JPH07281216A - Optical frequency conversion element - Google Patents

Optical frequency conversion element

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JPH07281216A
JPH07281216A JP17526594A JP17526594A JPH07281216A JP H07281216 A JPH07281216 A JP H07281216A JP 17526594 A JP17526594 A JP 17526594A JP 17526594 A JP17526594 A JP 17526594A JP H07281216 A JPH07281216 A JP H07281216A
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optical
light
frequency
frequency conversion
conversion element
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長青 徐
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Masato Kawahara
正人 川原
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Abstract

PURPOSE:To obtain frequency conversion light of light intensity sufficient for practicable use of a conversion element of a signal light frequency using a semiconductor laser by omitting an operation for optical axis alignment, etc., for inputting pumping light to this semiconductor laser. CONSTITUTION:An optical resonator 10 of the Fabry-Perot resonator type semiconductor laser is provided with a grating 12 for phase matching. The pumping light is laser oscillated by this optical resonator 10 and signal light is inputted to the optical resonator 10. The signal light subjected to a frequency conversion is (frequency conversion light) is formed by differential frequency mixing of the pumping light and the input signal light. The phase matching between the pumping light, the signal light and the conversion light is executed by providing the above element with the grating 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザを利用
して構成した光周波数変換素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency conversion device constructed by using a semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、非線形光学媒質として半導体
レーザを用いる光周波数変換方法が提案されている。例
えば四光波混合による方法や特開平2−68528号公
報に開示されている方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical frequency conversion method using a semiconductor laser as a nonlinear optical medium has been proposed. For example, there is a method using four-wave mixing and a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-68528.

【0003】四光波混合では、半導体レーザの光共振器
に発振閾値以下の電流を注入して光共振器内で光を増幅
させる。これにより、周波数変換の効率を高める。これ
と共に周波数F1 の信号光及び周波数F2 のポンプ光
(F1 <F2 )を光共振器外部の光源でそれぞれ個別に
生成し、これら光を光共振器内に入力する。これら光を
入力すると光共振器内の電子キャリア数が周波数F2
1 で振動し、この振動により、入力信号光及びポンプ
光が変調される。その結果、周波数F1 −(F2−F
1 )及びF2 +(F2 −F1 )の周波数変換光が生じ
る。
In four-wave mixing, a current below an oscillation threshold is injected into an optical resonator of a semiconductor laser to amplify light in the optical resonator. This improves the efficiency of frequency conversion. At the same time, signal light of frequency F 1 and pump light of frequency F 2 (F 1 <F 2 ) are individually generated by the light sources outside the optical resonator, and these lights are input into the optical resonator. When these lights are input, the number of electron carriers in the optical resonator becomes frequency F 2
It vibrates at F 1 , and the input signal light and the pump light are modulated by this vibration. As a result, the frequency F 1 − (F 2 −F
1 ) and F 2 + (F 2 −F 1 ) frequency converted light is generated.

【0004】半導体レーザを光周波数変換素子として用
いる場合は、通常、光共振器端面に反射防止膜を設け、
これにより光共振器の共振特性をなくすと共に光増幅可
能な周波数帯域を広げる。
When a semiconductor laser is used as an optical frequency conversion element, an antireflection film is usually provided on the end face of the optical resonator,
This eliminates the resonance characteristics of the optical resonator and widens the frequency band in which optical amplification is possible.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の光周波数変換では、信号光及びポンプ光の光源を
それぞれ個別に光共振器外部に設け、これら光源で生成
した光をそれぞれ、光共振器を構成する活性層内に入力
する。従って信号光及びポンプ光の双方を活性層へ入力
させるように、光軸を合わせさらに光ビームを絞る作業
を行なう必要がある。ところが活性層断面積は一般に数
μm2 程度の非常に微小な面積であるので、これら信号
光及びポンプ光の双方を活性層へ入力する作業は大変な
作業となる。
However, in the above-mentioned conventional optical frequency conversion, the light sources of the signal light and the pump light are individually provided outside the optical resonator, and the light generated by these light sources is supplied to the optical resonator. Input into the constituent active layers. Therefore, it is necessary to align the optical axes and further narrow the light beam so that both the signal light and the pump light are input to the active layer. However, since the cross-sectional area of the active layer is generally a very small area of about several μm 2, the work of inputting both the signal light and the pump light into the active layer is a difficult work.

【0006】また上述した従来の光周波数変換では、電
子キャリア数の振動により周波数変換光を生成するの
で、光周波数の可変範囲は狭く数GHz程度に制限され
る。
Further, in the above-mentioned conventional optical frequency conversion, since the frequency converted light is generated by the oscillation of the number of electron carriers, the variable range of the optical frequency is narrow and limited to about several GHz.

【0007】この発明の第一の目的は、上述した従来の
問題点を解決するため、半導体レーザを、非線形光学媒
質として利用すると共にポンプ光源として利用するよう
にした光周波数変換素子を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide an optical frequency conversion element in which a semiconductor laser is used as a non-linear optical medium and also as a pump light source in order to solve the above-mentioned conventional problems. It is in.

【0008】さらにこの発明の第二の目的は、半導体レ
ーザを、非線形光学媒質として利用すると共にポンプ光
源として利用するようにした光周波数変換素子において
光周波数の可変範囲を従来よりも広くすることにある。
A second object of the present invention is to broaden the variable range of the optical frequency in the optical frequency conversion element in which the semiconductor laser is used as the nonlinear optical medium and also as the pump light source. is there.

【0009】さらにこの発明の第三の目的は、半導体レ
ーザを、非線形光学媒質として利用すると共にポンプ光
源として利用するようにした光周波数変換素子において
ポンプ光及び又は入力信号光がノイズ光となって次段の
光部品へ出力されるのを防止することにある。
A third object of the present invention is to use a semiconductor laser as a nonlinear optical medium and also as a pump light source in an optical frequency conversion element in which pump light and / or input signal light becomes noise light. This is to prevent output to the next-stage optical component.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この第一の目的を達成す
るため、この発明の光周波数変換素子は、信号光が入力
されると共にこの入力信号光の周波数変換のためのポン
プ光をレーザ発振する光共振器と、光共振器に設けた位
相整合用のグレーティングとを備え、グレーティングは
光導波方向に交互にかつ周期的に設けた凹部及び凸部を
有し、グレーティングの凹部は次式(a)で表す第一の
伝搬定数差Δka を有する第一の領域を形成し、グレー
ティングの凸部は次式(b)で表す第二の伝搬定数差Δ
b を有する第二の領域を形成して成ることを特徴とす
る。
In order to achieve this first object, the optical frequency conversion element of the present invention is such that a signal light is input and a pump light for frequency conversion of the input signal light is lased. Optical resonator and a phase matching grating provided in the optical resonator, the grating has concave portions and convex portions provided alternately and periodically in the optical waveguide direction, and the concave portion of the grating is expressed by the following formula ( a) forms a first region having a first propagation constant difference Δk a, and the convex portion of the grating has a second propagation constant difference Δ represented by the following equation (b).
and forming a second region having k b .

