(57)【要約】【課題】  赤外光、近赤外光、中赤外光を発生することができ、広い波長変換帯域が得られ、波長変換帯域内での出力変動が小さい波長可変光源を提供する。【解決手段】  波長可変が可能な励起光源１１と、励起光源１１からの励起光を入力し、第二高調波発生により励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子１３とを備え、波長変換素子１３は、光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、波長変換素子１３の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有する。【選択図】  図１
2007079227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光の波長を変換して出力する波長変換素子であって、
前記光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、
前記波長変換素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有することを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
入力された光の波長を変換して出力する波長変換素子であって、
前記光の伝播方向に一定の分極反転周期を有し、該分極反転周期に対する位相が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、
前記波長変換素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きい構造を有することを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
波長可変が可能な励起光源と、
該励起光源からの励起光を入力し、第二高調波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、
該波長変換素子は、前記光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有することを特徴とする波長可変光源。
【請求項４】
波長可変が可能な励起光源と、
該励起光源からの励起光を入力し、第二高調波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、
該波長変換素子は、前記光の伝播方向に一定の分極反転周期を有し、該分極反転周期に対する位相が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きい構造を有することを特徴とする波長可変光源。
【請求項５】
波長可変が可能な第１の励起光源と、
固定波長の第２の励起光源と、
前記第１および第２励起光源からの励起光を合波して入力し、差周波波発生または和周波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、
該波長変換素子は、前記光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有することを特徴とする波長可変光源。
【請求項６】
波長可変が可能な第１の励起光源と、
固定波長の第２の励起光源と、
前記第１および第２励起光源からの励起光を合波して入力し、差周波波発生または和周波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、
該波長変換素子は、前記光の伝播方向に一定の分極反転周期を有し、該分極反転周期に対する位相が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きい構造を有することを特徴とする波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子および波長可変光源に関し、より詳細には、第二高調波発生、和周波発生、差周波発生を用いて、入力された光の波長を変換して出力する波長変換素子およびこれを備えた波長可変光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長を掃引することができるレーザ光源として、半導体レーザと外部グレーティングとを光学的に結合させた構造の光源が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この光源は、グレーティングを機械的に回転させるなどして、波長可変を実現している。従って、波長可変の速度に限界がある。また、この光源は、使用する半導体レーザの利得波長領域によって波長領域が決まってしまう。現在、商用化されている波長は、およそ６００〜１６００ｎｍの間で、波長可変範囲が２０〜１００ｎｍ程度である。この種の半導体レーザは、波長可変レーザとしては最も一般的なものであり、通信波長帯である１．３〜１．６μｍの波長において、比較的安価な製品が実現されている。しかしながら、他の波長帯域の光源は、市場規模・需要・技術的な困難性などの影響で通信波長帯の製品と比較して、２〜３倍と高価である。
【０００３】
また、レーザ光源は、例えば、種々のガスの吸収を測定してガスのセンシングや分光を行うなどの計測分野にも応用されている。計測分野では、高速な波長掃引が可能で、ガスの吸収の大きな種々の波長の光源が必要となる。多くのガスは、２〜５μｍ帯の近赤外から中赤外波長、７００〜８００ｎｍ帯の赤外波長において吸収がみられる。しかしながら、２〜５μｍ帯の波長では、一部の特殊な波長を除いて半導体レーザが実現されておらず、波長可変が可能な半導体レーザも実現されていない。
