JP4482979B2 - 波長変換装置 - Google Patents
波長変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4482979B2 JP4482979B2 JP30393699A JP30393699A JP4482979B2 JP 4482979 B2 JP4482979 B2 JP 4482979B2 JP 30393699 A JP30393699 A JP 30393699A JP 30393699 A JP30393699 A JP 30393699A JP 4482979 B2 JP4482979 B2 JP 4482979B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wavelength conversion
- polarization
- signal light
- conversion element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ光と信号光とが入力され、これら入力されたポンプ光の波長及び信号光の波長に基づく波長の変換光を出力する波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドメイン反転グレーティング周期が擬似位相整合（ＱＰＭ：quasi-phase matching）条件を満たす波長変換素子は、差周波発生（ＤＦＧ：difference frequency generation）又は和周波発生（ＳＦＧ：sum frequency generation）によって波長変換を行うことができる。この種の波長変換素子は、例えば、文献C.Q.Xu, H.Okayama & M.Kawahara; Appl. Phys. Lett. Vol.63, 3559 (27.12.1993); "1.5μm band efficient broadband wavelength conversion by difference frequency generation in a periodically domain-inverted LiNbO3 channel waveguide" （徐、岡山、及び川原；アプライド フィジックス レター、第６３号第３５５９頁、１９９３年１２月２７日、「周期的なドメイン反転ＬｉＮｂＯ3チャネル導波路における差周波発生による１．５μｍ帯高効率広帯域波長変換」）に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の波長変換素子においては、ポンプ光及び信号光の両方を直線偏波にして、ある一定な偏波方向を持たせた上で波長変換素子に注入しなければならないため、光損失が大きく、その結果、変換効率が低下するという問題があった。また、変換効率が信号光の偏波方向に依存するため、変換光の強度が不安定になるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、変換効率が入力される信号光の偏波に依存しない波長変換装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る波長変換装置は、非線形材料基板に形成され、擬似位相整合条件を満たす第一のドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、該第一のドメイン反転グレーティング周期構造の第一の入力端及び該第一の入力端とは異なる位置の第一の出力端を有する第一の波長変換素子と、非線形材料基板に形成され、上記第一の波長変換素子と間隔をあけて平行に並ぶように配置され、上記第一のドメイン反転グレーティング周期構造と同じ構造の擬似位相整合条件を満たす第二のドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、該第二のドメイン反転グレーティング周期構造の第二の入力端及び該第二の入力端とは異なる位置の第二の出力端を有する第二の波長変換素子と、ポンプ光を互いに同じ強度の第一のポンプ光及び第二のポンプ光に分波するポンプ光分波手段と、信号光を第一の信号光及び第二の信号光に分波する信号光分波手段と、第一のポンプ光及び第一の信号光を上記第一の波長変換素子の上記第一の入力端に導く第一の結合手段と、第二のポンプ光及び第二の信号光を上記第二の波長変換素子の上記第二の入力端に導く第二の結合手段と、上記第一の波長変換素子により第一のポンプ光及び第一の信号光に基づいて生成され上記第一の出力端から出力された第一の変換光と、上記第二の波長変換素子により第二のポンプ光及び第二の信号光に基づいて生成され上記第二の出力端から出力された第二の変換光とを合波する合波手段とを有し、上記信号光分波手段は、第一の偏光ビームスプリッタと第一の半波長板とを含み、上記信号光分波手段による信号光の分波は、上記第一の偏光ビームスプリッタにより行われ、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第一の信号光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の一方であり、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第二の信号光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の他方であり、上記第一の半波長板により第二の信号光をＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方に変換し、上記合波手段は、第二の偏光ビームスプリッタと第二の半波長板とを含み、上記合波手段による信号光の合波は、上記第二の偏光ビームスプリッタにより行われ、上記第一の波長変換素子の上記第一の出力端から出力される第一の変換光と上記第二の波長変換素子の上記第二の出力端から出力される第二の変換光とは共にＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方であり、第一の変換光は上記第二の半波長板によりＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記他方に変換した後に上記第二の偏光ビームスプリッタに入力させ、第二の変換光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方のまま上記第二の偏光ビームスプリッタに入力させることによって、第一の変換光と第二の変換光とを合波し、上記第一及び第二のドメイン反転グレーティング周期構造の各々は、分極方向の異なる第一の領域と第二の領域とを交互に配列した構造を持ち、かつ、第一の領域と第二の領域の光伝搬方向の長さを共に同じ長さをＬｃとし、第一の領域と第二の領域との位相不整合量をΔｋとしたときに、ΔｋＬｃ＝πを満たすように構成したことを特徴としている。
【０００６】
また、上記信号光分波手段による信号光の分波が、第一の偏光ビームスプリッタにより行われ、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第一の信号光はＴＭ偏波であり、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第二の信号光はＴＥ偏波であり、上記第一の半波長板により第二の信号光をＴＭ偏波に変換するように構成してもよい。
【０００９】
また、上記第一のファイバアレイは、互いに長さが等しい複数本の偏波保持型ファイバを含み、上記第二のファイバアレイは、互いに長さが等しい複数本の偏波保持型ファイバを含むように構成してもよい。
【００１０】
また、上記ポンプ光分波手段に入力されるポンプ光を発生させるポンプ光発生手段を備えてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る波長変換装置の構成を示す図である。図１に示されるように、実施の形態１の波長変換装置は、非線形材料基板であるＬｉＮｂＯ3基板（ＬＮ基板）１０を有する。このＬＮ基板１０の＋ｃ面には、２つの波長変換素子１１,１２が形成されている。波長変換素子１１,１２は、互いに平行に並ぶように形成され、それぞれが擬似位相整合条件を満たすドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、互いに同じ構造を持つ。尚、基板の材質は、上記のものに限定されない。また、波長変換素子１１,１２は、単一のＬＮ基板１０上に同一の製造プロセスにより形成されることが特性のばらつきをなくする点から望ましいが、波長変換素子１１，１２が形成されるＬＮ基板１０は必ずしも一体でなくてもよい。
