DE69308340T2

DE69308340T2 - Frequenzverdoppler und Laserquelle

Info

Publication number: DE69308340T2
Application number: DE69308340T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kato; Kiminori Mizuuchi; Hisanao Sato; Hiroaki Yamamoto; Kazuhisa Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2013-03-27
Also published as: US5357533A; JP2783047B2; JPH05273623A; EP0562636A1; DE69308340D1; EP0562636B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung auf dem Gebiet optischer Datenverarbeitung unter Verwendung kohärenten Lichtes oder dem Gebiet angewandter optischer Messungen und Steuerungen einsetzbaren Frequenzverdoppler.

STAND DER TECHNIK BEZÜGLICH DER ERFINDUNG

Bezugnehmend auf die eine Struktur eines herkömmlichen Frequenzverdopplers, welcher eine Grundwelle (mit einer Wellenlänge von weniger als 0,84 µm) zur Herstellung einer harmonischen Welle (mit einer Wellenlänge von 0,42 µm) umwandelt, darstellende Figur 31 wird die Funktion des Frequenzverdopplers nachstehend im einzelnen erläutert. Es wird angemerkt, daß dieser Frequenzverdoppler im einzelnen in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 3-16198, welche einen Frequenzverdoppler und eine denselben verwendende Laserquelle offenbart, im einzelnen beschrieben ist. Wie in Figur 31 dargestellt, ist ein Wellenleiter 102 in einem LiNbO&sub3;-Substrat 101 gebildet und darüber hinaus ist eine Schicht 103, deren Domäne periodisch invertiert ist (Domäneninvertierte Struktur) auf dem Wellenleiter 102 gebildet. Die Transmissionsfehlanpassung zwischen den Ausbreitungskoeffizienten der Grundwelle und der harmonischen Welle wird zur effektiven Erzeugung einer zweiten harmonischen Welle durch die periodische Struktur der domäneninvertierten Schicht 3 kompensiert. Ein Frequenzverdoppler zum Umwandeln einer Wellenlänge unter Verwendung der domäneninvertierten Schicht besitzt eine sehr enge Phasenanpassungswellenlängentoleranz, in der eine Wellenlänge umgewandelt werden kann, wenngleich er einen hohen Umwandlungswirkungsgrad besitzt. Demgemäß wird der Ausbreitungskoeffizient des Wellenleiters teilweise geändert, um die Toleranz des Frequenzverdopplers zu erweitern. Sollte der Ausbreitungskoeffizient des Wellenleiters geändert werden, würde die Phasenanpassungswellenlänge im Wellenleiter ebenfalls geändert werden. Die Wellenlänge einfallenden Lichtes, welche einer Phasenanpassungsbedingung genügt, mit der der Frequenzverdoppler die Wellenlänge umwandeln kann, wird als Phasenanpassungswellenläne bezeichnet. Demgemäß ändert sich die Phasenanpassungswellenlänge in Übereinstimmung mit einer Breite des Wellenleiters, wenn die Breite des Wellenleiters partiell geändert wird. Selbst wenn sich die Wellenlänge des einfallenden Lichtes ändert, kann demgemäß der Phasenanpassungsbedingung in jedem Teil des Wellenleiters mit einer bestimmten Breite genügt werden und demgemäß kann die Wellenlängentoleranz des Frequenzverdopplers erhöht werden, das heißt, daß ein Frequenzverdoppler, mit dem eine Wellenlänge stabil umgewandelt werden kann, hergestellt werden kann. Dariber hinaus wird angemerkt, daß der Phasenanpassungsbedingung zwischen den Zonen auch durch Ändern der Tiefe des Wellenleiters in Zonen genügt werden kann und demgemäß ein Frequenzverdoppler mit einer großen Wellenlängentoleranz hergestellt werden kann.
Wie vorstehend erläutert, werden bei einem Verfahren, in dem ein Frequenzverdoppler mit einer domäneninvertierten Schicht als Basis in mehr als zwei Zonen unterteil ist, um sich zwischen den Zonen voneinander unterscheidende Phasenanpassungsbedingungen herzustellen, um die Wellenlängentoleranz des Frequenzverdopplers zu erhöhen, zweite harmonische Wellen in einem breiten Wellenlängenbereich erzeugt. Weil die in den einzelnen Zonen erzeugten zweiten harmonischen Wellen miteinander interferieren, nimmt die Ausgangsleistung der zu erzeugenden zweiten harmonischen Welle jedoch in Übereinstimmung mit einer Änderung der Wellenlänge der eingegebenen Grundwelle zu oder ab. Als Ergebnis davon kann keine stabile Ausgabe erhalten werden.
Ferner bietet der oben erläuterte Frequenzverdoppler kein Problem hinsichtlich der Phasenanpassungsbedingungen zwischen den Zonen, aber die Beziehung unter den Phasenanpassungsbedingungen zwischen den Zonen sollte einer optimalen Bedingung genügen. Es gab die folgenden Probleme: das bedeutet, daß dann, wenn die oben angegebene Bedingung nicht eingehalten wird, keine stabile Ausgabe erhalten werden kann. Darüber hinaus kann keine hochwirksame Umwandlung ausgeführt werden.
Die JP-A-3 031 828 offenbart ein Wellenlängenumwandlungselement, bei dem die Breite eines modulierenden, optischen Wellenleiters sich in Richtung des Wellenleiters allmählich ändert. In Optics Letters, Band 12, Nr.10, Oktober 1987, New York, USA, Seiten 823-825 ist ein Ansatz für ein optisch nicht lineares Phasenanpassungsverfahren auf Grundlage der Fourier-Transformationstheorie offenbart.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit dieser Erfindung wird die Lösung der oben angegebenen Probleme angestrebt und demgemäß besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Frequenzverdopplers mit einer domäneninvertierten Struktur als Basis, mit dem selbst unter Verwendung eines Halbleiter-Lasers, dessen Wellenlänge sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, eine stabile harmonische Welle erzeugt werden kann.
Diesbezüglich wird erfindungsgemäß ein Frequenzverdoppler nach den Ansprüchen 1 und 2 bereitgestellt.
Weil sich bei dem erfindungsgemäßen Frequenzverdoppler die Ausbreitungskoeffizienten in den einzelnen Zonen des Wellenleiters voneinander unterscheiden, unterscheiden sich die Wellenlängen der Grundwellen, die in den einzelnen Zonen umgewandelt werden können, voneinander. Demgemäß kann eine Grundwelle, wenngleich sich deren Wellenlänge ändert, in irgendeiner dieser unterschiedliche Ausbreitungskoeffizienten aufweisenden Zonen in eine zweite harmonische Welle umgewandelt werden und demgemäß kann die Wellenlängentoleranz erhöht werden. Im Gegensatz dazu interferieren die in den einzelnen Zonen erzeugten zweiten harmonischen Wellen bei herkömmlichen Frequenzverdopplern miteinander und demgemäß beeinflußt eine derartige Interferenz die Wellenlängenabhängigkeit der zweiten harmonischen Wellen, so daß keine stabilen Eigenschaften erhalten werden konnten.
Die Interferenz der in einer jeweiligen Zone erzeugten zweiten harmonischen Welle wird durch die Phasenbeziehung des in dieser Zone erzeugten SHG-Lichtes bestimmt. Demgemäß kann die Wirkung der Interferenz zwischen den in diesen Zonen erzeugten harmonischen Wellen zum Erhalt stabiler Eigenschaften verringert werden, indem ein Teil eingefügt wird, mit dem die Phase einer zweiten harmonischen Welle zwischen zwei Zonen mit sich jeweils voneinander unterscheidenden Phasenanpassungsbedingungen gesteuert wird. Als Ergebnis davon ist eine Erhöhung der Toleranz hinsichtlich der Wellenlänge des Frequenzverdopplers möglich, wodurch die Erzeugung einer stabilen harmonischen Welle ermöglicht wird.
Mit einem Verfahren, bei dem eine Wellenlängentoleranz eines Frequenzverdopplers mit einer periodischen domäneninvertierten Schicht als Basis verbessert wird, bei dem die domäneninvertierte Schicht in mehr als zwei Zonen unterteilt ist und die Phasenanpassungsbedingungen der einzelnen Zonen sich voneinander unterscheiden kann darüber hinaus die Wellenlängentoleranz verbessert werden, während mit der Wellenlängenumwandlung eine stabile Ausgangsleistung erhalten werden kann und ferner kann die Beziehung der Phasenanpassungsbedingungen zwischen den Zonen, unter denen die Wellenlängenumwandlung ausgeführt werden kann, mit hoher Effizienz ermittelt werden. Durch Ermittlung einiger Werte hinsichtlich der Beziehungen der Phasenanpassungsbedingungen kann eine stabile zweite harmonische Welle mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden.
Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden vollständiger und deutlicher aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich, welche unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht zum Erläutern eines Prinzips eines Frequenzverdopplers,
Fig. 2 eine die Abhängigkeit der SHG-Licht-Ausgangsleistung von einer Länge eines Frequenzverdopplers angebende Darstellung,
Fig. 3 eine eine Abhängigkeit einer domäneninvertierten Periode von einer Phasenanpassungswellenlänge angebende Darstellung,
Fig. 4 einen Frequenzvcrdoppler gemäß ener ersten Ausführungsform veranschaulichende Strukturdarstellung,
Fig. 5A bis 5C Darstellungen, in denen eine Wellenlängenabhängigkeit des SHG- Lichtes im Frequenzverdoppler gemäß der ersten Ausführungsform gezeigt sind,
Fig. 6A bis 6B Darstellungen, in denen ein Analysemodell für die erste Ausführungsform veranschaulicht ist,
Fig. 7A und 7B Darstellungen, in denen Wellenlängenabhängigkeiten des SHG-Lichtes in der ersten Ausführungsform gezeigt sind,
Fig. 8A bis 8C Darstellungen, in denen Wellenlängenabhängigkeiten der SHG-Licht- Ausgangsleistung dargestellt sind,
Fig. 9A bis 9C Darstellungen, in denen Wellenlängenabhängigkeiten des SHG-Lichtes dargestellt sind,
Fig. 10 eine Darstellung, in der eine Wellenlängenabhängigkeit einer idealen SHG- Licht-Ausgangsleistung dargestellt ist,
Fig. 11 eine eine Definition eines Änderungsgrades zeigende Darstellung,
Fig. 12 eine Darstellung, in der Beziehungen von Änderungsgraden bezüglich einer Periodendifferenz zwischen Zonen gezeigt sind,
Fig. 13 eine Darstellung, in der eine Beziehung zwischen einer Unterteilungszahl n und einer optimalen Periodendifferenz rop dargestellt ist,
Fig. 14 eine Darstellung, in der eine Beziehung zwischen einer 1/Element-Länge und einer optimalen Periodendifferenz rop gezeigt ist,
Fig. 15 eine Darstellung, in der eine Beziehung zwischen einer domäneninvertierten Periode A und einer optimalen Periodendifferenz rop gezeigt ist,
Fig. 16 eine Darstellung, in der eine domäneninvertierte Struktur eines hergestellten Frequenzverdopplers veranschaulicht ist,
Fig. 17 eine Darstellung, in der eine Beziehung zwischen minimalen Abmessungen (Auflösung) zum Herstellen einer Maske und einem optimalen Wert gezeigt ist,
Fig. 18A bis 18H Darstellungen, in denen ein Verfahren zum Herstellen eines Frequenzverdopplers gezeigt ist,
Fig. 19 eine eine Wellenlängenabhängigkeit des SHG-Lichtes zeigende Darstellung,
Fig. 20 eine eine Zeitabhängigkeit des SHG-Lichtes zeigende Darstellung,
Fig. 21A bis 21G Darstellungen, in denen die Beziehungen zwischen normierten Werten A und Änderungsgraden dargestellt sind,
Fig. 22 eine Darstellung, in der eine Beziehung zwischen einer Länge δ&sub1; eines Phasensteuerungsteils und eines Änderungsgrades dargestellt ist,
Fig. 23A und 23B Darstellungen, in denen Wellenlängenabhängigkeiten einer SHG- Licht-Ausgangsleistung dargestellt sind,
Fig. 24 eine eine Zeitabhängigkeit des SHG-Lichtes zeigende Darstellung,
Fig. 25 eine einen Frequenzverdoppler gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulichende Strukturdarstellung,
Fig. 26 eine Darstellung, in der eine Beziehung zwischen einer Wellenleiterbreite und einer Phasenanpassungswellenlänge gezeigt ist,
Fig. 27 eine Darstellung, in der eine Wellenlängenabhängigkeit des SHG-Lichtes gezeigt ist,
Fig. 28 eine schematische Darstellung, in der eine Laserlichtquelle gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht ist,
Fig. 29 eine Darstellung, in der eine Wellenlängenabhängigkeit des SHG-Lichtes gezeigt ist,
Fig. 30 eine Darstellung, in der eine Wellenlängenabhängigkeit der SHG-Licht- Ausgangsleistung gezeigt ist, und
Fig. 31 eine einen herkömmlichen Frequenzverdoppler veranschaulichende Strukturdarstellung.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor einer detaillierten Erläuterung der Ausführungsformen wird unter Bezugnahme auf Fig. 1, welche eine einen Frequenzverdoppler zeigende Strukturdarstellung ist, das Funktionsprinzip eines Frequenzverdopplers vom domäneninvertierten Typ erläutert. Bezugnehmend auf Fig. 1 sind dargestellt: ein LiTaO&sub3;-Substrat einer -C-Platte (auf der - Seite eines senkrecht zur C-Achse geschnittenen Substrates), eine domäneninvertierte Schicht 3, eine Protonenaustauschschicht 2, eine Grundwelle P&sub1; mit einer Wellenlänge von 840 nm und eine zweite harmonische Welle P&sub2; mit einer Wellenlänge von 420 nm.
Die domäneninvertierte Schicht 3 ist ein Teil, in dem die Orientierungen von Domänen in der Domänenorientierung des Substrates 1 abwechselnd invertiert sind. Im Fall des LiTaO&sub3;-Substrates 1 ist die Domänenorientierung die +C-Richtung und die Domänenonentierung der domäneninvertierten Schicht 3 ist die -C-Richtung. Die Periode der domäneninvertierten Schicht 3 ändert sich in Übereinstimmung der Wellenlänge einer Grundwelle und mit einem Brechungsindex eines Wellenleiters. Wenn die Wellenlänge der Grundwelle 840 nm beträgt, beträgt die primäre Periode etwa 3,7 µm und eine Periode dritter Ordnung ist dreimal so groß wie die primäre Periode, das heißt 11,1 µm (die domäneninvertierte Orientierung ist um ein ungradzahliges Mehrfaches größer als die primäre Periode. Der Phasenanpassungsbedingung wird durch die Domäneninversion genügt und die Wellenlängenumwandlung wird nur dann ausgeführt, wenn die Periode mit der Periode ungradzahliger Ordnung zusammenfällt. Es wird angemerkt, daß der Umwandlungswirkungsgrad auf das 1 durch das Quadrat der ungradzahligen Ordnungszahlfache abfällt, wenn die Ordnungszahl ansteigt).
Fig. 2 zeigt Beziehungen der Längen eines Elementes 1, in dem die Domäne nicht invertiert ist, eines domäneninvertierten Elementes mit einer primären Periode und eines domäneninvertierten Elementes mit einer Periode dritter Ordnung mit Ausgangsleistungen für eine zweite harmonische Welle. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die primäre Periode Λ&sub1; durch Λ&sub1; = λ/2(N2∞ - N∞) angegeben, wobei N∞ ein effektiver Brechungsindex bezüglich einer Grundwelle (mit einer Wellenlänge λ) und N2∞ ein effektiver Brechungsindex bezüglich einer zweiten harmonischen Wellen (mit einer Wellenlänge von λ/2) ist und die Periode dritter Ordnung Λ&sub3; durch 3*Λ&sub1; angegeben wird, das heißt dreimal so groß wie die primäre Periode ist. Der effektive Index bedeutet, daß das Licht tatsächlich wahrnehmbar ist. Je kleiner die Ordnungszahl der Periode ist, um so höher wird die Ausgangsleistung. Die Phasenanpassungsbedingung ist derart, daß die Phasengeschwindigkeit der Grundwelle derjenigen des SHG-Lichtes entspricht. Nur wenn dieser Bedingung genügt wird, kann die Wellenlängenumwandlung mit einem hohen Wirkungsgrad ausgeführt werden. Die Wellenlänge, welche der Phasenanpassungsbedingung genügt, wird Phasenanpassungswellenlänge genannt. Die Phasenanpassungsbedingung des SHG-Elementes vom domäneninvertierten Typ wird durch Λm = m*λ/2 (N2∞ - N∞) angegeben, wobei gilt: m = 1, 2, 3, ...
Derzeit wird ein blaues Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 480 nm abgebende Laserquelle für sichtbares Licht für Compact-Discs und optische Speicher gewünscht. Demgemäß ist es besonders wichtig, einen Frequenzverdoppler herzustellen, der blaues Licht abgeben kann. Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der domäneninvertierten Periode und der Phasenanpassungswellenlänge. Je kürzer die Phasenanpassungswellenlänge ist, um so kürzer wird die Periode der domäneninvertierten Schicht und demgemäß wird eine domäneninvertierte Schicht mit einer Periode dritter Ordnung von weniger als 15 µm oder einer primären Periode von weniger als 5 µm benötigt, um eine Grundwelle mit einer Wellenlänge von weniger als 960 nm und eine zweite harmonische Welle mit einer Wellenlänge von weniger als 480 nm zu erhalten.

