JP2007322695A - Wavelength conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、波長変換素子に関するものであり、特に、光情報処理分野等において、レーザディスプレイ装置や光メモリ装置などの光源に使用される波長変換素子に関するものである。 The present invention relates to a wavelength conversion element, and more particularly to a wavelength conversion element used for a light source such as a laser display device or an optical memory device in the field of optical information processing.
近年、レーザディスプレイ装置の三原色(青色、緑色、赤色)の光源に使用できる可視光レーザが求められている。この可視光レーザとして、基本波レーザとしてのレーザ光を、非線形光学材料に作用させて、基本波レーザの半分の波長、すなわち2倍の周波数の第2高調波レーザに波長変換する波長変換レーザ装置が用いられている。
そして、従来の波長変換レーザ装置は、基本波レーザが入射する入射部、基本波レーザとこの基本波レーザの第2高調波レーザとを反射する反射面を有し、入射部から所定の角度で入射した光線を複数回繰り返して反射する1対の高反射ミラー部、この高反射ミラー部間で反射を繰り返した光線が出射する出射部、この1対の高反射ミラー部間に反射を繰り返す光線が通過して位相整合させる波長変換素子を備える。
そして、入射部から所定の入射角度で入射された光線は、1対の高反射ミラー部間で複数回繰り返し反射され、その間に波長変換素子を通過することで透過光路距離を延長することができるので変換効率を高めることができる(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, a visible light laser that can be used as a light source of the three primary colors (blue, green, and red) of a laser display device has been demanded. As this visible light laser, a wavelength conversion laser device for converting the wavelength of a laser beam as a fundamental laser to a second harmonic laser having a half wavelength of the fundamental laser, that is, twice the frequency, by acting on a nonlinear optical material. Is used.
The conventional wavelength conversion laser device has an incident part on which the fundamental wave laser is incident, a reflection surface that reflects the fundamental wave laser and the second harmonic laser of the fundamental wave laser at a predetermined angle from the incident part. A pair of high-reflecting mirror portions that repeatedly reflect incident light rays a plurality of times, an emission portion that emits light rays that are repeatedly reflected between the high-reflecting mirror portions, and light rays that repeatedly reflect between the pair of high-reflection mirror portions Includes a wavelength conversion element that passes through and phase-matches.
A light beam incident at a predetermined incident angle from the incident part is repeatedly reflected a plurality of times between the pair of high reflection mirror parts, and the transmission optical path distance can be extended by passing through the wavelength conversion element in the meantime. Therefore, conversion efficiency can be improved (for example, refer patent document 1).
また、別の従来の波長変換レーザ装置は、入射された基本波レーザのビーム経路に順次配置された複数の波長変換素子、複数の波長変換素子を通過するレーザを収束させる複数の集光手段、複数の波長変換素子で波長変換されたレーザのビーム経路を変更し、基本波レーザビームと分離する複数のビームスプリッタを備える。
そして、複数の波長変換素子に基本波レーザを集光して入射するので、複数の波長変換素子内において、高い基本波レーザのビームパワー密度を得ることができ、複数の波長変換素子における変換効率を高めることができる(例えば、特許文献2参照)。
In addition, another conventional wavelength conversion laser device includes a plurality of wavelength conversion elements sequentially arranged in a beam path of an incident fundamental wave laser, a plurality of condensing means for converging lasers passing through the plurality of wavelength conversion elements, A plurality of beam splitters for changing the beam path of the laser wavelength-converted by the plurality of wavelength conversion elements and separating the laser beam from the fundamental wave laser beam are provided.
Since the fundamental wave laser is focused and incident on the plurality of wavelength conversion elements, a high beam power density of the fundamental wave laser can be obtained in the plurality of wavelength conversion elements, and the conversion efficiency in the plurality of wavelength conversion elements. (For example, refer to Patent Document 2).
しかし、一対の高反射ミラー部間で基本波レーザを繰り返し反射し、その間に波長変換素子中を透過するので、基本波レーザが波長変換素子中を透過する経路を長くすることはできるが、変換効率は基本波レーザのパワー密度に比例して増加するため、入射光のパワー密度が低い場合、変換効率が低いという問題がある。
また、波長変換素子を通過するレーザを収束するとき、ビームスポット径を調整しなければならないが、位相整合条件に係わりビームの絞り角を大きくするとかえって変換効率が低下するなどの問題がある。
また、複数の波長変換素子および複数の集光手段を備えるので、部品点数が多くなり、装置が大きくコストがかかるという問題がある。
However, since the fundamental laser is repeatedly reflected between the pair of high-reflecting mirror parts and transmitted through the wavelength conversion element between them, the path through which the fundamental laser passes through the wavelength conversion element can be lengthened. Since the efficiency increases in proportion to the power density of the fundamental laser, there is a problem that the conversion efficiency is low when the power density of the incident light is low.
Further, when the laser beam passing through the wavelength conversion element is converged, the beam spot diameter must be adjusted. However, there is a problem that the conversion efficiency is lowered if the aperture angle of the beam is increased due to the phase matching condition.
In addition, since a plurality of wavelength conversion elements and a plurality of condensing means are provided, there is a problem that the number of parts increases and the apparatus is large and expensive.
この発明の目的は、パワー密度の高い基本波レーザを入射しても基本波レーザおよび第2高調波レーザの吸収などによる損失が少なく、波長変換効率が高く、部品点数の少ない波長変換素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element that has little loss due to absorption of the fundamental laser and second harmonic laser even when a fundamental laser having a high power density is incident, has high wavelength conversion efficiency, and has a small number of components. It is to be.
この発明に係わる波長変換素子は、入力される基本波レーザを波長変換して第2高調波レーザを発生する非線形光学材料でコアが構成され、上記基本波レーザが水平方向に自由空間で、厚み方向に上記コア内に閉じ込められて伝搬するプレーナ導波路と、上記コアの一方の反射端面に一体形成され、上記基本波レーザを反射するとともに上記第2高調波レーザを透過するフィルタと、上記コアの一方の反射端面と対向する他方の反射端面の一部に一体形成され、上記基本波レーザを反射するミラーと、を備え、上記フィルタおよび上記ミラーは、上記コアに入力される基本波レーザが上記コア内で複数回折り返して伝搬するように形成される。 The wavelength conversion element according to the present invention has a core made of a nonlinear optical material that converts the wavelength of an input fundamental wave laser to generate a second harmonic laser, and the fundamental wave laser is in a free space in the horizontal direction and has a thickness. A planar waveguide that is confined and propagated in the core in a direction, a filter that is integrally formed on one reflection end face of the core, reflects the fundamental laser, and transmits the second harmonic laser; and the core A mirror that is integrally formed on a part of the other reflection end surface opposite to the other reflection end surface and reflects the fundamental laser, and the filter and the mirror have a fundamental wave laser input to the core. It is formed so as to propagate in a plurality of times in the core.
この発明に係わる波長変換素子は、一方の反射端面でフィルタを透過してパワーの大きな第2高調波レーザが外部に出力され、第2高調波レーザの非線形光学材料との作用長が短いので、第2高調波レーザの吸収が少なく、非線形光学材料の温度の上昇が小さいので、位相整合が保たれ、波長変換効率の低下を抑制し、安定化することができる。
また、第2高調波レーザのパワーが大きくなっても、一方の反射端面でフィルタを透過してパワーの大きな第2高調波レーザが外部に出力されるので、第2高調波レーザの作用長が短く、パワーの大きな第2高調波レーザにより非線形光学材料での基本波レーザの吸収が大きくなるGRIIRA現象が抑えられ、基本波レーザの吸収が少なく、非線形光学材料の温度の上昇が小さく、位相整合が保たれ、波長変換効率の低下を抑制し、安定化することができる。
In the wavelength conversion element according to the present invention, the second harmonic laser having a large power is transmitted to the outside through the filter at one reflection end face, and the action length of the second harmonic laser with the nonlinear optical material is short. Since the absorption of the second harmonic laser is small and the temperature rise of the nonlinear optical material is small, the phase matching can be maintained, and the decrease in wavelength conversion efficiency can be suppressed and stabilized.
