JP2003307759A - 光波長変換装置、及び光波長変換方法 - Google Patents

光波長変換装置、及び光波長変換方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】励起用光源として波長安定性に劣る安価な半導
体レーザーなども用いられて、小型化するのにも適し、
高速変調も可能にできる構成を有する光波長変換装置、
および光波長変換方法である。 【解決手段】光波長変換装置ないし方法において、第１
の光源１１と第２の光源１９と非線形光学材料２９を備
え、２つの光源１１、１９からの光１７、２５を非線形
光学材料２９に入射してそれらの光の和周波光３５を発
生させ、非線形光学材料２９には２つの光源１１、１９
からの光１７、２５とそれらの和周波光３５とを位相整
合させる周期的構造３１を設け、和周波光３５への変換
効率を規定するパラメータのうちの少なくとも１つが変
化しても変換効率を変動させないように、２つの光源１
１、１９からの光１７、２５およびそれらの和周波光３
５の波長、非線形光学材料２９中での偏光方向および伝
搬方向が決定される如く構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザー
（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）光と他のＬＤ光など
である２つの光源光を和周波混合して波長変換を行う光
波長変換装置及びその方法に関するものである。特に詳
細には、レーザーディスプレイ、光記録、光計測用の光
源などとして利用でき、高速変調駆動が可能で、緑色レ
ーザー光を出射できる光波長変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非線形光学材料を利用してＬＤ光
を別の波長に変換する試みは、様々行われている。この
技術によれば、ＬＤとしては実用化に至っていない波長
域、例えば緑色域や紫外域のレーザー光を発生させる光
源を得ることが可能となり、この光源はレーザーディス
プレイや光記録用の光源としての応用が期待できる。
【０００３】非線形光学材料を用いて緑色レーザー光を
発生させる方法としては、ＬＤ励起固体レーザーと非線
形光学材料とを組み合わせたものが知られている。これ
は、８０８ｎｍの波長のＬＤ光でＮｄ：ＹＡＧ等のレー
ザー結晶を励起して波長１０６４ｎｍのレーザー光を発
振（ＬＤ励起固体レーザー）させ、それをＫＴＰ（ＫＴ
ｉＯＰＯ４）等の非線形光学材料に照射して第２次高調
波を発生させ、５３２ｎｍのレーザー光を出射させるも
のである。１０６０ｎｍ付近のＬＤ光を直接非線形光学
材料に照射して第２次高調波（５３０ｎｍ）を発生する
方式も考えられる。この場合、ＬＤを直接変調すること
で出力光を変調できるので、高速変調が可能である。
【０００４】一方、波長λ１、波長λ２の２つのＬＤ光
を非線形光学材料に入射して、２つの光の周波数の和の
周波数を有する波長λ３の光を発生させる和周波発生と
呼ばれる方法がある。この方法は、次の様なものである
（例えば、特許文献１参照）。図１５はその光学系を示
したものであり、図中、４０１は変調信号、４０２は信
号用ＬＤ、４１７は励起用ＬＤであり、光ファイバ４０
３やダイクロイックミラー４１８を介して、分極反転層
４２０を備えた非線形光学素子４１４に２つのＬＤ光を
入射している。２つのＬＤ光は非線形光学素子４１４に
よって和周波光に変換されて出射される。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７５１８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＬＤ励起
固体レーザーを用いたタイプは、ＹＡＧの蛍光寿命が
０．２３mｓ程度であるため、数ｋＨｚでの変調が限界
であり高速変調には不向きである。したがって、変調さ
せるためには外部変調器が必要になり、小型化に限界が
あると共に消費電力も増加してしまう。
【０００７】また、波長１０６０ｎｍのＬＤ光から第２
高調波を発生させる方式は、第２次高調波への変換効率
がＬＤ光波長に対して敏感であり、入力パワーにも依存
するため、ＬＤ光源に高出力かつ高い波長安定性（１ｎ
ｍ以下）が要求される。さらに、出力光を高出力で変調
させるためには、ＬＤ光源に振幅の大きい変調電流を注
入する必要があり、大電流対応のレーザードライバーが
必要になってコスト高の要因となる。
【０００８】また、和周波発生方式も、和周波光への変
換効率がＬＤ光波長に対して敏感であるため、２つのＬ
Ｄ光源に高い波長安定性（１ｎｍ以下）が要求され、さ
らに励起用ＬＤには高出力が要求される。
【０００９】したがって、第２高調波発生方式あるいは
和周波発生方式において、ＬＤ光源の高出力かつ高い波
長安定性を満たすためには、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザーやＤＢＲ（Ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）
レーザー等のグレーティング加工を施したレーザーであ
って高電流注入を可能にするための特別なデバイス構成
を持つレーザが必要となり、レーザー作製コストが増加
する。
【００１０】また、一般に、第２高調波発生方式あるい
は和周波発生方式においては、変換効率が非線形光学材
料の温度に対して敏感であるため、非線形光学材料の温
度変動を数℃以内に抑える必要がある。そのため、温度
制御装置といった特別な工夫が必要となり、小型化に限
界があり、コスト高、高消費電力化の要因となる。
【００１１】そこで、本発明は、励起用光源として波長
安定性に劣る安価なＬＤなども用いられて、小型化する
のにも適し、高速変調も容易に可能にできる構成を有す
る光波長変換装置、および光波長変換方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明の光波長変換装置は、第１の光源と
第２の光源（それぞれ、典型的には、コヒーレントで高
エネルギー密度の光波を出射できる第１の半導体レーザ
ーと第２の半導体レーザーである）と非線形光学材料を
有し、前記２つの光源からの光を非線形光学材料に入射
してそれらの光の和周波光を発生させる光波長変換装置
であって、非線形光学材料には前記２つの光源からの光
とそれらの和周波光とを位相整合させる周期的構造（周
期的分極反転構造、周期的屈折率変調構造など）が設け
られており、和周波光への変換効率を規定する複数のパ
ラメータのうちの少なくとも１つ（重要なものとして
は、一方の光源の波長、非線形光学材料の温度（Ｔ）が
ある）が変化しても該変換効率を変動させないように、
前記２つの光源からの光およびそれらの和周波光の波
長、非線形光学材料中での偏光方向および伝搬方向が決
定される如く構成されていることを特徴とする。
【００１３】また、上記課題を解決するために、本発明
の光波長変換方法は、第１の光源と第２の光源と非線形
光学材料を用い、前記２つの光源からの光を非線形光学
材料に入射してそれらの光の和周波光を発生させる光波
長変換方法であって、非線形光学材料には前記２つの光
源からの光とそれらの和周波光とを位相整合させる周期
的構造を設け、和周波光への変換効率を規定するパラメ
ータのうちの少なくとも１つが変化しても該変換効率を
変動させないように、前記２つの光源からの光およびそ
れらの和周波光の波長、非線形光学材料中での偏光方向
および伝搬方向を決定することを特徴とする。
【００１４】非線形光学材料として、ＫＴＰなどの二軸
性結晶を用いた場合を例にとり、本発明の作用・原理を
