(57)【要約】【課題】部品点数を減らし、かつ容易な光接続を可能にする方法を利用することにより、安価な波長変換装置を提供する。【解決手段】非線形光学媒質からなる波長変換部を備え、入力した光を第二高調波に変換して出力する波長変換装置であって、第一の出力光導波路及び第二の出力光導波路を備え、波長変換部と同一基板上に集積化されて接続された分波部であって、非線形光学媒質内を透過した入力光を第一の出力光導波路に出力し、第二高調波を第二の出力光導波路に出力する分波部と、第一の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第一の光ファイバと、第二の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第二の光ファイバとを備え、第一の光ファイバのコアは第一の出力光導波路のコアと接合され、第二の光ファイバのコアは第二の出力光導波路のコアと接合され、第二の光ファイバはマルチモードファイバである。【選択図】図１０
2011247913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた非線形光学媒質からなる波長変換部を備え、入力した入力光を、前記非線形光学媒質内で生じる第二高調波発生により、第二高調波に変換して出力する波長変換装置であって、
第一の出力光導波路及び第二の出力光導波路を備え、前記波長変換部と接続され、前記波長変換部と同一基板上に集積化された分波部であって、前記非線形光学媒質内を透過した前記入力光を前記第一の出力光導波路に出力し、前記非線形光学媒質内で生じた前記第二高調波を前記第二の出力光導波路に出力する分波部と、
前記第一の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第一の光ファイバと、
前記第二の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第二の光ファイバとを備え、
前記第一の光ファイバのコアは、前記第一の出力光導波路のコアと接合され、
前記第二の光ファイバのコアは、前記第二の出力光導波路のコアと接合され、
前記第二の光ファイバは、マルチモードファイバであることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記非線形光学媒質は、ＬｉＮｂＯ3、或いは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物としてＬｉＮｂＯ3に含有させた材料であって、前記波長変換部において前記非線形光学媒質の分極が周期的に反転されていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記入力した光の波長は、１２６０ｎｍから１３６０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記第二の光ファイバのコアは、コア径が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに波長変換装置。
【請求項５】
前記第一の光ファイバ及び前記第二の光ファイバは、Ｖ型の溝を有するＶ溝ブロックの前記Ｖ溝に固定されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換を利用した波長変換装置に関し、より詳細には、通信の波長帯の光を可視領域に波長変換する波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光領域から中赤外光領域まで様々な波長領域において、光を出力することができる半導体レーザが研究開発されている。しかしながら、例えば波長５００〜６００ｎｍの可視光領域、または波長２〜５μｍの近赤外から中赤外の波長領域では、室温で簡易に使用できる光源が実現されていないのが現状である。そこで、このような光源から直接光を発生することが困難な波長領域においては、非線形光学効果を用いた波長変換を利用した光源が用いられる。また、１．５５μｍ帯などの通信波長帯では、ＷＤＭ信号に対応した様々な波長の成熟したレーザが市販されているために、通信波長帯の光を波長変換することによる可視域の光源が開発されている。
【０００３】
