WO2020255341A1 - 波長変換装置 - Google Patents

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wavelength conversion
conversion element
wavelength
conversion device
metal housing
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圓佛　晃次
信建 小勝負
笠原　亮一
毅伺 梅木
忠永　修
拓志 風間
貴大 柏崎
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日本電信電話株式会社
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    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/22—Antistatic materials or arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion device that converts and outputs the wavelength of input light, specifically, a wavelength conversion device that generates light having a wavelength different from the wavelength of signal light when signal light is input.
  • an optical waveguide using periodic polarization inversion lithium niobate (hereinafter referred to as PPLN) used in a wavelength conversion device is used as an optical waveguide to increase the light intensity and utilize pseudo-phase matching technology. It is a wavelength conversion element that can realize higher optical wavelength conversion efficiency. Therefore, optical waveguides using PPLN are attracting attention as devices that play an important role in the fields of next-generation optical fiber communication and quantum computing.
  • the optical waveguide using this PPLN is used as a parametric amplification element and an excitation light generation element constituting a phase-sensitive amplifier (PSA) capable of low-noise optical amplification, and has high gain and low-noise optical amplification characteristics. It has been realized.
  • PSA phase-sensitive amplifier
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a conventional wavelength conversion device 10.
  • wavelength conversion is performed by generating a difference frequency between signal light and control light by a pseudo-phase matching (Quasi-Phase-Matched, hereinafter referred to as QPM) technique (Patent Document 1).
  • QPM pseudo-phase matching
  • the signal light 1a having a low light intensity and the control light 1b having a high light intensity are incident on the combiner 14 and combined.
  • the signal light 1a combined with the control light 1b travels toward the wavelength conversion element 13 and is incident on one end of the optical waveguide core 11 having a periodic polarization inversion structure arranged on the substrate 12.
  • the signal light 1a passes through the optical waveguide core 11, it is converted into a difference frequency light 1c having a wavelength different from that of the signal light 1a by a nonlinear optical effect, and is emitted from the other end of the optical waveguide core 11 together with the control light 1b.
  • the difference frequency light 1c and the control light 1b emitted from the optical waveguide core 11 enter the demultiplexer 15 and are separated from each other.
  • wavelength conversion elements optical elements
  • a crystal (hereinafter referred to as a nonlinear optical crystal) substrate that exhibits a nonlinear optical effect is formed into a periodic polarization inversion structure, and then a proton exchange waveguide is produced using the periodic polarization inversion structure.
  • a method of manufacturing a ridge type optical waveguide by utilizing a photolithography process and a dry etching process after forming a nonlinear optical crystal substrate into a periodic polarization inversion structure.
  • Patent Document 1 discloses an example of producing a ridge type optical waveguide among these.
  • Patent Document 1 has a first substrate of a nonlinear optical crystal having a periodic polarization inversion structure and a refractive index smaller than the refractive index of the first substrate in order to improve the light confinement effect in the ridge type optical waveguide. It is described that a wavelength conversion element is manufactured by laminating with a second substrate. Further, in Patent Document 1, in order to avoid cracks due to deterioration of the adhesive and temperature change, a nonlinear optical crystal of the same type as the first substrate is used as the second substrate, and the first substrate and the second substrate are used. It is described that heat is applied to the substrate for diffusion bonding.
  • a wavelength conversion device equipped with a wavelength conversion element is provided with a combiner and a demultiplexer in a metal housing equipped with an input / output port capable of inputting and outputting light so that the characteristics do not deteriorate due to changes in the usage environment in practical use.
  • Wavelength conversion elements are housed and used.
  • the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element has a temperature dependence, and it is necessary to control the temperature of the wavelength conversion element in order to maximize the wavelength conversion efficiency. Therefore, the wavelength converter further houses the temperature control element inside the metal housing.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a wavelength conversion device 20 including a metal housing 29 and a temperature control element 26 in addition to the configuration of the wavelength conversion device 10 of FIG.
  • the configuration of the wavelength conversion device shown in FIG. 2 includes a metal housing 29, a temperature control element 26, a support member 27, and a metal housing bottom surface member 28.
  • the metal housing 29 is provided with an input port 200 and an output port 201 on the side surface for input / output of light and input / output of an electric signal for temperature control.
  • the support member 27 is a metal member for uniformly controlling the overall temperature of the wavelength conversion element 13 including the optical waveguide core 11 and the substrate 12.
  • the temperature control element 26 is inserted between the support member 27 and the metal housing bottom surface member 28.
  • the optical waveguide core 11, the substrate 12, the wavelength conversion element 13, the duplexer 14, the demultiplexer 15, the signal light 1a, and the difference frequency light 1c are the same as those in the description of FIG. 1, and thus the description thereof will be omitted. ..
  • a method of heating the wavelength conversion element using a heat source such as a heater can be considered.
  • a heat source such as a heater
  • a Peltier element is used as the temperature control element 26.
  • the Peltier element is a thermoelectric element that utilizes the so-called Peltier effect, in which heat is transferred from one metal to the other when an electric current is passed through the joint of two types of metals. Therefore, when an electric current is passed through the Peltier element, heat is absorbed on one surface sandwiching the joint surface, and at the same time, heat is generated on the other surface.
  • the solder component when water generated by dew condensation comes into contact with a plurality of electrodes, the solder component repeatedly elutes the anode and precipitates the cathode through the water due to the potential difference between the electrodes, and as a result, the plurality of electrodes are short-circuited and the wavelength conversion element 13 fails. It is also expected to be done. Therefore, in order to realize a highly reliable wavelength conversion device 20, it is necessary to airtightly seal the wavelength conversion device 20 in a dry gas atmosphere that does not contain water.
  • the wavelength converter 20 is hermetically sealed in a dry gas atmosphere, another problem arises. That is, when airtightly sealed in a dry gas atmosphere, atmospheric ions do not exist in the wavelength conversion device 20, so that a substrate that is a ferroelectric substance due to the pyroelectric effect when the temperature of the wavelength conversion element 13 is changed. The surface charge on the substrate 12 generated on the surface of the 12 cannot be neutralized.