Even if the power of the second harmonic laser is increased, the second harmonic laser having a large power is output to the outside through the filter at one reflection end face. The second harmonic laser, which is short and has high power, suppresses the GRIIRA phenomenon, which increases the absorption of the fundamental laser in the nonlinear optical material, reduces the absorption of the fundamental laser, reduces the temperature rise of the nonlinear optical material, and achieves phase matching. Is maintained, and a decrease in wavelength conversion efficiency can be suppressed and stabilized.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる波長変換素子の平面図である。図2は、この発明の実施の形態1に係わる波長変換素子の側面図である。
この発明の実施の形態1に係わる波長変換素子は、図1と図2に示すように、プレーナ導波路1、基本波レーザ11を反射し第2高調波レーザ12を透過するフィルタ2、基本波レーザ11を反射するミラー3、入力される基本波レーザ11の反射を防止する反射防止コート(以下、「ARコート」と称す)4、プレーナ導波路1で発生する熱を排熱する放熱板6を備える。
そして、プレーナ導波路1では、基本波レーザ11が水平方向に自由空間で、厚み方向にプレーナ導波路1に閉じ込められて伝搬し、フィルタ2およびミラー3によりプレーナ導波路1内で複数回折り返されて伝搬する。また、プレーナ導波路1内で基本波レーザ11の一部が変換された第2高調波レーザ12がフィルタ2の複数箇所から出力される。
FIG. 1 is a plan view of a wavelength conversion element according to
As shown in FIGS. 1 and 2, the wavelength conversion element according to the first embodiment of the present invention includes a
In the
プレーナ導波路1は、平行4辺形の平板であり、フィルタ2とミラー3とがそれぞれ形成される2つの反射端面を有する。また、プレーナ導波路1は、他方の反射端面の一方の隅に基本波レーザ11の入射口として、基本波レーザ11のフィルタ2へ向かう伝搬方向と直角で交わる入射端面を有する。
プレーナ導波路1のコア7は、非線形光学材料からなる薄膜であり、厚み方向の厚さが3μmである。非線形光学材料は、酸化マグネシウム(以下、「MgO」と略記する)を5mol%添加したニオブ酸リチウム(以下、「LiNbO3」と略記する)である。そして、LiNbO3にMgOを添加することにより、フォトリフラクティブ効果や光損傷を改善している。
The
The
プレーナ導波路1のクラッド8は、コア7の厚み方向の両面に接する薄膜である。このクラッド8は、コア7を構成する非線形光学材料よりも屈折率が小さい材料からなり、例えば、アルミナ(以下、「Al2O3」と略記する)や二酸化珪素(以下、「SiO2」と略記する)である。このクラッド8は、基本波レーザ11と第2高調波レーザ12がともにコア7の厚み方向に単一モード(最低次モード)で伝搬できるように形成されている。
そして、プレーナ導波路1では、基本波レーザ11に対してフィルタ2へ向かう伝搬方向に位相整合されている。
The clad 8 of the
In the
フィルタ2は、一方の反射端面に一体形成されており、コア7からフィルタ2に進む基本波レーザ11に対して反射率が99.5%であるとともにコア7からフィルタ2に進む第2高調波レーザ12に対して反射率が0.5%である誘電体多層膜である。
ミラー3は、入射端面を除く他方の反射端面に一体形成されており、コア7からミラー3に進む基本波レーザに対して反射率が99.5%である誘電体多層膜である。
ARコート4は、入射端面に一体形成されており、外部から入射する基本波レーザ11に対して反射率が0.5%である誘電体多層膜である。
基板5は、一方のクラッド8aの全面に亘って接着され、プレーナ導波路1の剛性を補強するため、プレーナ導波路1を固定している。