従来、第二高調波発生、和周波発生、差周波発生などの種々の二次非線形光学効果を利用した波長変換素子及びその波長変換素子を用いて構成された波長変換装置が知られている。第二高調波発生を利用する第二高調波発生装置は、入射光を、その入射光の波長の半波長（二倍の周波数）の光である第二高調波に変換することができる。和周波発生を利用する和周波発生装置は、異なる２つの波長の光を、これらの光の周波数の和に相当する周波数の光に変換することができる。差周波発生装置は、異なる２つの波長の光を、これらの光の周波数の差に相当する周波数の光に変換することができる。さらに、差周波発生装置は、入射光の一方の光強度が他方の光強度と比較して充分大きい場合には、パラメトリック効果により、入射光の強度を増幅する光増幅装置として構成することができる。また、パラメトリック効果を利用したパラメトリック共振器を構成することにより、波長可変光源を構成することも可能である。
【０００４】
以下、和周波発生装置を例にして、従来の波長変換素子の動作原理を簡単に説明する。二次非線形光学効果を利用した従来の波長変換素子では、波長λ1の光及び波長λ2の光を非線形光学媒質に入射することにより、波長λ3の変換光へと変換する。これらの３つの波長間では次式で与えられる関係が成立する。
【０００５】
【数１】
2011247913.tif 000003
【０００６】
（式１）においてλ1とλ2とが等しい場合、第二高調波発生と呼ばれ、波長λ1（＝λ2）と発生する第二高調波の波長λ3との間には、以下の関係が成り立つ。
【０００７】
【数２】
2011247913.tif 000004
【０００８】
このような第二高調波発生を利用した通信用デバイスとして、非特許文献１に示すものがある。図１は、非特許文献１に示されるような従来の波長変換装置において、その構成において第二高調波発生に必要な部分の概略を示す。
【０００９】
図１に示されるように、従来の波長変換装置は、周期分極反転が施されたＬｉＮｂＯ3基板１０１と、ＬｉＮｂＯ3基板１０１に作製された光導波路１０２と、波長λ1の入力光１０３を波長λ1の透過入力光１０８と波長λ3の変換光１１１とに分波する分波部１０７とで構成される。
【００１０】
ＬｉＮｂＯ3のような強誘電体結晶では、非線形光学定数の正負は自発分極の極性に対応している。そこで、自発分極を反転することにより非線形光学定数の符号を周期的に反転することができる。以下、非線形光学定数の符号が周期的に反転されている構成を有する構造を周期分極反転構造という。
【００１１】
入力光１０３は、光ファイバ１０４からレンズ１０５ａ及びレンズ１０５ｂを介して光導波路１０２に入力される。光導波路１０２内では、二次非線形光学効果により、入力光の波長λ1が（式２）に従って波長λ3に波長変換される。光導波路１０２からの出力光は、レンズ１０６を介して分波部１０７によって、波長λ1を有する透過入力光１０８と波長λ3を有する変換光１１１とに分波される。透過入力光１０８は、レンズ１０９を介して光ファイバ１１０に入力される。変換光１１１は、レンズ１１２を介して光ファイバ１１３に入力される。
【００１２】
ここで、入力光の波長λ1は、１．５５μｍ帯であるため、光ファイバ１１０には、１．５５μｍ帯光でシングルモードになるようにモードフィールド径が１０μｍ程度の光ファイバが使用されている。変換光の波長λ3は、０．７８μｍ帯であるため、光ファイバ１１３には、０．７８μｍ帯でシングルモードになるようにモードフィールド径が５μｍ程度の光ファイバが使用されている。
【００１３】
また、非特許文献２に示されるように、１．３μｍ帯光の第二高調波を利用するデバイスが提案されている。非特許文献２に示される波長変換装置は、図１の波長変換装置においてレンズ１１２および光ファイバ１１３がなく、第二高調波が空間に放射される構成を有する。
【００１４】
ここで、１．３μｍ帯光は、一般にＯ−ｂａｎｄと呼ばれており、１２６０ｎｍから１３６０ｎｍの間の波長帯の光をいう。このような１．３μｍ帯光は、加入者系光ネットワークで使用される。そのため、１．３μｍの波長帯で用いられる光デバイスは、低価格であることが求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】M.Asobe et al., Electronics Letters, Vol. 45, No. 10. pp. 519-521, 2009.
【非特許文献２】T. Kubo et al., Optics Express, Vol. 18, No.3 pp. 2100-2105, 2010.
