JP3565858B2 - 選択されたブラッグ反射特性を有し線幅の影響を受けないセグメント式光波反射器 - Google Patents
選択されたブラッグ反射特性を有し線幅の影響を受けないセグメント式光波反射器 Download PDFInfo
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Description
発明の分野
本発明は光学物品、特にブラッグ反射特性を有するセグメント式光学品に関する。
発明の背景
光学システムの設計の際にしばしば遭遇する挑戦は、選定された波長の光放射の管理された回折及び反射である。集積光学の領域においては、反射はブラッグ格子の使用により作られることがしばしばある。例えば、固体ダイオードレーザーの領域においては、レーザー波長の制御は半導体レーザー基板上のエッチングされたブラッグ反射格子の組込みにより多く行われる（ハンスパーガー、アール・ジー、（1982）、インテグレーテッド・オプチクス：セオリー・アンド・テクノロジー（Integrated Optics:Theory and Technology）、ニューヨーク、スプリンガー−ヴェラッグ）。
近年、シリコン基板上の光導波路の作成技術が説明された。導波路は、これをシリコン基板の上のSiO2、Si3N4及びSiO2の連続層の堆積又は成長により形成することができ、一方、ブラッグ格子は、ホトリソグラフィーでレジストパターンを定め、次に最上のSiO2のクラディング層にこのパターンを通して格子をエッチングすることにより作られた（シー・エッチ・ヘンリー他、「コンパウンド・ブラッグ・レフレクション・フィルターズ・メード・バイ・スペーシアル・フリケンシー・ダブリング・リソグラフィー（Compound Bragg Reflction Filters Made by Spatial Frequencu Doubling Lithography）」、J.Lightwave Technology,7（９）:1379−1385（1989）。ブラッグ反射器は光通信の波長分割多重化の復調に有用であり（アール・アダー他、「ポラリゼーション・インデペンデント・ナロー・バンド・ブラッグ・レフレクション・グレーティング・メイド・ウイズ・シリカ−オン−シリコン・ウエーブガイドズ（Polarization Independent Narrow Band Bragg Reflection Grating made with Silica−on−Silicon Waveguides）」、Apply.Phys.Lett.、60（15）:1779−1781（1992））、また非常に狭い帯域の波長で発光するようにダイオードレーザーを強制するための外部格子として使用された（ピー・エイ・モートン他、「ハイブリッド・ソリューション・パルス・ソース・ユージング・ア・シリカ・ウエーブガイド・エクスターナル・キャビティー・アンド・ブラッグ・レフレクター（Hybrid Solution Pulse Souce using a Silica Waveguide External Cavity and Bragg Relector）」、Appl.Phys.Lett.,59（23）:2944−2946（1991））。
近年、特に有用な（「平衡位相整合」を示す）波長変換技術が開発された（ビールレイン他、Appl.Phys.Lett.,56（18）pp.1725−1727（1990）及び米国特許第5028107号参照）。これは、波長変換のために入射光波を波長変換用の光学材料の一連の整列したセクションを通るように指向させることを含み、前記セクションは、整列方向における各セクションの長さとΔｋ、即ち伝播定数の変化との積の一連のセクションについての和がこのセクションに対してほぼゼロに等しいように、更に各セクションの長さがその可干渉距離より小さいように選定され、また、前記材料の少なくも一つが光学的に非線形であるか又は非線形光学材料の層が波長変換中に前記一連のセクションの近傍に提供されるか、或いはこれらの双方であるように選定される。この技術は次の新知見に基づく。即ち、光波が個々のセクションにおいては位相整合していない場合でも一連のセクションの端部において位相整合するようにこの一連のセクションを通しての破壊的な干渉の影響を制御するように、反射率とセクションの長さとが平衡を取られている前記光学材料の一連のセクション使用により、波長変換を達成し得るという知見である。
「準」位相整合技術として知られかつ周期的なドメイン逆転又は内部反射を含んだ波長変換のための別の技術が説明された（ジェー・エイ・アームストロング他、「インターアクションズ・ビトウイン・ライト・ウエーブス・イン・ア・ノンリニヤー・ダイエレクトリック（Interactions between Right Waves in a Nonlinear Dielectric）」、Phys.Rev.,127,1918（1962）参照）。光導波管における準位相整合は、Ｎが奇数（整数）であるときにΔＫと波長の周期長との積が2Nπにほぼ等しくなるような周期長で非線形の光学係数の符号を周期的に逆転させることにより位相整合を達成する周期的に変更されたLiNbO3を使って説明された。LiNbO3を使った周期的にドメインが逆転するチャネル導波管は、ジェー・ウェブジョーン、エフ・ラウレル及びジー・アヴィッドソンにより、Journal of Lightwave Technology、Vol.7,No.10,1597−1600（1989,10）及びIEEE Photonics Technology Letters、Vol.1,No.10,316−318（1989−10）に説明される。導波管の製作は、周期的ドメイン逆転の達成のためにチタンを使用し、又は熱処理と続く陽子交換とに組み合わせてLiNbO3の正のｃ面におけるシリコン酸化物の周期的パターンを使用して説明される。ジー・エイ・マーゲル、エム・エム・フェジャー及びアール・エル・バイヤーは、Appl.Phys.Let.56,108−110（1990）において、レーザー加熱ペディスタル成長を使用して作られた周期的に交替する強磁性ドメインを有するLiNbO3結晶を説明する。これらの構造は、407nmの短波長で発光し、かつこの形式の構造に対する光屈折性ダメージに比較的耐える。しかし、これら周期的に変調される導波管は製作が困難でありかつ多くの用途に対する光学的ダメージの閾値が低すぎる。
近年、「準」位相整合に基づいた特に有用な波長変換技術が開発された（米国特許第5157754号及びヴァン・デル・ポエル他、Appl.Phys.Lett.57（20）,pp.2074−2076（1990）参照）。これは、波長変換のための入射光波を、波長変換用の光学材料の一連の整列セクションを有する単結晶を通るように指向させることを含み、この光学材料は、（ａ）化学式K1-xRbxTiOMO4を有する材料、ただしｘは０から１、そしてＭはＰとAsとから選定され、更に（ｂ）前記化学式のカチオンがRb+、Ti+、Cs+の少なくとも一つ、及びBa++、Sr++、Ca++の少なくとも一つにより部分的に置換された材料から選定された波長変換用の光学材料である。ただし、少なくも１個のセクションは（ｂ）から選定された光学材料のセクションであり、そしてｘが0.8より大きい（ｂ）から選定された光学材料については、前記化学式中のカチオンは、Ti+、Cs+の少なくも一つ、及びBa++、Sr++、Ca++の少なくも一つにより部分的に置換され、前記セクションは、一連のセクションについての整列の方向における各セクションの長さとこのセクションに対するΔｋとの積の和が、Ｎをゼロ以外の整数であるときの２πＮにほぼ等しいように、及び少なくも１個のセクションの非線形光学定数が少なくも１個の隣接セクションの非線形光学定数に関して変えられるように選定される。この手法は、高度に非線形でかつダメージに耐え、同時に準位相整合しているようなKTiOMO4形の材料（ここに、ＭはＰ又はAs）のよく知られた利点を使用し、波長変換を行うために非線形光学定数（即ち「ｄ」）の符号及び／又は大きさの変更に備える。
レーザーダイオードを使用して第２高調波発生のための入射光を提供し得ることは本技術においてよく知られている。また、光学的フィードバックによりレーザーダイオードの性能に影響を与え得ることも知られている。シー・イー・ウィーマン他、「ユージング・ダイオード・レーザーズ・フォア・アトミック・フィジックス（Using Diode Lasers for Atomic Physics）」,Rev.Sci.Instrum.62（１）（1991）参照。ある波長の光フィードバックはレーザー出力波長に望ましくない影響を有し、このため、有効なレーザーの作動に関係する装置の作動を大きく妨げる可能性がある。一方では、適切な波長の光フィードバックは、ダイオードレーザーの中心周波数の制御に使用でき、これによりかかる装置の作動を安定させる。いかなる場合においても、ダイオードレーザーに戻る基板表面反射は一般に望ましくないと考えられる。米国特許第5243676号には、整列されかつ隣接セクションとは異なった屈折率を有する光学材料の交互セクションを備え選定波長における波長変換に適したセグメント式導波路であって、入力波の波長と本質的に等しい波長を有する前記選定波長用のブラッグ反射を提供する導波路に沿った周期的構造を特徴とする導波路が説明される。この周期的構造は、多くのセグメントよりなる少なくも１個の超周期を含み（各セグメントは、２種の光学材料の各１個ずつのセクションよりなる）、この超周期の少なくも１個のセグメントはそれの別のセグメントとは光路長が異なり、更に超周期セクションの整列方向における各セクションの長さとこのセクションの屈折率との積の和がNZλ/2にほぼ等しい。ただし、NZは整数であり、λは波長変換に使用される入力波の波長である。
LiNBO3において陽子交換された導波路と一体化されたブラッグ反射器も説明されている。これは、周波数倍加用のポンプダイオードレーザーのレイジング特性を変更させるため（ケイ・シノザキ他、「セルフ−クアシ−フェーズ−マッチド・セカンド−ハーモニックス・ジェネレーション・イン・ザ・プロトン−エクスチェンジドLiNbO3オプティカル・ウエーブガイド・ウイズ・ペリオディカリイ・ドメイン−インバーテッド・リージォンズ（Self−quasi−phase−matched Second−harmonic Generation in the Proton−exchanged LiNbO3 Optical Waveguidee with Periodecally Domain−inverted Regions）」,Appl.Phys.Lett.59（５）:510−512（1991））、及び周波数倍加導波路を含んだ外部式空洞共振器を形成するため（ケイ・シノザキ他、セカンド−ハーモニック・ジェネレーション・デバイス・ウイズ・インテグレーテッド・ペリオディカリイ・ドメイン−インバーテッド・リージォンズ・アンド・デストリビューテッド・ブラッグ・レフレクター・イン・ア・LiNbO3・チャネル・ウエーブガイド（Second−harmonic Generation Device with Integrated Periodecally Domain−inverted Regions and Distributed Bragg Reflector in a LiNbO3 Channel Waveguide）」,Appl.Phys.Lett.58（18）:1934−1936（1991））、選択的フィードバック要素として使用されてきた。
上述の技術構造に必要な寸法を有するブラッグ反射器とホトリソグラフ的に作る際の主要な難点の一つはホトリソグラフの過程自体の不正確な性質にある。実際に作られるブラッグ反射器は、不慮の過露光又は露光不足のため、実際に要求される寸法とは異なった寸法を持つ可能性がある。特別な項目として、長方形の開口，基板頂部の金属層の上のポジのホトレジストを有し、これによりホトレジストに長方形開口を通して金属層がエッチングされるダークフィールドマスクを使用している典型的なホトリソグラフィを考える。この例においては、ホトマスクを通る露光不足は金属マスクの開口の寸法を小さくさせる傾向があり、一方、露光オーバーは開口の寸法を大きくさせる傾向がある。いずれの場合も、ブラッグ反射器に要求されるセクション寸法に不利な影響を与える可能性がある。
発明の概要
