JP2001311974A - Wavelength conversion element, manufacturing method therefor, and wavelength conversion module - Google Patents

Wavelength conversion element, manufacturing method therefor, and wavelength conversion module

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JP2001311974A
JP2001311974A JP2000130795A JP2000130795A JP2001311974A JP 2001311974 A JP2001311974 A JP 2001311974A JP 2000130795 A JP2000130795 A JP 2000130795A JP 2000130795 A JP2000130795 A JP 2000130795A JP 2001311974 A JP2001311974 A JP 2001311974A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical wavelength conversion element which permits to stably obtain a Gaussian beam form wavelength-converted wave, and has high wavelength conversion efficiency. SOLUTION: In the optical wavelength conversion element 10 wherein a cyclic domain inversion structure 14 and a channel optical waveguide 16 extending along the cyclic domain inversion structure 14 on a substrate 12 made of a non-linear optical crystal, the incident light side of the channel optical waveguide 16 is used as a 1st area 20 for converting the wavelength into a 2nd higher harmonic wave 22 by pseudo phase matching while propagating an incident fundamental wave 18 in a single mode, and the outgoing light side is used as a 2nd area 24 for propagating a 2nd higher harmonic wave 22 propagated from the 1st area 20 in a single mode. In such a manner, it is possible to stably obtain the 0-order mode 2nd higher harmonic wave 22 of a Gaussian beam form with high wavelength conversion efficiency.

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、波長変換素子、波
長変換素子の製造方法、及び波長変換モジュールに関す
る。
The present invention relates to a wavelength conversion element, a method for manufacturing a wavelength conversion element, and a wavelength conversion module.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
非線形光学材料からなる光導波路を有し、この光導波路
を伝搬する基本波を第2高調波等に波長変換する導波路
型の光波長変換素子が知られている。また、この種の導
波路型の光波長変換素子においては、光導波路に周期ド
メイン反転構造を形成して、いわゆる疑似位相整合を取
ることが広く行なわれている。この導波路型の光波長変
換素子から出射した第2高調波等の波長変換波を、レー
ザプリンタ等の光走査記録装置の記録光として適用する
場合等においては、記録光をより小さなスポットに絞る
ために、波長変換波はガウシアンビーム、つまりビーム
断面内の光強度分布がガウス分布となっているビームで
あるのが望ましい。また、記録光がガウシアンビームに
なっていないと、記録濃度にムラが生じやすい。さら
に、赤色、緑色、青色の3色の記録光でカラー画像を記
録する際に、ある記録光だけがガウシアンビームになっ
ていないと、色ずれが生じてしまう。
2. Description of the Related Art
2. Description of the Related Art A waveguide-type optical wavelength conversion element having an optical waveguide made of a nonlinear optical material and converting the wavelength of a fundamental wave propagating through the optical waveguide into a second harmonic or the like is known. In this type of waveguide-type optical wavelength conversion element, it is widely practiced to form a periodic domain inversion structure in an optical waveguide to achieve so-called quasi-phase matching. In the case where a wavelength-converted wave such as a second harmonic emitted from the waveguide-type optical wavelength conversion element is applied as recording light of an optical scanning recording device such as a laser printer, the recording light is focused to a smaller spot. Therefore, it is desirable that the wavelength-converted wave be a Gaussian beam, that is, a beam in which the light intensity distribution in the beam cross section has a Gaussian distribution. If the recording light is not a Gaussian beam, the recording density tends to be uneven. Further, when a color image is recorded with recording light of three colors of red, green and blue, if only a certain recording light is not a Gaussian beam, a color shift occurs.

【0003】上述のように波長変換波をガウシアンビー
ムとするためには、導波路型の光波長変換素子を、その
光導波路において0次モードで伝搬する波長変換波と基
本波とが位相整合するように構成すればよい。
In order to convert a wavelength-converted wave into a Gaussian beam as described above, a waveguide-type optical wavelength conversion element is phase-matched between a wavelength-converted wave propagating in the zero-order mode and a fundamental wave in the optical waveguide. It may be configured as follows.

【0004】その一方、本発明者の研究によると、0次
モードよりも1次モードで伝搬する第2高調波の方が基
本波との重なり積分が大きくなることが分かっている。
従って波長変換効率の点からは、1次モードで伝搬する
第2高調波と基本波とが位相整合するように導波路型光
波長変換素子を構成することが望まれる。しかしなが
ら、光等波路を1次モードで伝搬して光導波路外に出射
した第2高調波は、垂直方向(光導波路の基板厚さ方
向)にローブが2つ並んだ形の強度分布を有し、ガウシ
アンビームにはならない。
On the other hand, according to a study by the present inventor, it has been found that the second harmonic propagated in the first-order mode has a larger overlap integral with the fundamental wave than the zero-order mode.
Therefore, from the viewpoint of wavelength conversion efficiency, it is desired to configure the waveguide type optical wavelength conversion element such that the second harmonic propagating in the first mode and the fundamental wave are phase-matched. However, the second harmonic, which propagates in the optical uniform wave path in the first mode and is emitted outside the optical waveguide, has an intensity distribution in which two lobes are arranged in the vertical direction (the thickness direction of the optical waveguide substrate). Does not become a Gaussian beam.

【0005】特開平8−54658号には、光導波路を
1次モードで伝搬してから光導波路外に出射した第2高
調波を位相補償板に通すことにより、上記2つのローブ
間の位相差を補償して、第2高調波をガウシアンビーム
化する技術が示されている。しかしながら、その場合に
は、ビーム端部に位相が安定しないエッジだれが生じた
り、光導波路の作製ばらつきが存在することから、2つ
のビーム間の位相差が安定せず、そのため条件が固定さ
れている位相補償板を用いたのでは、安定したガウシア
ンビームを得るのは困難となっている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-54658 discloses that the phase difference between the two lobes is made by passing a second harmonic, which propagates in an optical waveguide in a first-order mode and then exits the optical waveguide, through a phase compensator. To convert the second harmonic into a Gaussian beam. However, in such a case, the phase difference between the two beams is not stable because the edge of the beam is unstable at the end of the beam, or there is a variation in the fabrication of the optical waveguide, so that the conditions are fixed. It is difficult to obtain a stable Gaussian beam if a certain phase compensator is used.

【0006】また、特開平11−72810号公報に
は、外部に光学素子を設けることなく通常の光導波路上
に高屈折率クラッド層を設けて0次モードで伝搬する第
2高調波と基本波とのオーバラップを増大させ、高い変
換効率で第2高調波を得る光導波路が記載されている。
しかしながら、この光導波路では出射した第2高調波は
横方向がマルチモードとなり、安定してガウシアンビー
ムを得ることができない、という問題がある。この光導
波路において横方向がマルチモードとなるのは、0次モ
ードで伝搬する第2高調波と基本波の波長分散(導波路
の構造分散と材料の分散)のために、縦方向及び横方向
が共にシングルモードとなる光導波路を得ることができ
ないからである。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-72810 discloses that a high refractive index cladding layer is provided on an ordinary optical waveguide without providing an external optical element, and a second harmonic and a fundamental wave propagating in the 0th mode. There is described an optical waveguide which increases the overlap with the optical waveguide and obtains the second harmonic with high conversion efficiency.
However, this optical waveguide has a problem that the emitted second harmonic is multimode in the lateral direction, and a Gaussian beam cannot be obtained stably. In this optical waveguide, the multi-mode in the horizontal direction is caused by the wavelength dispersion of the second harmonic and the fundamental wave propagating in the 0th mode (the structural dispersion of the waveguide and the dispersion of the material). This is because it is not possible to obtain an optical waveguide that becomes a single mode.

【0007】なお、0次モードの第2高調波と基本波と
は、通常は横方向の重なりが大きく、光導波路において
0次モードで伝搬する波長変換波と基本波とが位相整合
するように構成すればガウシアンビームが得られるが、
横方向のビームが複数のピークを持つ高次モードとなる
場合がある。これは光導波路中の欠陥等によるモード変
換が原因と推定されている。
The second harmonic of the zero-order mode and the fundamental wave usually have a large overlap in the lateral direction, and the wavelength conversion wave propagating in the zero-order mode and the fundamental wave in the optical waveguide are phase-matched. If constructed, a Gaussian beam can be obtained,
The lateral beam may be in a higher mode with multiple peaks. This is presumed to be due to mode conversion due to defects or the like in the optical waveguide.

【0008】本発明は上記事情に鑑み成されたものであ
り、本発明の目的は、安定してガウシアンビーム状の波
長変換波が得られ、しかも波長変換効率の高い光波長変
換素子を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical wavelength conversion element which can obtain a Gaussian beam-shaped wavelength-converted wave stably and has high wavelength conversion efficiency. It is in.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の波長変換素子は、入射された基本
波をシングルモードで伝搬しながら擬似位相整合により
波長変換する第1の領域と、該第1の領域から伝搬され
た波長変換波をシングルモードで伝搬して出射する第2
の領域と、を含んで構成したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a wavelength conversion element for performing wavelength conversion by quasi-phase matching while propagating an incident fundamental wave in a single mode. And a second region for transmitting the wavelength-converted wave propagated from the first region in a single mode and emitting the same.
And a region including:

【0010】本発明の光波長変換素子では、第1の領域
において、入射された基本波をシングルモードで伝搬し
ながら擬似位相整合により第2高調波に波長変換すると
共に、第2の領域において、この第1の領域から伝搬さ
れた波長変換波である第2高調波をシングルモードで伝
搬して、波長変換波を出射することとしたので、光導波
路中に欠陥等がある場合にも、高い波長変換効率で、安
定してガウシアンビーム状の波長変換波を得ることがで
きる。
In the optical wavelength conversion element according to the present invention, in the first region, the incident fundamental wave is wavelength-converted into the second harmonic by quasi-phase matching while propagating in a single mode. Since the second harmonic, which is a wavelength-converted wave propagated from the first region, is propagated in a single mode to emit the wavelength-converted wave, even if there is a defect or the like in the optical waveguide, a high level is obtained. A Gaussian beam-shaped wavelength-converted wave can be stably obtained with the wavelength conversion efficiency.

