JP6093246B2 - Mid-infrared wavelength conversion light source - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換光源に関し、より具体的には、ガスのセンシングや分光に好適な中赤外波長域の光を発生する波長変換光源に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion light source, and more specifically to a wavelength conversion light source that generates light in the mid-infrared wavelength region suitable for gas sensing and spectroscopy.
近年、地球温暖化の問題などがクローズアップされており、高感度にメタンや二酸化炭素などを検出するために、2〜5μmの波長を出力する中赤外域の光源が必要とされている。このような波長域では、従来から半導体レーザの研究開発がなされている。しかしながら、室温で簡易に使用できるような光源が実現されていないのが現状である。そこで、このような光源から直接発生させることが困難な波長領域の光を、非線形光学効果を用いた波長変換を利用して発生させる技術が知られている。 In recent years, the problem of global warming has been highlighted, and in order to detect methane, carbon dioxide and the like with high sensitivity, a mid-infrared light source that outputs a wavelength of 2 to 5 μm is required. In such a wavelength range, research and development of semiconductor lasers have been conventionally performed. However, the present situation is that a light source that can be easily used at room temperature has not been realized. Therefore, a technique for generating light in a wavelength region that is difficult to directly generate from such a light source by using wavelength conversion using a nonlinear optical effect is known.
波長変換素子としては様々な形態のものが利用可能であるが、実用的な観点から非線形光学定数を周期的に変調した擬似位相整合を用いた導波路型の波長変換素子が最も有望である。非線形定数の周期変調構造を形成するためには、非線形定数の符号を交互に反転するか、あるいは非線形定数が大きい部分と小さい部分をほぼ交互に配置する方法が考えられる。 Although various types of wavelength conversion elements can be used, a waveguide type wavelength conversion element using a quasi-phase matching in which a nonlinear optical constant is periodically modulated is most promising from a practical viewpoint. In order to form a periodic modulation structure with a nonlinear constant, a method of alternately inverting the sign of the nonlinear constant, or substantially alternately arranging a portion with a large nonlinear constant and a portion with a small nonlinear constant can be considered.
LiNbO3のような強誘電体結晶においては、非線形定数の正負は自発分極の極性に対応するため、自発分極を反転することにより非線形定数の符号を反転することができる。中赤外波長域を発生させるための方法として、非特許文献1に示されるような2つの半導体レーザおよび擬似位相整合を利用した導波路型波長変換素子による差周波発生による方法が知られている。
In a ferroelectric crystal such as LiNbO 3 , since the sign of the nonlinear constant corresponds to the polarity of the spontaneous polarization, the sign of the nonlinear constant can be reversed by inverting the spontaneous polarization. As a method for generating the mid-infrared wavelength region, there is known a method based on difference frequency generation by two semiconductor lasers and a waveguide-type wavelength conversion element using pseudo phase matching as shown in Non-Patent
図1は、従来の波長変換光源の構成を示す。図1に示される光源10は、光導波路12が形成されたLiNbO3基板11と、合波器15と、信号光13及び励起光14をそれぞれ出力する2個の半導体レーザ(図示せず)とから構成される。信号光13及び励起光14は合波器15で合波され、周期的に分極反転されたLiNbO3基板11に形成された光導波路12に入射する。光導波路12では、信号光13と励起光14との差周波光である変換光16が発生する。信号光の波長をλ1、変換光(アイドラー光)の波長をλ2、励起光の波長をλ3とすると、これら3つの波長は以下の(式1)を満たす。
1/λ3=1/λ2+1/λ1 (式1)
FIG. 1 shows a configuration of a conventional wavelength conversion light source. A
1 / λ 3 = 1 / λ 2 + 1 / λ 1 (Formula 1)
例えば、信号光波長λ1を1.56μm、励起光波長λ3を1.06μmとすれば、λ2=3.31μmの変換光を発生させることができる。信号光波長λ1における屈折率をn1、変換光波長λ2における屈折率をn2、励起光波長λ3における屈折率をn3、非線形定数の変調周期をΛとすると、位相不整合量Δβは以下の(式2)で与えられる。
Δβ=2π(n3/λ3−n2/λ2−n1/λ1) (式2)
For example, if the signal light wavelength λ 1 is 1.56 μm and the excitation light wavelength λ 3 is 1.06 μm, converted light with λ 2 = 3.31 μm can be generated. When the refractive index at the signal light wavelength λ 1 is n 1 , the refractive index at the converted light wavelength λ 2 is n 2 , the refractive index at the pumping light wavelength λ 3 is n 3 , and the modulation period of the nonlinear constant is Λ, the phase mismatch amount Δβ is given by the following (formula 2).
Δβ = 2π (n 3 / λ 3 −n 2 / λ 2 −n 1 / λ 1 ) (Formula 2)
上記(式2)で示された位相不整合量Δβに対して、変換効率ηが以下の(式3)で表される。ここで、Lは波長変換光源の非線形媒質の光の進行方向の長さを表す。 The conversion efficiency η is expressed by the following (Equation 3) with respect to the phase mismatch amount Δβ shown in the above (Equation 2). Here, L represents the length of the light traveling direction of the nonlinear medium of the wavelength conversion light source.
(式3)より、変換効率ηはΔβ=2π/Λのときに最大となる。例えば、励起光波長λ3を固定して考えると、(式2)で与えられる位相不整合量Δβ=2π/Λとなるいわゆる擬似位相整合条件を満たす信号光波長λ1および励起光波長λ3は、非線形材料の屈折率の波長分散に依存し、変調周期Λを決定すると実質的に一意に決定される。信号光波長λ1または励起光波長λ3を、擬似位相整合条件を満たすいわゆる擬似位相整合波長から変化させると、(式2)および(式3)に従って変換効率が減少してしまう。 From (Equation 3), the conversion efficiency η becomes maximum when Δβ = 2π / Λ. For example, when the pumping light wavelength λ 3 is fixed, the signal light wavelength λ 1 and the pumping light wavelength λ 3 satisfying a so-called quasi-phase matching condition where the phase mismatch amount Δβ = 2π / Λ given by (Equation 2) is satisfied. Depends on the chromatic dispersion of the refractive index of the nonlinear material and is determined substantially uniquely when the modulation period Λ is determined. If the signal light wavelength λ 1 or the pumping light wavelength λ 3 is changed from a so-called quasi phase matching wavelength that satisfies the quasi phase matching condition, the conversion efficiency decreases according to (Equation 2) and (Equation 3).
図2に、波長変換光源における位相不整合量に対する変換効率の変化を示す。図2では、横軸は(Δβ−2π/Λ)L/πを示し、縦軸は波長変換光源における変換効率の最大値を1として規格化した変換効率を示す。例えば、励起光波長λ3を固定して信号光波長λ1を変換させたとき、図2に示される変換効率が最大値の半分となる位相不整合量に相当する波長帯域は、非線形媒質の長さLが50mmのLiNbO3導波路を用いた場合、3.31μm帯の変換光波長に換算すると約6.8nm程度であり狭い。 FIG. 2 shows a change in conversion efficiency with respect to the phase mismatch amount in the wavelength conversion light source. In FIG. 2, the horizontal axis represents (Δβ-2π / Λ) L / π, and the vertical axis represents the conversion efficiency normalized with the maximum value of the conversion efficiency in the wavelength conversion light source as 1. For example, when the pumping light wavelength λ 3 is fixed and the signal light wavelength λ 1 is converted, the wavelength band corresponding to the phase mismatch amount at which the conversion efficiency shown in FIG. When a LiNbO 3 waveguide having a length L of 50 mm is used, it is about 6.8 nm when converted to a converted light wavelength in the 3.31 μm band, which is narrow.
そこで、特許文献1に示されるように、波長1μm帯の励起光と波長3μm帯の変換光との群速度を一致させ、波長1.55μm帯の信号光を固定し、波長1μm帯の励起光を掃引すると、図2に示される変換効率が最大値の半分となる位相不整合量に相当する波長帯域は、長さLが50mmのLiNbO3導波路を用いた場合、3.31μm帯の変換光波長に換算すると約123nmと広がる。また、特許文献には、波長1μm帯光にYb添加ファイバを用いた短パルス光を用いて波長3μm帯に広スペクトルを有する波長変換光源が示されている。
Therefore, as shown in
ここで、この群速度整合がとれた分極反転LiNbO3において励起光波長許容幅が広いということを別の観点から説明をする。図3は、バルクLiNbO3の分極反転周期Λ=30μmの場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す。図3においては、励起光波長及び信号光波長を変化させた場合における分極反転周期Λ=30μmのときのバルクLiNbO3において位相整合がとれる組み合わせがΛ=30μmの曲線で示されている。すなわち、図3においてΛ=30μmを示す曲線上の各励起光波長および信号光波長においては位相整合がとれているため(式2)を満たし、(式3)はη=ηmaxになる。 Here, it will be described from another point of view that the excitation light wavelength tolerance is wide in the domain-inverted LiNbO 3 in which the group velocity matching is achieved. FIG. 3 shows the phase matching relationship between the excitation wavelength and the signal light wavelength in the case of the polarization inversion period Λ = 30 μm of bulk LiNbO 3 . In FIG. 3, a combination of phase matching in bulk LiNbO 3 when the polarization inversion period Λ = 30 μm when the pumping light wavelength and the signal light wavelength are changed is shown by a curve of Λ = 30 μm. That is, since the phase matching is achieved at each pumping light wavelength and signal light wavelength on the curve showing Λ = 30 μm in FIG. 3, (Equation 2) is satisfied, and (Equation 3) becomes η = η max .
図3においては、Λ=30μmの曲線に加えて、(式1)で一義的に決定される変換光波長を等高線表示した曲線が示されている。すなわち、例えば励起光波長1μm及び信号光波長1.5μmのとき、変換光3μmの曲線上にあるため、変換光波長は3μmということである。この時、信号光波長を1.54μmに固定し、励起光波長を1.05μmから1.08μmに変化させた場合、その励起光波長及び信号光波長が示す線分はほぼΛ=30μmの曲線に沿っており、励起光波長を変化させてもほぼΛ=30μmの分極反転周期に近い分極反転周期で位相整合する。このことを別の言い方をすると、図2で示した位相不整合量は励起光波長を変化させても大きく変化せず、0から少しずれるだけで規格化変換効率の落ちは大きくない。よって、励起光波長を変化させても広い位相整合波長幅が得られる。
In addition to the curve of Λ = 30 μm, FIG. 3 shows a curve in which the converted light wavelength uniquely determined by (Equation 1) is displayed in contour lines. That is, for example, when the excitation light wavelength is 1 μm and the signal light wavelength is 1.5 μm, the converted light wavelength is 3 μm because it is on the curve of the
中赤外域において、3.0〜3.4μmの波長域にはメタン、エタンなどの炭化水素系ガス、2.3μm帯と4.6μm帯には一酸化炭素、2.7μm帯と4.3μm帯には二酸化炭素、4.5μm帯には亜酸化窒素など、様々なガスが2〜4.5μmに点在している。前述のような波長1μm帯光の励起光と波長1.55μm帯の信号光とを合波し、非線形光学媒質で差周波発生を起こす中赤外光源においては、波長1μm帯光を掃引することにより波長3.3μm帯において123nmと広いチューニング幅を持たせることができる。 In the mid-infrared region, hydrocarbon gases such as methane and ethane are present in the wavelength range of 3.0 to 3.4 μm, carbon monoxide is present in the 2.3 μm band and 4.6 μm band, 2.7 μm band and 4.3 μm. Various gases, such as carbon dioxide in the band and nitrous oxide in the 4.5 μm band, are scattered at 2 to 4.5 μm. In the mid-infrared light source that generates the difference frequency in the nonlinear optical medium by combining the excitation light of the 1 μm wavelength light and the signal light of the 1.55 μm wavelength as described above, the 1 μm wavelength light is swept. Thus, a wide tuning range of 123 nm can be provided in the wavelength 3.3 μm band.
しかしながら、このような従来の波長変換光源では、広い波長範囲に渡る変換光を効率よく発生できず、また3.0〜3.4μmの波長域に存在するメタンガスなどの一種のガスしか計測できず、2〜4.5μmの波長域に点在している様々なガスをセンシングする必要がある場合などには適応することができないという問題があった。 However, such a conventional wavelength conversion light source cannot efficiently generate converted light over a wide wavelength range, and can measure only one kind of gas such as methane gas existing in a wavelength range of 3.0 to 3.4 μm. There is a problem that it cannot be applied when it is necessary to sense various gases scattered in the wavelength range of 2 to 4.5 μm.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、2〜4.5μm帯における広い波長範囲に渡って、中赤外波長域の光を発生させることができる波長変換光源であって、発生波長範囲は少なくとも特許文献1に示された0.1μmオーダーの波長範囲の10倍以上である1μm以上の発生波長幅を有する中赤外波長変換光源を提供することにある。
The present invention has been made in view of such problems, and its object is to generate light in the mid-infrared wavelength region over a wide wavelength range in the 2 to 4.5 μm band. Provided is a mid-infrared wavelength conversion light source having a generation wavelength range of 1 μm or more which is at least 10 times the wavelength range of the order of 0.1 μm shown in
本発明の請求項1に記載の中赤外波長変換光源は、光周波数コム種光発生手段と、前記光周波数コム種光発生手段に接続されたEr添加ファイバ増幅器と、前記Er添加ファイバ増幅器に接続された高非線形ファイバとを少なくとも備え、光周波数コムを出力する光周波数コム光源と、前記光周波数コム光源から出力された光周波数コムを入力し、2次の非線形光学効果を発する非線形光学媒質とを備え、前記非線形光学媒質は、非線形光学材料の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を有するLiNbO 3 光導波路を含み、前記非線形光学媒質の前記LiNbO 3 光導波路では、入力した前記光周波数コムの多数の光の中から選択された波長λpを有する光と波長λsを有する光との差周波発生により、1/λi=1/λp−1/λsの式を満たす波長λiの変換光を出力し、前記差周波発生が前記光周波数コムのそれぞれの波長を有する光の中から複数の組み合わせで行われることによって、λiが2〜4.5μmの複数の変換光を発生させ、前記分極反転構造は、前記波長λpと前記波長λsとに対してλiが2〜4.5μmとなる位相整合条件を満たすように、分極反転周期が設定されることを特徴とする。
A mid-infrared wavelength conversion light source according to
本発明の請求項2に記載の波長変換光源は、本発明の請求項1に記載の波長変換光源であって、前記非線形光学媒質の後段に、2μm以下の光を減衰させるフィルタを配置したことを特徴とする。
The wavelength-converted light source according to
本発明の請求項3に記載の中赤外波長変換光源は、本発明の請求項1又は2に記載の波長変換光源であって、前記光周波数コム光源の出力光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐された一方の出力光を入力するYb添加ファイバ増幅器と、前記分岐手段により分岐された他方の出力光と前記Yb添加ファイバ増幅器の出力光とを合波して、当該合波光を前記非線形光学媒質に出力する合波手段とをさらに備えたことを特徴とする。
The mid-infrared wavelength conversion light source according to
本発明の請求項4に記載の中赤外波長変換光源は、本発明の請求項1に記載の波長変換光源であって、前記非線形光学材料は、LiNbO3またはLiNbO3にMg、Zn、Sc、およびInからなる群から選ばれた少なくとも一種が添加物として含有された材料から成ることを特徴とする。
Infrared wavelength conversion light source in the
本発明の請求項5に記載の中赤外波長変換光源は、本発明の請求項1に記載の波長変換光源であって、前記分極反転構造の分極反転周期Λ(μm)が、前記LiNbO 3 光導波路のコア面積A(μm2)に対して、−280/A+29≦Λ≦−280/A+32を満たすことを特徴とする。
Infrared wavelength conversion light source in the
本発明の請求項6に記載の中赤外波長変換光源は、本発明の請求項1乃至5のいずれかに記載の波長変換光源であって、前記光周波数コム種光発生手段は、Er添加ファイバ及びアイソレータを少なくとも含むファイバループと、前記Er添加ファイバを励起するための励起光を出力する励起光源と、前記励起光源から出力された励起光を前記ファイバループに合波する合波手段と、前記ファイバループ中の光を取り出して前記Er添加ファイバ増幅器に出力する分波手段とを備えることを特徴とする。 A mid-infrared wavelength conversion light source according to a sixth aspect of the present invention is the wavelength conversion light source according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the optical frequency comb seed light generating means is an Er addition. A fiber loop including at least a fiber and an isolator; a pumping light source that outputs pumping light for pumping the Er-doped fiber; and a multiplexing unit that combines the pumping light output from the pumping light source into the fiber loop; And a demultiplexing unit that extracts light from the fiber loop and outputs the light to the Er-doped fiber amplifier.
本発明の請求項7に記載の中赤外波長変換光源は、本発明の請求項1乃至5のいずれかに記載の波長変換光源であって、前記光周波数コム種光発生手段は、出力光を連続発振する半導体レーザと、前記半導体レーザの前記出力光を変調する変調手段とを少なくとも備えることを特徴とする。 A mid-infrared wavelength conversion light source according to a seventh aspect of the present invention is the wavelength conversion light source according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the optical frequency comb light generating means is an output light. At least, and a modulation means for modulating the output light of the semiconductor laser.
本発明によれば、光周波数コム光源から発生する広い帯域を有する光を非線形光学媒質に入力することにより、差周波発生によって非常に広い変換光を有する中赤外光周波数コム光源を実現することができ、ガスの吸収を受けた後に出力光を分光器で観測すれば広い波長帯の分光が可能となる。また、繰り返し周波数が異なる中赤外光周波数コム光源をもう一台用意し、2つの中赤外光周波数コム光源から出力された光を1つの受光器で受け取り、電気スペクトルアナライザーで観測する、いわゆるデュアルコム分光を用いると、瞬時に吸収スペクトルを観測することができる。 According to the present invention, a mid-infrared optical frequency comb light source having a very wide converted light by difference frequency generation is realized by inputting light having a wide band generated from an optical frequency comb light source to a nonlinear optical medium. If the output light is observed with a spectroscope after absorption of the gas, it is possible to perform spectroscopy in a wide wavelength band. Also, another so-called mid-infrared optical frequency comb light source having a different repetition frequency is prepared, and the light output from the two mid-infrared optical frequency comb light sources is received by one light receiver and observed by an electric spectrum analyzer. Using dual comb spectroscopy, an absorption spectrum can be observed instantaneously.
図15は、本発明に係る波長変換光源の構成の概略図を示す。図15に示されるように、本発明に係る波長変換光源100は、光周波数コム光源110と、非線形光学媒質120とを備える。光周波数コム光源110は、光周波数コム種光発生手段101と、光周波数コム種光発生手段101の後段に接続されたEr添加ファイバ増幅器102と、Er添加ファイバ増幅器102の後段に接続された高非線形ファイバ103とを含む。
FIG. 15 shows a schematic diagram of a configuration of a wavelength conversion light source according to the present invention. As shown in FIG. 15, the wavelength
本発明の発明者は、種々のガスが大きな吸収を示す2〜4.5μm帯の波長域において、広い波長帯域に渡る出力光が得られる光源の構成について鋭意検討を行った。その結果、図15に示されるような光周波数コム光源110から出力された光周波数コムを非線形光学媒質120に入力することにより、光周波数コムの各波長における様々な励起光波長と信号光波長との組み合わせを実現することができ、周期分極反転を有するLiNbO3光導波路を有する非線形光学媒質120を用いて各組み合わせの差周波発生を行うことにより、広い波長範囲で位相整合条件を保つ様々な波長の光を発生することができるため、広帯域な中赤外波長域に効果的に変換することができることを発見した。以下に、その動作原理を説明する。
The inventor of the present invention diligently studied the configuration of a light source capable of obtaining output light over a wide wavelength band in a wavelength range of 2 to 4.5 μm where various gases exhibit large absorption. As a result, by inputting the optical frequency comb output from the optical frequency comb
図1に示される光周波数コム光源110としては、例えば非特許文献3又は非特許文献4に示されるような光周波数コム光源があるが、どちらの光周波数コム光源も高非線形ファイバの出力は1.0μm〜2.1μmの波長域に広がっている。この様な光源は、少なくとも2波長のレーザ光を含む等間隔の周波数差を有するレーザ光の集団をEr添加ファイバ増幅器により増幅し、高非線形ファイバ中において4光波混合によってその周波数差をもった光が長波長側および短波長側に次々と発生し、発生する光の波長幅が広がっていく。
As the optical frequency comb
光周波数コム光源110が出力する光周波数コムの各波長は、繰り返し周波数frep、周波数の余りの部分を示すfCEO、整数nを用いて、様々な整数nにおいて下記の(式4)を満たすfnの波長の集合体とみなすことができる。
fn=fCEO+n・frep (式4)
Each wavelength of the optical frequency comb output from the optical frequency comb
f n = f CEO + n · f rep (Formula 4)
また、その各周波数fnを有する光はレーザ光であり、すなわち光周波数コムはレーザ光の塊ともいえる。そして、この周波数群を有するレーザ光群を非線形光学媒質120に入力するとき、n=a、n=bの場合(a>b)とすると、その差周波発生によって2つの周波数の差をとった以下の(式5)で示される余りの項であるfCEOがない周波数f’a-bを有する光が発生する。
f’a-b=(a−b)frep (式5)
The light having each frequency f n is laser light, that is, the optical frequency comb can be said to be a lump of laser light. When a laser beam group having this frequency group is input to the nonlinear
f ′ ab = ( ab ) f rep (Formula 5)
図4は、バルクLiNbO3の分極反転周期がΛ=20、25、30、35μmの場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す。図4には、図3に示されるΛ=30μmの曲線に加えてΛ=20μm、Λ=25μm、Λ=35μmの曲線を加え、図3に示される場合よりも励起光波長と信号光波長との範囲を広げたグラフが示されている。図4においても非線形光学媒質としてバルクLiNbO3を用いて示している。 FIG. 4 shows the phase matching relationship between the excitation wavelength and the signal light wavelength when the polarization inversion period of bulk LiNbO 3 is Λ = 20, 25, 30, 35 μm. In FIG. 4, in addition to the curve of Λ = 30 μm shown in FIG. 3, curves of Λ = 20 μm, Λ = 25 μm, and Λ = 35 μm are added, and the excitation light wavelength and the signal light wavelength are compared with those shown in FIG. The graph which expanded the range of is shown. Also in FIG. 4, bulk LiNbO 3 is used as the nonlinear optical medium.
光周波数コム光源110が非線形光学媒質120に出力する光は、波長域が1〜2.1μm帯に広がった光周波数コムであり、この光周波数コムの光は励起光にも信号光にもなり得ることができ、光周波数コム内の光は図4に示されるハッチング領域402及び403が重なる波長域401に存在することとなる。光周波数コム内に存在する光は(式4)に従い、すなわち光周波数コムの光周波数間隔frepごとに光が存在する。この周波数間隔frepは、光周波数コム光源110が非特許文献3に示されるような形態をとると、Er添加ファイバを含む光ループの光路長によって決定することができ、また光周波数コム光源110が非特許文献4に示されるような形態をとると、変調手段の変調周波数によって規定することができる。この周波数間隔frepは、50MHz程度に設定可能である。
The light output from the optical frequency comb
一方、図4に示した様々な分極反転周期の場合における位相整合条件を満たす関係のグラフ上、その位相整合条件を満たす関係はある限られた曲線上のみで満たすが、図2にも示したように位相整合条件からずれても全く光が変換されないわけではなく、ある幅をもってゆっくり変換効率が低下する。前述した通り、この位相整合幅は、1μm帯の励起光波長を固定し、1.55μm帯の信号光波長を変化させた場合における位相整合波長幅3.31μm帯の変換光波長に換算すると、約6.8nm程度であって狭いが、光周波数に直すと100GHz程度はあるため、光周波数コム周波数幅の50MHzに比して十分広い。すなわち、50MHz程度のメッシュ間隔を有する光周波数コムの励起光及び信号光において、位相整合許容幅100GHzの幅内で存在する励起光及び信号光の組み合わせは、差周波発生により効率よく変換光を発生する。 On the other hand, in the graph of the relationship satisfying the phase matching condition in the case of various polarization inversion periods shown in FIG. 4, the relationship satisfying the phase matching condition is satisfied only on a limited curve, but also shown in FIG. Thus, even if it deviates from the phase matching condition, the light is not converted at all, and the conversion efficiency slowly decreases with a certain width. As described above, this phase matching width is obtained by converting the pumping light wavelength in the 1 μm band to the converted light wavelength in the 3.31 μm band when the signal light wavelength in the 1.55 μm band is changed. Although it is about 6.8 nm and narrow, it is about 100 GHz when converted to the optical frequency, and is sufficiently wide as compared with the optical frequency comb frequency width of 50 MHz. That is, in the pumping light and signal light of the optical frequency comb having a mesh interval of about 50 MHz, the combination of the pumping light and signal light existing within the phase matching allowable width of 100 GHz efficiently generates converted light by the difference frequency generation. To do.
図4中のΛ=30μmの位相整合条件でいうと、図4に示されるハッチング領域402及び403が重なる波長域401中で、Λ=30μmの曲線が存在する励起光波長の励起光と信号光波長の信号光とにより変換光が発生する。このとき発生する変換光波長は、図4に示される変換光波長の関係を読み取ると、波長2〜4.5μmの変換光が発生可能であることがわかる。さらに発生した波長2〜4.5μmの変換光も非線形光学媒質120内に存在するため、これが新たな信号光となり、4.5〜4.7μmまで発生する中赤外光波長の範囲が広がる。
In the phase matching condition of Λ = 30 μm in FIG. 4, the excitation light and the signal light having the excitation light wavelength in which the curve of Λ = 30 μm exists in the
なお、図4中には示していないが、Λ=29μmなどでは、波長3〜5μmの変換光を得ることができる。さらに、Λ=25μmの非線形光学素子を用いると、波長5〜6μmの変換光を得ることができ、1μmの変換光幅を持たせることができる。一番広い波長幅が得られるのは、前述したΛ=30μmの非線形光学素子のように、励起光波長1μm付近で急激に位相整合する信号光波長が長波長化する場合である。一方、Λ=33μmなど分極反転周期を長くすると、ハッチングの重なる波長域401から位相整合を示す曲線がはみ出し、変換光を生じなくなる。そこで、可能ならば、バルクLiNbO3の場合は、Λ=29〜32μmの素子を選択することが望ましい。
Although not shown in FIG. 4, when Λ = 29 μm or the like, converted light having a wavelength of 3 to 5 μm can be obtained. Furthermore, when a nonlinear optical element with Λ = 25 μm is used, converted light having a wavelength of 5 to 6 μm can be obtained, and a converted light width of 1 μm can be provided. The widest wavelength width can be obtained when the signal light wavelength abruptly phase-matched near the excitation light wavelength of 1 μm becomes longer like the above-described nonlinear optical element with Λ = 30 μm. On the other hand, if the polarization inversion period is long, such as Λ = 33 μm, a curve indicating phase matching protrudes from the
このように、光周波数コム光源を用いて波長が1〜2.1μm帯に広がった光周波数コムを非線形光学媒質に入力することにより、非線形光学媒質に入力された光周波数コムが1〜2.1μmの間の様々な波長を有するため、様々な励起光波長の励起光と信号光波長の信号光との組み合わせにより変換光が生じ、広い波長域をカバーできる中赤外光源を構成することができる。 In this way, by inputting the optical frequency comb whose wavelength is spread to the band of 1 to 2.1 μm into the nonlinear optical medium using the optical frequency comb light source, the optical frequency comb input to the nonlinear optical medium is 1 to 2. Since it has various wavelengths between 1 μm, it is possible to construct a mid-infrared light source that can cover a wide wavelength range by generating converted light by combining pump light of various pump light wavelengths and signal light of signal light wavelengths. it can.
ここで、図15に示される波長変換光源100において、変換光出力を増強するためにファイバ増幅器を用いる場合を考える。一般に、波長1μm帯の光を増幅する場合にはYb添加ファイバ増幅器が利用でき、波長1.55μm帯の光を増幅する場合にはEr添加ファイバ増幅器が利用することができる。ここでは、図15に示される波長変換光源100において、高非線形ファイバ103からの出力を、例えば波長1.2μm以下の光と波長1.2μm以上の光とに分岐する分岐手段で分岐し、波長1.2μm以下の光が透過する分岐手段出力側にYb添加ファイバ増幅器を接続し、Yb添加ファイバ増幅器の出力と分岐手段の波長1.2μm以上を透過する出力側とを合波し、非線形光学媒質104に入力した場合を考える。
Here, consider a case where a fiber amplifier is used to enhance the converted light output in the wavelength
この場合において、非線形光学媒質に周期分極反転されたバルクLiNbO3を用いた場合における励起波長と信号光波長との位相整合関係を図5に示す。図5に示されるように、図4に示される場合と比べて、励起光波長の範囲がYb添加ファイバ増幅器によって制限されているが、Λ=30μmの場合には2〜4μmの波長範囲の変換光が得られる。 In this case, FIG. 5 shows the phase matching relationship between the excitation wavelength and the signal light wavelength in the case of using periodically poled bulk LiNbO 3 as the nonlinear optical medium. As shown in FIG. 5, the pumping light wavelength range is limited by the Yb-doped fiber amplifier as compared to the case shown in FIG. 4, but when Λ = 30 μm, the conversion of the wavelength range of 2 to 4 μm is performed. Light is obtained.
一方、上記Yb添加ファイバ増幅器に代えて、1.2μm以上を透過する分岐手段の分岐ポート側にEr添加ファイバ増幅器を用いることを考える。図6にそのときの励起波長と信号光波長との位相整合関係を示す。図6に示されるように、Λ=30μmの曲線とハッチングが重なる領域601とを考慮すると、3〜4μmの波長範囲の変換光が得られるが、その波長範囲は1μmと制限を受けることとなる。このようにEr添加増幅器を高非線形ファイバの後段に配置すると、1〜2μm帯に広がった光がEr添加ファイバ増幅器の帯域内でフィルタリングされるため、使用するのは得策ではないことから、高非線形ファイバと非線形光学媒質の間にEr添加ファイバ増幅器を設置しないことが好ましい。
On the other hand, instead of the Yb-doped fiber amplifier, consider using an Er-doped fiber amplifier on the branch port side of the branching means that transmits 1.2 μm or more. FIG. 6 shows the phase matching relationship between the excitation wavelength and the signal light wavelength at that time. As shown in FIG. 6, considering the curve Λ = 30 μm and the hatched
次に、非線形光学媒質に導波路構造を持たせることを考える。導波路作製法としては、例えば非特許文献1にも示されるような直接接合リッジ導波路を作製する方法がある。この直接接合リッジ導波路は、コア層となるLiNbO3基板に先に分極反転を施し、このLiNbO3基板と、クラッド層となるLiTaO3基板を直接接合し、その後LiNbO3基板を10μm厚程度まで薄膜化して、ダイシングにより横方向の閉じ込めを行い導波路構造とするものである。
Next, consider that the nonlinear optical medium has a waveguide structure. As a waveguide fabrication method, for example, there is a method of fabricating a direct junction ridge waveguide as shown in
図7に直接接合法で作製したコア厚10μmでコア幅14μmのLiNbO3導波路の場合における励起光波長と信号光波長とに対する位相整合関係を示す。図7に示されるように、Λ=28μmのとき、2〜4.2μmまでの変換光が得られることがわかる。また、Λ=29μm、30μmと長くするにつれて、発生波長範囲が狭まることがわかる。一方、図示していないが、Λを27μmと短くすると、3〜5μmの広い波長範囲の変換光が得られる。以上のことを鑑みると、コア厚10μmでコア幅14μmのLiNbO3導波路の場合、27μm〜30μmの分極反転周期が最適だと考えられる。 FIG. 7 shows the phase matching relationship between the pumping light wavelength and the signal light wavelength in the case of a LiNbO 3 waveguide having a core thickness of 10 μm and a core width of 14 μm manufactured by the direct bonding method. As shown in FIG. 7, it can be seen that when Λ = 28 μm, converted light of 2 to 4.2 μm can be obtained. Further, it can be seen that the generation wavelength range becomes narrower as Λ = 29 μm and 30 μm. On the other hand, although not shown, when Λ is shortened to 27 μm, converted light in a wide wavelength range of 3 to 5 μm can be obtained. In view of the above, in the case of a LiNbO 3 waveguide having a core thickness of 10 μm and a core width of 14 μm, a polarization inversion period of 27 μm to 30 μm is considered optimal.
同様に、様々なコアサイズについて鋭意検討を行い、最適な分極反転周期を求めたところ、コアサイズと分極反転周期との範囲について、以下のような関係を見出した。コア面積A(μm2)に対して、分極反転周期Λ(μm)が以下の(式6)を満たすことが望ましい。
−280/A+29≦Λ≦−280/A+32 (式6)
Similarly, when various core sizes were intensively studied and the optimum polarization inversion period was obtained, the following relationship was found with respect to the range between the core size and the polarization inversion period. For the core area A (μm 2 ), it is desirable that the polarization inversion period Λ (μm) satisfy the following (formula 6).
−280 / A + 29 ≦ Λ ≦ −280 / A + 32 (Formula 6)
[実施例1]
図8に、本発明の実施例1に係る波長変換光源を示す。図8には、励起LD810と、ファイバループ820と、Er添加ファイバ増幅器830と、偏波コントローラ840と、高非線形ファイバ850と、周期分極反転LiNbO3導波路(以下、LiNbO3導波路とする)860と、Geからなる2μm以下の光をカットする光学的なフィルタ870とを備えた波長変換光源800が示されている。
[Example 1]
FIG. 8 shows a wavelength conversion light source according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a
ファイバループ820中には、Er添加ファイバ821と、偏波コントローラ822と、発振するレーザ光の進行方向を決めるためのアイソレータ823と、Er添加ファイバ821の励起を行うためにファイバループ820の外部に配置した励起LD810から出力された励起光をファイバループ820に挿入するカプラ824と、ファイバループ820中の光を外部に出力するための分岐手段825とが配置されている。本実施例1に係る波長変換光源800では、励起LDには1.48μm帯レーザを用い、また光周波数コム種光発生手段としてEr添加ファイバ821を利得媒質としたファイバレーザ型のファイバループ820を用いた。
In the
LiNbO3導波路860は、直接接合法により作製した。LiNbO3導波路860のコアとしては、Znを7mol%添加したLiNbO3、クラッドにはLiTaO3を用い、ダイシングによりリッジ型の光導波路を形成した。LiNbO3導波路860のコア厚は10μmとし、コア幅は14μmとした。LiNbO3導波路860の分極反転周期Λを29.0μmとし、素子長は50mmとした。 The LiNbO 3 waveguide 860 was produced by a direct bonding method. As the core of the LiNbO 3 waveguide 860, LiNbO 3 added with 7 mol% of Zn and LiTaO 3 as the cladding were used, and a ridge type optical waveguide was formed by dicing. The core thickness of the LiNbO 3 waveguide 860 was 10 μm, and the core width was 14 μm. The polarization inversion period Λ of the LiNbO 3 waveguide 860 was 29.0 μm, and the element length was 50 mm.
励起LD810から出力された励起光は、カプラ824を介してファイバループ820に入力され、ファイバループ820の出力光が分岐手段825を介してEr添加ファイバ増幅器830に出力され、Er添加ファイバ増幅器830に通して偏波コントローラ840及び高非線形ファイバ850に出力され、その出力がLiNbO3導波路860へ注入される。
The pump light output from the
図9に、実施例1におけるLiNbO3導波路860への入力光スペクトルとLiNbO3導波路860から出力された透過光スペクトルとフィルタを透過後のスペクトルとを示す。図9において、出力値は相対強度で示している。図9に示されるように、波長が1〜2μm帯に広がった光周波数コムがLiNbO3導波路860を透過することによって、2〜4.5μmの範囲の波長の透過光に変換され、フィルタを透過することによって効率的に中赤外域の光が選択出力されていることがわかる。すなわち、実施例1に係る波長変換光源800では、2.5μmもの広範囲において出力光を得ることができた。
Figure 9 shows the spectrum after passing through the transmitted light spectrum and filter output from an input light spectrum and LiNbO 3 waveguide 860 into LiNbO 3 waveguide 860 in the first embodiment. In FIG. 9, the output value is shown as a relative intensity. As shown in FIG. 9, the optical frequency comb whose wavelength spreads in the 1 to 2 μm band is transmitted through the LiNbO 3 waveguide 860 to be converted into transmitted light having a wavelength in the range of 2 to 4.5 μm. It can be seen that light in the mid-infrared region is selectively output by passing through. That is, with the wavelength
本実施例1では、LiNbO3導波路860のコアとしてZnを添加したLiNbO3を用いた。Znを添加したLiNbO3を用いることにより、特に短波長の励起光の強度が大きい場合の光損傷を防ぐことができる。光損傷を防ぐ目的でZn以外にもMg、Sc、Inなどを添加したLiNbO3を同様に用いることもできる。 In Example 1, using a LiNbO 3 with the addition of Zn as the core of the LiNbO 3 waveguide 860. By using LiNbO 3 to which Zn is added, optical damage can be prevented particularly when the intensity of the excitation light with a short wavelength is large. LiNbO 3 to which Mg, Sc, In or the like is added in addition to Zn can be used in the same manner for the purpose of preventing optical damage.
本実施例1の構成では、偏波コントローラを2か所に挿入しているが、適宜必要な場所に追加してもよい。また、系を偏波保存系で構成して偏波コントローラをなくしてもよい。また、本実施例1では、ファイバループ820の長さを調整する機構を用いなかったが、ファイバループ長で光周波数コムの繰り返し周波数が決定されるので、繰り返し周波数を安定化するために、ファイバ長制御機構を挿入してもよい。その他、光周波数コムの波長安定化のために励起LD810を制御したり、制御信号を出すために高非線形ファイバ850の出力を分岐しモニタしてもよい。
In the configuration of the first embodiment, the polarization controllers are inserted in two places, but may be added where necessary. Further, the system may be configured by a polarization preserving system and the polarization controller may be eliminated. In the first embodiment, the mechanism for adjusting the length of the
[実施例2]
本実施例2に係る波長変換光源として、実施例1とは唯一分極反転LiNbO3導波路だけが異なるものを用いた。本実施例2では、LiNbO3導波路として分極反転LiNbO3の分極反転周期Λが27.5μmのものを用いた。図10に、実施例2におけるLiNbO3導波路への光スペクトルとLiNbO3導波路から出力された透過光スペクトルとを示す。図10において、出力値は相対強度で示している。図10に示されるように、波長が1〜2μm帯に広がった光周波数コムがLiNbO3導波路を透過することによって、実施例1に比較して長波長側の3〜5μmの波長範囲の透過光に変換されていることがわかる。すなわち、本実施例2においても、2μmもの広範囲において出力光を得ることができた。
[Example 2]
As the wavelength conversion light source according to the second embodiment, a light source that is different from the first embodiment only in the domain-inverted LiNbO 3 waveguide is used. In Example 2, a LiNbO 3 waveguide having a polarization reversal period Λ of 27.5 μm of polarization reversal LiNbO 3 was used. Figure 10 shows the transmitted light spectrum outputted from the optical spectrum and LiNbO 3 waveguide to LiNbO 3 waveguide in the second embodiment. In FIG. 10, the output value is shown by relative intensity. As shown in FIG. 10, the optical frequency comb whose wavelength spreads in the range of 1 to 2 μm transmits through the LiNbO 3 waveguide, thereby allowing transmission in the wavelength range of 3 to 5 μm on the long wavelength side compared to Example 1. It can be seen that it has been converted to light. That is, also in Example 2, output light could be obtained in a wide range of 2 μm.
[実施例3]
図11に、本発明の実施例3に係る波長変換光源を示す。図11には、例えば1.55μm帯の光を出力するLD1110と、位相変調器1121及び強度変調器1122からなる変調手段1120と、偏波コントローラ1130と、Er添加ファイバ増幅器1140と、高非線形ファイバ1150と、LiNbO3導波路1160とを備えた波長変換光源1100が示されている。本実施例3に係る波長変換光源1100は、実施例1のファイバループ820からなる光周波数コム種光発生手段の部分をLD1110及び変調手段1120に変更したものである。
[Example 3]
In FIG. 11, the wavelength conversion light source which concerns on Example 3 of this invention is shown. FIG. 11 shows, for example, an
実施例3に係る波長変換光源1100において、連続発振する1.55μm帯のLD1110から出力された励起光は位相変調器1121及び強度変調器1122からなる変調手段1120で変調され、その出力がEr添加ファイバ増幅器1140に入力される。Er添加ファイバ増幅器1140の出力は高非線形ファイバ1150に入力され、LiNbO3導波路1160に入力される。実施例3では、LiNbO3導波路1160は実施例1に係るLiNbO3導波路860と同様のものを用いた。
In the wavelength
図12に、実施例3におけるLiNbO3導波路1160への入力光スペクトルとLiNbO3導波路1160から出力された透過光スペクトルとを示す。図12において、出力値は相対強度で示している。図12に示されるように、波長が1〜2μm帯に広がった光周波数コムがLiNbO3導波路1160を透過することによって、2〜4.5μmの波長範囲の透過光に変換されていることがわかる。すなわち、本実施例3においても、2.5μmもの広範囲において出力光を得ることができた。 Figure 12 shows the transmitted light spectrum outputted from the input light spectrum and LiNbO 3 waveguide 1160 to the LiNbO 3 waveguide 1160 in the third embodiment. In FIG. 12, the output value is shown by relative intensity. As shown in FIG. 12, the optical frequency comb whose wavelength spreads in the 1 to 2 μm band is transmitted through the LiNbO 3 waveguide 1160, thereby being converted into transmitted light having a wavelength range of 2 to 4.5 μm. Recognize. That is, also in Example 3, output light could be obtained in a wide range of 2.5 μm.
本実施例3では、位相変調器1121及び強度変調器1122からなる変調手段1120として用いた。この変調手段1120によって光周波数コムの繰り返し周波数が決定される。本構成の光学系の一部を分離して観測し、繰り返し周波数を安定化するように変調手段1120の変調周波数を安定化してもよい。
In the third embodiment, the modulation unit 1120 including the
また、本実施例3では、偏波コントローラ1130を強度変調器1122とEr添加ファイバ増幅器1140の間に挿入したが、適宜位置を変更してもよい。また偏波保存系で光学系を組んで偏波コントローラを省いてもよい。また、本実施例3では、連続発振するLD1110を一定電流制御で駆動させている。LD1110の発振波長の揺らぎは光周波数コムの全体の波長を左右するため、本構成の光学系の一部を分離して観測し、LDにフィードバックし発振波長を安定化させてもよい。
In the third embodiment, the
[実施例4]
図13に、本発明の実施例4に係る波長変換光源を示す。図13には、LD1310と、位相変調器1321及び強度変調器1322からなる変調手段1320と、偏波コントローラ1330と、Er添加ファイバ増幅器1340と、高非線形ファイバ1350と、増幅手段1360と、LiNbO3導波路1370とを備えた波長変換光源1300が示されている。増幅手段1360は、分波器1361と、Yb添加ファイバ増幅器1362と、合波器1363と、偏波コントローラ1364とで構成される。本実施例4に係る波長変換光源1300は、実施例3に係る波長変換光源1100とほぼ同じ構成を用いているが、増幅手段1360が高非線形ファイバ1350とLiNbO3導波路1370との間に挿入されている点で実施例3に係る波長変換光源1100と異なる。
[Example 4]
In FIG. 13, the wavelength conversion light source which concerns on Example 4 of this invention is shown. FIG. 13 shows an
本実施例4に係る波長変換光源1300では、高非線形ファイバ1350の後段に、入力した光を波長1.2μm以下の光と波長1.2μm以上の光とに分波する分波器1361を配置し、波長1.2μm以下を透過するポートにYb添加ファイバ増幅器1362を配置した。Yb添加ファイバ増幅器1362の出力と分波器1361の波長1.2μm以上の光を透過するポートの出力とを合波器1363で合波し、偏波コントローラ1364を介してLiNbO3導波路1370へ入力した。本構成により、LiNbO3導波路1370には、増幅手段1360のYb添加ファイバ増幅器1362によって波長1〜1.1μm付近の光の光強度が増強された入力光が入力される。
In the wavelength
図14に、実施例4におけるLiNbO3導波路1370への入力光スペクトルとLiNbO3導波路1370から出力された透過光スペクトルとを示す。図14において、出力値は相対強度で示している。図14に示されるように、波長が1〜2μm帯に広がった光周波数コムがLiNbO3導波路1370を透過することによって、2〜4.5μmの波長範囲の透過光に変換されていることがわかる。すなわち、本実施例4においても、2.5μmもの広範囲において出力光を得ることができた。 14 shows a transmitted light spectrum outputted from the input light spectrum and LiNbO 3 waveguide 1370 to the LiNbO 3 waveguide 1370 in the fourth embodiment. In FIG. 14, the output value is shown by relative intensity. As shown in FIG. 14, the optical frequency comb whose wavelength spreads in the 1 to 2 μm band is transmitted through the LiNbO 3 waveguide 1370, thereby being converted into transmitted light in the wavelength range of 2 to 4.5 μm. Recognize. That is, also in Example 4, output light could be obtained in a wide range of 2.5 μm.
図14では相対強度で示しているため全体の光レベルは下がったように見えるが、Geによって2μm以下の光を遮断し、2μm以上の出力光強度を分光器を通さず測ったところ、実施例4に係る波長変換光源1300では実施例2に比して10倍の出力を得ることができた。
Since the relative light intensity is shown in FIG. 14, the entire light level seems to be lowered. However, when light of 2 μm or less is blocked by Ge and the output light intensity of 2 μm or more is measured without passing through the spectroscope, Example The wavelength
本実施例4では、偏波コントローラ1330を強度変調器1322とEr添加ファイバ増幅器1340の間に挿入したが、適宜位置を変更してもよい。また偏波保存系で光学系を組んで偏波コントローラを省いてもよい。また、本実施例4では、実施例2と同様に、本構成の光学系の一部を分離して観測し、繰り返し周波数を安定化するように変調手段の変調周波数を安定化してもよい。また本構成の光学系の一部を分離して観測し、LD1310にフィードバックし、発振波長を安定化させてもよい。
In the fourth embodiment, the
実施例3及び4では光周波数コム種光発生手段の部分を1.55μm帯のLD及び変調手段からなる構成としたが、実施例1及び2の様に1.48μm帯の励起LDとファイバループとを具備し、少なくともEr添加ファイバと、発振するレーザ光の進行方向を決めるためのアイソレータと、Er添加ファイバの励起を行うためにファイバループの外部に配置した励起LDから出力された励起光をファイバループに挿入するカプラと、ファイバループ820中の光を外部に出力するための分岐手段とが配置された構成の光周波数コム種光発生手段を用いてもよいことは明らかである。また、図11、13、15に示される構成においては、図8に示される構成のように非線形光学媒質の後段にGeからなる2μm以下の光をカットする光学的なフィルタが設けられていないが、図11、13、15に示される構成においても非線形光学媒質の後段に上記光学的なフィルタを配置してもよいことは明らかである。
In the third and fourth embodiments, the optical frequency comb type light generating means is composed of a 1.55 μm-band LD and a modulation means. However, as in the first and second embodiments, a 1.48 μm-band pumping LD and a fiber loop are used. And at least an Er-doped fiber, an isolator for determining the traveling direction of the oscillating laser light, and pumping light output from a pumping LD disposed outside the fiber loop for pumping the Er-doped fiber. Obviously, an optical frequency comb type light generating means having a configuration in which a coupler inserted into the fiber loop and a branching means for outputting the light in the
10、100、800、1100、1300 波長変換光源
11 LiNbO3基板
12 光導波路
13 信号光
14 励起光
15、1363 合波器
16 変換光
101 光周波数コム種光発生手段
102、830、1140、1340 Er添加ファイバ増幅器
103、850、1150、1350 高非線形ファイバ
110 光周波数コム光源
120 非線形光学媒質
810 励起LD
820 ファイバループ
821 Er添加ファイバ
822、840、1130、1330、1364 偏波コントローラ
823 アイソレータ
824 カプラ
825 分岐手段
860、1160 周期分極反転LiNbO3導波路
870 フィルタ
1110、1310 LD
1120、1320 変調手段
1121、1321 位相変調器
1122、1322 強度変調器
1360 増幅手段
1361 分波器
1362 Yb添加ファイバ増幅器
10, 100, 800, 1100, 1300 Wavelength
820
1120, 1320 Modulating means 1121, 1321
Claims (7)
前記光周波数コム光源から出力された光周波数コムを入力し、2次の非線形光学効果を発する非線形光学媒質と
を備え、
前記非線形光学媒質は、非線形光学材料の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を有するLiNbO 3 光導波路を含み、
前記非線形光学媒質の前記LiNbO 3 光導波路では、入力した前記光周波数コムの多数の光の中から選択された波長λpを有する光と波長λsを有する光との差周波発生により、1/λi=1/λp−1/λsの式を満たす波長λiの変換光を出力し、前記差周波発生が前記光周波数コムのそれぞれの波長を有する光の中から複数の組み合わせで行われることによって、λiが2〜4.5μmの複数の変換光を発生させ、
前記分極反転構造は、前記波長λpと前記波長λsとに対してλiが2〜4.5μmとなる位相整合条件を満たすように、分極反転周期が設定される
ことを特徴とする中赤外波長変換光源。 An optical frequency comb seed light generating means, an Er-doped fiber amplifier connected to the optical frequency comb seed light generating means, and a highly nonlinear fiber connected to the Er-doped fiber amplifier are provided, and outputs an optical frequency comb. An optical frequency comb light source;
An optical frequency comb output from the optical frequency comb light source, and a nonlinear optical medium that emits a second-order nonlinear optical effect; and
The nonlinear optical medium includes a LiNbO 3 optical waveguide having a polarization inversion structure in which the polarization direction of the nonlinear optical material is periodically inverted ,
In the LiNbO 3 optical waveguide of the nonlinear optical medium, 1 / λi is generated by the difference frequency generation between the light having the wavelength λp and the light having the wavelength λs selected from the multiple lights of the input optical frequency comb. = 1 / λp-1 / outputs converted light of a wavelength .lambda.i satisfying the formula of [lambda] s, by the difference frequency generation is performed in a plurality of combinations among the light having respective wavelengths of the optical frequency comb, .lambda.i Generate a plurality of converted light of 2 to 4.5 μm ,
The mid-infrared wavelength, wherein the domain-inverted structure has a domain-inverted period set so as to satisfy a phase matching condition in which λi is 2 to 4.5 μm with respect to the wavelength λp and the wavelength λs Conversion light source.
前記分岐手段により分岐された一方の出力光を入力するYb添加ファイバ増幅器と、
前記分岐手段により分岐された他方の出力光と前記Yb添加ファイバ増幅器の出力光とを合波して、当該合波光を前記非線形光学媒質に出力する合波手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の中赤外波長変換光源。 Branching means for branching the output light of the optical frequency comb light source;
A Yb-doped fiber amplifier for inputting one output light branched by the branching means;
And further comprising: multiplexing means for combining the other output light branched by the branching means and the output light of the Yb-doped fiber amplifier, and outputting the combined light to the nonlinear optical medium. The mid-infrared wavelength conversion light source according to claim 1 or 2.
−280/A+29≦Λ≦−280/A+32
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の中赤外波長変換光源。 The poling period of the poled structure lambda ([mu] m) is, with respect to the LiNbO 3 optical waveguide path of the core area A (μm 2),
−280 / A + 29 ≦ Λ ≦ −280 / A + 32
The mid-infrared wavelength conversion light source according to claim 1 , wherein:
Er添加ファイバ及びアイソレータを少なくとも含むファイバループと、
前記Er添加ファイバを励起するための励起光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された励起光を前記ファイバループに合波する合波手段と、
前記ファイバループ中の光を取り出して前記Er添加ファイバ増幅器に出力する分波手段と
を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の中赤外波長変換光源。 The optical frequency comb seed light generating means,
A fiber loop including at least an Er-doped fiber and an isolator;
An excitation light source that outputs excitation light for exciting the Er-doped fiber;
Multiplexing means for multiplexing the excitation light output from the excitation light source to the fiber loop;
Infrared wavelength conversion light source in according to any one of claims 1 to 5, characterized in that taking out the light in the fiber loop and a demultiplexing means for outputting to the Er-doped fiber amplifier.
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