擬似位相整合ニオブ酸リチウムの縦続二次非線形効果を用いた全光学的超高速信号処理

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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・実験的研究を行った。この結果、擬似位相整合ニオブ酸リチウム光導波路デバイスの縦続二次非線形光学効果を用いた全光信号処理デバイスに関して、以下の先駆的研究成果が得られた。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デバイスを、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.全光超高速再生中継器数値解析により、擬似位相整合縦続二次非線形ニオブ酸リチウム光導波路デバイスには、高変換効率時において、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リミッタ特性が生じることを解明した。また本リミッタ特性を用いた全光超高速再生中継器に関する設計理論を展開し、動作速度200ギガビット毎秒以上の全光再生中継が可能であることを示した。さらに実験では、理論的に予見されたリミッタ特性の存在を実証し、これを用いた全光超高速再生中継器の実現可能性を示した。2.全光超広帯域波長変換器擬似位相整合縦続二次非線形ニオブ酸リチウム光導波路デバイスを用いることにより、変調フォーマットフリーかつ波長帯域20ナノメートル以上の全光超広帯域波長変換器を実現した。さらに、2ポンプ光構成で同デバイスを駆動することにより、動作速度40ギガビット毎秒の任意波長変換器を実現するとともに、その帯域限界を明らかにした。