JP4692016B2

JP4692016B2 - 光波長変換装置

Info

Publication number: JP4692016B2
Application number: JP2005045947A
Authority: JP
Inventors: 雅也納富; 聡三木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: JP2006234965A

Description

本発明は、光波長変換装置に関し、光の波長を光信号のまま波長変換する光波長変換装置に関する。

従来、光の波長を光信号のまま波長変換するためには、物質中の分極が高強度の光に対して示す非線形性を用いていた。例えば２次の非線形性を持つ物質に強い光を入射し、特定の位相整合条件を成立させることによって、第２高調波発生や光パラメトリック変換などの光学過程が起こり、結果として入射光と異なる波長が生成されることはよく知られており、様々な分野で応用されている。同様に、３次の非線形性を持つ物質に対しては、第３高調波発生や４光波混合などの光学過程を用いて光波長を変換させることが可能である（例えば非特許文献１参照）。
鈴木安弘、鳥羽弘、全光波長変換デバイスの開発動向、ＮＴＴＲ＆Ｄ、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ９、ｐｐ．６９３−６９８、２００２年Ｍ．Ｎｏｔｏｍｉ，Ｋ．Ｙａｍａｄａ，Ｊ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｃ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｉ．Ｙｏｋｏｈａｍａ，"ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＬａｒｇｅＧｒｏｕｐＶｅｌｏｃｉｔｙＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆＬｉｎｅ−ＤｅｆｅｃｔＷａｖｅｇｕｉｄｅｓｉｎＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＳｌａｂｓ"，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８７，２５３９０２（２００１）

物質の光非線形性は非常に小さいため、上記の従来技術により光の波長を変換する場合には、非常に強い光強度及び長い相互作用長を必要とした。従って、微弱光を小さな体積中で波長変換することは容易ではなかった。例えば光子一個レベルの光を波長変換することは従来技術では不可能であるという問題があった。そこで、このような物質の非線形分極を用いた波長変換過程を用いずに、光の波長を光信号のまま波長変換できる装置が要望されている。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、微弱光を光信号のまま波長変換することができる光波長変換装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、信号光を保持する光共振器と、
前記光共振器に信号光が保持されている期間に、前記光共振器への制御光の照射又は入射、もしくは、前記光共振器の構造を変位させて、前記光共振器の屈折率または実効的屈折率を変化させる屈折率変化手段を有し、
前記光共振器に保持した前記信号光を、前記光共振器の屈折率または実効的屈折率の変化後の値によって決まる波長変化量だけ波長を変化させて前記光共振器から出力することにより、光共振器の屈折率の変化により共鳴波長が変化し、共鳴波長の変化に応じて出力光の波長が変化し、微弱光を光信号のまま波長変換することができる。

請求項２に記載の発明は、信号光を通過させる、フォトニック結晶に構成された導波路と、
前記導波路に信号光が滞在している期間に、前記導波路への制御光の照射又は入射、もしくは、前記導波路の構造を変位させて、前記導波路の屈折率または実効的屈折率を変化させる屈折率変化手段を有し、
前記導波路に滞在した前記信号光を、前記導波路の屈折率または実効的屈折率の変化後の値によって決まる波長変化量だけ波長を変化させて前記導波路から出力することにより、導波路の屈折率の変化に応じて出力光の波長が変化する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、フォトニック結晶に構成されることにより、高いＱ、かつ、小さな体積で光を保持することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、リング型光共振器である。

請求項５に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、前記制御光の吸収で生じるキャリアプラズマ効果によって前記屈折率を変化させる。

請求項６に記載の発明は、請求項２記載の光波長変換装置において、
前記導波路は、前記制御光の吸収で生じるキャリアプラズマ効果によって前記屈折率を変化させる。

本発明によれば、非線形分極を示す物質を用いる必要がなく、微弱光を光信号のまま波長変換することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第１実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコン（Ｓｉ）のスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。

