JP2688102B2 - 光波長変換装置 - Google Patents
光波長変換装置Info
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- JP2688102B2 JP2688102B2 JP2061954A JP6195490A JP2688102B2 JP 2688102 B2 JP2688102 B2 JP 2688102B2 JP 2061954 A JP2061954 A JP 2061954A JP 6195490 A JP6195490 A JP 6195490A JP 2688102 B2 JP2688102 B2 JP 2688102B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、レーザ光の波長を第２あるいは第３の高調
波発生、または和周波発生によって短波長化する光波長
変換装置に関し、さらに詳しくは、光ディスク装置、レ
ーザビームプリンタ、光計測器などのレーザ光を用いる
製品において、レーザ光の波長を短くして高性能化を図
る場合などに利用される光波長変換装置に関する。
波発生、または和周波発生によって短波長化する光波長
変換装置に関し、さらに詳しくは、光ディスク装置、レ
ーザビームプリンタ、光計測器などのレーザ光を用いる
製品において、レーザ光の波長を短くして高性能化を図
る場合などに利用される光波長変換装置に関する。
（ロ）従来の技術 近年、小型・高効率・低価格といった利点を有する半
導体レーザの実用化によって、従来レーザ光源の使用が
困難であった一般産業機器、民生機器へのレーザ応用が
進展している。なかでも特に光ディスク装置やレーザビ
ームプリンタなど、半導体レーザを利用して情報処理な
どを行う機器の進展が著しい。これらの機器に使用され
る半導体レーザ光の発振波長は通常78nmあるいは830nm
であるが、レーザ光の波長と集光スポット径（光の最小
集光径）とは比例関係にあり、集光スポット径が小さい
ほど、光ディスク装置では光ディスクの記録密度を増大
することができ、またレーザビームプリンタでは高解像
度が得られる。また干渉計測等の光応用計測分野におい
ても、短波長のレーザ光を用いることによって計測精度
の向上を図ることができる。このようにレーザ光を利用
した機器の性能向上を図るために、より短波長のレーザ
光発生装置が要望されている。
導体レーザの実用化によって、従来レーザ光源の使用が
困難であった一般産業機器、民生機器へのレーザ応用が
進展している。なかでも特に光ディスク装置やレーザビ
ームプリンタなど、半導体レーザを利用して情報処理な
どを行う機器の進展が著しい。これらの機器に使用され
る半導体レーザ光の発振波長は通常78nmあるいは830nm
であるが、レーザ光の波長と集光スポット径（光の最小
集光径）とは比例関係にあり、集光スポット径が小さい
ほど、光ディスク装置では光ディスクの記録密度を増大
することができ、またレーザビームプリンタでは高解像
度が得られる。また干渉計測等の光応用計測分野におい
ても、短波長のレーザ光を用いることによって計測精度
の向上を図ることができる。このようにレーザ光を利用
した機器の性能向上を図るために、より短波長のレーザ
光発生装置が要望されている。
半導体レーザの発振波長自体を短くするために、InGa
AlP系の半導体材料を用いて波長680nmのレーザ光が得ら
れているが、まだ信頼性など多くの問題を残している。
さらに短波長の半導体レーザについては研究の初期的段
階にあり、実用化の見通しは立っていない。従って現在
のところ、緑色、青色などの短波長レーザ光を必要とす
る場合には、大型で取り扱いの不便なガスレーザに頼ら
ざるを得ない。
AlP系の半導体材料を用いて波長680nmのレーザ光が得ら
れているが、まだ信頼性など多くの問題を残している。
さらに短波長の半導体レーザについては研究の初期的段
階にあり、実用化の見通しは立っていない。従って現在
のところ、緑色、青色などの短波長レーザ光を必要とす
る場合には、大型で取り扱いの不便なガスレーザに頼ら
ざるを得ない。
小型の装置によって短波長のレーザ光を得るもう一つ
の方法として光波長変換がある。ここで光波長変換の方
式としては、複数の光の周波数が足し合わされる和周波
発生、その中でも特に同一周波数の２つ、あるいは３つ
の光の周波数が足し合わされる第２高調波発生、第３高
調波発生という方法がある。第２の高調波発生により、
現在、例えば波長1.06μｍのYAG（イットニウム・アル
ミニウム・ガーネット）レーザを用いて波長0.53μｍの
緑色レーザ光、波長0.83〜0.84μｍの半導体レーザを用
