JP3575434B2 - Optical parametric circuit - Google Patents

Description

となる。この一方の光経路に出力される合波光が光分散媒質１２に入力されると、信号光と励起光の位相差が変化し、その出力電界は、
【００１５】
【数２】

となる。ここで、β（ω_Ｓ）， β（ω_Ｐ）は光角周波数ω_Ｓ， ω_Ｐにおける光分散媒質１２の伝搬定数、Ｌ_ｄは光分散媒質１２の長さである。これが２次の光非線形媒質１３に入力されると波長変換光が発生する。この波長変換光の出力電界は、
【００１６】
【数３】

となる。ここで、η_ＰＤは波長変換効率（ω_Ｐ→ω_Ｓ）であり、励起光の光角周波数をω_Ｐ（ｒａｄ／ｓ）、信号光の光角周波数をω_Ｓ（ｒａｄ／ｓ）、真空誘電率をε_０（Ｆｍ^−２）、光速をｃ（ｍ／ｓ）、光非線形媒質１３の屈折率をｎ、有効長をＬ_ｎ（ｍ）、有効断面積をＡ（ｍ^２）、非線形光学定数をｄ（ｍ／Ｖ）、励起光パワーをＰ_Ｐ（Ｗ）とすると、
【００１７】
【数４】

となる。なお、η_ＰＤ′は変換パラメータである。また、各波長における２次の光非線形媒質１３の屈折率ｎは同一であるとした。また、ここでは単純化のために、信号光および励起光のエネルギーを不変としているが、厳密には光パラメトリック過程において信号光は増幅され、励起光は減衰することになる。
【００１８】
一方、光合分波器１１から他方の光経路に出力される合波光は、最初に２次の光非線形媒質１４に入力され、波長変換光を発生させる。この波長変換光の出力電界は、
【００１９】
【数５】

となる。これが光分散媒質１５に入力されるので、その出力電界は、
【００２０】
【数６】

となる。ここで、光分散媒質１５の材料パラメータは光分散媒質１２のものと全く同一としている。
【００２１】
光合分波器１６では、２次の光非線形媒質１３の出力（（３）式）と、光分散媒質１５の出力（（６）式）が合波されるので、出力ポート１および出力ポート２の出力電界は、
【００２２】
【数７】

となる。
【００２３】
すなわち、信号光および励起光は出力ポート１に出力され、波長変換光は出力ポート１および出力ポート２にそれぞれ出力される。ここで、各出力ポートに出力される波長変換光のパワーは、
Ｐ_１＝η_ＰＤ｜Ｅｓ｜^２［１＋ｃｏｓ｛（β（ω_Ｐ）−β（ω_Ｓ）−β（ω_Ｐ−ω_Ｓ））Ｌ_ｄ｝］ …（９）
Ｐ_２＝η_ＰＤ｜Ｅｓ｜^２［１−ｃｏｓ｛（β（ω_Ｐ）−β（ω_Ｓ）−β（ω_Ｐ−ω_Ｓ））Ｌ_ｄ｝］ …（１０）
となる。この式からも分かるように、波長変換光の出力は、光分散媒質１２，１５で与えられる位相シフトにより変化する。例えば、光分散媒質１２，１５において、ｎを整数とし、
ΔβＬ_ｄ＝（β（ω_Ｐ）−β（ω_Ｓ）−β（ω_Ｐ−ω_Ｓ））Ｌ_ｄ＝（２ｎ−１）π …（１１）
の条件が成立すると、波長変換光は信号光および励起光の出力ポート１とは異なる出力ポート２に１００％出力され、入力信号光との完全分離が実現する。
【００２４】
これは、波長変換光の波長が入力信号光の波長と全く同一になった場合でも成立する。ただし、この場合の波長変換光は、入力信号光に対して同一波長の位相共役光となる。
【００２５】
また、（３）式および（６）式において、η_ＰＤ＞＞１となるときは、入力信号光に対して波長変換光（位相共役光）が増幅されることになり、本光パラメトリック回路は光パラメトリック増幅器として機能することになる。
【００２６】
また、以上の説明は、信号光と励起光を合波し、非線形マッハツェンダ干渉計の光合分波器１１の一方の入力ポートから入力する構成に基づいたものであるが、光合分波器１１の２つの入力ポートから信号光と励起光をそれぞれ入力してもよい。この場合でも、（１１）式は波長変換光（位相共役光）と入力信号光の完全分離の条件となる。ただし、励起光は波長変換光（位相共役光）の出力ポートから出力されることになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：請求項１、請求項２）
図２は、本発明の光パラメトリック回路の第１の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を光伝送において有利な１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、入力信号光と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００２８】
図において、半導体レーザ光源（ＬＤ）２１は電源２２により駆動され、波長７７５ｎｍで発振している。信号光と半導体レーザ光源２１から出力される励起光はＷＤＭカプラ２３で合波され、非線形マッハツェンダ干渉計２４に入力される。非線形マッハツェンダ干渉計２４は、２入力２出力の光合分波器２５，２６の間の２つの光経路に、光分散媒質としてのセレン化亜鉛２７，２８と、２次の光非線形媒質としてのＡＡＮＰ結晶２９，３０とを挿入した構成である。セレン化亜鉛２７とＡＡＮＰ結晶２９は一方の光経路を構成し、ＡＡＮＰ結晶３０とセレン化亜鉛２８は他方の光経路を構成する。
【００２９】
なお、本構成例では、各構成部品は空間系で光結合されており、２つの光経路内には反射ミラー３１，３２が設けられている。この実効的光学長は２つの光経路で同一になるように空間系部分の長さを同一とし、さらにＡＡＮＰ結晶２９，３０の光伝搬方向の長さを同一とし、かつセレン化亜鉛２７，２８の光伝搬方向の長さも同一とする。
【００３０】
ここで、光非線形媒質として用いられるＡＡＮＰ結晶２９，３０の長さＬ_ｎ＝０．５ｃｍ、有効断面積Ａ＝５００μｍ^２、２次の非線形係数ｄ＝１０^−２２（ＭＫＳ）とすると、（４）式より変換パラメータη_ＰＤ′は、
η_ＰＤ′＝３．６×１０^−５（ｍＷ^−１ｃｍ^−２） …（１２）
となり、励起光パワーＰ_Ｐ＝１０００ｍＷとすると、波長変換効率η_ＰＤは約４．５×１０^−３（−２３．５ｄＢ）となる。
【００３１】
次に、信号光と発生した位相共役光とを光パラメトリック回路の出力段で完全分離する鍵となるセレン化亜鉛２７，２８の長さＬ_ｄは、次のように計算される。セレン化亜鉛の屈折率は、励起光波長λ_ｐ＝７７５ｎｍにおいてｎ（λ_ｐ）＝２．５６、信号光波長λ_Ｓ＝１５５０ｎｍにおいてｎ（λ_Ｓ）＝２．４７であるので、これを（１１）式の左辺に代入し、右辺の値と等しくなるセレン化亜鉛の長さＬ_ｄを求める。ただし、λ_Ｐ＝２πｃ／ω_Ｐ、λ_Ｓ＝２πｃ／ω_Ｓである。（１１）式より、

であるので、Ｌ_ｄ＝４．３μｍ（ただし、ｎ＝１とする）が信号光と位相共役光を完全分離する条件となる。したがって、光分散媒質として長さ４．３μｍのセレン化亜鉛膜を用いた光パラメトリック回路を構成することにより、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００３２】
また、上記の構成において、光合分波器２５の２つの入力ポートに信号光と励起光をそれぞれ入力した場合には、出力ポート１に信号光が出力され、出力ポート２に位相共役光と励起光が出力される。この場合でも、位相共役光と励起光の波長差は大きいので、両者を容易に分離することができる。
【００３３】
なお、光非線形媒質を構成する光パラメトリック結晶としては、ＡＡＮＰ結晶の他に同じ有機材料のＭＭＡポリマやＤＡＮ結晶、無機結晶のＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料、ＧａＮ、ＺｎＳＳｅ、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ半導体、ＡｇＧａＳｅ_２、ＡｇＧａＳを用いることができる。また、光分散媒質としてはセレン化亜鉛の他に、フューズドシリカ、合成サファイヤ、人工水晶、熱膨張係数の小さいセラミックガラス等の材料を用いてもよい。
【００３４】
（第２の実施形態：請求項１、２、４）
図３は、本発明の光パラメトリック回路の第２の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５４５ｎｍと１５５５ｎｍの２チャネルとし、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、チャネル１の信号光とチャネル２の信号光の波長を入れ替える「波長チャネル交換」の構成例を示す。
【００３５】
非線形マッハツェンダ干渉計を用いた本実施形態の基本構成は、第１の実施形態とほぼ同じであるが、光分散媒質として合成サファイヤ３３，３４を用い、２次の光非線形媒質としてＬｉＴａＯ_３結晶３５，３６を用いる点が異なる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、非線形マッハツェンダ干渉計２４の第２の光経路に挿入されるＬｉＴａＯ_３結晶３６の両面に電極３７，３８を蒸着し、電源３９からの電圧印加により光学長を調整する構成とする（図３（ｂ））。これは、非線形マッハツェンダ干渉計２４の２つの光経路の光学長誤差により、信号光および励起光と波長変換光（位相共役光）の出力ポートが入れ替わることがあるからである。
【００３７】
そこで、本来信号光および励起光が出力される出力ポート１に受光器４０を接続し、受光器内の帯域通過フィルタを介して励起光を選択的にモニタし、その受光量に応じた検出出力を制御回路４１に与える。制御回路４１は、励起光の受光量が最大になるように電源３９を制御する。これにより、出力ポート２に波長変換光を出力させることができる。このように、非線形マッハツェンダ干渉計２４の製作誤差に対して、光学長の調整を行うフィードバック系を備えることにより、ロバストな系を実現することができる。
【００３８】
ここで、光非線形媒質として用いるＬｉＴａＯ_３結晶３５，３６の長さＬ_ｎ＝０．５ｃｍ、有効断面積Ａ＝５００μｍ^２、２次の非線形係数ｄ＝２．５×１０^−２３（ＭＫＳ）とすると、（４）式より変換パラメータη_ＰＤ′は、
η_ＰＤ′＝４．７×１０^−５（ｍＷ^−１ｃｍ^−２）（１４）
となり、励起光パワーＰ_Ｐ＝１０００ｍＷとすると、波長変換効率η_ＰＤは約５．１２５×１０^−３（−２２．９ｄ８）となる。
【００３９】
次に、信号光と発生した波長変換光とを光パラメトリック回路の出力段で完全分離する鍵となる合成サファイヤ３３，３４の長さＬ_ｄは、次のように計算される。合成サファイヤの屈折率は、励起光波長λ_ｐ＝７７５ｎｍにおいてｎ（λ_ｐ）＝１．７６２、信号光波長λ_Ｓ＝１５５０ｎｍにおいてｎ（λ_Ｓ）＝１．７４６であるので、これを（１１）式の左辺に代入し、右辺の値と等しくなる合成サファイヤの長さＬ_ｄを求める。（１１）式より、

であるので、Ｌ_ｄ＝２４．２μｍ（ただし、ｎ＝１とする）が信号光と波長変換光を完全分離する条件となる。したがって、光分散媒質として長さ２４．２μｍの合成サファイヤを用いた光パラメトリック回路を構成することにより、波長１５４５ｎｍのチャネル１の信号光と、波長１５５５ｎｍのチャネル２の信号光の波長を入れ替えた各波長変換光を、入力信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００４０】
また、上記の構成において、光合分波器２５の２つの入力ポートに信号光と励起光をそれそれ入力した場合には、出力ポート１に信号光が出力され、出力ポート２に波長変換光と励起光が出力される。したがって、励起光をモニタする受光器４０は、出力ポート２側に光カプラまたは光分波器を介して接続される。この場合でも、波長変換光と励起光の波長差は大きいので、両者を容易に分離することができる。以下に説明する実施形態においても同様である。
【００４１】
なお、光非線形媒質を構成する光パラメトリック結晶としては、ＬｉＴａＯ_３結晶の他に同じ無機結晶のＬｉＮｂＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料、有機材料のＡＡＮＰ結晶、ＭＭＡポリマやＤＡＮ結晶、ＧａＮ、ＺｎＳＳｅ、ＧａＡｓ／ＧａＡＬＡｓ半導体、ＡｇＧａＳｅ_２、ＡｇＧａＳを用いることができる。また、光分散媒質として合成サファイヤの他に、セレン化亜鉛、フューズドシリカ、人工水晶、熱膨張係数の小さいセラミックガラス等の材料を用いてもよい。
【００４２】
（第３の実施形態：請求項１、２、４）
図４は、本発明の光パラメトリック回路の第３の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を光伝送において有利な１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、入力信号光と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００４３】
非線形マッハツェンダ干渉計を用いた本実施形態の基本構成は、第１の実施形態とほば同じであるが、光分散媒質としてフューズドシリカ４２，４３を用い、２次の光非線形媒質としてＧａＡｌＡｓ半導体導波路４４，４５を用いる点が異なる。ＧａＡｌＡｓ半導体導波路４４，４５にはそれぞれ電源４６，４７が接続され、５０ｍＡの電流を注入している。
【００４４】
さらに、本実施形態は、第２の実施形態と同様に非線形マッハツェンダ干渉計２４の光学長誤差を補償するために、励起光パワーをモニタする受光器４０および制御回路４１を備え、制御回路４１の出力を電源４７にフィードバックする構成とする。これにより、出力ポート２に位相共役光を出力させることができ、非線形マッハツェンダ干渉計２４の製作誤差に対して、ロバストな系を実現することができる。
【００４５】
ここで、２次の光非線形媒質として用いるＧａＡｌＡｓ半導体導波路４４，４５は、導波路構造になっている。これにより、励起光の光閉じ込め効果を高め、有効断面積を小さくして同じ励起光パワーでも変換効率が高まるようにしている。その長さＬ_ｎ＝０．２ｃｍ、有効断面積Ａ＝５０μｍ^２、２次の非線形係数ｄ＝１．３×１０^−２１（ＭＫＳ）とすると、（４）式より変換パラメータη_ＰＤ′は、
η_ＰＤ′＝６．２６×１０^−２（ｍＷ^−１ｃｍ^−２） …（１６）
となり、励起光パワーＰ_Ｐ＝１００ｍＷとすると、波長変換効率η_ＰＤは約１．２５×１０^−１（−９．０３ｄＢ）となり、第２の実施形態と比べて励起光パワーを一桁小さくしてもかなり大きな変換効率が得られる。
【００４６】
次に、信号光と発生した位相共役光とを光パラメトリック回路の出力段で完全分離する鍵となるフューズドシリカ４２，４３の長さＬ_ｄは、次のように計算される。フューズドシリカの屈折率は、励起光波長λ_ｐ＝７７５ｎｍにおいてｎ（λ_ｐ）＝１．４５４、信号光波長λ_Ｓ＝１５５０ｎｍにおいてｎ（λ_Ｓ）＝１．４４４であるので、（１１）式より、