  • the nonlinear optical crystal used for the substrate 12 is a ferroelectric substance and is polarized.
  • the monopolarized ferroelectric substrate has a large pyroelectric effect, and the surface charge density changes with temperature changes. This charge diffuses in the crystal, forming an electric field distribution and causing a change in the refractive index due to the Pockels effect.
  • the phase matching wavelength of the wavelength conversion element 13 changes, causing a problem that the output power of wavelength conversion light such as SHG light decreases.
  • atmospheric ions neutralize the surface charge, but as mentioned above, the problem of dew condensation occurs.
  • the refractive index distribution of the substrate 12 changes. Further, the change in the surface charge of the substrate 12 due to the pyroelectric effect also affects the inside of the optical waveguide core 11 and causes a non-uniform distribution in the charge density inside the optical waveguide core 11. Therefore, a non-uniform refractive index distribution also occurs inside the optical waveguide core 11, and as a result, the wavelength that satisfies the phase matching condition in the optical waveguide core 11 changes, and the output power of the wavelength-converted difference frequency light 1c decreases. There was a problem to do.
  • the present invention has been made to solve the above problems.
  • One embodiment of the present invention is a wavelength conversion device that generates light different from the wavelength of the signal light when the signal light is input, and is a wavelength conversion element that converts the wavelength of the signal light and the temperature of the wavelength conversion element. It is provided with a temperature control element for controlling the light.
  • the wavelength conversion element and the temperature control element are sealed inside the metal housing, and the inside of the metal housing is filled with a dry gas containing one or more selected from nitrogen, oxygen, argon, or helium.
  • the wavelength conversion element includes an optical waveguide core and a substrate having a lower refractive index with respect to signal light than the optical waveguide core, and the optical waveguide core and the substrate are strong dielectrics.
  • a surface potential measuring mechanism for measuring the surface potential of the wavelength conversion element and a static elimination mechanism for reducing the change in the surface potential are provided inside the metal housing, and the surface potential is measured periodically and the amount of change is increased.
  • a wavelength conversion device that generates light different from the wavelength of the signal light when the signal light is input.
  • a wavelength conversion element that converts the wavelength of the signal light and
  • a temperature control element for controlling the temperature of the wavelength conversion element is provided.
  • the wavelength conversion element and the temperature control element are sealed inside a metal housing, and the inside of the metal housing is filled with a dry gas containing one or more selected from nitrogen, oxygen, argon, or helium.
  • the wavelength conversion element includes an optical waveguide core and a substrate having a refractive index lower than that of the optical waveguide core with respect to the signal light.
  • a wavelength conversion device characterized in that a static elimination mechanism is provided inside the metal housing.
  • (Structure 2) The wavelength conversion device according to configuration 1, further comprising a surface potential measuring mechanism for measuring the surface potential of the wavelength conversion element inside the metal housing.
  • (Structure 3) The wavelength conversion device according to configuration 2, further comprising a control mechanism for operating the static elimination mechanism based on the amount of change in the surface potential of the wavelength conversion element measured by the surface potential measuring mechanism.
  • (Structure 4) A combiner that combines the signal light and the control light, The wavelength conversion device according to any one of configurations 1 to 3, further comprising a demultiplexer for demultiplexing the signal light and the control light whose wavelength has been converted by the wavelength conversion element.
  • the temperature control element is a Peltier element.
  • the Peltier element is interposed between the first surface of the support member and the metal housing bottom surface member arranged on the bottom surface of the metal housing, and faces the first surface of the support member.
  • the wavelength conversion element is placed on the second surface of the support member.
  • the wavelength conversion device according to any one of the configurations 1 to 4, wherein the wavelength conversion device is characterized by the above. (Structure 6)
  • the substrate is LiNbO3 (lithium niobate), KNbO3 (potassium niobate), LiTaO3 (lithium tantalate), LiNb (x) Ta (1-x) O3 (0 ⁇ x ⁇ 1) (tantalic acid having an indefinite ratio composition).
  • the wavelength conversion device according to any one of configurations 1 to 5, wherein the wavelength conversion device is characterized by the above.
  • Structure 7 The wavelength conversion device according to any one of configurations 1 to 6, wherein the static elimination mechanism is an electrode needle to which a high voltage is applied or a UV-LED that irradiates the wavelength conversion element with ultraviolet light.
  • the surface potential measuring mechanism is characterized in that the surface potential of the wavelength conversion element is measured by detecting the voltage generated between the vibration electrode connected to the crystal oscillator and the detection electrode arranged to face each other.
  • the wavelength conversion device according to the configuration 2 or 3.
  • FIG. 10 It is a figure which shows the basic configuration example of the conventional wavelength conversion apparatus 10 which generates a difference frequency by a pseudo phase matching technique. It is a perspective view which shows the structural example of the conventional wavelength conversion apparatus. It is sectional drawing which shows the structure of the wavelength conversion apparatus of this invention. It is a graph which shows the phase matching characteristic of the conventional wavelength conversion apparatus. It is a figure which shows an example of the 1st Embodiment of this invention. It is a graph which shows the phase matching characteristic in 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the 2nd Embodiment of this invention.
  • the wavelength conversion device according to the embodiment of the present invention uses a ferroelectric crystal as a substrate under the ridge type optical waveguide of the wavelength conversion element. (Embodiment 1)
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a wavelength conversion device 30 according to an embodiment of the present invention.
  • the wavelength conversion device 30 for example, when a fundamental wave having a wavelength of 1550 nm is input as signal light from the front side in the figure, the wavelength-converted signal light having a wavelength (775 nm) which is the second harmonic is the back side in the figure. It is a wavelength conversion device that outputs toward.
  • the wavelength conversion device 30 is a wavelength conversion element including a combiner (not shown) that combines signal light and control light as in the conventional case, and an optical waveguide core 31 and a substrate 32. It includes 33 and a demultiplexer (not shown) that demultiplexes the wavelength-converted signal light and control light.
  • a metal housing is provided so as to seal those elements, and a temperature control element 26 and a support member 27 are further provided inside the metal housing, and the upper surface of the temperature control element 26 is attached to the support member 27 and the lower surface thereof. Is connected to the bottom member 28 of the metal housing, and the wavelength conversion element 33 including the optical waveguide core 31 and the substrate 32 is placed on the support member 27.
