WO2021214883A1 - 波長変換装置 - Google Patents

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圓佛　晃次
忠永　修
毅伺 梅木
飛鳥 井上
笠原　亮一
貴大 柏崎
信建 小勝負
拓志 風間
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion device using a second-order nonlinear optical element that stabilizes optical characteristics during wavelength conversion operation.
  • wavelength conversion technology has been applied in various fields such as optical signal wavelength conversion in optical communication, optical processing, medical treatment, and biotechnology.
  • the wavelength range of light that is the target of wavelength conversion extends from the ultraviolet range to the visible light range, the infrared range, and the terahertz range, which cannot be directly output by a semiconductor laser.
  • the wavelength conversion technology is also used in applications where a semiconductor laser cannot obtain a sufficiently high output in the wavelength range.
  • a wavelength conversion technique is used in a wavelength conversion device that performs a wavelength conversion operation by generating a difference frequency, which will be described later, or an amplification operation using a parametric effect.
  • the periodic polarization inversion optical waveguide using lithium niobate which is a secondary non-linear material and has a large non-linear constant, is commercially available due to its high wavelength conversion efficiency. Widely used as a light source for.
  • a wavelength conversion mechanism is used in which light having a wavelength ⁇ 1 and light having a wavelength ⁇ 2 are input to a second-order nonlinear medium to generate a new wavelength ⁇ 3.
  • the wavelength ⁇ 1 used when the difference frequency is generated according to the relational expression 3 is called excitation light
  • the wavelength ⁇ 2 signal light
  • the wavelength ⁇ 3 idler light.
  • an optical parametric oscillator in which a nonlinear medium is put in a resonator and only the wavelength ⁇ 1 is input to generate the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 satisfying the relational expression 3.
  • the improvement of wavelength conversion efficiency which indicates the ratio of the intensity of wavelength-converted light to the intensity of incident light, has enabled optical amplification operation by a secondary nonlinear effect in the communication field.
  • An optical amplifier capable of such an optical amplification operation can be amplified without deteriorating the signal-to-noise ratio of the input light by performing a phase-sensitive operation, and is therefore expected to be used for long-distance transmission as an alternative to an erbium-added fiber amplifier. Has been done.
  • One amplification operation is an operation using degenerate parametric amplification in which a signal light and an excitation light having a wavelength half the wavelength of the signal light are input to a secondary nonlinear medium to amplify the signal light (see Non-Patent Document 1).
  • Another amplification operation utilizes non-reduced parametric amplification in which a pair of signal light and idler light and excitation light having a wavelength that is the sum frequency of the signal light and idler light are input to amplify the signal light and idler light. This is an operation (see Non-Patent Document 2).
  • the pair of signal light and idler light here is generated by the wavelength conversion mechanism that generates the difference frequency described above.
  • difference frequency generation and parametric amplification are mainly used in a mechanism having a second-order nonlinear effect.
  • parametric amplification it means at least one of degenerate parametric and non-degenerate parametric.
  • the excitation light is the light of the 0.78 ⁇ m band.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a basic configuration of a wavelength conversion device 100 of the prior art with a partial cross section from the top surface direction.
  • the wavelength converter 100 inputs the signal light L1 of the 1.55 ⁇ m band from the optical fiber F1 of the 1.55 ⁇ m band connected to one side in the lateral direction, and guides the wavelength conversion with the two lenses 11a and 11b. It is photocoupled to a wavelength conversion element 21 having a waveguide 21a.
  • the optical coupling portion is the waveguide 21a of the wavelength conversion element 21.
  • a second-order nonlinear optical element is used as the wavelength conversion element 21 here.
  • the wavelength conversion device 100 inputs the excitation light L2 from the 0.78 ⁇ m band optical fiber F2 connected to one end in the direction perpendicular to the optical fiber F1 on one end side in the longitudinal direction, and the two lenses 11c, At 11b, it is photocoupled to the wavelength conversion element 21. That is, here, the lens 11b is commonly used in the 1.55 ⁇ m band and the 0.78 ⁇ m band on the side closer to the wavelength conversion element 21.
  • the wavelength converter 100 transmits 1.55 ⁇ m band light between the lenses 11a and 11b in order to combine 1.55 ⁇ m band light and 0.78 ⁇ m band light, and 0.78 ⁇ m band light. It is provided with a dichroic mirror 12a that reflects light.
  • the wavelength-converted 1.55 ⁇ m band light output from the output end of the waveguide 21a of the wavelength conversion element 21 is connected to the other side in the lateral direction by the two lenses 11d and 11e, and the 1.55 ⁇ m band light is connected.
  • the signal light L4 amplified by the operation of wavelength conversion is output from the optical fiber F4 in the 1.55 ⁇ m band.
  • this wavelength conversion device 100 another dichroic mirror 12b is provided between the lenses 11d and 11e in order to remove the light in the 0.78 ⁇ m band from the output light of the waveguide 21a.
  • the wavelength-converted 0.78 ⁇ m band light output from the waveguide 21a is transmitted to the other end in the longitudinal direction by the two lenses 11d and 11f at the other end in the direction perpendicular to the optical fiber F4. It is optically connected to the 0.78 ⁇ m band optical fiber F3 connected to the optical fiber F3.
  • the wavelength conversion light L3 amplified by the wavelength conversion operation of the wavelength conversion element 21 is output from the optical fiber F3 in the 0.78 ⁇ m band.
  • the wavelength conversion element 21 the lenses 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f and the dichroic mirrors 12a, 12b can be regarded as optical elements.
  • the wavelength conversion device 100 for the wavelength conversion element 21, for example, a waveguide type element made of lithium niobate having a polarization inversion structure can be used.
  • this wavelength conversion device 100 when this wavelength conversion device 100 is used as a phase sensitive amplifier, the input intensity of the excitation light L2 in the 0.78 ⁇ m band of several hundred mW to several W is required.
  • the signal light L1 is usually attenuated in the transmission line at the stage of being input to the wavelength conversion device 100, and is input in a state where an amplification operation is required. Therefore, the light intensity of the signal light L1 becomes a very small level of ⁇ 10 dBm or less per wavelength.
  • the level is the sum of the input lights corresponding to the number of wavelengths.
  • the wavelength conversion element 21 requires excitation light L2 in the 0.78 ⁇ m band for the operation of wavelength conversion, but the optical fiber F4 in the 1.55 ⁇ m band on the output side requires excitation light L2. Should not be output. The reason is that if the light in the 0.78 ⁇ m band has high light energy and high light intensity, there is a risk of deteriorating the optical components used in the subsequent stage of the wavelength converter 100. As the deterioration of the optical component, for example, the deterioration of the adhesive of the optical connector is known. Therefore, on the output side of the wavelength conversion device 100, it is necessary to block the wavelength conversion light L3, which is a component of the excitation light L2, by a dichroic mirror 12b or the like as shown in FIG.
  • the excitation light L2 guides the wavelength conversion light L3 whose wavelength is converted and amplified in the output stage to the optical fiber F3 in the 0.78 ⁇ m band, and the wavelength conversion light L3 with respect to the optical fiber F4 in the 1.55 ⁇ m band.
  • the wavelength conversion device 100 shown in FIG. 1 when light having a large input power is incident, there is a problem that the wavelength conversion efficiency and the phase-sensitive amplification gain are lowered, and the optical components arranged in the subsequent stage are still deteriorated. It has been confirmed that there is a risk of causing it. In this way, when light having a large input power is incident and parametric amplification or wavelength conversion is performed, light in the 0.52 ⁇ m band, which is the wavelength conversion light between the input light and the conversion light, is generated in the wavelength conversion element 21.
  • the existing wavelength conversion device cannot suppress the return of unnecessary light having the wavelength of the sum frequency component of the signal light L1 and the excitation light L2 to the wavelength conversion element, and the unnecessary light is transmitted to the optical fiber on the output side. It has a structure that is easily mixed.
  • An object of the embodiment of the present invention is to prevent unnecessary light having a wavelength of the sum frequency component of the signal light and the excitation light from returning to the wavelength conversion element, and the unnecessary light is mixed into the optical fiber on the output side.
  • the purpose is to provide a wavelength conversion device having a difficult configuration.
  • one aspect of the present invention is a secondary nonlinear optical element in which excitation light and signal light are input from an optical fiber on the input side and the signal light is phase-sensitively amplified, or light on the input side.
  • the reflection by unnecessary light generated in any one of the wavelength band related to the excitation light and the signal light, the wavelength band related to the differential frequency generation, or the wavelength band related to the sum frequency generation is suppressed. It is characterized by being provided with a reflection suppressing portion.
  • the optical transmission line can be operated stably.
  • the reflected return light suppression characteristic of the wavelength converter is shown in relation to the reflectance with respect to the wavelength.
  • (A) relates to the reflected return light suppression characteristic of the wavelength conversion device of the first embodiment shown in FIG. 2, and (b) relates to the reflected return light suppression characteristic of the wavelength conversion device of the prior art shown in FIG.
  • the phase matching curve of the second harmonic generation when the input power of the wavelength converter shown in FIG. 2 is 1 W is shown in relation to the second harmonic output with respect to the wavelength.
  • phase matching curve of the second harmonic generation of the wavelength converter shown in FIG. 1 is shown in relation to the second harmonic output with respect to the wavelength.
  • (A) is related to the phase matching curve of the second harmonic generation when the input power is 1 W
  • (b) is related to the phase matching curve of the second harmonic generation when the input power is 3 W.
  • the time-dependent gain characteristics obtained as a result of conducting a long-term test of parametric amplification using the wavelength conversion device shown in FIG. 2 are shown in relation to the gain change with respect to the elapsed time. It is a figure which showed the schematic structure of the dichroic mirror which provided the optical thin film on the back surface in the wavelength conversion apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention in the side cross section in the longitudinal direction.
  • the reflection characteristics of the optical thin film provided on the back surface of the dichroic mirror shown in FIG. 7 in the wavelength conversion device according to the second embodiment are shown in relation to the reflectance with respect to the wavelength.
  • the long-term conversion characteristics in the generation of the second harmonic of the wavelength conversion apparatus according to the second embodiment are shown in relation to the conversion efficiency with respect to the elapsed time. It is a figure which showed the schematic structure of the dichroic mirror which provided the optical thin film on the back surface in the wavelength conversion apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention in the side cross section in the longitudinal direction.
  • the transmission characteristics of the optical thin film provided on the back surface of the dichroic mirror shown in FIG. 10 in the wavelength conversion device according to the third embodiment are shown in relation to the transmittance with respect to the wavelength.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a main part of the wavelength conversion device according to the fifth embodiment of the present invention from the top surface with a part broken.
  • the present inventors have noted the phenomenon that the conversion efficiency and the amplification gain are lowered and the optical component located in the subsequent stage is deteriorated when the wavelength conversion device 100 of the well-known technique described with reference to FIG. 1 is used. investigated. As a result, light having a wavelength of about 0.52 ⁇ m remains in the wavelength conversion element 21, or light having a wavelength of about 0.52 ⁇ m is mixed in the optical fiber F4 in which light in the 1.55 ⁇ m band propagates. I found that. Such unnecessary light in the 0.52 ⁇ m band has a wavelength of two-thirds of the excitation light L2.
  • the wavelength of the signal light L1 when the wavelength of the signal light L1 is ⁇ s, the wavelength of the excitation light L2 becomes ⁇ s / 2, and ⁇ s / which is a sum frequency component of these two wavelengths ⁇ s and ⁇ s / 2. Unwanted light with a wavelength of 3 is generated. Then, it was found that this unnecessary light was emitted to the optical fiber F4 in which the light in the 1.55 ⁇ m band propagated. Even when used for non-degenerate parametric amplification or normal differential frequency generation, the wavelength of two-thirds of the excitation light L2 is set due to the relationship between the signal light L1 and idler light existing in the 1.55 ⁇ m band and the excitation light L2.
  • Unnecessary light is generated as the sum frequency is generated in the center.
