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JPH0795176B2 - Optical wavelength conversion element - Google Patents
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JPH0795176B2 - Optical wavelength conversion element - Google Patents

Optical wavelength conversion element

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JPH0795176B2
JPH0795176B2 JP7275288A JP7275288A JPH0795176B2 JP H0795176 B2 JPH0795176 B2 JP H0795176B2 JP 7275288 A JP7275288 A JP 7275288A JP 7275288 A JP7275288 A JP 7275288A JP H0795176 B2 JPH0795176 B2 JP H0795176B2
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wavelength conversion
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明憲 原田
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光波長変換素子、特に詳細には入射された相異
なる波長の2種の基本波をそれらの和周波、差周波に変
換したり、あるいは同時に上記和周波、差周波、第2高
調波のうちのいずれか2つ以上の波長変換波に変換する
光波長変換素子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical wavelength conversion element, and more particularly to converting two types of incident fundamental waves having different wavelengths into their sum frequency and difference frequency. Or, at the same time, the present invention relates to an optical wavelength conversion element that converts into any two or more wavelength conversion waves of the sum frequency, the difference frequency, and the second harmonic wave.

(従来の技術) 従来より、基本波としての光を非線形光学材料に入射さ
せて、波長が1/2の第2高調波に変換する試みが種々な
されており、また、互いに異なる波長λ、λの2種
の基本波を非線形光学材料に入射させて、波長λの和
周波(1/λ=1/λ+1/λ)や、差周波(1/λ
1/λ−1/λ)を取り出す試みもなされている。上述
の非線形光学材料を用いて波長変換を行なう光波長変換
素子として具体的には、バルク結晶タイプのものや、
「応用物理」誌Vol.49(1980)p1234〜に示される3次
元光導波路タイプのものが知られている。
From (ART) Conventionally, by the incidence of light as a fundamental wave in a nonlinear optical material, a wavelength have been made various attempts to convert the second harmonic of 1/2, also, different wavelengths lambda 1 to each other, Two types of fundamental waves of λ 2 are incident on the nonlinear optical material, and the sum frequency (1 / λ 3 = 1 / λ 1 + 1 / λ 2 ) of the wavelength λ 3 and the difference frequency (1 / λ 3 =
Attempts have also been made to extract 1 / λ 1 −1 / λ 2 ). As the optical wavelength conversion element that performs wavelength conversion using the above-mentioned nonlinear optical material, specifically, a bulk crystal type,
The three-dimensional optical waveguide type shown in "Applied Physics" magazine Vol.49 (1980) p1234 is known.

(発明が解決しようとする課題) 上記バルク結晶タイプの光波長変換素子においては、入
射させる基本波のパワー密度を十分に上げることができ
ず、さらには、変換波取出しの点から相互作用長を長く
とることができず、そのため波長変換効率が極めて低い
という問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above bulk crystal type optical wavelength conversion element, the power density of the incident fundamental wave cannot be sufficiently increased, and further, the interaction length is increased in terms of extraction of the converted wave. There is a problem that the wavelength conversion efficiency is extremely low because it cannot be taken for a long time.

また上記バルク結晶タイプの光波長変換素子は、結晶の
複屈折を利用して基本波と変換波との間の位相整合を取
るようにしており、位相整合条件は、第1、第2の基本
波の波数ベクトルを 和周波あるいは差周波の波数ベクトルを とすると、 である。なお第1の基本波の偏光方向の屈折率をn1とし
て、 であり、同様に である(λ<λ)。上述のような位相整合条件を満
足するためには、波長λ、λ、λに対して、屈折
率n1、n2(第2の基本波の偏光方向の屈折率)およびn3
(変換波の偏光方向の屈折率)が所望値となる必要があ
り、したがって、この場合は、極めて限られた波長範囲
しか利用できないことになる。
Further, the bulk crystal type optical wavelength conversion element is adapted to achieve phase matching between the fundamental wave and the converted wave by utilizing the birefringence of the crystal, and the phase matching conditions are the first and second basic conditions. Wave number vector Wavenumber vector of sum frequency or difference frequency Then, Is. Note that the refractive index in the polarization direction of the first fundamental wave is n 1 , And likewise 12 ). In order to satisfy the above-described phase matching condition, in order to satisfy the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , the refractive indices n 1 and n 2 (the refractive index in the polarization direction of the second fundamental wave) and n 3
The (refractive index in the polarization direction of the converted wave) needs to be a desired value, and therefore, in this case, only a very limited wavelength range can be used.

一方前述した3次元光導波路タイプの光波長変換素子に
あっては、LiNbO3を基板に用いて差周波を発生させた例
のみが確認されているが、この場合の位相整合条件は、
光導波路の第1、第2の基本波に対する実効屈折率をそ
れぞれ▲nω1 eff▼、▲nω2 eff▼、差周波に対する
実効屈折率を▲nω3 eff▼として、 である。このタイプの光波長変換素子にあっては、前述
のバルク結晶タイプのものと異なって、入射させる基本
波のパワー密度を上げることができるため、長さ1cmの
素子を用い、100mW入力で数%の波長変換効率が実現で
きることも理論的に示されている。しかしながら、上記
の位相整合条件は、素子温度を0.1℃以下の精度で制御
しなければ満足されないので、このタイプの光波長変換
素子も実用化されるには至っていない。
On the other hand, in the above-mentioned three-dimensional optical waveguide type optical wavelength conversion element, only an example in which a difference frequency is generated by using LiNbO 3 for the substrate has been confirmed, but the phase matching condition in this case is
Let the effective refractive indices of the first and second fundamental waves of the optical waveguide be ▲ n ω1 eff ▼ and ▲ n ω2 eff ▼, and the effective refractive indices of the difference frequency be ▲ n ω3 eff ▼, respectively. Is. In this type of optical wavelength conversion element, unlike the above-mentioned bulk crystal type, the power density of the fundamental wave to be incident can be increased, so a 1 cm long element is used, and several percent at 100 mW input is used. It has also been theoretically shown that the wavelength conversion efficiency can be realized. However, the above-mentioned phase matching condition is not satisfied unless the element temperature is controlled with an accuracy of 0.1 ° C. or less, so that this type of optical wavelength conversion element has not been put to practical use.

また所望する波長の変換波(差周波)を得るためには、
光導波路の屈折率を制御する必要があるが、LiNbO3を基
板としたこのタイプの素子においては、屈折率は拡散
法、プロトン交換等によって制御するしかなく、したが
って光導波路設計の自由度が低いという問題もある。
To obtain the converted wave (difference frequency) of the desired wavelength,
It is necessary to control the refractive index of the optical waveguide, but in this type of device using LiNbO 3 as the substrate, the refractive index can only be controlled by diffusion method, proton exchange, etc., and therefore the flexibility of optical waveguide design is low. There is also a problem.

さらに、以上述べた3次元光導波路タイプの光波長変換
素子は、差周波のみを取り出した例しか無く、またバル
ク結晶タイプの光波長変換素子にあっても、2種の基本
波の各第2高調波を同時に取り出したり、これら第2高
調波の一方あるいは双方と和周波および差周波の一方あ
るいは双方を同時に取り出せるような光波長変換素子は
未だ全く提供されていない。
Further, the three-dimensional optical waveguide type optical wavelength conversion element described above is only an example in which only the difference frequency is extracted, and even in the bulk crystal type optical wavelength conversion element, each of the two types of the fundamental waves of the two types is used. No optical wavelength conversion element has yet been provided that can simultaneously extract harmonics or simultaneously extract one or both of these second harmonics and one or both of sum and difference frequencies.

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであ
り、設計の自由度が高くて、高強度の和周波あるいは差
周波、さらにはそれらの双方を同時に取り出すことがで
きる光波長変換素子を提供することを目的とするもので
ある。また本発明は、上述のような和周波および/また
は差周波と、基本波の一方あるいは双方の第2高調波と
を同時に取り出すことができる光波長変換素子、さらに
は2種の基本波の各第2高調波を同時に取り出すことが
できる光波長変換素子を提供することも目的とするもの
である。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an optical wavelength conversion element that has a high degree of freedom in design and is capable of extracting a high-intensity sum frequency or difference frequency, or both of them simultaneously. It is intended to be provided. The present invention also provides an optical wavelength conversion element capable of simultaneously extracting the sum frequency and / or the difference frequency as described above and one or both second harmonics of the fundamental wave, and further, two types of fundamental waves. It is also an object of the present invention to provide an optical wavelength conversion device that can simultaneously extract the second harmonic.

(課題を解決するための手段及び作用) 本発明による光波長変換素子は、非線形光学材料からな
るコアをそれよりも低屈折率のアモルファス材料からな
るクラッド内に充てんさせたファイバー型の光波長変換
素子であり、さらに詳しくは、クラッドにおける波長変
換波の放射モードとコアにおける基本波の導波モードに
よって作られる非線形分極波との間で位相整合を取り、
コアに入射された相異なる波長の第1および第2の基本
波を波長変換してクラッド中に放射させるいわゆるチェ
レンコフ放射タイプの光波長変換素子である。
(Means and Actions for Solving the Problem) An optical wavelength conversion element according to the present invention is a fiber-type optical wavelength conversion device in which a core made of a nonlinear optical material is filled in a clad made of an amorphous material having a lower refractive index than that of the core. The element, more specifically, the phase matching between the radiation mode of the wavelength conversion wave in the cladding and the nonlinear polarization wave created by the guided mode of the fundamental wave in the core,
It is a so-called Cerenkov radiation type optical wavelength conversion element that wavelength-converts the first and second fundamental waves having different wavelengths incident on the core and radiates the fundamental waves.

上記構成においては、波長変換波として和周波、差周
波、和周波および差周波、第1および第2の基本波の各
第2高調波、和周波と差周波の一方あるいは双方に加え
て一方の基本波の第2高調波、さらには和周波と差周波
の一方あるいは双方に加えて第1および第2の基本波の
各第2高調波を発生させ、それらの波長変換波と基本波
との位相整合を上述のようにして取ることができる。
In the above configuration, as the wavelength-converted wave, the sum frequency, the difference frequency, the sum frequency and the difference frequency, the second harmonics of the first and second fundamental waves, the sum frequency and the difference frequency, or both of them are added. In addition to the second harmonic of the fundamental wave, and also one or both of the sum frequency and the difference frequency, each second harmonic of the first and second fundamental waves is generated, and the wavelength-converted wave and the fundamental wave Phase matching can be achieved as described above.

上述のようにして位相整合を取る場合の位相整合条件
は、和周波については、第1、第2の基本波の波長を各
々λ、λ、波長変換波の波長をλ、波長λの基
本波の角周波数をω、波長λの基本波の角周波数を
ωとし、クラッドの和周波に対する屈折率を▲n
ω1+ω2 clad▼、和周波のクラッドへの放射角度(位
相整合角)をθω1+ω2、第1、第2の基本波に対す
るコアの実効屈折率を各々▲nω1 eff▼、▲nω2 eff
▼とすると、 であり、差周波については、クラッドの差周波に対する
屈折率を▲nω1−ω2 clad▼、差周波のクラッドへの
放射角度(位相整合角)をθω1−ω2とすると、 である。
The phase matching conditions when phase matching is performed as described above are as follows: for the sum frequency, the wavelengths of the first and second fundamental waves are λ 1 and λ 2 , respectively, and the wavelengths of the wavelength conversion waves are λ 3 and λ. 1 the angular frequency of the first fundamental wave omega, the angular frequency of the fundamental wave of wavelength lambda 2 and omega 2, the refractive index with respect to the sum frequency of the cladding ▲ n
ω1 + ω2 clad ▼, the radiation angle (phase matching angle) of the sum frequency to the cladding is θ ω1 + ω2 , and the effective refractive indices of the cores for the first and second fundamental waves are ▲ n ω1 eff ▼ and ▲ n ω2 eff, respectively.
Regarding the difference frequency, if the refractive index of the cladding with respect to the difference frequency is ▲ nω1-ω2 clad ▼, and the radiation angle (phase matching angle) of the difference frequency to the cladding is θω1-ω2 , Is.

一方、第1の基本波の第2高調波についての位相整合条
件は、クラッドのこの第2高調波に対する屈折率を▲n
2ω1 clad▼、第2高調波のクラッドへの放射角度(位
相整合角)をθ2ω1とすると、 であり、また第2の基本波の第2高調波についての位相
整合条件は、クラッドのこの第2高調波に対する屈折率
を▲n2ω2 clad▼、第2高調波のクラッドへの放射角
度(位相整合角)をθ2ω2とすると、 である。
On the other hand, the phase matching condition for the second harmonic of the first fundamental wave is that the refractive index of the cladding for this second harmonic is ▲ n.
2ω1 clad ▼, and the radiation angle (phase matching angle) of the second harmonic to the clad is θ 2ω1 , The phase matching condition for the second harmonic of the second fundamental wave is that the refractive index of the cladding with respect to this second harmonic is ▲ n 2ω2 clad ▼, and the radiation angle of the second harmonic to the cladding (phase If the matching angle is θ 2 ω2 , Is.

クラッドに放射する波長変換波の放射モードは連続スペ
クトラムを有するので、換言すれば、放射角度は任意の
値を取りうるので、クラッドの屈折率▲nω1+ω2
clad▼、▲nω1−ω2 clad▼、▲n2ω1 clad▼、▲
2ω2 clad▼と、実効屈折率▲nω1 eff▼、▲n
ω2 eff▼について大きな自由度の下に上記(1)〜
(4)の各条件を同時に満足させることもできる。つま
り位相整合角を一般的にθとすれば、 cosθ<1 であるから、条件(1)については、 でありさえすれば位相整合が取れ、また条件(2)につ
いては、 でありさえすれば位相整合が取れ、また条件(3)につ
いては、▲n2ω1 clad▼>▲nω1 eff▼ でありさえすれば位相整合が取れ、また条件(4)につ
いては、▲n2ω2 clad▼>▲nω2 eff▼ でありさえすれば、位相整合が取れることになる。
Since the radiation mode of the wavelength-converted wave radiated to the clad has a continuous spectrum, in other words, the radiation angle can take any value, the refractive index of the clad ▲ nω1 + ω2
clad ▼, ▲ n ω1-ω2 clad ▼, ▲ n 2 ω1 clad ▼, ▲
n 2 ω 2 clad ▼ and effective refractive index ▲ n ω 1 eff ▼, ▲ n
With respect to ω 2 eff ▼, the above (1)-
It is also possible to satisfy each condition of (4) at the same time. That is, if the phase matching angle is generally θ, cos θ <1. Therefore, with respect to the condition (1), Phase matching can be achieved as long as If the condition (3) is satisfied, the phase matching is achieved , and if the condition (3) is ▲ n 2ω1 clad ▼> ▲ n ω1 eff ▼, the phase matching is achieved , and the condition (4) is ▲ n 2ω2. If clad ▼> ▲ n ω2 eff ▼, phase matching can be achieved.

また上記(1)〜(4)式のうちの複数を同時に満たす
屈折率▲nω1+ω2 clad▼、▲nω1−ω2 clad▼、
▲n2ω1 clad▼、▲n2ω2 clad▼と、実効屈折率▲
ω1 eff▼、▲nω2 eff▼が設定できれば、複数の波
長変換波を同時に取り出せることになるが、本発明の光
波長変換素子においては、クラッドにアモルファス材料
を用いているので、そのようなことも可能となる。つま
りこのクラッドを例えばガラスから形成する場合、その
屈折率は1.4〜1.9(波長587.6nmのナトリウムd線に対
する値)と広範囲に亘り、また屈折率の波長分散もν
=20〜85と広範囲に亘るので、上記(1)〜(4)の位
相整合条件を複数満足しうるクラッドを形成することが
可能となるのである。また実効屈折率▲nω1 eff▼、
▲nω2 eff▼は、クラッドの屈折率と基本波波長等が
決まればコア径次第で一義的に決まってしまうが、上述
のようにクラッドの屈折率および屈折率の波長分散の選
択の自由度が大きいため、このコア径を精密に制御する
ことなくかつ任意に変えても、所望の実効屈折率を得る
ことができる。
Further, a refractive index ▲ n ω1 + ω2 clad ▼, ▲ nω1-ω2 clad ▼, which simultaneously satisfies a plurality of formulas (1) to (4),
▲ n 2ω1 clad ▼, ▲ n 2ω2 clad ▼, and effective refractive index ▲
If n ω1 eff ▼ and ▲ n ω2 eff ▼ can be set, a plurality of wavelength conversion waves can be taken out at the same time. However, in the optical wavelength conversion element of the present invention, since an amorphous material is used for the cladding, It is also possible. That is, when this clad is made of, for example, glass, its refractive index is in a wide range of 1.4 to 1.9 (value for sodium d line having a wavelength of 587.6 nm), and the wavelength dispersion of the refractive index is ν d.
= 20 to 85 over a wide range, it is possible to form a clad that can satisfy a plurality of the phase matching conditions (1) to (4). Also, the effective refractive index ▲ n ω1 eff ▼,
n ω2 eff ▼ is the refractive index of the cladding and the fundamental wavelength and the like will be univocally determined depending on the core diameter if Kimare, freedom of refractive index and choice of wavelength dispersion of the refractive index of the cladding, as described above Is large, the desired effective refractive index can be obtained without controlling the core diameter precisely and arbitrarily changing it.

また高い波長変換効率を実現するためには、第1の基本
波もまた第2の基本波もシングルモードで導波させるこ
とが必要となるが、このことも、上述のようにクラッド
にアモルファス材料を用いることによって実現可能とな
る。すなわちこのアモルファス材料の屈折率の波長分散
は上述のように広範囲の値をとるから、第5図に示すよ
うに、コアの材料と同じような波長分散をとるクラッド
材料を選択することも可能となる。こうすれば、第1の
基本波の波長λに対するコアとクラッドとの屈折率差
Δnと、第2の基本波の波長λに対するコアとクラ
ッドとの屈折率差Δnとを略等しくすることができ
る。したがって第6図に示すモード分散曲線から分かる
ように、波長λの光もまた波長λの光もシングルモ
ードで導波させることができるコア径が容易に設定可能
となる。なお第6図中、ncoreはコアの屈折率である。
Further, in order to realize high wavelength conversion efficiency, it is necessary to guide both the first fundamental wave and the second fundamental wave in a single mode, which is also caused by the amorphous material in the cladding as described above. Can be realized by using. That is, since the wavelength dispersion of the refractive index of this amorphous material has a wide range of values as described above, it is also possible to select a clad material having the same wavelength dispersion as the core material, as shown in FIG. Become. In this way, substantially equal to the refractive index difference [Delta] n 1 of the core and the cladding with respect to the wavelength lambda 1 of the first fundamental wave, and a refractive index difference [Delta] n 1 of the core and the cladding with respect to the wavelength lambda 2 of the second fundamental wave can do. Therefore, as can be seen from the mode dispersion curve shown in FIG. 6, it is possible to easily set the core diameter capable of guiding both the light having the wavelength λ 1 and the light having the wavelength λ 2 in the single mode. In FIG. 6, n core is the refractive index of the core.

また上記のようにクラッドの屈折率の選択の自由度が高
いので、各波長λ、λに対するモードフィールド径
の設定の自由度も高くなる。したがって、このモールド
フィールド径が極端に小さくならないようにして、素子
への光入力を容易化することもできる。
Further, since the degree of freedom in selecting the refractive index of the cladding is high as described above, the degree of freedom in setting the mode field diameter for each wavelength λ 1 and λ 2 is also high. Therefore, it is possible to facilitate the light input to the device by preventing the mold field diameter from becoming extremely small.

(実施例) 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.

第1図は本発明の一実施例による光波長変換素子を示す
ものである。この光波長変換素子10は、コア11がそれよ
りも低屈折率のクラッド12内に充てんされてなる光ファ
イバーであり、波長1300nmの第1の基本波と波長800nm
の第2の基本波を入射させて、赤、緑、青の3色の波長
変換波を得るように構成されている。コア11は下記の分
子式 で示される非線形光学材料(3.5−ジメチル−1−(4
−ニトロフェニル)ピラゾール:以下PRAと称する)の
単結晶から形成され、またこのコアを構成するPRAの結
晶配向方向は、そのc軸が略コアの長軸方向に延びる向
きに設定されている。なお第2図に、このPRAのバルク
結晶構造を示す。このPRAの結晶は斜方晶系をなし、点
群はmm2である。したがって非線形光学定数のテンソル
は、 となる。ここでd31は、第2図に示すように結晶軸a、
b、cに対して定まる光学軸X、Y、Zを考えたとき、
X方向に直線偏光した光(以下、X偏光という。Y、Z
についても同様。)を基本波として入射させてZ偏光の
波長変換枚を取り出す場合の非線形光学定数であり、同
様にd32はY偏光の基本波を入射させてZ偏光の波長変
換波を取り出す場合の非線形光学定数、d33はZ偏光の
基本波を入射させてZ偏光の波長変換波を取り出す場合
の非線形光学定数、d24はYとZ偏光の基本波を入射さ
せてY偏光の波長変換波を取り出す場合の非線形光学定
数、d15はXとZ偏光の基本波を入射させてX偏光の波
長変換波を取り出す場合の非線形光学定数である。各非
線形光学定数の大きさを下表に示す。
FIG. 1 shows an optical wavelength conversion device according to an embodiment of the present invention. The optical wavelength conversion element 10 is an optical fiber in which a core 11 is filled in a clad 12 having a lower refractive index than that, and a first fundamental wave having a wavelength of 1300 nm and a wavelength of 800 nm are included.
The second fundamental wave is input to obtain wavelength-converted waves of three colors of red, green, and blue. Core 11 has the following molecular formula The nonlinear optical material (3.5-dimethyl-1- (4
-Nitrophenyl) pyrazole: hereinafter referred to as PRA), and the crystal orientation direction of PRA constituting this core is set such that its c-axis extends substantially in the long axis direction of the core. The bulk crystal structure of this PRA is shown in FIG. The crystals of PRA are orthorhombic and the point cloud is mm2. So the tensor of the nonlinear optical constant is Becomes Here, d 31 is the crystal axis a, as shown in FIG.
Considering the optical axes X, Y, and Z defined for b and c,
Light linearly polarized in the X direction (hereinafter referred to as X polarized light. Y, Z
Is also the same. ) Is a non-linear optical constant when a Z-polarized wavelength conversion sheet is taken out by inputting as a fundamental wave, and similarly, d 32 is a non-linear optical constant when a Y-polarized fundamental wave is entered and a Z-polarized wavelength converted wave is taken out. A constant, d 33 is a non-linear optical constant when the Z-polarized fundamental wave is incident to take out the Z-polarized wavelength converted wave, and d 24 is the Y and Z-polarized fundamental wave is incident to take out the Y-polarized wavelength converted wave. In this case, d 15 is a nonlinear optical constant when the fundamental waves of X and Z polarization are made incident and the wavelength conversion wave of X polarization is extracted. The size of each nonlinear optical constant is shown in the table below.

なお上の表においてはX線結晶構造解析による値、
はMakerFrige法による実測値(ともに波長1.064μmの
基本波に対する値)であり、単位は双方とも[x10-9es
u]である。
In the above table, the values obtained by X-ray crystal structure analysis,
Is the value measured by the Maker Frige method (both values for the fundamental wave with a wavelength of 1.064 μm), and the unit is [x10 -9 es
u].

クラッド12はSG8ガラスから形成され、その外径は約5mm
とされている。一方コア11の直径は、1μmとされてい
る。
The clad 12 is made of SG8 glass and its outer diameter is about 5 mm
It is said that. On the other hand, the diameter of the core 11 is 1 μm.

ここで、上記光波長変換素子10の作成方法について説明
する。まずクラッド12となる中空のガラスファイバー1
2′が用意される。このガラスファイバー12′は上記のS
F8ガラスからなり、外径が5mm程度で、中空部の径が1
μmのものである。そして第3図に示すように、炉内等
においてPRAを融液状態に保ち、この融液11′内にガラ
スファイバー12′の一端部を浸入させる。すると毛細管
現象により、融液状態のPRAがガラスファイバー12′の
中空部内に進入する。なお該融液11′の温度は、PRAの
分解を防止するため、その融点(102℃)よりも僅かに
高い温度とする。その後ガラスファイバー12′を急冷さ
せると、中空部に進入していたPRAが多結晶化する。
Here, a method for producing the light wavelength conversion element 10 will be described. First, a hollow glass fiber 1 that becomes the clad 12.
2'is prepared. This glass fiber 12 'is S
Made of F8 glass with an outer diameter of about 5 mm and a hollow diameter of 1
μm. Then, as shown in FIG. 3, the PRA is kept in a molten state in a furnace or the like, and one end portion of the glass fiber 12 'is immersed in the melt 11'. Then, due to the capillary phenomenon, the melted PRA enters into the hollow portion of the glass fiber 12 '. The temperature of the melt 11 'is slightly higher than its melting point (102 ° C) in order to prevent the decomposition of PRA. Then, when the glass fiber 12 'is rapidly cooled, the PRA that has entered the hollow portion is polycrystallized.

次いでこの光ファイバー12′を、PRAの融点より高い温
度(例えば102.5℃)に保たれた炉内から、該融点より
低い温度に保たれた炉外に徐々に引き出すことにより、
溶融状態のPRAを炉外への引出し部分から単結晶化させ
る。それにより、50mm以上もの長い範囲に亘って単結晶
状態となり、結晶方位も一定に揃ったコア11が形成さ
れ、光波長変換素子10を十分に長くすることができる。
周知のようにこの種の光波長変換素子の波長変換効率は
素子の長さに比例するので、光波長変換素子は長いほど
実用的価値が高くなる。
Next, by gradually pulling out the optical fiber 12 'from the inside of the furnace maintained at a temperature higher than the melting point of PRA (for example, 102.5 ° C) to the outside of the furnace maintained at a temperature lower than the melting point,
The melted PRA is single-crystallized from the part drawn out of the furnace. As a result, the core 11 is formed in a single crystal state over a long range of 50 mm or more, and the crystal orientation is also uniform, and the light wavelength conversion element 10 can be made sufficiently long.
As is well known, the wavelength conversion efficiency of this type of optical wavelength conversion element is proportional to the length of the element, so the longer the optical wavelength conversion element, the higher the practical value.

上述のようにしてPRAをガラスファイバー12′内に単結
晶状態で充てんさせると、その結晶配向状態は第4図図
示のように、c軸(光学軸はX軸)がコア軸方向に延び
る状態となる。
When the PRA is filled in the glass fiber 12 'in a single crystal state as described above, the crystal orientation state is such that the c-axis (optical axis is the X-axis) extends in the core axis direction as shown in FIG. Becomes

なお上記のようにしてPRAを単結晶化させるためには、
例えば本願出願人による特願昭61−075078号明細書に示
されるようなブリッジマン炉を用いる方法が利用可能で
ある。またガラスファイバー12′の引出し速度は、例え
ば5mm/h程度とするとよい。
In order to single crystallize PRA as described above,
For example, a method using a Bridgman furnace as shown in Japanese Patent Application No. 61-075078 by the applicant of the present application can be used. Further, the drawing speed of the glass fiber 12 'may be, for example, about 5 mm / h.

以上述べたようにしてコア11が充てんされた後、ガラス
ファイバー12′の両端をファイバーカッターで切断し
て、長さ10mmの光波長変換素子10を形成した。
After the core 11 was filled as described above, both ends of the glass fiber 12 'were cut with a fiber cutter to form a light wavelength conversion element 10 having a length of 10 mm.

この光波長変換素子10は、第1図図示のようにして使用
される。第1の半導体レーザー20から発せられた波長λ
=1300nmのレーザービーム(第1の基本波)21は、コ
リメートレンズ22によって平行ビーム化された上でビー
ムスプリッタ25に通され、また第2の半導体レーザー30
から発せられた波長λ=800nmのレーザービーム(第
2の基本波)31も、コリメートレンズ32によって平行ビ
ーム化された上で上記ビームスプリッタ25に通され、こ
うして第1および第2の基本波21、31が1本のビームに
合波される。なお基本波21、31は、ダイクロイックミラ
ー等を用いて合波させることもできる。合波された両基
本波21、31は、集光32ンズ26によって小さなビームスポ
ットに絞られ、コア11の端面11aに照射される。それに
より、両基本波21、31がコア11内に入射する。なお一例
として、第1の半導体レーザー20には光通信用の出力10
0mWのものを用い、第2の半導体レーザー30にはオプテ
ィカル・ディスク用の出力80mWのものを用いた。
The light wavelength conversion element 10 is used as shown in FIG. Wavelength λ emitted from the first semiconductor laser 20
A laser beam (first fundamental wave) 21 of 1 = 1300 nm is collimated by a collimating lens 22 and then passed through a beam splitter 25, and a second semiconductor laser 30
The laser beam (second fundamental wave) 31 having a wavelength λ 2 = 800 nm emitted from the laser beam is also collimated by the collimator lens 32 and then passed through the beam splitter 25. Thus, the first and second fundamental waves are emitted. 21 and 31 are combined into one beam. The fundamental waves 21 and 31 can be combined by using a dichroic mirror or the like. The combined fundamental waves 21 and 31 are focused into a small beam spot by the condenser 32 and are radiated to the end surface 11a of the core 11. As a result, both fundamental waves 21 and 31 enter the core 11. As an example, the first semiconductor laser 20 has an output 10 for optical communication.
A laser having an output of 80 mW for an optical disc was used as the second semiconductor laser 30.

上述のようにしてコア11に入射した第1、第2の基本波
21、31は、このコア11を構成する非線形光学材料である
PRAにより、各々の第2高調波21′、31′および和周波4
1に変換される。ここで第1の半導体レーザー20は、第
1の基本波21の直線偏光の向きがY軸方向となるように
配置されており、一方第2の半導体レーザー30は、第2
の基本波31の直線偏光の向きがZ軸方向となるように配
置されている。したがって第1の基本波21は、非線形光
学定数d32の下に波長λ/2=650nmの赤色の第2高調波
21′に変換され、一方、第2の基本波31は、非線形光学
定数d33の下に波長λ/2=400nmの青色の第2高調波3
1′に変換される。また基本波21、31は、非線形光学定
数d24の下に波長λ=495nm(1/λ=1/λ+1/
λ)の緑色の和周波41に変換される。すなわち、Y偏
光の第1の基本波21の電界の強さを▲Eω1 ▼とし、
Z偏光の第2の基本波31の電界の強さを▲Eω2 ▼と
すると、Z偏光の第2高調波31′の分極▲P
2ω1 ▼、Z偏光の第2高調波31′の分極▲P2ω2
▼、Y偏光の和周波41の分極▲Pω1+ω2 ▼はそ
れぞれ、 となる。
First and second fundamental waves incident on the core 11 as described above
Reference numerals 21 and 31 are non-linear optical materials forming the core 11.
PRA allows each second harmonic 21 ', 31' and sum frequency 4
Converted to 1. Here, the first semiconductor laser 20 is arranged so that the direction of the linearly polarized light of the first fundamental wave 21 is the Y-axis direction, while the second semiconductor laser 30 is the second
Are arranged so that the direction of the linearly polarized light of the fundamental wave 31 is in the Z-axis direction. The first fundamental wave 21 therefore, the second harmonic of the red wavelength lambda 1/2 = 650 nm under the nonlinear optical constant d 32
Is converted to 21 ', while the second fundamental wave 31, the second harmonic 3 of a blue wavelength lambda 2/2 = 400 nm under the nonlinear optical constant d 33
Converted to 1 '. Further, the fundamental waves 21 and 31 have a wavelength λ 3 = 495 nm (1 / λ 3 = 1 / λ 1 +1/1) under the nonlinear optical constant d 24.
λ 2 ) is converted to the green sum frequency 41. That is, the electric field strength of the first fundamental wave 21 of Y-polarized light is set to ▲ E ω1 Y ▼,
Assuming that the electric field strength of the Z-polarized second fundamental wave 31 is ▲ E ω2 Z ▼, the polarization of the Z-polarized second harmonic wave 31 '▲ P
2ω1 Z ▼, polarization of the Z-polarized second harmonic wave 31 ′ ▲ P 2ω2
The polarization ▲ P ω1 + ω2 Y ▼ of the sum frequency 41 of Z ▼ and Y polarization is respectively Becomes

次に、上述の各変換波と、それらに変換される前の基本
波との位相整合について述べる。まず、コア11を構成す
るPRAの第1の基本波21(λ=1300nm:Y偏光)に対す
る屈折率▲nω1 ▼、第2の基本波31(λ=800nm:
Z偏光)に対する屈折率▲nω2 ▼、そしてクラッド1
2を構成するSF8ガラスの第2高調波21′に対する屈折率
▲n2ω1 clad▼、第2高調波31′に対する屈折率▲n
2ω2 clad▼、和周波41に対する屈折率▲nω1+ω2
clad▼は、以下の通りである。
Next, the phase matching between the above-mentioned converted waves and the fundamental wave before being converted into them will be described. First, the first fundamental wave 21 of PRA constituting the core 11: refractive index for (lambda 1 = 1300 nm Y polarization) ▲ n ω1 Y ▼, the second fundamental wave 31 (lambda 2 = 800 nm:
Refractive index with respect to the Z-polarization) ▲ n ω2 Z ▼, and the clad 1
Refractive index ▲ n 2ω1 clad ▼ for the second harmonic wave 21 'of SF8 glass constituting 2 and refractive index ▲ n for the second harmonic wave 31'
2ω2 clad ▼, refractive index for sum frequency 41 ▲ nω1 + ω2
The clad ▼ is as follows.

また前述のようにコア径を1μm、クラッド径を約5mm
としたときの、第1の基本波21、第2の基本波31に対す
るコア11の実効屈折率▲nω1 eff▼、▲nω2 eff▼は
ともに1.68である。
As mentioned above, the core diameter is 1 μm and the clad diameter is about 5 mm.
Then, the effective refractive indices ▲ n ω1 eff ▼ and ▲ n ω2 eff ▼ of the core 11 with respect to the first fundamental wave 21 and the second fundamental wave 31 are both 1.68.

以上の条件の下では、 前述の(1)式はθω1+ω2=約10° (3)式はθ2ω1=約3° (4)式はθ2ω2=約14° のとき成立する。先に述べたように、波長変換波のクラ
ッドへの放射モードは連続スペクトラムを有するので、
上記のような放射角度θω1+ω2、θ2ω1、θ
2ω2はすべて実現され、よって(1)、(3)、
(4)の位相整合条件がすべて満足される。
Under the above conditions, the above equation (1) holds when θ ω1 + ω2 = about 10 °, the equation (3) holds θ 2ω1 = about 3 °, and the equation (4) holds when θ 2ω2 = about 14 °. As mentioned above, since the radiation mode of the wavelength converted wave to the cladding has a continuous spectrum,
The radiation angles θ ω1 + ω2 , θ 2ω1 , θ as described above
2ω2 are all realized, so (1), (3),
All the phase matching conditions of (4) are satisfied.

以上より、第1の基本波21の第2高調波である波長650n
mの赤色の光ビーム21′、第1の基本波21と第2の基本
波31の和周波である波長495nmの緑色の光ビーム41、お
よび第2の基本波31の第2高調波である波長400nmの青
色の光ビーム31′がそれぞれ高強度の状態で素子端面10
bから取り出されうる。これら3色の光ビーム21′、3
1′および41は、混合状態で素子端面10bから出射する
が、フィルターに通す等により、各々単色のビームに分
離されうる。なお特に、第1の基本波と第2の基本波と
してそれぞれ波長1300nm、900nmの光を用いることによ
り、それぞれの第2高調波および和周波として650nm、4
50nm、532nmの赤、青、緑の3原色の波長変換波を得る
こともできる。
From the above, the wavelength of 650n which is the second harmonic of the first fundamental wave 21
a red light beam 21 ′ of m, a green light beam 41 of wavelength 495 nm which is the sum frequency of the first fundamental wave 21 and the second fundamental wave 31, and a second harmonic of the second fundamental wave 31. When the blue light beam 31 'with a wavelength of 400 nm is high in intensity, the device end face 10
can be retrieved from b. These three color light beams 21 ', 3
Although 1'and 41 are emitted from the element end face 10b in a mixed state, they can be separated into monochromatic beams by passing through a filter or the like. In particular, by using light with wavelengths of 1300 nm and 900 nm as the first fundamental wave and the second fundamental wave, respectively, 650 nm and 4
It is also possible to obtain wavelength conversion waves of the three primary colors of red, blue and green of 50 nm and 532 nm.

なお上記の実施例においては、波長1300nmの第1の基本
波21もまた波長800nmの第2の基本波31もシングルモー
ドで導波する。また第1の基本波21、第2の基本波31の
モードフィールド径はそれぞれ2μm、3μmと、各波
長に比べて十分大きな値となっている。前述の集光レン
ズ26で基本波21、31をこの程度まで絞ることは簡単であ
り、したがって基本波21、31の素子10への入力は容易に
なされうる。
In the above embodiment, both the first fundamental wave 21 having a wavelength of 1300 nm and the second fundamental wave 31 having a wavelength of 800 nm are guided in a single mode. The mode field diameters of the first fundamental wave 21 and the second fundamental wave 31 are 2 μm and 3 μm, respectively, which are sufficiently larger than the respective wavelengths. It is easy to reduce the fundamental waves 21 and 31 to this extent by the condenser lens 26 described above, and therefore the fundamental waves 21 and 31 can be easily input to the element 10.

以上述べた実施例においては、相異なる波長の2種の基
本波の各第2高調波と、和周波との計3種の波長変換波
を同時に得るようにしているが、前述した通り本発明の
光波長変換素子においては、クラッドを、屈折率および
屈折率の波長分散の選択性が極めて広いアモルファス材
料から形成するようにしたので、任意の非線形定数(例
えば前述のd32、d33、d31等)を使うこともでき、前記
(1)〜(4)の位相整合条件が容易に満たされるよう
になる。したがって、これら(1)〜(4)の位相整合
条件の中のある1つ、あるいは複数を選択的に満足させ
ることも容易であり、それにより、所望する波長変換波
を随時に得ることが可能となる。以下に、各場合の基本
波波長、クラッド材料、クラッド屈折率、コアの実効屈
折率、コア径等の例を示す。
In the embodiment described above, a total of three types of wavelength-converted waves, that is, the second harmonics of two types of fundamental waves having different wavelengths and the sum frequency are obtained at the same time. In the optical wavelength conversion element of, since the clad is made of an amorphous material having a very wide selectivity of the refractive index and the wavelength dispersion of the refractive index, an arbitrary nonlinear constant (for example, d 32 , d 33 , d 31 etc.) can be used, and the phase matching conditions (1) to (4) can be easily satisfied. Therefore, it is easy to selectively satisfy one or more of these phase matching conditions (1) to (4), and thereby a desired wavelength-converted wave can be obtained at any time. Becomes Examples of the fundamental wavelength, the cladding material, the cladding refractive index, the effective refractive index of the core, the core diameter, etc. in each case are shown below.

位相整合条件(3)と(4)を満足させて2種の第2高
調波を取り出す場合。
When two types of second harmonics are extracted while satisfying the phase matching conditions (3) and (4).

基本波波長はλ=1300nm、λ=800nmとする。クラ
ッドにはSF15ガラスを用いてクラッド径は2mmとし、コ
アには前述のPRAを用いてコア径は1.0μmとする。PRA
の非線形定数はd32のみを用い、その屈折率は である。上記の両基本波をY偏光で入力すると、Z偏光
で同時に2種の第2高周波を取り出せる。
The fundamental wavelength is λ 1 = 1300 nm and λ 2 = 800 nm. SF15 glass is used for the clad, and the clad diameter is set to 2 mm, and the above-mentioned PRA is used for the core, and the core diameter is set to 1.0 μm. PRA
The non-linear constant of is only d 32 , and its refractive index is Is. When both fundamental waves are input as Y-polarized light, two types of second high frequencies can be simultaneously extracted with Z-polarized light.

位相整合条件(1)と(3)あるいは(1)と(4)を
満足させて和周波と1つの第2高調波を取り出す場合。
When the phase matching conditions (1) and (3) or (1) and (4) are satisfied and the sum frequency and one second harmonic are taken out.

基本波波長はλ=1300nm、λ=800nmとする。クラ
ッドにはSF5ガラスを用いてクラッド径は5mmとし、コア
には前述のPRAを用いてコア径は1.1μmとする。PRAの
非線形定数は、波長λの基本波を第2高調波に変換す
るためにはd33を用い、和周波発生用にはd24を用いる。
PRAの屈折率は である。波長λの基本波はY偏光で、一方波長λ
基本波はZ偏光で入力すると、上記第2高調波をZ偏光
で、また和周波をY偏光で取り出すことができる。この
場合、λ=1300nmの基本波のパワーを極力大きくする
一方、λ=800nmの基本波のパワーを極力小さくする
ことにより、第2高調波のパワーを小さくして、和周波
のみを強く取り出すこともできる。
The fundamental wavelength is λ 1 = 1300 nm and λ 2 = 800 nm. SF5 glass is used for the clad, and the clad diameter is set to 5 mm, and the above-mentioned PRA is used for the core, and the core diameter is set to 1.1 μm. As the nonlinear constant of PRA, d 33 is used to convert the fundamental wave of wavelength λ 2 into the second harmonic, and d 24 is used to generate the sum frequency.
The refractive index of PRA is Is. When the fundamental wave of wavelength λ 1 is Y-polarized and the fundamental wave of wavelength λ 2 is Z-polarized, the second harmonic can be extracted as Z-polarized light and the sum frequency can be extracted as Y-polarized light. In this case, the power of the fundamental wave of λ 1 = 1300 nm is maximized, while the power of the fundamental wave of λ 2 = 800 nm is minimized to reduce the power of the second harmonic and increase the sum frequency only. You can also take it out.

位相整合条件(1)と(2)と(3)あるいは(1)と
(2)と(4)を満足させて和周波、差周波と1つの第
2高調波を取り出す場合。
In the case of extracting the sum frequency, the difference frequency and one second harmonic by satisfying the phase matching conditions (1), (2) and (3) or (1), (2) and (4).

基本波波長はλ=1300nm、λ=800nmとする。クラ
ッドにはSF8ガラスを用いてクラッド径は5mmとし、コア
には前述のPRAを用いてコア径は1.4μmとする。PRAの
非線形定数は、波長λの基本波を第2高調波に変換す
るためにはd33のみを用い、和差周波発生用にはd24を用
いる。PRAの屈折率は である。波長λの基本波はY偏光で、一方波長λ
基本波はZ偏光で入力すると、両第2高調波をZ偏光
で、また和差周波をY偏光でとりだすことができる。こ
の場合、和周波の波長は495nm、差周波の波長は2080nm
である。
The fundamental wavelength is λ 1 = 1300 nm and λ 2 = 800 nm. SF8 glass is used for the clad, and the clad diameter is set to 5 mm, and the above-mentioned PRA is used for the core, and the core diameter is set to 1.4 μm. As the non-linear constant of the PRA, only d 33 is used to convert the fundamental wave of wavelength λ 2 into the second harmonic, and d 24 is used to generate the sum difference frequency. The refractive index of PRA is Is. When the fundamental wave of wavelength λ 1 is Y-polarized and the fundamental wave of wavelength λ 2 is Z-polarized, both second harmonics can be extracted as Z-polarized light and the sum difference frequency can be extracted as Y-polarized light. In this case, the sum frequency wavelength is 495 nm and the difference frequency wavelength is 2080 nm.
Is.

位相整合条件(1)と(2)と(3)と(4)を満足さ
せて和周波、差周波と2種の第2高調波を取り出す場
合。
When the phase matching conditions (1), (2), (3), and (4) are satisfied and a sum frequency, a difference frequency, and two types of second harmonics are extracted.

基本波波長はλ=1300nm、λ=800nmとする。クラ
ッドにはSF8ガラスを用いてクラッド径は5mmとし、コア
には前述のPRAを用いてコア径は1.8μmとする。PRAの
非線形定数は、波長λの基本波を第2高調波に変換す
るためにはd32を用い、波長λの基本波を第2高調波
に変換するためにはd33を用い、和差周波発生用にはd24
を用いる。PRAの屈折率は である。波長λの基本波はY偏光で、一方波長λ
基本波はZ偏光で入力すると、両第2高調波をZ偏光
で、また和差周波をY偏光でとりだすことができる。な
おこの場合、波長λの基本波の導波モードは、1次モ
ードとなる。
The fundamental wavelength is λ 1 = 1300 nm and λ 2 = 800 nm. SF8 glass is used for the clad, and the clad diameter is set to 5 mm, and the above-mentioned PRA is used for the core, and the core diameter is set to 1.8 μm. The non-linear constant of PRA uses d 32 to convert the fundamental wave of wavelength λ 1 to the second harmonic, and d 33 to convert the fundamental wave of wavelength λ 2 to the second harmonic, D 24 for sum and difference frequency generation
To use. The refractive index of PRA is Is. When the fundamental wave of wavelength λ 1 is Y-polarized and the fundamental wave of wavelength λ 2 is Z-polarized, both second harmonics can be extracted as Z-polarized light and the sum difference frequency can be extracted as Y-polarized light. In this case, the guided mode of the fundamental wave having the wavelength λ 1 is the primary mode.

なお、本発明においてコアを形成する非線形光学材料と
しては、非線形光学定数が大きい有機非線形光学材料を
用いるのが好ましく、そのような材料としては前述した
PRAの他に、例えば下記の分子式 で示される非線形光学材料(3,5−ジメチル−1(4−
ニトロフェニル)−1,2,4−トリアゾール)が好適に用
いられうる。
In the present invention, it is preferable to use an organic non-linear optical material having a large non-linear optical constant as the non-linear optical material forming the core.
In addition to PRA, for example, the following molecular formula The nonlinear optical material (3,5-dimethyl-1 (4-
Nitrophenyl) -1,2,4-triazole) can be preferably used.

(発明の効果) 以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換素子は、波
長変換波のクラッドへの放射モードが連続スペクトラム
を有するようになるチェレンコフ放射タイプのものとし
て形成した上で、クラッドを、屈折率および屈折率の波
長分散の選択の自由度が極めて高いアモルファス材料か
ら形成したことにより、相異なる波長の2種の基本波を
共にシングルモードで導波させることができ、そして波
長変換波と基本波との位相整合条件が容易に満たされる
ものとなる。したがって本発明の光波長変換素子によれ
ば、2種の基本波の和周波あるいは差周波、和周波と差
周波、あるいは2種の第2高調波、さらには第2高調波
と和周波、第2高調波と差周波等を随時に取り出すこと
ができる。
(Effect of the invention) As described in detail above, the optical wavelength conversion element of the present invention is formed as a Cherenkov radiation type in which the radiation mode of the wavelength-converted wave to the clad has a continuous spectrum, and then the clad is formed. , The refractive index and the wavelength dispersion of the refractive index are made of an amorphous material having a high degree of freedom in selection, so that two types of fundamental waves having different wavelengths can be guided in a single mode, and a wavelength conversion wave can be obtained. The phase matching condition between the fundamental wave and the fundamental wave is easily satisfied. Therefore, according to the optical wavelength conversion element of the present invention, the sum frequency or the difference frequency of the two types of fundamental waves, the sum frequency and the difference frequency, or the two types of the second harmonics, and further the second harmonic and the sum frequency, The second harmonic and the difference frequency can be extracted at any time.

また本発明の光波長変換素子はファイバー型のものであ
るため、入射させる2種の基本波のパワー密度を上げ、
そして相互作用長を十分に長くとることも可能であるの
で、高い波長変換効率を実現できるものとなる。
Further, since the optical wavelength conversion element of the present invention is of fiber type, the power density of the two types of fundamental waves to be incident is increased,
Since the interaction length can be made sufficiently long, a high wavelength conversion efficiency can be realized.

さらに本発明の光波長変換素子は、上記のように屈折率
および屈折率の波長分散の選択の自由度が極めて高いア
モルファス材料でクラッドを形成するようにしたので、
モードフィールド径の設定の自由度が高くなり、したが
ってこのモードフィールド径を大きく設定して基本波の
入力を容易化できるという効果も奏する。
Further, in the optical wavelength conversion element of the present invention, since the clad is made of an amorphous material having a very high degree of freedom in selecting the refractive index and the wavelength dispersion of the refractive index as described above,
The degree of freedom in setting the mode field diameter is increased, so that the mode field diameter can be set large to facilitate the input of the fundamental wave.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す概略図、 第2図は上記実施例のコア材料のバルク結晶構造を示す
概略図、 第3図は上記実施例の光波長変換素子を作成する方法を
説明する説明図、 第4図は上記実施例の光波長変換素子におけるコアの結
晶配向を示す概略図、 第5図は本発明に係るコアとクラッドの屈折率波長分散
の関係を示すグラフ、 第6図は本発明に係る光ファイバーのモード分散を示す
グラフである。 10…光波長変換素子、10b…素子端面 11…コア、11a…コア端面 12…クラッド、20…第1の半導体レーザー 21…第1の基本波 21′…第1の基本波の第2高調波 30…第2の半導体レーザー、31…第2の基本波 31′…第2の基本波の第2高調波、41…和周波
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing a bulk crystal structure of the core material of the above embodiment, and FIG. 3 is a method for producing the light wavelength conversion element of the above embodiment. FIG. 4 is a schematic view showing the crystal orientation of the core in the optical wavelength conversion element of the above embodiment, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the refractive index wavelength dispersion of the core and the clad according to the present invention, FIG. 6 is a graph showing the mode dispersion of the optical fiber according to the present invention. 10 ... Optical wavelength conversion element, 10b ... Element end face 11 ... Core, 11a ... Core end face 12 ... Clad, 20 ... First semiconductor laser 21 ... First fundamental wave 21 '... Second harmonic of first fundamental wave 30 ... Second semiconductor laser, 31 ... Second fundamental wave 31 '... Second harmonic of second fundamental wave, 41 ... Sum frequency

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非線形光学材料のコアがそれよりも低屈折
率のアモルファス材料のクラッド内に充てんされてなる
ファイバーであって、コアに入射された相異なる波長の
第1および第2の基本波をそれらの和周波に変換してク
ラッド中に放射させ、その際クラッドにおける和周波の
放射モードとコアにおける第1および第2の基本波の導
波モードによって作られる、コア内の非線形分極波との
間で位相整合を取るように構成された光波長変換素子。
1. A fiber in which a core of a nonlinear optical material is filled in a cladding of an amorphous material having a lower refractive index than that, and a first and second fundamental waves having different wavelengths are incident on the core. Are converted to their sum frequency and radiated into the cladding, whereupon a nonlinear polarization wave in the core is created by the sum frequency radiation mode in the cladding and the guided modes of the first and second fundamental waves in the core. An optical wavelength conversion element configured to achieve phase matching between the optical wavelength conversion elements.
【請求項2】非線形光学材料のコアがそれよりも低屈折
率のアモルファス材料のクラッド内に充てんされてなる
ファイバーであって、コアに入射された相異なる波長の
第1および第2の基本波をそれらの差周波に変換してク
ラッド中に放射させ、その際クラッドにおける差周波の
放射モードとコアにおける第1および第2の基本波の導
波モードによって作られる、コア内の非線形分極波との
間で位相整合を取るように構成された光波長変換素子。
2. A fiber having a core of a non-linear optical material filled in a cladding of an amorphous material having a lower refractive index than the core, wherein the first and second fundamental waves having different wavelengths are incident on the core. Are converted into their difference frequency and radiated into the cladding, whereupon the nonlinear polarization wave in the core is created by the radiation mode of the difference frequency in the cladding and the guided modes of the first and second fundamental waves in the core. An optical wavelength conversion element configured to achieve phase matching between the optical wavelength conversion elements.
【請求項3】非線形光学材料のコアがそれよりも低屈折
率のアモルファス材料のクラッド内に充てんされてなる
ファイバーであって、コアに入射された相異なる波長の
第1および第2の基本波をそれらの和周波および差周波
に変換してクラッド中に放射させ、その際クラッドにお
ける和周波および差周波の放射モードとコアにおける第
1および第2の基本波の導波モードによって作られる、
コア内の非線形分極波との間で位相整合を取るように構
成された光波長変換素子。
3. A fiber in which a core of a nonlinear optical material is filled in a clad of an amorphous material having a lower refractive index than that, and the first and second fundamental waves having different wavelengths are incident on the core. Are converted into their sum and difference frequencies and radiated into the cladding, where the sum and difference radiation modes in the cladding and the guided modes of the first and second fundamental waves in the core create
An optical wavelength conversion device configured to achieve phase matching with a nonlinear polarization wave in a core.
【請求項4】非線形光学材料のコアがそれよりも低屈折
率のアモルファス材料のクラッド内に充てんされてなる
ファイバーであって、コアに入射された相異なる波長の
第1および第2の基本波を各々の第2高調波に変換して
クラッド中に放射させ、その際クラッドにおける第2高
調波の放射モードとコアにおける基本波の導波モードと
の間で位相整合を取るように構成された光波長変換素
子。
4. A fiber in which a core of a nonlinear optical material is filled in a cladding of an amorphous material having a lower refractive index than the core, and the first and second fundamental waves having different wavelengths are incident on the core. Are converted into their respective second harmonics to be radiated into the clad, and at that time, phase matching is performed between the radiating mode of the second harmonic in the clad and the guided mode of the fundamental wave in the core. Optical wavelength conversion element.
【請求項5】前記和周波および/または差周波に加え
て、前記第1および第2の基本波の一方をその第2高調
波に変換してクラッド中に放射させ、その際クラッドに
おける第2高調波の放射モードとコアにおける基本波の
導波モードとの間で位相整合を取るように構成されたこ
とを特徴とする請求項1、2または3記載の光波長変換
素子。
5. In addition to the sum frequency and / or the difference frequency, one of the first and second fundamental waves is converted into its second harmonic and radiated into the cladding, the second harmonic in the cladding being then radiated. 4. The optical wavelength conversion element according to claim 1, wherein the optical wavelength conversion element is configured to have a phase matching between a radiation mode of a harmonic wave and a guided mode of a fundamental wave in the core.
【請求項6】前記和周波および/または差周波に加え
て、前記第1の基本波と第2の基本波をそれぞれの第2
高調波に変換してクラッド中に放射させ、その際クラッ
ドにおける第2高調波の放射モードとコアにおける基本
波の導波モードとの間で位相整合を取るように構成され
たことを特徴とする請求項1、2または3記載の光波長
変換素子。
6. In addition to the sum frequency and / or the difference frequency, the first fundamental wave and the second fundamental wave are respectively added to the second frequency wave.
It is characterized in that it is configured so as to be converted into a higher harmonic wave and radiated into the cladding, and at that time, a phase matching is performed between the radiation mode of the second higher harmonic wave in the cladding and the guided mode of the fundamental wave in the core. The optical wavelength conversion element according to claim 1, 2 or 3.
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