非線形光学単結晶を含む光学素子
【課題】 波長選択に加えて波長変換機能を有する小型の光学素子を提供すること。
【解決手段】 少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、前記少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する入力導波路と、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、前記少なくとも第２の波長λｎ’に対して第２の実効屈折率ｎｎ’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第１の光と前記第２の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第１の波長λｎと前記第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周Ｌ及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］
Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）
【解決手段】 少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、前記少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する入力導波路と、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、前記少なくとも第２の波長λｎ’に対して第２の実効屈折率ｎｎ’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第１の光と前記第２の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第１の波長λｎと前記第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周Ｌ及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］
Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択に加えて波長変換機能を有する小型の光学素子に関し、特に非線形光学単結晶を含む光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高密度波長分割多重方式の光通信において、波長の異なる多数の光信号から特定の波長の光信号を選択的に取り出す波長選択フィルタが用いられている。近年の光通信などの分野における情報通信量の著しい増大に伴い、光通信のより一層の大容量化、高機能化が望まれており、多重化する光信号の波長のチャネル間隔あるいは中心波長間隔をより狭めたり、狭帯域の波長で多重化された信号から必要な波長を選択して分波したり合波したりできる光通信素子が要望される。
【０００３】
このような光通信素子として、共振波長を制御可能な波長選択フィルタがある（例えば、特許文献１を参照。）。
図３は、特許文献１に記載の波長選択フィルタの模式図である。
該図に示すように、波長選択フィルタ３０００は、直線状の入力導波路３１００と、入力導波路３１００の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路３２００と、入力導波路３１００と出力導波路３２００との間に存在する平面状の共振器（リング共振器）３３００と、リング共振器３３００との距離が可変でリング共振器３３００との相互作用によりリング共振器３３００の共振波長をリング共振器３３００単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体３４００とから構成されている。
【０００４】
波長選択フィルタ３０００は、リング共振器３３００の近傍に共振波長調整用構造体３４００が配置されており、リング共振器３３００と共振波長調整用構造体３４００との間の距離を調節することによって、リング共振器３３００単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３３００を介して出力導波路３２００へ移行させ、ドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。
例えば、リング共振器３３００単独の共振波長が波長λ１である場合、リング共振器３３００と共振波長調整用構造体３４００との間の距離を調節してリング共振器３３００の共振波長をλｎに変化させた場合には、共振波長λｎ以外の波長λ１、λ２、…、λｎ−１の光信号は、入力導波路３１００のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路３２００のアッドポートＰ４に上述の共振波長λｎに一致する波長λｎの光信号が入力された場合、この波長λｎの光信号は、リング共振器３３００を介して入力導波路３１００のスルーポートＰ２へ導かれる。
【０００５】
このように、波長選択フィルタ３０００によれば、１つのリング共振器３３００に対して１つの共振波長調整用構造体３４００を設けるだけで種々の波長の光信号を選択的にドロップポートＰ３へ分波したり、スルーポートＰ２へ合波したりできる。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、共振波長を適宜変化させることができるものの、その変化範囲は、入力ポートＰ１にて入力される光信号の波長に限定され得る。したがって、入力ポートＰ１に入力される光信号の波長λ１、λ２、…、λｎから、例えば、波長λｎ／２へと変換することはできない。
【０００６】
一方、光通信用レーザの高出力化、小型化等の多様化以外にも、レーザ光を応用する技術の発展は著しい。その中でも、非線形光学定数を有する強誘電体単結晶を利用した波長変換素子の開発が注目されている。このような波長変換素子を用いれば、既存のレーザ光源の波長を基本光として、波長を所望の波長域を有する光に変換することができる。このような波長変換素子として、定比組成タンタル酸リチウム単結晶内に周期分極反転構造を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２、３を参照。）。
図４は、特許文献３に記載された円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図である。
図に示すように、円柱状強誘電体単結晶４０００は、分極方向に対して垂直な方向に所定の周期を有する周期分極反転構造４１００を有している。
【０００７】
このような波長変換素子４０００は、周期分極反転構造４１００の周期によって緑色光あるいは中赤外光を発することができる。例えば、緑色光の発生においては、平均出力４．４ワットの高出力が可能であり、小型・低消費電力のレーザディスプレイ、液晶プロジェクタへの応用が期待される。また、中赤外光の発生においては、小型固体レーザと組み合わせることで、医療、環境計測、分光分析用光源としても利用可能である。
しかしながら、特許文献２及び３に記載の技術によれば、波長変換素子の素子長は、所定の波長変換効率を満たすため、３０ｍｍ程度を要する。レーザ光源としては従来に比べて小型であるものの、さらなる小型化には限界がある。
【特許文献１】特開２００５−１２８４４２号公報
【特許文献２】特開２００２−９０７８５号公報
【特許文献３】特開２００５−１５６６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、波長選択に加えて波長変換機能を有し、かつ小型化が可能である光学素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、非線形光学単結晶上に、所定の円周と所定の周期の分極反転構造を有するリング導波路を備えることにより、上記目的が達成できるという知見を得た。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
（１）少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、前記少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する入力導波路と、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、前記少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第１の光と前記第２の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第１の波長λｎと前記第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周Ｌ及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］
Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）
（２）前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう１つのリング導波路をさらに含み、該別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、Ｌ’＝Ｋ’λｎ’／ｎｎ’（Ｋ’：整数）を満たすことを特徴とする上記（１）の光学素子。
（３）前記別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、さらにＬ’＝（Ｋ”＋０．５）×λｎ／ｎｎ（Ｋ”：整数）を満たす、上記（２）の光学素子。
（４）前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする上記（１）の光学素子。
（５）前記非線形光学単結晶は、Ｚカット基板であり、前記第１の光および前記第２の光の導波モードは、ＴＥモードであることを特徴とする、上記（４）の光学素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学素子によれば、入出力導波路間に周期分極反転構造を有するリング導波路を有する。分極反転の周期が、上記の所定の条件を満たすので、リング導波路は入力導波路（実効屈折率ｎｎ）を導波する光（波長λｎ）を波長変換できる。さらにリング導波路の円周が上記の所定の条件を満たすので、波長変換された光（波長λｎ’）は、リング導波路内にて共振した後、出力導波路（実効屈折率ｎｎ’）と光学的に結合し波長選択され得る。出力導波路にて出力される光は、リング導波路内にて共振され、所望の変換効率が達成され得る。このように、従来別個の素子を１つの非線形光学単結晶上に製造できるので、小型化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、同様の要素には同様の参照符号を付し、説明が重複するのを避ける。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明による光学素子の第１の実施形態を示す模式図である。
本発明の第１の実施形態である光学素子１００は、例えば、強誘電体単結晶１１０上に位置する。強誘電体単結晶１１０は、波長変換のための非線形光学効果を有する限り特に限定されないが、好ましくは、非線形光学定数ｄ値の大きなものが望ましい。具体的には、強誘電体単結晶１１０は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム（ＣＬＮ）、コングルエント組成のタンタル酸リチウム（ＣＬＴ）、定比組成のニオブ酸リチウム（ＳＬＮ）および定比組成のタンタル酸リチウム（ＳＬＴ）である。特に、ＣＬＮおよびＣＬＴは、大型な結晶基板の製造技術がすでに確立しており、望ましい。また、ＣＬＮ、ＣＬＴ、ＳＬＮおよびＳＬＴは、Ｍｇ、Ｚｎ、ＩｎおよびＳｃからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含んでも良い。これにより、光損傷を低減できる。
例えば、強誘電体単結晶１１０としてＬＮ（ＣＬＮおよびＳＬＮを含む）およびＬＴ（ＣＬＴおよびＳＬＴを含む）を用いる場合、光学素子の効率の観点からＺカット基板を用いることが望ましい。
【００１４】
光学素子１００は、入力導波路１２０と、出力導波路１３０と、入力導波路１２０と出力導波路１３０との間に位置するリング導波路１４０とを含む。入力導波路１２０、出力導波路１３０、及び、リング導波路１４０は、リッジ型導波路であってもよいし、Ｔｉ又はプロトン等を拡散させた拡散導波路であってもよい。リッジ型導波路の場合、光の閉じ込め効果が大きいため好ましい。導波路の幅は、導波させたい波長にも依存するが、例えば、２μｍ〜６μｍであり得る。入力導波路１２０、出力導波路１３０およびリング導波路１４０は、いずれも強誘電体単結晶１１０からなる。
【００１５】
入力導波路１２０は、導波されるべき光を全反射させるため、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。入力導波路１２０は、少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する。図１では、入力導波路１２０は、第１の光を向かって左から右へと導波させる様子が示されている。
【００１６】
出力導波路１３０は、入力導波路１２０と同様に、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。出力導波路１３０は、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する。ここで、第１の波長λｎと第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。図１では、出力導波路１３０は、第２の光を向かって右から左へと導波させる様子が示されている。
なお、第１の実効屈折率ｎｎおよび第２の実効屈折率ｎｎ’で示される実効屈折率とは、導波路（またはリッジ型導波路）および共振器を導波する波のモード屈折率（Ｍｏｄａｌ ｉｎｄｅｘ）である。
【００１７】
リング導波路１４０は、第１の光および第２の光を導波する。図１では、リング導波路１４０は、第１の光および第２の光を反時計回りの方向に導波させる様子が示されている。リング導波路１４０は、所定の周期Λの分極反転構造１５０を有する。所定の周期Λは、関係Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］を満たす。これにより、リング導波路１４０は、第１の光を第２の光へ波長変換することができる。リング導波路１４０の円周Ｌは、関係Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）を満たす。これにより、リング導波路１４０内にて波長変換された第２の光は、リング導波路１４０内を導波・共振する。
【００１８】
リング導波路１４０は、入力導波路１２０および出力導波路１３０とそれぞれ光学的に結合する領域１６０および１７０を有する。リング導波路１４０と、入力導波路１２０および出力導波路１３０とは、それぞれ、領域１６０および領域１７０において、例えば、２００ｎｍの距離を設けられる。
【００１９】
次に、光学素子１００の動作を説明する。
入力導波路１２０には波長λ１、λ２、…、λｎ（ｎは１以上の整数）を有する第１の光が図１の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路１２０を伝播する第１の光のうち波長λｎの光は、領域１６０において、リング導波路１４０と光学的に結合する。その結果、第１の光のうち波長λｎを有する光のみ、領域１６０にて、リング導波路１４０へと分波され、それ以外の波長λ１、λ２、…、λｎ−１の光は、入力導波路１２０を伝播する。
【００２０】
リング導波路１４０へと分波された第１の光は、リング導波路１４０内を伝播する。その間に、第１の光は、リング導波路１４０に形成された周期分極反転構造１５０によって、その第二高調波と擬似位相整合し、第１の光は波長λｎ’の第２の光へと波長変換される。波長λｎとλｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。したがって、リング導波路１４０内には、波長λｎを有する第１の光および波長λｎ’を有する第２の光が伝播する。波長変換されたリング導波路１４０を導波・共振する第２の光は、リング導波路１４０を複数回伝播するだけで、所望の変換効率を達成できるので、従来のバルク型波長変換素子に比べて、光学素子１００の劇的な小型化が可能となる。
【００２１】
次いで、リング導波路１４０を伝播する第１の光および第２の光のうち第２の光は、領域１７０において、出力導波路１３０と光学的に結合し、分波され、図１の右から左へと伝播する。このようにして、波長変換及び波長選択を達成し得る。
光の導波モードは、例えば、強誘電体単結晶１１０としてＺカットのＬＮおよびＬＴを用いた場合には、光学素子１００の効率の観点から、ＴＥモード（すなわち、光の電界方向とＺ軸方向とが平行）が採用され得る。強誘電体単結晶１１０としてＬＮおよびＬＴ以外を用いる場合、リング導波路１４０と第１の光とは、強誘電体単結晶１１０の結晶軸に対する方向条件（すなわち、光の電界方向）を適宜選択し、非線形定数が最大となるように設定され得る。
【００２２】
本発明の第１の実施形態によれば、リング導波路１４０に周期分極反転構造１５０を設けることにより、波長変換及び波長選択を同時に達成することができる。また、このような光学素子１００は、従来の波長変換素子に比べて極めて小型にすることが可能であり、このような新規な光学素子を、変調器等の既存の素子と組み合わせることにより、新規な機能融合型光学デバイスが期待できる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明による光学素子の第２の実施形態を示す模式図である。
本発明の第２の実施形態である光学素子２００は、光学素子１００と同様に強誘電体単結晶１１０上に位置する。
【００２４】
光学素子２００は、入力導波路１２０と、出力導波路２１０と、入力導波路１２０と出力導波路２１０との間に位置するリング導波路１４０と、別のもう１つのリング導波路２２０とを含む。入力導波路１２０、出力導波路２１０、リング導波路１４０、及び、リング導波路２２０は、リッジ型導波路であってもよいし、Ｔｉまたはプロトン等を拡散させた拡散導波路であってもよい。導波路の幅は、導波させたい波長にも依存するが、例えば、２μｍ〜６μｍであり得る。入力導波路１２０、出力導波路２１０、リング導波路１４０及び、リング導波路２２０は、いずれも強誘電体単結晶１１０からなる。入力導波路１２０およびリング導波路１４０は、図１と同様であるため説明を省略する。
【００２５】
出力導波路２１０は、図１の出力導波路１３０と同様に、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。出力導波路２１０は、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する。ここで、第１の波長λｎと第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。図２では、出力導波路２１０は、第２の光を向かって左から右へと導波させる様子が示されている。
【００２６】
リング導波路２２０は、領域２３０においてリング導波路１４０と光学的に結合する。リング導波路２２０の円周Ｌ’は、関係Ｌ’＝Ｋ’λｎ’／ｎｎ’（Ｋ’：整数）を満たす。この条件により、リング導波路２２０は、少なくとも第２の光を導波させることができる。より好ましくは、リング導波路２２０の円周Ｌ’は、関係Ｌ’＝（Ｋ”＋０．５）×λｎ／ｎｎ（Ｋ”：整数）をさらに満たす。この条件により、第１の光がリング導波路２２０を導波しないので、リング導波路１４０を伝播する第１の光および第２の光のうち、第２の光のみを確実にリング導波路２２０に分波することができる。この結果、第１の光がリング導波路１４０からリング導波路２２０に漏れることによる波長変換効率の低下が抑制されるので、高効率（理論的には１００％。但し、効率は、伝搬損失、および、第１の光と第２の光との入出力導波路１２０、２１０およびリング導波路１４０、２２０における結合損失によっては制限される場合があることを理解されたい。なお、このような損失は、最大でも２０％程度である。）の光学素子２００を提供することができる。図２では、リング導波路２２０は、第２の光を時計回りの方向に伝播させる様子が示されている。リング導波路２２０内を伝播した第２の光は、領域２４０において出力導波路２４０と光学的に結合する。
【００２７】
次に、光学素子２００の動作を説明する。
入力導波路１２０には波長λ１、λ２、…、λｎ（ｎは１以上の整数）を有する第１の光が図２の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路１２０を伝播する第１の光のうち波長λｎの光は、領域１６０において、リング導波路１４０と光学的に結合する。その結果、第１の光のうち波長λｎを有する光のみ、領域１６０にて、リング導波路１４０へと分波され、それ以外の波長λ１、λ２、…、λｎ−１の光は、入力導波路１２０を伝播する。
【００２８】
リング導波路１４０へと分波された第１の光は、リング導波路１４０内を伝播する。その間に、第１の光は、リング導波路１４０に形成された周期分極反転構造１５０によって、その第二高調波と擬似位相整合し、第１の光は波長λｎ’の第２の光へと波長変換される。波長λｎとλｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。したがって、リング導波路１４０内には、波長λｎを有する第１の光および波長λｎ’を有する第２の光が伝播する。このように、第１の光は、リング導波路１４０を複数回伝播するだけで、所望の変換効率（理論的には１００％）を達成できるので、従来のバルク型波長変換素子に比べて、光学素子２００の劇的な小型化を可能にし得る。
【００２９】
次いで、リング導波路１４０を伝播する第１の光および第２の光のうち少なくとも第２の光は、領域２３０において、別のもう１つのリング導波路２２０と光学的に結合し、分波される。リング導波路２２０に分波された第２の光は、リング導波路１４０における伝播方向と異なる方向、例えば、図２においては、時計周りに伝播し得る。次いで、第２の光は、領域２４０において、出力導波路２１０と光学的に結合し、図２の左から右へと伝播する。このようにして、波長変換及び波長選択を達成し得る。
【００３０】
図１の光学素子１００と異なり、光学素子２００は、分波したい光の導波方向を制御することができる。さらに重要なことには、光学素子２００は、リング導波路２２０によって、第２の光のみを理論的に１００％の効率で出力導波路２１０へ伝播させることができる（すなわち、第１の光の出力導波路２１０への漏れを理論的に１００％の効率で抑制され得る）。本発明による光学素子２００は、光学素子１００の効果に加えて、別のもう１つのリング導波路２２０を設けることにより、光の導波方向を任意に制御することができるとともに、第２の光のみを確実に分波できるので、デバイス設計において有利である。
【００３１】
第１及び第２の実施形態では、入力導波路１２０、リング導波路１４０、リング導波路２２０、及び、出力導波路１３０、２１０は、いずれも強誘電体単結晶１１０上に設けられている。しかしながら、本発明は、リング導波路１４０を強誘電体単結晶１１０上に設けて、入力導波路１２０を導波する光に対して擬似位相整合すればよく、リング導波路１４０以外の入力導波路１２０、別のもう1つのリング導波路２２０、及び、出力導波路１３０、２１０は、必ずしも強誘電体単結晶１１０上に設ける必要はない。これらをその他の基板に設け、光学的かつ機械的に結合させてもよい。このようにすることにより、ユーザの希望に応じた設計が任意にできる。
【００３２】
また、第１及び第２の実施形態では、リング導波路１４０において第二高調波発生する場合を説明してきた。しかしながら、本発明は、これに限定されない。本発明の技術を用いれば、当業者であれば、リング導波路１４０において第三高調波発生、差周波発生、光パラメトリック発振するように、光学素子１００、２００を適宜設計することを容易に想到し得る。特に、光学素子１００、２００を光パラメトリック発振する場合においては、リング共振器による大きなＱファクタと、リッジ型導波路による大きな閉じ込め効果とによって、発振閾値を大幅に低減させることができる。これにより、チップ上の光パラメトリック発振器も実現可能である。また、光学素子１００、２００は、従来のバルク型ＯＰＯ素子に必要とされたミラーを不要とするので、製造工程を簡略化することもできる。
【００３３】
第１及び第２の実施形態の光学素子１００、２００は、いずれも既存の任意の技術を用いて製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、強誘電体単結晶基板上のリング導波路に周期分極反転構造を設けることにより、波長変換及び波長選択を同時に達成することができる。このような光学素子は、従来の波長変換素子に比べて極めて小型にすることができ、このような新規な光学素子を、変調器等の既存の素子と組み合わせることにより、新規な機能融合型光学デバイスが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による光学素子の第１の実施形態を示す模式図
【図２】本発明による光学素子の第２の実施形態を示す模式図
【図３】特許文献１に記載の波長選択フィルタの模式図
【図４】特許文献３に記載された円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図
【符号の説明】
【００３６】
１００、２００：光学素子
１１０：強誘電体単結晶
１２０：入力導波路
１３０、２１０：出力導波路
１４０：リング導波路
１５０：分極反転構造
１６０、１７０、２３０、２４０：領域
２２０：別のもう１つのリング導波路
３０００：波長選択フィルタ
３１００：入力導波路
３２００：出力導波路
３３００：リング共振器
３４００：共振波長調整用構造体
４０００：波長変換素子
４１００：周期分極反転構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択に加えて波長変換機能を有する小型の光学素子に関し、特に非線形光学単結晶を含む光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高密度波長分割多重方式の光通信において、波長の異なる多数の光信号から特定の波長の光信号を選択的に取り出す波長選択フィルタが用いられている。近年の光通信などの分野における情報通信量の著しい増大に伴い、光通信のより一層の大容量化、高機能化が望まれており、多重化する光信号の波長のチャネル間隔あるいは中心波長間隔をより狭めたり、狭帯域の波長で多重化された信号から必要な波長を選択して分波したり合波したりできる光通信素子が要望される。
【０００３】
このような光通信素子として、共振波長を制御可能な波長選択フィルタがある（例えば、特許文献１を参照。）。
図３は、特許文献１に記載の波長選択フィルタの模式図である。