【0011】Δka ・la =s・π ……(a) 但し、Δka =k3a−k2a−k1a、sは奇数(s=1,
3,5,……) k3a:第一の領域におけるポンプ光の伝搬定数 k2a:第一の領域における入力信号光の伝搬定数 k1a:第一の領域における周波数変換光の伝搬定数 la :光導波方向における第一の領域の長さ Δkb ・lb =s・π ……(b) 但し、Δkb =k3b−k2b−k1b3b:第二の領域におけるポンプ光の伝搬定数 k2b:第二の領域における入力信号光の伝搬定数 k1b:第二の領域における周波数変換光の伝搬定数 lb :光導波方向における第二の領域の長さ
[0011] Δk a · l a = s · π ...... (a) However, Δk a = k 3a -k 2a -k 1a, s is an odd number (s = 1,
3,5, ......) k 3a: first propagation constant of the pump light in the region k 2a: first input signal light in the region propagation constant k 1a: propagation constant l a frequency converted light in the first region : length of the first region in the optical waveguide direction Δk b · l b = s · π ...... (b) where, Δk b = k 3b -k 2b -k 1b k 3b: the pump light in the second region propagation constant k 2b: the length of the second region in the optical waveguide direction: second propagation constant k 1b of the input signal light in the region of: propagation constant l b of the frequency-converted light in the second region

【0012】[0012]

【作用】このような構成によれば、光共振器内で周波数
3 のポンプ光をレーザ発振させる。これと共に光共振
器外部の光源で周波数f2 の信号光を生成し、この信号
光を光共振器内に入力する。この結果、周波数f3 のポ
ンプ光と周波数f2 の信号光との差周波混合により、周
波数f1 の周波数変換光(f1 =f3 −f2 、f3 >f
2 )を生成できる。
With this structure, the pump light having the frequency f 3 is oscillated in the optical resonator. At the same time, a signal light of frequency f 2 is generated by a light source outside the optical resonator, and this signal light is input into the optical resonator. As a result, due to the difference frequency mixing of the pump light of the frequency f 3 and the signal light of the frequency f 2 , the frequency conversion light of the frequency f 1 (f 1 = f 3 −f 2 , f 3 > f 3
2 ) can be generated.

【0013】これらポンプ光、信号光及び周波数変換光
は、第一及び第二の領域を交互に通過して、光共振器内
を導波する。しかも第一の領域はΔka ・la =s・π
で表される第一の伝搬定数差Δka を有し、第二の領域
はΔkb ・lb =s・πで表される第二の伝搬定数差Δ
b を有する。従ってこれら第一及び第二の領域によ
り、ポンプ光、入力信号光及び周波数変換光の間の位相
のずれ(位相差)さらに詳しくはバンドウェーブ(Boun
d Wave)とフリーウェーブ(Free Wave )との間の位相
差が2・s・πとなるように、位相差を補償できるの
で、周波数変換光の出力強度を大きくできる。
The pump light, the signal light, and the frequency-converted light alternately pass through the first and second regions and are guided inside the optical resonator. Moreover, the first region is Δk a · l a = s · π
And a second region has a second propagation constant difference Δk a represented by Δk b · I b = s · π.
have k b . Therefore, by these first and second regions, the phase shift (phase difference) between the pump light, the input signal light, and the frequency conversion light, more specifically, the band wave (Boun wave)
Since the phase difference can be compensated so that the phase difference between the d Wave) and the free wave (Free Wave) becomes 2 · s · π, the output intensity of the frequency-converted light can be increased.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して発明の実施例につき説
明する。尚、図面は発明が理解できる程度に概略的に示
してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するもの
ではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are merely schematic representations so that the invention can be understood, and therefore the invention is not limited to the illustrated examples.

【0015】図1はこの発明の第一実施例の構成を概略
的に示す断面図であって、光共振器の活性層を通り光導
波方向に沿って取った断面を示す。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of the first embodiment of the present invention, showing a section taken along the optical waveguide direction through the active layer of the optical resonator.

【0016】同図にも示すように、この実施例の光周波
数変換素子は、信号光が入力されると共にこの入力信号
光の周波数変換のためのポンプ光をレーザ発振する光共
振器10と、光共振器10に設けた位相整合用のグレー
ティング12とを備える。グレーティング12は光導波
方向Pに交互にかつ周期的に設けた凹部12a及び凸部
12bを有し、凹部12aは次式(a)で表す第一の伝
搬定数差Δka を有する第一の領域14を形成すると共
に、凸部12bは次式(b)で表す第二の伝搬定数差Δ
b を有する第二の領域16を形成する。
As shown in the figure, the optical frequency conversion element of this embodiment is provided with an optical resonator 10 which receives signal light and which oscillates pump light for frequency conversion of the input signal light. And a grating 12 for phase matching provided in the optical resonator 10. The grating 12 has concave portions 12a and convex portions 12b that are provided alternately and periodically in the optical waveguide direction P, and the concave portion 12a has a first region having a first propagation constant difference Δk a represented by the following equation (a). 14 and the convex portion 12b forms the second propagation constant difference Δ represented by the following equation (b).
Form a second region 16 having k b .

【0017】Δka ・la =s・π ……(a) 但し、Δka =k3a−k2a−k1a、sは奇数(s=1,
3,5,……) k3a:第一の領域14におけるポンプ光の伝搬定数 k2a:第一の領域14における入力信号光の伝搬定数 k1a:第一の領域14における周波数変換光の伝搬定数 la :光導波方向Pにおける第一の領域14の長さ Δkb ・lb =s・π ……(b) 但し、Δkb =k3b−k2b−k1b3b:第二の領域16におけるポンプ光の伝搬定数 k2b:第二の領域16における入力信号光の伝搬定数 k1b:第二の領域16における周波数変換光の伝搬定数 lb :光導波方向Pにおける第二の領域16の長さ 光共振器10は、第一クラッド層18と、このクラッド
層18上に順次に設けた活性層20及び第二クラッド層
22と、活性層20の一方の端部の側に設けた一方の光
反射器24及び活性層20の他方の端部の側に設けた他
方の光反射器26とを、少なくとも有する。
[0017] Δk a · l a = s · π ...... (a) However, Δk a = k 3a -k 2a -k 1a, s is an odd number (s = 1,
3, 5, ...) k 3a : Propagation constant of pump light in the first region 14 k 2a : Propagation constant of input signal light in the first region 14 k 1a : Propagation of frequency-converted light in the first region 14 constant l a: length of the first region 14 in the optical waveguide direction P Δk b · l b = s · π ...... (b) where, Δk b = k 3b -k 2b -k 1b k 3b: second propagation constant k 2b of the pump light in the region 16: second propagation constant of the input signal light in the region 16 k 1b: second propagation constant of the frequency-converted light in the region 16 l b: the second region in the optical waveguide direction P The length of 16 The optical resonator 10 is provided on the first clad layer 18, the active layer 20 and the second clad layer 22 sequentially provided on the clad layer 18, and on one end side of the active layer 20. And the other provided on the side of the other end of the one light reflector 24 and the active layer 20. And a light reflector 26 of.

【0018】ポンプ光、入力信号光及び周波数変換光が
光共振器10内を導波する場合の光導波領域は、主とし
て活性層20である。第一の領域14はこの光導波領域
のうちグレーティング凹部12aに対応する領域であっ
て、第二の領域16はこの光導波領域のうちグレーティ
ング凸部12bに対応する領域である。光導波方向Pは
活性層10に沿う方向となる。
When the pump light, the input signal light and the frequency conversion light are guided inside the optical resonator 10, the optical waveguide region is mainly the active layer 20. The first region 14 is a region of the optical waveguide region corresponding to the grating concave portion 12a, and the second region 16 is a region of the optical waveguide region corresponding to the grating convex portion 12b. The optical waveguide direction P is along the active layer 10.

【0019】第一及び第二の伝搬定数差Δka 及びΔk
b は、これら領域14、16の有効屈折率(実効屈折率
或は等価屈折率とも称す)によって制御できる。そして
これら領域14、16の有効屈折率は、例えば光共振器
10を構成する各要素の形成材料の屈折率やグレーティ
ング12の深さD(図1参照)によって、制御できる。
従って、例えば光共振器10を構成する各要素の形成材
料や深さDを任意好適に選択することによって、所望の
伝搬定数差Δka 及びΔkb を得ることができる。
First and second propagation constant differences Δk a and Δk
b can be controlled by the effective refractive index (also called effective refractive index or equivalent refractive index) of these regions 14 and 16. The effective refractive index of these regions 14 and 16 can be controlled by, for example, the refractive index of the forming material of each element forming the optical resonator 10 and the depth D (see FIG. 1) of the grating 12.
Therefore, for example, the desired propagation constant differences Δk a and Δk b can be obtained by arbitrarily and appropriately selecting the forming material and the depth D of each element constituting the optical resonator 10.

【0020】またグレーティング12の凹部12aの長
さはla 及び凸部12bの長さはlb であって、これら
凹部12a及び凸部12bを光導波方向Pに沿って交互
に設ける。
The recess 12a of the grating 12 has a length l a and the projection 12b has a length l b , and the recess 12a and the projection 12b are provided alternately along the optical waveguide direction P.

【0021】相隣接する凹部12a及び凸部12bによ
って形成される第一及び第二の領域14及び16を一周
期分の位相整合領域とすれば、ポンプ光、信号光及び周
波数変換光が一周期分の位相整合領域14、16を通過
することにより、これら光の間にさらに詳しくはバンド
ウェーブ(Bound Wave)とフリーウェーブ(Free Wave
)との間に、(Δka ・la )+(Δkb ・lb )=
2・s・πで表される位相のずれ(位相差)が生じる。
このように一周期分の位相整合領域14、16毎に位相
差が2・s・πとなるように位相差を補償できるので、
位相整合により、実用上満足できる光出力強度の周波数
変換光を得ることができる。例えばs=1である。
If the first and second regions 14 and 16 formed by the adjacent concave portion 12a and convex portion 12b are phase matching regions for one cycle, the pump light, the signal light and the frequency conversion light will make one cycle. By passing through the phase matching regions 14 and 16 of the minute, more specifically, between these lights, a band wave (Free Wave) and a free wave (Free Wave)
) And (Δk a · l a ) + (Δk b · l b ) =
A phase shift (phase difference) represented by 2 · s · π occurs.
In this way, since the phase difference can be compensated so that the phase difference becomes 2 · s · π for each of the phase matching regions 14 and 16 for one cycle,
By the phase matching, it is possible to obtain frequency-converted light having a practically satisfactory light output intensity. For example, s = 1.

【0022】グレーティング12を設けていない場合ポ
ンプ光、入力信号光及び周波数変換光の間の位相差より
具体的にはバンドウェーブ(Bound Wave)とフリーウェ
ーブ(Free Wave )との間の位相差は2・s・πからず
れ易く、その結果、位相のずれのために実用上充分な光
出力強度の周波数変換光を得ることが難しい。これを解
消するため、グレーティング12を設ける。
When the grating 12 is not provided, the phase difference between the pump light, the input signal light, and the frequency conversion light, more specifically, the phase difference between the band wave (Bound Wave) and the free wave (Free Wave) is It is easy to deviate from 2 · s · π, and as a result, it is difficult to obtain frequency-converted light having a practically sufficient optical output intensity due to the phase deviation. To eliminate this, the grating 12 is provided.

【0023】光周波数変換素子の設計に当っては、ポン
プ光の周波数f3 、入力信号光の周波数f2 及び周波数
変換光の周波数f1 として任意好適な一定の設計値を選
択する。例えばc/f3 =0.8μm、c/f2 =1.
65μm及びc/f1 =1.55μm(cは光速)とす
る。そしてこれら周波数f1 〜f3 を一定として、
(a)式及び(b)式を満足させるように、設計条件を
定めれば良い。設計条件は、例えば第一及び第二の領域
14及び16の有効屈折率、グレーティング12の深さ
D、凹部12aの長さla 及び凸部12bの長さlb
ある。
[0023], the design must optical frequency conversion element, the frequency f 3 of the pump light, to select any suitable predetermined design value as the frequency f 1 of the frequency f 2 and the frequency-converted light of the input signal light. For example, c / f 3 = 0.8 μm, c / f 2 = 1.
65 μm and c / f 1 = 1.55 μm (c is the speed of light). And, with these frequencies f 1 to f 3 being constant,
Design conditions may be set so as to satisfy the expressions (a) and (b). The design conditions are, for example, the effective refractive index of the first and second regions 14 and 16, the depth D of the grating 12, the length l a of the concave portion 12a and the length l b of the convex portion 12b.

【0024】入力信号光の周波数変換を行なう場合、光
共振器10内で周波数f3 のポンプ光をレーザ発振させ
る。これと共に光共振器10外部の光源(図示せず)で
周波数f2 の信号光を生成し、この信号光を光共振器内
に入力する。そして差周波混合により、周波数f1 の周
波数変換光(f1 =f3 −f2 、f3 >f2 )を生成す
る。この周波数変換光を周波数変換された信号光として
光共振器10から出射させる。
When the frequency of the input signal light is converted, the pump light having the frequency f 3 is oscillated in the optical resonator 10. At the same time, a signal light having a frequency f 2 is generated by a light source (not shown) outside the optical resonator 10, and this signal light is input into the optical resonator. Then, the frequency-converted light of the frequency f 1 (f 1 = f 3 −f 2 , f 3 > f 2 ) is generated by the difference frequency mixing. The frequency-converted light is emitted from the optical resonator 10 as frequency-converted signal light.

【0025】周波数変換光の周波数f1 の可変範囲を広
げるためには、1)光共振器10の吸収端の周波数特に
活性層20の吸収端の周波数を、入力信号光の周波数f
2 及び周波数変換光の周波数f1 よりも大きくするのが
好ましい。或は、2)光共振器10のレーザ発振周波数
すなわちポンプ光の周波数f3 を、入力信号光の周波数
2 及び周波数変換光の周波数f1 よりも大きくするの
が好ましい。
In order to widen the variable range of the frequency f 1 of the frequency-converted light, 1) the frequency at the absorption edge of the optical resonator 10, particularly the frequency at the absorption edge of the active layer 20, is set to the frequency f of the input signal light.
2 and the frequency f 1 of the frequency converted light is preferably higher. Alternatively, 2) a frequency f 3 of the laser oscillation frequency or the pump light of the optical resonator 10, preferably larger than the frequency f 1 of the frequency f 2 and the frequency-converted light of the input signal light.

