(57)【要約】【課題】光過飽和領域部内での吸収キャリア密度の均一化を図り、光過飽和吸収性が優れて効率良く光波長変換し得る光波長変換素子を提供すること。【解決手段】  この光波長変換素子は、基板１上に第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を導くための第１の光導波路Ｒ１が設けられると共に、第２の波長（λ２）の光Ｌ２を導くための第２の光導波路Ｒ２が分岐した分岐部Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを持つように設けられている他、分岐部Ｒ２ａの光導波路Ｒ１に対する合体により光導波路Ｒ１の延在方向へ延びるように帯状の第３の光導波路Ｒ３が波長（λ１）の強度変調光Ｌ１及び波長（λ２）の光Ｌ２の一部を合波するために設けられ、光導波路Ｒ３上には光過飽和領域部Ｅが設けられ、更に基板１上に分岐部Ｒ２ｂが光過飽和領域部Ｅの中途部分で合体されて波長（λ２）の光Ｌ２の他部を合波できるように設けられて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の強度変調光と第２の波長の光とを基板上に配設された光導波路上に設けられた光過飽和領域部を通して該第１の波長の強度変調光を該第２の波長の強度変調光として載せ換え可能な波長変換素子において、前記光導波路は、前記第１の波長の強度変調光と前記第２の波長の光とにおける少なくとも一方を分岐して導くための複数の分岐路を有し、前記光過飽和領域部は、前記複数の分岐路における一部のものが合体して帯状に延びた帯状部上に形成され、前記複数の分岐路における他部は、前記光過飽和領域部の中途部分で合体される部分を含むことを特徴とする光波長変換素子。
【請求項２】
請求項１記載の光波長変換素子において、光吸収により屈折率が変化する材料を用いて形成された光屈折率変化部を前記光過飽和領域部に代用したことを特徴とする光波長変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）と第２の波長の光（又は第１の波長の光）とを基板上に配設された光導波路上に設けられた光の過飽和領域を通して第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）を第２の波長の強度変調光（又は第１の波長の強度変調光）として載せ換え可能な光波長変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光波長変換素子（研究開発済みであるが、文献公知に係る発明でないもの）としては、例えば図３に示されるものが挙げられる。
【０００３】
この光波長変換素子は、基板１上に第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を導くための第１の光導波路Ｒ１と第２の波長（λ２）の光Ｌ２を導くための第２の光導波路Ｒ２とが設けられると共に、第２の光導波路Ｒ２の第１の光導波路Ｒ１に対する合体により第１の光導波路Ｒ１の延在方向へ延びるように第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１及び第２の波長（λ２）の光Ｌ２を合波するための帯状の第３の光導波路Ｒ３が設けられ、第３の光導波路Ｒ３上には光過飽和領域部Ｅが設けられて構成されている。
【０００４】
この光波長変換素子では、第１の光導波路Ｒ１，第２の光導波路Ｒ２にそれぞれ入射された第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１，第２の波長（λ２）の光Ｌ２が第３の光導波路Ｒ３で合波され、このときに合波された光を光過飽和領域部Ｅを通すことにより、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を第２の波長（λ２）の強度変調光Ｌ２として載せ換え可能となっている。
【０００５】
即ち、この光波長変換素子の場合、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１と第２の波長（λ２）の光Ｌ２とをそれぞれ一つの第１の光導波路Ｒ１，第２の光導波路Ｒ２に入射させ、これらの合波された光を光過飽和吸収導波路として働く光過飽和領域部Ｅへ入射させる構造であり、光過飽和領域部Ｅでは第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の光強度が大きいときには第２の波長（λ２）の光Ｌ２の光吸収が弱くなり、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の光強度が小さいときには第２の波長（λ２）の光Ｌ２の光吸収が強くなるため、光過飽和領域部Ｅから出射される第２の波長（λ２）の光Ｌ２は、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１が持っていた光変調情報をそのまま受け継いだ強度変調光Ｌ２として変換することができる。
【０００６】
尚、この光波長変換素子において、第１の光導波路Ｒ１，第２の光導波路Ｒ２にそれぞれ第２の波長（λ２）の光Ｌ２と第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１とを入射させた場合でも、同等な機能が得られる。