説明する。この説明は、下記の３つの屈折率のうちの２
つが等しい一軸性結晶でも本質的に同じである。
【００１５】非線形光学材料中の主軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ
軸とする。一般に、二軸性結晶の場合、主軸に対応する
屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚがｎｘ＜ｎｙ＜ｎｚになるよう
に軸をとる。さらに、或る伝搬方向（極座標表記したと
きのｚ軸との角度をθ、ｘ軸との角度をφと置く）に非
線形光学材料中を伝搬する光を考え、第１のＬＤ（光
源）からの光の波長およびその光に対する非線形光学材
の屈折率を夫々λ１、ｎ １、第２のＬＤ（光源）からの
光の波長およびその光に対する非線形光学材の屈折率を
夫々λ２、ｎ２、それらの和周波の光の波長およびその
光に対する非線形光学材の屈折率を夫々λ３、ｎ３とす
る。
【００１６】ここで、位相不整合量Δkを Δk=n3(2π/λ3)-n1(2π/λ1)-n2(2π/λ2) （１） とおく。さらに、非線形光学材料には、２つのＬＤ（光
源）からの光とそれらの和周波光とを位相整合させる周
期的分極反転構造などの周期的構造を設けておく。その
周期Λは、 Λ=2π/|Δk|=1/|n3/λ3-n1/λ1-n2/λ2| （２） であればよい。ただし、周期的構造が、周期的に屈折率
が変調する構造である場合には、屈折率ｎ１等は光伝搬
方向に沿って平均化した屈折率とする。
【００１７】二軸性結晶中を或る伝搬方向に伝搬する波
長λiの光は、その伝搬方向に応じて２つの基本となる
伝搬モードをとり得る。この２つの伝搬モードは異なる
偏光方向と異なる屈折率を有している。この伝搬モード
をモード１、モード２とし、その屈折率をｎ(１)、ｎ
(２)とする。ここで、ｎ(１)＜ｎ(２)になるようにモー
ド１、２を決める。
【００１８】波長λ１、λ２、λ３の各光がどちらの伝
搬モードをとるかは自由に設定できる。具体的には、或
る波長λiにおいて、選択したい伝搬モードとなる偏光
状態で非線形光学材料中を伝搬させればよい。そして、
そのときの屈折率ｎｉ (ｍ)（ｉ＝１，２，３、ｍ（モー
ド）＝１，２）に対応させて周期的構造の周期を決めれ
ばよい。一般的には、非線形光学定数テンソルの最大成
分が光の変換効率に寄与するように各波長において伝搬
モードを選択するのが通常であるが、本発明では、和周
波光への変換効率を規定するパラメータ（λi、Ｔ、
θ、φなど）のうちの少なくとも１つが変化しても該変
換効率を変動させないように各波長の伝搬モードが選択
されている。
【００１９】パラメータの変化による位相ずれδを δ=|Δk|−2π/Λ （３） で表す。変化がないときはδ＝０である。ここで、伝搬
距離をＬとすると、変換効率は sin(δL/2)/(δL/2) （４） に比例することが一般に知られており、δの絶対値が大
きくなるにつれて変換効率は低下する。本発明では、変
換効率を規定するパラメータのうちの少なくとも一つが
変化してもΔkが変動しないように構成されている。す
なわち、典型的には、第２のＬＤ（光源）の波長λ２に
関して ∂Δk/∂λ2=0（概ね０になる意味） （５） 或いは、非線形光学材料の温度Ｔに関して ∂Δk/∂T=0（概ね０になる意味） （６） になるように波長λ１、λ２、λ３の各光の伝搬モード
が選択されている。そのため、λ２すなわち第２のＬＤ
（光源）の波長が変動しても、或いは非線形光学材料の
温度（Ｔ）が変動しても、Δｋおよびδはほとんど変化
しないことになり変換効率が安定化する。
【００２０】以上のことを要約すれば、和周波光への変
換効率は位相ずれδ（式（３）の如くΔｋを含んで定義
される）に依存するが、これを規定するパラメータのう
ちの少なくとも１つが変化してもΔｋがほとんど変化し
ない様に構成して変換効率を安定化させるのである。
【００２１】式（５）では概ね０に等しいとしている
が、具体的には、 |∂Δｋ／∂λ２|≦０．０５（μｍ-2） であることが望ましい。例えば、結晶長１０ｍｍのＫＴ
Ｐ結晶、波長１６１０ｎｍ近傍の発振波長（λ１）を有
する第１の半導体レーザー、波長７９０ｎｍ近傍の発振
波長（λ2）を有する第２の半導体レーザーを用いた場
合において、∂Δｋ／∂λ２を０から０．０５（μ
ｍ-2）まで段階的に変化させたときの、和周波光への変
換効率のλ2依存を図２に示す。∂Δｋ／∂λ２が増加
すると波長帯域（λ2に求められる波長許容度）が狭く
なるが、∂Δｋ／∂λ２＝０．０５（μｍ-2）の場合で
も、半値全幅で１０ｎｍ以上の波長許容度を有すること
になり実用上十分である。
【００２２】さらには、 |∂Δｋ／∂λ２|≦０．０１（μｍ-2） を満たせば、１０ｎｍ以上の波長幅に対して変換効率を
ほとんど一定とすることができ、実用上さらに有利とな
る。
【００２３】同様に、式（６）では概ね０に等しいとし
ているが、具体的には、 |∂Δｋ／∂Ｔ|≦０．５（Ｋ-1ｃｍ-1） であることが望ましい。この場合、λ2に対して、半値
全幅で１０℃以上の波長許容度を有することになり実用
上十分である。
【００２４】さらには、 |∂Δｋ／∂Ｔ|≦０．１（Ｋ-1ｃｍ-1） を満たせば、１０℃以上の波長幅に対して変換効率をほ
とんど一定とすることができ、実用上さらに有利とな
る。
【００２５】この様に、本発明の光波長変換装置ないし
方法では、典型的には第２のＬＤ（光源）の波長、或い
は非線形光学材料の温度が変動しても、設計からの位相
ずれδはほとんど変化しないため、変換効率がほとんど
一定である。そのため、励起用の第２のＬＤ（光源）の
波長安定性は低くてよく、マルチ縦モードＬＤであって
もよくなり、安価なＬＤでよいことになる。また、非線
形光学材料の温度変化が生じても変換効率はほとんど変
動しないので、特別な温度制御装置を用いなくても出力
を安定化させることが可能となる。
【００２６】上記基本構成に基づいて、以下の如き形態
も可能である。前記第１のＬＤはシングル縦モードで発
振するＬＤであり、前記第２のＬＤはマルチ縦モードで
発振するＬＤである様にできる。更には、前記第１のＬ
ＤはＤＦＢレーザーあるいはＤＢＲレーザーであり、前
記第２のＬＤはファブリペローレーザー或いはブロード
エリアレーザーである様にできる。この構成において、
第２の光源を励起用ＬＤとして用いる場合、変換効率が
励起光パワーに依存するので、できるだけ高出力なもの
が望まれるが、高出力かつマルチ縦モードのＬＤの実現
は容易である。
【００２７】前記第１のＬＤは変調駆動され、前記第２
のＬＤは連続駆動される様に構成され得る。変調駆動さ
せる場合、２つの光源のどちらか一方を変調させればよ
いが、第１のＬＤを駆動電流の小さいＬＤとして、第１
のＬＤ側を変調駆動させるのが望ましい。
【００２８】特に、第１のＬＤをパルス変調駆動した場
合、２つのＬＤからの光が同時に非線形光学結晶に入射
しているときのみ出力光が得られるので、ＬＤ光の立ち
上がり時間、立下り時間に依存して出力光の立ち上がり
立下り時間が決まる。そのため、出力光の光パルス幅を
正確に把握できるのでレーザー安全基準で規定される安
全クラスの決定が容易であり、製品に搭載する際にクラ
スに応じた的確な安全手段を設けることができる（音響
光学変調器などの外部変調器を用いた場合は立ち上が
り、立ち下がりが緩やかなアナログ的な変調となり変調
光の光パルス幅を正確に把握することは難しい）。
【００２９】また、前記非線形光学材料中に伝搬方向に
沿った光導波路が形成されてもよい。すなわち、変換効
率は光のパワー密度に依存するので、光導波路構造を用
