JP2765112B2 - 光導波路デバイス、光波長変換素子および短波長レーザ光源 - Google Patents
光導波路デバイス、光波長変換素子および短波長レーザ光源Info
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- JP2765112B2 JP2765112B2 JP1277430A JP27743089A JP2765112B2 JP 2765112 B2 JP2765112 B2 JP 2765112B2 JP 1277430 A JP1277430 A JP 1277430A JP 27743089 A JP27743089 A JP 27743089A JP 2765112 B2 JP2765112 B2 JP 2765112B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コヒーレント光源を応用した、光情報処
理、光応用計測制御分野に使用される光導波路デバイス
と波長変換素子および短波長レーザ光源に関するもので
ある。
理、光応用計測制御分野に使用される光導波路デバイス
と波長変換素子および短波長レーザ光源に関するもので
ある。
従来の技術 従来の光導波路の構成としてはLiNbO3基板上にストラ
イプ状のTi膜をスパッタリング及びフォトリソグラフィ
法で作製し、高温で熱処理し、導波路を形成した後、さ
らに導波路上にMgを熱拡散して導波路の基板側の屈折率
を低下させて導波路を基板内に埋め込んだ形状にし、伝
搬する導波モードの電磁界分布を伝搬軸に対し対称な形
にする方法があった。第５図に従来の光導波路の構成を
示す。１′は基板、２′は導波路、３′はMg拡散層、
４′が導波路を伝搬する導波モードの電磁界分布であ
る。
イプ状のTi膜をスパッタリング及びフォトリソグラフィ
法で作製し、高温で熱処理し、導波路を形成した後、さ
らに導波路上にMgを熱拡散して導波路の基板側の屈折率
を低下させて導波路を基板内に埋め込んだ形状にし、伝
搬する導波モードの電磁界分布を伝搬軸に対し対称な形
にする方法があった。第５図に従来の光導波路の構成を
示す。１′は基板、２′は導波路、３′はMg拡散層、
４′が導波路を伝搬する導波モードの電磁界分布であ
る。
これによって、導波路を伝搬する導波モードの電磁界
分布と、光ファイバーを伝搬する導体モードの電磁界分
布とを一致させ、導波路−ファイバーの高い結合効率を
得るものである。
分布と、光ファイバーを伝搬する導体モードの電磁界分
布とを一致させ、導波路−ファイバーの高い結合効率を
得るものである。
また、従来の波長変換素子としてはE.Lim,M.M.Fejer.
R.L.Byer,“Second harm onic generation of green li
ght in a periodically−poled LiNbO3 waveguide"サブ
ミテッド ト−シ−エルイ−オ−（submitted to CLE
O）'89,Baltimore,Md.などがある。第６図に従来の波長
変換素子の基本構成図を示す。５′は基板、６′は非線
形物質からなる導波路、７′は非線形物質からなりかつ
非線形分極が導波路の非線形分極に対して反転している
部分である。
R.L.Byer,“Second harm onic generation of green li
ght in a periodically−poled LiNbO3 waveguide"サブ
ミテッド ト−シ−エルイ−オ−（submitted to CLE
O）'89,Baltimore,Md.などがある。第６図に従来の波長
変換素子の基本構成図を示す。５′は基板、６′は非線
形物質からなる導波路、７′は非線形物質からなりかつ
非線形分極が導波路の非線形分極に対して反転している
部分である。
その作製方法は、スパッタリング及びフォトリソグラ
フィ法によりTiストライプを形成した後、100℃でTiを
拡散し、分極反転グレーティング層を形成する。次にプ
ロトン交換導波路を形成するため、アルミで導波路マス
クを形成した後、300℃の安息香酸中で熱処理した後マ
スクを除去し、アニーリングを行い、導波路を形成す
る。
フィ法によりTiストライプを形成した後、100℃でTiを
拡散し、分極反転グレーティング層を形成する。次にプ
ロトン交換導波路を形成するため、アルミで導波路マス
クを形成した後、300℃の安息香酸中で熱処理した後マ
スクを除去し、アニーリングを行い、導波路を形成す
る。
このような方法で形成した分極反転グレーティングに
より、非線形物質からなる導波路内に周期的に非線形分
極の異なる層を形成し、第２高調波の位相を整合させ、
高効率の波長変換素子を構成できる。
より、非線形物質からなる導波路内に周期的に非線形分
極の異なる層を形成し、第２高調波の位相を整合させ、
高効率の波長変換素子を構成できる。
発明が解決しようとする課題 上記のような手法で形成した光導波路では、導波光の
電磁界分布が基板内部に存在するため、導波光を制御す
る目的で形成する表面集積素子の効率が低下する。
電磁界分布が基板内部に存在するため、導波光を制御す
る目的で形成する表面集積素子の効率が低下する。