  • the metal housing also provides input and output ports for light input and output on the sides (front side in the cross-sectional view of FIG. 3 and back side in the figure), and also inputs and outputs electric signals. Is provided on a side surface different from the side surface for input / output of light (the left and right side surfaces in the cross-sectional view of FIG. 3).
  • the optical waveguide core 31 is an optical waveguide that selectively transmits the inside thereof without losing the intensity of the signal light.
  • the structure of the optical waveguide core 31 is not particularly limited as long as it has a function of outputting a wavelength-converted signal light having a wavelength different from that of the signal light when the signal light is input.
  • the substrate 32 is a ferroelectric substance and is transparent to signal light, that is, a substrate that does not absorb light.
  • the substrate 32 functions as an underclad with respect to the optical waveguide core 31 when forming the ridge type optical waveguide, and is more resistant to signal light, control light, and wavelength-converted signal light than the optical waveguide core 31. It is necessary that the refractive index is low.
  • the ferroelectric material used for the substrate 32 LiNbO 3 , KNbO 3 (potassium niobate), LiTaO 3 (lithium tantalate), LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1) ( Lithium tantalate with an indefinite ratio composition) or KTIOPO 4 (potassium niobate phosphate), and at least one selected from Mg (magnesium), Zn (zinc), Sc (scandium), and In (indium). Those contained as an additive are preferable.
  • the metal housing is a metal housing in which a top surface member and a bottom surface member are joined by a side surface member and sealed so as to maintain airtightness inside.
  • the support member 27 is not only a mechanical support member, but also, for example, a metal member for heat conduction that keeps the entire temperature of the wavelength conversion element 33 including the optical waveguide core 31 and the substrate 32 uniform.
  • the temperature control element 26 is inserted between the support member 27 and the metal housing bottom surface member 28.
  • the temperature control element 26 is a thermoelectric element such as a Peltier element.
  • the temperature control element 26 is a solder joining or a conductive adhesive having high thermal conductivity as a joining method in order to efficiently exhibit heat generation and endothermic effects between the support member 27 and the metal housing bottom member 28. It is possible to adopt a joining method other than the above-mentioned joining method.
  • the dry gas 302 is a gas that fills the inside of the metal housing and does not contain water. That is, as shown in FIG. 3, the dry gas 302 is the atmosphere around the wavelength conversion element 33, the temperature control element 26, the support member 27, and the metal housing bottom member 28 that are sealed in the metal housing.
  • the dry gas 302 preferably contains one or more selected from nitrogen, oxygen, argon, and helium.
  • dry nitrogen gas is used as the dry gas 302.
  • the ferroelectric substrate 32 is placed in the lower part of the ridge-type optical waveguide in the metal housing.
  • An optical waveguide core 31 made of 5 ⁇ m square PPLN was formed on the substrate 32 by dry etching.
  • the wavelength conversion element 33 produced as described above is fixed on the support member 27, and the support member 27, the metal housing bottom member 28, and the space between them are placed inside the metal housing with the upper surface open.
  • the temperature control element 26 was inserted into the device, fixed and stored.
  • the static elimination mechanism 301 is installed in the vicinity of the wavelength conversion element 33, and the surface potential measuring mechanism 300 is installed directly above the wavelength conversion element 33.
  • the static elimination mechanism 301 may be fixed inside the side surface of the metal housing, and the surface potential measuring mechanism 300 may be fixed inside the ceiling member of the metal housing.
  • the static elimination mechanism 301 can be driven to remove the surface charge of the wavelength conversion element 33 and suppress the change in the characteristics of the wavelength conversion element 33. it can.
  • a needle-shaped electrode needle 511 to which a high voltage is applied can be installed in the housing.
  • a high voltage is applied to the electrode needle 511 by a high-voltage power supply 510 connected to the metal housing, and the dry gas is ionized at the tip of the electrode needle 511 to neutralize the surface charge of the wavelength conversion element 33, and the wavelength conversion element It is possible to reduce the change in the surface potential of 33 and suppress the deterioration and instability of the characteristics.
  • the surface potential measuring mechanism 300 can be composed of, for example, the detection electrode 500, the crystal oscillator 501, and the vibration electrode 502 shown in FIG.
  • the voltage generated between the vibration electrode 502 connected to the crystal oscillator 501 driven by the oscillator and the detection electrode 500 arranged to face each other is detected as the detection voltage 503 at both ends of the detection resistor 504 to convert the wavelength.
  • the surface potential of the element 33 can be measured.
  • a vibration electrode 502 attached to a crystal oscillator 501 driven by an oscillator is installed between the wavelength conversion element 33 and the detection electrode 500, and is vibrated in front of the detection electrode 500, from the wavelength conversion element 33 to the detection electrode 500.
  • the change in charge induced in the electrode is detected and measured as a detection voltage 503 (V) at both ends of the detection resistor 504 (R).
  • a control mechanism drives the static elimination mechanism 301 to remove the surface charge of the wavelength conversion element 33 to eliminate static electricity. By doing so, the characteristic change of the wavelength conversion element 33 is significantly suppressed.
  • the surface potential is measured periodically, and when the amount of change exceeds the specified allowable value, the surface charge density of the wavelength conversion element is increased for a long period of time by a control mechanism that automatically functions the static elimination mechanism 301 as a surface potential suppression mechanism. It is also possible to keep it within a certain range.
  • the wavelength conversion element 33 including the temperature control element 26, the support member 27, the optical waveguide core 31 and the substrate 32 is placed on the bottom surface member 28 inside the metal housing in this order.
  • seam welding is performed between the upper surface (ceiling) and the bottom surface of the metal housing and the four side surfaces in the atmosphere of the dry nitrogen gas 302.
  • the metal housing was hermetically sealed.
  • the wavelength conversion element was set to the operating temperature of 45 ° C., and the phase matching curve was investigated.
