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 |
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US6795232B2 (en) * | 2001-04-02 | 2004-09-21 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Wavelength converter |
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