また、表面に形成する低屈折率層の拡散制御が難し
く、電磁界分布を完全に軸対称にすることは困難であ
る。
く、電磁界分布を完全に軸対称にすることは困難であ
る。
さらに、比較的低温（200℃〜500℃）で形成するイオ
ン交換導波路においては、1000℃近くで処理するMg熱拡
散による導波路表面の低屈折率化の方法は使用できず、
埋め込み型の導波路を形成するのは困難である、などの
課題があった。
ン交換導波路においては、1000℃近くで処理するMg熱拡
散による導波路表面の低屈折率化の方法は使用できず、
埋め込み型の導波路を形成するのは困難である、などの
課題があった。
本発明は以上の点に鑑み、２つの基板上にそれぞれ形
成した導波路およびグレーティングどうしを相対するよ
うに密着させることにより、回折効率の高い光導波路デ
バイスを提供することを目的とする。
成した導波路およびグレーティングどうしを相対するよ
うに密着させることにより、回折効率の高い光導波路デ
バイスを提供することを目的とする。
また、上記のような構成の波長変換素子では、分極反
転層をTi拡散で形成しているため、拡散は深さ方向と同
時に横方向にも起こる。このため導波路に対して充分深
い分極反転層を形成するには、グレーティングの周期
（３μｍ）から考えて困難であり、従って、波長変換素
子の変換効率を向上させることが難しいという課題があ
った。
転層をTi拡散で形成しているため、拡散は深さ方向と同
時に横方向にも起こる。このため導波路に対して充分深
い分極反転層を形成するには、グレーティングの周期
（３μｍ）から考えて困難であり、従って、波長変換素
子の変換効率を向上させることが難しいという課題があ
った。
本発明は以上の点に鑑み、２つの基板に形成した分極
反転層を持つ導波路どうしを互いに相対するように密着
させることにより、導波路及び導波路内に形成する分極
反転層の深さを従来の２倍にすることを可能にし、高効
率の波長変換素子を提供することを目的とする。
反転層を持つ導波路どうしを互いに相対するように密着
させることにより、導波路及び導波路内に形成する分極
反転層の深さを従来の２倍にすることを可能にし、高効
率の波長変換素子を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 以上の課題を解決するため、本発明は、第１の基板
と、前記第１の基板の表面に形成した光導波路、前記光
導波路の表面に形成した周期的に屈折率が異なる部分
と、第２の基板と、前記第２の基板の表面に形成した光
導波路と、前記光導波路の表面に形成し、前記第１の基
板に形成した屈折率の異なる部分と同じ周期の、周期的
に屈折率の異なる部分とを備え、 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板
に形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着
しており、前記第１の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分と、第２の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分とが、 相対するように互いに密着している または 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板
に形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着
しており、前記第１の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分と、第２の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分との各周期的に屈折率が異なる部分が、 互いに1/2周期ずれて相対するように密着している の何れかの構成を有する光導波路デバイスとする。
と、前記第１の基板の表面に形成した光導波路、前記光
導波路の表面に形成した周期的に屈折率が異なる部分
と、第２の基板と、前記第２の基板の表面に形成した光
導波路と、前記光導波路の表面に形成し、前記第１の基
板に形成した屈折率の異なる部分と同じ周期の、周期的
に屈折率の異なる部分とを備え、 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板
に形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着
しており、前記第１の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分と、第２の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分とが、 相対するように互いに密着している または 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板
に形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着
しており、前記第１の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分と、第２の基板に形成した周期的に屈折率が
異なる部分との各周期的に屈折率が異なる部分が、 互いに1/2周期ずれて相対するように密着している の何れかの構成を有する光導波路デバイスとする。
また、第１の基板と、前記第１の基板の表面に形成し
た非線形物質からなる光導波路と、前記光導波路内に形
成した周期的に分極の反転した部分と、第２の基板と、
前記第２の基板の表面に形成した非線形物質からなる光
導波路と、前記光導波路内に形成した周期的に分極の反
転した部分とを備え、前記第１の基板に形成した光導波
路と前記第２の基板に形成した光導波路とが、進行方向
に対して互いに密着しており、前記第１の基板に形成し
た周期的に分極の反転した部分と、第２の基板に形成し
た周期的に分極の反転した部分との各分極反転部分が相
対するように互いに密着している光波長変換素子とす
る。
た非線形物質からなる光導波路と、前記光導波路内に形
成した周期的に分極の反転した部分と、第２の基板と、
前記第２の基板の表面に形成した非線形物質からなる光
導波路と、前記光導波路内に形成した周期的に分極の反
転した部分とを備え、前記第１の基板に形成した光導波
路と前記第２の基板に形成した光導波路とが、進行方向
に対して互いに密着しており、前記第１の基板に形成し
た周期的に分極の反転した部分と、第２の基板に形成し
た周期的に分極の反転した部分との各分極反転部分が相
対するように互いに密着している光波長変換素子とす
る。
また、コヒーレント光源と、上記光波長変換素子と、
前記コヒーレント光源からの光を、前記光波長変換素子
の光導波路に入射する集光光学系とを備えた短波長レー
ザ光源とし、さらに、半導体レーザと、上記光波長変換
素子とを備え、前記半導体レーザの発光部と前記光波長
変換素子の光導波路端面とを直接接続した短波長レーザ
光源とする。
前記コヒーレント光源からの光を、前記光波長変換素子
の光導波路に入射する集光光学系とを備えた短波長レー
ザ光源とし、さらに、半導体レーザと、上記光波長変換
素子とを備え、前記半導体レーザの発光部と前記光波長
変換素子の光導波路端面とを直接接続した短波長レーザ
光源とする。
作用 本発明は、対称構造の導波路を構成でき、これにより
導波路を伝搬する導波モードの電界分布を導波路伝搬軸
に対して対称な分布にできるため、光ファイバとの結合
効率を高くすることができる。
導波路を伝搬する導波モードの電界分布を導波路伝搬軸
に対して対称な分布にできるため、光ファイバとの結合
効率を高くすることができる。
さらに、光導波路上に形成したグレーティングどうし
が相対するように密着させることにより、導波光とグレ
ーティングとの重なりが大きくなるため、回折効率を大
幅に増大することができる。
が相対するように密着させることにより、導波光とグレ
ーティングとの重なりが大きくなるため、回折効率を大
幅に増大することができる。
また、導波路上に作製したグレーティングの周期を互
いに1/2周期ずらして密着することにより、グレーティ
ングの周期を実効的に1/2にすることができるため、短
波長光の回折も可能となる。
いに1/2周期ずらして密着することにより、グレーティ
ングの周期を実効的に1/2にすることができるため、短
波長光の回折も可能となる。
それぞれの基板に形成した周期状の分極反転層を有す
る光導波路どうしを相対するように密着させることによ
り、光導波路を伝搬する導波モードの電磁界分布を導波
路伝搬軸に対して対称な分布にでき、電磁界密度の高い
導波路中心部に分極反転部を形成できるため、高い効率
での波長変換を実現できる。
る光導波路どうしを相対するように密着させることによ
り、光導波路を伝搬する導波モードの電磁界分布を導波
路伝搬軸に対して対称な分布にでき、電磁界密度の高い
導波路中心部に分極反転部を形成できるため、高い効率
での波長変換を実現できる。
実 施 例 第１図は、以下述べる本発明の実施態様に類似し、本
発明の実施態様の前提となる構成を示すもので、第１の
基板と前記第１の基板表面に形成した光導波路と、第２
の基板と前記第２の基板表面に形成した光導波路とを備
え、かつ前記第１の基板表面に形成した光導波路と前記
第２の基板表面に形成した光導波路とを密着させた光導
波路である。
発明の実施態様の前提となる構成を示すもので、第１の
基板と前記第１の基板表面に形成した光導波路と、第２
の基板と前記第２の基板表面に形成した光導波路とを備
え、かつ前記第１の基板表面に形成した光導波路と前記
第２の基板表面に形成した光導波路とを密着させた光導
波路である。
第１図において、１及び２はLiNbO3基板、３はLiNbO3
基板１上に形成したプロトン交換導波路、４はLiNbO3基
板２上に形成したプロトン交換導波路、５は研磨して作
製した入射部である。
基板１上に形成したプロトン交換導波路、４はLiNbO3基
板２上に形成したプロトン交換導波路、５は研磨して作
製した入射部である。
作製方法は、洗浄した後LiNbO3基板1,2上にスパッタ
リング法によりTa2O5を形成する。フォトリソグラフィ
法及びドライエッチングによりTa2O5のストライプマス
クを作製した後、230℃のピロ燐酸中で５分間熱処理
し、プロトン交換導波路を形成する。作製したプロトン
交換導波路を空気中で350℃１時間アニーリングし、幅
５μｍ深さ２μｍの光導波路3,4を作製した。この導波
路２つを洗浄後、マスクアライナーで位置合わせして導
波路3,4どうしを密着させた後、両端面を研磨して入射
部を形成した。
リング法によりTa2O5を形成する。フォトリソグラフィ
法及びドライエッチングによりTa2O5のストライプマス
クを作製した後、230℃のピロ燐酸中で５分間熱処理
し、プロトン交換導波路を形成する。作製したプロトン
交換導波路を空気中で350℃１時間アニーリングし、幅
５μｍ深さ２μｍの光導波路3,4を作製した。この導波
路２つを洗浄後、マスクアライナーで位置合わせして導
波路3,4どうしを密着させた後、両端面を研磨して入射
部を形成した。
こうして密着形成した導波路に、波長0.8μｍの半導
体レーザの光を励起し、導波路端面から出射する導波光
のニアフィールドパターンを観察したところ、ほぼ円形
をしており、導波光の電磁界分布が伝搬軸に対して対称
であることが判明した。
体レーザの光を励起し、導波路端面から出射する導波光
のニアフィールドパターンを観察したところ、ほぼ円形
をしており、導波光の電磁界分布が伝搬軸に対して対称
であることが判明した。
次に、コア系６μｍのシングルモードファイバーとの
結合を行った。顕微鏡下でファイバーと導波路との位置
合わせを行った後、UV硬化樹脂により固定した。
結合を行った。顕微鏡下でファイバーと導波路との位置
合わせを行った後、UV硬化樹脂により固定した。
導波路に波長0.8μｍの半導体レーザの光を励起し、
ファイバー導波路の接合部でのロスを測定したところ0.
8dBであった。この値は、従来の埋め込み型の導波路と
ファイバーとの結合ロス1dBに比べ小さな値である。
ファイバー導波路の接合部でのロスを測定したところ0.
8dBであった。この値は、従来の埋め込み型の導波路と
ファイバーとの結合ロス1dBに比べ小さな値である。
なお、密着させる２つの基板間に屈折率2.2のゲル状L
iNbO3を用いたところ、導波ロスを0.8dB/cmから0.5dB/c
mまで下げることができた。このように、マッチング材
として例えば有機またはゲル状ガラスなどの基板と同程
度の屈折率の物質を用いることで、導波路のロスの低減
が図れる。
iNbO3を用いたところ、導波ロスを0.8dB/cmから0.5dB/c
mまで下げることができた。このように、マッチング材
として例えば有機またはゲル状ガラスなどの基板と同程
度の屈折率の物質を用いることで、導波路のロスの低減
が図れる。
また、上述の基板1,2に非線形物質を適用すると、波
長変換素子を構成できる。
長変換素子を構成できる。
なお、上述の前提例では、光導波路としてLiNbO3基板
上のプロトン交換導波路を適用したが、光導波路として
はこれに限定されるものではなく、例えばガラス基板上
のイオン交換導波路、LiNbO3基板上のTi拡散導波路、有
機材料上の導波路などの基板上に作製できる薄膜導波路
であるならば何れも同様の効果が得られる。
上のプロトン交換導波路を適用したが、光導波路として
はこれに限定されるものではなく、例えばガラス基板上
のイオン交換導波路、LiNbO3基板上のTi拡散導波路、有
機材料上の導波路などの基板上に作製できる薄膜導波路
であるならば何れも同様の効果が得られる。
上記前提例を踏まえて、次に前提例をさらに改良した
本発明の実施例を説明する。
本発明の実施例を説明する。
（実施例１） 第２図は、本発明の第１の実施例における光導波路の
構成を示すもので、反射型グレーティングを備えた光導
波路の構成である。１及び２はLiNbO3基板、３はLiNbO3
基板１上に形成したプロトン交換導波路、４はLiNbO3基
板２上に形成したプロトン交換導波路、５は研磨して作
製した入射部、６は導波路３上に形成した反射型グレー
ティングである。
構成を示すもので、反射型グレーティングを備えた光導
波路の構成である。１及び２はLiNbO3基板、３はLiNbO3
基板１上に形成したプロトン交換導波路、４はLiNbO3基
板２上に形成したプロトン交換導波路、５は研磨して作
製した入射部、６は導波路３上に形成した反射型グレー
ティングである。
前述した前提例で作製したプロトン交換導波路上に、
SiO2を500Åスパッタリング方で堆積した後、フォトリ
ソグラフィ法で周期0.4μｍ幅0.1μｍのグレーティング
を形成した後、２つの導波路を互いに密着させることに
よりグレーティング周期を0.2μｍにした。最後に端面
を研磨して入射部を形成した。
SiO2を500Åスパッタリング方で堆積した後、フォトリ
ソグラフィ法で周期0.4μｍ幅0.1μｍのグレーティング
を形成した後、２つの導波路を互いに密着させることに
よりグレーティング周期を0.2μｍにした。最後に端面
を研磨して入射部を形成した。
２つの導波路上にはそれぞれ形成したグレーティング
を貼り合わせることにより、グレーティングの周期を作
製した周期の1/2とすることができた。
を貼り合わせることにより、グレーティングの周期を作
製した周期の1/2とすることができた。
また、グレーティングを導波路内部に形成することに
より、グレーティングにより摂動が導波路内部に存在す
る構成を採り得、グレーティングの効率を高めることが
可能となった。この点は、グレーティング長をパラメー
タに４試料（Ｌ＝100,200,500,1000）を作製し、反射効
率を測定した結果、グレーティング長200μｍで98％以
上の反射を得ることで確かめた。これは従来ではグレー
ティング長500μｍで98％であったことから、本実施例
のグレーティングは非常に高い効率である。
より、グレーティングにより摂動が導波路内部に存在す
る構成を採り得、グレーティングの効率を高めることが
可能となった。この点は、グレーティング長をパラメー
タに４試料（Ｌ＝100,200,500,1000）を作製し、反射効
率を測定した結果、グレーティング長200μｍで98％以
上の反射を得ることで確かめた。これは従来ではグレー
ティング長500μｍで98％であったことから、本実施例
のグレーティングは非常に高い効率である。
なお、電極による導波光の制御も、同様に導波路内部
に電気光学効果を及ぼすことができるため、高い効率で
行える。
に電気光学効果を及ぼすことができるため、高い効率で
行える。
（実施例２） 第３図は、本発明の第２の実施例における波長変換素
子の構成を示すもので、第１の基板と前記第１の基板表
面に形成した非線形物質からなる光導波路と前記光導波
路内に形成した非線形分極が前記光導波路の非線形分極
に対し反転している非線形物質からなりかつ周期構造を
持つ部分と、第２の基板と前記第２の基板表面に形成し
た非線形物質からなる光導波路と前記光導波路内に形成
した非線形分極が前記光導波路の非線形分極に対し反転
している非線形物質からなりかつ周期構造を持つ部分と
を備え、第１の基板表面に形成した光導波路と第２の基
板表面に形成した光導波路及び非線形分極が反転してい
る部分を密着させた波長変換素子である。
子の構成を示すもので、第１の基板と前記第１の基板表
面に形成した非線形物質からなる光導波路と前記光導波
路内に形成した非線形分極が前記光導波路の非線形分極
に対し反転している非線形物質からなりかつ周期構造を
持つ部分と、第２の基板と前記第２の基板表面に形成し
た非線形物質からなる光導波路と前記光導波路内に形成
した非線形分極が前記光導波路の非線形分極に対し反転
している非線形物質からなりかつ周期構造を持つ部分と
を備え、第１の基板表面に形成した光導波路と第２の基
板表面に形成した光導波路及び非線形分極が反転してい
る部分を密着させた波長変換素子である。
第３図において、11及び12はLiNbO3基板、13はLiNbO3
基板11の上に形成したプロトン交換導波路、14はTi拡散
により形成した分極反転層、15はLiNbO3基板12の上に形
成したプロトン交換導波路、16はTi拡散により形成した
分極反転層である。
基板11の上に形成したプロトン交換導波路、14はTi拡散
により形成した分極反転層、15はLiNbO3基板12の上に形
成したプロトン交換導波路、16はTi拡散により形成した
分極反転層である。
次に作製方法を述べる。非線形物質であるLiNbO3基板
11及び12上にスパッタリング及びフォトリソグラフィ法
により周期２μｍ幅0.4μｍグレーティング長1mmのTiス
トライプを形成した後、1000℃で１時間Tiを拡散し、幅
１μｍ深さ0.4μｍのTi拡散層を作製した。Ti拡散層はL
iNbO3基板の非線形分極に対して分極が反転している。
次に、プロトン交換導波路を形成するためアルミで導波
路マスクを形成した後、300℃の安息香酸で熱処理した
後マスクを除去し、アニーリングを行い、幅４μｍ深さ
0.5μｍの導波路13,15を形成する。導波路は基板の非線
形分極を保っている。こうして非線形物質からなる導波
路に、導波路の非線形分極に対して分極が反転した非線
形物質からなる分極反転層14,16によりなるグレーティ
ングを形成できる。作製した２つの導波路をマスクアナ
ライザーで位置合わせした後、密着させ端面を研磨形成
した。Ti拡散深さが従来の波長変換素子の1/2であるた
め、周期２μｍのグレーティングが形成できた。
11及び12上にスパッタリング及びフォトリソグラフィ法
により周期２μｍ幅0.4μｍグレーティング長1mmのTiス
トライプを形成した後、1000℃で１時間Tiを拡散し、幅
１μｍ深さ0.4μｍのTi拡散層を作製した。Ti拡散層はL
iNbO3基板の非線形分極に対して分極が反転している。
次に、プロトン交換導波路を形成するためアルミで導波
路マスクを形成した後、300℃の安息香酸で熱処理した
後マスクを除去し、アニーリングを行い、幅４μｍ深さ
0.5μｍの導波路13,15を形成する。導波路は基板の非線
形分極を保っている。こうして非線形物質からなる導波
路に、導波路の非線形分極に対して分極が反転した非線
形物質からなる分極反転層14,16によりなるグレーティ
ングを形成できる。作製した２つの導波路をマスクアナ
ライザーで位置合わせした後、密着させ端面を研磨形成
した。Ti拡散深さが従来の波長変換素子の1/2であるた
め、周期２μｍのグレーティングが形成できた。
作製した波長変換素子に、波長0.8μm10mWの半導体レ
ーザの光を励起し、励起光の第２高調波である波長0.4
μｍの光を発光させた。発生した第２高調波は5nWで、
変換効率は10％/W・cm2であった。従来の導波路上に分
極反転グレーティングを形成した波長変換素子の変換効
率は2.4％/W・cm2であることから、本実施例の波長変換
素子により非常に高い変換効率が得られた。
ーザの光を励起し、励起光の第２高調波である波長0.4
μｍの光を発光させた。発生した第２高調波は5nWで、
変換効率は10％/W・cm2であった。従来の導波路上に分
極反転グレーティングを形成した波長変換素子の変換効
率は2.4％/W・cm2であることから、本実施例の波長変換
素子により非常に高い変換効率が得られた。
なお、本実施例では非線形光学物質からなる基板とし
てLiNbO3を適用したが、他にMgOドーピングしたLiNbO3,
LiTaO3,KNbO3などの強誘電体、MNAなどの有機物、ZnSな
どの化合物半導体など非線形性の高い物質であれば、基
板として適用できる。
てLiNbO3を適用したが、他にMgOドーピングしたLiNbO3,
LiTaO3,KNbO3などの強誘電体、MNAなどの有機物、ZnSな
どの化合物半導体など非線形性の高い物質であれば、基
板として適用できる。
また、本実施例では、導波路内に分極反転層を形成し
たが、分極反転層の代わりにTiなどの金属マスクを用い
てSiなどのイオンを導波路内に注入することにより、導
波路内に線形物質の層を周期的に形成して波長変換素子
を作製しても、本実施例の波長変換素子の約半分の変換
効率を有する波長変換素子が作製できる。なお、本実施
例の半分程度の変換効率であっても、従来構成の波長変
換素子に比べると高い変換効率である。
たが、分極反転層の代わりにTiなどの金属マスクを用い
てSiなどのイオンを導波路内に注入することにより、導
波路内に線形物質の層を周期的に形成して波長変換素子
を作製しても、本実施例の波長変換素子の約半分の変換
効率を有する波長変換素子が作製できる。なお、本実施
例の半分程度の変換効率であっても、従来構成の波長変
換素子に比べると高い変換効率である。
（実施例３） 第４図は、本発明の第３の実施例における短波長レー
ザ光源の構成を示すもので、コヒーレント光源と、第１
の基板と前記第１の基板表面に形成した非線形物質から
なる光導波路と前記光導波路内に形成した非線形分極が
前記光導波路の非線形分極に対し反転している非線形物
質からなりかつ周期構造を持つ部分と、第２の基板と前
記第２の基板表面に形成した非線形物質からなる光導波
路と前記光導波路内に形成した非線形分極が前記光導波
路の非線形分極に対し反転している非線形物質からなり
かつ周期構造を持つ部分とを備え、かつ第１の基板表面
に形成した光導波路と第２の基板表面に形成した光導波
路及び非線形分極が反転している部分を密着させ、導波
路に対し垂直な面を研磨して作製した入射部を備えた波
長変換素子と、前記コヒーレント光源からの光を前記波
長変換素子の入射部に励起する集光光学系を備えた短波
長レーザ光源である。
ザ光源の構成を示すもので、コヒーレント光源と、第１
の基板と前記第１の基板表面に形成した非線形物質から
なる光導波路と前記光導波路内に形成した非線形分極が
前記光導波路の非線形分極に対し反転している非線形物
質からなりかつ周期構造を持つ部分と、第２の基板と前
記第２の基板表面に形成した非線形物質からなる光導波
路と前記光導波路内に形成した非線形分極が前記光導波
路の非線形分極に対し反転している非線形物質からなり
かつ周期構造を持つ部分とを備え、かつ第１の基板表面
に形成した光導波路と第２の基板表面に形成した光導波
路及び非線形分極が反転している部分を密着させ、導波
路に対し垂直な面を研磨して作製した入射部を備えた波
長変換素子と、前記コヒーレント光源からの光を前記波
長変換素子の入射部に励起する集光光学系を備えた短波
長レーザ光源である。
第４図において、11及び12はLiNbO3基板、13はLiNbO3
基板11上に形成したプロトン交換導波路、14はTi拡散に
より形成した分極反転層、15はLiNbO3基板12上に形成し
たプロトン交換導波路、16はTi拡散により形成した分極
反転層、17は端面を研磨して作製した入射部、18は集光
光学系、19は波長0.8μｍの半導体レーザである。
基板11上に形成したプロトン交換導波路、14はTi拡散に
より形成した分極反転層、15はLiNbO3基板12上に形成し
たプロトン交換導波路、16はTi拡散により形成した分極
反転層、17は端面を研磨して作製した入射部、18は集光
光学系、19は波長0.8μｍの半導体レーザである。
実施例２で作製した波長変換素子においてグレーティ
ング長を1cmとし、集光光学系及び半導体レーザをモジ
ュール化して、14×14×28mmの短波長レーザ光源を構成
した。
ング長を1cmとし、集光光学系及び半導体レーザをモジ
ュール化して、14×14×28mmの短波長レーザ光源を構成
した。
半導体レーザの出力は40mWで、5mWの第２高調波出力
が得られた。これにより小型で高出力の短波長レーザ光
源を構成できた。
が得られた。これにより小型で高出力の短波長レーザ光
源を構成できた。
なお、半導体レーザを直接導波路入射部に接続する
と、さらにモジュールの小型化が図れる。
と、さらにモジュールの小型化が図れる。
発明の効果 以上説明したように、本発明は、対称構造の導波路を
構成し、当該構成に基づき導波路を伝搬する導波モード
の電界分布を導波路伝搬軸に対して対称な分布にできる
ため、光ファイバとの結合効率を高くすることができ
る。
構成し、当該構成に基づき導波路を伝搬する導波モード
の電界分布を導波路伝搬軸に対して対称な分布にできる
ため、光ファイバとの結合効率を高くすることができ
る。
また、光導波路上に形成したグレーティングどうしが
相対するように密着させた構成により、導波光とグレー
ティングとの重なりが大きくなるため、回折効率を大幅
に増大することができる。
相対するように密着させた構成により、導波光とグレー
ティングとの重なりが大きくなるため、回折効率を大幅
に増大することができる。
さらに、導波路上に作製したグレーティングの周期を
互いに1/2周期ずらして密着した構成を採用すると、グ
レーティングの周期を実効的に1/2にすることができ、
短波長の回折を可能にできると共に、波長変換効率を向
上することができる。
互いに1/2周期ずらして密着した構成を採用すると、グ
レーティングの周期を実効的に1/2にすることができ、
短波長の回折を可能にできると共に、波長変換効率を向
上することができる。
また、それぞれの基板に形成した周期状の分極反転を
有する光導波路どうしを相対するように密着する構成に
より、分極反転の深さを２倍にすることができ、導波光
と分極反転層との重なりが増大し、基本波から高調波へ
の変換効率が大幅に向上することができる。
有する光導波路どうしを相対するように密着する構成に
より、分極反転の深さを２倍にすることができ、導波光
と分極反転層との重なりが増大し、基本波から高調波へ
の変換効率が大幅に向上することができる。
これらの光波長変換素子と半導体レーザ等のコリメー
ト光源とを適用することにより、小型で高出力の短波長
レーザ光源が構成できる。
ト光源とを適用することにより、小型で高出力の短波長
レーザ光源が構成できる。
第１図は本発明の実施例の前提となる光導波路の構成斜
視図、第２図は本発明の一実施例の導波路を用いた反射
型光導波路の構成斜視図、第３図は本発明の他の実施例
の波長変換素子の構成斜視図、第４図は本発明の別の実
施例の短波長レーザ光源の構成斜視図、第５図は従来の
光導波路の基本構成図、第６図は従来の波長変換素子の
基本構成図である。 1,2……基板、3,4……導波路、５……入射部。
視図、第２図は本発明の一実施例の導波路を用いた反射
型光導波路の構成斜視図、第３図は本発明の他の実施例
の波長変換素子の構成斜視図、第４図は本発明の別の実
施例の短波長レーザ光源の構成斜視図、第５図は従来の
光導波路の基本構成図、第６図は従来の波長変換素子の
基本構成図である。 1,2……基板、3,4……導波路、５……入射部。
Claims (5)
- 【請求項１】第１の基板と、前記第１の基板の表面に形
成した光導波路と、前記光導波路の表面に形成した周期
的に屈折率が異なる部分と、 第２の基板と、前記第２の基板の表面に形成した光導波
路と、前記光導波路の表面に形成し、前記第１の基板に
形成した屈折率の異なる部分と同じ周期の、周期的に屈
折率の異なる部分とを備え、 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板に
形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着し
ており、 前記第１の基板に形成した周期的に屈折率が異なる部分
と、第２の基板に形成した周期的に屈折率が異なる部分
とが相対するように互いに密着している光導波路デバイ
ス。 - 【請求項２】第１の基板と、前記第１の基板の表面に形
成した光導波路と、前記光導波路の表面に形成した周期
的に屈折率が異なる部分と、 第２の基板と、前記第２の基板の表面に形成した光導波
路と、前記光導波路の表面に形成し、前記第１の基板に
形成した屈折率の異なる部分と同じ周期の、周期的に屈
折率の異なる部分とを備え、 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板に
形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着し
ており、 前記第１の基板に形成した周期的に屈折率が異なる部分
と、第２の基板に形成した周期的に屈折率が異なる部分
との各周期的に屈折率が異なる部分が、互いに1/2周期
ずれて相対するように密着している光導波路デバイス。 - 【請求項３】第１の基板と、前記第１の基板の表面に形
成した非線形物質からなる光導波路と、前記光導波路内
に形成した周期的に分極の反転した部分と、 第２の基板と、前記第２の基板の表面に形成した非線形
物質からなる光導波路と、前記光導波路内に形成した周
期的に分極の反転した部分とを備え、 前記第１の基板に形成した光導波路と前記第２の基板に
形成した光導波路とが、進行方向に対して互いに密着し
ており、 前記第１の基板に形成した周期的に分極の反転した部分
と、第２の基板に形成した周期的に分極の反転した部分
とが、各分極反転部分が相対するように互いに密着して
いる光波長変換素子。 - 【請求項４】コヒーレント光源と、請求項３記載の光波
長変換素子と、前記コヒーレント光源からの光を、前記
光波長変換素子の光導波路に入射する集光光学系とを備
えた短波長レーザ光源。 - 【請求項５】半導体レーザと、請求項３記載の光波長変
換素子とを備え、 前記半導体レーザの発光部と前記光波長変換素子の光導
波路端面とを直接接続した短波長レーザ光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1277430A JP2765112B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 光導波路デバイス、光波長変換素子および短波長レーザ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1277430A JP2765112B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 光導波路デバイス、光波長変換素子および短波長レーザ光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137605A JPH03137605A (ja) | 1991-06-12 |
| JP2765112B2 true JP2765112B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=17583454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1277430A Expired - Fee Related JP2765112B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 光導波路デバイス、光波長変換素子および短波長レーザ光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2765112B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6795234B2 (en) | 2000-11-01 | 2004-09-21 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Wavelength converting element and method of manufacture thereof |
| US7362934B2 (en) | 2005-03-25 | 2008-04-22 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical connecting device and connector |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105337163A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-02-17 | 南京信息工程大学 | 高效中红外差频产生激光器及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6352105A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Omron Tateisi Electronics Co | 光導波路装置 |
| US4896931A (en) * | 1988-08-18 | 1990-01-30 | North American Philips Corp. | Frequency doubling device |
-
1989
- 1989-10-24 JP JP1277430A patent/JP2765112B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6795234B2 (en) | 2000-11-01 | 2004-09-21 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Wavelength converting element and method of manufacture thereof |
| US7362934B2 (en) | 2005-03-25 | 2008-04-22 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical connecting device and connector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03137605A (ja) | 1991-06-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |