JP7758968B2

JP7758968B2 - 波長変換装置

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Publication number: JP7758968B2
Application number: JP2023565813A
Authority: JP
Inventors: 晃次圓佛; 啓渡邉; 修忠永; 拓志風間
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2025-10-23
Anticipated expiration: 2041-12-09
Also published as: JPWO2023105722A1; WO2023105722A1

Description

本開示は、二次非線形光学効果を応用した波長変換装置に関する。

二次非線形光学効果を応用した波長変換技術は、光通信における光信号の波長変換、光加工、医療、生物工学など、様々な分野で利用されている。波長変換の対象となる光の波長域は、紫外域から可視域、赤外域、テラヘルツ域に及び、二次非線形光学効果を応用した波長変換技術は、半導体レーザでは直接出力できない波長域の光の生成にしばしば利用される。一方、この二次非線形光学効果を応用した波長変換技術は、半導体レーザによって直接生成することが可能な波長帯であっても、それだけでは十分なパワーが得られない場合には利用され得る。例えば、光通信システムにおいては、後述する差周波発生による波長変換や、パラメトリック効果を利用した増幅を行う際に、この二次非線形光学効果を応用した波長変換技術が利用される。これらの波長変換技術を行う波長変換装置では、二次非線形光学効果に基づいた波長変換素子が組み込まれる。波長変換素子に適用される代表的な材料には、大きな非線形定数を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）が挙げられ、ＬｉＮｂＯ_３を適用した周期分極反転光導波路構造を有する波長変換装置は、その波長変換効率の高さから、市販されている光源に広く適用されている。

以下に、二次非線形光学効果を応用した波長変換の原理について述べる。二次非線形光学効果では、波長λ_１の光と波長λ_２の光を二次非線形媒質に入力し、新たな波長λ_３を発生させる。このような波長変換のうち、（式１）で表される波長変換は、和周波発生（Sum Frequency Generation：以下、ＳＦＧという）と呼ばれる。

１／λ_３＝１／λ_１＋１／λ_２（式１）
特に、λ_１＝λ_２を満たす波長変換は、第２高調波発生（Second Harmonic Generation：以下、ＳＨＧという）と呼ばれる。

一方、（式２）を満たす波長変換は、差周波発生（Difference Frequency Generation
：以下、ＤＦＧという。）と呼ばれる。

１／λ_３＝１／λ_１－１／λ_２（式２）
このＤＦＧにおける波長λ_１の光は励起光、波長λ_２の光は信号光、波長λ_３の光はアイドラ光と呼ばれる。さらに、二次非線形媒質を共振器の中に入れてλ_１のみ入力し、（式２）を満たすλ_２およびλ_３を発生させる、光パラメトリック増幅器を構成することもできる。

近年、通信分野で用いられる波長変換装置は、波長変換効率の向上により、二次非線形光学効果による光増幅が可能となっている。この光増幅を行う光増幅器は、位相感応光増幅器（Phase Sensitive Amplifier：以下、ＰＳＡという）と呼ばれ、入力光の信号ノイ
ズ比を劣化させることなく増幅することが可能であることから、従来まで多用されてきたエルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium-Doped Fiber Amplifier：以下、ＥＤＦＡという）に代わる長距離伝送用光増幅器として期待されている。

ＰＳＡでは、２つの光増幅動作が知られている。１つは、二次非線形媒質へ信号光及び信号光の半分の波長を有する励起光を入力し、信号光を増幅する縮退パラメトリック増幅を利用した動作である（例えば、非特許文献１参照）。もう１つは、信号光とアイドラ光のペア及び信号光とアイドラ光の和周波となる波長を有する励起光を入力し、信号光及びアイドラ光を増幅する非縮退パラメトリック増幅を利用した動作である（例えば、非特許文献２参照）。信号光とアイドラ光のペアは、上述のＤＦＧによって生成される。

