JP2008241770A - 非線形光学単結晶を含む光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも第1の波長λnを有する第1の光を導波させ、前記少なくとも第1の波長λnに対して少なくとも第1の実効屈折率nnを有する入力導波路と、少なくとも第2の波長λn’を有する第2の光を導波させ、前記少なくとも第2の波長λn’に対して第2の実効屈折率nn’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第1の光と前記第2の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第1の波長λnと前記第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周L及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ=λn/2×[1/(nn’−nn)]
L=K×λn/nn(K:整数)
【選択図】 図1
Description
図3は、特許文献1に記載の波長選択フィルタの模式図である。
該図に示すように、波長選択フィルタ3000は、直線状の入力導波路3100と、入力導波路3100の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路3200と、入力導波路3100と出力導波路3200との間に存在する平面状の共振器(リング共振器)3300と、リング共振器3300との距離が可変でリング共振器3300との相互作用によりリング共振器3300の共振波長をリング共振器3300単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体3400とから構成されている。
例えば、リング共振器3300単独の共振波長が波長λ1である場合、リング共振器3300と共振波長調整用構造体3400との間の距離を調節してリング共振器3300の共振波長をλnに変化させた場合には、共振波長λn以外の波長λ1、λ2、…、λn−1の光信号は、入力導波路3100のスルーポートP2へ向かって伝搬する。また、出力導波路3200のアッドポートP4に上述の共振波長λnに一致する波長λnの光信号が入力された場合、この波長λnの光信号は、リング共振器3300を介して入力導波路3100のスルーポートP2へ導かれる。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、共振波長を適宜変化させることができるものの、その変化範囲は、入力ポートP1にて入力される光信号の波長に限定され得る。したがって、入力ポートP1に入力される光信号の波長λ1、λ2、…、λnから、例えば、波長λn/2へと変換することはできない。
図4は、特許文献3に記載された円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図である。
図に示すように、円柱状強誘電体単結晶4000は、分極方向に対して垂直な方向に所定の周期を有する周期分極反転構造4100を有している。
しかしながら、特許文献2及び3に記載の技術によれば、波長変換素子の素子長は、所定の波長変換効率を満たすため、30mm程度を要する。レーザ光源としては従来に比べて小型であるものの、さらなる小型化には限界がある。
(1)少なくとも第1の波長λnを有する第1の光を導波させ、前記少なくとも第1の波長λnに対して少なくとも第1の実効屈折率nnを有する入力導波路と、少なくとも第2の波長λn’を有する第2の光を導波させ、前記少なくとも第2の波長λn’に対して少なくとも第2の実効屈折率nn’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第1の光と前記第2の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第1の波長λnと前記第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周L及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ=λn/2×[1/(nn’−nn)]
L=K×λn/nn(K:整数)
(2)前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう1つのリング導波路をさらに含み、該別のもう1つのリング導波路の円周L’が、L’=K’λn’/nn’(K’:整数)を満たすことを特徴とする上記(1)の光学素子。
(3)前記別のもう1つのリング導波路の円周L’が、さらにL’=(K”+0.5)×λn/nn(K”:整数)を満たす、上記(2)の光学素子。
(4)前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする上記(1)の光学素子。
(5)前記非線形光学単結晶は、Zカット基板であり、前記第1の光および前記第2の光の導波モードは、TEモードであることを特徴とする、上記(4)の光学素子。
図1は、本発明による光学素子の第1の実施形態を示す模式図である。
本発明の第1の実施形態である光学素子100は、例えば、強誘電体単結晶110上に位置する。強誘電体単結晶110は、波長変換のための非線形光学効果を有する限り特に限定されないが、好ましくは、非線形光学定数d値の大きなものが望ましい。具体的には、強誘電体単結晶110は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム(CLN)、コングルエント組成のタンタル酸リチウム(CLT)、定比組成のニオブ酸リチウム(SLN)および定比組成のタンタル酸リチウム(SLT)である。特に、CLNおよびCLTは、大型な結晶基板の製造技術がすでに確立しており、望ましい。また、CLN、CLT、SLNおよびSLTは、Mg、Zn、InおよびScからなる群から選択される元素を0.1〜3.0mol%含んでも良い。これにより、光損傷を低減できる。
例えば、強誘電体単結晶110としてLN(CLNおよびSLNを含む)およびLT(CLTおよびSLTを含む)を用いる場合、光学素子の効率の観点からZカット基板を用いることが望ましい。
なお、第1の実効屈折率nnおよび第2の実効屈折率nn’で示される実効屈折率とは、導波路(またはリッジ型導波路)および共振器を導波する波のモード屈折率(Modal index)である。
入力導波路120には波長λ1、λ2、…、λn(nは1以上の整数)を有する第1の光が図1の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路120を伝播する第1の光のうち波長λnの光は、領域160において、リング導波路140と光学的に結合する。その結果、第1の光のうち波長λnを有する光のみ、領域160にて、リング導波路140へと分波され、それ以外の波長λ1、λ2、…、λn−1の光は、入力導波路120を伝播する。
光の導波モードは、例えば、強誘電体単結晶110としてZカットのLNおよびLTを用いた場合には、光学素子100の効率の観点から、TEモード(すなわち、光の電界方向とZ軸方向とが平行)が採用され得る。強誘電体単結晶110としてLNおよびLT以外を用いる場合、リング導波路140と第1の光とは、強誘電体単結晶110の結晶軸に対する方向条件(すなわち、光の電界方向)を適宜選択し、非線形定数が最大となるように設定され得る。
図2は、本発明による光学素子の第2の実施形態を示す模式図である。
本発明の第2の実施形態である光学素子200は、光学素子100と同様に強誘電体単結晶110上に位置する。
入力導波路120には波長λ1、λ2、…、λn(nは1以上の整数)を有する第1の光が図2の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路120を伝播する第1の光のうち波長λnの光は、領域160において、リング導波路140と光学的に結合する。その結果、第1の光のうち波長λnを有する光のみ、領域160にて、リング導波路140へと分波され、それ以外の波長λ1、λ2、…、λn−1の光は、入力導波路120を伝播する。
110:強誘電体単結晶
120:入力導波路
130、210:出力導波路
140:リング導波路
150:分極反転構造
160、170、230、240:領域
220:別のもう1つのリング導波路
3000:波長選択フィルタ
3100:入力導波路
3200:出力導波路
3300:リング共振器
3400:共振波長調整用構造体
4000:波長変換素子
4100:周期分極反転構造
Claims (5)
- 少なくとも第1の波長λnを有する第1の光を導波させ、前記少なくとも第1の波長λnに対して少なくとも第1の実効屈折率nnを有する入力導波路と、少なくとも第2の波長λn’を有する第2の光を導波させ、前記少なくとも第2の波長λn’に対して少なくとも第2の実効屈折率nn’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第1の光と前記第2の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第1の波長λnと前記第2の波長λn’とは、関係λn’=λn/2を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周L及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ=λn/2×[1/(nn’−nn)]
L=K×λn/nn(K:整数) - 前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう1つのリング導波路をさらに含み、該別のもう1つのリング導波路の円周L’が、L’=K’λn’/nn’(K’:整数)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記別のもう1つのリング導波路の円周L’が、さらにL’=(K”+0.5)×λn/nn(K”:整数)を満たす、請求項2に記載の光学素子。
- 前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記非線形光学単結晶は、Zカット基板であり、
前記第1の光および前記第2の光の導波モードは、TEモードであることを特徴とする、請求項4に記載の光学素子。
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