[Ausführungsform 1]

Nachstehend wird die Struktur eines Frequenzverdopplers gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung erläutert. Fig. 4 ist eine den Frequenzverdoppler gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung veranschaulichende Strukturdarstellung. Diese Ausführungsform zeigt einen Frequenzverdoppler vom domäneninvertierten Typ, bei dem eine domäneninvertierte Schicht 3 auf einem LiTaO&sub3;-Substrat 1 gebildet ist und ein Wellenleiter 2 unter Verwendung eines Protonenaustauschs erzeugt wurde. In Fig. 4 sind dargestellt: ein Li- TaO&sub3;-Substrat einer C-Platte, eine domäneninvertierte Schicht 3, eine Protonenaustauschschicht 2, eine Grundwelle P&sub1; mit einer Wellenlänge von 840 nm und eine zweite harmonische Welle P&sub2; mit einer Wellenlänge von 420 nm (die nachstehend als SHG- Licht bezeichnet wird). Die domäneninvertierte Schicht 3 ist auf dem sich über eine Länge von etwa 15 mm erstreckenden LiTaO&sub3;-Substrat 1 gebildet. Die domäneninvertierte Schicht besteht aus Zonen A, B, C mit sich voneinander unterscheidenden Perioden. Die Längen der einzelnen Zonen betragen 5 mm und die Perioden der Zonen betragen ΛA = 3,7 µm, ΛB = 3,7028 µm bzw. Λc = 3,7056 µm. Ein Zwischenraum δ&sub1; (zwischen den Zonen A und B) und ein Zwischenraum δ&sub2; (zwischen den Zonen B und C) sind als Teile zum Modulieren der Phase des Lichtes zwischen den Zonen mit sich voneinander unterscheidenden Perioden gebildet. Optimale Werte für die Zwischenräume δ werden (wie nachstehend erläutert wird) errechnet, so daß δ&sub1; = 0,1 µm und δ&sub2; = 3,6 µm erhalten wird. Die in den Wellenleiter 2 mit einer Breite von 4 pm und einer Tiefe von 2 µm eintretende Grundwelle P&sub1; wird in den einzelnen Zonen A, B, C in SHG-Licht P&sub2; umgewandelt, welches von einem Abstrahlteil 12 abgestrahlt wird.
Fig. 5a zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Ausgangsleistung der harmonischen Welle (SHG) für einen Fall, bei dem die Zonen A, B, C jeweils allein vorliegen. Bezugnehmend auf diese Figur ist die Wellenlängentoleranz für den Fall eines lediglich die Zone A aufweisenden Frequenzverdopplers, das heißt des in Fig. 1 dargestellten Frequenzverdopplers (wobei die eine Periode ΛA aufweisende domäneninvertierte Schicht sich über eine Länge von 5 mm erstreckend gebildet ist) gering, das heißt, daß eine Halbwärtsbreite Δλ gering ist. Dahingegen unterscheiden sich bei dieser Ausführungsform die Lichtwellenlängen für eine Phasenanpassung voneinander, weil die Zonen A, B, C sich jeweils voneinander unterscheidende domäneninvertierte Perioden aufweisen. Als Ergebnis davon weichen Wellenbänder in den Zonen A, B, C, in denen eine Wellenlängenumwandlung ausgeführt werden kann voneinander ab, wie in Fig. 5A durch A, B, C angegeben, so daß das SHG-Licht über eine breite Wellenlängenbandbreite erhalten werden kann, wodurch eine Erhöhung der Wellenlängentoleranz möglich ist. Sollten die Zonen A, B, C ohne Unterbrechung ineinander übergehen, würde das in jeder der Zonen erzeugte SHG-Licht mit dem in einer anderen Zone erzeugten Licht interferieren. Unter der Annahme, daß eine Grundwelle (mit einer Wellenlänge um (λA + λB/2) zwischen einer Wellenlänge λB (mit der der Phasenanpassungsbedingung der Zone B genügt wird) und einer Wellenlänge λA (mit der der Phasenanpassungsbedingung in der Zone A genügt wird) in den Frequenzverdoppler eingeleitet wird, geben die Zonen A, B beispielsweise beide SHG-Licht in Wellenleitermoden mit gleicher Wellenlänge ab, so daß sie miteinander interferieren. Demgemäß ist in einem solchen Fall, bei dem kein Zwischenraum 8 gebildet ist, die Wellenlängenabhängigkeit der Ausgangsleistung des SHG-Lichtes in Fig. 5B dargestellt, das bedeutet, daß es deutlich ist, daß die Ausgaben des SHG- Lichtes bezüglich der Grundwelle ansteigen oder sich abschwächen. Demgemäß gibt es eine starke Änderung der Ausgangsleistung des abgegebenen SHG-Lichtes in Abhängigkeit von einer Änderung der Wellenlänge der eingegebenen Grundwelle. Daher kann aufgrund einer Änderung der Wellenlänge der Grundwellenlänge keine stabile SHG- Ausgangsleistung erhalten werden, wenn eine Änderung der SHG-Ausgangsleistung groß ist. Demgemäß werden die Zwischenräume δ&sub1;, δ&sub2; zum Einstellen der Phasen der in den einzelnen Zonen A, B, C erzeugten SHG-Ausgaben zwischen den Zonen bereitgestellt, um die Interferenz zwischen den Ausgangsleistungen des in den einzelnen Zonen A, B, C erzeugten SHG-Lichtes zu unterdrücken. Wenn eine solche Einstellung so vorgenommen wird, daß gilt δ&sub1; = 0,1 µm und δ&sub2; = 3,6 µm, wird die Interferenz zwischen den SHG-Lichtausgaben wie in Fig. 5C dargestellt verringert, aus der hervorgeht, daß die SHG-Ausgangsleistung in stabiler Form erhalten werden kann, wenngleich sich die Wellenlänge der Grundwelle ändert. Demgemäß kann eine stabile, breite Toleranz für eine Änderung hinsichtlich der Wellenlänge der Grundwelle erhalten werden, wodurch der Erhalt einer stabilen SHG-Ausgangsleistung ermöglicht wird.

I. Theoretische Analyse des Frequenzverdopplers gemäß Ausführungsform 1

I-I: Ableitung analytischer Ausdrücke

Zur Analyse der Anordnung der Ausführungsform 1 wurde die Phasenanpassungsbedingung analytisch ermittelt. Die Stärkeverteilungen einer Grundwelle und des SHG- Lichtes in einem nicht-linearen Medium können durch die folgenden Ausdrücke ausgedrückt werden:
Aω (z) = A(z)exp(-jßωz)
A2ω(z) = B(z)exp(-jß2ωz)
wobei z in der Lichtausbreitungsrichtung genommen wird und es gilt:
A(z): Feldamplitudenintensität einer Grundwelle
B(z): Feldamplitudenintensität des SHG-Lichtes.
Die Feldintensitätsverteilung B(Z) des SHG, welche erzeugt wird, wenn sich das Licht durch das oben angegebene nicht-lineare Medium ausbreitet, wird im allgemeinen durch die folgenden Differentialgleichungen dargestellt:
dB(z)/dz = -j*k*dz*A(z)²*exp(j*2K*z) ...EQ-0
wobei: 2K = β2ω - 2βω
j: komplexe Einheit
k: Kopplungskonstante
d(z): nicht-lineare optische Konstante
z: Koordinate in Ausbreitungsrichtung
k: SHG-Licht-Ausbreitungskoeffizient
βω: Grundwellenausbreitungskoeffizient
β2ω: SHG-Licht-Ausbreitungskoeffizient.
Die Ausbreitungskoeffizienten βω, β2ω sind Funktionen der Wellenlänge der eingegebenen Grundwelle und werden durch eine einem Substrat eigene Dispersion des Brechungsindexes bestimmt (Brechungsindexabhängigkeit). Der von dem durch den Wellenleiter durchgelassenen Licht wahrgenommene Brechungsindex wird als "effektiver Brechungsindex" bezeichnet. Bezeichnet man die effektiven Indizes für die Grundwelle mit einer Wellenlänge λ und das SHG-Licht mit einer Wellenläge von λ/2 mit Nω(λ) bzw. N2ω(λ), werden die Ausbreitungskoeffizienten βω, β2ω des SHG-Lichtes jeweils durch die folgenden Ausdrücke dargestellt:
β2ω(λ) = 2π*N2ω(λ)/(λ/2)
βω(λ) = 2π*Nω(λ)/λ ... EQ-1
und demgemäß wird Δk(λ) wie folgt angegeben:
Δk(λ) = 2βω(λ) - 2βω(λ) = 4π(N2ω(λm) - Nω(λm))/λ.
Δk(λ) wird nachstehend einfach als Δk bezeichnet. Wenn die Umwandlung von der Grundwelle in das SHG-Licht auftritt nimmt die Intensität der Grundwelle ab. Die Umwandlung von der Grundwelle in das SHG-Licht ist jedoch extrem geringfügig und demgemäß kann angenommen werden, daß sich die Feldstärke der Grundwelle in der Ausbreitungsrichtung nicht merkbar ändert: A(z) = A&sub0; (konstant). Durch Lösen der Differentialgleichung EQ-0 wird die Feldintensität des SHG-Lichtes demgemäß durch folgenden Ausdruck angegeben:
B(L) - B(0) =-j*k*A02 0Ld(z)*exp(j*Δk*z)dz
Stellt man die Feldintensität des SHG-Lichtes auf 0, kann B(0) = 0 erhalten werden. Demgemäß ist die Feldintensität des SHG-Lichtes eine Funktion von L, das heißt, B(L): das bedeutet:
B(Δk) = B(L) - B(0) = B(L) ... EQ-2
Betrachtet man nun eine Änderung der Feldintensität des SHG-Lichtes, wenn sich die Wellenlänge der Grundwelle ändert, weil sich Δk aufgrund der Änderung von λ ändert, wird die Feldstärke B(0) des SHG-Lichtes am Ausgabeende durch eine Funktion von Δk ausgedrückt.
Betrachtet man nun ein Modell eines Frequenzverdopplers vom domäneninvertierten Typ der in Fig. 6A dargestellten Art, umfaßt die Anordnung des Modells eine Zone A der domäneninvertierten Schicht mit einer Periode Λ&sub1;, eine Zone B einer domäneninvertierten Schicht mit einer Periode Λ&sub2;, eine Zone C einer dom :neninvertierten Struktur mit einer Periode Λ&sub3; und Phasenanpassungsteile mit Längen δ zwischen den Zonen. Fig. 6B zeigt die Verteilung der nicht-linearen optischen Konstante d(z), die von dem sich durch den Wellenleiter ausbreitenden Licht wahrgenommen wird, bezüglich der Ausbreitungsstrecke für den in Fig. 6A dargestellten Frequenzverdoppler. In der Zone A ist die domäneninvertierte Schicht mit einer Periode Λ&sub1; über eine Länge L&sub1; mit einer nicht-linearen optischen Konstanten d&sub1; (z) gebildet und in der Zone B ist die domäneninvertierte Schicht mit einer Periode A&sub2; über eine Länge L&sub2; mit einer nicht-linearen optischen Konstanten d&sub2;(z) gebildet. Darüber hinaus ist zwischen den Zonen A, B der Zwischenraum 8 gebildet. Unter der Annahme, daß sich Licht durch die domäneninvertierte Schicht mit der oben erläuterten Verteilung ausbreitet, wird der SHG-Umwandlungswirkungsgrad wie folgt beschrieben: In der oben angegebenen Gleichung bedeutet:
wobei gilt: L1 = N&sub1;*Λ&sub1;
I&sub1; = Λ&sub1;/2
L&sub2; = N&sub2;*Λ&sub2;
I2 = Λ&sub2;/2.
Dann wird der Umwandlungswirkungsgrad in SHG ermittelt. Weil die SHG- Ausgangsleistung dem Quadrat des SHG-Lichtes entspricht, wird aus der Gleichung EQ-2 die Leistung wie folgt angegeben:
wobei gilt: P&sub0;: Intensität (Leistung) einer Grundwelle.
In den Fig. 7A bis 7C sind beispielsweise die Beziehungen von E&sub1;(Δk) ², E&sub2;(Δk) 2 und E&sub1;&sub2; (Δk, δ) bezüglich λ dargestellt. Fig. 7a zeigt die Werte von E&sub1;(Δk) ², E&sub2;(Δk) ² und E&sub1;&sub2; (Δk, δ) und Fig. 7B zeigt die Summe davon. E&sub1;(Ak) ² gibt eine Beziehung zwischen λ und η an, wenn lediglich die sich über eine Länge L&sub1; erstreckende domäneninvertierte Schicht mit einer Periode Λ&sub1; vorliegt und das gleiche gilt für E&sub2;(Δk) ². E&sub1;&sub2; gibt die Wirkung einer Interferenz zwischen dem in der Zone A erzeugten SHG-Licht und dem in der Zone B erzeugten SHG-Licht an (Fig. 7A) und die SHG-Ausgabe- Umwandlungsrate η wird durch die Summe davon angegeben. Demgemäß wird die erhaltene SHG-Ausgangsleistung durch die Summe der SHG-Ausgangsleistungen Σ Em(Δk) ² angegeben, wenn die einzelnen Zonen allein vorliegen, und die Summe der die Interferenz zwischen den Zonen angebenden Teile ΣEij(Δk, δ), das heißt durch:
η = k²*D&sub0;²*P&sub0;*[Σ Em(Δk) ² + Σ Eij(Δk, d)] ... EQ-4,
wenn die die domäneninvertierten Schichten mit den Perioden Λ&sub1;, Λ&sub2;, ... Λn aufweisenden Zonen vorliegen, welche sich jeweils über L&sub1;, L&sub2;, ... Ln erstrecken.
Als Ergebnis davon kann die Beziehung zwischen der SHG-Ausgabe und der Wellenlänge der Grundwelle für einen Frequenzverdoppler, bei dem die domäneninvertierte Schicht in mehr als zwei Zonen unterteilt ist, durch die Gleichung EQ-4 angegeben werden. Darüber hinaus kann unter Verwendung der Gleichung EQ-4 eine optimale Konstruktion für den Frequenzverdoppler erhalten werden.
I-2 Konstruktion der optimalen Struktur eines Frequenzverdopplers unter Verwendung analytischer Ausdrücke.
Unter Verwendung der Gleichung EQ-3 wurde ein Frequenzverdoppler mit einer breiten Wellenlängentoleranz konstruiert.
Zunächst wurde unter Verwendung der Gleichung EQ-3 die Wellenlängenabhängigkeit der SHG-Ausgangsleistung ermittelt, wie in den Fig. 8A bis 8C und den Fig. 9A bis 9C dargestellt. Die Fig. 8A bis 8C zeigen die Beziehung zwischen der Wellenlänge und der SHG-Ausgangsleistung, wenn eine solche Einstellung vorgenommen wird, daß die Elementlänge 1,000 µm beträgt, die Unterteilungszahl 2 beträgt, δ = 0 und die Perioden der unterteilten Zonen 3,7 µm und 3,7 + r µm entsprechen. Die Figuren 9A bis 9C zeigen die Beziehung zwischen der Wellenlänge der Grundwelle und der SHG- Ausgangsleistung bei einer solchen Einstellung, daß die Elementlänge 15,000 µm beträgt und δ&sub1; = δ&sub2; = 0 und durch Unterteilen der domäneninvertierten Schicht in drei Zonen, die jeweils Perioden Λ&sub0;, Λ&sub0; + r µm bzw. Λ&sub0; + 2r aufweisen, wobei gilt: Λ&sub0; = 3,7 µm. Die Fig. 8A bis 8C zeigen die Ergebnisse für r = 0,002, 0,0028 bzw. 0,004 µm.
Der Grund dafür, daß die SHG-Ausgangsleistung eine starke Spitze aufweist, wie in Fig. 8A dargestellt, besteht darin, daß die Überlagerung der in Fig. 7A dargestellten Peaks für E&sub1;(Δk) ² und E&sub2;(Δk) ² stark ist. In ähnlicher Weise besteht der Grund dafür, daß die Ausgangsleistung des SHG-Lichtes zwei Peaks aufweist, darin, daß der Abstand zwischen den Peaks für E&sub1;(Δk) ² und E&sub2;(Δk) ², die in Fig. 7A dargestellt sind, erhöht ist. Durch Optimieren des in Fig. 8B dargestellten Wertes für r können demgemäß Änderungen der Ausgangsleistung des SHG-Lichtes verhindert werden, das heißt, daß es ersichtlich ist, daß eine stabile Ausgangsleistung des SHG-Lichtes erhalten werden kann. Die Fig. 9A bis 9B ähneln den Fig. 8A bis 8C. Wenn der Wert für r einen optimalen Wert der Ausgangsleistung des SHG-Lichtes ergibt, können Änderungen der Ausgangsleistung des SHG-Lichtes verhindert werden und demgemäß kann eine stabile Ausgangsleistung des SHG-Lichtes erhalten werden. Daher ist verständlich, daß die Wellenlängenabhängigkeit des SHG-Lichtes sich in Abhängigkeit vom r-Wert stark ändert.
Im Hinblick auf die oben angegebenen Beziehungen wurde eine optimale Konstruktion eines SHG-Elementes vom domäneninvertierten Typ hergestellt. Das SHG-Element vom domäneninvertierten Typ kann eine Umwandlung mit einem hohen Wirkungsgrad ausführen. Es gibt jedoch eine deutliche Wellenlängenabhängigkeit von einer eingegebenen Grundwelle und demgemäß ist der Erhalt einer stabilen Ausgangsleistung schwierig. Weil das Wellenlängenband (Wellenlängenhalbwärtsbreite) der Grundwelle, das erhalten wird, wenn die Ausgangsleistung des SHG-Lichtes auf die Hälfte des in den Fig. 8A bis 8C und den Fig. 9A bis 9C dargestellten Spitzenwertes abfällt, in einer kompromißartigen Beziehung so abnimmt, daß die maximale Ausgangsleistung mit einer Zunahme der Halbwärtsbreite abnimmt, wie in den Fig. 8A bis 8C dargestellt, nimmt demnach die SHG-Ausgangsleistung ab, wenn die Wellenlängenintoleranz zunimmt. Darüber hinaus ist aus den Fig. 8B und 9B unter der Annahme eines optimalen Wertes von R ersichtlich, daß der Wert der Wellenlängenhalbwärtsbreite um so höher wird, je größer die Unterteilungszahl ist. Unter dieser Bedingung wird die Ausgangsleistung des SHG-Lichtes bezüglich der Wellenlänge einer optimalen Grundwelle mit einem hohen Umwandlungs- Wirkungsgrad und einer breiten Halbwärtsbreite durch eine Rechteck- Wellenlängenabhängigkeit angegeben, wie in Fig. 10 dargestellt (eine derartige SHG- Ausgangsleistung wird nachstehend als "SHG-Leistungsspektrum" bezeichnet).
Demgemäß wurde hinsichtlich der Länge des Elementes, der Unterteilungszahl und den Unterschieden zwischen den Perioden eine solche Konstruktion gewählt, daß eine optimale Anordnung erhalten wurde. Die optimalen Werte wurden wie nachstehend angegeben ermittelt. Wie in Fig. 11 dargestellt, schwankt die SHG-Ausgangsleistung bezüglich der Wellenlänge des Grundlichtes um den maximalen Wert. Das Ausmaß dieser Schwankungen wird zum Erhalt eines Schwankungsgrades ξ integriert. Wenn der Schwankungsgrad ξ minimal wird kann ein optimales SHG-Leistungsspektrum erhalten werden. Unter Verwendung des Schwankungsgrades kann daher eine optimale Konstruktion ausgeführt werden. Der Schwankungsgrad ξ kann durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden:
In Fig. 12 ist zunächst die Beziehung zwischen r und dem Schwankungsgrad bet Einstellung der Unterteilungszahl auf 3 dargestellt, wenn die domäneninvertierte Schicht sich über 1 5 mm erstreckend gebildet war, mit Perioden Λ&sub0; (= Λmin), Λ&sub0; + r µm, Λ&sub0; + 2r (Λmax), wobei gilt Λ&sub0; = 3,7 µm, für die einzelnen Zonen.
Wenn der Wert von r 0,0028 µm beträgt wird der Schwankungsgrad minimal, das bedeutet, daß offensichtlich die optimale Konstruktion erhalten wird. Die Schwankungen der SHG-Ausgangsleistung konnte gedämpft werden, wenn der Schwankungsgrad ξ minimal war und demgemäß konnten optimale Werte erhalten werden. Wenn die Länge der einzelnen Zonen auf 5 mm eingestellt wird und die Periode Λ&sub0; auf 3,7 µm eingestellt wird, wurde ein optimaler Wert rop für die Periodendifferenz zwischen benachbarten Zonen der domäneninvertierten Schicht für die Unterteilungszahlen 2, 3, 4 und 5 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Fig. 13 dargestellt.
Es wurde herausgefunden, daß der optimale Wert rop der Periodendifferenz, welcher aus der Figur ermittelt wurde, durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden kann: 0,00026 µm < rop < 0,0032 µm, unabhängig von der Unterteilungszahl (n). Das bedeutet, daß rop einen konstanten Wert annimmt, wenn Λ&sub0; und L/n konstant sind.
Als nächstes wurde die Beziehung zwischen der Zonenlänge L/n und r ermittelt. Durch Einstellen von n = 3 und durch Einstellen der Perioden der einzelnen unterteilten Zonen auf Λ&sub0;, Λ&sub0; + r µm bzw. Λ&sub0; + 2 r, wobei gilt: Λ&sub0; = 3,7 µm, weil n = 3 konstant ist, wird die Beziehung zwischen dem Kehrwert 1/L der Länge des Teiles, in dem die domäneninvertierte Schicht gebildet ist, und rop, mit dem der Schwankungsgrad minimal wird, in Fig. 14 dargestellt. Weil rop proportional zu 1/L ist, ist dieser Wert auch proportional zu n/L.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Periode Λ&sub0; und rop ermittelt, wenn eine solche Einstellung vorgenommen wird, das gilt: L = 15 mm (konstant) und n = 3 und das Ergebnis ist in Fig. 15 dargestellt. Aus dieser Figur geht hervor, daß rop proportional zu Λ² ist.
Aus den vorstehend angegebenen Ergebnissen kann die folgende Beziehung abgeleitet werden, weil rop proportional zu Λ&sub0;² und n/L ist:
rop = A*Λ&sub0;²*n/L
wobei gilt: A: konstant,
Λ&sub0;: Periode der domäneninvertierten Schicht
L: Länge eines Teils, in dem die domäneninvertierte Schicht gebildet ist,
n: Unterteilungszahl.
Als Ergebnis davon kann der Bereich für A, in dem die Wellenlängenabhängigkeit der SHG-Ausgangsleistung optimal wird aus Λ = 3,7 µm, n = 3, L = 15.000 µm und 0,0026 < rop < 0,0032 µm berechnet werden, so daß folgende Beziehung erhalten wird:
0,9 < A < 1,2,
das bedeutet, daß der optimale Wert erhalten werden kann, wenn gilt:
0,9 × Λ&sub1;² × n/L < rop < 1,2 × Λ&sub1;² × n/L ... EQ-6
auf Grundlage der oben angegebenen Berechnung konnte der Frequenzverdoppler optimal konstruiert werden.

II Herstellung eines Frequenzverdopplers nach Ausführungsform I

II-1 Konstruktion einer Maske für eine periodische domäneninvertierte Schicht

Die Perioden eines Frequenzverdopplers vom domäneninvertierten Typ werden auf 3,7 µm, 3,7028 µm und 3,7056 µm eingestellt, wenn die domäneninvertierte Schicht in drei Zonen unterteilt wird. Zur Bildung der periodischen domäneninvertierten Schicht wird eine Maske zum Sputtern unter Verwendung einer Lithographietechnik benötigt. Im allgemeinen wird zur Zeit ein Elektronenstrahlabbildungs-(EB)Verfahren zum Herstellen der Maske mit hoher Genauigkeit verwendet. Die minimalen Abmessungen der mit dem oben angegebenen Verfahren hergestellten Maske betragen jedoch im allgemeinen etwa 0,1 µm (selbst unter Verwendung einer besonders vergrößerten Belichtungsvorrichtung nimmt der Wert einen minimalen Wert von 0,01 µm an) und demgemäß kann keine Maske für eine domäneninvertierte Schicht mit der benötigten feinen Periode hergestellt werden. Demgemäß wurde eine Maske der in Fig. 16 dargestellten Art konstruiert. Zum praktischen Erhalt einer Periode von 3,7028 µm wurde beispielsweise eine Periode von 3,8 µm gleichmäßig in eine Periode von 3,7 µm eingefügt, um praktisch 3,7028 µm zu erhalten. Die Beziehung zwischen den minimalen Abmessungen der so hergestellten Maske und einen theoretisch erhältlichen Wert ist in Fig. 1 7 dargestellt (die Länge der Zonen beträgt 5.000 µm für Perioden von 4 µm und 3,7 µm). Wenn die minimalen Abmessungen weniger als 0,1 µm betragen kann ein etwa einem theoretischen Wert entsprechender Wert erhalten werden. Unter Verwendung des oben angegebenen Ergebnisses kann durch Einsatz der so konstruierten Maske der durch die Berechnung ermittelte Frequenzverdoppler vom domäneninvertierten Typ praktisch erhalten werden.

II-2, Herstellung des Elementes

Zum Beweis der Ergebnisse der Analyse wurde der Frequenzverdoppler hergestellt und die Eigenschaften davon wurden vermessen. Das bedeutet, daß unter Verwendung eines LiTaO&sub3;-Substrates ein Frequenzverdoppler der in Fig. 4 dargestellten Art hergestellt wurde. In dieser Figur sind dargestellt: das LiTaO&sub3;-Substrat 1 einer C-Platte, ein Protonenaustauschwellenleiter 2, eine domäneninvertierte Schicht 3, eine Grundwelle mit einer Wellenlänge von 840 nm, eine zweite harmonische Welle 7 mit einer Wellenlänge von 420 nm, eine eine domäneninvertierte Schicht mit einer Periode von Λ&sub0; enthaltende Zone A, eine eine domäneninvertierte Schicht mit einer Periode von Λ&sub0; + r enthaltende Zone B und eine eine domäneninvertierte Schicht von Λ&sub0; + 2r enthaltende Zone C. Die Längen δ&sub1;, δ&sub2; der Phasensteuerteile zwischen den Zonen wurden auf 0 eingestellt, während Λ&sub0; auf 3,7 µm und r auf 0,28 µm eingestellt wurde. Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Elementes unter Bezugnahme auf die Fig. 18A bis 18H erläutert. Wie in Fig. 18A dargestellt, wurden unter Verwendung eines Sputterverfahrens 30 nm Ta&sub6; auf dem LiTaO&sub3;-Substrat abgeschieden. Dann wurde unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens und unter Verwendung der oben erläuterten Maske für die domäneninvertierte Schicht ein periodisches Muster gebildet (Fig. 18B). Dann wurde eine Wärmebehandlung in Pyrophosphorsäure bei einer Temperatur von 260ºC ausgeführt, um eine Protonenaustauschschicht zu bilden (Fig. 18C). Dann wurde das Substrat für eine Dauer von 30 Sekunden in einer Infrarot-Heizeinheit bei einer Temperatur von 540ºC wärmebehandelt. Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit wurde auf 80ºC/s eingestellt. Wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit gering ist, wird die Schicht mit einem hohen Brechungsindex jedoch in unerwünschter Weise erweitert. Demgemäß ist eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von mehr als 100ºC/min bevorzugt. Nach Entfernung der Ta-Maske 6 (Fig. 18E) wurde ein Vergütungsprozeß in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 420ºC über einen Zeitraum von 6 Stunden ausgeführt, um die in der domäneninvertierten Schicht verbliebenen Protonen zu reduzieren. Dann wurden mit einem Sputterverfahren 30 nm Ta auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden (Fig. 18F) und ein Muster für den Wellenleiter in einer sich senkrecht zur domäneninvertierten Schicht erstreckenden Richtung gebildet. Es wurde ein Protonenaustausch in Pyrophosphorsäure bei einer Temperatur von 260ºC für eine Dauer von 1 2 Minuten ausgeführt (Fig. 18G). Nach Entfernung der Maske (Fig. 18H) wurde das Substrat bei einer Temperatur von 420ºC für eine Dauer von einer Minute erwärmt. Die einander entgegengesetzten Stirnflächen des Wellenleiters wurden optisch poliert und auf jeder der Stirnflächen wurde zur Bildung eines Antireflektionsfilms zum Verhindern einer Stirnflächenreflektion der im Wellenleiter geführten Wellen 140 nm Si0&sub2; abgeschieden.

II-3 Bestimmung der Eigenschaften

Zur Bestimmung der Eigenschaften des so hergestellten Frequenzverdopplers wurde der Frequenzverdoppler mit einer unter Verwendung einer Ti:Al&sub2;O&sub3;-Lasereinheit, mit der die Wellenlänge des Laserlichtes kontinuierlich in einem Bereich eines 700 nm-Bandes bis zu einem 900 nm-Band geändert werden kann, abgegebenen Grundwelle angeregt. Die Beziehung zwischen der Grundwelle und der SHG-Ausgangsleistung des hergestellten Frequenzverdopplers wurde unter Verwendung des oben angegebenen Lasers gemessen. Das bedeutet, daß Ti:Al&sub2;O&sub3;-Laserlicht als Grundlicht P&sub1; in eine Stirnfläche des Wellenleiters im Frequenzverdoppler eingeleitet wurde und die Intensität des von der anderen Stirnfläche des Wellenleiters im Frequenzverdoppler abgegebenen SHG-Lichtes gemessen wurde.
Fig. 19A zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der SHG-Ausgangsleistung des Frequenzverdopplers der in Fig. 1 dargestellten Art und Fig. 19B zeigt diejenige des Frequenzverdopplers der in Fig. 4 dargestellten Art, bei dem die Länge L des Teils, in dem die domäneninvertierte Schicht gebildet ist L = 15 mm beträgt, die Unterteil ungszahl n = 3 beträgt, die Periode Λ = 3,7 µm beträgt, der Wert r der Differenz hinsichtlich der domäneninvertierten Periode zwischen den Zonen r = 0,0028 beträgt. Die domäneninvertierte Schicht wurde in drei Zonen unterteilt und die Periode der domäneninvertierten Schicht wurde in jeder Zone optimiert. Demgemäß ist verständlich, daß die Wellenlängenhalbwertsbreite von 0,1 nm auf 0,5 nm ansteigt. Dieses Meßergebnis stimmt mit dem Ergebnis der in Fig. 9b dargestellten Analyse überein, welche für den Frequenzverdoppler vom domäneninvertierten Typ gemäß Ausführungsform 1 angestellt wurde, das bedeutet, daß bewiesen wurde, daß die durch die Analyse ermittelten Konstruktionsparameter für den Frequenzverdoppler geeignet sind.
Mit den oben angegebenen Ergebnissen wurde herausgefunden, daß unter Berücksichtigung der durch die Analyse erhaltenen Konstruktionswerte ein Frequenzverdoppler mit einer optimalen Struktur gebildet werden kann. Als nächstes wurde unter Verwendung dieses Elementes eine Wellenlängenumwandlung für Halbleiterlaserlicht durchgeführt. Das bedeutet, daß das von einem Halbleiterlaser abgegebene Licht als Grundwelle in eine Stirnfläche des Wellenleiters in dem in Fig. 4 dargestellten Frequenzverdoppler eingeleitet wurde und die Intensität des von der anderen Stirnfläche abgegebenen SHG- Lichtes P&sub2; gemessen wurde. Die Wellenlänge des Halbleiterlasers ändert sich in Abhängigkeit von einer Änderung der Temperatur, das heißt, daß sich die ausgegebene Wellenlänge um etwa 0,3 nm ändert, wenn sich die Temperatur um 1ºC verändert. Als Ergebnis davon nimmt im Fall der Lichtwellenlänge vom Halbleiterlaser unter Verwendung des Frequenzverdopplers der in Fig. 1 dargestellten Art die SHG-Ausgangsleistung um mehr als die Hälfte ab, wenn sich die Temperatur um 0,1 ºC ändert und demgemäß ändert sich die SHG-Ausgangsleistung mit der Zeit, so daß keine stabile Ausgangsleistung erhalten wird, wie in Fig. 20A dargestellt.
Dahingegen nimmt die Temperaturtoleranz des Halbleiterlasers auf bis zu 0,5ºC zu, was dem fünffachen des soeben angegebenen Wertes entspricht, weil der wie vorstehend erläutert hergestellte Frequenzverdoppler eine verbesserte Wellenlängentoleranz aufweist. Als Ergebnis davon wurde eine stabile Ausgangsleistung erhalten, wie in Fig. 21B dargestellt, wenngleich sich die Wellenlänge des Halbleiterlasers aufgrund einer Temperaturänderung änderte. Wie vorstehend erläutert kann der hergestellte Frequenzverdoppler aufgrund einer verbesserten Wellenlängentoleranz in zufriedenstellender Weise Temperaturänderungen aushalten und demgemäß kann eine stabile SHG- Ausgangsleistung erhalten werden.

II-4 Beziehung zwischen der Differenz (r) der Perioden der domäneninvertierten Schicht und dem Schwankungsgrad.

Fig. 21G zeigt ferner eine Beziehung zwischen dem über den Ausdruck EQ-5 erhaltenen Wert von A und dem Schwankungsgrad ξ und eine Beziehung zwischen der Grundwelle und der SHG-Ausgangsleistung bei einigen Schwankungsgraden. Es ist ersichtlich, daß die Wellenform der SHG-Ausgangsleistung zufriedenstellend ist, wenn der Wert von A in einen Bereich von 0,9 bis 1,2 fällt, daß die Wellenform der SHG-Ausgangsleistung jedoch verzerrt ist, wenn er außerhalb dieses Bereichs liegt. Es kann keine stabile SHG- Ausgangsleistung erhalten werden, wenn die Wellenlänge der Grundwelle schwankt. Ferner ist ersichtlich, wie in Fig. 219 dargestellt, daß der Schwankungsgrad abnimmt, wenn der Wert von A in einen Bereich von 0,4 bis 0,5 fällt und demgemäß die Wellenform der SHG-Ausgabe in ähnlicher Weise zufriedenstellend sein kann.

II-5 Beziehung zwischen dem Zwischenzonenzwischenraum δ und der Wellenlängenabhängigkeit der SHG-Ausgangsleistung

Vorstehend wurde die Periode der domäneninvertierten Schicht erläutert. Als nächstes werden nachstehend die Phasensteuerteile, das heißt die zwischen den Zonen angeordneten Zwischenräume 8 im einzelnen erläutert. Zur Stabilisierung der SHG- Ausgangsleistung im Hinblick auf Änderungen der Wellenlänge des eingegebenen Lichtes ist es erforderlich, daß die Wellenlängenabhängigkeit der SHG-Ausgangsleistung so geformt ist, daß sie zur Verringerung des Schwankungsgrades eine glatte Form aufweist. Demgemäß ist es notwendig, die Interferenz zwischen den in den einzelnen unterteilen Zonen erzeugten SHG-Ausgangsleistungen zu optimieren. Demnach wurden Teile, in denen die Phasen der SHG-Ausgangsleistungen gesteuert werden, zwischen den unterteilten Zonen angeordnet, um die Interferenz zwischen den in den unterteilten Zonen erzeugten SHG-Ausgangsleistungen zu steuern und demgemäß wurden die Phasen der SHG-Ausgangsleistungen gesteuert. Unter Verwendung der Ausdrücke EQ-3 und EQ-4 kann die Beziehung zwischen dem Zwischenraum δ zwischen den Zonen und dem Schwankungsgrad berechnet werden. In diesem Fall wurde eine solche Einstellung gewählt, daß die Elementlänge 15.000 µm beträgt, die Unterteil ungszahl 3 beträgt, die Periode Λ&sub0; 3,7 µm beträgt, λ&sub0; + r = 3,7028, Λ&sub0; + 2r = 3,7056 und Phasensteuerteile mit Längen von δ&sub1;, δ&sub2; zwischen den Zonen bereitgestellt wurden. Unter Verwendung dieses Ergebnisses wurde der in Fig. 4 dargestellte Frequenzverdoppler hergestellt und die Eigenschaften davon wurden vermessen. Die Wellenlängenabhängigkeit der mit diesem Element erhaltenen SHG-Ausgangsleistung ist in den Fig. 23A bis 23B angegeben. Fig. 23A zeigt die Eigenschaften für δ&sub1; = δ&sub2; = 0, das heißt, wenn keine Zwischenräume zwischen den Zonen vorhanden sind. Darüber hinaus zeigt Fig. 23B die Eigenschaften wenn gilt: δ&sub2; = 0,1 µm und δ&sub2; = 3,6 µm. Demgemäß geht aus Fig. 23B hervor, daß mit dem die Phasensteuerteile enthaltenden Frequenzverdoppler der Schwankungsgrad im Vergleich zu dem in Fig. 23A dargestellten Frequenzverdoppler verringert wird und demgemäß sind Schwankungen der SHG-Ausgangsleistung um den maximalen Wert der Ausgangsleistung gering, so daß eine glatte Wellenform erhalten wird. Unter Verwendung des hergestellten Frequenzverdopplers wurde die Wellenlängenumwandlung für den Halbleiterlaser ausgeführt. Fig. 24 zeigt eine Zeitabhängigkeit der SHG- Ausgangsleistung. Mit Bereitstellung der Phasensteuerteile wird die Stabilität im Hinblick auf Schwankungen der Wellenlänge des Halbleiterlasers, welche durch Änderungen der Temperatur hervorgerufen werden, verbessert und demgemäß wurde eine äußerst stabile SHG-Ausgangsleistung erhalten.
Es wird angemerkt, daß die Beziehung zwischen dem Schwankungsgrad ξ und δ periodisch ist, so daß die identische Beziehung für jede Periode Λ der domäneninvertierten Schicht vorhanden ist. Daher konnten ähnliche Eigenschaften für die folgenden Anordnungen erhalten werden:
δ&sub1; = 0,1 µm + m&sub1;*Λ, δ&sub2; = -0,1 + m&sub2;*Λ (Λ = 3,7 µm, m1 = 1, 2, 3, ..., m&sub2; = 1, 2, 3, ...).

[Ausführungsform 2]

Unter Bezugnahme auf Ausführungsform 1 wurde erläutert, daß in dem aus einer periodischen domäneninvertierten Schicht gebildeten Frequenzverdoppler die domaneninvertierte Schicht in mehr als zwei Zonen unterteilt wird, die jeweils aus domäneninvertierten Schichten mit unterschiedlichen Perioden bestehen, so daß Phasenanpassungswellenlängen in den einzelnen Zonen sich Stück für Stück voneinander unterscheiden. Als Ergebnis wurde die Toleranz der Phasenanpassungswellenlänge in jeder Zone verbessert.
Dahingegen ist bei Ausführungsform 2 in einem ähnlich wie in Ausführungsform 1 aus einer periodischen, domäneninvertierten Schicht gebildeten Frequenzverdoppler die Periode der domäneninvertierten Schicht über das gesamte Element gleich, aber der Ausbreitungskoeffizient des Wellenleiters ändert sich, um die Wellenlängentoleranz des Frequenzverdopplers zu erhöhen. Das bedeutet, daß der Wellenleiter in mehr als zwei Zonen mit unterschiedlichen Breiten unterteilt wird, um sich voneinander unterscheidende Lichtausbreitungskoeffizienten zu erhalten. Als Ergebnis davon unterscheiden sich die Phasenanpassungswellenlängen in den einzelnen Zonen Stück für Stück voneinander und demgemäß kann ein ähnlicher Effekt wie in der Ausführungsform 1 erhalten werden, so daß die Toleranz der Phasenanpassungswellenlänge für den Frequenzverdoppler erhöht werden kann.

III. Theoretische Analyse

Die Verbesserung der Toleranz des Frequenzverdopplers vom domäneninvertierten Typ gemäß Ausführungsform 2, bei der sich der Ausbreitungskoeffizient des Wellenleiters ändert, wurde untersucht. Die Auswirkung der Erhöhung der Toleranz der Phasenanpassungswellenlänge in dem unter Bezugnahme auf Ausführungsform 1 erläuterten Frequenzverdoppler kann auch mit dem Frequenzverdoppler nach Ausführungsform 2 erhalten werden. Die Beziehung zwischen der domäneninvertierten Periode Λ und dem effektiven Brechungsindex des Wellenleiters sowie der Phasenanpassungswellenlänge λ werden durch den folgenden Ausdruck unter Berücksichtigung des Ausdrucks EQ-1 angegeben:
Λ = 2π/Λk = λ/2(N2ω(λ) - Nω(λ)) ... EQ-7
wobei gilt: Λ: Periode einer domäneninvertierten Schicht
λ: Phasenanpassungswellenlänge
N2ω(λ): Effektiver Brechungsindex für SHG-Licht
Nω(λ): Effektiver Brechungsindex für Grundwellenlicht.
Eine unterschiedliche Bildung der domäneninvertierten Perioden Λ der unterteilten Zonen entspricht einer Änderung der Werte von Nω(λ) und N2ω(λ) und der Phasenanpassungswellenlänge, um die durch die Gleichung EQ-1 angegebene Beziehung beizubehalten, das bedeutet eine Änderung der Phasenanpassungswellenlänge. Wenn die Phasenanpassungswellenlangen in den einzelnen Zonen sich voneinander unterscheiden, wird die Toleranz der Phasenanpassungswellenlänge erhöht.
Ähnliche Effekte können durch Änderung der Beziehung zwischen den effektiven Brechungsindizes Nω(λ), N2ω(λ) und der Phasenanpassungswellenlänge erhalten werden. Die Abhängigkeit von N2ω(λ) - Nω(λ) bezüglich der Phasenabhängigkeit λ ändert sich beispielsweise, wenn die Breite des Wellenleiters geändert wird. Demgemäß muß zur Aufrechterhaltung der durch den Ausdruck EQ-6 angegebenen Beziehung unter einer Bedingung, bei der gilt: Λ = konstant, die Phasenanpassungswellenlänge λ geändert werden. Als Ergebnis können die Phasenanpassungswellenlängen in den Zonen ohne Änderung der domäneninvertierten Periode unterschiedlich voneinander gebildet werden, wenn der Wellenleiter in mehr als zwei Zonen unterteilt wird, die jeweils eine unterschiedliche Breite aufweisen, das heißt, daß die Effekte vollständig denjenigen gleichen, welche durch Änderung von Λ erhalten werden können. Durch Ersetzen der durch den Ausdruck EQ-5 angegebenen Bedingungen durch die effektiven Brechungsindizes kann demnach die folgende Beziehung erhalten werden:
wobei gilt: λm (m = 1, 2 ... n): Phasenanpassungswellenlänge in jeweils einer Zone des in n Zonen unterteilten Wellenleiters;
Nω(λm) (m = 1, 2, 3, ... n): Effektiver Index für Grundwelle,
N2ω(λm) (m = 1, 2, 3, ... n): Effektiver Index für SHG-Licht.
Unter Verwendung der oben angegebenen Ausdrücke kann so ein Frequenzverdoppler mit einer breiten Wellenlängentoleranz konstruiert werden.

IV. Herstellung und Bewertung eines Frequenzverdopplers gemäß Ausführungsform 2

Nachstehend wird der Frequenzverdoppler gemäß Ausführungsform 2 im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 25 erläutert. In Fig. 25, welche eine den Frequenzverdoppler gemäß Ausführungsform 2 veranschaulichende schematische Darstellung ist, sind dargestellt: ein LiTaO&sub3;-Substrat 1 einer -C-Platte, ein Protonenaustauschwellenleiter 2, eine domäneninvertierte Schicht 3, eine Grundwelle P1 mit einer Wellenlänge von 860 nm und eine zweite harmonische Welle P&sub2; mit einer Wellenlänge von 430 nm. Der Wellenleiter ist aus zwei Teilen, die jeweils eine Breite von W&sub1; = 3,4 µm bzw. W&sub2; = 4,4 µm aufweisen und einem Teil mit einer sich von W&sub1; auf W&sub2; ändernden Breite sowie einem Zwischenraum δ' zwischen dem Wellenleiter und der domäneninvertierten Schicht gebildet. Wenn sich die Breite des Wellenleiters ändert, ändert sich der effektive Brechungsindex für sich durch den Wellenleiter ausbreitendes Licht, so daß die Phasenanpassungswellenlängen der Grundwelle und des sich durch den Wellenleiter ausbreitenden SHG-Lichtes geändert werden. Die Entfernung 8 zwischen den Zonen, zwischen denen die Phase des SHG-Lichtes wie für die Ausführungsform 1 erläutert gesteuert wird, kann auch durch die Entfernung δ' zwischen den Teilen mit unterschiedlichen Breiten und der domäneninvertierten Schicht verwirklicht werden. Zum Erhalt der Beziehung zwischen der Breite des Wellenleiters und der Phasenanpassungswellenlänge wird eine Beziehung zwischen der Breite des Wellenleiters und der Phasenanpassungswellenlänge ermittelt, wenn die Periode der domäneninvertierten Schicht 4,0 µm beträgt. Die Ergebnisse sind in Fig. 27 dargestellt. Unter Verwendung der Ausdrücke EQ-7 und EQ-8 unter Einstellung des Wertes von βm-1 - βm = 1, der Unterteilungszahl auf 2, der Länge des Teils, in dem die domäneninvertierte Schicht gebildet ist auf 1.000 µm und der Periode auf 4, µm, sowie von λ&sub2; - λ&sub1; auf 0,2 nm kann herausgefunden werden, daß die Breiten des Wellenleiters, welche der oben angegebenen Beziehung genügen 3,4 µm und 4,4 µm betragen. Demgemäß wurden die Wellenleiterbreiten des in Fig. 26 dargestellten Frequenzverdopplers auf W&sub1; = 3,4 µm und W&sub2; = 4,4 µm eingestellt und die Eigenschaften wurden für den Fall vermessen, daß sich die Wellenleiterbreite im Zentrum des Frequenzverdopplers änderte. Die Grundwellenlänge wurde in den hergestellten Frequenzverdoppler eingeleitet und die Beziehung zwischen der Wellenlänge der Grundwelle und der Wellenlänge des SHG-Lichtes wurde ermittelt. Das Ergebnis ist in Fig. 27 dargestellt. Es wurde herausgefunden, daß die Wellenlängentoleranz erhöht werden kann und der Frequenzverdoppler, welcher stabil arbeiten kann, praktisch erhalten werden kann. Es wird angemerkt, daß der Wert von δ' Null beträgt, um einen optimalen Wert zu erhalten, wenn die Unterteilungszahl 2 beträgt. Demgemäß war es während der Bildung des Wellenleiters erforderlich, den Wellenleiter positionsmäßig bezüglich der domäneninvertierten Schicht auszurichten.
Darüber hinaus kann der Ausbreitungskoeffizient des Wellenleiters durch Änderung der Tiefe des Wellenleiters einfach geändert werden. Der Wellenleiter wird in zwei Teile unterteilt, so daß er dem Ausdruck EQ-8 genügt und die effektiven Indizes der einzelnen Teile werden durch Änderung der Tiefen der Teile unterschiedlich voneinander gestaltet, wodurch es möglich ist, die Wellenlängentoleranz zu erhöhen.
Darüber hinaus kann der Lichtausbreitungskoeffizient auch durch Bildung einer Auflagenschicht auf der Außenfläche der domäneninvertierten Schicht geändert werden. Der effektive Brechungsindex des Wellenleiters kann ferner in Übereinstimmung mit einem Brechungsindex oder einer Dicke der Auflagenschicht gesteuert werden. Darüber hinaus können ähnliche Wirkungen erhalten werden, wenn der Wellenleiter in Teile unterteilt wird, so daß er dem Ausdruck EQ-8 genügt, und die effektiven Brechungsindizes unterschiedlich voneinander gestaltet werden, um dadurch eine Erhöhung der Wellenlängentoleranz zu ermöglichen.
Wenngleich vorstehend unter Verwendung der Ausführungsformen 1, 2, bei denen LiTaO&sub3; als nicht-linearer Kristall verwendet wurde, eine entsprechende Erläuterung angegeben wurde, kann die Erfindung auch für LiNbO&sub3; und Mischkristalle aus LiTaO&sub3; und LiNbO&sub3; eingesetzt werden. Das bedeutet, daß, weil LiNbO&sub3; oder ein Mischkristall aus LiTaO&sub3; und LiNbO&sub3; eine große nicht-lineare optische Konstante aufweist, die Verwndung derselben einen hochwirksamen Frequenzverdoppler ergeben kann.
Ferner kann das in den Ausführungsformen 1 und 2 verwendete LiTaO&sub3; durch ferroelektrische Materialien, wie etwa KNBO&sub3; und KTB ersetzt werden. Weil diese ferroelektrischen Materialien eine große nicht-lineare optische Konstante aufweisen und darüber hinaus hinsichtlich ihrer Beständigkeit im Hinblick auf optische Beschädigungen herausragend sind, kann ein Frequenzverdoppler mit einem hohen Wirkungsgrad und einer hohen Ausgangsleistung in praktischer Weise erhalten werden.
Ferner kann das in den Ausführungsformen 1 und 2 verwendete LiTaO&sub3; durch organische Materialien, wie etwa MNA oder organische Polymere ersetzt werden. Unter Verwendung der organischen Materialien wird die Massenproduktivität der Frequenzverdoppler herausragend. Weil diese Materialien eine große nicht-lineare optische Konstante und ferner eine herausragende Beständigkeit hinsichtlich optischer Beschädigungen aufweisen, kann darüber hinaus ein Frequenzverdoppler mit einem hohen Wirkungsgrad und einer hohen Ausgangsleistung in praktischer Weise erhalten werden.
Ferner kann die in den Ausführungsformen 1 und 2 als Wellenleiter verwendete Protonenaustauschschicht durch einen Wellenleiter, durch den sich Licht ausbreiten kann, wie etwa einen Ti-Diffusionswellenleiter, einen Nb-Diffusionswellenleiter oder einen Nd- Diffusionswellenleiter ersetzt werden. Weil ein derartiger Wellenleiter einen geringen Wellenleiterverlust aufweist, kann ein Frequenzverdoppler mit einem hohen Wirkungsgrad in praktischer Weise erhalten werden.

[Ausführungsform 3]

Fig. 28 ist eine schematische Darstellung, in der eine Laserquelle, in der ein Frequenzverdoppler verwendet wird, gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung veranschaulicht ist. Die Laserquelle ist grundsätzlich aus einem Halbleiterlaser 31 einem Frequenzverdoppler 22 und einer Hochfrequenzleistungswelle 37 gebildet. Eine vom Halbleiterlaser 31 abgegebene Grundwelle P&sub1; wird mit Hilfe einer Kollimatorlinse 34 in ein Bündel paralleler Strahlen umgewandelt und danach mit Hilfe einer fokussierenden Linse 35 in einen Wellenleiter 2 auf einem Frequenzverdoppler 22, durch den es in eine harmonische Welle P&sub2; umgewandelt wird, eingeleitet. Die Anordnung des Frequenzverdopplers ähnelt der unter Bezugnahme auf die Ausführungsform 1 erläuterten Anordnung. Bei dieser Ausführungsform wurde die Laserquelle als Kombination aus dem Frequenzverdoppler und dem Halbleiterlaser verwirklicht. Bei dieser Laserquelle wurde der Halbleiterlaser mit einer Hochfrequenzleistungsquelle 37 betrieben, was eine zur direkten Modulation eines an den Halbleiterlaser 31 angelegten Stroms geeignete Leistungsquelle zum Erhalt einer hochfrequenten Welle ist.
Das Spektrum des Halbleiterlaserlichtes ist ein einzelnes Spektrum von weniger als 0,1 nm vor der Modulation, wird jedoch zu einem Vielfachspektrum, wenn es mit einer Frequenz von 1 Ghz moduliert wird, um es auf 1 nm aufzuweiten. Demgemäß ist die Toleranz des Frequenzverdopplers auf 1 nm ausgelegt. Es wurde eine solche Einstellung vorgenommen, daß die Länge des Elementes 15.000 µm betrug, die Unterteilungszahl 4 betrug und Perioden von 4,0, 4,0044, 4,0088 und 4,0132 µm gewählt wurden. Eine Beziehung zwischen der Wellenlänge der Grundwelle und der SHG-Ausgangsleistung ist in Fig. 29 dargestellt. Weil der Frequenzverdoppler eine breite Wellenlängentoleranz aufweist, das heißt 1 nm, kann eine stabile Modulationscharakteristik erhalten werden. Darüber hinaus schwankt die SHG-Charakteristik des Frequenzverdopplers um den maximalen Wert, wie in Fig. 29 dargestellt. Weil die Wellenlängenhalbwärtsbreite der Phasenanpassungswellenlänge auf 1 nm aufgeweitet ist, werden Schwankungen der SHG- Charakteristik jedoch integriert. Daher sind die Schwankungen der SHG- Ausgangsleistung extrem gering, wenngleich die Wellenlänge der Grundwelle schwankt und demgemäß kann eine glatte Charakteristik erhalten werden. Als Ergebnis davon ist der praktische Erhalt einer Laserquelle für sichtbares Licht möglich, welche gegenüber Temperaturschwankungen äußerst stabil ist.
Wie vorstehend erläutert kann mit dem erfindungsgemäßen Frequenzverdoppler die Wellenlängentoleranz erhöht werden, so daß eine stabile harmonische Welle erhalten werden kann. Darüber hinaus kann durch eine Kombination des erfindungsgemäßen Frequenzverdopplers mit einem Halbleiterlaser eine Laserquelle für sichtbares Licht praktisch verwirklicht werden, welche gegenüber Temperaturschwankungen stabil ist.

Claims

1. Frequenzverdoppler mit einem Wellenleiter (2) und einer periodischen, domäneninvertierten Schicht (3), die beide in einem nichtlinearen, optischen Kristallsubstrat (1) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (2) eine Mehrzahl von Abschnitten (A, B, C), in denen die mittlere Periode der domäneninvertierten Schicht (3) jeweils einen unterschiedlichen Wert aufweist, welcher aus einigen sich diskret ändernden Perioden Λ1, Λ2, ... Λn resultiert, wobei gilt: Λ1 < Λ2 < ...< Λn, und die Differenz rop zwischen den einzelnen Werten der mittleren Periode benachbarter Abschnitte einer der folgenden Beziehungen genügt:

0.9 × Λ1² × n/L < rop < 1.2 × Λ1² × n/L

oder

0.4 × Λ1² × n/L < rop < 0.5 × Λ1² × n/L

2. Frequenzverdoppler mit einem Wellenleiter (2) und einer periodischen, domäneninvertierten Schicht (3), die in einem nichtlinearen, optischen Kristallsubstrat (1) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (2) eine Mehrzahl von Abschnitten (A, B, C) aufweist, die jeweils einen unterschiedlichen Ausbreitungskoeffizienten des Wellenleiters (2), was unterschiedliche Werte der Phasenanpassungswellenlänge zum Ergebnis hat, aufweist, wobei jeder dieser Werte einer der folgenden Beziehungen genügt:

wobei gilt: m = 2, 3 .... n

und λ1, λ2, λ3 ... λn die Phasenanpassungswellenlängen in den einzelnen Abschnitten (A, B, C) sind, L/n die Länge der Abschnitte (A, B, C) ist und N∞ ( λ&sub1;), N∞( λ&sub2;), ...N∞ ( λn) die effektiven Brechungsindizes in den Abschnitten (A, B, C) sind und N2∞( λ&sub1;)N2∞( λ&sub2;), ... N2∞( λn) die effektiven Brechungsindizes der Abschnitte bezüglich der harmonischen Wellen sind.

3. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1, bei dem ein Teil (δ&sub1;, δ&sub2;) zum Modulieren einer Phase des Lichtes zwischen den Abschnitten (A, B, C), in denen die domäneninvertierte Schicht unterschiedliche Perioden aufweist, vorgesehen ist.

4. Frequenzverdoppler nach Anspruch 2, bei dem ein Teil (δ') zum Modulieren einer Phase des Lichts zwischen Abschnitten (A, B, C0) in denen der Wellenleiter unterschiedliche effektive Brechungsindizes aufweist, vorgesehen ist.

5. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der nichtlineare Kristall LiNbxTa1-xO&sub3;, wobei gilt: 0 ≤ X ≤ 1, ist.

6. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wellenleiter (2) aus einer Protonenaustauschschicht gebildet ist.

7. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wellenleiter (2) eine sich in einer Lichtausbreitungsrichtung diskret ändernde Breite aufweist.

8. Freguenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wellenleiter (2) eine sich in der Lichtausbreitungsrichtung diskret ändernde Dicke aufweist.

9. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine auf dem Wellenleiter (2) gebildete Abdeckschicht einen Brechungsindex aufweist, der sich in einer Lichtausbereitungsrichtung ändert.

10. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine auf dem Wellenleiter (2) gebildete Abdeckschicht eine sich in der Lichtausbreitungsrichtung diskret ändernde Dicke aufweist.

11. Laserquelle mit einer Kombination aus einem in Anspruch 1 oder 2 beanspruchten Frequenzverdoppler (22) und einem Halbleiterlaser (31).

12. Laserquelle nach Anspruch 11, bei der einem Betriebsstrom für den Halbleiterlaser (31) eine hochfrequente Welle überlagert wird.