【0011】請求項2に記載の波長変換素子は、請求項
1に記載の発明において、前記第2の領域と周囲との屈
折率差が、前記第1の領域と周囲との屈折率差よりも小
さいことを特徴とする。なお、「周囲との屈折率差」と
は、各領域と各領域に隣接する領域(但し、第1の領域
の場合は第2の領域を除き、第2の領域の場合は第1の
領域を除く)との屈折率差のことである。
According to a second aspect of the present invention, in the wavelength conversion element according to the first aspect, the difference in refractive index between the second region and the surroundings is larger than the difference in refractive index between the first region and the surroundings. Is also small. The “difference in refractive index from the surroundings” refers to each region and a region adjacent to each region (however, except for the second region in the case of the first region, the first region in the case of the second region) )).

【0012】請求項3に記載の波長変換素子は、請求項
1または2に記載の発明において、前記第1の領域及び
第2の領域が、非線形結晶基板に形成された直線状の光
導波路により構成されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the wavelength conversion element according to the first or second aspect, the first region and the second region are formed by a linear optical waveguide formed on a nonlinear crystal substrate. It is characterized by comprising.

【0013】請求項4に記載の波長変換素子は、請求項
1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記第2
の領域の光伝搬方向に沿った長さが0.5mm以上であ
ることを特徴とする。前記第2の領域の光伝搬方向に沿
った長さを0.5mm以上とすることにより、迷光がオ
フセットするのを防止することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the wavelength conversion device according to any one of the first to third aspects,
The length of the region along the light propagation direction is 0.5 mm or more. By setting the length of the second region along the light propagation direction to 0.5 mm or more, offset of stray light can be prevented.

【0014】請求項5に記載の波長変換素子は、請求項
1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記非線
形結晶がLiNbxTa1-x3(0≦x≦1)であるこ
とを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the wavelength conversion element according to any one of the first to fourth aspects, the nonlinear crystal is LiNb x Ta 1 -x O 3 (0 ≦ x ≦ 1). There is a feature.

【0015】請求項6に記載の波長変換素子は、請求項
1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記非線
形結晶にMgO、ZnO、またはScがドープされたこ
とを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the wavelength conversion element according to any one of the first to fifth aspects, wherein the nonlinear crystal is doped with MgO, ZnO, or Sc.

【0016】請求項7に記載の波長変換素子は、請求項
1〜6のいずれか1項に記載の発明において、出射側端
面が光軸方向に垂直な面に対して光伝搬方向に3°〜7
°傾斜したことを特徴とする。出射側端面をこのように
斜めに研磨したことにより、基本波が波長変換素子に再
入射するのを防止することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the wavelength conversion element according to any one of the first to sixth aspects, wherein the exit side end face is 3 ° in the light propagation direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction. ~ 7
° characterized by inclination. By polishing the emission-side end face obliquely in this way, it is possible to prevent the fundamental wave from re-entering the wavelength conversion element.

【0017】請求項8に記載の波長変換素子は、請求項
1〜7のいずれか1項に記載の発明において、基本波に
対する反射率が0.2%以上の反射防止膜を、入射側端
面及び出射側端面の少なくとも一方に設けたことを特徴
とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the wavelength conversion device according to any one of the first to seventh aspects, an anti-reflection film having a reflectance of 0.2% or more with respect to a fundamental wave is provided on the incident side end face. And at least one of the emission-side end faces.

【0018】請求項9に記載の波長変換素子の製造方法
は、請求項1に記載の波長変換素子を製造する波長変換
素子の製造方法であって、前記非線形結晶基板の前記第
1の領域に対応する領域に所定深さの第1のプロトン交
換領域を形成し、前記第2の領域に対応する領域に前記
第1の領域よりも浅い第2のプロトン交換領域を形成
し、前記第1のプロトン交換領域をアニールした後に分
極反転構造を形成して、入射された基本波をシングルモ
ードで伝搬可能であると共に、擬似位相整合により基本
波を波長変換波に変換可能な第1の領域を形成し、前記
第2のプロトン交換領域をアニールして、前記第1の領
域から伝搬された波長変換波をシングルモードで伝搬可
能な第2の領域を形成し、波長変換素子を製造すること
を特徴とする。本発明の波長変換素子の製造方法では、
入射された基本波をシングルモードで伝搬しながら擬似
位相整合により波長変換する第1の領域と、この第1の
領域から伝搬された波長変換波をシングルモードで伝搬
して出射する第2の領域とを、2回のプロトン交換とア
ニールとにより形成することができ、本発明の波長変換
素子を容易に製造することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a wavelength conversion element manufacturing method for manufacturing the wavelength conversion element according to the first aspect, wherein the first area of the nonlinear crystal substrate is provided in the first region. Forming a first proton exchange region having a predetermined depth in a corresponding region, forming a second proton exchange region shallower than the first region in a region corresponding to the second region, After the proton exchange region is annealed, a domain-inverted structure is formed to form a first region in which the incident fundamental wave can be propagated in a single mode and the fundamental wave can be converted into a wavelength-converted wave by quasi-phase matching. And annealing the second proton exchange region to form a second region capable of transmitting the wavelength-converted wave propagated from the first region in a single mode, thereby manufacturing a wavelength conversion element. And In the method for manufacturing a wavelength conversion element of the present invention,
A first region in which the incident fundamental wave is wavelength-converted by quasi-phase matching while propagating in a single mode, and a second region in which the wavelength-converted wave propagated from the first region propagates in a single mode and is emitted. Can be formed by twice proton exchange and annealing, and the wavelength conversion element of the present invention can be easily manufactured.

【0019】請求項10に記載の波長変換モジュール
は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の波長変換素子
と、基本波を出射する半導体レーザとを直接結合したこ
とを特徴とする。本発明の光波長変換モジュールは、上
記した本発明の光波長変換素子を用いているので、外部
に位相補償板等の光学素子を設けることなく、高い波長
変換効率で、安定してガウシアンビーム状の波長変換波
を得ることができる。また、外部に光学素子を設ける必
要がないので、モジュールの信頼性が向上すると共に、
コストダウンを図ることができる。
A wavelength conversion module according to a tenth aspect is characterized in that the wavelength conversion element according to any one of the first to eighth aspects is directly coupled to a semiconductor laser that emits a fundamental wave. Since the optical wavelength conversion module of the present invention uses the above-described optical wavelength conversion element of the present invention, the Gaussian beam shape can be stably obtained with high wavelength conversion efficiency without providing an external optical element such as a phase compensator. Can be obtained. In addition, since there is no need to provide an external optical element, the reliability of the module is improved,
Cost can be reduced.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。 (第1の実施の形態)まず、本発明の光波長変換素子の
実施の形態について詳細に説明する。図1(A)及び
(B)に示すように、本実施の形態の光波長変換素子1
0は 、非線形光学結晶からなる基板12上に、そのz
軸と平行な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る周期ドメイン反転構造14
と、この周期ドメイン反転構造14に沿って延びるチャ
ンネル光導波路16とが形成されたものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) First, an embodiment of the optical wavelength conversion element of the present invention will be described in detail. As shown in FIGS. 1A and 1B, the optical wavelength conversion element 1 of the present embodiment
0 is the z on the substrate 12 made of a nonlinear optical crystal.
Periodic domain reversal structure 14 in which domain reversals in which the direction of spontaneous polarization parallel to the axis is reversed are periodically formed.
And a channel optical waveguide 16 extending along the periodic domain inversion structure 14.

【0021】基板12を構成する非線形光学結晶として
は、例えば、LiNbxTa1-x3(0≦x≦1)等の
非線形光学結晶、及びこの非線形光学結晶にMgO、Z
nO、またはScがドープされた結晶を用いることがで
きる。
The nonlinear optical crystal constituting the substrate 12 is, for example, a nonlinear optical crystal such as LiNb x Ta 1 -x O 3 (0 ≦ x ≦ 1), and MgO, Z
Crystals doped with nO or Sc can be used.

【0022】周期ドメイン反転構造14は、基板12の
y軸方向にドメイン反転部が並ぶように所定周期Λで形
成されている。その周期Λは、非線形光学結晶の屈折率
の波長分散を考慮して、基本波近辺の波長に対して1次
の周期となるように決定されている。このような周期ド
メイン反転構造14は、例えば特開平6−242478
号に記載された方法によって形成することができる。
The periodic domain inversion structure 14 is formed at a predetermined period Λ such that domain inversion portions are arranged in the y-axis direction of the substrate 12. The period Λ is determined so as to have a first-order period with respect to the wavelength near the fundamental wave in consideration of the wavelength dispersion of the refractive index of the nonlinear optical crystal. Such a periodic domain inversion structure 14 is disclosed in, for example,
It can be formed by the method described in the above item.

【0023】チャンネル光導波路16は、基本波18が
入射する光入射側が周囲との屈折率差がΔn1の第1の
領域20とされ、波長変換波としての第2高調波22が
出射する光出射側が周囲との屈折率差がΔn2の第2の
領域24とされている。なお、第1の領域20の「周囲
との屈折率差」とは、第1の領域20と空気層及び基板
12との屈折率差のことであり、第2の領域24の「周
囲との屈折率差」とは、第2の領域24と空気層及び基
板12との屈折率差のことである。
In the channel optical waveguide 16, the light incident side on which the fundamental wave 18 is incident is defined as a first region 20 having a refractive index difference Δn 1 from the surroundings, and the second harmonic 22 as a wavelength-converted wave is emitted. The outgoing side is the second region 24 where the difference in refractive index from the surroundings is Δn 2 . The “difference in refractive index from the surroundings” of the first region 20 refers to the difference in refractive index between the first region 20 and the air layer and the substrate 12, and the “difference in refractive index from the surroundings” of the second region 24. The “refractive index difference” is a refractive index difference between the second region 24 and the air layer and the substrate 12.

【0024】ここで、第2の領域24の周囲との屈折率
差Δn2は、第1の領域20の屈折率差Δn1よりも小さ
く、第1の領域20の周囲との屈折率差Δn1は入射さ
れた基本波18をシングルモードで伝搬可能な値とさ
れ、第2の領域24の周囲との屈折率差Δn2は第1の
領域20から伝搬された第2高調波22をシングルモー
ドで伝搬可能な値とされている。また、第2の領域24
の光の伝搬方向に沿った長さLは、迷光を低減するため
にある程度の長さが必要であり、0.5mm以上が好ま
しく、0.75mm以上がより好ましい。
Here, the refractive index difference Δn 2 from the periphery of the second region 24 is smaller than the refractive index difference Δn 1 of the first region 20 and the refractive index difference Δn from the periphery of the first region 20. 1 is a value capable of propagating the incident fundamental wave 18 in a single mode, and the refractive index difference Δn 2 around the second region 24 is a single-mode value of the second harmonic 22 propagated from the first region 20. It is a value that can be propagated in the mode. Also, the second area 24
The length L along the light propagation direction needs a certain length in order to reduce stray light, and is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.75 mm or more.