【0026】1)或は2)とすることにより光共振器1
0の光導波領域を、周波数f2 、f1 の光に対してほぼ
透明な領域とすることができ、従って光共振器10の光
導波領域における屈折率の分散を、周波数f2 、f1
光に対して非常に小さくすることができる。屈折率の分
散を非常に小さくした状態でポンプ光の周波数f3 を設
計値にほぼ一定に保つようにレーザ発振を行なえば、入
力信号光の周波数fを設計値からずらしても、第一及
び第二の領域14及び16において式(a)及び(b)
を近似的に満足させることができる。
The optical resonator 1 according to 1) or 2)
The optical waveguide region of 0 can be made substantially transparent to the light of the frequencies f 2 and f 1 , so that the dispersion of the refractive index in the optical waveguide region of the optical resonator 10 can be changed to the frequencies of f 2 and f 1. Can be made very small with respect to the light. If laser oscillation is performed so that the frequency f 3 of the pump light is kept substantially constant at the design value while the dispersion of the refractive index is extremely small, even if the frequency f 2 of the input signal light is deviated from the design value, And in the second regions 14 and 16 the formulas (a) and (b)
Can be approximately satisfied.

【0027】例えば、s=1とする。そして入力信号光
の周波数f 及び周波数変換光の周波数f1 の設計値
を、現状の光通信技術において好ましいと思われる値、
c/f2 =1.65μm及びc/f1 =1.55μmと
した場合には、ポンプ光の周波数f3 の設計値をc/f
3 =0.8μmとすれば良い。ここでは入力信号光の波
長λ2 (=c/f2 )を、ポンプ光の波長λ3 (=c/
3 )のほぼ2倍程度としている。この場合、入力信号
光の波長λ2 を、設計値±50nmの範囲で変化させて
も第一及び第二の領域14及び16において式(a)及
び(b)を近似的に満足させることができ、従って従来
よりも広範囲で周波数変換光の周波数f1を変化させる
ことができる。
For example, s = 1. Then, the designed values of the frequency f 2 of the input signal light and the frequency f 1 of the frequency-converted light are values that are considered preferable in the current optical communication technology,
When c / f 2 = 1.65 μm and c / f 1 = 1.55 μm, the design value of the pump light frequency f 3 is c / f
3 = 0.8 μm should be set. Here, the wavelength λ 2 (= c / f 2 ) of the input signal light is changed to the wavelength λ 3 (= c /
It is about twice as large as f 3 ). In this case, the formulas (a) and (b) can be approximately satisfied in the first and second regions 14 and 16 even if the wavelength λ 2 of the input signal light is changed within the design value ± 50 nm. Therefore, the frequency f 1 of the frequency-converted light can be changed in a wider range than before.

【0028】図2はこの発明の第一実施例の構成を概略
的に示す断面図であって、図1のII−II線に沿って取っ
た断面を示す。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of the first embodiment of the present invention, and shows a section taken along the line II--II in FIG.

【0029】この実施例では、光共振器10を半導体レ
ーザ38とする。半導体レーザ38の構造及び形成材料
は種々に変更できるが、ここでは一例として、半導体レ
ーザ38をファブリペロ共振器型の半導体レーザとし、
例えば次のように半導体レーザ38を構成する。すなわ
ちn−GaAs基板28上に順次に、n−AlX Ga
1-X As第一クラッド層18、n又はp−AlY Ga
1-Y As活性層20(但し、X>Y)及びp−AlX
1-X As第二クラッド層22を設ける。これら各層1
8、20及び22をそれぞれ光導波方向Pにストライプ
状に延在させ、そしてこれら各層18、20及び22の
一方の側部を電流狭窄層30で及び他方の側部を電流狭
窄層32で埋め込む。電流狭窄層30は基板28上に順
次に設けたp−Alv Ga1-v As層30a及びn−A
v Ga1-v As層30bから成り、電流狭窄層32は
基板28上に順次に設けたp−Alv Ga1-v As層3
2a及びn−Alv Ga1-v As層32bから成る。ま
た活性層20の一方及び他方の端部に劈開面40及び4
2を形成し、これら劈開面40及び42を光共振器10
の光反射器24及び26とする。この場合、ファブリペ
ロ共振器型の半導体レーザ38従って光共振器10は、
活性層20、クラッド層18、22、電流狭窄層30、
32及び光反射器24、26から成る。
In this embodiment, the optical resonator 10 is a semiconductor laser 38. The structure and forming material of the semiconductor laser 38 can be variously changed, but here, as an example, the semiconductor laser 38 is a Fabry-Perot resonator type semiconductor laser,
For example, the semiconductor laser 38 is constructed as follows. That is, n-Al X Ga is sequentially formed on the n-GaAs substrate 28.
1-X As first cladding layer 18, n or p-Al Y Ga
1-Y As active layer 20 (where X> Y) and p-Al X G
An a 1-X As second cladding layer 22 is provided. Each of these layers 1
8, 20 and 22 are extended in stripes in the optical waveguide direction P, and one side of each of these layers 18, 20 and 22 is embedded with a current confinement layer 30 and the other side is embedded with a current confinement layer 32. . The current confinement layer 30 is sequentially disposed on the substrate 28 p-Al v Ga 1- v As layer 30a and the n-A
l v Ga 1-v consists As layer 30b, a current confinement layer 32 p-Al were sequentially formed on the substrate 28 v Ga 1-v As layer 3
Consisting 2a and n-Al v Ga 1-v As layer 32b. Further, the cleavage planes 40 and 4 are formed on one and the other ends of the active layer 20, respectively.
2 is formed, and these cleaved surfaces 40 and 42 are connected to the optical resonator 10
Light reflectors 24 and 26. In this case, the Fabry-Perot resonator type semiconductor laser 38 and thus the optical resonator 10 is
Active layer 20, cladding layers 18 and 22, current confinement layer 30,
32 and light reflectors 24, 26.

【0030】グレーティング12の配設位置は、第一及
び第二の領域14及び16の有効屈折率を制御できる任
意好適な位置とすることができるが、ここでは活性層2
0及び第二クラッド層22の界面に設ける。
The arrangement position of the grating 12 can be any suitable position where the effective refractive index of the first and second regions 14 and 16 can be controlled. Here, the active layer 2 is used.
0 and the interface between the second cladding layer 22.

【0031】上述した図1及び図2に示す構造の光周波
数変換素子に関して、グレーティング全長L(図1参
照)と周波数変換光の光パワー密度との関係を数値解析
により調べた結果を、図3に示す。全長Lは光導波方向
Pにおけるグレーティング12の全長である。この数値
解析においては、以下に示す条件のもとで全長L[m
m]を種々に変化させて、周波数変換光の光パワー密度
[kW/cm2 ]を求めた。
Regarding the optical frequency conversion device having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the relationship between the total length L of the grating (see FIG. 1) and the optical power density of the frequency converted light was examined by numerical analysis, and the results are shown in FIG. Shown in. The total length L is the total length of the grating 12 in the optical waveguide direction P. In this numerical analysis, the total length L [m
m] was variously changed to obtain the optical power density [kW / cm 2 ] of the frequency-converted light.

