(57)【要約】装置は１以上の光結合器と、光媒体と、光励起源とを含んでいる。光媒体は周波数範囲にわたって負の屈折率をもつ材料として挙動する。１以上の光結合器は、光媒体に第１及び第２の光入力を供給し、光媒体から光出力を供給するように構成されている。光励起源は、光媒体に励起光を送るために１以上の光結合器の１つによって結合される。
2009537862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数範囲にわたって負の屈折率をもつ材料として挙動する光媒体、
前記光媒体に第１及び第２の光入力を供給し、前記光媒体から光出力を供給するように構成された１以上の光結合器、及び
前記光媒体に励起光を送るために前記１以上の光結合器の１つによって結合された光励起源
からなる装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、さらに、
光導波路であって前記光媒体が該光導波路内に位置する、光導波路を備え、
前記光導波路が、前記１以上の光結合器を介して入力光と前記励起光とを同時に受光することに応答して、前記入力光の一部を波長変換するように構成された装置。
【請求項３】
請求項２の装置において、前記媒体が、前記入力、励起及び波長変換光の運動量間の完全な位相整合を実施するプロセスによって受光された前記入力光の一部を波長変換する装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、前記媒体が、ある周波数引数のセットについて負である３次非線形電気感受率を有する装置。
【請求項５】
請求項４の装置において、前記第１の光励起源とは異なる周波数で前記光媒体の励起光を送るために、前記１以上の光結合器の１つによって結合された第２の光励起源を備えた装置。
【請求項６】
請求項５の装置において、前記光媒体が、ある周波数引数のセットについて負である３次非線形電気感受率を有する装置。
【請求項７】
方法であって、
搬送波周波数で、光ファイバ伝送路の複数の光ファイバ・スパンにわたって光データ信号のストリームを伝送するステップ、
前記光媒体を光励起しつつ、前記伝送された光データ信号を光媒体に送信するステップであって、前記光媒体がある周波数引数のセットについて負である３次非線形電気感受率を有し、前記光媒体が波長範囲にわたって負の屈折率を有するステップ
からなる方法。
【請求項８】
請求項７の方法において、
前記送信するステップが、伝送された各光データ信号から修正された光データ信号を生成し、前記修正された光信号が前記伝送された光データ信号とは異なる搬送波周波数を有する方法。
【請求項９】
方法であって、
予め選択された周波数で、ある波長範囲で負の屈折率を有する光媒体に光を伝送するステップ、
前記伝送された光の一部を前記光媒体内で波長変換するために、前記伝送するステップを実行しつつ前記光媒体を励起光により励起するステップ
からなる方法。
【請求項１０】
請求項９の方法において、前記波長変換が、前記伝送された光、前記励起光及び前記光媒体内で波長変換された前記光の運動量間の完全な位相整合関係を保持することによって実行される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学コンポーネント及び光データ通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
この項目では、本発明の理解を容易にするために有用な態様を提示する。従って、この項目の記載はそれにかんがみて読まれるべきであり、どれが先行技術であり、どれが先行技術ではないかについての認定として理解されるべきではない。
【０００３】
非線形光効果は光データ通信の分野での利点と望ましくない効果の双方の原因である。その利点に関しては、非線形光効果は、例えば光データ・ストリームの波長変換を可能にする。ある種の波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークでは、利用できる帯域幅をより効率的に活用するために波長変換を使用できる。その望ましくない効果に関しては、非線形光効果は光データ信号を歪ませることがある。長距離光伝送路では、このような望ましくない光データ信号の歪みが光伝送路の最大範囲を制限することがある。
【０００４】
最近、光ファイバ通信波長で屈折率が負である人工的光媒体のための構造が提案されてきた。この構造は約１．３マイクロメートル（μｍ）から約１．６μｍの間の波長で負の屈折率を有する光媒体を提供できる。この人工的光媒体から、有用な屈折及び／又は回折特性を有する光デバイスを製造する可能性がある。
【０００５】
本明細書では、ある波長範囲で負の屈折率を有する媒体をメタマテリアルと言う。
【非特許文献１】Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｍ．Ｓｈａｌａｅｖらの「Ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．２４（２００５）、３３５６〜３３５８ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、ある種のメタマテリアルは有利に活用できる非線形光学特性を有することを認識した。様々な実施形態で、光を有利に処理するためにメタマテリアルの非線形光学特性が活用される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様では、装置は光媒体、１以上の光結合器、及び光励起源を含んでいる。光媒体は周波数範囲にわたって負の屈折率をもつ材料として挙動する。１以上の光結合器は、光媒体に第１及び第２の光入力を供給し、光媒体から光出力を供給するように構成されている。光励起源は、光媒体に励起光を送るために１以上の光結合器の１つによって結合される。
【０００８】
第２の態様では、方法は、搬送波周波数で、光ファイバ伝送路の複数の光ファイバ・スパンにわたって光データ信号のストリームを伝送するステップと、光媒体を光励起しつつ、伝送された光データ信号を光媒体に送信するステップとを含んでいる。光媒体はある周波数引数のセットについて負である３次非線形電気感受率を有している。光媒体は波長範囲にわたって負の屈折率を有している。
【０００９】
第３の態様では、方法は、予め選択された周波数で、光媒体に光を伝送するステップと、伝送された光の一部を光媒体内で波長変換するために、伝送するステップを実行しつつ光媒体を励起するステップとを含んでいる。光媒体はある周波範囲で負の屈折率を有している。
【００１０】
図及び本文中、同一の参照符号は同様の機能を有する要素を示す。
【００１１】
図中、ある機構の相対寸法は、図示する１以上の構造をより明解に示すために誇張されることがある。
【００１２】
本発明書において、図面及び例示的実施形態の詳細な説明により、様々な実施形態をより詳しく記載する。しかし、本発明を様々な形態で実施してもよく、例示的実施形態の図面及び詳細な説明に記載の実施形態に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
１．光波長変換
