JP2973463B2 - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device

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JP2973463B2
JP2973463B2 JP10376390A JP10376390A JP2973463B2 JP 2973463 B2 JP2973463 B2 JP 2973463B2 JP 10376390 A JP10376390 A JP 10376390A JP 10376390 A JP10376390 A JP 10376390A JP 2973463 B2 JP2973463 B2 JP 2973463B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光導波路装置、特に光導波路型のチェレンコ
フ放射による光第2高調波(以下SHG:Second Harmonic
Generatorと記す)に適用して好適な光導波路装置に係
わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical waveguide device, particularly an optical waveguide type second harmonic (hereinafter referred to as SHG: Second Harmonic) by Cherenkov radiation.
Generator)).

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は光導波路装置に係わり、KTiOPO4単結晶基板
上に、Ta2O5、またはTa2O5にTiO2がドープされたアモル
ファス光導波路を形成することにより、例えばSHGに適
用した場合において高効率な光出力を得ることができ、
チェレンコフ放射角の制御を可能にして、特性の向上を
はかる。
The present invention relates to an optical waveguide device, the KTiOPO 4 single crystal substrate, by forming an amorphous optical waveguide TiO 2 is doped with Ta 2 O 5 or Ta 2 O 5,, for example, in the case of application to SHG High efficiency light output can be obtained,
The control of the Cherenkov radiation angle is possible to improve the characteristics.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光第2高調波発生装置SHGは、ωの周波数の光を導入
すると2ωの周波数の第2高調波光を発生するもので、
このSHGによって波長範囲の拡大化がはかられ、これに
伴いレーザの利用範囲のより拡大化と各技術分野でのレ
ーザ光利用の最適化をはかることができる。例えばレー
ザ光の短波長化によってレーザ光を用いた光記録再生、
光磁気記録再生等において、その記録密度の向上をはか
ることができる。
The optical second harmonic generator SHG generates a second harmonic light having a frequency of 2ω when light having a frequency of ω is introduced.
With this SHG, the wavelength range can be expanded, and accordingly, the range of use of the laser can be further expanded and the use of laser light in each technical field can be optimized. For example, optical recording and reproduction using laser light by shortening the wavelength of laser light,
In magneto-optical recording and reproduction, the recording density can be improved.

非線形単結晶基板上に線形光導波路を形成して、これ
に基本波を通じ、第2高調波を放射モードとして基板側
から取り出すチェレンコフ放射型のSHGは、例えばアプ
ライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Le
tters)17,447(1970)にも開示されているところであ
る。このSHGは、ZnO非線形単結晶基板上にZnS多結晶光
導波路を形成したもので、1.06μmのNd:YAGレーザを用
いて0.53μmの第2高調波を得ている。しかしながらこ
の場合その導波路が多結晶であるために伝搬損が大で、
また基板のZnOのd定数が小さく効率はかなり悪い。
A Cherenkov radiation type SHG in which a linear optical waveguide is formed on a non-linear single crystal substrate, a fundamental wave is passed through the substrate, and a second harmonic is emitted from the substrate side as a radiation mode is, for example, Applied Physics Lez.
tters) 17 , 447 (1970). This SHG is obtained by forming a ZnS polycrystalline optical waveguide on a ZnO nonlinear single crystal substrate, and obtains a second harmonic of 0.53 μm using a 1.06 μm Nd: YAG laser. However, in this case, the propagation loss is large because the waveguide is polycrystalline,
Further, the d constant of ZnO of the substrate is small and the efficiency is considerably poor.

また特開昭61−189524号公報に開示されたSHGにおい
ては、LiNbO3(以下LNと記す)基板を用い、これのプロ
トン交換による光導波路構成をとる。この場合、SHG効
率ηが1%以上という高い値を得ている。
In the SHG disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-189524, a LiNbO 3 (hereinafter referred to as LN) substrate is used, and an optical waveguide is formed by proton exchange. In this case, the SHG efficiency η has a high value of 1% or more.

SHGの効率ηは、チェレンコフ放射SHGの場合、用いら
れる非線形光学材料のd定数、基本波パワー密度P、相
互作用長lに対して η∝d2・Pw・l なる関係がある。従って高い効率を得るためには、d定
数の大きな材料を用いること、基本波パワー密度Pを高
くすること、相互作用長lを長くすることが必要であ
る。またd定数の値は1つの材料でも、その結晶方位、
基本波の偏波方向の幾何学的関係で異なりLNの場合は、
|d33|=34.4×10-12(m/V)で最も大きい。プロトン交
換の場合、異常光に対する屈折率neのみ大きくすること
ができ、またX板、Y板ではプロトン交換中にエッチン
グを受け表面が粗れるため非線形単結晶基板としてのLN
は、Z板(c軸に沿う方向のz軸に対して直交の板面を
有する基板)しか利用できずTMモードのみ利用可能で、
このため光源の半導体レーザとの光学的結合が複雑であ
る。また、導波路と基板との屈折率差Δnは最大0.14程
度となっている。このため光の閉じ込め、即ち最大効率
に限界がある。また、プロトン交換はLNにのみ有効なも
ので他のLiTaO3またはKTiOPO4(以下KTPと記す)等を用
いることができない。
In the case of Cherenkov radiation SHG, the efficiency η of the SHG has a relationship of η∝d 2 · P w · l with respect to the d constant of the nonlinear optical material used, the fundamental wave power density P, and the interaction length l. Therefore, in order to obtain high efficiency, it is necessary to use a material having a large d constant, increase the fundamental power density P, and increase the interaction length l. Also, the value of d constant is the crystal orientation,
In the case of LN, which differs due to the geometric relationship of the polarization direction of the fundamental wave,
| d 33 | = 34.4 × 10 -12 (m / V), which is the largest. For proton exchange, it is possible to increase only the refractive index n e for extraordinary light, and X plate, LN as a nonlinear single crystal substrate for a surface subjected to etching in the proton exchange is coarse in Y plate
Can only use the Z plate (substrate having a plate surface orthogonal to the z axis in the direction along the c axis) and can only use the TM mode.
Therefore, the optical coupling of the light source with the semiconductor laser is complicated. The refractive index difference Δn between the waveguide and the substrate is about 0.14 at the maximum. Therefore, there is a limit to light confinement, that is, the maximum efficiency. Further, proton exchange is effective only for LN, and other LiTaO 3 or KTiOPO 4 (hereinafter referred to as KTP) cannot be used.

さらにLN基板を用いたSHGにおいて最大効率となると
きのチェレンコフ放射角は約16゜という比較的大なる角
度であるため、上述したSHG効率ηを大とするために基
板の光進行方向における長さlを大とすると、その基板
の裏面と外部例えば空気との界面においてこのSHG光が
反射して出力光が複数となるという問題があり、この反
射光を処理するか或いは基板の厚みを大とする等の処置
が必要となり、またSHG光の集光光学系が複雑になると
いう欠点があった。
Furthermore, since the Cherenkov radiation angle at the maximum efficiency in the SHG using the LN substrate is a relatively large angle of about 16 °, the length in the light traveling direction of the substrate in order to increase the SHG efficiency η described above. If l is large, there is a problem that the SHG light is reflected at the interface between the back surface of the substrate and the outside, for example, air, and a plurality of output lights are generated. This reflected light is processed or the thickness of the substrate is increased. However, there is a drawback in that an SHG light collecting optical system becomes complicated.

一方例えばアプライド・フィジックス・レターズ(Ap
plied Physics Letters)50,1216(1987)に開示された
SHGにおいてはKTP非線形単結晶基板を用い、このKTP基
板の上にイオン交換法により光導波路を形成したもの
で、導波路のモード分散を利用したSHGか可能である。
On the other hand, for example, Applied Physics Letters (Ap
plied Physics Letters) 50 , 1216 (1987).
In SHG, a KTP nonlinear single crystal substrate is used, and an optical waveguide is formed on the KTP substrate by an ion exchange method. The SHG using the mode dispersion of the waveguide is possible.

KTP単結晶は、非線形定数d33がd33=13.7×10-12(m
V)とかなり大きく、しかも青色波長領域において透明
な結晶で、その屈折率は例えば波長0.84μmにおいてnx
=1.748、ny=1.755、nz=1.840とLiNbO3(LN)やLiTaO
3等と比較するとかなり小さい。
KTP single crystals, nonlinear constant d 33 is d 33 = 13.7 × 10 -12 ( m
V) is a crystal that is quite large and transparent in the blue wavelength region, and has a refractive index of n x at a wavelength of 0.84 μm, for example.
= 1.748, n y = 1.755, n z = 1.840 and LiNbO 3 (LN) or LiTaO
It is much smaller than 3 mag.

しかしながらこのイオン交換法により形成した場合の
SHG効率は基本波波長、光導波路の深さ等のパラメータ
に極めて敏感であり実用的ではなかった。従って上述し
たような屈折率nが小でこれの上に形成する光導波路に
おいて良好な光閉じ込め効果の期待できる材料であるKT
P非線形単結晶基板のSHGへの実用化が望まれている。
However, when formed by this ion exchange method
The SHG efficiency was extremely sensitive to parameters such as the fundamental wavelength and the depth of the optical waveguide, and was not practical. Therefore, KT is a material that has a small refractive index n and can be expected to have a good light confinement effect in the optical waveguide formed thereon.
The practical application of P nonlinear single crystal substrates to SHG is desired.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明は上述したような多結晶体を導波路として用い
る場合の伝搬損の課題、TMモードのみ利用可能な課題、
さらに屈折率差Δnが充分とれないことによる最大効率
の限界等の課題を解決し、また上述したKTP基板を用い
た光導波路装置特にSHGへの実用化をはかって、高効率
な光出力を得て、特性の向上をはかる。
The present invention is a problem of propagation loss when using a polycrystalline body as a waveguide as described above, a problem that can be used only TM mode,
In addition, the problems such as the limitation of the maximum efficiency due to the insufficient refractive index difference Δn are solved, and the above-mentioned optical waveguide device using the KTP substrate is practically applied to the SHG, and a highly efficient optical output is obtained. To improve the characteristics.

ちなみに本出願人は先に特願昭63−265786号におい
て、非線形光学材料基板上に光導波路が設けられてなる
チェレンコフ放射による光第2高調波発生素子(SHG)
において、光導波路がTa2O5にTiO2がドープされたアモ
ルファス光導波路よりなるSHGを提案した。これによれ
ば効率の高い良好なSHGを得ることができるものである
が、さらに本発明者は、鋭意考察研究を重ねた結果、特
にKTPにおいて屈折率差Δnを大にして光の閉じ込め効
果従ってSHG効率の向上をはかり、更にチェレンコフ放
射角の縮小化をはかって集光光学系の簡易化をはかるこ
とができるに致ったものである。
Incidentally, the applicant of the present invention has previously disclosed in Japanese Patent Application No. 63-265786 a second optical harmonic generation device (SHG) by Cherenkov radiation in which an optical waveguide is provided on a nonlinear optical material substrate.
Proposed an SHG in which the optical waveguide is composed of an amorphous optical waveguide in which TiO 2 is doped in Ta 2 O 5 . According to this, a good SHG with high efficiency can be obtained.However, as a result of intensive studies, the present inventor has found that, especially in KTP, the refractive index difference Δn is increased to increase the light confinement effect, The aim is to improve the SHG efficiency and to simplify the condensing optical system by further reducing the Cherenkov radiation angle.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明による光導波路装置の一例を第1図の略線的拡
大断面図に示す。この場合光の進行方向に沿った断面図
を示す。
One example of the optical waveguide device according to the present invention is shown in a schematic enlarged sectional view of FIG. In this case, a cross-sectional view along the traveling direction of light is shown.

本発明は、第1図に示すようにKTiOPO4単結晶基板
(1)上に、Ta2O5、またはTa2O5にTiO2がドープされた
アモルファス光導波路(2)を形成する。
The present invention, on the KTiOPO 4 single crystal substrate (1) as shown in FIG. 1, Ta 2 O 5, or Ta 2 O 5 to TiO 2 to form a doped amorphous optical waveguide (2).

〔作用〕[Action]

上述したように本発明による光導波路装置ではKTP結
晶を基板とし、例えばTa2O5よりなる薄膜を導波路とし
て形成すると、その屈折率差ΔnはΔn=0.33〜0.42と
いう大きな値を持つことになり、高効率でSHG光を得る
ことができた。
As described above, in the optical waveguide device according to the present invention, when a KTP crystal is used as a substrate and a thin film made of, for example, Ta 2 O 5 is formed as a waveguide, the refractive index difference Δn has a large value of Δn = 0.33 to 0.42. Thus, SHG light could be obtained with high efficiency.

またKTP基板を用いたことによりチェレンコフ放射角
の低減化をはかることができ、集光光学系の簡素化をは
かりこれによって特性の向上をはかることができた。
In addition, the use of a KTP substrate enabled the reduction of the Cherenkov radiation angle, and the simplification of the condensing optical system improved the characteristics.

しかも従来KTP結晶基板を用いたイオン交換光導波路
構成によるSHGにおいては青色波長領域におけるSHG光は
得られていなかったが、本発明による光導波路装置で
は、青色波長領域においても、良好なSHGを発生するこ
とを可能とした。
In addition, SHG light in the blue wavelength region has not been obtained in the conventional SHG using an ion exchange optical waveguide configuration using a KTP crystal substrate.However, the optical waveguide device according to the present invention generates good SHG even in the blue wavelength region. It was possible to do.

〔実施例〕〔Example〕

本発明は、第1図に示すようにKTP単結晶基板(1)
上に、Ta2O5、またはTa2O5にTiO2がドープされたアモル
ファス光導波路(2)を形成する。Ta2O5にTiO2をドー
プする場合は、例えばTiとTaの和に対するTiの比Ti/(T
i+Ta)を、0≦Ti/(Ti+Ta)≦60(原子%)とする。
The present invention relates to a KTP single crystal substrate (1) as shown in FIG.
Amorphous optical waveguide (2) in which Ta 2 O 5 or Ta 2 O 5 is doped with TiO 2 is formed thereon. When TiO 2 is doped into Ta 2 O 5 , for example, the ratio of Ti to the sum of Ti and Ta, Ti / (T
i + Ta) is set to 0 ≦ Ti / (Ti + Ta) ≦ 60 (atomic%).

以下、本発明による光導波路装置の各例を詳細に説明
する。
Hereinafter, each example of the optical waveguide device according to the present invention will be described in detail.

実施例1 第1図に示すように、KTP単結晶a板即ちa軸に沿う
方向に直交する面を有する基板(1)上に、この場合Ti
O2がアンドープの、即ちTiとTaの和に対するTiの比をTi
/(Ti+Ta)=0としていわゆるリッジ型の光導波路
(2)を形成して光導波路装置(10)を得る。
Example 1 As shown in FIG. 1, a KTP single crystal a-plate, that is, a substrate (1) having a surface orthogonal to the direction along the a-axis
O 2 is undoped, that is, the ratio of Ti to the sum of Ti and Ta
By setting / (Ti + Ta) = 0, a so-called ridge-type optical waveguide (2) is formed to obtain an optical waveguide device (10).

この光導波路装置(10)の形成方法の一例を、第2図
A〜Cの製造工程図を参照して説明する。まず第2図A
に示すようにKTP単結晶のa板よりなる基板(1)を用
意し、これの上に全面的にCVD(化学的気相成長)法に
よって、例えば基板(1)の温度を所要の温度に保持し
て、タンタルペンタエトキシドTa(OC2H5を原料と
して用いて、Ta2O5のアモルファス(非晶質)薄膜(2
0)を例えば2050Åの膜厚で形成する。
An example of a method of forming the optical waveguide device (10) will be described with reference to manufacturing process diagrams of FIGS. First, FIG. 2A
As shown in (1), a substrate (1) made of a plate of KTP single crystal is prepared, and the temperature of the substrate (1) is reduced to a required temperature by CVD (chemical vapor deposition) over the entire surface. While holding, using tantalum pentaethoxide Ta (OC 2 H 5 ) 5 as a raw material, an amorphous thin film of Ta 2 O 5 (2
0) is formed with a thickness of, for example, 2050 °.

次に第2図Bに示すように、このTa2O5アモルファス
薄膜(20)に対して例えばフォトレジストによるエッチ
ングレジスト(4)を、最終的に得ようとする導波路の
パターン、例えば第2図における紙面に対して直交する
ストライプ状に周知の技術によって形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, an etching resist (4) using, for example, a photoresist is finally obtained on the Ta 2 O 5 amorphous thin film (20). It is formed by a well-known technique in a stripe shape perpendicular to the plane of the drawing.

そして第2図Cに示すように、このエッチングレジス
ト(4)をマスクとしてアンドープのTa2O5薄膜(20)
を例えばRIE(反応性イオンエッチング)によってエッ
チングし、リッジ型のアモルファス導波路(2)を形成
して光導波路装置(10)を得る。
Then, as shown in FIG. 2C, using this etching resist (4) as a mask, an undoped Ta 2 O 5 thin film (20)
Is etched by, for example, RIE (Reactive Ion Etching) to form a ridge type amorphous waveguide (2) to obtain an optical waveguide device (10).

このようにして得た光導波路装置(10)に第1図に示
すように0.84μm波長のTEモード光を導入した。第1図
において矢印aは入射光、矢印bは進行光、矢印cはSH
G光を示す。この場合KTP基板(1)の屈折率nは1.8396
で、Ta2O5光導波路(2)の屈折率nは2.172であり、屈
折率差Δnは約0.33となり、高い効率で波長0.42μmの
青色SHG光を発生することができた。
As shown in FIG. 1, TE mode light having a wavelength of 0.84 μm was introduced into the optical waveguide device (10) thus obtained. In FIG. 1, arrow a is incident light, arrow b is traveling light, and arrow c is SH
Indicates G light. In this case, the refractive index n of the KTP substrate (1) is 1.8396
The refractive index n of the Ta 2 O 5 optical waveguide (2) was 2.172, the refractive index difference Δn was about 0.33, and blue SHG light having a wavelength of 0.42 μm could be generated with high efficiency.

またこのときチェレンコフ放射角θは10゜となり、冒
頭に述べた従来の放射角16゜に比して小さくすることが
できた。
At this time, the Cherenkov radiation angle θ was 10 °, which was smaller than the conventional radiation angle of 16 ° described at the beginning.

そして、第3図に光の進行方向にして直交する断面図
を示すように、上述したように、KTP単結晶a板よりな
る基板(1)上に、アンドープのTa2O5よりなるリッジ
型の光導波路(2)を形成した後、この光導波路(2)
上に全面的に屈折率nが1.45、すなわち光導波路より屈
折率が小さいSiO2よりなる上部クラッド層(3)を例え
ばCVD法により形成した。
Then, as shown in FIG. 3, a cross-sectional view orthogonal to the light traveling direction is shown. As described above, the ridge type undoped Ta 2 O 5 is formed on the substrate (1) formed of the KTP single crystal a plate. After forming the optical waveguide (2), the optical waveguide (2)
An upper cladding layer (3) made of SiO 2 having a refractive index n of 1.45, that is, a refractive index smaller than that of the optical waveguide, was entirely formed thereon by, for example, a CVD method.

このような構成において、波長0.84μmのレーザ光を
TEモードとして入力したところ、チェレンコフ放射角θ
はθ=6゜となり波長0.42μmの青色SHG光が発生し
た。
In such a configuration, a laser beam having a wavelength of 0.84 μm is used.
When input as TE mode, Cherenkov radiation angle θ
Was θ = 6 °, and blue SHG light having a wavelength of 0.42 μm was generated.

実施例2 実施例1と同様に、この場合においてもKTP単結晶a
板よりなる基板(1)上に、実施例1と同様にアンドー
プのTa2O5よりなるリッジ型の光導波路(2)を形成し
た後、この光導波路(2)上に全面的に屈折率nが1.6
のAl2O3よりなる上部クラッド層(3)を例えばCVD法に
より形成した。
Example 2 As in Example 1, also in this case, the KTP single crystal a
A ridge-type optical waveguide (2) made of undoped Ta 2 O 5 is formed on a substrate (1) made of a plate in the same manner as in Example 1, and the refractive index is entirely formed on the optical waveguide (2). n is 1.6
The upper cladding layer (3) made of Al 2 O 3 was formed by, for example, a CVD method.

このような構成において、波長0.84μmのレーザ光を
TEモードとして入射したところ、チェレンコフ放射角θ
がθ≒2゜の方向に波長0.42μmの青色SHGが発生し
た。
In such a configuration, a laser beam having a wavelength of 0.84 μm is used.
When incident as TE mode, the Cherenkov radiation angle θ
Generated a blue SHG having a wavelength of 0.42 μm in the direction of θ {2}.

以上実施例2及び3から明らかなように、光導波路
(2)上にAl2O3等の適切な材料の上部クラッド層
(3)を設けることにより、さらにチェレンコフ放射角
を小とすることができた。これはクラッド層(3)を設
けることにより、基本波導波モードの伝搬定数が増加し
たためと思われる。
As is clear from Examples 2 and 3 above, by providing the upper cladding layer (3) of an appropriate material such as Al 2 O 3 on the optical waveguide (2), the Cherenkov radiation angle can be further reduced. did it. This is presumably because the provision of the cladding layer (3) increased the propagation constant of the fundamental wave guided mode.

尚、上述した各例においては光導波路(2)をアンド
ープのTa2O5より形成したが、この場合Ta2O5は単純な一
元系の酸化物であるため、その成膜はKTP基板の温度条
件のみによって決まる律速状態となり、格段に再現性よ
く成膜することができる。さらに例えば実施例3の場合
においても光導波路(2)と上部クラッド層(3)とが
共に単純な1元系の酸化物としたので同様に再現性良く
安定に成膜することができる。
In each of the above-described examples, the optical waveguide (2) is formed of undoped Ta 2 O 5. In this case, since Ta 2 O 5 is a simple one-component oxide, the film is formed on a KTP substrate. A rate-determining state is determined only by the temperature condition, and a film can be formed with remarkably high reproducibility. Further, for example, in the case of the third embodiment as well, since both the optical waveguide (2) and the upper cladding layer (3) are made of a simple one-component oxide, a film can be stably formed with good reproducibility.

またTiO2をドープしたTa2O5による光導波路(2)を
形成するときは、屈折率差Δnをより大とすることがで
き、SHG効率をさらに大とすることができる。
Further, when forming the optical waveguide (2) using Ta 2 O 5 doped with TiO 2 , the refractive index difference Δn can be further increased, and the SHG efficiency can be further increased.

第4図はこのようなTiO2ドープTa2O5膜による導波路
の0.6328μmの波長における屈折率とTiドープ量との関
係の測定結果を示すもので、横軸にそのTiとTaの総和に
対するTi(原子比)をとり、縦軸に屈折率nをとってそ
れぞれの測定結果をプロットしたものである。これをみ
て明らかなように屈折率nはTi量に比例して増大する
が、Ti量が0の場合においてもその屈折率は2.2とな
り、屈折率差Δnを充分大とすることができる。そして
この場合Ti/(Ti+Ta)が60原子%より大きいときは結
晶化が見られた。従ってTiのドープ量を0≦Ti/(Ti+T
a)≦60とすることにより、良好なアモルファス光導波
路(2)を形成することができる。
FIG. 4 shows the measurement result of the relationship between the refractive index and the Ti doping amount at a wavelength of 0.6328 μm of the waveguide made of such a TiO 2 -doped Ta 2 O 5 film, and the horizontal axis indicates the sum of Ti and Ta. Are plotted on the vertical axis, and the refractive index n is plotted. As is apparent from this, the refractive index n increases in proportion to the Ti amount. Even when the Ti amount is 0, the refractive index is 2.2, and the refractive index difference Δn can be made sufficiently large. In this case, crystallization was observed when Ti / (Ti + Ta) was more than 60 atomic%. Therefore, the Ti doping amount is set to 0 ≦ Ti / (Ti + T
By setting a) ≦ 60, a good amorphous optical waveguide (2) can be formed.

また上述した各例においては特にSHGに適用する場合
について述べたが、その他種々の光通信、光集積回路に
おける光導波路装置に本発明を適用することもでき、こ
の場合においても屈折率差Δnが大であるため光の閉じ
込めが効率よく行われて、光導波効率を大とすることが
できる。
In each of the above-described examples, the case where the present invention is applied to SHG is particularly described.However, the present invention can also be applied to various other optical communication and optical waveguide devices in an optical integrated circuit. In this case, the refractive index difference Δn is also large. Because of the large size, the light is efficiently confined, and the optical waveguide efficiency can be increased.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述したように本発明は、第1図に示すようにKTiOPO
4(KTP)単結晶基板(1)上に、Ta2O5、またはTa2O5
TiO2がドープされたアモルファス光導波路(2)を形成
したことにより、基板(1)と光導波路(2)との屈折
率差Δnが0.33〜0.42という大きな値をとることができ
るため、高効率でSHG光を得ることができた。
As described above, the present invention relates to KTiOPO as shown in FIG.
4 On the (KTP) single crystal substrate (1), use Ta 2 O 5 or Ta 2 O 5
By forming the amorphous optical waveguide (2) doped with TiO 2 , the refractive index difference Δn between the substrate (1) and the optical waveguide (2) can take a large value of 0.33 to 0.42, thereby achieving high efficiency. Was able to obtain SHG light.

しかも従来KTP結晶基板を用いたイオン交換光導波路
構成によるSHGにおいては青色波長領域におけるSHG光は
得られていなかったが、本発明による光導波路装置で
は、青色波長領域においても、良好なSHGを発生するこ
とを可能とした。
In addition, SHG light in the blue wavelength region has not been obtained in the conventional SHG using an ion exchange optical waveguide configuration using a KTP crystal substrate.However, the optical waveguide device according to the present invention generates good SHG even in the blue wavelength region. It was possible to do.

またKTP基板を用いたことによりチェレンコフ放射角
の低減化をはかることができた。すなわちチェレンコフ
放射角が10゜以下となり、更に光導波路(2)上にAl2O
3等の適切な材料の上部クラッド層(3)を設けること
により、このチェレンコフ放射角をより小とすることが
できた。従って、例えば導波路長を大にしてSHG効率η
を大にするために基板(1)の光進行方向の長さを大と
しても、そのチェレンコフ放射光が基板(1)の裏面で
反射することによる問題を回避するために基板(1)の
厚さを大にするとか集光光学系が複雑になるという不都
合を回避でき、SHG特性の向上と共に、実際に上述した
光記録再生装置等に用いたときの構造の簡潔化をはかる
ことができ、実用上多くの利点を有する。
In addition, the use of a KTP substrate enabled the reduction of the Cherenkov radiation angle. That is, the Cherenkov radiation angle becomes 10 ° or less, and Al 2 O is further placed on the optical waveguide (2).
By providing the upper cladding layer (3) of a suitable material such as 3 , the Cherenkov radiation angle could be made smaller. Therefore, for example, by increasing the waveguide length, the SHG efficiency η
Even if the length of the substrate (1) in the light traveling direction is increased in order to increase the thickness, the thickness of the substrate (1) is reduced in order to avoid the problem caused by the Cherenkov radiation reflected on the back surface of the substrate (1). It is possible to avoid the inconvenience of increasing the size or complicating the condensing optical system, improve the SHG characteristics, and simplify the structure when actually used in the optical recording / reproducing apparatus described above. It has many practical advantages.

またさらに実施例1〜3で説明したように光導波路
(2)をアンドープのTa2O5より形成するときは、Ta2O5
が単純な一元系の酸化物であるため、その成膜はKTP基
板の温度条件のみによって決まる律速状態となり、格段
に再現性よく成膜することができる。さらに例えば実施
例3の場合においては光導波路(2)と上部クラッド層
(3)とが共に単純な1元系の酸化物であるためより成
膜再現性の安定化をはかることができる。
Further, when the optical waveguide (2) is formed of undoped Ta 2 O 5 as described in the first to third embodiments, Ta 2 O 5
Is a simple one-component oxide, its film formation is rate-determined only by the temperature conditions of the KTP substrate, and the film can be formed with remarkably high reproducibility. Further, for example, in the case of the third embodiment, since the optical waveguide (2) and the upper cladding layer (3) are both simple one-component oxides, the reproducibility of film formation can be further stabilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図及び第3図は本発明による光導波路装置の各例の
略線的拡大断面図、第2図A〜Cは本発明による光導波
路装置の一例の製造工程図、第4図はTiO2ドープTa2O5
膜の屈折率とTiドープ量との関係を示す測定曲線図であ
る。 (1)は基板、(2)は光導波路、(3)は上部クラッ
ド層、(4)はエッチングレジスト、(20)はTa2O5
膜、(10)は光導波路装置である。
1 and 3 are enlarged schematic cross-sectional views of each example of the optical waveguide device according to the present invention, FIGS. 2A to 2C are manufacturing process diagrams of an example of the optical waveguide device according to the present invention, and FIG. 2- doped Ta 2 O 5
FIG. 4 is a measurement curve diagram showing a relationship between a film refractive index and a Ti doping amount. (1) is a substrate, (2) is an optical waveguide, (3) is an upper cladding layer, (4) is an etching resist, (20) is a Ta 2 O 5 thin film, and (10) is an optical waveguide device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/37 G02B 6/12 JICST──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/37 G02B 6/12 JICST

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】KTiOPO4単結晶基板上に、 Ta2O5、またはTa2O5にTiO2がドープされたアモルファス
光導波路が形成され、 該光導波路上に上部クラッド層が形成され、 チェレンコフ放射角が10゜以下とされて成る光導波路装
置。
To 1. A KTiOPO 4 single crystal substrate, Ta 2 O 5 or Ta 2 O 5 to TiO 2 is formed doped amorphous optical waveguide, the upper cladding layer is formed on the optical waveguide, Cerenkov An optical waveguide device having a radiation angle of 10 ° or less.
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