【０００７】
【非特許文献１】ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ  Ｖｏｌ．５１  Ｎｏ．９  ２００２  Ｐ６９９〜７０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した非特許文献に係る光波長変換素子の場合、光過飽和領域部で光過飽和吸収現象を起こさせるためには大きな吸収キャリア密度が必要になり、変換効果を上げるためには非常に大きな入射光量が必要になるが、第１の光導波路及び第２の光導波路が合体した第３の光導波路上に光過飽和領域部が設けられている構造であることにより、吸収キャリア密度の高い部分が光過飽和領域部の入射端側近傍にだけ集中し、光過飽和吸収導波路としての光過飽和吸収性が損なわれ易く、結果として光波長変換性能が劣化された構造であるという問題がある。
【０００９】
即ち、非特許文献に係る光波長変換素子について、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１，第２の波長（λ２）の光Ｌ２の全光量が光過飽和領域部の入射端側に同時に入射された場合、光吸収によって発生する吸収キャリア密度は光過飽和領域部の入射端近傍で極端に高くなり、光の導波方向に向かって指数関数的に減少するが、光過飽和吸収は吸収キャリア密度の大きさによって引き起こされる現象であるため、吸収キャリア密度が低くなってしまう光過飽和領域部の大部分の領域では光過飽和吸収性が殆ど機能しなくなっているという問題がある他、光過飽和吸収は吸収キャリアが多い程起こり易いが、より大きな変換効果を得るために入射光量を更に増大させると変換効果が比例して増大しなくなるばかりでなく、入射光量の過剰な増大はデバイスの劣化を招いてしまうという問題がある。従って、技術的には入射光量を過剰に増大させることなく、光過飽和領域部内で吸収キャリアの分布をならして吸収キャリア密度を均一化させることが求められている。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、光過飽和領域部内での吸収キャリア密度の均一化を図り、光過飽和吸収性が優れて効率良く光波長変換し得る高性能な光波長変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、第１の波長の強度変調光と第２の波長の光とを基板上に配設された光導波路上に設けられた光過飽和領域部を通して該第１の波長の強度変調光を該第２の波長の強度変調光として載せ換え可能な波長変換素子において、光導波路は、第１の波長の強度変調光と第２の波長の光とにおける少なくとも一方を分岐して導くための複数の分岐路を有し、光過飽和領域部は、複数の分岐路における一部のものが合体して帯状に延びた帯状部上に形成され、複数の分岐路における他部は、光過飽和領域部の中途部分で合体される部分を含む光波長変換素子が得られる。
【００１２】
又、本発明によれば、上記光波長変換素子において、光吸収により屈折率が変化する材料を用いて形成された光屈折率変化部を光過飽和領域部に代用した光波長変換素子が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光波長変換素子の場合、従来の第１の光導波路及び第２の光導波路が合体した第３の光導波路上に光過飽和領域部が設けられている構造を改良し、光導波路として第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）と第２の波長の光（又は第１の波長の光）とにおける少なくとも一方を分岐して導くための複数の分岐路を有するものとした上、光過飽和領域部を各分岐路における一部のものが合体して帯状に延びた帯状部上に形成し、各分岐路における他部として光過飽和領域部の中途部分で合体される部分を含む構造としているため、吸収キャリアが光過飽和領域部内で程良く分散して吸収キャリア密度が均一化されるようになり、光過飽和吸収導波路としての光過飽和吸収性が損なわれ難く、結果として光過飽和吸収性が優れて効率良く光波長変換し得る基本性能の優れたもの（光波長変換性能の優れたもの）となる。又、光吸収により屈折率が変化する材料を用いて形成された光屈折率変化部を光過飽和領域部に代用した構成とし、光屈折率変化部において第１の波長の強度変調光の強度が大きいときには大きな位相シフトが生じ、強度が小さいときには小さな位相シフトを生じた一部の光を干渉させることにより、第１の波長の強度変調光を第２の波長の強度変調光として載せ換えるようにしているため、効率良く位相シフトを起こさせることができるようになり、この場合にも波長変換効率の向上が図られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の最良の形態に係る一つの光波長変換素子は、第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）と第２の波長の光（又は第１の波長の光）とを基板上に配設された光導波路上に設けられた光過飽和領域部を通して第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）を第２の波長の強度変調光（又は第１の波長の強度変調光）として載せ換え可能な波長変換素子において、光導波路は、第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）と第２の波長の光（又は第１の波長の光）とにおける少なくとも一方を分岐して導くための複数の分岐路を有し、光過飽和領域部は、複数の分岐路における一部のものが合体して帯状に延びた帯状部上に形成され、複数の分岐路における他部は、光過飽和領域部の中途部分で合体される部分を含むものである。
【００１５】
係る構造の光波長変換素子の場合、吸収キャリア密度が光過飽和領域部内に分散して均一化が図られることにより、光過飽和吸収導波路としての光過飽和吸収性が損なわれ難く、結果として光過飽和吸収性が優れて効率良く光波長変換し得る基本性能の優れたものとなる。
【００１６】
又、本発明の最良の形態に係る他の光波長変換素子は、光吸収により屈折率が変化する材料を用いて形成された光屈折率変化部を上述した光過飽和領域部に代用した構成とし、光屈折率変化部において第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）の強度が大きいときには大きな位相シフトが生じ、強度が小さいときには小さな位相シフトを生じた一部の光を干渉させることにより、第１の波長の強度変調光（又は第２の波長の強度変調光）を第２の波長の強度変調光（又は第１の波長の強度変調光）として載せ換えるようにするものである。この場合、効率良く位相シフトを起こさせることができるようになり、同様に波長変換効率の向上が図られて基本性能の優れたものとなる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１に係る光波長変換素子の基本構成を示した平面図である。この光波長変換素子の場合、基板１上に第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を導くための第１の光導波路Ｒ１が設けられると共に、第２の波長（λ２）の光Ｌ２を導くための第２の光導波路Ｒ２が分岐した分岐部Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを持つように設けられている他、一方の分岐部Ｒ２ａの第１の光導波路Ｒ１に対する合体により第１の光導波路Ｒ１の延在方向へ延びるように帯状の第３の光導波路Ｒ３が第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１及び第２の波長（λ２）の光Ｌ２の一部を合波するために設けられ、第３の光導波路Ｒ３上には光過飽和領域部Ｅが設けられ、更に基板１上に他方の分岐部Ｒ２ｂが光過飽和領域部Ｅの中途部分で合体されて第２の波長（λ２）の光Ｌ２の他部を合波できるように設けられて構成されている。
【００１８】
この実施例１に係る光波長変換素子においても、第１の光導波路Ｒ１，第２の光導波路Ｒ２にそれぞれ入射された第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１，第２の波長（λ２）の光Ｌ２が第３の光導波路Ｒ３で合波されて光過飽和領域部Ｅを通り、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を第２の波長（λ２）の強度変調光Ｌ２として載せ換え可能な基本機能を有すると共に、第２の光導波路Ｒ２で分岐された一方の分岐部Ｒ２ａが光過飽和領域部Ｅの入射側端部に設けられている点は図３に示した従来のものと同様であるが、ここでは第２の光導波路Ｒ２に入射される第２の波長（λ２）の光Ｌ２が分岐部Ｒ２ａ，Ｒ２ｂで分岐されると共に、第１の光導波路Ｒ１を通った第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１と第２の波長（λ２）の光Ｌ２の第２の光導波路Ｒ２における分岐された一方の分岐部Ｒ２ａを通った一部とが合波されて第３の光導波路Ｒ３に設けられた光過飽和領域部Ｅに入射される際、第２の波長（λ２）の光Ｌ２の第２の光導波路Ｒ２における分岐された他方の分岐部Ｒ２ｂを通った他部が光過飽和領域部Ｅの中途部分で合体されて更に光過飽和領域部Ｅ中で合波する構造であるため、吸収キャリアが光過飽和領域部Ｅ内で程良く分散して吸収キャリア密度が均一化されるようになり、光過飽和吸収導波路としての光過飽和吸収性が損なわれ難く、光過飽和吸収性が優れて効率良く光波長変換し得るものとなる。
【００１９】
尚、この光波長変換素子において、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１，第２の波長（λ２）の光Ｌ２には１０〜４０ＧＨｚのパルス信号による信号光を用い、光過飽和領域部Ｅの大きさはサブミリメートルの単位として構成することが好ましい。又、この光波長変換素子においても、第１の光導波路Ｒ１，第２の光導波路Ｒ２にそれぞれ第２の波長（λ２）の光Ｌ２と第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１とを入射させた場合でも、同等な機能が得られる。
【実施例２】
【００２０】
図２は、本発明の実施例２に係る光波長変換素子の基本構成を示した平面図である。この光波長変換素子の場合、基板１上に第２の波長（λ２）の光Ｌ２を導くための第１の光導波路Ｒ１が分岐した分岐部Ｒ１ａ，Ｒ１ｂを持つように設けられると共に、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を導くための第２の光導波路Ｒ２が分岐した分岐部Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを持つように設けられている他、第２の光導波路Ｒ２における一方の分岐部Ｒ２ａの第１の光導波路Ｒ１における他方の分岐部Ｒ１ｂに対する合体により帯状の分岐部Ｒ１ｂが第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の他部及び第２の波長（λ２）の光Ｌ２の一部を合波するために第１の光導波路Ｒ１における第２の波長（λ２）の光Ｌ２の一部を導くための帯状の一方の分岐部Ｒ１ａの延在方向（第１の光導波路Ｒ１の延在方向）へ平行して延びるように設けられると共に、分岐部Ｒ１ｂ上には光吸収により屈折率が変化する材料を用いて形成された光屈折率変化部Ｅ′が設けられ、更に基板１上に第２の光導波路Ｒ２における他方の分岐部Ｒ２ｂが光屈折率変化部Ｅ′の中途部分で合体されて第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の他部を合波できるように設けられて構成されている。
【００２１】
即ち、この実施例２に係る光波長変換素子の場合、実施例１のものを変形し、更に第１の光導波路Ｒ１についても基板１上における共振器上に分岐させ、一方の分岐部Ｒ１ａには第２の波長（λ２）の光Ｌ２の一部を導くようにし、第２の波長（λ２）の光Ｌ２の他部が導かれる他方の分岐部Ｒ１ｂ上に光屈折率変化部Ｅ′を設けて第２の光導波路Ｒ２における一方の分岐部Ｒ２ａを光屈折率変化部Ｅ′の入射側に合体させ、且つ他方の分岐部Ｒ２ｂを光屈折率変化部Ｅ′の中途部分で合体させるようにし、第２の波長（λ２）の光Ｌ２の一部と光屈折率変化部Ｅ′を通った第２の波長（λ２）の光Ｌ２の他部及び第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の第２の光導波路Ｒ２における一方の分岐部Ｒ２ａを通った一部が合波されたものに対して他方の分岐部Ｒ２ｂを通った他部を合波したものとを第３の光導波路Ｒ３で更に合波して第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を第２の波長（λ２）の強度変調光Ｌ２として載せ換え可能な構造としたもので、ここでも第２の光導波路Ｒ２に入射される第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１が分岐部Ｒ２ａ，Ｒ２ｂで分岐されると共に、第１の光導波路Ｒ１における他方の分岐部Ｒ１ｂを通った第２の波長（λ２）の光Ｌ２の他部と第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の第２の光導波路Ｒ２における分岐された一方の分岐部Ｒ２ａを通った一部とが合波されて他方の分岐部Ｒ１ｂに設けられた光屈折率変化部Ｅ′に入射される際、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の第２の光導波路Ｒ２における分岐された他方の分岐部Ｒ２ｂを通った他部が光屈折率変化部Ｅ′の中途部分で合体されて更に光屈折率変化部Ｅ′中で合波する構造であるため、吸収キャリアが光屈折率変化部Ｅ′内で程良く分散して吸収キャリア密度が均一化されるようになり、光吸収キャリ密度に依存する光屈折率変化性が損われ難くなる。
【００２２】
この実施例２に係る光波長変換素子のような共振器構造では、第２の波長（λ２）の光Ｌ２の分岐部Ｒ１ａを通った一部の光に対し、第２の波長（λ２）の光Ｌ２の分岐部Ｒ１ａを通って光屈折率変化部Ｅ′において第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１の強度が大きいときには大きな位相シフトが生じ、強度が小さいときには小さな位相シフトを生じた一部の光を干渉させることにより、第１の波長（λ１）の強度変調光Ｌ１を第２の波長（λ２）の強度変調光Ｌ２として載せ換えるものであるため、効率良く位相シフトを起こさせることができるようになり、波長変換効率の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係る光波長変換素子の基本構成を示した平面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る光波長変換素子の基本構成を示した平面図である。
【図３】従来の光波長変換素子の基本構成を示した平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    基板
Ｅ    光過飽和領域部
Ｅ′    光屈折率変化部
Ｌ１    第１の波長の強度変調光
Ｌ２    第２の波長の光
Ｒ１    第１の光導波路
Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ    分岐路
Ｒ２    第２の光導波路
Ｒ３    第３の光導波路
【図１】
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【図２】
2005283768.tif 000004
【図３】
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