放熱板6は、一方のクラッド8aと対向する他方のクラッド8bの全面に亘って接着され、コア7で発生する熱を排熱するため、熱伝導率の高く、且つ、熱膨張係数が非線形光学材料と近い、例えば、銅などの金属、シリコン(Si)などの半導体、窒化アルミニウム(AlN)や炭化シリコン(SiC)などのセラミックが利用される。
The
The
The
The
The
プレーナ導波路1では、基本波レーザ11の光路が入射端面から一方の反射端面まで延び、一方の反射端面で折り返されて基本波レーザ11のフィルタ2へ向かう伝搬方向から所定の角度の2倍だけ傾いて他方の反射端面まで延び、他方の反射端面で折り返されて一方の反射端面まで延びている。これが繰り返されて、一方の反射端面と他方の反射端面間で複数回折り返される。そして、基本波レーザ11が基本波レーザ11のフィルタ2へ向かう伝搬方向に伝搬するとき非線形光学材料が作用して一部が波長変換されて第2高調波レーザ12になる。
In the
次に、実施の形態1に係わる波長変換素子の動作について説明する。
図示しない光源から出力された基本波レーザ11は、厚み方向のスポット径が約1μmになるように、図示しないシリンドリカルレンズなどにより厚み方向にのみ集光する。また、水平方向のスポット径は約50μmであり、水平方向にコリメートされてARコート4を透過してプレーナ導波路1のコア7に入射される。なお、ARコート4は基本波レーザ11に対して高い透過率であるので、基本波レーザ11の透過損失は少ない。
Next, the operation of the wavelength conversion element according to the first embodiment will be described.
The
プレーナ導波路1のコア7に入射した基本波レーザ11は、水平方向に自由空間を伝搬し、厚み方向にプレーナ導波路のコア7とクラッド8とにより規定される導波路のモードに閉じ込められて伝搬する。そして、非線形光学材料との位相整合条件が合っているので基本波レーザ11の一部は、波長変換されて第2高調波レーザ12となる。なお、水平方向はコリメートして入射しているので、角度による位相整合条件を合わすことができる。
また、厚み方向は導波路のモードで平面波として伝搬しているため、角度による位相整合条件を合わすことができる。
The
In addition, since the thickness direction propagates as a plane wave in the waveguide mode, the phase matching condition according to the angle can be matched.
プレーナ導波路1を一方の反射端面にまで伝搬した基本波レーザ11は、一方の反射端面でフィルタ2により折り返される。なお、一方の反射端面は、基本波レーザ11の伝搬方向に対して直角から所定の角度傾いている。一方、第2高調波レーザ12は、一方の反射端面でフィルタ2を透過して出力される。なお、フィルタ2は、基本波レーザ11に対して高い反射率とともに第2高調波レーザ12に対して高い透過率のため、基本波レーザ11の反射損失、および第2高調波レーザ12の透過損失は少ない。
一方の反射端面で折り返された基本波レーザ11は、プレーナ導波路1を他方の反射端面に向かって伝搬するが、非線形光学材料の角度と基本波レーザ11の伝搬方向がずれているので、位相不整合のためほとんど波長変換されずに伝搬し、他方の反射端面でミラー3により反射される。
The
The
他方の反射端面は、ARコート4が形成されている入射端面を除いて、対向する一方の反射端面と平行であるため、入射端面から入射された基本波レーザ11と平行に一方の反射端面に向かって伝搬する。なお、ミラー3は基本波レーザ11に対して高い反射率のため、基本波レーザ11の反射損失は少ない。
そして、一方の反射端面に向かって伝搬した基本波レーザ11の一部は、波長変換されて第2高調波レーザ12になる。このようにして基本波レーザ11はフィルタ2とミラー3との間を複数回往復し、一方の反射端面に向かって伝搬する基本波レーザ11の一部の波長変換された第2高調波レーザ12は一方の反射端面でフィルタ2を透過して出力される。
Since the other reflection end face is parallel to one of the opposing reflection end faces except for the incident end face on which the
A part of the
このような波長変換素子では、プレーナ導波路1を伝搬する基本波レーザ11は、水平方向はコリメートされた大きなビーム径であるが、厚み方向はプレーナ導波路1のモードで伝搬し、厚み方向の小さなビーム径に閉じ込められているため、基本波レーザ11のパワー密度が高くなるので、波長変換効率は高くなる。
また、基本波レーザ11が非線形光学材料からなるコア7内を複数回折り返されているので、作用長が長くなり、さらに波長変換効率は高くなる。
