JP3264081B2 - Optical wavelength conversion element and short wavelength light generator - Google Patents

Optical wavelength conversion element and short wavelength light generator

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JP3264081B2
JP3264081B2 JP05732994A JP5732994A JP3264081B2 JP 3264081 B2 JP3264081 B2 JP 3264081B2 JP 05732994 A JP05732994 A JP 05732994A JP 5732994 A JP5732994 A JP 5732994A JP 3264081 B2 JP3264081 B2 JP 3264081B2
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    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【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、光応用計測分野に使用される光波
長変換素子および光波長変換素子を用いた短波長コヒー
レント光源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light wavelength conversion element used in the field of optical information processing and optical measurement using a coherent light source and a short wavelength coherent light source using the light wavelength conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】非線形光学効果を利用した第2高調波発
生素子(以下SHG素子とする)により、光(基本波)
を半分の波長の第2高調波に変換できる。これによって
半導体レーザ光を変換すると、小型の短波長光源が実現
でき、印刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応
用できるため盛んに研究が行われている。SHG素子に
おいて高効率の波長変換を実現するには、基本波と第2
高調波の間で位相整合条件の成立が必要不可欠である。
位相整合条件は、SHG素子の材料特性、基本波の波長
等に依存するが、一般的に許容度が狭いため、条件成立
には基本波波長の精密な制御が必要となる。
2. Description of the Related Art Light (fundamental wave) is generated by a second harmonic generation element (hereinafter referred to as an SHG element) utilizing a nonlinear optical effect.
Can be converted to a second harmonic having a half wavelength. By converting semiconductor laser light in this way, a small-sized short-wavelength light source can be realized and applied to printing, optical information processing, optical applied measurement control fields, and the like. To realize highly efficient wavelength conversion in the SHG element, the fundamental wave and the second
It is essential to satisfy the phase matching condition between the harmonics.
The phase matching condition depends on the material characteristics of the SHG element, the wavelength of the fundamental wave, and the like. However, since the tolerance is generally narrow, precise control of the wavelength of the fundamental wave is required to satisfy the condition.

【0003】これを示す例として例えば、擬似位相整合
(以下、QPMと記す。)方式の分極反転光導波路を用
いた半導体レーザの波長変換の報告がある(山本他、ア
プライド・フィジックス・レターズApplied Physics Le
tters, Vol.62, No.21, 2599(1993))。LiTaO3基板に周
期状の分極反転層を有する光導波路を形成し、QPM−
SHG素子を構成している。
As an example showing this, there is a report of wavelength conversion of a semiconductor laser using a quasi phase matching (hereinafter referred to as QPM) type domain-inverted optical waveguide (Yamamoto et al., Applied Physics Letters). Le
tters, Vol.62, No.21, 2599 (1993)). An optical waveguide having a periodically domain-inverted layer is formed on a LiTaO 3 substrate, and QPM-
This constitutes an SHG element.

【0004】SHG素子は変換効率21%で31mWの
青色光の発生に成功しているが、基本波の許容度は0.
12nmしかなく、SHG素子の波長許容度が狭いことを
示している。一方、半導体レーザの発振波長は、温度ま
たは印加電流等によりモードホップを伴い変化する(例
えば、温度変化は、0.1〜0.2nm/℃、印加電流でも0.1
〜0.2nmのモードホップを伴い波長が変化する)ため、
半導体レーザの発振波長とSHG素子の位相整合波長と
を一致させることは容易ではない。
[0004] The SHG element has successfully generated 31 mW of blue light with a conversion efficiency of 21%, but the tolerance of the fundamental wave is 0.1 mm.
It is only 12 nm, which indicates that the wavelength tolerance of the SHG element is narrow. On the other hand, the oscillation wavelength of a semiconductor laser
Other changes with mode hopping by applying current or the like (e.g., temperature change, 0.1 at 0.1 to 0.2 nm / ° C., the applied current
The wavelength changes with a mode hop of ~ 0.2 nm)
It is not easy to match the oscillation wavelength of the semiconductor laser with the phase matching wavelength of the SHG element.

【0005】そこで、例えば図11に、示すようなグレ
ーティングフィードバックを利用した半導体レーザの波
長チューニングによる短波長光発生装置が示されてい
る。半導体レーザーとQPM−SHG素子を用いた従来
の短波長光発生装置の概略構成図を図14に示す。半導
体レーザー101から放射された光は、N.A.=0.55のコ
リメートレンズ102により平行ビームに変換され、λ
/2板103で偏向方向を回転させ、N.A.=0.45のフォ
ーカシングレンズ104により光導波路の入射部105
に集光される。光導波路の出射端より出射された基本波
と第2高調波はコリメートレンズ106により平行ビー
ムに変換された後、ダイクロイックミラー107により
基本波と第2高調波に分離される。
[0005] Therefore, for example, FIG. 11 shows a short wavelength light generating device by tuning the wavelength of a semiconductor laser using grating feedback as shown in FIG. FIG. 14 shows a schematic configuration diagram of a conventional short-wavelength light generator using a semiconductor laser and a QPM-SHG element. The light emitted from the semiconductor laser 101 is converted into a parallel beam by a collimating lens 102 with NA = 0.55, and λ
The deflection direction is rotated by a half plate 103, and a focusing lens 104 of NA = 0.45 is used to input an incident portion 105 of the optical waveguide.
Is collected. The fundamental wave and the second harmonic emitted from the emission end of the optical waveguide are converted into parallel beams by the collimator lens 106, and then separated by the dichroic mirror 107 into the fundamental wave and the second harmonic.

【0006】基本波はグレーティング108により波長
選択された後、レンズ106、光導波路、レンズ10
4、102およびλ/2板103を通って半導体レーザ
101に帰還される。グレーティング108の選択波長
により半導体レーザ101の発振波長を制御できる。こ
の結果、半導体レーザの波長変換により8mWの青色光
の発生に成功し、半導体レーザの温度変化に対しても1
7〜35℃の間で安定なSHG出力を得ている。
After the fundamental wave is selected in wavelength by the grating 108, the lens 106, the optical waveguide, and the lens 10
The laser light is fed back to the semiconductor laser 101 through the semiconductor lasers 4 and 102 and the λ / 2 plate 103. The oscillation wavelength of the semiconductor laser 101 can be controlled by the selected wavelength of the grating 108. As a result, blue light of 8 mW was successfully generated by wavelength conversion of the semiconductor laser, and 1
A stable SHG output is obtained between 7 and 35 ° C.

【0007】グレーティングフィードバック方式として
は、図14に示した外部グレーティングを利用する以外
に、SHG素子にグレーティングを集積したタイプも報
告されている。これを示す例として例えば、SHG素子
上に誘電体のグレーティング層を形成し、光導波路を伝
搬する基本波の一部をグレーティングにより波長選択
し、半導体レーザに帰還させ、外部グレーティングと同
様に半導体レーザの発振波長を固定するものである(特
願平5−85950号)。また集積したグレーティング
としては、光導波路の内部にグレーティングを形成した
タイプも報告されている(K. Shinozaki他、アプライド
フィジックス・レターズ Applied Physics Letters. V
ol. 59, No. 29, 510-512 (1991))。波長1.327μ
mの基本波P1に対して、光導波路の長さを2mm、基
本波P1のパワーを60μWにしたとき高調波P2のパ
ワー0.652pWが得られていた。このときの変換効
率は4.1%/W・cm2であった。
As a grating feedback system, in addition to using an external grating shown in FIG. 14, a type in which a grating is integrated in an SHG element has been reported. As an example of this, for example, a dielectric grating layer is formed on an SHG element, a part of a fundamental wave propagating in an optical waveguide is selected by a grating, and is fed back to a semiconductor laser. (Japanese Patent Application No. 5-85950). As an integrated grating, a type in which a grating is formed inside an optical waveguide has also been reported (K. Shinozaki et al., Applied Physics Letters. V
ol. 59, No. 29, 510-512 (1991)). Wavelength 1.327μ
When the length of the optical waveguide is 2 mm and the power of the fundamental wave P1 is 60 μW with respect to the m fundamental wave P1, the power of the harmonic wave P2 is 0.652 pW. At this time, the conversion efficiency was 4.1% / W · cm 2 .

【0008】一方、SHG素子による半導体レーザの波
長変換を行うため、SHG素子の位相整合波長を制御す
る方法がある。例えば、光導波路に電圧を印加して、電
気光学効果により光導波路の屈折率を制御することによ
り、位相整合波長を調整し、半導体レーザの発振波長に
位相整合波長を一致させる方法がある(特願平4−20
4815号)。
On the other hand, there is a method of controlling the phase matching wavelength of the SHG element in order to perform wavelength conversion of the semiconductor laser by the SHG element. For example, there is a method of adjusting the phase matching wavelength by applying a voltage to the optical waveguide and controlling the refractive index of the optical waveguide by an electro-optic effect so that the phase matching wavelength matches the oscillation wavelength of the semiconductor laser. 4-20
No. 4815).

【0009】図15に電界印加により位相整合波長を調
整する従来の光波長変換素子の構成図を示す。図15に
おいて110は−Z板のLiTaO3基板、111は周期状分
極反転層、112はプロトン交換光導波路、113は電
極、114は半導体レーザ、115は入射部である。従
来の光波長変換素子においては電極の幅に関する記載は
行われていなかった。電極113に電圧を印加すると光
導波路にZ方向の電圧が印加される。このため、基板の
有する電気光学効果により、電気光学定数r33を介して
光のZ方向の電界成分に対する屈折率が変化しする。こ
れによって光波長変換素子の位相整合波長が変調され
る。
FIG. 15 shows a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element that adjusts the phase matching wavelength by applying an electric field. In FIG. 15, 110 is a LiTaO 3 substrate of a -Z plate, 111 is a periodically poled layer, 112 is a proton exchange optical waveguide, 113 is an electrode, 114 is a semiconductor laser, and 115 is an incident part. In the conventional light wavelength conversion element, description regarding the width of the electrode was not made. When a voltage is applied to the electrode 113, a voltage in the Z direction is applied to the optical waveguide. Therefore, the electro-optical effect having the substrate, via the electro-optic constant r 33 to refractive index with respect to the Z direction of the electric field component of the light is changed. Thereby, the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element is modulated.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】最初に、従来の短波長
光発生装置についての課題を述べる。
First, problems of a conventional short wavelength light generator will be described.

【0011】グレーティングフィードバックを利用した
従来の短波長光発生装置では、グレーティングにより半
導体レーザの発振波長を制御できるが、半導体レーザの
発振波長は0.1〜0.2nm毎に離散的に存在するため、波長
許容度の狭い光波長変換素子(例えばQPM−SHG素
子の場合、波長許容度は半値全幅で0.1nm程度)の位相
整合波長と完全に一致させるのが難しく、高効率化が困
難であり、出力が不安定になるという問題があった。ま
た、光波長変換素子の温度により位相整合波長が変動す
るため、環境温度の変化によりSHG出力が変動すると
いう問題があった。さらに、グレーティングを集積化し
た光波長変換素子では、グレーティングの反射波長に半
導体レーザの発振波長が固定されるため、グレーティン
グの反射波長と位相整合波長を精密に一致させるのが難
しく、高効率化が困難であるという問題があった。
In the conventional short-wavelength light generating device using the feedback of the grating, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be controlled by the grating. However, since the oscillation wavelength of the semiconductor laser exists discretely at every 0.1 to 0.2 nm, the wavelength allowable. It is difficult to completely match the phase matching wavelength of an optical wavelength conversion element having a small degree (for example, in the case of a QPM-SHG element, the wavelength tolerance is about 0.1 nm in full width at half maximum), it is difficult to achieve high efficiency, and the output is low. There was a problem of instability. Further, since the phase matching wavelength fluctuates depending on the temperature of the optical wavelength conversion element, there is a problem that the SHG output fluctuates due to a change in environmental temperature. Furthermore, in an optical wavelength conversion device with an integrated grating, the oscillation wavelength of the semiconductor laser is fixed to the reflection wavelength of the grating, so it is difficult to precisely match the reflection wavelength of the grating with the phase matching wavelength, resulting in higher efficiency. There was a problem that it was difficult.

【0012】そこで本発明は上記の点に鑑み、高効率変
換が可能で、環境温度変化に対して安定な出力特性を有
する短波長光発生装置を提供することを目的とする。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a short-wavelength light generator capable of high-efficiency conversion and having stable output characteristics with respect to environmental temperature changes.

【0013】次に、光波長変換素子についての課題を述
べる。電気光学効果を利用して、光波長変換素子の位相
整合波長を調整する方法が示されている。電気光学効果
による屈折率変化は応答速度が速く、高速の変調が可能
であるが、変調可能な屈折率変化は10-4オーダと小さ
いため、変調できる位相整合波長の範囲は、1nm以下の
狭い範囲に限定されるという問題があった。
Next, problems concerning the optical wavelength conversion element will be described. A method of adjusting a phase matching wavelength of an optical wavelength conversion element using an electro-optic effect is disclosed. The change in refractive index due to the electro-optic effect has a fast response speed and enables high-speed modulation. However, since the change in refractive index that can be modulated is as small as 10 -4 , the range of the phase matching wavelength that can be modulated is as narrow as 1 nm or less. There was a problem that it was limited to the range.

【0014】一方、基板の温度を変化させることにより
位相整合波長を制御することも可能であるが、温度変化
による変調は応答速度が遅く、高速の変調ができないと
いう問題があった。
On the other hand, it is possible to control the phase matching wavelength by changing the temperature of the substrate, but there is a problem that modulation by temperature change has a slow response speed and high-speed modulation cannot be performed.

【0015】そこで本発明は上記の点に鑑み、位相整合
波長が高速に変調可能で、かつ広い範囲に渡り変調でき
る光波長変換素子を提供することを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide an optical wavelength conversion element capable of modulating a phase matching wavelength at high speed and modulating over a wide range.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、 (1)強誘電体基板と、前記基板に形成した光導波路
と、前記基板に形成した周期状分極反転構造と、前記基
板上に形成されたストライプ状の第1の導体と、前記第
1の導体の両側または片側に形成されたストライプ状の
第2の導体とを備え、前記第1および第2の導体のスト
ライプ方向が互いにほぼ平行で、かつ前記第1および第
2の導体間に電位差を有し、かつ前記第1または第2の
導体の少なくとも一方に電流が流れており、なおかつ前
記第1および第2の導体間の電位差が、前記光導波路の
伝搬方向に渡り変化することで、前記光導波路に印加さ
れる電界が、伝搬方向に渡り徐々に変化している光波長
変換素子とする。 (2)半導体レーザと、前記光波長変換素子と、集光光
学系とを備え、前記光波長変換素子の位相整合波長が、
前記半導体レーザの発振波長に一致するように、前記光
波長変換素子に形成された第1または第2の導体に印加
される電流および、前記導体間の電位差が調整されてい
ることを特徴とする短波長光発生装置とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides: (1) a ferroelectric substrate, an optical waveguide formed on the substrate, a periodically poled structure formed on the substrate, A first conductor having a stripe shape formed on a substrate; and a second conductor having a stripe shape formed on both sides or one side of the first conductor, in a stripe direction of the first and second conductors. Are substantially parallel to each other, have a potential difference between the first and second conductors, and a current is flowing in at least one of the first and second conductors, and the first and second conductors are An optical wavelength conversion element in which an electric field applied to the optical waveguide gradually changes in the propagation direction by changing a potential difference between the optical waveguides in the propagation direction of the optical waveguide. (2) a semiconductor laser, the light wavelength conversion element, and a condensing optical system, wherein a phase matching wavelength of the light wavelength conversion element is:
The current applied to the first or second conductor formed in the optical wavelength conversion element and the potential difference between the conductors are adjusted to match the oscillation wavelength of the semiconductor laser. It is a short wavelength light generator.

【0017】[0017]

【作用】本発明は前述した方法により、電極に電流を流
すと薄膜ヒータの役割もはたすため、電極により電圧印
加と温度印加を同時にはたすことが可能となり、光波長
変換素子の位相整合波長許容度を拡大することができる
ため、安定したSHG出力が得られる。
By the action of the present invention has been described above method, since the play when an electric current is applied to the electrode is also the role of the thin-film heater, Ri Do can play a voltage application and temperature simultaneously applied by the electrodes, the optical wavelength
The tolerance of phase matching wavelength of the conversion element can be expanded.
Therefore, a stable SHG output can be obtained.

【0018】また、上記の光波長変換素子と半導体レー
ザを組み合わせることにより、小型の短波長光発生装置
を構成できる。半導体レーザから出射された光を集光光
学系により光波長変換素子の光導波路に結合させ、半導
体レーザの発振波長に光波長変換素子の位相整合波長が
一致するよう、温度印加手段と電界印加手段により調整
すると、広い温度範囲に渡り、高速に位相整合波長を変
調することが可能となり、半導体レーザの光を高効率で
波長変換することが可能となる。
Further, by combining the above-mentioned light wavelength conversion element and a semiconductor laser, a small-sized short wavelength light generator can be constructed. The light emitted from the semiconductor laser is coupled to the optical waveguide of the optical wavelength conversion element by a condensing optical system, and the temperature application means and the electric field application means are used so that the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element matches the oscillation wavelength of the semiconductor laser. , The phase matching wavelength can be modulated at high speed over a wide temperature range, and the wavelength of the light of the semiconductor laser can be converted with high efficiency.

【0019】また、温度等の環境変化により、光波長変
換素子の位相整合波長または半導体レーザの発振波長が
変動しても、上記手段により位相整合波長を変調するこ
とで、常に一定のSHG光が得られるため、安定な出力
特性を有する短波長光発生装置を形成できる。
Even if the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element or the oscillation wavelength of the semiconductor laser fluctuates due to a change in environment such as temperature, the above means modulates the phase matching wavelength so that a constant SHG light is always generated. As a result, a short-wavelength light generator having stable output characteristics can be formed.

【0020】[0020]

【実施例】(参考例1) 以下本発明の参考例1について説明する。EXAMPLES described in Reference Example 1 (Reference Example 1) following the present invention.

【0021】図1は、本発明の参考例1の光波長変換素
子の構成斜視図である。1は−C板のLiTaO3基板(結晶
のC軸に垂直な面の−側)、4は分極反転層、5はプロ
トン交換光導波路、6は波長860nmの基本光、7は
波長430nmの第2高調波(以下、SHG光と略
す。)、8は分極反転層の周期Λ、9は分極反転部の幅
W、10は電極、11は薄膜ヒータ、12はSiO2バッフ
ァ層である。この分極反転層4の周期Λは、基本波6の
波長λ、光導波路5の屈折率と形状で異なる。光導波路
幅は4μm、深さは2μm、基本波6の波長λが860
nmのとき、1次の周期Λが約3.8μmである。
[0021] FIG. 1 is a configuration perspective view of the optical wavelength conversion device of Reference Example 1 of the present invention. 1 is a LiTaO 3 substrate of a -C plate (− side of a plane perpendicular to the C axis of the crystal), 4 is a domain-inverted layer, 5 is a proton exchange optical waveguide, 6 is fundamental light having a wavelength of 860 nm, and 7 is a fourth light having a wavelength of 430 nm. 2 is a harmonic (hereinafter abbreviated as SHG light), 8 is the period of the domain-inverted layer, 9 is the width W of the domain-inverted portion, 10 is an electrode, 11 is a thin film heater, and 12 is a SiO 2 buffer layer. The period Λ of the domain-inverted layer 4 differs depending on the wavelength λ of the fundamental wave 6 and the refractive index and the shape of the optical waveguide 5. The optical waveguide width is 4 μm, the depth is 2 μm, and the wavelength λ of the fundamental wave 6 is 860.
In the case of nm, the first-order period Λ is about 3.8 μm.

【0022】次に、本参考例1の光波長変換素子の作製
方法について述べる。−C板のLiTaO3基板の表面にTa膜
をスパッタリング法で30nm堆積する。フォトリソグラフ
ィ法とドライエッチングで分極反転用周期パターンをTa
膜に転写する。基板を260℃のピロ燐酸中で20分間熱処
理して、非マスク部分直下のプロトン交換を行う。その
後540℃で30秒間熱処理して周期状の分極反転層を形成
する。TaマスクをHFで除去した後、酸素雰囲気中で420
℃、6時間アニール処理する。次に光導波路用スリット
を形成する。基板にTaを30nm堆積した後、フォトリソグ
ラフィ法とドライエッチングにより光導波路のパターン
を形成する。260℃のピロ燐酸中で14分間熱処理しプロ
トン交換を行う。その後420℃で1分間アニール処理し
て光導波路を形成する。次に電極及びヒータの形成方法
を図2を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing the optical wavelength conversion element of the first embodiment will be described. A Ta film is deposited to a thickness of 30 nm on the surface of a LiTaO 3 substrate of a C plate by a sputtering method. Periodic pattern for polarization reversal using photolithography and dry etching
Transfer to film. The substrate is heat-treated in pyrophosphoric acid at 260 ° C. for 20 minutes to perform proton exchange just below the unmasked portion. Thereafter, heat treatment is performed at 540 ° C. for 30 seconds to form a periodic domain-inverted layer. After removing the Ta mask with HF, 420
Anneal at 6 ° C. for 6 hours. Next, an optical waveguide slit is formed. After depositing 30 nm of Ta on the substrate, an optical waveguide pattern is formed by photolithography and dry etching. Heat exchange in pyrophosphoric acid at 260 ° C for 14 minutes to perform proton exchange. Thereafter, annealing is performed at 420 ° C. for 1 minute to form an optical waveguide. Next, a method of forming an electrode and a heater will be described with reference to FIG.

【0023】(a)分極反転層と光導波路を形成した基
板表面にSiO2膜を400nm堆積する。SiO2は電極または
薄膜ヒータが光導波路の伝搬損失を増加させないための
バッファ層の役割をはたす。SiO2の厚みは、200nmでは
光導波路の伝搬損失が増加したため、バッファ層として
機能するには、SiO2の厚みは400nm以上必要であること
が明らかになった。(b)レジストを1μm堆積し、フ
ォトリソグラフィ法により電極およびヒータのパターニ
ングを行う。(c)Tiを200nm蒸着する。(d)アセト
ン中で洗浄してリフトオフによりレジスト上に堆積した
Tiを除去し、電極およびヒータのパターンを形成する。
光導波路の両端面を光学研磨し素子を形成した。作製し
た光波長変換素子は幅10mm、長さ10mm、厚み0.5mmであ
った。電極は幅4μmのストライプからなり、電極間隔
は3μmであった。
(A) A 400 nm SiO 2 film is deposited on the surface of the substrate on which the domain-inverted layer and the optical waveguide have been formed. SiO 2 serves as a buffer layer so that the electrode or the thin-film heater does not increase the propagation loss of the optical waveguide. When the thickness of SiO 2 was 200 nm, the propagation loss of the optical waveguide increased, and it became clear that the thickness of SiO 2 was required to be 400 nm or more to function as a buffer layer. (B) A resist having a thickness of 1 μm is deposited, and the electrodes and the heater are patterned by a photolithography method. (C) Ti is deposited to a thickness of 200 nm. (D) Washed in acetone and deposited on resist by lift-off
The pattern of the electrode and the heater is formed by removing Ti.
Both ends of the optical waveguide were optically polished to form an element. The manufactured light wavelength conversion element had a width of 10 mm, a length of 10 mm, and a thickness of 0.5 mm. The electrodes were composed of stripes having a width of 4 μm, and the interval between the electrodes was 3 μm.

【0024】次に、本参考例1の光波長変換素子の特性
評価を行った結果について述べる。ここで、光波長変換
素子の波長変換の原理について簡単に説明する。波長変
換は、非線形光学効果を利用して、基本波を高調波に変
換する方法で、ここでは2次の非線形光学効果を利用し
て第2高調波(基本波の半分の波長)に変換する。波長
変換を高効率に行うには、基本波と第2高調波の光の位
相を伝搬方向に対して一致させる位相整合条件を成立さ
せなければならない。そのため、本参考例1では、周期
状の分極反転層からなる非線形グレーティングにより、
基本波と第2高調波間の位相差を補償する擬似位相整合
方式を採用した。
Next, the results of the evaluation of the characteristics of the optical wavelength conversion element of the first embodiment will be described. Here, the principle of wavelength conversion of the optical wavelength conversion element will be briefly described. The wavelength conversion is a method of converting a fundamental wave into a harmonic using a nonlinear optical effect. Here, the wavelength is converted into a second harmonic (half the wavelength of the fundamental wave) using a second-order nonlinear optical effect. . In order to perform wavelength conversion with high efficiency, it is necessary to satisfy a phase matching condition for matching the phases of the fundamental wave and the light of the second harmonic with the propagation direction. Therefore, in the first embodiment , the nonlinear grating composed of the periodically poled layers is used.
A quasi-phase matching method for compensating for a phase difference between the fundamental wave and the second harmonic is employed.

【0025】本方式は、グレーティングの周期を変える
ことで広い範囲の波長に対して位相整合条件を満足で
き、かつ高効率の波長変換が行えるという特長がある。
反面、グレーティングを利用するため、位相整合の波長
許容度が0.1nm程度と小さいという問題がある。さら
に、非線形グレーティングの屈折率変化により位相整合
波長が変化するという特徴がある。そこで、非線形グレ
ーティングの屈折率変化による位相整合波長の制御につ
いて検討した。
This method has the advantage that the phase matching condition can be satisfied for a wide range of wavelengths by changing the grating period, and wavelength conversion can be performed with high efficiency.
On the other hand, since the grating is used, there is a problem that the wavelength tolerance of the phase matching is as small as about 0.1 nm. Further, there is a feature that the phase matching wavelength changes due to a change in the refractive index of the nonlinear grating. Therefore, control of the phase matching wavelength by changing the refractive index of the nonlinear grating was studied.

【0026】最初に、ヒータ加熱による位相整合波長の
変調特性を評価した。Ti:Al2O3レーザからの光を光導波
路に入射し、SHG出力が最大になる位相整合波長を測
定した。ヒータは幅100μm、厚み200nmで抵抗は500Ω
であり、光導波路とヒータの距離は20μmであった。片
側のヒータにのみ電力を印加し印加電力と位相整合波長
との関係を求め図3に示す。
First, the modulation characteristics of the phase matching wavelength due to heater heating were evaluated. Light from a Ti: Al 2 O 3 laser was incident on the optical waveguide, and the phase matching wavelength at which the SHG output was maximized was measured. The heater is 100μm wide, 200nm thick and the resistance is 500Ω
The distance between the optical waveguide and the heater was 20 μm. Power is applied to only one heater, and the relationship between the applied power and the phase matching wavelength is determined and is shown in FIG.

【0027】3Wの電力をヒータに印すると位相整合
波長が4nmに渡り変化した。光導波路の温度係数から
計算すると光導波路の温度は約150℃に上昇している。
ヒータ加熱により広い範囲に渡り位相整合波長が制御で
きることがわかった。さらに、温度印の応答速度を測
定した。ヒータに印加する電圧(40V)を周期的に変化
させて、位相整合波長の変調特性を測定した。その結
果、数Hzオーダの応答速度を有することが分かった。
基板の面積および厚みを小さくして、基板の熱容量を1/
10にすると数10Hzオーダの応答速度が得られた。
[0027] mark pressurized Then phase matching wavelength in heater power of 3W has changed over the 4nm. When calculated from the temperature coefficient of the optical waveguide, the temperature of the optical waveguide has increased to about 150 ° C.
It was found that the phase matching wavelength could be controlled over a wide range by heating the heater. Further, to measure the response time of the temperature mark pressurized. The modulation characteristics of the phase matching wavelength were measured by periodically changing the voltage (40 V) applied to the heater. As a result, it was found to have a response speed on the order of several Hz.
By reducing the area and thickness of the substrate, the heat capacity of the substrate can be reduced by 1 /
With a setting of 10, a response speed on the order of several tens of Hz was obtained.

【0028】次に、電極による位相整合波長の変調特性
を評価した。LiTaO3は電気光学効果を有する材料であ
る。電気光学効果とは電圧印加により基板の屈折率が変
化する効果であり、印加する電界の方向と大きさによ
り、変化する屈折率の方向と大きさが結晶方向に対し、
一義的に決まっている。LiTaO3の場合、結晶のz方向に
電界を印加して、z方向の屈折率が変化するr33の電気
光学定数が30pm/Vと最も大きい。そこで平行電極を図1
に示す形にして、光導波路にz軸方向の電界が印加され
るように配置した。平行電極に直流電圧を印加して、印
加電圧と位相整合波長との関係を求めた結果を図4に示
す。±50Vの電圧を印加すると、位相整合波長は0.6n
m変調できた。変調の応答速度を測定したところ、数1
00MHz以上の応答速度を有していた。
Next, the modulation characteristics of the phase matching wavelength by the electrodes were evaluated. LiTaO 3 is a material having an electro-optic effect. The electro-optic effect is an effect in which the refractive index of the substrate is changed by applying a voltage, and the direction and magnitude of the changing refractive index are changed with respect to the crystal direction by the direction and magnitude of the applied electric field.
It is decided uniquely. In the case of LiTaO 3, an electric field is applied in the z direction of the crystal, and the electro-optic constant of r 33 at which the refractive index in the z direction changes is as large as 30 pm / V. Therefore, the parallel electrode is
The optical waveguides were arranged so that an electric field in the z-axis direction was applied to the optical waveguides. FIG. 4 shows the result of applying a DC voltage to the parallel electrodes and determining the relationship between the applied voltage and the phase matching wavelength. When a voltage of ± 50V is applied, the phase matching wavelength becomes 0.6n
m modulation was possible. When the modulation response speed was measured,
It had a response speed of 00 MHz or more.

【0029】以上示したように、ヒータ加熱による変調
では変調範囲が広いが応答速度が遅い、一方、電圧によ
る変調では高速の応答速度が実現できるが、変調範囲が
狭いという問題がある。そこで、ヒータと電極に同時に
電圧を印加して、変調特性を測定した。位相整合波長変
化の時間依存性を図5に示す。
As described above, modulation by heater heating has a wide modulation range but a low response speed, while modulation by voltage can realize a high response speed, but has a problem that the modulation range is narrow. Therefore, a voltage was simultaneously applied to the heater and the electrode, and the modulation characteristics were measured. FIG. 5 shows the time dependency of the phase matching wavelength change.

【0030】(a)はヒータに2Wの電力を印加した場
合、(b)はヒータに2Wの電力を印加し、同時に電極に
電圧を印加した場合を示す。(a)の場合、波長が2nm変化
するが、位相整合波長が設定波長に到達するまで、約2
秒かかった。これは、素子温度が一定温度になるのに時
間がかかるためである。そこで、温度が定常状態になる
までの、屈折率変化を電界印加により補うため、図5
(b)に示すように、温度制御と同時に電極に電圧を印加
した。電界による屈折率の制御は、制御範囲は狭いが高
速の制御が可能となる。このため、図5(b)に示すよう
に、0.5秒以下で素子の屈折率を設定値に到達させる
ことが可能になった。温度制御と電界制御を併用するこ
とで、広い範囲に渡り高速の屈折率制御が可能になっ
た。
(A) shows a case where 2 W power is applied to the heater, and (b) shows a case where 2 W power is applied to the heater and a voltage is simultaneously applied to the electrodes. In the case of (a), the wavelength changes by 2 nm, but it takes about 2 nm until the phase matching wavelength reaches the set wavelength.
It took seconds. This is because it takes time for the element temperature to reach a constant temperature. To compensate for the change in the refractive index until the temperature reaches a steady state by applying an electric field, FIG.
As shown in (b), a voltage was applied to the electrode simultaneously with the temperature control. The control of the refractive index by the electric field enables a high-speed control although the control range is narrow. For this reason, as shown in FIG. 5B, the refractive index of the element can reach the set value in 0.5 seconds or less. By using temperature control and electric field control together, high-speed refractive index control over a wide range has become possible.

【0031】なお、本参考例1では電極構造として平行
3本電極を用いたが、平行2本電極でもZ方向の電界を
光導波路に印加できる。
Although the three parallel electrodes are used as the electrode structure in the first embodiment , an electric field in the Z direction can be applied to the optical waveguide with two parallel electrodes.

【0032】なお、本参考例1では平行電極を用いた
が、他に櫛形電極を用いると、より効率よく位相整合波
長を変調できる。以下にその理由を述べる。平行電極で
電界を印加すると光導波路に同じ方向(Z軸方向)の電
界が一様に印加される。ところが、光波長変換素子が図
1に示したように周期状分極反転層からなる擬似位相整
合型の場合、光導波路は周期的に分極が反転した構造を
とり、分極が反転している部分では電気光学定数r33
符号も逆転している。そのため、平行電極で電圧を印加
すると光導波路の分極反転部分と非反転部分とでは屈折
率変化の増減は逆転する。従って、電圧印加により変化
する屈折率は光導波路全体で平均すると、相殺され小さ
くなってしまう。
In the first embodiment , the parallel electrodes are used. However, if a comb-shaped electrode is used, the phase matching wavelength can be modulated more efficiently. The reason is described below. When an electric field is applied by the parallel electrodes, an electric field in the same direction (Z-axis direction) is uniformly applied to the optical waveguide. However, when the optical wavelength conversion element is of a quasi-phase matching type including a periodically poled layer as shown in FIG. 1, the optical waveguide has a structure in which the polarization is periodically reversed. sign of the electro-optical constant r 33 is also reversed. Therefore, when a voltage is applied by the parallel electrodes, the increase / decrease of the refractive index change is reversed between the polarization inversion portion and the non-inversion portion of the optical waveguide. Therefore, the refractive index that changes by applying a voltage is canceled out and becomes small when averaged over the entire optical waveguide.

【0033】一方、図6(a)に示す分極反転周期Λと
同じ周期を有する櫛形電極対を形成すると、図6(b)
に示すように、光導波路内の分極反転層に印加される電
界方向は分極反転部と非反転部で逆転するため、屈折率
変化は反転部、非反転部ともに同じ増減を示す。このた
め、電圧印加により効率よく屈折率を変化させることが
できた。例えば、櫛形電極に、±50Vの電圧を印加す
ると、位相整合波長を1nmに渡り変調でき、平行電極の
約2倍の位相整合波長変調が可能になった。櫛形電極の
櫛の歯の周期は、(2m−1)・Λ (m=1,2,3
・・・)であれば、効率よく、屈折率変化を与えること
ができる。
On the other hand, when a comb-shaped electrode pair having the same period as the domain inversion period Λ shown in FIG.
As shown in (2), since the direction of the electric field applied to the domain-inverted layer in the optical waveguide is reversed between the domain-inverted portion and the non-inverted portion, the change in the refractive index shows the same increase and decrease in both the inverted portion and the non-inverted portion. For this reason, the refractive index could be changed efficiently by applying a voltage. For example, when a voltage of ± 50 V is applied to the comb-shaped electrode, the phase matching wavelength can be modulated over 1 nm, and the phase matching wavelength can be modulated about twice that of the parallel electrode. The period of the teeth of the comb of the comb-shaped electrode is (2m-1) Λ (m = 1, 2, 3
...), The refractive index change can be given efficiently.

【0034】なお、本参考例1ではヒータにTi薄膜を用
いたが、他にCr、Ta、Wなどの高融点金属ならば何れの
金属でも使用できる。また、抵抗加熱、赤外線加熱、ペ
ルチェ素子等、基板に温度を印加できるなら、何れの方
法でも使用できる。
In the first embodiment , a Ti thin film is used for the heater, but any other high-melting metal such as Cr, Ta, or W can be used. In addition, any method can be used as long as the temperature can be applied to the substrate, such as resistance heating, infrared heating, and a Peltier element.

【0035】なお、本参考例1では、Tiを電極に用いた
が、他に透明電極またはAl、Au、Ag、Cr、Ni、Cu、Ta、
Feなど何れの金属でも同様に用いることができる。特に
透明電極を用いると電極が直接光導波路と接することに
より発生する光導波路の伝搬損失が小さいため、バッフ
ァ層12を省略できて有効である。
In the first embodiment , Ti is used for the electrode. However, other materials such as a transparent electrode or Al, Au, Ag, Cr, Ni, Cu, Ta,
Any metal such as Fe can be similarly used. In particular, when a transparent electrode is used, the propagation loss of the optical waveguide generated when the electrode directly contacts the optical waveguide is small, so that the buffer layer 12 can be omitted, which is effective.

【0036】なお、本参考例1では、バッファ層にSiO2
を用いたが、他にTa2O5、SiNなどの誘電体、Siなどの半
導体を用いることができる。特に半導体は、基板温度変
化により発生する焦電効果による電界の発生を防ぎ、温
度特性の向上を実現できるため有効である。
In the first embodiment , the buffer layer is made of SiO 2
However, other dielectric materials such as Ta 2 O 5 and SiN, and semiconductors such as Si can be used. In particular, a semiconductor is effective because an electric field due to a pyroelectric effect generated by a change in the substrate temperature can be prevented and the temperature characteristics can be improved.

【0037】なお、本参考例1では基板にLiTaO3基板を
用いたが他にMgO、Nb、NdなどをドープしたLiTaO3、ま
たはLiNbO3またはその混合物であるLiTa(1-x)NbxO3(0
≦x≦1)基板、そのほかKTP(KTiOPO4)でも同様な素
子が作製できる。LiTaO3、LiNbO3、KTPはともに、高
い非線形性を有するため、高効率の光波長変換素子が作
製できる。しかも、これらの材料においては周期的分極
反転層の形成方法が確認されているため、高効率の光波
長変換素子が形成できる。
In the first embodiment , a LiTaO 3 substrate was used as the substrate. Alternatively, LiTaO 3 doped with MgO, Nb, Nd, or the like, or LiNbO 3 or a mixture thereof, LiTa (1-x) Nb x O 3 (0
≦ x ≦ 1) substrate, other KTP (KTiOPO 4) any similar device can be fabricated. Since LiTaO 3 , LiNbO 3 , and KTP all have high nonlinearity, a highly efficient optical wavelength conversion element can be manufactured. In addition, since a method of forming a periodically poled layer has been confirmed for these materials, a highly efficient optical wavelength conversion element can be formed.

【0038】(参考例2) 以下本発明の光波長変換素子の参考例2について説明す
る。
[0038] (Reference Example 2) The following reference examples 2 of the optical wavelength conversion device of the present invention will be described.

【0039】図7は、本発明の参考例2の光波長変換素
子の構成斜視図である。1は−C板のLiTaO3基板(結晶
のC軸に垂直な面の−側)、4は分極反転層、5はプロ
トン交換導波路、6は波長860nmの基本光、7は波
長430nmの第2高調波(以下、SHG光と略
す。)、8は分極反転層の周期Λ、9は分極反転部の幅
W、10は電極、11は薄膜ヒータ、12はSiO2バッフ
ァ層、13はSiO2バッファ層である。光導波路幅は4μ
m、深さは2μm、分極反転層の周期Λは約3.8μm
である。光波長変換素子の作製方法は参考例1とほぼ同
じである。但し、電極を形成後、SiO2バッファ層を1μ
m堆積し、その上にヒータを形成した。
FIG. 7 is a configuration perspective view of an optical wavelength conversion element according to Embodiment 2 of the present invention. 1 is a LiTaO 3 substrate of a -C plate (− side of a plane perpendicular to the C axis of the crystal), 4 is a domain-inverted layer, 5 is a proton exchange waveguide, 6 is fundamental light having a wavelength of 860 nm, and 7 is a fourth light having a wavelength of 430 nm. 2 is a harmonic (hereinafter abbreviated as SHG light), 8 is the period of the domain-inverted layer Λ, 9 is the width W of the domain-inverted portion, 10 is an electrode, 11 is a thin film heater, 12 is a SiO 2 buffer layer, and 13 is SiO. Two buffer layers. Optical waveguide width is 4μ
m, the depth is 2 μm, and the period 分 極 of the domain-inverted layer is about 3.8 μm.
It is. The manufacturing method of the light wavelength conversion element is almost the same as that of the first embodiment . However, after forming the electrodes, the SiO 2 buffer layer
m, and a heater was formed thereon.

【0040】次に、図7の光波長変換素子の動作原理に
ついて説明する。電極上に絶縁膜を挟んで薄膜ヒータを
形成した。絶縁膜を形成することにより、電極と薄膜ヒ
ータが電気的に分離され、集積化が可能になる。また、
ヒータと電極を積層構造に集積化することにより、ヒー
タによる、温度の熱伝導性が向上したため、温度印加に
よる屈折率変調の応答速度が参考例1の光波長変換素子
に比べて、約2倍早くなった。参考例1と同様に、ヒー
タと電極に電圧を印加し、非線形光学素子の屈折率変調
を行ったところ、0.3秒で所望の屈折率に、変調する
ことが可能になった。ヒータと電極を層状に集積化する
ことにより、より高速な位相整合波長の変調が可能にな
った。さらに、ヒータと電極を積層構造にすることによ
り、素子の占有面積が小さくなり、同じ面積の基板内
に、約3/2倍の波長変換素子が形成できるようになっ
た。
Next, the operation principle of the optical wavelength conversion device shown in FIG. 7 will be described. A thin film heater was formed on the electrode with an insulating film interposed. By forming the insulating film, the electrode and the thin film heater are electrically separated, and integration becomes possible. Also,
By integrating the heater and the electrodes in a laminated structure, the thermal conductivity of the temperature by the heater is improved, so that the response speed of the refractive index modulation by the application of the temperature is about twice that of the optical wavelength conversion element of Reference Example 1. It got faster. As in Reference Example 1, when a voltage was applied to the heater and the electrode to modulate the refractive index of the nonlinear optical element, the desired refractive index could be modulated in 0.3 seconds. By integrating the heater and the electrodes in layers, it has become possible to modulate the phase matching wavelength at a higher speed. Further, by arranging the heater and the electrodes in a laminated structure, the area occupied by the element is reduced, and a wavelength conversion element about 3/2 times can be formed in a substrate having the same area.

【0041】(実施例) 図8は、本発明の実施例の光波長変換素子の構成斜視図
である。1は−C板のLiTaO3基板(結晶のC軸に垂直な
面の−側)、4は分極反転層、5はプロトン交換光導波
路、6は波長860nmの基本光、7は波長430nm
の第2高調波(以下、SHG光と略す。)、8は分極反
転層の周期Λ、9は分極反転部の幅W、14は第1の導
体であるTi薄膜、15は第2の導体であるTi薄膜、1
2はSiO2バッファ層である。光導波路幅は4μm、深さ
は2μm、分極反転層の周期は約3.8μmである。
[0041] (Embodiment 1) FIG. 8 is a configuration perspective view of the optical wavelength conversion element of the real施例of the present invention. 1 is a LiTaO 3 substrate of a -C plate (− side of a plane perpendicular to the C axis of the crystal), 4 is a domain-inverted layer, 5 is a proton exchange optical waveguide, 6 is fundamental light having a wavelength of 860 nm, and 7 is 430 nm.
(Hereinafter abbreviated as SHG light), 8 is the period of the domain-inverted layer, 9 is the width W of the domain-inverted portion, 14 is the Ti thin film as the first conductor, and 15 is the second conductor. Ti thin film, 1
Reference numeral 2 denotes an SiO 2 buffer layer. The optical waveguide width is 4 μm, the depth is 2 μm, and the period of the domain-inverted layer is about 3.8 μm.

【0042】次に、図8の光波長変換素子の動作原理に
ついて説明する。第1の導体であるTi薄膜14の両端に
V1の電圧を印加、第2の導体15の両端にV2の電圧を
し電流を流すと、薄膜ヒータとして働き、光導波路
に温度を印加できる。同時にTi薄膜14、15間に電位
差Vを設けると光導波路に電界を印加できる。一対の電
極により、電界と温度を同時に印加することができる。
光波長変換素子の位相整合波長の変調特性としては、電
極とヒータを積層構造に集積化したタイプとほぼ同等の
特性を示した。さらに、この光波長変換素子は構造が単
純で、第2の参考例の素子作製に必要であったバッファ
層形成工程、薄膜ヒータ形成工程を省略できるため、作
製が容易であるという特徴を有する。
Next, the operation principle of the optical wavelength conversion device shown in FIG. 8 will be described. Both ends indicia pressure to the voltage V1 of the Ti film 14 is a first conductor, the voltage of V2 across the second conductor 15 passing a <br/> mark pressurized Shi current, it acts as a thin-film heater, the optical waveguide Temperature can be applied. At the same time, when a potential difference V is provided between the Ti thin films 14 and 15, an electric field can be applied to the optical waveguide. With a pair of electrodes, an electric field and a temperature can be simultaneously applied.
As the modulation characteristics of the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element, the characteristics were almost the same as those of the type in which the electrode and the heater were integrated in a laminated structure. Further, the light wavelength conversion element has a simple structure and can be easily manufactured because the buffer layer forming step and the thin film heater forming step required for manufacturing the element of the second reference example can be omitted.

【0043】なお、電極構造としては、参考例1で示し
た3本のストライプ構造、櫛形電極構造構造でも、同様
の構成が得られる。特に、櫛形電極は電界制御による屈
折率変化が大きいため有効である。
The same structure can be obtained with the three stripe structure and the comb-shaped electrode structure shown in Reference Example 1 as the electrode structure. In particular, a comb-shaped electrode is effective because the change in the refractive index due to electric field control is large.

【0044】次に、図8の光波長変換素子の構造を用い
て、光波長変換素子の位相整合許容度の拡大について検
討を行った結果について述べる。
Next, a description will be given of the result of a study on the expansion of the phase matching tolerance of the optical wavelength conversion device using the structure of the optical wavelength conversion device shown in FIG.

【0045】図8に示した光波長変換素子の構成におい
て、第1の導体14に電流を流し、第2の導体15は一
定電圧(この場合は接地、電圧0)とした。実験では、
第1のTi薄膜のストライプ方向に40Vの電圧を印加し
た、Ti薄膜は、抵抗加熱による熱が発生し、ヒータとし
て作用した。さらに第14の導体と第2の導体15間の
電界は、光導波路の伝搬方向に渡って、0から40V/
3μmまで増加する。このため、光導波路の屈折率は、
電気光学効果により、図9に示したように、光導波路の
進行方向に渡って徐々に増加する。これによって、光波
長変換素子の位相整合波長が進行方向に渡り直線的に変
化することになり、素子全体の位相整合波長許容度が図
10に示したように0.1nmから1nmに10倍に拡
大することができた。この光波長変換素子を用いると、
基本波の波長変動に対し、安定したSHG出力が得られ
た。
In the configuration of the optical wavelength conversion element shown in FIG. 8, a current was applied to the first conductor 14, and the second conductor 15 was set to a constant voltage (in this case, ground, voltage 0). In the experiment,
When a voltage of 40 V was applied in the stripe direction of the first Ti thin film, the Ti thin film generated heat due to resistance heating and acted as a heater. Further, the electric field between the fourteenth conductor and the second conductor 15 is 0 to 40 V / over the propagation direction of the optical waveguide.
Increase to 3 μm. Therefore, the refractive index of the optical waveguide is
Due to the electro-optic effect, as shown in FIG. 9, it gradually increases in the traveling direction of the optical waveguide. As a result, the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element changes linearly in the traveling direction, and the phase matching wavelength tolerance of the entire element is increased by a factor of 10 from 0.1 nm to 1 nm as shown in FIG. Could be expanded. Using this optical wavelength conversion element,
A stable SHG output was obtained with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave.

【0046】(実施例) 光素子に温度印加手段と電界印加手段を形成することに
より、素子特性の安定化が図れる。ここでは、実施例
(図8)と同様の構成の光素子として光スイッチについ
て説明する。光導波路上に図8に示した電極構造を形成
と、安定な特性を有する光スイッチが構成できる。
(Example 2 ) By forming a temperature applying means and an electric field applying means on an optical element, the element characteristics can be stabilized. Here, the first embodiment
An optical switch will be described as an optical element having the same configuration as that of FIG. When you form <br/> the electrode structure shown in FIG. 8 on the optical waveguide, an optical switch with stable characteristics can be constructed.

【0047】図11を用いて、光スイッチの動作原理を
説明する。レーザ23から出た光を、ハーフミラー24
で分岐し、一方を光スイッチ25の光導波路に集光光学
系26により入射する。光導波路を通った光をコリメー
トし、分岐した光と合波し、検出器27で検出する。光
導波路上に形成した電極に電圧を印すると、光導波路
の屈折率が変化するため、光路差が変化し、合波した光
の干渉により光スイッチとして動作する。光出力を10
0MHzの周波数で変調できた。しかしながら、素子2
5の温度が変化すると、温度変化による光導波路の屈折
率変化が生じ、光路長が変わるため、スイッチの特性が
不安定になった。そこで、ヒータ電極に電流を流して、
光素子の温度を一定に保つことにより、出力の安定性が
図れ、出力変動を2%以下に抑えることができた。温度
制御と電界制御が電極により同時に行えるため、安定な
動作のスイッチが構成できた。
The operation principle of the optical switch will be described with reference to FIG. The light emitted from the laser 23 is transmitted to the half mirror 24
And one is made incident on the optical waveguide of the optical switch 25 by the condensing optical system 26. The light passing through the optical waveguide is collimated, multiplexed with the branched light, and detected by the detector 27. Then voltage application pressure to the electrodes formed on the optical waveguide, the refractive index of the optical waveguide is changed, the optical path difference is changed, it operates as an optical switch by the interference of the multiplexed light. Light output 10
Modulation was possible at a frequency of 0 MHz. However, element 2
When the temperature of No. 5 changes, the refractive index of the optical waveguide changes due to the temperature change, and the optical path length changes, so that the characteristics of the switch become unstable. Therefore, a current is passed through the heater electrode,
By keeping the temperature of the optical element constant, output stability could be achieved and output fluctuation could be suppressed to 2% or less. Since temperature control and electric field control can be performed simultaneously by the electrodes, a switch with stable operation can be configured.

【0048】(実施例) 以下、本実施例の短波長光発生装置について説明する。(Embodiment 3 ) Hereinafter, a short wavelength light generating apparatus according to the present embodiment will be described.

【0049】図12は、本発明の短波長光発生装置の構
成斜視図である。図12において、1は−C板のLiTaO3
基板(結晶のC軸に垂直な面の−側)、4は分極反転
層、5はプロトン交換光導波路、6は波長860nmの
基本光、7は波長430nmの第2高調波、8は分極反
転層の周期Λ、9は分極反転部の幅W、10は電極、1
1は薄膜ヒータ、12はSiO2バッファ層、20は半導体
レーザ、21は集光光学系である。光導波路幅は4μ
m、深さは2μm、基本波6の波長λが860nm、1
次の周期Λは3.8μmであった。
FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a short wavelength light generator according to the present invention. In FIG. 12, reference numeral 1 denotes LiTaO 3 of a −C plate.
Substrate (negative side of the plane perpendicular to the C axis of the crystal), 4 is a domain-inverted layer, 5 is a proton exchange optical waveguide, 6 is fundamental light having a wavelength of 860 nm, 7 is a second harmonic having a wavelength of 430 nm, and 8 is domain-inverted The layer period Λ, 9 is the width W of the domain-inverted portion, 10 is the electrode, 1
1 is a thin film heater, 12 is an SiO 2 buffer layer, 20 is a semiconductor laser, and 21 is a focusing optical system. Optical waveguide width is 4μ
m, the depth is 2 μm, the wavelength λ of the fundamental wave 6 is 860 nm,
The next period Λ was 3.8 μm.

【0050】半導体レーザ20から出た基本光6は集光
光学系21により集光され光導波路5に入射する。入射
した基本光6は光導波路5内を伝搬するが、伝搬するに
つれ周期的な分極反転層4により徐々に基本光の半分の
波長のSHG光に変換される。半導体レーザの発振波長
は、一般的に、温度、駆動電流等の変化により変動す
る。例えば、0.8μm帯のファブリペロー型の半導体
レーザでは0.1〜0.2nm/℃の割合で変化する。
このため、通常の光波長変換素子では、位相整合波長許
容度が0.1nm程度しかないため、温度制御を1℃以
下に制御しないと、SHG出力は得られなかった。
The fundamental light 6 emitted from the semiconductor laser 20 is condensed by the condensing optical system 21 and enters the optical waveguide 5. The incident fundamental light 6 propagates in the optical waveguide 5, and is gradually converted into SHG light having a wavelength half the fundamental light by the periodic domain inversion layer 4 as the propagation proceeds. The oscillation wavelength of a semiconductor laser generally fluctuates due to changes in temperature, drive current, and the like. For example, in a Fabry-Perot type semiconductor laser in the 0.8 μm band, the ratio changes at a rate of 0.1 to 0.2 nm / ° C.
For this reason, in a normal optical wavelength conversion element, the phase matching wavelength tolerance is only about 0.1 nm, and unless the temperature control is controlled to 1 ° C. or less, an SHG output cannot be obtained.

【0051】ところが、参考例1の光波長変換素子を用
いると、位相整合波長を最大4.6nmに渡り変調でき
るため、±10℃の半導体レーザの温度変化に対して
も、位相整合波長を調整することで、SHG出力を安定
に保つことができた。さらに、SHG出力を検出して、
SHG出力が最大になるように、ヒータと電極に印加す
る電圧を調整するフィードバック回路を加えた。ヒータ
と電極により2nmの波長範囲を数10Hzの変調速度
で制御できるため、フィードバック回路により比較的速
い、応答速度の変調が可能になった。その結果、SHG
出力の変動を±10℃の半導体レーザの温度変化に対し
て、10%以下に抑えることが可能になった。但し、半
導体レーザがモードホップを起こした場合は、半導体レ
ーザの発振波長が大きく(0.1〜0.2nm)変動し
たため、出力は一時的に50%近く低下した。それ以外
では、変動を10%以下に抑えることが可能であった。
However, when the optical wavelength conversion element of Reference Example 1 is used, the phase matching wavelength can be modulated over a maximum of 4.6 nm, so that the phase matching wavelength can be adjusted even when the semiconductor laser temperature changes by ± 10 ° C. By doing so, the SHG output could be kept stable. Further, by detecting the SHG output,
A feedback circuit was added to adjust the voltage applied to the heater and the electrodes so that the SHG output was maximized. Since the wavelength range of 2 nm can be controlled at a modulation speed of several tens of Hz by the heater and the electrode, a relatively fast response speed can be modulated by the feedback circuit. As a result, SHG
The output fluctuation can be suppressed to 10% or less with respect to the temperature change of the semiconductor laser of ± 10 ° C. However, when the semiconductor laser caused a mode hop, the oscillation wavelength of the semiconductor laser fluctuated greatly (0.1 to 0.2 nm), and the output temporarily decreased by nearly 50%. In other cases, the fluctuation could be suppressed to 10% or less.

【0052】(参考例3) 半導体レーザのモードホップおよび波長変動を抑えるた
め、グレーティングフィードバックを利用した参考例3
短波長光発生装置について説明する。
[0052] (Reference Example 3) in order to suppress the mode hopping and the wavelength fluctuation of the semiconductor laser, Reference Example 3 using a grating feedback
It will be described short-wavelength light generating apparatus.

【0053】図13は、本発明の短波長光発生装置の構
成斜視図である。図13において、1は−C板のLiTaO3
基板(結晶のC軸に垂直な面の−側)、4は分極反転
層、5はプロトン交換光導波路、22はグレーティン
グ、6は波長860nmの基本光、7は波長430nm
の第2高調波(以下、SHG光と略す。)、8は分極反
転層の周期Λ、9は分極反転部の幅W、10は電極、1
1は薄膜ヒータ、12はSiO2バッファ層、20は半導体
レーザ、21は集光光学系である。出射部近傍に形成さ
れたグレーティング22はDBRグレーティングとして
働き、光導波路5を伝搬する特定波長の基本光6が反射
され、集光光学系21を通って、半導体レーザ20に帰
還する。半導体レーザ20の発振波長は、この帰還波長
に固定されるため、半導体レーザの発振波長変動を抑え
て安定化が可能となり、モードホップによる波長変動も
なくなった。
FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of a short wavelength light generating device according to the present invention. In FIG. 13, reference numeral 1 denotes a LiTaO 3
Substrate (negative side of the plane perpendicular to the C axis of the crystal), 4 is a domain-inverted layer, 5 is a proton exchange optical waveguide, 22 is a grating, 6 is fundamental light having a wavelength of 860 nm, and 7 is 430 nm.
(Hereinafter abbreviated as SHG light), 8 is the period of the domain-inverted layer, 9 is the width W of the domain-inverted portion, 10 is the electrode, 1
1 is a thin film heater, 12 is an SiO 2 buffer layer, 20 is a semiconductor laser, and 21 is a focusing optical system. The grating 22 formed in the vicinity of the emission part functions as a DBR grating, and the fundamental light 6 of a specific wavelength propagating in the optical waveguide 5 is reflected and returns to the semiconductor laser 20 through the condensing optical system 21. Since the oscillation wavelength of the semiconductor laser 20 is fixed to the feedback wavelength, the oscillation wavelength fluctuation of the semiconductor laser can be suppressed and stabilized, and the wavelength fluctuation due to mode hop is eliminated.

【0054】本短波長光発生装置においては、半導体レ
ーザの温度および駆動電流等による波長変動は抑えるこ
とができる。しかしながら、安定化された半導体レーザ
と光波長変換素子の位相整合波長の整合が必要となる。
環境温度が変化すると光波長変換素子の温度特性によ
り、位相整合波長が変化する、このため、SHG出力の
安定化を図るには、光波長変換素子の位相整合波長の制
御が必要となる。そこで、光波長変換素子に集積化した
ヒータと電極により位相整合波長を制御した。参考例
で述べたように、2nmの波長範囲を0.5秒程度で制
御できるため、フィードバック回路により比較的速い、
応答速度の変調が可能になった。半導体レーザの出力は
100mW、光導波路に結合した光は70mWであっ
た。このときの変換効率は14%であり、10mWのS
HG出力がえられた。さらに、±20℃の環境温度の変
動に対して、SHG出力の変動を5%以下に抑えること
が可能になった。半導体レーザの波長変動およびモード
ホップを低減できたため、安定な出力の光波長変換素子
の作製が可能になった。
In this short-wavelength light generator, wavelength fluctuations due to the temperature of the semiconductor laser, the driving current, and the like can be suppressed. However, it is necessary to match the phase matching wavelength between the stabilized semiconductor laser and the optical wavelength conversion element.
When the environmental temperature changes, the phase matching wavelength changes due to the temperature characteristics of the optical wavelength conversion element. Therefore, in order to stabilize the SHG output, it is necessary to control the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element. Therefore, the phase matching wavelength was controlled by a heater and electrodes integrated in the optical wavelength conversion element. Reference Example 1
As described above, since the wavelength range of 2 nm can be controlled in about 0.5 seconds, the feedback circuit is relatively fast,
Modulation of response speed became possible. The output of the semiconductor laser was 100 mW, and the light coupled to the optical waveguide was 70 mW. At this time, the conversion efficiency is 14%, and the Sm of 10 mW
HG output was obtained. Further, it becomes possible to suppress the fluctuation of the SHG output to 5% or less with respect to the fluctuation of the environmental temperature of ± 20 ° C. Since the wavelength fluctuation and the mode hop of the semiconductor laser were reduced, it was possible to manufacture an optical wavelength conversion element having a stable output.

【0055】以上のように、本参考例3の短波長光発生
装置により、環境温度の変化に対して、安定で高出力の
青色コヒーレント光(SHG光)が得られた。その結
果、光ディスク、レーザプリンタなどの光源に応用でき
る。この短波長光源により、光ディスクの記憶容量を大
幅に増大でき、かつ非常に小型の機器が製造できる。
As described above, the short-wavelength light generator of the present embodiment 3 provided stable and high-output blue coherent light (SHG light) with respect to changes in environmental temperature. As a result, it can be applied to light sources such as optical disks and laser printers. With this short wavelength light source, the storage capacity of the optical disk can be greatly increased, and a very small device can be manufactured.

【0056】なお、本参考例3では、短波長光発生装置
を構成している光波長変換素子として、参考例1に示し
た光波長変換素子を用いたが、参考例2または実施例1
で示した光波長変換素子も同様に使用できる。参考例
で示した光波長変換素子は、より光効率の変調が可能
で、消費電力の小さな短波長光発生装置が構成でき有効
である。
[0056] In the present embodiment 3, as the optical wavelength conversion element constituting the short-wavelength light generating apparatus, it is used an optical wavelength conversion element shown in Reference Example 1, Reference Example 2 or Example 1
The light wavelength conversion element shown by the symbol can be used in the same manner. Reference example 2
The light wavelength conversion element indicated by (1) can modulate the light efficiency more effectively, and can effectively constitute a short-wavelength light generator with low power consumption.

【0057】なお、本参考例3では、半導体レーザの波
長安定化に、光導波路上に形成したDBRグレーティン
グを利用したが、他に、従来の実施例で説明した外部グ
レーティングを用いる方法がある。外部グレーティング
を用いると、光導波路上に形成したグレーティングにお
いて、発生する第2高調波の損失が生じないため、より
高効率の短波長光発生装置が構成できるため有効であ
る。
In the third embodiment , the DBR grating formed on the optical waveguide is used for stabilizing the wavelength of the semiconductor laser, but there is another method using the external grating described in the conventional embodiment. The use of the external grating is effective because the second harmonic generated in the grating formed on the optical waveguide is not lost, and a more efficient short-wavelength light generator can be configured.

【0058】なお、本参考例3では、半導体レーザの波
長安定化に、光導波路上に形成したDBRグレーティン
グを利用したが、他に、狭帯域フィルターが利用でき
る。狭帯域フィルターを半導体レーザ光を光導波路内に
集光する光学系に挿入することで、特定波長を光導波路
に励起し、かつ、光導波路からの反射光を半導体レーザ
に帰還することで、波長安定化が図れる。狭帯域フィル
ターを用いると、機械的に安定な短波長光発生装置を構
成できるため有効である。
In the third embodiment , the DBR grating formed on the optical waveguide is used for stabilizing the wavelength of the semiconductor laser. Alternatively, a narrow band filter can be used. By inserting a narrow band filter into the optical system that focuses the semiconductor laser light into the optical waveguide, a specific wavelength is excited into the optical waveguide, and the reflected light from the optical waveguide is fed back to the semiconductor laser, so that the wavelength is reduced . Stabilization can be achieved. The use of a narrow band filter is effective because a mechanically stable short-wavelength light generator can be configured.

【0059】(参考例4) ここでは、外部の温度変化に対して、安定な出力特性を
有する参考例4の光波長変換素子について説明する。
Reference Example 4 Here, an optical wavelength conversion element of Reference Example 4 having a stable output characteristic with respect to an external temperature change will be described.

【0060】図13の短波長光発生装置において、短波
長光発生装置の温度を変えて、出力の温度特性を測定し
た。その結果、出力は25℃で最大値をとり、温度の半
値全幅は約10℃であった。この原因は、光波長変換素
子の特性を測定した結果、以下のように分析された。光
波長変換素子における位相整合波長の温度係数(dn/d
T)は0.038nm/℃、グレーティング反射波長のdn/dTは
0.028nm/℃であった。このため、光波長変換素子の位
相整合波長と半導体レーザの発振波長(グレーティング
の反射波長できまる)の差は0.01nm/℃の温度係数を有
している。光波長変換素子の位相整合波長許容度の半値
全幅は約0.1nmであるから、0.1nm/(0.01nm/℃)より
短波長光発生装置の温度係数は約10℃の温度許容度を
有する。
In the short-wavelength light generator of FIG. 13, the temperature characteristics of the output were measured while changing the temperature of the short-wavelength light generator. As a result, the output reached its maximum value at 25 ° C., and the full width at half maximum of the temperature was about 10 ° C. The cause was analyzed as follows as a result of measuring the characteristics of the optical wavelength conversion element. Temperature coefficient of phase matching wavelength (dn / d
T) is 0.038 nm / ° C, and the grating reflection wavelength dn / dT is
0.028 nm / ° C. Therefore, the difference between the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element and the oscillation wavelength of the semiconductor laser (determined by the reflection wavelength of the grating) has a temperature coefficient of 0.01 nm / ° C. Since the full width at half maximum of the phase matching wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element is about 0.1 nm, the temperature coefficient of the light generator having a wavelength shorter than 0.1 nm / (0.01 nm / ° C.) has a temperature tolerance of about 10 ° C.

【0061】以上のように、短波長光発生装置の温度係
数は、位相整合波長とグレーティングの反射波長のdn/d
Tの差により決定される。従って、位相整合波長とグレ
ーティングの反射波長のdn/dTを等しくすることが、可
能になれば外部温度変化に対して安定な特性を有する短
波長光発生装置が構成できる。
As described above, the temperature coefficient of the short-wavelength light generator is represented by dn / d of the phase matching wavelength and the reflection wavelength of the grating.
Determined by the difference in T. Therefore, if it is possible to make the phase matching wavelength equal to dn / dT of the reflection wavelength of the grating, a short wavelength light generating device having a stable characteristic against an external temperature change can be constituted.

【0062】そこで、グレーティング上に、基板より温
度係数の大きな膜を堆積することで、グレーティング反
射波長のdn/dTを増加させ、位相整合波長とグレーティ
ング反射波長とのdn/dTの差を小さくすることで、出力
の温度特性の改善を図った。構成としては、図13に示
した短波長光発生装置と同じ構成であるが、グレーティ
ング22の上に、PLZT((Pb(1-x)Lax)(ZryTi(1-y))
(1-x/4)O3)の膜を200nm堆積した。PLZTは屈折率:約2.
5で、屈折率の温度変化dn/dTは10×10-5である。LiTaO3
基板のdn/dT:6.8×10-5/℃に比べ大きな屈折率変化を
有するPLZTをグレーティング上に堆積することにより、
グレーティング反射波長の温度係数は大きくなり、その
結果、反射波長の温度係数dn/dTは0.036nm/℃に増加し
た。これによって、位相整合波長とグレーティング反射
波長のdn/dTの差は0.002nm/℃まで低減することが可能
になり、出力の温度許容度は5倍の50℃に増加した。
外部の温度変化に対し安定な出力特性を有する素子を構
成できた。
Therefore, by depositing a film having a higher temperature coefficient than the substrate on the grating, the dn / dT of the grating reflection wavelength is increased, and the difference between the phase matching wavelength and the dn / dT between the grating reflection wavelength is reduced. Thus, the output temperature characteristics were improved. The configuration is the same configuration as the short-wavelength light generating apparatus shown in FIG. 13, on the grating 22, PLZT ((Pb (1 -x) La x) (Zr y Ti (1-y))
A film of (1-x / 4) O 3 ) was deposited to a thickness of 200 nm. PLZT has a refractive index of about 2.
At 5, the temperature change dn / dT of the refractive index is 10 × 10 −5 . LiTaO 3
By depositing PLZT having a large refractive index change on the grating as compared with dn / dT of the substrate: 6.8 × 10 −5 / ° C.,
The temperature coefficient of the reflection wavelength of the grating increased, and as a result, the temperature coefficient dn / dT of the reflection wavelength increased to 0.036 nm / ° C. As a result, the difference between dn / dT between the phase matching wavelength and the reflection wavelength of the grating can be reduced to 0.002 nm / ° C., and the temperature tolerance of the output has increased to 50 ° C., which is five times.
An element having stable output characteristics with respect to an external temperature change could be constructed.

【0063】なお、本参考例4では、グレーティング上
にPLZTを堆積したが、他に基板の温度変化dn/dTより大
きなdn/dTを有し、かつ、光導波路を導波する光に損失
を与えない膜ならば、何れの膜でもよい。膜厚を変える
ことで光導波路の温度係数をある程度制御できる。
In the fourth embodiment , PLZT is deposited on the grating. However, the PLZT has a larger dn / dT than the temperature change dn / dT of the substrate and has a loss in light guided through the optical waveguide. Any film may be used as long as it is not provided. By changing the film thickness, the temperature coefficient of the optical waveguide can be controlled to some extent.

【0064】なお、参考例4では、位相整合波長とグレ
ーティング反射波長のdn/dTを整合させるため、グレー
ティング上にPLZTを堆積したが、グレーティング以外の
部分に基板のdn/dTより小さなdn/dTを有する膜を堆積す
ると、位相整合波長のdn/dTが低下して、同様の結果が
得られる。例えば、Ta2O5、SiO2(dn/dT:約0.5×10-5
℃)などの酸化膜、が使用できる。また、TiO2(dn/d
T:-4〜-7×10-5/℃)、PbMoO4(-4〜-7×10-5/℃)
などはLiTaO3基板のdn/dtと逆符号を有するため有効で
ある。
In Reference Example 4 , PLZT was deposited on the grating in order to match the phase matching wavelength and dn / dT of the grating reflection wavelength. However, dn / dT smaller than the dn / dT of the substrate was applied to portions other than the grating. Is deposited, the phase matching wavelength dn / dT decreases, and the same result is obtained. For example, Ta 2 O 5 , SiO 2 (dn / dT: about 0.5 × 10 −5 /
C.) or the like. TiO 2 (dn / d
T: -4 to -7 × 10 -5 / ° C), PbMoO 4 (-4 to -7 x 10 -5 / ° C)
Are effective because they have the opposite sign to dn / dt of the LiTaO 3 substrate.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、電極を電界印加と
ヒータとして同時に作用させることにより、光波長変換
素子の位相整合波長変調の電力の低消費化が図れるとと
もに、位相整合波長許容度の拡大が可能となるため、
の実用効果は大きい。
As described above, by simultaneously using the electrode as an electric field and as a heater, the power consumption of the phase matching wavelength modulation of the optical wavelength conversion element can be reduced, and the tolerance of the phase matching wavelength can be increased. Therefore , the practical effect is large.

【0066】また、上記光波長変換素子と半導体レーザ
により小型の短波長コヒーレント光源を構成することに
より、安定な青色コヒーレント光を得ることができ、光
ディスク、レーザプリンターへの応用が可能になり、そ
の実用効果は大きい。
Further, by constituting a small short-wavelength coherent light source with the above-mentioned light wavelength conversion element and semiconductor laser, stable blue coherent light can be obtained, and application to optical disks and laser printers becomes possible. The practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関する参考例の光波長変換素子の構成
斜視図
FIG. 1 is a configuration perspective view of an optical wavelength conversion element according to a reference example of the present invention.

【図2】本発明に関する参考例の光波長変換素子の作製
工程図
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an optical wavelength conversion element of a reference example according to the present invention.

【図3】光波長変換素子のヒータに印加した電力と位相
整合波長の関係を表す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between power applied to a heater of the optical wavelength conversion element and a phase matching wavelength.

【図4】光波長変換素子の電極に印加した電圧と位相整
合波長の関係を表す特性図
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a voltage applied to an electrode of the optical wavelength conversion element and a phase matching wavelength.

【図5】位相整合波長変化の時間依存性を表す図であ
り、 (a)はヒータにのみ電力を印加した場合の特性図 (b)はヒータと電極に同時に電圧を印加場合の特性図
5A and 5B are diagrams showing the time dependence of a phase matching wavelength change. FIG. 5A is a characteristic diagram when power is applied only to a heater. FIG. 5B is a characteristic diagram when voltage is applied to a heater and an electrode at the same time.

【図6】光波長変換素子における電界分布を表す図であ
り、 (a)は光波長変換素子の断面図 (b)は光導波路に印加される電界と屈折率変化を表す
特性図
6A and 6B are diagrams illustrating an electric field distribution in an optical wavelength conversion element, wherein FIG. 6A is a cross-sectional view of the optical wavelength conversion element, and FIG. 6B is a characteristic diagram illustrating an electric field applied to the optical waveguide and a change in refractive index.

【図7】本発明に関する参考例の他の光波長変換素子の
構成斜視図
FIG. 7 is a configuration perspective view of another optical wavelength conversion element according to a reference example of the present invention.

【図8】本発明の他の光波長変換素子の構成斜視図FIG. 8 is a configuration perspective view of another optical wavelength conversion element of the present invention.

【図9】光波長変換素子の光導波路の屈折率変化を表す
特性図
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a change in the refractive index of the optical waveguide of the optical wavelength conversion element.

【図10】位相整合特性を表す図FIG. 10 is a diagram showing phase matching characteristics.

【図11】本発明の光素子の測定光学系を示す図FIG. 11 is a diagram showing a measurement optical system of the optical element of the present invention.

【図12】本発明の短波長光発生装置の構成図斜視図FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a short-wavelength light generator according to the present invention.

【図13】本発明に関する参考例の他の短波長光発生装
置の構成斜視図
FIG. 13 is a configuration perspective view of another short-wavelength light generator according to a reference example of the present invention.

【図14】従来の光波長変換素子の構成斜視図FIG. 14 is a configuration perspective view of a conventional optical wavelength conversion element.

【図15】従来の短波長光発生装置の構成斜視図FIG. 15 is a configuration perspective view of a conventional short-wavelength light generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 −C板のLiTaO3基板 4 分極反転層 5 プロトン交換光導波路 6 基本光 7 第2高調波 8 周期Λ 9 幅W 10 電極 11 ヒータ 12 バッファ層 13 バッファ層 14 電極A 15 電極B 20 半導体レーザ 21 集光光学系 22 グレーティング 23 レーザ 24 ハーフミラー 25 光スイッチ25 26 集光光学系 27 検出器 101 半導体レーザー 102 コリメートレンズ 103 λ/2板 104 フォーカシングレンズ 105 入射部 106 コリメートレンズ 107 ダイクロイックミラー 108 グレーティング 110 LiTaO3基板 111 分極反転部 112 プロトン交換光導波路 113 電極 114 半導体レーザ 115 入射部 116 出射部1-C plate LiTaO 3 substrate 4 domain-inverted layer 5 proton exchange optical waveguide 6 fundamental light 7 second harmonic 8 period 9 9 width W 10 electrode 11 heater 12 buffer layer 13 buffer layer 14 electrode A 15 electrode B 20 semiconductor laser DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Condensing optical system 22 Grating 23 Laser 24 Half mirror 25 Optical switch 25 26 Condensing optical system 27 Detector 101 Semiconductor laser 102 Collimating lens 103 λ / 2 plate 104 Focusing lens 105 Incident part 106 Collimating lens 107 Dichroic mirror 108 Grating 110 LiTaO 3 substrate 111 domain inversion section 112 proton exchange optical waveguide 113 electrode 114 semiconductor laser 115 incidence section 116 emission section

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】強誘電体基板と、 前記基板に形成した光導波路と、 前記基板に形成した周期状分極反転構造と、 前記基板上に形成されたストライプ状の第1の導体と、 前記第1の導体の両側または片側に形成されたストライ
プ状の第2の導体とを備え、 前記第1および第2の導体のストライプ方向が互いにほ
ぼ平行で、 かつ前記第1および第2の導体間に電位差を有し、 かつ前記第1または第2の導体の少なくとも一方に電流
が流れており、 なおかつ前記第1および第2の導体間の電位差が、前記
光導波路の伝搬方向に渡り変化することで、前記光導波
路に印加される電界が、伝搬方向に渡り徐々に変化して
いる光波長変換素子。
A ferroelectric substrate; an optical waveguide formed on the substrate; a periodically poled structure formed on the substrate; a stripe-shaped first conductor formed on the substrate; A second conductor in a stripe shape formed on both sides or one side of the first conductor, wherein the stripe directions of the first and second conductors are substantially parallel to each other, and between the first and second conductors. A potential difference, a current is flowing through at least one of the first and second conductors, and a potential difference between the first and second conductors changes in a propagation direction of the optical waveguide. An optical wavelength conversion element in which an electric field applied to the optical waveguide gradually changes in a propagation direction.
【請求項2】前記第1または第2の導体の少なくとも一
方が櫛形電極である請求項1記載の光波長変換素子。
2. The optical wavelength conversion device according to claim 1, wherein at least one of said first and second conductors is a comb-shaped electrode.
【請求項3】前記光導波路の少なくとも一部の表面また
は内部にグレーティングが形成されている請求項1記載
の光波長変換素子。
3. The optical wavelength conversion device according to claim 1, wherein a grating is formed on at least a part of the surface or inside of the optical waveguide.
【請求項4】半導体レーザと、 請求項1〜3の何れかに記載の光波長変換素子と、 集光光学系とを備え、 前記光波長変換素子の位相整合波長が、前記半導体レー
ザの発振波長に一致するように、前記光波長変換素子に
形成された第1または第2の導体に印加される電流およ
び、前記導体間の電位差が調整されていることを特徴と
する短波長光発生装置。
4. A semiconductor laser, an optical wavelength conversion device according to claim 1, and a condensing optical system, wherein a phase matching wavelength of the optical wavelength conversion device is an oscillation of the semiconductor laser. A short-wavelength light generating device wherein a current applied to a first or second conductor formed on the optical wavelength conversion element and a potential difference between the conductors are adjusted to match a wavelength. .
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