いて0.415〜0.42μｍの青色レーザ光の発生が実現され
ている。
の方法として光波長変換がある。ここで光波長変換の方
式としては、複数の光の周波数が足し合わされる和周波
発生、その中でも特に同一周波数の２つ、あるいは３つ
の光の周波数が足し合わされる第２高調波発生、第３高
調波発生という方法がある。第２の高調波発生により、
現在、例えば波長1.06μｍのYAG（イットニウム・アル
ミニウム・ガーネット）レーザを用いて波長0.53μｍの
緑色レーザ光、波長0.83〜0.84μｍの半導体レーザを用
いて0.415〜0.42μｍの青色レーザ光の発生が実現され
ている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 このような光波長変換における現在の主要な課題は、
半導体レーザのような低出力の基本波光源を用いて高効
率変換を実現することである。波長変換効率は基本波密
度に比例し、高調波出力は基本波密度の２乗に比例して
増大する。そこで基本波密度を増幅するため、第１の手
法として導波路による光閉じ込めが、第２の手法として
光共振器を用いた光増幅が行われており、さらにその両
者を組み合せて大幅な高効率化を図ることも提案されて
いる。
半導体レーザのような低出力の基本波光源を用いて高効
率変換を実現することである。波長変換効率は基本波密
度に比例し、高調波出力は基本波密度の２乗に比例して
増大する。そこで基本波密度を増幅するため、第１の手
法として導波路による光閉じ込めが、第２の手法として
光共振器を用いた光増幅が行われており、さらにその両
者を組み合せて大幅な高効率化を図ることも提案されて
いる。
現在、この種の装置として、リング共振器を導波路化
し、高調波出力を基板への放射光として取り出す構成の
ものが提案されている。この構成を第６図に示す。
し、高調波出力を基板への放射光として取り出す構成の
ものが提案されている。この構成を第６図に示す。
同図において、波長0.83μｍ、出力100mWの単一モー
ド発振する半導体レーザ100から発した光（基本波）は
レンズ101によって集光され、MgOドープLiNbO3のｚカッ
ト基板108上の光導波路102aに入射する。各光導波路
は、プロトン交換法によって作製されている。光導波路
102aからの光は光方向性結合器103を通過するとき一部
はリング導波路104に結合し、残りは光導波路102bを通
って受光素子105へ入射する。この受光量が極小となる
ように制御回路107により共振制御を行う。高調波はリ
ング導波路104の各部分から基板中へ放出される。特に
図下側の直線部104aから発生した光を基板端面から取り
出し、レンズ106で整形し平行光とした。
ド発振する半導体レーザ100から発した光（基本波）は
レンズ101によって集光され、MgOドープLiNbO3のｚカッ
ト基板108上の光導波路102aに入射する。各光導波路
は、プロトン交換法によって作製されている。光導波路
102aからの光は光方向性結合器103を通過するとき一部
はリング導波路104に結合し、残りは光導波路102bを通
って受光素子105へ入射する。この受光量が極小となる
ように制御回路107により共振制御を行う。高調波はリ
ング導波路104の各部分から基板中へ放出される。特に
図下側の直線部104aから発生した光を基板端面から取り
出し、レンズ106で整形し平行光とした。
実験によれば、基本波光量100mW、うち光導波路102a
の結合量が約35mWのうち、レンズ106を通った高調波の
強度は約3mWであった。これによりリング光導波路104全
体から発する光量の総和はほぼ10mWに達すると推定され
る。
の結合量が約35mWのうち、レンズ106を通った高調波の
強度は約3mWであった。これによりリング光導波路104全
体から発する光量の総和はほぼ10mWに達すると推定され
る。
以上の例では、リング光導波路の一方の直線部分から
発生した第２高調波のみを有効に利用しており、リング
光導波路の曲がり部分、および他方の直線部分から発し
た第２高調波光はむだに捨てている。この点に関して
は、さらに高調波が有効に利用されない部分の光導波路
における高調波の発生を抑え、波長変換に伴う基本波の
損失を抑える構成を有する光波長変換装置が提案されて
いる。しかし、高調波が発生しない部分における導波路
損失は依然として存在しており、そのため基本波の共振
倍率が制限されている。
発生した第２高調波のみを有効に利用しており、リング
光導波路の曲がり部分、および他方の直線部分から発し
た第２高調波光はむだに捨てている。この点に関して
は、さらに高調波が有効に利用されない部分の光導波路