【０００４】
７００〜８００ｎｍ帯においては、外部グレーティングを用いた半導体レーザ、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザなどの波長可変レーザ（例えば、非特許文献２参照）が知られている。しかしながら、波長可変レーザは、高速な波長掃引ができない、モードホッピングのために、安定な波長掃引ができないという問題があった。
【０００５】
【非特許文献１】M. Notomi, et al., “Broad-Band Tunable Two-Section Laser Diode with External Grating Feedback”, IEEE Photonics Tech. Lett. Vol.2, No.2, pp.85-87, 1990/9
【非特許文献２】T. Hirata, et al., “Fabrication and Characteristics of GaAs-AlGaAs Tunable Laser Diodes with DBR and Phase-Control Sections Integrated by Compositional Disordering of a Quantμｍ Well”, IEEE J. of Quantμｍ Electronics, Vol.27, No.6, pp.1609-1615, 1991/6
【非特許文献３】Y. Tohmori, et al., “Broad-Range Wavelength-Tunable Superstructure Grating (SSG) DBR Lasers”, IEEE J. of Quantμｍ Electronics, Vol.29, No.6, pp.1817-1823, 1993/6
【非特許文献４】S. L. Lee, et al., “Dynamic Responses of Widely Tunable Sampled Grating DBR Lasers”, IEEE Photonics Tech. Lett. Vol.8, No.12, pp.1597-1599, 1996/12
【非特許文献５】Y. Nishida, et al., “Direct-bonded QPM-LN ridge waveguide with high damage resistance at room temperature”, Electronics Lett. 3rd April 2003 Vol.39, No.7
【非特許文献６】T. Suhara, et al., “Theoretical Analysis of Waveguide Second-Harmonic Generation Phase Matched with Uniform and Chirped Gratings”, IEEE J. of Quantμｍ Electronics, Vol.26, No.7, pp.1265-1276, 1990/7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高速に波長掃引が可能な光源として、ＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤ（Superstructure Grating DBR LD）（例えば、非特許文献３参照）、ＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤ（Sampled Grating DBR LD）（例えば、非特許文献４参照）が知られている。これらの光源は、上述した外部グレーティングを用いた光源よりも、さらに安価に入手が可能である。しかしながら、その多くは光通信波長帯である１．５５μｍ帯向けに開発されているため、計測分野において用いられる波長帯では使用できないという問題があった。
【０００７】
通信波長帯である１．３〜１．６μｍの波長の半導体レーザの作製技術と比較すると、他の波長領域の半導体レーザの作製技術は、導波路を埋め込み構造にできない、グレーティングの作製技術が異なるなどの違いがみられる。従って、上述したＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤ、ＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを、その他の波長領域で動作させることが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、赤外光、近赤外光、中赤外光を発生することができ、広い波長変換帯域が得られ、波長変換帯域内での出力変動が小さい波長可変光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力された光の波長を変換して出力する波長変換素子であって、前記光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、入力された光の波長を変換して出力する波長変換素子であって、前記光の伝播方向に一定の分極反転周期を有し、該分極反転周期に対する位相が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きい構造を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の波長可変光源は、波長可変が可能な励起光源と、該励起光源からの励起光を入力し、第二高調波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、該波長変換素子は、前記光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の波長可変光源は、波長可変が可能な励起光源と、該励起光源からの励起光を入力し、第二高調波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、該波長変換素子は、前記光の伝播方向に一定の分極反転周期を有し、該分極反転周期に対する位相が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きい構造を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の波長可変光源は、波長可変が可能な第１の励起光源と、固定波長の第２の励起光源と、前記第１および第２励起光源からの励起光を合波して入力し、差周波波発生または和周波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、該波長変換素子は、前記光の伝播方向に分極反転周期が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きい構造を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の波長可変光源は、波長可変が可能な第１の励起光源と、固定波長の第２の励起光源と、前記第１および第２励起光源からの励起光を合波して入力し、差周波波発生または和周波発生により前記励起光と異なる波長の変換光を出力する波長変換素子とを備え、該波長変換素子は、前記光の伝播方向に一定の分極反転周期を有し、該分極反転周期に対する位相が連続的に変化し、かつ単調に増加しまたは単調に減少し、および、前記波長変換素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きい構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、１．２５〜１．６５μｍ帯の波長可変半導体レーザの出力を波長変換して赤外、近赤外、中赤外光を発生でき、かつ広い波長変換帯域が得られ、波長変換帯域内での出力変動を小さくできるため、安価で高速に広帯域な波長掃引が可能な光源を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の波長可変光源は、１．２５〜１．６５μｍ帯の波長可変半導体レーザと、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の強誘電体の分極を交互に反転した構造を有する波長変換素子を備える。波長変換素子の分極反転構造は、素子内の光の伝播方向にその反転周期が連続的に変化し、かつ単調増加または単調減少している。加えて、素子の中央部の反転周期の変化に比べて、端部の反転周期の変化が大きくなる構造を有している。
【００１７】
また、波長変換素子の分極反転構造は、一定の反転周期を有し、かつ分極反転周期に対する位相が光の伝播方向に連続的に変化し、かつ素子の中心を対称にして単調増加または単調減少している。すなわち、素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きくなる構造を有している。この波長変換素子における、第二高調波発生、和周波発生、差周波発生を用いて、波長可変半導体レーザの波長を変換して出力する。
【００１８】
例えば、１．５〜１．６μｍ帯の波長可変半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせて、第二高調波を発生させれば、波長７５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長可変光源を実現することができる。波長可変半導体レーザとして、上述したＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤ、ＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いることができる。
【００１９】
和周波発生、差周波発生を利用する場合には、波長可変半導体レーザに加えて、第２の固定波長半導体レーザを用いる。２つのレーザの出力光を光合波器で合波して、波長変換素子に入力する。波長可変光源の出力を大きくするために、半導体レーザの出力を、光ファイバ増幅器を用いて増幅してから、波長変換素子に入力しても良い。
【００２０】
例えば、１．５〜１．６μｍ帯の波長可変半導体レーザと固定波長半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせて、和周波発生を行えば、７５０ｎｍ〜８００ｎｍ以外の可視領域から赤外領域までの波長可変光源を実現することもできる。また、１．５〜１．６μｍ帯の波長可変光源と１μｍ帯の固定波長半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせて、差周波発生を行えば、３μｍ帯の波長可変光源を実現することができる。
【実施例１】
【００２１】
図１に、本発明の実施例１にかかる波長可変光源の構成を示す。波長可変光源は、１．５５μｍ帯で波長可変が可能なＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いた励起光源１１と、その出力を増幅するＥｒ添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１２と、ＬｉＮｂＯ３からなり分極反転構造を有する波長変換素子１３とが縦続に接続されている。励起光源１１からの出力光のパワーは１ｍＷであり、ＥＤＦＡ１２により３００ｍＷまで増幅される。ＥＤＦＡ１２の出力光は、波長変換素子１３に入力され、第二高調波発生により７７５ｎｍ帯の光に変換される。波長変換素子１３の導波路から出射された励起光と変換光とを、ダイクロイックミラーにより分離すれば、変換光のみを取り出すことができる。波長変換素子１３は、ウエハ接合法（例えば、非特許文献５参照）により作製された基板に、ダイシングによって形成した光導波路が形成されている。
【００２２】
ＬｉＮｂＯ３の分極反転構造により位相整合特性、すなわち波長変換可能な波長帯域特性が決定される。比較参考のために、図２に、周期１８μｍの一定の反転周期で作製した長さ５０ｍｍの波長変換素子の波長変換効率を示す。この図の縦軸は、ピークの波長変換効率を１として、規格化した値を示している。ピーク波長における変換効率は１０００％／Ｗである。図２に示したように、励起光波長に対する帯域は約０．２ｎｍであり、変換光波長は励起光波長の半分となるため、変換光波長における帯域は約０．１ｎｍとなる。一定の反転周期で作製した波長変換素子は、変換後の帯域が非常に狭いため、励起光波長を可変にすることがむずかしい。
【００２３】
比較参考のために、図３に、波長変換帯域を拡大するために、反転周期を変化させた波長変換素子の構造（例えば、非特許文献６参照）を点線で示す。反転周期は、長さ５０ｍｍの波長変換素子内の光の伝播方向に線形に変化（チャープ）させている。このときの位相整合曲線を図４の点線で示す。図４に示したように、波長変換帯域が拡大されているものの、帯域内の変換効率の変化が大きいため、波長を掃引した場合に出力の変動が大きくなってしまう。
【００２４】
図３に、実施例１にかかる波長変換素子の分極反転構造を実線で示す。長さ５０ｍｍの波長変換素子内の光の伝播方向に、分極反転の周期を１８．３μｍから１７．７μｍまで非線形的に単調減少させ、かつ端部での反転周期の変化が、中央部の反転周期の変化と比較して大きく変化するようにする。このときの位相整合曲線を図４の実線で示す。図４に示したように、励起光の波長変換帯域は１０ｎｍ以上であり、線形なチャープを用いた場合と比較して、帯域内の変換効率の変動を小さく抑えることができる。
【００２５】
実施例１によれば、波長変換素子の分極反転周期を非線形に変調することにより、広い帯域を確保しながら帯域内での変換効率の波長に対する変動を小さくできるので、波長掃引時の出力変動を小さく抑えることができる。また、第二高調波の出力を一定とするために、波長可変半導体レーザの駆動電流のフィードバック制御を行う場合に、駆動電流の変動を小さく抑えることができ、安定した動作を実現できる。
【００２６】
実施例１に用いた波長変換素子１３の変換効率は２０％／Ｗであり、ＥＤＦＡ１２からの出力を波長変換素子１３に入力した結果、９ｍＷの変換光出力が得られる。励起光源１１のＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤの波長を、１５４７ｎｍから１５５７ｎｍまで変化させた場合、７７３．５ｎｍから７７８．５ｎｍの第二高調波を安定して出力することができる。実施例１によれば、ＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いた広帯域波長変換により、７７５ｎｍ帯における高速な波長掃引が可能となる。
【実施例２】
【００２７】
図５に、本発明の実施例２にかかる波長可変光源の構成を示す。実施例１では第二高調波発生を用いたが、実施例２では和周波発生を用いて波長可変光源を構成する。波長可変光源は、１．５５μｍ帯で波長可変が可能なＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いた励起光源２１と、１．６μｍのＤＦＢ−ＬＤを用いた第２の励起光源２４とを備えている。２つの励起光は、光ファイバカプラ２５で合波され、ＥＤＦＡ２２に入力される。励起光源２１からの出力光のパワーは１ｍＷであり、ＥＤＦＡ２２により３００ｍＷまで増幅される。
【００２８】
ＥＤＦＡの出力光は、ＬｉＮｂＯ３からなり分極反転構造を有する波長変換素子２３に入力され、和周波発生により８００ｎｍ帯の光に変換される。波長変換素子２３の導波路から出射された励起光と変換光とを、ダイクロイックミラーにより分離すれば、変換光のみを取り出すことができる。波長変換素子２３は、ウエハ接合法により作製された基板に、ダイシングによって形成した光導波路が形成されている。
【００２９】
実施例２の波長変換素子は、反転周期を１９μｍとし、反転周期ごとの位相を変調することにより波長変換帯域を拡大する。図６に、実施例２にかかる波長変換素子の分極反転構造を示す。長さ５０ｍｍの波長変換素子中心を対称にして、光の伝播方向に位相を０から４５ラジアンまで単調増加させる。このようにして、素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きくなる構造を有している。
【００３０】
図７に、実施例２にかかる波長変換素子の位相整合曲線を示す。励起光の波長変換帯域は２５ｎｍ以上であり、波長変換帯域内の変換効率の変動も小さく抑えることができる。波長変換素子の分極反転位相を非線形的に変調することにより、広い帯域を確保しながら帯域内での変換効率の波長に対する変動を小さくできるので、波長掃引時の出力変動を小さく抑えることができる。また、第二高調波の出力を一定とするために、波長可変半導体レーザの駆動電流のフィードバック制御を行う場合に、駆動電流の変動を小さく抑えることができ、安定した動作を実現できる。
【００３１】
実施例２に用いた波長変換素子２３の変換効率は８０％／Ｗであり、ＥＤＦＡ２２からの出力を波長変換素子２３に入力した結果、２．２５ｍＷの変換光出力が得られる。励起光源２１のＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤの波長を、１５６４ｎｍから１５９７ｎｍまで変化させた場合、７９５．７ｎｍから８０４．２ｎｍの和周波を安定して出力することができる。実施例２によれば、ＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いた広帯域波長変換により、８００ｎｍ帯における高速な波長掃引が可能となる。
【００３２】
なお、１．５〜１．６μｍ帯の固定波長半導体レーザと１μｍ帯の波長可変半導体レーザを用いて、波長可変光源を構成することができる。実施例２の構成によれば、高価な１μｍ帯の波長可変半導体レーザに比べて、安価な１．５〜１．６μｍ帯の波長可変半導体レーザが利用できる点で有利である。
【実施例３】
【００３３】
図８に、本発明の実施例３にかかる波長可変光源の構成を示す。実施例１，２では励起光よりも短波長側への波長変換を行ったが、差周波発生を行うことで励起光よりも長波長側への波長変換を実現することもできる。波長可変光源は、１．５５μｍ帯で波長可変が可能なＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いた励起光源３１と、波長１．０６４μｍのＦＰ−ＬＤを用いた第２の励起光源３４とを備えている。励起光源３１からの出力光のパワーは１ｍＷであり、ＥＤＦＡ３２により２００ｍＷまで増幅される。第２の励起光源３４からの出力光のパワーは１００ｍＷであり、ファイバグレーティング３６によりシングルモード化され、光ファイバカプラ３５で励起光源３１の出力と合波される。
【００３４】
光ファイバカプラ３５の出力光は、ＬｉＮｂＯ３からなり分極反転構造を有する波長変換素子３３に入力され、差周波発生により３４００ｎｍ帯の光に変換される。波長変換素子３３の導波路から出射された励起光と変換光とを、ダイクロイックミラーにより分離すれば、変換光のみを取り出すことができる。波長変換素子３３は、ウエハ接合法により作製された基板に、ダイシングによって形成した光導波路が形成されている。
【００３５】
比較参考のために、図９に、周期３０μｍの一定の反転周期で作製した長さ５０ｍｍの波長変換素子の波長変換効率を示す。この図の縦軸は、ピークの波長変換効率を１として、規格化した値を示している。ピーク波長における変換効率は１６０％／Ｗである。図９に示したように、変換光波長における帯域は約７ｎｍとなる。一定の反転周期で作製した波長変換素子は、変換後の帯域が非常に狭いため、励起光波長を可変にすることがむずかしい。
【００３６】
比較参考のために、図１０に、波長変換帯域を拡大するために、反転周期を変化させた波長変換素子の構造（例えば、非特許文献６参照）を点線で示す。反転周期は、長さ５０ｍｍの波長変換素子内の光の伝播方向に線形に変化（チャープ）させている。このときの位相整合曲線を図１１の点線で示す。図１１に示したように、波長変換帯域が拡大されているものの、帯域内にリップルが存在するため、波長を掃引した場合に出力の変動が大きくなってしまう。
【００３７】
図１０に、実施例３にかかる波長変換素子の分極反転構造を実線で示す。長さ５０ｍｍの波長変換素子内の光の伝播方向に、分極反転の周期を２９．９μｍから３０．１μｍまで非線形的に単調増加させ、かつ端部での反転周期の変化が、中央部の反転周期の変化と比較して大きく変化するようにする。このときの位相整合曲線を図１１の実線で示す。図１１に示したように、励起光の波長変換帯域は２４ｎｍ以上であり、線形なチャープを用いた場合と比較して、帯域内の変換効率の変動を小さく抑えることができる。
【００３８】
実施例３に用いた波長変換素子３３の変換効率は４０％／Ｗであり、ＥＤＦＡ３２からの出力を波長変換素子３３に入力した結果、４ｍＷの変換光出力が得られる。励起光源３１のＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤの波長を、１５４７ｎｍから１５５２ｎｍまで変化させた場合、３３８３ｎｍから３４０７ｎｍの差周波を安定して出力することができる。実施例３によれば、ＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤを用いた広帯域波長変換により、３４００ｎｍ帯における高速な波長掃引が可能となり、ガスの吸収スペクトルの同定や複数ガスの検出などが可能となる。
【００３９】
実施例３では、波長１．０６４μｍのＦＰ−ＬＤを用いた第２の励起光源３４とファイバグレーティング３６とにより、シングルモード化したレーザ光を出力するが、Ｎｄ：ＹＡＧ，ＮｄＹＶＯ４，Ｙｂ：ＹＡＧなどの固体レーザを用いることもできる。これらは、いずれも高出力な光源が容易に入手可能であり、実施例３の構成により、安価に高出力で高速波長掃引が可能な３４００ｎｍ帯光源を実現することができる。
【００４０】
なお、１．０６μｍ帯の波長可変半導体レーザと１．５５μｍ帯の固定波長半導体レーザを用いて、波長可変光源を構成することができる。この構成によれば、波長変換素子の分極反転の周期を変化させなくても広帯域な波長変換を行うことができる。しかしながら、この構成では、１．５５μｍ帯に比べて高価な１．０６μｍ帯の波長可変光源が必要になるうえ、高速な波長掃引が不可能である。
【実施例４】
【００４１】
図１２に、本発明の実施例４にかかる波長可変光源の構成を示す。実施例３では３μｍ帯への波長変換を行ったが、励起光源の波長と波長変換素子の設計を変更することにより、さらに長波長側への波長変換を実現することもできる。波長可変光源は、１．３μｍ帯で波長可変が可能な外部グレーティングフィードバック型半導体レーザを用いた励起光源４１と、波長１．０２４μｍのＦＰ−ＬＤを用いた第２の励起光源４４とを備えている。励起光源４１からの出力光のパワーは１０ｍＷであり、Ｐｒ添加光ファイバ増幅器（ＰＤＦＡ）４２により１００ｍＷまで増幅される。第２の励起光源４４からの出力光のパワーは１５０ｍＷであり、ファイバグレーティング４６によりシングルモード化され、光ファイバカプラ４５で励起光源４１の出力と合波される。
【００４２】
光ファイバカプラ４５の出力光は、ＬｉＮｂＯ３からなり分極反転構造を有する波長変換素子４３に入力され、差周波発生により４５００ｎｍ帯の光に変換される。波長変換素子４３の導波路から出射された励起光と変換光とを、ダイクロイックミラーにより分離すれば、変換光のみを取り出すことができる。波長変換素子４３は、ウエハ接合法により作製された基板に、ダイシングによって形成した光導波路が形成されている。
【００４３】
比較参考のために、図１３に、周期２６μｍの一定の反転周期で作製した長さ５０ｍｍの波長変換素子の波長変換効率を示す。この図の縦軸は、ピークの波長変換効率を１として、規格化した値を示している。ピーク波長における変換効率は６０％／Ｗである。図１３に示したように、変換光波長における帯域は約４．４ｎｍとなる。一定の反転周期で作製した波長変換素子は、変換後の帯域が非常に狭いため、励起光波長を可変にすることがむずかしい。
【００４４】
実施例４の波長変換素子は、反転周期を２６μｍとし、反転周期ごとの位相を変調することにより波長変換帯域を拡大する。図１４に、実施例４にかかる波長変換素子の分極反転構造を示す。長さ５０ｍｍの波長変換素子中心を対称にして、光の伝播方向に位相を７．４から０ラジアンまで単調増加させる。このようにして、素子の中央部の位相の変化に比べて、端部の位相の変化が大きくなる構造を有している。
【００４５】
図１５に、実施例４にかかる波長変換素子の位相整合曲線を示す。励起光の波長変換帯域は３２ｎｍ以上であり、励起光源４１の波長を１３２４から１３２７ｎｍまで変化させた場合、４４８２から４５１５ｎｍの差周波を安定して出力することができる。波長変換素子の変換効率は８％／Ｗであり、４５００ｎｍ帯の出力は０．６ｍＷが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明にかかる実施形態を、種々のガスの吸収を測定してガスのセンシング、分光を行う計測分野へ応用することができる。本実施形態によれば、広帯域の波長データを測定することができるので、複数のガス種の検出を可能にしたり、複雑な吸収スペクトルの分析からガス種の同定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１にかかる波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【図２】周期１８μｍで作製した長さ５０ｍｍの波長変換素子の波長変換効率を示す図である。
【図３】実施例１にかかる波長変換素子の分極反転構造を示す図である。
【図４】実施例１にかかる波長変換素子の位相整合曲線を示す図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【図６】実施例２にかかる波長変換素子の分極反転構造を示す図である。
【図７】実施例２にかかる波長変換素子の位相整合曲線を示す図である。
【図８】本発明の実施例３にかかる波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【図９】周期３０μｍで作製した長さ５０ｍｍの波長変換素子の波長変換効率を示す図である。
【図１０】実施例３にかかる波長変換素子の分極反転構造を示す図である。
【図１１】実施例３にかかる波長変換素子の位相整合曲線を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４にかかる波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【図１３】周期２６μｍで作製した長さ５０ｍｍの波長変換素子の波長変換効率を示す図である。
【図１４】実施例４にかかる波長変換素子の分極反転構造を示す図である。
【図１５】実施例４にかかる波長変換素子の位相整合曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１，２１，３１，４１  励起光源
１２，２２，３２  ＥＤＦＡ
１３，２３，３３，４３  波長変換素子
２４，３４，４４  第２の励起光源
２５，３５，４５  光ファイバカプラ
３６，４６  ファイバグレーティング
４２  ＰＤＦＡ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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