JP3159716B2 - 導波路構造体 - Google Patents

導波路構造体

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁放射を周波数倍増
させる同調可能な導波路構造体であって、互いに屈折率
が相異し、非線形光学材料から成る第1及び第2の層を
有する導波路を具える導波路構造体に関するものであ
る。さらに、本発明は、半導体レーザダイオードと、同
調可能な周波数倍増導波路構造体とを具える電磁放射を
周波数倍増する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンバクトディスクのような光学式デジ
タルデータ記録装置が広く実用化されている。一般的な
場合、このようなディスクは半導体レーザ(すなわち、
レーザダイオード)から放射された光によって情報が読
み出され書き込まれる。しかしながら、半導体レーザダ
イオードから発生する光は電磁放射スペクトラムの下端
部(すなわち、赤または赤外)に位置する。より高周波
数の光すなわちスペクトルの青側に位置する光を用いて
光記録媒体に情報を書込み及び読出せば、記録密度が一
層増大する。しかしながら、不幸なことに青の半導体レ
ーザは未だ実用化されていない。現在、青の光を放射す
るレーザは大型のガスレーザだけであり、このガスレー
ザは小型で安価な光学式情報読取/書込装置に用いるの
は明らかに不適当である。
【0003】従って、容易に入手し得る半導体レーザか
ら放出された光を青の光に変換できる装置が強く望まれ
ている。赤外光を放射するレーザダイオードは安価であ
り容易に入手できる。青の光の周波数は赤外光の周波数
の2倍である。従って、赤外光の周波数を倍増できる装
置は相当市場性が高いものである。
【0004】非線形光学の分野において、周波数倍増器
として用いられる種々の装置が提案されている。この周
波数倍増器は基本周波数の光から2次高調波を発生させ
ている(SHG)。このような装置はバルク材料と非線
形結晶の積層体とを有している。特に効果的な倍増装置
は非線形光導波路である。光ビームが導波路を通過する
と、非線形光学効果により入射した光波の2次高調波が
発生する。この光導波路は周波数倍増を行なうのに極め
て効果的である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、周波数
倍増させるためには、基本波と高調波との間で正確に位
相を整合させる必要がある。周波数倍増装置が適切に位
相整合していないと、界面効果により2次高調波が減衰
してしまう。導波体において、導波路の幾何学的特性と
物理的特性との間で正確に位相整合させる公差を達成す
ることは極めて困難である。位相整合させるために、種
々の構造体が提案されている。受動手段及び能動手段の
両方から位相整合させる試みがなされている。受動型位
相整合は、例えば周波数倍増装置に周期的構造物を付加
することにより達成できる。しかしながら、このような
装置は条件変化に対して十分に対応することができず、
しかも時間的な精度が不十分である。これに対して、能
動型の位相整合においては、検出した倍増出力光に基づ
いてパラメータを制御することができる。従って、能動
型装置における位相整合特性を制御できることが望まし
い。しかしながら、能動型の位相整合装置では、広い範
囲に亘って位相整合を制御することが非現実的か又は不
可能であった。
【0006】導波路を能動的に制御する提案として、例
えば米国特許第4,427,260 号公報並びに1979年1月1日
に発行されたアプライド フィジクス レター第34
(1) に記載されている文献“エレクトリック フィール
ド チューニング オブ セコンド−ハーモニック ジ
ェネレーション イン ア スリーデメンショナル リ
チウムニオベイト オプティカル ウェイブカイド(Ele
ctric Field Tuning of Secnd-Harmonic Generation in
A Three-Dementionl LiNbO3 Optical Wavegaide)" が
ある。これらの提案は、導波路を構成する材料を電気光
学的に同調することにより位相整合が行われる。しかし
ながら、これらの試みでは、導波路の屈折率は光電効果
による比較的微小な範囲に亘って変化するにすぎない。
従って、このような方法では導波路の幾何学的な特性又
は物理的特性を極めてわずかな範囲しか補償することが
できない。
【0007】
【発明の概要】従って、本発明の目的は上述した欠点を
解消し、光学式記録媒体に情報を書入及び読取るのに好
適な青の光を発生させることができる安価な能動型位相
整合周波数倍増装置を提供することにある。本発明によ
る同調可能な導波路構造体の一例は、導波路の一方の面
に透明半導体層が形成され、この透明半導体層が、印加
電界に応じてフランツーケルディシュ効果によって変化
する屈折率を有し、前記透明半導体層に電界を印加して
この透明半導体層の屈折率を変化させる手段を具え、前
記導波路の位相整合を総合的に制御するように構成した
ことを特徴とする。本発明による導波路構造体は、導波
路の幾何学的変化及び物理的変化に対して比較的広い範
囲に亘って位相整合を行なうことができる。この導波路
構造体は、印加した電界により位相整合を能動的に制御
することを利用する。印加した電界は、周波数倍増非線
形光導波路の表面に形成した半導体材料層の両側間に形
成される。半導体材料の屈折率は、印加した電界の存在
のもとで“フランツーケルディシュ (Franz-Keldysh)効
果”により変化する。このフランツーケルディシュ効果
は半導体層の屈折率を比較的広い範囲に亘って変化させ
ることができる。従って、導波路構造体の総合的な位相
整合は、光電効果を利用して導波路自身の屈折率を変化
させる従来装置よりも一層広い範囲に亘って制御され
る。本発明による同調可能な導波路構造体の好適実施例
は、電界印加手段が、前記透明半導体層の各々の側に形
成されている透明電極を具え、これら透明電極が可変電
圧源に接続されていることを特徴とする。電極により半
導体層に印加された電圧は半導体層の屈折率を制御し、
この結果導波路の位相整合を総合的に制御する。本発明
による同調可能な導波路構造体の別の好適実施例は、前
記第1層をKTPで構成したことを特徴とする。
【0008】導波路の本体は、例えばKTPのような非
線形光学材料の基板で構成する。本発明による同調可能
な導波路構造体の別の好適実施例は、前記第2層をタリ
ウムをドープしたKTPで構成したことを特徴とする。
KTPにタリウムを添加することによりKTPの屈折率
が増加する。従って、第1層と第2層とは屈折率が相異
し、2次高調波を発生できる導波路が形成される。本発
明による同調可能な導波路構造体の別の好適実施例は、
半導体層をZnSeで構成することを特徴とする。ZnSeは、
印加した電界に応じて屈折率が変化する半導体材料とし
て好適である。本発明の同調可能な導波路構造体の別の
好適実施例は、電極をInSnO としたことを特徴とする。
上述した実施例で述べたように、InSnO は好適な透明電
極材料でもある。本発明の同調可能な導波路構造体の別
の好適実施例は、電極と導波路との間に形成したバッフ
ァ層を有することを特徴とする。バッファ層を絶縁材料
で構成することにより、導波路は電極及び半導体層から
分離される。
【0009】以下図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
【実施例】図1及び図2は能動型位相整合導波体10の一
例の構成を示す。この導波体の本体は、例えば“KT
P”として既知のカリウム チタネート フォスフェー
ト(KTiOPO4 ) のような非線形光学材料の板12で構成す
る。第2層14として、拡散又は他の技術を利用してKT
P層中にタリウム(TI)を添加する。KTPにタリウムを
添加することにより周波数倍増導波路が形成される。そ
の理由は、タリウムを添加することによりKTPの屈折
率が増大し(図2の屈折率曲線を参照)、2次高調波を
発生し得る非線形光学導波体が形成されるからである。
【0010】第2層14上に二酸化シリコン(SiO 2 ) の
ような絶縁材料から成るバッファ層16を形成する。この
バッファ層は層12と14から成る導波路をこれらの上に形
成される電極層及び半導体層から分離する作用を果た
す。バッファ層16上に透明導体から成る第1電極層18を
形成する。この第1電極層18上に、透明半導体材料の層
20を形成する。この透明半導体層の屈折率はフランツ-
ケルディシュ効果により印加される電界に応じて変化す
る。このフランツ- ケルディシュ効果は、例えばエンジ
ニアリング オプティクス(Engineering Optics)、第2
章、第404 頁〜405 頁から既知である。透明半導体層20
上に第2の透明電極22を形成する。この第2の透明電極
は電極層18と共に透明半導体層20に電界を印加してその
屈折率を変化させるために用いる。透明電極18, 22用の
適切な材料はインジウム スズ オキサイド(InSnO) で
ある。電界に応じて屈折率が変化する適切な半導体材料
はジンク セレナイド(ZnSe)のようなII-VI 族材料であ
る。尚、II-VI 族材料粒子がドープされているガラスも
同様に用いることができる。
【0011】導波体10において、透明半導体層20の屈折
率が変化することにより導波体を通る光伝播が行われ
る。電極層18, 22に印加される電界により半導体層20の
屈折率が変化することにより、導波路の位相整合性が制
御される。電極層18, 22間に印加される電圧が半導体層
20の屈折率を変化させ、この屈折率変化が導波路構造体
10の位相整合を制御するから、この位相整合制御は電極
層18と22との間の電位差を変化させることにより行われ
る。従って、電極層18, 22を可変電圧源30に接続し、こ
の電位により位相整合を制御する。可変電圧源30は制御
入力部を有し、この制御入力部を制御回路32に接続す
る。この制御回路は、入射光の2次高調波の光強度を検
出する装置34に接続した入力部を有している。導波路構
造体10からの出射光強度に応じて装置34は、制御回路
32を可変電圧源30の出力電圧を補正するように制御し、
この結果位相整合性が制御される。可変電圧源30、制御
回路32及び光強度検出装置34として実際に用いられる回
路は当業者に既知であるから、その詳細な説明は省略す
る。
【0012】上述した導波路構造体に用いた材料は一例
としてあげたものであり、その材料に限定されない。上
述した材料すなわちKTP及び位相整合制御用のZnSeを
利用するタリウムをドープしたKTP導波路構造体は赤
外光を青色光に周波数倍増するために用いるのに好適で
あり、この導波路構造体は光記録装置の分野において重
要である。一方他の材料を用いて他の周波数域における
周波数倍増を行なうことも可能である。例えば、基板を
リチウム ニオベイト(LiNbO3 ) で構成し、半導体層を
III-V族材料で構成することも可能である。さらに、電
極18と22並びに半導体層20は、屈折率変化を増大させる
P−I−N多重量子井戸構造体で置換することもでき
る。さらに、タリウムが添加されたKTP層は、KTP
に対する拡散が不要になる第2のZnSe層(周波数倍増に
対しては非活性である)によって置換することも可能で
ある。しかしながら、これらの材料の場合、全体として
の効率は若干低下する。
【0013】本発明は上述した実施例だけに限定されず
種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は態動型位相整合を用いる導波路構造体の
構成を示す線図的斜視図、
【図2】図2は種々の層の屈折率(n) を並記すると共に
図1のII−II線断面図である。
【符号の説明】 12 非線形材料板 14 第2層 16 バッファ層 18 第1電極層 20 透明半導体層 22 第2電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, T he Netherlands (56)参考文献 特開 昭56−97324(JP,A) Appl.Phys.Lett.Vo l.48,No.7,p.p.451−453 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/37 JICSTファイル(JOIS)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁放射を周波数倍増させる同調可能な
    導波路構造体であって、互いに屈折率が相異し、非線形
    光学材料から成る第1及び第2の層を有する導波路を具
    える導波路構造体において、前記導波路の一方の面に透
    明半導体層が形成され、この透明半導体層が、印加電界
    に応じてフランツーケルディシュ効果によって変化する
    屈折率を有し、前記透明半導体層に電界を印加してこの
    透明半導体層の屈折率を変化させる手段を具え、前記導
    波路の位相整合を総合的に制御するように構成したこと
    を特徴とする導波路構造体。
  2. 【請求項2】 前記電界印加手段が、前記透明半導体層
    の各々の側に形成されている透明電極を具え、これら透
    明電極が可変電圧源に接続されていることを特徴とする
    請求項1に記載の導波路構造体。
  3. 【請求項3】 前記透明電極と導波路との間に形成され
    ているバッファ層をさらに具えことを特徴とする請求項
    2に記載導波路構造体。
  4. 【請求項4】 前記第1層をKTPで構成したことを特
    徴とする請求項1に記載の導波路構造体。
  5. 【請求項5】 前記第2層をタリウムがドープされてい
    るKTPで構成したことを特徴とする請求項1に記載の
    導波路構造体。
  6. 【請求項6】 前記透明半導体層をZnSeで構成したこと
    を特徴とする請求項1に記載の導波路構造体。
  7. 【請求項7】 前記透明電極をInSnO で構成したことを
    特徴とする請求項1に記載の導波路構造体。
  8. 【請求項8】 半導体レーザダイオードと、請求項1か
    ら7までのいずれか1項に記載の同調可能な周波数倍増
    導波路構造体とを具える周波数倍増装置。
JP40533190A 1989-12-08 1990-12-06 導波路構造体 Expired - Fee Related JP3159716B2 (ja)

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JPH04100024A JPH04100024A (ja) 1992-04-02
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