  • unnecessary light is generated along with the sum frequency generation of the input light and the second harmonic generation.
  • the wavelength conversion device it is possible to prevent unnecessary light having a wavelength of the sum frequency component of the signal light L1 and the excitation light L2 from returning to the wavelength conversion element 21, and the unnecessary light is generated. It is an object of the present invention to provide a configuration which is hard to be mixed in the optical fiber on the output side.
  • the second-order nonlinear optical element can be exemplified by a configuration in which excitation light and signal light are input from an optical fiber on the input side and the signal light is phase-sensitively amplified. .. Further, the second-order nonlinear optical element can be exemplified as a configuration in which excitation light and signal light are input from an optical fiber on the input side and a difference frequency is generated from the signal light. Further, the second-order nonlinear optical element can exemplify a configuration in which excitation light and a plurality of signal lights are input from an optical fiber on the input side and a sum frequency is generated from the plurality of signal lights.
  • the wavelength converter is one of phase-sensitive amplified light output from any one of these secondary nonlinear optical elements, light generated by generation of a difference frequency, or signal light of sum frequency light. It is assumed that the optical fiber on the output side has a configuration capable of outputting the light.
  • the reflection suppression unit that suppresses reflection is provided. It is desirable that the reflection suppression unit is provided on all surfaces of the optical element except the second-order nonlinear optical element in the wavelength conversion device.
  • the light suppressed by the reflection suppression unit is unnecessary light excluding the phase-sensitive amplified light, the light generated by the generation of the difference frequency, or the light generated by the generation of the sum frequency, which is output to the optical fiber on the output side. That is, the reflection suppression unit suppresses the reflection of unnecessary light generated in any one of the wavelength band related to the excitation light and the signal light, the wavelength band related to the differential frequency generation, or the wavelength band related to the sum frequency generation. ..
  • the wavelength conversion device having such a configuration, even if the sum frequency is generated in the wavelength conversion element by the action of the reflection suppression unit, it is possible to suppress the return of unnecessary light to the wavelength conversion element, so that the wavelength conversion characteristics are less likely to be deteriorated. .. Further, since unnecessary light is less likely to be mixed into the optical fiber on the output side of the wavelength conversion device, the optical components arranged in the subsequent stage are also less likely to be deteriorated. As a result, if this wavelength conversion device is applied, the optical transmission line can be operated stably.
  • the wavelength band of the signal light preferably includes at least one of an O band, an E band, an S band, a C band, and an L band that can be used as a communication wavelength.
  • the wavelength band of this signal light is 2/3 times the wavelength band of the excitation light, 2/3 times the wavelength band of the light generated by the generation of the difference frequency, or 2/3 times the wavelength band of the light generated by the sum frequency generation. It suffices to correspond to any one of the wavelength bands. That is, the light in the wavelength ⁇ s / 3 band, which deteriorates the characteristics of the wavelength converter, corresponds to a wavelength of approximately 1/3 of the wavelength band used for optical communication, and the optical frequency is approximately three times.
  • the light in the wavelength ⁇ s / 3 band here corresponds to a wavelength band of 1/3 of the signal light wavelength used in the communication wavelength including each of the above bands.
  • the wavelength conversion device according to the present invention is not limited to the configuration of the signal light of the C band, and can be applied to the configuration of the signal light of another type.
  • the material of the second-order nonlinear optical element may be any of LiNbO 3 , LiTaO 3 , and LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (where 0 ⁇ x ⁇ 1). Further, the material of the second-order nonlinear optical element may contain at least one selected from Mg, Zn, Sc, and In as an additive. In any case, it is preferable that the second-order nonlinear optical element has a waveguide type and a structure in which the polarization is periodically inverted.
  • the wavelength converters of the following embodiments do not apply the complicated and costly temperature control technology that requires the use of a large temperature control device or the installation of a temperature control mechanism on the core side, which are examined in the prior art. All that is required is to change the design of the well-known dielectric multilayer film. By such a simple method, it is possible to solve the problems of deterioration of wavelength conversion efficiency and deterioration of optical fiber due to indirect generation of unnecessary light due to sum frequency generation.
  • the wavelength conversion device according to each embodiment will be specifically described below.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a basic configuration of the wavelength conversion device 100A according to the first embodiment of the present invention in a partial cross section from the top surface direction.
  • the wavelength converter 100A corresponds to the case where it is used for the generation of the second harmonic, which is one of the sum frequency generations.
  • the 1.55 ⁇ m band optical fiber F1 and the 0.78 ⁇ m band optical fiber F2 are connected in parallel to one input side in the lateral direction.
  • a dichroic mirror 114 is installed between the optical fiber F1 and the wavelength conversion element 121.
  • the 1.55 ⁇ m band optical fiber F4 and the 0.78 ⁇ m band optical fiber F3 are connected in parallel to the other output side in the lateral direction.
  • a dichroic mirror 116 is installed between the optical fiber F4 and the wavelength conversion element 121.
  • a dichroic mirror 113 is installed between the 0.78 ⁇ m band optical fiber F2 and the wavelength conversion element 121. Further, in the wavelength conversion device 100A, a dichroic mirror 113 is installed between the optical fiber F2 in the 0.78 ⁇ m band and the wavelength conversion element 121. A dichroic mirror 115 is installed between the 0.78 ⁇ m band optical fiber F3 and the wavelength conversion element 121.
  • the wavelength conversion element 121 here also has a structure having a waveguide 121a, and a second-order nonlinear optical element is used.
  • a lens 111c is installed between the optical fiber F1 for inputting the signal light L1 and the dichroic mirror 114.
  • a lens 111a is installed between the optical fiber F2 that inputs the excitation light L2 and the dichroic mirror 113.
  • the lens 111b is installed between the dichroic mirror 113 and the wavelength conversion element 121 so as to face the lens 111a.
  • a lens 111f is installed between the optical fiber F4 that outputs the signal light L4 and the dichroic mirror 116.
  • a lens 111e is installed between the optical fiber F3 that outputs the wavelength conversion light L3 and the dichroic mirror 115.
  • the lens 111d is installed between the dichroic mirror 115 and the wavelength conversion element 121 so as to face the lens 111e.
  • the wavelength conversion device 100A is provided with a sealing window 119a between the dichroic mirror 114 on the input side of the wavelength conversion element 121 and the lens 111c optically coupled to the optical fiber F1.
  • a sealing window 119b is provided between the dichroic mirror 116 on the output side of the wavelength conversion element 121 and the lens 111f optically coupled to the optical fiber F4.
  • the wavelength conversion device 100A includes a sealing window 120a between the dichroic mirror 113 on the input side of the wavelength conversion element 121 and the lens 111a coupled to the optical fiber F2.
  • a sealing window 120b is provided between the dichroic mirror 115 on the output side of the wavelength conversion element 121 and the lens 111e optically coupled to the optical fiber F3.
  • the sealing windows 119a and 119b are materials that transmit the signal lights L1 and L4 in the 1.55 ⁇ m band, and the sealing windows 120a and 120b are materials that transmit the excitation light L2 and the wavelength conversion light L3 in the 0.78 ⁇ m band, respectively. It is configured.
  • the wavelength conversion element 121, the lenses 111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f, the dichroic mirrors 113, 114, 115, 116 and the sealing windows 119a, 119b, 120a, 120b Can be regarded as an optical element.
  • Non-reflective treatment is applied to the end face of F4.
  • the surface of the optical element is the surface of the lenses 111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f, the dichroic mirrors 113, 114, 115, 116, and the sealing windows 119a, 119b, 120a, 120b.
  • Non-reflective treatment is applied to the surface of these optical elements and the end faces of the optical fibers F3 and F4.
  • the non-reflection processing in addition to the light of the wavelength conversion light wavelength band of the signal light L1 and the excitation light L2 (wavelength conversion light L3), the non-reflection processing is performed for light having an optical frequency three times that of the signal light L1. show.
  • the non-reflection treatment means that a reflection suppression unit (RS: Reflection Supportor) is provided on the embodiment.
  • the reflection suppression part (RS) is attached to the reference code of each part.
  • the reflection suppression unit (RS) if an antireflection film (Anti Reflection Coating) having a multi-layer structure is formed, the production surface is simple.
  • the 1.55 ⁇ m band optical fiber F1 connected to one side in the lateral direction is connected to the 1.55 ⁇ m band signal light L1 through the lens 111c (RS) and the sealing window 119a (RS). Enter through.
  • the signal light L1 is reflected vertically downward by the dichroic mirror 114 (RS).
  • the reflected light is reflected again in the vertical right direction by the dichroic mirror 113 (RS), and is photocoupled to the wavelength conversion element 121 through the lens 111b (RS).
  • the optical coupling portion is the waveguide 121a of the wavelength conversion element 121.
  • the wavelength converter 100A transmits the excitation light L2 from the 0.78 ⁇ m band optical fiber F2 connected to another location adjacent to and parallel to the optical fiber F1 on one side in the lateral direction with the lens 111a (RS). Input is performed through the sealing window 120a (RS).
  • the excitation light L2 passes through the dichroic mirror 113 (RS) and is photocoupled to the waveguide 121a of the wavelength conversion element 121 through the lens 111b (RS). That is, also here, the lens 111b (RS) is commonly used in the 1.55 ⁇ m band and the 0.78 ⁇ m band on the side closer to the wavelength conversion element 121.
  • the wavelength-converted 1.55 ⁇ m band light output from the output end of the waveguide 121a of the wavelength conversion element 121 is reflected vertically upward by the dichroic mirror 115 (RS) through the lens 111d (RS).
  • the reflected light is reflected again by the dichroic mirror 116 (RS) in the vertical right direction, and is connected to the other side in the lateral direction through the sealing window 119b (RS) and the lens 111f (RS). It is optically coupled to the optical fiber F4 (RS) of.
  • the 1.55 ⁇ m band signal light L4 amplified by the wavelength conversion operation of the wavelength conversion element 121 is output to the optical fiber F4 (RS).
  • the wavelength-converted 0.78 ⁇ m band light output from the output end of the waveguide 121a of the wavelength conversion element 121 passes through the dichroic mirror 115 (RS) through the lens 111d (RS).
  • the transmitted light is in the 0.78 ⁇ m band connected to another location adjacent to and parallel to the optical fiber F4 (RS) on the other side in the lateral direction through the sealing window 120b (RS) and the lens 111e (RS). It is optically coupled to the optical fiber F3 (RS).
  • the wavelength conversion light L3 in the 0.78 ⁇ m band that has undergone the wavelength conversion operation of the wavelength conversion element 121 is output to the optical fiber F3 (RS).
  • the reflection suppression unit (reflecting suppression unit) is formed on the surface of the optical element other than the wavelength conversion element 121 in the device between the optical fibers F1 and F2 on the input side and the optical fibers F3 (RS) and F4 (RS) on the output side.
  • RS optical fibers F3
  • F4 optical fibers F4
  • RS reflection suppression unit
  • FIG. 3 shows the reflection return light suppression characteristics of the wavelength converters 100 and 100A in relation to the reflectance [%] with respect to the wavelength [nm].
  • FIG. 3A shows the reflected return light suppression characteristic of the wavelength conversion device 100A of the first embodiment shown in FIG. 2, and
  • FIG. 3B shows the reflected return light of the wavelength conversion device 100 of the prior art shown in FIG. It relates to suppression characteristics.
  • the wavelength converter 100A has a frequency three times that of the signal light L1 by optimizing the design of the multilayer structure of the antireflection film formed on each part. It can be seen that the amount of reflection can be greatly reduced with respect to unnecessary light. On the other hand, it can be seen that the wavelength converter 100 cannot significantly reduce the amount of unnecessary light reflected at a frequency three times that of the signal light L1 as the reflected return light suppression characteristic.
  • FIG. 4 shows the phase matching curve of the second harmonic generation when the input power of the wavelength converter 100A shown in FIG. 2 is 1 W, with respect to the wavelength [nm] of the second harmonic output [Arbitrary Unit: a.u. ] Is shown in the relationship.
  • the wavelength conversion light L3 can be stably generated with high efficiency in the phase matching curve when the input power of the signal light L1 is 1 W using the wavelength conversion device 100A. It is presumed that the reason is that the residual component of 0.52 ⁇ m in the wavelength conversion element 121 is reduced. This does not reflect light of 0.52 ⁇ m, which is three times the wavelength of the signal light L1, on the surface of each part of the optical element and the end faces of the optical fibers F3 (RS) and F4 (RS) in the case of the wavelength converter 100A. It can be said that this is the result of applying an antireflection film (RS).
  • RS antireflection film
  • the wavelength conversion device 100A requires temperature control. No means required. That is, in the case of the wavelength conversion device 100A, it was confirmed that stable and highly efficient wavelength conversion can be realized without the temperature control means.
  • FIG. 5 shows the phase matching curve of the second harmonic generation of the wavelength converter 100 shown in FIG. 1 with respect to the wavelength [nm] of the second harmonic output [a.u. ] Is shown in the relationship.
  • FIG. 5A relates to a phase matching curve for the generation of the second harmonic at an input power of 1 W
  • FIG. 5B relates to a phase matching curve for the generation of the second harmonic at an input power of 3 W. be.
  • the phase matching curve when the input power of the signal light L1 is weakened to 1 W by using the wavelength converter 100A has a sinc function which is a theoretical shape. I understand.
  • FIG. 5B it can be seen that the shape of the phase matching curve when the input power of the signal light L1 is increased to a stronger 3W shows that the shape is disturbed and the conversion efficiency is lowered. ..
  • the reason is that the wavelength conversion element 21 generates unnecessary 0.52 ⁇ m light due to the sum frequency generation of the signal light L1 and the second harmonic light, and the 0.52 ⁇ m light is reflected on the surface of the optical element in the device. It is conceivable that the light is mixed again in the wavelength conversion element 21.
  • the wavelength conversion element 21 absorbs and generates heat of 0.52 ⁇ m, so that a temperature distribution is generated inside and the refractive index changes, and the structure of the waveguide changes accordingly, so that the conversion efficiency Will be a factor to reduce.
  • the surface of each part of the optical element and the end faces of the optical fibers F3 (RS) and F4 (RS) are light having three times the wavelength of the signal light L1 (unnecessary).
  • a reflection suppression unit (RS) that does not reflect light) is provided. Therefore, even if unnecessary light is generated in the wavelength conversion element 121 due to the generation of sum frequency by the action of the reflection suppression unit (RS), it is possible to suppress the return of unnecessary light to the wavelength conversion element 121, so that the wavelength conversion characteristic. Is less likely to deteriorate.
  • FIG. 6 shows the gain characteristics with time obtained as a result of performing a long-term test of parametric amplification using the wavelength converter 100A shown in FIG. 2 in relation to the gain change [dB] with respect to the elapsed time [h]. be.
  • the amplification gain decreases with the passage of time in the time-dependent gain characteristics in which the wavelength converter 100A is parametrically amplified and used for a long period of time.
  • the 0.52 ⁇ m light generated by the internal wavelength conversion element 121 was transmitted through the dichroic mirror 116 (RS) and passed through the 1.55 ⁇ m band optical fiber F4 (RS) on the output side. It turned out to be combined.
  • the adhesive material in the connector of the optical fiber F4 (RS) was deteriorated and caused an axial deviation. This countermeasure will be described in the second embodiment below.
  • the wavelength conversion device 100B according to the second embodiment of the present invention corresponds to the case where it is used for parametric amplification or phase-sensitive amplification together with the generation of the second harmonic generation.
  • This wavelength conversion device 100B is an improvement in that the wavelength conversion device 100A described with reference to FIG. 6 reduces the amplification gain with the passage of time.
  • the wavelength conversion device 100B is different from the wavelength conversion device 100A in that an optical thin film (O) that reflects unnecessary light is provided on the back surface of the dichroic mirror 116 (RS), and other components are common. ..
  • FIG. 7 is a view showing a schematic configuration of a dichroic mirror 116 (RS + O) provided with an optical thin film (O: Optical thin film) on the back surface in the wavelength conversion device 100B according to the second embodiment in a lateral cross section in the longitudinal direction. ..
  • an optical thin film (O) that reflects light (unnecessary light) in the wavelength 0.52 ⁇ m band is provided on the back surface of the dichroic mirror 116 (RS).
  • the dichroic mirror 116 (RS + O) having the reflection suppression section (RS) and the optical thin film (O) functions as a selective transmission reflection section that prevents optical coupling to the optical fiber F4 (RS).
  • the dichroic mirror 116 (RS + O) is usually provided with a reflection suppression portion (RS) on the entire front surface, an optical thin film (O) is provided on the back surface, and then both ends of the side wall are cut to form a form as shown in FIG. It is made.
  • the surface of the dichroic mirror 116 (RS + O) is on the side of the wavelength conversion element 121 facing the waveguide 121a, as in the case of the other dichroic mirrors 113 (RS), 114 (RS), 115 (RS). Shows the main surface.
  • the back surface shows the main surface on the opposite side of the front surface.
  • the optical thin film (O) may be provided on the surface of the dichroic mirror 116 (RS).
  • the selective transmission / reflection unit here separates the signal light L1 and the light generated by the sum frequency generation and the light having a wavelength of two-thirds of the light generated by the sum frequency generation.
  • the selective transmission / reflection unit plays a role of preventing optical coupling of light having a wavelength of two-thirds of the light generated by the generation of the separated sum frequency to the optical fiber F4 (RS) on the output side.
  • the selective transmission / reflection unit can also separate the excitation light L2 and the signal light L1 from the light having a wavelength of two-thirds of the excitation light L2 according to the function of the wavelength conversion element 121. be.
  • the selective transmission / reflection unit can separate the light generated by the generation of the difference frequency and the excitation light L2 and the light having a wavelength of two-thirds of the excitation light L2. In any of these cases, the selective transmission / reflection unit plays a role of preventing optical coupling to the optical fiber F4 (RS) on the output side with respect to light having a wavelength of two-thirds of the separated excitation light L2. ..
  • the dichroic mirror 116 for example, a 45 degree mirror can be used.
  • the optical thin film (O) on the back surface (or the front surface) of the 45-degree mirror, the optical thin film (O) has a wavelength band of two-thirds of the signal light L1 and the light generated by the sum frequency generation and the light generated by the sum frequency generation. Reflects light. Further, depending on the function of the wavelength conversion element 121, the excitation light L2 and the signal light L1 and the light in the wavelength band of two-thirds of the excitation light L2, or the light generated by the generation of the difference frequency and the excitation light L2. The function of reflecting light in the wavelength band of two-thirds of the excitation light L2 can also be changed. In some cases, the optical thin film (O) may be adopted as a transmissive function instead of the reflective function.
  • the optical thin film (O) that reflects the light generated by the sum frequency generation according to the wavelength converter 100B can be considered to be included in the configuration in which two 45-degree mirrors as selective transmission / reflection portions are arranged in parallel.
  • the light generated by the excitation light L2 and the sum frequency generation transmits light in the wavelength band.
  • the light in the wavelength band of two-thirds of the excitation light L2, and the light generated by the sum frequency generation are two-thirds. It transmits light in the wavelength band.
  • reflection by the signal light L1 and the light generated by the generation of the difference frequency (if applicable) and the excitation light L2 and the light generated by the sum frequency generation is prevented.
  • the back surface of the dichroic mirror 115 (RS) reflects the light in the wavelength band of two-thirds of the excitation light L2 and the light in the wavelength band of two-thirds of the light generated by the sum frequency generation.
  • FIG. 8 shows the reflection characteristics of the optical thin film (O) provided on the back surface of the dichroic mirror 116 (RS + O) according to the second embodiment in relation to the reflectance [%] with respect to the wavelength [nm].
  • the reflection characteristic of the optical thin film (O) here is such that the structure of the dielectric multilayer film is devised, and about 6% of the light having a wavelength of two-thirds of the light generated by the sum frequency generation. If it is reflected, the transmission by the dichroic mirror 116 (RS + O) can be suppressed. As a result, the optical coupling to the 1.55 ⁇ m band optical fiber F4 (RS) on the output side is greatly suppressed, and the attenuation amount is within 1 dB even for the amplification gain after the long-term test of 1000 hours as shown in FIG. I was able to confirm that it was suppressed to.
  • an optical thin film (O) that reflects unnecessary light generated by the generation of sum frequency is provided on the back surface of the dichroic mirror 116 (RS + O).
  • RS + O the back surface of the dichroic mirror 116
  • the wavelength conversion device 100B can improve the problem that the amplification gain decreases with the passage of time in the wavelength conversion device 100A, and even if it is used for a long period of time, the wavelength conversion operation is stable and the reliability is improved. do.
  • FIG. 9 shows the long-term conversion characteristics of the wavelength conversion device 100B according to the second embodiment when the second harmonic is generated, in relation to the conversion efficiency [%] with respect to the elapsed time [h].
  • the conversion efficiency gradually attenuates and decreases in proportion to the elapsed time.
  • the 0.52 ⁇ m light generated by the internal wavelength conversion element 121 was reflected by the back surface of the dichroic mirror 115 (RS), and the 0.78 ⁇ m band optical fiber F3 (RS) on the output side. It was found that it was photobonded to. As a result, it was found that the adhesive material in the connector of the optical fiber F3 (RS) was deteriorated and caused an axial deviation. This countermeasure will be described in the third embodiment below.
  • the wavelength conversion device 100C according to the third embodiment of the present invention is shown in a schematic diagram, it corresponds to a case where it is used for generating a second harmonic, and the wavelength conversion device 100B described with reference to FIG. 9 corresponds to the passage of time. , The point that the conversion efficiency is lowered is improved.
  • the wavelength conversion device 100C is different from the wavelength conversion device 100A in that an optical thin film (O) that transmits unnecessary light is provided on the back surface of the dichroic mirror 115 (RS), and other components are common. ..
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a dichroic mirror 115 (RS + O) provided with an optical thin film (O) on the back surface in the wavelength conversion device 100C according to the third embodiment in a side cross section in the longitudinal direction.
  • RS + O dichroic mirror 115
  • O optical thin film
  • an optical thin film (unnecessary light) that transmits light in the wavelength 0.52 ⁇ m band on the back surface of the dichroic mirror 115 (RS) (unnecessary light). O) is provided.
  • the dichroic mirror 115 (RS + O) having the reflection suppression section (RS) and the optical thin film (O) functions as a selective transmission reflection section that prevents optical coupling to the optical fiber F3 (RS).
  • the dichroic mirror 115 (RS + O) is also usually provided with a reflection suppression portion (RS) on the entire front surface, an optical thin film (O) is provided on the back surface, and then both ends of the side wall are cut as shown in FIG. Made in.
  • the surface of the dichroic mirror 115 (RS + O) is the main surface of the wavelength conversion element 121 facing the waveguide 121a as described above.
  • the optical thin film (O) may be provided on the surface of the dichroic mirror 115 (RS).
  • the optical thin film (O) that transmits unnecessary light generated by the generation of the sum frequency of the wavelength conversion device 100C is also included in the configuration in which two 45-degree mirrors as selective transmission / reflection portions are arranged in parallel. Can be regarded as. Also in this case, the optical functions of the dichroic mirror (first 45 degree mirror) 115 (RS + O) and the dichroic mirror (second 45 degree mirror) 116 (RS + O) on the front surface or the back surface are described in the second embodiment. It is basically the same as the case.
  • the back surface of the dichroic mirror 115 (RS + O)
  • reflection by the signal light L1 and the light generated by the generation of the difference frequency (if applicable) and the excitation light L2 and the light generated by the sum frequency generation is prevented.
  • the back surface of the dichroic mirror 115 (RS + O) reflects the light in the wavelength band of two-thirds of the excitation light L2 and the light in the wavelength band of two-thirds of the light generated by the sum frequency generation.