における高調波の発生を抑え、波長変換に伴う基本波の
損失を抑える構成を有する光波長変換装置が提案されて
いる。しかし、高調波が発生しない部分における導波路
損失は依然として存在しており、そのため基本波の共振
倍率が制限されている。
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、リン
グ導波路の総ての部分から発生する波長変換光を有効に
利用するために導波路のどの部分から発する波長変換光
に対しても、同一焦点を有する光もしくは平行光に変換
することができる光波長変換装置を提供しようとするも
のである。
グ導波路の総ての部分から発生する波長変換光を有効に
利用するために導波路のどの部分から発する波長変換光
に対しても、同一焦点を有する光もしくは平行光に変換
することができる光波長変換装置を提供しようとするも
のである。
（ニ）課題を解決するための手段及び作用 この発明は、基板外部に対する光入力部を有する第１
の光導波路と、環状に形成されそのコアあるいはクラッ
ド層が非線形光学材料よりなる第２の光導波路と、第１
の光導波路と第２の光導波路の間に光結合を行う光方向
性結合器とが同一の基板に形成され、レーザ光源からの
出力光を基本波として前記第１の光導波路の光入力部に
入射し、前記第２の光導波路より、位相整合条件を満た
す角度で基板内に高調波光または和周波光を発生する光
波長変換装置において、 前記基板の裏面または表面に、前記第２の光導波路の
全周から発する高調波光または和周波光を前記環状の第
２の光導波路の中心軸上の同一焦点を経由する光束また
は前記中心軸に平行な平行光となるように波形整形を行
うグレーティングが所定幅の環状に形成されてなること
を特徴とする光波長変換装置である。
の光導波路と、環状に形成されそのコアあるいはクラッ
ド層が非線形光学材料よりなる第２の光導波路と、第１
の光導波路と第２の光導波路の間に光結合を行う光方向
性結合器とが同一の基板に形成され、レーザ光源からの
出力光を基本波として前記第１の光導波路の光入力部に
入射し、前記第２の光導波路より、位相整合条件を満た
す角度で基板内に高調波光または和周波光を発生する光
波長変換装置において、 前記基板の裏面または表面に、前記第２の光導波路の
全周から発する高調波光または和周波光を前記環状の第
２の光導波路の中心軸上の同一焦点を経由する光束また
は前記中心軸に平行な平行光となるように波形整形を行
うグレーティングが所定幅の環状に形成されてなること
を特徴とする光波長変換装置である。
なお、この発明において、光方向性結合器は、第１の
光導波路からの光がほぼすべて環状の第２の光導波路に
結合するよう、結合長さ、光導波路距離が設定されるこ
とが好ましい。グレーティングの形成は、例えば、半導
体製造工程において、基板を回転ホルダーで回転させな
がら所定幅のマスクを介して斜めに入射するイオンビー
ムエッチングにより同じ向きにプレーズ化した環状の溝
が基板裏面に形成されることが好ましい。
光導波路からの光がほぼすべて環状の第２の光導波路に
結合するよう、結合長さ、光導波路距離が設定されるこ
とが好ましい。グレーティングの形成は、例えば、半導
体製造工程において、基板を回転ホルダーで回転させな
がら所定幅のマスクを介して斜めに入射するイオンビー
ムエッチングにより同じ向きにプレーズ化した環状の溝
が基板裏面に形成されることが好ましい。
この発明によれば、環状の第２の光導波路の全ての部
分から出る高調波光または和周波光を一つの光ビームと
して利用できるので、光変換効率を大幅に向上させるこ
とができる。
分から出る高調波光または和周波光を一つの光ビームと
して利用できるので、光変換効率を大幅に向上させるこ
とができる。
また、環状の第２の光導波路はその長さが極小になる
よう構成されることが好ましい。
よう構成されることが好ましい。
この構成によれば、第２の光導波路の曲がり損失と伝
搬損失との和が最小となり、第２の光導波路の共振倍率
が向上するため、高効率で光波長変換が可能になる。
搬損失との和が最小となり、第２の光導波路の共振倍率
が向上するため、高効率で光波長変換が可能になる。
また、別の発明によれば、基板外部に対する光入力部
を有する第１の光導波路と環状に形成されそのコアある
いはクラッド層が非線形光学材料よりなる第２の光導波
路と、第１の光導波路と第２の光導波路の間に光結合を
行う光方向性結合器とが同一の基板に形成され、レーザ
光源からの出力光を基本波として前記第１の光導波路の
光入力部に入射し、前記第２の光導波路より、位相整合
条件を満たす角度で基板内に高調波光または和周波光を
発生する光波長変換装置において、 前記基板の裏面または表面に、前記第２の光導波路の