通信分野において二次非線形光学効果に基づいた波長変換技術を用いる場合、主にＤＦＧ及びパラメトリック増幅が用いられる。ＤＦＧ及びパラメトリック増幅では、信号光及びアイドラ光が１．５５μｍ帯の通信波長帯に存在するため、励起光は０．７８μｍ帯の光であることが要求される。この通信波長帯の半分の波長を有する励起光は、通信波長帯の光源を波長変換したＳＨＧ光を用いることが一般的である。そして、このような励起光に対しては、ＰＳＡなどの光増幅装置において高利得・低ノイズ性を実現するという観点から、高パワー・低ノイズ性が要求されている。

図１は、ＳＨＧにより、入力光の第２高調波（ＳＨＧ光）を発生させる波長変換装置１００の基本構成を示した図である。波長変換装置１００は、励起光１０１に対して波長変換を行う波長変換素子１０２と、波長変換素子１０２から出力される波長変換光１０３のみを透過させる光学フィルタ１０４と、波長変換素子１０２の温度を制御する温調器１０５とを含む。波長変換素子１０２に入力光１０１を入力すると、位相整合条件を満たす波長において最も効率的に変換される波長変換光１０３が出力される。このとき、波長変換素子１０２からは、励起光１０１の残留成分である残留励起光１０６も同時に出力され得る。この残留励起光１０６は、ＰＳＡなどの光増幅装置の励起光として入力されると光増幅特性に悪影響を及ぼすため、光学フィルタ１０４によって除去される。また、波長変換素子１０２における波長変換では、波長変換素子１０２の温度に波長変換特性が依存するため、温調器１０５によって、位相整合条件を維持するように温度制御される。温調器１０５は、例えば、ペルチェ素子やヒータなどであり得る。

ＰＳＡなどの光増幅器における光増幅では、励起光として波長変換装置（例えば、図１に示される波長変換装置１００）によって生成された波長変換光（例えば、図１に示される波長変換光１０３）が用いられ得る。この場合、光増幅器によって生成される増幅光の安定性を確保するため、入力される励起光（波長変換光）は、安定したパワーを有する光であることが求められる。しかしながら、温調器（例えば、図１に示される温調器１０５）を作動させていても、環境温度の揺らぎなどによる波長変換素子の温度変動や光損失などにより、満足されていた位相整合条件が崩れ、波長変換光のパワーが不安定となり得る。そのため、これらの不安定性・変動を補償する必要がある。

図２は、従来技術による、波長変換光を安定化させるための波長変換装置２００の構成を示す図である。波長変換装置２００は、図１に示される波長変換装置１００の構成に加え、出力された波長変換光１０３の一部を分波する分波器２０１と、分波器２０１によって分波された波長変換光１０３の一部を検波する検波器２０２と、検波器２０２の出力に対し、波長変換光１０３の位相ノイズの揺らぎを安定化するための平均化を行う平均化装置２０３と、平均化装置２０３の出力に基づいて、演算により温調器１０５の温度制御を行うためのフィードバック信号を生成し、温調器１０５にフィードバック信号を送信する演算装置２０４と、をさらに含む。このように構成された波長変換装置２００では、定期的に一定間隔で波長変換素子１０２の温度が正負の方向に離調され、温度の離調に伴って生じる波長変換光１０３のパワー変動に基づいて、温調器１０５がフィードバック制御されるように構成されている。

図３は、波長変換素子の温度が離調した場合の波長変換光の挙動を示した図であり、図３（ａ）は、波長変換装置の位相制御曲線の温度依存性を、図３（ｂ）は、図３（ａ）のピーク近傍の拡大図を、図３（ｃ）は、離調温度と波長変換光の出力との関係を、それぞれ示している。なお、図中では、位相整合条件を満足する温度をＴ_０、Ｔ_０から高温側に変動した波長変換素子の温度をＴ_０＋ΔＴ、Ｔ_０から低温側に変動した波長変換素子の温度をＴ_０－ΔＴとして、それぞれ示している。また、図３（ｂ）では、位相整合波長が破線で示されている。図３（ａ）に示される通り、波長変換素子における位相整合曲線は、波長変換素子の温度に対して線形にシフトする。その単位温度当たりの波長シフト量は、概ね、波長変換素子に適用される二次非線形媒質の物理パラメータによって決まると言ってよい。従来技術である波長変換装置２００では、このような特性に基づき、波長変換素子１０２の温度を定期的に正負の方向に離調し、図３（ｃ）に示されるようなパワーの変動（変化量）から波長変換素子１０２の温度変動を演算する。そして、演算の結果に基づいてフィードバック信号を生成し、温調器１０５をフィードバック信号によって制御することで、出力される波長変換光１０３のパワーをさらに安定化させている。

しかしながら、このような従来技術による波長変換装置２００の構成では、波長変換光１０３の一部を分波することが必要であるため、波長変換光１０３のパワー減衰が生じるという課題がある。この減衰する分のパワーを補償するために、従来ではＥＤＦＡなどの光増幅器により、励起光１０１を増幅するといった施策が行われている。しかしながら、このような方法では、励起光１０１の増幅過程で自然放出光が励起光１０１に混入し、この自然放出光がパラメトリック過程を経て波長変換光のノイズを引き起こすといった課題があることが知られている。

T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada, and M. Asobe, "Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides,"Optics Express Vol.19, No.7, pp.6326-6332, 2011 T. Umeki, O. Tadanaga, M. Asobe, Y. Miyamoto, and H. Takenouchi, "First demonstration of high-order QAM signal amplification in PPLN-based phase sensitive amplifier," Optics Express Vol.22, No.3, pp.2473-2482, 2014

本開示は、上記のような課題に対して鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＦＧによる波長変換を行う波長変換装置であって、出力される波長変換光のパワー減衰を従来よりも抑制することが可能な波長変換装置を提供することにある。

上記のような課題に対し、本開示では、励起光を入力し、和周波発生によって波長変換光を出力する波長変換装置であって、二次非線形光学効果に基づいて波長変換を行う波長変換素子と、波長変換素子の温度を制御する温調器と、波長変換素子を透過する残留励起光のパワー検出する検波器と、検波器の出力に基づいて温調器に対する制御信号を生成する演算装置と、を備え、演算装置は、温調器に波長変換素子の温度を離調させる制御信号を生成し、波長変換素子の温度の離調に応答して生じる残留励起光のパワー変動に基づいて波長変換素子の温度変動を演算し、温度変動に基づいて、波長変換素子の温度が波長変換素子の位相整合条件の変動を補正する温度となるように温調器を制御するための制御信号を生成するように構成される波長変換装置を提供する。

ＳＨＧにより、入力光の第２高調波（ＳＨＧ光）を発生させる波長変換装置の基本構成を示した図である。従来技術による、波長変換光を安定化させるための波長変換装置の構成を示す図である。波長変換素子の温度が離調した場合の波長変換光の挙動を示した図であり、図３（ａ）は、波長変換装置の位相制御曲線の温度依存性を、図３（ｂ）は、図３（ａ）のピーク近傍の拡大図を、図３（ｃ）は、離調温度と波長変換光の出力との関係を、それぞれ示している。位相整合波長近傍における波長変換光及び残留励起光のパワースペクトルを示す図である。本開示の一実施形態における波長変換装置の構成を示す図である。本開示の一実施形態における波長変換装置の構成を示す図である。本開示の一実施形態における波長変換装置の構成を示す図である。

以下に、図面を参照しながら本開示の種々の実施形態について詳細に説明する。同一又は類似の参照符号は、同一又は類似の要素を示し重複する説明を省略する場合がある。以下の説明は、一例であって本開示の一実施形態の要旨を逸脱しない限り、一部の構成を省略若しくは変形し、又は追加の構成とともに実施することができる。

本開示による波長変換装置は、定期的に波長変換素子の温度を離調し、その離調によるパワー変動に基づいて温調器をフィードバック制御するという点では、従来技術と同様である。しかしながら、本開示による波長変換装置は、従来は光学フィルタ等により除去していた残留励起光を検波し、定期的な離調に伴う残留励起光のパワー変動に基づいてフィードバック制御されるという点で、従来技術とは異なる。

なお、本明細書の説明では、例として、波長変換装置はＳＨＧによる波長変換光を生成するものとして説明するが、これに限定はされず、ＳＦＧに基づく波長変換装置であれば、同様の効果を奏する。

ＳＨＧに基づく波長変換では、上述の通り、励起光の一部が残留励起光として波長変換素子を透過し、波長変換光（この場合、ＳＨＧ光）と同時に出力され得る。しかし、残留励起光のエネルギーの一部は、波長変換光に移行するため、波長変換素子を透過した残留励起光には位相整合条件を満たす波長近傍においてパワーが減衰する（この現象はポンプディプレッションと呼ばれる）。本発明者らは、このポンプディプレッションによるパワー減衰に着目し、この現象に基づいて、従来技術と同様に波長変換素子の温度をフィードバック制御できることを見出した。

図４は、位相整合波長近傍における波長変換光及び残留励起光のパワースペクトルを示す図である。なお、図中における各スペクトルは、後述する波長変換装置５００を用いた場合のスペクトルである。また、図中では、図３と同様に、位相整合条件を満足する温度をＴ_０、Ｔ_０から高温側に変動した波長変換素子の温度をＴ_０＋ΔＴ、Ｔ_０から低温側に変動した波長変換素子の温度をＴ_０－ΔＴとして、それぞれ示している。図中に示される通り、残留励起光のパワースペクトルは、波長変換素子の温度がＴ_０であるとき、位相整合波長においてディップ（極小値）を示す分布であり、波長変換光と同様に、温度の変動に応じて線形にシフトする。そして、そのシフト量は、波長変換光のシフト量と一致していることが分かる。すなわち、波長変換素子の位相整合条件がどの程度ずれているかをモニタするためには、波長変換光に限らず、残留励起光をモニタすることによっても判断が可能であると言える。本開示による波長変換装置は、このような原理に基づき、残留励起光をモニタすることによって波長変換素子の温度を制御する構成となっている。

（第１の実施形態）
以下に、本開示の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態における波長変換装置は、上述の波長変換装置２００と同様の基本構成を有する波長変換装置であるが、従来、光学フィルタで除去していた残留励起光を分波し、検波に用いているように構成されている。

図５は、本開示の一実施形態における波長変換装置５００の構成を示す図である。本実施形態における波長変換装置５００は、励起光１０１を含む入力光１０１に対して波長変換を行う波長変換素子１０２と、波長変換素子１０２から出力される出力光のうち、波長変換光１０３を透過し、残留励起光１０６を反射させるダイクロイックミラー５０１と、ダイクロイックミラー５０１によって分波された残留励起光１０６を検波する検波器５０２と、検波器５０２の出力に基づいて、演算により温調器１０５の温度制御を行うためのフィードバック信号を生成し、温調器１０５にフィードバック信号を送信する演算装置２０４と、を含む。図から理解できるように、波長変換装置５００の基本的な構成は、従来の波長変換装置（例えば、波長変換装置２００）と同様である。しかしながら、光学フィルタ１０４の代わりにダイクロイックミラー５０１を含むこと、検波する光の位相ノイズの揺らぎを安定化するための平均化装置２０３が不要であることが従来の波長変換装置とは異なる。

波長変換装置５００に含まれる波長変換素子１０２は、例えば、周期分極反転構造を有するＬｉＮｂ_３を二次非線形媒質とした、リッジ型導波路であり得る。但し、これに限定はされず、波長変換素子１０２の二次非線形媒質には、ＬｉＴａＯ_３、或いはＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ_３（ここで、０≦ｘ≦１）のいずれか、または、これらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素を添加物として含有したものであってもよい。

このような構成を有する波長変換装置５００を用いて波長変換を行い、波長変換光１０３としてＳＨＧ光を生成する。このとき、定期的に波長変換素子１０２の温度を温調器１０５によって離調し、残留励起光１０６の位相整合波長近傍におけるスペクトルに変動を与える。そして、その変動挙動を検波器５０２でモニタし、検波器５０２の出力に基づいて演算装置２０４がフィードバック信号を生成し、温調器１０５を制御する。なお、励起光１０１の波長は、光通信波長のうち、ＯバンドからＬバンドの範囲におけるいずれかの波長であればよい。

このようにして、波長変換装置５００から出力される波長変換光１０３は、環境温度や光損失によるパワーの変動が抑制され、安定化する。さらに、上述の通り、波長変換装置５００は、出力される波長変換光１０３をモニタしていないため、従来技術では生じていた波長変換光１０３のパワー減衰も抑制される。したがって、安定した波長変換光１０３をＰＳＡなどの外部へ、従来よりも効率的に供給することが可能となる。

また、波長変換装置５００は従来の波長変換装置（例えば、波長変換装置２００）のように平均化装置（例えば、平均化装置２０３）を用いることなく、従来と同等な波長変換光１０３の安定性を実現することができる。これは、図４に示される通り、残留励起光１０６のパワーが、波長変換光１０３に比べて大きいことに起因する。この残留励起光１０６のパワーは、ノイズが無視できるほどに大きい値を有するため、位相シフトのノイズによる揺らぎを安定化することが不要である。したがって、波長変換装置５００は、平均化装置が不要であり、そのためシステム構成を簡素化できるという利点も有する。

（第２の実施形態）
以下に、本開示の第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態における波長変換装置は、波長変換を行う機構及び波長変換素子からの出力光を分波する機構を金属筐体の内部に気密封入することにより、波長変換光の安定性をさらに向上させた形態に関する。

図６は、本開示の一実施形態における波長変換装置６００の構成を示す図である。図中に示される通り、本実施形態における波長変換装置６００は、波長変換装置５００の構成に加え、入力光１０１を金属筐体６０１の内部へ導入する光ファイバ６０２と、光ファイバ６０２から出力される励起光をコリメートする励起光用コリメートレンズ６０３と、コリメートされた励起光を波長変換素子１０２に集光するように配置されたフォーカスレンズ６０４と、波長変換素子１０２からの出力光（波長変換光１０３及び残留励起光１０６を含む）をコリメートするコリメートレンズ６０５と、コリメートレンズ６０５によってコリメートされた出力光のうち、波長変換光１０３を出力端に集光するように配置されたフォーカスレンズ６０６と、フォーカスレンズ６０６によって集光された波長変換光１０３を外部へ導出する光ファイバ６０７と、コリメートレンズ６０５によってコリメートされた出力光のうち、残留励起光１０６を反射させるミラー６０８と、ミラー６０８によって反射された残留励起光１０６を出力端に集光するように配置されたフォーカスレンズ６０９と、フォーカスレンズ６０９により集光された残留励起光１０６を検波器５０２へ導くファイバ６１０と、金属筐体６０１の外部から内部及び内部から外部へ光を入出力するための複数の光学窓６１１と、をさらに含む。なお、励起光１０１と残留励起光１０６は、同じ波長を有する光であるため、光ファイバ６０２と光ファイバ６１０は、光学設計上、同じものを用いることが好適である。

本実施形態における波長変換装置６００では、ダイクロイックミラー５０１は、金属筐体６０１の内部であり、且つコリメートレンズ６０５とフォーカスレンズ６０６との間に設置される。また、本実施形態における波長変換装置６００では、検波器５０２及び演算装置２０４は、金属筐体６０１の外部に設置され、検波器５０２は、光ファイバ６１０と光学的に接続されている。

なお、演算装置２０４は、波長変換装置２００及び波長変換装置５００と同様に、温調器１０５と通信可能に接続されており、温調器１０５は演算装置２０４が生成したフィードバック信号を受信できるように構成されている。フィードバック信号の形式は電気信号であってよく、光信号であってもよいが、いずれの場合であっても、金属筐体６０１によってフィードバック信号が遮蔽されないような機構が必要である（例えば、フィードバック信号が電気信号である場合、金属筐体６０１に設置された端子を介して、電気信号が温調器１０５に送信されるように構成され、且つ金属筐体６０１と端子は電気的に絶縁されていることが必要である）。

このように構成された波長変換装置６００を用いても、第１の実施形態と同様に、波長変換を行ってＳＨＧ光を生成すれば、従来技術による波長変換装置（例えば、波長変換装置２００）と同様に、安定した波長変換光１０３を生成することができる。

また、波長変換装置６００は、波長変換装置５００と同様に、出力される波長変換光１０３をモニタしていないため、波長変換光１０３のパワー減衰を抑制した上での波長変換が可能である。加えて、波長変換装置６００は、波長変換装置５００と同様に、平均化装置が不要であるため、システム構成を簡素化できるという利点も有する。

さらに、波長変換装置６００は、上述の通り、波長変換を行う機構及び波長変換素子からの出力光を分波する機構を金属筐体６０１の内部に気密封入した構造となっている。このため、外部温度の揺らぎ等の影響を受けにくく、波長変換装置５００よりも更に安定した波長変換光１０３を生成することが可能である。

（第３の実施形態）
以下に、本開示の第３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態による波長変換装置は、第２の実施形態で述べた波長変換装置６００において、残留励起光１０６を検波する検波器５０２が、金属筐体６０１の内部に設置された形態に関する。

図７は、本開示の一実施形態における波長変換装置７００の構成を示す図である。図中に示される通り、本実施形態における波長変換装置７００は、第２の実施形態で述べた波長変換装置６００において、残留励起光１０６を検波する検波器５０２が、金属筐体６０１の内部に設置された構造を有する。ここで、波長変換装置７００が有する検波器５０２は、大口径の検波器である。また、このような構造となるに伴い、波長変換装置６００に含まれる、ミラー６０８、フォーカスレンズ６０９、ミラー６０８とフォーカスレンズ６０９との間に設置される光学窓６１１、及び、光ファイバ６１０は不要となる。

このような構成を有する波長変換装置７００は、第２の実施形態で述べた波長変換装置６００に比べて、光学アラメントが簡素化されるという利点を有する。すなわち、波長変換装置６００では、出力光から分波された残留励起光１０６を光ファイバ６１０へ導入するための調芯が必要であったが、波長変換装置７００に設置される検波器５０２は、コリメート光を受光できるような大口径の検波器であるため、パッシブアライメントで光学結合することができる。その結果、モジュール実装のリードタイムを短縮することが可能となる。

また、このような波長変換装置７００を用いて、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、波長変換を行ってＳＨＧ光を生成すれば、従来技術による波長変換装置（例えば、波長変換装置２００）と同様に、安定した波長変換光１０３を生成することが可能となる。

本開示による波長変換装置は、従来技術とは異なり、出力される波長変換光のパワー減衰を抑制しながらも、波長変換光のパワーを安定化させることが可能である。このような波長変換装置は、ＰＳＡなどの光増幅器へ効率的に入力光を供給できるため、光増幅器の光源への適用が見込まれる。

Claims

励起光を入力し、和周波発生によって波長変換光を出力する波長変換装置であって、
二次非線形光学効果に基づいて波長変換を行う波長変換素子と、
前記波長変換素子の温度を制御する温調器と、
前記波長変換素子を透過する残留励起光のパワーを検出する検波器と、
前記検波器が出力した前記残留励起光のパワーが、前記波長変換素子の温度と線形関係にあることに基づいて前記温調器に対する制御信号を生成する演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、
前記温調器に前記波長変換素子の温度を離調させる制御信号を生成し、
前記波長変換素子の温度の離調に応答して生じる前記残留励起光のパワー変動に基づいて前記波長変換素子の温度変動を演算し、
前記温度変動に基づいて、前記波長変換素子の前記温度が前記波長変換素子の位相整合条件の変動を補正する温度となるように前記温調器を制御するための制御信号を生成する、
ように構成される、波長変換装置。
前記波長変換素子、及び前記温調器を内部に気密封入する金属筐体と、
前記金属筐体に設置され、前記励起光、前記波長変換光、又は前記残留励起光を前記金属筐体の内部に入力、及び外部に出力させる光学窓と、
をさらに備える、請求項１に記載の波長変換装置。
前記検波器が大口径の検波器であり、前記金属筐体の内部に設置される、請求項２に記載の波長変換装置。
前記励起光の波長が、通信波長のうちＯバンドからＬバンドの範囲の波長である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換装置。
前記波長変換素子は、二次非線形媒質を備えたリッジ型導波路であり、前記二次非線形媒質は、周期分極反転構造を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換装置。
前記二次非線形媒質に適用される材料が、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、或いはＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ₃（ここで、０≦ｘ≦１）のいずれか、又はこれらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素を添加物として含有した材料のいずれかである、請求項５に記載の波長変換装置。