であるので、Ｌ_ｄ＝３８．８μｍ（ただし、ｎ＝１とする）が信号光と位相共役光を完全分離する条件となる。したがって、光分散媒質として長さ３８．８μｍのフューズドシリカを用いた光パラメトリック回路を構成することにより、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００４７】
なお、本実施形態に用いる光導波路としては、ＧａＡｌＡｓ半導体の他にＧａＮ系半導体、ＺｎＳＳｅ系半導体、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。また、光分散媒質としてフューズドシリカ（長さ３８．８μｍ）の他に、セレン化亜鉛（第１の実施形態：長さ４．３μｍ）、合成サファイヤ（第２の実施形態：長さ２４．２μｍ）、人工水晶、熱膨張係数の小さいセラミックガラス等の材料を用いてもよい。
【００４８】
（第４の実施形態：請求項１、２、４）
図５は、本発明の光パラメトリック回路の第４の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５４９ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、波長１５５１ｎｍの波長変換光を出力させる構成例を示す。
【００４９】
非線形マッハツェンダ干渉計を用いた本実施形態の基本構成は、第１の実施形態とほぼ同じであるが、光分散媒質として合成サファイヤ３３，３４を用い、２次の光非線形媒質として疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９を用いる点が異なる。疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９は、図５（ｂ）に示すように、ＬｉＮｂＯ_３基板５３に製作時の電圧印加により所定の間隔で分極反転領域５０を形成し、かつチタン（Ｔｉ）を拡散することにより２本のＬｉＮｂＯ_３導波路を形成したものである。この導波路構造により、励起光の閉じ込め効果を高め有効断面積を小さくするとともに、励起光と信号光間での位相整合が図られるように設計されている。
【００５０】
第３の実施形態では、ＧａＡｌＡｓ半導体導波路４４，４５を光非線形媒質として用いたが、励起光と信号光波長における屈折率が大きく異なるので、図６に示すように位相不整合が累積し、そのままでは位相整合を図ることが困難である。これは、ＬｉＮｂＯ_３等の無機結晶導波路、ＡＡＮＰ等の有機結晶導波路を用いた場合でも生じる一般的な問題である。周期的な分極反転構造は、その対策として一般的に用いられており、所定の周期でＬｉＮｂＯ_３の分極方向を反転させることにより、励起光と信号光の位相不整合の累積を抑圧し、位相整合条件を保ちながら導波路の長尺化を可能にしている。その結果、同一の励起光パワーでも変換効率を高めることが可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態は、第２の実施形態と同様に非線形マッハツェンダ干渉計２４の光学長誤差を補償するために、２次の光非線形媒質に電圧を印加する電極３７，３８および電源３９を備え、さらに励起光パワーをモニタする受光器４０および制御回路４１を備え、制御回路４１の出力を電源３９にフィードバックする構成とする。これにより、出力ポート２に波長変換光を出力させることができ、非線形マッハツェンダ干渉計２４の製作誤差に対してロバストな系を実現することができる。
【００５２】
ここで、光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９の長さＬ_ｎ＝６ｃｍ、有効断面積Ａ＝５０μｍ^２、２次の非線形係数ｄ＝５×１０^−２３（ＭＫＳ）とすると、（４）式より変換パラメータη_ＰＤ′は、
η_ＰＤ′＝９．２×１０^−５（ｍＷ^−１ｃｍ^−２） …（１８）
となり、励起光パワーＰ_Ｐ＝１０００ｍＷとすると、波長変換効率η_ＰＤは約１．６６（２．２ｄＢ）となる。この場合には、波長変換のみならず、波長変換光の増幅も可能になっている。
【００５３】
次に、信号光と発生した波長変換光とを光パラメトリック回路の出力段で完全分離する鍵となる合成サファイヤ３３，３４の長さＬ_ｄは、第２の実施形態と同様である。すなわち、光分散媒質として長さ２４．２μｍの合成サファイヤを用いた光パラメトリック回路を構成することにより、波長変換光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００５４】
なお、光非線形媒質を構成する疑似位相整合光導波路としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料や、ＧａＡｌＡｓ系半導体、ＧａＮ系半導体、ＺｎＳＳｅ系半導体を用いることができる。また、光分散媒質として合成サファイヤの他に、セレン化亜鉛、フューズドシリカ、人工水晶、熱膨張係数の小さいセラミックガラス等の材料を用いてもよい。
【００５５】
（第５の実施形態：請求項１、２、４）
図７は、本発明の光パラメトリック回路の第５の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、入力信号光と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００５６】
本実施形態の基本構成は第４の実施形態とほぼ同じであるが、光分散媒質としてフューズドシリカ４２，４３を用い、２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９の入力端面または出力端面に蒸着し、これらをモノリシックに構成した点が異なる。このフューズドシリカ４２，４３は、第３の実施形態で光分散媒質として用いられているものと同じ３８．８μｍの厚さで蒸着される。これにより、第４の実施形態と同一性能を有しながら、光回路部品点数の削減によるコスト低減が可能となり、量産性にも優れたものとなる。
【００５７】
なお、本実施形態に用いる光分散媒質としては、フューズドシリカの他に、合成サファイヤ薄膜、石英薄膜、数種類の屈折率が異なるガラス材料をはじめとする誘電体を積層した誘電体多層膜を用いてもよい。
【００５８】
（第６の実施形態：請求項１、２、４）
図８は、本発明の光パラメトリック回路の第６の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、信号光波長と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００５９】
本実施形態の基本構成は第４の実施形態とほぼ同じであるが、ＬｉＮｂＯ_３基板５３上に、光分散媒質として非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２と、２次の光非線形媒質として疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９とをモノリシックに構成した点が異なる。第４の実施形態でも説明したように、通常のＬｉＮｂＯ_３導波路では励起光と信号光間で伝搬係数が大きく異なるが、本実施形態ではこの性質を光分散媒質として利用し、非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２として用いたものである。これにより、光分散媒質と光非線形媒質を集積化することができ、第４の実施形態に比べて結合損失等を低減できるとともに、光回路部品点数の削減によるコスト低減が可能となり、量産性にも優れたものとなる。
【００６０】
さらに、本実施形態は、第２の実施形態と同様に非線形マッハツェンダ干渉計２４の光学長誤差を補償するために、２次の光非線形媒質に電圧を印加する電源３９を備え、さらに励起光パワーをモニタする受光器４０および制御回路４１を備え、制御回路４１の出力を電源３９にフィードバックする構成とする。これにより、出力ポート２に波長変換光を出力させることができ、非線形マッハツェンダ干渉計２４の製作誤差に対してロバストな系を実現することができる。
【００６１】
２次の光非線形媒質として疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９を用いたことによる波長変換効率η_ＰＤは、第４の実施形態と同一条件で約１．６６（２．２ｄＢ）となる。この場合には、位相共役光の増幅も可能になっている。
【００６２】
次に、信号光と発生した位相共役光とを光パラメトリック回路の出力段で完全分離する鍵となる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２の長さＬ_ｄは、次のように計算される。非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２の屈折率は、励起光波長λ_ｐ＝７７５ｎｍにおいてｎ（λ_ｐ）＝２．２６、信号光波長λ_Ｓ＝１５５０ｎｍにおいてｎ（λ_Ｓ）＝２．２２であるので、（１１）式より、

であるので、Ｌ_ｄ＝９．７μｍ（ただし、ｎ＝１とする）が信号光と位相共役光を完全分離する条件となる。したがって、光分散媒質として長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路を用いた光パラメトリック回路を構成することにより、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００６３】
なお、本実施形態に用いる光導波路としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。
【００６４】
（第６の実施形態の変形１）
疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９を形成するＬｉＮｂＯ_３基板５３は、図５（ｂ）に示すように、分極反転領域５０が所定の周期で繰り返され、その間に非分極反転領域が形成される。ここで、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９の非分極反転領域の長さと、非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２の長さＬ_ｄが一致するように設定すると、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９の非分極反転領域の１つを、非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２として利用することが可能となる。
【００６５】
図９は、第６の実施形態の変形１における光分散媒質および２次の光非線形媒質の構成例を示す。図において、２次の光非線形媒質となる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９は、分極反転領域５０と非分極反転領域７０で（４）式の非線形光学定数ｄの絶対値が一致し、符号のみが反転しているものとする。すなわち、分極反転領域５０と非分極反転領域７０の長さが一致し、分極反転周期の１／２とする。
【００６６】
ここで、図９（ａ）に示すように、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９のそれぞれの分極反転領域５０と非分極反転領域７０が交互になるように形成し、かつそれぞれの長さを９．７μｍとする。これにより、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８の最初の非分極反転領域７０を、一方の光分散媒質となる長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１とし、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４９の最後の非分極反転領域７０を、他方の光分散媒質となる長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５２とすることができる。すなわち、見かけ上、光分散媒質と光非線形媒質の区別がなくなる。
【００６７】
また、図９（ｂ）に示すように、凝似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９が分極反転周期の１／２だけずらして形成されるＬｉＮｂＯ_３基板５３を用い、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９のそれぞれの分極反転領域５０と非分極反転領域７０の位置が重なるようにしても同様である。
【００６８】
（第６の実施形態の変形２）
第６の実施形態の変形１により、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９の非分極反転領域の１つを、非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２として利用できるという利点があるが、位相整合条件を満足し、変換効率を高めることができる７８０ｎｍ帯の励起光の波長範囲が単一であり、極めて狭く、励起光波長或いは波長変換光の変換波長を選択できないという問題がある。
【００６９】
すなわち、図１０（ａ）に示すような非線形光学定数ｄと−ｄの部分が交互に配置される疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路（分極反転導波路）では、図１０（ｂ）に示すように、変換効率を高めることができる励起光の幅が１つしか現れず、極めて狭い（１ｎｍ程度）。
【００７０】
この問題を解決する方法の一つとして、分極反転導波路に変調を加える方法がある。この方法を用いることにより、位相整合条件を複数の励起光波長帯で満足させることが可能になる。
【００７１】
例えば、図１１（ａ）の（２）に示すようなｄと−ｄの部分が交互に配置される分極反転導波路に対して、（１）に示す変調パタンを掛け合わせ、（３）に示す分極反転導波路を得る。この分極反転導波路を用いると、図１１（ｂ）に示すように、位相整合条件を満足させる励起光の波長範囲が２ヶ所となり、この場合、２波長から励起光を選択できることとなる。なお、掛け合わせるとは、例えば、変調パタンが＋１の位置にある分極反転導波路の部分がｄであれば＋１×ｄとし、−ｄであれば＋１×（−ｄ）とすることをいう。
【００７２】
本実施例では、分極反転に図１２（ａ）に示すような３重の変調を加え８つの励起光波長帯で位相整合条件を満足できるようにした例を示す。それぞれの変調周期は、１４ｍｍ、７ｍｍ、３．５ｍｍである。これらにより、図１２（ｂ）に示すように、１５５０ｎｍの二次の高調波に相当する７７５ｎｍを中心に０．８ｎｍ間隔で７７２．２，７７３．０，７７３．８，７７４．６，７７５．４，７７６．２，７７７．０，７７７．８ｎｍに位相整合波長が形成される。
【００７３】
この場合においても、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８、４９の分極反転は、図１３に示すように、互いに反相の関係にある。
【００７４】
この構成により、励起光波長を変化させることで、波長変換光の波長を変化させることができる。例えば、１５５０ｎｍの信号光入力に対して上記の励起光を適宜選択することにより、波長変換光の波長を１５１５ｎｍ〜１５８５ｎｍの範囲で選択することができるようになる。
【００７５】
（第７の実施形態：請求項１、２、４）
図１４は、本発明の光パラメトリック回路の第７の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、信号光波長と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００７６】
本実施形態の基本構成は第６の実施形態とはぼ同じであるが、ここでは非線形マッハツェンダ干渉計２４全体がＬｉＮｂＯ_３基板５３上の光導波路で構成された点が異なる。すなわち、光合分波器２５，２６、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２、２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９がモノリシックに構成される。これにより、第６の実施形態と同一の性能を有しながら、さらに光回路部品点数の削減によるコスト低減が可能となり、量産性にも優れたものとなる。
【００７７】
２次の光非線形媒質として疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９を用いたことによる波長変換効率η_ＰＤは、第４の実施形態と同一条件で約１．６６（２．２ｄＢ）となる。この場合には、位相共役光の増幅も可能になっている。
【００７８】
また、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２の長さＬ_ｄは、第６の実施形態と同一条件で９．７μｍとなる。すなわち、光分散媒質として長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路を用いた光パラメトリック回路を構成することにより、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。なお、非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２と疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９について、図９（ａ）に示すような構成をとることができる。以下に示す各実施形態においても同様である。
【００７９】
また、本実施形態に用いる光導波路としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。
【００８０】
（第８の実施形態：請求項１、２、４）
図１５は、本発明の光パラメトリック回路の第８の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、信号光波長と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００８１】
本実施形態の基本構成は第７の実施形態とほぼ同じであるが、ここでは非線形マッハツェンダ干渉計２４全体が石英基板６０上の光導波路で構成された点が異なる。すなわち、光合分波器２５，２６、光分散媒質として用いる石英光導波路６１〜６４、２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ導波路６５，６６がモノリシックに構成される。なお、石英光導波路６１〜６４は、信号光と励起光間で伝搬係数が大きく異なるので、光分散媒質として用いたものである。また、本構成では見かけ上、光分散媒質が光非線形媒質の入出力両端に合計４箇所配置されているが、入力側の石英光導波路６１，６２の長さの差、出力側の石英光導波路６３，６４の長さの差が、それそれ信号光と位相共役光（波長変換光）とを分離する光分散媒質として機能することになる。
【００８２】
疑似位相整合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ導波路６５，６６は、図１５（ｂ）に示すように、Ｇａ原子とＡｓ原子の配置が逆転した分極反転領域を導波路の長手方向に周期的に配置して構成される。このような導波路の製作プロセスは、例えば１９９９年のＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ誌 （Ｓｈｉｎｊｉ Ｋｏｈ ｅｔ ａｌ．，”ＧａＡｓ／Ｇｅ／ＧａＡｓ Ｓｕｂｌａｔｔｉｃｅ Ｒｅｖｅｒｓａｌ Ｅｐｉｔａｘｙ ｏｎ ＧａＡｓ （１００） ａｎｄ （１１１） Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｆｏｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｖｏｌ．３８， Ｌ５０８−Ｌ５１１， １９９９）に記載されている。この導波路構造により、励起光の閉じ込め効果を高め有効断面積を小さくするとともに、励起光と信号光間での位相整合が図られるように設計されている。
【００８３】
ここで、疑似位相整合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ導波路６５，６６の長さＬ_ｎ＝１ｍｍ、有効断面積Ａ＝１２．５μｍ^２、２次の非線形係数ｄ＝１×１０^−２１（ＭＫＳ）、屈折率３．５とすると、（４）式より変換パラメータη_ＰＤ′は、
η_ＰＤ′＝１．６×１０^−４（ｍＷ^−１ｃｍ^−２） …（２０）
となり、励起光パワーＰ_Ｐ＝５００ｍＷとすると、波長変換効率η_ＰＤは約２．７（１．４ｄＢ）となる。この場合には、波長変換のみならず、位相共役光の増幅も可能になっている。
【００８４】
次に、信号光と発生した位相共役光とを光パラメトリック回路の出力段で完全分離する鍵となる石英光導波路６１と６２（６３と６４）の長さの差Ｌ_ｄは、次のように計算される。石英光導波路の等価屈折率は、励起光波長λ_ｐ＝７７５ｎｍにおいてｎ（λ_ｐ）＝１．４５４、信号光波長λ_Ｓ＝１５５０ｎｍにおいてｎ（λ_Ｓ）＝１．４４４であるので、（１１）式より、