  • the dichroic mirror (second 45-degree mirror) 116 (RS + O) arranged at a position optically far from the waveguide 121a of the wavelength conversion element 121 the signal light L1 and the difference frequency are generated on the surface thereof. Reflect the generated light (if applicable). Then, on the surface of the dichroic mirror 116 (RS + O), the light generated by the excitation light L2 and the sum frequency generation, the light in the wavelength band of two-thirds of the excitation light L2, and the two-thirds of the light generated by the sum frequency generation. It transmits light in the wavelength band.
  • the back surface of the dichroic mirror 116 (RS + O) prevents reflection by light in all wavelength bands.
  • FIG. 11 shows the transmission characteristics of the optical thin film (O) provided on the back surface of the dichroic mirror 115 (RS + O) in the wavelength conversion device 100C according to the third embodiment in relation to the transmittance [%] with respect to the wavelength [nm]. It is a thing.
  • the reflection characteristics of the optical thin film (O) here can be determined by optimizing the design of the dielectric multilayer film, if light in the wavelength 0.52 ⁇ m band is transmitted by about 98%, the dichroic mirror. Reflection at 115 (RS + O) can be suppressed. As a result, it was confirmed that the optical coupling to the 0.78 ⁇ m band optical fiber F3 (RS) on the output side was greatly suppressed, and the reduction amount was suppressed to within 3% even for the conversion efficiency after the long-term test of 1000 hours. did it.
  • an optical thin film (O) that transmits unnecessary light generated by the generation of sum frequency is also provided on the back surface of the dichroic mirror 115 (RS + O).
  • RS + O the back surface of the dichroic mirror 115
  • the wavelength conversion device 100C can improve the problem that the conversion efficiency decreases with the passage of time in the wavelength conversion device 100B, and even if it is used for a long period of time, the wavelength conversion operation is more stable and the reliability is improved. do.
  • the wavelength conversion device 100B of the second embodiment and the wavelength conversion device 100C of the third embodiment long-term deterioration of amplification gain and conversion efficiency can be suppressed.
  • a detailed analysis of the behavior of the unwanted light generated by the wavelength conversion light L3 and the second harmonic generation (sum frequency generation) during the long-term test revealed that the characteristics of amplification gain and conversion efficiency, respectively, It was found that fluctuations of about ⁇ 5% and ⁇ 7% occurred.
  • the light in the wavelength 0.52 ⁇ m band after passing through the dichroic mirrors 115 (RS) and 115 (RS + O) generated by the wavelength conversion element 121 causes diffuse reflection on the inner wall of the housing of the apparatus.
  • the inner wall of the housing of the device is usually metal-plated. It is considered that when such diffused reflection is repeated, the surface of the wavelength conversion element 121 is irradiated and non-uniformity occurs in the temperature distribution of the wavelength conversion element 121, which causes temporal instability in amplification gain and conversion efficiency. Be done. Such measures will be described in the fourth embodiment below.
  • the wavelength conversion device 100D according to the fourth embodiment of the present invention is outlined, the wavelength conversion devices 100B and 100C can suppress the occurrence of diffused reflection that causes fluctuations in the characteristics of the amplification gain and the conversion efficiency with the passage of time. It is an improvement.
  • the wavelength conversion device 100D is different from the wavelength conversion device 100C in that a light absorber 123 that absorbs unnecessary light is installed in the device, and other components are common.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a main part of the wavelength conversion device 100D according to the fourth embodiment of the present invention from the top surface with a part broken.
  • the wavelength conversion device 100D in addition to the configuration of the wavelength conversion device 100C, in order to eliminate instability during long-term use, light is absorbed on the reflected light path after passing through the dichroic mirror 115 (RS + O).
  • the body 123 is installed.
  • the light absorber 123 serves as a light absorber that absorbs light L5 having an unnecessary wavelength of 0.52 ⁇ m.
  • the light absorber 123 that absorbs the unnecessary light L5 in the wavelength 0.52 ⁇ m band is provided in the housing of the device, the light L5 in the wavelength 0.52 ⁇ m band is provided in the device. Diffuse reflection is suppressed. As a result, it was confirmed that both the amplification gain and the conversion efficiency characteristics were within ⁇ 1%.
  • the wavelength conversion device 100E is different from the wavelength conversion device 100D in that instead of the light absorber 123 that absorbs unnecessary light, a light transmission window 124 that transmits unnecessary light is provided in the device.
  • the components are common.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a main part of the wavelength conversion device 100E according to the fifth embodiment of the present invention from the top surface with a part broken.
  • a light transmission window on the reflected light path after passing through the dichroic mirror 115 (RS + O) for the same purpose as in the case of the fourth embodiment. 124 is provided.
  • the light transmitting window 124 is provided at a position close to the output side of the inner wall of the side surface of the housing of the device, and serves as a light transmitting portion that transmits light L5 having an unnecessary wavelength of 0.52 ⁇ m to the outside of the device. ..
  • the wavelength conversion device 100E of the fifth embodiment since the light transmission window 124 that transmits the unnecessary light L5 in the wavelength 0.52 ⁇ m band to the outside of the device is provided in the housing of the device, the light L5 in the wavelength 0.52 ⁇ m band is provided. Diffuse reflection in the device is suppressed. As a result, it was confirmed that both the amplification gain and the conversion efficiency characteristics were within ⁇ 1%.
  • the characteristics of the wavelength conversion element 121 used can be determined. It has the advantage of being able to grasp.
