導波型非線形光学波長変換デバイスとその応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13026218
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 栖原 敏明 大阪大学, 大学院・工学研究料, 教授 (90116054)
• 研究分担者: 上向井 正裕 大阪大学, 大学院・工学研究料, 科学技術振興特任教員 ; 藤村 昌寿 大阪大学, 大学院・工学研究料, 助手 (80263218)
• キーワード: 光集積回路 / 非線形光学 / 光波長変換 / 光導波路 / 光信号処理 / 光スイッチ / 半導体レーザ / 強誘電体

研究概要

本年度はMgO : LiNbO_3結晶における擬似位相整合(QPM)用周期的分極反転構造形成、差周波発生(DFG)型波長変換デバイスの高効率化、QPM-DFG型中赤外域差周波発生デバイス、集積半導体レーザの性能改善と波長域拡大など、多くの成果が得られた。主な成果を以下に要約する。
1.光損傷耐性に優れたMgO添加LiNbO_3結晶における周期的分極反転構造の新たな作製方法として、常温での周期パターン紫外光照射と一様電界印加による分極反転法を開発し、光通信用波長変換デバイスに適した15μm近傍の周期の良好な分極反転構造を得た。
2.光通信用波長変換デバイスの高効率化のため、プロトン交換導波路を逆プロトン交換して得られる埋め込み導波路の使用について実験的た検討し、適切な作製条件を見出し、実際に波長変換デバイスを作製して規格化効率最大1400%/Wまでの高効率化を達成した。また光通信波長域内波長変換特性を実験的に評価し、励起パワー4.4mWで-15dBの変換特性を得た。
3.中赤外域のコヒーレント光を発生するためのQPM-DFG型波長変換デバイスの設計・作製を行い、波長0.98μm帯と1.55μm帯の半導体レーザからの入力光から波長2μm帯の出力光を得ることに成功した。
4.非線形光学デバイス励起光源としての曲線グレーティング分布反射型(DBR)InGaAs半導体レーザの特性改善を行い、一次グレーティングの採用、量子井戸選択的無秩序化による損失低減、出力端面への低反射コーティングなどにより、発振閾値20mA、最大出力251mW、外部微分量子効率74%、サイドモード抑圧比52dBの高性能を実現した。
5.集積半導体レーザの波長域拡大のため、GaInP量子井戸赤色光発振DBRレーザを設計・作製し、で閾値18mA、最大ピーク出力44mW、サイドモード抑圧比15dBのパルス単一モード発振を実現した。

研究成果

• [文献書誌] D.Sato, T.Morita, T.Suhara, M.Fujimura: "Efficiency improvement by high-index cladding in LiNbO_3 waveguide quasi-phase-matched wavelength converter for optical communication"IEEE Photon.Tech.Lett.. 15・4. 569-571 (2003)
• [文献書誌] 栖原敏明: "光通信用導波型非線形光学デバイス"レーザー研究. 31・4. 262-266 (2003)
• [文献書誌] M.Fujimura, T.Sohmura T.Suhara: "Fabrication of domain-inverted gratings in MgO : LiNbO_3 by applying voltage under ultraviolet irradiation through photomask at room temperature"Electron.Lett.. 39・9. 719-721 (2003)
• [文献書誌] 栖原敏明: "擬似位相整合導波路を用いた非線形光学波長変換・信号処理デバイス"応用物理. 72・11. 1381-1386 (2003)
• [文献書誌] T.Suhara, M.Uemukai, N.Shimada, A.Larsson: "Broad area and MOPA lasers with integrated grating components for beam-shaping and novel functions(Invited Paper)"Proc.SPIE. vol.4995. 10-21 (2003)
• [文献書誌] 栖原敏明, 上向井正裕: "回折光学素子を集積した半導体レーザー"光学. 32・8. 486-488 (2003)
• [文献書誌] T.Suhara, M.Fujimura: "Waveguide Nonlinear-Optic Devices"Springer Verlag, Berlin. 321 (2003)