本発明は、ホトリソグラフ的方法の不正確さに比較的鈍感なブラッグ反射の提供を包含する。本発明は、選定された波長の入力波との使用に適したセグメント式の物品（即ち、セグメント式導波路）であって、かつ前記入力波長のための選択されたブラッグ反射特性を有する前記物品を提供する。本発明の光学製品は、選択された波長の入力波との使用に適したセグメント式の物品（例えば、セグメント式導波路）であって、かつ前記入力波長用の選択されたブラッグ反射特性を有する前記物品を提供する。本発明の光学物品は、（各セグメントが第１の光学材料のセクションと第２の光学材料のセクションとより構成される）複数のセグメントよりなる少なくも１個の超周期を形成するように整列され、かつ隣接セクションとは異なった屈折率を有する光学材料の交互になっているセクションを備え、超周期の少なくも１個のセグメントはその別のセグメントとは光学経路が異なり、更に超周期のセクション間の界面が、超周期界面の第１の組を形成している超周期の第１、第３及び続くその他の奇数番目の界面、及び超周期界面の第２の組を形成している超周期の第２、第４及び続くその他の偶数番目の界面により、前記入力波長における合成振幅の後方進行波を作る。本発明の光学物品は、（１）整列方向における各セクションの長さとこのセクションの屈折率との積が、Nzを整数、λを入力波の波長としたときのNzλ/2にほぼ等しく、そして（２）超周期におきる前記界面の二つの組の一方の界面は、この組により作られる合成振幅の和のモジュラスがほぼゼロであるか或いは他方の組により作られた合成振幅の和のモジュラスの40％より小さくなるように、間隔を空けられる。２状態（１）と（２）とは、リソグラフ線幅の変動に比較的鈍感な所望のブラッグ特性を提供する。
本発明によるセグメント式物品は、これからのブラッグ反射をレーザー源の安定化に使用し得るようにレーザー源と一緒に装置において使うことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による導波路の図式的な図面である。
図２は本発明により形成された２個のセグメントを有する１超周期の図式的な図面である。
図3aはセグメントの周期的アレイである。
図3bは本発明によるセグメントの周期的アレイである。
図４は反射の強度（Ir）対h2及びh4の増加δのグラフである。
図５は反射の強度（Ir）対線幅パラメーターδのグラフである。
図６は入力波長λに対する実線で示された反射基本強度（Ir）及び破線で示された第２高調波強度（Is）のグラフである。
図７は本発明によるブラッグ反射及び波長変換用の装置の図式的な図面である。
発明の詳細な説明
本発明は、リソグラフの線幅の変動に比較的鈍感な選択されたブラッグ反射特性を有するセグメント式の物品を包含する。バルクブラッグ反射器、及び導波路ブラッグ反射器が含まれる。典型的には、ブラッグ反射器はレーザー源の安定のため、又は空洞内の共鳴フィールドの強化のため、又は特定の希望波長を検知器に反射させるために使用される。
本発明は、ブラッグ反射器が波長変換システムにおいて有利に使用される実施例を含む。これらブラッグ反射器は、例えば、波長変換に使用される装置の個別部分として設計し、或いは希望のブラッグ反射と波長変換とを同時に提供するセグメント化されたパターンを提供するように一体に設計することができる。特に注目されるものは、ある一つの波長を有する光波を異なった波長の光波に少なくも部分的に変換するに適したセグメント式導波路である。一般に、波長変換中における入射波の周波数の和と作られた波の周波数の和とは等しい。従って、波長変換システムについては、周波数ω３が周波数ω１とω２との和である場合、周波数ω３、波長λ３の波を発生させるために周波数ω１、波長λ１の波が周波数ω２、波長λ２の波と共に使用され、また波長変換システムについては、周波数ω４が周波数ω５とω６との和である場合、周波数ω５、波長λ５の波と共に周波数ω６、波長λ６の波を発生させるために周波数ω４、波長λ４の波が使用される。
本発明により、選択された波長における波長変換用の導波路としての使用に適し線幅に鈍感なセグメント式物品であって、かつ隣接セクションとは異なった屈折率を有し交互に配置された整列材料セグメントを備えた前記セグメント式物品（例えば、化学式K1-XRbXTiOMO4を有する結晶構造の一つおきのセクション、ただし、ｘは０から１、ＭはＰ又はAs、そして基板材料のセクションは前記基板のカチオンが部分的に交換される）が、波長変換に使用される入力波の波長と本質的に等しい波長を有しかつ前記選定された波長に対するブラッグ反射を提供する導波路に沿った周期的構造を有することを特徴とする。
本発明のセグメント式物品は少なくも１個の超周期を有するとして表され、この超周期当たりのセグメント数ｑは２又はそれ以上であり、ブラッグ反射の最小次数は２であり、また前記超周期は光学材料の2q個のセクション、又はｑ個のセグメント（即ち、第１のセグメントからの光学材料の隣接セクションs1とs2の対、第２のセグメントから隣接セクションs3とs4の対、更に第ｑのセグメントからのs2q-1とs2qの対）を有し、そして各セクションは、ｉが整数１から2qでであるとき、超周期の周期ΛをΛ＝Σhiで定義する長さh1、h2、・・・h2qに対応することを特徴とする（図１参照）。超周期の各セグメントの第１又は第２のセクションは、奇数セクション（即ち、s1、s3、・・・、s2q-1）、偶数セクション（即ち、s2、s4、・・・、s2q）と称し、奇数セクションはそのセグメントの偶数セクションより大きな屈折率を持つ。これらセクションは、光波の入射ビームが物品内に入り伝播し、まずs1、次にs2に次にs3に・・・の順序でこれらセクションに出会うように整列される。A1、A2、・・・、Aqはセクションの対（s2q、s1）、（s2、s3）、・・・、（s2q-2、s2q-1）間の界面を示す。B1、B2、・・・、Bqは界面（s1、s2）、（s3、s4）、・・・（s2q-1、s2q）を示す。界面Ａは入射光ビームが低屈折率のセクションから高屈折率のセクションに移動する界面であり、一方、界面Ｂは入射光ビームが高屈折率のセクションから低屈折率のセクションに移動する界面である。界面AiとAi+1との間の距離はaiで示される（ただし、ｉは１からｑ−１）。界面BiとBi+1との間の距離はbiで示される。界面Ai又はBiの各は、与えられた入射ビームについて、それぞれ合成振幅αｉ又はβｉの後方移動波を作る。本発明に従って、（ａ）Σβｉのモジュラスがゼロ、又は実際上ゼロに近いようにbiの組を選定し（与えられたリソグラフ方法の解像度）、及び／又はΣαｉのモジュラスがゼロ、又は実際上ゼロに近いようにaiの組を選定し；或いは（ｂ）Σαｉのモジュラスが係数Σβｉの40％以下であるように、又は係数ΣβｉがΣαｉのモジュラスの40％以下であるようにaiの組とbiの組とを選定することにより、リソグラフ線幅に対して比較的鈍い感度が得られる。
超周期構造は、Σβｉのモジュラスの最小化段階を使って以下のように使うことができる。導波路におけるモードの伝播を特徴付ける屈折率をnmとする。伝播定数はｋ＝２πnm/λである。ここに、λは真空波長である。このとき、Σβｉは
に比例する。ここに、x0は０、x1＝b1、x2＝b1＋b2、そしてxiは
である。
距離2xiが境界B1ないしBi及び背後からの距離として図示される図１を参照する。
同様にΣαｉはxiに関連付けられる。ここにxiは
である。
ここで定義された和Σαｉ及びΣβｉは境界の組Ａ及びＢの相対位置とは無関係である。距離bjの組はΣβｉのモジュラスを最小にするように選ばれる。ajの組は希望振幅のブラッグ反射を与えるように選定される。ある状況下では、、ブラッグ反射を全く無くすことが望まれることがあり、この場合は距離ajの組もΣαｉのモジュラスを最小にするように選ばれる。他の場合は、Σαｉのモジュラスが重要であって本発明によりΣβｉがこれの40％以下であり、或いはΣβｉが重要であって本発明によりΣαｉはこれの40％以下であろう。
最終の設計段階は、波長が消失部分の無いように、かつモード指数が出発時に仮定された値から外れないようにＡ境界とＢ境界との相対位置を設定することである。典型的には、光の経路に沿って周期的に間隔を空けられた少なくも３個の超周期を設けることが望ましい。
本発明は、セグメント長ai及びbiにわたる制御が適切であるが、奇数番目（高屈折率）セクション（例えば、h1、h3、及びh2q-1）及び偶数番目（低屈折率）セクション（例えば、h2、h4、及びh2q）の相対長さの制御がないブラッグ反射に特に有用である。図１を参照すれば、Ａ境界に関するＢ境界（即ち、B1、B2、・・・Bq）及び別のＢ境界に関するＢ境界の間隔（即ち、ai及びbi）を設計のようにすることができるが、Ａの組とＢの組との相対位置は組織的に変化する。リソグラフ的方法の不適応からかかる組織的な境界の移動が生ずる可能性があり、かつ、一般に、Ａ境界からの合成振幅がＢ境界からの合成振幅を有する位相に出入するのでブラッグ強度における変動を生ずるであろう。本発明に従って、Σβｉのモジュラスをほぼゼロに設定することにより（又ははΣβｉのモジュラスをΣαｉのモジュラスの40％以下に設定することにより）、或いは逆にΣαｉのモジュラスをほぼゼロに設定することにより（又ははのモジュラスΣαｉをΣβｉのモジュラスの40％以下に設定することにより）、これら境界移動に対する感度が大きく減らされ、又は無くされる。
換言すれば、本発明は、格子ピッチが線幅より高度に正確に管理されるときに有用である。例えば、リソグラフ的に定められたブラッグ回折装置における難点の一つは、実際に作られた屈折率交番構造が設計とは異なった線幅を持ち得ることである。リソグラフ方法は、例えば、ホトマスクを作るために、e'ビームでレジスト材料にパターンを書き、現像し、そして追加のエッチングを行う段階であるとすることができ、或いは、例えば、リソグラフ方法はホトマスクのパターンを基盤に転写するものであるとすることができる。例えば、図２において、同じ超周期の周期的アレイ内に収められた２個のセグメントの１超周期が描かれる。図２の上方セクションは設計セクションを示し、図２の下方セクションはリソグラフ方法における不全（例えば、露光不足）により実際に作られる可能性のあるデバイスを示す。奇数番号のセクションs1及びs3（屈折率が大きい）は対応した設計セクションs2'及びs3'よりδの大きさだけ線幅が小さく、また、偶数番号のセクションs2及びs4は対応した設計セクションs2'及びs4'よりδの大きさだけ線幅が大きい。線幅のかかる変動は、一般に、ブラッグ強度における望ましくない変動を生ずる。第１近似では、リソグラフの線幅が変動してもセグメント長ai及びbiは対応するセグメントの設計長ai'及びbi'から不変であり、また超周期Λは設計の超周期Λ’と変わらない。距離長ai'及びbi'は導波路作成中（第１近似に対しては）変化しない。界面Ａの組に関する界面Ｂの組を位置決めするオフセットを選定することにより、セクション長hiの特定の組が決定される。更に、このオフセットは、反射器の作成に使用されるリソグラフ方法における変動による固有の変数である。
本発明は、超周期当たりセグメント数が２又はそれ以上であり、かつブラッグ反射の最小次数が２である場合の超周期に限定される。従って、最も簡単な例は以下の通りである。即ち、図3aに示された周期的アレイを参照すれば、長さai及びbiの総てはλ/2と等しく作られる。ここに、λは材料への入射ビームの波長である。これにより、界面Ａの組及びＢの組の両者の反射率が確実に最大にされる。奇数セクションs1及びs3は偶数セクションs2及びs4よりも大きな屈折率を持つ。界面Ａ及びＢは、総てのh'が４分の１波長λ/4より大きくなるように相互位置を決められる。これにより、界面Ａからの反射は、確実に界面Ｂからの反射と同じ位相を持つ（即ち、Ａ及びＢは構成的に干渉するであろう）。このように設計された反射器は２セグメント超周期のブラッグ２次に対して最大の反射率を持つ。（図3aの反射器の高度の対称性のため、２セグメント超周期のブラッグ２次は、１セグメント超周期のブラッグ１次と同じ波長において生ずる。）界面Ｂの組が界面Ａの組に関して距離δだけ（右又は左に）動かされると、図４に実線で示されるように反射率は低下する。本発明の実施に当たっては、界面Ｂの反射率をゼロにすることが望ましい。この場合は、これは、図3bに示されるように、b1＝３λ/4及びb2＝λ/4になるように界面Ｂの位置を変えることにより達成される。これがΣβｉを最小にする。図3bの格子からの２次ブラッグ反射については、界面Ａの組に関する界面Ｂの組の移動をδとすると、反射率は図４に破線で示されるように比較的一定である。線幅が変動したときに反射率が比較的一定である理由は次の通りである。即ち、Σβｉがほぼゼロであるため、界面Ａからの反射に関するその位相は、全反射率の決定には本質的に無関係であるためである。図４の破線の一定の反射率は図４の実線の反射率最大強度の僅か1/4に過ぎない（即ち、反射フィールド振幅が僅か1/2である）。本発明により、製作誤差とは無関係な反射率を達成するために、経路長当たり反射振幅は可能な最大値から減らされる。多くの用途において、絶対最大反射率を探すことはなく、そしてこれは負担というよりは長所である。経路長1mm当たりの低い反射振幅はより長い経路長を許しかつより狭い反射バンド幅を達成する。また、1mm当たり最大反射振幅を使用しないことを指令されるであろうSHGに必要な最小経路長のような別の制限のある可能性がある。
弱いブラッグ反射を希望する場合は、ΣαｉとΣβｉとの両者を独立的にゼロとすること（又はできるだけゼロに近づけること）ができる。このとき、ブラッグ反射は、確実に、線幅の変動以下の最小に留まるような方法で最小化される。一般に、Σ（αｉ＋βｉ）がゼロであるように反射器を設計する種々の方法があるが、上述のものだけが希望の製作許容差を与えることに注意されたい。
より一般的には、超周期を光学材料m1、m2、・・・mpのｐ個の整列された多数の隣接セクションより構成することができる。ブラッグ反射の合成振幅は、個々の境界の総ての合成振幅の和であり、この個々の境界の総ての合成振幅のあるものは大きな屈折率を有し、その別のものは小さな屈折率を有するであろう。この総和は、一般に個々に加算され、後で一緒に加えられるサブセットに分類することができる。もし製造工程により、一方の組の境界の他方の組に関する境界の管理されないが（総てが調和した）整然とした移動が行われるならば、本発明の物品は、この組の境界間の分離がこの組の反射フィールド振幅の和を本質的にゼロにするように設計されるであろう。
上の記述は高屈折率セクションと低屈折率セクションとの間の屈折率の変化Δｎの小さな限度内において正確である。Δｎが大きくなると、反射の相対位相だけでなく、Σαｉ及びΣβｉの振幅の線幅の変化により変えられる。しかし、近似により、個々に説明された方法は大きなΔｎの場合にもなお有用である。
本発明により波長変換に適した周期的構造を提供することができる。例えば、ブラッグ反射が、波長において、波長変換用の入力波の波長に本質的に相当するように正確に選定された周期で材料の一つおきのセクション（例えば、ｘが０ないし１でありＭがＰ又はAsであるときの化学式K1-XRbXTiOMO4を有しかつ基板のカチオンが部分的に交換された基板材料のセクションを有する結晶構造の一つおきのセクション）の間隔を空ける方法。従って、波長変換のための入射光波を波長変換用の光学材料の一連の整列セクションを通るように指向させる段階を含み、前記セクションは希望のブラッグ反射が提供されるように上述のように選定される波長変換の方法が本発明により提供される。
導波路については、設けられるセクションの総数は、使用される光学材料及び導波路の長さのような要因に依存する。典型的な長さ5.0mmの導波路において約400個から4000個の範囲のセクションを設けることができる。より長い導波路は10000セクションまで、又はこれ以上とすることができる。しかし、僅か12個のセクションしか使わない物品も本発明の範囲内であると考えられる。
線形材料及び非線形材料の両者を本発明に従って使用できる。ある実施例においては、各セグメントの少なくも１個のセクションがゼロでない非線形の光学係数を持つ。この物品が導波路ではなくてバルク反射器であるならば、僅か４個のセクションの使用でも足りる。本発明のブラッグ反射器及びレーザー源を備えた装置は、ブラッグ反射器からのブラッグ反射をレーザー源の安定化のために使用するように、これを設計することができる。
波長変換システムに使用する本発明の物品のための好ましい光学材料は、化学式K1-XRbXTiOMO4を有する単結晶材料を含む。ここに、ｘは０ないし１であり、ＭはＰ及びAsよりなるグループから選定され、更に前記化学式の単結晶材は、そのカチオンがRb+,Ti+及びCs+の少なくも１種により部分的に交換されたものである。実際上の理由から、カチオンが部分的に交換されかつｘが約0.8又はそれ以上である場合には、交換カチオンはCs+、Ti+或いはCs+とTi+との双方を含むことが好ましい。米国特許第4766954号に示されるように、Rb+,Ti+及び／又はCs+と共に二価イオン（例えばCa++,Sr++及びBa++）の使用が広範囲の屈折率の制御を提供できる。二価イオン、並びにRh+、Cs+及び／又はTi+は、基板材料の一価イオン（例えばKTiOPO4基板のK+イオン）と交換可能である。本発明の材料を使用している物品の例には、KTiOPO4のセクションとK1-XRbXTiOMO4（ただしｘ≠０）のセクションとが連続した導波路を提供するように変更されたKTiOPO4の単結晶を有する物品、並びにKTiOPO4のセクション及びカチオンがBa++及びRb+とTi+の少なくも一方により交換されたKTiOPO4のセクションとが連続した導波路を提供するように変更されたKTiOPO4の単結晶を有する物品が含まれる。
好ましい基板材料は化学式KTiOMO4（ただし、ＭはＰ又はAs）を有する単結晶材料である。本発明の実施の際の基板材料として応用と考えられる化学式KTiOMO4の単結晶材料は、光学品質の結晶を提供する適宜の方法でこれを作ることができる。結晶成長の普通の方法には水熱プロセスとフラックスプロセスとが含まれる。米国特許第4305778号は、選定されたK2O/M2O5/（TiO2）２システムの三元図の特定部分により定義されたガラスの水溶液を鉱化用液剤として使用することを含んだKTiOMO4の単結晶の成長のための適切な水熱プロセスを明らかにする。米国特許第4231838号は、希望の結晶製品が唯一の安定な固体相であるような三元位相図の範囲内にあるように選択された出発成分を加熱し、次いで希望製品に結晶させるように制御冷却することを含んだ適切なKTiOMO4のフラックス式単結晶成長方法を明らかにする。本発明の教示による光学物品を作るためにKTiOMO4の単結晶を使用する場合は、水熱式の成長又はフラックス式の成長を使用できる。
準位相整合に使用される結晶質の光学材料は、化学式K1-XRbXTiOMO4を有する単結晶材料であることが好ましい。ただし、ｘは０から１までであり、ＭはＰとAsとよりなるグループより選定され、更に更に前記化学式のカチオンはRb+、Ti+及びCs+の少なくも１種、及びBa++、Sr++及びCa++の少なくも１種により部分的に交換されたものである。一連の整列セクションの少なくも１個は、Ba++、Sr++及びCa++の少なくも１種によりカチオンが部分的に交換された前記化学式の光学材料のものでなければならない。実際上の理由から、カチオンが部分的に交換されかつｘが約0.8又はそれ以上である場合には、一価の交換カチオンはCs+、Ti+或いはCs+とTi+との双方を含むべきである。諸セクションは、結晶のｚ面上で整列されることが好ましい。
本発明は、導波路構造、バルク応用について使用することができ、更にある種の条件下では導波路と非導波路の混合システムに使用できる。混合システムにおいては、案内部分間の放射損失を最小にするために、光波の伝播方向における非導波の長さは材料中の光波のデフォーカス長より短くすべきである。
以下のようなリソグラフ技術を使用してバルク干渉反射器を作ることができる。KTPのような１次元的なイオン交換材料又はナトリウムβアルミナのような２次元的イオン交換材料が選定される。ナトリウムβアルミナにおいては、イオン交換は、ａ及びｂ結晶方法に沿って生ずるが、ｃ方向には沿っては発生しない（ワイ・エフ・ワイ・ヤオ、及びジェー・テー・カマー、「イオン・エクスチェンジ・プロパティ・オブ・アンド・レート・オブ・イオニック・ディフージョン・イン・ベータ・アルミナ（Ion Exchange Properties of and Rates of Ionic Diffusion in β−alumina）」,J.Ionrg.Nucl.Chem.,29:2453−2475（1967））。βアルミナ結晶の（100）面がｂ方向と平行に走るストリップを含んだイオン交換マスクによりリソグラフ式にパターンが施される（図１、ｂは垂直方向でありｃは水平方向であるが、セクションはｂ方向に沿ったバルク結晶の寸法の幅となる）。その他の面はイオン交換を防ぐように被覆される。例えば熔融KNO3のカリウムによるイオン交換は排気に実行され、高次の材料の平面層を作り、これらの面はｃ軸に垂直である。ｃ方向に沿ったイオン交換の欠如により、交換区域と非交換区域との間の界面が確実に形成されるであろう。ｃ方向に沿った光の伝播は、基板上の複数層の堆積により作られた誘電体ミラー及び干渉フィルターとして知られているものと同様な多層誘電体に遭遇する。これはKPTにおける導波路技術の延長であり、ガイドの幅と深さとは光波が密に絞られなくなるまで（導波されなくなるまで）大きくされるが、バルク構造における伝播としてよく説明される。
本発明に従ってセグメント化された物品は、この物品からのブラッグ反射がレーザー源の安定のために使用されるようにレーザー源と共に使用することができる。この装置のブラッグ反射器は、ある事例においては導波路（例えば、波長変換に適した導波路）であり得る。例えば、入射波の波長と本質的に等しい波長を有する選択波長におけるブラッグ反射を提供する導波路に沿った周期的構造を有するセグメント式導波路であって、更にブラッグ反射を入射波のレーザー源に向けるための手段、及び入射光波を前記チャネル導波路内に結合させるための手段を有することを特徴とする光導波路装置を提供するために本発明を使用することができる。導波路はその入力端と出力端において角度がつけられ、これにより表面反射を減らしている。入ってくる光波をチャネル導波路内に結合させる手段は２個のレンズを備え、第１のレンズは入射光波を実質的に平行にするように位置決めされ、第２のレンズは平行にされた光波を導波路の入力端に焦点合わせするように位置決めされる。或いは、入ってくる光波をチャネル導波路内に結合させる手段は突合わせカプリングを備えることができる。典型的には、この装置は、前記チャネル導波路から外に出てくる光波を連結するための手段も備えるであろう。この装置は、光波を作るための固体ダイオードレーザー、及び選択的にダイオードレーザーを前記入力光波作成に適した温度に維持するための温度制御手段を備えることもできる。ビームをレーザー源に戻し、又は検知器に指向させるために、同様な手段により本発明のバルク干渉反射器を使うことができる。
図７に示された装置（10）を参照して本発明の使用が説明される。この装置では、レーザー（11）によりある波長で放射された光波が別の波長の波を発生させるために使用される。レーザー（11）により放射された光波を導波路（14）に焦点合わせをするようにレンズ（12）が第２のレンズ（13）を経て光波の焦点合わせを行う。波長の変換は導波路（14）内で生ずる。第３のレンズ（15）が導波路から出てきた光波を平行にする。図示の装置内にフィルター（16）が設けられ、導波路（14）内で作られた希望波長の光波の通過を許すと同時に放射波の波長を有するその他のいかなる光波も通さない。従って、例えば、レーザー（11）が波長約0.85μｍで発光する半導体ダイオードレーザーであり、更に導波路（14）がかかる入射光を使って第２高調波を作るように構成されかつ本発明に従って波長が約0.85μｍのブラッグ反射を提供するならば、ダイオードレーザーは約0.85μｍにおけるブラッグ反射に固定する。ダイオードレーザーはその出力波長を限定範囲（例えば、約1.5Å）内で調節できるように温度の変更ができ、かつラッグ反射との相互作用のためレーザーは温度調整範囲外の波長に不規則に飛躍することがない。フィルター（16）は、導波路から放射された平行ビームから波長0.85μｍの光波は濾波されるが波長0.425μｍの光波は、その通過を許すようにされる。図１の装置を組み込んだ装置は本発明の範囲内の物品であると考えられ、更に導波路自体は本発明の範囲内の物品であると考えられる。
米国特許第4740265号及び米国特許第4766954号に説明のように、基板マスクの使用により、Rb+、Cs+、Ti+の少なくも一つより選定されたイオンによる１光学的平滑面のカチオンの交換、及び出発基板の屈折率に関する表面屈折率の変化の獲得が可能である。本発明により、所望のチャネル形成に使用される結晶基板表面のセクションに沿った区域は、得られたチャネルが原基板（例えば、KTiOPO4）とカチオン交換された基板材料（例えば、K1-XRbXTiOPO4、ただしｘ≠０）とが交互になった一連の整列したセクションよりなるように、カチオン交換中、交互にマスクしマスクしないことができる。所望のマスクを提供するために、標準のホトグラフ技術を使用することができる。例えば、熔融塩に適切に暴露されたときにカチオン交換により第２の光学材料のセクションの形成ができるように作られたパターンを有する保護材料（例えばTi）のマスクを結晶基板の面上に適用することができる。カチオン交換の後に、残っている保護材料を除去できる。
本発明による波長変換システム用のチャネル導波路を調製する１方法は次の諸段階を包含する。即ち、（１）化学式K1-XRbXTiOPO4（ただしｘは０から１、Ｍは光学的平滑面を有するＰ又はAs）を有する単結晶材料のＺ切断基板のＺ切断面を作り、（２）Rb+、Cs+及びTi+よりなるグループから選定されたカチオンを含んだ熔融塩であって、露光の際に前記基板の屈折率に関して屈折率を変更させるためにカチオン交換に十分な時間だけ選定温度で前記光学的平滑面に与えるに有効な量の前記熔融塩を作り、（３）前記熔融物に耐える材料でマスクされた部位とマスクされない部位とが交互にされた前記光学的平滑面のセクションに沿った整列区域のパターンを提供するように前記基板にマスキング材料を適用し、（４）前記マスクされた基板を前記熔融塩内に前記選定温度で前記選定時間だけ浸漬し、これにより前記マスクされない区域におけるカチオン交換を行い、（５）前記基板からマスキング材料を除去し、そして、（６）研磨された導波入出力面を有する清浄な導波路を提供するように前記基板を仕上げる。この方法においては、前記マスクされた区域とマスクされない区域の長さは次のように選定される。即ち、マスクされない区域におけるカチオン交換後に、選定された波長での入射波の波長変化及び前記入射波の波長と本質的に等しい波長を有する前記選定波長用のブラッグ反射を提供するに適した周期的構造を有する光学材料の一連の整列セクションを備えたチャネル導波路が前記セクションに提供されるような長さである。平衡した位相整合のため、一連のセクションについての各セクションの長さとこのセクションのΔｋとの積の和はゼロにほぼ等しく、かつ各セクションの長さはその可干渉距離より小さい。ここに、各セクションについてのΔｋは、このセクションにおける波長変換システムの入射波の伝播定数の和と、このセクションにおける前記波長変換にために作られた波の伝播定数の和との間の差であり、また各セクションの可干渉距離はこのセクションについての２π／Δｋである。準位相整合に使用される導波路については、Ba＋＋、Sr＋＋及びCa＋＋よりなりかつｘが0.8より大きいグループから選定されたカチオン、Ti+及びCs+より選定されたカチオンを含むべきであり、更に熔融塩は、露光の際に前記基板の非線形光学定数に関して非線形光学定数を変更させるために前記選定された時間と温度で前記光学的平滑面に提供するに有効な量の前記カチオンを含む。準位相整合については、一連のセクションに対して各セクションの長さとこのセクションのΔｋとの積の和は２πMWにほぼ等しく（ただしMWはゼロ以外の整数）、また、各セクションに対するΔｋは、このセクションにおける波長変換システムの入射波の伝播定数の和と、このセクションにおける前記波長変換のために作られた波の伝播定数の和との間の差である。タリウム含有基板（即ち、化学式K1-XRbXTiOMO4の基板であって、この化学式のカチオンが部分的にT1+により置換された基板）も適切であることが考えられる。KTiOPO4（即ち、ｘがゼロでかつＭがＰ）は好ましい基板である。
KTP基板は、（光学的平滑面を有する単結晶を提供するため）1mm厚のｚ切断基板を切断し研磨することにより段階（１）に従ってこれを提供することができる。Tiのマスキングは、標準のホトリソグラフ的手法、即ち、基板にTi層を適用し、Tiの上にホトレジスト材料を塗布しホトレジストを硬化させ、ホトレジストの露光部分を取り除き、除去されたホトレジストの下のTiをエッチングで取り去り、そして未露光のホトレジストを除去し、パターン化されたTiマスキングを残す手法に従って段階（３）により提供することができる。通常は、基板は、これが熔融塩内に浸漬される以前に仕上げ研磨をされ、かつ塩の除去後に洗浄される。典型的には、基板は、これを研磨することにより段階（６）に従って仕上げられる。Tiマスクの除去後に、導波路にレーザービームを指向できるように導波路を適切に取り付けることができる。
導波路の作成方法に従ってカチオンが交換された各セクションΔｋはこのセクションの幅及び／又は奥行きの変更により幾分か変えることができ、更に交換イオンのタイプ及び濃度の関数としても多少変更できる。従って、特定の材料を使用して特定波長の変換システムのための最適設計を決定するために、種々の幅等を有する多くの波長の調製を期待することができる。
本発明の実際は以下の非限定的な諸例より更に明らかになるであろう。
例
比較例 Ａ
各がRb/Ti/Ba交換されたKTiOPO4セクション、及び隣接のKTiOPO4セクションよりなる一連の整列した光学変換セグメントを有し仕上げ研磨されたKTiOPO4のセグメント式導波路が以下のように作られた。即ち、まず、KTiOPO4のフラックス成長結晶がほぼ1mm厚のｚ面に切断される。ｚ面は研磨され、加熱蒸着により約1000ÅのTiで被覆される。次いで、導波路パターンを有するホトマスクを介してホトレジストが接触する。この導波路パターンは、間隔が２μｍで、幅が４μｍの長方形より構成される。露光されたホトレジストは除去され、KTiOPO4基板が選択的に現れるように、除去されたホトレジストの下の現されたTi被覆をエチレンジアミン四酢酸（TDTA）、H2O2及びNH4OHの溶液を使用して化学的にエッチングする。残っているホトレジストが除去され、Tiマスクの基板は仕上げ研磨される。Tiマスク基板は、案内長5mmを与えるように研磨され、１モル％のBaNO3、４モル％のTiNO3及び95モル％のRbNO3よりなる熔融塩のバス内で、温度360℃において交換時間１時間でイオン交換される。交換時間の経過後に、基板は室温に冷却され、そしてTiマスクが取り去られる。
得られた導波路は、各が２個のセクションからなる光変換セグメントのグループの繰返しパターンより構成される。このセクションの一方はRb/Ti/Baでイオン交換され、他方のセクションはKTiOPO4のバルク、即ち、イオン交換されない基板である。イオン交換されたセクション、又は「案内セクション」は２倍長型のものである。タイプＡは長さ2.1ミクロンであり、長さタイプＢは長さ2.0ミクロンである。これらイオン交換されたセクションは、KTiOPO4のバルク、即ちイオン交換されないセクションの２ミクロンの長さのセクション、タイプＣ、により分離される。セクションのタイプによる光変換セグメントのグループの繰返しパターンはACACBCACACBCACBCACACBCACBCACACBCである。
この導波路の超周期は32のセクションACACBCACACBCACBCACACBCACBCACACBCよりなリ、セクションＡ、Ｂ及びＣの長さはそれぞれ2.1、2.0、及び2.0ミクロンである。ＡセクションとＢセクションとはＣセクションよりも高い屈折率を持つ。１超周期の第282番目のブラッグ反射について算出された反射率が、線幅パラメーターδの関数として図５に破線により示される。計算のための高屈折率セクションの屈折率は1.8496、また、低屈折率セクションの屈折率は1.8346である。このように設計された導波路はδだけ小さくされたその高屈折率セクションを有し、同時に各低屈折率セクションはδだけ大きくされたその低屈折率セクションを持つ。線幅の偏差δを有するブラッグ反射強度の周期的なパターンがあり、また、0.11ミクロンの線幅の変化が強度と最大からゼロに変化させるに十分である。
実施例 １
本例は、本発明の方法を使用した比較例Ａの導波路の再設計を示す。超周期Λ＝28.4μを有するｑ＝７よりなる導波路は、セグメントの平均長さはΛ/q＝4.057μである。こらは、比較例Ａからの値4.063μに十分に近く、KTPにおける準位相整合のための波長が比較例Ａより僅かに0.3nm短いだけの非常に似た値であろう。比較例Ａについては、２Λ/NZ＝0.4610μであり、一方、順番NZ＝123及び超周期Λ＝28.4μを選定した場合には、２Λ/NZ＝0.4618であり、従ってこのときのブラッグ反射λBraggはKTPの温度変化によりこの二つを一致させるようにλOPMになお十分に近いであろう。比較例Ａと調和して、使用可能な寸法の増分の限度を0.1μとした。このとき、表１における可能なセグメント長Aiに対する光路長を考えることができる。セグメント長は平均セグメント長から約13％未満の偏差を示した。
この場合、Σαｉの最大の大きさが望まれ、更にこのセグメント長についてはほぼ半波長が望まれる傾向がある。Σβｉ（又はΣαｉ）を最小にするために、そして同時に２個の干渉だけを考えれば、奇数播目の1/4波長に近い長さBiが望ましい。大きい番号の可能性のため、及び完全な半波長又は1/4波長は0.1μの寸法の増分では提供されないということのため、表２の結果によりセグメント長を選定するためにコンピュータープログラムが書かれた。Ａ界面及びＢ界面の選定後に、希望の平均屈折率フラクションに近いオフセット、（Σh2i-1）／Λでこの２組が重ねられる。
線幅変動の関数としてこの反射器の算出された反射性が図５に実線で示される。原設計の比較例Ａにおけるよりも強度の変動が相当小さいことが觀察できる。
実施例 ２
この例はKTiOPO4における準位相整合により第２高調波発生器の作成を示し、これはダイオードレーザーを固定するためのブラッグピークも持つ。ピッチにわたり微細に管理するために、10倍のレチクルがアドレス増分0.1μで書かれ、そして最終の現寸ホトマスクを作るために、このパターンが縮小率10:1のレンズを通して投影される。従って、レチクルにおける0.1μの増分はホトマスクにおける0.01μの変化に相当する。セグメント数ｑは４に設定され、一方、超周期は15.89μに設定される。意図された用途においては、ポンプダイオードレーザーは68番目のブラッグ反射の波長に固定され、そしてこのブラッグ波長はKTPの温度調整により準位相整合ピークと一致させられる。この例においては、ダイオードレーザーの発振に十分な利得を有する適宜の波長における容認し得る強度のただ11個のブラッグ反射だけがあるように、隣接ブラッグ順位（Nz＝68又は70）の反射強度を押さえることが望ましい。導波路の幅は４μであり、一方、伝播方向に沿った超周期の寸法は次のように選定された。
Ａ界面では、69番目の算出反射フィールド振幅は４個の界面の完全な光波長位置決めにより獲得可能な最大振幅の約43％であり、また68番目と70番目とでは最大の約５％である。Ｂ界面では、これら３個の順番の総てについて最大獲得可能フィールド振幅の２％以下である。
一連の光変換セグメントであって、その各がRb/Ba変換されたKTiOPO4のセクション及び隣接のKTiOPO4のセクションより構成される前記光交換セグメントを含んだKTiOPO4のフラックス成長結晶より構成され仕上げ研磨されたKTiOPO4のセグメント式導波路が次により作られる。即ち、まず、KTiOPO4のフラックス成長結晶がほぼ1mm厚のｚ面に切断される。ｚ面は研磨され、ホトレジストで被覆される。上述のマスクを通して接触露光が行われ、ホトレジストの露光区域が除去される。約400Åのチタンが加熱蒸着により堆積される。残存ホトレジスト上に被覆されたTiは結晶をアセトン内に浸漬することにより剥がされる。Tiマスクにおける約２×４μの長方形の開口が得られる。Tiマスク基板は、総案内長6mmを与えるように仕上げ研磨され、そして８モル％Ba（NO3）２の熔融バス内で、320℃において交換時間28分間イオン交換される。交換時間の経過後に、基板は室温に冷却され、そしてTiマスクが取り去られる。得られた導波路は、２個のセクションからなる光変換セグメントのグループの繰り返しパターンより各セグメントが構成される。これらセクションの一方はRb/Baでイオン交換され、他方のセクションはKTiOPO4のバルク、即ち、イオン交換されない基板である。
ブラッグ反射器の性能はTi:Al2O3レーザーから導波路内へのエンドファイヤーカプリング光により測定される。図６の実線は、反射光を波長の関数として示す。全波長において、KTPと空気との間の界面から反射される多少の光がある。（端面は反射防止被覆されない。）ブラッグピークがこの背景に対して現れ、第68、69及び70番目がこの図に示される。中央の番号のものと比して両側の番号のものが小さくされていることが觀察できる。69番目のピークにおける反射光の強度はレーザーに向かって反射されている導波路内に結合された光の約29％に相当する。この光は、SHGのための波長の連続低下に十分である。図６の破線は第２高調波の放射強度を示す。ダイオードレーザーと共に使用の場合、KTPはSHGピーク（図６においては846.1nm）をブラッグピークと一致させるようにほぼ26℃に加熱されるであろう。
本発明の特別な実施例が事例において説明された。他の実施例は、ここに明らかにされた本発明の明細書又は手法を考慮すれば熟練技術者には明らかになるであろう。本発明の新規な概念の精神と範囲とから離れることなく変更及び変化を実施し得ることが理解される。本発明はこのに説明された特定の説術及び事例に限定されることなく、請求項の範囲内でのかかる変更された形式を含むことが更に理解される。
本発明は光学物品、特にブラッグ反射特性を有するセグメント式光学品に関する。
発明の背景
光学システムの設計の際にしばしば遭遇する挑戦は、選定された波長の光放射の管理された回折及び反射である。集積光学の領域においては、反射はブラッグ格子の使用により作られることがしばしばある。例えば、固体ダイオードレーザーの領域においては、レーザー波長の制御は半導体レーザー基板上のエッチングされたブラッグ反射格子の組込みにより多く行われる（ハンスパーガー、アール・ジー、（1982）、インテグレーテッド・オプチクス：セオリー・アンド・テクノロジー（Integrated Optics:Theory and Technology）、ニューヨーク、スプリンガー−ヴェラッグ）。
近年、シリコン基板上の光導波路の作成技術が説明された。導波路は、これをシリコン基板の上のSiO2、Si3N4及びSiO2の連続層の堆積又は成長により形成することができ、一方、ブラッグ格子は、ホトリソグラフィーでレジストパターンを定め、次に最上のSiO2のクラディング層にこのパターンを通して格子をエッチングすることにより作られた（シー・エッチ・ヘンリー他、「コンパウンド・ブラッグ・レフレクション・フィルターズ・メード・バイ・スペーシアル・フリケンシー・ダブリング・リソグラフィー（Compound Bragg Reflction Filters Made by Spatial Frequencu Doubling Lithography）」、J.Lightwave Technology,7（９）:1379−1385（1989）。ブラッグ反射器は光通信の波長分割多重化の復調に有用であり（アール・アダー他、「ポラリゼーション・インデペンデント・ナロー・バンド・ブラッグ・レフレクション・グレーティング・メイド・ウイズ・シリカ−オン−シリコン・ウエーブガイドズ（Polarization Independent Narrow Band Bragg Reflection Grating made with Silica−on−Silicon Waveguides）」、Apply.Phys.Lett.、60（15）:1779−1781（1992））、また非常に狭い帯域の波長で発光するようにダイオードレーザーを強制するための外部格子として使用された（ピー・エイ・モートン他、「ハイブリッド・ソリューション・パルス・ソース・ユージング・ア・シリカ・ウエーブガイド・エクスターナル・キャビティー・アンド・ブラッグ・レフレクター（Hybrid Solution Pulse Souce using a Silica Waveguide External Cavity and Bragg Relector）」、Appl.Phys.Lett.,59（23）:2944−2946（1991））。
近年、特に有用な（「平衡位相整合」を示す）波長変換技術が開発された（ビールレイン他、Appl.Phys.Lett.,56（18）pp.1725−1727（1990）及び米国特許第5028107号参照）。これは、波長変換のために入射光波を波長変換用の光学材料の一連の整列したセクションを通るように指向させることを含み、前記セクションは、整列方向における各セクションの長さとΔｋ、即ち伝播定数の変化との積の一連のセクションについての和がこのセクションに対してほぼゼロに等しいように、更に各セクションの長さがその可干渉距離より小さいように選定され、また、前記材料の少なくも一つが光学的に非線形であるか又は非線形光学材料の層が波長変換中に前記一連のセクションの近傍に提供されるか、或いはこれらの双方であるように選定される。この技術は次の新知見に基づく。即ち、光波が個々のセクションにおいては位相整合していない場合でも一連のセクションの端部において位相整合するようにこの一連のセクションを通しての破壊的な干渉の影響を制御するように、反射率とセクションの長さとが平衡を取られている前記光学材料の一連のセクション使用により、波長変換を達成し得るという知見である。
「準」位相整合技術として知られかつ周期的なドメイン逆転又は内部反射を含んだ波長変換のための別の技術が説明された（ジェー・エイ・アームストロング他、「インターアクションズ・ビトウイン・ライト・ウエーブス・イン・ア・ノンリニヤー・ダイエレクトリック（Interactions between Right Waves in a Nonlinear Dielectric）」、Phys.Rev.,127,1918（1962）参照）。光導波管における準位相整合は、Ｎが奇数（整数）であるときにΔＫと波長の周期長との積が2Nπにほぼ等しくなるような周期長で非線形の光学係数の符号を周期的に逆転させることにより位相整合を達成する周期的に変更されたLiNbO3を使って説明された。LiNbO3を使った周期的にドメインが逆転するチャネル導波管は、ジェー・ウェブジョーン、エフ・ラウレル及びジー・アヴィッドソンにより、Journal of Lightwave Technology、Vol.7,No.10,1597−1600（1989,10）及びIEEE Photonics Technology Letters、Vol.1,No.10,316−318（1989−10）に説明される。導波管の製作は、周期的ドメイン逆転の達成のためにチタンを使用し、又は熱処理と続く陽子交換とに組み合わせてLiNbO3の正のｃ面におけるシリコン酸化物の周期的パターンを使用して説明される。ジー・エイ・マーゲル、エム・エム・フェジャー及びアール・エル・バイヤーは、Appl.Phys.Let.56,108−110（1990）において、レーザー加熱ペディスタル成長を使用して作られた周期的に交替する強磁性ドメインを有するLiNbO3結晶を説明する。これらの構造は、407nmの短波長で発光し、かつこの形式の構造に対する光屈折性ダメージに比較的耐える。しかし、これら周期的に変調される導波管は製作が困難でありかつ多くの用途に対する光学的ダメージの閾値が低すぎる。
近年、「準」位相整合に基づいた特に有用な波長変換技術が開発された（米国特許第5157754号及びヴァン・デル・ポエル他、Appl.Phys.Lett.57（20）,pp.2074−2076（1990）参照）。これは、波長変換のための入射光波を、波長変換用の光学材料の一連の整列セクションを有する単結晶を通るように指向させることを含み、この光学材料は、（ａ）化学式K1-xRbxTiOMO4を有する材料、ただしｘは０から１、そしてＭはＰとAsとから選定され、更に（ｂ）前記化学式のカチオンがRb+、Ti+、Cs+の少なくとも一つ、及びBa++、Sr++、Ca++の少なくとも一つにより部分的に置換された材料から選定された波長変換用の光学材料である。ただし、少なくも１個のセクションは（ｂ）から選定された光学材料のセクションであり、そしてｘが0.8より大きい（ｂ）から選定された光学材料については、前記化学式中のカチオンは、Ti+、Cs+の少なくも一つ、及びBa++、Sr++、Ca++の少なくも一つにより部分的に置換され、前記セクションは、一連のセクションについての整列の方向における各セクションの長さとこのセクションに対するΔｋとの積の和が、Ｎをゼロ以外の整数であるときの２πＮにほぼ等しいように、及び少なくも１個のセクションの非線形光学定数が少なくも１個の隣接セクションの非線形光学定数に関して変えられるように選定される。この手法は、高度に非線形でかつダメージに耐え、同時に準位相整合しているようなKTiOMO4形の材料（ここに、ＭはＰ又はAs）のよく知られた利点を使用し、波長変換を行うために非線形光学定数（即ち「ｄ」）の符号及び／又は大きさの変更に備える。
レーザーダイオードを使用して第２高調波発生のための入射光を提供し得ることは本技術においてよく知られている。また、光学的フィードバックによりレーザーダイオードの性能に影響を与え得ることも知られている。シー・イー・ウィーマン他、「ユージング・ダイオード・レーザーズ・フォア・アトミック・フィジックス（Using Diode Lasers for Atomic Physics）」,Rev.Sci.Instrum.62（１）（1991）参照。ある波長の光フィードバックはレーザー出力波長に望ましくない影響を有し、このため、有効なレーザーの作動に関係する装置の作動を大きく妨げる可能性がある。一方では、適切な波長の光フィードバックは、ダイオードレーザーの中心周波数の制御に使用でき、これによりかかる装置の作動を安定させる。いかなる場合においても、ダイオードレーザーに戻る基板表面反射は一般に望ましくないと考えられる。米国特許第5243676号には、整列されかつ隣接セクションとは異なった屈折率を有する光学材料の交互セクションを備え選定波長における波長変換に適したセグメント式導波路であって、入力波の波長と本質的に等しい波長を有する前記選定波長用のブラッグ反射を提供する導波路に沿った周期的構造を特徴とする導波路が説明される。この周期的構造は、多くのセグメントよりなる少なくも１個の超周期を含み（各セグメントは、２種の光学材料の各１個ずつのセクションよりなる）、この超周期の少なくも１個のセグメントはそれの別のセグメントとは光路長が異なり、更に超周期セクションの整列方向における各セクションの長さとこのセクションの屈折率との積の和がNZλ/2にほぼ等しい。ただし、NZは整数であり、λは波長変換に使用される入力波の波長である。
LiNBO3において陽子交換された導波路と一体化されたブラッグ反射器も説明されている。これは、周波数倍加用のポンプダイオードレーザーのレイジング特性を変更させるため（ケイ・シノザキ他、「セルフ−クアシ−フェーズ−マッチド・セカンド−ハーモニックス・ジェネレーション・イン・ザ・プロトン−エクスチェンジドLiNbO3オプティカル・ウエーブガイド・ウイズ・ペリオディカリイ・ドメイン−インバーテッド・リージォンズ（Self−quasi−phase−matched Second−harmonic Generation in the Proton−exchanged LiNbO3 Optical Waveguidee with Periodecally Domain−inverted Regions）」,Appl.Phys.Lett.59（５）:510−512（1991））、及び周波数倍加導波路を含んだ外部式空洞共振器を形成するため（ケイ・シノザキ他、セカンド−ハーモニック・ジェネレーション・デバイス・ウイズ・インテグレーテッド・ペリオディカリイ・ドメイン−インバーテッド・リージォンズ・アンド・デストリビューテッド・ブラッグ・レフレクター・イン・ア・LiNbO3・チャネル・ウエーブガイド（Second−harmonic Generation Device with Integrated Periodecally Domain−inverted Regions and Distributed Bragg Reflector in a LiNbO3 Channel Waveguide）」,Appl.Phys.Lett.58（18）:1934−1936（1991））、選択的フィードバック要素として使用されてきた。
上述の技術構造に必要な寸法を有するブラッグ反射器とホトリソグラフ的に作る際の主要な難点の一つはホトリソグラフの過程自体の不正確な性質にある。実際に作られるブラッグ反射器は、不慮の過露光又は露光不足のため、実際に要求される寸法とは異なった寸法を持つ可能性がある。特別な項目として、長方形の開口，基板頂部の金属層の上のポジのホトレジストを有し、これによりホトレジストに長方形開口を通して金属層がエッチングされるダークフィールドマスクを使用している典型的なホトリソグラフィを考える。この例においては、ホトマスクを通る露光不足は金属マスクの開口の寸法を小さくさせる傾向があり、一方、露光オーバーは開口の寸法を大きくさせる傾向がある。いずれの場合も、ブラッグ反射器に要求されるセクション寸法に不利な影響を与える可能性がある。
発明の概要
本発明は、ホトリソグラフ的方法の不正確さに比較的鈍感なブラッグ反射の提供を包含する。本発明は、選定された波長の入力波との使用に適したセグメント式の物品（即ち、セグメント式導波路）であって、かつ前記入力波長のための選択されたブラッグ反射特性を有する前記物品を提供する。本発明の光学製品は、選択された波長の入力波との使用に適したセグメント式の物品（例えば、セグメント式導波路）であって、かつ前記入力波長用の選択されたブラッグ反射特性を有する前記物品を提供する。本発明の光学物品は、（各セグメントが第１の光学材料のセクションと第２の光学材料のセクションとより構成される）複数のセグメントよりなる少なくも１個の超周期を形成するように整列され、かつ隣接セクションとは異なった屈折率を有する光学材料の交互になっているセクションを備え、超周期の少なくも１個のセグメントはその別のセグメントとは光学経路が異なり、更に超周期のセクション間の界面が、超周期界面の第１の組を形成している超周期の第１、第３及び続くその他の奇数番目の界面、及び超周期界面の第２の組を形成している超周期の第２、第４及び続くその他の偶数番目の界面により、前記入力波長における合成振幅の後方進行波を作る。本発明の光学物品は、（１）整列方向における各セクションの長さとこのセクションの屈折率との積が、Nzを整数、λを入力波の波長としたときのNzλ/2にほぼ等しく、そして（２）超周期におきる前記界面の二つの組の一方の界面は、この組により作られる合成振幅の和のモジュラスがほぼゼロであるか或いは他方の組により作られた合成振幅の和のモジュラスの40％より小さくなるように、間隔を空けられる。２状態（１）と（２）とは、リソグラフ線幅の変動に比較的鈍感な所望のブラッグ特性を提供する。
本発明によるセグメント式物品は、これからのブラッグ反射をレーザー源の安定化に使用し得るようにレーザー源と一緒に装置において使うことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による導波路の図式的な図面である。
図２は本発明により形成された２個のセグメントを有する１超周期の図式的な図面である。
図3aはセグメントの周期的アレイである。
図3bは本発明によるセグメントの周期的アレイである。
図４は反射の強度（Ir）対h2及びh4の増加δのグラフである。
図５は反射の強度（Ir）対線幅パラメーターδのグラフである。
図６は入力波長λに対する実線で示された反射基本強度（Ir）及び破線で示された第２高調波強度（Is）のグラフである。
図７は本発明によるブラッグ反射及び波長変換用の装置の図式的な図面である。
発明の詳細な説明
本発明は、リソグラフの線幅の変動に比較的鈍感な選択されたブラッグ反射特性を有するセグメント式の物品を包含する。バルクブラッグ反射器、及び導波路ブラッグ反射器が含まれる。典型的には、ブラッグ反射器はレーザー源の安定のため、又は空洞内の共鳴フィールドの強化のため、又は特定の希望波長を検知器に反射させるために使用される。
本発明は、ブラッグ反射器が波長変換システムにおいて有利に使用される実施例を含む。これらブラッグ反射器は、例えば、波長変換に使用される装置の個別部分として設計し、或いは希望のブラッグ反射と波長変換とを同時に提供するセグメント化されたパターンを提供するように一体に設計することができる。特に注目されるものは、ある一つの波長を有する光波を異なった波長の光波に少なくも部分的に変換するに適したセグメント式導波路である。一般に、波長変換中における入射波の周波数の和と作られた波の周波数の和とは等しい。従って、波長変換システムについては、周波数ω３が周波数ω１とω２との和である場合、周波数ω３、波長λ３の波を発生させるために周波数ω１、波長λ１の波が周波数ω２、波長λ２の波と共に使用され、また波長変換システムについては、周波数ω４が周波数ω５とω６との和である場合、周波数ω５、波長λ５の波と共に周波数ω６、波長λ６の波を発生させるために周波数ω４、波長λ４の波が使用される。
本発明により、選択された波長における波長変換用の導波路としての使用に適し線幅に鈍感なセグメント式物品であって、かつ隣接セクションとは異なった屈折率を有し交互に配置された整列材料セグメントを備えた前記セグメント式物品（例えば、化学式K1-XRbXTiOMO4を有する結晶構造の一つおきのセクション、ただし、ｘは０から１、ＭはＰ又はAs、そして基板材料のセクションは前記基板のカチオンが部分的に交換される）が、波長変換に使用される入力波の波長と本質的に等しい波長を有しかつ前記選定された波長に対するブラッグ反射を提供する導波路に沿った周期的構造を有することを特徴とする。
本発明のセグメント式物品は少なくも１個の超周期を有するとして表され、この超周期当たりのセグメント数ｑは２又はそれ以上であり、ブラッグ反射の最小次数は２であり、また前記超周期は光学材料の2q個のセクション、又はｑ個のセグメント（即ち、第１のセグメントからの光学材料の隣接セクションs1とs2の対、第２のセグメントから隣接セクションs3とs4の対、更に第ｑのセグメントからのs2q-1とs2qの対）を有し、そして各セクションは、ｉが整数１から2qでであるとき、超周期の周期ΛをΛ＝Σhiで定義する長さh1、h2、・・・h2qに対応することを特徴とする（図１参照）。超周期の各セグメントの第１又は第２のセクションは、奇数セクション（即ち、s1、s3、・・・、s2q-1）、偶数セクション（即ち、s2、s4、・・・、s2q）と称し、奇数セクションはそのセグメントの偶数セクションより大きな屈折率を持つ。これらセクションは、光波の入射ビームが物品内に入り伝播し、まずs1、次にs2に次にs3に・・・の順序でこれらセクションに出会うように整列される。A1、A2、・・・、Aqはセクションの対（s2q、s1）、（s2、s3）、・・・、（s2q-2、s2q-1）間の界面を示す。B1、B2、・・・、Bqは界面（s1、s2）、（s3、s4）、・・・（s2q-1、s2q）を示す。界面Ａは入射光ビームが低屈折率のセクションから高屈折率のセクションに移動する界面であり、一方、界面Ｂは入射光ビームが高屈折率のセクションから低屈折率のセクションに移動する界面である。界面AiとAi+1との間の距離はaiで示される（ただし、ｉは１からｑ−１）。界面BiとBi+1との間の距離はbiで示される。界面Ai又はBiの各は、与えられた入射ビームについて、それぞれ合成振幅αｉ又はβｉの後方移動波を作る。本発明に従って、（ａ）Σβｉのモジュラスがゼロ、又は実際上ゼロに近いようにbiの組を選定し（与えられたリソグラフ方法の解像度）、及び／又はΣαｉのモジュラスがゼロ、又は実際上ゼロに近いようにaiの組を選定し；或いは（ｂ）Σαｉのモジュラスが係数Σβｉの40％以下であるように、又は係数ΣβｉがΣαｉのモジュラスの40％以下であるようにaiの組とbiの組とを選定することにより、リソグラフ線幅に対して比較的鈍い感度が得られる。
超周期構造は、Σβｉのモジュラスの最小化段階を使って以下のように使うことができる。導波路におけるモードの伝播を特徴付ける屈折率をnmとする。伝播定数はｋ＝２πnm/λである。ここに、λは真空波長である。このとき、Σβｉは
距離2xiが境界B1ないしBi及び背後からの距離として図示される図１を参照する。
同様にΣαｉはxiに関連付けられる。ここにxiは
ここで定義された和Σαｉ及びΣβｉは境界の組Ａ及びＢの相対位置とは無関係である。距離bjの組はΣβｉのモジュラスを最小にするように選ばれる。ajの組は希望振幅のブラッグ反射を与えるように選定される。ある状況下では、、ブラッグ反射を全く無くすことが望まれることがあり、この場合は距離ajの組もΣαｉのモジュラスを最小にするように選ばれる。他の場合は、Σαｉのモジュラスが重要であって本発明によりΣβｉがこれの40％以下であり、或いはΣβｉが重要であって本発明によりΣαｉはこれの40％以下であろう。
最終の設計段階は、波長が消失部分の無いように、かつモード指数が出発時に仮定された値から外れないようにＡ境界とＢ境界との相対位置を設定することである。典型的には、光の経路に沿って周期的に間隔を空けられた少なくも３個の超周期を設けることが望ましい。
本発明は、セグメント長ai及びbiにわたる制御が適切であるが、奇数番目（高屈折率）セクション（例えば、h1、h3、及びh2q-1）及び偶数番目（低屈折率）セクション（例えば、h2、h4、及びh2q）の相対長さの制御がないブラッグ反射に特に有用である。図１を参照すれば、Ａ境界に関するＢ境界（即ち、B1、B2、・・・Bq）及び別のＢ境界に関するＢ境界の間隔（即ち、ai及びbi）を設計のようにすることができるが、Ａの組とＢの組との相対位置は組織的に変化する。リソグラフ的方法の不適応からかかる組織的な境界の移動が生ずる可能性があり、かつ、一般に、Ａ境界からの合成振幅がＢ境界からの合成振幅を有する位相に出入するのでブラッグ強度における変動を生ずるであろう。本発明に従って、Σβｉのモジュラスをほぼゼロに設定することにより（又ははΣβｉのモジュラスをΣαｉのモジュラスの40％以下に設定することにより）、或いは逆にΣαｉのモジュラスをほぼゼロに設定することにより（又ははのモジュラスΣαｉをΣβｉのモジュラスの40％以下に設定することにより）、これら境界移動に対する感度が大きく減らされ、又は無くされる。
換言すれば、本発明は、格子ピッチが線幅より高度に正確に管理されるときに有用である。例えば、リソグラフ的に定められたブラッグ回折装置における難点の一つは、実際に作られた屈折率交番構造が設計とは異なった線幅を持ち得ることである。リソグラフ方法は、例えば、ホトマスクを作るために、e'ビームでレジスト材料にパターンを書き、現像し、そして追加のエッチングを行う段階であるとすることができ、或いは、例えば、リソグラフ方法はホトマスクのパターンを基盤に転写するものであるとすることができる。例えば、図２において、同じ超周期の周期的アレイ内に収められた２個のセグメントの１超周期が描かれる。図２の上方セクションは設計セクションを示し、図２の下方セクションはリソグラフ方法における不全（例えば、露光不足）により実際に作られる可能性のあるデバイスを示す。奇数番号のセクションs1及びs3（屈折率が大きい）は対応した設計セクションs2'及びs3'よりδの大きさだけ線幅が小さく、また、偶数番号のセクションs2及びs4は対応した設計セクションs2'及びs4'よりδの大きさだけ線幅が大きい。線幅のかかる変動は、一般に、ブラッグ強度における望ましくない変動を生ずる。第１近似では、リソグラフの線幅が変動してもセグメント長ai及びbiは対応するセグメントの設計長ai'及びbi'から不変であり、また超周期Λは設計の超周期Λ’と変わらない。距離長ai'及びbi'は導波路作成中（第１近似に対しては）変化しない。界面Ａの組に関する界面Ｂの組を位置決めするオフセットを選定することにより、セクション長hiの特定の組が決定される。更に、このオフセットは、反射器の作成に使用されるリソグラフ方法における変動による固有の変数である。
本発明は、超周期当たりセグメント数が２又はそれ以上であり、かつブラッグ反射の最小次数が２である場合の超周期に限定される。従って、最も簡単な例は以下の通りである。即ち、図3aに示された周期的アレイを参照すれば、長さai及びbiの総てはλ/2と等しく作られる。ここに、λは材料への入射ビームの波長である。これにより、界面Ａの組及びＢの組の両者の反射率が確実に最大にされる。奇数セクションs1及びs3は偶数セクションs2及びs4よりも大きな屈折率を持つ。界面Ａ及びＢは、総てのh'が４分の１波長λ/4より大きくなるように相互位置を決められる。これにより、界面Ａからの反射は、確実に界面Ｂからの反射と同じ位相を持つ（即ち、Ａ及びＢは構成的に干渉するであろう）。このように設計された反射器は２セグメント超周期のブラッグ２次に対して最大の反射率を持つ。（図3aの反射器の高度の対称性のため、２セグメント超周期のブラッグ２次は、１セグメント超周期のブラッグ１次と同じ波長において生ずる。）界面Ｂの組が界面Ａの組に関して距離δだけ（右又は左に）動かされると、図４に実線で示されるように反射率は低下する。本発明の実施に当たっては、界面Ｂの反射率をゼロにすることが望ましい。この場合は、これは、図3bに示されるように、b1＝３λ/4及びb2＝λ/4になるように界面Ｂの位置を変えることにより達成される。これがΣβｉを最小にする。図3bの格子からの２次ブラッグ反射については、界面Ａの組に関する界面Ｂの組の移動をδとすると、反射率は図４に破線で示されるように比較的一定である。線幅が変動したときに反射率が比較的一定である理由は次の通りである。即ち、Σβｉがほぼゼロであるため、界面Ａからの反射に関するその位相は、全反射率の決定には本質的に無関係であるためである。図４の破線の一定の反射率は図４の実線の反射率最大強度の僅か1/4に過ぎない（即ち、反射フィールド振幅が僅か1/2である）。本発明により、製作誤差とは無関係な反射率を達成するために、経路長当たり反射振幅は可能な最大値から減らされる。多くの用途において、絶対最大反射率を探すことはなく、そしてこれは負担というよりは長所である。経路長1mm当たりの低い反射振幅はより長い経路長を許しかつより狭い反射バンド幅を達成する。また、1mm当たり最大反射振幅を使用しないことを指令されるであろうSHGに必要な最小経路長のような別の制限のある可能性がある。
弱いブラッグ反射を希望する場合は、ΣαｉとΣβｉとの両者を独立的にゼロとすること（又はできるだけゼロに近づけること）ができる。このとき、ブラッグ反射は、確実に、線幅の変動以下の最小に留まるような方法で最小化される。一般に、Σ（αｉ＋βｉ）がゼロであるように反射器を設計する種々の方法があるが、上述のものだけが希望の製作許容差を与えることに注意されたい。
より一般的には、超周期を光学材料m1、m2、・・・mpのｐ個の整列された多数の隣接セクションより構成することができる。ブラッグ反射の合成振幅は、個々の境界の総ての合成振幅の和であり、この個々の境界の総ての合成振幅のあるものは大きな屈折率を有し、その別のものは小さな屈折率を有するであろう。この総和は、一般に個々に加算され、後で一緒に加えられるサブセットに分類することができる。もし製造工程により、一方の組の境界の他方の組に関する境界の管理されないが（総てが調和した）整然とした移動が行われるならば、本発明の物品は、この組の境界間の分離がこの組の反射フィールド振幅の和を本質的にゼロにするように設計されるであろう。
上の記述は高屈折率セクションと低屈折率セクションとの間の屈折率の変化Δｎの小さな限度内において正確である。Δｎが大きくなると、反射の相対位相だけでなく、Σαｉ及びΣβｉの振幅の線幅の変化により変えられる。しかし、近似により、個々に説明された方法は大きなΔｎの場合にもなお有用である。
本発明により波長変換に適した周期的構造を提供することができる。例えば、ブラッグ反射が、波長において、波長変換用の入力波の波長に本質的に相当するように正確に選定された周期で材料の一つおきのセクション（例えば、ｘが０ないし１でありＭがＰ又はAsであるときの化学式K1-XRbXTiOMO4を有しかつ基板のカチオンが部分的に交換された基板材料のセクションを有する結晶構造の一つおきのセクション）の間隔を空ける方法。従って、波長変換のための入射光波を波長変換用の光学材料の一連の整列セクションを通るように指向させる段階を含み、前記セクションは希望のブラッグ反射が提供されるように上述のように選定される波長変換の方法が本発明により提供される。
導波路については、設けられるセクションの総数は、使用される光学材料及び導波路の長さのような要因に依存する。典型的な長さ5.0mmの導波路において約400個から4000個の範囲のセクションを設けることができる。より長い導波路は10000セクションまで、又はこれ以上とすることができる。しかし、僅か12個のセクションしか使わない物品も本発明の範囲内であると考えられる。
線形材料及び非線形材料の両者を本発明に従って使用できる。ある実施例においては、各セグメントの少なくも１個のセクションがゼロでない非線形の光学係数を持つ。この物品が導波路ではなくてバルク反射器であるならば、僅か４個のセクションの使用でも足りる。本発明のブラッグ反射器及びレーザー源を備えた装置は、ブラッグ反射器からのブラッグ反射をレーザー源の安定化のために使用するように、これを設計することができる。
波長変換システムに使用する本発明の物品のための好ましい光学材料は、化学式K1-XRbXTiOMO4を有する単結晶材料を含む。ここに、ｘは０ないし１であり、ＭはＰ及びAsよりなるグループから選定され、更に前記化学式の単結晶材は、そのカチオンがRb+,Ti+及びCs+の少なくも１種により部分的に交換されたものである。実際上の理由から、カチオンが部分的に交換されかつｘが約0.8又はそれ以上である場合には、交換カチオンはCs+、Ti+或いはCs+とTi+との双方を含むことが好ましい。米国特許第4766954号に示されるように、Rb+,Ti+及び／又はCs+と共に二価イオン（例えばCa++,Sr++及びBa++）の使用が広範囲の屈折率の制御を提供できる。二価イオン、並びにRh+、Cs+及び／又はTi+は、基板材料の一価イオン（例えばKTiOPO4基板のK+イオン）と交換可能である。本発明の材料を使用している物品の例には、KTiOPO4のセクションとK1-XRbXTiOMO4（ただしｘ≠０）のセクションとが連続した導波路を提供するように変更されたKTiOPO4の単結晶を有する物品、並びにKTiOPO4のセクション及びカチオンがBa++及びRb+とTi+の少なくも一方により交換されたKTiOPO4のセクションとが連続した導波路を提供するように変更されたKTiOPO4の単結晶を有する物品が含まれる。
好ましい基板材料は化学式KTiOMO4（ただし、ＭはＰ又はAs）を有する単結晶材料である。本発明の実施の際の基板材料として応用と考えられる化学式KTiOMO4の単結晶材料は、光学品質の結晶を提供する適宜の方法でこれを作ることができる。結晶成長の普通の方法には水熱プロセスとフラックスプロセスとが含まれる。米国特許第4305778号は、選定されたK2O/M2O5/（TiO2）２システムの三元図の特定部分により定義されたガラスの水溶液を鉱化用液剤として使用することを含んだKTiOMO4の単結晶の成長のための適切な水熱プロセスを明らかにする。米国特許第4231838号は、希望の結晶製品が唯一の安定な固体相であるような三元位相図の範囲内にあるように選択された出発成分を加熱し、次いで希望製品に結晶させるように制御冷却することを含んだ適切なKTiOMO4のフラックス式単結晶成長方法を明らかにする。本発明の教示による光学物品を作るためにKTiOMO4の単結晶を使用する場合は、水熱式の成長又はフラックス式の成長を使用できる。
準位相整合に使用される結晶質の光学材料は、化学式K1-XRbXTiOMO4を有する単結晶材料であることが好ましい。ただし、ｘは０から１までであり、ＭはＰとAsとよりなるグループより選定され、更に更に前記化学式のカチオンはRb+、Ti+及びCs+の少なくも１種、及びBa++、Sr++及びCa++の少なくも１種により部分的に交換されたものである。一連の整列セクションの少なくも１個は、Ba++、Sr++及びCa++の少なくも１種によりカチオンが部分的に交換された前記化学式の光学材料のものでなければならない。実際上の理由から、カチオンが部分的に交換されかつｘが約0.8又はそれ以上である場合には、一価の交換カチオンはCs+、Ti+或いはCs+とTi+との双方を含むべきである。諸セクションは、結晶のｚ面上で整列されることが好ましい。
本発明は、導波路構造、バルク応用について使用することができ、更にある種の条件下では導波路と非導波路の混合システムに使用できる。混合システムにおいては、案内部分間の放射損失を最小にするために、光波の伝播方向における非導波の長さは材料中の光波のデフォーカス長より短くすべきである。
以下のようなリソグラフ技術を使用してバルク干渉反射器を作ることができる。KTPのような１次元的なイオン交換材料又はナトリウムβアルミナのような２次元的イオン交換材料が選定される。ナトリウムβアルミナにおいては、イオン交換は、ａ及びｂ結晶方法に沿って生ずるが、ｃ方向には沿っては発生しない（ワイ・エフ・ワイ・ヤオ、及びジェー・テー・カマー、「イオン・エクスチェンジ・プロパティ・オブ・アンド・レート・オブ・イオニック・ディフージョン・イン・ベータ・アルミナ（Ion Exchange Properties of and Rates of Ionic Diffusion in β−alumina）」,J.Ionrg.Nucl.Chem.,29:2453−2475（1967））。βアルミナ結晶の（100）面がｂ方向と平行に走るストリップを含んだイオン交換マスクによりリソグラフ式にパターンが施される（図１、ｂは垂直方向でありｃは水平方向であるが、セクションはｂ方向に沿ったバルク結晶の寸法の幅となる）。その他の面はイオン交換を防ぐように被覆される。例えば熔融KNO3のカリウムによるイオン交換は排気に実行され、高次の材料の平面層を作り、これらの面はｃ軸に垂直である。ｃ方向に沿ったイオン交換の欠如により、交換区域と非交換区域との間の界面が確実に形成されるであろう。ｃ方向に沿った光の伝播は、基板上の複数層の堆積により作られた誘電体ミラー及び干渉フィルターとして知られているものと同様な多層誘電体に遭遇する。これはKPTにおける導波路技術の延長であり、ガイドの幅と深さとは光波が密に絞られなくなるまで（導波されなくなるまで）大きくされるが、バルク構造における伝播としてよく説明される。
本発明に従ってセグメント化された物品は、この物品からのブラッグ反射がレーザー源の安定のために使用されるようにレーザー源と共に使用することができる。この装置のブラッグ反射器は、ある事例においては導波路（例えば、波長変換に適した導波路）であり得る。例えば、入射波の波長と本質的に等しい波長を有する選択波長におけるブラッグ反射を提供する導波路に沿った周期的構造を有するセグメント式導波路であって、更にブラッグ反射を入射波のレーザー源に向けるための手段、及び入射光波を前記チャネル導波路内に結合させるための手段を有することを特徴とする光導波路装置を提供するために本発明を使用することができる。導波路はその入力端と出力端において角度がつけられ、これにより表面反射を減らしている。入ってくる光波をチャネル導波路内に結合させる手段は２個のレンズを備え、第１のレンズは入射光波を実質的に平行にするように位置決めされ、第２のレンズは平行にされた光波を導波路の入力端に焦点合わせするように位置決めされる。或いは、入ってくる光波をチャネル導波路内に結合させる手段は突合わせカプリングを備えることができる。典型的には、この装置は、前記チャネル導波路から外に出てくる光波を連結するための手段も備えるであろう。この装置は、光波を作るための固体ダイオードレーザー、及び選択的にダイオードレーザーを前記入力光波作成に適した温度に維持するための温度制御手段を備えることもできる。ビームをレーザー源に戻し、又は検知器に指向させるために、同様な手段により本発明のバルク干渉反射器を使うことができる。
図７に示された装置（10）を参照して本発明の使用が説明される。この装置では、レーザー（11）によりある波長で放射された光波が別の波長の波を発生させるために使用される。レーザー（11）により放射された光波を導波路（14）に焦点合わせをするようにレンズ（12）が第２のレンズ（13）を経て光波の焦点合わせを行う。波長の変換は導波路（14）内で生ずる。第３のレンズ（15）が導波路から出てきた光波を平行にする。図示の装置内にフィルター（16）が設けられ、導波路（14）内で作られた希望波長の光波の通過を許すと同時に放射波の波長を有するその他のいかなる光波も通さない。従って、例えば、レーザー（11）が波長約0.85μｍで発光する半導体ダイオードレーザーであり、更に導波路（14）がかかる入射光を使って第２高調波を作るように構成されかつ本発明に従って波長が約0.85μｍのブラッグ反射を提供するならば、ダイオードレーザーは約0.85μｍにおけるブラッグ反射に固定する。ダイオードレーザーはその出力波長を限定範囲（例えば、約1.5Å）内で調節できるように温度の変更ができ、かつラッグ反射との相互作用のためレーザーは温度調整範囲外の波長に不規則に飛躍することがない。フィルター（16）は、導波路から放射された平行ビームから波長0.85μｍの光波は濾波されるが波長0.425μｍの光波は、その通過を許すようにされる。図１の装置を組み込んだ装置は本発明の範囲内の物品であると考えられ、更に導波路自体は本発明の範囲内の物品であると考えられる。
米国特許第4740265号及び米国特許第4766954号に説明のように、基板マスクの使用により、Rb+、Cs+、Ti+の少なくも一つより選定されたイオンによる１光学的平滑面のカチオンの交換、及び出発基板の屈折率に関する表面屈折率の変化の獲得が可能である。本発明により、所望のチャネル形成に使用される結晶基板表面のセクションに沿った区域は、得られたチャネルが原基板（例えば、KTiOPO4）とカチオン交換された基板材料（例えば、K1-XRbXTiOPO4、ただしｘ≠０）とが交互になった一連の整列したセクションよりなるように、カチオン交換中、交互にマスクしマスクしないことができる。所望のマスクを提供するために、標準のホトグラフ技術を使用することができる。例えば、熔融塩に適切に暴露されたときにカチオン交換により第２の光学材料のセクションの形成ができるように作られたパターンを有する保護材料（例えばTi）のマスクを結晶基板の面上に適用することができる。カチオン交換の後に、残っている保護材料を除去できる。
本発明による波長変換システム用のチャネル導波路を調製する１方法は次の諸段階を包含する。即ち、（１）化学式K1-XRbXTiOPO4（ただしｘは０から１、Ｍは光学的平滑面を有するＰ又はAs）を有する単結晶材料のＺ切断基板のＺ切断面を作り、（２）Rb+、Cs+及びTi+よりなるグループから選定されたカチオンを含んだ熔融塩であって、露光の際に前記基板の屈折率に関して屈折率を変更させるためにカチオン交換に十分な時間だけ選定温度で前記光学的平滑面に与えるに有効な量の前記熔融塩を作り、（３）前記熔融物に耐える材料でマスクされた部位とマスクされない部位とが交互にされた前記光学的平滑面のセクションに沿った整列区域のパターンを提供するように前記基板にマスキング材料を適用し、（４）前記マスクされた基板を前記熔融塩内に前記選定温度で前記選定時間だけ浸漬し、これにより前記マスクされない区域におけるカチオン交換を行い、（５）前記基板からマスキング材料を除去し、そして、（６）研磨された導波入出力面を有する清浄な導波路を提供するように前記基板を仕上げる。この方法においては、前記マスクされた区域とマスクされない区域の長さは次のように選定される。即ち、マスクされない区域におけるカチオン交換後に、選定された波長での入射波の波長変化及び前記入射波の波長と本質的に等しい波長を有する前記選定波長用のブラッグ反射を提供するに適した周期的構造を有する光学材料の一連の整列セクションを備えたチャネル導波路が前記セクションに提供されるような長さである。平衡した位相整合のため、一連のセクションについての各セクションの長さとこのセクションのΔｋとの積の和はゼロにほぼ等しく、かつ各セクションの長さはその可干渉距離より小さい。ここに、各セクションについてのΔｋは、このセクションにおける波長変換システムの入射波の伝播定数の和と、このセクションにおける前記波長変換にために作られた波の伝播定数の和との間の差であり、また各セクションの可干渉距離はこのセクションについての２π／Δｋである。準位相整合に使用される導波路については、Ba＋＋、Sr＋＋及びCa＋＋よりなりかつｘが0.8より大きいグループから選定されたカチオン、Ti+及びCs+より選定されたカチオンを含むべきであり、更に熔融塩は、露光の際に前記基板の非線形光学定数に関して非線形光学定数を変更させるために前記選定された時間と温度で前記光学的平滑面に提供するに有効な量の前記カチオンを含む。準位相整合については、一連のセクションに対して各セクションの長さとこのセクションのΔｋとの積の和は２πMWにほぼ等しく（ただしMWはゼロ以外の整数）、また、各セクションに対するΔｋは、このセクションにおける波長変換システムの入射波の伝播定数の和と、このセクションにおける前記波長変換のために作られた波の伝播定数の和との間の差である。タリウム含有基板（即ち、化学式K1-XRbXTiOMO4の基板であって、この化学式のカチオンが部分的にT1+により置換された基板）も適切であることが考えられる。KTiOPO4（即ち、ｘがゼロでかつＭがＰ）は好ましい基板である。
KTP基板は、（光学的平滑面を有する単結晶を提供するため）1mm厚のｚ切断基板を切断し研磨することにより段階（１）に従ってこれを提供することができる。Tiのマスキングは、標準のホトリソグラフ的手法、即ち、基板にTi層を適用し、Tiの上にホトレジスト材料を塗布しホトレジストを硬化させ、ホトレジストの露光部分を取り除き、除去されたホトレジストの下のTiをエッチングで取り去り、そして未露光のホトレジストを除去し、パターン化されたTiマスキングを残す手法に従って段階（３）により提供することができる。通常は、基板は、これが熔融塩内に浸漬される以前に仕上げ研磨をされ、かつ塩の除去後に洗浄される。典型的には、基板は、これを研磨することにより段階（６）に従って仕上げられる。Tiマスクの除去後に、導波路にレーザービームを指向できるように導波路を適切に取り付けることができる。
導波路の作成方法に従ってカチオンが交換された各セクションΔｋはこのセクションの幅及び／又は奥行きの変更により幾分か変えることができ、更に交換イオンのタイプ及び濃度の関数としても多少変更できる。従って、特定の材料を使用して特定波長の変換システムのための最適設計を決定するために、種々の幅等を有する多くの波長の調製を期待することができる。
本発明の実際は以下の非限定的な諸例より更に明らかになるであろう。
例
比較例 Ａ
各がRb/Ti/Ba交換されたKTiOPO4セクション、及び隣接のKTiOPO4セクションよりなる一連の整列した光学変換セグメントを有し仕上げ研磨されたKTiOPO4のセグメント式導波路が以下のように作られた。即ち、まず、KTiOPO4のフラックス成長結晶がほぼ1mm厚のｚ面に切断される。ｚ面は研磨され、加熱蒸着により約1000ÅのTiで被覆される。次いで、導波路パターンを有するホトマスクを介してホトレジストが接触する。この導波路パターンは、間隔が２μｍで、幅が４μｍの長方形より構成される。露光されたホトレジストは除去され、KTiOPO4基板が選択的に現れるように、除去されたホトレジストの下の現されたTi被覆をエチレンジアミン四酢酸（TDTA）、H2O2及びNH4OHの溶液を使用して化学的にエッチングする。残っているホトレジストが除去され、Tiマスクの基板は仕上げ研磨される。Tiマスク基板は、案内長5mmを与えるように研磨され、１モル％のBaNO3、４モル％のTiNO3及び95モル％のRbNO3よりなる熔融塩のバス内で、温度360℃において交換時間１時間でイオン交換される。交換時間の経過後に、基板は室温に冷却され、そしてTiマスクが取り去られる。
得られた導波路は、各が２個のセクションからなる光変換セグメントのグループの繰返しパターンより構成される。このセクションの一方はRb/Ti/Baでイオン交換され、他方のセクションはKTiOPO4のバルク、即ち、イオン交換されない基板である。イオン交換されたセクション、又は「案内セクション」は２倍長型のものである。タイプＡは長さ2.1ミクロンであり、長さタイプＢは長さ2.0ミクロンである。これらイオン交換されたセクションは、KTiOPO4のバルク、即ちイオン交換されないセクションの２ミクロンの長さのセクション、タイプＣ、により分離される。セクションのタイプによる光変換セグメントのグループの繰返しパターンはACACBCACACBCACBCACACBCACBCACACBCである。
この導波路の超周期は32のセクションACACBCACACBCACBCACACBCACBCACACBCよりなリ、セクションＡ、Ｂ及びＣの長さはそれぞれ2.1、2.0、及び2.0ミクロンである。ＡセクションとＢセクションとはＣセクションよりも高い屈折率を持つ。１超周期の第282番目のブラッグ反射について算出された反射率が、線幅パラメーターδの関数として図５に破線により示される。計算のための高屈折率セクションの屈折率は1.8496、また、低屈折率セクションの屈折率は1.8346である。このように設計された導波路はδだけ小さくされたその高屈折率セクションを有し、同時に各低屈折率セクションはδだけ大きくされたその低屈折率セクションを持つ。線幅の偏差δを有するブラッグ反射強度の周期的なパターンがあり、また、0.11ミクロンの線幅の変化が強度と最大からゼロに変化させるに十分である。
実施例 １
本例は、本発明の方法を使用した比較例Ａの導波路の再設計を示す。超周期Λ＝28.4μを有するｑ＝７よりなる導波路は、セグメントの平均長さはΛ/q＝4.057μである。こらは、比較例Ａからの値4.063μに十分に近く、KTPにおける準位相整合のための波長が比較例Ａより僅かに0.3nm短いだけの非常に似た値であろう。比較例Ａについては、２Λ/NZ＝0.4610μであり、一方、順番NZ＝123及び超周期Λ＝28.4μを選定した場合には、２Λ/NZ＝0.4618であり、従ってこのときのブラッグ反射λBraggはKTPの温度変化によりこの二つを一致させるようにλOPMになお十分に近いであろう。比較例Ａと調和して、使用可能な寸法の増分の限度を0.1μとした。このとき、表１における可能なセグメント長Aiに対する光路長を考えることができる。セグメント長は平均セグメント長から約13％未満の偏差を示した。
実施例 ２
この例はKTiOPO4における準位相整合により第２高調波発生器の作成を示し、これはダイオードレーザーを固定するためのブラッグピークも持つ。ピッチにわたり微細に管理するために、10倍のレチクルがアドレス増分0.1μで書かれ、そして最終の現寸ホトマスクを作るために、このパターンが縮小率10:1のレンズを通して投影される。従って、レチクルにおける0.1μの増分はホトマスクにおける0.01μの変化に相当する。セグメント数ｑは４に設定され、一方、超周期は15.89μに設定される。意図された用途においては、ポンプダイオードレーザーは68番目のブラッグ反射の波長に固定され、そしてこのブラッグ波長はKTPの温度調整により準位相整合ピークと一致させられる。この例においては、ダイオードレーザーの発振に十分な利得を有する適宜の波長における容認し得る強度のただ11個のブラッグ反射だけがあるように、隣接ブラッグ順位（Nz＝68又は70）の反射強度を押さえることが望ましい。導波路の幅は４μであり、一方、伝播方向に沿った超周期の寸法は次のように選定された。
一連の光変換セグメントであって、その各がRb/Ba変換されたKTiOPO4のセクション及び隣接のKTiOPO4のセクションより構成される前記光交換セグメントを含んだKTiOPO4のフラックス成長結晶より構成され仕上げ研磨されたKTiOPO4のセグメント式導波路が次により作られる。即ち、まず、KTiOPO4のフラックス成長結晶がほぼ1mm厚のｚ面に切断される。ｚ面は研磨され、ホトレジストで被覆される。上述のマスクを通して接触露光が行われ、ホトレジストの露光区域が除去される。約400Åのチタンが加熱蒸着により堆積される。残存ホトレジスト上に被覆されたTiは結晶をアセトン内に浸漬することにより剥がされる。Tiマスクにおける約２×４μの長方形の開口が得られる。Tiマスク基板は、総案内長6mmを与えるように仕上げ研磨され、そして８モル％Ba（NO3）２の熔融バス内で、320℃において交換時間28分間イオン交換される。交換時間の経過後に、基板は室温に冷却され、そしてTiマスクが取り去られる。得られた導波路は、２個のセクションからなる光変換セグメントのグループの繰り返しパターンより各セグメントが構成される。これらセクションの一方はRb/Baでイオン交換され、他方のセクションはKTiOPO4のバルク、即ち、イオン交換されない基板である。
ブラッグ反射器の性能はTi:Al2O3レーザーから導波路内へのエンドファイヤーカプリング光により測定される。図６の実線は、反射光を波長の関数として示す。全波長において、KTPと空気との間の界面から反射される多少の光がある。（端面は反射防止被覆されない。）ブラッグピークがこの背景に対して現れ、第68、69及び70番目がこの図に示される。中央の番号のものと比して両側の番号のものが小さくされていることが觀察できる。69番目のピークにおける反射光の強度はレーザーに向かって反射されている導波路内に結合された光の約29％に相当する。この光は、SHGのための波長の連続低下に十分である。図６の破線は第２高調波の放射強度を示す。ダイオードレーザーと共に使用の場合、KTPはSHGピーク（図６においては846.1nm）をブラッグピークと一致させるようにほぼ26℃に加熱されるであろう。
本発明の特別な実施例が事例において説明された。他の実施例は、ここに明らかにされた本発明の明細書又は手法を考慮すれば熟練技術者には明らかになるであろう。本発明の新規な概念の精神と範囲とから離れることなく変更及び変化を実施し得ることが理解される。本発明はこのに説明された特定の説術及び事例に限定されることなく、請求項の範囲内でのかかる変更された形式を含むことが更に理解される。
Claims (10)
- 選択された波長の入力波との使用に適しかつ前記入力波長のための選択されたブラッグ反射特性を有するセグメント式の物品であって、前記物品は、各セグメントが第１の光学材料のセクションと第２の光学材料のセクションとを有するような複数のセグメントよりなる少なくとも１個の超周期を形成するように整列されかつ隣接セクションとは異なった屈折率を有する光学材料の交互になっているセクションを備え、超周期の少なくとも１個のセグメントはその別のセグメントとは光学経路が異なり、更に超周期のセクション間の界面が、超周期界面の第１の組を形成している超周期の第１、第３及び続くその他の奇数番目の界面、及び超周期界面の第２の組を形成している超周期の第２、第４及び続くその他の偶数番目の界面により、前記入力波長における合成振幅の後方進行波を作り、そして整列方向における各セクションの長さとこのセクションの屈折率との積の超周期セクションについての和が、Nzを整数、λを入力波の波長としたときのNzλ/2にほぼ等しく、そして超周期における前記界面の二つの組の一方の界面は、この組により作られる合成振幅の和のモジュラスがほぼゼロであるか或いは他方の組により作られた合成振幅の和のモジュラスの40％より小さくなるように、間隔を空けられることを特徴とするセグメント式波反射器。
- 超周期における前記界面の二つの組の一方の界面は、この組により作られる合成振幅の和のモジュラスが他方の組により作られた合成振幅の和のモジュラスの40％より小さくなるように、間隔を空けられることを特徴とする請求項１の反射器。
- 導波路ブラッグ反射器である請求項１又は請求項２の反射器。
- KTiOPO4のセクション、並びにカチオンがBa＋＋及びTi +とRb +の一つにより交換されたKTiOPO4のセクションを交互に有する請求項３の反射器。
- 選択された波長における波長変換用の導波路としての使用に適し、波長変換に使用される入力波の波長に本質的に等しい波長を有する前記選択された波長用のブラッグ反射器を提供する導波路に沿った周期的構造を有することを特徴とする請求項３の反射器。
- KTiOPO4のセクション、並びにカチオンがBa＋＋及びTi +とRb +の一つにより交換されたKTiOPO4のセクションを交互に有する請求項５の反射器。
- 前記交互になっているセクションは、ｘが０から１、ＭがＰ又はAsであるときの化学式K1-xRbxTiOMO4を有する結晶基盤のセクションと、前記基盤のカチオンが部分的に交換された基盤材料のセクションとが交互になっている請求項１又は前記２の反射器。
- （ａ）請求項１又は請求項２によるブラッグ反射器、及び（ｂ）レーザー源を備え、ブラッグ反射器からのブラッグ反射がレーザー源の安定化に使用される装置。
- ブラッグ反射器が導波路である請求項８の装置。
- 導波路が波長変換に適した請求項９の装置。
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