JPS6155662B2 - - Google Patents
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- JPS6155662B2 JPS6155662B2 JP56095896A JP9589681A JPS6155662B2 JP S6155662 B2 JPS6155662 B2 JP S6155662B2 JP 56095896 A JP56095896 A JP 56095896A JP 9589681 A JP9589681 A JP 9589681A JP S6155662 B2 JPS6155662 B2 JP S6155662B2
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- optical
- refractive index
- incident laser
- frequency
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/383—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure of the optical fibre type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
本発明は、光通信用光フアイバ伝送特性測定あ
るいは種々の分光測定用光源として用いられるレ
ーザ光の波長変換を行なうための装置に関する。 従来、第２次非線形分極効果によつて光波長を
変換する素子としては、LiNbO3等の非線形光学
結晶のバルク結晶あるいは光導波路が用いられて
きた。高い変換効率で第２高調波、和周波、差周
波を得るためには、媒質中の入射レーザ光のエネ
ルギ密度を高めること、また、入射レーザ光と発
生する第２高調光波、和周波、差周波の媒質中で
の位相整合条件を満足させる必要がある。バルク
結晶の場合には、回析の影響があるために結晶内
での入射光のエネルギ密度を上げることはできな
いという欠点があるが、後者の光導波路型では、
光を屈折率の高い微小断面（コア）に閉じ込めて
光を導波するためエネルギ密度を高くでき、高変
換効率を得ることが可能である。しかしながら、
両者とも位相整合条件を満足させるために結晶の
複屈折性を利用する必要があり、非線形性が大き
くても複屈折性がない、または小さい材料は用い
ることができないという欠点があつた。 本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもの
で、その目的は非線形媒質として光フアイバを用
いることにより、光導波路型で、かつ結晶の複屈
折性を利用することなしに位相整合条件を満足さ
せ高い変換効率で第２高調波、和周波数又は差周
波数を得る光波長変換素子を提供することにあ
る。本発明の特徴のひとつは、光フアイバにより
構成され、角周波数ω１の入射レーザ光を第２次
非線形分極効果により角周波数ω３（＝２ω１）
の第２高調波に変換する光波長変換素子であつ
て、前記光フアイバのコア径及び比屈折率差（Δ
＝（n1 2−n2 2）／2n1 2）が式 δβ＝β３−２β１＝０（位相整合条件） ……(a) β１；入射レーザ光の光フアイバ中の位相定数 β３；第２高調波の光フアイバ中の位相定数 n1；光フアイバのコアの屈折率 n2；光フアイバのクラツドの屈折率 を満足するごとく選定されるごとき光波長変換素
子にある。本発明の別の特徴は、光フアイバによ
り構成され、２つの入射レーザ光の角周波数をω
１、ω２（ω１≠ω２）非線形分極効果により和
周波数（ω１＋ω２）又は差周波数（ω１−ω
２）に変換する光波長変換素子であつて、前記光
フアイバのコア径及び比屈折率差（Δ＝（n1 2−
n2 2）／2n1 2）が式
るいは種々の分光測定用光源として用いられるレ
ーザ光の波長変換を行なうための装置に関する。 従来、第２次非線形分極効果によつて光波長を
変換する素子としては、LiNbO3等の非線形光学
結晶のバルク結晶あるいは光導波路が用いられて
きた。高い変換効率で第２高調波、和周波、差周
波を得るためには、媒質中の入射レーザ光のエネ
ルギ密度を高めること、また、入射レーザ光と発
生する第２高調光波、和周波、差周波の媒質中で
の位相整合条件を満足させる必要がある。バルク
結晶の場合には、回析の影響があるために結晶内
での入射光のエネルギ密度を上げることはできな
いという欠点があるが、後者の光導波路型では、
光を屈折率の高い微小断面（コア）に閉じ込めて
光を導波するためエネルギ密度を高くでき、高変
換効率を得ることが可能である。しかしながら、
両者とも位相整合条件を満足させるために結晶の
複屈折性を利用する必要があり、非線形性が大き
くても複屈折性がない、または小さい材料は用い
ることができないという欠点があつた。 本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもの
で、その目的は非線形媒質として光フアイバを用
いることにより、光導波路型で、かつ結晶の複屈
折性を利用することなしに位相整合条件を満足さ
せ高い変換効率で第２高調波、和周波数又は差周
波数を得る光波長変換素子を提供することにあ
る。本発明の特徴のひとつは、光フアイバにより
構成され、角周波数ω１の入射レーザ光を第２次
非線形分極効果により角周波数ω３（＝２ω１）
の第２高調波に変換する光波長変換素子であつ
て、前記光フアイバのコア径及び比屈折率差（Δ
＝（n1 2−n2 2）／2n1 2）が式 δβ＝β３−２β１＝０（位相整合条件） ……(a) β１；入射レーザ光の光フアイバ中の位相定数 β３；第２高調波の光フアイバ中の位相定数 n1；光フアイバのコアの屈折率 n2；光フアイバのクラツドの屈折率 を満足するごとく選定されるごとき光波長変換素
子にある。本発明の別の特徴は、光フアイバによ
り構成され、２つの入射レーザ光の角周波数をω
１、ω２（ω１≠ω２）非線形分極効果により和
周波数（ω１＋ω２）又は差周波数（ω１−ω
２）に変換する光波長変換素子であつて、前記光
フアイバのコア径及び比屈折率差（Δ＝（n1 2−
n2 2）／2n1 2）が式
【表】
【表】
を満足するごとく選定されるごとき光波長変換素
子にある。 以下図面により実施例を説明する。 前述した高変換効率で第２高調波、和周波、差
周波を得るためのふたつの条件のうち、エネルギ
密度については光フアイバが光導波路の一種であ
ることからそれを用いることにより本質的に高め
ることができる。ここではもうひとつの条件、位
相整合条件に関して複屈折性を利用せずに位相整
合を行なう方法について説明する。 光フアイバの導波モードの規格化伝搬定数ｂ及
びＶ値を ｂ＝（β／ｋ−n2）／（n1−n2） (1) Ｖ＝２πn1a√２／λ (2) で定義するとき、両者の関係を第１図に示す。た
だし、β、ｋ、λはそれぞれ光フアイバ長手方向
の伝搬定数、真空中の波数、波長である。第１図
中の丸印内の左、右の整数ν、μはLP〓〓モー
ド表示におけるそれぞれ円周方向、半径方向のモ
ード次数を表わす。 いま、実施例として、第２高調波への変換の場
合を説明する。第２図に示すように波長λ１（＝
２πｃ／ω１、Ｃ；真空中の光速）の入射レー
ザ、波長λ３（＝λ１／２）なる第２高調波のＶ
値及び規格化伝搬定数をそれぞれV1、b1及び
V3、b3とし、入射レーザ光をLP01モードに担わ
せ、LP02モードに第２高調波を担わせる場合を
考えると、式(a)の位相整合条件は次式で書き表わ
せる。 δβ＝４π｛（n2(3)−n2(1)）＋Δ／１−Δ（n2(3)b3−n2(1)b1）｝／λ１ (3) ただし、n2(1)、n2(3)はそれぞれ波長λ１、λ３
におけるクラツドの屈折率でである。 第３図にはλ１を1.064μｍとし、Δ＝0.02、
0.03の場合δβのV1に対する変化を示したもので
ある。なおLP02モードの遮断Ｖ値は図に示すよ
うにV3＝４であり、V1はV1＞２とする必要があ
る。図よりδβ＝０とするためには、例えばΔ＝
0.02ではＶ＝2.18即ちコア直径を2.53μｍとすれ
ばよいことがわかる。第４図は、第２高調波を
LP3モードに担わせた場合であり、λ１は同様に
1.064μｍである。なおLP03モードの遮断Ｖ値は
V3＝7.8であり、V1はV1＞3.9とする必要がある。
図よりΔ＝0.014に対してはδβ＝０となるコア
直径は6.24μｍであることがわかる。以上述べた
ように、入射レーザ光波長に対して比屈折率差Δ
とコア径を適当に選定することによつて、位相整
合条件を満足させることが可能であり、現状の光
フアイバの製造技術からすれば、本実施例のフア
イバパラメータをもつ光フアイバの製造も可能で
あることから、有効な位相整合の方法であるとい
える。 次に和周波、差周波についても同様に第１図の
光フアイバ導波モードの分散曲線に基づいて、光
波を担わせるモードを選宜選択し、Δあるいはコ
ア径を入射レーザ光波長に対して選定することに
よつて位相整合条件を満足させることが可能であ
る。例えば和周波の場合には、LP01モードの入
射レーザ光波長λ１＝1.152μｍ、λ２＝1.064μ
ｍに対してΔ＝0.03、コア直径を2.9μｍとする
ことによつて式(b)のδβ＝０とすることができ、
高変換効率でLP02モードのλ３＝0.553μｍなる
和周波が得られる。また、差周波の場合には、入
射レーザ光波長λ１＝1.152μｍ、λ２＝0.553μ
ｍをそれぞれLP01、LP02モードとしΔ＝0.03、コ
ア直径を2.9μｍとするとLP01モードのλ３＝
1.064μｍの差周波が得られる。 次に位相整合条件が満たされたとき（Δβ＝
０）の変換効率ηについて説明する。ηはまず入
射レーザ光、発生する光波を担うモードの界分布
の重畳積分に比例するので、実施例に示すように
円周方向次数が等しいモードを選べば一定の値を
得ることができる。またηは光フアイバ長の２乗
に比例し、１ｍ程度とすれば10％程度の効率が得
られ、従来の結晶を用いた場合には結晶長はcmオ
ーダに制限されているのに比べて光フアイバを用
いた場合には非線形の相互作用長を十分にとれる
ことが有利な点である。ただし、光フアイバでは
数ｍ周期の長手方向のフアイバパラメータゆらぎ
が僅かではあるが存在し、フアイバ長を数10ｍと
すると位相整合条件が長手方向に局所的にずれる
可能性があり、実効的な光フアイバ長はこのずれ
によつて若干減少する。 以上、光フアイバを第２高調波、和周波、差周
波発生のための光波長変換素子として用いれば、
コア径、比屈折率差を入射レーザ光波長に対して
適当に選定することによつて位相整合条件を満足
させることができ、かつ光フアイバ内での光エネ
ルギ密度を十分大きくすることができるので、高
い変換効率で入射レーザ光波長と異なる光波長へ
変換できるという利点がある。したがつて、光フ
アイバの伝送特性測定用あるいは分光測定用光源
としてその応用は広い。
子にある。 以下図面により実施例を説明する。 前述した高変換効率で第２高調波、和周波、差
周波を得るためのふたつの条件のうち、エネルギ
密度については光フアイバが光導波路の一種であ
ることからそれを用いることにより本質的に高め
ることができる。ここではもうひとつの条件、位
相整合条件に関して複屈折性を利用せずに位相整
合を行なう方法について説明する。 光フアイバの導波モードの規格化伝搬定数ｂ及
びＶ値を ｂ＝（β／ｋ−n2）／（n1−n2） (1) Ｖ＝２πn1a√２／λ (2) で定義するとき、両者の関係を第１図に示す。た
だし、β、ｋ、λはそれぞれ光フアイバ長手方向
の伝搬定数、真空中の波数、波長である。第１図
中の丸印内の左、右の整数ν、μはLP〓〓モー
ド表示におけるそれぞれ円周方向、半径方向のモ
ード次数を表わす。 いま、実施例として、第２高調波への変換の場
合を説明する。第２図に示すように波長λ１（＝
２πｃ／ω１、Ｃ；真空中の光速）の入射レー
ザ、波長λ３（＝λ１／２）なる第２高調波のＶ
値及び規格化伝搬定数をそれぞれV1、b1及び
V3、b3とし、入射レーザ光をLP01モードに担わ
せ、LP02モードに第２高調波を担わせる場合を
考えると、式(a)の位相整合条件は次式で書き表わ
せる。 δβ＝４π｛（n2(3)−n2(1)）＋Δ／１−Δ（n2(3)b3−n2(1)b1）｝／λ１ (3) ただし、n2(1)、n2(3)はそれぞれ波長λ１、λ３
におけるクラツドの屈折率でである。 第３図にはλ１を1.064μｍとし、Δ＝0.02、
0.03の場合δβのV1に対する変化を示したもので
ある。なおLP02モードの遮断Ｖ値は図に示すよ
うにV3＝４であり、V1はV1＞２とする必要があ
る。図よりδβ＝０とするためには、例えばΔ＝
0.02ではＶ＝2.18即ちコア直径を2.53μｍとすれ
ばよいことがわかる。第４図は、第２高調波を
LP3モードに担わせた場合であり、λ１は同様に
1.064μｍである。なおLP03モードの遮断Ｖ値は
V3＝7.8であり、V1はV1＞3.9とする必要がある。
図よりΔ＝0.014に対してはδβ＝０となるコア
直径は6.24μｍであることがわかる。以上述べた
ように、入射レーザ光波長に対して比屈折率差Δ
とコア径を適当に選定することによつて、位相整
合条件を満足させることが可能であり、現状の光
フアイバの製造技術からすれば、本実施例のフア
イバパラメータをもつ光フアイバの製造も可能で
あることから、有効な位相整合の方法であるとい
える。 次に和周波、差周波についても同様に第１図の
光フアイバ導波モードの分散曲線に基づいて、光
波を担わせるモードを選宜選択し、Δあるいはコ
ア径を入射レーザ光波長に対して選定することに
よつて位相整合条件を満足させることが可能であ
る。例えば和周波の場合には、LP01モードの入
射レーザ光波長λ１＝1.152μｍ、λ２＝1.064μ
ｍに対してΔ＝0.03、コア直径を2.9μｍとする
ことによつて式(b)のδβ＝０とすることができ、
高変換効率でLP02モードのλ３＝0.553μｍなる
和周波が得られる。また、差周波の場合には、入
射レーザ光波長λ１＝1.152μｍ、λ２＝0.553μ
ｍをそれぞれLP01、LP02モードとしΔ＝0.03、コ
ア直径を2.9μｍとするとLP01モードのλ３＝
1.064μｍの差周波が得られる。 次に位相整合条件が満たされたとき（Δβ＝
０）の変換効率ηについて説明する。ηはまず入
射レーザ光、発生する光波を担うモードの界分布
の重畳積分に比例するので、実施例に示すように
円周方向次数が等しいモードを選べば一定の値を
得ることができる。またηは光フアイバ長の２乗
に比例し、１ｍ程度とすれば10％程度の効率が得
られ、従来の結晶を用いた場合には結晶長はcmオ
ーダに制限されているのに比べて光フアイバを用
いた場合には非線形の相互作用長を十分にとれる
ことが有利な点である。ただし、光フアイバでは
数ｍ周期の長手方向のフアイバパラメータゆらぎ
が僅かではあるが存在し、フアイバ長を数10ｍと
すると位相整合条件が長手方向に局所的にずれる
可能性があり、実効的な光フアイバ長はこのずれ
によつて若干減少する。 以上、光フアイバを第２高調波、和周波、差周
波発生のための光波長変換素子として用いれば、
コア径、比屈折率差を入射レーザ光波長に対して
適当に選定することによつて位相整合条件を満足
させることができ、かつ光フアイバ内での光エネ
ルギ密度を十分大きくすることができるので、高
い変換効率で入射レーザ光波長と異なる光波長へ
変換できるという利点がある。したがつて、光フ
アイバの伝送特性測定用あるいは分光測定用光源
としてその応用は広い。
第１図と第２図は光モード導波モードの分散曲
線を示す図、第３図と第４図は本発明における第
２高調波発生の場合の位相整合条件を数値的に示
す図である。
線を示す図、第３図と第４図は本発明における第
２高調波発生の場合の位相整合条件を数値的に示
す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光フアイバにより構成され、角周波数ω１の
入射レーザ光を第２次非線形分極効果により角周
波数ω３（＝２ω１）の第２高調波に変換する光
波長変換素子であつて、前記光フアイバのコア径
及び比屈折率差（Δ＝（n1 2−n2 2）／2n1 2）が式δ β＝β３−２β１＝０（位相整合条件） β１；入射レーザ光の光フアイバ中の位相定数 β３；第２高調波の光フアイバ中の位相定数 n1；光フアイバのコアの屈折率 n2；光フアイバのクラツドの屈折率 を満足するごとく選定されることを特徴とする光
波長変換素子。 ２ 光フアイバにより構成され、２つの入射レー
ザ光の角周波数をω１、ω２（ω１≠ω２）非線
形分極効果により和周波数（ω１＋ω２）又は差
周波数（ω１−ω２）に変換する光波長変換素子
であつて、 前記光フアイバのコア径及び比屈折率差（Δ＝
（n1 2−n2 2）／2n1 2）が式 【表】 定数
【表】 を満足するごとく選定されることを特徴とする光
波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56095896A JPS57211125A (en) | 1981-06-23 | 1981-06-23 | Light wavelength converting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56095896A JPS57211125A (en) | 1981-06-23 | 1981-06-23 | Light wavelength converting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57211125A JPS57211125A (en) | 1982-12-24 |
| JPS6155662B2 true JPS6155662B2 (ja) | 1986-11-28 |
Family
ID=14150065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56095896A Granted JPS57211125A (en) | 1981-06-23 | 1981-06-23 | Light wavelength converting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57211125A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287531A (ja) * | 1988-05-14 | 1989-11-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光源装置 |
| JP2686536B2 (ja) * | 1988-05-20 | 1997-12-08 | パイオニア株式会社 | ファイバー型光波長変換装置 |
| CN108572061B (zh) * | 2018-07-23 | 2023-10-13 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 全口径谐波转换效率测量系统及其测量方法 |
-
1981
- 1981-06-23 JP JP56095896A patent/JPS57211125A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57211125A (en) | 1982-12-24 |
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