(57)【要約】【課題】波長変換素子において、製造ばらつきを低減し、且つ、特性を向上させる。【解決手段】まず、基板１０１の、少なくとも光伝搬領域を含む領域にチャープ形成領域１０２を設定し、次に、このチャープ形成領域１０２を、信号光Ｐ１の伝搬方向に沿って並ぶ複数個のブロック１０４−１，１０４−２，・・・に概念的に分割し、さらに、ブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に、伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域１０６を複数個、概念的に設定する。そして、実際に分極を反転させる仮想分極反転領域１０５の個数を、ブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に決定することにより、波長変換効率の絶対値をブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に調整する。分極反転の位置や幅を１個ずつ設定する必要がないので、作製が容易になり、且つ、波長変換特性も向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電分極が互いに反転している２種類の分極領域が複数個ずつ交互に形成された非線形光学基板を有し、これらの分極領域に形成された光伝搬領域を伝搬させることによって信号光の波長を変換する波長変換素子であって、
ブロック毎に、伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域が複数個、概念的に設定され、
実際に分極を反転させる前記仮想分極反転領域の個数を前記ブロック毎に決定することにより、波長変換効率の絶対値が該ブロック毎に調整された、
ことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
前記光伝搬領域に、光導波路が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
すべての前記ブロックの、光伝搬方向への長さが、同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
すべての前記ブロックに属するすべての前記仮想分極反転領域の、前記光伝搬方向への長さおよび間隔が、同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項５】
誘電分極が互いに反転している２種類の分極領域が複数個ずつ交互に形成された非線形光学基板を有し、これらの分極領域を伝搬させることによって信号光の波長を変換する波長変換素子であって、
前記非線形光学基板の、少なくとも光伝搬領域を含む領域にチャープ形成領域が概念的に設けられ、
前記チャープ形成領域が、該信号光の伝搬方向に沿って並ぶ複数個のブロックに概念的に分割され、
前記ブロック毎に、前記伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域が複数個、概念的に設定され、
実際に分極を反転させる前記仮想分極反転領域の個数を前記ブロック毎に決定することにより、波長変換効率の絶対値が該ブロック毎に調整された、
ことを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】
前記光伝搬領域に、光導波路が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の波長変換素子。
【請求項７】
すべての前記ブロックの、光伝搬方向への長さが、同一であることを特徴とする請求項５または６に記載の波長変換素子。
【請求項８】
すべての前記ブロックに属するすべての前記仮想分極反転領域の、前記光伝搬方向への長さおよび間隔が、同一であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項９】
誘電分極が互いに反転している２種類の分極領域が複数個ずつ交互に形成された非線形光学基板を有し、これらの分極領域を伝搬させることによって信号光の波長を変換する波長変換素子の製造方法であって、
前記非線形光学基板の少なくとも光伝搬領域を含む領域にチャープ形成領域を概念的に設定し、前記チャープ形成領域を該信号光の伝搬方向に沿って並ぶ複数個のブロックに概念的に分割し、該ブロック毎に前記伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域を複数個概念的に設定し、実際に分極を反転させる前記仮想分極反転領域の個数を前記ブロック毎に決定する設計ステップと、
