JP2000314903A - Manufacture of light wavelength converting module and light wavelength converting module - Google Patents

Manufacture of light wavelength converting module and light wavelength converting module

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JP2000314903A
JP2000314903A JP11122603A JP12260399A JP2000314903A JP 2000314903 A JP2000314903 A JP 2000314903A JP 11122603 A JP11122603 A JP 11122603A JP 12260399 A JP12260399 A JP 12260399A JP 2000314903 A JP2000314903 A JP 2000314903A
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optical
wavelength conversion
substrate
waveguide
light
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JP11122603A
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Masami Hatori
正美 羽鳥
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily display respective performances of EOM(electro-optic modulation) and SHG (wavelength conversion) and to easily obtain high wavelength conversion efficiency. SOLUTION: Respective devices of an LD element 32 exiting a laser beam, an EOM element 34 having an electrode and an SHG element 36 being a second higher harmonic generator in which a periodic domain inversion structure is formed are separately manufactured. The EOM element 34 is directly coupled to the LD element 32, further the SHG element 36 is optically coupled by direct coupling to the coupled block after confirming to become a characteristic of the preliminarily measured desired EOM element 34, and whereby an integrated light wavelength converting module 30 having a desired function is obtained. The block of the LD element 32 and the EOM element 34 is coupled to the SHG element 36. The satisfactorily characteristic is obtained by individual elements and the yield as a whole is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長変換モジュ
ールの作製方法及び光波長変換モジュールにかかり、特
に、基本波を波長変換する光波長変換モジュールの作製
方法及び光波長変換モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical wavelength conversion module and an optical wavelength conversion module, and more particularly to a method for manufacturing an optical wavelength conversion module for converting the wavelength of a fundamental wave and an optical wavelength conversion module.

【0002】[0002]

【従来の技術】非線形光学効果を有する強誘電体の自発
分極(ドメイン)を周期的に反転させた領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第2高調波に波長変換
する方法が既にBleombergen等によって提案されている
(Phys.Rev.,vol.127,No.6,1918(1962)参
照)。この方法では、ドメイン反転部の周期Λを、 Λc=2π/{β(2ω)−2β(ω)} ただしβ(2ω)は第2高調波の伝搬定数 β(ω)は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λcの整数倍になるように
設定することで、基本波と第2高調波との位相整合(い
わゆる疑似位相整合)を取ることができる。このような
周期ドメイン反転構造を、非線形光学材料からなる光導
波路を導波させた基本波を波長変換する光導波路型の光
波長変換素子に形成して、効率良く位相整合を取る試み
もなされている。
2. Description of the Related Art A method of wavelength-converting a fundamental wave into a second harmonic using an optical wavelength conversion element provided with a region in which spontaneous polarization (domain) of a ferroelectric material having a nonlinear optical effect is periodically inverted. Has already been proposed by Bleombergen et al. (See Phys. Rev., vol. 127, No. 6, 1918 (1962)). In this method, the period ド メ イ ン of the domain inversion portion is represented by: c = 2π / {β (2ω) -2β (ω)} where β (2ω) is the propagation constant of the second harmonic β (ω) is the propagation constant of the fundamental wave By setting the coherent length Δc to be an integral multiple of the coherent length Δc, the fundamental wave and the second harmonic can be phase-matched (so-called quasi-phase matching). Attempts have also been made to form such a periodic domain inversion structure in an optical waveguide type optical wavelength conversion element that converts the wavelength of a fundamental wave guided by an optical waveguide made of a nonlinear optical material to achieve efficient phase matching. I have.

【0003】一例として、波長変換素子と電気光学変調
器とをモノシリックに集積化した光学素子が知られてい
る(特開平4−333835号公報参照)。この技術で
は、図11及び図12に示すように、光学素子100と
して、基板上に導波路102、104が形成され、電極
120、122を備えたEOM部(電気光学変調器)1
14と、周期ドメイン反転構造が形成されたSHG部
(波長変換器)116とから構成されている。周期ドメ
イン反転構造は、クロスポート108またはバーポート
110の何れかに形成される。周期ドメイン反転構造が
形成されたポートを通過する波長λの光は波長λ/2の
光に変換されて出力される。図11及び図12の例で
は、導波路102側のバーポート106に周期ドメイン
反転構造が形成されている。
As one example, there is known an optical element in which a wavelength conversion element and an electro-optical modulator are monolithically integrated (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-333835). In this technique, as shown in FIGS. 11 and 12, as an optical element 100, waveguides 102 and 104 are formed on a substrate, and an EOM (electro-optical modulator) 1 having electrodes 120 and 122 is provided.
14 and an SHG section (wavelength converter) 116 in which a periodic domain inversion structure is formed. The periodic domain inversion structure is formed at either the cross port 108 or the bar port 110. The light of wavelength λ passing through the port in which the periodic domain inversion structure is formed is converted into light of wavelength λ / 2 and output. In the examples of FIGS. 11 and 12, a periodic domain inversion structure is formed in the bar port 106 on the waveguide 102 side.

【0004】上記光学素子100において、波長λの光
を光導波路102に入力する場合、電極120、122
に電圧を印加しないとき、入力された殆どの光はクロス
ポート108に乗り移り、バーポート106には光が導
波されない。このとき、電極120、122に電圧を印
加すると、その印加した電圧に応じてクロスポート10
8に乗り移る光量は減少してバーポート106に光が出
力される。このようにして光変調を行うと共に、波長変
換を可能としている。
In the optical element 100, when light having a wavelength λ is input to the optical waveguide 102, the electrodes 120, 122
When no voltage is applied to the cross port 108, most of the input light transfers to the cross port 108, and no light is guided to the bar port 106. At this time, when a voltage is applied to the electrodes 120 and 122, the crossport 10 is changed according to the applied voltage.
8, the light amount is reduced and the light is output to the bar port 106. In this way, the light is modulated and the wavelength can be converted.

【0005】上記波長変換を効率的に行うため、Zカッ
ト基板を用いた技術が知られており、上記の技術では、
光学素子として、LiNbO3、LiTaO3等のZカッ
トの基板を用いている。図13及び図14に示すよう
に、電圧印加法では、周期ドメイン反転を形成した場
合、Z軸に沿って反転領域は延びる性質があるため、Z
カット基板を用いた場合、深い周期ドメイン反転構造が
形成できる。従って、光学素子130に周期ドメイン反
転構造を形成し、周期ドメイン反転構造が形成されてい
る領域であれば、そこに光導波路132を形成すること
によって、高効率な波長変換を行うことができる。
[0005] A technique using a Z-cut substrate is known in order to perform the wavelength conversion efficiently.
As the optical element, a Z-cut substrate such as LiNbO 3 or LiTaO 3 is used. As shown in FIGS. 13 and 14, in the voltage application method, when the periodic domain inversion is formed, the inversion region extends along the Z-axis.
When a cut substrate is used, a deep periodic domain inversion structure can be formed. Therefore, by forming the periodic domain inversion structure in the optical element 130 and forming the optical waveguide 132 in a region where the periodic domain inversion structure is formed, highly efficient wavelength conversion can be performed.

【0006】しかしながら、Zカット基板を用いると、
ドメイン反転構造が深く形成できるものの、光源として
半導体レーザを用いた場合には、基本波の入射光学系が
複雑になったり、焦電効果やバッファ層の屈折率の微妙
な揺らぎ等の要因で電気光学変調器において高い消光比
が得られなかったりする問題があった。
However, when a Z-cut substrate is used,
Although a domain inversion structure can be formed deeply, when a semiconductor laser is used as a light source, the incident optical system of the fundamental wave becomes complicated, and electric power is generated due to factors such as a pyroelectric effect and subtle fluctuations in the refractive index of the buffer layer. There has been a problem that a high extinction ratio cannot be obtained in the optical modulator.

【0007】このような周期ドメイン反転構造を形成し
た光導波路型の光波長変換素子について説明する。周期
ドメイン反転構造を形成した光導波路型の光波長変換素
子は、基板の自発分極の向きの点から2つのタイプに大
別されている。一方のタイプの光波長変換素子は図15
に示すように、一つの基板表面2a(それに沿って光導
波路1が延びる基板表面)に対して、矢印Pで示す基板
2の自発分極の向きが垂直になっているものであり、別
タイプの光波長変換素子は図16に示すように、上記基
板表面2aに対して基板2の自発分極の向きが平行にな
っているものである。
An optical waveguide type optical wavelength conversion device having such a periodic domain inversion structure will be described. Optical waveguide type optical wavelength conversion elements having a periodic domain inversion structure are roughly classified into two types in terms of the direction of spontaneous polarization of a substrate. One type of optical wavelength conversion device is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the direction of spontaneous polarization of the substrate 2 indicated by an arrow P is perpendicular to one substrate surface 2a (the substrate surface along which the optical waveguide 1 extends), and As shown in FIG. 16, the optical wavelength conversion element has a spontaneous polarization direction of the substrate 2 parallel to the substrate surface 2a.

【0008】図15に示すタイプの光波長変換素子は、
例えば上記の特開平5−29207号等に示されている
ものであり、ドメイン反転部を基板表面から十分に深く
形成できる反面、半導体レーザと組み合わせて用いる場
合には基本波の入射光学系が複雑化する。詳細には、図
15の構成において、導波光のビームパターンは図中A
で示すように、矢印Rで示す偏光ベクトルの向きに平行
な方向のビーム径が小さく、それに直角な方向のビーム
径が大きいものとなる。またこのとき、偏光ベクトルの
向きは基板2の自発分極の向き(一般にLiNbO3
の強誘電体において、自発分極の向きはZ軸と平行であ
る)と一致し、導波モードはTMモードとなる。一方、
半導体レーザ3から出射したレーザビーム4のビームパ
ターンは、図中Bに示すように、矢印Qで示す偏光ベク
トルの向きに平行な方向のビーム径が大きく、それに直
角な方向のビーム径が小さいものとなる。
An optical wavelength conversion element of the type shown in FIG.
For example, it is disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-29207 and the like. Although the domain inversion portion can be formed sufficiently deep from the substrate surface, when used in combination with a semiconductor laser, the incident optical system of the fundamental wave is complicated. Become Specifically, in the configuration of FIG. 15, the beam pattern of the guided light
As shown by, the beam diameter in the direction parallel to the direction of the polarization vector indicated by the arrow R is small, and the beam diameter in the direction perpendicular to the direction is large. At this time, the direction of the polarization vector coincides with the direction of the spontaneous polarization of the substrate 2 (generally, in a ferroelectric material such as LiNbO 3 , the direction of the spontaneous polarization is parallel to the Z axis), and the waveguide mode is the TM mode. Become. on the other hand,
The beam pattern of the laser beam 4 emitted from the semiconductor laser 3 has a large beam diameter in a direction parallel to the direction of the polarization vector indicated by an arrow Q and a small beam diameter in a direction perpendicular thereto, as shown in FIG. Becomes

【0009】そこで、半導体レーザ3から出射したレー
ザビーム4を光導波路1に入力させるためにそれぞれの
偏光方向を合わせるとビーム形状がミスマッチし、レー
ザビーム4を効率良く光導波路1に入力させることがで
きない。そうであると、第2高調波の強度が小さいもの
となる。
In order to input the laser beam 4 emitted from the semiconductor laser 3 to the optical waveguide 1, if the respective polarization directions are adjusted, the beam shapes will be mismatched, and the laser beam 4 can be efficiently input to the optical waveguide 1. Can not. If so, the intensity of the second harmonic will be small.

【0010】そこで、レーザビーム4のビームパターン
はそのままにしてその偏光方向を90°回転させるため
に、コリメーターレンズ5と集光レンズ6との間にλ/
2板7を配してなる複雑な基本波入射光学系が必要とな
る。
In order to rotate the polarization direction of the laser beam 4 by 90 ° while keeping the beam pattern of the laser beam 4 unchanged, a λ /
A complicated fundamental wave incident optical system having two plates 7 is required.

【0011】これに対して、図16に示すタイプの光波
長変換素子の場合は、上記λ/2板7を配さない状態で
レーザビーム4の直線偏光方向と基板2のZ軸方向とが
一致するので、複雑な基本波入射光学系は不要で、また
半導体レーザ3を光導波路1の端面に直接結合すること
も可能となる。なお、このときの導波モードはTEモー
ドとなる。
On the other hand, in the case of the optical wavelength conversion element of the type shown in FIG. 16, the linear polarization direction of the laser beam 4 and the Z-axis direction of the substrate 2 are set without the λ / 2 plate 7. Since they coincide with each other, a complicated fundamental wave incident optical system is unnecessary, and the semiconductor laser 3 can be directly coupled to the end face of the optical waveguide 1. The waveguide mode at this time is the TE mode.

【0012】しかしながら、図16に示すタイプの光波
長変換素子は、ドメイン反転部8を基板表面2aから十
分に深く形成することができない。詳細には、図17に
おいて、Dはドメイン反転部8を形成するための電極を
示している。また、ドメイン反転部8の並び方向および
基板2の厚さ方向は、それぞれ基板のX軸方向およびY
軸方向である。波長変換する基本波の実際的な波長を考
慮すると、図中aで示すドメイン反転部8の周期は数μ
m程度となる。これを便宜的に5μmとすると、最大波
長変換効率を得るためにドメイン反転部8の幅と非反転
部の幅との比を1:1にするためには、ドメイン反転部
8の幅(図中のb寸法)は2.5μmとなる。電極Dを
現在の一般的なプロセスで作成する場合、図中cで示す
電極線幅を0.5μmよりも細くするのは困難であり、
c=0.5μmとすると、電極Dからドメイン反転部8
の並び方向にd=1μmだけドメイン反転部8を成長さ
せれば、ドメイン反転部8の幅が2.5μmとなる。
However, in the optical wavelength conversion element of the type shown in FIG. 16, the domain inversion section 8 cannot be formed sufficiently deep from the substrate surface 2a. More specifically, in FIG. 17, D indicates an electrode for forming the domain inversion portion 8. The direction in which the domain inversion portions 8 are arranged and the thickness direction of the substrate 2 are the X-axis direction of the substrate and the Y direction, respectively.
In the axial direction. Considering the actual wavelength of the fundamental wave to be wavelength-converted, the period of the domain inverting unit 8 shown by a in FIG.
m. If this is set to 5 μm for convenience, in order to obtain the maximum wavelength conversion efficiency, the width of the domain inversion unit 8 and the width of the non-inversion unit must be set to 1: 1 in order to obtain the maximum wavelength conversion efficiency. The middle b dimension) is 2.5 μm. When the electrode D is formed by the current general process, it is difficult to make the electrode line width shown in FIG.
If c = 0.5 μm, the domain inversion section 8
When the domain inversion portion 8 is grown by d = 1 μm in the direction of the arrangement, the width of the domain inversion portion 8 becomes 2.5 μm.

【0013】ドメイン反転領域の成長速度は、基板2の
自発分極の向きに沿った方向では大きく、自発分極の向
きと垂直な方向(つまりX軸方向およびY軸方向)では
小さくなっており、また、ドメイン反転領域のX軸方向
およびY軸方向の成長速度は同じである。したがって、
上述のようにしてドメイン反転部8の幅を2.5μmと
すると、その深さ(Y軸方向の寸法)は1μm程度とな
ってしまう。
The growth rate of the domain-inverted region is high in the direction along the direction of spontaneous polarization of the substrate 2 and is low in the direction perpendicular to the direction of spontaneous polarization (ie, in the X-axis direction and the Y-axis direction). , The growth rates in the X-axis direction and the Y-axis direction of the domain inversion region are the same. Therefore,
If the width of the domain inversion portion 8 is 2.5 μm as described above, the depth (dimension in the Y-axis direction) is about 1 μm.

【0014】以上のような理由により、本タイプの従来
の光波長変換素子においては、ドメイン反転部の深さが
導波光の界分布よりも浅い1μm程度にとどまってお
り、そのため、ドメイン反転部と導波光の界分布との空
間的な重なりが小さくて波長変換効率が低いものであっ
た。
For the reasons described above, in the conventional optical wavelength conversion element of this type, the depth of the domain inversion portion is only about 1 μm, which is shallower than the field distribution of the guided light. The spatial conversion with the field distribution of the guided light was small and the wavelength conversion efficiency was low.

【0015】この問題を解決するために、図18及び図
19に示すように、周期ドメイン反転を、Z軸に沿って
所定角度傾いた角度で反転領域を形成させる、すなわち
Z軸を基板の厚み方向に傾けた基板を用いる技術が知ら
れている(特開平10−161165号公報参照)。こ
の技術では、波長変換部において高効率な波長変換と共
にEOM部での高い消光比との双方を可能としている。
In order to solve this problem, as shown in FIGS. 18 and 19, periodic domain inversion is performed by forming an inversion region at an angle inclined at a predetermined angle along the Z axis. A technique using a substrate inclined in a direction is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-161165). According to this technique, both high-efficiency wavelength conversion in the wavelength conversion unit and a high extinction ratio in the EOM unit are possible.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明した従来のものでは、EOM部と、SHG部とを、同
一の基板上に形成(集積化)するので、EOM部及びS
HG部の双方の性能が同時に良好でかつ十分なものとし
なければならない。すなわち、EOM部及びSHG部の
何れか一方の性能が不充分なものであるときには、素子
全体としての性能が不充分となる。
However, in the conventional device described above, since the EOM portion and the SHG portion are formed (integrated) on the same substrate, the EOM portion and the SHG portion are not formed.
The performance of both HG sections must be simultaneously good and sufficient. That is, when the performance of either the EOM section or the SHG section is insufficient, the performance of the entire device becomes insufficient.

【0017】本発明は、上記事実を考慮して、EOM部
と、SHG部との各々の性能を十分に発揮でき、容易に
高い波長変換効率を得ることができる光波長変換モジュ
ールの作製方法及び光波長変換モジュールを得ることが
目的である。
In view of the above facts, the present invention provides a method of manufacturing an optical wavelength conversion module that can sufficiently exhibit the performance of each of an EOM section and an SHG section and can easily obtain high wavelength conversion efficiency. The purpose is to obtain an optical wavelength conversion module.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光波長変換モジュールの作製方法は、非線形
光学効果を有する強誘電体結晶による光学変調用の基板
に入射光を伝播する少なくとも1本の光導波路を形成
し、前記光導波路に電圧を印加するための電極を前記基
板表面に形成した電気光学変調手段と、非線形光学効果
を有する強誘電体結晶による波長変換用の基板に入射光
を伝播する少なくとも1つの光導波路を形成し、前記光
導波路に基板の自発分極の向きが反転されると共に導波
方向に周期的に形成されたドメイン反転部を形成した光
波長変換手段と、を各々独立して形成する。そして、前
記電気光学変調手段の少なくとも1つの導波路と前記光
波長変換手段の少なくとも1つの導波路とが導波光を伝
播可能となるように、前記電気光学変調手段及び光波長
変換手段を接合する。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing an optical wavelength conversion module according to the present invention is to provide a method for manufacturing an optical wavelength conversion module, comprising: transmitting at least an incident light to a substrate for optical modulation using a ferroelectric crystal having a nonlinear optical effect; One optical waveguide is formed, and an electrode for applying a voltage to the optical waveguide is formed on the substrate surface, and the light is incident on a substrate for wavelength conversion by a ferroelectric crystal having a nonlinear optical effect. An optical wavelength converting means for forming at least one optical waveguide for propagating light, and forming a domain inversion portion in which the direction of spontaneous polarization of the substrate is inverted and the optical waveguide is periodically formed in the waveguide direction; Are independently formed. Then, the electro-optic modulation unit and the optical wavelength conversion unit are joined so that at least one waveguide of the electro-optic modulation unit and at least one waveguide of the optical wavelength conversion unit can propagate guided light. .

【0019】電気光学変調手段の光導波路には光ビーム
が伝播されるが、電極に電流を注入(電圧印加)するこ
とにより、屈折率変化を伴う電気光学効果によって、伝
播される光ビームが変調される。本発明では、電気光学
変調手段が独立して作製できる。従って、電気光学変調
手段における効率のみを考慮して高い性能の電気光学変
調手段を単体で作製できる。
A light beam is propagated through the optical waveguide of the electro-optic modulation means. By injecting a current (applying a voltage) to the electrodes, the propagated light beam is modulated by an electro-optic effect involving a change in refractive index. Is done. In the present invention, the electro-optic modulation means can be independently manufactured. Therefore, only the efficiency of the electro-optic modulator can be considered, and a high-performance electro-optic modulator can be manufactured alone.

【0020】光波長変換手段の光導波路には、基板の自
発分極の向きが反転されかつ導波方向に周期的なドメイ
ン反転部が形成される。これにより、光導波路において
ドメイン反転部の並び方向に導波する基本波を波長変換
できる。本発明では、光波長変換手段を独立して作製で
きる。従って、光波長変換手段における効率のみを考慮
して高い性能の光波長変換手段を単体で作製できる。
In the optical waveguide of the optical wavelength conversion means, a domain inversion portion in which the direction of spontaneous polarization of the substrate is inverted and which is periodic in the waveguide direction is formed. Thereby, the wavelength of the fundamental wave guided in the direction in which the domain inversion portions are arranged in the optical waveguide can be converted. In the present invention, the light wavelength conversion means can be independently manufactured. Therefore, a high-performance optical wavelength converter can be manufactured alone by considering only the efficiency of the optical wavelength converter.

【0021】そして、電気光学変調手段の少なくとも1
つの導波路と光波長変換手段の少なくとも1つの導波路
とが導波光を伝播可能となるように、電気光学変調手段
及び光波長変換手段を接合する。例えば、電気光学変調
手段において変調される光ビームの変調効率が高い1つ
の導波路と、光波長変換手段において波長変換される光
ビームの変換効率が高い1つの導波路とを接合する。こ
れによって、電気光学変調手段及び光波長変換手段の各
々の効率が最大限に引き出された光波長変換モジュール
を作製できる。
Then, at least one of the electro-optic modulation means is provided.
The electro-optic modulator and the optical wavelength converter are joined so that the two waveguides and at least one waveguide of the optical wavelength converter can propagate the guided light. For example, one waveguide having a high modulation efficiency of the light beam modulated by the electro-optic modulation unit and one waveguide having a high conversion efficiency of the light beam whose wavelength is converted by the optical wavelength conversion unit are joined. This makes it possible to manufacture an optical wavelength conversion module in which the efficiency of each of the electro-optic modulator and the optical wavelength converter is maximized.

【0022】前記電気光学変調手段の光導波路には光ビ
ームを入射させる必要があるが、この場合、光ビームを
出射する半導体レーザをさらに備えることで達成でき
る。従って、光波長変換モジュールを作製するときに、
電気光学変調手段の光導波路へ光ビームが入射されるよ
うに半導体レーザを接合すればよい。この接合には、電
気光学変調手段と半導体レーザとを直接接合したり、光
ファイバを介して接合したりすることができる。このよ
うにすることによって、半導体レーザから出射された光
ビームは電気光学変調手段において変調され、この変調
された光ビームを基本波として光波長変換手段において
波長変換できる。
It is necessary to make a light beam incident on the optical waveguide of the electro-optic modulation means. In this case, this can be achieved by further providing a semiconductor laser for emitting the light beam. Therefore, when manufacturing an optical wavelength conversion module,
The semiconductor laser may be joined so that the light beam enters the optical waveguide of the electro-optic modulation means. In this connection, the electro-optic modulation means and the semiconductor laser can be directly bonded, or can be bonded via an optical fiber. In this way, the light beam emitted from the semiconductor laser is modulated by the electro-optic modulator, and the wavelength can be converted by the light wavelength converter using the modulated light beam as a fundamental wave.

【0023】前記した本発明の光波長変換モジュールの
作製方法によって次の光波長変換モジュールを得ること
ができる。具体的には、光波長変換モジュールは、非線
形光学効果を有する強誘電体結晶による光学変調用の基
板と、前記基板に形成されかつ入射光を伝播する少なく
とも1本の光導波路と、前記光導波路に電圧を印加する
ために前記基板表面に形成された電極と、を有する電気
光学変調手段と、非線形光学効果を有する強誘電体結晶
による波長変換用の基板と、前記基板表面に形成された
少なくとも1つの光導波路と、前記光導波路に基板の自
発分極の向きが反転されると共に導波方向に周期的に形
成されたドメイン反転部と、を有する光波長変換手段
と、の各々が接合されている。
The following optical wavelength conversion module can be obtained by the above-described method of manufacturing the optical wavelength conversion module of the present invention. Specifically, the optical wavelength conversion module includes a substrate for optical modulation made of a ferroelectric crystal having a nonlinear optical effect, at least one optical waveguide formed on the substrate and transmitting incident light, An electrode formed on the surface of the substrate to apply a voltage to the substrate, an electro-optic modulator, a substrate for wavelength conversion by a ferroelectric crystal having a nonlinear optical effect, and at least a substrate formed on the surface of the substrate. The optical wavelength conversion means having one optical waveguide and a domain inversion portion in which the direction of the spontaneous polarization of the substrate is inverted in the optical waveguide and formed periodically in the waveguide direction is joined to each other. I have.

【0024】前記光波長変換モジュールでは、前記電気
光学変調手段として、複数本の導波路を用いて方向性光
結合器を構成することができる。方向性光結合器を構成
することによって、前記電極に電流を注入(電圧印加)
することにより、屈折率変化を伴う電気光学効果によっ
て、伝播される光ビームが複数本の導波路のいずれかへ
乗り移るその量を制御することができる。なお、その量
の制御をオン/オフとすることによって、スイッチとし
て機能させることができる。
In the light wavelength conversion module, a directional optical coupler can be formed using a plurality of waveguides as the electro-optic modulation means. A current is injected (voltage applied) to the electrodes by forming a directional optical coupler
By doing so, it is possible to control the amount by which the propagated light beam transfers to any one of the plurality of waveguides due to the electro-optic effect accompanied by the change in the refractive index. By turning on / off the control of the amount, the switch can function as a switch.

【0025】なお、前記方向性光結合器の構成に限定さ
れるものではなく、前記光波長変換モジュールでは、電
気光学変調手段をマッハツェンダー型の変調器やスイッ
チ、TE−TMモード変換型の変調器やスイッチとして
機能するように構成してもよい。
The configuration of the directional optical coupler is not limited. In the optical wavelength conversion module, the electro-optic modulation means includes a Mach-Zehnder type modulator or switch, a TE-TM mode conversion type modulator, or the like. It may be configured to function as a container or a switch.

【0026】前記光波長変換モジュールでは、前記光波
長変換手段の光導波路は、前記基板表面に沿って延びる
ように形成されかつ該基板に対して平行な偏光成分を有
することができる。このようにすることによって、光波
長変換手段を伝播する光ビームは基板に対して平行な偏
光成分となり、TEモードの光ビームのみを効率的に伝
播することができる。従って,電気光学変調手段をTE
−TMモード変換型の変調器やスイッチとして機能する
ように構成した場合、より効率的に伝播する導波光を制
御することが可能となる。
In the light wavelength conversion module, the light waveguide of the light wavelength conversion means may be formed so as to extend along the surface of the substrate and have a polarization component parallel to the substrate. By doing so, the light beam propagating through the light wavelength conversion means becomes a polarization component parallel to the substrate, and only the TE mode light beam can be efficiently propagated. Therefore, the electro-optic modulation means is changed to TE
-When configured to function as a modulator or switch of the TM mode conversion type, it is possible to more efficiently control the guided light propagating.

【0027】また、前記光波長変換モジュールでは、前
記基板の少なくとも一方は、表面と強誘電体結晶の自発
分極とのなす角度θが所定角度範囲内(0°<θ<20
°)となるようにカットされた強誘電体結晶基板を用い
ることができる。
In the optical wavelength conversion module, at least one of the substrates has an angle θ between the surface and the spontaneous polarization of the ferroelectric crystal within a predetermined angle range (0 ° <θ <20).
°) can be used.

【0028】この場合、前記角度θは、0.2°を超え
ることが好ましい。
In this case, it is preferable that the angle θ exceeds 0.2 °.

【0029】また、前記光波長変換モジュールでは、前
記光導波路は、プロトン交換及びアニールにより形成さ
れかつ、前記角度θは、0.5°を超えるように作製す
ることができる。
Further, in the optical wavelength conversion module, the optical waveguide is formed by proton exchange and annealing, and the angle θ can be manufactured so as to exceed 0.5 °.

【0030】本発明の光波長変換モジュールにおいて、
前記基板の自発分極の向きは、基本波の導波方向に垂直
な面内において該基板の前記表面に対して所定の角度θ
をなして形成することができる。また、この角度θは、
0.2°を超えるように設定することが好ましく、ま
た、前記光導波路をプロトン交換及びアニールにより形
成した場合には角度θは、0.5°を超えるように設定
することが好ましい。
In the optical wavelength conversion module of the present invention,
The direction of the spontaneous polarization of the substrate is a predetermined angle θ with respect to the surface of the substrate in a plane perpendicular to the waveguide direction of the fundamental wave.
Can be formed. This angle θ is
Preferably, the angle θ is set to exceed 0.2 °, and when the optical waveguide is formed by proton exchange and annealing, the angle θ is preferably set to exceed 0.5 °.

【0031】このように、基板の表面に対して所定角度
θをなして形成することにより、基板の自発分極の向き
すなわちZ軸方向が、基板表面に対して垂直ではないの
で、半導体レーザから出射したレーザビームをその直線
偏光方向が基板表面と平行となる状態で光導波路に入射
させても、非線形光学定数d33が利用されて波長変換が
可能となる。
As described above, by forming the substrate at a predetermined angle θ with respect to the substrate surface, the direction of spontaneous polarization of the substrate, that is, the Z-axis direction is not perpendicular to the substrate surface. be caused to enter the optical waveguide at the laser beam state that linearly polarized light direction is parallel to the substrate surface, the nonlinear optical constant d 33 becomes possible to use has been wavelength conversion.

【0032】また、プロトン交換およびその後のアニー
ルによって形成された光導波路において光ビームがTE
シングルモードで導波するのは、Z軸と基板表面とがな
す角度φが0°<φ<20°の場合であることが分かっ
ている。従って、光導波路がプロトン交換およびアニー
ルにより形成されたものである場合は、角度θをθ<2
0°の範囲に設定すると、波長変換が効率良くなされる
ようになる。
In the optical waveguide formed by proton exchange and subsequent annealing, the light beam
It is known that the waveguide in the single mode occurs when the angle φ between the Z axis and the substrate surface is 0 ° <φ <20 °. Therefore, when the optical waveguide is formed by proton exchange and annealing, the angle θ is set to θ <2.
When the angle is set in the range of 0 °, the wavelength conversion is efficiently performed.

【0033】一方、最大の波長変換効率が得られる最適
なデューティ比を持つ(つまりドメイン反転部と非反転
部の幅の比が1:1である)ドメイン反転構造を形成し
た場合、角度θが数度以内であれば概ね50μmとなる
ことが分かった。また一般に、導波モードの界分布は最
も細くすると1.2μm程度にすることができる。従っ
て、θ=0.2°とすればドメイン反転部の深さが1.2
μmとなり、ドメイン反転部がその深さ方向において導
波モードの界分布とほぼ同サイズとなる。したがって、
0.2°<θとすれば、ドメイン反転部が導波モードの
界分布と重なって余りあるものとなり、波長変換が効率
良くなされるようになる。
On the other hand, when a domain inversion structure having an optimum duty ratio for obtaining the maximum wavelength conversion efficiency (that is, the width ratio between the domain inversion portion and the non-inversion portion is 1: 1) is formed, the angle θ becomes It was found that if it was within several degrees, it would be approximately 50 μm. In general, the field distribution of the guided mode can be reduced to about 1.2 μm when it is made the narrowest. Therefore, if θ = 0.2 °, the depth of the domain inversion portion is 1.2.
μm, and the domain inversion portion has substantially the same size as the field distribution of the guided mode in the depth direction. Therefore,
If 0.2 ° <θ, the domain inversion portion overlaps with the field distribution of the waveguide mode and becomes excessive, so that the wavelength conversion is efficiently performed.

【0034】また、前記光波長変換モジュールでは、光
ビームを出射する半導体レーザをさらに備え、前記電気
光学変調手段の光導波路へ光ビームが入射されるように
前記電気光学変調手段に前記半導体レーザをさらに直接
接合または光ファイバを介して接合することができる。
The light wavelength conversion module further includes a semiconductor laser for emitting a light beam, and the semiconductor laser is applied to the electro-optic modulation means so that the light beam is incident on the optical waveguide of the electro-optic modulation means. Further, they can be directly bonded or bonded via an optical fiber.

【0035】従って、光波長変換モジュールによって、
半導体レーザから出射された光ビームは電気光学変調手
段において変調され、この変調された光ビームを基本波
として光波長変換手段において波長変換できる。
Therefore, by the optical wavelength conversion module,
The light beam emitted from the semiconductor laser is modulated by the electro-optic modulator, and the wavelength can be converted by the light wavelength converter using the modulated light beam as a fundamental wave.

【0036】なお、電気光学変調手段と半導体レーザと
を、光ファイバを介して結合した場合、光ファイバのコ
ア径を光伝播方向に沿って除々に変化させたり、光ファ
イバのコアの形状を光伝播方向に沿って除々に変化させ
たりすることができる。このようにすることによって、
電気光学変調手段と半導体レーザとの双方の入射瞳に合
致した大きさの光ビームを提供することができる。
When the electro-optic modulator and the semiconductor laser are coupled via an optical fiber, the core diameter of the optical fiber is gradually changed along the light propagation direction, or the shape of the optical fiber core is changed. Or gradually along the direction of propagation. By doing this,
It is possible to provide a light beam whose size matches the entrance pupils of both the electro-optic modulation means and the semiconductor laser.

【0037】また、光ファイバのコアの形状を楕円とす
ることもできる。このようにすることによって、導波路
の形状に対する光ファイバの形状一致度を増大させるこ
とができる。
Also, the shape of the core of the optical fiber can be elliptical. By doing so, the degree of conformity of the optical fiber with the shape of the waveguide can be increased.

【0038】また、前記光波長変換モジュールでは、発
振波長が調整可能である前記半導体レーザを用いること
ができる。
Further, in the optical wavelength conversion module, the semiconductor laser whose oscillation wavelength can be adjusted can be used.

【0039】すなわち、前記半導体レーザは、光ビーム
の発振波長の調整機構を備えた分布ブラッグ型DBR
(Distributed Bragg Reflector)や分布帰還型DFB
(distributed feedback)の半導体レーザを用いること
ができる。このように、光ビームの発振波長を調整可能
な構造とすることにより、光波長変換素子の位相整合波
長に、半導体レーザの発振波長を容易に調整することが
できる。これによって、光波長変換手段の効率が最大と
なる波長に調整することができ、出力光量を最大にする
ことができる。
That is, the semiconductor laser is a distributed Bragg DBR having a mechanism for adjusting the oscillation wavelength of a light beam.
(Distributed Bragg Reflector) and distributed feedback DFB
(Distributed feedback) semiconductor lasers can be used. As described above, by employing a structure capable of adjusting the oscillation wavelength of the light beam, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be easily adjusted to the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element. This makes it possible to adjust the wavelength so that the efficiency of the light wavelength conversion unit is maximized, and to maximize the output light amount.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。 〔第1実施の形態〕図1には、本実施形態にかかる光波
長変換モジュールの斜視形状を示した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 shows a perspective view of an optical wavelength conversion module according to the present embodiment.

【0041】図1(A)に示すように、本実施の形態の
光波長変換モジュール30は、まず、電極を備えた電気
光学変調器(以下、EOM素子という)34と、周期ド
メイン反転構造が形成された第2高調波発生器である光
波長変換器(以下、SHG素子という)36の各々のデ
バイスを個別に作製する。その後に、図1(B)に示す
ように、半導体レーザ(以下、LD素子という)32、
EOM素子34及びSHG素子36を直接結合により、
光結合を行って、所望の機能を有する一体の光波長変換
モジュール30を得ている。
As shown in FIG. 1A, an optical wavelength conversion module 30 according to the present embodiment has an electro-optic modulator (hereinafter, referred to as an EOM element) 34 having electrodes and a periodic domain inversion structure. Each device of the formed optical wavelength converter (hereinafter, referred to as SHG element) 36 as the second harmonic generator is individually manufactured. Thereafter, as shown in FIG. 1B, a semiconductor laser (hereinafter, referred to as an LD element) 32,
By directly connecting the EOM element 34 and the SHG element 36,
By performing optical coupling, an integrated optical wavelength conversion module 30 having a desired function is obtained.

【0042】LD素子32は、光ビームとしてのレーザ
ビームを出射するためのものであり、波長チューニング
機構を有したLD素子を用いても良い。波長チューニン
グ機構を有したLD素子として、発振波長をチューニン
グするために、分布ブラッグ型DBR(Distributed Br
agg Reflector)を用いることができる。他例として、
分布帰還型DFB(distributed feedback)を用いるこ
とができる。この場合、LD素子の発振波長は、チュー
ニング可能となりSHG素子36の位相整合波長にLD
素子の発振波長が一致するようにロックすることができ
る。
The LD element 32 is for emitting a laser beam as a light beam, and an LD element having a wavelength tuning mechanism may be used. As an LD device having a wavelength tuning mechanism, a distributed Bragg DBR (Distributed Br
agg Reflector). As another example,
A distributed feedback DFB (distributed feedback) can be used. In this case, the oscillation wavelength of the LD element can be tuned and the phase matching wavelength of the SHG element
Locking can be performed so that the oscillation wavelengths of the elements match.

【0043】EOM素子34は、導波路を伝播する導波
光を変調するためのものであり、本実施の形態では、方
向性光結合器によって導波光を変調する。例えば特開平
10−161165号等にも詳細が記載されているが、
電気光学効果を有する2本の光導波路に近接した電極に
電圧を印加することにより、2本の導波路間を切り替え
たり、中間の電圧をとることにより中間レベルの光強度
になるように、導波光を変調する。
The EOM element 34 modulates the guided light propagating through the waveguide, and in the present embodiment, modulates the guided light with a directional optical coupler. For example, the details are also described in JP-A-10-161165 and the like,
By applying a voltage to the electrodes adjacent to the two optical waveguides having the electro-optic effect, switching between the two waveguides is performed, or by applying an intermediate voltage, the light is guided to an intermediate level of light intensity. Modulates wave light.

【0044】このEOM素子34は、特開平7−146
457号公報に記載の技術によるセルフアライメント法
によりプロトン交換アニール導波路と電極を作製し、更
に、特開平10−133237号公報に記載の技術によ
り電極にメッキ処理を行い、電気抵抗を下げ、変調速度
を上げ作製することが好ましい。また、本実施の形態で
は、EOM素子34の基板にはオフカット基板MgOド
ープLiNbO3を用いている。
The EOM element 34 is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-146.
A proton exchange annealing waveguide and an electrode are manufactured by a self-alignment method according to the technology described in Japanese Patent No. 457, and the electrode is plated by a technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-133237 to reduce the electric resistance and modulate. It is preferable to increase the production speed. In the present embodiment, the substrate of the EOM element 34 is an off-cut substrate MgO-doped LiNbO 3 .

【0045】SHG素子36は、入射されたレーザビー
ムの波長を基本波として第2高調波のレーザビームを出
射するものである。SHG素子36は、例えばMgOが
5mol%ドープされたLiNbO3(以下、MgO−
LNと称する)の結晶基板上に例えばプロトン交換によ
り形成された光導波路と、周期ドメイン反転部とを有し
ている(詳細は後述)。周期ドメイン反転部は、SHG
素子(第2高調波発生器)を構成しており、MgO−L
N基板の自発分極(ドメイン)が反転したドメイン反転
部が所定周期で繰り返してなる周期ドメイン反転構造を
有するものである。
The SHG element 36 emits a second harmonic laser beam using the wavelength of the incident laser beam as a fundamental wave. The SHG element 36 is made of, for example, LiNbO 3 doped with 5 mol% of MgO (hereinafter, MgO—
It has an optical waveguide formed by, for example, proton exchange on a crystal substrate of LN) and a periodic domain inversion section (details will be described later). The periodic domain inversion unit is SHG
Element (second harmonic generator), MgO-L
It has a periodic domain inversion structure in which domain inversion portions where the spontaneous polarization (domain) of the N substrate is inverted are repeated at a predetermined cycle.

【0046】本実施の形態では、このSHG素子36と
して、偏光面が水平に対して若干傾いているオフカット
基板(詳細は後述)により作製する。このオフカット基
板は、特開平9−218431号公報に示した方法によ
って作製することができる。
In this embodiment, the SHG element 36 is made of an off-cut substrate (the details of which will be described later) whose polarization plane is slightly inclined with respect to the horizontal. This off-cut substrate can be manufactured by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-218431.

【0047】上記のLD素子32は、EOM素子34の
光導波路の一方の端面部分において基板同士が直接結合
される。また、EOM素子34の光導波路の他方の端面
部分は、SHG素子36の光導波路42の端面部分にお
いて基板同士が直接結合される。
In the LD element 32, the substrates are directly coupled to each other at one end face of the optical waveguide of the EOM element 34. Further, the other end face portion of the optical waveguide of the EOM element 34 is directly coupled to the substrate at the end face portion of the optical waveguide 42 of the SHG element 36.

【0048】また、本実施の形態では、EOM素子34
とSHG素子36の入出力端には反射防止コート(AR
コート)が施してある。これにより、端面での反射によ
る損失を抑制することができる。
In the present embodiment, the EOM element 34
And an input / output end of the SHG element 36 have an anti-reflection coat (AR
Coat). Thereby, loss due to reflection at the end face can be suppressed.

【0049】なお、TEモード導波型のEOM素子3
4、SHG素子36、及び波長チューニング機構を有す
るLD素子32とを直接結合すれば、各々の素子が同一
のTEモード導波となり、光学調整・固定が容易とな
る。さらに、LDが波長ロックしさらに波長チューニン
グ可能な構造(例えば、分布ブラッグ型DBR:Distri
buted Bragg Reflector、分布帰還型DBR:distribut
ed feedback)を有することにより、SHG素子36の
位相整合波長に発振波長を調整することができる。この
ため、SHG効率が最大となるように、LD素子を調整
でき、出力光量を最大にすることができる。
The TE mode waveguide type EOM element 3
4. If the SHG element 36 and the LD element 32 having the wavelength tuning mechanism are directly coupled, each element becomes the same TE mode waveguide, and the optical adjustment and fixing becomes easy. Further, a structure in which the LD is wavelength locked and the wavelength can be tuned (for example, a distributed Bragg DBR:
buted Bragg Reflector, distributed feedback DBR: distribute
With ed feedback), the oscillation wavelength can be adjusted to the phase matching wavelength of the SHG element 36. Therefore, the LD element can be adjusted so that the SHG efficiency is maximized, and the output light amount can be maximized.

【0050】次に、上記構成の光波長変換モジュールの
個別の作成方法を説明する。
Next, a method for individually manufacturing the optical wavelength conversion module having the above configuration will be described.

【0051】まず、LD素子32単体の作製方法を説明
する。
First, a method for manufacturing the LD element 32 alone will be described.

【0052】図2に示すように、LD素子32は、例え
ば、MOCVD結晶装置を用いて、GaAs基板40上
に、グラッド層(図示省略)、レーザ発光が行われる活
性層42、グラッド層(図示省略)、キャップ層44、
電極46,48と順に積層し、形成する。本実施の形態
のLD素子32は、波長チューニング機構を有してお
り、電極46側がレーザ発光のための電流注入部47と
して機能し、電極48側が発振波長を調整するための波
長チューニング部49として機能するように構成され
る。波長チューニング部49には発振波長をロックし、
チューニングするためのグレーティング50が活性層4
2の近傍に形成されている。レーザ発光用の電極46に
は、レーザ発振のための電流Ilaserを注入する。これ
により、LD素子32が発振する。波長チューニング用
の電極48には、レーザ発振以下の電流Ituneを注入す
る。これにより、素子の屈折率のみを変化させて、グレ
ーティング42でのブラッグ波長を変化させることがで
きる。なお、LD素子32は、これ以外に、より連続的
に波長チューニング可能な位相制御用電極をさらに備え
た3電極タイプのものを用いることができる。
As shown in FIG. 2, the LD element 32 is formed, for example, by using a MOCVD crystal apparatus, on a GaAs substrate 40, on a ladder layer (not shown), an active layer 42 for emitting laser light, and a ladder layer (not shown). Omitted), cap layer 44,
The electrodes 46 and 48 are sequentially laminated and formed. The LD element 32 of the present embodiment has a wavelength tuning mechanism. The electrode 46 functions as a current injection unit 47 for laser emission, and the electrode 48 functions as a wavelength tuning unit 49 for adjusting the oscillation wavelength. Configured to work. The oscillation wavelength is locked to the wavelength tuning unit 49,
The grating 50 for tuning is the active layer 4
2 is formed in the vicinity. A current I laser for laser oscillation is injected into the electrode 46 for laser emission. Thereby, the LD element 32 oscillates. A current Itune equal to or less than laser oscillation is injected into the wavelength tuning electrode 48. Thus, the Bragg wavelength at the grating 42 can be changed by changing only the refractive index of the element. In addition, as the LD element 32, a three-electrode type that further includes a phase control electrode capable of tuning the wavelength more continuously can be used.

【0053】次に、EOM素子34及びSHG素子36
の作製方法を説明する。EOM素子34及びSHG素子
36は、例えばMgOが5mol%ドープされたLiN
bO 3(以下、MgO−LNと称する)の結晶基板上に
例えばプロトン交換により形成された光導波路を有す
る。また、EOM素子34単体の作製方法の詳細として
は、特開平7−146457号公報に記載の技術や特開
平10−133237号公報に記載の技術を用いること
ができる。
Next, the EOM element 34 and the SHG element 36
A method for manufacturing the device will be described. EOM element 34 and SHG element
36 is, for example, LiN doped with 5 mol% of MgO.
bO Three(Hereinafter referred to as MgO-LN) on a crystal substrate
For example, having an optical waveguide formed by proton exchange
You. Also, as details of the method of manufacturing the EOM element 34 alone,
Are described in Japanese Patent Application Laid-Open No.
Using the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-133237.
Can be.

【0054】本実施の形態によるEOM素子34は、例
えばLiNbO3結晶のオフカット基板(詳細は後述)
からなる基板の表面部分に方向性光結合器を構成する2
本のチャンネル光導波路がY方向に設けられ、これらチ
ャンネル光導波路の相近接して平行に延びている部分の
各左右側部に電極が形成されてなるものである。電極は
駆動回路に接続され、各チャンネル光導波路に所定の電
圧を印加するために使用される。
The EOM element 34 according to the present embodiment is, for example, an off-cut substrate of LiNbO 3 crystal (details will be described later).
Forming a directional optical coupler on the surface of a substrate made of
The channel optical waveguides are provided in the Y direction, and electrodes are formed on the right and left sides of portions of these channel optical waveguides that extend in close proximity to each other and in parallel. The electrodes are connected to a driving circuit and used to apply a predetermined voltage to each channel optical waveguide.

【0055】このEOM素子34の作製方法の一例を図
3及び図4を参照して説明する。図3はEOM素子34
の作製処理の流れを示すものであり、図4は基板の平面
形状の推移を示している。なお、図3(1)〜図3
(8)はそれぞれ、図4におけるA−A線に沿った部分
の立断面形状を示している。
An example of a method for manufacturing the EOM element 34 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the EOM element 34.
FIG. 4 shows the transition of the planar shape of the substrate. 3 (1) to FIG.
(8) respectively show the vertical sectional shapes of the portions along the line AA in FIG.

【0056】まず、基板10上に、公知のリソグラフィ
法により、チャンネル光導波路11の形状のレジストパ
ターン20を形成した後(図3(1)及び図4(1)参
照)、スパッタによりTa膜21、Au膜22、Ta膜
23をこの順に成膜する(図3(2)参照)。次に、基
板10をアセトンに浸漬し、超音波洗浄して、リフトオ
フ除去する(図3(3)及び図4(2)参照)。次に、
150°C〜200°Cに加熱したピロリン酸中に基板
10を所定時間浸漬し、それにより基板10の露出部分
をプロトン交換して、基板10の表面部分にチャンネル
光導波路11を形成する(図3(4)参照)。
First, after a resist pattern 20 having the shape of the channel optical waveguide 11 is formed on the substrate 10 by a known lithography method (see FIGS. 3A and 4A), a Ta film 21 is formed by sputtering. , An Au film 22 and a Ta film 23 are formed in this order (see FIG. 3B). Next, the substrate 10 is immersed in acetone, ultrasonically cleaned, and lift-off removed (see FIGS. 3 (3) and 4 (2)). next,
The substrate 10 is immersed in pyrophosphoric acid heated to 150 ° C. to 200 ° C. for a predetermined time, thereby proton-exposing the exposed portion of the substrate 10 to form the channel optical waveguide 11 on the surface portion of the substrate 10 (FIG. 3 (4)).

【0057】次に、図3(5)に示すように、洗浄後、
340°C〜400°Cで所定時間熱処理した後、フッ
硝酸(1:2)により表面のTa膜23をエッチング除
去した後、中央の電極とパッド電極を接続する配線を形
成するため、この配線部分が開口したレジストパターン
をリソグラフィ法により形成する。次いでAu/Crを
低抵抗加熱真空蒸着し、上記レジストパターンをリフト
オフ除去すると、図4(3)に示すようにAu/Crか
らなる接続配線25が形成される。
Next, as shown in FIG.
After a heat treatment at 340 ° C. to 400 ° C. for a predetermined time, the Ta film 23 on the surface is removed by etching with hydrofluoric nitric acid (1: 2), and then this wiring is formed to form a wiring connecting the central electrode and the pad electrode. A resist pattern having an opening is formed by a lithography method. Then, Au / Cr is vacuum-deposited with low resistance heating, and the resist pattern is lifted off to form a connection wiring 25 made of Au / Cr as shown in FIG.

【0058】次に、図3(6)に示すように、次に基板
上にネガ型のフォトレジスト26を塗布し、電極12、
13、14およびパッド電極16(図4の(6)参照)
の周縁形状に合わせた形状のフォトマスクを配して基板
表側から露光し、該フォトマスクに隠されていない部分
のフォトレジスト26を感光させる。その後Ta膜21
およびAu膜22をマスクとして作用させて基板裏側か
ら露光し、チャンネル光導波路11の直上部分のフォト
レジスト26を感光させる(接続配線25の部分は感光
しない)。次いで現像を行なうと、フォトレジスト26
の感光した部分のみが残ってなるレジストパターンが形
成される(図4(4)参照)。
Next, as shown in FIG. 3 (6), a negative photoresist 26 is applied on the substrate,
13, 14 and pad electrode 16 (see (6) in FIG. 4)
A photomask having a shape conforming to the peripheral shape of the substrate is arranged and exposed from the front side of the substrate to expose a portion of the photoresist 26 that is not hidden by the photomask. After that, the Ta film 21
Then, exposure is performed from the back side of the substrate by using the Au film 22 as a mask to expose the photoresist 26 immediately above the channel optical waveguide 11 (the portion of the connection wiring 25 is not exposed). Next, when development is performed, the photoresist 26 is removed.
A resist pattern including only the exposed portions is formed (see FIG. 4 (4)).

【0059】次に、図3(7)に示すように、上記フォ
トレジスト26のパターンをマスクとして電解メッキに
よりAu27を例えば1〜4μmの厚さにメッキした
後、図3(8)に示すように、プラズマアッシャーまた
はレジスト剥離液によりフォトレジスト26のパターン
を除去し(図4の(5)参照)、また上記図3(7)に
示すメッキされたAu27をマスクとして、Au膜22
およびTa膜21をエッチング除去する。以上の処理に
より、それぞれTa膜21、Au膜22、および厚いA
u27の積層体からなる電極12、13、14並びにパ
ッド電極16が形成される(図4(6)参照)。また接
続配線25も、Au27でメッキされて厚いものとな
る。
Next, as shown in FIG. 3 (7), after Au 27 is plated to a thickness of, for example, 1 to 4 μm by electrolytic plating using the pattern of the photoresist 26 as a mask, as shown in FIG. 3 (8). Next, the pattern of the photoresist 26 is removed by a plasma asher or a resist stripper (see (5) of FIG. 4), and the Au film 22 shown in FIG.
And the Ta film 21 is removed by etching. By the above processing, the Ta film 21, the Au film 22, and the thick A
The electrodes 12, 13, 14 and the pad electrode 16 made of the u27 laminate are formed (see FIG. 4 (6)). The connection wiring 25 is also plated with Au 27 and becomes thick.

【0060】このようにして形成された電極12、1
3、14並びにパッド電極16は、Ta膜21およびA
u膜22の上に厚いAu27をメッキしてなるものであ
るから抵抗が低く、従って、例えば数百MHz以上の高
い周波数でチャンネル光導波路11に電圧印加すること
も可能となり、光導波路素子の高速駆動が実現される。
The electrodes 12, 1 formed as described above
3, 14 and the pad electrode 16 are made of the Ta film 21 and A
Since the Au film 22 is formed by plating a thick Au 27 on the u film 22, the resistance is low. Therefore, it is possible to apply a voltage to the channel optical waveguide 11 at a high frequency of, for example, several hundred MHz or more. Driving is realized.

【0061】本実施の形態では、Au27をメッキして
からTa膜21およびAu膜22を所定形状に加工して
いるが、Ta膜21およびAu膜22を所定形状に加工
してからAu27をメッキすることも可能である。
In this embodiment, the Ta film 21 and the Au film 22 are processed into a predetermined shape after the Au 27 is plated. However, the Au 27 is plated after the Ta film 21 and the Au film 22 are processed into a predetermined shape. It is also possible.

【0062】次に、SHG素子36単体の作製方法を説
明する。
Next, a method of manufacturing the SHG element 36 alone will be described.

【0063】本実施形態のSHG素子36は、非線形光
学効果を有する強誘電体結晶基板に、その表面に沿って
延びる光導波路が形成されると共に、この光導波路に基
板の自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期
的に形成されてなり、該光導波路においてドメイン反転
部の並び方向に導波する基本波を波長変換するものであ
り、基本波の導波方向に垂直な面内において、基板の自
発分極の向きが該基板の上記一表面に対して、角度θ
(0°<θ<20°)をなして形成することができる。
In the SHG element 36 of this embodiment, an optical waveguide extending along the surface of a ferroelectric crystal substrate having a non-linear optical effect is formed, and the direction of spontaneous polarization of the substrate is reversed in the optical waveguide. The domain inversion portion is periodically formed, and in the optical waveguide, a wavelength of a fundamental wave guided in a direction in which the domain inversion portions are arranged is converted, and in a plane perpendicular to the waveguide direction of the fundamental wave. The direction of the spontaneous polarization of the substrate is an angle θ with respect to the one surface of the substrate.
(0 ° <θ <20 °).

【0064】本発明に好適に用いられる強誘電体結晶基
板としては、何もドープされていないLiNbX Ta
1-X 3(0≦x≦1)や、MgOがドープされたLi
NbO3 基板が挙げられるが、これに限定されるもので
はなく、ZnがドープされたLiNbX Ta1-X 3
板や、Sc、MgOがドープされたLiNbX Ta1-X
3 基板や、KTiOPO4、KNbO3等のその他の材
料からなる基板を用いることも可能である。上記のMg
OがドープされたLiNbO3基板は、光損傷に強いの
で、ノンドープのLiNbX Ta1-X 3 基板等よりも
好ましい。なお、本実施の形態では、SHG素子36の
基板にはオフカット基板MgOドープLiNbO3を用
いている。
The ferroelectric crystal group suitably used in the present invention
As a plate, LiNb which is not dopedXTa
1-XOThree(0 ≦ x ≦ 1) or Li doped with MgO
NbOThree Substrates include, but are not limited to
No, LiNb doped with ZnXTa1-XOThreeBase
Plate, LiNb doped with Sc, MgOXTa1-X
OThreeSubstrate, KTiOPOFour, KNbOThreeOther materials such as
It is also possible to use a substrate made of a material. Mg above
O-doped LiNbOThreeThe substrate is resistant to light damage
And non-doped LiNbXTa1-XOThreeThan substrate
preferable. In the present embodiment, the SHG element 36
The substrate is an off-cut substrate MgO-doped LiNbOThreeFor
Have been.

【0065】このような構成を有するSHG素子36で
は、図5に示すように基板2の自発分極の向きすなわち
Z軸方向が、基板表面2aに対して垂直ではないので、
例えばLD素子32やEOM素子34から出射したレー
ザビームをその直線偏光方向(矢印Q方向)が基板表面
2aと平行となる状態で光導波路1に入射させても、非
線形光学定数d33が利用されて波長変換が可能となる。
なお、この場合、レーザビーム4の電界ベクトルの向き
は基板表面2aと平行な向きとなり、レーザビーム4は
光導波路1をTEモードで導波する。そのときの実効的
な非線形光学定数はd33cosθとなる。
In the SHG element 36 having such a configuration, the direction of spontaneous polarization of the substrate 2, that is, the Z-axis direction is not perpendicular to the substrate surface 2a as shown in FIG.
For example be caused to enter the optical waveguide 1 in a state where a laser beam emitted from the LD element 32 and EOM element 34 that linearly polarized light the direction (arrow Q direction) is parallel to the substrate surface 2a, the nonlinear optical constant d 33 is utilized Wavelength conversion becomes possible.
In this case, the direction of the electric field vector of the laser beam 4 is parallel to the substrate surface 2a, and the laser beam 4 guides the optical waveguide 1 in the TE mode. The effective nonlinear optical constant at that time is d 33 cos θ.

【0066】上記のように、レーザビーム4をその直線
偏光方向が基板表面2aと平行となる状態で光導波路1
に入射させるのであれば、直線偏光方向を回転させるた
めのλ/2板等は不要で基本波入射光学系は簡単なもの
となり、LD素子32を光導波路1の端面に直接結合す
ることも可能となる。また、レーザビーム4をこのよう
にして光導波路1に入射させる場合は、レーザビーム4
の光導波路1への入力効率も高くなる。
As described above, the laser beam 4 is applied to the optical waveguide 1 with its linear polarization direction being parallel to the substrate surface 2a.
In this case, a λ / 2 plate or the like for rotating the direction of linearly polarized light is not required, and the fundamental wave incident optical system becomes simple, and the LD element 32 can be directly coupled to the end face of the optical waveguide 1. Becomes When the laser beam 4 is made to enter the optical waveguide 1 in this manner, the laser beam 4
Input efficiency to the optical waveguide 1 is also increased.

【0067】そして、基板2の自発分極の向きすなわち
Z軸方向が基板表面2aに対して角度θをなしていると
き、図6に示すようにドメイン反転部8の深さdは基本
的にd=L・tanθであるが、ドメイン反転領域の広
がり1μmを考慮すれば、 d=L・tanθ+1μm ……(1) となる。ここで、Lの値は、ドメイン反転させるために
電場を印加する手段(図6では、一例として櫛形電極E
uと平板電極Edを示した)の大きさによって直接的に
定まるものではなく、θの値が大きくなるにつれて増大
する傾向を示す。なお、θ=0°としてドメイン反転部
8を形成すると、Lが最小となり、図15の例ではθ=
90°としてドメイン反転部8を形成するためLが最大
(つまり電場印加用電極に対向する部分全域でドメイン
反転が起きる)となる。
When the direction of spontaneous polarization of the substrate 2, that is, the Z-axis direction is at an angle θ with respect to the substrate surface 2 a, the depth d of the domain inversion section 8 is basically d as shown in FIG. = L · tan θ, but considering the spread of the domain inversion region of 1 μm, d = L · tan θ + 1 μm (1) Here, the value of L is a means for applying an electric field for domain inversion (in FIG. 6, as an example, the comb-shaped electrode E
u and the plate electrode Ed) are not directly determined by the size of the electrode, but tend to increase as the value of θ increases. When the domain inversion unit 8 is formed with θ = 0 °, L becomes minimum, and in the example of FIG.
Since the domain inversion portion 8 is formed at 90 °, L becomes maximum (that is, domain inversion occurs in the entire area facing the electric field application electrode).

【0068】そこで、角度θをある程度大きく設定する
ことにより、ドメイン反転部8の深さdを十分に大きく
することができる。このようにしてドメイン反転部8を
十分に深くすることができれば、ドメイン反転部8と導
波光との重なり積分が大きくなり、高い波長変換効率が
得られるようになる。
Therefore, by setting the angle θ to be somewhat large, the depth d of the domain inversion portion 8 can be made sufficiently large. If the domain inversion section 8 can be made sufficiently deep in this way, the overlap integral between the domain inversion section 8 and the guided light increases, and high wavelength conversion efficiency can be obtained.

【0069】ところで、プロトン交換光導波路において
光ビームがTEシングルモードで導波するのは、Z軸と
基板表面とがなす角度φが0°<φ<70°の場合であ
ると考えられている(例えばJournal of Optical Commu
nications 5(1984)1.pp16〜19参照)。本発
明では、この角度φがすなわち角度θであるから、光導
波路がプロトン交換により形成されたものである場合
は、角度θをθ<70°の範囲に設定すると、波長変換
が効率良くなされるようになる。
It is considered that the light beam is guided in the TE single mode in the proton exchange optical waveguide when the angle φ between the Z axis and the substrate surface is 0 ° <φ <70 °. (For example, Journal of Optical Commu
nications 5 (1984) 1.pp. 16-19). In the present invention, since the angle φ is the angle θ, when the optical waveguide is formed by proton exchange, if the angle θ is set in the range of θ <70 °, the wavelength conversion is efficiently performed. Become like

【0070】また、プロトン交換およびその後のアニー
ルによって形成された光導波路において光ビームがTE
シングルモードで導波するのは、Z軸と基板表面とがな
す角度φが0°<φ<20°の場合であることが分かっ
ている。従って、光導波路がプロトン交換およびアニー
ルにより形成されたものである場合は、角度θをθ<2
0°の範囲に設定すると、波長変換が効率良くなされる
ようになる。
In the optical waveguide formed by proton exchange and subsequent annealing, the light beam
It is known that the waveguide in the single mode occurs when the angle φ between the Z axis and the substrate surface is 0 ° <φ <20 °. Therefore, when the optical waveguide is formed by proton exchange and annealing, the angle θ is set to θ <2.
When the angle is set in the range of 0 °, the wavelength conversion is efficiently performed.

【0071】一方、最大の波長変換効率が得られる最適
なデューティ比を持つ(つまりドメイン反転部と非反転
部の幅の比が1:1である)ドメイン反転構造を形成し
た場合、図6に示したL寸法は、θが数度以内であれば
概ね50μmとなることが分かった。また一般に、導波
モードの界分布は最も細くすると1.2 μm程度にす
ることができる。したがって前述の(1)式より、θ=
0.2°とすればドメイン反転部の深さd=1.2μmと
なり、ドメイン反転部がその深さ方向において導波モー
ドの界分布とほぼ同サイズとなる。したがって、0.2
°<θとすれば、ドメイン反転部が導波モードの界分布
と重なって余りあるものとなり、波長変換が効率良くな
されるようになる。
On the other hand, when a domain inversion structure having an optimum duty ratio for obtaining the maximum wavelength conversion efficiency (that is, the width ratio between the domain inversion portion and the non-inversion portion is 1: 1) is formed, FIG. It was found that the indicated L dimension was approximately 50 μm if θ was within several degrees. In general, the field distribution of the guided mode can be reduced to about 1.2 μm when it is made the narrowest. Therefore, from the above equation (1), θ =
If the angle is set to 0.2 °, the depth d of the domain inversion portion is 1.2 μm, and the domain inversion portion has substantially the same size as the field distribution of the guided mode in the depth direction. Therefore, 0.2
If the angle θ <θ, the domain inversion portion overlaps with the field distribution of the waveguide mode, and the wavelength inversion is efficiently performed.

【0072】なお、導波モードの界分布は上述のように
最小で1.2μm程度とすることができるが、この界分
布が大きい程、外部光を光導波路に安定して入射させる
ことができる。実際上は、この導波モードの界分布が
1.4μmより大きければ外部光が光導波路に安定して
入射する。前述の(1)式より、θ=0.5°とすれば
ドメイン反転部の深さd=1.4μmとなるので、0.5
°<θとすれば基本波が光導波路に安定して入射し、ま
たドメイン反転部が導波モードの界分布と重なって波長
変換が効率良くなされるようになる。
Although the field distribution of the guided mode can be at least about 1.2 μm as described above, the larger the field distribution, the more stable the external light can be incident on the optical waveguide. . In practice, if the field distribution of the guided mode is larger than 1.4 μm, external light is stably incident on the optical waveguide. From the above equation (1), if θ = 0.5 °, the depth d of the domain inversion portion is 1.4 μm, so that 0.5
If θ <θ, the fundamental wave is stably incident on the optical waveguide, and the domain inversion portion overlaps with the field distribution of the waveguide mode, so that the wavelength conversion is efficiently performed.

【0073】従って、本実施の形態のSHG素子36
は、LiNbO3基板表面にプロトン交換及びアニール
処理により形成するため、基板表面の近傍に導波路がで
き、導波路を伝播するレーザビームも表面近傍を導波す
ることになる。
Therefore, the SHG element 36 of the present embodiment
Is formed on the surface of the LiNbO 3 substrate by proton exchange and annealing, so that a waveguide is formed near the substrate surface, and the laser beam propagating through the waveguide also guides near the surface.

【0074】次に、LD素子32と、EOM素子34
と、SHG素子36との結合時点の光学調整について説
明する。まず、LD素子32とEOM素子34とを光結
合効率が最大となるように調整しながらまたは調整して
結合する。次に、LD素子32及びEOM素子34を結
合したブロックと、SHG素子36との光結合効率が最
大となるように調整し結合する。LD素子32はTEモ
ード導波であり、EOM素子34及びSHG素子36も
同様にTEモード導波構造のため、問題なく結合するこ
とができる。
Next, the LD element 32 and the EOM element 34
And the optical adjustment at the time of coupling with the SHG element 36 will be described. First, the LD element 32 and the EOM element 34 are coupled while being adjusted or adjusted so that the optical coupling efficiency is maximized. Next, the block in which the LD element 32 and the EOM element 34 are coupled and the SHG element 36 are adjusted and coupled so as to maximize the optical coupling efficiency. The LD element 32 is a TE mode waveguide, and the EOM element 34 and the SHG element 36 can be coupled without any problem because they have a TE mode waveguide structure.

【0075】上記のように、LD素子32とEOM素子
34とのブロックは予め測定した所望のEOM素子34
の特性となることを確認した後に、SHG素子36と結
合する。このように、個別の素子において十分な特性を
得ることができるので、これらを組み合わせて全体とし
ては性能向上につながり、性能不十分の光波長変換モジ
ュール作製を抑制することができる。また、素子毎に個
別に作製が可能であるため、不良個所(不良素子)の特
定が容易にでき、組立時のトラブルを減少させることが
できる。
As described above, the block of the LD element 32 and the EOM element 34 is a block of the desired EOM element 34 measured in advance.
After confirming that the characteristics described above are obtained, it is coupled to the SHG element 36. As described above, since sufficient characteristics can be obtained in individual elements, the combination of these can lead to improvement in performance as a whole, and can suppress production of an optical wavelength conversion module with insufficient performance. In addition, since each element can be individually manufactured, a defective portion (defective element) can be easily specified, and trouble during assembly can be reduced.

【0076】本発明者は、モジュール作製を行ったとこ
ろ、EOM素子とSHG素子とを同一基板上で作製した
集積デバイスの場合は、合格率は25%という結果を得
た。その内訳を解析した結果、各々の性能合格率は50
%であるが、複合的に作製するため、低下することが判
った。すなわち、同一基板でモジュールを作成した場合
は、各々の歩留まりの積が得率になる。例えば、従来:
0.5×0.5=0.25である。しかし、本実施の形
態では、素子毎に個別に作製が可能であるため、素子毎
に0.5であっても得率は0.25と低下することがな
い。
The present inventor manufactured the module. As a result, in the case of an integrated device in which the EOM element and the SHG element were manufactured on the same substrate, the pass rate was 25%. As a result of analyzing the breakdown, the pass rate of each performance was 50
%, But it was found to be lower because of composite production. That is, when modules are manufactured on the same substrate, the product of the respective yields becomes the yield. For example, conventional:
0.5 × 0.5 = 0.25. However, in the present embodiment, since it is possible to manufacture each element individually, even if the value is 0.5 for each element, the yield does not decrease to 0.25.

【0077】従って、本実施の形態では、各々個別に作
製し合格率が50%のものを組み立てることができるの
で、全体としても略50%の合格率となり、得率が2倍
と増加することとなった。
Therefore, in the present embodiment, it is possible to assemble components each having a pass rate of 50%, which are individually manufactured, so that the pass rate is about 50% as a whole, and the yield is increased twice. It became.

【0078】ところで、SHG素子36は、入射光パワ
ー密度が大きい程、SHG発生効率が高いので、プロト
ン交換アニール導波路の条件は、導波光の閉じ込めが良
好で、ビームのプロファイルが浅い条件のものほど、高
いSHG効率が得られる。例えばMgOドープLiNb
3基板にプロトン交換160°C64分を行い、次に
アニール温度が370°Cアニール時間60分と350
°Cアニール時間60分で比較すると、350°Cの方
がプロトンが拡散しないため、導波光プロファイルが3
70°Cの4μmに対して、3.7μmと小さく、SH
G効率が高い。
Since the SHG element 36 has a higher SHG generation efficiency as the incident light power density is higher, the conditions of the proton exchange annealing waveguide are such that the waveguide light is confined well and the beam profile is shallow. The higher the SHG efficiency is obtained. For example, MgO-doped LiNb
The O 3 substrate was subjected to proton exchange at 160 ° C. for 64 minutes, and then the annealing temperature was increased to 370 ° C. for 60 minutes and 350 ° C.
Compared with the 60 ° C. annealing time of 60 minutes, the guided light profile is 3 ° C. since the protons do not diffuse at 350 ° C.
3.7 μm, smaller than 4 μm at 70 ° C., SH
High G efficiency.

【0079】ところが、導波光の閉じこめが良いと導波
路外への滲みが小さいため、EOM素子における導波路
の導波路間距離が狭くないと結合が生じない。その結
果、導波路間上に作製するEOM素子の電極の幅は、3
50°Cでは1.8μmの線幅が必要となり、370°
Cの2.8μmより小さくなり、電極作製が難しくな
る。そこで、これまでは、作製可能な370°Cの条件
で作製し、SHG効率の低下は避けられなかった。
However, if the confinement of the guided light is good, the bleeding to the outside of the waveguide is small, so that the coupling does not occur unless the distance between the waveguides of the EOM element is small. As a result, the width of the electrode of the EOM element to be manufactured between the waveguides is 3
At 50 ° C., a line width of 1.8 μm is required and 370 °
C is smaller than 2.8 μm, and it becomes difficult to manufacture an electrode. So far, it has been manufactured under the condition of 370 ° C. where it can be manufactured, and a decrease in SHG efficiency has been unavoidable.

【0080】本実施の形態では、EOM素子34は37
0°Cで作製し、SHG素子36は350°Cで作製し
て、その後、直接結合を行いモジュール作製できるた
め、高いSHG出力を得ることができた。なお、350
°Cと370°Cとの導波光のビーム径違いによる損失
は非常に少なく、直接結合の結合効率は99.7%が得
られた。このとき、LD素子32とEOM素子34間の
結合効率は、従来と同等の50〜60%効率であった。
なお、EOM素子34とSHG素子36との結合と比較
して、効率が低い原因は、EOM素子34の導波路とL
D素子32とのビーム径の差が大きいことによるものと
考えられる。
In the present embodiment, the EOM element 34
The module was manufactured at 0 ° C., and the SHG element 36 was manufactured at 350 ° C., and thereafter, the module was manufactured by direct coupling, so that a high SHG output could be obtained. Note that 350
The loss due to the difference in the beam diameter of the guided light between ° C and 370 ° C was very small, and the coupling efficiency of direct coupling was 99.7%. At this time, the coupling efficiency between the LD element 32 and the EOM element 34 was 50 to 60%, which was equivalent to the conventional efficiency.
Note that the reason why the efficiency is lower than the coupling between the EOM element 34 and the SHG element 36 is that the waveguide of the EOM element 34
It is considered that the difference in beam diameter from the D element 32 is large.

【0081】〔第2実施の形態〕本実施の形態は、上記
実施の形態と同様の構成のため、同一部分には同一符号
を付して詳細な説明を省略する。上記実施の形態では、
EOM素子34及びSHG素子36の基板にはオフカッ
ト基板MgOドープLiNbO3を用いているが、本発
明はこれに限定されるものではない。本実施の形態で
は、EOM素子34の基板としてXカット基板、例えば
XカットMgOドーブLiNbO3を用いている。
[Second Embodiment] In this embodiment, since the configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted. In the above embodiment,
Although the off-cut substrate MgO-doped LiNbO 3 is used for the substrates of the EOM element 34 and the SHG element 36, the present invention is not limited to this. In the present embodiment, an X-cut substrate, for example, an X-cut MgO drive LiNbO 3 is used as the substrate of the EOM element 34.

【0082】すなわち、従来、EOM素子34及びSH
G素子36を同一基板上に作製する必要があったため、
SHG素子36に合わせていた。本実施の形態では、E
OM素子34及びSHG素子36を個別に作製可能であ
るため、同一基板に限定されない。
That is, the conventional EOM element 34 and SH
Since the G element 36 had to be manufactured on the same substrate,
It was adjusted to the SHG element 36. In the present embodiment, E
Since the OM element 34 and the SHG element 36 can be separately manufactured, they are not limited to the same substrate.

【0083】本発明者は、EOM素子34の基板には、
Xカット基板及びオフカット基板のいずれであっても同
一の特性を得ることができる、という知見を得た。オフ
カット基板は、上述のように、SHG効率を高めるた
め、採用している基板方位である。そこで、EOM素子
34は安価な汎用に販売されているXカットでもよい。
本実施の形態では、XカットのEOM素子34とオフカ
ット基板のSHG素子36との組み合わせでの結合をお
こなったところ、従来と同一の特性を得ることができ
た。
The present inventor has stated that the substrate of the EOM element 34 includes:
It has been found that the same characteristics can be obtained with either the X-cut substrate or the off-cut substrate. As described above, the off-cut substrate is the substrate orientation that is employed to increase the SHG efficiency. Therefore, the EOM element 34 may be an inexpensive X-cut that is sold for general use.
In the present embodiment, when the combination of the X-cut EOM element 34 and the SHG element 36 of the off-cut substrate is combined, the same characteristics as those of the related art can be obtained.

【0084】従って、上記実施の形態を考慮すると、E
OM素子34とSHG素子36との組み合わせは、性能
や価格に応じて、オフカット基板のEOM素子34とオ
フカット基板のSHG素子36、やXカット基板のEO
M素子34とオフカット基板のSHG素子36との組み
あわせが選択可能となる。
Therefore, considering the above embodiment, E
The combination of the OM element 34 and the SHG element 36 depends on the performance and the price, depending on the performance and the price.
A combination of the M element 34 and the SHG element 36 of the off-cut substrate can be selected.

【0085】〔第3実施の形態〕本実施の形態は、上記
実施の形態と同様の構成のため、同一部分には同一符号
を付して詳細な説明を省略する。上記実施の形態では、
SHG素子36の導波路に、プロトン交換アニール導波
路を用いている。これは、プロトン交換アニール導波路
が、光損傷特性に優れているためである。光損傷特性
は、短波長、特に可視光の光に対して耐性がない性質
で、デバイス上好ましくない。Ti拡散導波路は、この
光損傷の影響が多い導波路であり、通常、可視光を発生
させるSHG素子36には用いることができない。Ti
拡散導波路を用いると、光損傷現象のため、強い光パワ
ーが変換できず、非実用的なものになる。
[Third Embodiment] In this embodiment, since the configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted. In the above embodiment,
A proton exchange annealing waveguide is used for the waveguide of the SHG element 36. This is because the proton exchange annealed waveguide has excellent optical damage characteristics. The photo-damage property is a property that does not have resistance to short wavelength light, particularly visible light, and is not preferable for devices. The Ti diffused waveguide is a waveguide that is largely affected by the optical damage, and cannot be generally used for the SHG element 36 that generates visible light. Ti
When a diffusion waveguide is used, strong optical power cannot be converted due to an optical damage phenomenon, which is impractical.

【0086】ところが、Ti拡散導波路は、基板に水平
な偏光を有するTEモードと、垂直な偏光モードを有す
るTMモードの双方を導波させることが可能である。こ
れに対して、プロトン交換アニール導波路は、TEモー
ドかTMモードの何れか一方のみのモードの光しか導波
できない。
However, the Ti diffused waveguide can guide both a TE mode having a horizontal polarization mode and a TM mode having a vertical polarization mode on the substrate. On the other hand, the proton exchange annealing waveguide can guide only light in one of the TE mode and the TM mode.

【0087】また、Ti拡散導波路は、プロトン交換ア
ニール導波路よりEOM特性のDCドリフト特性に優れ
ている。DCドリフト特性とは、EOM素子34の入力
電圧に対する特性が、安定せず、ドリフトする現象で、
デバイス上好ましくない特性である。DCドリフトの原
因は、いくつかの原因の中で導波路中のプロトンイオン
によるものが関与しているとされている。
Further, the Ti diffusion waveguide is superior in the DC drift characteristic of the EOM characteristic to the proton exchange annealing waveguide. The DC drift characteristic is a phenomenon in which the characteristic of the EOM element 34 with respect to the input voltage is unstable and drifts.
This is an undesirable characteristic on the device. The cause of the DC drift is considered to be due to proton ions in the waveguide among several causes.

【0088】従って、プロトンを主要成分としているプ
ロトン交換アニール導波路は、非常に大きいドリフトが
存在している。このため、これを正常に動作させるため
には、DCドリフトを解消する対策が不可欠である。こ
のドリフト対策の一例としては特開平7−294860
号に記載の技術がある。
Therefore, the proton exchange annealing waveguide having proton as a main component has a very large drift. For this reason, in order to make this operate normally, a measure for eliminating DC drift is indispensable. One example of the drift countermeasure is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-294860.
There is a technology described in the issue.

【0089】本実施の形態は、Ti拡散導波路の特性を
有効に利用するものである。すなわち、SHG励起のた
めのLD素子32は、基本波長が950nmと赤外光で
あるため、Ti拡散導波路を用いた場合であっても光損
傷による影響は少ない。そこで、EOM素子34の導波
路は、DCドリフト特性が良好なTi拡散導波路を形成
し、SHG素子36の導波路は、SHG効率を高めるた
め、プロトン交換アニール導波路を形成する。すなわち
EOM素子34の部分のみTi拡散導波路を用いて、S
HG素子36は光損傷に耐性があるプロトン交換アニー
ル導波路を用いる。このようにすることによって、EO
M素子34の入力電圧に対する特性が安定しかつ光損傷
の影響を抑制した光波長変換モジュールを得ることがで
きる。この構成により、DCドリフトが少なく、光損傷
に耐性のある短波長光源を作製することができる。
This embodiment makes effective use of the characteristics of the Ti diffusion waveguide. That is, since the LD element 32 for SHG excitation has an infrared light having a fundamental wavelength of 950 nm, even if a Ti diffusion waveguide is used, the influence of optical damage is small. Therefore, the waveguide of the EOM element 34 forms a Ti diffusion waveguide having a good DC drift characteristic, and the waveguide of the SHG element 36 forms a proton exchange annealing waveguide to increase the SHG efficiency. That is, the Ti diffusion waveguide is used only for the EOM element 34,
The HG element 36 uses a proton exchange annealing waveguide that is resistant to optical damage. By doing so, the EO
It is possible to obtain an optical wavelength conversion module in which the characteristics of the M element 34 with respect to the input voltage are stable and the influence of optical damage is suppressed. With this configuration, a short-wavelength light source that has little DC drift and is resistant to optical damage can be manufactured.

【0090】このような異なる作製プロセスの導波路を
同一基板で作製すると、例えば、Ti拡散は約1000
°Cの高温の処理であり、プロトン交換は約200°C
の低温の処理であるため、作製上の制約が大きくなる。
従って、EOM素子32及びSHG素子36の双方の特
性を損なうことになく作製するプロセスを開発する必要
があるが、本実施の形態では、個別に作製が可能である
ため、従来のプロセスを用いて容易に作製することがで
きる。
When waveguides of such different fabrication processes are fabricated on the same substrate, for example, Ti diffusion is about 1000
° C high temperature treatment, proton exchange is about 200 ° C
Because of the low-temperature treatment described above, restrictions on the fabrication are increased.
Therefore, it is necessary to develop a process for fabricating the EOM element 32 and the SHG element 36 without deteriorating the characteristics of both. In this embodiment, since the fabrication is possible individually, the conventional process is used. It can be easily manufactured.

【0091】従って、本実施の形態によれば、EOM素
子34とSHG素子36との組み合わせとして、Ti拡
散Xカット基板のEOM素子34とプロトン交換アニー
ルオフカット基板のSHG素子36が追加となる。
Therefore, according to the present embodiment, as the combination of the EOM element 34 and the SHG element 36, the EOM element 34 of the Ti diffusion X cut substrate and the SHG element 36 of the proton exchange annealing off cut substrate are added.

【0092】〔第4実施の形態〕本実施の形態は、TE
−TMモード変換機能を有するEOM素子を含む光波長
変換モジュールに本発明を適用したものである。本実施
の形態は、上記実施の形態と同様の構成のため、同一部
分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。Ti拡
散を用いたEOM素子は、TEモードとTMモードの両
方のモードによる光を伝播可能なため、プロトン交換ア
ニール導波路では不可能であったTE−TMモード変換
型スイッチとして用いることができる。そこで、本実施
の形態の光波長変換モジュールでは、EOM素子34と
して、TE−TMモード変換型スイッチ60を用いてい
る。
[Fourth Embodiment] In this embodiment, the TE
The present invention is applied to an optical wavelength conversion module including an EOM element having a TM mode conversion function. In the present embodiment, since the configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Since the EOM element using Ti diffusion can propagate light in both the TE mode and the TM mode, it can be used as a TE-TM mode conversion type switch that was impossible with a proton exchange annealing waveguide. Therefore, in the optical wavelength conversion module of the present embodiment, the TE-TM mode conversion type switch 60 is used as the EOM element 34.

【0093】図7(A),図7(B)に示すように、本
実施の形態の光波長変換モジュールにおけるTE−TM
モード変換型スイッチ60は、Ti拡散XカットLiN
bO 3基板62にTi拡散導波路64が形成されてお
り、その表面に、櫛形電極66、68が形成されてい
る。櫛形電極66には供給回路70が接続されており、
櫛形電極68は接地されている。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the book
TE-TM in optical wavelength conversion module of embodiment
The mode conversion type switch 60 is composed of Ti diffusion X cut LiN
bO ThreeA Ti diffusion waveguide 64 is formed on a substrate 62 and
And comb-shaped electrodes 66 and 68 are formed on the surface thereof.
You. A supply circuit 70 is connected to the comb-shaped electrode 66.
The comb-shaped electrode 68 is grounded.

【0094】Ti拡散TE−TMモード変換型スイッチ
60はZ軸方向に光伝播方向をとり、供給回路70によ
って電圧が印加されると、図7(A)に示すように、入
射光の偏光がTEモードのときはTMモードにモード変
換しかつ、図7(B)に示すように、入射光の偏光がT
MモードのときはTEモードにモード変換するデバイス
となる。
The Ti diffusion TE-TM mode conversion type switch 60 takes the light propagation direction in the Z-axis direction, and when a voltage is applied by the supply circuit 70, the polarization of the incident light is changed as shown in FIG. In the case of the TE mode, the mode is converted to the TM mode, and as shown in FIG.
In the case of the M mode, the device converts the mode to the TE mode.

【0095】図8に示すように、上記Ti拡散TE−T
Mモード変換型スイッチ60をEOM素子34として、
LD素子32及びSHG素子36と結合して、光波長変
換モジュールを作製する。ここで、LD素子32は、T
Eモードのレーザビームを発振するものである。また、
SHG素子36は、プロトン交換アニール導波路を備え
ている。
As shown in FIG. 8, the Ti diffusion TE-T
The M-mode conversion type switch 60 is used as the EOM element 34.
By combining with the LD element 32 and the SHG element 36, an optical wavelength conversion module is manufactured. Here, the LD element 32 is
It oscillates an E-mode laser beam. Also,
The SHG element 36 has a proton exchange annealing waveguide.

【0096】ここで、Xカット、Yカット、またはオフ
カットのLiNbO3基板を用いたプロトン交換アニー
ル導波路は、TEモードのみしか導波しない。すなわ
ち、プロトン交換導波路は、Z軸方向のみしか屈折率増
加がないため、Z軸方向にのみ偏光成分を有するTEモ
ードしか導波しない。従って、SHG素子36では、T
Eモードと偏光方向が直交しているTMモードは導波で
きずに、基板内に放射されるリーキモードとなる。
Here, the proton exchange annealing waveguide using the X-cut, Y-cut or off-cut LiNbO 3 substrate guides only the TE mode. That is, since the proton exchange waveguide has a refractive index increase only in the Z-axis direction, it guides only the TE mode having a polarization component only in the Z-axis direction. Therefore, in the SHG element 36, T
The TM mode in which the polarization direction is orthogonal to the E mode cannot be guided, and is a leaky mode radiated into the substrate.

【0097】Ti拡散Z軸伝播XカットLiNbO3
波路基板のTE−TMモード変換型スイッチ60である
EOM素子34には、LD素子32で発振されるTEモ
ードの光は導波路結合される。従って、供給回路70に
よる電圧がONのとき、LD素子32で発振されるTE
モードの光は、その偏光方向が90度回転され、TMモ
ードの光としてSHG素子36に伝播される。SHG素
子36では、入射されたTMモードの光を導波できずリ
ーキモードとなり、SHG光は発生しない。一方、供給
回路70による電圧がOFFのとき、LD素子32で発
振されたTEモードのままの光がSHG素子36に伝播
される。SHG素子36では、プロトン交換アニール導
波路は導波モードとなるので、入射されたTEモードの
光を基本波として、SHG光が発生する。
The TE mode light oscillated by the LD element 32 is waveguide-coupled to the EOM element 34 which is the TE-TM mode conversion type switch 60 of the Ti diffusion Z-axis propagation X-cut LiNbO 3 waveguide substrate. Therefore, when the voltage by the supply circuit 70 is ON, the TE oscillated by the LD element 32
The mode light has its polarization direction rotated by 90 degrees, and is propagated to the SHG element 36 as TM mode light. In the SHG element 36, the incident TM mode light cannot be guided and becomes a leaky mode, and no SHG light is generated. On the other hand, when the voltage by the supply circuit 70 is OFF, the light in the TE mode oscillated by the LD element 32 is propagated to the SHG element 36. In the SHG element 36, since the proton exchange annealing waveguide is in a waveguide mode, SHG light is generated using the incident TE mode light as a fundamental wave.

【0098】このように、本実施の形態では、EOM素
子34としてTi拡散Z軸伝播XカットLiNbO3
波路基板を用いることができるので、プロトン交換アニ
ール導波路では不可能であったTE−TMモード変換型
スイッチとして用いることができる。
As described above, in this embodiment, since the Ti diffusion Z-axis propagating X-cut LiNbO 3 waveguide substrate can be used as the EOM element 34, the TE-TM, which was impossible with the proton exchange annealing waveguide, was not possible. It can be used as a mode conversion type switch.

【0099】〔第5実施の形態〕本実施の形態は、LD
素子32から発振されるレーザビームを変調する光波長
変換モジュールに本発明を適用したものである。本実施
の形態は、上記実施の形態と同様の構成のため、同一部
分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
[Fifth Embodiment] In this embodiment, the LD
The present invention is applied to an optical wavelength conversion module that modulates a laser beam oscillated from an element 32. In the present embodiment, since the configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0100】LD素子32は電流注入することによりレ
ーザ発振させるデバイスであるため、その影響でLD素
子32の内部温度が上昇し、発光効率が低下し、その結
果、光出力が低下する。この現象は、ドループと呼ばれ
ており、全てのLD素子で観測される。
Since the LD element 32 is a device that oscillates a laser by injecting a current, the internal temperature of the LD element 32 rises due to the influence, and the luminous efficiency decreases, and as a result, the light output decreases. This phenomenon is called droop and is observed in all LD elements.

【0101】このため、LD素子32を単純なON/O
FF制御ではなく、光量を精密に制御するシステム、例
えば写真感材等への応用に適用する場合には、このドル
ープ現象が障害となる。このため、従来、バルク型のA
OM(音響光学素子)を用いて光出力が低下しないよう
に変調していた。ところが、AOMを用いた場合には、
光学系が大型になるという問題点がある。
Therefore, the LD element 32 is simply turned on / off.
This droop phenomenon becomes an obstacle when applied to a system for precisely controlling the amount of light instead of the FF control, for example, to an application to a photographic material or the like. For this reason, conventionally, bulk type A
The modulation was performed using an OM (acoustic optical element) so that the light output did not decrease. However, when AOM is used,
There is a problem that the optical system becomes large.

【0102】そこで、本実施の形態では、EOM素子3
4において、このドループを補正するように制御するも
のである。
Therefore, in the present embodiment, the EOM element 3
In step 4, control is performed to correct this droop.

【0103】図9(A)に示すように、電極12、14
は接地し、電極13にドループ補正回路72を接続す
る。このドループ補正回路72は、LD素子32の内部
温度の上昇して発光効率が低下することを抑制するた
め、光出力が安定的となるように、予め内部温度に対す
る供給電圧を定めたテーブルを記憶しテーブルを参照し
て供給電圧を定めたり、光出力を検知(図示省略)して
その光出力変動に応じて供給電圧を定めたりする。これ
によって、ドループ現象の影響を受けることなく、安定
した光出力を得ることができる。
As shown in FIG. 9A, the electrodes 12, 14
Is grounded, and the droop correction circuit 72 is connected to the electrode 13. The droop correction circuit 72 stores a table in which a supply voltage with respect to the internal temperature is determined in advance so that the light output becomes stable in order to suppress a decrease in luminous efficiency due to an increase in the internal temperature of the LD element 32. A supply voltage is determined with reference to a table, or an optical output is detected (not shown), and the supply voltage is determined according to the optical output fluctuation. Thus, a stable light output can be obtained without being affected by the droop phenomenon.

【0104】また、本実施の形態のように、導波路型の
EOM素子を用いることによって、LD素子32とEO
M素子34とを直接結合できるので、AOMを用いた場
合に比べて光学系を小型化することができる。さらに、
EOM素子34は、高周波駆動が容易なため、高速変調
を可能とすることができる。
Also, as in this embodiment, by using a waveguide type EOM element, the LD element 32 and the EO
Since it can be directly coupled to the M element 34, the size of the optical system can be reduced as compared with the case where the AOM is used. further,
Since the EOM element 34 can be easily driven at a high frequency, high-speed modulation can be performed.

【0105】また、LD素子32とEOM素子34とを
分離作製して直接結合できるので、図9(B)に示すよ
うに、EOM素子34を多段に結合することができる。
この場合、高消光比の光波長変換モジュールを得ること
ができる。なお、EOM素子34を多段に構成する技術
として、特開平11−44896号に記載された方法を
用いてもよい。
Further, since the LD element 32 and the EOM element 34 can be separately manufactured and directly connected, the EOM elements 34 can be connected in multiple stages as shown in FIG. 9B.
In this case, an optical wavelength conversion module with a high extinction ratio can be obtained. As a technique for configuring the EOM element 34 in multiple stages, a method described in JP-A-11-44896 may be used.

【0106】なお、上記LD素子32を高周波で駆動す
る場合、光信号は、高周波成分が殆どなくなるため、低
周波成分のノイズがなくなり、ノイズによる問題が解消
される。また、LD素子32がSHG素子36の励起用
の場合には、LD素子32の平均パワーは同一であって
もSHG効率が基本波パワーの2乗に比例する性質よ
り、交流駆動またはパルス駆動の方が、高いSHG出力
を得ることができる。この場合の高周波の周波数は、用
いる変調周波数より高い周波数であればよい。
When the LD element 32 is driven at a high frequency, the optical signal has almost no high frequency components, so that noise of low frequency components is eliminated, and the problem caused by the noise is eliminated. Further, when the LD element 32 is for exciting the SHG element 36, the AC drive or the pulse drive is performed because the SHG efficiency is proportional to the square of the fundamental wave power even if the average power of the LD element 32 is the same. A higher SHG output can be obtained. The high frequency in this case may be any frequency higher than the modulation frequency used.

【0107】また、LD素子32がSHG素子36の励
起用の場合、LD素子32の発振波長が930nmから
1100nmのとき、SHG素子36の波長は、その半
分の465nmから550nmとなり、発光色としてブ
ルーからグリーンまでの間の色出力が可能である。この
波長帯のLD素子32は、現在存在しないため、利用価
値が高い。この波長帯のLD素子は、上記でも説明した
が、基板GaAs上にグラッド、ガイド層、活性層In
GaAsあるいはInGaNAs、ガイド層、グラッド
層の順に成長させ、形成することができる。ガイド層
は、グラッド層に対して屈折率が高くなるように設計
し、導波路として作用している。活性層InGaAsあ
るいはInGaNAsは、そのバンドギャップより91
0nmから1100nmの波長を発振することが可能で
ある。
Further, when the LD element 32 is for exciting the SHG element 36, when the oscillation wavelength of the LD element 32 is from 930 nm to 1100 nm, the wavelength of the SHG element 36 is changed from 465 nm to 550 nm, which is half of the wavelength, and the emission color is blue. Color output from to green. Since the LD element 32 in this wavelength band does not exist at present, its utility value is high. As described above, the LD element in this wavelength band is formed on the substrate GaAs by using a gad, a guide layer, and an active layer In.
It can be formed by growing GaAs or InGaNAs, a guide layer, and a gladd layer in this order. The guide layer is designed so as to have a higher refractive index than the gladd layer, and functions as a waveguide. The active layer InGaAs or InGaNAs has a band gap of 91%.
It is possible to oscillate a wavelength of 0 nm to 1100 nm.

【0108】上記のLD素子32の発振波長を選択する
ために、波長選択素子を用いることが好ましい。この波
長選択素子は、多層膜バンドパスフィルタ、回折格子、
ファイバグレーティング、エタロン、及び特開平10−
254001号公報に示されるリオフィルタを用いるこ
とができる。
In order to select the oscillation wavelength of the LD element 32, it is preferable to use a wavelength selection element. This wavelength selection element includes a multilayer bandpass filter, a diffraction grating,
Fiber grating, etalon, and
A Rio filter disclosed in Japanese Patent Publication No. 254001 can be used.

【0109】〔第6実施の形態〕上記実施の形態では、
LD素子32とEOM素子34とを直接結合している
が、本発明はこれに限定されるものではない。本実施の
形態では、光ファイバー等の光学素子を用いてLD素子
32とEOM素子34と光学的に結合したものである。
本実施の形態は、上記実施の形態と同様の構成のため、
同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
[Sixth Embodiment] In the above embodiment,
Although the LD element 32 and the EOM element 34 are directly coupled, the present invention is not limited to this. In the present embodiment, the LD element 32 and the EOM element 34 are optically coupled using an optical element such as an optical fiber.
This embodiment has the same configuration as the above embodiment,
The same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0110】図10に示すように、LD素子32とEO
M素子34とを、光ファイバ74の両端に直接結合する
ことによって光結合する。ここで、LD素子32から出
射されるレーザビームのビーム形状は、例えば、垂直方
向×水平方向=1μm×3μmであり、EOM素子34
の導波路の入射部形状は3μm×6μmであるというよ
うに、異なるものとなる。このため、LD素子32から
EOM素子34の導波路の入射部へ向かって光ファイバ
74のコアの直径や形状を徐々に変化させることでLD
素子32とEOM素子34との結合効率を向上すること
ができる。また、光ファイバ74の断面形状は、円形に
限定されるものではなく、LD素子32から出射される
レーザビームのビーム形状やEOM素子34の導波路の
入射部形状を少なくとも含むように楕円形状であっても
よい。
As shown in FIG. 10, the LD element 32 and EO
Optical coupling is performed by directly coupling the M element 34 to both ends of the optical fiber 74. Here, the beam shape of the laser beam emitted from the LD element 32 is, for example, vertical direction × horizontal direction = 1 μm × 3 μm, and the EOM element 34
The shape of the incident part of the waveguide is different, for example, 3 μm × 6 μm. Therefore, by gradually changing the diameter and shape of the core of the optical fiber 74 from the LD element 32 toward the entrance of the waveguide of the EOM element 34, the LD
The coupling efficiency between the element 32 and the EOM element 34 can be improved. Further, the cross-sectional shape of the optical fiber 74 is not limited to a circle, but may be an elliptical shape so as to include at least the beam shape of the laser beam emitted from the LD element 32 and the incident portion of the waveguide of the EOM element 34. There may be.

【0111】なお、上記実施の形態で説明したLD素子
32にグレーティングを設けることなく、光ファイバ7
4中にグレーティングを設けることによって、LD素子
32の波長をロックすることもできる。
Note that, without providing a grating in the LD element 32 described in the above embodiment, the optical fiber 7
By providing a grating in the optical element 4, the wavelength of the LD element 32 can be locked.

【0112】以上説明したように、本各実施の形態によ
れば、各素子を独立して作製することができるので、歩
留まりを向上させることができる。すなわち、従来、同
一基板では各々の歩留まりの積が得率であったが、独立
して作製した素子を結合できるので、得率が低下するこ
とがない。
As described above, according to each of the embodiments, since each element can be manufactured independently, the yield can be improved. That is, conventionally, the product of the respective yields was the yield on the same substrate, but since the elements manufactured independently can be combined, the yield does not decrease.

【0113】また、各素子を独立して作製することがで
きるので、異種基板や異種導波路を混在させてモジュー
ルを作成することができる。このため、異なる機能同士
の結合が可能となり、モジュールの多機能化を図ること
ができる。また、従来、不可能であった機能を有するモ
ジュールを作成することができる。
Further, since each element can be manufactured independently, a module can be manufactured by mixing different types of substrates and different types of waveguides. For this reason, it is possible to combine different functions, and it is possible to increase the number of functions of the module. Further, it is possible to create a module having a function that has been impossible in the past.

【0114】また、各素子を独立して作製することがで
きるので、各々の素子で最良の作製プロセスを選択する
ことができる。また、他の素子による影響を考慮するこ
とがなく、各々の素子のみを作製するための最良のプロ
セスを開発すれば良い。
Also, since each element can be manufactured independently, the best manufacturing process can be selected for each element. Further, the best process for fabricating only each element may be developed without considering the influence of other elements.

【0115】さらに、各々の素子の性能を確認した後
に、モジュールとして結合することができるので、不良
個所を素子毎に特定することができる。
Further, after confirming the performance of each device, the device can be connected as a module, so that a defective portion can be specified for each device.

【0116】なお、上記実施の形態において、光導波路
を形成する基板は、MgOがドープされたLiNbO3
基板に限らず、その他のLiNbO3 基板やノンドープ
のLiNbO3、ZnOやScがドープされたLiNb
3 基板、LiTaO3 基板、MgOやZnOがドープ
されたLiTaO3 基板等を利用することもできる。
In the above embodiment, the substrate on which the optical waveguide is formed is made of LiNbO 3 doped with MgO.
Not only the substrate but also other LiNbO 3 substrates and undoped LiNbO 3 , ZnO or Sc-doped LiNb
O 3 substrate, may be LiTaO 3 substrate, the MgO and ZnO utilizing doped LiTaO 3 substrate.

【0117】また、上記実施の形態では、LD素子32
と、EOM素子34と、SHG素子36とを直接結合ま
たは光ファイバを介して結合する場合について説明した
が、結合するときの両者の間にSiO2薄膜を介して互
いに結合させてもよい。
In the above embodiment, the LD element 32
And the case where the EOM element 34 and the SHG element 36 are directly coupled to each other or via an optical fiber has been described. However, they may be coupled to each other via a SiO 2 thin film between them.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気光学変調手段及び光波長変換手段の各々を、自己の効
率のみを考慮して高い性能を発揮できるように独立して
作製できるので、電気光学変調手段と光波長変換手段と
を接合することによって、電気光学変調手段及び光波長
変換手段の各々の効率が最大限に引き出された光波長変
換モジュールを作製できる、という効果がある。
As described above, according to the present invention, each of the electro-optic modulation means and the light wavelength conversion means can be independently manufactured so as to exhibit high performance only in consideration of its own efficiency. By joining the electro-optic modulation means and the light wavelength conversion means, it is possible to produce an optical wavelength conversion module in which the efficiency of each of the electro-optic modulation means and the light wavelength conversion means is maximized.

【0119】また、光ビームを出射する半導体レーザを
さらに備えることで、光波長変換モジュールのみによっ
て、半導体レーザから出射された光ビームを電気光学変
調手段で変調し、変調された光ビームを基本波として光
波長変換手段で波長変換できる、という効果がある。
Further, by further comprising a semiconductor laser for emitting a light beam, the light beam emitted from the semiconductor laser is modulated by the electro-optical modulator only by the light wavelength conversion module, and the modulated light beam is converted to the fundamental wave. There is an effect that the wavelength can be converted by the light wavelength converting means.

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

【図1】本発明の第1実施の形態にかかる光波長変換モ
ジュールの斜視形状を示すイメージ図である。
FIG. 1 is an image diagram showing a perspective shape of an optical wavelength conversion module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施の形態にかかるLD素子の側
面形状及び正面形状を示すイメージ図である。
FIG. 2 is an image diagram showing a side shape and a front shape of the LD element according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態によるEOM素子の電
極形成方法を工程を追って示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing step by step a method of forming an electrode of an EOM element according to the first embodiment of the present invention.

【図4】図3の各工程における光導波路基板の平面形状
を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a planar shape of the optical waveguide substrate in each step of FIG. 3;

【図5】本発明の第1実施の形態にかかるSHG素子の
概略形状を斜視図で示すイメージ図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a schematic shape of the SHG element according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施の形態にかかるSHG素子の
基板の分極の向きを説明するための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the polarization direction of the substrate of the SHG element according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4実施の形態にかかるTE−TMモ
ード変換機能を有するEOM素子を説明するための説明
図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an EOM element having a TE-TM mode conversion function according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施の形態にかかる光波長変換モ
ジュールを示すイメージ図である。
FIG. 8 is an image diagram showing an optical wavelength conversion module according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5実施の形態にかかる光波長変換モ
ジュールを示すイメージ図である。
FIG. 9 is an image diagram showing an optical wavelength conversion module according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6実施の形態にかかる光波長変換
モジュールを示すイメージ図である。
FIG. 10 is an image diagram showing an optical wavelength conversion module according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】従来の導波路型光変調素子の斜視形状を示す
イメージ図である。
FIG. 11 is an image diagram showing a perspective shape of a conventional waveguide type light modulation element.

【図12】従来の導波路型光変調素子の平面形状を示す
イメージ図である。
FIG. 12 is an image diagram showing a planar shape of a conventional waveguide type light modulation element.

【図13】従来のZカット基板を用いた導波路型光変調
素子の斜視形状を示すイメージ図である。
FIG. 13 is an image diagram showing a perspective view of a waveguide type optical modulation element using a conventional Z-cut substrate.

【図14】従来のZカット基板を用いた導波路型光変調
素子の側面形状を示すイメージ図である。
FIG. 14 is an image diagram showing a side surface shape of a waveguide type optical modulation device using a conventional Z-cut substrate.

【図15】光波長変換素子の一例を示すイメージ図であ
る。
FIG. 15 is an image diagram showing an example of a light wavelength conversion element.

【図16】光波長変換素子の他例を示すイメージ図であ
る。
FIG. 16 is an image diagram showing another example of the light wavelength conversion element.

【図17】光波長変換素子の問題点を説明するための説
明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram for describing a problem of the optical wavelength conversion element.

【図18】従来のZ軸を基板の厚み方向に傾けた基板を
用いた導波路型光変調素子の斜視形状を示すイメージ図
である。
FIG. 18 is an image diagram showing a perspective shape of a conventional waveguide-type light modulation element using a substrate in which the Z axis is inclined in the thickness direction of the substrate.

【図19】従来のZ軸を基板の厚み方向に傾けた基板を
用いた導波路型光変調素子の側面形状を示すイメージ図
である。
FIG. 19 is an image diagram showing a side surface shape of a conventional waveguide-type light modulation device using a substrate whose Z-axis is inclined in the thickness direction of the substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30 光波長変換モジュール 32 LD素子 34 EOM素子 36 SHG素子 Reference Signs List 30 optical wavelength conversion module 32 LD element 34 EOM element 36 SHG element

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
よる光学変調用の基板に入射光を伝播する少なくとも1
本の光導波路を形成し、前記光導波路に電圧を印加する
ための電極を前記基板表面に形成した電気光学変調手段
と、 非線形光学効果を有する強誘電体結晶による波長変換用
の基板に入射光を伝播する少なくとも1つの光導波路を
形成し、前記光導波路に基板の自発分極の向きが反転さ
れると共に導波方向に周期的に形成されたドメイン反転
部を形成した光波長変換手段と、 を各々独立して形成し、前記電気光学変調手段の少なく
とも1つの導波路と前記光波長変換手段の少なくとも1
つの導波路とが導波光を伝播可能となるように、前記電
気光学変調手段及び光波長変換手段を接合する光波長変
換モジュールの作製方法。
1. An optical modulator comprising a ferroelectric crystal having a non-linear optical effect and at least one light propagating to an optical modulation substrate.
An electro-optic modulation means in which an optical waveguide is formed and an electrode for applying a voltage to the optical waveguide is formed on the surface of the substrate; and light incident on a substrate for wavelength conversion by a ferroelectric crystal having a nonlinear optical effect. Optical wavelength conversion means, wherein at least one optical waveguide that propagates light is formed, and the direction of the spontaneous polarization of the substrate is inverted in the optical waveguide, and a domain inversion portion that is periodically formed in the waveguide direction is formed. And at least one waveguide of the electro-optic modulation means and at least one waveguide of the light wavelength conversion means.
A method of manufacturing an optical wavelength conversion module that joins the electro-optic modulation means and the optical wavelength conversion means so that two waveguides can propagate guided light.
【請求項2】 光ビームを出射する半導体レーザをさら
に備え、前記電気光学変調手段の光導波路へ光ビームが
入射されるように前記電気光学変調手段に前記半導体レ
ーザをさらに直接接合または光ファイバを介して接合す
ることを特徴とする請求項1に記載の光波長変換モジュ
ールの作製方法。
2. A semiconductor laser for emitting a light beam, wherein the semiconductor laser is further directly bonded to the electro-optic modulation means or an optical fiber is connected to the electro-optic modulation means so that the light beam enters the optical waveguide of the electro-optic modulation means. The method for manufacturing an optical wavelength conversion module according to claim 1, wherein the optical wavelength conversion module is bonded through a step.
【請求項3】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
よる光学変調用の基板と、前記基板に形成されかつ入射
光を伝播する少なくとも1本の光導波路と、前記光導波
路に電圧を印加するために前記基板表面に形成された電
極と、を有する電気光学変調手段と、 非線形光学効果を有する強誘電体結晶による波長変換用
の基板と、前記基板表面に形成された少なくとも1つの
光導波路と、前記光導波路に基板の自発分極の向きが反
転されると共に導波方向に周期的に形成されたドメイン
反転部と、を有する光波長変換手段と、 の各々が接合された光波長変換モジュール。
3. A substrate for optical modulation using a ferroelectric crystal having a nonlinear optical effect, at least one optical waveguide formed on the substrate and propagating incident light, and applying a voltage to the optical waveguide. An electrode formed on the surface of the substrate, an electro-optic modulation means, a substrate for wavelength conversion by a ferroelectric crystal having a non-linear optical effect, and at least one optical waveguide formed on the surface of the substrate; An optical wavelength conversion module, comprising: an optical wavelength conversion unit having a domain inversion portion in which the direction of spontaneous polarization of a substrate is inverted and periodically formed in the waveguide direction in the optical waveguide.
【請求項4】 前記電気光学変調手段は、複数本の導波
路を備え、方向性光結合器を構成することを特徴とする
請求項3に記載の光波長変換モジュール。
4. The optical wavelength conversion module according to claim 3, wherein said electro-optic modulation means includes a plurality of waveguides and constitutes a directional optical coupler.
【請求項5】 前記光波長変換手段の光導波路は、前記
基板表面に沿って延びるように形成されかつ該基板に対
して平行な偏光成分を有することを特徴とする請求項3
または4に記載の光波長変換モジュール。
5. An optical waveguide of the light wavelength conversion means, wherein the optical waveguide is formed so as to extend along the surface of the substrate and has a polarization component parallel to the substrate.
Or the optical wavelength conversion module according to 4.
【請求項6】 前記基板の少なくとも一方は、表面と強
誘電体結晶の自発分極とのなす角度θが所定角度範囲内
(0°<θ<20°)となるようにカットされた強誘電
体結晶基板であることを特徴とする請求項3乃至請求項
5の何れか1項に記載の光波長変換モジュール。
6. A ferroelectric material wherein at least one of the substrates is cut such that an angle θ between a surface and spontaneous polarization of a ferroelectric crystal is within a predetermined angle range (0 ° <θ <20 °). The optical wavelength conversion module according to any one of claims 3 to 5, wherein the module is a crystal substrate.
【請求項7】 前記角度θは、0.2°を超えることを
特徴とする請求項6に記載の光波長変換モジュール。
7. The optical wavelength conversion module according to claim 6, wherein the angle θ exceeds 0.2 °.
【請求項8】 前記光導波路は、プロトン交換及びアニ
ールにより形成されかつ、前記角度θは、0.5°を超
えることを特徴とする請求項6に記載の光波長変換モジ
ュール。
8. The optical wavelength conversion module according to claim 6, wherein the optical waveguide is formed by proton exchange and annealing, and the angle θ exceeds 0.5 °.
【請求項9】 光ビームを出射する半導体レーザをさら
に備え、前記電気光学変調手段の光導波路へ光ビームが
入射されるように前記電気光学変調手段に前記半導体レ
ーザをさらに直接接合または光ファイバを介して接合す
ることを特徴とする請求項3乃至請求項8の何れか1項
に記載の光波長変換モジュール。
9. A semiconductor laser for emitting a light beam, wherein the semiconductor laser is further directly bonded to the electro-optic modulation means or an optical fiber is connected to the electro-optic modulation means so that the light beam is incident on an optical waveguide of the electro-optic modulation means. The optical wavelength conversion module according to any one of claims 3 to 8, wherein the optical wavelength conversion module is joined via a cable.
【請求項10】 前記半導体レーザは、発振波長が調整
可能であることを特徴とする請求項3乃至請求項9の何
れか1項に記載の光波長変換モジュール。
10. The optical wavelength conversion module according to claim 3, wherein an oscillation wavelength of the semiconductor laser is adjustable.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222753A (en) * 2008-03-13 2009-10-01 Ngk Insulators Ltd Optical modulator

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