JPH08160476A - Optical wavelength conversion element - Google Patents
Optical wavelength conversion elementInfo
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- JPH08160476A JPH08160476A JP30200594A JP30200594A JPH08160476A JP H08160476 A JPH08160476 A JP H08160476A JP 30200594 A JP30200594 A JP 30200594A JP 30200594 A JP30200594 A JP 30200594A JP H08160476 A JPH08160476 A JP H08160476A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光波長変換素子、特
に、波長多重光通信において重要な波長帯域である１．
３１μｍ帯域と１．５５μｍ帯域の間の波長変換を行う
光波長変換素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical wavelength conversion element, and particularly to an important wavelength band in wavelength division multiplexing optical communication.
The present invention relates to an optical wavelength conversion element that performs wavelength conversion between the 31 μm band and the 1.55 μm band.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光波長変換素子を用いて光波長変
換を行う方法として、文献：「ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ
ｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔ．， ３， ２５
６（１９９１）」に開示されているものがあった。以
下、この文献に開示されている光波長変換方法について
説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of performing optical wavelength conversion using an optical wavelength conversion element, there has been a document: "IEEE Photon".
ics Technol. Lett. , 3, 25
6 (1991) ”. The optical wavelength conversion method disclosed in this document will be described below.
【０００３】この文献中には、波長１．５５μｍ帯域の
光を増幅する半導体光増幅器を用いて、波長１．３１μ
ｍの信号光を波長１．５５μｍの光に変換する方法が示
されている。この場合、波長１．３１μｍの強い信号光
と波長１．５５μｍの連続波（ＣＷ）光とを波長１．５
５μｍ帯域の光を増幅する半導体光増幅器に同時に注入
する。波長１．３１μｍの強い信号光が、半導体光増幅
器に入力すると、波長１．５５μｍの光の増幅の利得が
利得飽和効果により減少する。従って、波長１．３１μ
ｍの強い信号光が入力したとき、波長１．５５μｍの出
力光の強度が減少する。このようにして、波長１．３１
μｍの信号光が波長１．５５μｍの光に変換する。ここ
では、半導体光増幅器を光波長変換素子として用いてい
る。In this document, a semiconductor optical amplifier that amplifies light in a wavelength band of 1.55 μm is used, and a wavelength of 1.31 μm is used.
A method for converting m signal light into light having a wavelength of 1.55 μm is shown. In this case, a strong signal light having a wavelength of 1.31 μm and a continuous wave (CW) light having a wavelength of 1.55 μm are used as the wavelength 1.5.
The light in the 5 μm band is simultaneously injected into the semiconductor optical amplifier. When strong signal light with a wavelength of 1.31 μm is input to the semiconductor optical amplifier, the gain of amplification of light with a wavelength of 1.55 μm decreases due to the gain saturation effect. Therefore, wavelength 1.31μ
When a strong signal light of m is input, the intensity of the output light of wavelength 1.55 μm decreases. In this way, the wavelength 1.31
The signal light of μm is converted into the light of wavelength 1.55 μm. Here, a semiconductor optical amplifier is used as an optical wavelength conversion element.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
光増幅器を光波長変換素子として用いた場合には、波長
１．３１μｍの光を波長１．５５μｍの光に変換するこ
とができるが、その逆、つまり波長１．５５μｍの光を
波長１．３１μｍの光に変換することができなかった。However, when a semiconductor optical amplifier is used as an optical wavelength conversion element, it is possible to convert light with a wavelength of 1.31 μm into light with a wavelength of 1.55 μm, and vice versa. That is, it was not possible to convert the light having the wavelength of 1.55 μm into the light having the wavelength of 1.31 μm.
【０００５】また、この場合、１．３１μｍ帯域にある
波長の異なる複数の信号光はすべて波長１．５５μｍの
光に変換されるため、１．３１μｍ帯域にある波長の異
なる複数の信号光を同時に波長変換することができなか
った。Further, in this case, since a plurality of signal lights having different wavelengths in the 1.31 μm band are all converted into light having a wavelength of 1.55 μm, a plurality of signal lights having different wavelengths in the 1.31 μm band are simultaneously converted. The wavelength could not be converted.
【０００６】従って、波長１．３１μｍの光を波長１．
５５μｍの光に変換することができるだけでなく、波長
１．５５μｍの光を波長１．３１μｍの光に変換するこ
とができる光波長変換素子、つまり、一定の方向にのみ
波長を変換するだけではなく、変換された光の波長を変
換前の光の波長にも変換することができる光波長変換素
子の出現が望まれていた。Therefore, light having a wavelength of 1.31 μm is converted into light having a wavelength of 1.
An optical wavelength conversion element capable of converting not only light of 55 μm into light of wavelength 1.55 μm into light of wavelength 1.31 μm, that is, not only converting wavelength only in a certain direction. It has been desired to develop an optical wavelength conversion element capable of converting the wavelength of converted light into the wavelength of light before conversion.