  • FIG. 4 and 6 show a case where the static elimination mechanism of the prior art is not operated (FIG. 4) and a case where a high voltage of ⁇ 3 kV is applied to the electrode needle 511 of the first embodiment of the present invention to operate the static elimination mechanism (FIG. 4). It is a graph which shows in order to compare the phase matching characteristic of FIG. 6).
  • the horizontal axis represents the wavelength (Wavelength (nm)) of the wavelength-converted signal light output from the wavelength converter, and the vertical axis represents their optical output power (OutputPower (W)). Shown.
  • the phase matching condition is not locally satisfied in the wavelength conversion element due to the change in the refractive index due to the charcoalism of the substrate of the wavelength conversion element, which is a theoretical phase matching curve. It can be seen that the wavelength conversion efficiency is lowered due to a large deviation from the characteristics represented by the Sinc function (sin (x) / x).
  • the tip portion of the electrode needle 511 is formed by applying a high voltage of ⁇ 3 kV to the electrode needle 511.
  • Corona discharge is generated at the above, and the nitrogen gas is ionized to neutralize the surface charge of the wavelength conversion element 33, and the influence of the change in the refractive index due to the pyroelectric effect is greatly reduced. Therefore, as shown in FIG. 6, the influence of the pyroelectric effect is better suppressed, the shape of the phase matching curve is close to the ideal Sinc function, and high wavelength conversion efficiency can be obtained. You can see that.
  • the amount of electric charge induced in the detection electrode 500 by the pyroelectric effect generated in the wavelength conversion element 33 is measured.
  • the change in the electric charge induced in the detection electrode 500 can be measured as the detection voltage 503 (V) appearing at both ends of the detection resistor 504 (R), and can be grasped as the amount of change in the surface potential.
  • V detection voltage 503
  • R detection resistor 504
  • FIG. 7 shows the wavelength conversion device 70 according to the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment the same as the first embodiment of FIGS. 3 and 5 except for the static elimination mechanism 701 and the optical waveguide core 31.
  • the static elimination mechanism 301 of the first embodiment has a structure in which nitrogen gas is ionized and statically eliminated by the corona discharge generated at the tip of the electrode needle 511.
  • the surface charge of the wavelength conversion element 33 is neutralized by directly irradiating the wavelength conversion element with ultraviolet light using a UV-LED (ultraviolet LED), and the refractive index changes due to the charcoal effect. It is a point that the influence of is reduced.
  • the advantage of using a UV-LED (ultraviolet LED) is that it is not necessary to use a high voltage power supply.
  • LiNbO 3 having enhanced light damage resistance by adding ZnO to the optical waveguide core 31 was used.
  • a small UV-LED is installed in the housing as a light source of ultraviolet light.
  • the influence of the pyroelectric effect is better suppressed as in the case of the first embodiment, and the shape of the phase matching curve approaches the ideal Sinc function, and high wavelength conversion efficiency can be obtained. confirmed.
  • the wavelength conversion device of the present invention is provided with a surface potential measuring mechanism for measuring the surface potential of the wavelength conversion element and a static elimination mechanism for reducing the change in the surface potential inside the metal housing, and measures the surface potential.
  • a control mechanism that drives the static elimination mechanism according to the value it is possible to keep the surface charge density of the wavelength conversion element within a certain range and suppress the change in the refractive index of the wavelength conversion element, and the fluctuation of the phase matching curve. It has become possible to operate stably without any problems.

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Abstract

強誘電体基板を含む波長変換素子の温度を変化させたときに、焦電効果で波長変換された光の出力パワーが低下するのを抑制する波長変換装置であって、筐体内に波長変換素子と、波長変換素子の温度を制御する温度制御素子と、除電機構および表面電位測定機構を備え、表面電位測定機構が波長変換素子の表面電位の変化を検出すると除電機構を駆動して除電する波長変換装置とした。

Description

波長変換装置
　本発明は、入力光の波長を変換出力する波長変換装置、詳しくは信号光が入力されたときに信号光の波長と異なる波長の光を発生させる波長変換装置に関する。
　従来、波長変換装置に用いられる周期分極反転ニオブ酸リチウム（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ、以下、ＰＰＬＮという）を利用した光導波路は、光導波路とすることによる光強度の増大化および疑似位相整合技術の利用により高い光波長変換効率を実現可能な波長変換素子である。そのため、ＰＰＬＮを利用した光導波路は、次世代光ファイバ通信分野や量子コンピューティングの分野で重要な役割を担うデバイスとして注目されている。
　このＰＰＬＮを利用した光導波路は、低雑音な光増幅が可能な位相感応増幅器（ＰＳＡ）を構成するパラメトリック増幅素子および励起光発生素子として使用されており、高利得・低雑音な光増幅特性が実現されている。また量子コンピューティングの分野においては、ＰＰＬＮを利用した光導波路をファイバリング共振器内に挿入しパラメトリック発振素子として使用することで、従来の計算機に比べて極めて高速に大容量の計算を実証した報告がされている。これらの技術の更なる高性能化のためには、より高い波長変換効率を有する波長変換装置を実現することが重要となっている。
　図１は、従来の波長変換装置１０の基本構成を示す図である。図１の波長変換装置１０では、擬似位相整合（Ｑｕａｓｉ－Ｐｈａｓｅ－Ｍａｔｃｈｅｄ、以下、ＱＰＭという）技術により、信号光と制御光の差周波を発生させ波長変換を行う（特許文献１）。
　図１に示すように、従来の波長変換装置１０では、光強度が低い信号光１ａと光強度の高い制御光１ｂが、合波器１４に入射し合波される。
　制御光１ｂと合波した信号光１ａは、波長変換素子１３に向かって進行し、基板１２の上に配置された周期分極反転構造を有する光導波路コア１１の一方の端に入射する。
　信号光１ａは、光導波路コア１１の中を通過する時に非線形光学効果によって信号光１ａと異なる波長の差周波光１ｃへと変換され、制御光１ｂと共に光導波路コア１１の他方の端から出射される。光導波路コア１１から出射した差周波光１ｃと制御光１ｂとは、分波器１５に入射し互いに分離される。
　また、擬似位相整合技術を利用して波長変換を行う光学素子（以下、波長変換素子という）を作製する方法もいくつか知られている。例えば、非線形光学効果を発現させる結晶（以下、非線形光学結晶という）基板を周期分極反転構造とした後に、その周期分極反転構造を用いてプロトン交換導波路を作製する方法である。また例えば、同様に、非線形光学結晶基板を周期分極反転構造とした後に、フォトリソグラフィプロセスおよびドライエッチングプロセスを利用してリッジ型光導波路を作製する方法である。
　特許文献１には、これらのうちリッジ型光導波路を作製する例が開示されている。特許文献１には、リッジ型光導波路において、光の閉じ込め効果を向上させるため、周期分極反転構造を有する非線形光学結晶の第１の基板とその第１の基板の屈折率より小さい屈折率を有する第２の基板とを貼り合わせて波長変換素子を作製することが記載されている。また、特許文献１には、接着剤の劣化や温度変化によるクラックを回避するために、第１の基板と同種の非線形光学結晶を第２の基板として使用し、第１の基板と第２の基板とに熱を加えて拡散接合させることが記載されている。
　波長変換素子を備えた波長変換装置は、実用にあたって使用環境の変化により特性が劣化しない様に、光の入出力が可能な入出力ポートを備えた金属筐体内に合波器および分波器と共に波長変換素子を収納し使用することが行われている。特に波長変換素子の波長変換効率は温度依存性を有しており、その波長変換効率を最大化するためは波長変換素子の温度を制御することが必要である。そのため波長変換装置は、金属筐体の内部にさらに温度制御素子を収納している。
　図２は、図１の波長変換装置１０の構成にさらに金属筐体２９および温度制御素子２６を備える波長変換装置２０の構成例を示す斜視図である。図２に示す波長変換装置の構成は図１に示す構成に加えて、金属筐体２９、温度制御素子２６、支持部材２７、および金属筐体底面部材２８を備えている。金属筐体２９は、光の入出力および温度制御のための電気信号の入出力をするための入力ポート２００および出力ポート２０１を側面に備えている。
　支持部材２７は、光導波路コア１１および基板１２を含む波長変換素子１３の全体の温度を均一に制御するための金属部材である。温度制御素子２６は、支持部材２７と金属筐体底面部材２８との間に介挿されている。なお、光導波路コア１１、基板１２、波長変換素子１３、合波器１４、分波器１５、信号光１ａ、差周波光１ｃは、図１の説明におけるものと同じであるため説明を省略する。
　また、強誘電体結晶材料を用いた波長変換素子を波長変換装置に用いた場合、短い波長を有する光の照射により波長変換素子の屈折率が変化して特性が低下する光損傷と呼ばれる現象が生じる。この光損傷による影響を抑制する方法として、波長変換素子を高温で使用することが提案されている。
特許第３７５３２３６号公報
　波長変換素子を高温で動作させるためには、ヒーター等の熱源を用いて波長変換素子を加熱する方法が考えられる。例えば、図２に示す波長変換装置２０では波長変換素子１３の温度制御を高精度で高速に行うことが必要なため、温度制御素子２６としてペルチェ素子を用いる。ペルチェ素子を用いて波長変換素子１３の温度を高温に設定する場合、以下に説明する事象が問題となる。
　ここで、ペルチェ素子とは、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するという、いわゆるペルティエ効果を利用した熱電素子である。このためペルチェ素子に電流を流すと接合面を挟んだ一方の面で吸熱が生じ、同時に他方の面で発熱が生じる。
　そのため、波長変換素子１３の温度を周囲の温度よりも高温に設定する場合、大気環境下では吸熱側において結露が生じることが想定される。結露により生じた水がペルチェ素子の内部やリード線電極付近に滞ると、ペルチェ素子とリード線電極とを接合する半田が水により腐食し、ペルチェ素子とリード線電極とが電気的に断線して破損することになりかねない。
　また結露により生じた水が複数の電極と接触する場合、電極間の電位差により半田の成分が水を介してアノード溶出およびカソード析出を繰り返す結果、複数の電極がショートして波長変換素子１３が故障することも想定される。そのため、信頼性の高い波長変換装置２０を実現するためには、水を含まない乾燥ガス雰囲気で波長変換装置２０を気密封止することが必要となる。
　しかしながら、乾燥ガス雰囲気で波長変換装置２０を気密封止すると、また別の問題が生じる。すなわち、乾燥ガス雰囲気で気密封止すると、波長変換装置２０の中に大気イオンが存在しないため、波長変換素子１３の温度を変化させた際に焦電効果に起因して強誘電体である基板１２の表面に生じる、基板１２上の表面電荷を中和することができない。
　つまり、基板１２に使用される非線形光学結晶は強誘電体であり分極を生じている。単一分極の強誘電体の基板は大きな焦電効果を有しており、温度変化で表面電荷の密度が変化する。この電荷が結晶内を拡散し、電界分布の形成し、ポッケルス効果による屈折率変化をもたらす。結果として波長変換素子１３の位相整合波長は変化し、ＳＨＧ光などの波長変換光の出力パワーが低下するという問題をが生じる。大気環境下であれば大気イオンが表面電荷を中和するが、前述のように結露の問題が発生する。
　このように表面電荷があると、基板１２の屈折率分布に変化が発生する。さらに、焦電効果による基板１２の表面電荷の変化は、光導波路コア１１の内部にも影響を与え、光導波路コア１１の内部の電荷密度に不均一な分布を生じさせる。そのため、光導波路コア１１の内部にも不均一な屈折率分布が生じ、その結果、光導波路コア１１において位相整合条件を満たす波長が変化し、波長変換された差周波光１ｃの出力パワーが低下するという課題があった。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。
　本発明の一実施形態は、信号光が入力されたときに信号光の波長と異なる光を発生させる波長変換装置であって、信号光の波長を変換する波長変換素子と、波長変換素子の温度を制御するための温度制御素子とを備える。
　ここで、波長変換素子および温度制御素子は、金属筐体の内部に密閉され、金属筐体の内部は窒素、酸素、アルゴン、またはヘリウムから選ばれる一種以上を含む乾燥ガスで充填されており、波長変換素子は、光導波路コアと光導波路コアよりも信号光に対して低い屈折率を有する基板とを含み、光導波路コアおよび基板は強誘電体である。
　本発明においては、金属筐体の内部に波長変換素子の表面電位を測定する表面電位測定機構と、表面電位の変化を低減する除電機構を具備し、さらに定期的に表面電位を測定し変化量が指定した許容値を超えたら、表面電位の抑制機構を自動的に機能させる制御機構を具備することにより、波長変換素子の表面電荷密度を一定の範囲内に保持することにより波長変換素子の屈折率変化を抑制可能とし、位相整合曲線の変動なく安定動作させることができる波長変換装置を実現する。
　本発明の一実施形態は、以下のような構成を備える。
（構成１）
　信号光が入力されたときに前記信号光の波長と異なる光を発生させる波長変換装置であって、
　前記信号光の波長を変換する波長変換素子と、 
　前記波長変換素子の温度を制御するための温度制御素子と、を備え、 
　前記波長変換素子および前記温度制御素子は、金属筐体の内部に密閉され、前記金属筐体の内部は窒素、酸素、アルゴン、またはヘリウムから選ばれる１つ以上を含む乾燥ガスで充填されており、 
　前記波長変換素子は、光導波路コアと前記光導波路コアよりも前記信号光に対して低い屈折率を有する基板とを含み、
　前記金属筐体の内部に除電機構を具備する
ことを特徴とする波長変換装置。
（構成２）
　前記金属筐体の内部に前記波長変換素子の表面電位を測定する表面電位測定機構を具備する
ことを特徴とする構成１に記載の波長変換装置。
（構成３）
　前記表面電位測定機構により測定した波長変換素子の表面電位の変化量に基づき前記除電機構を動作させる制御機構を備える
ことを特徴とする構成２に記載の波長変換装置。 
（構成４）
　前記信号光と制御光とを合波する合波器と、 
　前記波長変換素子により波長変換された前記信号光と前記制御光とを分波する分波器とをさらに備える
ことを特徴とする構成１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換装置。 
（構成５）
　前記温度制御素子は、ペルチェ素子であって、
　前記ペルチェ素子は、支持部材の第１の面と前記金属筐体の底面に配置されている金属筐体底面部材との間に介挿されており、前記支持部材の前記第１の面に対向する前記支持部材の第２の面に前記波長変換素子が載置される 
ことを特徴とする構成１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換装置。 
（構成６）
　前記基板は、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）、ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）（不定比組成のタンタル酸リチウム）、またはＫＴｉＯＰＯ４（チタン酸リン酸カリウム）、さらに、それらにＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｃ（スカンジウム）、またはＩｎ（インジウム）から選ばれる少なくとも１つを添加物として含有している、
ことを特徴とする構成１乃至５のいずれか一項に記載の波長変換装置。
（構成７）
　前記除電機構は、高電圧を印加された電極針または紫外光を前記波長変換素子に照射するＵＶ-ＬＥＤである
ことを特徴とする構成１乃至６のいずれか一項に記載の波長変換装置。 
（構成８）
　前記表面電位測定機構は、水晶振動子に接続された振動電極と、対向配置された検知電極との間に発生する電圧を検出して、前記波長変換素子の表面電位を測定する
ことを特徴とする構成２または３に記載の波長変換装置。
　本発明により、波長変換素子の温度を変化させたときに強誘電体基板の焦電効果により生じる、波長変換光の出力パワーの低下を抑制可能な波長変換装置を提供できる。
擬似位相整合技術により差周波を発生させる従来の波長変換装置１０の基本構成例を示す図である。 従来の波長変換装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の波長変換装置の構成を示す断面図である。 従来の波長変換装置の位相整合特性を示すグラフである。 本発明の第一の実施形態の一例を示す図である。 本発明の第一の実施形態における位相整合特性を示すグラフである。 本発明の第二の実施形態を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の一実施形態の波長変換装置の動作原理について説明する。本発明の一実施形態の波長変換装置は、波長変換素子のリッジ型光導波路の下部である基板として強誘電体結晶を用いる。