該図に示すように、波長選択フィルタ３０００は、直線状の入力導波路３１００と、入力導波路３１００の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路３２００と、入力導波路３１００と出力導波路３２００との間に存在する平面状の共振器（リング共振器）３３００と、リング共振器３３００との距離が可変でリング共振器３３００との相互作用によりリング共振器３３００の共振波長をリング共振器３３００単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体３４００とから構成されている。
【０００４】
波長選択フィルタ３０００は、リング共振器３３００の近傍に共振波長調整用構造体３４００が配置されており、リング共振器３３００と共振波長調整用構造体３４００との間の距離を調節することによって、リング共振器３３００単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３３００を介して出力導波路３２００へ移行させ、ドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。
例えば、リング共振器３３００単独の共振波長が波長λ１である場合、リング共振器３３００と共振波長調整用構造体３４００との間の距離を調節してリング共振器３３００の共振波長をλｎに変化させた場合には、共振波長λｎ以外の波長λ１、λ２、…、λｎ−１の光信号は、入力導波路３１００のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路３２００のアッドポートＰ４に上述の共振波長λｎに一致する波長λｎの光信号が入力された場合、この波長λｎの光信号は、リング共振器３３００を介して入力導波路３１００のスルーポートＰ２へ導かれる。
【０００５】
このように、波長選択フィルタ３０００によれば、１つのリング共振器３３００に対して１つの共振波長調整用構造体３４００を設けるだけで種々の波長の光信号を選択的にドロップポートＰ３へ分波したり、スルーポートＰ２へ合波したりできる。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、共振波長を適宜変化させることができるものの、その変化範囲は、入力ポートＰ１にて入力される光信号の波長に限定され得る。したがって、入力ポートＰ１に入力される光信号の波長λ１、λ２、…、λｎから、例えば、波長λｎ／２へと変換することはできない。
【０００６】
一方、光通信用レーザの高出力化、小型化等の多様化以外にも、レーザ光を応用する技術の発展は著しい。その中でも、非線形光学定数を有する強誘電体単結晶を利用した波長変換素子の開発が注目されている。このような波長変換素子を用いれば、既存のレーザ光源の波長を基本光として、波長を所望の波長域を有する光に変換することができる。このような波長変換素子として、定比組成タンタル酸リチウム単結晶内に周期分極反転構造を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２、３を参照。）。
図４は、特許文献３に記載された円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図である。
図に示すように、円柱状強誘電体単結晶４０００は、分極方向に対して垂直な方向に所定の周期を有する周期分極反転構造４１００を有している。
【０００７】
このような波長変換素子４０００は、周期分極反転構造４１００の周期によって緑色光あるいは中赤外光を発することができる。例えば、緑色光の発生においては、平均出力４．４ワットの高出力が可能であり、小型・低消費電力のレーザディスプレイ、液晶プロジェクタへの応用が期待される。また、中赤外光の発生においては、小型固体レーザと組み合わせることで、医療、環境計測、分光分析用光源としても利用可能である。
しかしながら、特許文献２及び３に記載の技術によれば、波長変換素子の素子長は、所定の波長変換効率を満たすため、３０ｍｍ程度を要する。レーザ光源としては従来に比べて小型であるものの、さらなる小型化には限界がある。
【特許文献１】特開２００５−１２８４４２号公報
【特許文献２】特開２００２−９０７８５号公報
【特許文献３】特開２００５−１５６６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、波長選択に加えて波長変換機能を有し、かつ小型化が可能である光学素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、非線形光学単結晶上に、所定の円周と所定の周期の分極反転構造を有するリング導波路を備えることにより、上記目的が達成できるという知見を得た。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
（１）少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、前記少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する入力導波路と、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、前記少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第１の光と前記第２の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第１の波長λｎと前記第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周Ｌ及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］
Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）
（２）前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう１つのリング導波路をさらに含み、該別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、Ｌ’＝Ｋ’λｎ’／ｎｎ’（Ｋ’：整数）を満たすことを特徴とする上記（１）の光学素子。
（３）前記別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、さらにＬ’＝（Ｋ”＋０．５）×λｎ／ｎｎ（Ｋ”：整数）を満たす、上記（２）の光学素子。
（４）前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする上記（１）の光学素子。
（５）前記非線形光学単結晶は、Ｚカット基板であり、前記第１の光および前記第２の光の導波モードは、ＴＥモードであることを特徴とする、上記（４）の光学素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学素子によれば、入出力導波路間に周期分極反転構造を有するリング導波路を有する。分極反転の周期が、上記の所定の条件を満たすので、リング導波路は入力導波路（実効屈折率ｎｎ）を導波する光（波長λｎ）を波長変換できる。さらにリング導波路の円周が上記の所定の条件を満たすので、波長変換された光（波長λｎ’）は、リング導波路内にて共振した後、出力導波路（実効屈折率ｎｎ’）と光学的に結合し波長選択され得る。出力導波路にて出力される光は、リング導波路内にて共振され、所望の変換効率が達成され得る。このように、従来別個の素子を１つの非線形光学単結晶上に製造できるので、小型化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、同様の要素には同様の参照符号を付し、説明が重複するのを避ける。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明による光学素子の第１の実施形態を示す模式図である。
本発明の第１の実施形態である光学素子１００は、例えば、強誘電体単結晶１１０上に位置する。強誘電体単結晶１１０は、波長変換のための非線形光学効果を有する限り特に限定されないが、好ましくは、非線形光学定数ｄ値の大きなものが望ましい。具体的には、強誘電体単結晶１１０は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム（ＣＬＮ）、コングルエント組成のタンタル酸リチウム（ＣＬＴ）、定比組成のニオブ酸リチウム（ＳＬＮ）および定比組成のタンタル酸リチウム（ＳＬＴ）である。特に、ＣＬＮおよびＣＬＴは、大型な結晶基板の製造技術がすでに確立しており、望ましい。また、ＣＬＮ、ＣＬＴ、ＳＬＮおよびＳＬＴは、Ｍｇ、Ｚｎ、ＩｎおよびＳｃからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含んでも良い。これにより、光損傷を低減できる。
例えば、強誘電体単結晶１１０としてＬＮ（ＣＬＮおよびＳＬＮを含む）およびＬＴ（ＣＬＴおよびＳＬＴを含む）を用いる場合、光学素子の効率の観点からＺカット基板を用いることが望ましい。
【００１４】
光学素子１００は、入力導波路１２０と、出力導波路１３０と、入力導波路１２０と出力導波路１３０との間に位置するリング導波路１４０とを含む。入力導波路１２０、出力導波路１３０、及び、リング導波路１４０は、リッジ型導波路であってもよいし、Ｔｉ又はプロトン等を拡散させた拡散導波路であってもよい。リッジ型導波路の場合、光の閉じ込め効果が大きいため好ましい。導波路の幅は、導波させたい波長にも依存するが、例えば、２μｍ〜６μｍであり得る。入力導波路１２０、出力導波路１３０およびリング導波路１４０は、いずれも強誘電体単結晶１１０からなる。
【００１５】
入力導波路１２０は、導波されるべき光を全反射させるため、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。入力導波路１２０は、少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する。図１では、入力導波路１２０は、第１の光を向かって左から右へと導波させる様子が示されている。
【００１６】
出力導波路１３０は、入力導波路１２０と同様に、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。出力導波路１３０は、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する。ここで、第１の波長λｎと第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。図１では、出力導波路１３０は、第２の光を向かって右から左へと導波させる様子が示されている。
なお、第１の実効屈折率ｎｎおよび第２の実効屈折率ｎｎ’で示される実効屈折率とは、導波路（またはリッジ型導波路）および共振器を導波する波のモード屈折率（Ｍｏｄａｌ ｉｎｄｅｘ）である。
【００１７】
リング導波路１４０は、第１の光および第２の光を導波する。図１では、リング導波路１４０は、第１の光および第２の光を反時計回りの方向に導波させる様子が示されている。リング導波路１４０は、所定の周期Λの分極反転構造１５０を有する。所定の周期Λは、関係Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］を満たす。これにより、リング導波路１４０は、第１の光を第２の光へ波長変換することができる。リング導波路１４０の円周Ｌは、関係Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）を満たす。これにより、リング導波路１４０内にて波長変換された第２の光は、リング導波路１４０内を導波・共振する。
【００１８】
リング導波路１４０は、入力導波路１２０および出力導波路１３０とそれぞれ光学的に結合する領域１６０および１７０を有する。リング導波路１４０と、入力導波路１２０および出力導波路１３０とは、それぞれ、領域１６０および領域１７０において、例えば、２００ｎｍの距離を設けられる。
【００１９】
次に、光学素子１００の動作を説明する。
入力導波路１２０には波長λ１、λ２、…、λｎ（ｎは１以上の整数）を有する第１の光が図１の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路１２０を伝播する第１の光のうち波長λｎの光は、領域１６０において、リング導波路１４０と光学的に結合する。その結果、第１の光のうち波長λｎを有する光のみ、領域１６０にて、リング導波路１４０へと分波され、それ以外の波長λ１、λ２、…、λｎ−１の光は、入力導波路１２０を伝播する。
【００２０】
リング導波路１４０へと分波された第１の光は、リング導波路１４０内を伝播する。その間に、第１の光は、リング導波路１４０に形成された周期分極反転構造１５０によって、その第二高調波と擬似位相整合し、第１の光は波長λｎ’の第２の光へと波長変換される。波長λｎとλｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。したがって、リング導波路１４０内には、波長λｎを有する第１の光および波長λｎ’を有する第２の光が伝播する。波長変換されたリング導波路１４０を導波・共振する第２の光は、リング導波路１４０を複数回伝播するだけで、所望の変換効率を達成できるので、従来のバルク型波長変換素子に比べて、光学素子１００の劇的な小型化が可能となる。
【００２１】
次いで、リング導波路１４０を伝播する第１の光および第２の光のうち第２の光は、領域１７０において、出力導波路１３０と光学的に結合し、分波され、図１の右から左へと伝播する。このようにして、波長変換及び波長選択を達成し得る。
光の導波モードは、例えば、強誘電体単結晶１１０としてＺカットのＬＮおよびＬＴを用いた場合には、光学素子１００の効率の観点から、ＴＥモード（すなわち、光の電界方向とＺ軸方向とが平行）が採用され得る。強誘電体単結晶１１０としてＬＮおよびＬＴ以外を用いる場合、リング導波路１４０と第１の光とは、強誘電体単結晶１１０の結晶軸に対する方向条件（すなわち、光の電界方向）を適宜選択し、非線形定数が最大となるように設定され得る。
【００２２】
本発明の第１の実施形態によれば、リング導波路１４０に周期分極反転構造１５０を設けることにより、波長変換及び波長選択を同時に達成することができる。また、このような光学素子１００は、従来の波長変換素子に比べて極めて小型にすることが可能であり、このような新規な光学素子を、変調器等の既存の素子と組み合わせることにより、新規な機能融合型光学デバイスが期待できる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明による光学素子の第２の実施形態を示す模式図である。
本発明の第２の実施形態である光学素子２００は、光学素子１００と同様に強誘電体単結晶１１０上に位置する。
【００２４】
光学素子２００は、入力導波路１２０と、出力導波路２１０と、入力導波路１２０と出力導波路２１０との間に位置するリング導波路１４０と、別のもう１つのリング導波路２２０とを含む。入力導波路１２０、出力導波路２１０、リング導波路１４０、及び、リング導波路２２０は、リッジ型導波路であってもよいし、Ｔｉまたはプロトン等を拡散させた拡散導波路であってもよい。導波路の幅は、導波させたい波長にも依存するが、例えば、２μｍ〜６μｍであり得る。入力導波路１２０、出力導波路２１０、リング導波路１４０及び、リング導波路２２０は、いずれも強誘電体単結晶１１０からなる。入力導波路１２０およびリング導波路１４０は、図１と同様であるため説明を省略する。
【００２５】
出力導波路２１０は、図１の出力導波路１３０と同様に、好ましくは、直線状であるが、全反射条件が満たされる限り、任意の形状であり得る。出力導波路２１０は、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する。ここで、第１の波長λｎと第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。図２では、出力導波路２１０は、第２の光を向かって左から右へと導波させる様子が示されている。
【００２６】
リング導波路２２０は、領域２３０においてリング導波路１４０と光学的に結合する。リング導波路２２０の円周Ｌ’は、関係Ｌ’＝Ｋ’λｎ’／ｎｎ’（Ｋ’：整数）を満たす。この条件により、リング導波路２２０は、少なくとも第２の光を導波させることができる。より好ましくは、リング導波路２２０の円周Ｌ’は、関係Ｌ’＝（Ｋ”＋０．５）×λｎ／ｎｎ（Ｋ”：整数）をさらに満たす。この条件により、第１の光がリング導波路２２０を導波しないので、リング導波路１４０を伝播する第１の光および第２の光のうち、第２の光のみを確実にリング導波路２２０に分波することができる。この結果、第１の光がリング導波路１４０からリング導波路２２０に漏れることによる波長変換効率の低下が抑制されるので、高効率（理論的には１００％。但し、効率は、伝搬損失、および、第１の光と第２の光との入出力導波路１２０、２１０およびリング導波路１４０、２２０における結合損失によっては制限される場合があることを理解されたい。なお、このような損失は、最大でも２０％程度である。）の光学素子２００を提供することができる。図２では、リング導波路２２０は、第２の光を時計回りの方向に伝播させる様子が示されている。リング導波路２２０内を伝播した第２の光は、領域２４０において出力導波路２４０と光学的に結合する。
【００２７】
次に、光学素子２００の動作を説明する。
入力導波路１２０には波長λ１、λ２、…、λｎ（ｎは１以上の整数）を有する第１の光が図２の左から右へと伝播する。このような光は、例えば、光ファイバ、または、レンズによって集光させた半導体レーザ等任意の光源からの光であり得る。入力導波路１２０を伝播する第１の光のうち波長λｎの光は、領域１６０において、リング導波路１４０と光学的に結合する。その結果、第１の光のうち波長λｎを有する光のみ、領域１６０にて、リング導波路１４０へと分波され、それ以外の波長λ１、λ２、…、λｎ−１の光は、入力導波路１２０を伝播する。
【００２８】
リング導波路１４０へと分波された第１の光は、リング導波路１４０内を伝播する。その間に、第１の光は、リング導波路１４０に形成された周期分極反転構造１５０によって、その第二高調波と擬似位相整合し、第１の光は波長λｎ’の第２の光へと波長変換される。波長λｎとλｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たす。したがって、リング導波路１４０内には、波長λｎを有する第１の光および波長λｎ’を有する第２の光が伝播する。このように、第１の光は、リング導波路１４０を複数回伝播するだけで、所望の変換効率（理論的には１００％）を達成できるので、従来のバルク型波長変換素子に比べて、光学素子２００の劇的な小型化を可能にし得る。
【００２９】
次いで、リング導波路１４０を伝播する第１の光および第２の光のうち少なくとも第２の光は、領域２３０において、別のもう１つのリング導波路２２０と光学的に結合し、分波される。リング導波路２２０に分波された第２の光は、リング導波路１４０における伝播方向と異なる方向、例えば、図２においては、時計周りに伝播し得る。次いで、第２の光は、領域２４０において、出力導波路２１０と光学的に結合し、図２の左から右へと伝播する。このようにして、波長変換及び波長選択を達成し得る。
【００３０】
図１の光学素子１００と異なり、光学素子２００は、分波したい光の導波方向を制御することができる。さらに重要なことには、光学素子２００は、リング導波路２２０によって、第２の光のみを理論的に１００％の効率で出力導波路２１０へ伝播させることができる（すなわち、第１の光の出力導波路２１０への漏れを理論的に１００％の効率で抑制され得る）。本発明による光学素子２００は、光学素子１００の効果に加えて、別のもう１つのリング導波路２２０を設けることにより、光の導波方向を任意に制御することができるとともに、第２の光のみを確実に分波できるので、デバイス設計において有利である。
【００３１】
第１及び第２の実施形態では、入力導波路１２０、リング導波路１４０、リング導波路２２０、及び、出力導波路１３０、２１０は、いずれも強誘電体単結晶１１０上に設けられている。しかしながら、本発明は、リング導波路１４０を強誘電体単結晶１１０上に設けて、入力導波路１２０を導波する光に対して擬似位相整合すればよく、リング導波路１４０以外の入力導波路１２０、別のもう1つのリング導波路２２０、及び、出力導波路１３０、２１０は、必ずしも強誘電体単結晶１１０上に設ける必要はない。これらをその他の基板に設け、光学的かつ機械的に結合させてもよい。このようにすることにより、ユーザの希望に応じた設計が任意にできる。
【００３２】
また、第１及び第２の実施形態では、リング導波路１４０において第二高調波発生する場合を説明してきた。しかしながら、本発明は、これに限定されない。本発明の技術を用いれば、当業者であれば、リング導波路１４０において第三高調波発生、差周波発生、光パラメトリック発振するように、光学素子１００、２００を適宜設計することを容易に想到し得る。特に、光学素子１００、２００を光パラメトリック発振する場合においては、リング共振器による大きなＱファクタと、リッジ型導波路による大きな閉じ込め効果とによって、発振閾値を大幅に低減させることができる。これにより、チップ上の光パラメトリック発振器も実現可能である。また、光学素子１００、２００は、従来のバルク型ＯＰＯ素子に必要とされたミラーを不要とするので、製造工程を簡略化することもできる。
【００３３】
第１及び第２の実施形態の光学素子１００、２００は、いずれも既存の任意の技術を用いて製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、強誘電体単結晶基板上のリング導波路に周期分極反転構造を設けることにより、波長変換及び波長選択を同時に達成することができる。このような光学素子は、従来の波長変換素子に比べて極めて小型にすることができ、このような新規な光学素子を、変調器等の既存の素子と組み合わせることにより、新規な機能融合型光学デバイスが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による光学素子の第１の実施形態を示す模式図
【図２】本発明による光学素子の第２の実施形態を示す模式図
【図３】特許文献１に記載の波長選択フィルタの模式図
【図４】特許文献３に記載された円柱状強誘電体単結晶からなる波長変換素子の斜視図
【符号の説明】
【００３６】
１００、２００：光学素子
１１０：強誘電体単結晶
１２０：入力導波路
１３０、２１０：出力導波路
１４０：リング導波路
１５０：分極反転構造
１６０、１７０、２３０、２４０：領域
２２０：別のもう１つのリング導波路
３０００：波長選択フィルタ
３１００：入力導波路
３２００：出力導波路
３３００：リング共振器
３４００：共振波長調整用構造体
４０００：波長変換素子
４１００：周期分極反転構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、前記少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する入力導波路と、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、前記少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第１の光と前記第２の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第１の波長λｎと前記第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周Ｌ及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］
Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）
【請求項２】
前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう１つのリング導波路をさらに含み、該別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、Ｌ’＝Ｋ’λｎ’／ｎｎ’（Ｋ’：整数）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、さらにＬ’＝（Ｋ”＋０．５）×λｎ／ｎｎ（Ｋ”：整数）を満たす、請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記非線形光学単結晶は、Ｚカット基板であり、
前記第１の光および前記第２の光の導波モードは、ＴＥモードであることを特徴とする、請求項４に記載の光学素子。
【請求項１】
少なくとも第１の波長λｎを有する第１の光を導波させ、前記少なくとも第１の波長λｎに対して少なくとも第１の実効屈折率ｎｎを有する入力導波路と、少なくとも第２の波長λｎ’を有する第２の光を導波させ、前記少なくとも第２の波長λｎ’に対して少なくとも第２の実効屈折率ｎｎ’を有する出力導波路と、前記入力導波路と前記出力導波路との間に位置し、前記第１の光と前記第２の光とを導波するリング導波路とを含む光学素子において、
前記第１の波長λｎと前記第２の波長λｎ’とは、関係λｎ’＝λｎ／２を満たし、
前記リング導波路は、非線形光学単結晶上に形成され、下記の関係を満たす所定の円周Ｌ及び所定の周期Λの分極反転構造を有していることを特徴とする光学素子。
Λ＝λｎ／２×［１／（ｎｎ’−ｎｎ）］
Ｌ＝Ｋ×λｎ／ｎｎ（Ｋ：整数）
【請求項２】
前記リング導波路と前記出力導波路との間に、別のもう１つのリング導波路をさらに含み、該別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、Ｌ’＝Ｋ’λｎ’／ｎｎ’（Ｋ’：整数）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記別のもう１つのリング導波路の円周Ｌ’が、さらにＬ’＝（Ｋ”＋０．５）×λｎ／ｎｎ（Ｋ”：整数）を満たす、請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記非線形光学単結晶は、コングルエント組成のニオブ酸リチウム、定比組成のニオブ酸リチウム、コングルエント組成のタンタル酸リチウム、及び、定比組成のタンタル酸リチウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記非線形光学単結晶は、Ｚカット基板であり、
前記第１の光および前記第２の光の導波モードは、ＴＥモードであることを特徴とする、請求項４に記載の光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４１７７０（Ｐ２００８−２４１７７０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７８０７６（Ｐ２００７−７８０７６）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
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