【0032】 ポンプ光の波長λ3 (=c/f3 ):0.8μm ポンプ光のパワー密度P3 :108 W/cm2 入力信号光の波長λ2 (=c/f2 ):1.65μm 入力信号光のパワー密度P2 :106 W/cm2 周波数変換光の波長λ1 (=c/f1 ):1.55μm クラッド層18、22:Al0.15Ga0.85As層 活性層20:Al0.3 Ga0.7 As層 クラッド層18、22の非線形光学定数:0.2nm/
V 活性層20の非線形光学定数:0.18nm/V 第一の領域14における活性層20の厚さ:0.1μm 第二の領域16における活性層20の厚さ:0.4μm ポンプ光に対する活性層20の屈折率:3.314 入力信号光に対する活性層20の屈折率:3.306 周波数変換光に対する活性層20の屈折率:3.593 ポンプ光に対するクラッド層18、22の屈折率:3.
265 入力信号光に対するクラッド層18、22の屈折率:
3.258 周波数変換光に対するクラッド層18、22の屈折率:
3.461 第一の領域14の長さla :1.45μm 第二の領域16の長さlb :1.85μm 光導波方向Pと直交する方向における活性層20の断面
積:1μm2 図3からも理解できるように、全長Lが長くなるにつ
れ、周波数変換光の出力強度は増加する。また上述のよ
うな条件のもとでは、例えば全長L=0.4mmとして
光パワー1mWの入力信号光を入力することによりμW
オーダーの光パワーを有する周波数変換光を得ることが
でき、従って実用上充分な光パワーを有する周波数変換
光を得ることができる。
Pump light wavelength λ 3 (= c / f 3 ): 0.8 μm Pump light power density P 3 : 10 8 W / cm 2 Input signal light wavelength λ 2 (= c / f 2 ): 1 .65 μm Power density of input signal light P 2 : 10 6 W / cm 2 Wavelength of frequency-converted light λ 1 (= c / f 1 ): 1.55 μm Cladding layers 18 and 22: Al 0.15 Ga 0.85 As layer Active layer 20 : Al 0.3 Ga 0.7 As layer Non-linear optical constant of the cladding layers 18 and 22: 0.2 nm /
V Nonlinear Optical Constant of Active Layer 20: 0.18 nm / V Thickness of Active Layer 20 in First Region 14: 0.1 μm Thickness of Active Layer 20 in Second Region 16: 0.4 μm Activity to Pump Light Refractive index of layer 20: 3.314 Refractive index of active layer 20 for input signal light: 3.306 Refractive index of active layer 20 for frequency converted light: 3.593 Refractive index of cladding layers 18, 22 for pump light: 3 .
265 Refractive index of the cladding layers 18 and 22 with respect to the input signal light:
3.258 Refractive index of the cladding layers 18 and 22 with respect to the frequency converted light:
3.461 Length l a of first region 14: 1.45 μm Length l b of second region 16: 1.85 μm Cross-sectional area of the active layer 20 in the direction orthogonal to the optical waveguide direction P: 1 μm 2 As can be understood from FIG. 3, the output intensity of the frequency-converted light increases as the total length L becomes longer. Further, under the above-mentioned conditions, for example, by inputting an input signal light having an optical power of 1 mW with a total length L = 0.4 mm,
It is possible to obtain frequency-converted light having an optical power on the order, and thus it is possible to obtain frequency-converted light having a practically sufficient optical power.

【0033】図4及び図5はこの発明の第二実施例の構
成を概略的に示す断面図である。図4にあっては活性層
20を通り光導波方向Pに沿って取った断面、及び図5
にあっては図4のV−V線に沿って取った断面を示す。
以下、主として第一実施例と相違する点につき説明し、
第一実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略
する。
4 and 5 are sectional views schematically showing the construction of the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, a cross section taken through the active layer 20 along the optical waveguide direction P, and FIG.
In that case, a cross section taken along line VV in FIG. 4 is shown.
Hereinafter, mainly different points from the first embodiment will be described,
Detailed description of the same points as those in the first embodiment will be omitted.

【0034】この実施例では、n−AlW Ga1-W As
光ガイド層34を第一クラッド層18と活性層20との
間に設けると共に、p−AlW Ga1-W As光ガイド層
36を第二クラッド層22と活性層20との間に設け、
これらガイド層34、36と、活性層20、クラッド層
18、22、電流狭窄層30、32及び光反射器24、
26とから、ファブリペロ共振器型の半導体レーザ38
従って光共振器10を構成する。
In this example, n-Al W Ga 1-W As
An optical guide layer 34 is provided between the first cladding layer 18 and the active layer 20, and a p-Al W Ga 1-W As optical guide layer 36 is provided between the second cladding layer 22 and the active layer 20.
These guide layers 34, 36, the active layer 20, the cladding layers 18, 22, the current confinement layers 30, 32, and the optical reflector 24,
26, a Fabry-Perot resonator type semiconductor laser 38
Therefore, the optical resonator 10 is configured.

【0035】これら光ガイド層34、36を光導波方向
Pに延在させてストライプ状に設け、第一クラッド層1
8上に順次に、光ガイド層34、活性層20、光ガイド
層36及び第二クラッド層22を設ける。そしてこれら
ストライプ状の各層18、34、20、36及び22の
一方の側部を電流狭窄層30で埋め込むと共に、これら
ストライプ状の各層18、34、20、36及び22の
他方の側部を電流狭窄層32で埋め込む。またグレーテ
ィング12を第二クラッド層22及び光ガイド層36の
界面に設ける。
These optical guide layers 34 and 36 are provided in stripes by extending in the optical waveguide direction P, and the first cladding layer 1
The light guide layer 34, the active layer 20, the light guide layer 36, and the second cladding layer 22 are sequentially provided on the substrate 8. One side of each of the striped layers 18, 34, 20, 36 and 22 is embedded with the current confinement layer 30, and the other side of each of the striped layers 18, 34, 20, 36 and 22 is filled with a current. The narrowing layer 32 is embedded. Further, the grating 12 is provided at the interface between the second cladding layer 22 and the light guide layer 36.

【0036】図6はこの発明の第三実施例の構成を概略
的に示す断面図であって、光導波方向Pに沿って取った
断面を示す。以下、主として第一実施例と相違する点に
つき説明し、第一実施例と同様の点についてはその詳細
な説明を省略する。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing the structure of the third embodiment of the present invention, showing a section taken along the optical waveguide direction P. In FIG. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described, and detailed description of the same points as the first embodiment will be omitted.

【0037】この実施例では、光共振器10を半導体レ
ーザ38とする。半導体レーザ38の構造及び形成材料
は種々に変更できるが、ここでは一例として、半導体レ
ーザ38をブラッグ反射器型の半導体レーザとし、例え
ば次のように半導体レーザ38を構成する。すなわち、
光反射器24を劈開面40及び光反射器26をグレーテ
ィング44とし、これら光反射器24、26と、活性層
20、クラッド層18、22及び電流狭窄層30、32
とから、ブラッグ反射器型の半導体レーザ38を構成す
る。
In this embodiment, the optical resonator 10 is the semiconductor laser 38. The structure and forming material of the semiconductor laser 38 can be variously changed, but here, as an example, the semiconductor laser 38 is a Bragg reflector type semiconductor laser, and the semiconductor laser 38 is configured as follows, for example. That is,
The light reflector 24 is used as the cleavage plane 40 and the light reflector 26 is used as the grating 44, and the light reflectors 24 and 26, the active layer 20, the cladding layers 18 and 22, and the current confinement layers 30 and 32 are used.
Thus, a Bragg reflector type semiconductor laser 38 is constructed.

【0038】光反射器26は光導波方向Pに沿って交互
に設けた凹部44a及び凸部44bを有し、これら凹部
44a及び凸部44bの配設周期を周波数f3 のポンプ
光を選択的に反射するように設計する。この光反射器2
6を活性層20及び第二クラッド層22の界面に設け
る。図中、光導波方向Pにおける光反射器26の全長
を、符号LR を付して示す。
The light reflector 26 has concave portions 44a and convex portions 44b provided alternately along the optical waveguide direction P, and the arrangement cycle of the concave portions 44a and the convex portions 44b selectively selects pump light of frequency f 3. Designed to reflect on. This light reflector 2
6 is provided at the interface between the active layer 20 and the second cladding layer 22. In the figure, the total length of the light reflector 26 in the light guiding direction P is indicated by reference character L R.

【0039】図7はこの発明の第四実施例の構成を概略
的に示す断面図であって、光導波方向Pに沿って取った
断面を示す。以下、主として第一実施例と相違する点に
つき説明し、第一実施例と同様の点についてはその詳細
な説明を省略する。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of the fourth embodiment of the present invention, showing a section taken along the optical waveguide direction P. As shown in FIG. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described, and detailed description of the same points as the first embodiment will be omitted.

【0040】この実施例では、光共振器10は、活性層
20を有する半導体レーザ38と、活性層20の一方の
端部に光結合させた入出射端46aを有する光ファイバ
46と、入出射端46a近傍の光ファイバ46に設けた
一方の光反射器24と、活性層20の他方の端部に設け
た他方の光反射器26とを有して成る。一方の光反射器
24をポンプ光を反射する回折格子48とする。
In this embodiment, the optical resonator 10 includes a semiconductor laser 38 having an active layer 20, an optical fiber 46 having an input / output end 46a optically coupled to one end of the active layer 20, and an input / output. It has one optical reflector 24 provided on the optical fiber 46 near the end 46a and the other optical reflector 26 provided on the other end of the active layer 20. One of the light reflectors 24 is a diffraction grating 48 that reflects pump light.

【0041】ここでは、半導体レーザ38を、第一実施
例と同様に構成したファブリペロ共振器型の半導体レー
ザとする。そして劈開面40を形成してある活性層20
の一方の端部に反射防止膜(antireflection film)5
0を設け、劈開面40における光の反射を防止する。こ
の反射防止膜50を介して、光ファイバ46の入出射端
46aを活性層20の一方の端部に光結合させる。
Here, the semiconductor laser 38 is assumed to be a Fabry-Perot resonator type semiconductor laser configured similarly to the first embodiment. Then, the active layer 20 on which the cleavage plane 40 is formed
Antireflection film 5 on one end
0 is provided to prevent light reflection on the cleavage plane 40. The input / output end 46a of the optical fiber 46 is optically coupled to one end of the active layer 20 through the antireflection film 50.

【0042】光ファイバ46はクラッド46bとこのク
ラッド46b中に埋め込んだコア46cとを有する。光
ファイバ46に設ける一方の光反射器24の形成方法は
問わないが、例えば文献:電子情報通信学会技術報告O
PE94−5 p25〜301994年5月に開示され
ているように、Geを添加したコア46cに紫外線を照
射することにより、周期的な屈折率変化をコア46cに
形成する。この周期的な屈折率変化から成る回折格子4
8を光反射器24とし、この屈折率変化の周期を周波数
3 のポンプ光を選択的に反射するように設計する。ま
た半導体レーザ38が有する活性層20の他方の端部に
形成した劈開面42を、他方の光反射器26とする。
The optical fiber 46 has a clad 46b and a core 46c embedded in the clad 46b. The method of forming one of the optical reflectors 24 provided on the optical fiber 46 is not limited, but, for example, the literature: IEICE Technical Report O
PE94-5 p25-30 As disclosed in May 1994, the core 46c to which Ge is added is irradiated with ultraviolet rays to form a periodic refractive index change in the core 46c. Diffraction grating 4 consisting of this periodic refractive index change
8 is a light reflector 24, and the cycle of the change in the refractive index is designed to selectively reflect the pump light having the frequency f 3 . The cleaved surface 42 formed at the other end of the active layer 20 of the semiconductor laser 38 is used as the other optical reflector 26.

【0043】入出射端46aとは反対側の光ファイバ4
6の端部(図示せず)を、次段の光部品に光結合し、光
共振器10から出射された周波数f1 の周波数変換光
を、光ファイバ46を介して次段の光部品へ入射する。
この際、ポンプ光がノイズとなって次段の光部品へ入射
するのを防止するため、他方の光反射器26のポンプ光
に対する反射率を、一方の光反射器24のポンプ光に対
する反射率よりも小さくし、これによりポンプ光を、他
方の光反射器26から活性層20外へ出射させるように
する。さらに光フィルタ52により入力信号光が次段の
光部品へ入射するのを防止するため、周波数f1 の入力
信号光を透過しない光フィルタ52を、入出射端46a
近傍の光ファイバ46に設ける。
The optical fiber 4 on the side opposite to the input / output end 46a
An end portion (not shown) of 6 is optically coupled to the next-stage optical component, and the frequency-converted light of frequency f 1 emitted from the optical resonator 10 is transmitted to the next-stage optical component via the optical fiber 46. Incident.
At this time, in order to prevent the pump light from entering the optical component of the next stage as noise, the reflectance of the other light reflector 26 with respect to the pump light is set to the reflectance of the one light reflector 24 with respect to the pump light. Therefore, the pump light is emitted from the other light reflector 26 to the outside of the active layer 20. Further, in order to prevent the input signal light from entering the optical component of the next stage by the optical filter 52, the optical filter 52 which does not transmit the input signal light of the frequency f 1 is provided at the input / output end 46a.
It is provided on the optical fiber 46 in the vicinity.

【0044】ここでは光フィルタ52を周波数f1 の入
力信号光を反射する回折格子54とする。回折格子54
を、上述した回折格子48と同様にして形成し、この回
折格子54の屈折率変化の周期を周波数f1 の入力信号
光を選択的に反射するように設計する。そして活性層2
0側から順次に、一方の光共振器24及び光フィルタ5
2を設ける。尚、活性層20側から順次に光フィルタ5
2及び一方の光共振器24(48)を設けても良い。
Here, the optical filter 52 is a diffraction grating 54 that reflects the input signal light of frequency f 1 . Diffraction grating 54
Are formed in the same manner as the diffraction grating 48 described above, and the period of the change in the refractive index of the diffraction grating 54 is designed to selectively reflect the input signal light of the frequency f 1 . And the active layer 2
One optical resonator 24 and one optical filter 5 are sequentially arranged from the 0 side.
2 is provided. The optical filter 5 is sequentially arranged from the side of the active layer 20.
Two or one optical resonator 24 (48) may be provided.

【0045】この実施例では、活性層20に電流を注入
して、活性層20においてポンプ光を発生させ、このポ
ンプ光を、光反射器24及び26の間を往復させること
によりレーザ発振させる。周波数f3 のポンプ光をレー
ザ発振させると共に活性層20に周波数f2 の入力信号
光を入射し、差周波混合により、活性層20において周
波数f1 の周波数変換光を発生させる。この周波数変換
光を信号光として、光ファイバ46を介し次段の光部品
へ入射する。ここでf1 =f3 −f2 (f3 >f2 )と
表せ、ポンプ光、入力信号光及び周波数変換光の波長を
それぞれλ3 、λ2 及びλ1 とすれば1/λ1 =1/λ
3 −1/λ2 と表せる。
In this embodiment, a current is injected into the active layer 20 to generate pump light in the active layer 20, and the pump light is oscillated by reciprocating between the light reflectors 24 and 26. The pump light of frequency f 3 is lased and the input signal light of frequency f 2 is incident on the active layer 20, and the frequency conversion light of frequency f 1 is generated in the active layer 20 by the difference frequency mixing. This frequency-converted light is made into signal light and enters the next stage optical component through the optical fiber 46. Here, f 1 = f 3 −f 2 (f 3 > f 2 ) can be expressed, and if the wavelengths of the pump light, the input signal light, and the frequency conversion light are λ 3 , λ 2, and λ 1 , respectively, 1 / λ 1 = 1 / λ
It can be expressed as 3 −1 / λ 2 .

【0046】この実施例では、他方の光反射器26のポ
ンプ光に対する反射率を、一方の光反射器24のポンプ
光に対する反射率よりも小さくし、この一方の光反射器
24を光ファイバ46に設けているので、ポンプ光がノ
イズとなって次段の光部品に入射するのを防止できる。
In this embodiment, the reflectance of the other light reflector 26 with respect to the pump light is set to be smaller than the reflectance of the one light reflector 24 with respect to the pump light, and the one light reflector 24 is connected to the optical fiber 46. It is possible to prevent the pump light from becoming noise and entering the next-stage optical component because it is provided in the optical component.

【0047】また入力信号光を透過しない光フィルタ5
2を、光ファイバ46に設けているので、入力信号光が
ノイズとなって次段の光部品に入射するのを防止でき
る。
An optical filter 5 which does not transmit the input signal light
Since No. 2 is provided in the optical fiber 46, it is possible to prevent the input signal light from entering the optical component of the next stage as noise.

【0048】さらに一方の光反射器24及び光フィルタ
52を光ファイバ46に形成した回折格子としているの
で、これら光反射器24、光フィルタ52及び光ファイ
バ46の間の光軸合わせが不要となる。
Further, since the one optical reflector 24 and the optical filter 52 are the diffraction gratings formed on the optical fiber 46, the optical axis alignment between the optical reflector 24, the optical filter 52 and the optical fiber 46 becomes unnecessary. .

【0049】この発明は上述した実施例にのみ限定され
るものではなく、各構成成分の形状、構成、寸法、形
状、配設位置、形成材料、導電型、組成及びそのほかの
条件を任意好適に変更できる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but the shape, constitution, size, shape, disposition position, forming material, conductivity type, composition and other conditions of each constituent component can be arbitrarily set. Can be changed.

【0050】例えば、上述した実施例ではAlGaAs
系半導体材料を、半導体レーザ特に光共振器の形成材料
とした例につき述べたが、このほかの形成材料として非
線形光学効果を有する種々の化合物半導体を用いること
ができる。例えばInGaPAs系半導体材料を用いて
も良い。この場合、基板28をn−GaAs基板、第一
クラッド層18をn−InX Ga1-X P層、活性層20
をn又はp−InX Ga1-XY As1-Y 層(但し、X
>Y)、電流狭窄層30、32をInV Ga1-V P層、
及び、第二クラッド層22をp−InX Ga1-X P層と
すれば良い。また導電型は任意好適に変更でき、例えば
導電型を反対導電型とし或は活性層をノンドープとする
ようにしても良い。
For example, in the above embodiment, AlGaAs
Although the example in which the system semiconductor material is used as the material for forming the semiconductor laser, in particular, the optical resonator has been described, various compound semiconductors having a nonlinear optical effect can be used as the other material. For example, an InGaPAs-based semiconductor material may be used. In this case, the substrate 28 is an n-GaAs substrate, the first cladding layer 18 is an n-In X Ga 1-X P layer, and the active layer 20.
N or p-In X Ga 1-X P Y As 1-Y layer (where, X
> Y), the current confinement layer 30,32 In V Ga 1-V P layer,
Also, the second cladding layer 22 may be a p-In x Ga 1 -xp layer. Further, the conductivity type can be arbitrarily changed, for example, the conductivity type may be opposite conductivity type or the active layer may be non-doped.

【0051】またグレーティング12の配設位置を任意
好適に変更することができ、例えば図1の実施例におい
てグレーティング12を基板28及び第一クラッド層1
8の界面に設けるようにしても良い。図4の実施例にお
いてグレーティング12を第一クラッド層18及び光ガ
イド層34の界面に設けると共に光ガイド層36を設け
ないようにし、或はグレーティング12を第二クラッド
層22及び光ガイド層36の界面に設けると共に光ガイ
ド層34を設けないようにしても良い。
Further, the arrangement position of the grating 12 can be changed arbitrarily and suitably. For example, in the embodiment of FIG. 1, the grating 12 is replaced by the substrate 28 and the first cladding layer 1.
You may make it provide in the interface of 8. In the embodiment of FIG. 4, the grating 12 is provided at the interface between the first cladding layer 18 and the optical guide layer 34 and the optical guide layer 36 is not provided, or the grating 12 is provided at the second cladding layer 22 and the optical guide layer 36. The light guide layer 34 may be provided at the interface and not provided.

【0052】また位相整合用のグレーティング12を、
光導波方向Pに沿って光共振器10の全体にわたって設
けるほか、光導波方向Pに沿って光共振器10の一部の
みに設けるようにしても良い。
In addition, the grating 12 for phase matching is
It may be provided over the entire optical resonator 10 along the optical waveguide direction P, or may be provided only on a part of the optical resonator 10 along the optical waveguide direction P.

【0053】[0053]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光周波数変換素子によれば、ポンプ光を光共振
器内でレーザ発振させるので、ポンプ光を光共振器へ入
力させるための光軸合わせ等の作業を省略できる。また
ポンプ光の光源を別途用意する必要が無くなる。
As is apparent from the above description, according to the optical frequency conversion element of the present invention, the pump light is oscillated in the optical resonator, so that the pump light can be input to the optical resonator. Operations such as optical axis alignment can be omitted. Further, it is not necessary to separately prepare a light source for pump light.

【0054】しかも光共振器にグレーティングを設けて
第一及び第二の領域を形成するので、実用上充分な光出
力強度を有する周波数変換光を得ることができる。
Moreover, since the optical resonator is provided with the grating to form the first and second regions, it is possible to obtain frequency-converted light having a practically sufficient optical output intensity.

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

【図1】この発明の第一実施例の構成を概略的に示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第一実施例の構成を概略的に示す断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the configuration of the first embodiment of the present invention.

【図3】位相整合用グレーティングの全長Lと周波数変
換光の光パワー密度との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the total length L of the phase matching grating and the optical power density of frequency converted light.

【図4】この発明の第二実施例の構成を概略的に示す断
面図である。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing the configuration of a second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第二実施例の構成を概略的に示す断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the configuration of a second embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第三実施例の構成を概略的に示す断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing the configuration of a third embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第四実施例の構成を概略的に示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross sectional view schematically showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:光共振器 12:グレーティング 12a:凹部 12b:凸部 14:第一の領域 16:第二の領域 10: Optical resonator 12: Grating 12a: Recessed portion 12b: Convex portion 14: First region 16: Second region

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 信号光が入力されると共に該入力信号光
の周波数変換のためのポンプ光をレーザ発振する光共振
器と、該光共振器に設けた位相整合用のグレーティング
とを備え、 前記グレーティングは光導波方向に交互にかつ周期的に
設けた凹部及び凸部を有し、 前記凹部は次式(a)で表す第一の伝搬定数差Δka
有する第一の領域を形成し、 前記凸部は次式(b)で表す第二の伝搬定数差Δkb
有する第二の領域を形成して成ることを特徴とする光周
波数変換素子。 Δka ・la =s・π ……(a) 但し、Δka =k3a−k2a−k1a、sは奇数(s=1,
3,5,……) k3a:第一の領域におけるポンプ光の伝搬定数 k2a:第一の領域における入力信号光の伝搬定数 k1a:第一の領域における周波数変換光の伝搬定数 la :光導波方向における第一の領域の長さ Δkb ・lb =s・π ……(b) 但し、Δkb =k3b−k2b−k1b3b:第二の領域におけるポンプ光の伝搬定数 k2b:第二の領域における入力信号光の伝搬定数 k1b:第二の領域における周波数変換光の伝搬定数 lb :光導波方向における第二の領域の長さ
1. An optical resonator for inputting signal light and for oscillating pump light for frequency conversion of the input signal light, and a phase matching grating provided in the optical resonator, The grating has concave portions and convex portions provided alternately and periodically in the optical waveguide direction, and the concave portions form a first region having a first propagation constant difference Δk a represented by the following equation (a), An optical frequency conversion element, wherein the convex portion forms a second region having a second propagation constant difference Δk b represented by the following equation (b). Δk a · l a = s · π ...... (a) where, Δk a = k 3a -k 2a -k 1a, s is an odd number (s = 1,
3,5, ......) k 3a: first propagation constant of the pump light in the region k 2a: first input signal light in the region propagation constant k 1a: propagation constant l a frequency converted light in the first region : length of the first region in the optical waveguide direction Δk b · l b = s · π ...... (b) where, Δk b = k 3b -k 2b -k 1b k 3b: the pump light in the second region propagation constant k 2b: the length of the second region in the optical waveguide direction: second propagation constant k 1b of the input signal light in the region of: propagation constant l b of the frequency-converted light in the second region
【請求項2】 請求項1記載の光周波数変換素子におい
て、 光共振器の吸収端周波数を、入力信号光の周波数及び周
波数変換光の周波数よりも大きくすることを特徴とする
光周波数変換素子。
2. The optical frequency conversion element according to claim 1, wherein the absorption edge frequency of the optical resonator is made higher than the frequency of the input signal light and the frequency of the frequency conversion light.
【請求項3】 請求項1記載の光周波数変換素子におい
て、 光共振器のレーザ発振周波数を、入力信号光の周波数及
び周波数変換光の周波数よりも大きくすることを特徴と
する光周波数変換素子。
3. The optical frequency conversion element according to claim 1, wherein the laser oscillation frequency of the optical resonator is higher than the frequency of the input signal light and the frequency of the frequency conversion light.
【請求項4】 請求項1記載の光周波数変換素子におい
て、 光共振器を、ファブリペロ共振器型又はブラッグ反射器
型半導体レーザとしたことを特徴とする光周波数変換素
子。
4. The optical frequency conversion element according to claim 1, wherein the optical resonator is a Fabry-Perot resonator type or Bragg reflector type semiconductor laser.
【請求項5】 請求項1記載の光周波数変換素子におい
て、 光共振器は、活性層を有する半導体レーザと、前記活性
層の一方の端部に光結合させた入出射端を有する光ファ
イバと、前記入出射端近傍の光ファイバに設けた一方の
光反射器と、前記活性層の他方の端部に設けた他方の光
反射器とを有し、 前記一方の光反射器をポンプ光を反射する回折格子とし
て成ることを特徴とする光周波数変換素子。
5. The optical frequency conversion element according to claim 1, wherein the optical resonator includes a semiconductor laser having an active layer, and an optical fiber having an input / output end optically coupled to one end of the active layer. , Having one optical reflector provided on the optical fiber near the input / output end and the other optical reflector provided on the other end of the active layer, and pumping light on the one optical reflector. An optical frequency conversion element characterized by being formed as a reflective diffraction grating.
【請求項6】 請求項5記載の光周波数変換素子におい
て、 他方の光反射器のポンプ光に対する反射率を、一方の光
反射器のポンプ光に対する反射率よりも小さくすること
を特徴とする光周波数変換素子。
6. The optical frequency conversion element according to claim 5, wherein the reflectance of the other optical reflector with respect to the pump light is smaller than the reflectance of the one optical reflector with respect to the pump light. Frequency conversion element.
【請求項7】 請求項5記載の光周波数変換素子におい
て、 入出射端近傍の光ファイバに光フィルタを設け、該光フ
ィルタを入力信号光を反射する回折格子として成ること
を特徴とする光周波数変換素子。
7. The optical frequency conversion element according to claim 5, wherein an optical filter is provided in the optical fiber near the input / output end, and the optical filter is a diffraction grating that reflects input signal light. Conversion element.
【請求項8】 請求項7記載の光周波数変換素子におい
て、 活性層側から順次に、一方の光共振器及び光フィルタを
設けることを特徴とする光周波数変換素子。
8. The optical frequency conversion element according to claim 7, wherein one optical resonator and one optical filter are sequentially provided from the active layer side.
【請求項9】 請求項5記載の光周波数変換素子におい
て、 活性層の一方の端部に反射防止膜を設け、光ファイバの
入出射端を、反射防止膜を介して活性層の一方の端部に
光結合させることを特徴とする光周波数変換素子。
9. The optical frequency conversion element according to claim 5, wherein an antireflection film is provided at one end of the active layer, and an input / output end of the optical fiber is provided at one end of the active layer through the antireflection film. An optical frequency conversion element characterized by being optically coupled to a section.
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