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次世代の真に高速大容量かつ柔軟なフォトニックネットワークのノードに必要となる、全光超高速・超広帯域信号処理デバイスに関する理論的研究を行った。具体的には、周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)光導波路における第二高調波発生と差周波混合の縦続二次非線形光学効果を用いた全光信号処理に着目し、数値解析による以下の先駆的研究成果を得た。将来のフォトニックネットワークノードに必須となる全ての全光信号処理機能を、同種の非線形光学素子を用いて実現することにより、低コスト化と同時に高性能化を図る試みは、国内外における他の研究開発機関ではなされておらず極めて独創的である。
1.常光・異常光両導波型PPLN光導波路を用いた全光超高速ゲートスイッチ
通常PPLN光導波路は、高効率化の観点から異常光を用いる。本研究では、常光と異常光の両導波により、1テラビット毎秒以上の動作速度を有する全光超高速ゲートスイッチの実現可能性を示し、動作速度に応じてデバイスの構造パラメータや入力光パワーの最適化を可能にするデバイス設計論を確立した。
2.異常光導波型PPLN光導波路の群速度不整合(GVM)を用いた全光超高速再生(3R)中継器
基本波と第二高調波間のGVMに起因する全光波形整形機能を用いた、全光超高速3R中継器の実現可能性を示し、高効率・超高速性を最大限引き出すためのデバイス設計論を展開した。
3.両導波型および異常光導波型PPLN光導波路を用いたポンプ光フリー全光超広帯域波長変換器
信号スペクトルの端に擬似位相整合波長を合わせることにより、ポンプ光を必要としない変調フォーマットフリーかつ高効率の全光超広帯域波長変換器の実現可能性を示し、デバイス設計論を確立した。
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