【0025】また、光波長変換素子10の両端面は光学
研磨されている。特に、光波長変換素子10の出射側端
面26は斜めに研磨されて、チャンネル光導波路16が
延びる方向に垂直な面に対して、チャンネル光導波路1
6が延びる方向に角度θ(3°≦θ)以上傾斜した傾斜
面が形成されている。出射側端面26をこのように斜め
に研磨したことにより、基本波がチャンネル光導波路1
6に再入射するのを防止することができる。そして、光
波長変換素子10の出射側端面26には、基本波に対す
る反射率が0.2%以上のAR(反射防止)コート28
が設けられている。また、入射側端面30にも、基本波
に対する反射率が0.2%以上のARコート32が設け
られている。
Both end faces of the light wavelength conversion element 10 are optically polished. In particular, the emission side end face 26 of the optical wavelength conversion element 10 is polished obliquely so that the channel optical waveguide 1 extends in a direction perpendicular to the direction in which the channel optical waveguide 16 extends.
An inclined surface is formed that is inclined at an angle θ (3 ° ≦ θ) or more in the direction in which 6 extends. Since the emission side end face 26 is polished obliquely in this manner, a fundamental wave is generated by the channel optical waveguide 1.
6 can be prevented from re-entering. Then, an AR (anti-reflection) coat 28 having a reflectance of 0.2% or more for the fundamental wave is provided on the emission end face 26 of the optical wavelength conversion element 10.
Is provided. Further, the incident side end face 30 is also provided with an AR coat 32 having a reflectance of 0.2% or more for the fundamental wave.

【0026】次に、上記光波長変換素子10の製造方法
について説明する。まず、図2(A)及び(B)に示す
ように、フォトリソグラフィー、金属(例えば、Cr)
蒸着、及びリフトオフを用いて、光学結晶基板(例えば
87°ZカットのMgO5mol%ドープのLiNbO
3基板)12に、所定構造の分極反転用電極34を形成
する。なお、分極反転用電極34の詳細な構造は、特開
平9‐218431号公報に記載されている。
Next, a method for manufacturing the optical wavelength conversion element 10 will be described. First, as shown in FIGS. 2A and 2B, photolithography, metal (for example, Cr)
Using an evaporation and a lift-off, an optical crystal substrate (for example, 87 ° Z-cut MgO 5 mol% doped LiNbO
On the (3 substrate) 12, a domain inversion electrode 34 having a predetermined structure is formed. The detailed structure of the polarization inversion electrode 34 is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-218431.

【0027】次に、図3(A)及び(B)に示すよう
に、フォトリソグラフィー、スパッタ成膜、及びリフト
オフを用いて、分極反転用電極34が形成された基板1
2上に所定幅の直線状の開口38を有する金属マスク3
6を形成する。なお、金属マスク36は、例えば、下層
からTa層36A、Au層36B、及びTa層36Cの
順に積層された3層構造とされている。また、開口38
の線幅は3〜9μmの範囲で一定とする。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the substrate 1 on which the domain inversion electrodes 34 are formed by photolithography, sputtering film formation, and lift-off.
Metal mask 3 having a linear opening 38 of a predetermined width on
6 is formed. The metal mask 36 has, for example, a three-layer structure in which a Ta layer 36A, an Au layer 36B, and a Ta layer 36C are sequentially stacked from the lower layer. Also, the opening 38
Is constant in the range of 3 to 9 μm.

【0028】次に、図4(A)及び(B)に示すよう
に、この金属マスク36を用いて第1回目のプロトン交
換処理を行うことにより、プロトン交換部39Aを形成
する。第1回目のプロトン交換処理の条件は、ピロリン
酸中で140〜160℃の温度範囲で15〜60分であ
る。
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, a first proton exchange treatment is performed using the metal mask 36 to form a proton exchange portion 39A. The conditions for the first proton exchange treatment are 15 to 60 minutes in a temperature range of 140 to 160 ° C. in pyrophosphoric acid.

【0029】次に、図5(A)及び(B)に示すよう
に、フォトリソグラフィー、スパッタ成膜、及びリフト
オフを用いて、プロトン交換部39Aの出射部近傍のT
a層36C上の所定範囲に金属マスク40を形成する。
図6(A)及び(B)に示すように、この金属マスク4
0を用いて第2回目のプロトン交換処理を行うことによ
り、プロトン交換部39Aの光入射側をより深い部分ま
でプロトン交換してプロトン交換部39Bを形成する。
第2回目のプロトン交換の条件は、ピロリン酸中で14
0〜160℃の温度範囲で60〜200分である。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, photolithography, sputtering film formation, and lift-off are used to remove the T near the exit portion of the proton exchange portion 39A.
A metal mask 40 is formed in a predetermined range on the a layer 36C.
As shown in FIGS. 6A and 6B, this metal mask 4
By performing the second proton exchange treatment using 0, the proton exchange section 39B is formed by performing proton exchange on the light incident side of the proton exchange section 39A to a deeper portion.
The conditions for the second proton exchange were as follows:
It is 60 to 200 minutes in a temperature range of 0 to 160 ° C.

【0030】次に、図7(A)及び(B)に示すよう
に、エッチングによりTa層36Cを除去してAu層3
6Bを露出させた後に大気中でアニール処理を行い、プ
ロトン交換部39A及び39Bをチャンネル光導波路1
6とする。なお、アニール処理は300〜400℃の温
度範囲で60分の条件で行う。これにより深いプロトン
交換部39Bが形成された光入射側には、周囲との屈折
率差Δn1の第1の領域20が形成され、より浅いプロ
トン交換部39Aが形成された光出射側には、周囲との
屈折率差Δn2(Δn1>Δn2)の第2の領域24が形
成される。なお、アニールによりチャンネル光導波路1
6の第1の領域20と第2の領域24とは略同じ厚さと
なる。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the Ta layer 36C is removed by etching to remove the Au layer 3C.
After exposing 6B, an annealing process is performed in the air, and the proton exchange units 39A and 39B are connected to the channel optical waveguide 1.
6 is assumed. The annealing is performed at a temperature in the range of 300 to 400 ° C. for 60 minutes. Thus, the first region 20 having a refractive index difference Δn 1 from the surroundings is formed on the light incident side where the deep proton exchange portion 39B is formed, and on the light emission side where the shallow proton exchange portion 39A is formed. , A second region 24 having a refractive index difference Δn 2 (Δn 1 > Δn 2 ) from the surroundings is formed. The channel optical waveguide 1 is annealed by annealing.
6, the first region 20 and the second region 24 have substantially the same thickness.

【0031】なお、上記2回のプロトン交換処理の条件
及びアニール処理の条件は、第1の領域20の周囲との
屈折率差Δn1が、入射された基本波18をシングルモ
ードで伝搬可能な値となり、第2の領域24の周囲との
屈折率差Δn2が、第1の領域20から伝搬された第2
高調波22をシングルモードで伝搬可能な値となるよう
に適宜選択される。また、第2高調波への変換効率や半
導体レーザとの結合効率が最大となるように、プロトン
交換処理の条件及びアニール処理の条件を選択すること
が好ましい。
The conditions for the two proton exchange treatments and the annealing treatment are such that the refractive index difference Δn 1 from the periphery of the first region 20 allows the incident fundamental wave 18 to propagate in a single mode. And the refractive index difference Δn 2 from the periphery of the second region 24 is the second refractive index difference Δn 2 transmitted from the first region 20.
The harmonic 22 is appropriately selected so as to have a value that allows the harmonic 22 to propagate in a single mode. Further, it is preferable to select the conditions of the proton exchange treatment and the annealing treatment so that the conversion efficiency to the second harmonic and the coupling efficiency with the semiconductor laser are maximized.

【0032】次に、図8(A)及び(B)に示すよう
に、エッチングにより残りの金属マスクを総て除去して
分極反転用電極34を露出させ、分極反転用電極34に
高電圧を印加する。例えば、電極間ギャップが400μ
mのときに2〜4kVの電圧を1〜10秒印加する。こ
れにより基板12に周期ドメイン反転構造14が形成さ
れる。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the remaining metal mask is entirely removed by etching to expose the polarization inversion electrode 34, and a high voltage is applied to the polarization inversion electrode 34. Apply. For example, if the gap between the electrodes is 400μ
At the time of m, a voltage of 2 to 4 kV is applied for 1 to 10 seconds. As a result, the periodic domain inversion structure 14 is formed on the substrate 12.

【0033】次に、光導波路端面を含む基板12の両端
面を光学研磨する。なお、出射側端面26は、基本波が
再入射するのを防止するために、光軸方向に垂直な面に
対して光伝搬方向に所定角度傾斜した傾斜面が形成され
るように研磨(以下、「斜めカット」と称する)する。
なお、傾斜角度は3〜7°とすることができる。最後
に、入射側端面30及び出射側端面26に、基本波に対
する反射率が0.2%以下となるように、SiO2単層
からなるARコート28、32をそれぞれ形成して、図
1に示す光波長変換素子10が完成する。
Next, both end faces of the substrate 12 including the end faces of the optical waveguide are optically polished. In order to prevent the fundamental wave from re-entering, the emission side end face 26 is polished (hereinafter, referred to as an inclined face) inclined at a predetermined angle in the light propagation direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction. , "Diagonal cut").
In addition, the inclination angle can be set to 3 to 7 °. Finally, AR coats 28 and 32 made of a single layer of SiO 2 are respectively formed on the incident side end face 30 and the exit side end face 26 so that the reflectance with respect to the fundamental wave is 0.2% or less. The optical wavelength conversion element 10 shown is completed.