【０００７】また、１．３１μｍ帯域にある波長の異な
る複数の信号光をそれぞれ、１．５５μｍ帯域にある波
長の異なった光に変換することができる光波長変換素
子、つまり、波長の異なる複数の信号光を同時に波長変
換することができる光波長変換素子の出現が望まれてい
た。Further, an optical wavelength conversion element capable of converting a plurality of signal lights having different wavelengths in the 1.31 μm band into lights having different wavelengths in the 1.55 μm band, that is, a plurality of optical wavelength conversion devices having different wavelengths. The advent of an optical wavelength conversion element capable of simultaneously converting the wavelength of signal light has been desired.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】このため、この発明の光
波長変換素子によれば、ある２次非線形光学定数を有す
る第１領域と、第１領域と異なる２次非線形光学定数を
有する第２領域とからなる光導波路を具え、第１領域と
第２領域とは一つずつ交互に周期的に配列されており、
第１領域および第２領域における、光導波路の長手方向
の長さは、光導波路に入力する波長λ2 の第２光、光導
波路に入力する波長λ3 の第３光、および第２光と第３
光との和周波または第２光と第３光との差周波である波
長λ1 の第１光の間で位相整合する長さとして定めてあ
ることを特徴とする。Therefore, according to the optical wavelength conversion element of the present invention, the first region having a certain second-order nonlinear optical constant and the second region having a second-order nonlinear optical constant different from the first region. And a first region and a second region are alternately arranged periodically,
The lengths in the longitudinal direction of the optical waveguide in the first region and the second region are the second light of wavelength λ 2 input to the optical waveguide, the third light of wavelength λ 3 input to the optical waveguide, and the second light. Third
It is characterized in that it is defined as a length for phase matching between the first light of wavelength λ 1 which is the sum frequency of the light or the difference frequency of the second light and the third light.
【０００９】そして、ある２次非線形光学定数を有する
基板を用いた場合には、基板の表面に平行に設けられた
２次非線形光学定数が変調された変調領域に直交するよ
うに設けられた光導波路を具え、光導波路の変調領域と
非変調領域とは一つずつ交互に周期的に配列されてお
り、変調領域および非変調領域における、光導波路の長
手方向の長さは、光導波路に入力する波長λ2 の第２
光、光導波路に入力する波長λ3 の第３光、および第２
光と第３光との和周波または第２光と第３光との差周波
である波長λ1 の第１光の間で位相整合する長さとして
定めてあることを特徴とする。When a substrate having a certain second-order nonlinear optical constant is used, an optical waveguide provided in parallel with the surface of the substrate so that the second-order nonlinear optical constant is orthogonal to the modulated modulation region. The optical waveguide has a modulation region and a non-modulation region alternately arranged one by one, and the length of the optical waveguide in the modulation region and the non-modulation region in the longitudinal direction is input to the optical waveguide. Second wavelength λ 2
Light, third light of wavelength λ 3 input to the optical waveguide, and second light
It is characterized in that it is defined as a length for phase matching between the first light of the wavelength λ 1 which is the sum frequency of the light and the third light or the difference frequency of the second light and the third light.
【００１０】この発明の好適実施例では、基板がＬｉＮ
ｂＯ3 基板であり、周期が、１４．６μｍ若しくはその
近傍であり、波長λ2 が１．３１μｍ帯域にあり、波長
λ3が０．７０７８μｍ若しくはその近傍であり、波長
λ1 が１．５５μｍ帯域にあるのがよい。この場合、１
４．６μｍ若しくはその近傍とは、１４．６μｍを中心
とした約±０．２μｍを含めた範囲であり、１．３１μ
ｍ帯域とは、１．３１μｍを中心とした約±０．０５μ
ｍを含めた範囲であり、０．７０７８μｍ若しくはその
近傍とは、０．７０７８μｍを中心とした約±０．００
０３μｍを含めた範囲であり、１．５５μｍ帯域とは、
１．５５μｍを中心とした約±０．０５μｍを含めた範
囲である。In the preferred embodiment of the invention, the substrate is LiN.
bO 3 substrate, having a period of 14.6 μm or near, wavelength λ 2 of 1.31 μm band, wavelength λ 3 of 0.7078 μm or near, wavelength λ 1 of 1.55 μm band It is good to be in In this case, 1
4.6 μm or its vicinity is a range including approximately ± 0.2 μm centered at 14.6 μm, and 1.31 μm.
The m band is about ± 0.05μ centered at 1.31μm
The range including m is 0.7078 μm or its vicinity is about ± 0.00 with 0.7078 μm as the center.
The range including 03 μm, and the 1.55 μm band is
The range is about ± 0.05 μm centered on 1.55 μm.
【００１１】また、この発明の他の好適実施例では、基
板がＬｉＮｂＯ3 基板であり、周期が、１４．６μｍ若
しくはその近傍であり、波長λ2 が１．５５μｍ帯域に
あり、波長λ3 が０．７０７８μｍ若しくはその近傍で
あり、波長λ1 が１．３１μｍ帯域にあるのがよい。In another preferred embodiment of the present invention, the substrate is a LiNbO 3 substrate, the period is 14.6 μm or its vicinity, the wavelength λ 2 is in the 1.55 μm band, and the wavelength λ 3 is It is preferably 0.7078 μm or the vicinity thereof, and the wavelength λ 1 is preferably in the 1.31 μm band.
【００１２】[0012]
【作用】上述したこの発明の光波長変換素子によれば、
波長λ2 の光と波長λ3 の光とを同時に光導波路に入力
する。この場合、λ2 ＞λ3 とする。この光導波路は、
ある２次非線形光学定数を有する第１領域と、第１領域
とは異なる２次非線形光学定数を有する第２領域とから
なっている。また、第１領域と第２領域とは１つずつ交
互に周期的に配列されている。そして、波長λ2 の光、
波長λ3 の光、および１／λ1 ＝１／λ3 ＋１／λ2 の
関係を満たす和周波である波長λ1 の光、または１／λ
1 ＝１／λ3 −１／λ2 の関係を満たす差周波である波
長λ1 の光との間に、位相整合条件であるΔｋ1 ｌ1 ＝
Δｋ2 ｌ2 ＝πの関係が成り立つ。Δｋ1 、Δｋ2 はそ
れぞれ第１領域、第２領域における位相不整合量であ
り、ｌ1 、ｌ2 はそれぞれ第１領域、第２領域におけ
る、光導波路の長手方向の長さである。このような関係
が成り立つため、波長λ1 の光、波長λ2 の光および波
長λ3 の光が位相整合し、効率良く和周波または差周波
が発生する。つまり、効率良くλ2 からλ1 への波長変
換を行うことができる。また、この逆、つまり、波長λ
1 の光と波長λ3 の光とを同時に光導波路に入力するこ
とにより、効率良くλ1 からλ2 への波長変換を行うこ
とができる。According to the optical wavelength conversion element of the present invention described above,
The light of wavelength λ 2 and the light of wavelength λ 3 are simultaneously input to the optical waveguide. In this case, λ 2 > λ 3 . This optical waveguide
It is composed of a first region having a certain second-order nonlinear optical constant and a second region having a second-order nonlinear optical constant different from the first region. Moreover, the 1st area | region and the 2nd area | region are arranged by turns one by one alternately. And light of wavelength λ 2 ,
Light of wavelength λ 3 and light of wavelength λ 1 which is a sum frequency satisfying the relationship of 1 / λ 1 = 1 / λ 3 + 1 / λ 2 or 1 / λ
The phase matching condition Δk 1 l 1 = with the light of the wavelength λ 1 which is the difference frequency satisfying the relation of 1 = 1 / λ 3 −1 / λ 2
The relationship of Δk 2 l 2 = π holds. Δk 1 and Δk 2 are the phase mismatch amounts in the first region and the second region, respectively, and l 1 and l 2 are the lengths in the longitudinal direction of the optical waveguide in the first region and the second region, respectively. Since such a relationship is established, the light of the wavelength λ 1 , the light of the wavelength λ 2 and the light of the wavelength λ 3 are phase-matched, and the sum frequency or the difference frequency is efficiently generated. That is, the wavelength conversion from λ 2 to λ 1 can be performed efficiently. Also, the opposite, that is, the wavelength λ
By inputting the light of 1 and the light of wavelength λ 3 into the optical waveguide at the same time, it is possible to efficiently perform the wavelength conversion from λ 1 to λ 2 .
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の光波長変
換素子について説明する。これらの図面において各構成
成分は、この発明が理解できる程度に各構成成分の形
状、大きさ、および配置関係を概略的に示してあるにす
ぎない。図１は、この発明の光波長変換素子を概略的に
示す斜視図である。この素子１１は従来と同様に次のよ
うな方法により作製する。先ず、ＬｉＮｂＯ3 基板１３
の＋ｃ面に短冊状のＴｉ膜の格子パターンを形成し、Ｔ
ｉを１０５０℃で１時間熱拡散する。このようにして、
一定の周期で分極が反転しているドメイン反転構造を形
成する。この場合、分極が反転しているドメイン反転領
域１５は、三角柱状に形成される。次に、一定の周期で
形成されたドメイン反転領域１５に直交するように光導
波路１７を安息香酸によるプロトン交換法で形成した。
用いたマスク材料はＣｒ膜であり、プロトン交換温度は
４５０℃、所要時間は１時間である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical wavelength conversion device of the present invention will be described below with reference to the drawings. In these drawings, each component merely schematically shows the shape, size, and positional relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a light wavelength conversion element of the present invention. This element 11 is manufactured by the following method as in the conventional case. First, the LiNbO 3 substrate 13
Forming a grid pattern of strip-shaped Ti film on the + c surface of
Thermal diffusion of i at 1050 ° C. for 1 hour. In this way,
A domain-inverted structure in which the polarization is inverted at a constant period is formed. In this case, the domain inversion region 15 in which the polarization is inverted is formed in a triangular prism shape. Next, the optical waveguide 17 was formed by the proton exchange method using benzoic acid so as to be orthogonal to the domain inversion region 15 formed at a constant period.
The mask material used is a Cr film, the proton exchange temperature is 450 ° C., and the required time is 1 hour.
【００１４】このようにして光波長変換素子１１を作製
した場合、複数のドメイン反転領域１５は平行に設けら
れており、ＬｉＮｂＯ3 基板１３の表面から基板１３内
側に向かって狭くなる三角柱状になる。また、光導波路
１７は基板１３の表面に接し、ドメイン反転領域１５に
直交するように設けられている。従って、光導波路１７
は、ドメイン反転領域１５と交差するため分極が反転し
ている第１領域１７ａと、、ドメイン反転領域１５と交
差していない第２領域１７ｂとからなっている。第２領
域１７ｂの分極の方向は基板と同じである。なお、図２
中の矢印は、ドメインの方向を示している。また、この
実施例では、周期数が６００である素子を形成している
が、図２には５周期分だけを示している。When the optical wavelength conversion element 11 is manufactured in this manner, the plurality of domain inversion regions 15 are provided in parallel and form a triangular prism shape that narrows from the surface of the LiNbO 3 substrate 13 toward the inside of the substrate 13. . Further, the optical waveguide 17 is provided so as to contact the surface of the substrate 13 and be orthogonal to the domain inversion region 15. Therefore, the optical waveguide 17
Is composed of a first region 17a whose polarization is inverted because it intersects the domain inversion region 15, and a second region 17b which does not intersect the domain inversion region 15. The polarization direction of the second region 17b is the same as that of the substrate. Note that FIG.
The arrow inside indicates the direction of the domain. Further, in this embodiment, an element having a period of 600 is formed, but FIG. 2 shows only 5 periods.
【００１５】そして、ドメイン反転領域１５およびドメ
イン反転領域以外のドメイン非反転領域の、基板表面部
分における光導波路の長手方向の長さは同じである。つ
まり、第１領域１７ａおよび第２領域１７ｂの、基板表
面部分における光導波路の長手方向の長さｌ1 とｌ2 と
は同じである。また、第１領域１７ａおよび第２領域１
７ｂとは一つずつ交互に周期的に配列されている。この
実施例では、擬似位相整合差周波（Quasi-phase matchi
ng difference frequency generation(QPM-DFGと称する
場合がある。) ）を用いて、１．３１μｍ帯域と１．５
５μｍ帯域の間で波長変換を行うため、第１領域１７ａ
と第２領域１７ｂの配列の周期（ここでは、ドメイン反
転周期という。）Λを１４．６μｍとした。ドメイン反
転周期Λはｌ1 とｌ2 との和である。The domain inversion regions 15 and the domain non-inversion regions other than the domain inversion regions have the same length in the longitudinal direction of the optical waveguide on the substrate surface portion. That is, the lengths l 1 and l 2 of the first region 17a and the second region 17b in the longitudinal direction of the optical waveguide on the substrate surface portion are the same. In addition, the first area 17a and the second area 1
7b are alternately arranged periodically one by one. In this embodiment, the quasi-phase match difference frequency
ng difference frequency generation (sometimes referred to as QPM-DFG)), 1.31 μm band and 1.5
Since wavelength conversion is performed in the 5 μm band, the first region 17a
And the array period of the second regions 17b (herein referred to as domain inversion period) Λ was set to 14.6 μm. The domain inversion period Λ is the sum of l 1 and l 2 .
【００１６】このような素子を作製した後、ドメイン反
転周期Λを１４．６μｍとしたときの位相整合条件を求
めるため、和周波測定を行った。その結果を図２に示
す。なお、和周波発生の位相整合条件と差周波発生の位
相整合条件は、どちらの場合も同じであり、次式のよう
に表される。After producing such an element, a sum frequency measurement was carried out in order to obtain the phase matching condition when the domain inversion period Λ was 14.6 μm. The result is shown in FIG. The phase matching condition for generating the sum frequency and the phase matching condition for generating the difference frequency are the same in both cases, and are represented by the following equation.
【００１７】 Δｋ1 ｌ1 ＝Δｋ2 ｌ2 ＝π・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） ここで、Δｋ1 、Δｋ2 はそれぞれ第１領域、第２領域
における位相不整合量であり、ｌ1 、ｌ2 はそれぞれ第
１領域、第２領域における、光導波路の長手方向の長さ
である。Δk 1 l 1 = Δk 2 l 2 = π (1) where Δk 1 and Δk 2 are the first region and the first region, respectively. It is the amount of phase mismatch in the two regions, and l 1 and l 2 are the lengths in the longitudinal direction of the optical waveguide in the first region and the second region, respectively.
【００１８】この実施例では、ＬｉＮｂＯ3 基板を用い
ているため、Δｋ1 ≒Δｋ2 としてよい。そして、ｌ1
＝ｌ2 となるように素子を作製しているため、位相整合
条件は次式のように表される。In this embodiment, since the LiNbO 3 substrate is used, Δk 1 ≈Δk 2 may be set. And l 1
Since the element is manufactured so that = l 2 , the phase matching condition is expressed by the following equation.
【００１９】 ΔｋΛ＝２π・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） （２）式は、一次ＱＰＭ条件である。ここで、Δｋ＝Δ
ｋ1 ≒Δｋ2 とすると、Δｋは次のように表される。ΔkΛ = 2π (2) Equation (2) is a first-order QPM condition. Where Δk = Δ
If k 1 ≈Δk 2 , Δk is expressed as follows.
【００２０】 Δｋ＝ｋ3 −ｋ2 −ｋ1 ＝（２π／λ3 ）×ｎ3 −（２π／λ2 ） ×ｎ2 −（２π／λ1 ）×ｎ1 ・・・・・・・・・・・・・・（３） ここで、ｋ1 、ｋ2 およびｋ3 は波長λ1 、λ2 および
λ3 の光の伝搬定数である。また、ｎ1 、ｎ2 およびｎ
3 は、波長λ1 、λ2 およびλ3 の光の屈折率である。Δk = k 3 −k 2 −k 1 = (2π / λ 3 ) × n 3 − (2π / λ 2 ) × n 2 − (2π / λ 1 ) × n 1 ... (3) Here, k 1 , k 2 and k 3 are propagation constants of light having wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 . Also, n 1 , n 2 and n
3 is the refractive index of light of wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 .
【００２１】図２に示す和周波測定では、波長１．３１
μｍに固定された光と波長１．５４μｍを中心に走査し
た走査光を光導波路１７に入力したときに発生する和周
波を測定し、縦軸に和周波強度、横軸に走査光波長を取
って示している。なお、走査光は、波長１．５３６μｍ
〜１．５４４μｍの間で走査した。In the sum frequency measurement shown in FIG. 2, a wavelength of 1.31
The sum frequency generated when the light fixed to μm and the scanning light scanned around the wavelength of 1.54 μm is input to the optical waveguide 17 is measured, the sum frequency intensity is plotted on the vertical axis, and the scanning light wavelength is plotted on the horizontal axis. Is shown. The scanning light has a wavelength of 1.536 μm.
Scan between ˜1.544 μm.
【００２２】図２から理解できるように、和周波強度の
最大値を示す走査光波長は１．５３９４μｍであり、屈
折率や２次非線形光学定数などを考慮して理論的に得ら
れる値である１．５３９５μｍとほぼ一致する。そし
て、走査光波長が１．５３９５μｍの場合、１／λ3 ＝
１／λ1 ＋１／λ2 の関係を満たす和周波の波長λ3 は
０．７０７７５４μｍである。ここで、λ1 は１．３１
μｍであり、λ2 は１．５３９５μｍである。このこと
から、和周波発生に関与する光の波長が０．７０７８μ
ｍ、１．３１μｍおよび波長１．５４μｍのとき、位相
整合をとることができる。同様に、差周波発生に関与す
る光の波長が０．７０７８μｍ、１．３１μｍおよび波
長１．５４μｍのとき、位相整合をとることができる。As can be understood from FIG. 2, the scanning light wavelength showing the maximum value of the sum frequency intensity is 1.5394 μm, which is a value theoretically obtained in consideration of the refractive index and the second-order nonlinear optical constant. Almost the same as 1.5395 μm. When the scanning light wavelength is 1.5395 μm, 1 / λ 3 =
The sum frequency wavelength λ 3 satisfying the relationship of 1 / λ 1 + 1 / λ 2 is 0.707754 μm. Where λ 1 is 1.31
μm and λ 2 is 1.5395 μm. From this, the wavelength of the light involved in the sum frequency generation is 0.7078μ.
When m, 1.31 μm and wavelength 1.54 μm, phase matching can be achieved. Similarly, phase matching can be achieved when the wavelengths of light involved in the generation of the difference frequency are 0.7078 μm, 1.31 μm and the wavelength 1.54 μm.
【００２３】また、１．３１μｍ帯域および１．５５μ
ｍ帯域において、ＬｉＮｂＯ3 基板１３の屈折率の波長
分散は非常に小さい、つまり屈折率の変化が小さい。こ
のため、例えば、ポンプ光の波長λ3 が０．７０７８μ
ｍであるとき、信号光の波長がλ2 からλ2 ＋δλ2 に
変化した場合、（２）式中のΔｋの変化δ（Δｋ）は近
似的に次のように表される。なお、このとき、λ2 は
１．５５μｍであり、λ1 はλ2 とλ3 とから得られる
差周波の波長であり、１．３１μｍ帯域に含まれる。Also, the 1.31 μm band and the 1.55 μm
In the m band, the wavelength dispersion of the refractive index of the LiNbO 3 substrate 13 is very small, that is, the change in the refractive index is small. Therefore, for example, the wavelength λ 3 of the pump light is 0.7078μ.
When the wavelength of the signal light changes from λ 2 to λ 2 + δλ 2 when m, the change δ (Δk) of Δk in the equation (2) is approximately expressed as follows. At this time, λ 2 is 1.55 μm, λ 1 is the wavelength of the difference frequency obtained from λ 2 and λ 3, and is included in the 1.31 μm band.
【００２４】 δ（Δｋ）＝Δｋ0 −ΔＫ ≒｛（２πδλ2 ）／（λ2 （λ2 ＋δλ2 ））｝ ×（ｎ2 −ｎ1 ）・・・・・・・・・・・・・・・・（４） ここで、Δｋ0 は波長がλ2 のときのΔｋの値であり、
ΔＫは波長がλ2 ＋δλ2 のときのΔｋの値である。そ
して、δλ2 は、波長の微小変化量であり、また、屈折
率の波長分散が小さいため、ｎ2 −ｎ1 も微小値であ
る。このため、δ（Δｋ）はほぼ０であるとみなすこと
ができる。つまり、信号光の波長がλ2 からλ2 ＋δλ
2 に変化した場合にも、（２）式の位相整合条件を満た
すことが理解出来る。そして、１．５５μｍを中心とし
た約±０．０５μｍを含めた範囲で、（２）式の位相整
合条件をほぼ満たすことが計算により求められている。Δ (Δk) = Δk 0 −ΔK ≈ {(2πδλ 2 ) / (λ 2 (λ 2 + δλ 2 ))} × (n 2 −n 1 ) ... (4) Here, Δk 0 is the value of Δk when the wavelength is λ 2 ,
ΔK is the value of Δk when the wavelength is λ 2 + δλ 2 . Further, δλ 2 is the minute change amount of the wavelength, and since the wavelength dispersion of the refractive index is small, n 2 −n 1 is also a minute value. Therefore, δ (Δk) can be regarded as almost 0. That is, the wavelength of the signal light lambda 2 from lambda 2 + [delta] [lambda]
It can be understood that the phase matching condition of the expression (2) is satisfied even when the value changes to 2. Then, it is calculated that the phase matching condition of the expression (2) is substantially satisfied within a range including about ± 0.05 μm centered on 1.55 μm.
【００２５】また、λ2 が１．３１μｍである場合にも
同様のことが言える。この場合には、１．３１μｍを中
心とした約±０．０５μｍを含めた範囲で（２）式の位
相整合条件をほぼ満たす。The same can be said when λ 2 is 1.31 μm. In this case, the phase matching condition of the expression (2) is substantially satisfied within a range including approximately ± 0.05 μm centered at 1.31 μm.
【００２６】以下、このような構造の光波長変換素子１
１を用いて、波長が１．５５μｍ帯域にある信号光を波
長が１．３１μｍ帯域にある光に変換する場合について
説明する。Hereinafter, the optical wavelength conversion device 1 having such a structure will be described.
A case where signal light having a wavelength of 1.55 μm band is converted into light having a wavelength of 1.31 μm band will be described using 1.
【００２７】先ず、素子１１の光導波路１７に波長が
０．７０７８μｍのＣＷ光であるポンプ光と波長が１．
５５μｍ帯域にある信号光を入力する。ＱＰＭ−ＤＦＧ
により１／λ1 ＝１／λ3 −１／λ2 の条件を満たす新
しい波長λ1 の差周波が発生する。ここで、λ1 は波長
が１．３１μｍ帯域にある光の波長、λ2 は波長が１．
５５μｍ帯域にある光の波長、λ3 は０．７０７８μｍ
である。また、波長λ1、λ2 およびλ3 の光の間に位
相整合条件である一次ＱＰＭ条件ΔｋΛ＝２πが満たさ
れているため、強度の強い波長λ1 の差周波が得られ
る。また、この波長変換素子１１を用いた場合には、波
長０．７０７８μｍの光、１．３１μｍ帯域の光および
１．５５μｍ帯域の光がすべてこの素子１１から出力す
る。図１には波長λ2 およびλ3 の光が入力し、波長が
λ1 、λ2 およびλ3 の光が出力する様子が示されてい
る。従って、適当なフィルターを用いて、波長０．７０
７８μｍの光および波長１．５５μｍ帯域の光を除去す
る。このようにして、波長１．５５μｍ帯域から波長
１．３１μｍ帯域への高効率な波長変換が行われる。First, in the optical waveguide 17 of the element 11, the pump light, which is CW light having a wavelength of 0.7078 μm, and the wavelength of 1.
A signal light in the 55 μm band is input. QPM-DFG
Thereby generating a new difference frequency of wavelength λ 1 that satisfies the condition 1 / λ 1 = 1 / λ 3 −1 / λ 2 . Here, λ 1 is the wavelength of light in the 1.31 μm band, and λ 2 is 1.
The wavelength of light in the 55 μm band, λ 3 is 0.7078 μm
Is. Further, since the first-order QPM condition ΔkΛ = 2π, which is a phase matching condition, is satisfied between the lights of wavelengths λ 1 , λ 2, and λ 3 , a strong difference frequency of the wavelength λ 1 is obtained. When the wavelength conversion element 11 is used, light of wavelength 0.7078 μm, light of 1.31 μm band and light of 1.55 μm band are all output from the element 11. FIG. 1 shows that light with wavelengths λ 2 and λ 3 is input and light with wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 is output. Therefore, using an appropriate filter, a wavelength of 0.70
Light of 78 μm and light in the wavelength band of 1.55 μm are removed. In this way, highly efficient wavelength conversion from the wavelength 1.55 μm band to the wavelength 1.31 μm band is performed.
【００２８】また、光導波路１７に波長が０．７０７８
μｍのＣＷ光であるポンプ光と波長が１．３１μｍ帯域
にある信号光を入力することにより、波長が１．３１μ
ｍ帯域の光から１．５５μｍ帯域の光への波長変換を行
うこともできる。Further, the optical waveguide 17 has a wavelength of 0.7078.
By inputting pump light which is CW light of μm and signal light whose wavelength is 1.31 μm band, the wavelength is 1.31 μm.
It is also possible to perform wavelength conversion from light in the m band to light in the 1.55 μm band.
【００２９】また、光導波路１７に０．７０７８μｍの
ＣＷ光であるポンプ光と波長が１．５５μｍ帯域にある
複数の信号光を同時に入力した場合にも、それぞれの信
号光は、１．３１μｍ帯域にある波長の異なる光に変換
される。従って、波長が１．５５μｍ帯域にある複数の
信号光を同時に１．３１μｍ帯域にある光に変換するこ
とができる。Also, when pump light, which is CW light of 0.7078 μm, and a plurality of signal lights having wavelengths in the 1.55 μm band are simultaneously input to the optical waveguide 17, the respective signal lights are in the 1.31 μm band. Are converted into light with different wavelengths. Therefore, it is possible to simultaneously convert a plurality of signal lights having a wavelength in the 1.55 μm band into lights in the 1.31 μm band.
【００３０】また、同様に波長が１．３１μｍ帯域にあ
る複数の信号光を同時に１．５５μｍ帯域にある光に変
換することができる。Similarly, a plurality of signal lights having wavelengths in the 1.31 μm band can be simultaneously converted into lights in the 1.55 μm band.
【００３１】この発明は、上述した実施例に限定される
ものではないことは明らかである。例えば、この実施例
では、ドメイン反転周期Λを１４．６μｍに設定してい
るが、１４．６μｍを中心とした約±０．２μｍの範囲
に含まれていれば、効率良く波長変換を行うことができ
る。また、ポンプ光の波長λ3 を０．７０７８μｍに設
定しているが、０．７０７８μｍを中心とした約±０．
０００３μｍの範囲に含まれていれば、効率良く波長変
換を行うことができる。Obviously, the invention is not limited to the embodiments described above. For example, in this embodiment, the domain inversion period Λ is set to 14.6 μm, but if it is included within a range of about ± 0.2 μm centered at 14.6 μm, wavelength conversion can be performed efficiently. You can Further, the wavelength λ 3 of the pump light is set to 0.7078 μm, but about ± 0.
If it is included in the range of 0003 μm, wavelength conversion can be efficiently performed.
【００３２】また、この実施例では、ドメイン反転領域
はＴｉをＬｉＮｂＯ3 基板中に熱拡散することにより形
成しているが、電場を印加することにより形成すること
もできるし、電子ビームを照射することにより形成する
こともできる。Further, in this embodiment, the domain inversion region is formed by thermally diffusing Ti into the LiNbO 3 substrate, but it can be formed by applying an electric field or is irradiated with an electron beam. It can also be formed.
【００３３】また、基板として、ＬｉＴａＯ3 、ＫＴ
Ｐ、ポリマーなどを用いることもできる。この場合、ド
メイン反転周期などは、それぞれの基板により変化する
ことは明らかである。Further, as the substrate, LiTaO 3 , KT
P, polymer, etc. can also be used. In this case, it is clear that the domain inversion period and the like change depending on each substrate.
【００３４】また、この実施例では、ドメイン反転領域
を周期的に形成しているが、必ずしも反転させる必要は
なく、２次非線形光学定数が周期的に変調されていれば
良い。つまり、基板の２次非線形光学定数をｄとした場
合に、変調された領域の２次非線形光学定数は０や０．
５ｄであってもよい。Further, in this embodiment, the domain inversion regions are formed periodically, but it is not always necessary to invert, and it is sufficient that the second-order nonlinear optical constant is periodically modulated. That is, when the second-order nonlinear optical constant of the substrate is d, the second-order nonlinear optical constant of the modulated region is 0 or 0.
It may be 5d.
【００３５】また、光導波路としてセグメント型の光導
波路を用いることもできる。Further, a segment type optical waveguide can be used as the optical waveguide.
【００３６】[0036]
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の光波長変換素子によれば、波長λ2 の光と波長λ
3 の光とを同時に光導波路に入力する。光導波路は、あ
る２次非線形光学定数を有する第１領域と、第１領域と
は異なる２次非線形光学定数を有する第２領域とからな
っている。また、第１領域と第２領域とは１つずつ交互
に周期的に配列されている。そして、波長λ2 の光、波
長λ3 の光、および１／λ1 ＝１／λ3 ＋１／λ2 の関
係を満たす和周波である波長λ1 の光または１／λ1 ＝
１／λ3 −１／λ2 の関係を満たす差周波である波長λ
1 の光との間で、位相整合するため、効率良く和周波ま
たは差周波が発生する。つまり、効率良くλ2 からλ1
への波長変換を行うことができる。また、この逆、つま
り、波長λ1 の光と波長λ3 の光とを同時に光導波路に
入力することにより、効率良くλ1からλ2 への波長変
換を行うこともできる。As is apparent from the above description, according to the optical wavelength conversion element of the present invention, the light of wavelength λ 2 and the wavelength λ 2
The light of 3 and the same are input to the optical waveguide at the same time. The optical waveguide is composed of a first region having a certain second-order nonlinear optical constant and a second region having a second-order nonlinear optical constant different from the first region. Moreover, the 1st area | region and the 2nd area | region are arranged by turns one by one alternately. Then, the light of wavelength λ 2, the light of wavelength λ 3 , and the light of wavelength λ 1 which is the sum frequency satisfying the relationship of 1 / λ 1 = 1 / λ 3 + 1 / λ 2 or 1 / λ 1 =
The wavelength λ, which is the difference frequency that satisfies the relationship of 1 / λ 3 −1 / λ 2
Phase matching is performed with the light of 1 , so that a sum frequency or a difference frequency is efficiently generated. That is, efficiently from λ 2 to λ 1
Wavelength conversion can be performed. Further, the reverse, that is, by simultaneously inputting light of wavelength λ 1 and light of wavelength λ 3 into the optical waveguide, it is possible to efficiently perform wavelength conversion from λ 1 to λ 2 .
【図１】実施例の素子を概略的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an element of an example.
【図２】和周波測定結果を示す曲線図である。FIG. 2 is a curve diagram showing a sum frequency measurement result.
１１：素子 １３：基板 １５：ドメイン反転領域 １７：光導波路 １７ａ：第１領域 １７ｂ：第２領域 11: element 13: substrate 15: domain inversion region 17: optical waveguide 17a: first region 17b: second region
Claims (4)
域と、前記第１領域と異なる２次非線形光学定数を有す
る第２領域とからなる光導波路を具え、 前記第１領域と前記第２領域とは一つずつ交互に周期的
に配列されており、 前記第１領域および前記第２領域における、前記光導波
路の長手方向の長さは、前記光導波路に入力する波長λ
2 の第２光、前記光導波路に入力する波長λ3の第３
光、および前記第２光と前記第３光との和周波または前
記第２光と前記第３光との差周波である波長λ1 の第１
光の間で位相整合する長さとして定めてあることを特徴
とする光波長変換素子。1. An optical waveguide comprising a first region having a certain second-order nonlinear optical constant and a second region having a second-order nonlinear optical constant different from the first region, the first region and the second region The regions are alternately arranged periodically, and the length in the longitudinal direction of the optical waveguide in the first region and the second region is equal to the wavelength λ input to the optical waveguide.
2nd light of 2nd, 3rd of wavelength λ 3 input to the optical waveguide
Light and a first wavelength λ 1 that is the sum frequency of the second light and the third light or the difference frequency of the second light and the third light
An optical wavelength conversion element characterized by being defined as a length for phase matching between lights.
表面に平行に設けられた２次非線形光学定数が変調され
た変調領域に直交するように設けられた光導波路を具
え、 前記光導波路の前記変調領域と前記非変調領域とは一つ
ずつ交互に周期的に配列されており、 前記変調領域および前記非変調領域における、前記光導
波路の長手方向の長さは、前記光導波路に入力する波長
λ2 の第２光、前記光導波路に入力する波長λ3 の第３
光、および前記第２光と前記第３光との和周波または前
記第２光と前記第３光との差周波である波長λ1 の第１
光の間で位相整合する長さとして定めてあることを特徴
とする光波長変換素子。2. An optical waveguide provided parallel to a surface of a substrate having a certain second-order nonlinear optical constant so as to be orthogonal to a modulation region in which the second-order nonlinear optical constant is modulated. The modulation region and the non-modulation region are alternately arranged one by one, and the lengths of the modulation region and the non-modulation region in the longitudinal direction of the optical waveguide are input to the optical waveguide. Second light of wavelength λ 2 , third light of wavelength λ 3 input to the optical waveguide
Light and a first wavelength λ 1 that is the sum frequency of the second light and the third light or the difference frequency of the second light and the third light
An optical wavelength conversion element characterized by being defined as a length for phase matching between lights.
て、前記基板がＬｉＮｂＯ3 基板であり、前記周期が、
１４．６μｍ若しくはその近傍であり、前記波長λ2 が
１．３１μｍ帯域にあり、前記波長λ3 が０．７０７８
μｍ若しくはその近傍であり、前記波長λ1 が１．５５
μｍ帯域にあることを特徴とする光波長変換素子。3. The optical wavelength conversion element according to claim 2, wherein the substrate is a LiNbO 3 substrate and the period is
14.6 μm or thereabout, the wavelength λ 2 is in the 1.31 μm band, and the wavelength λ 3 is 0.7078.
μm or its vicinity and the wavelength λ 1 is 1.55
An optical wavelength conversion element characterized by being in the μm band.
て、前記基板がＬｉＮｂＯ3 基板であり、前記周期が、
１４．６μｍ若しくはその近傍であり、前記波長λ2 が
１．５５μｍ帯域にあり、前記波長λ3 が０．７０７８
μｍ若しくはその近傍であり、前記波長λ1 が１．３１
μｍ帯域にあることを特徴とする光波長変換素子。4. The optical wavelength conversion element according to claim 2, wherein the substrate is a LiNbO 3 substrate and the period is
14.6 μm or its vicinity, the wavelength λ 2 is in the 1.55 μm band, and the wavelength λ 3 is 0.7078.
μm or its vicinity and the wavelength λ 1 is 1.31
An optical wavelength conversion element characterized by being in the μm band.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30200594A JPH08160476A (en) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | Optical wavelength conversion element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30200594A JPH08160476A (en) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | Optical wavelength conversion element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08160476A true JPH08160476A (en) | 1996-06-21 |
Family
ID=17903743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30200594A Pending JPH08160476A (en) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | Optical wavelength conversion element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08160476A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6795232B2 (en) * | 2001-04-02 | 2004-09-21 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Wavelength converter |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP30200594A patent/JPH08160476A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6795232B2 (en) * | 2001-04-02 | 2004-09-21 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Wavelength converter |
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