ここで、三角格子状の空気穴１４の結晶配位方向であるΓＫ軸は隣接する２つ空気穴の中心を結ぶ方向であり、三角格子の３辺がΓＫ軸に対応する。また、ΓＭ軸は、隣接する２つ空気穴の中心を結ぶ直線（ΓＫ軸）に直交し、最短の空気穴の中心に向かう方向である。

入力用導波路１６と出力用導波路１８はフォトニック結晶の空気穴１４をΓＫ軸に重なるＸ軸方向に除去して構成されており、導波路１６の延長線上に導波路１８が配置されている。導波路１６，１８間には光共振器２０が配置されている。

光共振器２０は、Ｘ軸方向に延在する３点欠陥（３つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を３点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器２０は例えば１．５０μｍに共鳴波長を持ち、導波路１６，１８それぞれに結合している。

この光共振器２０の共鳴波長に合致した入力光を入力光源１で発生して入力用導波路１６から入射すると、一定時間後入力した光は光共振器２０内に蓄積される。光が蓄積されている状態で、シリコンで光吸収が起こる波長の制御光（例えば０．５μｍの波長の光）を制御光源２で発生して光共振器２０部分にスラブ１２に垂直方向（Ｚ軸方向）から照射し、光吸収によって生じるキャリアプラズマ効果によって光共振器２０部分の屈折率を、光共振器２０の共鳴波長が１％長くなる分だけ変化させる。ここで、キャリアプラズマ効果とは、材料中に光吸収により自由キャリヤ（電子または正孔）が生成されると、キャリヤ密度に応じて屈折率が変化する現象である。

すると、光共振器２０内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して１．５６５５μｍに波長変換される。蓄積された光は光共振器のＱ値で決まるレートで最終的には出力用導波路１８に放出され、１．５６５５μｍに波長変換された光が出射される。

ところで、光カー効果を示す媒質中（例えばＧａＡｓ）を極短パルスを伝播させると、屈折率が高速に時間変化することによって光パルスの波長分布が変化する現象（自己位相変調効果）が従来から知られているが、その場合の波長分布の変化は屈折率の時間変化によって引き起こされており、波長の変化の大きさは屈折率の時間変化の大きさに依存している。

これに対し、キャリアプラズマ効果を用いる本実施形態における波長変換の度合い、即ち波長変化量は、変化後の屈折率の値によって決まっており、屈折率の時間変化の速さに依存しない。このため、変化後の屈折率の値によって波長変化量を正確に決定できる。

＜第２実施形態＞
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第２実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、スラブ３０は低屈折率材料のクラッド３２で形成され、クラッド３２内になし地で示す高屈折率材料のコアにより入出力用導波路３４及びリング型光共振器３６を形成している。導波路３４はＸ軸方向に延在しており、リング型光共振器３６は導波路３４に近接して配置されている。

このリング型光共振器３６の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して入出力用導波路３４から入射すると、一定時間後入力した光はリング型光共振器３６内に蓄積される。光が蓄積されている状態で、コアで光吸収が起こる波長の制御光を制御光源２で発生してリング型光共振器３６部分にスラブ３０に垂直方向（Ｚ軸方向）から照射し、光吸収によって生じるキャリアプラズマ効果によってリング型光共振器３６部分の屈折率を、リング型光共振器３６の共鳴波長が長くなるように変化させる。

これにより、リング型光共振器３６内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して長くなる方向に波長変換される。蓄積された光はリング型光共振器３６のＱ値で決まるレートで最終的には入出力用導波路３４に放出される。

＜第１実施形態の変形例＞
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第１実施形態の変形例の平面図、側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図３において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

光共振器２０は、Ｘ軸方向に延在する３点欠陥のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を３点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器２０は導波路１６，１８それぞれに結合している。

この光共振器２０の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して入力用導波路１６から入射すると、一定時間後入力した光は光共振器２０内に蓄積される。光が蓄積されている状態で、シリコンで光吸収が起こる波長の制御光を制御光源２で発生して入力用導波路１６から入射し、光吸収により生じるキャリアプラズマ効果によって光共振器２０部分の屈折率を変化させ、光共振器２０の共鳴波長を長くなるように変化させる。

このように、制御光を入力用導波路１６から入射しても光波長変換の効果は同様である。また、制御光を入力光と別の導波路を用いて入射する構成であっても同様の効果が得られる。

＜第２実施形態の変形例＞
図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第２実施形態の変形例の平面図、側面図を示す。同図中、スラブ３０は低屈折率材料のクラッド３２で形成され、クラッド３２内になし地で示す高屈折率材料のコアにより入出力用導波路３４及びリング型光共振器３６を形成している。入出力用導波路３４はＸ軸方向に延在しており、リング型光共振器３６は入出力用導波路３４に近接して配置されている。

このリング型光共振器３６の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して入出力用導波路３４から入射すると、一定時間後入力した光はリング型光共振器３６内に蓄積される。光が蓄積されている状態で、コアで光吸収が起こる波長の制御光を制御光源２で発生して入出力用導波路３４から入射し、光吸収によって生じるキャリアプラズマ効果によってリング型光共振器３６部分の屈折率を、リング型光共振器３６の共鳴波長が長くなるように変化させる。

すると、リング型光共振器３６内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して長くなる方向に波長変換される。蓄積された光はリング型光共振器３６のＱ値で決まるレートで最終的には入出力用導波路３４に放出される。

このように、制御光を入出力用導波路３４から入射しても光波長変換の効果は同様である。また、制御光を入力光と別の導波路を用いて入射する構成であっても同様の効果が得られる。

＜第３実施形態＞
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第３実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図３において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

フォトニック結晶１０には、光共振器２０が構成されている。光共振器２０は、Ｘ軸方向に延在する３点欠陥のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を３点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして形成されている。光共振器２０は導波路１６，１８それぞれに結合している。

この光共振器２０の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して光共振器２０部分にスラブ１２に垂直方向（Ｚ軸方向）から入射すると、一定時間後入力した光は光共振器２０内に蓄積される。光が蓄積されている状態で、シリコンで光吸収が起こる波長の制御光を制御光源２で発生して光共振器２０部分にＺ軸方向から入射し、光吸収によって生じるキャリアプラズマ効果によって光共振器２０部分の屈折率を変化させ、光共振器２０の共鳴波長を長くなるように変化させる。これにより、光共振器２０内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して波長変換され、光共振器２０からＺ軸方向に出射される。

このように、入力光及び制御光を光共振器２０部分にスラブ１２に垂直方向（Ｚ軸方向）から入射しても光波長変換の効果は同様である。

＜第４実施形態＞
上記実施形態では光を蓄積する装置として光共振器を用いたが、導波路のみを用いても動作は可能である。

図６（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第４実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図６において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

入出力用導波路１９は、フォトニック結晶の空気穴１４をΓＫ軸に重なるＸ軸方向に除去して構成されている。

まず、ある波長の光パルスを入力光源３で発生して入出力用導波路１９に入力し、この光パルスが入出力用導波路１９内に滞在している間に、シリコンで光吸収が起こる波長の光パルスを制御光源２で発生して入出力用導波路１９全体に照射し、光吸収により生じるキャリアプラズマ効果によって入出力用導波路１９全体の屈折率を変化させる。これによって、波長変換された光が入出力用導波路１９から出射される。

光共振器を用いた場合には、波長変換される光の波長が光共振器の共鳴波長に合致している必要があったが、導波路を用いた場合には、導波路を通過できる波長であればいかなる波長でも波長変換が可能である。

ただし、導波路を光パルスが出て行ってしまう前に、屈折率を変化させなければならないため、群速度の遅い導波路が有利であり、そのために群速度を容易に遅くできるフォトニック結晶導波路を用い、波長変換される光の波長として導波路のモードギャップ近傍の波長を用いることにより、より容易にこの効果が実現できる（非特許文献２参照）。

この実施形態でも第１実施形態の場合と同様に他の手段による屈折率変化を用いた場合、他の材料、他の構造のフォトニック結晶を用いた場合、光を導波路内に直接発生させる場合、導波路としてフォトニック結晶導波路以外の導波路を用いた場合にも同様の効果が期待される。