【0034】上述の光波長変換素子10のチャンネル光
導波路16の入射側端面30に、半導体レーザを直接結
合して、上記光波長変換素子10内に、例えば950n
mのレーザビームを基本波18として入射させると、基
本波18は第1の領域20を0次モードで伝搬し、第1
の領域20中の周期ドメイン反転構造14で位相整合
(いわゆる疑似位相整合)されて、例えば波長が約47
5nmの第2高調波22に変換される。なお、周期ドメ
イン反転構造14の周期Λは、基本波18と0次モード
で伝搬する第2高調波22との間で疑似位相整合が取ら
れるように設定されている。具体的には、チャンネル光
導波路16の基本波18に対する実効屈折率、第2高調
波22に対する実効屈折率をそれぞれnω、n2ωとし
基本波の波長をλFとしたとき、下記の式 n2ω−nω=λF/2Λ と満足するように周期Λを決定すればよい。
A semiconductor laser is directly coupled to the incident side end face 30 of the channel optical waveguide 16 of the above-described optical wavelength conversion element 10 and, for example, 950 nm
When the laser beam of m is incident as the fundamental wave 18, the fundamental wave 18 propagates in the first region 20 in the 0th mode, and
(So-called quasi-phase matching) in the periodic domain inversion structure 14 in the region 20 of FIG.
It is converted to a second harmonic 22 of 5 nm. The period Λ of the periodic domain inversion structure 14 is set such that quasi-phase matching is obtained between the fundamental wave 18 and the second harmonic 22 propagating in the zero-order mode. Specifically, when the effective refractive index of the channel optical waveguide 16 for the fundamental wave 18 and the effective refractive index for the second harmonic 22 are nω and n 2 ω, respectively, and the wavelength of the fundamental wave is λF, the following equation n 2 The period Λ may be determined so as to satisfy ω−nω = λF / 2Λ.

【0035】第1の領域20から第2の領域24に伝搬
された第2高調波22は、第2の領域を0次モードで伝
搬して、例えば30mW以上の波長約475nmの青色
光が出射側端面26から発散光状態で出射する。このと
き出射した第2高調波22のNFP(ニアフィールドパ
ターン)における基板と垂直な方向のビーム形状を図9
(A)に実線で示し、基板と水平な方向のビーム形状を
破線で示す。また、図9(B)には、通常のチヤンネル
光導波路を1次モードで伝搬した後に出射した第2高調
波のNFPにおけるビーム形状を示す。図9(A)と同
様に、基板と垂直な方向のビーム形状を実線で示し、基
板と水平な方向のビーム形状を破線で示す。図9(A)
及び(B)を比較すれば分かるように、チヤンネル光導
波路を1次モードで伝搬した後に出射した第2高調波の
NFPはサイドローブを有しているのに対し、第2の領
域を0次モードで伝搬した後に出射した本実施の形態の
第2高調波のNFPは、サイドローブが無いガウス分布
を示した。
The second harmonic wave 22 propagated from the first region 20 to the second region 24 propagates in the second region in the 0th-order mode, and emits blue light having a wavelength of about 475 nm of 30 mW or more, for example. The light exits from the side end surface 26 in a divergent light state. The beam shape of the second harmonic 22 emitted at this time in the direction perpendicular to the substrate in the NFP (near field pattern) is shown in FIG.
(A) is shown by a solid line, and the beam shape in the direction parallel to the substrate is shown by a broken line. FIG. 9B shows a beam shape in the NFP of the second harmonic emitted after propagating in the normal mode in the primary channel optical waveguide in the first mode. Similarly to FIG. 9A, a beam shape in a direction perpendicular to the substrate is indicated by a solid line, and a beam shape in a direction horizontal to the substrate is indicated by a broken line. FIG. 9 (A)
As can be seen from a comparison between (B) and (B), the NFP of the second harmonic emitted after propagating in the first-order mode through the channel optical waveguide has a side lobe, whereas the second region has a zero-order NFP. The second harmonic NFP of the present embodiment emitted after propagating in mode showed a Gaussian distribution without side lobes.

【0036】また、第1の領域20での基本波18(0
次モード)から第2高調波22(0次モード)への変換
効率は、基本波18(0次モード)から第2高調波22
(1次モード)への変換効率の10〜20%となる。例
えば、第2高調波22(1次モード)への変換の場合で
あれば300%/Wcm2となるところが、第2高調波
22(0次モード)への変換の場合は30〜60%/W
cm2となる。一方、第1の領域20から第2の領域2
4に入射する際に、第2高調波22を1次モードから0
次モードへモード変換する必要があるので10〜70%
の範囲のモード変換ロスが発生する。即ち、第1の領域
20において、基本波18(0次モード)から第2高調
波22(1次モード)へ変換し、第2の領域24におい
て、第2高調波22を1次モードから0次モードへモー
ド変換する場合には、第1の領域20に入射した基本波
18(0次モード)を30〜90%の変換効率で0次モ
ードの第2高調波にし、第2の領域24から出射させる
ことになる。従って、基本波18(0次モード)から直
接第2高調波22(0次モード)へ変換して出射する場
合に比べ、全体として1.5倍から9倍の変換効率を得
ることができる。
Further, the fundamental wave 18 (0
The conversion efficiency from the second harmonic to the second harmonic 22 (the zero-order mode) depends on the conversion efficiency from the fundamental wave 18 (the zero-order mode) to the second harmonic 22.
(1st mode) is 10 to 20% of the conversion efficiency. For example, in the case of conversion to the second harmonic 22 (first-order mode), the conversion rate is 300% / Wcm 2 , whereas in the case of conversion to the second harmonic 22 (0-order mode), it is 30 to 60% / Wcm 2. W
cm 2 . On the other hand, from the first region 20 to the second region 2
4, the second harmonic 22 is shifted from the first mode to 0
10-70% because mode conversion to next mode is required
The mode conversion loss in the range of? That is, in the first region 20, the fundamental wave 18 (0th mode) is converted to the second harmonic 22 (first mode), and in the second region 24, the second harmonic 22 is converted from the first mode to 0%. In the case of mode conversion to the next mode, the fundamental wave 18 (0th mode) incident on the first region 20 is converted into the second harmonic of the 0th mode with a conversion efficiency of 30 to 90%, and the second region 24 From the surface. Accordingly, a conversion efficiency 1.5 to 9 times as a whole can be obtained as compared with a case where the fundamental wave 18 (0th mode) is directly converted into the second harmonic 22 (0th mode) and emitted.

【0037】なお、第1の領域20を伝搬する光のビー
ム形状を第2の領域24を伝搬する光のビーム形状と一
致させることで、モード変換ロスを約10%程度まで低
減することができる。
The mode conversion loss can be reduced to about 10% by matching the beam shape of the light propagating in the first area 20 with the beam shape of the light propagating in the second area 24. .

【0038】以上の通り、本実施の形態の光波長変換素
子では、チヤンネル光導波路を第1の領域と第2の領域
とに分けて、第1の領域において、入射された基本波を
シングルモードで伝搬しながら擬似位相整合により第2
高調波に波長変換すると共に、第2の領域において、こ
の第1の領域から伝搬された波長変換波である第2高調
波をシングルモードで伝搬して、0次モードの第2高調
波を取出すこととしたので、光導波路中に欠陥等がある
場合にも、高い変換効率でガウシアンビームを得ること
ができる。
As described above, in the optical wavelength conversion device of the present embodiment, the channel optical waveguide is divided into the first region and the second region, and the incident fundamental wave is converted into the single mode in the first region. Quasi phase matching while propagating in
The wavelength is converted into a harmonic, and in the second region, the second harmonic, which is the wavelength-converted wave propagated from the first region, is propagated in a single mode to extract the second harmonic in the zero-order mode. Therefore, even when there is a defect or the like in the optical waveguide, a Gaussian beam can be obtained with high conversion efficiency.

【0039】上記実施の形態では、チャンネル光導波路
の幅は、第1の領域及び第2の領域において同じ幅とし
たが、異なる幅とすることもできる。例えば、図10
(A)に示すように、第2の領域24の幅を第1の領域
20の幅より狭くする態様、図10(B)に示すよう
に、第2の領域24の幅を第1の領域20の幅より広く
する態様、図10(C)に示すように、第2の領域24
の幅を出射側に向けてテーパ状に狭める態様等が挙げら
れる。しかしながら、異なる幅とする場合にはマスク形
成時に正確なアラインメントが必要になり製造工程が煩
雑となるため、第1の領域及び第2の領域においてチャ
ンネル光導波路の幅を同じ幅とする態様が好ましい。 (第2の実施の形態)次に、上記波長変換素子を用いた
光波長変換モジュールの実施の形態について説明する。
この光波長変換モジュールは、図11に示すように、後
方出射端面とこの端面に対向する前方出射端面とを備え
た半導体レーザ110と、半導体レーザ110の前方出
射端面と共に外部共振器を構成する反射部材としてのミ
ラー112と、半導体レーザ110から出射された基本
波を波長変換して第2高調波を出力する上記光波長変換
素子10と、を備えている。
In the above embodiment, the width of the channel optical waveguide is the same in the first region and the second region, but may be different. For example, FIG.
As shown in FIG. 10A, the width of the second region 24 is made smaller than the width of the first region 20. As shown in FIG. 10B, the width of the second region 24 is reduced to the first region. As shown in FIG. 10C, the second region 24 is wider than the width of the second region 24.
Is narrowed in a tapered shape toward the emission side. However, if the widths are different, accurate alignment is required at the time of mask formation, and the manufacturing process becomes complicated. Therefore, it is preferable that the width of the channel optical waveguide be the same in the first region and the second region. . (Second Embodiment) Next, an embodiment of an optical wavelength conversion module using the above wavelength conversion element will be described.
As shown in FIG. 11, the optical wavelength conversion module includes a semiconductor laser 110 having a rear emission end face and a front emission end face opposed to this end face, and a reflection device that forms an external resonator together with the front emission end face of the semiconductor laser 110. The optical wavelength conversion device 10 includes a mirror 112 as a member and the wavelength conversion of the fundamental wave emitted from the semiconductor laser 110 to output a second harmonic.

【0040】半導体レーザ(LD)110は半導体レー
ザ用のマウント116に保持され、2次高調波発生素子
(SHG素子)で構成された光波長変換素子10は光波
長変換素子用のマウント118に保持されている。半導
体レーザ110と光波長変換素子10とは、マウントに
保持された状態で、半導体レーザ110の出射部分と光
波長変換素子10の導波路部分(入射部分)とが一致す
るように位置合わせされ、LD−SHGユニット120
が構成されている。これにより半導体レーザ110の前
方出射端面に光波長変換素子10が直接結合される。こ
のLD−SHGユニット120は、図11に示すよう
に、基板122上に固定されている。
The semiconductor laser (LD) 110 is held by a mount 116 for the semiconductor laser, and the optical wavelength conversion element 10 constituted by a second harmonic generation element (SHG element) is held by a mount 118 for the optical wavelength conversion element. Have been. The semiconductor laser 110 and the optical wavelength conversion element 10 are aligned so that the emission part of the semiconductor laser 110 and the waveguide part (incident part) of the optical wavelength conversion element 10 coincide with each other while being held by the mount. LD-SHG unit 120
Is configured. Thus, the optical wavelength conversion element 10 is directly coupled to the front emission end face of the semiconductor laser 110. The LD-SHG unit 120 is fixed on a substrate 122 as shown in FIG.

【0041】半導体レーザ110は、ファブリペロー型
(FP型)の単峰性の空間モード(横シングルモード)
を有する通常の半導体レーザ(レーザダイオード)であ
り、半導体レーザ110の両端面(劈開面)には、発振
波長の光に対するLR(低反射率)コートが施されてい
る。
The semiconductor laser 110 is a Fabry-Perot type (FP type) unimodal spatial mode (transverse single mode).
The semiconductor laser 110 has an LR (low reflectivity) coat for both ends (cleavage plane) of the semiconductor laser 110 with respect to light having an oscillation wavelength.

【0042】図11に示すように、LD−SHGユニッ
ト120には、半導体レーザ110の後方出射端面から
発散光状態で出射したレーザビーム(後方出射光)13
4Rを平行光化するコリメータレンズ136が取り付け
られている。LD−SHGユニット120及びコリメー
タレンズ136は、気密封止部材としてのパッケージ1
38内にドライ窒素等の不活性ガスまたはドライ空気と
共に気密封止され、パッケージ138内に固定されてい
る。なお、コリメータレンズ136としては、セルフォ
ック(商品名)のような分布屈折率ロッドレンズ、非球
面レンズ、及び球面レンズのいずれをも使用することが
できる。
As shown in FIG. 11, the LD-SHG unit 120 includes a laser beam (backward emitting light) 13 emitted in a diverging light state from the rearward emitting end face of the semiconductor laser 110.
A collimator lens 136 for converting 4R into parallel light is attached. The LD-SHG unit 120 and the collimator lens 136 are packaged as a hermetic sealing member.
The inside is hermetically sealed together with an inert gas such as dry nitrogen or dry air, and is fixed in the package 138. Note that, as the collimator lens 136, any of a gradient index rod lens, an aspherical lens, and a spherical lens such as Selfoc (trade name) can be used.

【0043】パッケージ138には、半導体レーザ11
0からの後方出射光134Rが透過する窓孔41Aと光
波長変換素子10からの前方出射光62が透過する窓孔
41Bとが形成され、この窓孔41Aと窓孔41Bに
は、それぞれ透明な窓板42Aと窓板42Bとが気密状
態を保つように被着されている。また、パッケージ13
8には、ワイヤ取出孔に低融点ガラス等を気密状態で嵌
合させたワイヤ取出部44が形成され、半導体レーザ1
10の両電極に結線された2本のワイヤ46A、46B
がワイヤ取出部44を貫通して引き出されている。そし
て、パッケージ138は、LD−SHGユニット120
とコリメータレンズ136とを気密封止した状態で、ミ
ラー112と共に基板48上に固定されている。
The package 138 includes the semiconductor laser 11
A window hole 41A through which the backward emission light 134R from 0 is transmitted and a window hole 41B through which the forward emission light 62 from the optical wavelength conversion element 10 are formed. The window hole 41A and the window hole 41B are transparent, respectively. The window plate 42A and the window plate 42B are attached so as to maintain an airtight state. Package 13
8, a wire extraction portion 44 in which a low melting point glass or the like is fitted in a wire extraction hole in an airtight state is formed.
Two wires 46A, 46B connected to both electrodes of the ten
Are pulled out through the wire outlet 44. The package 138 includes the LD-SHG unit 120.
And the collimator lens 136 are hermetically sealed and fixed on the substrate 48 together with the mirror 112.

【0044】ミラー112は、そのレーザビーム入射側
の面にはARコート50が施され、入射側の面と反対側
の面にはHRコート52が施されている。レーザビーム
入射側の面にARコートが施され、入射側の面と反対側
の面にHRコートが施されたミラーを用いることによ
り、ゴミの付着によりミラーの反射率が低下するのを防
止することができる。
The mirror 112 is provided with an AR coat 50 on the surface on the laser beam incident side, and an HR coat 52 on a surface opposite to the incident side surface. By using a mirror in which the surface on the laser beam incident side is coated with an AR coating and the surface on the side opposite to the incident side is coated with an HR coating, it is possible to prevent the reflectivity of the mirror from being lowered due to the adhesion of dust. be able to.

【0045】パッケージ138の窓板42Aとミラー1
12との間には、ホルダー54に回転可能に保持された
波長選択素子としての狭帯域バンドパスフィルタ56
と、レーザビーム134Rの光路を略180°折り曲げ
るための一対の全反射プリズム58A及び58Bと、平
行光化されたレーザビーム134Rをミラー112のH
Rコート52の表面に収束させる集光レンズ60と、が
この順に配置され、基板48上に固定されている。ミラ
ー112のHRコート52の基本波に対する反射率は9
5%とするのが好ましい。
The window plate 42A of the package 138 and the mirror 1
12, a narrow band-pass filter 56 as a wavelength selection element rotatably held by a holder 54.
A pair of total reflection prisms 58A and 58B for bending the optical path of the laser beam 134R by approximately 180 °;
The condenser lens 60 for converging on the surface of the R coat 52 is arranged in this order, and is fixed on the substrate 48. The reflectance of the mirror 112 for the fundamental wave of the HR coat 52 is 9
It is preferably set to 5%.

【0046】ミラー112と半導体レーザ110の前方
出射端面とによって構成される外部共振器の共振器長
(即ち、半導体レーザ110の前方出射端面からミラー
112のHRコート52の表面までの光学長)が、半導
体レーザから出射される基本波のコヒーレント長よりも
長くなるように、半導体レーザー110とミラー112
とが配置されている。基本波のコヒーレント長Lは、そ
のレーザビーム固有の可干渉距離であり、レーザビーム
の波長をλ、スペクトル幅をΔλとすると、下記式に従
い算出することができる。基本波のコヒーレント長L
は、一般には100mm程度であるので、外部共振器の
共振器長を、例えば100mmを超える長さとすること
ができる。
The resonator length of the external resonator constituted by the mirror 112 and the front emission end face of the semiconductor laser 110 (ie, the optical length from the front emission end face of the semiconductor laser 110 to the surface of the HR coat 52 of the mirror 112) is The semiconductor laser 110 and the mirror 112 so that they are longer than the coherent length of the fundamental wave emitted from the semiconductor laser.
And are arranged. The coherent length L of the fundamental wave is a coherence length unique to the laser beam, and can be calculated according to the following equation, where λ is the wavelength of the laser beam and Δλ is the spectrum width. Coherent length L of fundamental wave
Is generally about 100 mm, so that the resonator length of the external resonator can be set to, for example, a length exceeding 100 mm.

【0047】L=λ2/2πnΔλ また、パッケージ138の窓板42Bの外側には、光波
長変換素子10の前方出射端面から出射した第2高調波
62(基本波134を含む)を平行光化するコリメータ
レンズ64、平行光化された第2高調波62(基本波1
34を含む)から赤外光成分を除去するIRカットフィ
ルタ66、ハーフミラー68、及びフォトダイオード7
0が配置され、基板48上に固定されている。コリメー
タレンズ64としては、収差の少ない非球面レンズが好
ましい。
L = λ 2 / 2πnΔλ Further, outside the window plate 42B of the package 138, the second harmonic 62 (including the fundamental wave 134) emitted from the front emission end face of the optical wavelength conversion element 10 is collimated. Collimator lens 64, the second harmonic 62 converted into parallel light (the fundamental wave 1
34, an infrared cut component 66, a half mirror 68, and a photodiode 7
0 is arranged and fixed on the substrate 48. As the collimator lens 64, an aspheric lens having less aberration is preferable.

【0048】図12に示すように、基板48は設置台7
2に固定されている。基板48と設置台72との間には
ペルチェ素子74が挿入されて、基板48に固定された
各光学要素がペルチェ素子74により所定温度に調節さ
れる。基板48に固定された各光学要素は、基板48及
びペルチェ素子74と共に、レーザビームの出射部分が
透明な防塵用カバー75により覆われている。
As shown in FIG. 12, the substrate 48 is
It is fixed to 2. A Peltier element 74 is inserted between the substrate 48 and the mounting table 72, and each optical element fixed to the substrate 48 is adjusted to a predetermined temperature by the Peltier element 74. Each of the optical elements fixed to the substrate 48, together with the substrate 48 and the Peltier element 74, has a laser beam emitting portion covered with a transparent dustproof cover 75.

【0049】また、半導体レーザ110は、防塵用カバ
ー75の外に引出されたワイヤ46A、46Bを介して
駆動回路78に接続されている。駆動回路78の概略構
成を図13に示す。この駆動回路78は、自動出力制御
回路(APC)を備えた直流電源回路80、交流電源8
4、及びバイアスT88からなり、バイアスT88はコ
イル82とコンデンサ86とから構成されており、直流
電源回路80から発せられてコイル82を経た直流電源
成分に、交流電源84から発せられてコンデンサ86を
経た高周波が重畳され、この高周波重畳された電流が半
導体レーザ110に印加される。出力する第2高調波の
ノイズを低減するために、重畳される高周波の周波数は
100〜400MHzとするのが好ましく、変調度は1
00%とするのが好ましい。
The semiconductor laser 110 is connected to the drive circuit 78 via wires 46A and 46B drawn out of the dustproof cover 75. FIG. 13 shows a schematic configuration of the drive circuit 78. The drive circuit 78 includes a DC power supply circuit 80 having an automatic output control circuit (APC), an AC power supply 8
4, and a bias T88. The bias T88 is composed of a coil 82 and a capacitor 86. The bias T88 is generated from a DC power supply circuit 80 and passes through the coil 82 to a DC power supply component. The passed high frequency is superimposed, and the high frequency superimposed current is applied to the semiconductor laser 110. In order to reduce the noise of the output second harmonic, the frequency of the superimposed high frequency is preferably 100 to 400 MHz, and the modulation degree is 1
It is preferably set to 00%.