【非特許文献３】T. Umeki et al., ECOC2009, Papaer 5.2.5
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、非特許文献２に示されるような従来技術では、レンズ・分波部など部品点数が多く、かつ波長変換素子とレンズとを光結合するという複雑な工程を取るため、波長変換装置が高価になるという問題があった。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、部品点数を減らし、かつ容易な光接続を可能にする方法を利用することにより、安価な波長変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記のような問題を解決するために、請求項１に記載の波長変換装置は、基板上に設けられた非線形光学媒質からなる波長変換部を備え、入力した入力光を、前記非線形光学媒質内で生じる第二高調波発生により、第二高調波に変換して出力する波長変換装置であって、第一の出力光導波路及び第二の出力光導波路を備え、前記波長変換部と接続され、前記波長変換部と同一基板上に集積化された分波部であって、前記非線形光学媒質内を透過した前記入力光を前記第一の出力光導波路に出力し、前記非線形光学媒質内で生じた前記第二高調波を前記第二の出力光導波路に出力する分波部と、前記第一の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第一の光ファイバと、前記第二の出力光導波路のコアと光学的に接続されるコアを有する第二の光ファイバとを備え、前記第一の出力光導波路のコアは、前記第一の光ファイバのコアと接合され、前記第二の出力光導波路のコアは、前記第二の光ファイバのコアと接合され、前記第二の光ファイバは、マルチモードファイバであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の波長変換装置は、請求項１に記載の波長変換装置において、前記非線形光学媒質は、ＬｉＮｂＯ3、或いは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物としてＬｉＮｂＯ3に含有させた材料であって、前記波長変換部において前記非線形光学媒質の分極が周期的に反転されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の波長変換装置は、請求項１又は２に記載の波長変換装置において、前記入力した光の波長は、１２６０ｎｍから１３６０ｎｍであることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の波長変換装置は、請求項１から３のいずれかに記載の波長変換装置において、前記第二の光ファイバのコアは、コア径が５０μｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の波長変換装置は、請求項１から４のいずれかに記載の波長変換装置において、前記第一の光ファイバ及び前記第二の光ファイバは、Ｖ型の溝を有するＶ溝ブロックの前記Ｖ溝に固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、波長変換器の分波部の集積化により、部品点数の低減が可能であることのみならず、分波部の集積化により、光ファイバアレイをＶ溝ブロックのＶ溝に固定するＶ溝接続法が採用でき、レンズなどの部材を低減でき、低価格な波長変換器を提供できる。また、そのＶ溝接続の際、第二高調波の出力されるポートの接続状態を監視しなくても良好な光結合が可能となる。これは、光接続方法の簡易化につながり、工程簡易化による低価格接続が可能となるばかりでなく、接続装置に角度調整軸を付属させる必要がなく、製造装置を低価格化することができ、作製する波長変換装置のさらなる低価格化につながる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の波長変換器を説明する図である。
【図２】分波部を集積した波長変換器を示す図である。
【図３】分波部を集積した波長変換器と光ファイバアレイとの光接続を説明するための図である。
【図４】Ｖ溝ブロックに固定された光ファイバアレイと光導波路との断面図である。
【図５】２つの光導波路の中心間の距離と２つの光ファイバコアの中心間の距離との誤差を示す図である。
【図６】２つの光導波路と２つの光ファイバコアとの間の角度誤差を示す図である。
【図７】小コアファイバを用いた光ファイバアレイと２つの光導波路とを結合した際の光の接続損失を表すヒストグラムを示す。
【図８】小コアファイバを用いて角度調整を行った場合の光結合時の光の接続損失を表すヒストグラムである。
【図９】コア径が５０μｍの光ファイバを用いた場合の光導波路と光ファイバコアの位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る波長変換装置を示す図である。
【図１１】５０μｍコアの光ファイバを用いた場合の光結合時の光の結合損失を表すヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
本発明の実施形態に係る波長変換装置においては、光ファイバにより非線形光学媒質に入力光が入力され、その非線形光学媒質内で第二高調波を発生させ、透過する入力光と第二高調波とを分波し、透過する入力光と第二高調波とをそれぞれ光ファイバに結合して出力するモジュールを安価に作製するため、分波部の集積化法及び光ファイバのＶ溝接続法を採用した。これにより、図１に示した従来の波長変換装置の構成よりも、レンズ及び分波部であるミラーの部品の省略ができるため、部品点数が減り、かつ工程が簡易化されるため、波長変換装置の低価格化が期待できる。分波部の集積化法及び光ファイバのＶ溝接続法に関しては、以下に説明する。
【００２６】
まず、分波部の集積化法から説明する。図２は、分波部を集積化した波長変換器を示す。非特許文献３に示されるように、近年、図２に示すような分波部を集積した波長変換器が実現されている。図２に示されるように、波長変換器２０１は、周期分極反転構造を有する波長変換部２０２と、マルチモード干渉型（ＭＭＩ型）の分波部２０３とを基板２０４上に集積することで構成される。分波部２０３は、透過入力光導波路２０５及び第二高調波導波路２０６を有する。
【００２７】
波長変換部２０２に１．５５μｍ帯の入力光が入射すると、波長変換部２０２における第二高調波発生により、入力光は０．７８μｍ帯の第二高調波に変換される。第二高調波と変換されずに透過した透過入力光とが分波部２０３に入射すると、第二高調波及び透過入力光は、分波部２０３によって分波される。第二高調波は、第二高調波導波路２０６を介して０．７８μｍ帯用の第二高調波ポート２０７に出射される。透過入力光は、透過入力光導波路２０５を介して１．５５μｍ帯用の透過光ポート２０８に出射される。
【００２８】
ここで、非特許文献３に記載の波長変換器では、図２に示される分波部２０３を合波部として使用し、合波部が０．７８μｍ帯光と１．５５μｍ帯光とを入力して合波し、差周波発生を行っているが、波長変換部から１．５５μｍ帯光と０．７８μｍ帯光を入力すれば、入力光は分波され、１．５５μｍ帯光及び０．７８μｍ帯光がそれぞれ出力される。
【００２９】
続いて、Ｖ溝接続法について説明する。Ｖ溝接続法とは、Ｖ型の溝を有するＶ溝ブロックのＶ溝上に光ファイバアレイを固定し、レンズなどを介さずに接着剤などを用いて、波長変換器の導波路のコアとＶ溝ブロック上に固定された光ファイバアレイのコアとを接合することにより、光接続する方法である。
【００３０】
図３は、分波部を集積化した波長変換器のコアと光ファイバアレイのコアとを光接続する方法を説明するための図である。図３には、波長変換部３０２と分波部３０３とを基板３０４上に集積した波長変換器３０１と、光ファイバアレイ３０７と、光ファイバアレイ３０７を固定するためのＶ型の溝を有するＶ溝ブロック３０８とが示されている。分波部３０３は、透過入力光導波路３０５及び第二高調波導波路３０６を有する。
【００３１】
図３に示されるように、波長変換器３０１の透過入力光導波路３０５及び第二高調波導波路３０６に、Ｖ溝ブロック３０３上に固定された光ファイバアレイ３０７をそれぞれ光接続する場合は、透過入力光導波路３０５及び第二高調波導波路３０６のコアと、光ファイバアレイ３０７のコアとを光接続する必要がある。
【００３２】
図４は、Ｖ溝ブロックに固定された光ファイバアレイと光導波路との断面図である。図４には、光ファイバ４０１ａ及び光ファイバ４０１ｂと、光ファイバ４０１ａ及び光ファイバ４０１ｂを固定するためのＶ溝を有するＶ溝ブロック４０３と、基板４０５上に透過入力光導波路４０６ａ及び第二高調波導波路４０６ｂが設けられた波長変換器４０４が示されている。光ファイバ４０１ａ及び光ファイバ４０１ｂは、それぞれ、光ファイバコア４０２ａ及び光ファイバコア４０２ｂを有する。
【００３３】
本発明の実施形態では、図４に示されるような、Ｖ溝ブロック４０３上に固定された光ファイバ４０１ａ及び光ファイバ４０１ｂの光ファイバコア４０２ａ及び光ファイバコア４０２ｂを、それぞれ、基板４０５上に設けられた透過入力光導波路４０６ａ及び第二高調波導波路４０６ｂのコアと接合するＶ溝接続法を用いることにより、波長変換器と光ファイバとを光接続する。
【００３４】
ここで、非特許文献３の波長変換装置では、１．５５μｍ帯光及び０．７８μｍ帯光を合分波する合分波部を集積しているが、この合分波部のサイズを最適に設計することにより、１．３μｍ帯及び０．６５μｍ帯の合分波部も同様に実現できる。そのため、非特許文献３の波長変換装置を加入者系光ネットワークに利用することも可能である。
【００３５】
Ｖ溝に配置された光ファイバアレイには、光ファイバコア間の距離が１２５μｍピッチ、１２７μｍピッチ、２５０μｍピッチなどのものがある。
【００３６】
以下、光ファイバコア間の距離が１２７μｍピッチの光ファイバアレイを例にして説明する。
【００３７】
図５は、２つの光導波路の中心間の距離と２つの光ファイバコアの中心間の距離との誤差を示す図である。図５には、光ファイバコア５０２ａを有する光ファイバ５０１ａと、光ファイバ５０１ａと接続される光導波路５０３ａと、光ファイバコア５０２ｂを有する光ファイバ５０１ｂと、光ファイバ５０１ｂと接続される光導波路５０３ｂとが示されている。
【００３８】
図５に示されるように、光ファイバコア５０２ａの中心と光導波路５０３ａのコアの中心が一致するように、光ファイバコア５０２ａと光導波路５０３ａのコアとが接続されている。一方で、光ファイバコア５０２ｂの中心と光導波路５０３ｂのコアの中心とが互いに一致していない状態で、光ファイバコア５０２ｂと光導波路５０３ｂのコアとが接続されている。これは、光ファイバコア５０２ａと光ファイバコア５０２ｂとの中心間の距離と、光導波路５０３ａのコアと光導波路５０３ｂのコアとの中心間の距離に距離誤差が生じているためである。この距離誤差は、光ファイバアレイと接続する光導波路を作製する際や、光ファイバアレイを作製する際に生じる誤差である。
【００３９】
この距離誤差が生じると、光ファイバコア５０２ｂの接続面と光導波路５０３ｂの接続面とで接触しない部分が生じ、光の接続損失が増大する。距離誤差が、例えば±２〜３μｍ以上となると、大きな接続損失が発生する。
【００４０】
図６は、２つの光導波路と２つの光ファイバコアとの間の角度誤差を示す図である。図６には、光ファイバコア６０２ａを有する光ファイバ６０１ａと、光ファイバ６０１ａと接続される光導波路６０３ａと、光ファイバコア６０２ｂを有する光ファイバ６０１ｂと、光ファイバ６０１ｂと接続される光導波路６０３ｂとが示されている。
【００４１】
図６に示されるように、光ファイバコア６０２ａの中心と光導波路６０３ａのコアの中心が一致するように光ファイバコア６０２ａと光導波路６０３ａのコアが接続されている。一方で、光ファイバコア６０２ｂの中心と光導波路６０３ｂのコアの中心とが互いに一致していない状態で、光ファイバコア６０２ｂと光導波路６０３ｂのコアとが接続されている。これは、光導波路６０３ａのコアの中心と光導波路６０３ｂのコアの中心とを結ぶ線と、光ファイバコア６０２ａの中心と光ファイバコア６０２ｂの中心とを結ぶ線とが同一線上になく、角度誤差が生じているためである。この角度誤差も、光ファイバアレイと接続する光導波路を作製する際や、光ファイバアレイを作製する際に生じる誤差である。この角度誤差が生じると、光ファイバコア６０２ｂの接続面と光導波路６０３ｂの接続面とで接触しない部分が生じ、光の接続損失が増大する。角度誤差が、例えば±２度以上となると、大きな接続損失が発生する。
【００４２】
図７は、光ファイバアレイと２つの光導波路とを結合した際の光の接続損失のヒストグラムを示す。図７に示されるヒストグラムは、波長０．６５μｍ帯の第二高調波ポートは監視せず、波長１．３μｍ帯の入力光の透過入力光ポートが出力する光の光強度のみを監視しながら、透過入力光導波路のコアと光ファイバコアとの位置を調整することのみで、透過入力光ポートと光ファイバアレイのコアとの光軸調整を行って、光接続の接続テストを行うことにより作製された。第二高調波導波路のコアと光ファイバコアと接続する際は、距離誤差及び角度誤差は考慮に入れず、機械精度のみで行った。図７に示されるヒストグラムのサンプル数は２０である。
【００４３】
図７（ａ）は、透過入力光ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。図７（ｂ）は、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、光軸調整を行った入射光の透過入力光ポートの接続損失は、０．５〜１．５ｄＢの間に集中しており、安定な接続ができている。しかしながら、図７（ｂ）に示すように、光軸調整を行っていない第二高調波ポートの接続損失は、１〜６ｄＢであり、図７（ａ）で示されるような透過入力光ポートから出力される光の接続損失よりも大きく、かつばらついた接続損失特性が得られた。
【００４５】
図８は、光ファイバアレイと２つの光導波路を結合した際の光の接続損失のヒストグラムを示す。図８に示されるヒストグラムは、波長１．３μｍ帯の光を透過入力光ポートに通し、波長０．６５μｍ帯の光を第二高調波ポートにそれぞれ通して、透過入力光ポート及び第二高調波ポートの２箇所の接続の光接続状態を同時に監視しながら、透過入力光導波路のコア及び第二高調波導波路のコアと光ファイバアレイのコアとの位置及び角度をそれぞれ調整して光軸調整を行って、光接続の接続テストを行うことにより作製された。図８に示されるヒストグラムのサンプル数は２０である。
【００４６】
図８（ａ）は、透過入力光ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。図８（ｂ）は、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。
【００４７】
図８（ａ）に示すように、透過入力光結合強度の分布は、図７（ａ）に示す値とほぼ同様であった。一方、図８（ｂ）に示されるように、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のばらつきは、１〜３ｄＢであった。従って、透過入力光ポート及び第二高調波ポートから出力される光の光強度を同時に監視しながら光軸調整を行った場合は、図７（ｂ）に示されるような第二高調波ポートから出力される光の光強度を監視しない場合に比べて、光の接続損失のばらつきが半分に低減され、接続損失も半分に低減することができる。
【００４８】
しかしながら、透過入力光導波路のコア及び第二高調波導波路のコアと光ファイバコアとの光軸調整を行う場合、透過入力光ポート及び第二高調波ポートから出力される光の光強度を同時に監視しながら、光ファイバアレイ又は波長変換器の光導波路の角度制御を行うという複雑な接続工程をとる必要がある。そのため、このような複雑な接続工程が低価格接続の大きな障害となっていた。さらに、接続装置に角度調整軸を付属させる必要があり、製造装置の低価格化を妨げていた。
【００４９】
本問題を解決するために、波長変換器の光導波路と接続される光ファイバとして、コアの大きなマルチモードファイバを使用した。
【００５０】
非特許文献２に示すような、加入者光ネットワーク等で用いられるアプリケーションの場合、第二高調波に対する出力は、高速な信号を伝える必要がない。そのため、光導波路と接続する光ファイバは、シングルモードでなくてもよい。すなわち、第二高調波の光エネルギーを伝えればいいため、コアの大きなマルチモードファイバを使用することができる。現在市販されている大コアのマルチモードファイバは、コア径が５０μｍ及び６２．５μｍの２種類がある。このようなコア径の大きな光ファイバを、第二高調波導波路と接続される光ファイバとして使用した場合を説明する。
【００５１】
図９は、コア径が５０μｍの光ファイバを用いた場合の光導波路と光ファイバコアの位置関係を示す図である。図９には、光ファイバコア９０２ａを有する光ファイバ９０１ａと、光ファイバ９０１ａと接続される透過入力光導波路９０３ａと、光ファイバコア９０２ｂを有する光ファイバ９０１ｂと、光ファイバ９０１ｂと接続される第二高調波導波路９０３ｂとが示されている。透過入力光導波路９０３ａは透過光を出力し、第二高調波導波路９０３ｂは、第二高調波を出力する。
【００５２】
透過入力光導波路９０３ａ及び第二高調波導波路９０３ｂのコアサイズは、約７μｍ×７μｍである。透過入力光導波路９０３ａと第二高調波導波路９０３ｂとの中心間距離が１２７μｍとなるように、透過入力光導波路及び第二高調波導波路が作製された。光ファイバコア９０２ｂは、コア径が５０μｍと大きなコアが用いられる。
【００５３】
図９（ａ）は、２つの光導波路と光ファイバアレイのコア間に距離誤差が発生した場合を説明するための図である。図９（ａ）から明らかなように、光ファイバコア９０２ｂのコア径が５０μｍと大きいため、光ファイバコア９０２ｂの中心と第二高調波導波路９０３ｂのコアの中心との間に数μｍの距離誤差が生じる場合でも、第二高調波導波路９０３ｂの接続面は光ファイバコア９０２ｂの接続面と接触しない部分を生じることなく接触することができ、光の接続損失は増大しない。
【００５４】
図９（ｂ）は、２つの光導波路と光ファイバアレイのコア間に角度誤差が発生した場合を説明するための図である。図９（ｂ）から明らかなように、光ファイバコア９０２ｂのコア径が５０μｍと大きいため、光ファイバコア９０２ｂの中心と第二高調波導波路９０３ｂのコアの中心との間に数度の角度誤差が生じる場合でも、第二高調波導波路９０３ｂの接続面は光ファイバコア９０２ｂの接続面と接触しない部分を生じることなく接触することができ、光ファイバアレイの角度誤差が±１０度程度となるまで光の接続損失の増大は起こらない。
【００５５】
以上のように、光ファイバコアにコア径が５０μｍ以上の大きなコアを用いることにより、図４及び図５に示されるような小さな光ファイバコアを用いた場合より、距離誤差及び角度誤差の許容範囲が大きくなる。従って、第二高調波ポートから出力される光の光強度を監視する必要がなく、透過入力光導波路のコアと接続される光ファイバコアの光結合を考慮して光接続をするだけで、小さな損失で第二高調波導波路のコアと光ファイバコアとを光接続することが可能である。
【実施例】
【００５６】
図１０は、本発明の実施例に係る波長変換装置を示す。図１０には、ＬｉＴａＯ3基板１００４上にＬｉＮｂＯ3からなる導波層が設けられた波長変換器１００１と、波長変換器１００１の透過入力光ポート１００５及び第二高調波ポート１００６と、波長変換器１００１の入力ポート１００８に接続された光ファイバ１００７と、透過入力光ポート１００５に接続された光ファイバ１００９及び第二高調波ポート１００６に接続された光ファイバ１０１０と、光ファイバ１００９及び光ファイバ１０１０を固定するためのＶ溝が設けられたＶ溝ブロック１０１３とが示されている。
【００５７】
導波層は、周期分極反転構造を有する波長変換部１００２と分波部１００３とで構成される。分波部１００３は、透過入力光導波路１０１１及び第二高調波導波路１０１２を有する。
【００５８】
透過入力光導波路１０１１のコア及び第二高調波導波路１０１２のコアと光ファイバ１００９及び光ファイバ１０１０とをそれぞれ光接続する方法として、Ｖ溝接続法を用いた。すなわち、Ｖ溝ブロック１０１３のＶ溝に光ファイバ１００９及び光ファイバ１０１０を固定し、透過入力光導波路１０１１のコアと光ファイバ１００９のコアとを接合し、第二高調波導波路１０１２のコアと光ファイバ１０１０のコアとを接合することにより、光接続を行った。
【００５９】
透過入力光導波路１０１１のコア及び光ファイバ１００９のコアは、互いの中心が一致するようにアライメントされており、第二高調波導波路１０１２のコア及び光ファイバ１０１０のコアは、機械精度のみでアライメントされている。
【００６０】
光ファイバ１００９には、コア径約１０μｍの１．３μｍ帯光用シングルモードファイバを使用し、光ファイバ１０１０には、コア径５０μｍのグレーデッドインデックス（ＧＩ）ファイバを使用した。
【００６１】
光ファイバ１００７から出力された１．３μｍ帯光を、波長変換器１００１の入力ポート１００８を介して波長変換部１００２に入力した。入力光は、波長変換部１００２における第二高調波発生によって、０．６５μｍ帯光に変換される。波長変換部１００２を透過した１．３μｍ帯光及びその第二高調波である０．６５μｍ帯光は、分波部１００３に入力され、分波される。分波された１．３μｍ帯光は、透過入力光導波路１０１１を介して透過入力光ポート１００５に出力され、分波された０．６５μｍ帯光は、第二高調波導波路１０１２を介して第二高調波ポート１００６に出力される。透過入力光ポート１００５から出力された１．３μｍ帯光は、光ファイバ１００９に出力され、第二高調波ポート１００６から出力された０．６５μｍ帯光は、光ファイバ１０１０に出力される。
【００６２】
図１１は、光ファイバアレイと２つの光導波路を結合した際の光の接続損失のヒストグラムを示す。図１１に示されるヒストグラムは、波長０．６５μｍ帯の第二高調波ポートは監視せず、波長１．３μｍ帯の入力光の透過入力光ポートが出力する光の光強度のみを監視しながら、透過入力光導波路のコアと光ファイバコアとの位置を調整することのみで、透過入力光ポートと光ファイバアレイのコアとの光軸調整を行って、光接続の接続テストを行うことにより作製された。さらに、波長０．６５μｍ帯光の第二高調波導波路と接続される光ファイバとして、コア径が５０μｍの大きなコアの光ファイバを用いた。図１１のヒストグラムのサンプル数は２０である。
【００６３】
図１１（ａ）は、透過入力光ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。図１１（ｂ）は、第二高調波ポートから出力される光の接続損失のヒストグラムを示す。
図１１（ａ）に示されるように、透過入力光ポートの接続損失の分布は、図７（ａ）、図８（ａ）に示す分布とほぼ同等であった。一方、図１０（ｂ）に示すように、第二高調波ポートの接続損失は、光強度を監視していないにもかかわらず、０〜１．５ｄＢという非常に低い損失であった。
【００６４】
従って、図１０に示されるような本発明の実施例に係る波長変換装置においては、第二高調波ポート１００６の光強度を監視することなく、非常に低い損失で、第二高調波導波路１０１２と光ファイバ１０１０との光接続を行うことができた。
【００６５】
本実施例では、第二高調波導波路と接続される光ファイバとして、コア径が５０μｍであるＧＩファイバを用いたが、ステップインデックス型ファイバやコア径が６２．５μｍのファイバを用いてもよい。さらに、フォトニック結晶構造を有するラージモードエリアファイバを用いてもよい。
【００６６】
本実施例では、分波部にＭＭＩ型を用いたが、方向性結合器を用いてもよい。
【００６７】
また、本実施例では、１．３μｍ帯光を用いたが、波長変換器１００１を適切に設計することにより、１．５５μｍ帯光を入力して、１．５５μｍ帯光と０．７８μｍ帯光とに分波する分波部１００３を有する波長変換器の光接続においても同様の効果が得られる。
【００６８】
さらに、本実施例では、ＬｉＮｂＯ3を導波層として用いたが、ＬｉＮｂＯ3にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有した材料であってもよい。また、導波路作製方法も、拡散型や直接接合型であっても問題ない。
【符号の説明】
【００６９】
１０１  ＬｉＮｂＯ3基板
１０２、５０３ａ、５０３ｂ、６０３ａ、６０３ｂ、９０３ａ、９０３ｂ  光導波路
１０３  入射光
１０４、１１０、１１３、４０１ａ、４０１ｂ、５０１ａ、５０１ｂ、６０１ａ、６０１ｂ、９０１ａ、９０１ｂ、１００７、１００９、１０１０  光ファイバ
１０５ａ、１０５ｂ、１０６、１０９、１１２  レンズ
１０７、２０３、３０３、１００３  分波部
１０８  透過入力光
１１１  変換光
２０１、３０１、４０４、１００１  波長変換器
２０２、３０２、１００２  波長変換部
２０４、３０４、４０５、１００４  基板
２０５、３０６、４０６ｂ、１０１１  第二高調波導波路
２０６、３０５、４０６ａ、１０１２  透過入力光導波路
２０７、１００６  第二高調波ポート
２０８、１００５  透過入力光ポート
３０７  光ファイバアレイ
３０８、４０３、１０１３  Ｖ溝ブロック
４０２ａ、４０２ｂ、５０２ａ、５０２ｂ、６０２ａ、６０２ｂ、９０２ａ、９０２ｂ  光ファイバコア
１００８  入力ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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