また、基本波レーザ11に非点格差が生じている場合、例えば、半導体レーザダイオード(LD)は、共振器内部での光の閉じ込め状態の違いにより、ビームの焦点位置が水平方向と厚み方向で若干ずれて非点格差が生じており、水平方向に導波路構造のないプレーナ導波路1において、基本波レーザ11を厚み方向に効率良く結合できるとともに、水平方向はコリメートしているため、効率良く波長変換することができる。
このようにして、波長変換効率が高くなると、パワーの大きな第2高調波レーザ12が得られる。
In such a wavelength conversion element, the
Further, since the
In addition, when an astigmatic difference occurs in the
Thus, when the wavelength conversion efficiency is increased, the second
しかし、非線形光学材料での基本波レーザ11の光吸収に比べて第2高調波レーザ12の光吸収が大きいため、パワーの大きな第2高調波レーザ12が吸収されて発熱は大きくなり、非線形光学材料の温度の変化により位相不整合となるため、逆に波長変換効率が低下することになる。
また、波長変換効率が高くなり、第2高調波レーザ12のパワーが大きくなると、非線形光学材料での基本波レーザ11の吸収が大きくなるGreen Induced IR Absorption(以下、「GRIIRA」と称す)現象が生じて、基本波レーザ11の吸収が熱に変換され、温度上昇が生じて、非線形光学材料の温度の変化により位相が不整合になり、逆に波長変換効率が低下することになる。
However, since the light absorption of the second
Further, when the wavelength conversion efficiency is increased and the power of the second
しかし、実施の形態1に係わる波長変換素子では、一方の反射端面でフィルタ2を透過してパワーの大きな第2高調波レーザ12が外部に出力され、第2高調波レーザ12の非線形光学材料との作用長が短くなるので、第2高調波レーザ12の吸収が少なく、非線形光学材料の温度の上昇が小さいので、位相整合が保たれ、波長変換効率の低下を抑制し、安定化することができる。
また、第2高調波レーザ12のパワーが大きくなっても、一方の反射端面でフィルタ2を透過してパワーの大きな第2高調波レーザ12が外部に出力されるので、第2高調波レーザ12の作用長が短く、GRIIRA現象が抑えられ、基本波レーザ11の吸収が少なく、非線形光学材料の温度の上昇が小さいので、位相整合が保たれ、波長変換効率の低下を抑制し、安定化することができる。
However, in the wavelength conversion element according to the first embodiment, the second
Further, even if the power of the second
また、プレーナ導波路1を伝搬する基本波レーザ11および第2高調波レーザ12が放熱板6に近いため、光吸収よる発熱が比較的に広い領域で発生しても、非線形光学材料から放熱板6への排熱が好適である。これより、第2高調波レーザ12の吸収により発熱は小さく、位相整合が保たれ易く、波長変換効率の低下を抑制し、安定して得ることができる。
Further, since the
また、フィルタ2およびミラー3をプレーナ導波路1の反射端面に一体形成しているので、基本波レーザ11はフィルタ2またはミラー3で反射してプレーナ導波路1に折り返えされ、そのまま伝搬モードが維持され、基本波レーザ11の反射損失は少なくなる。
また、フィルタ2およびミラー3をプレーナ導波路1の反射端面に一体形成しているので、部品点数が少なく、小型化でコストを低減することができる。
Further, since the
Further, since the
なお、実施の形態1において、非線形光学材料として酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム(MgO:LiNbO3、Mg:LN)を例にして説明したが、ニオブ酸リチウム(LiNbO3、LN)、タンタル酸リチウム(LiTaO3、LT)、酸化マグネシウム添加タンタル酸リチウム(MgO:LiTaO3、Mg:LT)を非線形光学材料として用いても同様な効果が得られる。
また、非線形光学材料がコングレント組成でもストイキオメトリー組成でも良く、同様の効果が得られる。
In
The nonlinear optical material may be a congruent composition or a stoichiometric composition, and the same effect can be obtained.