いて断面積を小さくすることでパワー密度を高めてもよ
い。
【００３０】典型的には、前記非線形光学材料はＫＴｉ
ＯＰＯ４（ＫＴＰ）であり得る。ＫＴＰを用いて緑色
（波長域で５００≦λ３≦５５０ｎｍ）の出力光を得る
場合、式（５）を満たして第２のＬＤ（光源）の波長変
化に対して変換効率が変動しないようにするためには、
非線形光学定数テンソルｄｉｊのｄ２４成分またはｄ１
５成分もしくはその両方を用いるように第１、第２のＬ
Ｄ（光源）からの光およびそれらの和周波光の伝搬モー
ドを選択すればよく、第１のＬＤ（光源）として１２２
０ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、第２のＬＤ（光源）とし
て７０１ｎｍ≦λ ２≦１００２ｎｍの波長域から適当な
ものを選択すればよい。このとき、ＫＴＰ中の主軸をｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸とし、伝搬方向を極座標表記したときの
ｚ軸との角度をθ、ｘ軸との角度をφと置いた場合、第
１、第２のＬＤ（光源）からの光およびそれらの和周波
光の伝搬方向が６４°≦θ≦９０°、０°≦φ≦９０°
の範囲になるようにすればよい。特に、１３００ｎｍや
１５５０ｎｍ近傍の波長域では光通信用として波長の安
定なＤＦＢレーザーやＤＢＲレーザーが広く開発されて
いるので、第１のＬＤ（光源）として適当である。ま
た、波長８００ｎｍ付近のＬＤは固体励起用として高出
力のタイプ（ファブリペローレーザー、ブロードエリア
レーザー）が広く開発されており、第２のＬＤ（光源）
として適当である。
【００３１】より具体的には、θ＝９０°、φ＝０°で
あり、第１、第２のＬＤ（光源）からの光および和周波
光の波長が、１５１９ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０
１ｎｍ≦λ２≦８６２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５０
ｎｍの範囲にあり、第１のＬＤ（光源）の光の偏光方向
がｙ軸方向であり、第２のＬＤ（光源）の光の偏光方向
がｚ軸方向であり、和周波光の偏光方向がｙ軸方向であ
ってもよい。この場合、非線形光学定数テンソルのｄ
２４成分を用いることになる。
【００３２】また、θ＝９０°、φ＝９０°であり、第
１、第２のＬＤ（光源）からの光およびその和周波光の
波長が、１２２０ｎｍ≦λ１≦１４２１ｎｍ、７７２ｎ
ｍ≦λ２≦１００２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎ
ｍの範囲にあり、第１のＬＤ（光源）の光の偏光方向が
ｘ軸方向であり、第２のＬＤ（光源）の光の偏光方向が
ｚ軸方向であり、和周波光の偏光方向がｘ軸方向であっ
てもよい。この場合、非線形光学定数テンソルのｄ１５
成分を用いることになる。
【００３３】非線形光学材料中の伝搬方向（θ、φ）が
０°または９０°であるとき、∂Δｋ／∂θ＝０、∂Δ
ｋ／∂φ＝０となり、角度ずれがおきても位相ずれがほ
とんど発生せず、変換効率はほとんど変化しない。その
ため、角度に対する許容度が大きく、非線形光学材料の
加工（切断、研磨等）や各光素子のアライメント精度が
緩和でき、歩留まりが向上する。
【００３４】加えて、特に非線形光学材料としてＫＴＰ
を用いる場合、非線形光学材料の温度をＴとして、|∂
Δｋ／∂Ｔ|≦０．５（Ｋ-1ｃｍ-1）（より望ましくは
≦０．１（Ｋ-1ｃｍ-1））になるように第１、第２のＬ
Ｄ（光源）からの光およびそれらの和周波光の波長、非
線形光学材料中での伝搬方向および偏光方向が決定され
ていてもよい。この場合、非線形光学材料の温度変化が
生じても変換効率はほとんど変動しないので、特別な温
度制御装置を用いなくても出力を安定化させることが可
能となる。
【００３５】より具体的には、緑色（波長域で５００ｎ
ｍ≦λ３≦５５０ｎｍ）の出力光を得るためには、非線
形光学材料（ＫＴＰ）の非線形光学定数テンソルｄｉｊ
のｄ ２４成分またはｄ１５成分もしくはその両方を用い
るように第１、第２のＬＤ（光源）からの光およびそれ
らの和周波光の波長、伝搬方向および偏光方向を決定し
ておき、第１、第２のＬＤ（光源）からの光およびそれ
らの和周波光の伝搬方向が７９．１°≦θ≦９０°、２
０．４°≦φ≦２７．６°の範囲になる様に設定し、第
１、第２のＬＤ（光源）からの光およびその和周波光の
波長を、１４６０ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０１ｎ
ｍ≦λ２≦８８２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ ３≦５５０ｎｍ
の範囲になるように設定しておけばよい。
【００３６】さらに、非線形光学材料としては、ＫＮｂ
Ｏ３（ＫＮ）、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ
３（ＬＴ）などを用いてもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を具体
的な実施例を用いて説明する。
【００３８】（第１の実施例）以下、本発明の第１の実
施例について図面を用いて説明する。図１は、本発明の
第１の実施例における光波長変換装置の模式的な構成図
である。図１において、１１、１９は第１、第２のＬ
Ｄ、１３、２１はコリメート用のレンズ、１５、２３は
２分の１波長板、２７はダイクロイックミラー、２９は
ＫＴＰ結晶からなる非線形光学材料、３１はＫＴＰに設
けられた分極反転領域、３３は波長フィルターである。
【００３９】本実施例では、光学研磨したＫＴＰ結晶２
９のｙｚ面を光入出射面としている。ここで、主軸
（ｘ、ｙ、ｚ軸）に対応する屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚが
ｎｘ＜ｎ ｙ＜ｎｚになるように各軸をとる。光伝搬方向
はｘ軸方向であり、極座標表記ではθ（ｚ軸からの角
度）＝９０°、φ（ｘ軸からの角度）＝０°である。こ
の方向に伝搬する場合、ｙ軸方向に電界成分を持つ伝搬
モード１とｚ軸方向に電界成分を持つ伝搬モード２の２
つの伝搬モードが存在する。ここで、第１のＬＤからの
光（波長λ１）を伝搬モード１、第２のＬＤからの光
（波長λ２）を伝搬モード２、それらの和周波光（波長
λ３）を伝搬モード１で伝搬させた場合、上記式（５）
を満たす波長範囲が存在する。
【００４０】これを図３に示す。例えば緑色のレーザー
光（５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍ）出力を得るために
は、１５１９ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０１ｎｍ≦
λ２≦８６２ｎｍの範囲で波長を選べば、第２のＬＤ１
９の波長が変化しても変換効率がほとんど変化しないよ
うな光波長変換装置を構成できる。この場合、ＫＴＰの
非線形光学定数テンソルのｄ２４成分を用いることにな
る。
【００４１】本実施例においては、第１のＬＤ１１とし
て、発振波長１６１０ｎｍ、出力３０ｍＷのＤＦＢレー
ザーを用い、第２のＬＤ１９として、発振波長７９０ｎ
ｍ、出力５Ｗのファブリペローレーザーを用いた。第１
のＬＤ１１は、シングル縦モード発振をしており、温度
制御を行って波長変動を０．３ｎｍ以下に抑えてある。
また、第２のＬＤ１９は、マルチ縦モード発振をしてお
り、波長幅約３ｎｍを有している。
【００４２】第１のＬＤ１１からのＬＤ光１７は２分の
１波長板１５によって偏光方向がＫＴＰ結晶２９のｙ軸