【0050】フォトダイオード70の両電極には2本の
ワイヤ71A、ワイヤ71Bが結線されており、ワイヤ
71A、ワイヤ71Bは、防塵用カバー75の外に引出
されている。フォトダイオード70は、防塵用カバー7
5の外に引出されたワイヤ71A、ワイヤ71Bを介し
てAPCを備えた直流電源回路80に接続されている。
このAPCにより、第2高調波62の光出力が所定値と
なるように、半導体レーザ110に印加する電流量を制
御する。また、ペルチェ素子74は、温度コントローラ
90に接続されている。さらに、防塵用カバー75によ
り覆われた装置内部には、装置内の温度を調節するため
のサーミスタ(図示せず)が設けられており、このサー
ミスタも温度コントローラ90に接続されている。温度
コントローラ90は、サーミスタの出力に基づいて、装
置内部が使用環境で光学系が結露しない温度範囲(例え
ば、使用環境温度が30℃であれば、30℃以上)に維
持されるようにペルチェ素子74を制御する。
Two wires 71 A and 71 B are connected to both electrodes of the photodiode 70, and the wires 71 A and 71 B are drawn out of the dustproof cover 75. The photodiode 70 includes the dustproof cover 7.
5 is connected to a DC power supply circuit 80 having an APC via wires 71A and 71B drawn out.
The amount of current applied to the semiconductor laser 110 is controlled by the APC so that the optical output of the second harmonic 62 becomes a predetermined value. The Peltier device 74 is connected to the temperature controller 90. Further, a thermistor (not shown) for adjusting the temperature inside the device is provided inside the device covered with the dustproof cover 75, and this thermistor is also connected to the temperature controller 90. The temperature controller 90 controls the Peltier element based on the output of the thermistor so that the inside of the device is maintained in a temperature range where the optical system does not dew in the use environment (for example, 30 ° C. or more if the use environment temperature is 30 ° C.). 74 is controlled.

【0051】本実施の形態に係る光波長変換モジュール
は、第1の実施の形態に係る上記光波長変換素子を用い
ているので、外部に位相補償板等の光学素子を設けるこ
となく、高い波長変換効率で、安定してガウシアンビー
ム状の0次モードの第2高調波を得ることができる。ま
た、外部に光学素子を設ける必要がないので、モジュー
ルの信頼性が向上すると共に、コストダウンを図ること
ができる。
Since the optical wavelength conversion module according to the present embodiment uses the optical wavelength conversion element according to the first embodiment, a high wavelength light can be obtained without providing an external optical element such as a phase compensator. It is possible to stably obtain a Gaussian beam-shaped second harmonic of the 0th mode with a conversion efficiency. Further, since there is no need to provide an external optical element, the reliability of the module is improved and the cost can be reduced.

【0052】[0052]

【実施例】以下、具体的な実施例について説明する。 (実施例1)上述した製造方法に従い、まず、87°Z
カットのMgO5mol%ドープのLiNbO3基板
に、フォトリソグラフィー、Cr蒸着、及びリフトオフ
を用いて、分極反転用の電極を作成した。電極の詳細な
構造は特開平9‐218431に開示されている。な
お、分極反転グレーティングの長さ、即ち電極長は8m
mとした。次に、フォトリソグラフィー、スパッタ成
膜、及びリフトオフを用いて、Ta/Au/Taからな
る3層構造の金属マスクを形成した。各層の層厚はそれ
ぞれ300Å、1000Å、300Åとし、開口部の線
幅は7μmとした。この金属マスクを用いて、ピロリン
酸中において140℃、32分の条件で1回目のプロト
ン交換処理を行った。
Embodiments Hereinafter, specific embodiments will be described. (Example 1) First, at 87 ° Z
An electrode for polarization inversion was formed on the cut MgO 5 mol% doped LiNbO 3 substrate using photolithography, Cr vapor deposition, and lift-off. The detailed structure of the electrode is disclosed in JP-A-9-218431. The length of the polarization inversion grating, that is, the electrode length is 8 m.
m. Next, a metal mask having a three-layer structure of Ta / Au / Ta was formed using photolithography, sputtering film formation, and lift-off. The thickness of each layer was 300 °, 1000 °, and 300 °, respectively, and the line width of the opening was 7 μm. Using this metal mask, the first proton exchange treatment was performed in pyrophosphoric acid at 140 ° C. for 32 minutes.

【0053】次に、フォトリソグラフィー、スパッタ成
膜、及びリフトオフを用いて、出射端から光導波路に沿
って1mm内側までの領域に、Ta/Au/Taからな
る3層構造の金属マスクを形成した。各層の層厚はそれ
ぞれ300Å、1000Å、300Åとした。この金属
マスクを用いて、ピロリン酸中において140℃、17
6分の条件で2回目のプロトン交換処理を行った。
Next, a metal mask having a three-layer structure of Ta / Au / Ta was formed in a region from the emission end to 1 mm inside along the optical waveguide by using photolithography, sputtering film formation, and lift-off. . The thickness of each layer was 300 °, 1000 °, and 300 °, respectively. Using this metal mask, 140 ° C., 17 ° C.
The second proton exchange treatment was performed under the condition of 6 minutes.

【0054】次に、上層のTa層をフッ酸と硝酸の混合
液(比率1:2)でエッチング除去した後、大気中にお
いて350℃、60分間の条件でアニール処理を行っ
た。その後、Au層をKIとIとH2Oの混合液でエッ
チング除去した後、Ta層をフッ酸と硝酸の混合液(比
率1:2)でエッチング除去した。
Next, after the upper Ta layer was removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (ratio 1: 2), annealing was performed in air at 350 ° C. for 60 minutes. After that, the Au layer was removed by etching with a mixed solution of KI, I and H 2 O, and then the Ta layer was removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (ratio 1: 2).

【0055】次に、真空中またはフロリナート中で、電
極に、電極間ギャップ400μmの時3kVの高電圧を
1〜10秒間印加して分極反転を行った。得られた波長
変換素子の両端を光学研磨した。特に、出射側端面26
は基本波が再入射するのを防止するために傾斜角度3〜
7°の斜めカットとした。最後に、入射側端面30及び
出射側端面26に、基本波に対する反射率が0.2%以
下になるようにSiO 2単層薄膜からなるARコートを
形成した。
Next, in a vacuum or Fluorinert,
In the pole, a high voltage of 3 kV when the electrode gap is 400 μm
Polarization inversion was performed by applying a voltage for 1 to 10 seconds. Obtained wavelength
Both ends of the conversion element were optically polished. In particular, the emission side end face 26
Is 3 to 3 degrees to prevent the fundamental wave from re-entering.
The oblique cut was 7 °. Finally, the incident side end face 30 and
The output side end face 26 has a reflectance of 0.2% or less for the fundamental wave.
SiO below TwoAR coat consisting of a single layer thin film
Formed.

【0056】完成した波長変換素子に、半導体レーザを
用いて波長950nmのレーザビーム(基本波)を入力
すると、18mW以上の波長475nmの青色光(第2
高調波)の出力が得られた。第2高調波への変換効率を
調べたところ、第1の領域での第2高調波への変換効率
は300%/Wcm2であり、第1の領域から第2の領
域に入射する際のモード変換ロスは40%である。従っ
て、第1の領域及び第2の領域を通しての第2高調波へ
の変換効率は180%/Wcm2となる。
When a laser beam (fundamental wave) having a wavelength of 950 nm is input to the completed wavelength conversion element using a semiconductor laser, a blue light (wavelength
Harmonic). When the conversion efficiency to the second harmonic was examined, the conversion efficiency to the second harmonic in the first region was 300% / Wcm 2 , and the conversion efficiency when entering from the first region to the second region was determined. The mode conversion loss is 40%. Therefore, the conversion efficiency to the second harmonic through the first region and the second region is 180% / Wcm 2 .

【0057】また、波長変換素子から出射した第2高調
波のNFPにおける基板と垂直な方向のビーム形状は、
図9(A)に実線で示すように、ガウス分布を示した。 (実施例2)上述した製造方法に従い、まず、87°Z
カットのMgO5mol%ドープのLiNbO3基板
に、フォトリソグラフィー、Cr蒸着、及びリフトオフ
を用いて、分極反転用の電極を作成した。電極の詳細な
構造は特開平9‐218431に開示されている。な
お、電極長は8mmとした。次に、フォトリソグラフィ
ー、スパッタ成膜、及びリフトオフを用いて、Ta/A
u/Taからなる3層構造の金属マスクを形成した。各
層の層厚はそれぞれ300Å、1000Å、300Åと
し、開口部の線幅は6μmとした。この金属マスクを用
いて、ピロリン酸中において150℃、34分の条件で
1回目のプロトン交換処理を行った。
The beam shape in the direction perpendicular to the substrate in the NFP of the second harmonic emitted from the wavelength conversion element is as follows:
As shown by a solid line in FIG. 9A, a Gaussian distribution is shown. (Embodiment 2) First, at 87 ° Z
An electrode for polarization inversion was formed on the cut MgO 5 mol% doped LiNbO 3 substrate using photolithography, Cr vapor deposition, and lift-off. The detailed structure of the electrode is disclosed in JP-A-9-218431. The electrode length was 8 mm. Next, using photolithography, sputter deposition, and lift-off, Ta / A
A three-layer metal mask made of u / Ta was formed. The thickness of each layer was 300 °, 1000 °, and 300 °, respectively, and the line width of the opening was 6 μm. Using this metal mask, the first proton exchange treatment was performed in pyrophosphoric acid at 150 ° C. for 34 minutes.

【0058】次に、フォトリソグラフィー、スパッタ成
膜、及びリフトオフを用いて、出射端から光導波路に沿
って1mm内側までの領域に、Ta/Au/Taからな
る3層構造の金属マスクを形成した。各層の層厚はそれ
ぞれ300Å、1000Å、300Åとした。この金属
マスクを用いて、ピロリン酸中において170℃、53
分の条件で2回目のプロトン交換処理を行った。
Next, a metal mask having a three-layer structure of Ta / Au / Ta was formed in a region from the emitting end to 1 mm inside along the optical waveguide by using photolithography, sputtering film formation, and lift-off. . The thickness of each layer was 300 °, 1000 °, and 300 °, respectively. Using this metal mask, 170 ° C., 53 ° C.
The second proton exchange treatment was performed under the conditions of minutes.

【0059】次に、上層のTa層をフッ酸と硝酸の混合
液(比率1:2)でエッチング除去した後、大気中にお
いて370℃、60分間の条件でアニール処理を行っ
た。その後、Au層をKIとIとH2Oの混合液でエッ
チング除去した後、Ta層をフッ酸と硝酸の混合液(比
率1:2)でエッチング除去した。
Next, after the upper Ta layer was removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (ratio 1: 2), annealing was performed in air at 370 ° C. for 60 minutes. After that, the Au layer was removed by etching with a mixed solution of KI, I and H 2 O, and then the Ta layer was removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (ratio 1: 2).

【0060】次に、真空中またはフロリナート中で、電
極に、電極間ギャップ400μmの時3kVの高電圧を
1〜10秒間印加して分極反転を行った。得られた波長
変換素子の両端を光学研磨した。特に、出射側端面26
は基本波が再入射するのを防止するために傾斜角度3〜
7°の斜めカットとした。最後に、入射側端面30及び
出射側端面26に、基本波に対する反射率が0.2%以
下になるようにSiO 2単層薄膜からなるARコートを
形成した。
Next, in a vacuum or florinate,
In the pole, a high voltage of 3 kV when the electrode gap is 400 μm
Polarization inversion was performed by applying a voltage for 1 to 10 seconds. Obtained wavelength
Both ends of the conversion element were optically polished. In particular, the emission side end face 26
Is 3 to 3 degrees to prevent the fundamental wave from re-entering.
The oblique cut was 7 °. Finally, the incident side end face 30 and
The output side end face 26 has a reflectance of 0.2% or less for the fundamental wave.
SiO below TwoAR coat consisting of a single layer thin film
Formed.

【0061】完成した波長変換素子に、半導体レーザを
用いて波長950nmのレーザビーム(基本波)を入力
すると、20mW以上の波長475nmの青色光(第2
高調波)の出力が得られた。第2高調波への変換効率を
調べたところ、第1の領域での第2高調波への変換効率
は500%/Wcm2であり、第1の領域から第2の領
域に入射する際のモード変換ロスは60%である。従っ
て、第1の領域及び第2の領域を通しての第2高調波へ
の変換効率は200%/Wcm2となる。
When a laser beam (fundamental wave) having a wavelength of 950 nm is input to the completed wavelength conversion device using a semiconductor laser, blue light having a wavelength of 475 nm (second
Harmonic). When the conversion efficiency to the second harmonic was examined, the conversion efficiency to the second harmonic in the first region was 500% / Wcm 2 , and the conversion efficiency when entering from the first region to the second region was determined. The mode conversion loss is 60%. Therefore, the conversion efficiency to the second harmonic through the first region and the second region is 200% / Wcm 2 .

【0062】また、波長変換素子から出射した第2高調
波のNFPにおける基板と垂直な方向のビーム形状は、
図9(A)に実線で示すように、ガウス分布を示した。 (実施例3)上述した製造方法に従い、まず、87°Z
カットのMgO5mol%ドープのLiNbO3基板
に、フォトリソグラフィー、Cr蒸着、及びリフトオフ
を用いて、分極反転用の電極を作成した。電極の詳細な
構造は特開平9‐218431に開示されている。な
お、電極長は8mmとした。次に、フォトリソグラフィ
ー、スパッタ成膜、及びリフトオフを用いて、Ta/A
u/Taからなる3層構造の金属マスクを形成した。各
層の層厚はそれぞれ300Å、1000Å、300Åと
し、開口部の線幅は7μmとした。この金属マスクを用
いて、ピロリン酸中において150℃、32分の条件で
1回目のプロトン交換処理を行った。
The beam shape of the second harmonic emitted from the wavelength conversion element in the direction perpendicular to the substrate in the NFP is as follows:
As shown by a solid line in FIG. 9A, a Gaussian distribution is shown. (Embodiment 3) First, at 87 ° Z
An electrode for polarization inversion was formed on the cut MgO 5 mol% doped LiNbO 3 substrate using photolithography, Cr vapor deposition, and lift-off. The detailed structure of the electrode is disclosed in JP-A-9-218431. The electrode length was 8 mm. Next, using photolithography, sputter deposition, and lift-off, Ta / A
A three-layer metal mask made of u / Ta was formed. The thickness of each layer was 300 °, 1000 °, and 300 °, respectively, and the line width of the opening was 7 μm. Using this metal mask, the first proton exchange treatment was performed in pyrophosphoric acid at 150 ° C. for 32 minutes.

【0063】次に、フォトリソグラフィー、スパッタ成
膜、及びリフトオフを用いて、出射端から光導波路に沿
って1mm内側までの領域に、Ta/Au/Taからな
る3層構造の金属マスクを形成した。各層の層厚はそれ
ぞれ300Å、1000Å、300Åとした。この金属
マスクを用いて、ピロリン酸中において150℃、84
分の条件で2回目のプロトン交換処理を行った。
Next, a metal mask having a three-layer structure of Ta / Au / Ta was formed in a region from the emission end to 1 mm inside along the optical waveguide by using photolithography, sputtering film formation, and lift-off. . The thickness of each layer was 300 °, 1000 °, and 300 °, respectively. Using this metal mask, in pyrophosphoric acid at 150 ° C., 84
The second proton exchange treatment was performed under the conditions of minutes.

【0064】次に、上層のTa層をフッ酸と硝酸の混合
液(比率1:2)でエッチング除去した後、大気中にお
いて370℃、60分間の条件でアニール処理を行っ
た。その後、Au層をKIとIとH2Oの混合液でエッ
チング除去した後、Ta層をフッ酸と硝酸の混合液(比
率1:2)でエッチング除去した。
Next, the upper Ta layer was removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (ratio 1: 2), and then an annealing treatment was performed in air at 370 ° C. for 60 minutes. After that, the Au layer was removed by etching with a mixed solution of KI, I and H 2 O, and then the Ta layer was removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (ratio 1: 2).

【0065】次に、真空中またはフロリナート中で、電
極に、電極間ギャップ400μmの時3kVの高電圧を
1〜10秒間印加して分極反転を行った。得られた波長
変換素子の両端を光学研磨した。特に、出射側端面26
は基本波が再入射するのを防止するために傾斜角度3〜
7°の斜めカットとした。最後に、入射側端面30及び
出射側端面26に、基本波に対する反射率が0.2%以
下になるようにSiO 2単層薄膜からなるARコートを
形成した。
Next, in a vacuum or Fluorinert,
In the pole, a high voltage of 3 kV when the electrode gap is 400 μm
Polarization inversion was performed by applying a voltage for 1 to 10 seconds. Obtained wavelength
Both ends of the conversion element were optically polished. In particular, the emission side end face 26
Is 3 to 3 degrees to prevent the fundamental wave from re-entering.
The oblique cut was 7 °. Finally, the incident side end face 30 and
The output side end face 26 has a reflectance of 0.2% or less for the fundamental wave.
SiO below TwoAR coat consisting of a single layer thin film
Formed.

【0066】完成した波長変換素子に、半導体レーザを
用いて波長950nmのレーザビーム(基本波)を入力
すると、9mW以上の波長475nmの青色光(第2高
調波)の出力が得られた。第2高調波への変換効率を調
べたところ、第1の領域での第2高調波への変換効率は
300%/Wcm2であり、第1の領域から第2の領域
に入射する際のモード変換ロスは70%である。従っ
て、第1の領域及び第2の領域を通しての第2高調波へ
の変換効率は90%/Wcm2となる。
When a laser beam (fundamental wave) having a wavelength of 950 nm was input to the completed wavelength conversion device using a semiconductor laser, an output of blue light (second harmonic) having a wavelength of 475 nm of 9 mW or more was obtained. When the conversion efficiency to the second harmonic was examined, the conversion efficiency to the second harmonic in the first region was 300% / Wcm 2 , and the conversion efficiency when entering from the first region to the second region was determined. The mode conversion loss is 70%. Therefore, the conversion efficiency to the second harmonic through the first region and the second region is 90% / Wcm 2 .

【0067】また、波長変換素子から出射した第2高調
波のNFPにおける基板と垂直な方向のビーム形状は、
図9(A)に実線で示すように、ガウス分布を示した。 (実施例4)第2の領域の長さLを種々変えた以外は実
施例1と同様の構成の波長変換素子を作製し、図14に
示すように、波長変換素子の光出射側にNA0.5のレ
ンズAとアパーチャBとを配置して出射する第2高調波
を集光し、各波長変換素子の迷光レベルを計測した。こ
こでいう迷光レベルとは、図15(B)に示す通り、出
力光のピーク強度P1に対するバックグラウンドの光強
度P2のレベルであり、10×Log(P2/P1)で
表される。
The beam shape in the direction perpendicular to the substrate in the NFP of the second harmonic emitted from the wavelength conversion element is as follows:
As shown by a solid line in FIG. 9A, a Gaussian distribution is shown. (Example 4) A wavelength conversion element having the same configuration as that of Example 1 was produced except that the length L of the second region was changed variously, and NA0 was placed on the light emission side of the wavelength conversion element as shown in FIG. The second harmonics emitted by disposing the lens A and the aperture B of 0.5 were collected, and the stray light level of each wavelength conversion element was measured. The stray light level here is a level of the background light intensity P2 with respect to the peak intensity P1 of the output light, as shown in FIG. 15B, and is represented by 10 × Log (P2 / P1).

【0068】図15(A)に第2の領域の長さLと迷光
レベルとの関係を示す。迷光レベルは実用上−10dB
以下とすることが必要であり、−15dB以下がより好
ましい。従って、図15(A)から第2の領域の長さL
は0.5mm以上が好ましく、0.75mm以上がより
好ましいことが分かる。
FIG. 15A shows the relationship between the length L of the second region and the stray light level. Stray light level is practically -10dB
It is necessary to set it as below, and it is more preferable to be -15 dB or less. Therefore, the length L of the second region is obtained from FIG.
Is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.75 mm or more.

【0069】第2の領域と第1の領域との接合部におい
て、第2の領域から第1の領域に変換されなかった光
は、空間または波長変換素子中に放射される。この放射
光は迷光となり実際に使用する光に重なってしまう。こ
のため従来は波長変換素子から出射した光をレンズを介
して結像させる際に、迷光により生じた不要部分をアパ
ーチャでカットしていた。しかしながら、上記接合部と
素子端面とが近すぎると、ビームが分離されず迷光がオ
フセットする、という問題がある。上記迷光レベルはそ
のオフセットの程度を表すものであり、迷光レベルが−
10dBより大きいと、即ち、第2の領域の長さLが
0.5mm未満では、迷光のオフセットが多く実用上好
ましくない。なお、実用上問題の無い迷光レベルとなる
ように、第2の領域の長さLを選択することによりアパ
ーチャは不要となる。
At the junction between the second region and the first region, light not converted from the second region to the first region is radiated into the space or the wavelength conversion element. This emitted light becomes stray light and overlaps with the light actually used. For this reason, conventionally, when the light emitted from the wavelength conversion element is imaged through a lens, an unnecessary portion caused by stray light is cut by an aperture. However, if the junction is too close to the end face of the element, there is a problem that beams are not separated and stray light is offset. The stray light level indicates the degree of the offset, and the stray light level is −
If it is larger than 10 dB, that is, if the length L of the second region is less than 0.5 mm, the offset of stray light is large and is not practically preferable. The aperture becomes unnecessary by selecting the length L of the second region so that the stray light level has no practical problem.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明の光波長変換素子は、高い波長変
換効率で、安定してガウシアンビーム状の波長変換波を
得ることができる、という効果を奏する。
The optical wavelength conversion device of the present invention has an effect that a Gaussian beam-shaped wavelength converted wave can be stably obtained with high wavelength conversion efficiency.

【0071】また、本発明の光波長変換素子の製造方法
によれば、本発明の光波長変換素子を容易に製造するこ
とができる。
Further, according to the method for manufacturing an optical wavelength conversion device of the present invention, the optical wavelength conversion device of the present invention can be easily manufactured.

【0072】また、本発明の光波長変換モジュールは、
本発明の光波長変換素子を用いているので、外部に位相
補償板等の光学素子を設けることなく、高い波長変換効
率で、安定してガウシアンビーム状の波長変換波を得る
ことができ、モジュールの信頼性が向上する、という効
果を奏する。
Further, the optical wavelength conversion module of the present invention comprises:
Since the optical wavelength conversion element of the present invention is used, it is possible to stably obtain a Gaussian beam-shaped wavelength conversion wave with high wavelength conversion efficiency without providing an external optical element such as a phase compensator. The effect is that the reliability of the device is improved.

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

【図1】本実施の形態に係る光波長変換素子の概略図で
あり、(A)は光導波路に沿った断面図、(B)は平面
図である。
FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of an optical wavelength conversion element according to an embodiment, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view along an optical waveguide, and FIG. 1B is a plan view.

【図2】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
2A and 2B are diagrams illustrating a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図3】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
3A and 3B are diagrams illustrating a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図4】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
4A and 4B are diagrams showing a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図5】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
5A and 5B are diagrams showing a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図6】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
6A and 6B are diagrams showing a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図7】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
7A and 7B are diagrams showing a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図8】本実施の形態に係る光波長変換素子の製造工程
を示す図であり、(A)は平面図、(B)は光導波路に
沿った断面図である。
8A and 8B are diagrams showing a manufacturing process of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment, wherein FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a cross-sectional view along the optical waveguide.

【図9】(A)は本実施の形態に係る光波長変換素子の
出力光のニアフィールドパターンを示す線図であり、
(B)は従来の光波長変換素子の出力光のニアフィール
ドパターンを示す線図である。
FIG. 9A is a diagram illustrating a near-field pattern of output light of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment;
(B) is a diagram showing a near-field pattern of output light of a conventional optical wavelength conversion element.

【図10】(A)〜(C)は本実施の形態に係る光波長
変換素子の変形例を示す概略図である。
FIGS. 10A to 10C are schematic diagrams showing modified examples of the optical wavelength conversion element according to the present embodiment.

【図11】本実施の形態に係る光波長変換モジュールの
平面図である。
FIG. 11 is a plan view of the optical wavelength conversion module according to the present embodiment.

【図12】本実施の形態に係る光波長変換モジュールの
実装形態を示す側面図である。
FIG. 12 is a side view showing a mounting form of the optical wavelength conversion module according to the present embodiment.

【図13】本実施の形態に係る光波長変換モジュールの
駆動回路を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a drive circuit of the optical wavelength conversion module according to the present embodiment.

【図14】迷光レベルを計測するための装置構成を示す
概略図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a device configuration for measuring a stray light level.

【図15】(A)は光波長変換素子の第2の領域の長さ
Lと迷光レベルとの関係を示す線図であり、(B)は迷
光レベルを説明するための線図である。
15A is a diagram illustrating a relationship between a length L of a second region of the optical wavelength conversion element and a stray light level, and FIG. 15B is a diagram illustrating a stray light level.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光波長変換素子 12 基板 14 周期ドメイン反転構造 16 チャンネル光導波路 18 基本波 20 第1の領域 22 第2高調波 24 第2の領域 26 出射側端面 28、32 ARコート 30 入射側端面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical wavelength conversion element 12 Substrate 14 Periodic domain inversion structure 16 Channel optical waveguide 18 Fundamental wave 20 1st region 22 2nd harmonic 24 Second region 26 Emission side end surface 28, 32 AR coat 30 Incident side end surface

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入射された基本波をシングルモードで伝搬
しながら擬似位相整合により波長変換する第1の領域
と、 該第1の領域から伝搬された波長変換波をシングルモー
ドで伝搬して出射する第2の領域と、 を含む波長変換素子。
1. A first region in which an incident fundamental wave is wavelength-converted by quasi-phase matching while propagating in a single mode, and a wavelength-converted wave propagated from the first region is propagated in a single mode and emitted. A wavelength conversion element comprising:
【請求項2】前記第2の領域と周囲との屈折率差が、前
記第1の領域と周囲との屈折率差よりも小さい請求項1
に記載の波長変換素子。
2. The method according to claim 1, wherein a difference in refractive index between the second region and the surroundings is smaller than a difference in refractive index between the first region and the surroundings.
3. The wavelength conversion element according to 1.
【請求項3】前記第1の領域及び第2の領域が、非線形
結晶基板に形成された直線状の光導波路により構成され
ている請求項1または2に記載の波長変換素子。
3. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first region and the second region are each formed of a linear optical waveguide formed on a nonlinear crystal substrate.
【請求項4】前記第2の領域の光伝搬方向に沿った長さ
が0.5mm以上である請求項1〜3のいずれか1項に
記載の波長変換素子。
4. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the length of the second region along the light propagation direction is 0.5 mm or more.
【請求項5】前記非線形結晶がLiNbxTa1-x
3(0≦x≦1)である請求項1〜4のいずれか1項に
記載の波長変換素子。
5. The method according to claim 1, wherein the nonlinear crystal is LiNb x Ta 1-x O
3 (0 ≦ x ≦ 1) a wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4,.
【請求項6】前記非線形結晶にMgO、ZnO、または
Scがドープされた請求項1〜5のいずれか1項に記載
の波長変換素子。
6. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein said nonlinear crystal is doped with MgO, ZnO, or Sc.
【請求項7】出射側端面が光軸方向に垂直な面に対して
光伝搬方向に3°〜7°傾斜した請求項1〜6のいずれ
か1項に記載の波長変換素子。
7. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the output side end face is inclined by 3 ° to 7 ° in the light propagation direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction.
【請求項8】基本波に対する反射率が0.2%以上の反
射防止膜を、入射側端面及び出射側端面の少なくとも一
方に設けた請求項1〜7のいずれか1項に記載の波長変
換素子。
8. The wavelength converter according to claim 1, wherein an antireflection film having a reflectance of 0.2% or more for a fundamental wave is provided on at least one of the incident end face and the output end face. element.
【請求項9】請求項1に記載の波長変換素子を製造する
波長変換素子の製造方法であって、 前記非線形結晶基板の前記第1の領域に対応する領域に
所定深さの第1のプロトン交換領域を形成し、前記第2
の領域に対応する領域に前記第1の領域よりも浅い第2
のプロトン交換領域を形成し、 前記第1のプロトン交換領域をアニールした後に分極反
転構造を形成して、入射された基本波をシングルモード
で伝搬可能であると共に、擬似位相整合により基本波を
波長変換波に変換可能な第1の領域を形成し、 前記第2のプロトン交換領域をアニールして、前記第1
の領域から伝搬された波長変換波をシングルモードで伝
搬可能な第2の領域を形成し、 波長変換素子を製造する波長変換素子の製造方法。
9. A method for manufacturing a wavelength conversion element for manufacturing a wavelength conversion element according to claim 1, wherein a first proton having a predetermined depth is formed in a region corresponding to the first region of the nonlinear crystal substrate. Forming an exchange area, the second
A second region shallower than the first region in a region corresponding to the region
Forming a proton exchange region, annealing the first proton exchange region, and forming a domain-inverted structure so that the incident fundamental wave can be propagated in a single mode, and the fundamental wave can be wavelength-converted by quasi-phase matching. Forming a first region that can be converted into a converted wave; annealing the second proton exchange region to form the first region;
A method of manufacturing a wavelength conversion element, comprising forming a second area in which a wavelength-converted wave propagated from the area (1) can propagate in a single mode, and manufacturing the wavelength conversion element.
【請求項10】請求項1〜8のいずれか1項に記載の波
長変換素子と、基本波を出射する半導体レーザとを直接
結合した光波長変換モジュール。
10. An optical wavelength conversion module in which the wavelength conversion element according to claim 1 is directly coupled to a semiconductor laser that emits a fundamental wave.
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