となり、Ｌ_ｄ＝３８．８μｍ（ただし、ｎ＝１とする）が信号光と位相共役光を完全分離する条件となる。したがって、石英光導波路６１と６２の長さの差および石英光導波路６３と６４の長さの差を３８．８μｍの整数倍に設定すれば、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００８５】
また、本実施形態も光分散媒質と光非線形媒質を集積化した構成となるので、光回路部品点数の削減によるコスト低減が可能となり、量産性にも優れたものとなる。
【００８６】
なお、光非線形媒質を構成する疑似位相整合光導波路としては、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体の他に、ＧａＮ系半導体、ＺｎＳＳｅ系半導体、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。また、基板材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ半導体を用いることができる。
【００８７】
（第９の実施形態）
第２の実施形態〜第８の実施形態の構成では、非線形マッハツェンダ干渉計２４の２つの光経路の光学長誤差を補償するために、２次の光非線形媒質に電圧を印加する電源３９（４７）を備え、さらに励起光パワーをモニタする受光器４０および制御回路４１を備え、制御回路４１の出力を電源３９（４７）にフィードバックする構成により、出力ポート２に位相共役光（波長変換光）が出力されるようにしている。第９の実施形態は、非線形ループミラー（非線形サニャック干渉計）を用いることにより、非線形マッハツェンダ干渉計における光学長誤差の補償を不要とするものである。
【００８８】
図１６は、本発明の光パラメトリック回路の第９の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、信号光波長と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００８９】
本実施形態の基本構成は第７の実施形態とほぼ同じであるが、非線形マッハツェンダ干渉計２４に代わり非線形ループミラー５４を用いた点が異なる。非線形ループミラー５４は、光合分波器２５の２つのポートを、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１と、２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８を介してループ状に接続した構成である。すなわち、右回りの光経路では、非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１と疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８が順に接続され、左回りの光経路では、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８と非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１が順に接続され、それぞれ非線形マッハツェンダ干渉計における２つの光経路に相当している。ただし、右回りおよび左回りの各成分は同一の光経路を通過するので、非線形マッハツェンダ干渉計のような２つの光経路における光学長誤差は無くなり、光学長の制御手段は不要となる。
【００９０】
２次の光非線形媒質として疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８を用いたことによる波長変換効率η_ＰＤは、第４の実施形態と同一条件で約１．６６（２．２ｄＢ）となる。この場合には、位相共役光の増幅も可能になっている。
【００９１】
また、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１の長さＬ_ｄは、第６の実施形態と同一条件で９．７μｍとなる。すなわち、光分散媒質として長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路を用いた光パラメトリック回路を構成することにより、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【００９２】
また、上記の構成において、光合分波器２５の２つの入力ポートに信号光と励起光をそれぞれ入力した場合には、出力ポート１に信号光が出力され、出力ポート２に位相共役光と励起光が出力される。この場合でも、波長変換光と励起光の波長差は大きいので、両者を容易に分離することができる。
【００９３】
なお、第７の実施形態の構成に限らず、他の実施形態においてもマッハツェンダ干渉計２４に代わり非線形ループミラー５４を用いた構成とすることができる。ただし、非線形ループミラー５４を用いた構成では、信号光および励起光の入出力ポートが同一になるので、出力された信号光および励起光を遮断する光アイソレータまたは光サーキュレータを用いる（図１６では省略）。
【００９４】
（第１０の実施形態：請求項１〜４）
図１７は、本発明の光パラメトリック回路の第１０の実施形態を示す。ここでは信号光の波長を１５５０ｎｍ、励起光はその２次の高調波に相当する７７５ｎｍとし、信号光波長と同じ波長１５５０ｎｍの位相共役光を出力させる構成例を示す。
【００９５】
図１７（ａ）に示す実施形態は、ＬｉＮｂＯ_３基板５３上に形成した偏波混合器５５，５６の間に、第７の実施形態の光学長制御系を含む非線形マッハツェンダ干渉計２４を２組配置した構成である。偏波混合器５５は、信号光および励起光をｐ偏光成分とｓ偏光成分に分離してそれぞれ非線形マッハツェンダ干渉計２４−１，２４−２に人力し、出力されるｐ偏光成分およびｓ偏光成分の位相共役光を偏波混合器５６で合成して出力する。これにより、入力信号光の偏波状態に関係なく、位相共役光を一定値で出力する偏波無依存型の光パラメトリック回路を構成することができる。
【００９６】
２次の光非線形媒質における波長変換効率η_ＰＤおよび光分散媒質の長さＬ_ｄについては、第７の実施形態と同様である。また、非線形マッハツェンダ干渉計２４−１，２４−２の代わりに、図１７（ｂ）に示すように第９の実施形態の非線形ループミラー５４を用いた構成としてもよい。
【００９７】
なお、本実施形態に用いる光導波路としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。
【００９８】
（第１１の実施形態：請求項１、２、４）
図１８は、本発明の光パラメトリック回路の第１１の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５４５ｎｍ、励起光の波長を１５５０ｎｍとし、波長１５５５ｎｍの波長変換光を出力させる構成例を示す。
【００９９】
本実施形態の基本構成は第７の実施形態とほぼ同じであるが、励起光波長が信号光の波長帯にある点と、２次の光非線形媒質中で波長１５５０ｎｍの励起光を一旦波長７７５ｎｍに変換し（光カスケーディング）、その後に第７の実施形態と同一過程により波長変換光を発生させる点が異なる。上記の実施形態では、信号光波長と励起光波長が大きく異なるので、両者を同時に光パラメトリック回路の基底導波路モードに結合させることが困難である。一方、光カスケーディングを用いる本実施形態の場合には、信号光波長と励起光波長が同一帯域なので、両者を光パラメトリック回路の基底導波路モードに結合させることが容易になる。
【０１００】
ただし、励起光の波長１５５０ｎｍを一旦ＳＨＧ過程により波長７７５ｎｍに変換する形態をとるので、同一の励起光パワーに対する変換効率が低下する。また、マッハツェンダ干渉計２４の光合分波器２５の前段に、光カスケーディングのための２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７を備える。すなわち、信号光と励起光の合波光を疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７に入力し、波長１５４５ｎｍの信号光と波長７７５ｎｍに変換した励起光を光合分波器２５に入力する。
【０１０１】
ここで、励起光パワーＰ_Ｐ＝１０００ｍＷ、波長１５５０ｎｍの励起光は、長さＬ_ｎ＝５ｃｍの疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７でパワー８００ｍＷ、波長７７５ｎｍの励起光に変換される。この励起光と信号光が光合分波器２５で２分岐され、一方の光経路では非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１を介して疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８に入力されて波長変換光を発生させる。他方の光経路では、励起光と信号光が疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４９に入力されて波長変換光を発生させ、さらに非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５２に入力される。そして、光合分波器２６で信号光および励起光と波長変換光が分離され、それぞれ異なる出力ポートに出力される。
【０１０２】
ここで、光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９の長さＬ_ｎ＝６ｃｍ、有効断面積Ａ＝５０μｍ^２、２次の非線形係数ｄ＝５×１０^−２３（ＭＫＳ）とすると、（１８）式より変換パラメータη_ＰＤ′は９．２×１０^−５（ｍＷ^−１ｃｍ^−２）となる。波長７７５ｎｍの励起光パワーＰ_Ｐ＝８００ｍＷとすると、波長変換効率η_ＰＤは、約０．３３（−４．８ｄＢ）となる。
【０１０３】
また、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２の長さＬ_ｄは、第６の実施形態と同一条件で９．７μｍとなる。すなわち、光分散媒質として長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路を用いた光パラメトリック回路を構成することにより、信号光と同一波長の位相共役光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【０１０４】
なお、本実施形態の光カスケーディングを用いた構成は、第１０の実施形態に示す２つの非線形マッハツェンダ干渉計を用いた偏波無依存型の光パラメトリック回路にも適用することができる。以下に示す実施形態においても同様である。
【０１０５】
また、本実施形態に用いる光導波路としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。
（第１２の実施形態：請求項１、２、４）
図１９は、本発明の光パラメトリック回路の第１２の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５４５ｎｍ、励起光の波長を１５５０ｎｍとし、波長１５５５ｎｍの波長変換光を出力させる構成例を示す。
【０１０６】
本実施形態の基本構成は第１１の実施形態とほぼ同じであるが、マッハツェンダ干渉計２４の２つの光経路の前段部に、光カスケーディングのための２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７，５８を備えた点が異なる。すなわち、光合分波器２５と光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１との間に疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７を配置し、光合分波器２５と２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４９との間に疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５８を配置する。なお、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４９，５８は、実質的に１本の導波路を形成する。
【０１０７】
ここで、励起光パワーＰ_Ｐ＝１０００ｍＷ、波長１５５０ｎｍの励起光は、光合分波器２５で２つの光経路に分岐され、長さＬ_ｎ＝５ｃｍの疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７，５８で総計パワー８００ｍＷ、波長７７５ｎｍの励起光に変換される。一方の光経路では、この励起光と信号光が非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１に入力され、さらに疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８に入力されて波長変換光を発生させる。他方の光経路では、励起光と信号光が疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４９に入力されて波長変換光を発生させ、さらに非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５２に入力される。そして、光合分波器２６で信号光および励起光と波長変換光が分離され、それぞれ異なる出力ポートに出力される。
【０１０８】
ここで、光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９における波長変換効率η_ＰＤ、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１，５２の長さＬ_ｄは第１１の実施形態と同様である。
【０１０９】
（第１２の実施形態の変形）
図２０は、第１２の実施形態における光分散媒質および２次の光非線形媒質の構成例１を示す。図２１は、第１２の実施形態における光分散媒質および２次の光非線形媒質の構成例２を示す。
【０１１０】
図において、光カスケーディングのための２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７，５８、波長変換光を発生させる２次の光非線形媒質となる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９は、分極反転領域５０と非分極反転領域７０で（４）式の非線形光学定数ｄの絶対値が一致し、符号のみが反転しているものとする。すなわち、分極反転領域５０と非分極反転領域７０の長さが一致し、分極反転周期の１／２とする。
【０１１１】
ここで、図２０および図２１（ａ）に示すように、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８，４９のそれそれの分極反転領域５０と非分極反転領域７０が交互になるように形成し、かつそれぞれの長さを９．７μｍとする。これにより、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８の最初の非分極反転領域７０を、一方の光分散媒質として用いる長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１とし、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４９の最後の非分極反転領域７０を、他方の光分散媒質として用いる長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５２とすることができる。すなわち、見かけ上、光分散媒質と光非線形媒質の区別がなくなる。
【０１１２】
なお、図２０は、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７，５８のそれぞれの分極反転領域５０と非分極反転領域７０の位置が重なるようにしたものであるが、図２１（ａ）に示すように、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７，５８についても、それそれの分極反転領域５０と非分極反転領域７０が交互になるように形成してもよい。
【０１１３】
また、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の構成において、疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７の最初の非分極反転領域７０を、一方の光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１としたものである。
【０１１４】
（第１３の実施形態）
図２２は、本発明の光パラメトリック回路の第１３の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５４５ｎｍ、励起光の波長を１５５０ｎｍとし、波長１５５５ｎｍの波長変換光を出力させる構成例を示す。
【０１１５】
本実施形態の基本構成は第９の実施形態とほぼ同じであるが、励起光波長が信号光の波長帯にある点と、２次の光非線形媒質中で波長１５５０ｎｍの励起光を一旦波長７７５ｎｍに変換し（光カスケーディング）、その後に第９の実施形態と同一過程により波長変換光を発生させる点が異なる。すなわち、非線形ループミラー５４の光合分波器２５の前段に、光カスケーディングのための２次の光非線形媒質として用いる疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７を備える。そして、信号光と励起光の合波光を疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５７に入力し、波長１５４５ｎｍの信号光と波長７７５ｎｍに変換した励起光を光合分波器２５に入力する。
【０１１６】
２次の光非線形媒質として疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８を用いたことによる波長変換効率η_ＰＤは、第４の実施形態と同一条件で約１．６６（２．２ｄＢ）となる。この場合には、波長変換光の増幅も可能になっている。
【０１１７】
また、光分散媒質として用いる非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路５１の長さＬ_ｄは、第６の実施形態と同一条件で９．７μｍとなる。すなわち、光分散媒質として長さ９．７μｍの非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路を用いた光パラメトリック回路を構成することにより、波長１５５５ｎｍの波長変換光を信号光と完全に分離して出力ポート２から出力させることができる。
【０１１８】
（第１４の実施形態：請求項１、２、４）
図２３は、本発明の光パラメトリック回路の第１４の実施形態を示す。ここでは、信号光の波長を１５４９．５ｎｍ、励起光の波長を１５４５ｎｍおよび１５５５ｎｍとし、波長１５５０．５ｎｍの波長変換光を出力させる構成例を示す。
【０１１９】
本実施形態の基本構成は第１２の実施形態とほぼ同じであるが、励起光として２波を用いる点と、２次の光非線形媒質中で波長１５４５，１５５５ｎｍの励起光を結合して一旦波長７７５ｎｍに変換する点が異なる（光カスケーディング）。その後に第１２の実施形態と同一過程により、波長１５５０．５ｎｍの波長変換光を発生させることができる。なお、励起光として信号光の波長を対称の中心とする波長を有する２波を用いた場合には、信号光波長と同一の波長を有する位相共役光を出力させることができる。
【０１２０】
また、本実施形態に用いる光導波路としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＰ（ＫＬｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＫＮｂＯ_３等の材料を用いることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光パラメトリック回路は、光分散媒質と２次の光非線形媒質を組み合わせた非線形マッハツェンダ干渉計または非線形ループミラーを用いることにより、信号光および励起光と波長変換光（または位相共役光）とを波長差に関係なく分離して取り出すことができる。これにより、従来の光パラメトリック波長変換で要求された入力信号光遮断用の光フィルタが不要になり、フィルタリングに必要であったガードバンドも不要になるので、与えられた波長空間を有効に利用することができる。
【０１２２】
さらに、位相共役光を発生させる場合においても、入力信号光と同一波長の位相共役光を発生させ、かつ両者を完全分離することができ、従来技術では不可能であった機能を実現することができる。これを光伝送システムに用いることにより、光ファイバ伝送で問題となっているファイバ非線形効果に起因した信号光スペクトル広がりを抑制できる。これにより、さらに伝送可能距離の延伸や通信品質の向上を図ることが可能となる。
【０１２３】
また、励起光パワーや光非線形媒質の長さ等を適当に設定することにより、入力信号光に対する波長変換光（または位相共役光）の光パラメトリック増幅を行うことができる。
【０１２４】
また、本発明の光パラメトリック回路は高速波長変換が可能であるので、光波長ルータの機能デバイスとしても利用可能である。