  • the wavelength conversion devices 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E described in the above embodiments can be used for general communication systems, and are particularly suitable for optical communication devices.

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Abstract

波長変換装置（１００Ａ）では、入力側の光ファイバ（Ｆ１）、（Ｆ２）及び出力側の光ファイバ（Ｆ３）、（Ｆ４）の間の装置内の波長変換素子（１２１）を除く光学素子［レンズ（１１１ａ）、（１１１ｂ）、（１１１ｃ）、（１１１ｄ）、（１１１ｅ）、（１１１ｆ）とダイクロイックミラー（１１３）、（１１４）、（１１５）、（１１６）と封止窓（１１９ａ）、（１１９ｂ）、（１２０ａ）、（１２０ｂ）とを示す］の表面と出力側の光ファイバ（Ｆ３）、（Ｆ４）の端面とに対し、反射抑制部（ＲＳ）を設けている。これにより、波長変換素子（１２１）の波長変換の動作時に信号光（Ｌ１）と励起光（Ｌ２）との和周波成分の波長の光が発生しても、係る波長帯の不要な光の反射を反射抑制部（ＲＳ）が抑制するため、不要な光が波長変換素子（１２１）に戻り難く、しかも不要な光が光ファイバ（Ｆ３）、（Ｆ４）に混入することも抑制できる。

Description

波長変換装置
　本発明は、波長変換動作時の光学特性を安定化させる二次非線形光学素子を用いた波長変換装置に関する。
　従来、波長変換技術は、光通信における光信号波長変換、光加工、医療、及び生物工学等の様々な分野で応用されている。波長変換の対象となる光の波長域は、紫外線域から可視光域、赤外線域、及びテラヘルツ域という具合に、半導体レーザでは直接出力できない波長域に及んでいる。
　また、波長変換技術は、波長域として、半導体レーザで十分な高出力が得られない用途でも利用されている。光通信システムにおいても、例えば、後述する差周波発生による波長変換動作、或いは、パラメトリック効果を利用した増幅動作をする波長変換装置等に波長変換技術が利用されている。
　波長変換に利用される材料に着目すると、二次非線形材料であって、大きな非線形定数を持つニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いた周期分極反転光導波路については、波長変換効率の高さにより市販の光源に広く使用されている。二次非線形光学効果では、波長λ１の光と波長λ２の光とを二次非線形媒質に入力して新たな波長λ３を発生させる波長変換機構が利用される。
　波長変換機構で適用される波長変換には、幾つかの種類が知られており、例えば、１／λ３＝１／λ１＋１／λ２なる関係式１で表される波長変換は、和周波発生と呼ばれる。また、λ１＝λ２として関係式１を変形したλ３＝λ１／２なる関係式２を満たす波長変換は、第二次高調波発生（ＳＨＧ）と呼ばれる。更に、１／λ３＝１／λ１－１／λ２なる関係式３を満たす波長変換は、差周波発生と呼ばれる。尚、関係式３による差周波発生時に用いる波長λ１は励起光、波長λ２は信号光、波長λ３はアイドラ光、とそれぞれ呼ばれる。
　ところで、非線形媒質を共振器の中に入れて波長λ１のみを入力して関係式３を満たす波長λ２及び波長λ３を発生する光パラメトリック発振器を構成することもできる。近年、入射光の強度に対する波長変換光の強度の割合を示す波長変換効率の向上により、通信分野で二次非線形効果による光増幅動作が可能になっている。こうした光増幅動作が可能な光増幅器は、位相感応動作をさせれば、入力光の信号雑音比を劣化させることなく、増幅可能であるため、エルビウム添加ファイバアンプに代わる長距離伝送の用途で期待されている。
　位相感応動作が可能な位相感応増幅器では、２つの増幅動作が知られている。１つの増幅動作は、二次非線形媒質へ信号光と信号光の半分の波長の励起光とを入力し、信号光を増幅する縮退パラメトリック増幅を利用した動作（非特許文献１参照）である。もう１つの増幅動作は、信号光及びアイドラ光のペアと、信号光及びアイドラ光の和周波となる波長の励起光とを入力し、信号光及びアイドラ光を増幅する非縮退パラメトリック増幅を利用した動作（非特許文献２参照）である。尚、ここでの信号光及びアイドラ光のペアは、上述した差周波発生を行う波長変換機構によって生成されるものである。
　通信分野では、二次非線形光学効果を用いた波長変換技術を用いる場合、二次非線形効果を有する機構において、主に差周波発生及びパラメトリック増幅が用いられる。尚、単にパラメトリック増幅と呼ぶ場合には、縮退パラメトリック及び非縮退パラメトリックの少なくとも一方を示すものとする。差周波発生及びパラメトリック増幅では、信号光及びアイドラ光が１．５５μｍ帯の通信波長帯に存在するため、励起光は０．７８μｍ帯の光となる。この励起光については、近年の波長変換効率の向上のために以前よりも所要レベルが下がっているものの、依然として数百ｍＷから数Ｗ程度のものが必要である。
　図１は、従来技術の波長変換装置１００の基本構成を上面方向から一部断面にして示した概略図である。波長変換装置１００は、短手方向の一方側に接続された１．５５μｍ帯の光ファイバＦ１から１．５５μｍ帯の信号光Ｌ１を入力し、２枚のレンズ１１ａ、１１ｂで波長変換用の導波路２１ａを有する波長変換素子２１に光結合させる。光結合箇所は、波長変換素子２１の導波路２１ａである。尚、ここでの波長変換素子２１には、二次非線形光学素子が用いられる。また、波長変換装置１００は、長手方向の一端側で光ファイバＦ１と垂直な方向の一端箇所に接続された０．７８μｍ帯の光ファイバＦ２から励起光Ｌ２を入力し、２枚のレンズ１１ｃ、１１ｂで波長変換素子２１に光結合させる。即ち、ここでは波長変換素子２１に近い側で、レンズ１１ｂを１．５５μｍ帯及び０．７８μｍ帯で共通して使用している。
　更に、波長変換装置１００は、レンズ１１ａ、１１ｂの間に、１．５５μｍ帯光及び０．７８μｍ帯の光を合波するために１．５５μｍ帯の光を透過し、０．７８μｍ帯の光を反射するダイクロイックミラー１２ａを備えている。波長変換素子２１の導波路２１ａの出力端から出力される波長変換された１．５５μｍ帯の光を２枚のレンズ１１ｄ、１１ｅにより短手方向の他方側に接続された１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４に光接続する。波長変換の動作を受けて増幅された信号光Ｌ４は、１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４から出力される。
　加えて、この波長変換装置１００では、導波路２１ａの出力光の中から０．７８μｍ帯の光を取り除くために、レンズ１１ｄ、１１ｅの間に別のダイクロイックミラー１２ｂを備えている。波長変換装置１００では、導波路２１ａから出力される波長変換された０．７８μｍ帯の光を２枚のレンズ１１ｄ、１１ｆにより長手方向の他端側で光ファイバＦ４と垂直な方向の他端箇所に接続された０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３に光接続する。波長変換素子２１で波長変換の動作を受けて増幅された波長変換光Ｌ３は、０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３から出力される。但し、ダイクロイックミラー１２ｂにより波長変換の動作を受けた出力光から０．７８μｍ帯の光を分離できれば、必ずしも光ファイバＦ３に光接続する必要が無い。尚、各部構成のうち、波長変換素子２１とレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆとダイクロイックミラー１２ａ、１２ｂとは、光学素子とみなせる。
　波長変換装置１００において、波長変換素子２１には、例えば分極反転構造の施されたニオブ酸リチウムによる導波路型素子を利用できる。この波長変換装置１００を位相感応増幅器として用いる場合、数百ｍＷから数Ｗ程度の０．７８μｍ帯の励起光Ｌ２の入力強度が必要となることは上述した通りである。これに対し、信号光Ｌ１は、波長変換装置１００に入力される段階で、通常は伝送路における減衰を受けており、増幅動作が必要になるような状態で入力される。従って、信号光Ｌ１の光強度は、１波長当たり－１０ｄＢｍ以下の非常に小さなレベルとなる。波長多重信号等の多波長入力の場合には、その波長数分の入力光を合計したレベルとなる。
　この波長変換装置１００では、波長変換の動作のために波長変換素子２１において、０．７８μｍ帯の励起光Ｌ２が必要となるが、出力側の１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４には励起光Ｌ２を出力するべきでない。その理由は、０．７８μｍ帯の光は光エネルギーが高く、しかも光強度も強いと、波長変換装置１００よりも後段で使用される光部品を劣化させる危険性があるためである。光部品の劣化としては、例えば光コネクタの接着剤の劣化等が知られている。従って、波長変換装置１００の出力側では、図１に示したようなダイクロイックミラー１２ｂ等によって、励起光Ｌ２の成分の波長変換光Ｌ３を遮断する必要がある。波長変換装置１００では、出力段で励起光Ｌ２が波長変換・増幅された波長変換光Ｌ３を０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３に導き、１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４に対して波長変換光Ｌ３を遮断する構造を採用している。
　ところが、図１に示した波長変換装置１００において、入力パワーを大きい光を入射すると、波長変換効率や位相感応増幅利得が低下してしまう問題がある他、依然として後段に配置される光部品を劣化させる虞が確認されている。このように、入力パワーの大きい光を入射してパラメトリック増幅や波長変換を行うと、入力光と変換光との波長変換光である０．５２μｍ帯の光が波長変換素子２１内で発生する。０．５２μｍ帯の光が発生すると、波長変換装置１００内の波長変換素子２１で反射して波長変換素子２１内に戻ったり、或いは、後段の１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４に混入してしまう。こうした場合には、波長変換装置１００内の戻り光が照射される箇所の光学素子の増幅特性や変換特性を劣化させたり、或いは、波長変換装置１００の出力側に配置される光部品を劣化させてしまうという問題を解決することができない。
　要するに、既存の波長変換装置では、信号光Ｌ１と励起光Ｌ２との和周波成分の波長の不要な光が波長変換素子に戻ることを抑制できず、係る不要な光が出力側の光ファイバに混入され易い構成となっている。
Ｔａｋｅｓｈｉ　Ｕｍｅｋｉ,　Ｏｓａｍｕ　Ｔａｄａｎａｇａ,　Ａｔｓｕｓｈｉ　Ｔａｋａｄａ,　ａｎｄ　Ｍａｓａｋｉ　Ａｓｏｂｅ　"Ｐｈａｓｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ　ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ－ｂｏｎｄｅｄ　ＰＰＬＮ　ｒｉｄｇｅ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ"２８　Ｍａｒｃｈ　２０１１／Ｖｏｌ.１９,Ｎｏ.７／ＯＰＴＩＣＳ　ＥＸＰＲＥＳＳ　６３２６－６３３２ Ｔ．Ｕｍｅｋｉ，　Ｏ．Ｔａｄａｎａｇａ，　Ｍ．Ａｓｏｂｅ，　Ｙ．Ｍｉｙａｍｏｔｏ，　ａｎｄ　Ｈ.　Ｔａｋｅｎｏｕｃｈｉ"Ｆｉｒｓｔ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｏｒｄｅｒ　ＱＡＭ　ｓｉｇｎａｌ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＰＰＬＮ－ｂａｓｅｄ　ｐｈａｓｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ"１０　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１４／Ｖｏｌ.２２,Ｎｏ.３／ＯＰＴＩＣＳ　ＥＸＰＲＥＳＳ　２４７３－２４８２
　本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。本発明に係る実施形態の目的は、信号光と励起光との和周波成分の波長の不要な光が波長変換素子に戻ることを抑制でき、係る不要な光が出力側の光ファイバに混入され難い構成の波長変換装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様は、入力側の光ファイバから励起光、及び信号光が入力され、且つ当該信号光を位相感応増幅する二次非線形光学素子か、入力側の光ファイバから励起光、及び信号光が入力され、且つ当該信号光から差周波発生する二次非線形光学素子か、或いは、入力側の光ファイバから励起光、及び複数の信号光が入力され、当該複数の信号光から和周波発生する二次非線形光学素子かの何れか一つを備え、当該二次非線形光学素子から出力される当該位相感応増幅された光、当該差周波発生により生じた光、或いは、当該和周波発生により生じた光の何れか一つを出力側の光ファイバに出力する波長変換装置であって、入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバの間の波長変換装置内の二次非線形光学素子を除く光学素子の表面と当該出力側の光ファイバの端面とに対し、当該出力側の光ファイバに出力する位相感応増幅された光、差周波発生により生じた光、及び和周波発生により生じた光を除き、励起光及び信号光に係る波長帯、差周波発生に係る波長帯、或いは、和周波発生に係る波長帯の何れか一つで生じた不要な光による反射を抑制する反射抑制部を備えたことを特徴とする。
　上記一態様の構成によれば、反射抑制部の働きにより波長変換素子で和周波発生しても不要な光が波長変換素子に戻るのを抑制できるため、波長変換特性が劣化され難く、装置の出力側の光ファイバに不要な光が混入され難くなる。これにより、装置の出力側の光ファイバの後段に配置される光部品の劣化が抑制されるようになる。この結果、一態様に係る波長変換装置を適用すれば、安定して光伝送路を運用できる。
