸の
それぞれが、法線ベクトルVec nとなす角φ,φ′は、
よく知られたスネルの法則、sin φ=sin φ′で結ばれ
ている。ここで、nは前出の非線型光学媒質板の屈折率
である。この式は、入射光軸および板内光軸方向の単位
ベクトルVec s,Vec s′を用いて、ベクトル方程式
Vec s×Vec n=r・Vec s′×Vec n … (7)
の形で表わせる。また、一般に、曲線r(θ)の法線ベ
クトルVec nは、前出のVec er とVeceθ、および導
関数r′=dr/dθを用いて、次式(8)[数2]The shape of the incident end face 204 is changed to the rotation center 207.
It is expressed as r (θ) using the two-dimensional polar coordinates where r is the radius vector and θ is the azimuth angle. As orthonormal system representing any vector at each point on the plane, radial unit vector V ec e r and the azimuth angle direction of the unit vector V ec E.theta
To adopt. At the point of incidence, the angles φ and φ ′ formed by the incident optical axis and the in-plate optical axis with the normal vector V ec n are
It is connected by the well-known Snell's law, sin φ = sin φ ′. Here, n is the refractive index of the above-mentioned nonlinear optical medium plate. This equation uses the unit vectors V ec s and V ec s ′ in the directions of the incident optical axis and the in-plate optical axis, and is a vector equation V ec s × V ec n = r · V ec s ′ × V ec n ... ( It can be expressed in the form of 7). In general, the normal vector V ec n of the curve r (theta), using the preceding V ec e r and V ec E.theta, and the derivative r '= dr / dθ, the following equation (8) Number 2]
【数2】
と表現できる。引き続いて、本発明の要求条件を勘案す
る。まず、入射光軸Vec sは、今の場合、回転中心に向
くベクトルなので、条件
Vec s=−Vec er … (9)
は明らかである。さらに、本発明の場合、板内光軸Vec
s′が対称軸(基線)に平行でなければならない。この
条件は、式(10)[数3][Equation 2] Can be expressed as Subsequently, the requirements of the present invention will be taken into consideration. First, the incident optical axis V ec s is, in this case, since the vector directed to the rotation center, the condition V ec s = -V ec e r ... (9) is apparent. Further, in the case of the present invention, the in-plate optical axis Vec
s'should be parallel to the axis of symmetry (baseline). This condition is expressed by equation (10) [Equation 3].
【数3】 を与える。[Equation 3] give.
【0035】以上の3つの式(8),(9),(10)
[数3]を式(7)に代入して、初等的な演算を行え
ば、端面形状r(θ)の充たすべき微分方程式
r′=rn sin θ/(n cos θ−1) … (11)
が導き出される。この微分方程式を解くのは容易で、結
果、端面形状として
r=r0 (n−1)/(n cos θ−1) … (12)
で表わされる双曲線が得られる。ここで、積分定数r0
に幾何的な意味を付与すると、回転中心207から入射
端面204までの最短距離ということができ、さらに、
これは、対称軸209と入射端面204の交点(すなわ
ち、双曲線の頂点)の、回転中心207からの変位に等
しい。The above three equations (8), (9), (10)
By substituting [Equation 3] into the equation (7) and performing an elementary operation, a differential equation r ′ = rn sin θ / (n cos θ−1) to be satisfied by the end surface shape r (θ) is obtained. ) Is derived. It is easy to solve this differential equation, and as a result, a hyperbola represented by r = r 0 (n−1) / (n cos θ−1) (12) is obtained as the end face shape. Here, the integration constant r 0
If a geometrical meaning is given to, it can be said that it is the shortest distance from the rotation center 207 to the incident end surface 204.
This is equal to the displacement of the intersection of the symmetry axis 209 and the incident end surface 204 (that is, the apex of the hyperbola) from the rotation center 207.
【0036】ここまで、図1、図2では、回転中心が、
入射光軸から見て入射端面よりも奥にある場合を示して
きた。この場合、式(12)は、両図に見られるような入
射光軸102に向かって窪んだ形の凹型入射端面とな
る。従来の角度位相整合素子を使用する相関計では、通
例、回転中心は非線型光学結晶の厚み方向の中央に置か
れるので、これに本発明素子を直接置換する場合、通常
こうした凹型入射端面が見られることになる。しかし式
(12)の包含する状況はより広く、回転中心が、入射光
軸から見て入射端面よりも手前にある場合、すなわち素
子の外部にある場合にも有効である。この場合、rとr
0 の両者を負数とすればよい。こうして、この場合に得
られる入射端面は、上とは逆に、入射光軸に向かって突
き出た形の凸型の形状となる。Up to this point, in FIGS. 1 and 2, the center of rotation is
The case has been shown where it is deeper than the incident end face when viewed from the incident optical axis. In this case, the expression (12) is a concave incident end face which is recessed toward the incident optical axis 102 as seen in both figures. In a conventional correlator using an angular phase matching element, the center of rotation is usually located at the center in the thickness direction of the nonlinear optical crystal. Will be done. However, the situation covered by equation (12) is wider, and it is also effective when the center of rotation is in front of the incident end face as viewed from the incident optical axis, that is, outside the element. In this case, r and r
Both 0 may be negative numbers. Thus, the incident end face obtained in this case has a convex shape protruding toward the incident optical axis, contrary to the above.
【0037】こうして導かれた端面形状によって、方位
角の変化が、板内光軸206の平行移動、すなわち光軸
変位210に変換される。方位角θと光軸変位yの間の
関数関係は、明らかにy=r sinθであり、これをあら
わに書き下すと
y/r0 =(n−1)sinθ/(n cosθ−1) … (13)
が得られる。The change of the azimuth angle is converted into a parallel movement of the in-plate optical axis 206, that is, an optical axis displacement 210 by the end face shape thus guided. The functional relationship between the azimuth angle θ and the optical axis displacement y is clearly y = r sin θ, and if this is written down explicitly, y / r 0 = (n−1) sin θ / (n cos θ−1). (13) is obtained.
【0038】現在の光学部品製造業で双曲線型の端面を
作成する需要がないため大量生産技術が未完備で、それ
ゆえ、双曲線を表わす上式(12)の与える端面形状を、
厳密に形成・研磨することは高価につく。あまりにも高
価な非線型光学媒質板は、たとえその効果は明らかであ
っても、一般に普及することが期待できず、工業的に無
価値の存在に終わってしまう。それゆえ、上の双曲線端
面を工業的により安価に製造可能な形状で近似する方法
の検討が必要である。このために、本発明の非線型光学
媒質板では、入射点が、双曲線形の入射端面の頂点近傍
に限られていることに着目して、この頂点近傍では、双
曲線を円弧で近似することができる。このときの近似形
状は、上式(12)の与える双曲線の頂点における内接円
の一部であり、その半径ρは、簡単な曲率計算により、
ρ=(n−1)r0 … (14)
とすればよい。このような円弧端面は、円筒形の研磨工
具を用いて作成・研磨でき、同様な加工法による円筒レ
ンズが現在大量に生産されている事実を見ても分かるよ
うに、十分安価に実現できる。Since there is no demand for producing a hyperbolic type end face in the current optical component manufacturing industry, mass production technology is incomplete, and therefore the end face shape given by the above equation (12) representing the hyperbola is
Strictly forming and polishing is expensive. A too expensive non-linear optical medium plate, even if its effect is clear, cannot be expected to become popular in general and ends up being industrially worthless. Therefore, it is necessary to study a method of approximating the above-mentioned hyperbolic end face with a shape that can be industrially manufactured at a lower cost. Therefore, in the non-linear optical medium plate of the present invention, paying attention to the fact that the incident point is limited to the vicinity of the apex of the hyperbolic incident end face, and in the vicinity of the apex, the hyperbola can be approximated by an arc. it can. The approximate shape at this time is a part of the inscribed circle at the apex of the hyperbola given by the above equation (12), and its radius ρ is ρ = (n−1) r 0 (14 ) And it is sufficient. Such an arc end surface can be created and polished using a cylindrical polishing tool, and can be realized at a sufficiently low cost, as can be seen from the fact that a large number of cylindrical lenses are currently manufactured by a similar processing method.
【0039】<実施例>図1の非線型光学媒質板101
としては、従来例として示したのと同様に、ニオブ酸リ
チウム結晶で、中央の周期Λ0 が18.85μmで、板内
光軸106に垂直な方向1mm当たり、ΔΛ=1.07μ
mだけ周期が変化するような扇様の分極反転を施した。
本実施例では、出射端面105の形状は、入射端面10
4を上下対称軸109に沿って2mmだけ平行移動した
形に一致するように形成した。この結果、板内光軸の長
さ、すなわち結晶中の伝搬距離Lは2mmとなる。この
とき、本非線型光学媒質板の応答時間の目安となる群遅
延不整合量は、1.5μm波長帯の入射光に対して、(τ
3 −τ1 )L=0.6psである。図1では、理解の便の
ために、回転中心107が非線型光学媒質板101の中
心(対称軸109上の板内光軸の二等分点)に置かれて
いるが、実は、回転中心107は入射光軸102の延長
上の任意の点に置くことができる。非線型光学媒質板の
外部に置いてすらよいことは、既に上で述べた通りであ
る。本実施例では、回転中心107を出射端面105上
に置いた。これにより、該回転中心107から入射端面
104までの最短距離r0 は、結晶中の伝搬距離Lに等
しく2mmとなる。<Example> Nonlinear optical medium plate 101 of FIG.
Similarly to the conventional example, a central period Λ 0 is 18.85 μm, and ΔΛ = 1.07 μ per 1 mm in the direction perpendicular to the in-plate optical axis 106.
A fan-like polarization reversal was performed so that the period was changed by m.
In this embodiment, the shape of the emission end face 105 is the incident end face 10
4 was formed so as to correspond to the shape in which it was translated by 2 mm along the vertical axis of symmetry 109. As a result, the length of the in-plate optical axis, that is, the propagation distance L in the crystal is 2 mm. At this time, the group delay mismatch amount, which is a measure of the response time of the nonlinear optical medium plate, is (τ
3− τ 1 ) L = 0.6 ps. In FIG. 1, the center of rotation 107 is placed at the center of the nonlinear optical medium plate 101 (the bisector of the in-plate optical axis on the axis of symmetry 109) for convenience of understanding. 107 can be placed at any point on the extension of the incident optical axis 102. It has already been described above that it may be placed outside the nonlinear optical medium plate. In this embodiment, the rotation center 107 is placed on the emitting end face 105. As a result, the shortest distance r 0 from the rotation center 107 to the incident end surface 104 is 2 mm, which is equal to the propagation distance L in the crystal.
【0040】式(14)で与えられる頂点での曲率半径を
見れば明らかなように、式(12)の与える双曲線の各点
での曲率半径は、回転中心の最短距離r0 に比例する。
端面の曲率半径は大きい方が、本発明に関与するmmス
ケールの場合、加工が容易であり、また、端面での望ま
しくないレンズ効果も低減できる。したがって、r0を
大きくとることが推奨される。本実施例のように、回転
中心107を出射端面105上に置く方法は、非線型光
学媒質板の中心に回転中心を置いた場合に比して、r0
を2倍にでき、さらに、非線型光学媒質板の取り付けの
際に、目視による回転中心(回転軸)への合わせこみが
容易になるという利点がある。As is apparent from the radius of curvature at the apex given by equation (14), the radius of curvature at each point of the hyperbola given by equation (12) is proportional to the shortest distance r 0 of the rotation center.
When the radius of curvature of the end face is large, the processing is easy in the case of the mm scale involved in the present invention, and the undesirable lens effect on the end face can be reduced. Therefore, it is recommended to make r 0 large. The method of placing the rotation center 107 on the emission end face 105 as in this embodiment is r 0 compared to the case of placing the rotation center at the center of the nonlinear optical medium plate.
Can be doubled, and further, when the non-linear optical medium plate is attached, it is easy to visually align with the rotation center (rotation axis).
【0041】図3は、この実施例により得られる波長可
変特性を示す図である。図3の左縦軸には、回転角と光
軸変位の関係を与える式(13)の右辺を表わすスケール
をとった。このスケール上の読みは、r0 で規格化され
ているため、本発明による入射端面形状を有する擬似位
相整合ニオブ酸リチウム結晶一般に通用する値を与え
る。これから、双曲線端面では、±30°の回転角変化
に伴なって、板内光軸の移動量として、±0.65r0 が
得られ、端面形状をより安価な円弧で代用した場合で
も、±0.45r0 の移動量が得られることが分かる。FIG. 3 is a diagram showing wavelength tunable characteristics obtained by this embodiment. The left vertical axis of FIG. 3 is a scale showing the right side of the equation (13) that gives the relationship between the rotation angle and the optical axis displacement. The reading on this scale is normalized by r 0 , and therefore gives a value that is generally applicable to a quasi-phase-matched lithium niobate crystal having an incident end surface shape according to the present invention. From this, in the hyperbolic end face, ± 0.65r 0 is obtained as the amount of movement of the in-plate optical axis along with the rotation angle change of ± 30 °, and even if the end face shape is replaced by a cheaper arc, ± It can be seen that a movement amount of 0.45r 0 can be obtained.
【0042】図3中には、回転角ゼロ近傍で、双曲線端
面、円弧端面の両曲線に接する接線を書き加えてある。
この接線は、y/r0 =θで表わされる。これは、非線
型光学媒質板の屈折率にも依らないため、本発明による
波長可変擬似位相整合素子全てに共通する、最も一般的
なものとなっている。左縦軸の読みy/r0 が得られる
と、回転中心の最短距離r0 、分極反転周期の中央値Λ
0 および変化率ΔΛを用いて、本実施例素子の板内光軸
上の分極反転周期Λが、
Λ=Λ0 +(y/r0 )r0 ΔΛ … (15)
により求まる。この分極反転周期に対する結晶温度20
℃での位相整合波長を求めて、図3の右縦軸のスケール
を作ってある。これから、双曲線端面では、±30°の
回転角変化に伴なって、1.492μmから1.598μm
までの波長をカバーすることができる。円弧による代用
端面の場合でも、1.510μmから1.580μmの間の
波長可変性が得られる。こうして、何れの端面形状で
も、現在の1.5μm帯光通信における光信号の測定のた
めに十分な波長可変性が実現された。さらに、分極反転
周期の変化率ΔΛをより大きく作れば、より広い範囲を
波長可変性が得られることは、言うまでもない。In FIG. 3, a tangent line that touches both the hyperbolic end face and the arc end face in the vicinity of the rotation angle of zero is added.
This tangent line is represented by y / r 0 = θ. Since this does not depend on the refractive index of the nonlinear optical medium plate, it is the most common one that is common to all wavelength tunable quasi phase matching elements according to the present invention. When the reading y / r 0 on the left vertical axis is obtained, the shortest distance r 0 of the center of rotation and the median Λ of the polarization inversion period
Using 0 and the rate of change ΔΛ, the polarization inversion period Λ on the in-plate optical axis of the device of this example is obtained by Λ = Λ 0 + (y / r 0 ) r 0 ΔΛ (15). Crystal temperature 20 with respect to this polarization inversion period
The phase-matched wavelength at ° C is obtained, and the scale on the right vertical axis in Fig. 3 is created. From the above, it can be seen from the hyperbolic end face that the rotation angle changes ± 30 ° from 1.492 μm to 1.598 μm.
It can cover up to wavelengths. Even in the case of a substitute end face formed by a circular arc, wavelength variability between 1.510 μm and 1.580 μm can be obtained. In this way, with any of the end face shapes, wavelength tunability sufficient for measuring an optical signal in the current 1.5 μm band optical communication is realized. Further, it goes without saying that if the change rate ΔΛ of the polarization inversion period is made larger, wavelength tunability can be obtained in a wider range.
【0043】本発明の波長可変擬似位相整合素子は、現
行の相関計内の角度位相整合素子に直接置換することが
できることが、特徴であり、また本発明の目的とするこ
とろである。そこで次に、作成した本発明実施例素子
を、従来の角度位相整合素子に置き換えた前後での、相
関計の性能の比較を図4に示す。The tunable quasi-phase matching element of the present invention is characterized in that it can be directly replaced with the angle phase matching element in the existing correlator, and it is an object of the present invention. Then, next, FIG. 4 shows a comparison of the performance of the correlator before and after replacing the produced element of the present invention with the conventional angle phase matching element.
【0044】本例において用いた相関計は、従来、2m
m厚のニオブ酸リチウム結晶中での角度位相整合による
二次高調波発生効果が用いられ、発生した二次高調波光
は光電子増倍管によって光電変換され、増幅感度5×1
04 V/Aの電流増幅器によって電圧値に変換され出力
されている。このニオブ酸リチウム結晶の入射端面に
は、1.5μm波長帯での減反射膜が蒸着され、また、出
射端面には、二次高調波波長である0.75μm帯におけ
る減反射膜が蒸着されている。この相関計では、被測定
信号光と参照光の結晶への入射方向の間に、5.7°の角
度が付けてあり、それぞれ一方の光だけから個別に発生
される二次高調波光が、検出器に入らない構成をとって
いる。このような非共軸相関計の構成は、バックグラウ
ンドフリー相関計と呼ばれている。以下では、本相関計
を、入射信号光を二分し自分自身で参照光を供給する自
己相関モードで動作させた。The correlator used in this example is conventionally 2 m.
The second harmonic generation effect by angle phase matching in m-thick lithium niobate crystal is used, and the generated second harmonic light is photoelectrically converted by the photomultiplier tube, and the amplification sensitivity is 5 × 1.
It is converted into a voltage value and output by a 0 4 V / A current amplifier. An antireflection film in the 1.5 μm wavelength band is deposited on the incident end face of this lithium niobate crystal, and an antireflection film in the 0.75 μm band, which is the second harmonic wavelength, is deposited on the exit end face. ing. In this correlator, an angle of 5.7 ° is formed between the incident direction of the signal light to be measured and the incident direction of the reference light to the crystal, and the second harmonic light individually generated from only one light is It has a configuration that does not fit in the detector. The configuration of such a non-coaxial correlator is called a background-free correlator. In the following, the correlator is operated in the autocorrelation mode in which the incident signal light is divided into two and the reference light is supplied by itself.
【0045】透過波長幅2nmの光学フィルタを出射し
た波長1.564μm、時間幅1.5psのパルスの自己相
関波形の、旧来の角度位相整合による測定結果を図4中
の下側の曲線として示した。この入射パルスの平均パワ
ーは0.15mW、尖頭パワー550mWであり、このと
き、自己相関信号の最大値として、450mVが得られ
ている。このような二次高調波発生効果を用いた相関計
の出力は、入射パルスの平均パワーと尖頭パワーの積に
比例することが知られているので、角度位相整合素子を
用いた場合の本相関計の感度を、5.5mV/mW2 と表
わすことができる。The measurement result by the conventional angular phase matching of the autocorrelation waveform of the pulse having a wavelength of 1.564 μm and a time width of 1.5 ps emitted from the optical filter having a transmission wavelength width of 2 nm is shown as the lower curve in FIG. It was The average power of this incident pulse is 0.15 mW and the peak power is 550 mW. At this time, 450 mV is obtained as the maximum value of the autocorrelation signal. It is known that the output of a correlator using such a second harmonic generation effect is proportional to the product of the average power of the incident pulse and the peak power. The sensitivity of the correlator can be expressed as 5.5 mV / mW 2 .
【0046】ここで、角度位相整合素子を、上記の本発
明実施例素子に置き換えた。既に述べたように、本発明
実施例素子中の伝搬距離は、2mmであって、置き換え
られた角度位相整合素子に等しくとってある。さらに条
件を揃えるために、本発明実施例素子の入射端面と出射
端面に、それぞれ、1.5μm波長帯と0.75μm帯にお
ける減反射膜を蒸着したものを用いた。本発明実施例素
子の厚みは0.3mm、横幅は3mmであって、旧来の角
度位相整合素子の入射面寸法5mm×5mmに比して遙
かに小さい。そのため、旧来素子の入射面寸法に等しい
金属枠を作り、それに本発明実施例素子を取り付けた
後、金属枠ごと相関計に装着した。このようにすれば、
相関計自体に何らの変更を加えることなく、オンサイト
(現場)で容易に素子の入れ替えが行える。なお、通常
の計測器において、波長変換素子を使用する場合、入射
光はレンズにより素子に結焦されるので、素子内でのビ
ーム径は小さい。本相関計では、20mmのレンズによ
り入射光が10μm程度に絞り込まれており、したがっ
て、本発明実施例素子の厚みが0.3mmしかないこと
は、装着作業時を除いては、実用上全然支障とはならな
い。Here, the angle phase matching element was replaced with the element of the present invention described above. As already mentioned, the propagation distance in the inventive example element is 2 mm, which is equal to the replaced angular phase matching element. In order to make the conditions even more uniform, the device of the present invention was prepared by depositing antireflection films in the wavelength band of 1.5 μm and the wavelength band of 0.75 μm on the output facet. The element of the embodiment of the present invention has a thickness of 0.3 mm and a lateral width of 3 mm, which is much smaller than the entrance surface dimension of the conventional angle phase matching element of 5 mm × 5 mm. Therefore, a metal frame having the same size as the incident surface of the conventional element was formed, and the element of the example of the present invention was attached to it, and then the metal frame was attached to the correlator. If you do this,
The elements can be easily replaced on-site without changing the correlator itself. When a wavelength conversion element is used in an ordinary measuring instrument, since the incident light is focused on the element by the lens, the beam diameter inside the element is small. In this correlator, the incident light is narrowed down to about 10 μm by a 20 mm lens. Therefore, the fact that the thickness of the element of the embodiment of the present invention is only 0.3 mm hinders practical use at all, except during mounting work. Does not mean
【0047】本発明の実施例素子の中央波長整合波長は
1.545μmに設計されているので、真っ直ぐに入射す
る条件では、ここでの入射波長1.564μmに対して相
関信号を観測することはできない。しかし、回転角を調
整することで、位相整合を実現できた。その際の回転角
を読むと、約6°であって、図3から予想される12°
からずれていた。これは、図3は、入射光が共軸の条件
について計算されているのに対し、本相関計では、2つ
の入射光の間に角度がついているからと考えられる。入
射光間に角度がついていると、等価的な板内光軸はその
二等分線となり、被変換光側の屈折率が、板内光軸への
射影分に減少する。その結果、一定の入射波長に対し
て、擬似位相整合のために小さ目の分極変化周期が必要
になり、結局、図3の右縦軸のスケールが下にずれるこ
とになるのである。設置される相関計ごとの条件に合わ
せて、このような補正を行えば、実用上十分な精度で本
発明の実施例素子の回転角に対する位相整合波長の予測
が行える。The center wavelength matching wavelength of the embodiment element of the present invention is
Since it is designed to have a wavelength of 1.545 μm, it is not possible to observe a correlation signal for an incident wavelength of 1.564 μm here under the condition of straight incidence. However, the phase matching could be realized by adjusting the rotation angle. The rotation angle at that time is about 6 °, which is 12 ° expected from FIG.
It was out of alignment. It is considered that this is because in FIG. 3, the incident light is calculated under the condition of the coaxial, whereas in the present correlator, an angle is formed between the two incident lights. When there is an angle between the incident lights, the equivalent in-plate optical axis becomes its bisector, and the refractive index on the converted light side is reduced to the projection amount to the in-plate optical axis. As a result, for a certain incident wavelength, a small polarization change period is required for quasi phase matching, and the scale on the right vertical axis in FIG. 3 shifts downward. If such a correction is performed according to the conditions of each installed correlator, the phase matching wavelength with respect to the rotation angle of the device of the example of the present invention can be predicted with a practically sufficient accuracy.
【0048】本発明実施例素子を用いた場合の、自己相
関波形の測定結果を、図4中の上側の曲線として示す。
自己相関波形は、従来の角度位相整合素子による場合と
非常に高い精度で相似であり、本発明の波長可変擬似位
相整合結晶をピコ秒領域の波形測定に完全に適用できる
ことが分かる。ここで注目すべきは、自己相関信号の最
大値として、10Vと従来の角度位相整合素子による場
合よりも遙かに大きな値が得られている点である。前同
様にしてこの場合の感度を算定すると、121mV/m
W2 と表わすことができる。すなわち、従来の角度位相
整合素子に比して、22倍高い感度が実現されているの
である。この理由は、擬似位相整合ニオブ酸リチウム結
晶で用いられる非線型定数テンソルは、dzzz であり、
従来の角度整合ニオブ酸リチウム素子で用いられていた
dzxx に比して、6倍程度大きなテンソル成分を利用で
きるからである。The measurement result of the autocorrelation waveform in the case of using the element of the embodiment of the present invention is shown as the upper curve in FIG.
The autocorrelation waveform resembles with the case of the conventional angle phase matching element with very high accuracy, and it can be seen that the wavelength tunable quasi phase matching crystal of the present invention can be completely applied to the waveform measurement in the picosecond region. What should be noted here is that the maximum value of the autocorrelation signal is 10 V, which is much larger than that obtained by the conventional angle phase matching element. If the sensitivity in this case is calculated in the same manner as before, it is 121 mV / m
It can be represented as W 2 . That is, the sensitivity is 22 times higher than that of the conventional angle phase matching element. The reason for this is that the nonlinear constant tensor used in quasi-phase-matched lithium niobate crystals is d zzz ,
This is because it is possible to use a tensor component which is about 6 times larger than d zxx used in the conventional angle matching lithium niobate element.
【0049】以上の結果、上記入射端面の形状を、上記
回転中心に対する動径をr、方位角をθとする極座標表
示で、r=r0 (n−1)/(n cosθ−1)と表され
る双曲線に形成することにより、位相整合波長の変化・
調整を回転機構にて行なうことができ、また被変換光が
二本あるときこの被変換光が入射端面に達する以前の伝
搬光路の2等分線上に回転中心を備え媒質の屈折率の平
均値をnとするようにし、また双曲線の頂点近傍を双曲
線に近似する円弧にしてもよく、出射端面形状を入射端
面形状と同じにし、あるいは入射端面及び出射端面のい
ずれか一方に反射率を減ずる光学膜を付加でき、更に非
線型光学媒質板としてスラブ導波路を形成することがで
きる。As a result of the above, the shape of the incident end face is represented by polar coordinates with r being the radius vector with respect to the rotation center and θ being the azimuth angle, and r = r 0 (n-1) / (n cos θ-1). By forming the hyperbola represented, the phase matching wavelength change
Adjustment can be performed by a rotating mechanism, and when there are two converted lights, the center of rotation is provided on the bisector of the propagation optical path before the converted light reaches the incident end face, and the average value of the refractive index of the medium is set. Is set to n, and the vicinity of the apex of the hyperbola may be a circular arc that approximates the hyperbola, and the shape of the emitting end face is the same as the shape of the incident end face, or the reflectance is reduced to one of the incident end face and the emitting end face. A film can be added, and a slab waveguide can be formed as a nonlinear optical medium plate.
【0050】[0050]
【発明の効果】本発明の波長可変擬似位相整合素子は、
位相整合波長の変化・調整が、平行移動機構ではなく回
転機構により行える。それ故、本発明の波長可変擬似位
相整合素子は、現行の相関計の非線型媒質にそのまま置
き換えることができ、極めて容易に測定感度の向上が行
え、現在の各社製相関計ユーザー層に、経済的な性能向
上の道を提供できる。また、本発明の波長可変擬似位相
整合素子は、安価に製造することができるので、工業的
に大きな効果が得られる。The variable wavelength quasi phase matching element of the present invention is
The phase matching wavelength can be changed / adjusted by the rotating mechanism instead of the parallel moving mechanism. Therefore, the wavelength tunable quasi-phase matching element of the present invention can be directly replaced by the non-linear medium of the current correlator, and the measurement sensitivity can be improved very easily. It can provide a path for improved performance. Further, the wavelength tunable quasi-phase matching element of the present invention can be manufactured at low cost, so that a great industrial effect can be obtained.
【図1】本発明の実施の態様の一例で、(a)は中心と
なる波長に同調した状態図、(b)はより短い波長に同
調した状態図。FIG. 1 is an example of an embodiment of the present invention, in which (a) is a state diagram tuned to a central wavelength, and (b) is a state diagram tuned to a shorter wavelength.
【図2】端面形状を導出するための説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram for deriving an end face shape.
【図3】波長可変特性を示す図。FIG. 3 is a diagram showing wavelength tunable characteristics.
【図4】相関計の出力信号を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an output signal of a correlator.
【図5】二次高調波発生に必要な反転周期を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an inversion period necessary for generating a second harmonic.
【図6】従来の波長可変擬似位相整合素子の構成の一例
で、(a)は中心となる波長に同調した状態図、(b)
はより短い波長に同調した状態図。FIG. 6 is an example of a configuration of a conventional variable wavelength quasi-phase matching element, (a) is a state diagram tuned to a central wavelength, (b)
Is a phase diagram tuned to a shorter wavelength.
101 非線型光学媒質板 102 入射光軸 103 出射光軸 104 入射端面 105 出射端面 106 板内光軸 107 回転中心 108 回転角 109 対称軸 202 入射光軸 204 入射端面 206 板内光軸 207 回転中心 209 対称軸 210 光軸変位 601 非線型光学媒質板 602 入射光軸 603 出射光軸 604 入射端面 605 出射端面 606 板内光軸 611 移動方向 101 Non-linear optical medium plate 102 incident optical axis 103 Output optical axis 104 incident end face 105 exit end face 106 In-plate optical axis 107 center of rotation 108 rotation angle 109 axis of symmetry 202 Incident optical axis 204 Incident end face 206 In-plate optical axis 207 center of rotation 209 symmetry axis 210 Optical axis displacement 601 Non-linear optical medium plate 602 incident optical axis 603 Output optical axis 604 Incident end face 605 exit end face 606 In-plate optical axis 611 Movement direction
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−132595(JP,A) 特表 平1−502229(JP,A) 特表 平6−505100(JP,A) 米国特許5355247(US,A) P.E.POWERS, et.a l.,OPTICS LETTERS, 1998年 2月 1日,Vol.23,N o.3,pp.159−161 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/37 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ───Continuation of front page (56) Reference JP-A-6-132595 (JP, A) JP-A 1-502229 (JP, A) JP-A 6-505100 (JP, A) US Patent 5355247 (US , A) P.P. E. POWERS, et. a. , OPTICS LETTERS, February 1, 1998, Vol. 23, No. 3, pp. 159-161 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/37 JISST file (JOIS)
Claims (7)
可変擬似位相整合素子であって、 被変換光が入射する側面である入射端面と、該入射端面
と対向する側に変換された光が出射する側面である出射
端面を備え、前記素子内に入射した光を伝搬する光路に
対して垂直で、かつ素子の上面内に周期が線形に変化す
るように交番分極が付与されている波長可変擬似位相整
合素子において、 前記被変換光が前記入射端面に達する以前の伝搬光路を
延長した線上に回転中心を備え、 該回転中心に対して前記素子が該素子の上面を含む2次
元面内で回転可能であり、前記回転中心から前記入射端
面までの最短距離をr0 、前記非線型光学媒質の前記被
変換光に対する屈折率をnとした時に、前記入射端面の
形状が、前記回転中心に対する動径をr、方位角をθと
する極座標表示で、 r=r0 (n−1)/(n cosθ−1) と表される双曲線となっていることを特徴とする波長可
変擬似位相整合素子。1. A wavelength tunable quasi-phase matching element comprising a plate-shaped non-linear optical medium, wherein an incident end face that is a side face on which converted light is incident and a side opposite to the incident end face are converted. with the emission end face is a side through which light is emitted, a vertically with respect to the optical path for propagating incident light, and periodically in the upper surface of the element an alternating polarization to vary linearly granted in the device In the wavelength tunable quasi phase matching element, a two-dimensional surface including a rotation center on a line extending the propagation optical path before the converted light reaches the incident end surface, the element including the upper surface of the element with respect to the rotation center Ri rotatable der an inner, r 0 the shortest distance from the center of rotation to the incident end face, wherein when the refractive index said with respect to the converted light of non-linear optical medium is n, the shape of the incident end face, the Radial to the center of rotation is r A wavelength tunable quasi-phase matching element having a hyperbola represented by r = r 0 (n-1) / (n cos θ-1) in polar coordinates with a position angle of θ.
近傍で円弧形状で近似するように、前記極座標表示で
(r=nr0 、θ=0)なる点を中心とする半径(n−
1)r0 の円弧形状となっていることを特徴とする請求
項1記載の波長可変擬似位相整合素子。2. A radius (n−) having a point (r = nr 0 , θ = 0) in the polar coordinate display as a center so that the shape of the incident end face approximates the hyperbola in an arc shape near its apex.
1) The wavelength tunable quasi-phase matching element according to claim 1, which has an arc shape of r 0 .
の被変換光が入射端面に達する以前のそれぞれの伝搬光
路の二等分線上に回転中心を備え、非線型光学媒質のそ
れぞれの被変換光に対する屈折率の平均値をnとするこ
とを特徴とする請求項1乃至2のいずれか記載の波長可
変擬似位相整合素子。3. When there are two converted lights, each of the converted lights has a rotation center on the bisector of each propagation optical path before reaching the incident end face, and each of the nonlinear optical media has a center of rotation. 3. The wavelength tunable quasi-phase matching element according to claim 1, wherein the average value of the refractive index with respect to the converted light is n.
を、入射した光が伝搬する光路に沿って平行移動した形
状に一致していることを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれか記載の波長可変擬似位相整合素子。4. The shape of the emission end face corresponds to the shape of the incident end face that is translated in parallel along the optical path along which the incident light propagates. The tunable quasi-phase matching element described.
射防止膜が付与されていることを特徴とする請求項1乃
至4のいずれか記載の波長可変擬似位相整合素子。5. The tunable quasi-phase matching element according to claim 1, wherein an antireflection film for the converted light is provided on the incident end face.
防止膜が付与されていることを特徴とする請求項1乃至
5のいずれか記載の波長可変擬似位相整合素子。6. The wavelength tunable quasi phase matching element according to claim 1, wherein an antireflection film for the converted light is provided on the emission end face.
が二次元面内に閉じ込められるようにスラブ導波路とな
っていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記
載の波長可変擬似位相整合素子。7. The tunable quasi-wavelength according to claim 1, wherein the slab waveguide is configured so that light propagating through the tunable quasi-phase matching element is confined in a two-dimensional plane. Phase matching element.
Priority Applications (1)
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P.E.POWERS, et.al.,OPTICS LETTERS,1998年 2月 1日,Vol.23,No.3,pp.159−161 |
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