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将来のフォトニックネットワークでは、1テラビット毎秒を遥かに越える超大容量性が要求され、用いる光パルスの幅はピコ秒からサブピコ秒の領域に達する。このようなネットワークを構築するには、電子技術によらない全光学的信号処理デバイスが必須である。本研究では、周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)デバイス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、テラビット毎秒級の様々な全光信号処理デバイスを提案した。
具体的には、異常光導波型および常光・異常光両導波型PPLNデバイスに対して、電子計算機を用いた詳細な特性解析と原理実験を行い、全光超高速ゲートスイッチ、全光超高速再生中継器、ポンプ光フリー全光超広帯域波長変換器の実現可能性を示した。全光超高速再生中継器は、基本波と第二高調波間の群速度不整合に起因する固有の波形整形機能を用いており、ポンプ光フリー全光超広帯域波長変換器は、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。これらは、これまでにない全く新しい動作原理である。
最終目標は、これらの全光超高速超広帯域信号処理デバイスを用いて、真に高速大容量の次世代フォトニックネットワークを構築することである。本ネットワークノードに必須となる全ての信号処理デバイスを、同種の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かつ先駆的であると考えられる。
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