方向に合うように調整されている。また、第２のＬＤ１
９からのＬＤ光２５は２分の１波長板２３によって偏光
方向がＫＴＰ結晶２９のｚ軸方向に合うように調整され
ている。ダイクロイックミラー２７は、ＬＤ光１７を透
過し、ＬＤ光２５を反射するように設計されたものを用
いている。
【００４３】ＫＴＰ結晶２９には、ＬＤ光１７、ＬＤ光
２５とそれらの和周波光３５（波長５３０ｎｍ）とを位
相整合させるように周期（Λ）２８．７μｍの分極反転
構造３１が設けられている。結晶長（Ｌ）は２０ｍｍと
した。波長フィルター３３は波長５３０ｎｍ近傍の光の
みを透過するように設計されており、和周波光３５のみ
を取り出すことができる。
【００４４】その結果、出力１ｍＷ、中心波長５３０ｎ
ｍの緑色の和周波光を得ることができた。波長幅は約
１．３ｎｍであり、第２のＬＤ光２５の波長幅３ｎｍの
全ての波長で和周波変換が起きていることを確認でき
た。
【００４５】また、第２のＬＤ１９の波長を変化させた
ところ、±１０ｎｍの変化で変換効率が２分の１とな
り、第２のＬＤ１９の波長許容幅（半値全幅）は２０ｎ
ｍと、実用上十分な値を得ることができた。
【００４６】さらに、第１のＬＤ１１を５００ＭＨｚで
パルス変調駆動を行ったところ、それに追随して、５０
０ＭＨｚで変調された和周波光３５を得ることができ
た。
【００４７】加えて、本実施例の構成では、ＫＴＰ結晶
の温度許容幅が比較的大きいという特徴があった（すな
わち、本実施例は、∂Δｋ／∂Ｔが比較的０に近い条件
となっている）。実際に結晶温度を変えながら測定した
ところ、結晶温度２０℃付近で変換効率がピークとな
り、０℃および２８℃で変換効率がピークの２分の１と
なり、結晶の温度許容幅（半値全幅）は２８℃であっ
た。ＬｉＮｂＯ３を用いた第２高調波発生による波長変
換では温度許容幅は１℃・ｃｍ程度であるのに比べ、大
きい値が得られた。すなわち、本実施例の構成は、結晶
温度の温度調節が不要もしくは厳密でない制御でよく、
装置を生産する上で有利な構成であることがわかった。
なお、本実施例では、第１のＬＤ１１として温度制御に
よって波長変動を抑えたＤＦＢレーザーを用いたが、こ
れに限ったものではなく、例えば、波長を調節するため
に位相制御領域を設けた複数電極構造のＤＢＲレーザー
であってもよい。
【００４８】（第２の実施例）以下、本発明の第２の実
施例について図面を用いて説明する。図４は、本発明の
第２の実施例における光波長変換装置の模式的な構成図
である。図４において、１１１、１１９は第１、第２の
ＬＤ、１１３、１２１はコリメート用のレンズ、１１
５、１２３は２分の１波長板、１２７はダイクロイック
ミラー、１２９はＫＴＰ結晶からなる非線形光学材料、
１３１はＫＴＰに設けられた分極反転領域、１３３は波
長フィルターである。
【００４９】本実施例では、光学研磨したＫＴＰ結晶の
ｘｚ面を光入出射面としている。伝搬方向はｙ軸方向で
あり、極座標表記ではθ＝９０°、φ＝９０°である。
この方向に伝搬する場合、ｘ軸方向に電界成分を持つ伝
搬モード１とｚ軸方向に電界成分を持つ伝搬モード２の
２つの伝搬モードが存在する。ここで、第１のＬＤ１１
１からの光（波長λ１）を伝搬モード１、第２のＬＤ１
１９からの光（波長λ２）を伝搬モード２、それらの和
周波光（波長λ３）を伝搬モード１で伝搬させた場合、
上記式（５）を満たす波長範囲が存在する。
【００５０】これを図５に示す。例えば緑色のレーザー
光（５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍ）出力を得るために
は、１２２０ｎｍ≦λ１≦１４２１ｎｍ、７７２ｎｍ≦
λ２≦１００２ｎｍの範囲で波長を選べば、第２のＬＤ
１１９の波長が変化しても変換効率がほとんど変化しな
いような光波長変換装置を構成できる。この場合、ＫＴ
Ｐの非線形光学定数テンソルのｄ１５成分を用いること
になる。
【００５１】本実施例においては、第１のＬＤ１１１と
して、発振波長１３０３ｎｍ、出力３０ｍＷのＤＦＢレ
ーザーを用い、第２のＬＤ１１９として、発振波長８９
３ｎｍ、出力５Ｗのファブリペローレーザーを用いた。
第１のＬＤ１１１は、シングル縦モード発振をしてお
り、温度制御を行って波長変動を０．３ｎｍ以下に抑え
てある。また、第２のＬＤ１１９は、マルチ縦モード発
振をしており、波長幅約３ｎｍを有している。
【００５２】第１のＬＤ１１１からのＬＤ光１１７は２
分の１波長板１１５によって偏光方向がＫＴＰ結晶１２
９のｘ軸方向に合うように調整されている。また、第２
のＬＤ１１９からのＬＤ光１２５は２分の１波長板１２
３によって偏光方向がＫＴＰ結晶１２９のｚ軸方向に合
うように調整されている。ダイクロイックミラー１２７
は、ＬＤ光１１７を透過し、ＬＤ光１２５を反射するよ
うに設計されたものを用いている。
【００５３】ＫＴＰ結晶１２９には、ＬＤ光１１７、Ｌ
Ｄ光１２５とそれらの和周波光１３５（波長５３０ｎ
ｍ）とを位相整合させるように３２．９μｍの分極反転
構造３１が設けられている。結晶長は２０ｍｍとした。
波長フィルター１３３は波長５３０ｎｍ近傍の光のみを
透過するように設計されており、和周波光１３５のみを
取り出すことができる。
【００５４】その結果、出力０．２ｍＷ、中心波長５３
０ｎｍの緑色の和周波光１３５を得ることができた。波
長幅は約１．０ｎｍであり、第２のＬＤ光１２５の波長
幅３ｎｍの全ての波長で和周波変換が起きていることを
確認できた。
【００５５】また、第２のＬＤ１１９の波長を変化させ
たところ、±１２ｎｍの変化で変換効率が２分の１とな
り、第２のＬＤ１１９の波長許容幅（半値全幅）は２４
ｎｍと実用上十分な値を得ることができた。
【００５６】さらに、第１のＬＤ１１１を５００ＭＨｚ
でパルス変調駆動を行ったところ、それに追随して、５
００ＭＨｚで変調された和周波光を得ることができた。
【００５７】本実施例の構成では、結晶１２９の温度許
容幅（半値全幅）は７℃であった。第１の実施例と比べ
るとこの値は悪くなっているが、それでもＬｉＮｂＯ３
を用いた第２高調波発生による波長変換の場合と比較す
ると十分大きい。すなわち、本実施例の構成では、結晶
温度の温度調節は厳密でない制御でよい。
【００５８】本実施例により、第１の実施例とは異なる
波長範囲でも本発明による光波長変換装置を構成できる
ことが明らかになった。
【００５９】（第３の実施例）第１、第２の実施例で
は、光伝搬方向（θ、φ）が０°または９０°の場合に
ついて示したが、これに限ったものではない。本発明の
第３の実施例は、ＫＴＰ結晶を用いたその他の伝搬方向
の構成に関するものである。
【００６０】或る伝搬方向θ、φにおいて、第１のＬＤ
光（波長λ１）をモード１の偏光方向で伝搬させ、第２
のＬＤ光（波長λ２）をモード２の偏光方向で伝搬さ
せ、それらの和周波光（波長λ３）をモード１の偏光方
向で伝搬させた場合の、上記式（５）を満たすＬＤ波長
（λ１、λ２）と伝搬方向（θ、φ）の関係について図
７に示す。ここで、λ３＝５３０ｎｍとした。図７にお
いて、曲線ａ１はλ１＝１６１０ｎｍ、λ２＝７９０ｎ
ｍの例を示し、曲線ｂ１はλ１＝１５６０ｎｍ、λ２＝
８０３ｎｍの例を示し、曲線ｃ１はλ１＝１４４７ｎ
ｍ、λ２＝８３６ｎｍの例を示し、ｄ１はλ１＝１３４
４ｎｍ、λ２＝８７５ｎｍの例を示し、ｅ１はλ１＝１
３０３ｎｍ、λ２＝８９３ｎｍの例を示す。
【００６１】この図より、６４°≦θ≦９０°、０°≦
φ≦９０°、１３０３ｎｍ≦λ１≦１６１０ｎｍ、７９
０ｎｍ≦λ２≦８９３ｎｍの伝搬方向、波長域から適当
なものを選択すれば、第２のＬＤの波長が変化しても変
換効率がほとんど変化しないような光波長変換装置を構
成できることがわかる。図７はλ３＝５３０ｎｍの場合
であり、５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍとλ３の範囲を
広げると、１２２０ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０１
ｎｍ≦λ２≦１００２ｎｍの波長域となる。よって、第
１、第２の実施例に比べ、選択可能なＬＤの波長範囲が
広くなっており、装置を生産する上で有利な波長帯を選
んだり、より高性能な条件を選ぶことが可能となる。
【００６２】具体例として、λ１＝１５５０ｎｍ、λ２
＝８０８ｎｍとなる２つのＬＤを選択した場合を以下に
示す。これらの波長は光通信用あるいは固体励起用とし
て一般的であり、大量生産による低コスト化が見込める
波長帯である。
【００６３】図６を用いて説明する。図６は、本発明の
第３の実施例における光波長変換装置の模式的な構成図
である。図６において、２１１、２１９は第１、第２の
ＬＤ、２１３、２２１はコリメート用のレンズ、２１
５、２２３は２分の１波長板、２２７はダイクロイック
ミラー、２２９はＫＴＰ結晶からなる非線形光学材料、
２３１はＫＴＰに設けられた分極反転領域、２３３は波
長フィルターである。
【００６４】本実施例では、伝搬方向をθ＝９０°、φ
＝２３．７°と設定して、これに合わせて分極反転構造
２３１を形成し光入出射面を光学研磨したＫＴＰ結晶２
２９を用いている。第１のＬＤ２１１としては、発振波
長１５５０ｎｍ、出力３０ｍＷのＤＦＢレーザーを用
い、第２のＬＤ２１９としては、発振波長８０８ｎｍ、
出力５Ｗのファブリペローレーザーを用いた。第１のＬ
Ｄ２１１は、シングル縦モード発振をしており、温度制
御を行って波長変動を０．３ｎｍ以下に抑えてある。ま
た、第２のＬＤ２１９は、マルチ縦モード発振をしてお
り、波長幅約３ｎｍを有している。
【００６５】第１のＬＤ２１１からのＬＤ光２１７は２
分の１波長板２１５によって偏光方向がＫＴＰ結晶２２
９のｘｙ面に平行なように調整されている。また、第２
のＬＤ２１９からのＬＤ光２２５は２分の１波長板２２
３によって偏光方向がＫＴＰ結晶２２９のｚ軸方向に合
うように調整されている。ダイクロイックミラー２２７
は、ＬＤ光２１７を透過し、ＬＤ光２２５を反射するよ
うに設計されたものを用いている。
【００６６】ＫＴＰ結晶２２９には、ＬＤ光２１７、Ｌ
Ｄ光２２５とそれらの和周波光２３５（波長５３１ｎ
ｍ）とを位相整合させるように２９．４μｍの分極反転
構造２３１が設けられている。結晶長は２０ｍｍとし
た。波長フィルター２３３は波長５３１ｎｍ近傍の光の
みを透過するように設計されており、和周波光２３５の
みを取り出すことができる。
【００６７】このような構成の場合、ＫＴＰの非線形光
学定数テンソルのｄ２４成分およびｄ１５成分の両方を
用いることになる。
【００６８】その結果、出力０．８ｍＷ、中心波長５３
１ｎｍの緑色の和周波光を得ることができた。波長幅は
約１．２５ｎｍであり、第２のＬＤ光２２５の波長幅３
ｎｍの全ての波長で和周波変換が起きていることを確認
できた。
【００６９】加えて、本実施例の構成では、ＫＴＰ結晶
２２９の温度許容幅が非常に大きいという特徴があった
（すなわち、本実施例は、結晶温度が変化しても変換効
率がほとんど変化しないような後記する第５の実施例に
もなっている）。実際に結晶温度を変えながら測定した
ところ、結晶温度２６℃付近で変換効率がピーク、−５
℃および５５℃で変換効率がピークの２分の１となり、
結晶の温度許容幅（半値全幅）は６０℃であった。すな
わち、本実施例の構成は、結晶温度の温度調節が実質的
に不要でよく、装置を生産する上で有利な構成であるこ
とがわかった。
【００７０】（第４の実施例）本発明の第４の実施例
は、ＫＴＰ結晶の温度が変動しても変換効率がほとんど
変化しない様な光波長変調装置に関するものである。
【００７１】外観的構成は図６とほぼ同じである。或る
伝搬方向θ、φにおいて、第１のＬＤ光（波長λ１）を
モード１の偏光方向で伝搬させ、第２のＬＤ光（波長λ
２）をモード２の偏光方向で伝搬させ、それらの和周波
光（波長λ３）をモード１の偏光方向で伝搬させた場合
の、上記式（６）を満たすＬＤ波長（λ１、λ２）と伝
搬方向（θ、φ）の関係例について図８に示す。ここ
で、λ３＝５３０ｎｍとした。
【００７２】図８において、曲線ａ２はλ１＝１６１０
ｎｍ、λ２＝７９０ｎｍの例を示し、曲線ｂ２はλ１＝
１５６０ｎｍ、λ２＝８０３ｎｍの例を示し、曲線ｃ２
はλ １＝１４４７ｎｍ、λ２＝８３６ｎｍの例を示し、
ｄ２はλ１＝１３４４ｎｍ、λ２＝８７５ｎｍの例を示
し、ｄ２はλ１＝１３０３ｎｍ、λ２＝８９３ｎｍの例
を示し、ｅ２はλ１＝１３０３ｎｍ、λ２＝８９３ｎｍ
の例を示す。
【００７３】この図より、２８．３°≦θ≦９０°、１
９．２°≦φ≦９０°、１３０３ｎｍ≦λ１≦１６１０
ｎｍ、７９０ｎｍ≦λ２≦８９３ｎｍの伝搬方向、波長
域から適当なものを選択すれば、ＫＴＰ結晶の温度が変
動しても変換効率がほとんど変化しないような光波長変
換装置を構成できることがわかる。図８はλ３＝５３０
ｎｍの場合であるが、λ３の範囲を広げると、λ１とλ
２の波長域も広げることができる。
【００７４】（第５の実施例）本発明の第５の実施例
は、第２のＬＤの波長が変化しても変換効率がほとんど
変化しないと共にＫＴＰ結晶の温度が変動しても変換効
率がほとんど変化しない様な光波長変調装置に関するも
のである。既に第３の実施例がこうした光波長変調装置
になっているを述べたが、このことを図７と図８のグラ
フを重ねた図９のグラフを用いて説明する。
【００７５】図９において、或る波長λ１、λ２に対し
て、波長が変化しても変換効率がほとんど変化しない線
（例えばａ１）と温度が変動しても変換効率がほとんど
変化しない線（例えばａ２）の交点は本実施例となる。
第３の実施例も交点にあたる例である。ここではλ３＝
５３０ｎｍの場合であるが、λ３の範囲を５００ｎｍ≦
λ３≦５５０ｎｍと広げると交点の領域は図１０で示す
ようなものとなる。
【００７６】図１０から分かるように、第３の実施例に
おいて、第１、第２の半導体レーザーからの光およびそ
れらの和周波光の伝搬方向が７９．１°≦θ≦９０°、
２０．４°≦φ≦２７．６°の範囲になる様に設定し、
第１、第２の半導体レーザーからの光およびその和周波
光の波長を、１４６０ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０
１ｎｍ≦λ２≦８８２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５０
ｎｍの範囲になるように設定すれば、これらの例は図１
０の領域内にあるもので、第２のＬＤの波長が変化して
も変換効率がほとんど変化しないと共にＫＴＰ結晶の温
度が変動しても変換効率がほとんど変化しない光波長変
調装置となる。
【００７７】（第６の実施例）次に、本発明の第６の実
施例について図面を用いて説明する。図１１は、本発明
の第６の実施例における光波長変換装置の模式的な構成
図である。構成は第１の実施例とほぼ同様であり、詳細
の説明は省略する。同一部材には同一番号を付ける。
【００７８】第１の実施例との違いは、ＫＴＰ結晶３２
９に、周期的な分極反転構造３３１および光導波路３３
２が構成されていることである。光導波路３３２の断面
積は約８０μｍ２である。光導波路３３２にＬＤ光１
７、２５を結合させるため、集光レンズ３０１が設けら
れている。
【００７９】第１の実施例と比べ、本実施例では、ＫＴ
Ｐ結晶３２９中でのＬＤ光の光パワー密度が増加してい
る。変換効率は光パワー密度に比例するため光導波路構
造とすることで変換効率をを大きくすることができる。
【００８０】本実施例においては、第１のＬＤ１１とし
て、発振波長１６１０ｎｍ、出力３０ｍＷのＤＦＢレー
ザーを用い、第２のＬＤ１９として、発振波長７９０ｎ
ｍ、出力５Ｗのファブリペローレーザーを用いて光を入
射したところ、出力３０ｍＷ、中心波長５３０ｎｍの緑
色の和周波光３５を得ることができた。
【００８１】また、第２のＬＤ１９の波長許容幅（半値
全幅）は１８ｎｍと実用上十分な値を得ることができ
た。加えて、本実施例の構成でのＫＴＰ結晶３２９の温
度許容幅（半値全幅）は２４℃と比較的大きい値を得る
ことができた。
【００８２】（第７の実施例）上記した複数の実施例で
は、非線形光学材料としてＫＴＰ結晶を用いた例を示し
たが、その他の非線形光学材料であってもよい。第７の
実施例として、非線形光学材料にＫＮ（ＫＮｂＯ３）結
晶を用いた場合について説明する。
【００８３】ＫＮは二軸性結晶であり、屈折率ｎｘ、ｎ
ｙ、ｎｚがｎｘ＜ｎｙ＜ｎｚになるように主軸（ｘ、
ｙ、ｚ軸）をとり、極座標表記したときのｚ軸との角度
をθ、ｘ軸との角度をφと置く。伝搬方向をｙ方向（θ
＝９０°、φ＝９０°）とし、この方向に伝搬する場
合、ｘ軸方向に電界成分を持つ伝搬モード１とｚ軸方向
に電界成分を持つ伝搬モード２の２つの伝搬モードが存
在する。ここで、第１のＬＤからの光（波長λ１）を伝
搬モード２、第２のＬＤからの光（波長λ２）を伝搬モ
ード２、それらの和周波光（波長λ３）を伝搬モード１
で伝搬させた場合、上記式（５）を満たす波長範囲が存
在する。これを図１２に示す。例えば緑色のレーザー光
（５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍ）出力を得るために
は、１７５１ｎｍ≦λ１≦１９３９ｎｍ、６７４ｎｍ≦
λ２≦８０２ｎｍの範囲で波長を選べば、第２のＬＤの
波長が変化しても変換効率がほとんど変化しないような
光波長変換装置を構成できる。
【００８４】この場合、ＫＮの非線形光学定数テンソル
のｄ１３成分を用いることになる。ＫＮのほうがＫＴＰ
よりも非線形光学定数が大きいことから、本実施例は、
第１の実施例に比べ、同じ変換効率を得るための結晶長
（Ｌ）を短くできるという利点がある。
【００８５】なお、ＫＮ結晶の主軸を屈折率がｎｘ＞ｎ
ｙ＞ｎｚになるようにとる場合もあるが、その場合はそ
れに対応させて伝搬方向や偏光方向を決めればよい。
【００８６】（第８の実施例）非線形光学材料としてＬ
Ｎ（ＬｉＮｂＯ３）結晶を用いた場合について説明す
る。
【００８７】ＬＮは負の一軸性結晶（異常光の屈折率が
常光の屈折率より小さい）であり、ｎｚが異常光に対す
る屈折率となるように主軸のｚ軸をとり、極座標表記し
たときのｚ軸との角度をθと置く。一軸性結晶であるた
め、ｚ軸に垂直な面内では光学的に等価であり角度φは
意味を持たない。
【００８８】伝搬方向をｚ軸に垂直な方向（θ＝９０
°）とする。便宜上この方向をｙ軸方向とする。この方
向に伝搬する場合、ｚ軸方向に電界成分を持つ伝搬モー
ド１（異常光に対応）とｚ軸に垂直な方向に電界成分を
持つ伝搬モード２（常光に対応）の２つの伝搬モードが
存在する。ここで、第１のＬＤからの光（波長λ１）を
伝搬モード２（常光）、第２のＬＤからの光（波長
λ２）を伝搬モード２（常光）、それらの和周波光（波
長λ３）を伝搬モード１（異常光）で伝搬させた場合、
上記式（５）を満たす波長範囲が存在する。
【００８９】これを図１３に示す。この範囲で波長を選
べば、第２のＬＤの波長が変化しても変換効率がほとん
ど変化しないような光波長変換装置を構成できる。この
場合、ＬＮの非線形光学定数テンソルのｄ３１成分を用
いることになる。
【００９０】例えば、第１のＬＤの波長を１９００ｎ
ｍ、第２のＬＤの波長を１３００ｎｍとすればよい。こ
の場合、和周波光の波長は７７２ｎｍとなる。波長１９
００ｎｍ付近の波長帯はガス検知用の光源として有望で
ある。それを和周波変換により短波長化することで、受
光素子として一般的なＳｉフォトディテクターの受光感
度の高い領域にシフトさせることができ、受光部の低コ
スト化が図れる。
【００９１】（第９の実施例）非線形光学材料としてＬ
Ｔ（ＬｉＴａＯ３）結晶を用いた場合について説明す
る。
【００９２】ＬＴは正の一軸性結晶（異常光の屈折率が
常光の屈折率より小さい）であり、ｎｚが異常光に対す
る屈折率となるように主軸のｚ軸をとり、極座標表記し
たときのｚ軸との角度をθと置く。一軸性結晶であるた
め、ｚ軸に垂直な面内では光学的に等価であり角度φは
意味を持たない。
【００９３】伝搬方向をｚ軸に垂直な方向（θ＝９０
°）とする。便宜上この方向をｙ軸方向とする。この方
向に伝搬する場合、ｚ軸方向に電界成分を持つ伝搬モー
ド１（常光に対応）とｚ軸に垂直な方向に電界成分を持
つ伝搬モード２（異常光に対応）の２つの伝搬モードが
存在する。ここで、第１のＬＤからの光（波長λ１）を
伝搬モード２（異常光）、第２のＬＤからの光（波長λ
２）を伝搬モード２（異常光）、それらの和周波光（波
長λ３）を伝搬モード２（異常光）で伝搬させた場合、
上記式（５）を満たす波長範囲が存在する。
【００９４】これを図１４に示す。この範囲で波長を選
べば、第２のＬＤの波長が変化しても変換効率がほとん
ど変化しないような光波長変換装置を構成できる。この
場合、ＬＴの非線形光学定数テンソルのｄ３３成分を用
いることになる。
【００９５】ところで、本発明では、上記の複数の実施
例で示した非線形光学材料に限定されるものではなく、
その他の非線形光学材料であってももちろんよい。ま
た、非線形光学材料はその育成方法によって組成や不純
物密度等が異なり、屈折率の波長分散や温度分散が変わ
ることもありえるが、その場合は、その状態に応じて最
適な波長、伝搬方向、伝搬モードを選べばよい。加え
て、位相整合のための周期的構造として分極反転構造を
用いたがこれに限ったものではなく、周期的に屈折率が
変調された屈折率変調構造であってもよく、また、その
両方を兼ね備えていてもよい。
【００９６】
【発明の効果】以上のように、本発明の光波長変換装置
ないし方法によると、和周波光への変換効率を規定する
パラメータのうちの少なくとも１つ（典型的には励起用
光源の波長、非線形光学材料の温度）が変化しても変換
効率がほとんど変動しないようにできる。したがって、
励起用光源として波長安定性が不要で安価なＬＤなどを
用いることが可能となる。また、高効率で小型化に適し
た高速変調可能な構成を持つ光波長変換装置も実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の光波長変換装置の模式
的な構成図である。
【図２】変換効率の第２の半導体レーザーの波長依存性
を示す図である。
【図３】第１の実施例における２つの半導体レーザーの
波長の相関を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例の光波長変換装置の模式
的な構成図である。
【図５】第２の実施例における２つの半導体レーザーの
波長の相関を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例の光波長変換装置の模式
的な構成図である。
【図７】第３の実施例における２つの半導体レーザーの
波長に対する伝搬方向を示す図である。
【図８】第４の実施例における２つの半導体レーザーの
波長に対する伝搬方向を示す図である。
【図９】第５の実施例を説明するための図７と図８を重
ねた図である。
【図１０】第５の実施例における２つの半導体レーザー
の波長に対する伝搬方向を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施例の光波長変換装置の模
式的な構成図である。
【図１２】第７の実施例における２つの半導体レーザー
の波長の相関を示す図である。
【図１３】第８の実施例における２つの半導体レーザー
の波長の相関を示す図である。
【図１４】第９の実施例における２つの半導体レーザー
の波長の相関を示す図である。
【図１５】従来の光波長変換装置の模式的な構成図であ
る。
【符号の説明】
１１、１１１、２１１ 第１の半導体レーザー １９、１１９、２１９ 第２の半導体レーザー １３、２１、１１３、１２１、２１３、２２１ コリメ
ートレンズ １５、２３、１１５、１２３、２１５、２２３ ２分の
１波長板 １７、１１７、２１７ 第１のＬＤからの光 ２５、１２５、２２５ 第２のＬＤからの光 ２７、１２７、２２７ ダイクロイックミラー ２９、１２９，２２９ 非線形光学材料 ３１、１３１、２３１ 分極反転構造 ３３、１３３、２３３ 波長フィルター ３５、１３５、２３５ 和周波光 ３０１ 集光レンズ ３３２ 光導波路

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の光源と第２の光源と非線形光学材料
    を有し、前記２つの光源からの光を非線形光学材料に入
    射してそれらの光の和周波光を発生させる光波長変換装
    置であって、非線形光学材料には前記２つの光源からの
    光とそれらの和周波光とを位相整合させる周期的構造が
    設けられており、和周波光への変換効率を規定するパラ
    メータのうちの少なくとも１つが変化しても該変換効率
    を変動させないように、前記２つの光源からの光および
    それらの和周波光の波長、非線形光学材料中での偏光方
    向および伝搬方向が決定される如く構成されていること
    を特徴とする光波長変換装置。
  2. 【請求項２】前記第２の光源の発振波長と前記非線形光
    学材料の温度の少なくとも一方が変化しても該変換効率
    を変動させないように前記２つの光源からの光およびそ
    れらの和周波光の波長、非線形光学材料中での偏光方向
    および伝搬方向が決定される様に構成されていることを
    特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
  3. 【請求項３】前記第１の光源と第２の光源がそれぞれ第
    １の半導体レーザーと第２の半導体レーザーであること
    を特徴とする請求項１または２に記載の光波長変換装
    置。
  4. 【請求項４】前記周期的構造が周期的分極反転構造であ
    ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光
    波長変換装置。
  5. 【請求項５】前記周期的構造が、周期的に屈折率が変調
    している周期的屈折率変調構造であることを特徴とする
    請求項１乃至４の何れかに記載の光波長変換装置。
  6. 【請求項６】第１の光源からの光、第２の光源からの
    光、それらの和周波光の波長を夫々λ１、λ２、λ３と
    し、それらの光に対する非線形光学材料の屈折率（或い
    は光伝搬方向に沿って平均化した屈折率）を夫々ｎ１、
    ｎ２、ｎ３とし、位相不整合量Δｋを Δk=n3(2π/λ3)-n1(2π/λ1)-n2(2π/λ2) と定義したときに周期的構造が Λ=2π/|Δk|=1/|n3/λ3-n1/λ1-n2/λ2| で与えられる周期Λを有しており、 |∂Δｋ／∂λ２|≦０．０５（μｍ-2） になるように第１、第２の光源からの光およびそれらの
    和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬方向および
    偏光方向が決定されていることを特徴とする請求項２に
    記載の光波長変換装置。
  7. 【請求項７】|∂Δｋ／∂λ２|≦０．０１（μｍ-2）に
    なるように第１、第２の光源からの光およびそれらの和
    周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬方向および偏
    光方向が決定されていることを特徴とする請求項６に記
    載の光波長変換装置。
  8. 【請求項８】前記第１の半導体レーザーはシングル縦モ
    ードで発振する半導体レーザーであることを特徴とする
    請求項３に記載の光波長変換装置。
  9. 【請求項９】前記第１の半導体レーザーはＤＦＢレーザ
    ーあるいはＤＢＲレーザーであることを特徴とする請求
    項８に記載の光波長変換装置。
  10. 【請求項１０】前記第２の半導体レーザーはマルチ縦モ
    ードで発振する半導体レーザーであることを特徴とする
    請求項３に記載の光波長変換装置。
  11. 【請求項１１】前記第２の半導体レーザーはファブリペ
    ローレーザー或いはブロードエリアレーザーであること
    を特徴とする請求項１０に記載の光波長変換装置。
  12. 【請求項１２】前記第１の半導体レーザーは変調駆動さ
    れ、前記第２の半導体レーザーは連続駆動される様に構
    成されていることを特徴とする請求項３に記載の光波長
    変換装置。
  13. 【請求項１３】前記第１の半導体レーザーはパルス変調
    駆動される様に構成されていることを特徴とする請求項
    １２に記載の光波長変換装置。
  14. 【請求項１４】前記非線形光学材料中に伝搬方向に沿っ
    た光導波路が形成されていることを特徴とする請求項１
    乃至１３の何れかに記載の光波長変換装置。
  15. 【請求項１５】第１の光源からの光、第２の光源からの
    光、それらの和周波光の波長を夫々λ１、λ２、λ３と
    し、それらの光に対する非線形光学材料の屈折率（或い
    は光伝搬方向に沿って平均化した屈折率）を夫々ｎ１、
    ｎ２、ｎ３とし、位相不整合量Δｋを Δk=n3(2π/λ3)-n1(2π/λ1)-n2(2π/λ2) と定義したときに周期的構造が Λ=2π/|Δk|=1/|n3/λ3-n1/λ1-n2/λ2| で与えられる周期Λを有しており、前記非線形光学材料
    の温度をＴとして、 |∂Δｋ／∂Ｔ|≦０．５（Ｋ-1ｃｍ-1） になるように第１、第２の半導体レーザーからの光およ
    びそれらの和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬
    方向および偏光方向が決定されていることを特徴とする
    請求項２、６または７に記載の光波長変換装置。
  16. 【請求項１６】|∂Δｋ／∂Ｔ|≦０．１（Ｋ-1ｃｍ-1）
    になるように第１、第２の光源からの光およびそれらの
    和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬方向および
    偏光方向が決定されていることを特徴とする請求項１５
    に記載の光波長変換装置。
  17. 【請求項１７】前記非線形光学材料がＫＴｉＯＰＯ
    ４（ＫＴＰ）であることを特徴とする請求項１乃至１６
    の何れかに記載の光波長変換装置。
  18. 【請求項１８】非線形光学材料の非線形光学定数テンソ
    ルｄｉｊのｄ２４成分またはｄ１５成分もしくはその両
    方を用いるように第１、第２の光源からの光およびそれ
    らの和周波光の波長、伝搬方向および偏光方向が決定さ
    れていることを特徴とする請求項１７に記載の光波長変
    換装置。
  19. 【請求項１９】非線形光学材料中の主軸をｘ軸、ｙ軸、
    ｚ軸とし、伝搬方向を極座標表記したときのｚ軸との角
    度をθ、ｘ軸との角度をφと置いた場合、第１、第２の
    光源からの光およびそれらの和周波光の伝搬方向が６４
    °≦θ≦９０°、０°≦φ≦９０°の範囲にあり、第
    １、第２の光源からの光およびその和周波光の波長が、
    １２２０ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０１ｎｍ≦λ２
    ≦１００２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍの範囲
    にある様に構成されていることを特徴とする請求項１８
    に記載の光波長変換装置。
  20. 【請求項２０】第１、第２の光源からの光およびそれら
    の和周波光の伝搬方向がθ＝９０°、φ＝０°であり、
    第１、第２の光源からの光および和周波光の波長が、１
    ５１９ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７０１ｎｍ≦λ２≦
    ８６２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍの範囲にあ
    り、第１の光源の光の偏光方向がｙ軸方向であり、第２
    の光源の光の偏光方向がｚ軸方向であり、和周波光の偏
    光方向がｙ軸方向である様に構成されていることを特徴
    とする請求項１９に記載の光波長変換装置。
  21. 【請求項２１】第１、第２の光源からの光およびそれら
    の和周波光の伝搬方向がθ＝９０°、φ＝９０°であ
    り、第１、第２の光源からの光およびその和周波光の波
    長が、１２２０ｎｍ≦λ１≦１４２１ｎｍ、７７２ｎｍ
    ≦λ２≦１００２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５０ｎｍ
    の範囲にあり、第１の光源の光の偏光方向がｘ軸方向で
    あり、第２の光源の光の偏光方向がｚ軸方向であり、和
    周波光の偏光方向がｘ軸方向である様に構成されている
    ことを特徴とする請求項１９に記載の光波長変換装置。
  22. 【請求項２２】非線形光学材料中の主軸をｘ軸、ｙ軸、
    ｚ軸とし、伝搬方向を極座標表記したときのｚ軸との角
    度をθ、ｘ軸との角度をφと置いた場合、第１、第２の
    光源からの光およびそれらの和周波光の伝搬方向が７
    ９．１°≦θ≦９０°、２０．４°≦φ≦２７．６°の
    範囲にあり、第１、第２の光源からの光およびその和周
    波光の波長が、１４６０ｎｍ≦λ１≦１７４５ｎｍ、７
    ０１ｎｍ≦λ２≦８８２ｎｍ、５００ｎｍ≦λ３≦５５
    ０ｎｍの範囲にある様に構成されていることを特徴とす
    る請求項１８に記載の光波長変換装置。
  23. 【請求項２３】前記非線形光学材料がＫＮｂＯ３（Ｋ
    Ｎ）であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか
    に記載の光波長変換装置。
  24. 【請求項２４】前記非線形光学材料がＬｉＮｂＯ３（Ｌ
    Ｎ）であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか
    に記載の光波長変換装置。
  25. 【請求項２５】前記非線形光学材料がＬｉＴａＯ３（Ｌ
    Ｔ）であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか
    に記載の光波長変換装置。
  26. 【請求項２６】第１の光源と第２の光源と非線形光学材
    料を用い、前記２つの光源からの光を非線形光学材料に
    入射してそれらの光の和周波光を発生させる光波長変換
    方法であって、非線形光学材料には前記２つの光源から
    の光とそれらの和周波光とを位相整合させる周期的構造
    を設け、和周波光への変換効率を規定するパラメータの
    うちの少なくとも１つが変化しても該変換効率を変動さ
    せないように、前記２つの光源からの光およびそれらの
    和周波光の波長、非線形光学材料中での偏光方向および
    伝搬方向を決定することを特徴とする光波長変換方法。
  27. 【請求項２７】前記第２の光源の発振波長と前記非線形
    光学材料の温度の少なくとも一方が変化しても該変換効
    率を変動させないように、前記２つの光源からの光およ
    びそれらの和周波光の波長、非線形光学材料中での偏光
    方向および伝搬方向を決定することを特徴とする請求項
    ２６に記載の光波長変換方法。
  28. 【請求項２８】第１の光源からの光、第２の光源からの
    光、それらの和周波光の波長を夫々λ１、λ２、λ３と
    し、それらの光に対する非線形光学材料の屈折率（或い
    は光伝搬方向に沿って平均化した屈折率）を夫々ｎ１、
    ｎ２、ｎ３とし、位相不整合量Δｋを Δk=n3(2π/λ3)-n1(2π/λ1)-n2(2π/λ2) と定義したときに周期的構造が Λ=2π/|Δk|=1/|n3/λ3-n1/λ1-n2/λ2| で与えられる周期Λを有するようにさせ、 |∂Δｋ／∂λ２|≦０．０５（μｍ-2） になるように第１、第２の光源からの光およびそれらの
    和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬方向および
    偏光方向を決定することを特徴とする請求項２７に記載
    の光波長変換方法。
  29. 【請求項２９】|∂Δｋ／∂λ２|≦０．０１（μｍ-2）
    になるように第１、第２の光源からの光およびそれらの
    和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬方向および
    偏光方向を決定することを特徴とする請求項２８に記載
    の光波長変換方法。
  30. 【請求項３０】第１の光源からの光、第２の光源からの
    光、それらの和周波光の波長を夫々λ１、λ２、λ３と
    し、それらの光に対する非線形光学材料の屈折率（或い
    は光伝搬方向に沿って平均化した屈折率）を夫々ｎ１、
    ｎ２、ｎ３とし、位相不整合量Δｋを Δk=n3(2π/λ3)-n1(2π/λ1)-n2(2π/λ2) と定義したときに周期的構造が Λ=2π/|Δk|=1/|n3/λ3-n1/λ1-n2/λ2| で与えられる周期Λを有するようにさせ、 前記非線形光学材料の温度をＴとして、 |∂Δｋ／∂Ｔ|≦０．５（Ｋ-1ｃｍ-1） になるように第１、第２の半導体レーザーからの光およ
    びそれらの和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬
    方向および偏光方向を決定することを特徴とする請求項
    ２７乃至２９の何れかに記載の光波長変換方法。
  31. 【請求項３１】|∂Δｋ／∂Ｔ|≦０．１（Ｋ-1ｃｍ-1）
    になるように第１、第２の半導体レーザーからの光およ
    びそれらの和周波光の波長、非線形光学材料中での伝搬
    方向および偏光方向を決定することを特徴とする請求項
    ３０に記載の光波長変換方法。
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