実際に分極を反転させる前記仮想分極反転領域に電極を形成する電極形成ステップと、
前記電極に電圧を印加することによって分極反転を発生させる分極反転ステップと、
を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項１０】
前記電極形成ステップにおいて、前記チャープ形成領域外の、前記仮想分極反転領域と対応する領域に、前記電極がさらに形成されることを特徴とする請求項９に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項１１】
前記電極形成ステップにおいて、前記チャープ形成領域外の領域に形成された前記電極を相互に接続する第１ガード電極がさらに形成されることを特徴とする請求項１０に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項１２】
前記電極形成ステップにおいて、分極反転させない前記仮想分極反転領域に対応させて形成された前記電極を相互に接続する第２ガード電極が、前記チャープ形成領域に近接してさらに形成されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項１３】
前記光伝搬領域に、光導波路が形成されたことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項１４】
すべての前記ブロックの、光伝搬方向への長さが、同一であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項１５】
すべての前記ブロックに属するすべての前記仮想分極反転領域の、前記光伝搬方向への長さおよび間隔が、同一であることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非線形光学効果を利用して、ある光の波長を他の波長に変換する、波長変換素子に関する。より詳細には、この発明は、波長変換素子の、ＱＰＭ(Quasi Phase Matching)構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学効果を利用して光波長を変換する波長変換素子が知られている。このような波長変換素子に関する技術は、例えば、下記特許文献１、非特許文献１および非特許文献２に開示されている。
【０００３】
図５は、従来の波長変換素子の構造例を示す概念図である。
【０００４】
図５において、波長変換素子５００の基板５０１は、非線形光学効果を有する基板材料で作成される。基板５０１としては、例えば、ＬｉＮｂＯ3のｚ板を使用することができる。ＬｉＮｂＯ3基板５０１は、強誘電体であり、誘電分極を有している。したがって、ＬｉＮｂＯ3基板５０１には、誘電分極が互いに反転している領域（以下、「第１、第２分極領域」と記す）５０２，５０３を交互に作成することができる。分極領域５０２，５０３を交互に設けた素子構造は、ＱＰＭ(Quasi Phase Matching)構造と称されている。ＱＰＭ構造の基板５０１を作成するためには、例えば、分極領域５０２を形成すべき領域または分極領域５０３を形成すべき領域のみに、基板５０１の分極方向と逆の電圧を印加して、分極を反転させればよい。基板５０１には、さらに、光導波路５０４が形成される。光導波路５０４を作成するためには、例えば、２００℃の安息香酸中で、基板５０１中のリチウムイオンをプロトンにイオン交換すればよい。光導波路５０４を設けることにより、狭い断面積内に光を閉じこめることができるので光電場を強くすることができ、これにより非線形光学効果を高めることができる。
【０００５】
波長変換素子５００は、例えば、ポンプ光Ｐ２を用いて信号光Ｐ１の波長変換を行うことができる。信号光Ｐ１とポンプ光Ｐ２とは、光カプラ５０５を用いて合波され、導波路５０４に導入される。導波路５０４内では、信号光Ｐ１の第二高調波発生(SHG:Second Harmonic Generation)により、中間光Ｐ３が発生する。さらに、この中間光Ｐ３とポンプ光Ｐ２との差周波発生(DFG:Difference Frequency Generation)により、変換光Ｐ４が発生する。例えば、信号光Ｐ１の波長が１５５０ｎｍでポンプ光Ｐ２の波長が１５４０〜１５６０ｎｍの場合、中間光Ｐ３は７７５ｎｍとなる。その結果、変換光Ｐ４の波長は、ポンプ光Ｐ２の波長に応じて、１５６０〜１５４０ｎｍとなる。
【０００６】
波長変換素子５００では、例えば導波路５０４の長さ等の条件により、波長変換される周波数帯域が変化する。このため、波長変換素子５００の波長変換効率を高めるために素子長を長くしようとすると、波長変換の周波数帯域が狭くなってしまう。周波数帯域が狭くなると、広い波長範囲で使用できなくなることに加えて、光の周波数がカットされるようになってパルス形状が歪んでしまう。例えば、全長５ｃｍ程度の波長変換素子が変換できる周波数帯域幅、波長幅に換算して１ｎｍ以下である。
【０００７】
かかる欠点を解消するために、分極領域５０２，５０３の周期を均一に設定するのではなく、長さ方向で徐々に変化させたＱＰＭ構造が、既に知られている。このような構造は、一般に、チャープ構造と称されている。
【０００８】
図６に、従来のチャープ構造を概念的に示す。図６において、縦軸は、非線形光学係数ｄ（ｚ）、すなわち波長変換効率を示している。また、図６の横軸は、光の伝搬距離であり、光導波路５０４の光伝搬方向の座標に相当する。図６の例では、非線形光学係数ｄ（ｚ）が負の領域は第１分極領域５０２に相当し、非線形光学係数ｄ（ｚ）が正の領域は第２分極領域５０３に相当する。図６から解るように、従来のチャープ構造では、分極領域５０２，５０３の長さは徐々に長くなり、且つ、非線形光学係数ｄ（ｚ）は一定である。
【０００９】
しかしながら、図６に示したような従来のチャープ構造は、波長変換効率のリップル（波打ち）が大きく、このために波長帯域内で変換光のパワー変動が大きくなってしまうという欠点を有している。波長変換効率のリップルを抑制するためには、分極領域５０２，５０３の周期のチャープとともに、非線形光学係数を素子の両端で徐々に端へ向かって低減する構造が必要である。この構造を、従来は、分極領域５０２，５０３の幅制御で行っていた(非特許文献１)。
【特許文献１】特開２０００−１７１６４７号公報
【非特許文献１】２００６年秋季応用物理学会学術講演会予稿集30p-ZX-12
【非特許文献２】Yasuo Shibata等‘Coupling Coefficient Modulation of Waveguide Grating Using Sampled Grating’IEEE Photonics Technology Letters Vol.6, No.10, p.1222, 1994年10月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の非特許文献１の技術では、非常に複雑な構造の寸法を高精度で実現しないと、波長変換の周波数帯域内における変換効率の揺らぎおよびパルス波形のリップルを十分に抑えるという目的は達成できない。このため、例えば上述の形成方法を採用する場合には、分極領域５０２または分極領域５０３を形成するための電極の位置・寸法、電圧印加条件等を高精度に制御する必要がある。しかし、電子ビーム描画装置の解像度に限界があること、分極領域作製条件などの理由により、分極領域５０２，５０３の長さ制御には限界がある。
【００１１】
この発明の課題は、分極領域の位置・寸法等を高精度に制御することなしに、波長変換の周波数帯域内における変換効率の揺らぎやパルス波形のリップルを抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）第１の発明は、誘電分極が互いに反転している二種類の分極領域が複数個ずつ交互に形成された非線形光学基板を有し、これらの分極領域を伝搬させることによって信号光の波長を変換する波長変換素子に関する。
【００１３】
そして、ブロック毎に伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域が複数個概念的に設定され、実際に分極を反転させる仮想分極反転領域の個数をブロック毎に決定することにより波長変換効率の絶対値が該ブロック毎に調整されたことを特徴とする。
【００１４】
（２）第２の発明は、誘電分極が互いに反転している２種類の分極領域が複数個ずつ交互に形成された非線形光学基板を有し、これらの分極領域を伝搬させることによって信号光の波長を変換する波長変換素子に関する。
【００１５】
そして、非線形光学基板の少なくとも光伝搬領域を含む領域にチャープ形成領域が概念的に設けられ、チャープ形成領域が信号光の伝搬方向に沿って並ぶ複数個のブロックに概念的に分割され、ブロック毎に伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域が複数個概念的に設定され、実際に分極を反転させる仮想分極反転領域の個数をブロック毎に決定することにより波長変換効率の絶対値をブロック毎に調整されたことを特徴とする。
【００１６】
（３）第３の発明は、誘電分極が互いに反転している２種類の分極領域が複数個ずつ交互に形成された非線形光学基板を有し、これらの分極領域を伝搬させることによって信号光の波長を変換する波長変換素子の製造方法に関する。
【００１７】
そして、非線形光学基板の少なくとも光伝搬領域を含む領域にチャープ形成領域を概念的に設定し、チャープ形成領域を信号光の伝搬方向に沿って並ぶ複数個のブロックに概念的に分割し、ブロック毎に伝搬方向への長さが同一で且つ等間隔の仮想分極反転領域を複数個概念的に設定し、実際に分極を反転させる仮想分極反転領域の個数をブロック毎に決定する設計ステップと、実際に分極を反転させる仮想分極反転領域に電極を形成する電極形成ステップと、電極に電圧を印加することによって分極反転を発生させる分極反転ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、各ブロックに形成される分極反転領域の個数によって当該ブロックに対応する領域の波長変換効率を設定するので、分極領域の位置・寸法等を高精度に制御することなしに、変換効率の揺らぎやパルス波形のリップルを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。
【００２０】
図１（Ａ）は、この実施形態に係る波長変換素子を構造を概念的に示す平面図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示したように、この実施形態の波長変換素子１００は、基板１０１と、チャープ形成領域１０２と、光伝搬領域１０３と、ブロック１０４−１，１０４−２，・・・と、仮想分極反転領域１０５と、第１分極領域１０６と、第２分極領域１０７を有する。
【００２２】
基板１０１は、従来の波長変換素子５００（図５参照）と同様、非線形光学効果を有する基板（例えばＬｉＮｂＯ3のｚ板等の強誘電体基板）である。
【００２３】
チャープ形成領域１０２は、基板の、少なくとも光伝搬領域１０３を含む領域に形成される。チャープ形成領域１０２は、基板１０１の全面に形成してもよい。
【００２４】
光伝搬領域１０３は、信号光Ｐ１、ポンプ光Ｐ２、中間光Ｐ３（図１では示さず、図５参照）および変換光Ｐ４が伝搬する領域である。光伝搬領域１０３には、従来の波長変換素子５００と同様の光導波路が設けられてもよいし、設けられなくてもよい。光導波路を設けない場合は、信号光Ｐ１やポンプ光Ｐ２を、図示しないレンズ系で平行ビーム化して光伝搬領域１０３に入射させればよい。
【００２５】
ブロック１０４−１，１０４−２，・・・は、チャープ形成領域１０２を信号光Ｐ１やポンプ光Ｐ２の伝搬方向に沿って複数に分割するための、概念的なブロックである。この実施形態では、すべてのブロック１０４−１，１０４−２，・・・の、光伝搬方向に対する長さを同一にしたが、この長さは同一である必要はない（後述）。
【００２６】
仮想分極反転領域１０５は、ブロック１０４−１，１０４−２，・・・に複数個ずつ、仮想的に形成される。この実施形態では、すべてのブロック１０４−１，１０４−２，・・・において、光伝搬方向に対する仮想分極反転領域１０５の長さＬ１、配置等間隔Ｌ２および仮想分極反転領域１０５の個数を同一にしたが、これらの条件はブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に定めてもよい。
【００２７】
第１分極領域１０６および第２分極領域１０７は、誘電分極が互いに反転した領域である。第１分極領域１０６は、仮想分極反転領域１０５に形成される。実際に第１分極領域１０６を形成する仮想分極反転領域１０５の個数は、ブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に異なっていてもよい。この実施形態では、第１分極領域１０６が形成される仮想分極反転領域１０５の個数により、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・の波長変換効率が設定される。波長変換効率の設定値は、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に決定される。第１分極領域１０６を形成しなかった領域（仮想分極反転領域１０５を含む）は、そのまま第２分極領域１０７になる。
【００２８】
次に、図１（Ａ）に示した波長変換素子１００の原理について、図１（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ｂ）において、縦軸は、波長変換係数（すなわち波長変換効率の大小を示す係数）であり、また、横軸は、波長変換素子１００の、光伝搬方向に沿った位置座標に相当する。
【００２９】
波長変換係数は、光信号の、第１、第２分極領域１０６，１０７の伝搬距離比に依存する。したがって、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・に設けられる第１分極領域１０６の本数によって、そのブロックの波長変換係数（そのブロック内における平均値）を調整することができる。
【００３０】
図１（Ａ）の例では、ブロック１０４−１には１本の第１分極領域１０６が設けられており、ブロック１０４−２には３本の第１分極領域１０６が形成されており、ブロック１０４−３，１０４−４にはそれぞれ４本の第１分極領域１０６が形成されており、さらに、ブロック１０４−５，１０４−６にはそれぞれ５本の第１分極領域１０６が形成されている。このため、図１（Ｂ）にステップ状曲線Ｃ２で示したように、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・の波長変換係数の関係は、概ね、１：３：４：４：５：５になる。その結果、波長変換素子１００全体としては、概ね、曲線Ｃ１で示したような分布関数に沿って、波長変換係数が変化する。
【００３１】
このようにして、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・における第１分極領域１０６の本数を適当に設定することにより、これらのブロックにおける波長変換係数を、任意に設定することができる。
【００３２】
隣接ブロック間における、第１分極領域１０６の本数の差は、１本である必要はない。例えば、ブロック１０４−１，１０４−２のように、２本の差を設けてもよいし、それ以上の本数差を設けてもよい。また、ブロック１０４−３，１０４−４のように、同じ本数のブロックが２個或いはそれ以上隣接していてもよい。すなわち、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・における第１分極領域１０６の本数は、波長変換素子１００の他の設計条件に応じて、変換効率の揺らぎやパルス波形のリップルが十分に抑制できるように、決定すればよい。
【００３３】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、第１分極領域１０６の形成位置の他の例を概念的に示す平面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）において、図１（Ａ）と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図１と同じものを示している。
【００３４】
図２（Ａ）は、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・のほぼ中央部分に配置された仮想分極反転領域１０５に第１分極領域１０６を形成した例である。すなわち、図２（Ａ）では、光導入側から見て、４番目、３番目、５番目、２番目、６番目、１番目の順に、第１分極領域１０６が形成される仮想分極反転領域１０５を選択していく例である。
【００３５】
また、図２（Ｂ）は、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・において、第１分極領域１０６が形成される仮想分極反転領域１０５を、ランダムに選択する例である。
【００３６】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示したようにして第１分極領域１０６の形成位置を決定した場合でも、図１（Ｂ）にＣ２で示したような波長変換係数曲線を得ることができる。
【００３７】
図１、図２の例では、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・に属する仮想分極反転領域１０５の本数を同一（６本）にしたが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、同一ブロック内で、第１分極領域１０６を形成しない仮想分極反転領域１０５を１本のみに固定して、各ブロックに属する仮想分極反転領域１０５の本数の方を適宜変更してもよい。例えば、ブロックに属する仮想分極反転領域１０５を２本とすれば、第１分極領域１０６を１本のみ形成することで、波長変換係数を５０パーセントに設定することができる。また、ブロックに属する仮想分極反転領域１０５を１本とすれば、第１分極領域１０６を０本にすることで、波長変換係数は０パーセントになる。このように、ブロックに属する仮想分極反転領域１０５の本数が少ないほど、そのブロックの波長変換係数を細かく調整することはできなくなる。したがって、各ブロックに属する仮想分極反転領域１０５の本数は、波長変換素子１００の他の設計条件に応じて、設計作業が簡単になり且つ変換効率の揺らぎやパルス波形のリップルが十分に抑制できるように決定すればよい。
【００３８】
次に、図１（Ａ）に示した波長変換素子１００の製造方法について、図３を用いて説明する。
【００３９】
この実施形態では、上述のようにして、基板１０１に光伝搬領域１０３を含むチャープ形成領域１０２を概念的に設定し、このチャープ形成領域１０２をブロック１０４−１，１０４−２，・・・に概念的に分割し、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・に仮想分極反転領域１０５を概念的に配置し、分極を反転させる仮想分極反転領域１０５の個数（すなわち第１分極領域１０６を形成する個数）をブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に決定する。そして、上述のようにして、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に、分極反転させる仮想分極反転領域１０５を選択した後、当該仮想分極反転領域１０５の表面に電極を形成する。そして、該電極に、基板１０１の分極方向と逆の電圧を印加して、被選択仮想分極反転領域１０５の分極を反転させる。
【００４０】
図３は、この電圧印加のために形成する電極配置を示す概念的平面図である。図３において、図１（Ａ）と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図１の場合と同じものを示している。
【００４１】
図３に示したように、チャープ形成領域１０２のうち、分極反転させる仮想分極反転領域１０５上には電極３０３が形成されるが、他の仮想分極反転領域１０５上には電極３０３が形成されない。
【００４２】
一方、基板１０１の表面のうち、チャープ形成領域１０２に含まれない領域３０１，３０２については、分極反転をさせるかどうかに拘わらずすべての仮想分極反転領域１０５に対応させて電極３０３が形成される。
【００４３】
また、基板１０１の表面の端部（図３の上端部および下端部）には、これらの電極３０３を相互に接続する、第１ガード電極３０４，３０５が形成される。
【００４４】
さらに、領域３０１，３０２のみに形成された電極（分極反転させない仮想分極反転領域１０５に対応する電極）３０３を相互に接続する、第２ガード電極３０６が設けられる。この実施形態では、第２ガード電極３０６を、チャープ形成領域１０２に近接する位置に形成する。
【００４５】
この実施形態で、領域３０１，３０２に電極３０４，３０５，３０６を設けたのは、以下の理由による。
【００４６】
上述のように、第１分極領域１０６の形成本数は、各ブロック１０４−１，１０４−２，・・・毎に異なる。このため、仮想分極反転領域１０５の分極を反転させない領域の近傍に電極を全く設けないと、電圧印加時に流れる電流が各ブロック毎に大きく異なることになり、その結果、基板１０１内での温度ばらつきが非常に大きくなる。すなわち、第１分極領域１０６の形成本数が多いブロックでは温度上昇が激しくなり、その一方で、第１分極領域１０６の形成本数が少ないブロックでは温度上昇が小さくなる。このような温度ばらつきは、基板１０１内で分極反転の度合いがばらつく原因となり、したがって、波長変換素子１００の特性悪化の原因となる。
【００４７】
これに対して、この実施形態では、電極３０４，３０５，３０６を形成することとしたので、上述のような温度ばらつきが抑制され、波長変換素子１００の特性を向上させることができる。加えて、第２ガード電極３０６を設けることにより、分極反転させない仮想分極反転領域１０５に対応する電極３０３の端部での、電荷集中が抑制される。このように、領域３０１，３０２にも電極３０４，３０５，３０６を設けて、分極反転されない領域の電極形成面積を極力大きくすることにより、波長変換素子１００の特性向上を図ることができる。但し、上述の温度ばらつきが問題にならないような場合には、ガード電極３０４，３０５，３０６を設けなくてもよい。
【００４８】
この実施形態では、チャープ形成領域１０２を光伝搬領域１０３よりも広く形成したが、これらの領域１０２，１０３は一致していてもよい。但し、チャープ形成領域１０２が光伝搬領域１０３に比べて十分に広い方が、この発明の効果は大きくなる。なぜなら、図３の例では、領域３０１，３０２にも、第１分極領域１０６が形成されるからである。信号光Ｐ１やポンプ光Ｐ２が伝搬するとき、伝搬方向に直角な方向についての強度分布は、ガウス分布である。このため、チャープ形成領域１０２が狭いために伝搬光Ｐ１，Ｐ２（図１（Ａ）参照）の一部が領域３０１，３０２の第１分極領域１０６に達すると、波長変換係数が変化してしまう。この発明の発明者が検討したところ、伝搬光Ｐ１，Ｐ２のピーク強度の１／ｅ（ｅは自然対数の底）よりも強い光がチャープ形成領域１０２内を伝搬できるように、十分に広く該チャープ形成領域１０２を形成することが望ましい。特に、レンズ系を用いて伝搬光の平行ビームを形成する場合（すなわち、光伝搬領域１０３として光導波路を用いない場合）には、光Ｐ１，Ｐ２を集光するときの回折限界によりビーム径を数ミクロンまで小さくすることはできず、このため、光エネルギー密度が小さくなって波長変換効率が低下する。このため、チャープ形成領域１０２を十分に広くすることが望ましい。なお、光伝搬領域１０３として光導波路を用いない場合には、狭い光導波路と光ファイバー等の外部導波路との位置合わせが不要になるので、波長変換素子１００の実装が容易になるという利点がある。
【００４９】
図４は、この実施形態に係る波長変換素子１００（実施例素子）と、従来のチャープ構造波長変換素子（従来例素子、図６参照）との波長変換効率特性を比較したグラフである。図４において、縦軸は波長変換効率であり、横軸はＱＰＭ位相整合条件からのずれをＱＰＭ周期で規格化した値である。横軸の値は、チャープした周期の平均値がπとなるように定められており、光波数に比例し且つＱＰＭ周期に比例する。
【００５０】
従来例素子において、ＱＰＭの周期すなわち第１分極領域５０２の間隔Λは１９μｍであり、また、周期チャープ量の最大値ΔΛは０．１３μｍである。ＱＰＭ周期の数すなわち第１分極領域５０２の数は２５００であり、素子全長は４．７５ｃｍである。さらに、波長変換素子の全長（光伝搬方向の長さ）のうち、入射面からの２０パーセントは波長変換係数が徐々に上昇するように形成し、中央部分の６０パーセントは波長変換係数が一定になるように形成し、さらに、出射面までの２０パーセントは波長変換係数が徐々に低下するように形成した。入射部分および出射部分の波長変換係数は、ハニング窓（raised-cosine）関数にしたがって変換するように設定した。
【００５１】
一方、実施例素子においては、素子全長を従来例素子と同一とし、各ブロックに１６本ずつの仮想分極反転領域１０５を設け、図１と同様、各ブロックの入射側から所定数の仮想分極反転領域１０５に第１分極領域１０６を形成した。
【００５２】
図４に示されているように、従来例素子では波長変換係数が大きく揺らいでいるのに対し、実施例素子では揺らぎを非常に小さくすることができた。
【００５３】
以上説明したように、この実施形態によれば、仮想分極反転領域１０５の分極反転／非反転によって波長変換効率を制御するので、従来のように分極領域の位置・幅を１個ずつ設定する場合（図６参照）と比較して、作製条件の厳密性が低減される。このため、量産時の特性ばらつきを低減でき、歩留まりが向上する。
【００５４】
さらに、仮想分極反転領域１０５の分極反転／非反転によって波長変換効率を制御することにより、かかる波長変換効率の変化の幅を広げ且つ滑らかにすることができ、したがって、変換効率の揺らぎやパルス波形のリップルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（Ａ）は実施形態に係る波長変換素子を構造を概念的に示す平面図、（Ｂ）は実施形態に係る波長変換素子の波長変換特性を示すグラフである。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）ともに、実施形態に係る波長変換素子を他の構造例を概念的に示す平面図である。
【図３】実施形態に係る波長変換素子の製造方法を説明するための概念的平面図である。
【図４】実施形態に係る波長変換素子と従来のチャープ構造波長変換素子との変換効率特性を比較したグラフである。
【図５】従来の波長変換素子の構造例を示す概念図である。
【図６】従来のチャープ構造を概念的に示す特性図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  波長変換素子
１０１  基板
１０２  チャープ形成領域
１０３  光伝搬領域
１０４−１〜１０４−６  ブロック
１０５  仮想分極反転領域
１０６  第１分極領域
１０７  第２分極領域
【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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