（実施形態１）
　図３は、本発明の一実施形態である波長変換装置３０の断面構成を示す図である。波長変換装置３０は、例えば図の手前側から信号光として波長１５５０ｎｍの基本波が入力されると、その第二高調波である波長（７７５ｎｍ）を有する波長変換された信号光が図の裏面側に向かって出力される波長変換装置である。
　図３の実施形態１の波長変換装置３０は、従来と同様に信号光と制御光とを合波する合波器（図示せず）と、光導波路コア３１と基板３２とを含む波長変換素子３３と、波長変換された信号光と制御光とを分波する分波器（図示せず）を備えている。それらの要素を密封するように金属筐体が備えられ、金属筐体の内部には、さらに温度制御素子２６、支持部材２７を備えており、温度制御素子２６の上面は支持部材２７に、下面は金属筐体の底面部材２８に接続されており、支持部材２７の上に光導波路コア３１と基板３２とを含む波長変換素子３３が載置されている。
　図示はないが金属筐体はまた、光の入出力のための入力ポートおよび出力ポートを側面（図３の断面図では図の手前側および図の裏面側）に備え、また電気信号の入出力のための端子を光の入出力のための側面とは別の側面（図３の断面図では図の左右の側面）に備えている。
　光導波路コア３１は、信号光の強度を損失させることなく、選択的にその内部を透過させる光導波路である。光導波路コア３１の構造は、信号光が入力された時に信号光と異なる波長を有する波長変換された信号光を出力する機能を有するものであれば特に限定はされない。二次の非線形定数が光の進行方向に沿って周期的にまたは所定の変調が付与された周期で変化し、単一の波長または複数の波長について疑似位相整合を実現する構造であって、例えば、マルチＱＰＭ素子を採用することも可能である。
　基板３２は強誘電体であり、信号光に対して透明、すなわち光吸収を生じない基板である。基板３２は、リッジ型光導波路を構成する際に、光導波路コア３１に対するアンダークラッドとして機能させるものであり、光導波路コア３１よりも信号光、制御光、および波長変換された信号光に対して屈折率が低いことが必要である。
　基板３２に採用する強誘電体材料として、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）（不定比組成のタンタル酸リチウム）、またはＫＴｉＯＰＯ４（チタン酸リン酸カリウム）、さらに、それらにＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｉｎ（インジウム）から選ばれる少なくとも１つを添加物として含有しているものが好ましい。
金属筐体は、上面部材と底面部材を側面部材で接合して、内部の気密を保つように密閉する金属筐体である。
　支持部材２７は、機械的な支持部材であるだけでなく、光導波路コア３１および基板３２を含む波長変換素子３３の全体の温度を均一に保つ熱伝導のための、例えば金属部材である。
　温度制御素子２６は、支持部材２７と金属筐体底面部材２８との間に介挿されている。温度制御素子２６は、例えばペルチェ素子のような熱電素子である。さらに、温度制御素子２６は、支持部材２７と金属筐体底面部材２８との間で発熱および吸熱効果を効率的に発揮するために、接合方法として熱伝導性の高い半田接合、導電性接着剤による接合その他の公知の接合方法を採用することが可能である。
　乾燥ガス３０２は、金属筐体の内部を充填し水を含まないガスである。すなわち、乾燥ガス３０２は、図３に示すように、金属筐体に密閉されている波長変換素子３３、温度制御素子２６、支持部材２７、および金属筐体底面部材２８の周囲の雰囲気である。
　乾燥ガス３０２は、窒素、酸素、アルゴン、またはヘリウムから選ばれる一種以上を含むことが好ましい。本実施形態では、乾燥ガス３０２として乾燥窒素ガスを使用した。
　本実施形態１の波長変換装置３０においては、波長変換素子３３の基板３２の焦電効果による特性不安定化を回避するため、金属筐体内において強誘電体の基板３２をリッジ 型光導波路の下部として使用し、基板３２の上に５μm角のＰＰＬＮによる光導波路コア３１をドライエッチングにより形成した。
　以上のように作製した波長変換素子３３を支持部材２７の上に固定し、上面が開口している状態で金属筐体の内側に、支持部材２７、金属筐体底面部材２８、およびそれらの間に温度制御素子２６を介挿し、固定し収納した。
　図３の、本発明の実施形態１の波長変換装置３０では、除電機構３０１を波長変換素子３３の近傍に、また表面電位測定機構３００を波長変換素子３３の直上に設置した。例えば除電機構３０１は金属筐体の側面の内側に、また表面電位測定機構３００は金属筐体の天井部材の内側に固定してもよい。表面電位測定機構３００が波長変換素子３３の表面電位の変化を検出すると、除電機構３０１を駆動して波長変換素子３３の表面電荷を除去して、波長変換素子３３の特性変化を抑制することができる。
　図５の実施形態１の一例の波長変換装置３０にあるように、除電機構３０１としては、例えば高電圧を印加された、針状の電極針５１１を筐体内に設置することができる。金属筐体に接続された高圧電源５１０により電極針５１１に高電圧を印加して、電極針５１１の先端部分で乾燥ガスをイオン化して波長変換素子３３の表面電荷を中和し、波長変換素子３３の表面電位の変化を低減して、特性の劣化と不安定性を抑制することができる。
　また、表面電位測定機構３００としては、例えば図５の検知電極５００、水晶振動子５０１、振動電極５０２で構成することができる。発振器で駆動される水晶振動子５０１に接続された振動電極５０２と、対向配置された検知電極５００との間に発生する電圧を、検出抵抗５０４の両端において検出電圧５０３として検出して、波長変換素子３３の表面電位を測定することができる。
　波長変換素子３３と検知電極５００の間に、発振器で駆動される水晶振動子５０１に取り付けられた振動電極５０２を設置して、検知電極５００の前面で振動させ、波長変換素子３３から検知電極５００までを通過する電気力線の本数を変化させることにより、電極に誘導される電荷の変化を検出抵抗５０４（Ｒ）の両端において検出電圧５０３（Ｖ）として検出して測定するものである。
　図３に戻って、表面電位測定機構３００が波長変換素子３３の表面電位の変化を検出すると、図示しない制御機構により、除電機構３０１を駆動して波長変換素子３３の表面電荷を除去して除電することにより、波長変換素子３３の特性変化が大幅に抑制される。
　定期的に表面電位を測定し、変化量が指定した許容値を超えたら、表面電位の抑制機構として除電機構３０１を自動的に機能させる制御機構により、波長変換素子の表面電荷密度を長期間、一定の範囲内に保持することも可能である。
　波長変換装置の作製工程としては、金属筐体の内部で底面部材２８の上に、温度制御素子２６、支持部材２７、光導波路コア３１と基板３２とを含む波長変換素子３３をこの順で載置し、除電機構３０１と表面電位測定機構３００を筐体内に設置後、乾燥窒素ガス３０２の雰囲気中で金属筐体の上面（天井）および底面と四方の側面の間をシーム溶接することにより、金属筐体の気密封止を行った。
作製した波長変換装置３０において、波長変換素子を動作温度である４５℃に設定し位相整合曲線を調査した。
　図４および図６は、それぞれ、従来技術の除電機構を動作させない場合（図４）と、本発明実施形態１の電極針５１１に±３ｋＶの高電圧を印加し除電機構を動作させた場合（図６）の、位相整合特性を対比するために示すグラフである。
　図４および図６のグラフにおいて、横軸は波長変換装置から出力された波長変換された信号光の波長（Wavelength（ｎｍ））を、縦軸はそれらの光出力パワー（OutputPower（Ｗ））を示している。
　従来技術の図４のグラフにおいては、波長変換素子の基板の焦電性に起因する屈折率変化により、波長変換素子において位相整合条件が局所的に満足されず、理論上の位相整合曲線であるＳｉｎｃ関数（ｓｉｎ（ｘ）／ｘ）で表される特性から大幅にずれて、波長変換効率が低下していることが分かる。
　これに対して、図３または５の本発明実施形態の波長変換素子３０において除電機構３０１を機能させた場合は、電極針５１１に±３ｋＶの高電圧を印加したことで電極針５１１の先端部分でコロナ放電が発生して、窒素ガスがイオン化され波長変換素子３３の表面電荷を中和しており、焦電効果による屈折率変化の影響が大きく低減されている。このため、図６に示すように焦電効果の影響がより良く抑制されており、その位相整合曲線の形状は理想的なＳｉｎｃ関数に近づいており、高い波長変換効率を得ることができていることが分かる。
　図３および５の、本実施形態の表面電位測定機構３００では、波長変換素子３３で生じる焦電効果により検知電極５００に誘導される電荷量を測定している。これは、水晶振動子５０１に取り付けられた振動電極５０２の金属板を検知電極５００の前面で振動させ、波長変換素子３３から検知電極５００まで通過する電気力線の本数を変化させる。これにより、検知電極５００に誘導される電荷の変化を、検知抵抗５０４（Ｒ）の両端に現れる検出電圧５０３（Ｖ）として測定することができ、表面電位の変化量として把握することを可能となる。
　さらに、測定した電位変化量が±10％以上となった場合に、除電機構３０１を駆動する制御を制御機構により行い、約半年間に渡って波長変換装置の位相整合曲線が変化することなく、高い波長変換効率を保持することができた。
（実施形態２）
　図７に本発明の第２の実施形態における波長変換装置７０を示す。本実施形態２において、除電機構７０１および光導波路コア３１以外は、図３および５の実施形態１と同じである。
　実施形態２が実施形態１と異なる点は、実施形態１の除電機構３０１では、電極針５１１先端に発生させるコロナ放電により、窒素ガスをイオン化して除電する構造であったのに対して、図７の本実施形態２では、ＵＶ-ＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ）を使用して紫外光を波長変換素子に直接照射することにより波長変換素子３３の表面電荷を中和し、焦電効果による屈折率変化の影響を低減させている点である。ＵＶ-ＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ）を使用すると、高圧電源を用いる必要がないのが利点である。本実施形態２では紫外線の照射による光損傷を低減するため、光導波路コア３１にはＺｎＯを添加し光損傷耐性を高めたＬｉＮｂＯ３を使用した。
　図７の本実施形態２では、紫外光の光源として小型のＵＶ-ＬＥＤを筐体内に設置した。本実施形態により実施形態１の場合と同様に焦電効果の影響をより良く抑制し、その位相整合曲線の形状は理想的なＳｉｎｃ関数に近づき高い波長変換効率を得ることが可能であることを確認した。
　以上のように、本発明の波長変換装置では、金属筐体の内部に波長変換素子の表面電位を測定する表面電位測定機構と、表面電位の変化を低減する除電機構を備え、表面電位の測定値に応じて除電機構を駆動する制御機構を具備することにより、波長変換素子の表面電荷密度を一定の範囲内に保持して波長変換素子の屈折率変化を抑制可能とし、位相整合曲線の変動なく安定動作させることが可能となった。
１ａ 信号光
１ｂ 制御光
１ｃ 差周波光
１０、２０、３０、７０ 波長変換装置
１１、３１ 光導波路コア
１２、３２ 基板
１３、３３ 波長変換素子
１４ 合波器
１５ 分波器
２６ 温度制御素子
２７ 支持部材
２８ 金属筐体底面部材
２９ 金属筐体
２００ 入力ポート
２０１ 出力ポート
３００ 表面電位測定機構
３０１ 除電機構
３０２ 乾燥ガス
５００ 検知電極
５０１ 水晶振動子
５０２ 振動電極
５０３ 検出電圧
５０４ 負荷抵抗
５１０ 高圧電源
５１１ 電極針
７０１ 紫外線ＬＥＤ（ＵＶ-ＬＥＤ）












































 

Claims (8)

  1. 　信号光が入力されたときに前記信号光の波長と異なる光を発生させる波長変換装置であって、
    　前記信号光の波長を変換する波長変換素子と、 
    　前記波長変換素子の温度を制御するための温度制御素子と、を備え、 
    　前記波長変換素子および前記温度制御素子は、金属筐体の内部に密閉され、前記金属筐体の内部は窒素、酸素、アルゴン、またはヘリウムから選ばれる１つ以上を含む乾燥ガスで充填されており、 
    　前記波長変換素子は、光導波路コアと前記光導波路コアよりも前記信号光に対して低い屈折率を有する基板とを含み、
    　前記金属筐体の内部に除電機構を具備する
    ことを特徴とする波長変換装置。
  2. 　前記金属筐体の内部に前記波長変換素子の表面電位を測定する表面電位測定機構を具備する
    ことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。 
  3. 　前記表面電位測定機構により測定した波長変換素子の表面電位の変化量に基づき前記除電機構を動作させる制御機構を備える
    ことを特徴とする請求項２に記載の波長変換装置。 
  4. 　前記信号光と制御光とを合波する合波器と、 
    　前記波長変換素子により波長変換された前記信号光と前記制御光とを分波する分波器とをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換装置。 
  5. 　前記温度制御素子は、ペルチェ素子であって、
    　前記ペルチェ素子は、支持部材の第１の面と前記金属筐体の底面に配置されている金属筐体底面部材との間に介挿されており、前記支持部材の前記第１の面に対向する前記支持部材の第２の面に前記波長変換素子が載置される 
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換装置。 
  6. 　前記基板は、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）、ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）（不定比組成のタンタル酸リチウム）、またはＫＴｉＯＰＯ４（チタン酸リン酸カリウム）、さらに、それらにＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｃ（スカンジウム）、またはＩｎ（インジウム）から選ばれる少なくとも１つを添加物として含有している、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波長変換装置。
  7. 　前記除電機構は、高電圧を印加された電極針または紫外光を前記波長変換素子に照射するＵＶ-ＬＥＤである
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の波長変換装置。 
  8. 　前記表面電位測定機構は、水晶振動子に接続された振動電極と、対向配置された検知電極との間に発生する電圧を検出して、前記波長変換素子の表面電位を測定する
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の波長変換装置。
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