従来技術の波長変換装置の基本構成を上面方向から一部断面にして示した概略図である。 本発明の実施形態１に係る波長変換装置の基本構成を上面方向から一部断面にして示した概略図である。 波長変換装置の反射戻り光抑制特性を波長に対する反射率の関係で示したものである。（ａ）は図２に示す実施形態１の波長変換装置の反射戻り光抑制特性に関するもの、（ｂ）は図１に示す従来技術の波長変換装置の反射戻り光抑制特性に関するものである。 図２に示す波長変換装置の入力電力１Ｗ時における第二次高調波発生の位相整合曲線を波長に対する第二次高調波出力の関係で示したものである。 比較として、図１に示す波長変換装置の第二次高調波発生の位相整合曲線を波長に対する第二次高調波出力の関係で示したものである。（ａ）は、入力電力１Ｗ時における第二次高調波発生の位相整合曲線、（ｂ）は、入力電力３Ｗ時における第二次高調波発生の位相整合曲線に関するものである。 図２に示す波長変換装置を用いてパラメトリック増幅の長期試験を行った結果で得られた経時利得特性を経過時間に対する利得変化の関係で示したものである。 本発明の実施形態２に係る波長変換装置における光学薄膜が裏面に設けられたダイクロイックミラーの概略構成を長手方向の側面断面で示した図である。 実施形態２に係る波長変換装置における図７に示すダイクロイックミラーの裏面に設けられた光学薄膜による反射特性を波長に対する反射率の関係で示したものである。 実施形態２に係る波長変換装置の第二次高調波発生における長期変換特性を経過時間に対する変換効率の関係で示したものである。 本発明の実施形態３に係る波長変換装置における光学薄膜が裏面に設けられたダイクロイックミラーの概略構成を長手方向の側面断面で示した図である。 実施形態３に係る波長変換装置における図１０に示すダイクロイックミラーの裏面に設けられた光学薄膜による透過特性を波長に対する透過率の関係で示したものである。 本発明の実施形態４に係る波長変換装置の要部を一部破断にして上面方向から示した概略断面図である。 本発明の実施形態５に係る波長変換装置の要部を一部破断にして上面方向から示した概略断面図である。
　以下、本発明の幾つかの実施形態に係る波長変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。
　最初に、本発明の技術的要旨に至るまでの技術的概要について説明する。本発明者等は、図１を参照して説明した周知技術の波長変換装置１００を使用した場合の変換効率及び増幅利得の低下や後段に位置される光部品が劣化する現象に留意し、原因を調査した。この結果、波長変換素子２１内に波長０．５２μｍ付近の光が残留していたり、或いは、１．５５μｍ帯の光が伝搬する光ファイバＦ４において、波長０．５２μｍ付近の光が混入していることを見出した。このような０．５２μｍ帯の不要な光は、励起光Ｌ２の３分の２の波長を持っている。
　そこで、縮退パラメトリック増幅を実施すると、信号光Ｌ１の波長をλｓとした場合、励起光Ｌ２の波長はλｓ／２になり、これらの２つの波長λｓ、λｓ／２の和周波成分であるλｓ／３の波長の不要な光が発生する。そして、この不要な光が１．５５μｍ帯の光が伝搬する光ファイバＦ４に出射されることが判った。非縮退パラメトリック増幅や通常の差周波発生で用いる場合においても、１．５５μｍ帯に存在する信号光Ｌ１及びアイドラ光と、励起光Ｌ２との関係から、励起光Ｌ２の３分の２の波長を中心に和周波発生に伴い、不要な光が生じる。同様に、入力光の和周波発生過程の一つである第二次高調波発生で用いると、入力光と第二次高調波発生との和周波発生に伴い、不要な光が生じる。
　こうした解析結果によれば、波長変換装置１００に入力パワーの大きい光を入射してパラメトリック増幅や波長変換を行うと、入力光及び変換光の波長変換光である０．５２μｍ帯の不要な光が波長変換素子２１内で発生する。そして、不要な光は、波長変換装置１００内の波長変換素子２１で反射して波長変換素子２１内に戻ったり、或いは、後段の１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４に混入してしまう。こうした場合には、波長変換装置１００内の戻り光が照射される箇所の光学素子の増幅特性や変換特性の劣化、或いは、波長変換装置１００の出力側に配置される光部品の劣化を招くことになる。
　そこで、本発明の各実施形態に係る波長変換装置では、信号光Ｌ１と励起光Ｌ２との和周波成分の波長の不要な光が波長変換素子２１に戻ることを抑制でき、係る不要な光が出力側の光ファイバに混入され難い構成を提供することを目的とする。
　好ましい実施形態の波長変換装置について、具体的に説明すれば、二次非線形光学素子は、入力側の光ファイバから励起光、及び信号光が入力され、信号光を位相感応増幅する構成を例示できる。また、二次非線形光学素子は、入力側の光ファイバから励起光、及び信号光が入力され、信号光から差周波発生する構成を例示できる。更に、二次非線形光学素子は、入力側の光ファイバから励起光、及び複数の信号光が入力され、複数の信号光から和周波発生する構成を例示できる。そして、波長変換装置は、これらの何れか１つの二次非線形光学素子から出力される位相感応増幅された光、差周波発生により生じた光、或いは、和周波光の信号光の何れか一つを出力側の光ファイバに出力可能な構成を有することを前提とする。
　そして、この波長変換装置では、入力側の光ファイバ及び出力側の光ファイバの間の装置内の二次非線形光学素子を除く光学素子の表面と出力側の光ファイバの端面とに対し、光の反射を抑制する反射抑制部が備えられる。反射抑制部は、波長変換装置内の二次非線形光学素子を除く光学素子の全ての表面に設けられることが望ましい。反射抑制部が抑制する光は、出力側の光ファイバに出力する位相感応増幅された光、差周波発生により生じた光、或いは、和周波発生により生じた光を除く不要な光である。即ち、反射抑制部は、励起光及び信号光に係る波長帯、差周波発生に係る波長帯、或いは、和周波発生に係る波長帯の何れか一つで生じた不要な光の反射を抑制する。
　こうした構成の波長変換装置によれば、反射抑制部の働きにより波長変換素子で和周波発生しても、不要な光が波長変換素子に戻るのを抑制できるため、波長変換特性が劣化され難くなる。また、波長変換装置の出力側の光ファイバに不要な光が混入され難くなるため、後段に配置される光部品についても劣化され難くなる。この結果、この波長変換装置を適用すれば、安定して光伝送路を運用できる。
　信号光の波長帯は、通信波長として使用可能なＯバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、及びＬバンドの少なくとも１つを含むことが好ましい。この信号光の波長帯は、励起光の２／３倍の波長帯、差周波発生により生じた光の２／３倍の波長帯、或いは、和周波発生により生じた光の２／３倍の波長帯の何れか一つに対応すれば良いものである。即ち、波長変換装置の特性を劣化させる波長λｓ／３帯の光は、概ね光通信に使用される波長帯の１／３の波長に対応しており、光周波数ではほぼ３倍となる。ここでの波長λｓ／３帯の光は、上記各バンドを含む通信波長で使用される信号光波長の１／３の波長帯に対応する。以下の説明では、Ｃバンド（１５５０ｎｍ帯）の信号光及びその３倍波の緑光についての反射や出力側の光ファイバへの混入を抑制する場合について説明する。但し、本発明に係る波長変換装置は、Ｃバンドの信号光の構成だけに限定されず、別種のバンドの信号光の構成にも適用可能である。
　二次非線形光学素子の材料は、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、及びＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（但し、０≦ｘ≦１とする）の何れかであれば良い。また、二次非線形光学素子の材料は、これらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎから選ばれた少なくとも一種を添加物として含有したものであっても良い。何れにせよ、二次非線形光学素子は、導波路型であると共に、周期的に分極が反転された構造であることが好ましい。
　以下の各実施形態の波長変換装置では、従来技術で検討される大型の温度制御装置の使用やコア側に温度調節機構の設置を要するような煩雑で高コストな温度制御技術を適用せず、周知の誘電体多層膜の設計変更だけで済むようにする。こうした簡便な方法によって、和周波発生に伴い、不要な光が間接的に発生することによる波長変換効率の低下や光ファイバの劣化の問題を解決することができる。以下は、具体的に各実施形態に係る波長変換装置について説明する。
（実施形態１）
　図２は、本発明の実施形態１に係る波長変換装置１００Ａの基本構成を上面方向から一部断面にして示した概略図である。
　図２を参照すれば、波長変換装置１００Ａは、和周波発生の一つである第二次高調波発生に用いる場合に該当する。波長変換装置１００Ａでは、短手方向の一方の入力側に１．５５μｍ帯の光ファイバＦ１と０．７８μｍ帯の光ファイバＦ２とが平行して接続されている。そして、光ファイバＦ１と波長変換素子１２１との間にダイクロイックミラー１１４が設置されている。また、波長変換装置１００Ａでは、短手方向の他方の出力側にも１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４と０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３とが平行して接続されている。そして、光ファイバＦ４と波長変換素子１２１との間にダイクロイックミラー１１６が設置されている。更に、０．７８μｍ帯の光ファイバＦ２と波長変換素子１２１との間には、ダイクロイックミラー１１３が設置されている。更に、波長変換装置１００Ａでは、０．７８μｍ帯の光ファイバＦ２と波長変換素子１２１との間には、ダイクロイックミラー１１３が設置されている。そして、０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３と波長変換素子１２１との間には、ダイクロイックミラー１１５が設置されている。尚、ここでの波長変換素子１２１についても、導波路１２１ａを有する構造であり、二次非線形光学素子が用いられる。
　加えて、波長変換装置１００Ａでは、信号光Ｌ１を入力する光ファイバＦ１とダイクロイックミラー１１４との間にレンズ１１１ｃが設置されている。そして、励起光Ｌ２を入力する光ファイバＦ２とダイクロイックミラー１１３との間には、レンズ１１１ａが設置されている。また、ダイクロイックミラー１１３と波長変換素子１２１との間にレンズ１１１ｂがレンズ１１１ａと対向するように設置されている。更に、波長変換装置１００Ａでは、信号光Ｌ４を出力する光ファイバＦ４とダイクロイックミラー１１６との間にレンズ１１１ｆが設置されている。そして、波長変換光Ｌ３を出力する光ファイバＦ３とダイクロイックミラー１１５との間にレンズ１１１ｅが設置されている。また、ダイクロイックミラー１１５と波長変換素子１２１との間にレンズ１１１ｄがレンズ１１１ｅと対向するように設置されている。
　その他、波長変換装置１００Ａでは、波長変換素子１２１の入力側のダイクロイックミラー１１４と光ファイバＦ１に光結合するレンズ１１１ｃとの間に封止窓１１９ａを備える。同様に、波長変換素子１２１の出力側のダイクロイックミラー１１６と、光ファイバＦ４に光結合するレンズ１１１ｆとの間に封止窓１１９ｂを備える。また、波長変換装置１００Ａでは、波長変換素子１２１の入力側のダイクロイックミラー１１３と光ファイバＦ２に結合するレンズ１１１ａとの間に封止窓１２０ａを備える。同様に、波長変換素子１２１の出力側のダイクロイックミラー１１５と、光ファイバＦ３に光結合するレンズ１１１ｅとの間に封止窓１２０ｂを備える。尚、封止窓１１９ａ、１１９ｂは１．５５μｍ帯の信号光Ｌ１、Ｌ４を透過する材料、封止窓１２０ａ、１２０ｂは０．７８μｍ帯の励起光Ｌ２、波長変換光Ｌ３を透過する材料でそれぞれ構成されている。
　この波長変換装置１００Ａにおいて、各部構成のうち、波長変換素子１２１とレンズ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆとダイクロイックミラー１１３、１１４、１１５、１１６と封止窓１１９ａ、１１９ｂ、１２０ａ、１２０ｂとは、光学素子とみなせる。ここでは、特に各部構成のうち、入力側の光ファイバＦ１、Ｆ２及び出力側の光ファイバＦ３、Ｆ４の間の装置内の波長変換素子１２１を除く光学素子の表面と出力側の光ファイバＦ３、Ｆ４の端面とに対し、無反射処理を施している。即ち、光学素子の表面は、レンズ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆとダイクロイックミラー１１３、１１４、１１５、１１６と封止窓１１９ａ、１１９ｂ、１２０ａ、１２０ｂとの表面である。
　これらの光学素子の表面及び光ファイバＦ３、Ｆ４の端面に無反射処理が施される。無反射処理は、信号光Ｌ１と励起光Ｌ２の波長変換光波長帯の光（波長変換光Ｌ３）とに加え、信号光Ｌ１の３倍の光周波数の光に対して無反射となる処理を示す。そして、無反射処理は、実施形態上で反射抑制部（ＲＳ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）を設けることを意味する。尚、図２中では、反射抑制部（ＲＳ）が設けられた各部を識別するため、各部の参照符号に反射抑制部（ＲＳ）を付している。反射抑制部（ＲＳ）としては、多層構造の反射防止膜（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏａｔｉｎｇ）を成膜すれば、作製面で簡易である。
　係る構成の波長変換装置１００Ａでは、短手方向の一方側に接続された１．５５μｍ帯の光ファイバＦ１から１．５５μｍ帯の信号光Ｌ１をレンズ１１１ｃ（ＲＳ）及び封止窓１１９ａ（ＲＳ）を通して入力する。信号光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１１４（ＲＳ）で垂直な下方向へ反射される。反射された光は、ダイクロイックミラー１１３（ＲＳ）で再度垂直な右方向へ反射され、レンズ１１１ｂ（ＲＳ）を通して波長変換素子１２１に光結合される。光結合箇所は、波長変換素子１２１の導波路１２１ａである。また、波長変換装置１００Ａは、短手方向の一方側に光ファイバＦ１と隣接して平行する別の個所に接続された０．７８μｍ帯の光ファイバＦ２から励起光Ｌ２をレンズ１１１ａ（ＲＳ）及び封止窓１２０ａ（ＲＳ）を通して入力する。励起光Ｌ２は、ダイクロイックミラー１１３（ＲＳ）を透過し、レンズ１１１ｂ（ＲＳ）を通して波長変換素子１２１の導波路１２１ａに光結合される。即ち、ここでも波長変換素子１２１に近い側で、レンズ１１１ｂ（ＲＳ）を１．５５μｍ帯及び０．７８μｍ帯で共通して使用している。
　波長変換素子１２１の導波路１２１ａの出力端から出力される波長変換された１．５５μｍ帯の光は、レンズ１１１ｄ（ＲＳ）を通してダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）で垂直な上方向へ反射される。反射された光は、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ）で再度垂直な右方向へ反射され、封止窓１１９ｂ（ＲＳ）及びレンズ１１１ｆ（ＲＳ）を通して短手方向の他方側に接続された１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４（ＲＳ）に光結合される。これにより、光ファイバＦ４（ＲＳ）には、波長変換素子１２１の波長変換の動作を受けて増幅された１．５５μｍ帯の信号光Ｌ４が出力される。また、波長変換素子１２１の導波路１２１ａの出力端から出力される波長変換された０．７８μｍ帯の光は、レンズ１１１ｄ（ＲＳ）を通してダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）を透過する。透過した光は、封止窓１２０ｂ（ＲＳ）及びレンズ１１１ｅ（ＲＳ）を通して短手方向の他方側に光ファイバＦ４（ＲＳ）と隣接して平行する別の個所に接続された０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３（ＲＳ）に光結合される。これにより、光ファイバＦ３（ＲＳ）には、波長変換素子１２１の波長変換の動作を受けた０．７８μｍ帯の波長変換光Ｌ３が出力される。
