導波型非線形光学デバイスでは、光閉じ込めにより高効率な光波長変換が期待できる。本研究室では1988年頃から非線形光学デバイスの研究を始め、理論的・実験的検討を続けてきた。当初は光記録用小型短波長光源としての応用をめざした光第2高調波発生(SHG)デバイスの研究を中心としたが、現在はDWDM光通信システムなどへの応用を目指した長波長域の波長変換デバイスに重心を移して研究している。スタンフォード大などとの共同研究も行っている。 　基本形となるLiNbO3導波型擬似位相整合差周波発生デバイスを下図に示す。信号光(ws)と励起光(wp)を入射して差周波(wd=wp-ws)を発生することにより波長変換を行う。分極反転グレーティングを用いて３光波間の位相不整合を補償すること（擬似位相整合・QPM）で、透明波長域内の任意波長間での波長変換が可能である。同一波長帯内での波長変換の他にもバンド間波長変換や多波長一括波長変換など多彩な波長変換機能が実現できる。このような光通信用波長変換特性の解析を進めている。

導波型擬似位相整合差周波発生型波長変換デバイスの基本形

QPM構造作製と光導波路作製の技術確立は重要な課題である。分極反転グレーティング作製法は種々の方法を検討してきたが、電圧パルス印加法の優位性が明確になってきた。種々の反転構造を再現性よく作製するため、フィードバック制御を有する電圧パルス印加装置を開発した。電極の材料や構造の改善を進めており、サブミクロン周期の極微細構造や数cmの相互作用長が得られるようになった。光導波路作製には、主にプロトン交換法を用いているが、気相プロトン交換法やZn拡散法などの独自の方法も試みている。Zn拡散導波路は、両偏波導波可能で光損傷耐性が高いと考えられ、波長変換デバイスに適していると期待できる。そこでZn拡散導波路作製技術確立とその波長変換デバイスへの適用も検討している。また光通信応用上重要な偏波無依存型波長変換デバイスなど新規なデバイス構造の提案も行っている。プロトン交換導波路を用いた試作デバイスでの波長1.5 mmバンド内波長変換実験の結果を下図に示す。現在、設計・作製条件の最適化による高効率化を行っている。また、Zn拡散導波路を用いたデバイスでも波長変換実験で予備的結果を得ており、偏波無依存型デバイスへの適用を検討している。

波長変換実験結果