なお、第１、第３、第４実施形態ではシリコンによる２次元フォトニック結晶を用いているが、他の材料を用いたフォトニック結晶や、３次元フォトニック結晶など他のタイプのフォトニック結晶を用いても同様の効果が得られる。

また、第２実施形態では、光共振器としてリング型光共振器を用いたが、他のファブリーペロー光共振器等のどのような光共振器を用いても同様の効果が得られる。

なお、第１〜第４実施形態では、シリコン（Ｓｉ）等の材料中に光吸収により自由キャリヤが生成されるとキャリヤ密度に応じて屈折率が変化する現象であるキャリアプラズマ効果による屈折率変化を用いているが、第１〜第４実施形態でスラブ１２，３０としてガリウム・砒素化合物（ＧａＡｓ）等の材料を用い、ガリウム・砒素化合物等の材料中に光が存在すると光強度に比例する形で屈折率が変化する現象である光カー効果による屈折率変化を用いても良く、上記実施形態に限定されるものではない。

更に、ポッケルス効果などの電圧印加によって屈折率を動的に変化させる方法や、電流を流すことによって屈折率を変化させる方法、圧力を加えることによって屈折率を変化させる方法、その他の屈折率を変化させるどの方法を用いても同様の効果が得られる。

また、上記実施形態では、外部で発生した入力光を光共振器内に入れる場合についてのみ述べたが、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンスなどの原理を用いて、光共振器内に直接入力光を発生させ、しかるのちに屈折率を動的に変化させて波長を変換することも可能である。

＜第５実施形態＞
上記の第１〜第３実施形態では、屈折率を変化させることによって光共振器の共鳴波長を変化させたが、光共振器の構造そのものを時間変化させることによっても同様の効果が起こる。

図７（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第５実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図７において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

ここで、フォトニック結晶１０は、Ｘ軸上で光共振器２０の中央位置においてＸ軸と直交する平面（ＹＺ平面：Ｙ軸とＺ軸を含む平面）で切断され、第１部分１０ａと第２部分１０ｂに２分されている。第１部分１０ａは図示しない基台部に固定され、第２部分１０ｂは微少変位装置４０に固定されている。

微少変位装置４０は、第２部分１０ｂを第１部分１０ａに当接させた状態からＸ軸方向右側に微少変位させて第２部分１０ｂを第１部分１０ａから離間させ、かつ、第２部分１０ｂを逆方向に微少変位させて第１部分１０ａに当接させるよう駆動する。

光共振器２０は、第２部分１０ｂと第１部分１０ａの離間距離によって共鳴波長を変化させる。光共振器２０に閉じこめられた光のモードは、実際には媒質（シリコン）と空気の両方にまたがって存在するため、光共振器２０に閉じこめられた光のモードが平均的に感じる屈折率は媒質の屈折率と異なる。この光共振器２０に閉じこめられた光のモードが平均的に感じる屈折率を実効的屈折率と呼び、光共振器２０の共鳴波長はこの実効的屈折率によって決まる。

第２部分１０ｂを第１部分１０ａに当接させて、光共振器２０の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して入力用導波路１６から一定時間入射して光共振器２０内に光を蓄積した状態で、微少変位装置４０により第２部分１０ｂを第１部分１０ａから１０ｎｍ程度離間させる。これにより、実効的屈折率が変化して光共振器２０の共鳴波長が変化し、光共振器２０内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して波長変換される。

＜第５実施形態の変形例＞
光共振器の構造変化によって共鳴波長を変化させる他の方法は図７の実施形態に限らない。基本的に光共振器の幾何学的構造を変えるいかなる方法でも共鳴波長を変化させる方法として利用できる。

図８（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第５実施形態の第１変形例の平面図、側面図を示す。同図中、図７と同一部分には同一符号を付す。図８において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

ここで、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第３部分１０ｃと第４部分１０ｄに２分されている。第３部分１０ｃは図示しない基台部に固定され、第４部分１０ｄは微少変位装置４２に固定されている。

微少変位装置４２は、第４部分１０ｄを第３部分１０ｃに当接させた状態からＺ軸方向上側に微少変位させて第４部分１０ｄを第３部分１０ｃから離間させ、かつ、第４部分１０ｄを逆方向に微少変位させて第３部分１０ｃに当接させるよう駆動する。

光共振器２０の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して入力用導波路１６から一定時間入射して光共振器２０内に光を蓄積した状態で、微少変位装置４２により第４部分１０ｄを第３部分１０ｃから離間させる。これにより、実効的屈折率が変化して光共振器２０の共鳴波長が変化し、光共振器２０内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して波長変換される。

図９（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第５実施形態の第２変形例の平面図、側面図を示す。同図中、図７と同一部分には同一符号を付す。図９において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

ここで、フォトニック結晶１０は、Ｙ軸上で導波路１６，１８と光共振器２０の中央位置においてＹ軸と直交する平面（ＸＺ平面）で切断され、第５部分１０ｅと第６部分１０ｆに２分されている。第５部分１０ｅは図示しない基台部に固定され、第６部分１０ｆは微少変位装置４４に固定されている。

微少変位装置４４は、第６部分１０ｆを第５部分１０ｅに当接させた状態からＹ軸方向上側に微少変位させて第６部分１０ｆを第５部分１０ｅから離間させ、かつ、第６部分１０ｆを逆方向に微少変位させて第５部分１０ｅに当接させるよう駆動する。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光波長変換装置の第５実施形態の第３変形例の平面図、側面図を示す。同図中、図８と同一部分には同一符号を付す。図１０において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。

ここで、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第３部分１０ｃと第４部分１０ｄに２分されており、第３部分１０ｃと第４部分１０ｄの間には圧電性媒質４６が挿入されている。

圧電性媒質４６は、例えば電圧を印加すると体積が増加して第４部分１０ｄと第３部分１０ｃの離間距離を増加させ、かつ、電圧の印加を停止すると第４部分１０ｄと第３部分１０ｃの離間距離を減少させる。

圧電性媒質４６に電圧を印加しない状態で、光共振器２０の共鳴波長に合致した光を入力光源１で発生して入力用導波路１６から一定時間入射して光共振器２０内に光を蓄積する。光共振器２０内に光を蓄積した状態で、圧電性媒質４６に電圧を印加して第４部分１０ｄと第３部分１０ｃの離間距離を増加させる。これにより、実効的屈折率が変化して光共振器２０の共鳴波長が変化し、光共振器２０内に蓄積された光の波長は共鳴波長の変化に追随して波長変換される。

上記の第５実施形態では、フォトニック結晶１０を用いた光共振器の場合について述べたが、第１実施形態と同様に他の材料、他の構造によるフォトニック結晶を用いた場合、光を光共振器内に直接発生させる場合、フォトニック結晶光共振器以外の光共振器を用いた場合にも適用でき、同様の効果が得られる。

＜第６実施形態＞
第４実施形態では、導波路の屈折率を変化させることによって波長を変化させたが、導波路の構造そのものを時間変化させることによっても同様の効果が起こる。

この場合の構成は、図７、図８、図９、図１０それぞれにおいて、入力用導波路１６と出力用導波路１８の間のフォトニック結晶１０の空気穴１４をＸ軸方向に全て除去し（光共振器２０を構成しない）単一の入出力用導波路１９とした構成であるため、ここでは図示しない。

図７（Ａ），（Ｂ）で、導波路１６，１８と光共振器２０の代りに入出力用導波路１９を構成した実施形態について説明する。第２部分１０ｂを第１部分１０ａに当接させて、ある波長の光パルスを入出力用導波路１９に入力し、この光パルスが入出力用導波路１９内に滞在している間に、微少変位装置４０により第２部分１０ｂを第１部分１０ａから１０ｎｍ程度離間させる。これにより、入出力用導波路１９全体の実効的屈折率が変化し、波長変換された光が入出力用導波路１９から出射される。

図８（Ａ），（Ｂ）で、導波路１６，１８と光共振器２０の代りに入出力用導波路１９を構成した実施形態について説明する。第４部分１０ｄを第３部分１０ｃに当接させて、ある波長の光パルスを入出力用導波路１９に入力し、この光パルスが入出力用導波路１９内に滞在している間に、微少変位装置４２により第４部分１０ｄを第３部分１０ｃから離間させる。これにより、入出力用導波路１９全体の実効的屈折率が変化し、波長変換された光が入出力用導波路１９から出射される。

図９（Ａ），（Ｂ）で、導波路１６，１８と光共振器２０の代りに入出力用導波路１９を構成した実施形態について説明する。第４部分１０ｄを第３部分１０ｃに当接させて、ある波長の光パルスを入出力用導波路１９に入力し、この光パルスが入出力用導波路１９内に滞在している間に、微少変位装置４２により第４部分１０ｄを第３部分１０ｃから離間させる。これにより、入出力用導波路１９全体の実効的屈折率が変化し、波長変換された光が入出力用導波路１９から出射される。

導波路の幾何学的構造を変えるどの方法も、実効的屈折率を変化させる方法として利用できる。第６実施形態では、フォトニック結晶１０を用いた導波路の場合について述べたが、第４実施形態と同様に、他の材料、他の構造によるフォトニック結晶を用いた場合や、フォトルミネッセンス等により入力光を導波路内に直接発生させる場合や、フォトニック結晶導波路以外の導波路を用いた場合にも同様の効果が得られる。

なお、光共振器２０，リング型光共振器３６，入出力用導波路１９が請求項記載の光保持手段に相当し、制御光源２，微少変位装置４０，４２，４４，圧電性媒質４６が屈折率変化手段に相当する。

本発明の光波長変換装置の第１実施形態の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第２実施形態の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第１実施形態の変形例の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第２実施形態の変形例の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第３実施形態の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第４実施形態の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第５実施形態の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第５実施形態の第１変形例の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第５実施形態の第２変形例の平面図、側面図である。本発明の光波長変換装置の第５実施形態の第３変形例の平面図、側面図である。

符号の説明

１，３入力光源
２制御光源
１０フォトニック結晶
１２，３０スラブ
１４空気穴
１６入力用導波路
１８出力用導波路
１９，３４入出力用導波路
２０光共振器
３６リング型光共振器
４０，４２，４４微少変位装置
４６圧電性媒質

Claims

信号光を保持する光共振器と、
前記光共振器に信号光が保持されている期間に、前記光共振器への制御光の照射又は入射、もしくは、前記光共振器の構造を変位させて、前記光共振器の屈折率または実効的屈折率を変化させる屈折率変化手段を有し、
前記光共振器に保持した前記信号光を、前記光共振器の屈折率または実効的屈折率の変化後の値によって決まる波長変化量だけ波長を変化させて前記光共振器から出力することを特徴とする光波長変換装置。
信号光を通過させる、フォトニック結晶に構成された導波路と、
前記導波路に信号光が滞在している期間に、前記導波路への制御光の照射又は入射、もしくは、前記導波路の構造を変位させて、前記導波路の屈折率または実効的屈折率を変化させる屈折率変化手段を有し、
前記導波路に滞在した前記信号光を、前記導波路の屈折率または実効的屈折率の変化後の値によって決まる波長変化量だけ波長を変化させて前記導波路から出力することを特徴とする光波長変換装置。
請求項１記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、フォトニック結晶に構成されたことを特徴とする光波長変換装置。
請求項１記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、リング型光共振器であることを特徴とする光波長変換装置。
請求項１、３、４のいずれか１項記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、前記制御光の吸収で生じるキャリアプラズマ効果によって前記屈折率を変化させることを特徴とする光波長変換装置。
請求項２記載の光波長変換装置において、
前記導波路は、前記制御光の吸収で生じるキャリアプラズマ効果によって前記屈折率を変化させることを特徴とする光波長変換装置。
請求項１、３、４のいずれか１項記載の光波長変換装置において、
前記光共振器は、前記制御光により生じる光カー効果によって前記屈折率を変化させることを特徴とする光波長変換装置。
請求項２記載の光波長変換装置において、
前記導波路は、前記制御光により生じる光カー効果によって前記屈折率を変化させることを特徴とする光波長変換装置。