　波長変換装置１００Ａでは、入力側の光ファイバＦ１、Ｆ２及び出力側の光ファイバＦ３（ＲＳ）、Ｆ４（ＲＳ）の間の装置内の波長変換素子１２１を除く光学素子の表面に反射抑制部（ＲＳ）を設けている。また、出力側の光ファイバＦ３（ＲＳ）、Ｆ４（ＲＳ）の端面にも反射抑制部（ＲＳ）を設けている。これにより、波長変換素子１２１の波長変換の動作時に和周波発生に伴い、０．５２μｍ帯の不要な光が生じても、反射抑制部（ＲＳ）が不要な光の反射を抑制するため、不要な光が波長変換素子１２１に戻り難くなる。また、反射抑制部（ＲＳ）の働きにより、不要な光が光ファイバＦ３（ＲＳ）、Ｆ４（ＲＳ）に混入することも抑制することができる。
　図３は、波長変換装置１００、１００Ａの反射戻り光抑制特性を波長［ｎｍ］に対する反射率［％］の関係で示したものである。図３（ａ）は、図２に示す実施形態１の波長変換装置１００Ａの反射戻り光抑制特性に関するもの、図３（ｂ）は、図１に示す従来技術の波長変換装置１００の反射戻り光抑制特性に関するものである。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すれば、波長変換装置１００Ａでは、各部に成膜した反射防止膜の多層構造の設計を最適化することにより、信号光Ｌ１の３倍の周波数の不要な光に対して反射量を大きく低減できることが判る。これに対し、波長変換装置１００では、反射戻り光抑制特性として、信号光Ｌ１の３倍の周波数の不要な光の反射量を余り低減できないことが判る。
　次に、同様な波長変換装置１００、１００Ａを用いて、波長１．５５μｍの信号光Ｌ１の第二次高調波光の発生実験を行った。
　図４は、図２に示す波長変換装置１００Ａの入力電力１Ｗ時における第二次高調波発生の位相整合曲線を波長［ｎｍ］に対する第二次高調波出力［Ａｒｂｉｔｒａｒｙ　Ｕｎｉｔ：ａ.ｕ．］の関係で示したものである。
　図４を参照すれば、波長変換装置１００Ａを用いて信号光Ｌ１の入力電力を１Ｗとした場合の位相整合曲線では、高効率で安定して波長変換光Ｌ３を生成できる様子が判る。その理由は、波長変換素子１２１内の０．５２μｍの残留成分が低減されたことによると推測される。これは、波長変換装置１００Ａの場合には、光学素子の各部の表面及び光ファイバＦ３（ＲＳ）、Ｆ４（ＲＳ）の端面に信号光Ｌ１の波長の３倍の０．５２μｍの光を反射させない反射防止膜（ＲＳ）を施した成果であると言える。また、従来技術では、安定化のために波長変換素子２１内の温度分布を制御する温度制御手段を備える等により、変換効率の低減を回避する必要があったが、波長変換装置１００Ａでは温度制御手段を必要としない。即ち、波長変換装置１００Ａの場合には、温度制御手段が無くても、安定して高効率な波長変換を実現できることを確認できた。
　図５は、比較として、図１に示す波長変換装置１００の第二次高調波発生の位相整合曲線を波長［ｎｍ］に対する第二次高調波出力［ａ.ｕ．］の関係で示したものである。図５（ａ）は、入力電力１Ｗ時における第二次高調波発生の位相整合曲線に関するもの、図５（ｂ）は、入力電力３Ｗ時における第二次高調波発生の位相整合曲線に関するものである。
　図５（ａ）を参照すれば、波長変換装置１００Ａを用いて信号光Ｌ１の入力電力を弱めの１Ｗとした場合の位相整合曲線では、理論上の形状であるＳＩＮＣ関数となっていることが判る。これに対して、図５（ｂ）を参照すれば、信号光Ｌ１の入力電力を高めて強めの３Ｗとした場合の位相整合曲線では、形状が乱れて変換効率が低下している様子が判る。その理由は、波長変換素子２１で信号光Ｌ１と第二次高調波光との和周波発生による不要な０．５２μｍの光が生じ、装置内の光学素子の表面で０．５２μｍの光が反射して波長変換素子２１内に再び混入することが考えられる。こうした場合、波長変換素子２１が０．５２μｍの光を吸収・発熱することにより、内部に温度分布が生じて屈折率の変化を起こし、これに伴って導波路の構造が変化するため、変換効率を低下させる要因となってしまう。
　以上に説明したように、実施形態１の波長変換装置１００Ａでは、光学素子の各部の表面及び光ファイバＦ３（ＲＳ）、Ｆ４（ＲＳ）の端面に信号光Ｌ１の波長の３倍の光（不要な光）を反射させない反射抑制部（ＲＳ）を設けている。このため、反射抑制部（ＲＳ）の働きで和周波発生に伴い、波長変換素子１２１で不要な光が生じても、波長変換素子１２１に不要な光が戻るのを抑制できることにより、波長変換特性が劣化され難くなる。また、装置の出力側の光ファイバＦ４（ＲＳ）に不要な光が混入され難くなるため、装置の出力側の光ファイバＦ４（ＲＳ）の後段に配置される光部品の劣化が抑制されるようになる。この結果、波長変換装置１００Ａを適用すれば、安定して光伝送路を運用できる。
　図６は、図２に示す波長変換装置１００Ａを用いてパラメトリック増幅の長期試験を行った結果で得られた経時利得特性を経過時間［ｈ］に対する利得変化［ｄＢ］の関係で示したものである。
　図６を参照すれば、波長変換装置１００Ａをパラメトリック増幅して長期使用した経時利得特性では、時間経過に伴い、増幅利得が減少することが判った。この原因を詳細に調べたところ、内部の波長変換素子１２１で発生した０．５２μｍの光がダイクロイックミラー１１６（ＲＳ）を透過し、出力側の１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４（ＲＳ）に光結合していることが判った。この結果、光ファイバＦ４（ＲＳ）のコネクタ内の接着材を劣化させ、軸ずれを生じさせていると判明したが、この対策については、下記の実施形態２で説明する。
（実施形態２）
　本発明の実施形態２に係る波長変換装置１００Ｂは、略図するが、第二次高調波発生と共に、パラメトリック増幅又は位相感応増幅に用いる場合に該当する。この波長変換装置１００Ｂは、図６を参照して説明した波長変換装置１００Ａが時間経過に伴い、増幅利得が減少してしまう点を改善したものである。波長変換装置１００Ｂは、波長変換装置１００Ａと比べ、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ）の裏面に不要な光を反射する光学薄膜（Ｏ）を設けた点が相違し、その他の構成部分は共通している。
　図７は、実施形態２に係る波長変換装置１００Ｂにおける光学薄膜（Ｏ：Ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ）が裏面に設けられたダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の概略構成を長手方向の側面断面で示した図である。
　図７を参照すれば、波長変換装置１００Ｂでは、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ）の裏面に波長０．５２μｍ帯の光（不要な光）を反射する光学薄膜（Ｏ）を設けている。これにより、反射抑制部（ＲＳ）及び光学薄膜（Ｏ）を有するダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）は、光ファイバＦ４（ＲＳ）への光結合を防止する選択的透過反射部として機能する。ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）は、通常表面全体に反射抑制部（ＲＳ）が設けられ、裏面に光学薄膜（Ｏ）が設けられた後、側壁両端がカットされて図７に示されるような形態で作製される。ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の表面は、その他のダイクロイックミラー１１３（ＲＳ）、１１４（ＲＳ）、１１５（ＲＳ）の場合についても同様であるように、波長変換素子１２１の導波路１２１ａを向く側の主面を示す。また、裏面は表面の反対側の主面を示す。尚、光学薄膜（Ｏ）は、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ）の表面に設けられても良い。
　ここでの選択的透過反射部は、信号光Ｌ１及び和周波発生により生じた光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長の光とを分離する。そして、選択的透過反射部は、分離した和周波発生により生じた光の３分の２の波長の光の出力側の光ファイバＦ４（ＲＳ）への光結合を防止する役割を担う。尚、選択的透過反射部は、波長変換素子１２１の機能に応じて、励起光Ｌ２及び信号光Ｌ１と励起光Ｌ２の３分の２の波長の光とを分離するようにすることも可能である。また、選択的透過反射部は、差周波発生により生じた光及び励起光Ｌ２と励起光Ｌ２の３分の２の波長の光とを分離するようにすることも可能である。こうした何れの場合においても、選択的透過反射部は、分離した励起光Ｌ２の３分の２の波長の光に対し、出力側の光ファイバＦ４（ＲＳ）への光結合を防止する役割を担う。
　ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）には、例えば４５度ミラーを用いることができる。この場合、４５度ミラーの裏面（又は表面でも良い）において、光学薄膜（Ｏ）が信号光Ｌ１及び和周波発生により生じた光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを反射する。また、波長変換素子１２１の機能に応じ、励起光Ｌ２及び信号光Ｌ１と励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光とについてか、或いは、差周波発生により生じた光及び励起光Ｌ２と励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光とについて、反射する機能にも変更できる。光学薄膜（Ｏ）は、反射の機能に代えて、透過する機能にして採用するのが良い場合もある。
　更に、波長変換装置１００Ｂに係る和周波発生により生じた光を反射する光学薄膜（Ｏ）は、選択的透過反射部としての４５度ミラーを平行に２枚配置した構成に含まれるとみなすことができる。この場合、波長変換素子１２１の導波路１２１ａと光学的に近い位置に配置されたダイクロイックミラー（第１の４５度ミラー）１１５（ＲＳ）の表面で信号光Ｌ１及び差周波発生により生じた光（該当する場合）を反射する。そして、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の表面で励起光Ｌ２及び和周波発生により生じた光と励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを透過する。また、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の裏面で信号光Ｌ１及び差周波発生により生じた光（該当する場合）と励起光Ｌ２及び和周波発生により生じた光とによる反射を防止する。そして、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の裏面で励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを反射する。
　これに対し、波長変換素子１２１の導波路１２１ａと光学的に遠い位置に配置されたダイクロイックミラー（第２の４５度ミラー）１１６（ＲＳ＋Ｏ）の表面で信号光Ｌ１及び差周波発生により生じた光（該当する場合）を反射する。そして、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の表面で励起光Ｌ２及び和周波発生により生じた光と励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを透過する。また、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の裏面で全ての波長帯の光による反射を防止する。
　図８は、実施形態２に係るにおけるダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の裏面に設けられた光学薄膜（Ｏ）による反射特性を波長［ｎｍ］に対する反射率［％］の関係で示したものである。
　図８を参照すれば、ここでの光学薄膜（Ｏ）による反射特性は、誘電体多層膜の構造を工夫し、和周波発生により生じた光の３分の２の波長の光を６％程度反射すれば、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）での透過を抑制できる。この結果、出力側の１．５５μｍ帯の光ファイバＦ４（ＲＳ）への光結合が大きく抑制され、図６に示したような１０００時間の長期試験後の増幅利得についても、減衰量が１ｄＢ以内に抑えられることを確認できた。
　実施形態２の波長変換装置１００Ｂでは、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の裏面に和周波発生に伴い、生じた不要な光を反射する光学薄膜（Ｏ）を設けている。これにより、波長変換素子１２１で発生する不要な光の出力側の光ファイバＦ４（ＲＳ）への光結合を防止することができる。この結果、波長変換装置１００Ｂは、波長変換装置１００Ａにおける時間経過に伴い、増幅利得が減少するという問題点を改善でき、長期間使用しても、波長変換の動作が安定し、信頼性が向上する。
　図９は、実施形態２に係る波長変換装置１００Ｂの第二次高調波発生時における長期変換特性を経過時間［ｈ］に対する変換効率［％］の関係で示したものである。
　図９を参照すれば、波長変換装置１００Ｂの第二次高調波発生時における長期変換特性では、経過時間に比例して変換効率が徐々に減衰して低下している様子が判る。この原因を詳細に調べたところ、内部の波長変換素子１２１で発生した０．５２μｍの光がダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の裏面で反射し、出力側の０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３（ＲＳ）に光結合していることが判った。この結果、光ファイバＦ３（ＲＳ）のコネクタ内の接着材を劣化させ、軸ずれを生じさせていると判明したが、この対策については、下記の実施形態３で説明する。
（実施形態３）
　本発明の実施形態３に係る波長変換装置１００Ｃは、略図するが、第二次高調波発生に用いる場合の形態に該当し、図９を参照して説明した波長変換装置１００Ｂが時間経過に伴い、変換効率が低下してしまう点を改善したものである。波長変換装置１００Ｃは、波長変換装置１００Ａと比べ、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の裏面に不要な光を透過する光学薄膜（Ｏ）を設けた点が相違し、その他の構成部分は共通している。
　図１０は、実施形態３に係る波長変換装置１００Ｃにおける光学薄膜（Ｏ）が裏面に設けられたダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の概略構成を長手方向の側面断面で示した図である。
　図１０を参照すれば、波長変換装置１００Ｃでは、波長変換装置１００Ｂの構成に加え、更にダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の裏面に波長０．５２μｍ帯の光（不要な光）を透過する光学薄膜（Ｏ）を設けている。これにより、反射抑制部（ＲＳ）及び光学薄膜（Ｏ）を有するダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）は、光ファイバＦ３（ＲＳ）への光結合を防止する選択的透過反射部として機能する。ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）についても、通常表面全体に反射抑制部（ＲＳ）が設けられ、裏面に光学薄膜（Ｏ）が設けられた後、側壁両端がカットされて図１０に示されるような形態で作製される。ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の表面は、上述したように波長変換素子１２１の導波路１２１ａを向く側の主面である。尚、光学薄膜（Ｏ）は、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）の表面に設けられても良い。
　この波長変換装置１００Ｃに係る和周波発生に伴い、生じた不要な光を透過する光学薄膜（Ｏ）についても、選択的透過反射部としての４５度ミラーを平行に２枚配置した構成に含まれるとみなすことができる。この場合も、ダイクロイックミラー（第１の４５度ミラー）１１５（ＲＳ＋Ｏ）及びダイクロイックミラー（第２の４５度ミラー）１１６（ＲＳ＋Ｏ）の表面又は裏面での光学的機能は、実施形態２で説明した場合と基本的に同じである。
　即ち、波長変換素子１２１の導波路１２１ａと光学的に近い位置に配置されたダイクロイックミラー（第１の４５度ミラー）１１５（ＲＳ＋Ｏ）の表面で信号光Ｌ１及び差周波発生により生じた光（該当する場合）を反射する。そして、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の表面で励起光Ｌ２及び和周波発生により生じた光と励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを透過する。また、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の裏面で信号光Ｌ１及び差周波発生により生じた光（該当する場合）と励起光Ｌ２及び和周波発生により生じた光とによる反射を防止する。そして、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の裏面で励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを反射する。
　これに対し、波長変換素子１２１の導波路１２１ａと光学的に遠い位置に配置されたダイクロイックミラー（第２の４５度ミラー）１１６（ＲＳ＋Ｏ）については、その表面で信号光Ｌ１及び差周波発生により生じた光（該当する場合）を反射する。そして、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の表面で励起光Ｌ２及び和周波発生により生じた光と励起光Ｌ２の３分の２の波長帯の光と和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを透過する。また、ダイクロイックミラー１１６（ＲＳ＋Ｏ）の裏面で全ての波長帯の光による反射を防止する。
　図１１は、実施形態３に係る波長変換装置１００Ｃにおけるダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の裏面に設けられた光学薄膜（Ｏ）による透過特性を波長［ｎｍ］に対する透過率［％］の関係で示したものである。
　図１１を参照すれば、ここでの光学薄膜（Ｏ）による反射特性は、誘電体多層膜の設計を最適化することにより、波長０．５２μｍ帯の光を９８％程度透過すれば、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）での反射を抑制できる。この結果、出力側の０．７８μｍ帯の光ファイバＦ３（ＲＳ）への光結合が大きく抑制され、１０００時間の長期試験後の変換効率についても、減少量が３％以内に抑えられることを確認できた。
　実施形態３の波長変換装置１００Ｃでは、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）の裏面にも和周波発生に伴い、生じた不要な光を透過する光学薄膜（Ｏ）を設けている。これにより、波長変換素子１２１で発生する不要な光の出力側の光ファイバＦ３（ＲＳ）への光結合を防止できる。この結果、波長変換装置１００Ｃは、波長変換装置１００Ｂにおける時間経過に伴い、変換効率が低下する問題点を改善でき、長期間使用しても、より波長変換の動作が安定し、信頼性が向上する。
　ところで、実施形態２の波長変換装置１００Ｂ、及び実施形態３の波長変換装置１００Ｃでは、増幅利得、及び変換効率の長期的劣化が抑制可能である。しかし、長期試験中に波長変換光Ｌ３、及び第二次高調波発生（和周波発生）に伴い、生じた不要な光の挙動を詳細に分析したところ、それぞれ増幅利得、及び変換効率の特性上で±５％、±７％程度の揺らぎを生じていることが判明した。この原因を詳細に調べたところ、波長変換素子１２１で発生したダイクロイックミラー１１５（ＲＳ）、１１５（ＲＳ＋Ｏ）を透過した後の波長０．５２μｍ帯の光が装置の筐体内壁で乱反射を起こすことが要因であると判明した。装置の筐体内壁には、通常金属メッキ処理が施されている。このような乱反射が繰り返されると、波長変換素子１２１の表面に照射され、波長変換素子１２１の温度分布に不均一性が生じることが増幅利得、及び変換効率に時間的な不安定性をもたらすと考えられる。こうした対策については、下記の実施形態４で説明する。
（実施形態４）
　本発明の実施形態４に係る波長変換装置１００Ｄは、略図するが、波長変換装置１００Ｂ、１００Ｃにおける時間経過に伴う増幅利得、及び変換効率の特性上での揺らぎを生じる乱反射の発生を抑制できるように改善したものである。波長変換装置１００Ｄは、波長変換装置１００Ｃと比べ、不要な光を吸収する光吸収体１２３を装置内に設置した点が相違し、それ以外の構成部分は共通している。
　図１２は、本発明の実施形態４に係る波長変換装置１００Ｄの要部を一部破断にして上面方向から示した概略断面図である。
　図１２を参照すれば、波長変換装置１００Ｄでは、波長変換装置１００Ｃの構成に加え、長期使用時の不安定性を解消するため、ダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）を透過した後の反射光路上に光吸収体１２３を設置している。この光吸収体１２３は、不要な波長０．５２μｍ帯の光Ｌ５を吸収する光吸収部としての役割を担う。
　実施形態４の波長変換装置１００Ｄでは、不要な波長０．５２μｍ帯の光Ｌ５を吸収する光吸収体１２３を装置の筐体内に設けているため、波長０．５２μｍ帯の光Ｌ５が装置内で乱反射することが抑制される。この結果、増幅利得、及び変換効率の特性が何れも±１％以内の揺らぎに収まることを確認できた。
　尚、上記実施形態４の波長変換装置１００Ｄの構成以外でも、同様な作用効果を得ることが可能であるが、これについては、下記の実施形態５で説明する。
（実施形態５）
　本発明の実施形態５に係る波長変換装置１００Ｅは、略図するが、波長変換装置１００Ｄとは別な手段を採用し、同様に波長変換装置１００Ｂ、１００Ｃでの乱反射の発生を抑制可能に改善したものである。波長変換装置１００Ｅは、波長変換装置１００Ｄと比べ、装置内に不要な光を吸収する光吸収体１２３に代え、不要な光を透過する光透過窓１２４を設けた点が相違し、それ以外の構成部分は共通している。
　図１３は、本発明の実施形態５に係る波長変換装置１００Ｅの要部を一部破断にして上面方向から示した概略断面図である。
　図１３を参照すれば、波長変換装置１００Ｅでは、波長変換装置１００Ｃの構成に加え、実施形態４の場合と同様な目的でダイクロイックミラー１１５（ＲＳ＋Ｏ）を透過した後の反射光路上に光透過窓１２４を設けている。この光透過窓１２４は、装置の筐体の側面内壁の出力側に近い位置に設けられるもので、不要な波長０．５２μｍ帯の光Ｌ５を装置外部へ透過する光透過部としての役割を担う。
　実施形態５の波長変換装置１００Ｅでは、不要な波長０．５２μｍ帯の光Ｌ５を装置外部へ透過する光透過窓１２４を装置の筐体内に設けているため、波長０．５２μｍ帯の光Ｌ５が装置内で乱反射することが抑制される。この結果、増幅利得、及び変換効率の特性が何れも±１％以内の揺らぎに収まることを確認できた。特に実施形態５の波長変換装置１００Ｅの場合には、光透過窓１２４から出力される波長０．５２μｍ帯の光のパワーをモニタすることができるため、使用している波長変換素子１２１の特性を把握できるという利点がある。
　尚、上記各実施形態で説明した波長変換装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅは、一般的な通信システムに利用することができ、特に光通信装置に利用すれば好適である。

Claims (8)

  1. 　入力側の光ファイバから励起光、及び信号光が入力され、且つ当該信号光を位相感応増幅する二次非線形光学素子か、入力側の光ファイバから励起光、及び信号光が入力され、且つ当該信号光から差周波発生する二次非線形光学素子か、或いは、入力側の光ファイバから励起光、及び複数の信号光が入力され、当該複数の信号光から和周波発生する二次非線形光学素子かの何れか一つを備え、当該二次非線形光学素子から出力される当該位相感応増幅された光、当該差周波発生により生じた光、或いは、当該和周波発生により生じた光の何れか一つを出力側の光ファイバに出力する波長変換装置であって、
    　前記入力側の光ファイバ及び前記出力側の光ファイバの間の前記波長変換装置内の前記二次非線形光学素子を除く光学素子の表面と当該出力側の光ファイバの端面とに対し、当該出力側の光ファイバに出力する前記位相感応増幅された光、前記差周波発生により生じた光、或いは、前記和周波発生により生じた光を除き、前記励起光及び前記信号光に係る波長帯、前記差周波発生に係る波長帯、或いは、前記和周波発生に係る波長帯の何れか一つで生じた不要な光による反射を抑制する反射抑制部を備えた
    　ことを特徴とする波長変換装置。
  2. 　前記信号光の波長帯は、通信波長として使用可能なＯバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、及びＬバンドの少なくとも１つを含むと共に、前記励起光の２／３倍の波長帯、前記差周波発生により生じた光の２／３倍の波長帯、或いは、前記和周波発生により生じた光の２／３倍の波長帯の何れか一つに対応する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  3. 　前記二次非線形光学素子及び前記出力側の光ファイバの間に設けられ、当該出力側の光ファイバへの光結合を防止する選択的透過反射部を備え、
    　前記選択的透過反射部は、前記励起光及び前記信号光と当該励起光の３分の２の波長の光とを分離するか、前記差周波発生により生じた光及び前記励起光と当該励起光の３分の２の波長の光とを分離するか、或いは、前記信号光及び前記和周波発生により生じた光と当該和周波発生により生じた光の３分の２の波長の光とを分離するかの何れかであり、且つ分離した当該励起光の３分の２の波長の光又は当該和周波発生により生じた光の３分の２の波長の光の前記出力側の光ファイバへの光結合を防止する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換装置。
  4. 　前記選択的透過反射部は、４５度ミラーであると共に、当該４５度ミラーの表面又は裏面において、前記励起光及び前記信号光と当該励起光の３分の２の波長帯の光と、前記差周波発生により生じた光及び前記励起光と当該励起光の３分の２の波長帯の光と、前記信号光及び前記和周波発生により生じた光と当該和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光との何れかを反射又は透過する光学薄膜を有する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の波長変換装置。
  5. 　前記選択的透過反射部は、平行に配置された２枚の４５度ミラーであり、
    　前記２枚の４５度ミラーのうちの前記二次非線形光学素子と光学的に近い位置に配置された第１の４５度ミラーの表面において、前記信号光及び前記差周波発生により生じた光を反射し、且つ前記励起光及び前記和周波発生により生じた光と当該励起光の３分の２の波長帯の光と当該和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを透過すると共に、当該第１の４５度ミラーの裏面において、当該信号光及び当該差周波発生により生じた光と当該励起光及び当該和周波発生により生じた光とによる反射を防止し、且つ当該励起光の３分の２の波長帯の光と当該和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを反射し、
    　前記２枚の４５度ミラーのうちの前記二次非線形光学素子と光学的に遠い位置に配置された第２の４５度ミラーの表面において、前記信号光及び前記差周波発生により生じた光を反射し、且つ前記励起光及び前記和周波発生により生じた光と当該励起光の３分の２の波長帯の光と当該和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光とを透過すると共に、当該第２の４５度ミラーの裏面において、全ての波長帯の光による反射を防止する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の波長変換装置。
  6. 　分離された前記励起光の３分の２の波長の光又は前記和周波発生により生じた光の３分の２の波長帯の光を、吸収する光吸収部又は前記波長変換装置の外部へ透過する光透過部の何れかを備えた
    　ことを特徴とする請求項５に記載の波長変換装置。
  7. 　前記二次非線形光学素子は、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、及びＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（但し、０≦ｘ≦１とする）の何れか、或いは、これらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎから選ばれた少なくとも一種を添加物として含有した材料である
    　ことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の波長変換装置。
  8. 　前記二次非線形光学素子は、導波路型であると共に、周期的に分極が反転された構造である
    　ことを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
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