[发明专利]波长变换元件和波长变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及波长变换元件和波长变换装置，更具体地说，本发明 涉及能够将多个波长间隔为不等间隔配置的输入光波长一并进行变换 的波长变换元件和波长变换装置。

背景技术

以往，在从可见光范围到中红外光范围的各种波长范围中，研究 开发了能够输出光的半导体激光器。然而，目前的现状是在例如波长 500～600nm的可见光范围或从波长2～5μm的近红外到中红外的波长范 围内，不能实现能够在室温下简单使用的光源。因此，对于难以由这 种光源产生直接光的波长范围，可以使用利用了非线性光学效应的波 长变换的光源。

尽管已知有各种形式的波长变换元件，但是从实用性的观点来看， 采用周期性地调制非线性光学常数的准相位匹配的波导型波长变换元 件是最有前途的。为了形成周期性的调制结构，考虑交替地使非线性 常数的符号反转，或将非线性光学常数大的部分和非线性光学常数小 的部分大致交替地配置的方法。在LiNbO₃等铁电晶体中，由于非线性 常数(d常数)的正负与自发极化的极性对应，因而通过反转自发极 化就能够反转非线性常数的符号。

图1示出采用以往的波长变换元件的光源的构成。波长变换元件 由在周期性地被极化反转的LiNbO₃基板11上形成的光波导12构成。 将来自两个半导体激光器的波长为λ₁的信号光和波长为λ₃的激发光在 复用器13中合波，并入射到光波导12中。通过产生由非线性光学效 应引起的差频而从光波导12输出波长为λ₂的变换光。因此，虽然利 用了差频的产生，但是利用和频的产生或二次谐波的产生也能够构成 获得短波长变换光的光源。

在产生差频的情况下，将信号光(第一入射光)的波长设为λ₁、 变换光(闲频光)的波长设为λ₂、激发光(第二入射光)的波长设为 λ₃，三个波长之间具有如下关系。

1/λ₃＝1/λ₂+1/λ₁      (1)

例如，如果将两束入射光设为1.55μm和1.06μm，则能够产生 3.35μm的变换光。如果将两束入射光设为1.55μm和0.94μm，则能够 产生2.39μm的变换光。另外，在产生和频的情况下，信号光(第一入 射光)的波长λ₁、激发光(第二入射光)的波长λ₂、变换光(闲频光) 的波长λ₃适用式(1)；在产生二次谐波的情况下，入射光的波长λ₁(＝λ₂)、变换光(闲频光)的波长λ₃适用式(1)。

将非线性光学材料对于信号光波长λ₁的折射率设为n₁、对于变换 光波长λ₂的折射率设为n₂、对于激发光波长λ₃的折射率设为n₃、非 线性常数的调制周期设为Λ₀，相位失配量Δβ为

Δβ＝2π(n₃/λ₃-n₂/λ₂-n₁/λ₁)    (2)。

波长变换元件的波导长度设为L，变换效率η为

[表达式1]