導波型非線形光学波長変換デバイスとその応用

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13026218
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 栖原 敏明 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90116054)
• 研究分担者: 上向井 正裕 大阪大学, 大学院・工学研究科, 日本学術振興会特別研究員 ; 藤村 昌寿 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80263218)
• キーワード: 非線形光学 / 光波長変換 / 光通信 / 光導波路 / 差周波発生 / 擬似位相整合 / 超高速光信号処理 / 波長多重

研究概要

本年度は各種導波型非線形光学波長変換デバイスの設計理論の確立、波長域拡大および新規デバイス実現のための作製技術確立、光通信用高効率波長変換デバイスの作製と評価、および重要な周辺素子の基礎研究に重点を置いて研究した。主な成果は以下のように要約される。
1 疑似位相整合構造作製技術として、LiNbO_3結晶に液体電極を通じてパルス幅自動制御高圧パルス電圧印加により分極反転を行う方法の条件最適化を行い、広面積・高品質なグレーティングを形成する技術を確立した。またサブミクロン周期構造を形成する可能性を見出した。さらにZn拡散LiNbO_3導波路の作製を検討し、低損失導波路の作製条件を見出した。
2 差周波発生型波長変換デバイスの設計法を確立し、光通信応用上の特性を理論的に明らかにした。実際に同デバイスを作製し、324%/Wの規格化変換効率を得た。さらに高効率化を図るため、導波路に高屈折率層を装荷しモード重なりを増大する方法を検討し、理論計算で効率が約9倍に改善できることを明らかにし、試作して790%/Wまでの高効率化を達成した。
3 光ファイバ通信への応用上重要な偏波無依存化のため、新たなデバイス構造を提案した。Zn拡散LiNbO_3導波路でデバイスを作製し波長変換の予備的結果を得た。
4 超高速光信号処理への応用を理論的・実験的に検討した。超短光パルス非線形相互作用の理論解析を行い性能限界と設計指針を明らかにした。縦続波長変換型光スイッチと集積干渉計構造の和周波発生型光スイッチを提案・試作、ピコ秒領域のスイッチング動作を実証した。
5 波長変換デバイス用励起光源としての応用を視野に入れて、集積高出力半導体レーザについて理論的・実験的検討を行った。集積外部共振器型高出力可変波長レーザの構成を提案し、その動作を実証した。

研究成果

• [文献書誌] H.Ishizuki, T.Suhara, M.Fujimura, H.Nishihara: "Wavelength-conversion type picosecond optical switching using a waveguide QPM SHG/DFG device"Opt. Quantum Electron. 33・7/10. 953-961 (2001)
• [文献書誌] T.Suhara: "Wavelength conversion and ultrafast signal processing using periodically domain-inverted LiNbO_3 waveguides (Invited Paper)"Tech.Digest IEEE/LEOS Annual Meeting. TuCC3. 364-365 (2001)
• [文献書誌] 栖原敏明: "光通信用LiNbO_3導波路擬似位相整合非線形光学デバイス(招待論文)"電子情報通信学会論文誌C. J84-C・10. 909-917 (2001)
• [文献書誌] T.Suhara, H.Ishizuki: "LiNbO_3 waveguide quasi-phase matched sum-frequency generation interferometer device for ultrafast optical switching"IEEE Photon.Tech.Lett.. 13・11. 1203-1205 (2001)
• [文献書誌] N.Shimada, K.Yutani, M.Uemukai, T.Suhara, A.Larsson: "Tunable external-cavity quantum-well laser using grating coupler integrated in selectively disordered waveguide"IEICE Trans.Electron. E85-C・1. 79-81 (2002)
• [文献書誌] Y.Shigematsu, M.Fujimura, T.Suhara: "Fabrication of LiNbO_3 TE/TM waveguides for 1.5μm wavelength band by Zn/Ni Diffusion in Low-Pressure Atmosphere"Jpn.J.Appl.Phys.. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 栖原敏明: "「誘電体材料の特性と測定・評価および応用技術」第4章第6節[3] "強誘電体非線形光学結晶と導波型デバイス""技術情報協会 (分担執筆). 302(257-265) (2001)