全周から発する高調波光または和周波光を全反射させる
ための平坦面を形成し、前記平坦面で全反射した高調波
光または和周波光が同一焦点を経由する光束となるよう
に波形整形を行うグレーティングが前記平坦面の反対面
に所定幅の環状に形成されてなることを特徴とする光波
長変換装置が提供される。
を有する第１の光導波路と環状に形成されそのコアある
いはクラッド層が非線形光学材料よりなる第２の光導波
路と、第１の光導波路と第２の光導波路の間に光結合を
行う光方向性結合器とが同一の基板に形成され、レーザ
光源からの出力光を基本波として前記第１の光導波路の
光入力部に入射し、前記第２の光導波路より、位相整合
条件を満たす角度で基板内に高調波光または和周波光を
発生する光波長変換装置において、 前記基板の裏面または表面に、前記第２の光導波路の
全周から発する高調波光または和周波光を全反射させる
ための平坦面を形成し、前記平坦面で全反射した高調波
光または和周波光が同一焦点を経由する光束となるよう
に波形整形を行うグレーティングが前記平坦面の反対面
に所定幅の環状に形成されてなることを特徴とする光波
長変換装置が提供される。
この構成によれば、環状の第２の光導波路の全ての部
分から出る高調波光または和周波光を一つの光ビームと
して利用できるだけでなく、第２の光導波路とグレーテ
ィングとの位置合わせが簡単になる。
分から出る高調波光または和周波光を一つの光ビームと
して利用できるだけでなく、第２の光導波路とグレーテ
ィングとの位置合わせが簡単になる。
（ホ）実施例 以下本発明の実施例を図面にて詳述するが、本発明は
以下の実施例に限定されるものではない。
以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１ 第１図は本発明の第１の実施例である光波長変換装置
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
同図において、波長0.83μｍ、出力100mWの単一モー
ド発振する半導体レーザ10から発した光（基本波）はレ
ンズ20によって集光され、MgOドープLiNbO3のｚカット
基板（以下基板と記す）30上の光導波路32aに光入力部3
2cを介して入射する。この光は光方向性結合器36を通過
する際、一部は半径0.7mmの円形状光導波路（以下リン
グ光導波路と記す）34に結合し、残りは光導波路32bを
通って受光素子50へ入射する。この受光量が極小となる
ように後述する方法によって共振制御を行う。共振状態
において高調波はリング光導波路34の各部分から基板30
中へ放射される。
ド発振する半導体レーザ10から発した光（基本波）はレ
ンズ20によって集光され、MgOドープLiNbO3のｚカット
基板（以下基板と記す）30上の光導波路32aに光入力部3
2cを介して入射する。この光は光方向性結合器36を通過
する際、一部は半径0.7mmの円形状光導波路（以下リン
グ光導波路と記す）34に結合し、残りは光導波路32bを
通って受光素子50へ入射する。この受光量が極小となる
ように後述する方法によって共振制御を行う。共振状態
において高調波はリング光導波路34の各部分から基板30
中へ放射される。
基板30の裏面には、ある幅を有する閉曲線領域すなわ
ち外周部半径1.36mmと内周部半径1.16mmの間の領域に、
グレーティング40が形成されている。リング光導波路34
から基板30に放射された第２高調波はこのグレーティン
グ40によって方向を変えられ、基板30表面に垂直に入射
し、基板30外部で平行光Lpとなる。
ち外周部半径1.36mmと内周部半径1.16mmの間の領域に、
グレーティング40が形成されている。リング光導波路34
から基板30に放射された第２高調波はこのグレーティン
グ40によって方向を変えられ、基板30表面に垂直に入射
し、基板30外部で平行光Lpとなる。
それぞれの光導波路32,34は以下のようにして作製す
る。基板30を220℃のリン酸に25分浸漬して深さ約0.4μ
ｍのプロトン交換層を所定形状に形成する。光導波路幅
は１μｍである。曲がり部は半径0.7mmの円弧とする。
このような寸法の光導波路の伝搬損失は0.8dB/cmであっ
た。プロトン交換光導波路の場合、光導波路部分の屈折
率の増加が約0.13と大きいので、半径0.7mmの光導波路
における曲がり損失は無視でき、リング光導波路34での
損失はほぼ伝搬損失のみによって与えられる。
る。基板30を220℃のリン酸に25分浸漬して深さ約0.4μ
ｍのプロトン交換層を所定形状に形成する。光導波路幅
は１μｍである。曲がり部は半径0.7mmの円弧とする。