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2に係わる波長変換素子の平面図である。図4は、この発明の実施の形態2に係わる波長変換素子の側面図である。
この発明の実施の形態2に係わる波長変換素子は、実施の形態1に係わる波長変換素子とプレーナ導波路1Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態2に係わるプレーナ導波路1Bは、実施の形態1に係わるプレーナ導波路1とコア7Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
FIG. 3 is a plan view of a wavelength conversion element according to
The wavelength conversion element according to the second embodiment of the present invention is different from the wavelength conversion element according to the first embodiment in the
Since the
この実施の形態2に係わるコア7Bは、図3と図4とに示すように、分極領域14と分極反転領域15が交互に配置された周期分極反転構造を有しており、基本波レーザ11のフィルタ2へ向かう伝搬方向に非線形光学材料としての強誘電体の自発分極の向きがコヒーレント長を周期として周期的に逆になっている。また、この強誘電体は、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムであり、Zカット基板である。また、コヒーレント長は、基本波レーザ11と第2高調波レーザ12とが疑似位相整合するように、6.6μmである。なお、基本波レーザ11の偏波方向は、強誘電体がZカット基板であるので、厚み方向である。また、Zカット基板を用いることにより、水平方向に広い範囲で周期分極反転構造を形成することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
実施の形態1における位相整合条件では、非線形光学定数がd13であるが、実施の形態2に係わる疑似位相整合型では非線形光学定数が最大のd33であるので、高効率な波長変換レーザが実現される。 The phase matching condition in the first embodiment, although the non-linear optical constant is d 13, since the non-linear optical constant is a pseudo phase matching according to the second embodiment is the largest d 33, is highly efficient wavelength conversion laser Realized.
そして、強誘電体のZカット基板に、+Zカット面に櫛歯状の電極を形成し、電極間に強電界を印加することにより、分極領域14と分極反転領域15とがコヒーレント長の周期で交互に並んだ構造が形成される。
Then, by forming a comb-like electrode on the + Z cut surface on the ferroelectric Z-cut substrate and applying a strong electric field between the electrodes, the
次に、実施の形態2に係わる波長変換素子の動作について説明する。
分極領域14の先端を透過する基本波レーザ11は、一部波長変換されて第2高調波レーザ12になり、その第2高調波レーザ12は、分極領域14の先端から終端まで伝搬したとき基本波レーザ11に対する位相差がπになる。これは、非線形光学材料の屈折率には波長分散があり、基本波レーザ11と第2高調波レーザ12の位相速度が異なるためである。
一方、その分極領域14の後ろに配置されている分極反転領域15の先端を透過する基本波レーザ11は、一部波長変換されて第2高調波レーザ12になるが、このときの第2高調波レーザ12は、基本波レーザ11に対する位相差がπになるように位相が反転する。そして、分極領域14の先端で波長変換され、その分極領域14を伝搬して後ろの分極反転領域15に達した第2高調波レーザ12と後ろの分極反転領域15の先端で波長変換された第2高調波レーザ12は、分極反転領域15の先端の基本波レーザ11を基準とすると、ともに位相差がπになる。
Next, the operation of the wavelength conversion element according to the second embodiment will be described.
The
On the other hand, the
このように位相整合されたプレーナ導波路1を透過する基本波レーザ11の一部が波長変換されるとき、分極領域14および分極反転領域15とで位相差がπだけ異なる第2高調波レーザ12が重ねられるが、先の領域を伝搬するとき位相がπだけ変化するので、重ねたときには位相が一致し、第2高調波レーザ12を強めるようになる。
When a part of the
このような実施の形態2に係わる波長変換素子では、実施の形態1に係わる波長変換素子と同様に、高いパワー密度の基本波レーザ11がプレーナ導波路1を複数回伝搬し長い作用長を得ることができるので、第2高調波レーザ12への波長変換効率が高くなる。
また、非線形光学材料に周期分極反転構造を有する疑似位相整合型では、位相差がπとなる距離であるコヒーレント長毎に位相が反転されるので、各作用点の第2高調波レーザ12が重ね合わされたとき、強度は加算的に増大し、強度の一定な第2高調波レーザ12を一方の反射端面でフィルタ2を透過して出力することができる。
In such a wavelength conversion element according to the second embodiment, similarly to the wavelength conversion element according to the first embodiment, the
In addition, in the quasi-phase matching type in which the nonlinear optical material has a periodically poled structure, the phase is inverted for each coherent length that is a distance where the phase difference is π, so that the second
なお、実施の形態1に係わる波長変換素子のように、自発分極の向きが均一のとき、各作用点で発生した第2高調波レーザ12は各高調波レーザ12の位相がずれて伝搬するので、位相差がπとなる距離であるコヒーレント長を超えて伝搬すると合成した第2高調波レーザ12の強度は減少し、コヒーレント長の周期で増減を繰り返すことになる。
As in the wavelength conversion element according to the first embodiment, when the direction of spontaneous polarization is uniform, the second
また、実施の形態2において、非線形光学材料として酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム(MgO:LiNbO3、Mg:LN)を例にして説明したが、ニオブ酸リチウム(LiNbO3、LN)、タンタル酸リチウム(LiTaO3、LT)、酸化マグネシウム添加タンタル酸リチウム(MgO:LiTaO3、Mg:LT)を非線形光学材料として用いても同様な効果が得られる。
また、非線形光学材料がコングレント組成でもストイキオメトリー組成でも良く、同様の効果が得られる。
In
The nonlinear optical material may be a congruent composition or a stoichiometric composition, and the same effect can be obtained.
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3に係わる波長変換素子の平面図である。図6は、この発明の実施の形態3に係わる波長変換素子の側面図である。
この発明の実施の形態3に係わる波長変換素子は、実施の形態2に係わる波長変換素子とプレーナ導波路1Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態3に係わるプレーナ導波路1Cは、実施の形態2に係わるプレーナ導波路1Bとコア7Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
FIG. 5 is a plan view of a wavelength conversion element according to
The wavelength conversion element according to the third embodiment of the present invention is different from the wavelength conversion element according to the second embodiment in the
The
この実施の形態3に係わるコア7Cは、図5と図6に示すように、分極領域14と分極反転領域15とが交互に配置された領域16a、16b、16cがアレイ状に配置された周期分極反転構造を有しており、基本波レーザ11のフィルタ2へ向かう伝搬方向に非線形光学材料としての強誘電体の自発分極の向きがコヒーレント長を周期として周期的に逆になっている。
このアレイ状に配置された周期分極反転構造は、基本波レーザ11のフィルタ2へ向かう伝搬方向に基本波レーザ11の伝搬経路にだけ配置されている。また、この強誘電体は、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムであり、Xカット基板である。また、コヒーレント長は、基本波レーザ11と第2高調波レーザ12とが疑似位相整合するように、6.6μmである。このようにして、非線形光学材料の水平方向がZ軸方向で、偏波方向を水平方向としたアスペクト比の大きな基本波レーザ11を用いることができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the core 7C according to the third embodiment has a period in which the
The periodic domain-inverted structures arranged in an array are arranged only on the propagation path of the
そして、強誘電体のXカット基板に、櫛型電極と対向電極とを形成し、電極間に強電界を印加することにより、分極領域14と分極反転領域15とがコヒーレント長の周期で交互に並んだ構造が形成される。
特に、Xカットのオフカット基板を櫛型電極と対向電極を利用して電界でポーリングする方法では、周期分極反転の領域幅が狭いので、このような構成でアレイ状に複数配置することにより実施の形態2と同様な効果が得られる。
Then, a comb-shaped electrode and a counter electrode are formed on a ferroelectric X-cut substrate, and a strong electric field is applied between the electrodes, whereby the
In particular, in the method of poling an X-cut off-cut substrate with an electric field using a comb-shaped electrode and a counter electrode, the region width of periodic polarization inversion is narrow. The same effect as in the second embodiment can be obtained.
また、非線形光学材料はXカット基板のため、基本波レーザ11の偏波方向は水平(Z軸)方向であり、偏波方向を水平方向としたアスペクト比の大きな基本波レーザ11を用いることができる。例えば、1μm帯でレーザ発振する半導体レーザ(Laser Diode、LD)は、プレーナ導波路構造を有し、偏波方向はTEモードにより水平方向であるとともに、水平方向はビーム径が大きく拡がり角が小さく、厚み方向はビーム径が小さく拡がり角が大きい。
Further, since the nonlinear optical material is an X-cut substrate, the polarization direction of the
このように、厚み方向のみシリンドリカルレンズなどで集光することにより、基本波レーザ11は水平方向に長いアスペクト比の大きなビーム形状となるため、水平方向に広いプレーナ導波路1との結合は適している。
また、基本波レーザ11の偏波方向を水平(Z軸)方向とするXカット基板を用いた波長変換素子を用いることにより、波長板などによる偏波方向を90度回転させる必要なく、そのまま使用して簡便化することができる。
In this way, since the
In addition, by using a wavelength conversion element using an X-cut substrate in which the polarization direction of the
なお、実施の形態3において、非線形光学材料のXカット基板を用いて説明したが、非線形光学材料のYカット基板を用いても実施の形態3で説明した効果が得られる。 In the third embodiment, the X-cut substrate made of a nonlinear optical material has been described. However, the effects described in the third embodiment can be obtained even by using a Y-cut substrate made of a nonlinear optical material.
1、1B、1C プレーナ導波路、2 フィルタ、3 ミラー、4 ARコート、5 基板、6 放熱板、7、7B、7C コア、8a、8b クラッド、11 基本波レーザ、12 第2高調波レーザ、14 分極領域、15 分極反転領域、16a、16b、16c 分極領域と分極反転領域が並んだ領域。 1, 1B, 1C planar waveguide, 2 filter, 3 mirror, 4 AR coating, 5 substrate, 6 heat sink, 7, 7B, 7C core, 8a, 8b cladding, 11 fundamental wave laser, 12 second harmonic laser, 14 Polarization region, 15 Polarization inversion region, 16a, 16b, 16c A region in which a polarization region and a polarization inversion region are arranged.
Claims (6)
上記コアの一方の反射端面に一体形成され、上記基本波レーザを反射するとともに上記第2高調波レーザを透過するフィルタと、
上記コアの一方の反射端面と対向する他方の反射端面の一部に一体形成され、上記基本波レーザを反射するミラーと、を備え、
上記フィルタおよび上記ミラーは、上記コアに入力される基本波レーザが上記コア内で複数回折り返して伝搬するように形成されることを特徴とする波長変換素子。 The core is composed of a nonlinear optical material that generates a second harmonic laser by converting the wavelength of the input fundamental wave laser, and the fundamental laser is confined in the core in the free space in the horizontal direction and in the thickness direction. A propagating planar waveguide;
A filter that is integrally formed on one reflection end surface of the core, reflects the fundamental laser, and transmits the second harmonic laser;
A mirror that is integrally formed on a part of the other reflection end surface facing the one reflection end surface of the core and reflects the fundamental laser;
The wavelength converter according to claim 1, wherein the filter and the mirror are formed such that a fundamental wave laser input to the core propagates by being diffracted a plurality of times in the core.
上記プレーナ導波路で発生する熱を排熱する放熱板と、を備え、
上記基板は、上記プレーナ導波路の一方の水平面で接合され、
上記放熱板は、上記プレーナ導波路の一方の水平面と対向する他方の水平面に接合されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の波長変換素子。 A substrate for fixing the planar waveguide;
A heat dissipation plate for exhausting heat generated in the planar waveguide,
The substrate is bonded at one horizontal plane of the planar waveguide,
6. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the heat radiating plate is joined to the other horizontal plane opposite to the one horizontal plane of the planar waveguide.
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