メタマテリアルの非線形光学特性の活用に関して、ある実施形態はメタマテリアルを使用して光波長コンバータを提供する。光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄの様々な幾何的形態が図１Ａ〜１Ｄに示されている。光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄはそれらの光変換媒体１２における入力光、励起光及び／又は波長変換された光の相対方向が異なっている。
【００１４】
図１Ａ〜１Ｄを参照すると、光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄは光変換媒体又は導波路１２と、光励起源１４と、１以上の通常の光導波路１６と、２×１又は３×１の光結合器１８と、任意選択の光フィルタ２０とを含んでいる。
【００１５】
光変換媒体又は導波路１２は、波長変換される光、励起光、及び波長変換光のうちの１以上の周波数での光用のメタマテリアルである。光変換媒体又は導波路１２は、波長変換される光を受光するための光入力（ＯＩ）と、波長変換された光を送信するための光出力（ＯＯ）とを有している。光変換媒体又は導波路１２は光導波路内にあってよく、例えば平面光導波路の幾何的形態の、例えばこのような光変換導波路の光コア及び／又は光クラッドでよい。あるいは、光変換媒体又は導波路１２は単に、励起光、及びポート内で波長変換される光のコリメートされたビームを入力するための１以上のポートを有し、波長変換された光のビームをそこから出力するためのポートを有する光媒体であってもよい。様々な光ビームはこのような光媒体内で共線的又は非共線的に伝搬する。
【００１６】
光波長コンバータ１０Ａ及び１０Ｄは、光変換媒体１２又は光変換導波路１２の両端部、又はその近傍に光入力と光出力とを有している。光波長コンバータ１０Ａでは、入力光、励起光、及び波長変換される光は光変換媒体１２又は光変換導波路１２内で同時伝搬される。光波長コンバータ１０Ｄでは、入力と波長変換光とが光変換媒体１２又は光変換導波路１２内を同時伝搬し、励起光は光変換媒体１２又は光変換導波路１２内で入力光及び励起光に対して対向伝搬する。
【００１７】
光波長コンバータ１０Ｂ及び１０Ｃは、光変換媒体１２又は光変換導波路１２の同じ端部、又はその近傍に光入力と光出力を有している。光波長コンバータ１０Ｂでは、入力光と励起光とが光変換媒体１２又は光変換導波路１２内を同時伝搬し、波長変換光は光変換媒体１２又は光変換導波路１２内で入力光及び励起光に対して対向伝搬する。光波長コンバータ１０Ｃでは、入力光と波長変換光とが光変換媒体１２又は光変換導波路１２内を同時伝搬し、入力光は光変換媒体１２又は光変換導波路１２内で波長変換光及び励起光に対して対向伝搬する。
【００１８】
光励起源１４は、光変換媒体１２又は光変換導波路１２内で非線形光学工程を介して受光された入力光を波長変換させる励起光を生成する。例示的な光励起源１４は、赤外光又は可視光の波長範囲にわたって同調可能なレーザを含んでいてもよい。
【００１９】
波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｂでは、２×１及び３×１光結合器１８は、波長変換される光用の光入力として機能する１つの光ポートと、励起光用の光入力として機能する別の光ポートとを有している。シリカガラス光ファイバ及び／又は平面光導波路などの光導波路１６は励起光を２×１又は３×１光結合器１８に送る。２×１、３×１光結合器１８はさらに、受光入力光及び励起光を第３の光ポートに送る。第３の光ポートは光変換媒体１２又は光変換導波路１２の光入力に接続している。例示的な２×１及び３×１光コネクタ１８は、当業者にはよく知られている方法で平面集積デバイス又は光ファイバ・デバイスとして製造されてもよい。
【００２０】
波長コンバータ１０Ａでは、通常の光導波路１６は、その光出力が光フィルタ２０に接続し、その光入力が光変換媒体１２又は光変換導波路１２の光出力から光を受光する光結合器として機能する。この場合は、光フィルタ２０は励起波長及び／又は入力波長で光を著しく減衰し、変換された波長で光を伝送するので、光波長コンバータ１０Ａは実質的に、変換された波長の光のみを出力する。この実施形態では、当業者にはよく知られている方法によって例示的な２×１光コネクタ１８を平面集積デバイス又は光ファイバ・デバイスとして製造してもよい。
【００２１】
波長コンバータ１０Ｂでは、光変換媒体１２又は光変換導波路１２は波長変換光を３×１光結合器１８に伝送する。次いで、波長変換光の一部が第４のポート１９、すなわち３×１光結合器１８の光出力で出力される。この実施形態では、当業者にはよく知られている方法によって例示的な３×１光コネクタ１８を平面集積デバイス又は光ファイバ・デバイスとして製造してもよい。
【００２２】
波長コンバータ１０Ｃでは、２×１光結合器１８は、波長変換用の入力光を受光する第１の光ポートと、受光された入力光の一部又は全部を第２の光ポートに接続された光変換媒体１２又は光変換導波路１２に伝送する第２の光入力とを有している。２×１光結合器１８の第２の光ポートはさらに、光変換媒体１２又は光変換導波路１２からの波長変換光１２及び励起光を受光し、前記受光光の一部又は全部を光フィルタ２０に接続された通常の光導波路１６に出力する。この場合は、光フィルタ２０は励起波長で光を著しく減衰し、実質的に、変換された波長のみで光を伝送するので、光波長コンバータ１０Ｃは実質的に、変換された波長の光のみを出力する。光導波路１６はシリカガラス光ファイバ及び／又はシリカガラス、平面光導波路であってよい。この実施形態では、当業者にはよく知られている方法によって、例示的な２×１光コネクタ１８を平面集積デバイス、光ファイバ・デバイス、又は光サーキュレータとして製造してもよい。
【００２３】
波長コンバータ１０Ｄでは、２×１光結合器１８は、光変換媒体１２又は光変換導波路１２から入力光と波長変換光とを受光し、前記受光光の全部又は一部を第２の光ポートに出力する第１の光ポートを有している。第２の光ポートは通常の光導波路１６を介して光フィルタ２０に接続されている。この場合は、光フィルタ２０は入力波長で光を著しく減衰し、変換された波長で光を伝送するので、光波長コンバータ１０Ｄは実質的に、変換された波長の光のみを出力する。２×１光結合器はさらに、シリカガラス、平面又はファイバ光導波路１６を介して励起源１４からの光を受光し、受光光の全部又は一部を光変換媒体又は光変換導波路１２に入力する第３の光ポートを含んでいる。この実施形態では、当業者にはよく知られている方法によって、例示的な２×１光結合器１８を平面集積デバイス、光ファイバ・デバイス、又は光サーキュレータとして製造してもよい。
【００２４】
任意選択の光フィルタ２０を含む実施形態では、光フィルタ２０は励起波長及び／又は入力波長の光を著しく減衰するので、波長コンバータ１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄは変換された波長のみでほとんどの光を出力する。例示的な光フィルタ２０はバンドパス、ロウパス、又はハイパス光フィルタを含んでいてもよく、その構造は当業者には容易に理解されよう。
【００２５】
光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄでは、光変換媒体１２又は光変換導波路１２は、３つの光子を含む非線形光学工程を介して波長変換を行う。特に、波長変換は、通常の運動量及びエネルギー保存の関係式を実質的に満たす工程から生ずる。
ｋ３＝ｋ１＋ｋ２  及びω３（ｋ３）＝ω１（ｋ１）＋ω２（ｋ２）    （１）
ここで、ｋ１、ｋ２及びｋ３は、光変換媒体１２又は光変換導波路１２内の入力光、励起光、及び波長変換光のそれぞれの運動量である。さらに、ω１（ｋ１）、ω２（ｋ２）及びω３（ｋ３）は光変換媒体又は導波路１２内の入力光、励起光、及び波長変換光のそれぞれの周波数である。（１）の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式は、完全な位相整合、すなわち光変換媒体又は導波路１２内の入力光、励起光、及び波長変換光の運動量の位相整合をもたらす。
【００２６】
多くの光媒体では、光の運動量は周波数に厳密に比例しない。そのため、このような光媒体では（１）の双方の保存関係式が同時に満たされることはあり得ない。（１）の通常の運動量保存の関係式が満たされ得ない場合でも入力光、励起光、及び波長変換光の運動量に関する擬似位相整合関係によって、波長変換を利用可能である。擬似位相整合を利用した波長変換の場合は、光媒体は内部の光の伝搬方向に沿って規則的に変調される。
【００２７】
これに対して、光変換媒体又は導波路１２は典型的には、相互作用する光の波長が伝搬方向に沿ってほぼ均一な媒体であるため、光変換媒体又は導波路１２では（１）の運動量及びエネルギーの完全な、又は通常の関係式が満たされる。光変換媒体又は導波路１２内での波長変換工程は典型的には、（１）の変換式を部分的に裏付けることができる。何故ならば、光変換媒体１２は入力周波数、励起周波数及び波長変換周波数の１つ又は複数での、すなわち周波数ω１（ｋ１）、ω２（ｋ２）及びω３（ｋ３）の１つ又は複数でのメタマテリアルであるからである。さらに、周波数ω１（ｋ１）、ω２（ｋ２）及びω３（ｋ３）は、光変換媒体又は導波路１２が、適当な場合は以下に記載するように（１）の通常の変換式への解を可能にするように選択される。
【００２８】
波長コンバータ１０Ａ及び１０Ｂでは、光変換媒体１２の又は光変換導波路１２の光媒体は、入力光、励起光及び波長変換光の運動量ｋ１、ｋ２及びｋ３の異なる相対方向について（１）の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たすように選択される。様々な実施形態で、ｋ１、ｋ２及びｋ３は光変換媒体１２又は光変換導波路１２内で共線的又は非共線的である。
【００２９】
図２は光波長コンバータ、例えば図１Ａ〜１Ｄの光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄを較正する方法３０を示す。具体的には、方法３０は、光変換媒体、例えば光変換媒体又は導波路１２が、（１）の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たしつつ、波長変換光をそのために共線的又は非共線的に生成可能である１以上の入力周波数と励起周波数の対を決定する。
【００３０】
方法３０は、適宜の周波数範囲にわたる光変換媒体の電気／磁気応答、例えば図１Ａ〜１Ｄの光変換媒体又は導波路１２の応答を測定するステップ（ステップ３２）を含んでいる。光変換媒体は、その内部で伝搬する光の方向に沿って均一である。適宜の周波数範囲には、誘電率ε（ω）、及び透磁率μ（ω）の共振周波数が含まれる。例えば、これらの応答を測定するステップには、誘電率ε（ω）、及び透磁率μ（ω）のそれぞれの共振周波数ωｏ及びΩ、及び実際の特性周波数ωａ及びωｂを測定することが含まれてもよい。共振周波数に近い誘電率ε（ω）、及び透磁率μ（ω）は近似的に以下のように記載することができる。
【００３１】
【数１】
2009537862.tif 000003
光媒体のこれらの共振周波数及び特性周波数を測定する技術は当業者にはよく知られている。
【００３２】
方法３０は、光変換媒体の測定された電気／磁気応答から均一な光変換媒体の屈折率ｎ（ω）を判定するステップ（ステップ３３）を含んでいる。具体的には、判定ステップ３３は適宜の周波数範囲にわたる屈折率ｎ（ω）を評価する。このような周波数範囲は、光変換媒体が負の屈折率をもつ光媒体、すなわちメタマテリアルとして挙動する第１の部分範囲と、光変換媒体が以下に記載するように正の屈折率をもつ光媒体として挙動する第２の部分範囲とを含んでいる。屈折率が負である部分範囲では、ε（ω）及びμ（ω）は同時に負である。屈折率が正である部分範囲では、ε（ω）及びμ（ω）は同時に正である。両方の部分範囲で、誘電率ε（ω）、及び透磁率μ（ω）は（２）の関係式で近似的に表すことができる。次いで、両方の部分範囲で、媒体の屈折率ｎ（ω）を関係式、
【００３３】
【数２】
2009537862.tif 000004
から評価することができる。別の周波数範囲では、光変換媒体の屈折率ｎ（ω）は例えば虚数であることがあるので、前記周波数範囲の光は光変換媒体内に吸収される。
【００３４】
方法３０は、通常の運動量及びエネルギー保存の関係式、例えば（１）の関係式を解いて、光変換媒体内で共線的又は非共線的に波長変換をもたらすことができる筈の入力周波数及び励起周波数の１対又は複数対を発見するステップを含んでいる（ステップ３４）。解くステップは、ステップ３３で判定された屈折率ｎ（ω）の形式に基づいている。屈折率ｎ（ω）が上記の方程式（３）を満たす媒体の場合は、（１）の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式は以下のようになる。
ω３（ｋ１＋ｋ２）＝ω１（ｋ１）＋ω２（ｋ２）  （４）
ただし、
【００３５】
【数３】
2009537862.tif 000005
ここで、「ｃ」光速であり、ωｊはω１、ω２、又はω３であり、ｋｊはｋ１、ｋ２又はｋ３である。解の中で、運動量ｋ１、ｋ２、ｋ３は共線又は非共線的運動量であり、各光波数「ｋｊ」は運動量ｋ１、ｋ２又はｋ３の方向に沿った関連する運動量ベクトルｋｊの振幅として定義される。測定されたωａ、ωｂ、ωｏ及びΩの値から、関係式（４）及び（５）は、光変換媒体内の入力光波数及び励起光波数の対、すなわち（ｋ１、ｋ２）の対、及び関連する入力及び励起周波数の対、すなわち（ω１、ω２）の対を発見するために図形的及び／又は数値的に容易に解くことができる。
【００３６】
ステップ３４で発見される入力及び励起周波数の１対又は複数対は、較正される光波長コンバータ、例えば図１Ａ〜１Ｄの光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄの光の動作周波数の対である。解の中で、共線的運動量ｋ１、ｋ２及びｋ３の相対方向が光波長コンバータの幾何的形態を決定する。この場合は、幾何的形態は光変換媒体、例えば図１Ａ〜１Ｄも光変換媒体又は導波路１２内の入力、光、励起光、及び波長変換光の相対方向によって決定される。
【００３７】
本発明者らは特性周波数及び共振周波数の例示的なセットについて関係式（４）及び（５）の通常のエネルギー及び運動量保存、すなわちωａ＞ωｂ＞ωｏ＞Ωである場合のωａ、ωｂ、ωｏ及びΩを数値的に解いた。例示的なセットの場合は、入力光、励起光及び波長変換光の光波数ｋ（ω）は、図３に示した分散関係の上部分岐、下部分岐又は負の分岐に沿って存在する。この分散関係で、上部と下部の分岐は正の屈折率の領域に対応し、負の分岐は負の屈折率の領域、すなわちメタマテリアルの分岐に対応している。
【００３８】
図４Ａ〜４Ｅは、光波長コンバータの様々な幾何的形態の、（４）及び（５）の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を解く周波数の対、すなわち（ω２、ω）の対をグラフで示している。様々な解は、ωａ＝１．０、ωｂ＝０．９、ωｏ＝０．４、及びΩ＝０．３である例示的な光変換媒体に対応する。
【００３９】
図４Ａは波長変換光、及び入力光と励起光の一方が図３の上部分岐にある解における入力及び励起周波の対をグラフで示している。入力光と励起光の他方は図３の負の、又はメタマテリアルの分岐にある。これらの解で、入力光と励起光とは同時伝搬し、波長変換光は、例えば図１Ｂの波長コンバータ１０Ｂの場合のように入力光及び励起光に対して対向伝搬する。
【００４０】
図４Ｂは入力光及び励起が図３の下部分岐にあり、波長変換光が図３の負の、又はメタマテリアルの分岐にある解をグラフで示している。これらの解で、入力光と励起光とは同時伝搬し、波長変換光は、例えば図１Ｂの波長コンバータ１０Ｂの場合のように入力光及び励起光に対して対向伝搬する。
【００４１】
図４Ｃは、入力光及び励起光が図３の負の分岐、すなわちメタマテリアルの分岐にあり、波長変換光が図３の上部分岐にある解をグラフで示している。これらの解では、入力光と励起光とは同時伝搬し、波長変換光は、例えば図１Ｂの波長コンバータ１０Ｂの場合のように入力光及び励起光に対して対向伝搬する。
【００４２】
図４Ｄは、入力光と励起光の一方が図３の下部分岐にあり、入力光と励起光の他方は図３の負の、又はメタマテリアルの分岐にあるｋ３（ｂ）及びｋ３（ｆ）の解をグラフで示している。波長変換光は図３の上部分岐にある。ｋ３（ｂ）及びｋ３（ｆ）の解では、入力光と励起光とは同時伝搬する。黒塗りのデータ円として示されているｋ３（ｂ）の解では、波長変換光は、例えば図１Ｂの波長コンバータ１０Ｂの場合のように、入力光及び励起光に対して対向伝搬する。白抜きのデータ円として示されているｋ３（ｆ）の解では、波長変換光は、例えば図１Ａの波長コンバータ１０Ａの場合のように、入力光及び励起光と同時伝搬する。
【００４３】
図４Ｅは、波長変換光、及び入力光と励起光の一方が図３の負の、又はメタマテリアルの分岐にあり、入力光と励起光の他方が図３の下部分岐にあるｋ３（ｂ）及びｋ３（ｆ）の解をグラフで示している。これらのｋ３（ｂ）及びｋ３（ｆ）の解では、入力光と励起光とは同時伝搬する。黒塗りのデータ円として示されているｋ３（ｂ）の解では、波長変換光は、例えば図１Ｂの波長コンバータ１０Ｂの場合のように、他の光に対して対向伝搬する。白抜きのデータ円として示されているｋ３（ｆ）の解では、波長変換光は、例えば図１Ａの波長コンバータ１０Ａの場合のように、他の光と同時伝搬する。
【００４４】
図５は、例えば図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄの光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄのうちのある実施形態の光変換媒体又は導波路１２などのほぼ均一な光変換媒体における選択された周波数の光の波長変換方法３５を示している。光変換媒体は、例えば図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄの光波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄの他の実施形態の光変換導波路１２の光コア及び／又は光クラッド内に配置されてもよい。
【００４５】
方法３５は、選択された周波数を有する入力光を光変換媒体、例えば光導波路の図１Ａ〜１Ｄの光変換媒体１２に伝送するステップ（ステップ３７）を含んでいる。光変換媒体は、図１Ａ〜１Ｄの光変換導波路１２の場合のように、例えば光導波路の光コア及び／又は光クラッドなどの光変換導波路内に配置されてもよい。
【００４６】
方法３５は、光変換媒体が受光された入力光の一部を波長変換するように、入力光を光変換媒体に伝送しつつ、光変換媒体を励起するステップ（ステップ３８）を含んでいる。ステップ３８で、光変換媒体内の入力光、励起光及び波長変換光の相互の通常のエネルギー及び運動量保存関係式を保持する非線形光学工程によって波長変換が実行される。この工程は、例えば光変換媒体内での３つの光波のミキシングを含んでいる。この工程はさらに、例えば光変換媒体内での入力光、励起光及び波長変換光の運動量の相互の完全な位相整合状態をも保持する。すなわち、入力光、励起光及び波長変換光の周波数及び運動量は、例えば（１）の関係式を満たし、又は入力光及び励起光の周波数及び運動量は、光変換媒体内で（４）及び（５）の関係式を満たす。非線形光学工程は、光媒体が入力光、励起光及び／又は出力された波長変換光の周波数でのメタマテリアルとして挙動するので、通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を部分的に保持する。
【００４７】
方法３５はさらに、伝送及び励起中に光変換媒体から受光した光を光学フィルタリングするステップ（ステップ３９）を含んでいてもよい。光学フィルタリングは、波長変換周波数にある光だけが実質的に出力されるように入力周波数及び／又は励起周波数にある光を除去するために実行される。
【００４８】
２．非線形光学効果による歪み補正
メタマテリアルの非線形光学特性の活用に関して、別のある実施形態は非線形光学効果に起因する光データ・ストリームの累積分散及び／又は累積歪みを部分的に補正することができる。これらの実施形態はさらに、光媒体が適宜の周波数範囲のメタマテリアルとして挙動することに依拠している。
【００４９】
図６Ａ及び６Ｂは、非線形光学効果に起因するデータ・ストリームの光信号の分散及び／又は光信号の歪みを部分的に補正することができるインライン装置４０Ａ及び４０Ｂを示している。分散及び歪みは、例えば光信号が光ファイバ伝送路内の一連のスパンを通過する際に累積することがある。
【００５０】
装置４０Ａ及び４０Ｂは光学補正媒体又は導波路４２と、第１の光励起源４４とを含み、第２の光励起源４６、３×１又は４×１光結合器４８、光フィルタ５０、１以上の光導波路５２、及び光波長コンバータ５４を含んでいてもよい。
【００５１】
３×１及び４×１光結合器４８は第１のポートで光信号の入力データ・ストリームを受信するように構成され、第２及び第３のポートで第１及び第２の光励起源４４、４６からの励起光を受光するように接続されている。３×１又は４×１光結合器４８は、第１、第２及び第３のポートで受光された光の全部又は一部を、光補正導波路４２に接続された第４のポートに送るように構成されている。例示的な３×１又は４×１光結合器４８を、当業者にはよく知られているマイクロエレクトロニクス及び集積光学構造技術により集積平面光デバイスとして、又は光ファイバ・デバイスとして構成してもよい。
【００５２】
装置４０Ｂの４×１光結合器４８は、第４のポートで、すなわち光補正媒体４２又は光補正導波路４２から受光した光を第５のポートに出力するようにも構成されている。第５のポートは光信号の部分的に分散及び／又は歪み補正されたデータ・ストリームを出力し、図示した光導波路５２を経て任意選択の光波長コンバータ５４に接続してもよい。
【００５３】
光補正媒体又は導波路４２はその光入力で光データ信号のデータ・ストリーム及び励起光を１以上の光結合器を介して受信し、その光出力で光データ信号の補正されたデータ・ストリームを光結合器を介して出力する。具体的には、光補正媒体４２又は光補正導波路４２は双方とも、受光された光信号の累積分散を調整し、非線形光学効果による受信した光データ信号の累積歪みを部分的に補正してもよい。このような調整及び補正のサイズは、非線形光補正媒体又は導波路４２内での励起光及び光データ信号光の強度によって、及び光補正媒体又は導波路４２内の光路の長さによって制御される。
【００５４】
第１及び第２の光励起源４４、４６は選択された周波数ω２及びω３で励起光を生成する。周波数ω２及びω３は、光補正媒体又は導波路４２が、搬送波周波数がω１である光データ・ストリームへの累積分散又は非線形効果を部分的に補正するように選択される。第１及び第２の光励起源４４、４６は例えば、可視光波長又は近赤外光波長で波長同調可能なレーザでよい。
【００５５】
装置４０Ａでは、任意選択の光フィルタ５０は第１及び第２の励起周波数にある光をフィルタで除去するように構成され、さらにω１≠ω４である場合は入力周波数にある光をもフィルタで除去してもよい。従って、光フィルタ５０は、補正されたデータ・ストリームの波長にある光補正媒体４２又は光補正導波路４２から出力される光だけを実質的に通過させる。光フィルタ５０は従来のバンドパス、ロウパス又はイパス・フィルタでよい。
【００５６】
任意選択の光波長コンバータ５４は光信号の補正されたデータ・ストリームの光を波長変換する。例えば、補正されたデータ・ストリームの光を、当初は装置４０Ａ及び４０Ｂによって受光されたデータ・ストリームの入力周波数ω１に再び波長変換するように光波長コンバータ５４を構成してもよい。光波長コンバータは図１Ａ〜１Ｄの波長コンバータ１０Ａ〜１０Ｄの１つを含んでいてもよく、又は従来の光波長コンバータを含んでいてもよい。例示的な従来の光波長コンバータには半導体光増幅器、周期分極反転ニオブ酸リチウム光導波路、又は偏光分極された化合物半導体の光導波路が含まれる。
【００５７】
装置４０Ａ〜４０Ｂでは、光補正媒体４２又は光補正導波路４２の非線形光媒体は、関連する周波数引数のセットについて負である３次非線形電気感受率χ（３）を有している。例えば、χ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）は非線形光媒体内で負であることがあり、ここでω１は入力光の周波数であり、ω２及びω３は励起光の周波数であり、ω４は補正された光データ・ストリームの光の周波数である。非線形光媒体も周波数ω１、ω２、ω３、及びω４の１つ又は複数でのメタマテリアルである。
【００５８】
非線形光媒体が対称中心的な格子対称性を有している場合は、共振周波数ω０に近い誘電率ε（ω）の３次非線形電気感受率χ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）を近似的に以下のように表すことができる。
χ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）＝Ｇ／［Ｄ（ω１）Ｄ（ω２）Ｄ（ω３）Ｄ（ω４）］、ここでＤ（ω）＝（ω０）２−（ω）２    （６）
上記で「Ｇ」はその値が非線形光媒体の非線形応答特性に依存する正の定数である。そこで、入力光の適宜な光波数及び周波数、すなわちｋ（ω１）及びω１、及び第１及び第２の励起光の適宜な光波数及び周波数、すなわちｋ２（ω２）、ｋ３（ω３）、ω２及びω３の場合、非線形光媒体は以下の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たす周波数ω４及び光波数ｋ４（ω４）の光を生成することができる。
ω４＝±ω１±ω２±ω３、及びｋ４（ω４）＝±ｋ１（ω１）±ｋ２（ω２）±ｋ３（ω３）    （７ａ）
ここで、当業者にはよく知られているように、「＋」符号と「−」符号の選択が光媒体内の様々な種類の光の相対伝搬方向を決定する。慣例によりω４は正とされる。この場合、各種の光の光波数は以下によって定義される。
【００５９】
【数４】
2009537862.tif 000006
ここで、ｊは１、２、３又は４である。留意すべきは、光補正媒体又は導波路４２の非線形光媒体では、通常のエネルギー及び運動量保存の関係式（７ａ）〜（７ｂ）の解は、χ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）が負である１以上の周波数セット｛ω４、ω１、ω２、ω３｝にとって存在することである。解はさらに、運動量ｋ４（ω４）、ｋ１（ω１）、ｋ２（ω２）及びｋ３（ω３）の相互の完全な整合関係を付与する。
【００６０】
例示として、通常のエネルギー及び運動量保存の関係式（７ａ）〜（７ｂ）は、その値がω０＝０．４ωａ、ωｂ＝０．９ωａ、Ω＝０、３ωａで定義される電気／磁気応答特性ω０、ωａ、ωｂ、及びΩについてχ（３）が負である例示的解を有している。この例示的な応答特性のセットについて、（７ａ）〜（７ｂ）の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式のこのような解の１つは、（ω１、ｋ１）＝（０．１０ωａ、０．８３ωａ）、（ω２、ｋ２）＝（０．１５ωａ、１．３７ωａ）、（ω３、ｋ３）＝（０．２０ωａ、２．２２ωａ）、（ω４、ｋ４）＝（０、４５ωａ、４．４２ωａ）によって与えられる。例示的な解の場合、このような非線形光媒体は入力周波数ω１、及び励起周波数、すなわちω２及びω３にある光用の通常の屈折媒体として挙動する筈であり、補正されたデータ・ストリームの光の周波数ω４でのメタマテリアルとして挙動する筈である。この例示的な解の場合、補正されたデータ・ストリームは、光補正媒体４２又は光補正導波路４２内に入力光及び励起光、すなわち図６Ｂの場合とは反対方向に伝搬する筈である。
【００６１】
周波数引数の別のセット、すなわち｛ω４、ω１、ω２、ω３｝の場合、別の非線形光媒体は負のχ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）を有し、この場合も前記周波数引数の１つにあるメタマテリアルであってもよい。その場合は、このような非線形光媒体も図６Ａ又は６Ｂの光補正媒体又は導波路４２に組み込まれると、補正されたデータ・ストリームを生成することができる。
【００６２】
図６Ａ又は６Ｂの装置４０Ａ、４０Ｂの代替実施形態も、第２の光励起源４６がない非線形光学効果による光データ信号に累積分散及び／又は累積歪みを補正できる。これらの代替実施形態は、例えばω２＝ω３である縮退４光波ミキシング工程を利用してもよい。そこで、励起周波数ω２にある単一の光励起源４４は、光補正媒体４２又は光補正導波路４２内の光データ信号の累積分散及び／又は累積歪みを補正する非線形光学工程の全ての励起光を生成する筈である。
【００６３】
図６Ａ及び６Ｂの装置４０Ａ及び４０Ｂの代替実施形態を、伝搬中の非線形光学効果に起因する光信号の累積分散及び／又は累積歪みを部分的に補正するために利用してもよい。代替実施形態は励起光源４４、４６と、光補正媒体又は導波路４２とを含み、任意選択として３×１又は４×１光結合器４８、光フィルタ５０、１以上の光導波路５２及び／又は光波長コンバータ５４を含んでもよい。代替実施形態では、光補正媒体又は導波路４２の非線形光媒体は非中心対称的な格子対称性を有している。代替実施形態では、非線形光媒体の光励起は、伝送中の非線形光学効果による累積分散及び／又は累積信号歪みが少なくとも部分的に補正された光データ信号の対応するストリームを入力光データ信号のストリームから生成してもよい。このような非線形光媒体の場合、共振周波数ω０に近い誘電率ε（ω）の３次非線形電気感受率χ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）を近似的に以下のように表すことができる。
【００６４】
【数５】
2009537862.tif 000007
上記で「Ｇ’」は定数、例えば正の定数である。Ｇ’の値は非線形光媒体の非線形応答特性に依存する。Ｄ（ω）は既に前述した形態を有している。光データ信号の適宜の搬送波周波数、すなわちω１、励起光源４４、４６の適宜の周波数、すなわちω２、ω３、及び励起光周波数の適宜の合計又は差分、又は入力周波数と１つの励起光周波数との適宜の合計又は差分、すなわち（ωｉ±ωｊ）、ここで、（ｉ、ｊ）は（１、２）、（２、３）、又は（１、３）である場合、このような非線形光媒体は通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を保持する工程を介して光を生成することができる。すなわち、光補正媒体は、以下の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を保持する４光波ミキシング工程によって光を生成することができる。
ω４＝±ω１±ω２±ω３、及びｋ４（ω４）＝±ｋ１（ω１）±ｋ２（ω２）±ｋ３（ω３）    （９）
ここで、各種の光の光波数は前記の関係式（７ｂ）によって定義され、「ｊ」は１、２、３又は４である。非中心対称的な格子構造を有する１以上の非線形光媒体では、通常のエネルギー及び運動量保存の関係式（９）の解は、χ（３）（ω４、ω１、ω２、ω３）が負であり、媒体がω４、ω１、ω２、及びω３の１つでのメタマテリアルとして挙動する１以上の周波数引数セット｛ω４、ω１、ω２、ω３｝にとっても存在することがある。その場合、このような非線形光媒体は図６Ａ又は６Ｂの装置４０Ａ、４０Ｂの光媒体４２用に、又は光補正導波路４２内で使用することができる。
【００６５】
非線形光学効果に起因する光データ信号の累積分散を部分的に補正し、かつ／又は該光データ信号の累積歪みを部分的に補正する代替の装置では、図６Ａ又は６Ｂの光媒体又は導波路４２は、その引数の２つが縮退である場合にχ（３）が負である非中心対称的な材料を有してもよい。その場合は、２つの励起周波数はχ（３）の縮退引数、すなわち例えばω２＝ω３と等しくてもよい。このような代替装置は、光励起源４４、４６が１つしかないこと以外は図６Ａ又は６Ｂに示した構成を有していてもよい。
【００６６】
様々な実施形態が、光データ信号の累積分散を部分的に補正し、かつ／又は光データ信号の累積歪みを部分的に補正する装置を含み、その際、累積分散又は累積歪みは光データ信号が光ファイバ伝送路の区間を経て伝送されることに起因する。
【００６７】
図７は光データ信号が光ファイバ通信システム６０を通って伝送される際に、非線形光学効果が光データ信号内に生成する歪みを有効に補正する光ファイバ通信システム６０の一部を示している。
【００６８】
光ファイバ通信システム６０は光伝送装置６２と、光受信装置６４と、光データ信号を光伝送装置６２と光受信装置６４との間で搬送する光ファイバ伝送路６６とを有している。光伝送装置６２、光受信装置６４、及び光ファイバ伝送路６６は、例えば約１．３μｍから約１．７μｍの標準的な電気通信範囲内で近赤外光又は可視光波長で光データ信号のデータ・ストリームを通信するように構成されてよい。
【００６９】
光ファイバ伝送路６６は一連の光ファイバ・スパンＳＰ１、ＳＰ２、．．．．、ＳＰｋ＋１、．．．．、ＳＰＮ、及び隣接する光ファイバ・スパンＳＰ１〜ＳＰＮを接続する全光モジュールＭ１、Ｍ２、．．．．、Ｍｋ、．．．．、ＭＮ−１を含んでいる。光ファイバ・スパンＳＰ１〜ＳＰＮは例えば、標準の単一モード、すなわち従来の電気通信波長にある単一モードの光ファイバのセグメントであってよい。インラインの全光モジュールＭ１〜ＭＮ−１は、例えばエルビウムをドープしたファイバ増幅器などの従来の光増幅器６８、及び／又は例えば分散長補正光ファイバなどの従来の光分散補正装置７０を含んでいてもよい。従って、インライン全光モジュールＭ１〜ＭＮ−１は、光ファイバ伝送路６６の光スパンＳＰ１〜ＳＰＮに沿って伝送された光データ信号の光出力レベルと累積分散の双方を管理してもよい。
【００７０】
インライン全光モジュールＭ１〜ＭＮ−１の１つ又は複数はさらに、光ファイバ伝送路６６内の非線形光学効果に起因する累積信号歪みを少なくとも部分的に補正する集中インライン・デバイス７２を含んでいる。例えば、集中インライン・デバイス７２は図６Ａ又は６Ｂの装置４０Ａ又は装置４０Ｂであってもよい。まさに、非線形光学効果に起因するこのような累積歪みの部分的補正によって、光ファイバ伝送路６６は、１以上のインライン・デバイス７２がない場合に可能である以上の伝送範囲を有することができる。
【００７１】
図８は多重スパン、光ファイバ、通信システム、例えば図７の光ファイバ通信システム６０を経た光データ信号のストリームを伝送する方法８０を示している。方法８０は光ファイバ伝送路、例えば図７の光ファイバ伝送路６６の一部を経た光データ信号を伝送中に、非線形光学効果が光データ信号にもたらす歪みの有効な補正を実行するステップを含んでいる。
【００７２】
方法８０は、光ファイバ伝送路の一連の光ファイバ・スパンを経て光データ信号のストリームを伝送するステップ（ステップ８２）を含んでいる。多重スパンは例えば、図７の光ファイバ伝送スパンＳＰ１〜ＳＰＮの連続的なサブセットである。
【００７３】
方法８０はさらに、光補正媒体を光励起しつつ、伝送された光データ信号を光補正媒体に送信するステップ（ステップ８４）を含んでいる。光励起が施される場合、光補正媒体を通って光データ信号を送信するステップは補正された光データ信号を生成する。すなわち、光補正媒体は対応する補正光データ信号を各入力光データ信号から生成する。光補正媒体は、例えば図６Ａ又は６Ｂの光補正媒体４２、又は光補正導波路４２であってよい。光補正媒体は、光データ信号の搬送波周波数、励起光の１つ、又は複数の周波数、及び補正された光データ信号の搬送波周波数に関連する周波数引数について負である３次非線形電気感受率を有していてもよい。光補正媒体は、例えば近赤外光又は可視光の波長範囲のようなある波長範囲内にあるメタマテリアルである。
【００７４】
送信ステップは典型的には、伝送された光データ信号とは異なる搬送波周波数を有する補正光データ信号のストリームを生成する。そのため、方法８０は任意選択で、補正された光データ信号を波長変換するステップ（ステップ８６）を含んでいてもよい。例えば、波長変換ステップは、当初伝送された光データ信号と同じ搬送波周波数にある補正された光データ信号の新たなストリームを生成してもよい。波長変換の後、補正された光データ信号は、光データ信号の歪みをもたらした同じ光ファイバ伝送路の残りの部分に伝送されてもよい。
【００７５】
３．負の屈折率をもつ例示的な光媒体
Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｍ．Ｓｈａｌａｅｖらの「Ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．２４（２００５）、３３５６〜３３５８ページ（本明細書ではＳｈａｌａｅｖ論文という）は波長が約１．３μｍから約１．６μｍの間で負の屈折率を有することが示唆されている光媒体を記載している。Ｓｈａｌａｅｖ論文はその全体が参照として本明細書に組み込まれている。Ｓｈａｌａｅｖ論文の教示、及び本明細書の上記の教示から、当業者は過剰な実験を行わなくても、図１Ａ〜１Ｄの光変換媒体及び導波路１２、及び図６Ａと６Ｂの光補正媒体及び導波路４２用の非線形光媒体を製造することができる筈である。
【００７６】
図９は赤外光又は可視光波長で負の屈折率をもつ材料として挙動し得る光媒体９０の例示的な構造を示している。このような光媒体は例えば、図１Ａ〜１Ｄの光変換媒体もしくは導波路１２、及び／又は図６Ａと６Ｂの光補正媒体もしくは導波路４２の光コア及び／又は光クラッドを形成してもよい。
【００７７】
光媒体９０はほぼ同一の層９２の積層を含んでいる。各層９２は金属構造の規則的な２次元（２Ｄ）平面アレイ９６を含み、透明な平面誘電体層９４を含んでいてもよい。各２Ｄアレイは、例えば光ＬＣ回路として機能することができる。積層では、異なる層９２は、媒体が周期的３次元格子の対称性、すなわち中心対称的な格子対称性、又は非中心対称的な格子対称性を有するように整列される。光媒体９０は波長範囲内で負の屈折率を有している。この範囲は赤外光又は可視光波長、例えば標準的な光ファイバ伝送用の波長を含んでいてもよい。
【００７８】
図１０は光媒体９０内に１つの層９２の上面斜視図である。各層９２内で、例示的な２Ｄ平面アレイ９６は長方形のユニットセルから形成され、各ユニットセルは長方形の２つの金属構造９８、例えば容量性構造と誘導性構造とを有している。長方形の金属構造９８は、縦向きの長方形のユニットセルの２つの対角隅に位置している。ユニットセルの長方形の金属構造９８の間、及びユニットセルの間に位置する２Ｄ平面アレイ９６の領域は、酸化シリコン、例えばＳｉＯ２又は窒化シリコン、例えばＳｉ３Ｎ４などの正の屈折率をもつ光学材料であってよい。平面誘電体層９４も、透明かつ酸化シリコン、例えばＳｉＯ２又は窒化シリコン、例えばＳｉ３Ｎ４などの正の屈折率をもつ光学材料からなるものでよい。
【００７９】
例示的な光媒体９０では、２Ｄユニットセルは、その長さが約１８００ナノメートル（ｎｍ）で、高さが約６４０ｎｍでよい厚いオンエッジ長方形でよい。ユニットセルは、ユニットセルの端部から約６０ｎｍ離れ、ユニットセルの上辺と下辺から約５０ｎｍ離れた位置にある、例えばコンデンサである２つの同一の長方形金属構造９８を含んでいる。各長方形金属構造９８は２Ｄユニットセルの長さに沿った約７８０ｎｍの長さと、例えば層９６の幅に沿った約２２０ｎｍの高さを有している。長方形金属構造は、隣接する端部間で約１２０ｎｍの間隔で離隔されてもよい。
【００８０】
例示的なメタマテリアルでは、透明な平面誘電体層９４は酸化シリコン又は窒化シリコンの層でよく、約１マイクロメートル未満の厚さを有するものでよい。誘導体層９４はなくてもよい。
【００８１】
例示的なメタマテリアルの場合は、層９２の積層を製造するために従来の工程を用いてもよい。長方形金属構造９８のアレイを従来の電子ビーム工程、又は従来の堆積／エッチング工程を用いて形成してもよい。具体的には、工程は横列サンドイッチの形態の長方形金属構造９８を形成してもよい。横列サンドイッチ形態は、例えばチタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）／Ｔｉ領域と、幅が約５０ｎｍ以上の横の隣接したＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４領域と、Ｔｉ／Ａｕ、及び場合によってはＴｉの横隣接領域とを有していてもよい。金属領域の間の酸化シリコン又は窒化シリコン領域は例えば、従来のプラズマ援用化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、及び従来のエッチング工法で製造されてもよい。層９２の１以上の形成後、従来の化学機械平坦化（ＣＭＰ）を実行して、一連の１以上の層９２が平坦であり、平坦な表面を有するようにしてもよい。このような平坦化は後続層９２の平坦さを保つことを支援し得る。
【００８２】
当業者は過剰な実験をしなくても、長方形金属構造９８、すなわち容量性−誘導性構造、及び上記の光媒体のその他の構造の形状及び組成を変更できる筈である。このような変形形態は、その屈折率及び／又は３に非線形電気感受率χ（３）が選択された波長範囲で負である光媒体を生成してもよい。
【００８３】
例えば、長方形の金属構造９８、すなわち誘導性−容量性構造を横に繋がる導電性領域から形成してもよく、この配列は金属領域、誘電率が高い材料の誘電体領域、及び別の金属領域を含んでいる。誘電体領域は、例えばコンデンサを形成する横の隣接金属領域の間に挟装される。金属領域は例えばＡｕ又はＡｕとＴｉの多層であってよい。誘電体領域は、高い誘電率を有する多様な誘電体の１つから形成されてもよい。誘電率が高い例示的な誘電体には、チタン酸塩（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タングステン酸鉛コバルト（Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３）、タンタル酸鉛鉄（Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３）、ニオブ酸鉛マグネシウム（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）、ニオブ酸鉛亜鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸カリウムストロンチウム、ニオブ酸ナトリウムストロンチウム（ＮａＳｒ２Ｎｂ５Ｏ１５）、ニオブ酸リチウムカリウムストロンチウム（ＬｉＮａＳｒ４Ｎｂ１０Ｏ３０）、ニオブ酸ナトリウムバリウム（ＮａＢａ２Ｎｉ５Ｏ１５）、ニオブ酸バリウムストロンチウム、ニオブ酸カリウムリチウム（Ｋ３Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、及び／又はリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）が含まれてもよい。中央の誘電体領域は高い誘電率を有しているので、長方形金属構造９８のこのような実施形態は、それらの中央誘電体領域がＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ／シリコン（酸化物又は窒化物）／Ｔｉ／Ａｕの実施形態のシリコン（酸化物又は窒化物）領域よりも大幅に広い場合でも、上記のＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ／シリコン（酸化物又は窒化物）／Ｔｉ／Ａｕの実施形態と同じ容量を有することができる。より広い中央誘電体領域を使用することで、光学材料９０を製造するコストを低減できる。
【００８４】
上記の開示、図面及び特許請求の範囲から、当業者には本発明の別の実施形態が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】光波長コンバータの代替実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｂ】光波長コンバータの代替実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｃ】光波長コンバータの代替実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｄ】光波長コンバータの代替実施形態を示すブロック図である。
【図２】光波長コンバータ、例えば図１Ａ〜１Ｄの光波長コンバータを較正する方法を示すフローチャートである。
【図３】ある周波数範囲にわたってメタマテリアルとして挙動する例示的光媒体内の光波数と周波数との分散関係を示すグラフである。
【図４Ａ】図３の光媒体内の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たす入力光と励起光の周波数の関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】図３の光媒体内の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たす入力光と励起光の周波数の関係を示すグラフである。
【図４Ｃ】図３の光媒体内の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たす入力光と励起光の周波数の関係を示すグラフである。
【図４Ｄ】図３の光媒体内の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たす入力光と励起光の周波数の関係を示すグラフである。
【図４Ｅ】図３の光媒体内の通常のエネルギー及び運動量保存の関係式を満たす入力光と励起光の周波数の関係を示すグラフである。
【図５】例えば図１Ａ〜１Ｄの光波長コンバータで波長変換を実行する方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】光データ信号のストリームの伝送中の非線形光学効果に起因する累積分散を部分的に補正し、かつ／又は累積信号歪みを部分的に補正することが可能な装置の実施形態のブロック図である。
【図６Ｂ】光データ信号のストリームの伝送中の非線形光学効果に起因する累積分散を部分的に補正し、かつ／又は累積信号歪みを部分的に補正することが可能な装置の実施形態のブロック図である。
【図７】光ファイバ伝送路内の非線形光学効果に起因する累積光分散を部分的に補正し、かつ／又は累積信号歪みを部分的に補正することが可能なインライン装置を有する光ファイバ伝送路のブロック図である。
【図８】光ファイバ伝送路を経たストリームの伝送中に非線形光学効果に起因する累積光分散を部分的に補正し、かつ／又は光信号の累積歪みを部分的に補正する方法のフローチャートである。
【図９】赤外光又は可視光波長でメタマテリアルとして挙動し得る人工的光媒体の斜視図である。
【図１０】図９の人工的光媒体の１つの層の斜視図である。
【図１Ａ】
2009537862.tif 000008
【図１Ｂ】
2009537862.tif 000009
【図１Ｃ】
2009537862.tif 000010
【図１Ｄ】
2009537862.tif 000011
【図２】
2009537862.tif 000012
【図３】
2009537862.tif 000013
【図４Ａ】
2009537862.tif 000014
【図４Ｂ】
2009537862.tif 000015
【図４Ｃ】
2009537862.tif 000016
【図４Ｄ】
2009537862.tif 000017
【図４Ｅ】
2009537862.tif 000018
【図５】
2009537862.tif 000019
【図６Ａ】
2009537862.tif 000020
【図６Ｂ】
2009537862.tif 000021
【図７】
2009537862.tif 000022
【図８】
2009537862.tif 000023
【図９】
2009537862.tif 000024
【図１０】
2009537862.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月6日(2009.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
内部に光媒体を配置した光導波路であって、該光媒体が周波数範囲にわたって負の屈折率の材料として挙動する、光導波路、
前記光媒体に第１及び第２の光入力を供給し、前記光媒体から光出力を供給するように構成された１以上の光結合器、及び
前記光媒体に励起光を送るために前記１以上の光結合器の１つによって結合された光励起源からなり、
３つの周波数引数が該励起光の周波数、該光導波路に入力される光の周波数、及び該入力される光の受信に応じて該光導波路によって出力される光の周波数であるときに、該光媒体が負の第３次非線形電気感受率を有する装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、
前記光導波路が、前記１以上の光結合器を介して入力光と前記励起光とを同時に受光することに応答して、前記入力光の一部を波長変換するように構成された装置。
【請求項３】
請求項２の装置において、前記媒体が、前記入力、励起及び波長変換光の運動量間の完全な位相整合を実施するプロセスによって受光された前記入力光の一部を波長変換する装置。
【請求項４】
請求項１の装置であって、前記第１の光励起源とは異なる周波数で前記光媒体の励起光を送るために、前記１以上の光結合器の１つによって結合された第２の光励起源を備えた装置。
【請求項５】
方法であって、
搬送波周波数で、光ファイバ伝送路の複数の光ファイバ・スパンにわたって光データ信号のストリームを伝送するステップ、
前記光媒体を光励起しつつ、前記伝送される光データ信号を光媒体に送信するステップであって、３つの周波数引数が該励起光の周波数、伝送される該ストリームの周波数、及び該送信に応じて該光導波路によって出力される光の周波数であるときに、前記光媒体が負の３次非線形電気感受率を有し、該光媒体が周波数範囲にわたって負の屈折率を有する、ステップ
からなる方法。
【請求項６】
請求項５の方法において、
前記送信するステップが、伝送された各光データ信号から修正された光データ信号を生成し、前記修正された光信号が前記伝送された光データ信号とは異なる搬送波周波数を有する方法。
【請求項７】
方法であって、
予め選択された周波数で、ある波長範囲で負の屈折率を有する光媒体に光を伝送するステップ、及び
前記伝送された光の一部を前記光媒体内で波長変換するために、前記伝送するステップを実行しつつ前記光媒体を励起光により励起するステップ
からなり、
３つの周波数引数が該励起光の周波数、伝送される該光の周波数、及び該伝送に応じて該光導波路によって出力される光の周波数であるときに、該光媒体が負の第３次非線形電気感受率を有する方法。
【請求項８】
請求項７の方法において、前記波長変換が、前記伝送された光、前記励起光及び前記光媒体内で波長変換された前記光の運動量間の完全な位相整合関係を保持することによって実行される方法。
【国際調査報告】
2009537862.tif 000026
2009537862.tif 000027
2009537862.tif 000028