【０１２５】
本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光パラメトリック回路の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の光パラメトリック回路の第１の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の光パラメトリック回路の第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の光パラメトリック回路の第３の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の光パラメトリック回路の第４の実施形態を示す図である。
【図６】疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路の効果を説明するための図である。
【図７】本発明の光パラメトリック回路の第５の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の光パラメトリック回路の第６の実施形態を示す図である。
【図９】第６の実施形態における光分散媒質および２次の光非線形媒質の構成例を示す図である。
【図１０】第６の実施形態の変形１における問題点を説明するための図である。
【図１１】変調パタンを用いる方法を説明するための図である。
【図１２】３重の変調を加え８つの励起光波長帯で位相整合条件を満足できるようにした例を示す図である。
【図１３】第６の実施形態の変形２における疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路４８を示す図である。
【図１４】本発明の光パラメトリック回路の第７の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の光パラメトリック回路の第８の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の光パラメトリック回路の第９の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の光パラメトリック回路の第１０の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明の光パラメトリック回路の第１１の実施形態を示す図である。
【図１９】本発明の光パラメトリック回路の第１２の実施形態を示す図である。
【図２０】第１２の実施形態における光分散媒質および２次の光非線形媒質の構成例１を示す図である。
【図２１】第１２の実施形態における光分散媒質および２次の光非線形媒質の構成例２を示す図である。
【図２２】本発明の光パラメトリック回路の第１３の実施形態を示す図である。
【図２３】本発明の光パラメトリック回路の第１４の実施形態を示す図である。
【図２４】従来の波長変換素子の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＷＤＭカプラ
１１、１６ 光合分波器
１２、１５ 光分散媒質
１３、１４ ２次の光非線形媒質
２１ 半導体レーザ光源（ＬＤ）
２２ 電源
２３ ＷＤＭカプラ
２４ 非線形マッハツェンダ干渉計
２５、２６ 光合分波器
２７、２８ セレン化亜鉛
２９、３０ ＡＡＮＰ結晶
３１、３２ 反射ミラー
３３、３４ 合成サファイヤ
３５、３６ ＬｉＴａＯ_３結晶
３７、３８ 電極
３９ 電源
４０ 受光器
４１ 制御回路
４２、４３ フューズドシリカ
４４、４５ ＧａＡｌＡｓ半導体導波路
４６、４７ 電源
４８、４９ 疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路
５０ 分極反転領域
５１、５２ 非疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路
５３ ＬｉＮｂＯ_３基板
５４ 非線形ループミラー
５５、５６ 偏波混合器
５７、５８ 疑似位相整合ＬｉＮｂＯ_３導波路（光カスケーディング用）
６０ 石英基板
６１〜６４ 石英光導波路
６５、６６ 疑似位相整合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ導波路
７０ 非分極反転領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical parametric circuit that performs wavelength conversion of input signal light or generation of phase conjugate light using an optical parametric effect of an optical nonlinear medium, and also enables amplification of such light.
[0002]
[Prior art]
For wavelength conversion in recent years, an element has been developed that performs wavelength conversion without converting an optical signal into an electric signal, using light. Examples of such an element include a device using four-wave mixing of a semiconductor optical amplifier or an optical fiber, and a device using cross gain modulation or cross phase modulation of a semiconductor optical amplifier.
[0003]
In four-wave mixing using a semiconductor optical amplifier, as shown in FIG. 24A, a signal light and a pump light are input to a semiconductor optical amplifier 91 which is an optical nonlinear medium, and a signal is supplied to the optical frequency fp of the pump light. Wavelength-converted light (four-wave mixing light) having an optical frequency of 2 fp-fs, which is symmetric to the optical frequency fs of the light, is generated, and separated by the optical filter 92 from the signal light and the pump light to be extracted.
[0004]
In the cross gain modulation of the semiconductor optical amplifier, as shown in FIG. 24B, when signal light of a different wavelength λs is input to the semiconductor optical amplifier 93 in which the pump light of the wavelength λp is input and the gain is saturated, the signal is When the light intensity is high, the gain for the pump light wavelength λp decreases. As a result, the pumping light having the wavelength λp is output using the inverted logic of the signal light, separated by the optical filter 94 from the signal light having the wavelength λs, and output as wavelength-converted light.
In the cross-phase modulation of the semiconductor optical amplifier, as shown in FIG. 24C, the pump light of the wavelength λp is branched into two by the optical coupler 95-1 and input to the two semiconductor optical amplifiers 96-1 and 96-2. , The signal light having the wavelength λs is input to one semiconductor optical amplifier 96-1 from the opposite direction via the optical coupler 95-2, and the output light of the two semiconductor optical amplifiers 96-1 and 96-2 is input to the optical coupler 95-. 3 is a configuration for multiplexing. When the signal light is input to the semiconductor optical amplifier 96-1, the refractive index changes, and the phase of the passing pump light changes. Therefore, the phases of the respective pump lights extracted to the output terminals of the two semiconductor optical amplifiers 96-1 and 96-2 are different, and when the pump lights are coupled by the optical coupler 95-3, the phase change appears as an intensity change. Therefore, the pump light having the same wavelength λp as the signal light having the wavelength λs is output as the wavelength-converted light from the output end of the optical coupler 95-3.
[0005]
Any of the above configurations using a semiconductor optical amplifier has a limit in the response speed of the semiconductor element used, and processing a high-speed signal of 40 Gbit / s or more imposes a large technical difficulty and an economic burden.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
For such a problem, wavelength conversion using an optical parametric process in a second-order optical nonlinear medium has been studied. The second-order optical nonlinear medium has a high response speed and is capable of wavelength conversion of an ultra-high-speed optical signal of 100 Gbit / s or more. The wavelength conversion using the optical parametric process can be performed with a tertiary optical nonlinear medium. Generally, however, a secondary optical nonlinear medium has a larger nonlinear coefficient than a tertiary optical nonlinear medium, and has a short crystal length and a high nonlinearity. It is known that wavelength-converted light can be generated with high efficiency (Reference: MH cho, et al., IEEE Photonics Letter, 11, 653, 1999).
[0007]
It is said that the wavelength conversion by the optical parametric process generally has a higher conversion efficiency when a traveling-wave element is used, and a configuration in which the input signal light and the wavelength-converted light are output in the same direction is desirable. However, this configuration has a problem in that when the wavelength difference between the input signal light and the wavelength-converted light is small, it is practically impossible to separate them on the output side.
[0008]
The present invention provides an optical parametric circuit that realizes highly efficient traveling-wave parametric wavelength conversion and that can completely separate input signal light and generated wavelength-converted light (or phase conjugate light) even if the wavelength difference between them is close to each other. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide an optical parametric circuit that can generate a phase conjugate light having no wavelength shift from an input signal light and can completely separate the two.
[0009]
Further, the present invention provides an optical parametric circuit capable of performing optical amplification with a wavelength conversion (phase conjugate light generation) function of outputting wavelength converted light (or phase conjugate light) amplified with respect to an input signal light. With the goal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 shows a basic configuration of an optical parametric circuit according to the present invention.
[0011]
In the figure, the optical parametric circuit of the present invention is constituted by a nonlinear Mach-Zehnder interferometer having a light dispersion medium and a second-order optical nonlinear medium in two internal light paths. However, in the two optical paths, the order of the light dispersion medium and the second-order optical nonlinear medium is reversed.
[0012]
The signal light and the pump light are multiplexed by the WDM coupler 10, and the multiplexed light is input from one input port of the optical multiplexer / demultiplexer 11, and is branched into two optical paths. The multiplexed light branched to one optical path is first input to the light dispersion medium 12 and then to the second-order optical nonlinear medium 13. The multiplexed light branched to the other optical path is first input to the second-order optical nonlinear medium 14 and then to the optical dispersion medium 15. The wavelength converted light generated in the second-order optical nonlinear media 13 and 14, the signal light and the pump light passing through the two optical paths are multiplexed by the optical multiplexer / demultiplexer 16, and the signal light and the pump light are output to one output port. Is output, and the wavelength-converted light is output to the other output port. That is, even if the wavelength difference between the signal light and the wavelength-converted light is close to or zero, the signal light and the wavelength-converted light can be separated and output.
[0013]
The electric fields of the signal light and the pump light are Es and Ep, and the optical angular frequency is ω. _S , Ω _P Then, the output electric fields of the multiplexed light output from the optical multiplexer / demultiplexer 11 to the two optical paths are respectively
[0014]
(Equation 1)

It becomes. When the multiplexed light output to the one optical path is input to the light dispersion medium 12, the phase difference between the signal light and the pump light changes, and the output electric field becomes
[0015]
(Equation 2)

It becomes. Where β (ω _S ), Β (ω _P ) Is the optical angular frequency ω _S , Ω _P , The propagation constant of the light dispersion medium 12 at L _d Is the length of the light dispersion medium 12. When this is input to the second-order optical nonlinear medium 13, wavelength-converted light is generated. The output electric field of this wavelength-converted light is
[0016]
(Equation 3)

It becomes. Where η _PD Is the wavelength conversion efficiency (ω _P → ω _S ), And the optical angular frequency of the excitation light is ω _P (Rad / s), the optical angular frequency of the signal light is ω _S (Rad / s), the vacuum dielectric constant is ε ₀ (Fm ^-2 ), The speed of light is c (m / s), the refractive index of the optical nonlinear medium 13 is n, and the effective length is L. _n (M), the effective area is A (m ² ), The nonlinear optical constant is d (m / V), and the pump light power is P _P (W)
[0017]
(Equation 4)

It becomes. Note that η _PD 'Is a conversion parameter. The refractive index n of the secondary optical nonlinear medium 13 at each wavelength is assumed to be the same. Although the energies of the signal light and the pumping light are not changed here for simplicity, strictly speaking, the signal light is amplified and the pumping light is attenuated in an optical parametric process.
[0018]
On the other hand, the multiplexed light output from the optical multiplexer / demultiplexer 11 to the other optical path is first input to the secondary optical nonlinear medium 14, and generates wavelength-converted light. The output electric field of this wavelength-converted light is
[0019]
(Equation 5)

It becomes. Since this is input to the light dispersion medium 15, its output electric field is
[0020]
(Equation 6)

It becomes. Here, the material parameters of the light dispersion medium 15 are exactly the same as those of the light dispersion medium 12.
[0021]
In the optical multiplexer / demultiplexer 16, the output of the second-order optical nonlinear medium 13 (formula (3)) and the output of the optical dispersion medium 15 (formula (6)) are multiplexed. The output electric field of
[0022]
(Equation 7)

It becomes.
[0023]
That is, the signal light and the pump light are output to the output port 1, and the wavelength-converted light is output to the output port 1 and the output port 2, respectively. Here, the power of the wavelength-converted light output to each output port is
P ₁ = Η _PD | Es | ² [1 + cos ｛ ( β (ω _P ) -Β (ω _S ) -Β (ω _P −ω _S )) L _d ｝]… (9)
P ₂ = Η _PD | Es | ² [1-cos ｛ ( β (ω _P ) -Β (ω _S ) -Β (ω _P −ω _S )) L _d ｝]… (10)
It becomes. As can be seen from this equation, the output of the wavelength-converted light changes due to the phase shift given by the light dispersion media 12 and 15. For example, in the light dispersion media 12 and 15, n is an integer,
ΔβL _d = (Β (ω _P ) -Β (ω _S ) -Β (ω _P −ω _S )) L _d = (2n-1) π (11)
Is satisfied, 100% of the wavelength-converted light is output to the output port 2 different from the output port 1 of the signal light and the pump light, and complete separation from the input signal light is realized.
[0024]
This is true even when the wavelength of the converted wavelength light is exactly the same as the wavelength of the input signal light. However, the wavelength converted light in this case is a phase conjugate light having the same wavelength as the input signal light.
[0025]
Also, in equations (3) and (6), η _PD When >> 1, the wavelength-converted light (phase conjugate light) is amplified with respect to the input signal light, and the optical parametric circuit functions as an optical parametric amplifier.
[0026]
The above description is based on the configuration in which the signal light and the pump light are multiplexed and input from one input port of the optical multiplexer / demultiplexer 11 of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer. The signal light and the pump light may be respectively input from the two input ports. Even in this case, equation (11) is a condition for complete separation of the wavelength-converted light (phase conjugate light) and the input signal light. However, the pump light is output from the output port of the wavelength-converted light (phase conjugate light).
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment: Claims 1 and 2)
FIG. 2 shows a first embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, which is advantageous in optical transmission, the pump light is 775 nm, which is the second harmonic thereof, and the phase conjugate light having the same wavelength as the input signal light is 1550 nm.
[0028]
In the figure, a semiconductor laser light source (LD) 21 is driven by a power supply 22 and oscillates at a wavelength of 775 nm. The signal light and the pump light output from the semiconductor laser light source 21 are multiplexed by the WDM coupler 23 and input to the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24. The nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 has two optical paths between two-input two-output optical multiplexers / demultiplexers 25 and 26, and zinc selenide 27 and 28 as an optical dispersion medium and AANP as a second-order optical nonlinear medium. In this configuration, crystals 29 and 30 are inserted. The zinc selenide 27 and the AANP crystal 29 constitute one optical path, and the AANP crystal 30 and the zinc selenide 28 constitute the other optical path.
[0029]
In this configuration example, each component is optically coupled in a spatial system, and reflection mirrors 31 and 32 are provided in two optical paths. The effective optical length is the same in the spatial system so that the two optical paths have the same length, the AANP crystals 29 and 30 have the same length in the light propagation direction, and the zinc selenides 27 and 28 have the same length. Have the same length in the light propagation direction.
[0030]
Here, the length L of the AANP crystals 29 and 30 used as the optical nonlinear medium _n = 0.5 cm, effective area A = 500 μm ² , The second-order nonlinear coefficient d = 10 ^-22 (MKS), the conversion parameter η is obtained from the equation (4). _PD ′
η _PD '= 3.6 × 10 ^-5 (MW ^-1 cm ^-2 …… (12)
And the pump light power P _P = 1000 mW, wavelength conversion efficiency η _PD Is about 4.5 × 10 ^-3 (-23.5 dB).
[0031]
Next, the length L of zinc selenide 27, 28, which is a key to completely separate the signal light and the generated phase conjugate light at the output stage of the optical parametric circuit, _d Is calculated as follows: The refractive index of zinc selenide is determined by the excitation light wavelength λ. _p N = λ at 775 nm _p ) = 2.56, signal light wavelength λ _S N (λ at = 1550 nm _S ) = 2.47, this is substituted into the left side of equation (11), and the length L of zinc selenide equal to the value on the right side is obtained. _d Ask for. Where λ _P = 2πc / ω _P , Λ _S = 2πc / ω _S It is. From equation (11),

Therefore, L _d = 4.3 μm (where n = 1) is a condition for completely separating the signal light and the phase conjugate light. Therefore, by constructing an optical parametric circuit using a 4.3 μm long zinc selenide film as the light dispersion medium, phase conjugate light having the same wavelength as the signal light is completely separated from the signal light and output from the output port 2. Can be output.
[0032]
Further, in the above configuration, when the signal light and the pump light are respectively input to the two input ports of the optical multiplexer / demultiplexer 25, the signal light is output to the output port 1 and the phase conjugate light and the pump light are output to the output port 2. Light is output. Even in this case, since the wavelength difference between the phase conjugate light and the excitation light is large, both can be easily separated.
[0033]
As the optical parametric crystal constituting the optical nonlinear medium, in addition to the AANP crystal, an MMA polymer or DAN crystal of the same organic material, or an inorganic crystal LiNbO ₃ , LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc., GaN, ZnSSe, GaAs / GaAlAs semiconductor, AgGaSe ₂ , AgGaS can be used. Further, as the light dispersion medium, other than zinc selenide, materials such as fused silica, synthetic sapphire, artificial quartz, and ceramic glass having a small coefficient of thermal expansion may be used.
[0034]
(Second Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 3 shows a second embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, the wavelength of the signal light is set to two channels of 1545 nm and 1555 nm, the pump light is set to 775 nm corresponding to the second harmonic, and the wavelength of the signal light of channel 1 and the wavelength of the signal light of channel 2 are exchanged. Is shown.
[0035]
The basic configuration of this embodiment using a nonlinear Mach-Zehnder interferometer is almost the same as that of the first embodiment, except that synthetic sapphires 33 and 34 are used as light dispersion media, and LiTaO is used as a secondary optical nonlinear medium. ₃ The difference is that crystals 35 and 36 are used.
[0036]
Furthermore, in this embodiment, the LiTaO inserted into the second optical path of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 ₃ Electrodes 37 and 38 are deposited on both surfaces of the crystal 36, and the optical length is adjusted by applying a voltage from a power supply 39 (FIG. 3B). This is because the output ports of the signal light, the pump light, and the wavelength-converted light (phase conjugate light) may be switched due to the optical length error of the two optical paths of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24.
[0037]
Therefore, the photodetector 40 is connected to the output port 1 from which the signal light and the pump light are originally output, and the pump light is selectively monitored via a band-pass filter in the photodetector. To the control circuit 41. The control circuit 41 controls the power supply 39 so as to maximize the amount of excitation light received. This allows the output port 2 to output the wavelength-converted light. As described above, a robust system can be realized by providing the feedback system for adjusting the optical length with respect to the manufacturing error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24.
[0038]
Here, LiTaO used as an optical nonlinear medium ₃ Length L of crystals 35 and 36 _n = 0.5 cm, effective area A = 500 μm ² , Second-order nonlinear coefficient d = 2.5 × 10 ^-23 (MKS), the conversion parameter η is obtained from the equation (4). _PD ′
η _PD '= 4.7 × 10 ^-5 (MW ^-1 cm ^-2 ) (14)
And the pump light power P _P = 1000 mW, wavelength conversion efficiency η _PD Is about 5.125 × 10 ^-3 (-22.9d8).
[0039]
Next, the length L of the synthetic sapphire 33, 34, which is a key to completely separate the signal light and the generated wavelength-converted light at the output stage of the optical parametric circuit. _d Is calculated as follows: The index of refraction of synthetic sapphire is _p N = λ at 775 nm _p ) = 1.762, signal light wavelength λ _S N (λ at = 1550 nm _S ) = 1.746, this is substituted into the left side of the equation (11), and the length L of the synthetic sapphire which becomes equal to the value on the right side _d Ask for. From equation (11),

Therefore, L _d = 24.2 μm (where n = 1) is a condition for completely separating signal light and wavelength-converted light. Therefore, by configuring an optical parametric circuit using a synthetic sapphire having a length of 24.2 μm as a light dispersion medium, the wavelengths of the signal light of channel 1 having a wavelength of 1545 nm and the signal light of channel 2 having a wavelength of 1555 nm are exchanged. The wavelength converted light can be output from the output port 2 completely separated from the input signal light.
[0040]
Further, in the above configuration, when the signal light and the pump light are respectively inputted to the two input ports of the optical multiplexer / demultiplexer 25, the signal light is outputted to the output port 1 and the wavelength converted light is outputted to the output port 2. Excitation light is output. Therefore, the light receiver 40 for monitoring the pump light is connected to the output port 2 via the optical coupler or the optical demultiplexer. Even in this case, since the wavelength difference between the wavelength-converted light and the excitation light is large, both can be easily separated. The same applies to the embodiments described below.
[0041]
The optical parametric crystal constituting the optical nonlinear medium is LiTaO. ₃ LiNbO of the same inorganic crystal other than the crystal ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ AANP crystal of organic material, MMA polymer or DAN crystal, GaN, ZnSSe, GaAs / GaALAs semiconductor, AgGaSe ₂ , AgGaS can be used. As the light dispersion medium, other than synthetic sapphire, materials such as zinc selenide, fused silica, artificial quartz, and ceramic glass having a small coefficient of thermal expansion may be used.
[0042]
(Third Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 4 shows a third embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, which is advantageous in optical transmission, the pump light is 775 nm, which is the second harmonic thereof, and the phase conjugate light having the same wavelength as the input signal light is 1550 nm.
[0043]
The basic configuration of the present embodiment using a nonlinear Mach-Zehnder interferometer is almost the same as that of the first embodiment, except that fused silica 42, 43 is used as a light dispersion medium, and a GaAlAs semiconductor is used as a secondary optical nonlinear medium. The difference is that waveguides 44 and 45 are used. Power supplies 46 and 47 are connected to the GaAlAs semiconductor waveguides 44 and 45, respectively, and a current of 50 mA is injected.
[0044]
Further, the present embodiment includes a photodetector 40 for monitoring the excitation light power and a control circuit 41 in order to compensate for the optical length error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 as in the second embodiment. The output is fed back to the power supply 47. As a result, the phase conjugate light can be output to the output port 2, and a system that is robust against the manufacturing error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 can be realized.
[0045]
Here, the GaAlAs semiconductor waveguides 44 and 45 used as a secondary optical nonlinear medium have a waveguide structure. As a result, the effect of confining the pumping light is enhanced, the effective area is reduced, and the conversion efficiency is increased even with the same pumping light power. Its length L _n = 0.2 cm, effective area A = 50 μm ² , The second-order nonlinear coefficient d = 1.3 × 10 ^-21 (MKS), the conversion parameter η is obtained from the equation (4). _PD ′
η _PD '= 6.26 × 10 ^-2 (MW ^-1 cm ^-2 )… (16)
And the pump light power P _P = 100 mW, wavelength conversion efficiency η _PD Is about 1.25 × 10 ^-1 (−9.03 dB), and a considerably large conversion efficiency can be obtained even if the pumping light power is reduced by one digit compared to the second embodiment.
[0046]
Next, the length L of the fused silica 42, 43, which is a key to completely separate the signal light and the generated phase conjugate light at the output stage of the optical parametric circuit, _d Is calculated as follows: The refractive index of fused silica is determined by the excitation light wavelength λ. _p N = λ at 775 nm _p ) = 1.454, signal light wavelength λ _S N (λ at = 1550 nm _S ) = 1.444, so from equation (11):

Therefore, L _d = 38.8 μm (where n = 1) is a condition for completely separating the signal light and the phase conjugate light. Therefore, by constructing an optical parametric circuit using fused silica having a length of 38.8 μm as the light dispersion medium, the phase conjugate light having the same wavelength as the signal light is completely separated from the signal light and output from the output port 2. Can be done.
[0047]
In addition, as the optical waveguide used in the present embodiment, in addition to the GaAlAs semiconductor, a GaN-based semiconductor, a ZnSSe-based semiconductor, LiNbO ₃ , LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used. Further, in addition to fused silica (length 38.8 μm) as a light dispersion medium, zinc selenide (first embodiment: length 4.3 μm), synthetic sapphire (second embodiment: length 24. 2 μm), artificial quartz, ceramic glass having a small coefficient of thermal expansion, or the like.
[0048]
(Fourth Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1549 nm, the excitation light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and wavelength-converted light having a wavelength of 1551 nm is output.
[0049]
The basic configuration of this embodiment using a nonlinear Mach-Zehnder interferometer is almost the same as that of the first embodiment, but uses synthetic sapphire 33, 34 as a light dispersion medium, and quasi-phase matched LiNbO2 as a second-order optical nonlinear medium. ₃ The difference is that waveguides 48 and 49 are used. Quasi phase matching LiNbO ₃ The waveguides 48 and 49 are made of LiNbO, as shown in FIG. ₃ The domain-inverted regions 50 are formed at predetermined intervals by applying a voltage during manufacture to the substrate 53, and two LiNbOs are formed by diffusing titanium (Ti). ₃ A waveguide is formed. The waveguide structure is designed so as to enhance the confinement effect of the pump light, reduce the effective area, and achieve phase matching between the pump light and the signal light.
[0050]
In the third embodiment, the GaAlAs semiconductor waveguides 44 and 45 are used as the optical nonlinear medium. However, since the refractive indices at the wavelengths of the pump light and the signal light are significantly different, phase mismatch accumulates as shown in FIG. It is difficult to achieve phase matching as it is. This is LiNbO ₃ This is a general problem that occurs even when an inorganic crystal waveguide such as AANP or an organic crystal waveguide such as AANP is used. A periodic domain-inverted structure is generally used as a countermeasure, and LiNbO ₃ By inverting the polarization direction, accumulation of phase mismatch between the pump light and the signal light is suppressed, and the waveguide can be lengthened while maintaining the phase matching condition. As a result, it is possible to increase the conversion efficiency even with the same pump light power.
[0051]
Further, the present embodiment includes electrodes 37 and 38 for applying a voltage to a second-order optical nonlinear medium and a power supply 39 in order to compensate for the optical length error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 as in the second embodiment. Further, a photodetector 40 for monitoring the excitation light power and a control circuit 41 are provided, and the output of the control circuit 41 is fed back to the power supply 39. As a result, the wavelength-converted light can be output to the output port 2, and a system that is robust against the manufacturing error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 can be realized.
[0052]
Here, quasi-phase matched LiNbO used as an optical nonlinear medium ₃ Length L of waveguides 48 and 49 _n = 6cm, effective area A = 50μm ² , Second-order nonlinear coefficient d = 5 × 10 ^-23 (MKS), the conversion parameter η is obtained from the equation (4). _PD ′
η _PD '= 9.2 × 10 ^-5 (MW ^-1 cm ^-2 )… (18)
And the pump light power P _P = 1000 mW, wavelength conversion efficiency η _PD Is about 1.66 (2.2 dB). In this case, not only the wavelength conversion but also the amplification of the wavelength converted light is possible.
[0053]
Next, the length L of the synthetic sapphire 33, 34, which is a key to completely separate the signal light and the generated wavelength-converted light at the output stage of the optical parametric circuit. _d Is the same as in the second embodiment. That is, by configuring an optical parametric circuit using a synthetic sapphire having a length of 24.2 μm as the light dispersion medium, the wavelength-converted light can be completely separated from the signal light and output from the output port 2.
[0054]
The quasi-phase matching optical waveguide constituting the optical nonlinear medium is LiNbO. ₃ In addition, LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ And the like, or a GaAlAs-based semiconductor, a GaN-based semiconductor, or a ZnSSe-based semiconductor. As the light dispersion medium, other than synthetic sapphire, materials such as zinc selenide, fused silica, artificial quartz, and ceramic glass having a small coefficient of thermal expansion may be used.
[0055]
(Fifth Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, the pump light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and the phase conjugate light having the same wavelength as the input signal light is 1550 nm.
[0056]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the fourth embodiment, except that quasi-phase-matched LiNbO2 is used as a second-order optical nonlinear medium using fused silicas 42 and 43 as a light dispersion medium. ₃ The difference is that they are deposited on the input end face or the output end face of the waveguides 48 and 49 and are monolithically formed. The fused silicas 42 and 43 are deposited with the same thickness of 38.8 μm as that used as the light dispersion medium in the third embodiment. Thus, while having the same performance as that of the fourth embodiment, the cost can be reduced by reducing the number of optical circuit components, and the mass productivity is excellent.
[0057]
As the light dispersion medium used in the present embodiment, in addition to fused silica, a synthetic sapphire thin film, a quartz thin film, and a dielectric multilayer film in which several kinds of dielectric materials including glass materials having different refractive indexes are laminated are used. You may.
[0058]
(Sixth Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 8 shows a sixth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, the excitation light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and phase conjugate light having the same wavelength as the signal light wavelength of 1550 nm is output.
[0059]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the fourth embodiment, except that LiNbO ₃ Non-pseudo phase matching LiNbO as a light dispersion medium on a substrate 53 ₃ Waveguides 51 and 52 and quasi-phase matched LiNbO2 as a second-order optical nonlinear medium ₃ The difference is that the waveguides 48 and 49 are monolithically configured. As described in the fourth embodiment, ordinary LiNbO ₃ In the waveguide, the propagation coefficient differs greatly between the pump light and the signal light. In the present embodiment, this property is used as a light dispersion medium, and non-pseudo phase matching LiNbO ₃ These are used as the waveguides 51 and 52. As a result, the optical dispersion medium and the optical nonlinear medium can be integrated, the coupling loss and the like can be reduced as compared with the fourth embodiment, and the cost can be reduced by reducing the number of optical circuit components. Will also be excellent.
[0060]
Further, the present embodiment is provided with a power supply 39 for applying a voltage to a second-order optical nonlinear medium in order to compensate for an optical length error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24, as in the second embodiment. And a control circuit 41 for monitoring the output of the control circuit 41. The output of the control circuit 41 is fed back to the power supply 39. As a result, the wavelength-converted light can be output to the output port 2, and a system that is robust against the manufacturing error of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 can be realized.
[0061]
Quasi-phase matched LiNbO as a second-order optical nonlinear medium ₃ Wavelength conversion efficiency η by using waveguides 48 and 49 _PD Is about 1.66 (2.2 dB) under the same conditions as in the fourth embodiment. In this case, it is also possible to amplify the phase conjugate light.
[0062]
Next, non-pseudo phase matching LiNbO which is a key to completely separate the signal light and the generated phase conjugate light at the output stage of the optical parametric circuit ₃ Length L of waveguides 51 and 52 _d Is calculated as follows: Non-pseudo phase matching LiNbO ₃ The refractive indices of the waveguides 51 and 52 are determined by the excitation light wavelength λ. _p N = λ at 775 nm _p ) = 2.26, signal light wavelength λ _S N (λ at = 1550 nm _S ) = 2.22, so from equation (11):

Therefore, L _d = 9.7 μm (where n = 1) is a condition for completely separating the signal light and the phase conjugate light. Therefore, a non-pseudo phase matching LiNbO having a length of 9.7 μm is used as a light dispersion medium. ₃ By configuring the optical parametric circuit using the waveguide, the phase conjugate light having the same wavelength as the signal light can be completely separated from the signal light and output from the output port 2.
[0063]
The optical waveguide used in the present embodiment is LiNbO. ₃ In addition, LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used.
[0064]
(Modification 1 of Sixth Embodiment)
Quasi phase matching LiNbO ₃ LiNbO forming waveguides 48 and 49 ₃ In the substrate 53, as shown in FIG. 5B, the domain-inverted regions 50 are repeated at a predetermined cycle, and a non-domain-inverted region is formed between them. Here, quasi phase matching LiNbO ₃ The length of the non-polarized regions of the waveguides 48 and 49 and the non-quasi-phase-matched LiNbO ₃ Length L of waveguides 51 and 52 _d Are set to match, quasi-phase matching LiNbO ₃ One of the non-polarization-inverted regions of the waveguides 48 and 49 is made of a non-quasi phase-matched LiNbO ₃ It can be used as the waveguides 51 and 52.
[0065]
FIG. 9 shows a configuration example of a light dispersion medium and a second-order optical nonlinear medium in Modification 1 of the sixth embodiment. In the figure, quasi-phase-matched LiNbO 2 serving as a second-order optical nonlinear medium ₃ In the waveguides 48 and 49, it is assumed that the absolute value of the nonlinear optical constant d of the expression (4) is the same in the domain-inverted region 50 and the non-domain-inverted region 70, and only the sign is inverted. That is, the lengths of the domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 are equal to each other, and are set to の of the domain-inverted period.
[0066]
Here, as shown in FIG. 9A, the quasi-phase matched LiNbO ₃ The domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 of the waveguides 48 and 49 are formed alternately, and each has a length of 9.7 μm. Thereby, the quasi phase matching LiNbO ₃ The first non-polarization-inverted region 70 of the waveguide 48 is used as a non-pseudo phase-matched LiNbO ₃ Waveguide 51, quasi-phase matched LiNbO ₃ The last non-polarization-inverted region 70 of the waveguide 49 is used as a non-pseudo phase-matched LiNbO ₃ The waveguide 52 can be used. That is, apparently, there is no distinction between the light dispersion medium and the optical nonlinear medium.
[0067]
Further, as shown in FIG. 9B, the similar phase matching LiNbO ₃ LiNbO in which waveguides 48 and 49 are formed by being shifted by 1/2 of the polarization inversion period ₃ Pseudo phase matching LiNbO using substrate 53 ₃ The same is true even when the positions of the domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 of the waveguides 48 and 49 overlap each other.
[0068]
(Modification 2 of Sixth Embodiment)
According to the first modification of the sixth embodiment, quasi phase matching LiNbO ₃ One of the non-polarization-inverted regions of the waveguides 48 and 49 is made of a non-quasi phase-matched LiNbO ₃ Although there is an advantage that it can be used as the waveguides 51 and 52, the wavelength range of the excitation light in the 780 nm band, which satisfies the phase matching condition and can increase the conversion efficiency, is single and extremely narrow, and the excitation light wavelength or wavelength There is a problem that the conversion wavelength of the converted light cannot be selected.
[0069]
That is, the quasi-phase-matched LiNbO in which the portions of the nonlinear optical constants d and -d as shown in FIG. ₃ In the waveguide (polarized inversion waveguide), as shown in FIG. 10B, only one width of the excitation light that can increase the conversion efficiency appears, and is extremely narrow (about 1 nm).
[0070]
One method for solving this problem is to modulate the domain-inverted waveguide. By using this method, the phase matching condition can be satisfied in a plurality of pump light wavelength bands.
[0071]
For example, a modulation pattern shown in (1) is multiplied by a modulation pattern shown in (1) to a domain-inverted waveguide in which portions of d and -d are alternately arranged as shown in (2) of FIG. The polarization-inverted waveguide shown is obtained. When this domain-inverted waveguide is used, as shown in FIG. 11B, there are two wavelength ranges of the excitation light satisfying the phase matching condition. In this case, the excitation light can be selected from two wavelengths. Note that the term “multiply” means, for example, + 1 × d if the portion of the domain-inverted waveguide at the modulation pattern of +1 is d, and + 1 × (−d) if the portion is −d.
[0072]
In this embodiment, an example is shown in which the polarization inversion is triple-modulated as shown in FIG. 12A so that the phase matching condition can be satisfied in eight pump light wavelength bands. The respective modulation periods are 14 mm, 7 mm, and 3.5 mm. As a result, as shown in FIG. 12B, 772.2, 773.0, 773.8, 774.6, and 775. are spaced at 0.8 nm intervals around 775 nm corresponding to the second harmonic of 1550 nm. Phase matching wavelengths are formed at 4,776.2, 777.0, and 777.8 nm.
[0073]
Also in this case, the quasi phase matching LiNbO ₃ As shown in FIG. 13, the polarization inversions of the waveguides 48 and 49 are in an antiphase relationship with each other.
[0074]
With this configuration, the wavelength of the converted wavelength light can be changed by changing the wavelength of the excitation light. For example, by appropriately selecting the above pumping light for a signal light input of 1550 nm, the wavelength of the converted wavelength light can be selected in the range of 1515 nm to 1585 nm.
[0075]
(Seventh Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 14 shows a seventh embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, the excitation light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and phase conjugate light having the same wavelength as the signal light wavelength of 1550 nm is output.
[0076]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the sixth embodiment, but here, the entire nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 is made of LiNbO. ₃ The difference is that the optical waveguide is formed on the substrate 53. That is, the optical multiplexer / demultiplexers 25 and 26, non-pseudo phase matching LiNbO used as a light dispersion medium ₃ Quasi phase matching LiNbO used as waveguides 51, 52 and secondary optical nonlinear medium ₃ The waveguides 48 and 49 are monolithically configured. Thus, while having the same performance as the sixth embodiment, it is possible to further reduce the cost by reducing the number of optical circuit components, and it is also excellent in mass productivity.
[0077]
Quasi-phase matched LiNbO as a second-order optical nonlinear medium ₃ Wavelength conversion efficiency η by using waveguides 48 and 49 _PD Is about 1.66 (2.2 dB) under the same conditions as in the fourth embodiment. In this case, it is also possible to amplify the phase conjugate light.
[0078]
Also, non-quasi-phase matched LiNbO used as a light dispersion medium ₃ Length L of waveguides 51 and 52 _d Is 9.7 μm under the same conditions as in the sixth embodiment. That is, a non-pseudo phase matching LiNbO having a length of 9.7 μm is used as a light dispersion medium. ₃ By configuring the optical parametric circuit using the waveguide, the phase conjugate light having the same wavelength as the signal light can be completely separated from the signal light and output from the output port 2. Note that non-pseudo phase matching LiNbO ₃ Waveguides 51 and 52 and quasi-phase matched LiNbO ₃ The waveguides 48 and 49 can have a configuration as shown in FIG. The same applies to the following embodiments.
[0079]
The optical waveguide used in this embodiment is LiNbO. ₃ In addition, LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used.
[0080]
(Eighth Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 15 shows an eighth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, the excitation light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and phase conjugate light having the same wavelength as the signal light wavelength of 1550 nm is output.
[0081]
The basic configuration of the present embodiment is almost the same as that of the seventh embodiment, except that the entire nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 is constituted by an optical waveguide on a quartz substrate 60 here. That is, the optical multiplexer / demultiplexers 25 and 26, the quartz optical waveguides 61 to 64 used as the optical dispersion medium, and the quasi-phase matched GaAs / AlGaAs waveguides 65 and 66 used as the secondary optical nonlinear medium are monolithically configured. The quartz optical waveguides 61 to 64 are used as a light dispersion medium because the propagation coefficients of signal light and pump light are greatly different from each other. Further, in this configuration, apparently, the optical dispersion medium is arranged at a total of four places at both the input and output ends of the optical nonlinear medium, but the difference in length between the input-side quartz optical waveguides 61 and 62 and the output-side quartz optical waveguide. The difference in length between 63 and 64 functions as a light dispersion medium for separating signal light and phase conjugate light (wavelength-converted light).
[0082]
As shown in FIG. 15B, the quasi phase matching GaAs / AlGaAs waveguides 65 and 66 are configured by periodically arranging domain-inverted regions in which the arrangement of Ga atoms and As atoms is reversed in the longitudinal direction of the waveguide. Is done. The manufacturing process of such a waveguide is described in, for example, the Journal of Applied Physics, 1999, Shinji Kohh et al., “GaAs / Ge / GaAs Substitutes Reservation of Essential Electronics 100%. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38, L508-L511, 1999). The waveguide structure is designed so as to enhance the confinement effect of the pump light, reduce the effective area, and achieve phase matching between the pump light and the signal light.
[0083]
Here, the length L of the quasi-phase matched GaAs / AlGaAs waveguides 65 and 66 _n = 1 mm, effective area A = 12.5 μm ² , Second-order nonlinear coefficient d = 1 × 10 ^-21 (MKS) and a refractive index of 3.5, the conversion parameter η is obtained from the equation (4). _PD ′
η _PD '= 1.6 × 10 ^-4 (MW ^-1 cm ^-2 …… (20)
And the pump light power P _P = 500 mW, wavelength conversion efficiency η _PD Is about 2.7 (1.4 dB). In this case, not only wavelength conversion but also amplification of phase conjugate light is possible.
[0084]
Next, a difference L between the lengths of the quartz optical waveguides 61 and 62 (63 and 64), which is a key to completely separate the signal light and the generated phase conjugate light at the output stage of the optical parametric circuit. _d Is calculated as follows: The equivalent refractive index of the quartz optical waveguide is the excitation light wavelength λ. _p N = λ at 775 nm _p ) = 1.454, signal light wavelength λ _S N (λ at = 1550 nm _S ) = 1.444, so from equation (11):

And L _d = 38.8 μm (where n = 1) is a condition for completely separating the signal light and the phase conjugate light. Therefore, if the difference between the lengths of the quartz optical waveguides 61 and 62 and the difference between the lengths of the quartz optical waveguides 63 and 64 are set to an integral multiple of 38.8 μm, the phase conjugate light having the same wavelength as the signal light is converted to the signal light. The output can be completely separated from the output port 2.
[0085]
In addition, the present embodiment also has a configuration in which the light dispersion medium and the optical nonlinear medium are integrated, so that the cost can be reduced by reducing the number of optical circuit components, and mass productivity is excellent.
[0086]
The quasi-phase-matched optical waveguide constituting the optical nonlinear medium includes a GaN-based semiconductor, a ZnSSe-based semiconductor, and a LiNbO3 semiconductor in addition to a GaAs / AlGaAs semiconductor. ₃ , LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used. Further, as a substrate material, a Si, Ge, GaN, or ZnSe semiconductor can be used.
[0087]
(Ninth embodiment)
In the configurations of the second to eighth embodiments, in order to compensate for the optical length error of the two optical paths of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24, the power supply 39 (47) for applying a voltage to the secondary optical nonlinear medium. ), And further includes a photodetector 40 and a control circuit 41 for monitoring the power of the excitation light, and the output of the control circuit 41 is fed back to the power supply 39 (47). Is output. In the ninth embodiment, the use of a nonlinear loop mirror (nonlinear Sagnac interferometer) makes it unnecessary to compensate for an optical length error in a nonlinear Mach-Zehnder interferometer.
[0088]
FIG. 16 shows a ninth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, the excitation light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and phase conjugate light having the same wavelength as the signal light wavelength of 1550 nm is output.
[0089]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the seventh embodiment, except that a nonlinear loop mirror 54 is used instead of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24. The non-linear loop mirror 54 uses the two ports of the optical multiplexer / demultiplexer 25 as non-pseudo phase matching LiNbO ₃ Waveguide 51 and quasi-phase matched LiNbO used as a second-order optical nonlinear medium ₃ The configuration is such that they are connected in a loop via a waveguide 48. That is, in the clockwise optical path, the non-pseudo phase matching LiNbO ₃ Waveguide 51 and quasi-phase matched LiNbO ₃ The waveguides 48 are connected in order, and the quasi-phase matched LiNbO ₃ Waveguide 48 and non-quasi-phase matched LiNbO ₃ The waveguides 51 are connected in order and each correspond to two optical paths in the nonlinear Mach-Zehnder interferometer. However, since the clockwise and counterclockwise components pass through the same optical path, there is no optical length error in the two optical paths such as the nonlinear Mach-Zehnder interferometer, and the optical length control means becomes unnecessary.
[0090]
Quasi-phase matched LiNbO as a second-order optical nonlinear medium ₃ Wavelength conversion efficiency η due to use of waveguide 48 _PD Is about 1.66 (2.2 dB) under the same conditions as in the fourth embodiment. In this case, it is also possible to amplify the phase conjugate light.
[0091]
Also, non-quasi-phase matched LiNbO used as a light dispersion medium ₃ Length L of waveguide 51 _d Is 9.7 μm under the same conditions as in the sixth embodiment. That is, a non-pseudo phase matching LiNbO having a length of 9.7 μm is used as a light dispersion medium. ₃ By configuring the optical parametric circuit using the waveguide, the phase conjugate light having the same wavelength as the signal light can be completely separated from the signal light and output from the output port 2.
[0092]
Further, in the above configuration, when the signal light and the pump light are respectively input to the two input ports of the optical multiplexer / demultiplexer 25, the signal light is output to the output port 1 and the phase conjugate light and the pump light are output to the output port 2. Light is output. Even in this case, since the wavelength difference between the wavelength-converted light and the excitation light is large, both can be easily separated.
[0093]
It should be noted that the configuration is not limited to the configuration of the seventh embodiment, and a configuration using a non-linear loop mirror 54 instead of the Mach-Zehnder interferometer 24 in other embodiments is also possible. However, in the configuration using the non-linear loop mirror 54, since the input and output ports of the signal light and the pump light are the same, an optical isolator or an optical circulator that blocks the output signal light and the pump light is used (omitted in FIG. 16). ).
[0094]
(Tenth Embodiment: Claims 1 to 4)
FIG. 17 shows a tenth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1550 nm, the pump light is 775 nm corresponding to the second harmonic thereof, and phase conjugate light having the same wavelength as the signal light wavelength of 1550 nm is output.
[0095]
The embodiment shown in FIG. ₃ In this configuration, two sets of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer 24 including the optical length control system of the seventh embodiment are arranged between the polarization mixers 55 and 56 formed on the substrate 53. The polarization mixer 55 separates the signal light and the pump light into a p-polarized light component and an s-polarized light component, and inputs the p-polarized light component and the s-polarized light component to the nonlinear Mach-Zehnder interferometers 24-1 and 24-2, respectively. Are combined by the polarization mixer 56 and output. This makes it possible to configure a polarization-independent optical parametric circuit that outputs phase conjugate light at a constant value regardless of the polarization state of the input signal light.
[0096]
Wavelength conversion efficiency η in a second-order optical nonlinear medium _PD And the length L of the light dispersion medium _d Is the same as in the seventh embodiment. Further, instead of the nonlinear Mach-Zehnder interferometers 24-1 and 24-2, a configuration using the nonlinear loop mirror 54 of the ninth embodiment as shown in FIG.
[0097]
The optical waveguide used in the present embodiment is LiNbO. ₃ In addition, LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used.
[0098]
(Eleventh embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 18 shows an eleventh embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1545 nm, the wavelength of the pump light is 1550 nm, and wavelength-converted light having a wavelength of 1555 nm is output.
[0099]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the seventh embodiment, except that the pumping light wavelength is in the wavelength band of the signal light, and that the pumping light having the wavelength of 1550 nm is temporarily converted to the wavelength of 775 nm in the secondary optical nonlinear medium. (Optical cascading), and then the wavelength conversion light is generated by the same process as in the seventh embodiment. In the above embodiment, since the wavelength of the signal light and the wavelength of the pump light are significantly different, it is difficult to couple the two at the same time to the base waveguide mode of the optical parametric circuit. On the other hand, in the case of the present embodiment using optical cascading, since the signal light wavelength and the pumping light wavelength are in the same band, it is easy to couple them to the base waveguide mode of the optical parametric circuit.
[0100]
However, since the wavelength of the pump light of 1550 nm is temporarily converted to the wavelength of 775 nm by the SHG process, the conversion efficiency for the same pump light power is reduced. A quasi-phase-matched LiNbO used as a second-order optical nonlinear medium for optical cascading is provided before the optical multiplexer / demultiplexer 25 of the Mach-Zehnder interferometer 24. ₃ A waveguide 57 is provided. That is, the multiplexed light of the signal light and the pump light is quasi-phase-matched LiNbO ₃ The signal light having a wavelength of 1545 nm and the pump light converted to a wavelength of 775 nm are input to the waveguide 57 and input to the optical multiplexer / demultiplexer 25.
[0101]
Here, the pump light power P _P = 1000 mW, excitation light having a wavelength of 1550 nm has a length L _n = 5 cm quasi-phase matched LiNbO ₃ The light is converted into excitation light having a power of 800 mW and a wavelength of 775 nm in the waveguide 57. The pump light and the signal light are split into two by the optical multiplexer / demultiplexer 25, and one of the optical paths is not quasi-phase matched LiNbO. ₃ Quasi phase matching LiNbO via waveguide 51 ₃ The light is input to the waveguide 48 to generate wavelength-converted light. In the other optical path, the pump light and the signal light are quasi-phase matched LiNbO ₃ Wavelength-converted light is generated by being input to the waveguide 49, and furthermore, non-quasi-phase matched LiNbO ₃ The signal is input to the waveguide 52. Then, the signal light, the pump light, and the wavelength-converted light are separated by the optical multiplexer / demultiplexer 26 and output to different output ports.
[0102]
Here, quasi-phase matched LiNbO used as an optical nonlinear medium ₃ Length L of waveguides 48 and 49 _n = 6cm, effective area A = 50μm ² , Second-order nonlinear coefficient d = 5 × 10 ^-23 (MKS), the conversion parameter η is obtained from the equation (18). _PD 'Is 9.2 × 10 ^-5 (MW ^-1 cm ^-2 ). Excitation light power P of wavelength 775 nm _P = 800 mW, wavelength conversion efficiency η _PD Is about 0.33 (−4.8 dB).
[0103]
Also, non-quasi-phase matched LiNbO used as a light dispersion medium ₃ Length L of waveguides 51 and 52 _d Is 9.7 μm under the same conditions as in the sixth embodiment. That is, a non-pseudo phase matching LiNbO having a length of 9.7 μm is used as a light dispersion medium. ₃ By configuring the optical parametric circuit using the waveguide, the phase conjugate light having the same wavelength as the signal light can be completely separated from the signal light and output from the output port 2.
[0104]
The configuration using optical cascading according to the present embodiment can be applied to a polarization independent optical parametric circuit using two nonlinear Mach-Zehnder interferometers described in the tenth embodiment. The same applies to the embodiments described below.
[0105]
The optical waveguide used in this embodiment is LiNbO. ₃ In addition, LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used.
(Twelfth Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 19 shows a twelfth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1545 nm, the wavelength of the pump light is 1550 nm, and wavelength-converted light having a wavelength of 1555 nm is output.
[0106]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the eleventh embodiment except that the quasi-phase matching used as a second-order optical nonlinear medium for optical cascading is provided at the front stage of the two optical paths of the Mach-Zehnder interferometer 24. LiNbO ₃ The difference is that waveguides 57 and 58 are provided. That is, the optical multiplexing / demultiplexing device 25 and the non-pseudo phase matching LiNbO ₃ Quasi-phase matching LiNbO between waveguide 51 ₃ A waveguide 57 is arranged, and a quasi-phase matched LiNbO used as an optical multiplexer / demultiplexer 25 and a second-order optical nonlinear medium. ₃ Quasi phase matching LiNbO between waveguide 49 ₃ A waveguide 58 is arranged. Note that the quasi-phase matched LiNbO ₃ The waveguides 49 and 58 form substantially one waveguide.
[0107]
Here, the pump light power P _P = 1000 mW, a pump light having a wavelength of 1550 nm is split into two optical paths by an optical multiplexer / demultiplexer 25 and has a length L. _n = 5 cm quasi-phase matched LiNbO ₃ The waveguides 57 and 58 convert the light into excitation light having a total power of 800 mW and a wavelength of 775 nm. In one optical path, the pump light and the signal light are not quasi-phase matched LiNbO ₃ Input to the waveguide 51, and further quasi-phase matched LiNbO ₃ The light is input to the waveguide 48 to generate wavelength-converted light. In the other optical path, the pump light and the signal light are quasi-phase matched LiNbO ₃ Wavelength-converted light is generated by being input to the waveguide 49, and furthermore, non-quasi-phase matched LiNbO ₃ The signal is input to the waveguide 52. Then, the signal light, the pump light, and the wavelength-converted light are separated by the optical multiplexer / demultiplexer 26 and output to different output ports.
[0108]
Here, quasi-phase matched LiNbO used as an optical nonlinear medium ₃ Wavelength conversion efficiency η in waveguides 48 and 49 _PD , Non-pseudo phase matching LiNbO used as a light dispersion medium ₃ Length L of waveguides 51 and 52 _d Are the same as in the eleventh embodiment.
[0109]
(Modification of the twelfth embodiment)
FIG. 20 shows a configuration example 1 of the light dispersion medium and the second-order optical nonlinear medium in the twelfth embodiment. FIG. 21 shows a configuration example 2 of the light dispersion medium and the second-order optical nonlinear medium in the twelfth embodiment.
[0110]
In the figure, quasi-phase matched LiNbO used as a second-order optical nonlinear medium for optical cascading ₃ Waveguides 57 and 58, quasi-phase matched LiNbO2 serving as a second-order optical nonlinear medium for generating wavelength-converted light ₃ In the waveguides 48 and 49, it is assumed that the absolute value of the nonlinear optical constant d of the expression (4) is the same in the domain-inverted region 50 and the non-domain-inverted region 70, and only the sign is inverted. That is, the lengths of the domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 are equal to each other, and are set to の of the domain-inverted period.
[0111]
Here, as shown in FIGS. 20 and 21A, the quasi-phase matched LiNbO ₃ The domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 of the waveguides 48 and 49 are formed so as to be alternated, and each has a length of 9.7 μm. Thereby, the quasi phase matching LiNbO ₃ The first non-polarization inversion region 70 of the waveguide 48 is used as one light dispersion medium, and the non-pseudo phase matching LiNbO of 9.7 μm length is used. ₃ Waveguide 51, quasi-phase matched LiNbO ₃ A non-pseudo phase-matched LiNbO 9.7 μm long used as the last non-polarization inversion region 70 of the waveguide 49 as the other light dispersion medium. ₃ The waveguide 52 can be used. That is, apparently, there is no distinction between the light dispersion medium and the optical nonlinear medium.
[0112]
FIG. 20 shows the quasi-phase matched LiNbO ₃ Although the positions of the domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 of the waveguides 57 and 58 overlap each other, as shown in FIG. ₃ The waveguides 57 and 58 may be formed such that the domain-inverted regions 50 and the non-domain-inverted regions 70 are alternately arranged.
[0113]
FIG. 21B shows a quasi-phase matched LiNbO 2 in the configuration of FIG. 21A. ₃ Non-pseudo phase matching LiNbO using the first non-polarization inversion region 70 of the waveguide 57 as one light dispersion medium ₃ This is a waveguide 51.
[0114]
(Thirteenth embodiment)
FIG. 22 shows a thirteenth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1545 nm, the wavelength of the pump light is 1550 nm, and wavelength-converted light having a wavelength of 1555 nm is output.
[0115]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the ninth embodiment, except that the pumping light wavelength is in the wavelength band of the signal light, and that the pumping light having the wavelength of 1550 nm is temporarily converted to 775 nm in the secondary optical nonlinear medium. (Optical cascading) and then generate wavelength-converted light by the same process as in the ninth embodiment. That is, a quasi-phase matched LiNbO used as a second-order optical nonlinear medium for optical cascading is provided before the optical multiplexer / demultiplexer 25 of the nonlinear loop mirror 54. ₃ A waveguide 57 is provided. The multiplexed light of the signal light and the pump light is quasi-phase matched LiNbO ₃ The signal light having a wavelength of 1545 nm and the pump light converted to a wavelength of 775 nm are input to the waveguide 57 and input to the optical multiplexer / demultiplexer 25.
[0116]
Quasi-phase matched LiNbO as a second-order optical nonlinear medium ₃ Wavelength conversion efficiency η due to use of waveguide 48 _PD Is about 1.66 (2.2 dB) under the same conditions as in the fourth embodiment. In this case, amplification of the wavelength-converted light is also possible.
[0117]
Also, non-quasi-phase matched LiNbO used as a light dispersion medium ₃ Length L of waveguide 51 _d Is 9.7 μm under the same conditions as in the sixth embodiment. That is, a non-pseudo phase matching LiNbO having a length of 9.7 μm is used as a light dispersion medium. ₃ By configuring an optical parametric circuit using a waveguide, wavelength-converted light having a wavelength of 1555 nm can be completely separated from signal light and output from the output port 2.
[0118]
(Fourteenth Embodiment: Claims 1, 2, and 4)
FIG. 23 shows a fourteenth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention. Here, a configuration example is shown in which the wavelength of the signal light is 1549.5 nm, the wavelengths of the pump light are 1545 nm and 1555 nm, and wavelength-converted light having a wavelength of 1550.5 nm is output.
[0119]
The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the twelfth embodiment, except that two waves are used as the excitation light, and that the excitation light having the wavelength of 1545 nm and 1555 nm is coupled in the second-order optical nonlinear medium, and the wavelength is once changed. The difference is that the wavelength is converted to 775 nm (optical cascading). Thereafter, wavelength conversion light having a wavelength of 1550.5 nm can be generated by the same process as in the twelfth embodiment. When two waves having a wavelength centered on the wavelength of the signal light are used as the pump light, phase conjugate light having the same wavelength as the signal light wavelength can be output.
[0120]
The optical waveguide used in this embodiment is LiNbO. ₃ In addition, LiTaO ₃ , KTP (KLiOPO) ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), KNbO ₃ Etc. can be used.
[0121]
【The invention's effect】
As described above, the optical parametric circuit of the present invention uses the nonlinear Mach-Zehnder interferometer or the nonlinear loop mirror in which the optical dispersion medium and the secondary optical nonlinear medium are combined, so that the signal light, the pump light, and the wavelength-converted light ( Or phase conjugate light) can be separated and extracted regardless of the wavelength difference. This eliminates the need for an optical filter for blocking the input signal light required in the conventional optical parametric wavelength conversion, and also eliminates the need for a guard band required for filtering, thereby effectively utilizing a given wavelength space. be able to.
[0122]
Furthermore, even when generating phase conjugate light, phase conjugate light having the same wavelength as the input signal light can be generated and both can be completely separated, realizing a function that was impossible with the prior art. it can. By using this in an optical transmission system, it is possible to suppress the signal light spectrum spread caused by the fiber nonlinear effect, which is a problem in optical fiber transmission. As a result, it is possible to further extend the transmittable distance and improve the communication quality.
[0123]
Also, by appropriately setting the pump light power, the length of the optical nonlinear medium, and the like, it is possible to perform optical parametric amplification of the wavelength-converted light (or phase conjugate light) with respect to the input signal light.
[0124]
Further, since the optical parametric circuit of the present invention can perform high-speed wavelength conversion, it can also be used as a functional device of an optical wavelength router.
[0125]
The present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously modified and applied within the scope of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a third embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 6: Quasi phase matching LiNbO ₃ It is a figure for explaining an effect of a waveguide.
FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a light dispersion medium and a second-order optical nonlinear medium in a sixth embodiment.
FIG. 10 is a diagram for describing a problem in a first modification of the sixth embodiment;
FIG. 11 is a diagram for explaining a method using a modulation pattern.
FIG. 12 is a diagram showing an example in which triple modulation is applied to satisfy the phase matching condition in eight pump light wavelength bands.
FIG. 13 is a quasi-phase matched LiNbO according to a second modification of the sixth embodiment; ₃ FIG. 4 is a diagram illustrating a waveguide 48.
FIG. 14 is a diagram showing a seventh embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating an optical parametric circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a ninth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a tenth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing an eleventh embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a twelfth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example 1 of a light dispersion medium and a second-order optical nonlinear medium in a twelfth embodiment.
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration example 2 of the light dispersion medium and the second-order optical nonlinear medium in the twelfth embodiment.
FIG. 22 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the optical parametric circuit of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing a basic configuration of a conventional wavelength conversion element.
[Explanation of symbols]
10 WDM coupler
11, 16 Optical multiplexer / demultiplexer
12,15 Light dispersion medium
13,14 Second-order optical nonlinear medium
21 Semiconductor laser light source (LD)
22 power supply
23 WDM coupler
24 Nonlinear Mach-Zehnder Interferometer
25, 26 Optical multiplexer / demultiplexer
27,28 Zinc selenide
29, 30 AANP crystal
31, 32 reflection mirror
33, 34 Synthetic sapphire
35, 36 LiTaO ₃ crystal
37, 38 electrodes
39 power supply
40 receiver
41 Control circuit
42, 43 fused silica
44, 45 GaAlAs semiconductor waveguide
46, 47 power supply
48, 49 Quasi phase matching LiNbO ₃ Waveguide
50 domain-inverted region
51, 52 Non-pseudo phase matching LiNbO ₃ Waveguide
53 LiNbO ₃ substrate
54 Nonlinear Loop Mirror
55, 56 polarization mixer
57, 58 Quasi phase matching LiNbO ₃ Waveguide (for optical cascading)
60 quartz substrate
61-64 quartz optical waveguide
65, 66 Quasi-phase matched GaAs / AlGaAs waveguide
70 Non-polarized region

Claims (5)

A first optical path connecting the two output ports of the two-input two-output first optical multiplexer / demultiplexer and the two input ports of the two-input two-output second optical multiplexer / demultiplexer; Has an optical path,
Each of the first optical path and the second optical path includes a light dispersion medium and a second-order optical nonlinear medium;
The order of the arrangement of the light dispersion medium and the second-order optical nonlinear medium in the first optical path and the order of the arrangement of the light dispersion medium and the second-order optical nonlinear medium in the second optical path are reversed. An optical parametric circuit characterized by the following. Each of the two optical paths connects the two output ports of the two-input two-output first optical multiplexer / demultiplexer and the two input ports of the second two-input two-output second optical multiplexer / demultiplexer, respectively. A nonlinear Mach-Zehnder interferometer in which a medium and a second-order optical nonlinear medium are inserted,
In one optical path between the first optical multiplexer / demultiplexer and the second optical multiplexer / demultiplexer, a first secondary nonlinear optical medium is inserted after the first optical dispersion medium, and the other. A second light dispersion medium is inserted next to the second second-order optical nonlinear medium in the optical path, and
The multiplexed light of the signal light and the pump light is input from one input port of the first optical multiplexer / demultiplexer, and the signal light and the pump light are output from one output port of the second optical multiplexer / demultiplexer. An optical parametric circuit having a configuration for outputting wavelength-converted light or phase conjugate light for an input signal light from an output port of the optical parametric circuit. The optical parametric circuit according to claim 2,
Signal light and pump light are respectively input from two input ports of the first optical multiplexer / demultiplexer, signal light is output from one output port of the second optical multiplexer / demultiplexer, and input from the other output port. An optical parametric circuit having a configuration for outputting wavelength conversion light or phase conjugate light and excitation light for signal light. In the optical parametric circuit according to claim 2 or 3,
Means for controlling the effective optical length of at least one of the optical paths of the nonlinear Mach-Zehnder interferometer, wherein the second optical multiplexer / demultiplexer transmits the first and second second-order optical nonlinear media. When the interference condition of two signal lights and the interference condition of two wavelength-converted lights or phase conjugate lights generated in the first and second second-order optical nonlinear media are (2n-1) when n is an integer. An optical parametric circuit, wherein the optical parametric circuit is configured to perform control so as to differ by π. The optical parametric circuit according to any one of claims 2 to 4,
An optical parametric circuit comprising an excitation light source that generates excitation light input to the nonlinear Mach-Zehnder interferometer or the nonlinear loop mirror.

Images