このような寸法の光導波路の伝搬損失は0.8dB/cmであっ
た。プロトン交換光導波路の場合、光導波路部分の屈折
率の増加が約0.13と大きいので、半径0.7mmの光導波路
における曲がり損失は無視でき、リング光導波路34での
損失はほぼ伝搬損失のみによって与えられる。
グレーティング40の形状について、第２図に基づいて
説明する。第２図（ａ）は基板30上面から光導波路32,3
4、グレーティング40を眺めた図、第２図（ｂ）は点Ａ
と点Ｂを含む面内での基板30の断面図である。
説明する。第２図（ａ）は基板30上面から光導波路32,3
4、グレーティング40を眺めた図、第２図（ｂ）は点Ａ
と点Ｂを含む面内での基板30の断面図である。
リング光導波路34の点Ａから光導波路の接平面に沿っ
て基板30方向に放射される高調波は、裏面上の点Ｂに到
達する。グレーティング40は、この光を基板30に垂直な
方向に反射するようよ設計される。グレーティング線の
方向は第２図（ａ）において、直線ABに直光する方向で
あり、ピッチは、チェレンコフ角θ＝16°、高調波に対
する基板30の屈折率ｎ＝2.3、高調波の波長λ＝0.415μ
ｍより、λ/n・cosθ＝0.188μｍとする。なお、この値
は実際に作製するにはやや細かいので、その整数倍だあ
る0.375μｍなどとしてもよい。グレーティング40の断
面形状は、第２図（ｂ）に示すように反射面の法線BP
が、角ABCを二等分するようブレーズ化した。
て基板30方向に放射される高調波は、裏面上の点Ｂに到
達する。グレーティング40は、この光を基板30に垂直な
方向に反射するようよ設計される。グレーティング線の
方向は第２図（ａ）において、直線ABに直光する方向で
あり、ピッチは、チェレンコフ角θ＝16°、高調波に対
する基板30の屈折率ｎ＝2.3、高調波の波長λ＝0.415μ
ｍより、λ/n・cosθ＝0.188μｍとする。なお、この値
は実際に作製するにはやや細かいので、その整数倍だあ
る0.375μｍなどとしてもよい。グレーティング40の断
面形状は、第２図（ｂ）に示すように反射面の法線BP
が、角ABCを二等分するようブレーズ化した。
グレーティング40は以下の手順で作製した。まず、基
板30裏面に電子ビームレジストを塗布し、グレーティン
グ40の谷（削られる部分）を電子ビーム露光し、現像す
ることにより、電子ビームに露光されなかった部分のレ
ジスト310（第３図）を残す。次にグレーティング40の
ブレーズ化した溝を作製するため、Arイオンビームエッ
チングを行う。グレーティング溝の方向がスパイラルな
ので、一度に同じ向きにブレーズ化することができな
い。そこで第３図に示すように、グレーティング領域の
一部分のみが斜めに入射するArイオンビーム330にエッ
チングされるようにウインドウ部のあるマスク320を配
置し、基板30の回転ホルダ340に取付け、回転しながら
エッチングを行い、全周のエッチングを行った。その後
で裏面にアルミニウム反射膜39を蒸着した。
板30裏面に電子ビームレジストを塗布し、グレーティン
グ40の谷（削られる部分）を電子ビーム露光し、現像す
ることにより、電子ビームに露光されなかった部分のレ
ジスト310（第３図）を残す。次にグレーティング40の
ブレーズ化した溝を作製するため、Arイオンビームエッ
チングを行う。グレーティング溝の方向がスパイラルな
ので、一度に同じ向きにブレーズ化することができな
い。そこで第３図に示すように、グレーティング領域の
一部分のみが斜めに入射するArイオンビーム330にエッ
チングされるようにウインドウ部のあるマスク320を配
置し、基板30の回転ホルダ340に取付け、回転しながら
エッチングを行い、全周のエッチングを行った。その後
で裏面にアルミニウム反射膜39を蒸着した。
基板30の表面には、SiO2層38を690Å形成した。このS
iO2層38は単に光導波路を保護するだけでなく、グレー
ティング40で向きを変えられて基板30表面を透過する第
２高調波に対しての反射防止膜としても作用する。
iO2層38は単に光導波路を保護するだけでなく、グレー
ティング40で向きを変えられて基板30表面を透過する第
２高調波に対しての反射防止膜としても作用する。
基板30の基本波入射・出射面は光学研摩を行い、基本
波波長に対して反射防止コートを行った。このように基
本波の入射面と出射面とを同一面とすることにより、両
方の反射防止膜コートを同時に済ますことができる。
波波長に対して反射防止コートを行った。このように基
本波の入射面と出射面とを同一面とすることにより、両
方の反射防止膜コートを同時に済ますことができる。
光方向性結合器36は、光導波路32,34を1/4円周（約1.
1mm）に渡って、１〜４μｍの距離を置いて平行に配置
して作製した。なお、導波路32aからの光がほぼすべて
リング光導波路34に結合するためには、リング光導波路
損失に応じて最適な結合長さ、および光導波路間距離を
設定する必要がある。この例では結合長さを一定として
光導波路間距離を調節することにより最適化を図ってい
る。一般にリング光導波路の損失が小さくなるほど光方
向性結合器の光導波路間距離を大きくする。なお、最適
結合長さは複数存在するが、本実施例ではその中で最も
短いものをとった。
1mm）に渡って、１〜４μｍの距離を置いて平行に配置
して作製した。なお、導波路32aからの光がほぼすべて
リング光導波路34に結合するためには、リング光導波路
損失に応じて最適な結合長さ、および光導波路間距離を
設定する必要がある。この例では結合長さを一定として
光導波路間距離を調節することにより最適化を図ってい
る。一般にリング光導波路の損失が小さくなるほど光方
向性結合器の光導波路間距離を大きくする。なお、最適
結合長さは複数存在するが、本実施例ではその中で最も
短いものをとった。
リング光導波路34の共振状態は、受光素子50における
受光量が極小となることによって検知できる。本実施例
においては、共振条件を保つために半導体レーザ発振波
長の注入電流依存性を利用し、常に受光量が極小となる
ように制御回路60によって注入電流を制御している。こ
の制御方式では半導体レーザのモードホッピングによっ
て制御が不安定となるため、半導体レーザ10の温度がほ
ぼ一定となるようにして実験した。なお、半導体レーザ
10を完全な定電流駆動とし、その温度を受光量が極小と
なるように精密に制御することによっても共振制御が可
能である。
受光量が極小となることによって検知できる。本実施例
においては、共振条件を保つために半導体レーザ発振波
長の注入電流依存性を利用し、常に受光量が極小となる
ように制御回路60によって注入電流を制御している。こ
の制御方式では半導体レーザのモードホッピングによっ
て制御が不安定となるため、半導体レーザ10の温度がほ
ぼ一定となるようにして実験した。なお、半導体レーザ
10を完全な定電流駆動とし、その温度を受光量が極小と
なるように精密に制御することによっても共振制御が可
能である。
実験によれば、基本波光量100mW、そのうち光導波路3
2への結合光量が約45mWのとき、基板30表面を出射した
高調波の強度は約17mWであった。
2への結合光量が約45mWのとき、基板30表面を出射した
高調波の強度は約17mWであった。
なお、本実施例においては単一モード半導体レーザを
用いたが、マルチモードであってもよい。特にリング共
振器の共振波長間隔の整数倍が半導体レーザの縦モード
間隔となる場合には、マルチモード半導体レーザの出力
がほとんどリング共振器に入り、有効に第２高周波を発
生する。ここで厳密に言えば、半導体レーザの異なる２
つの縦モードの周波数が足し合わされて高周波を発生す
る一種の和周波発生も生じる。
用いたが、マルチモードであってもよい。特にリング共
振器の共振波長間隔の整数倍が半導体レーザの縦モード
間隔となる場合には、マルチモード半導体レーザの出力
がほとんどリング共振器に入り、有効に第２高周波を発
生する。ここで厳密に言えば、半導体レーザの異なる２
つの縦モードの周波数が足し合わされて高周波を発生す
る一種の和周波発生も生じる。
実施例２ 第２の実施例の構成図を第４図に示す。本実施例にお
いては、第１の実施例において表面の導波路と裏面のグ
レーティングとの位置合せが難しかった点を解決するた
め、裏面を良好な平坦面とし、その平坦面で第２高周波
光を全反射させ、グレーティングを表面に形成して第２
高調波光の整形を行う。このグレーティングは反射型な
ので、第２高調波は裏面から出射する。グレーティング
は外径2.406mm、内径2.006mmの円に挟まれた領域に形成
した。
いては、第１の実施例において表面の導波路と裏面のグ
レーティングとの位置合せが難しかった点を解決するた
め、裏面を良好な平坦面とし、その平坦面で第２高周波
光を全反射させ、グレーティングを表面に形成して第２
高調波光の整形を行う。このグレーティングは反射型な
ので、第２高調波は裏面から出射する。グレーティング
は外径2.406mm、内径2.006mmの円に挟まれた領域に形成
した。
光導波路基板および作製方法は実施例１と同じであ
る。同一構成要素には上記第１の実施例と同一符号を付
して説明する。
る。同一構成要素には上記第１の実施例と同一符号を付
して説明する。
リング光導波路34は半径0.7mm、幅１μｍである。
基本波入力部分および出力部分にグレーティングカプ
ラ31a,31bを採用した。作製手順としては、まず導波路
のプロトン交換を行い、次にグレーティング40、グレー
ティングカプラ31a,31bのパターンを同じ電子ビーム描
画装置で作製し、Arイオンビームエッチングによって所
定の形状に加工した。その後で裏面全面にSiO2膜38′を
蒸着した。
ラ31a,31bを採用した。作製手順としては、まず導波路
のプロトン交換を行い、次にグレーティング40、グレー
ティングカプラ31a,31bのパターンを同じ電子ビーム描
画装置で作製し、Arイオンビームエッチングによって所
定の形状に加工した。その後で裏面全面にSiO2膜38′を
蒸着した。
第１の実施例においてはグレーティングを通過した光
は平行ビームとしたが、本実施例においては収束光Lcと
した。
は平行ビームとしたが、本実施例においては収束光Lcと
した。
本実施例においても高い波長交換効率が得られた。
実施例３ 第３の実施例においては、光導波路材料として大きな
非線形光学効果を有する非線形光学材料のうちの有機材
料のひとつであるMNA（２−メチル−４−ニトロアニリ
ン）を用いた。MNAを用いた光導波路部分を説明するた
めの要部斜視図を第５図に示す。なお基板中である光導
波路の配置は実施例１と同じである。
非線形光学効果を有する非線形光学材料のうちの有機材
料のひとつであるMNA（２−メチル−４−ニトロアニリ
ン）を用いた。MNAを用いた光導波路部分を説明するた
めの要部斜視図を第５図に示す。なお基板中である光導
波路の配置は実施例１と同じである。
ガラス基板90a上（図では下面）に幅２μｍ、深さ0.2
μｍのZnO薄膜層92を形成し、その上に１〜10μｍ程度
の微小な空隙を介してもう一つのガラス基板90bを重
ね、その空隙に融点以上の温度で液状となっているMNA9
4を吸い込ませ、冷却により固化する。この構造では基
本波はZnO薄膜層92に沿って伝搬し、MNA94はクラッド層
として作用する。ZnO薄膜層92とMNA94の屈折率の関係で
基板中への第２高調波放射条件が満足される。
μｍのZnO薄膜層92を形成し、その上に１〜10μｍ程度
の微小な空隙を介してもう一つのガラス基板90bを重
ね、その空隙に融点以上の温度で液状となっているMNA9
4を吸い込ませ、冷却により固化する。この構造では基
本波はZnO薄膜層92に沿って伝搬し、MNA94はクラッド層
として作用する。ZnO薄膜層92とMNA94の屈折率の関係で
基板中への第２高調波放射条件が満足される。
光源としては半導体レーザ励起の小型YAGレーザを用
いた。共振制御には、材料の性質上電気光学効果による
制御を行うことができないので、屈折率の温度変化によ
る光路長の変化を利用し、基板全体の温度を調節した。
いた。共振制御には、材料の性質上電気光学効果による
制御を行うことができないので、屈折率の温度変化によ
る光路長の変化を利用し、基板全体の温度を調節した。
この構成により第２高周波の発生が観測された。MNA
は非常に高い非線形光学定数を有しているので、導波路
損失、MNAの配向性などを改善することにより良好な効
率が得られるものと考えられる。
は非常に高い非線形光学定数を有しているので、導波路
損失、MNAの配向性などを改善することにより良好な効
率が得られるものと考えられる。
非線形光学材料としては、高調波が基板中へ放射され
る条件（チェレンコフ放射条件）をみたすものであれば
様々なものを用いることが可能である。代表的なものと
しては、実施例１・２に用いたLiNbO3の他、LiTaO3、KN
bO3、KTP（KTiOPO4）、KTA（KTiOAsO4）、β−BaB2O4、
LiIO3、LiB3O5、BNN（Ba2NaNb5O15）、KDP（KH2PO4）、
ZnS、ZnSeなどの無機材料、および実施例３に用いたMNA
や、NPP（Ｎ−（４−nitrophenyl−（Ｌ）−prolino
l）、POM（３−methyl−４−nitropyridine−１−oxid
e）、DAN（４−（N,N−dimethylamino）−３−acetamid
onitrobenzene）、MAP（３−methyl−2,4−dinitrophen
yl aminopropanate）、mNA（メタニトロアニリン）、LA
P（Ｌ−Arginine Phosphate Monohydrate）、DLAP（重
水素化LAP）、DIVA（メトキシジシアノビニルアニソー
ル）、カルコン誘導体、シアニン誘導体などの有機材料
を用いることが考えられる。
る条件（チェレンコフ放射条件）をみたすものであれば
様々なものを用いることが可能である。代表的なものと
しては、実施例１・２に用いたLiNbO3の他、LiTaO3、KN
bO3、KTP（KTiOPO4）、KTA（KTiOAsO4）、β−BaB2O4、
LiIO3、LiB3O5、BNN（Ba2NaNb5O15）、KDP（KH2PO4）、
ZnS、ZnSeなどの無機材料、および実施例３に用いたMNA
や、NPP（Ｎ−（４−nitrophenyl−（Ｌ）−prolino
l）、POM（３−methyl−４−nitropyridine−１−oxid
e）、DAN（４−（N,N−dimethylamino）−３−acetamid
onitrobenzene）、MAP（３−methyl−2,4−dinitrophen
yl aminopropanate）、mNA（メタニトロアニリン）、LA
P（Ｌ−Arginine Phosphate Monohydrate）、DLAP（重
水素化LAP）、DIVA（メトキシジシアノビニルアニソー
ル）、カルコン誘導体、シアニン誘導体などの有機材料
を用いることが考えられる。
基板材料としては、実施例１や２のように非線形光学
材料自体を用いる場合と、実施例３のようにガラスなど
の他の基板を用いるとが可能である。基板としては、サ
ファイヤ、MgO、シリコン、GaAsなどを用いてもよい。
材料自体を用いる場合と、実施例３のようにガラスなど
の他の基板を用いるとが可能である。基板としては、サ
ファイヤ、MgO、シリコン、GaAsなどを用いてもよい。
（ヘ）発明の効果 本発明によれば、基板上に第１の光導波路と第２の光
導波路とによりリング共振型導波路が形成され、その第
２の光導波路の全周から放射さた波長変換光がすべてグ
レーティングによって平行光または同一焦点を有するビ
ームに変換されるため、波長変換光の利用率をほぼ100
％にできる。さらに第２の光導波路の長さを極小化で
き、導波損失の低減に伴う共振倍率の向上が図れるた
め、高効率で光波長変換が可能となる。
導波路とによりリング共振型導波路が形成され、その第
２の光導波路の全周から放射さた波長変換光がすべてグ
レーティングによって平行光または同一焦点を有するビ
ームに変換されるため、波長変換光の利用率をほぼ100
％にできる。さらに第２の光導波路の長さを極小化で
き、導波損失の低減に伴う共振倍率の向上が図れるた
め、高効率で光波長変換が可能となる。
第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図
（ａ）及び（ｂ）は第１の実施例におけるグレーティン
グの配置および形状を説明する説明図、第３図は第１の
実施例におけるグレーティングを作製する方法の説明
図、第４図は本発明の第２の実施例を示す構成図、第５
図は本発明の第３の実施例に用いた導波路の構造を示す
要部拡大斜視図、第６図は従来例を示す構成図である。 10……レーザ光源、20……レンズ、30……基板、32……
光導波路、34……リング光導波路、36……光方向性結合
器、40…グレーティング、50……受光素子、60……制御
回路。
（ａ）及び（ｂ）は第１の実施例におけるグレーティン
グの配置および形状を説明する説明図、第３図は第１の
実施例におけるグレーティングを作製する方法の説明
図、第４図は本発明の第２の実施例を示す構成図、第５
図は本発明の第３の実施例に用いた導波路の構造を示す
要部拡大斜視図、第６図は従来例を示す構成図である。 10……レーザ光源、20……レンズ、30……基板、32……
光導波路、34……リング光導波路、36……光方向性結合
器、40…グレーティング、50……受光素子、60……制御
回路。
Claims (2)
- 【請求項１】基板外部に対する光入力部を有する第１の
光導波路と、環状に形成されそのコアあるいはクラッド
層が非線形光学材料よりなる第２の光導波路と、第１の
光導波路と第２の光導波路の間に光結合を行う光方向性
結合器とが同一の基板に形成され、レーザ光源からの出
力光を基本波として前記第１の光導波路の光入力部に入
射し、前記第２の光導波路より、位相整合条件を満たす
角度で基板内に高調波光または和周波光を発生する光波
長変換装置において、 前記基板の裏面または表面に、前記第２の光導波路の全
周から発する高調波光または和周波光を前記環状の第２
の光導波路の中心軸上の同一焦点を経由する光束または
前記中心軸に平行な平行光となるように波形整形を行う
グレーティングが所定幅の環状に形成されてなることを
特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項２】基板外部に対する光入力部を有する第１の
光導波路と、環状に形成されそのコアあるいはクラッド
層が非線形光学材料よりなる第２の光導波路と、第１の
光導波路と第２の光導波路の間に光結合を行う光方向性
結合器とが同一の基板に形成され、レーザ光源からの出
力光を基本波として前記第１の光導波路の光入力部に入
射し、前記第２の光導波路より、位相整合条件を満たす
角度で基板内に高調波光または和周波光を発生する光波
長変換装置において、 前記基板の裏面または表面に、前記第２の光導波路の全
周から発する高調波光または和周波光を全反射させるた
めの平坦面を形成し、前記平坦面で全反射した高調波光
または和周波光が同一焦点を経由する光束となるように
波形整形を行うグレーティングが前記平坦面の反対面に
所定幅の環状に形成されてなることを特徴とする光波長
変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061954A JP2688102B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 光波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061954A JP2688102B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 光波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03261925A JPH03261925A (ja) | 1991-11-21 |
| JP2688102B2 true JP2688102B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=13186095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2061954A Expired - Fee Related JP2688102B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 光波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2688102B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2154911C (en) | 1994-08-02 | 2001-01-02 | Kazunori Ozawa | Speech coding device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63269132A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光集積回路 |
| JPH01147528A (ja) * | 1987-12-04 | 1989-06-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ２次高調波光発生素子 |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP2061954A patent/JP2688102B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63269132A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光集積回路 |
| JPH01147528A (ja) * | 1987-12-04 | 1989-06-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ２次高調波光発生素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03261925A (ja) | 1991-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |