JP3203003B2 - 光波長変換素子 - Google Patents
光波長変換素子Info
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- JP3203003B2 JP3203003B2 JP02933891A JP2933891A JP3203003B2 JP 3203003 B2 JP3203003 B2 JP 3203003B2 JP 02933891 A JP02933891 A JP 02933891A JP 2933891 A JP2933891 A JP 2933891A JP 3203003 B2 JP3203003 B2 JP 3203003B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第２高調波発生素子、
青色発光素子等として用いられる光波長変換素子に関す
る。
青色発光素子等として用いられる光波長変換素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】第２高調波発生（ＳＨＧ＝セカンド・ハ
ーモニック・ジェネレーション）素子とは、非線形光学
効果を有する光学結晶材料の非線形光学効果を利用し
て、波長λのレーザ光をλ／２の波長光に変換する素子
である。よって、出射光の波長が入射光の１／２とな
り、記録密度を４倍にできるため、光ディスクを始めと
して、ＣＤプレーヤ、レーザプリンタ、フォトリソグラ
フィ等に応用されつつある。
ーモニック・ジェネレーション）素子とは、非線形光学
効果を有する光学結晶材料の非線形光学効果を利用し
て、波長λのレーザ光をλ／２の波長光に変換する素子
である。よって、出射光の波長が入射光の１／２とな
り、記録密度を４倍にできるため、光ディスクを始めと
して、ＣＤプレーヤ、レーザプリンタ、フォトリソグラ
フィ等に応用されつつある。
【０００３】ここに、このようなＳＨＧ素子として小
型、直接変調等の要求に応えるため、入力光源として半
導体レーザが主流となりつつある。このような半導体レ
ーザを光源とする場合、高い変換効率を得る必要上、薄
膜導波路構造のＳＨＧ素子が用いられる。良質な光導波
路を形成できる非線形光学効果を持つ光学結晶材料とし
ては、一般にＬｉＮｂＯ3 が最適と考えられている。し
かし、ＬｉＮｂＯ3 単結晶では、０．８２〜０．８４μ
mなる半導体レーザの光源波長では位相整合（位相整合
とは、入射レーザ光の光導波路中での屈折率＝実効屈折
率と、第２高調波光の実効屈折率とが一致することをい
う）が不可能なことが報告されている。これは、ＬｉＮ
ｂＯ3 の場合入射光の周波数ωでの常光屈折率がｎo
(ω) ＝２．２５３、出射光の周波数２ωでの異常光屈
折率がｎe(２ω) ＝２．２８２となり、位相整合のため
の必要条件、即ち、ｎo(ω)＝ｎe(２ω)を満たさないた
めである。
型、直接変調等の要求に応えるため、入力光源として半
導体レーザが主流となりつつある。このような半導体レ
ーザを光源とする場合、高い変換効率を得る必要上、薄
膜導波路構造のＳＨＧ素子が用いられる。良質な光導波
路を形成できる非線形光学効果を持つ光学結晶材料とし
ては、一般にＬｉＮｂＯ3 が最適と考えられている。し
かし、ＬｉＮｂＯ3 単結晶では、０．８２〜０．８４μ
mなる半導体レーザの光源波長では位相整合（位相整合
とは、入射レーザ光の光導波路中での屈折率＝実効屈折
率と、第２高調波光の実効屈折率とが一致することをい
う）が不可能なことが報告されている。これは、ＬｉＮ
ｂＯ3 の場合入射光の周波数ωでの常光屈折率がｎo
(ω) ＝２．２５３、出射光の周波数２ωでの異常光屈
折率がｎe(２ω) ＝２．２８２となり、位相整合のため
の必要条件、即ち、ｎo(ω)＝ｎe(２ω)を満たさないた
めである。
【０００４】このようなことから、例えば特開平２−１
２１３５号公報によれば、波長０．８２〜０．８４μｍ
のレーザ光を基本光とし、ＬｉＴａＯ3 単結晶基板上に
３．７〜９．０μｍのＬｉＮｂＯ3 導波層を形成した２
層構造とし、結晶軸に対し０〜３５°の角度で入射させ
ることによりＳＨＧの位相整合をとるようにしたものが
ある。
２１３５号公報によれば、波長０．８２〜０．８４μｍ
のレーザ光を基本光とし、ＬｉＴａＯ3 単結晶基板上に
３．７〜９．０μｍのＬｉＮｂＯ3 導波層を形成した２
層構造とし、結晶軸に対し０〜３５°の角度で入射させ
ることによりＳＨＧの位相整合をとるようにしたものが
ある。
【０００５】また、電子情報通信学会 技術研究報告．
ＭＷ８９−１４４の「ＬＤ光源を用いた導波型ＳＨＧ素
子の出力特性」によれば、ＬｉＴａＯ3 単結晶基板上に
ＬｉＮｂＯ3 薄膜を形成し、さらに、その上にＭｇＯド
ープのＬｉＮｂＯ3 層を形成した３層構造とし、基本波
長０．８３μｍの半導体レーザ光をＳＨＧ変換するよう
にしたものが示されている。
ＭＷ８９−１４４の「ＬＤ光源を用いた導波型ＳＨＧ素
子の出力特性」によれば、ＬｉＴａＯ3 単結晶基板上に
ＬｉＮｂＯ3 薄膜を形成し、さらに、その上にＭｇＯド
ープのＬｉＮｂＯ3 層を形成した３層構造とし、基本波
長０．８３μｍの半導体レーザ光をＳＨＧ変換するよう
にしたものが示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前者の公報方式によれ
ば、ＬｉＮｂＯ3 導波層の膜厚を変えることにより導波
路の実効的屈折率を変えることができる。光の導波に際
しては、ｚ軸（光学軸）に対して位相整合の可能な角度
で光を入射させることにより、位相整合条件を満足する
状態が存在し、ＳＨＧが実現される。ところが、厳しい
角度整合精度が要求されるものであり、位相整合条件を
満たすことの再現性、温度、入射光波長の変動に対する
許容幅が小さいものである。
ば、ＬｉＮｂＯ3 導波層の膜厚を変えることにより導波
路の実効的屈折率を変えることができる。光の導波に際
しては、ｚ軸（光学軸）に対して位相整合の可能な角度
で光を入射させることにより、位相整合条件を満足する
状態が存在し、ＳＨＧが実現される。ところが、厳しい
角度整合精度が要求されるものであり、位相整合条件を
満たすことの再現性、温度、入射光波長の変動に対する
許容幅が小さいものである。
【０００７】一方、後者の文献方式の場合、ＭｇＯドー
プのＬｉＮｂＯ3 層は元々位相整合条件を満たすように
作製した導波路であり、ＳＨＧ特性を有している。とこ
ろが、基板にＬｉＮｂＯ3 層と屈折率が大きく異なるＬ
ｉＴａＯ3 を有している関係上、前者の場合と同様に、
温度、入射波長等の変動に対して弱いという欠点を持
つ。
プのＬｉＮｂＯ3 層は元々位相整合条件を満たすように
作製した導波路であり、ＳＨＧ特性を有している。とこ
ろが、基板にＬｉＮｂＯ3 層と屈折率が大きく異なるＬ
ｉＴａＯ3 を有している関係上、前者の場合と同様に、
温度、入射波長等の変動に対して弱いという欠点を持
つ。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、非線形光学効果を有する光導波路を用いた光波長変
換素子において、ＬｉＴａXＮｂ1-XＯ3単結晶基板（但
し、０≦ｘ＜１）による第１層上に、ＬｉＴａZＮｂ1-Z
Ｏ3（但し、０≦ｚ＜１）によるバッファ層なる第２層
と、ＭｇＯをドープしたＬｉＴａyＮｂ1-yＯ3（但し、
０≦ｙ＜１）による導波層なる第３層とを積層形成し、
第２層の屈折率を低くするよう組成ｚを調整し第３層に
はドーパントを行い、入射光の周波数ωでの常光屈折率
をｎｏ(ω)、出射光の周波数２ωでの異常光屈折率をｎ
ｅ(２ω)としたとき、第２層、第３層の屈折率の関係
が、 ０＜(ｎｅ(２ω)−ｎｏ(ω))(第２層) ≒(ｎｏ(ω)−ｎｅ(２ω))(第３層)≦０．１ ｎｅ(２ω)(第２層)＜ｎｅ(２ω)(第３層) なる条件を満たすように形成し た。
は、非線形光学効果を有する光導波路を用いた光波長変
換素子において、ＬｉＴａXＮｂ1-XＯ3単結晶基板（但
し、０≦ｘ＜１）による第１層上に、ＬｉＴａZＮｂ1-Z
Ｏ3（但し、０≦ｚ＜１）によるバッファ層なる第２層
と、ＭｇＯをドープしたＬｉＴａyＮｂ1-yＯ3（但し、
０≦ｙ＜１）による導波層なる第３層とを積層形成し、
第２層の屈折率を低くするよう組成ｚを調整し第３層に
はドーパントを行い、入射光の周波数ωでの常光屈折率
をｎｏ(ω)、出射光の周波数２ωでの異常光屈折率をｎ
ｅ(２ω)としたとき、第２層、第３層の屈折率の関係
が、 ０＜(ｎｅ(２ω)−ｎｏ(ω))(第２層) ≒(ｎｏ(ω)−ｎｅ(２ω))(第３層)≦０．１ ｎｅ(２ω)(第２層)＜ｎｅ(２ω)(第３層) なる条件を満たすように形成し た。
【０００９】
【００１０】さらに、請求項２記載の発明では、第３層
にＬｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｎｄ，Ｃｒ，
Ｋ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｂａ，Ｇｅ，Ａｌの元素の内の
少なくとも一つの元素をドープさせた。
にＬｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｎｄ，Ｃｒ，
Ｋ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｂａ，Ｇｅ，Ａｌの元素の内の
少なくとも一つの元素をドープさせた。
【００１１】
【作用】ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3 単結晶基板による第１層
上に、バッファ層なる第２層と、ＭｇＯドープのＬｉＴ
ａyＮｂ1-yＯ3 による導波層なる第３層とを積層形成す
ると、第２高調波発生のための位相整合条件を容易に満
たし得るものとなる。特に第３層での屈折率が、入射光
の周波数ωでの常光屈折率をｎo(ω)、 出射光の周波数
２ωでの異常光屈折率をｎe(２ω) としたときに所定の
関係式を満足すると、位相整合条件を満たすことになる
が、そのための制御は容易なものである。また、第３層
に所定の元素をドープすることにより、この第３層の膜
厚方向の屈折率分布が第２高調波発生のための位相整合
条件を満たすことを容易に実現できる。このようにし
て、高変換効率を持つ温度等の変動に強い高信頼性の第
２高調波発生素子が実現でき、波長０．８μｍ程度なる
半導体レーザでの角度整合等の不要な直接的な第２高調
波発生が可能となる。
上に、バッファ層なる第２層と、ＭｇＯドープのＬｉＴ
ａyＮｂ1-yＯ3 による導波層なる第３層とを積層形成す
ると、第２高調波発生のための位相整合条件を容易に満
たし得るものとなる。特に第３層での屈折率が、入射光
の周波数ωでの常光屈折率をｎo(ω)、 出射光の周波数
２ωでの異常光屈折率をｎe(２ω) としたときに所定の
関係式を満足すると、位相整合条件を満たすことになる
が、そのための制御は容易なものである。また、第３層
に所定の元素をドープすることにより、この第３層の膜
厚方向の屈折率分布が第２高調波発生のための位相整合
条件を満たすことを容易に実現できる。このようにし
て、高変換効率を持つ温度等の変動に強い高信頼性の第
２高調波発生素子が実現でき、波長０．８μｍ程度なる
半導体レーザでの角度整合等の不要な直接的な第２高調
波発生が可能となる。
【００１２】
【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。本実施例の光波長変換素子１は、基本的には、図１
(ａ)に示すようにＬｉＴａXＮｂ1-XＯ3 単結晶基板（但
し、０≦ｘ＜１）による第１層２上に、組成比の異なる
ＬｉＴａzＮｂ1-zＯ3 によるバッファ層なる第２層３
と、ＬｉＴａyＮｂ1-yＯ3 単結晶（但し、０≦ｙ＜１）
による導波層なる第３層４とを積層形成した３層構造か
らなる。特に、第３層４についてはＭｇＯがドーピング
されており、屈折率ｎe，ｎoの制御の容易化と光損傷の
低減化とが図られている。このような薄膜状導波層に周
波数ωの基本波を入射させたときに、入射光の周波数ω
での常光屈折率をｎo(ω)、 出射光の周波数２ωでの異
常光屈折率をｎe(２ω) と定義したとき、一般には、ｎ
o(ω)＜ｎe(２ω)であるので、位相整合条件ｎo(ω)＝
ｎe(２ω)は満たされない。
る。本実施例の光波長変換素子１は、基本的には、図１
(ａ)に示すようにＬｉＴａXＮｂ1-XＯ3 単結晶基板（但
し、０≦ｘ＜１）による第１層２上に、組成比の異なる
ＬｉＴａzＮｂ1-zＯ3 によるバッファ層なる第２層３
と、ＬｉＴａyＮｂ1-yＯ3 単結晶（但し、０≦ｙ＜１）
による導波層なる第３層４とを積層形成した３層構造か
らなる。特に、第３層４についてはＭｇＯがドーピング
されており、屈折率ｎe，ｎoの制御の容易化と光損傷の
低減化とが図られている。このような薄膜状導波層に周
波数ωの基本波を入射させたときに、入射光の周波数ω
での常光屈折率をｎo(ω)、 出射光の周波数２ωでの異
常光屈折率をｎe(２ω) と定義したとき、一般には、ｎ
o(ω)＜ｎe(２ω)であるので、位相整合条件ｎo(ω)＝
ｎe(２ω)は満たされない。
【００１３】そこで、本実施例では、図１に示す第１〜
３層２〜４の各層の組成比ｘ，ｚ，ｙを変え、かつ、適
当な不純物（ドーパント）の導入と、各層の製法を制御
することで位相整合条件ｎo(ω)＝ｎe(２ω)を温度、波
長、膜厚に対して幅広い範囲で満足するようにしたもの
である。
３層２〜４の各層の組成比ｘ，ｚ，ｙを変え、かつ、適
当な不純物（ドーパント）の導入と、各層の製法を制御
することで位相整合条件ｎo(ω)＝ｎe(２ω)を温度、波
長、膜厚に対して幅広い範囲で満足するようにしたもの
である。
【００１４】まず、第１層２のＬｉＴａXＮｂ1-XＯ3単
結晶に対して、第２層３のバッファ層は、屈折率を低く
するためにＬｉＴａzＮｂ1-zＯ3 における組成ｚをＬｉ
ＴａＯ3 に近付ける方向にする。或いは、Ｌｉ量を増や
す、又は、第２層３形成時にストレスをかけて膜形成す
る等の方法により、この第２層３の屈折率を低くすれば
よい。
結晶に対して、第２層３のバッファ層は、屈折率を低く
するためにＬｉＴａzＮｂ1-zＯ3 における組成ｚをＬｉ
ＴａＯ3 に近付ける方向にする。或いは、Ｌｉ量を増や
す、又は、第２層３形成時にストレスをかけて膜形成す
る等の方法により、この第２層３の屈折率を低くすれば
よい。
【００１５】第３層４には、ｎo(ω)＜ｎe(２ω)なる条
件を逆転させてｎo(ω)＞ｎe(２ω)なる条件を満足する
ようにドーパントの導入を行ない、位相整合条件を満た
し得るようにする。ただし、環境温度、半導体レーザ波
長及び導波層膜厚の変動等に対して安定な位相整合条件
を満たすために、第２層３、第３層４は、
件を逆転させてｎo(ω)＞ｎe(２ω)なる条件を満足する
ようにドーパントの導入を行ない、位相整合条件を満た
し得るようにする。ただし、環境温度、半導体レーザ波
長及び導波層膜厚の変動等に対して安定な位相整合条件
を満たすために、第２層３、第３層４は、
【数３】０＜(ｎe(２ω)−ｎo(ω))(第２層)≒(ｎo(ω)
−ｎe(２ω))(第３層）≦０．１なる関係式を満足する
ように形成されている。
−ｎe(２ω))(第３層）≦０．１なる関係式を満足する
ように形成されている。
【００１６】このような条件が満たされたとき、位相整
合の様子を示すモード分散カーブ特性を図２(ａ)に示
す。ちなみに、同図(ｂ)は従来方式によるモード分散カ
ーブ特性を示す。図から判るように、同図(ｂ)の従来方
式では入射光であるＴＭ(ω)ととＳＨＧ光であるＴＥ
(２ω)との位相整合点が急峻に交わっているのに対し、
本実施例の特性を示す同図(ａ)によればゆるやかに交わ
っており、前述したような各変動に対して位相整合条件
が広いことを示している。
合の様子を示すモード分散カーブ特性を図２(ａ)に示
す。ちなみに、同図(ｂ)は従来方式によるモード分散カ
ーブ特性を示す。図から判るように、同図(ｂ)の従来方
式では入射光であるＴＭ(ω)ととＳＨＧ光であるＴＥ
(２ω)との位相整合点が急峻に交わっているのに対し、
本実施例の特性を示す同図(ａ)によればゆるやかに交わ
っており、前述したような各変動に対して位相整合条件
が広いことを示している。
【００１７】３層構造全体として見た場合の各層の屈折
率分布は図１(ｂ)に示すようになっている。
率分布は図１(ｂ)に示すようになっている。
【００１８】第２層３は第１層２よりもＬｉＴａＯ3 の
比率を高めることで容易に実現できる。このときには、
エピタキシャル法又はスパッタリング法或いはレーザア
ブレーション法が有効となるが、単にスパッタリング法
によりＬｉを相対的に多くしてエピタキシャル的に成膜
するようにしてもよい。さらには、第２層３は第１層２
の表面を改質しても本実施例による効果は損なわれない
ので、第１層２表面をドライエッチング或いはエキシマ
レーザによる光エッチング等によりストレスをかけた後
で第３層４を形成するようにしてもよい。即ち、第２層
３としては必ずしも推積形成しなくてもよい。
比率を高めることで容易に実現できる。このときには、
エピタキシャル法又はスパッタリング法或いはレーザア
ブレーション法が有効となるが、単にスパッタリング法
によりＬｉを相対的に多くしてエピタキシャル的に成膜
するようにしてもよい。さらには、第２層３は第１層２
の表面を改質しても本実施例による効果は損なわれない
ので、第１層２表面をドライエッチング或いはエキシマ
レーザによる光エッチング等によりストレスをかけた後
で第３層４を形成するようにしてもよい。即ち、第２層
３としては必ずしも推積形成しなくてもよい。
【００１９】第３層４については、ｎo(ω)がｎe(２ω)
より大きくなるような元素、例えばＮａ(+)，Ｋ(+)，Ｃ
ａ(2+)，Ｂａ(2+)（＋はイオンを示す）などがドーパン
トとして効果的である。これらのドーパントとしての導
入方法としては、液相エピタキシャル成長法及びスパッ
タリング法、イオン注入法、拡散法等の他、最近注目さ
れているエキシマレーザを用いたレーザアブレーション
法によれば精度よく成膜できる。特に、レーザアブレー
ション法によれば成膜速度が１μｍ／分と速いため量産
性に優れ、かつ、レーザの条件を変えることで所定の膜
厚に加工・エッチングすることが容易である利点を持
つ。また、全体としては伝搬損失等の緩和のために、各
層にＭｇＯを全体的にドープしておくことも必要であ
る。ＭｇＯがｎo(ω)＞ｎe(２ω)を満たすために重要で
あることはいうまでもない。さらに、その他のドーパン
トとしては、アルカリ系を中心として前述したもの以外
に、例えばＴｉ，Ｎｉ，Ｂｅ，Ｇｅ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｓ
ｒ，Ｃｒ，Ｖ，Ａｌ等の元素が有望であり、これらを単
独又は複合体でドープすればｎo(ω)＞ｎe(２ω)なる条
件を満足できる。
より大きくなるような元素、例えばＮａ(+)，Ｋ(+)，Ｃ
ａ(2+)，Ｂａ(2+)（＋はイオンを示す）などがドーパン
トとして効果的である。これらのドーパントとしての導
入方法としては、液相エピタキシャル成長法及びスパッ
タリング法、イオン注入法、拡散法等の他、最近注目さ
れているエキシマレーザを用いたレーザアブレーション
法によれば精度よく成膜できる。特に、レーザアブレー
ション法によれば成膜速度が１μｍ／分と速いため量産
性に優れ、かつ、レーザの条件を変えることで所定の膜
厚に加工・エッチングすることが容易である利点を持
つ。また、全体としては伝搬損失等の緩和のために、各
層にＭｇＯを全体的にドープしておくことも必要であ
る。ＭｇＯがｎo(ω)＞ｎe(２ω)を満たすために重要で
あることはいうまでもない。さらに、その他のドーパン
トとしては、アルカリ系を中心として前述したもの以外
に、例えばＴｉ，Ｎｉ，Ｂｅ，Ｇｅ，Ｎｄ，Ｃｅ，Ｓ
ｒ，Ｃｒ，Ｖ，Ａｌ等の元素が有望であり、これらを単
独又は複合体でドープすればｎo(ω)＞ｎe(２ω)なる条
件を満足できる。
【００２０】ところで、このような基本構成に基づく実
際的なＳＨＧ素子１の構成例について、具体例１、具体
例２として示す。
際的なＳＨＧ素子１の構成例について、具体例１、具体
例２として示す。
【００２１】まず、具体例１として、ＬｉＮｂＯ3 単結
晶基板による第１層２上に、レーザアブレーション法に
よりＬｉＴａ0．1Ｎｂ0．9Ｏ3 を約１０００Åエピタキ
シャル成長させて第２層３を形成した。レーザアブレー
ションの条件は、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）エキシマレーザ
をＬｉＴａ0．1Ｎｂ0．9Ｏ3 の組成を持ったターゲット
に照射させ、基板側にあるＬｉＮｂＯ3 上に成長させる
ものとした。基板温度は６００℃、雰囲気は真空中とし
た。さらに、第３層４としてはＭｇＯドープのＬｉＮｂ
Ｏ3 を同じ条件でレーザアブレーション法により膜厚
３．５μｍに形成して完成させた。
晶基板による第１層２上に、レーザアブレーション法に
よりＬｉＴａ0．1Ｎｂ0．9Ｏ3 を約１０００Åエピタキ
シャル成長させて第２層３を形成した。レーザアブレー
ションの条件は、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）エキシマレーザ
をＬｉＴａ0．1Ｎｂ0．9Ｏ3 の組成を持ったターゲット
に照射させ、基板側にあるＬｉＮｂＯ3 上に成長させる
ものとした。基板温度は６００℃、雰囲気は真空中とし
た。さらに、第３層４としてはＭｇＯドープのＬｉＮｂ
Ｏ3 を同じ条件でレーザアブレーション法により膜厚
３．５μｍに形成して完成させた。
【００２２】具体例２としては、ＬｉＴａ0．2Ｎｂ0．8
Ｏ3 基板による第１層２上に、液相エピタキシャル法に
よりＬｉＴａ0．3Ｎｂ0．7Ｏ3 バッファ層を第２層３と
して約０．５μｍに形成後、同じく、液相エピタキシャ
ル法によりＭｇＯドープのＬｉＴａ0．2Ｎｂ0．8Ｏ3 を
約５μｍに形成し、その後、所定膜厚にするためにＡｒ
Ｆ（１９３ｎｍ）エキシマレーザにより４μｍにエッチ
ングすることで、導波路を完成させた。
Ｏ3 基板による第１層２上に、液相エピタキシャル法に
よりＬｉＴａ0．3Ｎｂ0．7Ｏ3 バッファ層を第２層３と
して約０．５μｍに形成後、同じく、液相エピタキシャ
ル法によりＭｇＯドープのＬｉＴａ0．2Ｎｂ0．8Ｏ3 を
約５μｍに形成し、その後、所定膜厚にするためにＡｒ
Ｆ（１９３ｎｍ）エキシマレーザにより４μｍにエッチ
ングすることで、導波路を完成させた。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、上述したように、ＬｉＴａX
Ｎｂ1-XＯ3単結晶基板による第１層上に、バッファ層な
る第２層と、ＭｇＯドープのＬｉＴａyＮｂ1-yＯ3によ
る導波層なる第３層とを積層形成し、第２層の屈折率を
低くするよう組成ｚを調整し第３層にはドーパントを行
い、入射光の周波数ωでの常光屈折率をｎｏ(ω)、出射
光の周波数２ωでの異常光屈折率をｎｅ(２ω)としたと
き、第２層、第３層の屈折率の関係が、 ０＜(ｎｅ(２ω)−ｎｏ(ω))(第２層) ≒(ｎｏ(ω)−ｎｅ(２ω))(第３層)≦０．１ ｎｅ(２ω)(第２層)＜ｎｅ(２ω)(第３層) なる条件を満たすように形成し たので、第２高調波発生
のための位相整合条件を容易に満たし得るものとするこ
とができ、第３層での屈折率が入射光の周波数ωでの常
光屈折率をｎｏ(ω)、出射光の周波数２ωでの異常光屈
折率をｎｅ(２ω)としたときに所定の関係式を満足する
ように形成したので、製造容易な３層構造にして高変換
効率を持つ温度等の変動に強い高信頼性の第２高調波発
生素子を実現でき、波長０．８μｍ程度なる半導体レー
ザでの角度整合等の不要な直接的な第２高調波発生も可
能となり、さらに、請求項２記載の発明によれば、所定
の元素をドープして第３層を形成したので、第３層の膜
厚方向の屈折率分布が第２高調波発生のための位相整合
条件を満たすような微妙な制御を容易に実現できるもの
である。
Ｎｂ1-XＯ3単結晶基板による第１層上に、バッファ層な
る第２層と、ＭｇＯドープのＬｉＴａyＮｂ1-yＯ3によ
る導波層なる第３層とを積層形成し、第２層の屈折率を
低くするよう組成ｚを調整し第３層にはドーパントを行
い、入射光の周波数ωでの常光屈折率をｎｏ(ω)、出射
光の周波数２ωでの異常光屈折率をｎｅ(２ω)としたと
き、第２層、第３層の屈折率の関係が、 ０＜(ｎｅ(２ω)−ｎｏ(ω))(第２層) ≒(ｎｏ(ω)−ｎｅ(２ω))(第３層)≦０．１ ｎｅ(２ω)(第２層)＜ｎｅ(２ω)(第３層) なる条件を満たすように形成し たので、第２高調波発生
のための位相整合条件を容易に満たし得るものとするこ
とができ、第３層での屈折率が入射光の周波数ωでの常
光屈折率をｎｏ(ω)、出射光の周波数２ωでの異常光屈
折率をｎｅ(２ω)としたときに所定の関係式を満足する
ように形成したので、製造容易な３層構造にして高変換
効率を持つ温度等の変動に強い高信頼性の第２高調波発
生素子を実現でき、波長０．８μｍ程度なる半導体レー
ザでの角度整合等の不要な直接的な第２高調波発生も可
能となり、さらに、請求項２記載の発明によれば、所定
の元素をドープして第３層を形成したので、第３層の膜
厚方向の屈折率分布が第２高調波発生のための位相整合
条件を満たすような微妙な制御を容易に実現できるもの
である。
【図１】本発明の一実施例の基本構造と屈折率分布との
関係を示す説明図である。
関係を示す説明図である。
【図２】導波層の膜厚と実効屈折率との関係を従来例と
対比して示す特性図である。
対比して示す特性図である。
２ 第１層 ３ 第２層 ４ 第４層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/37 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 非線形光学効果を有する光導波路を用い
た光波長変換素子において、ＬｉＴａXＮｂ1-XＯ3単結
晶基板（但し、０≦ｘ＜１）による第１層上に、ＬｉＴ
ａZＮｂ1-ZＯ3（但し、０≦ｚ＜１）によるバッファ層
なる第２層と、ＭｇＯをドープしたＬｉＴａyＮｂ1-yＯ
3（但し、０≦ｙ＜１）による導波層なる第３層とを積
層形成し、第２層の屈折率を低くするよう組成ｚを調整
し第３層にはドーパントを行い、入射光の周波数ωでの
常光屈折率をｎｏ(ω)、出射光の周波数２ωでの異常光
屈折率をｎｅ(２ω)としたとき、第２層、第３層の屈折
率の関係が、 ０＜(ｎｅ(２ω)−ｎｏ(ω))(第２層) ≒(ｎｏ(ω)−ｎｅ(２ω))(第３層)≦０．１ ｎｅ(２ω)(第２層)＜ｎｅ(２ω)(第３層) なる条件を満たすように形成し たことを特徴とする光波
長変換素子。 - 【請求項２】 第３層にＬｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｎｉ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｎｄ，Ｃｒ，Ｋ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｂａ，Ｇ
ｅ，Ａｌの元素の内の少なくとも一つの元素をドープさ
せたことを特徴とする請求項１記載の光波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02933891A JP3203003B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 光波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02933891A JP3203003B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 光波長変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04254836A JPH04254836A (ja) | 1992-09-10 |
| JP3203003B2 true JP3203003B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=12273454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02933891A Expired - Lifetime JP3203003B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 光波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3203003B2 (ja) |
-
1991
- 1991-01-30 JP JP02933891A patent/JP3203003B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04254836A (ja) | 1992-09-10 |
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