方形導波管における光差周波発生による60GHz帯ミリ波信号生成

摘要

2次の非線形光学効果である光差周波発生と，単ーモード方形導波管を融合した新しいOE変換デバイスについて述べる.LiTaO_3に代表される非線形光学結晶を細長い直方体形状に切り出して，その4側面を金JRで覆うことで，結晶を充填した方形導波管構造デバイスを考える.入力する光信号と生成するミリ波信号の関係は結合モード方程式によって記述できる.また.ミリ波における方形導波管の分散特性を用いることで，所望の周波数帯において単ーモード動作となるようデバイスの断面サイズを決定する.非線形光学結晶には周期的な分極反転を施し，光波，ミリ波問の位相不整合を補債する（擬似位相整合）.さらに.デバイスのミリ波信号に対する実効屈折率(～5)が，空気の屈折率(=1)に比べて大きく，また.その断面サイズが空気中でのミリ波波長よりもかなり小さいために特別な反射銪なしで共振器が形成される.これにより，簡単な構成で線形性の髙ぃ高周波OE変換デバイス を実現できる. 実験において，60.71 GHzのミリ波信号生成に成功し，理論値と概ね一致した周波数特性を得られた.本稿では， 提案するDFGデバイスの動作原理，解析，軤価実験について詳細を報告する.また，より大きなミリ波信号を得るための新規構造T型DFGデバイスを提案する.%We propose a millimeter-wave signal generation device by use of difference frequency generation (DFG) in a rectangular waveguide embedded with a LiTaO_3 crystal. The rectangular waveguide is designed as a single-guided mode sttucture for the millimeter-wave signal using dispersion characteristics. In order to condensate for phase mismatching between the input lightwave signals and the generated millimeter-wave signal, polarization reversal structure can be used for quasi-phase-matching (QPM). In the experiment, a 60.71 GHz millimeter-wave signal was successfully generated and the measured frequency response was in good agreement with the theoretical frequency response. In this paper, we report on the principle of operation, analysis, fabrication, and experimental results of the DFG device in detail. Besides we propose a new DFG device with a T-shape to obtain alarger millimeter-wave signal.