【００２４】
図２は、図１の波長変換素子１１（又は１２）を示す説明図である。波長変換素子１１，１２は、ＬＮ基板１０の＋ｃ面に形成されたＴＭ偏波の光だけ導波するプロトン交換導波路１３を有する。ＬＮ基板１０のプロトン交換導波路１３には、２次非線形定数が変調されるドメイン反転グレーティング周期構造が形成されている。ドメイン反転グレーティング周期構造は、分極方向の異なる第一の領域（ドメインの反転していない領域）１４と第二の領域（ドメイン反転領域）１５とを交互に配列した構造を持つ。また、ドメイン反転グレーティング周期構造は、第一の領域１４と第二の領域１５の光伝搬方向の長さを共に同じ長さＬcとし、第一の領域１４と第二の領域１５との位相不整合量をΔｋとしたときに、ΔｋＬc＝πを満たすように形成する。
【００２５】
また、波長変換素子１１,１２のドメイン反転グレーティング周期構造は、
Δｋ＝２πｎp／λp−２πｎs／λs−２πｎc／λc
０＝１／λp−１／λs−１／λc
を満たすように形成する。ここで、λp及びλsは、波長変換素子１１，１２に入力されるポンプ光及び信号光の波長を示し、λcは、波長変換素子１１，１２から出力される変換光の波長を示し、ｎp，ｎs，ｎcはそれぞれ、波長λp，λs，λcの光に対する屈折率を示す。
【００２６】
また、図１に示されるように、実施の形態１の波長変換装置は、ポンプ光Ｐ0を互いに同じ強度の第一のポンプ光Ｐ1及び第二のポンプ光Ｐ2に分波するハーフミラー２１を有する。ハーフミラー２１には、ＬＮ基板１０のセンターライン１０ａ上を通ってポンプ光Ｐ0が入射する。ポンプ光Ｐ0は、例えば、ＴＭ偏波であり、例えば、０．７７μｍの波長を持つ。さらに、実施の形態１の波長変換装置は、ハーフミラー２１により反射した第一のポンプ光Ｐ1の進行方向を変えるミラー２２及びミラー２３を有する。また、実施の形態１の波長変換装置は、ハーフミラー２１を透過した第二のポンプ光Ｐ2の進行方向を変えるミラー２４、ミラー２５、及びミラー２６を有する。
【００２７】
また、実施の形態１の波長変換装置は、信号光Ｓ0を第一の信号光Ｓ1と第二の信号光Ｓ2とに分波する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３１を有する。信号光Ｓ0は、例えば、１．５５０μｍの波長を持つ。また、実施の形態１の波長変換装置は、ＰＢＳ３１により取り出された第二の信号光Ｓ2であるＴＥ偏波をＴＭ偏波に変換する半波長板３２を有する。
【００２８】
また、実施の形態１の波長変換装置は、第一のポンプ光Ｐ1及び第一の信号光Ｓ1を波長変換素子１１の入力端に導く第一のＷＤＭ（波長分割多重）カプラ４１と、第二のポンプ光Ｐ2及び第二の信号光Ｓ2を波長変換素子１２の入力端に導く第二のＷＤＭ（波長分割多重）カプラ４２とを有する。
【００２９】
また、実施の形態１の波長変換装置は、波長変換素子１１により第一のポンプ光Ｐ1及び第一の信号光Ｓ1に基づいて生成された第一の変換光Ｃ1をＴＥ偏波に変換する半波長板５２を有する。さらに、実施の形態１の波長変換装置は、ＴＥ偏波に変換された第一の変換光Ｃ1と、波長変換素子１２により第二のポンプ光Ｐ2及び第二の信号光Ｓ2に基づいて生成されたＴＭ偏波である第二の変換光Ｃ2とを合波する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１を有する。
【００３０】
尚、図１において、４３及び５３は、ミラーを示す。また、ＰＢＳ３１とＰＢＳ５１とは、センターライン１０ａ上の点を中心にして対称な位置に配置されている。
【００３１】
上記構成を有する実施の形態１の波長変換装置においては、レーザ発生装置（図示せず）からのポンプ光Ｐ0がセンターライン（波長変換素子１１，１２から等距離にある線）１０ａに沿ってハーフミラー２１に入射し、第一のポンプ光Ｐ1と第二のポンプ光Ｐ2に分波される。第一のポンプ光Ｐ1は、ミラー２２及びミラー２３で反射して第一のＷＤＭカプラ４１に入射する。第一のポンプ光Ｐ1は第一のＷＤＭカプラ４１で反射して、波長変換素子１１の入力端に入射する。一方、ハーフミラー２１を透過した第二のポンプ光Ｐ2は、ミラー２４、ミラー２５、ミラー２６の順に反射して第二のＷＤＭカプラ４２に入射する。第二のポンプ光Ｐ2は第二のＷＤＭカプラ４２で反射して、第二の波長変換素子１２の入力端に入射する。尚、二つ導波路、即ち、波長変換素子１１,１２に入射したポンプ光Ｐ1,Ｐ2は、互いに同じ強度になるようにハーフミラー２１、ミラー２２〜２６、及びＷＤＭカプラ４１，４２の配置を決定する。
【００３２】
また、信号光Ｓ0はＰＢＳ３１に入射して、ＴＭ偏波である第一の信号光Ｓ1とＴＥ偏波である第二の信号光Ｓ2に分波される。ＴＥ偏波である第二の信号光Ｓ2は、半波長板３２によって、ＴＭ偏波に変換される。第一の信号光Ｓ1は、第一のＷＤＭカプラ４１を通過して、波長変換素子１１の入力端に入射する。第二の信号光Ｓ2は、第二のＷＤＭカプラ４２を通過して、波長変換素子１２の入力端に入射する。
【００３３】
波長変換素子１１は、波長０．７７μｍのポンプ光Ｐ1と波長１.５５０μｍの信号光Ｓ1によって、波長１.５３０μｍの変換光Ｃ1を発生する。波長変換素子１２は、波長０．７７μｍのポンプ光Ｐ2と波長１.５５０μｍの信号光Ｓ2によって、波長１.５３０μｍの変換光Ｃ2を発生する。波長変換素子１１で発生した変換光Ｃ1はＴＭ偏波であり、半波長板５２によってＴＥ偏波に変換してからＰＢＳ５１に入射する。波長変換素子１２で発生した変換光Ｃ2はＴＭ偏波であり、そのままＰＢＳ５１に入射する。ＰＢＳ５１は、変換光Ｃ1と変換光Ｃ2を合波し、ＴＭ偏波である変換光Ｃ0を出力する。
【００３４】
以上の構成において、二つ導波路に入射したポンプ光の強度が同じであれば、波長変換効率が信号光の偏波方向によらずに一定である。言い換えれば、従来のように信号光を直線偏光に変換する必要がない。以下にその理由を詳細に説明する。
【００３５】
図１に示した構成において、波長変換素子１１,１２に入射したポンプ光Ｐ1,Ｐ2のパワーをそれぞれＥp1,Ｅp2とする。また、ＰＢＳ３１に入力される信号光のパワーをＥSとし、波長変換素子１１,１２に入射される第一の信号光Ｓ1と第二の信号光Ｓ2のパワーをそれぞれＥS1,ＥS2とすると、
ＥS2＝ｔ（１−ｓ2）1/2ＥS 式（１）
ＥS1＝ｒｓＥS 式（２）
が成り立つ。ここで、ｔは、ＰＢＳ３１による損失を考慮した透過効率であり、ｒは、ＰＢＳ３１と半波長板３２による損失を考慮した透過効率であり、ｓは、ＰＢＳ３１による信号光の偏波方向に依存する分波比である。
【００３６】
一方、波長変換素子１１，１２から出力される変換光Ｃ1,Ｃ2のパワーＥC1, ＥC2は、
ＥC1＝ηＥp1ＥS1＝ｔη（１−ｓ2）1/2Ｅp1ＥS 式（３）
ＥC2＝ηＥp2ＥS2＝ｒηｓＥp2ＥS 式（４）
と表すことができる。ここで、ηは、波長変換素子１１，１２の変換効率である。その結果、ＰＢＳ５１による合波後の変換光Ｃ0のパワーＥCは、
ＥC＝｛（ｒＥC1）2＋（ｔＥC2）2｝1/2 式（５）
である。ここで、ｔは、ＰＢＳ５１による損失を考慮した透過効率（ＰＢＳ３１による損失を考慮した透過効率と同じ値）であり、ｒは、半波長板５２とＰＢＳ５１による損失を考慮した透過効率（ＰＢＳ３１と半波長板３２による損失を考慮した透過効率と同じ値）である。式（５）に、式（３）のＥC1及び式（４）のＥC2を代入することによって、
ＥC＝ｔｒηＥS｛（１−ｓ2）Ｅp1 2＋ｓ2Ｅp2 2｝1/2 式（６）
となる。よって、変換光が信号光の偏波方向に依存させないためには、
Ｅp1＝Ｅp2
を満足させる必要がある。
【００３７】
以上説明したように、実施の形態１の波長変換装置によれば、２つ波長変換素子１１，１２に入射するポンプ光の強度を同じにすれば、信号光の偏波方向に依存することなく、一定な変換効率で波長変換することができる。よって、信号光を直線偏波に変換する必要がなく、損失の低減及び変換光の安定性を向上させることができる。
【００３８】
実施の形態２
図３は、本発明の実施の形態２に係る波長変換装置のＬＮ基板１０上の構成を示す図である。実施の形態２の波長変換装置は、上記実施の形態１におけるＷＤＭカプラ４１，４２、ハーフミラー２１及びミラー２２〜２６に代えて、ＬＮ基板１０上に形成された方向性結合器６１，６２及びＹ分岐素子６３を備えた点が、上記実施の形態１の波長変換装置と相違する。実施の形態２においては、Ｙ分岐素子６３により、確実にポンプ光Ｐ0を同じ強度の第一のポンプ光及び第二のポンプ光Ｐ2に分波できる。また、方向性結合器６１，６２により、ポンプ光Ｐ1，Ｐ2と信号光Ｓ1，Ｓ2とを低損失に合波できる。
【００３９】
実施の形態２の波長変換装置によれば、波長変換素子１１,１２に入射する第一のポンプ光Ｐ1、第二のポンプ光Ｐ2のパワーＥp1,Ｅp2が同じであるので、実施の形態１の場合と同様に、変換効率が信号光の偏波に依存しない波長変換ができる。
【００４０】
また、実施の形態２の波長変換装置においては、波長変換素子１１,１２に入射したポンプ光の強度が、製造過程におけるマスクやプロセスの精度で決定されるので、実施の形態１の装置よりも、一層安定で確実な偏波無依存の波長変換が実現できる。また、波長変換素子１１，１２、方向性結合器６１，６２及びＹ分岐素子６３を単一のＬＮ基板１０に集積したので、装置の低コスト化を図ることができる。尚、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１と同一である。
【００４１】
実施の形態３
図４は、本発明の実施の形態３に係る波長変換装置のＬＮ基板１０上の構成を示す図である。実施の形態３の波長変換装置においては、波長変換素子１１，１２の入力端１１ａ,１２ａ及び出力端１１ｂ,１２ｂへの光の結合にファイバアレー７１,７２を用いている点のみが、実施の形態２の装置と相違する。ここで、ファイバアレー７１及び７２はモジュール化されており、波長変換素子１１，１２の入力端１１ａ,１２ａ及び出力端１１ｂ,１２ｂに連結されている。ファイバアレー７１は、互いに同じ長さを持つ複数本の偏波保持型ファイバを有し、ファイバアレー７２は、互いに同じ長さを持つ複数本の偏波保持型ファイバを有する。また、ファイバアレー７１において、入力光の波長が違うため、導波路にうまく光を導くように、ポンプ光用ファイバの中心が信号光ファイバより少し高くして（例えば、０．５μｍ）設置される。実施の形態３の波長変換装置によれば、波長変換素子１１，１２との光結合が簡単になり、装置の低コスト化を図ることができる。尚、実施の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態２と同一である。
【００４２】
実施の形態４
図５は、本発明の実施の形態４に係る波長変換装置における光分波モジュール８１の構成を示す図であり、図６は、本発明の実施の形態４の波長変換装置における光合波モジュール８２の構成を示す図である。光分波モジュール８１は、ＰＢＳ３１、半波長板３２、反射ミラー４３、ＤＦＢレーザ等のポンプ光光源８３、レンズ８４〜８８によって構成される。光分波モジュール８１の入力ファイバは、１．５５μｍ偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintained Fiber）であり、出力ファイバはそれぞれ偏波保持型の１．５５μｍＰＭＦと０．７８μｍＰＭＦである。分波された信号光の位相を一致させるため、２つの１．５５μｍＰＭＦファイバの長さが同じになるように設定する。一方、光合波モジュール８２は、ＰＢＳ５１、半波長板５２、反射ミラー５３、レンズ８９〜９１によって構成される。モジュール８２の入力ファイバは偏波保持型の１．５５μｍＰＭＦである。合波された変換光の位相を一致させるため、２つの１．５５μｍＰＭＦファイバの長さが同じになるように設定する。
【００４３】
図５に示した構成において、信号光Ｓ0はＰＢＳ３１によって分離され、それぞれ１．５５μｍＰＭＦファイバに結合される。ＴＭモードの信号光Ｓ1はそのまま波長変換素子１１の入力端に入射されるが、ＴＥモードの信号光Ｓ2は半波長板３２によってＴＭモードに変換されてから波長変換素子１２の入力端に入力される。但し、ファイバを９０度曲げてから波長変換素子１２の入力端に入射される場合には、モジュール８１内の半波長板３２を省略できる。
【００４４】
図６に示した構成において、変換光Ｃ1,Ｃ2はＰＢＳ５１によって合波される。波長変換素子１１からの変換光Ｃ1がＴＭモードであるので、半波長板５２によってＴＥモードに変換してからＰＢＳ５１に入力される。但し、ファイバを９０度を曲げてかＰＢＳ５１に入力される場合には、モジュール８１内の半波長板５２を省略できる。
【００４５】
実施の形態４の波長変換装置によれば、モジュールと波長変換素子の光結合が容易になり、装置の低コスト化を図ることができる。
【００４６】
実施の形態５
図７は、本発明の実施の形態５に係る波長変換装置のＬＮ基板１０上の構成を示す図である。実施の形態５の波長変換装置は、２つ波長変換素子１１，１２の出力端１１ｂ,１２ｂを曲がり導波路９２によって繋いでいる。また、変換光Ｃ1,Ｃ2が曲がり導波路９２を伝搬した後に生じた位相差がちょうど２πの整数倍になるように曲がり導波路９２の長さ及び曲がり半径を設計する。図７において、その他の部分は、上記実施の形態３の場合と同様である。
【００４７】
また、図８は、図７の波長変換素子に信号光及びポンプ光を入力し、変換光を分波するモジュールの構成を示す図である。この光合分波モジュール９３は、光サキュレータ９４、ＰＢＳ５１、半波長板３２（省略可能）、反射ミラー４３、ＤＦＢレーザ８３、レンズ８５〜８８、ポンプ光の戻り光を防ぐための光アイソレータ９５を有する。モジュール９３の入力ファイバは１．５５μｍＳＭＦであり、出力ファイバはそれぞれ偏波保持型の１．５５μｍＰＭＦと０．７７μｍＰＭＦである。ここで、２つの１．５５μｍＰＭＦファイバの長さが同じになるように設定する必要がない。
【００４８】
上記構成を有する実施の形態５の装置においては、信号光Ｓ0は、光サーキュレータ９４の第一ポートから入力され、第二ポートから出力され、ＰＢＳ５１に入射し、ここで第一の信号光Ｓ1と第二の信号光Ｓ2に分波される。第一の信号光Ｓ1は入力端１１ａから波長変換素子１１に入力される。波長変換素子１１は、出力端１１ｂから第一のポンプＰ1光及び第一の信号光Ｓ1に基づいて第一の変換光Ｃ1を生成する。この第一の変換光Ｃ1は曲がり導波路９２及び波長変換素子１２を通過して、波長変換素子１２の入力端１２ａから出力し、さらにファイバアレイ７１を通過し、モジュール９３の反射鏡４３を介してＰＢＳ５１に入力する。
【００４９】
第二の信号光Ｓ2は入力端１２ａから波長変換素子１２に入力される。波長変換素子１２は、出力端１２ｂから第二のポンプＰ2及び第二の信号光Ｓ2に基づいて第二の変換光Ｃ2を生成する。この第二の変換光Ｃ2は曲がり導波路９２及び波長変換素子１１を通過して、波長変換素子１１の入力端１１ａから出力し、さらにファイバアレイ７１を通過し、モジュール９３のＰＢＳ５１に入力する。
【００５０】
ＰＢＳ５１は、第一の変換光Ｃ1と第二の変換光Ｃ2とを合波し、光サーキュレータ９４の第二ポートから入力して、第三ポートから変換光Ｃ0を出力する。
【００５１】
以上説明したように、実施の形態５においては、信号光Ｓ1及びＳ2の両方について、光路長や変換効率や光パワーは必ず同じまた対称的であるので、実施の形態１に述べた偏波無依存条件が自動的に満足する。よって、光入出力モジュールを一体化することができる。また、偏波無依存条件が緩和できる。その結果、安定な波長変換が容易に実現でき、低コスト化も可能になる。
【００５２】
尚、上記実施の形態１〜５においては、ＬｉＮｂＯ3基板により形成される波長変換素子を用いた波長変換装置について説明したが、基板材料はＬｉＮｂＯ3に限定されず、他の材料を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態１〜５においては、ＤＦＧよる波長変換素子を用いた波長変換装置について説明したが、ＳＦＧやＦＷＭなどによる波長変換素子を用いることもできる。
【００５４】
また、上記実施の形態１〜５においては、２次非線形定数が変調される周期構造を持つ波長変換素子を用いた波長変換装置について説明したが、本発明はこれには限定されず、屈折率が変調される周期構造を持つ他の波長変換素子を用いてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態１〜５においては、ポンプ光がＤＦＢレーザを例にして詳細に説明してきたが、分布ブラッグ反射型半導体（ＤＢＲ）レーザやＦ−Ｐ（ファブリー・ペロ）ＬＤによる外部共振器レーザを使用してもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態１〜５においては、ＰＢＳがポンプ光光源の左側に設置して、モジュールの構成を例にして詳細に説明してきたが、ＰＢＳがポンプ光光源の右側、或いは同じセンタラインに設置してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つ波長変換素子１１，１２に入射するポンプ光の強度を同じにすれば、信号光の偏波方向に依存することなく、一定な変換効率で波長変換することができるという効果がある。また、信号光を直線偏波に変換する必要がなく、損失の低減及び変換光の安定性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る波長変換装置の構成を示す図である。
【図２】 図１の波長変換素子を示す説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る波長変換装置のＬＮ基板を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態３に係る波長変換装置のＬＮ基板を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態４に係る波長変換装置の波長変換素子にポンプ光及び信号光を入射させるモジュールの構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態４に係る波長変換装置の波長変換素子から出力されて変換光を合波するモジュールの構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態５に係る波長変換装置の波長変換素子の構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態５に係る波長変換装置の波長変換素子から出力された変換光を分波及び合波するモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＬＮ基板、 １１，１２ 波長変換素子、 ２１ ハーフミラー、 ２２〜２６ ミラー、 ３１ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、 ３２ 半波長板、 ４１，４２ ＷＤＭカプラ、 ５１ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、５２ 半波長板、 ７１，７２ ファイバアレイ、 ８３ ＤＦＢレーザ、 ９２ 曲がり導波路、 ９４ 光サーキュレータ、 ９５ 光アイソレータ、 Ｐ0 ポンプ光、 Ｐ1 第一のポンプ光、 Ｐ2 第二のポンプ光、 Ｓ0 信号光、 Ｓ1 第一の信号光、 Ｓ2 第二の信号光、 Ｃ0 変換光、 Ｃ1 第一の変換光、 Ｃ2 第二の変換光。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ光と信号光とが入力され、これら入力されたポンプ光の波長及び信号光の波長に基づく波長の変換光を出力する波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドメイン反転グレーティング周期が擬似位相整合（ＱＰＭ：quasi-phase matching）条件を満たす波長変換素子は、差周波発生（ＤＦＧ：difference frequency generation）又は和周波発生（ＳＦＧ：sum frequency generation）によって波長変換を行うことができる。この種の波長変換素子は、例えば、文献C.Q.Xu, H.Okayama & M.Kawahara; Appl. Phys. Lett. Vol.63, 3559 (27.12.1993); "1.5μm band efficient broadband wavelength conversion by difference frequency generation in a periodically domain-inverted LiNbO3 channel waveguide" （徐、岡山、及び川原；アプライド フィジックス レター、第６３号第３５５９頁、１９９３年１２月２７日、「周期的なドメイン反転ＬｉＮｂＯ3チャネル導波路における差周波発生による１．５μｍ帯高効率広帯域波長変換」）に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の波長変換素子においては、ポンプ光及び信号光の両方を直線偏波にして、ある一定な偏波方向を持たせた上で波長変換素子に注入しなければならないため、光損失が大きく、その結果、変換効率が低下するという問題があった。また、変換効率が信号光の偏波方向に依存するため、変換光の強度が不安定になるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、変換効率が入力される信号光の偏波に依存しない波長変換装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る波長変換装置は、非線形材料基板に形成され、擬似位相整合条件を満たす第一のドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、該第一のドメイン反転グレーティング周期構造の第一の入力端及び該第一の入力端とは異なる位置の第一の出力端を有する第一の波長変換素子と、非線形材料基板に形成され、上記第一の波長変換素子と間隔をあけて平行に並ぶように配置され、上記第一のドメイン反転グレーティング周期構造と同じ構造の擬似位相整合条件を満たす第二のドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、該第二のドメイン反転グレーティング周期構造の第二の入力端及び該第二の入力端とは異なる位置の第二の出力端を有する第二の波長変換素子と、ポンプ光を互いに同じ強度の第一のポンプ光及び第二のポンプ光に分波するポンプ光分波手段と、信号光を第一の信号光及び第二の信号光に分波する信号光分波手段と、第一のポンプ光及び第一の信号光を上記第一の波長変換素子の上記第一の入力端に導く第一の結合手段と、第二のポンプ光及び第二の信号光を上記第二の波長変換素子の上記第二の入力端に導く第二の結合手段と、上記第一の波長変換素子により第一のポンプ光及び第一の信号光に基づいて生成され上記第一の出力端から出力された第一の変換光と、上記第二の波長変換素子により第二のポンプ光及び第二の信号光に基づいて生成され上記第二の出力端から出力された第二の変換光とを合波する合波手段とを有し、上記信号光分波手段は、第一の偏光ビームスプリッタと第一の半波長板とを含み、上記信号光分波手段による信号光の分波は、上記第一の偏光ビームスプリッタにより行われ、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第一の信号光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の一方であり、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第二の信号光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の他方であり、上記第一の半波長板により第二の信号光をＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方に変換し、上記合波手段は、第二の偏光ビームスプリッタと第二の半波長板とを含み、上記合波手段による信号光の合波は、上記第二の偏光ビームスプリッタにより行われ、上記第一の波長変換素子の上記第一の出力端から出力される第一の変換光と上記第二の波長変換素子の上記第二の出力端から出力される第二の変換光とは共にＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方であり、第一の変換光は上記第二の半波長板によりＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記他方に変換した後に上記第二の偏光ビームスプリッタに入力させ、第二の変換光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方のまま上記第二の偏光ビームスプリッタに入力させることによって、第一の変換光と第二の変換光とを合波し、上記第一及び第二のドメイン反転グレーティング周期構造の各々は、分極方向の異なる第一の領域と第二の領域とを交互に配列した構造を持ち、かつ、第一の領域と第二の領域の光伝搬方向の長さを共に同じ長さをＬｃとし、第一の領域と第二の領域との位相不整合量をΔｋとしたときに、ΔｋＬｃ＝πを満たすように構成したことを特徴としている。
【０００６】
また、上記信号光分波手段による信号光の分波が、第一の偏光ビームスプリッタにより行われ、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第一の信号光はＴＭ偏波であり、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第二の信号光はＴＥ偏波であり、上記第一の半波長板により第二の信号光をＴＭ偏波に変換するように構成してもよい。
【０００９】
また、上記第一のファイバアレイは、互いに長さが等しい複数本の偏波保持型ファイバを含み、上記第二のファイバアレイは、互いに長さが等しい複数本の偏波保持型ファイバを含むように構成してもよい。
【００１０】
また、上記ポンプ光分波手段に入力されるポンプ光を発生させるポンプ光発生手段を備えてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る波長変換装置の構成を示す図である。図１に示されるように、実施の形態１の波長変換装置は、非線形材料基板であるＬｉＮｂＯ3基板（ＬＮ基板）１０を有する。このＬＮ基板１０の＋ｃ面には、２つの波長変換素子１１,１２が形成されている。波長変換素子１１,１２は、互いに平行に並ぶように形成され、それぞれが擬似位相整合条件を満たすドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、互いに同じ構造を持つ。尚、基板の材質は、上記のものに限定されない。また、波長変換素子１１,１２は、単一のＬＮ基板１０上に同一の製造プロセスにより形成されることが特性のばらつきをなくする点から望ましいが、波長変換素子１１，１２が形成されるＬＮ基板１０は必ずしも一体でなくてもよい。
【００２４】
図２は、図１の波長変換素子１１（又は１２）を示す説明図である。波長変換素子１１，１２は、ＬＮ基板１０の＋ｃ面に形成されたＴＭ偏波の光だけ導波するプロトン交換導波路１３を有する。ＬＮ基板１０のプロトン交換導波路１３には、２次非線形定数が変調されるドメイン反転グレーティング周期構造が形成されている。ドメイン反転グレーティング周期構造は、分極方向の異なる第一の領域（ドメインの反転していない領域）１４と第二の領域（ドメイン反転領域）１５とを交互に配列した構造を持つ。また、ドメイン反転グレーティング周期構造は、第一の領域１４と第二の領域１５の光伝搬方向の長さを共に同じ長さＬcとし、第一の領域１４と第二の領域１５との位相不整合量をΔｋとしたときに、ΔｋＬc＝πを満たすように形成する。
【００２５】
また、波長変換素子１１,１２のドメイン反転グレーティング周期構造は、
Δｋ＝２πｎp／λp−２πｎs／λs−２πｎc／λc
０＝１／λp−１／λs−１／λc
を満たすように形成する。ここで、λp及びλsは、波長変換素子１１，１２に入力されるポンプ光及び信号光の波長を示し、λcは、波長変換素子１１，１２から出力される変換光の波長を示し、ｎp，ｎs，ｎcはそれぞれ、波長λp，λs，λcの光に対する屈折率を示す。
【００２６】
また、図１に示されるように、実施の形態１の波長変換装置は、ポンプ光Ｐ0を互いに同じ強度の第一のポンプ光Ｐ1及び第二のポンプ光Ｐ2に分波するハーフミラー２１を有する。ハーフミラー２１には、ＬＮ基板１０のセンターライン１０ａ上を通ってポンプ光Ｐ0が入射する。ポンプ光Ｐ0は、例えば、ＴＭ偏波であり、例えば、０．７７μｍの波長を持つ。さらに、実施の形態１の波長変換装置は、ハーフミラー２１により反射した第一のポンプ光Ｐ1の進行方向を変えるミラー２２及びミラー２３を有する。また、実施の形態１の波長変換装置は、ハーフミラー２１を透過した第二のポンプ光Ｐ2の進行方向を変えるミラー２４、ミラー２５、及びミラー２６を有する。
【００２７】
また、実施の形態１の波長変換装置は、信号光Ｓ0を第一の信号光Ｓ1と第二の信号光Ｓ2とに分波する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３１を有する。信号光Ｓ0は、例えば、１．５５０μｍの波長を持つ。また、実施の形態１の波長変換装置は、ＰＢＳ３１により取り出された第二の信号光Ｓ2であるＴＥ偏波をＴＭ偏波に変換する半波長板３２を有する。
【００２８】
また、実施の形態１の波長変換装置は、第一のポンプ光Ｐ1及び第一の信号光Ｓ1を波長変換素子１１の入力端に導く第一のＷＤＭ（波長分割多重）カプラ４１と、第二のポンプ光Ｐ2及び第二の信号光Ｓ2を波長変換素子１２の入力端に導く第二のＷＤＭ（波長分割多重）カプラ４２とを有する。
【００２９】
また、実施の形態１の波長変換装置は、波長変換素子１１により第一のポンプ光Ｐ1及び第一の信号光Ｓ1に基づいて生成された第一の変換光Ｃ1をＴＥ偏波に変換する半波長板５２を有する。さらに、実施の形態１の波長変換装置は、ＴＥ偏波に変換された第一の変換光Ｃ1と、波長変換素子１２により第二のポンプ光Ｐ2及び第二の信号光Ｓ2に基づいて生成されたＴＭ偏波である第二の変換光Ｃ2とを合波する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１を有する。
【００３０】
尚、図１において、４３及び５３は、ミラーを示す。また、ＰＢＳ３１とＰＢＳ５１とは、センターライン１０ａ上の点を中心にして対称な位置に配置されている。
【００３１】
上記構成を有する実施の形態１の波長変換装置においては、レーザ発生装置（図示せず）からのポンプ光Ｐ0がセンターライン（波長変換素子１１，１２から等距離にある線）１０ａに沿ってハーフミラー２１に入射し、第一のポンプ光Ｐ1と第二のポンプ光Ｐ2に分波される。第一のポンプ光Ｐ1は、ミラー２２及びミラー２３で反射して第一のＷＤＭカプラ４１に入射する。第一のポンプ光Ｐ1は第一のＷＤＭカプラ４１で反射して、波長変換素子１１の入力端に入射する。一方、ハーフミラー２１を透過した第二のポンプ光Ｐ2は、ミラー２４、ミラー２５、ミラー２６の順に反射して第二のＷＤＭカプラ４２に入射する。第二のポンプ光Ｐ2は第二のＷＤＭカプラ４２で反射して、第二の波長変換素子１２の入力端に入射する。尚、二つ導波路、即ち、波長変換素子１１,１２に入射したポンプ光Ｐ1,Ｐ2は、互いに同じ強度になるようにハーフミラー２１、ミラー２２〜２６、及びＷＤＭカプラ４１，４２の配置を決定する。
【００３２】
また、信号光Ｓ0はＰＢＳ３１に入射して、ＴＭ偏波である第一の信号光Ｓ1とＴＥ偏波である第二の信号光Ｓ2に分波される。ＴＥ偏波である第二の信号光Ｓ2は、半波長板３２によって、ＴＭ偏波に変換される。第一の信号光Ｓ1は、第一のＷＤＭカプラ４１を通過して、波長変換素子１１の入力端に入射する。第二の信号光Ｓ2は、第二のＷＤＭカプラ４２を通過して、波長変換素子１２の入力端に入射する。
【００３３】
波長変換素子１１は、波長０．７７μｍのポンプ光Ｐ1と波長１.５５０μｍの信号光Ｓ1によって、波長１.５３０μｍの変換光Ｃ1を発生する。波長変換素子１２は、波長０．７７μｍのポンプ光Ｐ2と波長１.５５０μｍの信号光Ｓ2によって、波長１.５３０μｍの変換光Ｃ2を発生する。波長変換素子１１で発生した変換光Ｃ1はＴＭ偏波であり、半波長板５２によってＴＥ偏波に変換してからＰＢＳ５１に入射する。波長変換素子１２で発生した変換光Ｃ2はＴＭ偏波であり、そのままＰＢＳ５１に入射する。ＰＢＳ５１は、変換光Ｃ1と変換光Ｃ2を合波し、ＴＭ偏波である変換光Ｃ0を出力する。
【００３４】
以上の構成において、二つ導波路に入射したポンプ光の強度が同じであれば、波長変換効率が信号光の偏波方向によらずに一定である。言い換えれば、従来のように信号光を直線偏光に変換する必要がない。以下にその理由を詳細に説明する。
【００３５】
図１に示した構成において、波長変換素子１１,１２に入射したポンプ光Ｐ1,Ｐ2のパワーをそれぞれＥp1,Ｅp2とする。また、ＰＢＳ３１に入力される信号光のパワーをＥSとし、波長変換素子１１,１２に入射される第一の信号光Ｓ1と第二の信号光Ｓ2のパワーをそれぞれＥS1,ＥS2とすると、
ＥS2＝ｔ（１−ｓ2）1/2ＥS 式（１）
ＥS1＝ｒｓＥS 式（２）
が成り立つ。ここで、ｔは、ＰＢＳ３１による損失を考慮した透過効率であり、ｒは、ＰＢＳ３１と半波長板３２による損失を考慮した透過効率であり、ｓは、ＰＢＳ３１による信号光の偏波方向に依存する分波比である。
【００３６】
一方、波長変換素子１１，１２から出力される変換光Ｃ1,Ｃ2のパワーＥC1, ＥC2は、
ＥC1＝ηＥp1ＥS1＝ｔη（１−ｓ2）1/2Ｅp1ＥS 式（３）
ＥC2＝ηＥp2ＥS2＝ｒηｓＥp2ＥS 式（４）
と表すことができる。ここで、ηは、波長変換素子１１，１２の変換効率である。その結果、ＰＢＳ５１による合波後の変換光Ｃ0のパワーＥCは、
ＥC＝｛（ｒＥC1）2＋（ｔＥC2）2｝1/2 式（５）
である。ここで、ｔは、ＰＢＳ５１による損失を考慮した透過効率（ＰＢＳ３１による損失を考慮した透過効率と同じ値）であり、ｒは、半波長板５２とＰＢＳ５１による損失を考慮した透過効率（ＰＢＳ３１と半波長板３２による損失を考慮した透過効率と同じ値）である。式（５）に、式（３）のＥC1及び式（４）のＥC2を代入することによって、
ＥC＝ｔｒηＥS｛（１−ｓ2）Ｅp1 2＋ｓ2Ｅp2 2｝1/2 式（６）
となる。よって、変換光が信号光の偏波方向に依存させないためには、
Ｅp1＝Ｅp2
を満足させる必要がある。
【００３７】
以上説明したように、実施の形態１の波長変換装置によれば、２つ波長変換素子１１，１２に入射するポンプ光の強度を同じにすれば、信号光の偏波方向に依存することなく、一定な変換効率で波長変換することができる。よって、信号光を直線偏波に変換する必要がなく、損失の低減及び変換光の安定性を向上させることができる。
【００３８】
実施の形態２
図３は、本発明の実施の形態２に係る波長変換装置のＬＮ基板１０上の構成を示す図である。実施の形態２の波長変換装置は、上記実施の形態１におけるＷＤＭカプラ４１，４２、ハーフミラー２１及びミラー２２〜２６に代えて、ＬＮ基板１０上に形成された方向性結合器６１，６２及びＹ分岐素子６３を備えた点が、上記実施の形態１の波長変換装置と相違する。実施の形態２においては、Ｙ分岐素子６３により、確実にポンプ光Ｐ0を同じ強度の第一のポンプ光及び第二のポンプ光Ｐ2に分波できる。また、方向性結合器６１，６２により、ポンプ光Ｐ1，Ｐ2と信号光Ｓ1，Ｓ2とを低損失に合波できる。
【００３９】
実施の形態２の波長変換装置によれば、波長変換素子１１,１２に入射する第一のポンプ光Ｐ1、第二のポンプ光Ｐ2のパワーＥp1,Ｅp2が同じであるので、実施の形態１の場合と同様に、変換効率が信号光の偏波に依存しない波長変換ができる。
【００４０】
また、実施の形態２の波長変換装置においては、波長変換素子１１,１２に入射したポンプ光の強度が、製造過程におけるマスクやプロセスの精度で決定されるので、実施の形態１の装置よりも、一層安定で確実な偏波無依存の波長変換が実現できる。また、波長変換素子１１，１２、方向性結合器６１，６２及びＹ分岐素子６３を単一のＬＮ基板１０に集積したので、装置の低コスト化を図ることができる。尚、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１と同一である。
【００４１】
実施の形態３
図４は、本発明の実施の形態３に係る波長変換装置のＬＮ基板１０上の構成を示す図である。実施の形態３の波長変換装置においては、波長変換素子１１，１２の入力端１１ａ,１２ａ及び出力端１１ｂ,１２ｂへの光の結合にファイバアレー７１,７２を用いている点のみが、実施の形態２の装置と相違する。ここで、ファイバアレー７１及び７２はモジュール化されており、波長変換素子１１，１２の入力端１１ａ,１２ａ及び出力端１１ｂ,１２ｂに連結されている。ファイバアレー７１は、互いに同じ長さを持つ複数本の偏波保持型ファイバを有し、ファイバアレー７２は、互いに同じ長さを持つ複数本の偏波保持型ファイバを有する。また、ファイバアレー７１において、入力光の波長が違うため、導波路にうまく光を導くように、ポンプ光用ファイバの中心が信号光ファイバより少し高くして（例えば、０．５μｍ）設置される。実施の形態３の波長変換装置によれば、波長変換素子１１，１２との光結合が簡単になり、装置の低コスト化を図ることができる。尚、実施の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態２と同一である。
【００４２】
実施の形態４
図５は、本発明の実施の形態４に係る波長変換装置における光分波モジュール８１の構成を示す図であり、図６は、本発明の実施の形態４の波長変換装置における光合波モジュール８２の構成を示す図である。光分波モジュール８１は、ＰＢＳ３１、半波長板３２、反射ミラー４３、ＤＦＢレーザ等のポンプ光光源８３、レンズ８４〜８８によって構成される。光分波モジュール８１の入力ファイバは、１．５５μｍ偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintained Fiber）であり、出力ファイバはそれぞれ偏波保持型の１．５５μｍＰＭＦと０．７８μｍＰＭＦである。分波された信号光の位相を一致させるため、２つの１．５５μｍＰＭＦファイバの長さが同じになるように設定する。一方、光合波モジュール８２は、ＰＢＳ５１、半波長板５２、反射ミラー５３、レンズ８９〜９１によって構成される。モジュール８２の入力ファイバは偏波保持型の１．５５μｍＰＭＦである。合波された変換光の位相を一致させるため、２つの１．５５μｍＰＭＦファイバの長さが同じになるように設定する。
【００４３】
図５に示した構成において、信号光Ｓ0はＰＢＳ３１によって分離され、それぞれ１．５５μｍＰＭＦファイバに結合される。ＴＭモードの信号光Ｓ1はそのまま波長変換素子１１の入力端に入射されるが、ＴＥモードの信号光Ｓ2は半波長板３２によってＴＭモードに変換されてから波長変換素子１２の入力端に入力される。但し、ファイバを９０度曲げてから波長変換素子１２の入力端に入射される場合には、モジュール８１内の半波長板３２を省略できる。
【００４４】
図６に示した構成において、変換光Ｃ1,Ｃ2はＰＢＳ５１によって合波される。波長変換素子１１からの変換光Ｃ1がＴＭモードであるので、半波長板５２によってＴＥモードに変換してからＰＢＳ５１に入力される。但し、ファイバを９０度を曲げてかＰＢＳ５１に入力される場合には、モジュール８１内の半波長板５２を省略できる。
【００４５】
実施の形態４の波長変換装置によれば、モジュールと波長変換素子の光結合が容易になり、装置の低コスト化を図ることができる。
【００４６】
実施の形態５
図７は、本発明の実施の形態５に係る波長変換装置のＬＮ基板１０上の構成を示す図である。実施の形態５の波長変換装置は、２つ波長変換素子１１，１２の出力端１１ｂ,１２ｂを曲がり導波路９２によって繋いでいる。また、変換光Ｃ1,Ｃ2が曲がり導波路９２を伝搬した後に生じた位相差がちょうど２πの整数倍になるように曲がり導波路９２の長さ及び曲がり半径を設計する。図７において、その他の部分は、上記実施の形態３の場合と同様である。
【００４７】
また、図８は、図７の波長変換素子に信号光及びポンプ光を入力し、変換光を分波するモジュールの構成を示す図である。この光合分波モジュール９３は、光サキュレータ９４、ＰＢＳ５１、半波長板３２（省略可能）、反射ミラー４３、ＤＦＢレーザ８３、レンズ８５〜８８、ポンプ光の戻り光を防ぐための光アイソレータ９５を有する。モジュール９３の入力ファイバは１．５５μｍＳＭＦであり、出力ファイバはそれぞれ偏波保持型の１．５５μｍＰＭＦと０．７７μｍＰＭＦである。ここで、２つの１．５５μｍＰＭＦファイバの長さが同じになるように設定する必要がない。
【００４８】
上記構成を有する実施の形態５の装置においては、信号光Ｓ0は、光サーキュレータ９４の第一ポートから入力され、第二ポートから出力され、ＰＢＳ５１に入射し、ここで第一の信号光Ｓ1と第二の信号光Ｓ2に分波される。第一の信号光Ｓ1は入力端１１ａから波長変換素子１１に入力される。波長変換素子１１は、出力端１１ｂから第一のポンプＰ1光及び第一の信号光Ｓ1に基づいて第一の変換光Ｃ1を生成する。この第一の変換光Ｃ1は曲がり導波路９２及び波長変換素子１２を通過して、波長変換素子１２の入力端１２ａから出力し、さらにファイバアレイ７１を通過し、モジュール９３の反射鏡４３を介してＰＢＳ５１に入力する。
【００４９】
第二の信号光Ｓ2は入力端１２ａから波長変換素子１２に入力される。波長変換素子１２は、出力端１２ｂから第二のポンプＰ2及び第二の信号光Ｓ2に基づいて第二の変換光Ｃ2を生成する。この第二の変換光Ｃ2は曲がり導波路９２及び波長変換素子１１を通過して、波長変換素子１１の入力端１１ａから出力し、さらにファイバアレイ７１を通過し、モジュール９３のＰＢＳ５１に入力する。
【００５０】
ＰＢＳ５１は、第一の変換光Ｃ1と第二の変換光Ｃ2とを合波し、光サーキュレータ９４の第二ポートから入力して、第三ポートから変換光Ｃ0を出力する。
【００５１】
以上説明したように、実施の形態５においては、信号光Ｓ1及びＳ2の両方について、光路長や変換効率や光パワーは必ず同じまた対称的であるので、実施の形態１に述べた偏波無依存条件が自動的に満足する。よって、光入出力モジュールを一体化することができる。また、偏波無依存条件が緩和できる。その結果、安定な波長変換が容易に実現でき、低コスト化も可能になる。
【００５２】
尚、上記実施の形態１〜５においては、ＬｉＮｂＯ3基板により形成される波長変換素子を用いた波長変換装置について説明したが、基板材料はＬｉＮｂＯ3に限定されず、他の材料を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態１〜５においては、ＤＦＧよる波長変換素子を用いた波長変換装置について説明したが、ＳＦＧやＦＷＭなどによる波長変換素子を用いることもできる。
【００５４】
また、上記実施の形態１〜５においては、２次非線形定数が変調される周期構造を持つ波長変換素子を用いた波長変換装置について説明したが、本発明はこれには限定されず、屈折率が変調される周期構造を持つ他の波長変換素子を用いてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態１〜５においては、ポンプ光がＤＦＢレーザを例にして詳細に説明してきたが、分布ブラッグ反射型半導体（ＤＢＲ）レーザやＦ−Ｐ（ファブリー・ペロ）ＬＤによる外部共振器レーザを使用してもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態１〜５においては、ＰＢＳがポンプ光光源の左側に設置して、モジュールの構成を例にして詳細に説明してきたが、ＰＢＳがポンプ光光源の右側、或いは同じセンタラインに設置してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つ波長変換素子１１，１２に入射するポンプ光の強度を同じにすれば、信号光の偏波方向に依存することなく、一定な変換効率で波長変換することができるという効果がある。また、信号光を直線偏波に変換する必要がなく、損失の低減及び変換光の安定性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る波長変換装置の構成を示す図である。
【図２】 図１の波長変換素子を示す説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る波長変換装置のＬＮ基板を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態３に係る波長変換装置のＬＮ基板を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態４に係る波長変換装置の波長変換素子にポンプ光及び信号光を入射させるモジュールの構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態４に係る波長変換装置の波長変換素子から出力されて変換光を合波するモジュールの構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態５に係る波長変換装置の波長変換素子の構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態５に係る波長変換装置の波長変換素子から出力された変換光を分波及び合波するモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＬＮ基板、 １１，１２ 波長変換素子、 ２１ ハーフミラー、 ２２〜２６ ミラー、 ３１ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、 ３２ 半波長板、 ４１，４２ ＷＤＭカプラ、 ５１ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、５２ 半波長板、 ７１，７２ ファイバアレイ、 ８３ ＤＦＢレーザ、 ９２ 曲がり導波路、 ９４ 光サーキュレータ、 ９５ 光アイソレータ、 Ｐ0 ポンプ光、 Ｐ1 第一のポンプ光、 Ｐ2 第二のポンプ光、 Ｓ0 信号光、 Ｓ1 第一の信号光、 Ｓ2 第二の信号光、 Ｃ0 変換光、 Ｃ1 第一の変換光、 Ｃ2 第二の変換光。
Claims (4)
- 非線形材料基板に形成され、擬似位相整合条件を満たす第一のドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、該第一のドメイン反転グレーティング周期構造の第一の入力端及び該第一の入力端とは異なる位置の第一の出力端を有する第一の波長変換素子と、
非線形材料基板に形成され、上記第一の波長変換素子と間隔をあけて平行に並ぶように配置され、上記第一のドメイン反転グレーティング周期構造と同じ構造の擬似位相整合条件を満たす第二のドメイン反転グレーティング周期構造を持ち、該第二のドメイン反転グレーティング周期構造の第二の入力端及び該第二の入力端とは異なる位置の第二の出力端を有する第二の波長変換素子と、
ポンプ光を互いに同じ強度の第一のポンプ光及び第二のポンプ光に分波するポンプ光分波手段と、
信号光を第一の信号光及び第二の信号光に分波する信号光分波手段と、
第一のポンプ光及び第一の信号光を上記第一の波長変換素子の上記第一の入力端に導く第一の結合手段と、
第二のポンプ光及び第二の信号光を上記第二の波長変換素子の上記第二の入力端に導く第二の結合手段と、
上記第一の波長変換素子により第一のポンプ光及び第一の信号光に基づいて生成され上記第一の出力端から出力された第一の変換光と、上記第二の波長変換素子により第二のポンプ光及び第二の信号光に基づいて生成され上記第二の出力端から出力された第二の変換光とを合波する合波手段と、
を有し、
上記信号光分波手段は、第一の偏光ビームスプリッタと第一の半波長板とを含み、
上記信号光分波手段による信号光の分波は、上記第一の偏光ビームスプリッタにより行われ、
上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第一の信号光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の一方であり、上記第一の偏光ビームスプリッタから出力される第二の信号光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の他方であり、
上記第一の半波長板により第二の信号光をＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方に変換し、
上記合波手段は、第二の偏光ビームスプリッタと第二の半波長板とを含み、
上記合波手段による信号光の合波は、上記第二の偏光ビームスプリッタにより行われ、
上記第一の波長変換素子の上記第一の出力端から出力される第一の変換光と上記第二の波長変換素子の上記第二の出力端から出力される第二の変換光とは共にＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方であり、第一の変換光は上記第二の半波長板によりＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記他方に変換した後に上記第二の偏光ビームスプリッタに入力させ、第二の変換光はＴＭ偏波及びＴＥ偏波の内の前記一方のまま上記第二の偏光ビームスプリッタに入力させることによって、第一の変換光と第二の変換光とを合波し、
上記第一及び第二のドメイン反転グレーティング周期構造の各々は、分極方向の異なる第一の領域と第二の領域とを交互に配列した構造を持ち、かつ、第一の領域と第二の領域の光伝搬方向の長さを共に同じ長さをＬｃとし、第一の領域と第二の領域との位相不整合量をΔｋとしたときに、ΔｋＬｃ＝πを満たすように構成した
ことを特徴とする波長変換装置。 - 上記第一の結合手段に第一のポンプ光及び第一の信号光を導くと共に上記第二の結合手段に第二のポンプ光及び第二の信号光を導く第一のファイバアレイと、
上記第一の波長変換素子の上記第一の出力端から出力された第一の変換光を上記合波手段に導くと共に上記第二の波長変換素子の上記第二の出力端から出力された第二の変換光を上記合波手段に導く第二のファイバアレイと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。 - 上記第一のファイバアレイは、互いに長さが等しい複数本の偏波保持型ファイバを含み、
上記第二のファイバアレイは、互いに長さが等しい複数本の偏波保持型ファイバを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の波長変換装置。 - 上記ポンプ光分波手段に入力されるポンプ光を発生させるポンプ光発生手段を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の波長変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30393699A JP4482979B2 (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30393699A JP4482979B2 (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001125157A JP2001125157A (ja) | 2001-05-11 |
| JP4482979B2 true JP4482979B2 (ja) | 2010-06-16 |
Family
ID=17927076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30393699A Expired - Fee Related JP4482979B2 (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4482979B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1429179A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-16 | Technische Universiteit Eindhoven | Method of and device for optical wavelength conversion |
| WO2007043560A1 (ja) * | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 波長変換モジュール、レーザ光源装置、２次元画像表示装置、バックライト光源、液晶ディスプレイ装置及びレーザ加工装置 |
| JP5123528B2 (ja) * | 2007-01-11 | 2013-01-23 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法 |
| JP2014222331A (ja) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換素子 |
| JP6204064B2 (ja) * | 2013-05-21 | 2017-09-27 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅装置 |
| JP7106835B2 (ja) | 2017-10-06 | 2022-07-27 | 富士通株式会社 | 光伝送装置、波長変換装置、光伝送方法、および波長変換方法 |
| WO2021125007A1 (ja) * | 2019-12-17 | 2021-06-24 | 株式会社Ｘｔｉａ | 光共振器及び光変調器の作製方法、並びに光共振器、光変調器、光周波数コム発生器、光発振器 |
| JP7100906B2 (ja) * | 2020-06-08 | 2022-07-14 | 株式会社Xtia | 光共振器及び光変調器の作製方法 |
| CN112198681B (zh) * | 2020-10-12 | 2024-02-02 | 安徽大学 | 一种基于四波混频调控的光隔离器 |
-
1999
- 1999-10-26 JP JP30393699A patent/JP4482979B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001125157A (ja) | 2001-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5247528A (en) | Second harmonic generator using a laser as a fundamental wave source | |
| US5946129A (en) | Wavelength conversion apparatus with improved efficiency, easy adjustability, and polarization insensitivity | |
| US5832148A (en) | Electrically controlled wavelength multiplexing waveguide filter | |
| JP2004219751A (ja) | 光導波路デバイスならびにそれを用いた光導波路レーザおよびそれを備えた光学装置 | |
| JP5182049B2 (ja) | 偏波変換デバイス及び偏波多重変調器 | |
| US6269205B1 (en) | Optical devices based on energy transfer between different modes in optical waveguide | |
| JP4482979B2 (ja) | 波長変換装置 | |
| Liu et al. | First demonstration of an on-chip quadplexer for passive optical network systems | |
| US20040170351A1 (en) | Electro-optic waveguide modulator method and apparatus | |
| JP2685969B2 (ja) | 第２高調波発生装置 | |
| JP2005242219A (ja) | アレイ型波長変換器 | |
| US7009759B2 (en) | Multiple channel optical frequency mixers for all-optical signal processing | |
| Fujisawa et al. | A novel Si four-wavelength multiplexer for 100/400GbE using higher-order mode composed of (a) symmetric directional couplers and TE 1-TM 0 mode converter | |
| JP6871137B2 (ja) | ハイブリッド光回路 | |
| JPH10254001A (ja) | 光波長変換モジュール | |
| US20050213194A1 (en) | Cascaded difference frequency generator using resonant structure | |
| JP3187290B2 (ja) | 波長変換装置および波長変換方法 | |
| JP6853730B2 (ja) | 波長変換デバイス | |
| US6867902B2 (en) | Parametric device for wavelength conversion | |
| Jiang et al. | Experimental realization of broadband mode-splitting using bridged subwavelength grating | |
| Taylor et al. | Guided wave acousto-optic and electro-optic tunable filter designs with relaxed beam-splitter requirements | |
| JPH10213826A (ja) | 波長変換装置 | |
| JP2012242654A (ja) | 光合分波器および光合分波方法 | |
| JP2000241841A (ja) | 波長変換装置 | |
| JP4110619B2 (ja) | 波長変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061018 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090401 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090512 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090709 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20091113 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20091113 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091208 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100119 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100302 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100315 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140402 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |