JPH05100257A - 非線形光学装置 - Google Patents
非線形光学装置Info
- Publication number
- JPH05100257A JPH05100257A JP3262425A JP26242591A JPH05100257A JP H05100257 A JPH05100257 A JP H05100257A JP 3262425 A JP3262425 A JP 3262425A JP 26242591 A JP26242591 A JP 26242591A JP H05100257 A JPH05100257 A JP H05100257A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- medium
- optical
- nonlinear optical
- wavelength
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速かつ低パワー駆動の光スイッチ、光変調
器などの非線形光学装置を提供する。 【構成】 ２次の非線形光学効果を有する媒質を２個使
用することにより、信号光（ω2）を２次の非線形効果
による制御光（ω1）との和周波発生で異なる波長の光
（ω3）に波長変換し、さらに波長変換された光を２次
の非線形光学効果による差周波発生で元の信号光
（ω2）の波長に波長変換を行う。
器などの非線形光学装置を提供する。 【構成】 ２次の非線形光学効果を有する媒質を２個使
用することにより、信号光（ω2）を２次の非線形効果
による制御光（ω1）との和周波発生で異なる波長の光
（ω3）に波長変換し、さらに波長変換された光を２次
の非線形光学効果による差周波発生で元の信号光
（ω2）の波長に波長変換を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光伝送、光情報処理等の
分野で使用される光スイッチ、光変調器などの非線形光
学装置に関し、特に、高速な動作を実現し得る非線形光
学装置に関するものである。
分野で使用される光スイッチ、光変調器などの非線形光
学装置に関し、特に、高速な動作を実現し得る非線形光
学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光伝送、光情報処理等の分野で使用され
る高速の光スイッチ、光変調器などの非線形光学装置の
分野においては、電流により半導体中のキャリア密度の
変化に伴う吸収および屈折率の変化を利用するもの、あ
るいは、電界を印加して結晶の持つ電気光学効果による
屈折率変化を利用するものが検討されている。また、電
流や電界を印加せずに光により動作する非線形光学装置
としては、３次の非線形光学効果による屈折率変化を利
用するものが検討されている。
る高速の光スイッチ、光変調器などの非線形光学装置の
分野においては、電流により半導体中のキャリア密度の
変化に伴う吸収および屈折率の変化を利用するもの、あ
るいは、電界を印加して結晶の持つ電気光学効果による
屈折率変化を利用するものが検討されている。また、電
流や電界を印加せずに光により動作する非線形光学装置
としては、３次の非線形光学効果による屈折率変化を利
用するものが検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
電流あるいは電界を印加して動作させる光スイッチ、光
変調器などにおいては、それぞれキャリア移動速度もし
くは浮遊容量による動作速度の限界があり、速い場合で
も５０ＧＨｚ程度が限度となっている。また、３次の非
線形光学効果による光スイッチ、光変調器などにおいて
は、極めて高速の動作が期待できるものの、３次の非線
形光学定数が一般に極めて小さいため、低パワー光での
動作が行えず実用的素子には至っていない。例えば、３
次の非線形を有する材料として二硫化炭素を使用したカ
ーシャッタは、図７に示すような構造を有している。す
なわち、ゲート光７１により二硫化炭素７２内に屈折率
の異方性が生じる。すると、それまで入射時と同じ直線
偏光で二硫化炭素７２を透過して検光子７３により遮断
されていた信号光７４の偏光が、このゲート光により二
硫化炭素内に生じた屈折率の異方性のため回転し、検光
子７を透過して出射するものであり、ゲート光のＯＮ、
ＯＦＦ、および強度によって信号光の出射強度が制御さ
れるものである。しかしながら、このような非線形光学
装置の場合、３次非線形光学効果が極めて小さいため、
動作パワーとして１００Ｗ以上のゲート光が必要であ
り、実用的に使用できるものはなかった。本発明が解決
しようとする課題は、高速かつ低パワー駆動の光スイッ
チ、光変調器などの非線形光学装置を提供することにあ
る。
電流あるいは電界を印加して動作させる光スイッチ、光
変調器などにおいては、それぞれキャリア移動速度もし
くは浮遊容量による動作速度の限界があり、速い場合で
も５０ＧＨｚ程度が限度となっている。また、３次の非
線形光学効果による光スイッチ、光変調器などにおいて
は、極めて高速の動作が期待できるものの、３次の非線
形光学定数が一般に極めて小さいため、低パワー光での
動作が行えず実用的素子には至っていない。例えば、３
次の非線形を有する材料として二硫化炭素を使用したカ
ーシャッタは、図７に示すような構造を有している。す
なわち、ゲート光７１により二硫化炭素７２内に屈折率
の異方性が生じる。すると、それまで入射時と同じ直線
偏光で二硫化炭素７２を透過して検光子７３により遮断
されていた信号光７４の偏光が、このゲート光により二
硫化炭素内に生じた屈折率の異方性のため回転し、検光
子７を透過して出射するものであり、ゲート光のＯＮ、
ＯＦＦ、および強度によって信号光の出射強度が制御さ
れるものである。しかしながら、このような非線形光学
装置の場合、３次非線形光学効果が極めて小さいため、
動作パワーとして１００Ｗ以上のゲート光が必要であ
り、実用的に使用できるものはなかった。本発明が解決
しようとする課題は、高速かつ低パワー駆動の光スイッ
チ、光変調器などの非線形光学装置を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による非線形光学
装置は、上記課題を解決するため、角周波数ω1、ω2の
光を合波する機能を持つ合波器と、２次の非線形光学効
果を有する第一の媒質および第二の媒質と、角周波数ω
2の光を吸収または反射し、かつω3＝ω1＋ω2の関係に
ある角周波数ω3の光と角周波数ω1の光とを透過する光
フィルタから成り、前記合波器により合波した角周波数
ω1、ω2の光を前記第一の媒質に入射させ、前記第一の
媒質からの出射光を前記光フィルタに入射し、前記光フ
ィルタからの出射光を前記第二の媒質に入射せしめるよ
うにしたものである。
装置は、上記課題を解決するため、角周波数ω1、ω2の
光を合波する機能を持つ合波器と、２次の非線形光学効
果を有する第一の媒質および第二の媒質と、角周波数ω
2の光を吸収または反射し、かつω3＝ω1＋ω2の関係に
ある角周波数ω3の光と角周波数ω1の光とを透過する光
フィルタから成り、前記合波器により合波した角周波数
ω1、ω2の光を前記第一の媒質に入射させ、前記第一の
媒質からの出射光を前記光フィルタに入射し、前記光フ
ィルタからの出射光を前記第二の媒質に入射せしめるよ
うにしたものである。
【０００５】また、本発明は、角周波数ω1、ω2の光を
合波する機能を持つ合波器と、２次の非線形光学効果を
有する第一の媒質および第二の媒質と、角周波数ω1、
ω2の光を反射し、かつω3＝ω1＋ω2の関係にある角周
波数ω3の光を透過する合分波器から成り、前記合波器
により合波した角周波数ω1、ω2の光を前記第一の媒質
に入射させ、前記第一の媒質からの出射光と外部からの
角周波数ω1の光を前記合分波器に入射し、前記第一の
媒質からの出射光のうちの角周波数ω3の光と外部から
の角周波数ω1の光を合波して、前記第二の媒質に入射
せしめるようにした手段をも開示するものである。
合波する機能を持つ合波器と、２次の非線形光学効果を
有する第一の媒質および第二の媒質と、角周波数ω1、
ω2の光を反射し、かつω3＝ω1＋ω2の関係にある角周
波数ω3の光を透過する合分波器から成り、前記合波器
により合波した角周波数ω1、ω2の光を前記第一の媒質
に入射させ、前記第一の媒質からの出射光と外部からの
角周波数ω1の光を前記合分波器に入射し、前記第一の
媒質からの出射光のうちの角周波数ω3の光と外部から
の角周波数ω1の光を合波して、前記第二の媒質に入射
せしめるようにした手段をも開示するものである。
【０００６】
【作用】一般に波長変換を伴う２次の非線形光学効果は
３次の非線形光学効果に比して効率が大きく、かつ同程
度の高速性を持って応答する。本発明では、２次の非線
形光学効果を有する媒質を２個使用することにより、信
号光（角周波数ω2）を２次の非線形効果による制御光
（角周波数ω1）との和周波発生で異なる波長の光（角
周波数ω3）に波長変換し、さらに波長変換された光を
２次の非線形光学効果による差周波発生で元の信号光の
波長に波長変換を行う。出射される信号光の波長の光の
強度は制御光の強度によって制御されるため、高速かつ
効率の良い光スイッチとしての、あるいは光変調器とし
ての動作が可能となる。
３次の非線形光学効果に比して効率が大きく、かつ同程
度の高速性を持って応答する。本発明では、２次の非線
形光学効果を有する媒質を２個使用することにより、信
号光（角周波数ω2）を２次の非線形効果による制御光
（角周波数ω1）との和周波発生で異なる波長の光（角
周波数ω3）に波長変換し、さらに波長変換された光を
２次の非線形光学効果による差周波発生で元の信号光の
波長に波長変換を行う。出射される信号光の波長の光の
強度は制御光の強度によって制御されるため、高速かつ
効率の良い光スイッチとしての、あるいは光変調器とし
ての動作が可能となる。
【０００７】
【実施例】 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例の構成の概
念を模式的に表した図である。信号光（角周波数ω2）
と制御光（角周波数ω1）は合波器１により合波され、
第一の２次の非線形光学効果を有する媒質２に入射され
る。第一の２次の非線形光学効果を有する媒質２は、信
号光と制御光の和周波を発生する位相整合条件、即ち ｋ3−ｋ1−ｋ2 ≒ ０ （１） （ここでｋ1，ｋ2，ｋ3はそれぞれ制御光、信号光、和
周波光の第一の２次の非線形光学効果を有する媒質２を
伝搬する際の伝搬定数）を満足する状態に調整されてい
る。この様な状態では、第一の２次の非線形光学効果を
有する媒質２内で和周波光（角周波数ω3）が、制御光
および信号光の強度に応じて発生する。第一の２次の非
線形光学効果を有する媒質２から出射された制御光、信
号光、和周波光は光フィルタ４に入射し、信号光が遮断
され、制御光および和周波光が透過して第二の２次の非
線形光学効果を有する媒質３に入射する。
念を模式的に表した図である。信号光（角周波数ω2）
と制御光（角周波数ω1）は合波器１により合波され、
第一の２次の非線形光学効果を有する媒質２に入射され
る。第一の２次の非線形光学効果を有する媒質２は、信
号光と制御光の和周波を発生する位相整合条件、即ち ｋ3−ｋ1−ｋ2 ≒ ０ （１） （ここでｋ1，ｋ2，ｋ3はそれぞれ制御光、信号光、和
周波光の第一の２次の非線形光学効果を有する媒質２を
伝搬する際の伝搬定数）を満足する状態に調整されてい
る。この様な状態では、第一の２次の非線形光学効果を
有する媒質２内で和周波光（角周波数ω3）が、制御光
および信号光の強度に応じて発生する。第一の２次の非
線形光学効果を有する媒質２から出射された制御光、信
号光、和周波光は光フィルタ４に入射し、信号光が遮断
され、制御光および和周波光が透過して第二の２次の非
線形光学効果を有する媒質３に入射する。
【０００８】この第二の２次の非線形光学効果を有する
媒質３は、制御光と和周波光との差周波を発生する位相
整合条件、即ち、 ｋ3−ｋ1−ｋ2 ≒ ０ （２） （ここでｋ1，ｋ2，ｋ3はそれぞれ制御光、信号光、和
周波光の第二の２次の非線形光学効果を有する媒質３を
伝搬する際の伝搬定数）を満足する状態に調整されてい
る。この様な状態では、第二の２次の非線形光学効果を
有する媒質３内で差周波光（角周波数ω2）が、制御光
および和周波光の強度に応じて発生する。第二の２次の
非線形光学効果を有する媒質３から出射された制御光、
差周波光、和周波光は光フィルタ５に入射し、制御光お
よび和周波光が遮断され、差周波光のみが透過して出射
される。ここで、出射された差周波光は信号光と同一の
周波数であり、その強度は入射された信号光と制御光の
強度に依存する。したがって、本発明の部分を一つのブ
ラックボックス６と考えた場合、図１（ｂ）に示すよう
に信号光（角周波数ω2）の透過強度を制御光（角周波
数ω1）によって制御する３端子素子の構造となってお
り、２次の非線形光学効果の応答が高速であることから
高速のスイッチングおよび光変調が可能である。
媒質３は、制御光と和周波光との差周波を発生する位相
整合条件、即ち、 ｋ3−ｋ1−ｋ2 ≒ ０ （２） （ここでｋ1，ｋ2，ｋ3はそれぞれ制御光、信号光、和
周波光の第二の２次の非線形光学効果を有する媒質３を
伝搬する際の伝搬定数）を満足する状態に調整されてい
る。この様な状態では、第二の２次の非線形光学効果を
有する媒質３内で差周波光（角周波数ω2）が、制御光
および和周波光の強度に応じて発生する。第二の２次の
非線形光学効果を有する媒質３から出射された制御光、
差周波光、和周波光は光フィルタ５に入射し、制御光お
よび和周波光が遮断され、差周波光のみが透過して出射
される。ここで、出射された差周波光は信号光と同一の
周波数であり、その強度は入射された信号光と制御光の
強度に依存する。したがって、本発明の部分を一つのブ
ラックボックス６と考えた場合、図１（ｂ）に示すよう
に信号光（角周波数ω2）の透過強度を制御光（角周波
数ω1）によって制御する３端子素子の構造となってお
り、２次の非線形光学効果の応答が高速であることから
高速のスイッチングおよび光変調が可能である。
【０００９】図２は第一の実施例のより具体的な構成を
示す図であって、２１は合波器、２２、２３はそれぞれ
ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ、２４、２５はそれ
ぞれ光フィルタ、２６、２７、２８、２９はそれぞれレ
ンズである。本実施例では、第一の２次の非線形光学効
果を有する媒質としてニオブ酸リチウム単結晶光ファイ
バ２２を、第二の２次の非線形光学効果を有する媒質と
してニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ２３を使用して
いる。いずれのニオブ酸リチウム単結晶光ファイバもフ
ァイバ外径８０μｍ、コア径５μｍであり、マグネシウ
ム（Ｍｇ）の内部拡散により導波路構造を形成してい
る。ファイバ長は単結晶光ファイバ２２が３ｃｍ、単結
晶光ファイバ２３が２０ｃｍである。制御光として波長
０．８６μｍ（角周波数２．２×１０15（S-1））の
光、信号光として波長１．３２μｍ（角周波数１．４×
１０15（S-1））の光を用い、和周波光の波長は０．５
２μｍ（角周波数３．６×１０15（S-1））である。ま
た、単結晶光ファイバ２２は波長０．８６μｍの光と波
長１．３２μｍの光から波長０．５２μｍの和周波光を
発生するように位相整合条件が温度により調整されてお
り、単結晶光ファイバ２３は波長０．８６μｍの光と波
長０．５２μｍの光から波長１．３２μｍの差周波光を
発生するように位相整合条件が温度により調整されてい
る。
示す図であって、２１は合波器、２２、２３はそれぞれ
ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ、２４、２５はそれ
ぞれ光フィルタ、２６、２７、２８、２９はそれぞれレ
ンズである。本実施例では、第一の２次の非線形光学効
果を有する媒質としてニオブ酸リチウム単結晶光ファイ
バ２２を、第二の２次の非線形光学効果を有する媒質と
してニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ２３を使用して
いる。いずれのニオブ酸リチウム単結晶光ファイバもフ
ァイバ外径８０μｍ、コア径５μｍであり、マグネシウ
ム（Ｍｇ）の内部拡散により導波路構造を形成してい
る。ファイバ長は単結晶光ファイバ２２が３ｃｍ、単結
晶光ファイバ２３が２０ｃｍである。制御光として波長
０．８６μｍ（角周波数２．２×１０15（S-1））の
光、信号光として波長１．３２μｍ（角周波数１．４×
１０15（S-1））の光を用い、和周波光の波長は０．５
２μｍ（角周波数３．６×１０15（S-1））である。ま
た、単結晶光ファイバ２２は波長０．８６μｍの光と波
長１．３２μｍの光から波長０．５２μｍの和周波光を
発生するように位相整合条件が温度により調整されてお
り、単結晶光ファイバ２３は波長０．８６μｍの光と波
長０．５２μｍの光から波長１．３２μｍの差周波光を
発生するように位相整合条件が温度により調整されてい
る。
【００１０】信号光として１ｍＷの連続光を入射し、制
御光としてピークパワー１００ｍＷ、繰り返し２０ＧＨ
ｚのパルス光を入力したところ、図３に示すように、制
御光の波形によって変調を受けた信号光が得られた。こ
の場合、制御光が入ったときの信号光出力と制御光が無
いときの信号光出力の比、即ち消光比は３０ｄＢ以上で
あり、本実施例が変調のみならずスイッチとしても適用
できることを示している。信号光の波形は十分に制御光
に追随しており、本実施例が高速応答を持つことを示し
ている。応答速度の限界はまだ明確ではないが、１００
ＧＨｚ以上の応答も可能と考えられる。加えて出力され
た信号光のピークパワーは２ｍＷと入力信号光が単結晶
光ファイバ２３内のパラメトリック増幅効果により増幅
されており、本実施例は増幅効果を有する高速の光スイ
ッチまたは変調器といえる。
御光としてピークパワー１００ｍＷ、繰り返し２０ＧＨ
ｚのパルス光を入力したところ、図３に示すように、制
御光の波形によって変調を受けた信号光が得られた。こ
の場合、制御光が入ったときの信号光出力と制御光が無
いときの信号光出力の比、即ち消光比は３０ｄＢ以上で
あり、本実施例が変調のみならずスイッチとしても適用
できることを示している。信号光の波形は十分に制御光
に追随しており、本実施例が高速応答を持つことを示し
ている。応答速度の限界はまだ明確ではないが、１００
ＧＨｚ以上の応答も可能と考えられる。加えて出力され
た信号光のピークパワーは２ｍＷと入力信号光が単結晶
光ファイバ２３内のパラメトリック増幅効果により増幅
されており、本実施例は増幅効果を有する高速の光スイ
ッチまたは変調器といえる。
【００１１】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例の構成の概念を模式的に表した図である。信号光（角
周波数ω2）と第一の制御光（角周波数ω1）は合波器４
１により合波され、第一の２次の非線形光学効果を有す
る媒質４２に入射される。第一の２次の非線形光学効果
を有する媒質４２は、信号光と制御光の和周波を発生す
る位相整合条件、即ち前述の式（１）の条件を満足する
状態に調整されている。この様な状態では、第一の２次
の非線形光学効果を有する媒質４２内で和周波光（角周
波数ω3）が、制御光および信号光の強度に応じて発生
する。第一の２次の非線形光学効果を有する媒質４２か
ら出射された第一の制御光、信号光、和周波光は合分波
器４４に入射し、信号光および第一の制御光が反射さ
れ、和周波光が第二の制御光と合波して透過し第二の２
次の非線形光学効果を有する媒質４３に入射する。
例の構成の概念を模式的に表した図である。信号光（角
周波数ω2）と第一の制御光（角周波数ω1）は合波器４
１により合波され、第一の２次の非線形光学効果を有す
る媒質４２に入射される。第一の２次の非線形光学効果
を有する媒質４２は、信号光と制御光の和周波を発生す
る位相整合条件、即ち前述の式（１）の条件を満足する
状態に調整されている。この様な状態では、第一の２次
の非線形光学効果を有する媒質４２内で和周波光（角周
波数ω3）が、制御光および信号光の強度に応じて発生
する。第一の２次の非線形光学効果を有する媒質４２か
ら出射された第一の制御光、信号光、和周波光は合分波
器４４に入射し、信号光および第一の制御光が反射さ
れ、和周波光が第二の制御光と合波して透過し第二の２
次の非線形光学効果を有する媒質４３に入射する。
【００１２】第二の２次の非線形光学効果を有する媒質
４３は、第二の制御光、和周波光との差周波を発生する
位相整合条件、即ち前述の式（２）の条件を満足する状
態に調整されている。この様な状態では、第二の２次の
非形光学効果を有する媒質４３内で差周波光（角周波数
ω2）が、第二の制御光および和周波光の強度に応じて
発生する。第二の２次の非形光学効果を有する媒質４３
から出射された第二の制御光、差周波光、和周波光は光
フィルタ４５に入射し、制御光および和周波光が遮断さ
れ、差周波光のみが透過して出射される。ここで、出射
された差周波光は信号光と同一の周波数であり、その強
度は入射された信号光と第一の制御光および第二の制御
光の強度に依存する。したがって、本発明の部分を一つ
のブラックボックス４６と考えた場合、図４（ｂ）に示
すように信号光（角周波数ω2）の透過強度を第一の制
御光（角周波数ω1）と第二の制御光（角周波数ω1）に
よって制御する素子の構造となっており、論理素子とし
てみると第一および第二の制御光のＡＮＤをとるＡＮＤ
素子ともなっている。２次の非線形光学効果の応答が高
速であることから高速のスイッチングおよび光変調が可
能である。
４３は、第二の制御光、和周波光との差周波を発生する
位相整合条件、即ち前述の式（２）の条件を満足する状
態に調整されている。この様な状態では、第二の２次の
非形光学効果を有する媒質４３内で差周波光（角周波数
ω2）が、第二の制御光および和周波光の強度に応じて
発生する。第二の２次の非形光学効果を有する媒質４３
から出射された第二の制御光、差周波光、和周波光は光
フィルタ４５に入射し、制御光および和周波光が遮断さ
れ、差周波光のみが透過して出射される。ここで、出射
された差周波光は信号光と同一の周波数であり、その強
度は入射された信号光と第一の制御光および第二の制御
光の強度に依存する。したがって、本発明の部分を一つ
のブラックボックス４６と考えた場合、図４（ｂ）に示
すように信号光（角周波数ω2）の透過強度を第一の制
御光（角周波数ω1）と第二の制御光（角周波数ω1）に
よって制御する素子の構造となっており、論理素子とし
てみると第一および第二の制御光のＡＮＤをとるＡＮＤ
素子ともなっている。２次の非線形光学効果の応答が高
速であることから高速のスイッチングおよび光変調が可
能である。
【００１３】図５は第二の実施例の実際の構成を示す図
であって、５１は合波器、５２、５３はニオブ酸リチウ
ム単結晶光ファイバ、５４は合分波器、５５は光フィル
タ、５６、５７、５８、５９はレンズである。本実施例
では、第一の２次の非線形光学効果を有する媒質として
ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ５２を、第二の２次
の非線形光学効果を有する媒質としてニオブ酸リチウム
単結晶光ファイバ５３を使用している。いずれのニオブ
酸リチウム単結晶光ファイバもファイバ外径８０μｍ、
コア径５μｍであり、ファイバ長は単結晶光ファイバ５
２が３ｃｍ、単結晶光ファイバ５３が２０ｃｍである。
第一および第二の制御光として波長０．８６μｍの光、
信号として波長１．３２μｍの光を用い、和周波光の波
長は０．５２μｍである。また、単結晶ファイバ５２は
波長０．８６μｍの光と波長１．３２μｍの光から波長
は０．５２μｍの和周波光を発生するように位相整合条
件が温度により調整されており、単結晶光ファイバ５３
は波長０．８６μｍの光と波長０．５２μｍの光から波
長１．３２μｍの差周波光を発生するように位相整合条
件が温度により調整されている。
であって、５１は合波器、５２、５３はニオブ酸リチウ
ム単結晶光ファイバ、５４は合分波器、５５は光フィル
タ、５６、５７、５８、５９はレンズである。本実施例
では、第一の２次の非線形光学効果を有する媒質として
ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ５２を、第二の２次
の非線形光学効果を有する媒質としてニオブ酸リチウム
単結晶光ファイバ５３を使用している。いずれのニオブ
酸リチウム単結晶光ファイバもファイバ外径８０μｍ、
コア径５μｍであり、ファイバ長は単結晶光ファイバ５
２が３ｃｍ、単結晶光ファイバ５３が２０ｃｍである。
第一および第二の制御光として波長０．８６μｍの光、
信号として波長１．３２μｍの光を用い、和周波光の波
長は０．５２μｍである。また、単結晶ファイバ５２は
波長０．８６μｍの光と波長１．３２μｍの光から波長
は０．５２μｍの和周波光を発生するように位相整合条
件が温度により調整されており、単結晶光ファイバ５３
は波長０．８６μｍの光と波長０．５２μｍの光から波
長１．３２μｍの差周波光を発生するように位相整合条
件が温度により調整されている。
【００１４】信号光として１ｍＷの連続光を入射し、第
一及び第二の制御光としてピークパワー１００ｍＷ、繰
り返し２０ＧＨｚのパルス光を入力したところ、図６に
示すように第一および第二の制御光が同時に入力された
時に出力信号光が得られるという特性が得られた。この
場合、第一及び第二の制御光が同時に入ったときの信号
光出力と制御光のうち少なくとも一つが無いときの信号
光出力の比、即ち消光比は３０ｄＢ以上であり、本実施
例が変調のみならずスイッチとしても適用できることを
示している。信号光の波形は十分に制御光に追随してお
り、本実施例が高速応答を持つことを示している。応答
速度の限界はまだ明確ではないが、第一の実施例と同様
１００ＧＨｚ以上の応答も可能と考えられる。加えて、
出力された信号光のピークパワーは３ｍＷと入力信号光
が単結晶光ファイバ５３内のパラメトリック増幅効果に
より増幅されており、本実施例は増幅効果およびＡＮＤ
素子の機能を有する高速の光スイッチまたは変調器とい
える。
一及び第二の制御光としてピークパワー１００ｍＷ、繰
り返し２０ＧＨｚのパルス光を入力したところ、図６に
示すように第一および第二の制御光が同時に入力された
時に出力信号光が得られるという特性が得られた。この
場合、第一及び第二の制御光が同時に入ったときの信号
光出力と制御光のうち少なくとも一つが無いときの信号
光出力の比、即ち消光比は３０ｄＢ以上であり、本実施
例が変調のみならずスイッチとしても適用できることを
示している。信号光の波形は十分に制御光に追随してお
り、本実施例が高速応答を持つことを示している。応答
速度の限界はまだ明確ではないが、第一の実施例と同様
１００ＧＨｚ以上の応答も可能と考えられる。加えて、
出力された信号光のピークパワーは３ｍＷと入力信号光
が単結晶光ファイバ５３内のパラメトリック増幅効果に
より増幅されており、本実施例は増幅効果およびＡＮＤ
素子の機能を有する高速の光スイッチまたは変調器とい
える。
【００１５】以上２つの実施例では、２次の非線形光学
効果を有する媒質としてニオブ酸リチウムの単結晶ファ
イバを用いたが、単結晶光ファイバ構造は高い光強度密
度と長い相互作用長が可能となるため、波長変換の効率
が大きく、制御光を低パワー化することができる。この
ことから、単結晶光ファイバ構造は本発明に適した構造
といえる。ニオブ酸リチウムとニオブ酸カリウムは、２
次の非線形光学効果が比較的大きく、かつ単結晶光ファ
イバ状に作製しやすい代表的結晶であるが、他の材料、
例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、β−ＢａＢ2Ｏ4など
の誘電体材料やＤＡＮ（２−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノ）−５−ニトロアセトアニリド）、ＡＮＮＰ（２−ア
ダマンチルアミノ−５−ニトロピリジン）などの有機材
料でも、２次の非線形光学効果を有し単結晶ファイバ構
造に形成できれば、同様に本発明に適用できることはも
ちろんである。また、単結晶光ファイバ構造に比べて動
作パワーは大きくなるものの、基板導波路構造、バルク
構造等２次の非線形光学効果を有する媒質によるもので
あれば、同様に本発明に適用てきる。
効果を有する媒質としてニオブ酸リチウムの単結晶ファ
イバを用いたが、単結晶光ファイバ構造は高い光強度密
度と長い相互作用長が可能となるため、波長変換の効率
が大きく、制御光を低パワー化することができる。この
ことから、単結晶光ファイバ構造は本発明に適した構造
といえる。ニオブ酸リチウムとニオブ酸カリウムは、２
次の非線形光学効果が比較的大きく、かつ単結晶光ファ
イバ状に作製しやすい代表的結晶であるが、他の材料、
例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、β−ＢａＢ2Ｏ4など
の誘電体材料やＤＡＮ（２−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノ）−５−ニトロアセトアニリド）、ＡＮＮＰ（２−ア
ダマンチルアミノ−５−ニトロピリジン）などの有機材
料でも、２次の非線形光学効果を有し単結晶ファイバ構
造に形成できれば、同様に本発明に適用できることはも
ちろんである。また、単結晶光ファイバ構造に比べて動
作パワーは大きくなるものの、基板導波路構造、バルク
構造等２次の非線形光学効果を有する媒質によるもので
あれば、同様に本発明に適用てきる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
３次の非線形光学効果に比して効率の高い２次の非線形
光学効果を二度使用することにより、３次の非線形効果
を使用した素子と同様の光・光変調および光・光スイッ
チング動作をより低パワーで実現している。その結果、
低パワー光動作および高速動作という２つの特長をもつ
光スイッチ、光変調器および光論理素子を実現すること
ができる。
３次の非線形光学効果に比して効率の高い２次の非線形
光学効果を二度使用することにより、３次の非線形効果
を使用した素子と同様の光・光変調および光・光スイッ
チング動作をより低パワーで実現している。その結果、
低パワー光動作および高速動作という２つの特長をもつ
光スイッチ、光変調器および光論理素子を実現すること
ができる。
【図１】本発明の第一の実施例の構成の概念を示す模式
図である。
図である。
【図２】本発明の第一の実施例の具体的構成を示す図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第一の実施例の特性図である。
【図４】本発明の第二の実施例の構成の概念を示す模式
図である。
図である。
【図５】本発明の第二の実施例の具体的構成を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明の第二の実施例の特性図である。
【図７】従来の３次の非線形光学効果によるカーシャッ
タの構成を示す図である。
タの構成を示す図である。
１ 合波器 ２ 第一の２次の非線形光学効果を有する媒質 ３ 第二の２次の非線形光学効果を有する媒質 ４ 光フィルタ ５ 光フィルタ ２１ 合波器 ２２ ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ ２３ ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ ２４ 光フィルタ ２５ 光フィルタ ２６ レンズ ２７ レンズ ２８ レンズ ２９ レンズ ４１ 合波器 ４２ 第一の２次の非線形光学効果を有する媒質 ４３ 第二の２次の非線形光学効果を有する媒質 ４４ 合分波器 ４５ 光フィルタ ５１ 合波器 ５２ ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ ５３ ニオブ酸リチウム単結晶光ファイバ ５４ 合分波器 ５５ 光フィルタ ５６ レンズ ５７ レンズ ５８ レンズ ５９ レンズ ７１ ゲート光 ７２ 二硫化炭素 ７３ 検光子 ７４ 信号光 ７５ 合波器
Claims (3)
- 【請求項１】 ２つの異なる角周波数ω1、ω2の光を合
波する機能を持つ合波器と、２次の非線形光学効果を有
する第一の媒質および第二の媒質と、角周波数ω2の光
を吸収または反射し、かつω3＝ω1＋ω2の関係にある
角周波数ω3の光と角周波数ω1の光とを透過する光フィ
ルタから成り、前記合波器により合波した角周波数
ω1、ω2の光を前記第一の媒質に入射させ、前記第一の
媒質からの出射光を前記光フィルタに入射し、前記光フ
ィルタからの出射光を前記第二の媒質に入射せしめるこ
とを特徴とする非線形光学装置。 - 【請求項２】 ２つの異なる角周波数ω1、ω2の光を持
つ合波器と、２次の非線形光学効果を有する第一の媒質
および第二の媒質と、角周波数ω1、ω2の光を反射し、
かつω3＝ω1＋ω2の関係にある角周波数ω3の光を透過
する合分波器からなり、前記合波器により合波した角周
波数ω1、ω2の光を前記第一の媒質に入射させ、前記第
一の媒質からの出射光と外部からの角周波数ω1の光を
前記合分波器に入射し、前記第一の媒質からの出射光の
うちの角周波数ω3の光と外部からの角周波数ω1の光を
合波して、前記第二の媒質に入射せしめることを特徴と
する非線形光学装置。 - 【請求項３】 第一の媒質および第二の媒質の内の少な
くとも一方が、２次の非線形光学効果を有する光学結晶
をファイバ状に形成せしめた単結晶光ファイバであるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の非線形光
学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262425A JP3031390B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 非線形光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262425A JP3031390B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 非線形光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05100257A true JPH05100257A (ja) | 1993-04-23 |
| JP3031390B2 JP3031390B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=17375606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3262425A Expired - Fee Related JP3031390B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 非線形光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3031390B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08194238A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光学装置 |
| JP2019105796A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換装置 |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP3262425A patent/JP3031390B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08194238A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光学装置 |
| JP2019105796A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3031390B2 (ja) | 2000-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Parameswaran et al. | Low-power all-optical gate based on sum frequency mixing in APE waveguides in PPLN | |
| US20090231686A1 (en) | Multi-functional integrated optical waveguides | |
| US7339718B1 (en) | Generation of terahertz radiation in orientation-patterned semiconductors | |
| JPH03174125A (ja) | 光スイッチング素子 | |
| Santagiustina et al. | Slow light devices and their applications to microwaves and photonics | |
| CN103760732B (zh) | 一种级联和频与差频全光波长转换器及转换方法 | |
| US6147793A (en) | Backconversion-limited optical parametric oscillators | |
| Zalevsky | Integrated micro-and nanophotonic dynamic devices: a review | |
| JP3031390B2 (ja) | 非線形光学装置 | |
| Eaton et al. | Molecular materials V Part B. Molecular nonlinear optical materials–potential applications | |
| US11327386B1 (en) | All-optical optical parametric oscillator | |
| JP4080819B2 (ja) | 波長変換回路及び波長変換方法 | |
| US7209603B2 (en) | Acousto-optical device based on phonon-induced polaritonic band gaps | |
| JP5013377B2 (ja) | 光デバイス | |
| JPH0651359A (ja) | 波長変換素子、短波長レーザ装置および波長可変レーザ装置 | |
| JPH10170967A (ja) | 光パラメトリック増幅素子 | |
| Chen et al. | An all optical broadband tunable quantum frequency shifter | |
| Hu et al. | Investigation of high-polarization-isolation optical parametric amplifier using a periodically poled lithium niobate waveguide | |
| US20250284051A1 (en) | Active photonic integrated nonlinear circuits | |
| JPH0566441A (ja) | 非線形光学装置および光増幅方法 | |
| JP3623749B2 (ja) | 波長変換デバイス | |
| JPH10260434A (ja) | 非線形光学媒質および非線形光学装置 | |
| JP3075199B2 (ja) | 光スイッチ | |
| Suhara et al. | Difference-frequency generation devices | |
| JP3287158B2 (ja) | 非線形光学装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |