JP3616181B2 - 光デバイス - Google Patents
光デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP3616181B2 JP3616181B2 JP30206395A JP30206395A JP3616181B2 JP 3616181 B2 JP3616181 B2 JP 3616181B2 JP 30206395 A JP30206395 A JP 30206395A JP 30206395 A JP30206395 A JP 30206395A JP 3616181 B2 JP3616181 B2 JP 3616181B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- frequency
- path
- optical crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/1083—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering using parametric generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
- H01S3/1095—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation self doubling, e.g. lasing and frequency doubling by the same active medium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ活性イオンを添加した非線形光学性と電気光学性とを兼ねる光学結晶体、つまり、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体を光励起してレーザ発振を行わせ、また、光学結晶体の内部を通る経路において、レーザのＱスイッチ動作と、非線形光学性による擬似位相整合にもとづく第２高調波発生と光パラメトリック発振とを行わせる光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明における各用語は、次のような意味をもつものである。
〔用語の説明〕
◆「周期」
「周期」は、一般的には、本来は時間のディメンションであるが、この発明では、光学結晶体の内部を所定の光が通る経路における長さのディメンションをも、併せていうものである。
【０００３】
◆「周波数」
光は、一般的には、「波長」で表すが、この発明では、「周波数」で表すしている。この「周波数」に対応する「波長」は、電波の場合と同様に、伝搬経路の物質によって異なる。
【０００４】
◆「光パラメトリック発振」
周波数ωｐの光波で２次の分極を励起することにより、２つの周波数ωｓとωｉとを発生する現象を言い、これらの周波数は、ωｐ＝ωｓ＋ωｉの関係をもっている。
【０００５】
◆「ドメイン」
強誘電体の分極が同一方向に揃って存在する領域を言う。
【０００６】
この発明に関係する参考文献を挙げると、次のものがある。
〔参考文献〕
◆参考文献１
Ｐ．Ａ．Ｆｒａｎｋｅｎ，Ａ．Ｅ．Ｈｉｌｌ，Ｃ．Ｗ．Ｐｅｔｅｒｓ，Ｇ．Ｗｅｉｎｒｅｉｃｈ，“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，７，１１８／１９６１年。
【０００７】
◆参考文献２
Ｊ．Ａ Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ，Ｎ．Ｂｌｅｏｍｂｅｒｇｅｎ，Ｊ．Ｄｕｃｕｉｎｇ ａｎｄ Ｐ．Ｓ．Ｐｅｒｓｈｅｎ，“Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅｓ ｉｎ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，１２７，Ｎｏ．６，１９１８／１９６２年。
【０００８】
◆参考文献３
張英海，伊藤弘昌，稲場文男，第４９回応用物理学会，”ドメイン反転構造を持つ非線形光導波路の実験”、７ａ−ＺＤ−９／１９８８年。
【０００９】
◆参考文献４
Ｅ．Ｊ．Ｌｉｍ，Ｍ．Ｍ．Ｆｅｊｅｒ，Ｒ．Ｌ．Ｂｙｅｒ， ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｋｏｚｌｏｖｓｋｙ，“Ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｐｏｌｅｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２５，７３１／１９８９年。
【００１０】
◆参考文献５
Ｊ．Ｗｅｂｊｏｒｎ，Ｆ．Ｌａｕｒｅｌｌ，ａｎｄ Ｇ．Ａｒｖｉｄｓｓｏｎ，“Ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｕｂｌｉｎｇ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎ ａ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，１，３１６／１９８９年。
【００１１】
◆参考文献６
Ｍ．Ｙａｍａｄａ， Ｎ．Ｎａｄａ， Ｍ．Ｓａｉｔｏｈ， ａｎｄ Ｋ．Ｗａｔａｎａｂｅ， ”Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｅｄ ＬｉＮｂＯ３ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｐｏｌｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ａｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｉｅｌｄｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｌｕｅ ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６２，４３５／１９９３）年。
【００１２】
◆参考文献７
Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，ａｎｄ Ｎ．Ｙａｍａｄａ，”Ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｄｏｍａｉｎ−ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎｓ ｌｉｋｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｌｅｎｓ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｎ ｚ−ｆａｃｅ ＫＴｉＯＰＯ４ ｃｒｙｓｔａｌ”， Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６５，９３８／１９９４年。
【００１３】
◆参考文献８
栖原敏明，藤村昌寿，西原浩，“擬似位相整合による導波形ＳＨＧ素子”、電子情報通信学会誌，７６，５９７／１９９３年。
【００１４】
◆参考文献９
Ｓ．Ｍｉｙａｚａｗａ，“Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ Ｔｉ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ ＬｉＮｂＯ３ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，５０，４５９９／１９７９年。
【００１５】
◆参考文献１０
Ｈ．Ｉｔｏ，Ｃ．Ｔａｋｙｕ， ａｎｄ Ｈ．Ｉｎａｂａ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｒｉｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２７，１２２１／１９９１年。
【００１６】
◆参考文献１１
大橋基樹，田久長一，谷口浩一，“電子ビーム描画による強誘電体非線形光学結晶の周期ドメイン反転構造の検討”、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，Ｊ７７−Ｃ−Ｉ，３８３／１９９４年。
【００１７】
◆参考文献１２
Ｓ．Ｋｕｒｉｍｕｒａ，Ｍ．Ｍｉｕｒａ，ａｎｄ Ｉ．Ｓａｗａｋｉ，“Ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ２０ｍｍ−ｄｅｅｐ ａｎｄ ３．６ｍｍ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｏｒ １ｓｔ−ｏｒｄｅｒｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ＳＨＧ ｉｎ ＬｉＴａＯ３ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”， Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ， ＣＰＤ５／１９９２年。
【００１８】
◆参考文献１３
佐藤学，大橋基樹，アベディン・カジ・サルワル，田久長一，伊藤弘昌，“電界印加法によるバルク型ＬｉＴａＯ３ ドメイン反転格子”、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，３６６，Ｊ７８−Ｃ−１，Ａｕｇ．／１９９５年。
【００１９】
◆参考文献１４
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ，Ｍ．Ｓａｔｏ，Ｈ．Ｉｔｏ，Ｔ．Ｍａｅｄａ，Ｋ．Ｓｈｉｍａｍｕｒａ，ａｎｄ Ｔ．Ｆｕｋｕｄａ，“Ｏｒｄｉｎａｒｙ ａｎｄｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ ｌａｓｉｎｇ ａｔ １．０９２μｍ ａｎｄ １．０８２μｍ ｉｎ ｂｕｌｋ Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３ ｃｒｙｓｔａｌ”， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７８，６９１．Ｊｕｌｙ／１９９５年。
【００２０】
◆参考文献１５
Ａ．ＹＡＲＩＶ他著，「ＯＰＴＩＣＡＬ ＷＡＶＥＳ ＩＮ ＣＲＹＳＴＡＬＳ」５１２〜５１５頁，表１２．２． ＷＩＬＥＹ−ＩＮＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥ社，１９８３年発行。
【００２１】
◆参考文献１６
電気通信ハンドブック第２５編第１部門３・２「Ｑスイッチ」，（株）オーム社，昭和５４年３月発行。
【００２２】
〔光デバイスの発展経緯〕
レーザの発明に引き続き、６９４ｎｍのルビーレーザ光を水晶に照射して３４７ｎｍの第２高調波を発生する技術が参考文献１により開示されている。
【００２３】
以来、非線形光学は目覚しい発展を遂げ、科学研究の対象であると共に、実用的なデバイス技術として長足の進歩を遂げている。
【００２４】
光波技術の発展には、電波技術の発展と同様に、あらゆる波長の光源、つまり、あらゆる周波数の光源が望まれるが、レーザによる発振波長は、原理的にはレーザ活性をもつ材料によって定まる固有の波長になってしまう。このため、レーザでは直接的には得られない任意の波長の光を発生させることが望まれ、その技術として、非線形光学性をもつ材料、つまり、非線形光学材料を用いる技術が近年大きな発展を遂げている。
【００２５】
非線形光学材料、つまり、非線形光学効果をもつ性質（この発明において非線形光学性という）の材料を用いて、異なる波長のコヒーレントな光波を効率よく発生させるためには、複数の光波の混合によって生じる新しい波長成分、つまり、周波数成分の分極が作られる速度と分極によって放射された光波の伝搬速度との間の整合を取る必要がある。この速度の整合を位相整合と言っており、一般には、複屈折性をもつ結晶を用いて実現している。
【００２６】
こうした複屈折性のみに依存せずに、つまり、従来の位相整合の制約にとらわれずに、位相整合を行う方法があり、こうした位相整合方法を擬似位相整合と言っている。この方法によれば、非線形光学係数成分、つまり、非線形光学テンソル成分の最大の値を利用することができる。なお、テンソル成分については、参考文献１５により開示されている。疑似位相整合の原理的な提案は参考文献２により開示されているが、μｍオーダーで結晶体の光学軸（以下、光軸という）ｚを周期的に正確に１８０゜変化させなければならいという困難さのために、具体的なデバイスを実現し得なかった。
【００２７】
この発明の発明者らは、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）による強誘電体性をもつ材料、つまり、強誘電体材料の結晶の表面に周期的な間隔で不純物拡散を施すことにより、周期的ドメイン反転をもたせた構造によって疑似位相整合を行う方法を参考文献３により開示している。この周期的ドメイン反転構造は、半導体デバイスにおける処理操作と同様の平面処理操作のみによって製作することができるという特長があり、この構造によって近赤外光の第２高調波を発生させるという成果を得ている。また、上記の参考文献３とほとんど同時期に、同様の技術が参考文献４・参考文献５によっても開示されており、さらに、これら技術の改良が、参考文献６〜８により開示されている。
【００２８】
さらに、この発明の発明者らは、強誘電体の結晶体において、非線形光学係数をより確実に活用して擬似位相整合を行い得るようにしたドメイン反転構造を電気的手法により、基板全域、つまり、結晶体全体に亙って、ミクロン単位の精度でドメインの制御を行い得るようにした技術を参考文献１０，１１，１３により開示している。この技術は、具体的には、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）の厚さ５００μｍのｚ板、つまり、光軸ｚの方向を図１９のように配置した結晶体の板に、１０μｍ以下の周期的ドメイン反転部を作成することにより、理論値に近い高い効率で第２高調波発生を実現した。
【００２９】
また、擬似位相整合を介して、図１８のように、２つの異なる周波数ω１と周波数ω２との光波の差の周波数ω３をもつミリ波〜ザブ・ミリ波を発生する構成については、特開平６−１１００９５により開示している。なお、上記の特開平６−１１００９５における「非線形光学係数を周期的に逆転させた非線形光学結晶」と、この発明における周期的ドメイン反転部とは、実質的に同一の構成をもつものである。
【００３０】
〔疑似位相整合〕
まず、擬似位相整合による高調波の発生原理について述べる。
一般に異なった波長間での非線形相互作用においては、エネルギー保存のもとで運動量を保存するための位相整合が必要とされる。こうした条件が満足されない場合には、入射光波により物質中で誘起される非線形分極波と、この非線形分極波により放射される光波が干渉して打ち消し合うために有効な周波数の変換が得られない。
【００３１】
そして、第２高調波の発生（以下、ＳＨＧという）においては、図１０の（ｃ）ように、次式で与えられる干渉距離、つまり、コヒーレンス長Ｌｃ毎に、高調波出力は、強度が極めて小さな状態で、一定の極大・極小を繰り返す。
【数１】
【００３２】
ここでλは波長、ｎは屈折率を示し、下つき文字のＦは基本波を、また、ＳＨは高調波成分を表す。したがって、何らかの方法でコヒーレンス長Ｌｃごとに発生する分極波の符号を交互に反転できれば、その交互に反転を行った部分全体にわたって高調波出力を有効に重ね合わせることができる。すなわち、ドメイン反転の周期、つまり、ドメイン周期Ｔをコヒーレンス長Ｌｃの２倍、つまり、２Ｌｃ毎に設定することにより、図１０の（ａ）のように、非線形光学材料の結晶体内部での分散を打ち消して、擬似的に位相整合を行わせることができる。
【００３３】
このようして、疑似的に位相整合を行わせることを、疑似位相整合（ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）（以下、ＱＰＭという）という。そして、テンソル成分の大きな物質でありながら光学的に等方であったり、分散が大きすぎて位相整合の取れない非線形光学材料についても、この疑似位相整合によって位相整合が可能となり、こうした非線形光学材料をＳＨＧに利用することが可能になる。
【００３４】
ドメイン周期Ｔをコヒーレンス長Ｌｃの３倍、つまり、３Ｌｃとした場合には、図１０の（ｂ）のような様相を呈することになる。そして、ＱＰＭが行われるための条件は、一般的に、次式で与えられる。
【数２】
【００３５】
ここでｍは１，２，３……の正の整数であって、ドメイン周期Ｔの次数であり、図１０において、（ａ）のＴ＝Ｌｃの場合がｍ＝１，（ｂ）のＴ＝３Ｌｃの場合がｍ＝３であり、（ｃ）は、こうしたドメイン周期を設けない場合、つまり、位相不整合の状態である。
【００３６】
このように、周期的に非線形光学係数ｄの値が＋ｄと−ｄというように反転するように空間的に制御さた材料では、この非線形係数の空間的な分布をフ−リエ展開することにより、実効的な非線形光学係数を求めることができる。
【００３７】
この場合、ドメイン周期Ｔに対して、基板の結晶体のもつｚ軸に対して、実質的にｚ軸が反転している部分の幅の割合、つまり、図１４におけるドメイン周期Ｔに対して反転している幅ｔの割合、つまり、デューティ比をξ（だたし、０≦ξ≦１）とすると、ＱＰＭの最大効率を与える条件はｍ＝１、ξ＝０．５であり、高次の動作ではｍ＝２、ξ＝０．２５において最も高い効率を示すことがわかる。したがって、高効率に擬似位相整合を実現するには、デューティ比ξの制御が重要なことがわかる。
【００３８】
一方、非線形光学材料は、その透過する波長帯、つまり、透過する周波数帯において用いられることからして、広い透過域と大きな非線形光学係数ｄをもつことが要求される。そして、各光学材料の短い波長側、つまり、高い周波数側における透過のカットオフ点と、相対的にみた場合の性能指数ｄ２／ｎ３の関係は図１１のようになる。
【００３９】
したがって、この疑似位相整合では、従来の位相整合におけるような制約を受けることなしに、なるべく大きい非線形光学係数ｄもつ光学材料を最適な動作条件の下で利用し得るものであり、図１１によれば、ＱＰＭ動作によるＬｉＮｂＯ３（ＱＰＭ）とＬｉＴａＯ３（ＱＰＭ）の場合の方が、ＱＰＭ動作を行わないＬｉＮｂＯ３とＬｉＴａＯ３の場合に比べて、優れた特性をもつことが分かる。
【００４０】
これらの非線形光学性をもつ材料としては、高効率な材料が強く要求される。また、大出力を得るには入力もそれ相応な大入力を要し、この大入力によって非線形光学材料が破壊されてしまう可能性があるので、低・中出力レベルでの非線形光学相互作用に適している。
【００４１】
ＱＰＭ動作に適した代表的な各光学材料の結晶体における透過波長域と、非線形光学係数、つまり、テンソル成分ｄ３３・ｄ３１との関係を示すと図１７のようになっており、テンソル成分ｄ３３を用いる方が、テンソル成分ｄ３１などの他のテンソル成分を用いるよりも、良好なＱＰＭ動作を行わせ得ることがわかる。
【００４２】
しかしながら、これらのテンソル成分ｄ３３は、相互作用させる全ての電界が光学結晶体の光軸ｚと平行な場合のテンソル成分であるので、従来の複屈折を用いる相互作用では一切活用することができなかった。
【００４３】
つまり、ＱＰＭ動作によれば、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶では、従来利用されていたテンソル成分ｄ３１の−６ｐｍ／Ｖの値に対して、約７倍のテンソル成分ｄ３３の−４０ｐｍ／Ｖの値を有効に用いることができるようになる。したがって、ＱＰＭ動作によれば、従来の約７倍の大きさの非線形光学係数を利用できるわけである。そして、図１７のように、波長０．４μｍ以下の波長域での利用において、最も大きな非線形性を持つ材料の一つであることがわかる。
【００４４】
〔周期的ドメイン反転構造〕
分極波の符号、つまり、図１８のように、結晶体内部における分極方向を周期的に反転させるには、非線形光学係数の符号を反転させればよいので、光学結晶体の内部での光軸、つまり、ｚ軸を反転する方法が利用できる。このようにｚ軸を反転することを、この発明では、ドメイン反転と言っており、強誘電体がＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の結晶体の場合には、強誘電性のドメインが一定の周期で交互に１８０°反転する構造、つまり、周期的ドメイン反転部１５を設ければよいわけである。
【００４５】
そして、ドメインの反転は、とくに＋ｚ面、つまり、結晶体の光軸ｚと直交した平面であってｚ軸の正方向側に配置された平面では不純物や歪応力などの内的要因と、熱や電界などの外的要因によって反転を生じることが参考文献９などにより開示されている。こうした反転は、不純物が拡散された部位のキュリー温度の低下が主因と考えられており、この主因を積極的に利用し、不純物の拡散に基づく表面プロセス、つまり、結晶体の表面からの処理操作のみによってドメイン反転構造を製作すれば、任意の形状のドメイン反転構造を、従来の結晶引き上げ時に行わせる製作方法に比べ、デバイスの構成展開に対する自由度を飛躍的に高めることができるわけである。
【００４６】
こうした表面からの処理操作によるドメインの制御を非線形光学材料に適用する技術が、参考文献３〜参考文献５によって開示されているが、当初に行われたＴｉ（チタン）などの拡散によるドメイン反転では、常に屈折率変化をも伴うので、回折や散乱を受けやすく、また、高温による処理操作を必要とするなどの不都合があった。
【００４７】
そこで、この不都合を解消するために、この発明の発明者らは、ドメインの周期的な反転を室温において電子ビームや電場のみで形成することにより、屈折率変化を伴わない周期的ドメイン反転構造を実現するために、加熱や電界の印加を施すことなく、電子ビーム照射のみによりドメイン反転を生じさせる方法を参考文献１０によって開示している。
【００４８】
この方法は、ＬｉＮｂＯ３基板の＋ｚ面にクロムなどの金属を蒸着しておき、何の蒸着も施していない−ｚ面、つまり、＋ｚ面とは反対の面におけるドメイン反転を行わせたい箇所に、電子ビームを照射することにより、所要のパターンを描画して、周期的ドメイン反転構造を得るようにしたものである。
【００４９】
電子ビームの照射は、走査電子顕微鏡を改造したものを用い、例えば、基板が厚さ５００μｍのｚ板に周期７．５μｍのドメイン反転を行わせる場合、加速電圧が２５ｋＶ、ドーズ量が２×１０９ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｓｅｃとし、全処理操作を室温において、ゼロＤＣバイアスで行っている。つまり、従来の方法では、ｚ板を昇温した状態でｚ板の両面にＤＣ電圧を印加する操作が必要であったが、この方法では、こうした操作が一切不要である。
【００５０】
上記の電子ビーム照射による周期的ドメイン反転によって形成されたドメイン反転構成をもつＬｉＮｂＯ３の表面をエッチングして、光学顕微鏡で観測した結果では、図１２における〔−ｚ面顕微鏡写真〕〔＋ｚ面顕微鏡写真〕のように、電子ビームの照射によるドメインの反転が、電子ビームの照射側の−ｚ面のみならず、裏面の＋ｚ面にまで連続して形成されており、さらに、ｙ面、つまり、結晶体の機械軸ｙと直交する面を切断し、研磨後エッチングして同様の観測をした結果では、メイン反転層が−ｚ面から＋ｚ面まで、極めて規則正しく形成されている。ここで、電子ビームの照射と光学結晶体の各面の関係は、図１９のようになっている。
【００５１】
そして、このドメイン反転が形成される過程は、加速された電子ビームは結晶表面から１〜２μｍの深さしか進入せず、局所的にのみ荷電するが、表面近傍では電子の注入衝撃によって原子間の束縛がゆるやかになり、原子は動き易い状態になるため、局所電場によって動き易くなったＬｉ（リチウム）のイオンが位置を変えるので、自発分極の反転が起こり、この反転が、ひとたび、ある部分で生じると、電場がかけられているｚ軸方向に、この反転が繰り返され、最終的に裏面の＋ｚ面まで達するものと考察される。
【００５２】
しかしながら、上記の電子ビームによるドメイン反転では、連続して整ったきれいな形状になりにくい特性をもっており、この原因は、絶縁物上に堆積した電荷と、基板の自発分極の反転の際の電荷とが、わずかアンバランスになることから、完全な電荷の打ち消しが行われずに残ることによるという不都合がある旨が参考文献１１により開示されている。
【００５３】
一方、直流電界によってドメインを制御できる可能性が期待され、縞状にパターンづけた電極を介して、強誘電体に、直接的に、電界を印加することによりドメイン反転を行わせる方法が検討され、室温付近でのパルス電界印加によるＬｉＮｂＯ３のドメイン反転が参考文献６により、また、電界印加によるＬｉＴａＯ３のドメイン反転が参考文献１２により開示されている。なお、これら電界印加による方法では、印加電圧が結晶の絶縁破壊電圧に近いので、印加電圧の厳格な制御が必要である。
【００５４】
そこで、この発明の発明者らは、非線形光学材料ＬｉＴａＯ３の結晶体に、電界印加によって、光学結晶体の表面のみでなく、光学結晶体の厚み方向のほぼ全体にわたって周期的にドメインを反転させるようにしたバルク型ドメイン反転格子を作成する構成方法を参考文献１３により開示している。
【００５５】
この構成方法は、例えば、基板をＬｉＴａＯ３の厚さ５００μｍのｚ板、つまり、表面と底面とが光軸ｚと直交する平面をもつ板状に形成した結晶体の板を用い、光軸ｚの＋側の平面を＋ｚ面、また、−側の面を−ｚ面として、＋ｚ面に所定のパターン、つまり、ドメイン反転の周期による縞状のパターンをもつＡｌ（アルミニウム）の電極を所定のパターンで蒸着し、−ｚ面には全面に一様なＡ１の電極を蒸着しておき、真空チャンバ内にセットして、両面の電極間に直流電圧を印加するものであり、縞状のパターンをもつパターン電極は長さ４ｍｍで、周期７．５μｍと周期７．８μｍと周期８．１μｍの３周期を、それぞれ、同一基板上の異なる位置に、同時に作成している。
【００５６】
印加電圧と反転電流の時間変化は、図１３のように、印加電圧を約２．５ｋＶ／１０秒で昇圧し、ドメイン反転電流は１０．４ｋＶ、つまり、２０．８ｋＶ／ｍｍに相当する電圧の付近から流れ出しており、印加電圧を約１０．５ｋＶの一定値に保つと、特定の時間後に、反転電流は最大値７５０ｎＡ程度になって、パターン部分のドメイン反転が行われ、その約１分後に、電流が自動的に止まっている。そして、反転電流が流れ出す印加電圧は、室温でのＬｉＴａＯ３の抗電界電圧、つまり、電圧破壊が生ずる手前の電圧と一致している。
【００５７】
上記のドメイン反転の際に注入電荷については、ＬｉＴａＯ３基板の表面での自発分極の際の電荷は、通常では、正イオンまたは電子などで電気的に中和されているので、電界印加によるドメイン反転の場合には、電子ビームの照射によるドメイン反転の場合と同様に、上部の電極から正電荷が注入されると、表面電荷の中和とドメイン反転に対する電界の発生とによって、全注入電荷の量は、自発分極の際の電荷の２倍になる。
【００５８】
そして、図１３の場合には、注入電荷量は、測定値では２７．６μＣであり、計算値の２８．０μＣにほぼ一致している。注入電荷量はパターン電極のパターンの面積に対応するので、ドメインの制御のパラメータとして用いることができる。
【００５９】
〔擬似位相整合による第２高調波の発生〕
ＬｉＴａＯ３の結晶体による第２高調波の発生において、ＱＰＭの次数が１次（ｍ＝１）および２次（ｍ＝２）の場合の基本波の波長とドメイン反転の周期との関係を、（２）式に基づいて求めた結果は、図１５の実線のようになる。
【００６０】
上記のパターン電極による直流電圧の印加により周期ドメイン反転を行ったＬｉＴａＯ３の評価実験を、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３（チタンサファイヤ）レ−ザの発振波長を連続掃引しながら、第２高調波の出力をコンピュータで取り込み処理する方法で行った。
【００６１】
図１５の次数ｍ＝２の◎箇所において、異なったドメイン周期Ｔ、つまり、７．５μｍ・７．８μｍ・８．１μｍに対する第２高調波の発生強度と基本波の波長λｆの関係は、図１６のようになっている。
【００６２】
なお、図１５における２点鎖線は、固体レーザとして、汎用されているＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ネオジウム・ヤグ））レーザでの波長１０６４ｎｍの値であり、ドメイン周期が７．８μｍの箇所で擬似位相整合がとれていることを示しているものである。
【００６３】
また、各ドメイン周期Ｔに対する第２高調波の発生強度における基本波の同調スペクトルの拡がり、つまり、図１６における３つの曲線の各半値幅が、いずれも０．８１ｎｍ程度で、ほぼ等しくなっている。
【００６４】
この拡がりに対する理論値は０．７４ｎｍなので、作製された周期的ドメイン反転部は、実験的な製作上の誤差程度の範囲内での誤差はあるが、ほぼ均一に製作されていることになる。また、図１５のｍ＝１の◎箇所についての実験は、光パラメトリック発振の出力によって確認を行ったものであり、この場合も実験結果が計算結果によく一致していることがわかる。
【００６５】
光波は伝搬に伴って回折をうけるので、第２高調波を最も効率よく発生させるためには、光デバイス内での光の経路の長さ、つまり、デバイス長に対応する波長の光波を集光させることが必要である。そして、ガウスビームのコンフォーカル長と上記のデバイス長とを一致させた条件下では、変換効率ηｂは次式で与えられる。
【数３】
【００６６】
ここで、ＰＳＨは第２高調波の出力、ＰＦは基本波の入力、Ｌは上記のデバイス長、ｃは光速、μｏは真空の透磁率、εｏは真空の誘電率、ωＦは基本波の角周波数、ｄｅｆ ｆは実効的な２次非線形光学係数である。
【００６７】
ここで、２次非線形光学係数とする理由は、非線形光学係数には、２次、３次、４次……などの全ての次数の非線形光学係数を含むが、擬似位相整合による第２高調波の発生に対しては、２次非線形光学係数しか利用しないためである。
また、ｍ＝２のＱＰＭ動作においては、ＰＦが３２ｍＷ、Ｌが４ｍｍで、ＰＳＨが１．９μＷであった。
【００６８】
これらにより、ηｂの実験値は、式（３）により０．４６％／Ｗｃｍであったことが得られる。一方、作製したドメイン反転構造のデューティー比ξは測定の結果約０．６３であったので、ηｂは、同様にして、式（３）により０．４８％／Ｗｃｍになる。したがって、実験値と理論値とが、ほぼ一致していることがわかる。しかしながら、デューティー比ξを最適値０．５にすることによって、規格化変換効率ηｂの値を約２０％増大させることができるものである。
【００６９】
一方、上記のＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振を効率よく行わせるためには、光学結晶体の両端に別個に配置した反射鏡による共振器の反射鏡の間隔を移動させることにより、発振源として入力した励起波に同調させるように構成している。
【００７０】
さらに、こうしたレーザでの発振出力を尖頭値の大きいパルス状の出力にするためには、Ｑスイッチによる方法があり、こうしたＱスイッチの構成として、光学結晶体とは別個に設けた可飽和吸収セルを発振経路内に出し入れする構成、光学結晶体とは別個に設けた超音波スイッチに与える超音波出力を変化する構成なとが、参考文献１６などにより開示されている。
【００７１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術において、ＱＰＭ動作における高調波または周波数変換による光出力、ＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振などによる出力光を得る構成は、殆どの部分を各個別な構成で配置したものを用いており、上記のように共振器の反射鏡の間隔を移動させて共振させるような微細な共振調整操作、レンズやＱスイッチに対する光軸方向を一致させるための微細な調整操作などが必要であるという不都合がある。
【００７２】
したがって、これらの部分を一体の素子で構成した光デイバイスとし、電子的に調整操作を行い得るものが提供されれば、利用者にとって至極便利であり、こうした光デバイスをどのように構成すればよいかという課題がある。
【００７３】
【課題を解決するための手段】
上記の従来技術では、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）のような非線形光学材料による光学結晶体を、単に、その非線形光学性のみを利用して、ＱＰＭ動作またはＱＰＭ動作による光パラメトリック発振にのみ用いていた。
【００７４】
この発明では、こうした光学結晶体には、電気光学効果をもつ性質（この発明において電気光学性という）を兼ねる性質を有する点に着目するとともに、光学結晶体の材質をＮｄ（ネオジウム）のようなレーザ活性をもつ要素をドープさせることにより、第１には、光学結晶体の所要の部分に電極を配置するとともに、この電極に所要の電圧を印加することによって光学結晶体自体の電気光学性にもとづく屈折率の変化を利用した位相遅延により、上記の微細な共振調整操作を電子的に行わせることを可能にし、第２には、同様の電極に所要の電圧を印加することによって、光学結晶体の電気光学性にもとづく屈折を利用してＱスイッチ動作をもつレーザ発振を可能にすることを、１つの単体的なデバイス構成によって可能にしたものである。
【００７５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１〜図９により説明する、図１〜図９において図１０〜図１９と同一の略号で示す部分は、図１０〜図１９で説明した同一略号の部分と同一の機能をもつ部分である。また、図１〜図９のいずれかによって説明した符号と同一符号で示す部分は同一機能をもつ部分である。
【００７６】
【実施例】
〔第１実施例〕
以下、図１〜図３により第１実施例を説明する。この実施例は、上記の従来技術における周期的ドメイン反転部によるＱＰＭ動作と、Ｑスイッチ動作とを１つの光学結晶体による素子で形成した光デバイスの実施例である。
【００７７】
図１において、光学結晶体１は、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学材料の結晶体、例えば、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）に、例えば、重量比４．４％のＮｄ（ネオジウム）をドープした結晶体、つまり、Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３（ネオジウム・タンタル酸リチウム）の結晶体を、図のように、四角形の板状、例えば、幅Ｗｂ＝３〜１５ｍｍ、全長Ｌｔ＝５〜２０ｍｍ、厚みＤｂ＝０．５〜１ｍｍ程度の大きさをもつ四角形の板状に形成したのものであり、光の通路として設定した光学結晶体１の内部を通る所定の経路２において、ＱＰＭ動作とＱスイッチ動作とを行うものである。
【００７８】
周期的ドメイン反転部１５は、経路２の所要部分に、上記の従来技術による周期的ドメイン反転を行わせた部分であり、具体的には、図１８の周期的ドメイン反転部１５における極性反転と同様に、所定のドメイン周期Ｔごとに幅ｔの部分のｚ軸を反転させたドメイン反転構造をもつ部分である。
【００７９】
なお、ドメイン反転構造は、厚みＤｂの全体がドメイン反転構造になっているものにする。
【００８０】
周期的ドメイン反転部１５の大きさは、幅Ｗａ＝２〜４ｍｍ、長さＬａ＝２〜１５ｍｍ程度の大きさのものであり、経路２を中心にして形成したものである。なお、幅Ｗａは幅Ｗｂと同一にしてもく、また、高電圧印加によるドメイン反転を行った場合の電極は、除去せずに、そのままにして置いてもよい。
【００８１】
Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂは、光学結晶体１の光軸、つまり、ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所とは異なる箇所に設けた電極であり、一方の電極１２Ａを経路２の手前側では広く先側では狭い梯形に形成するとともに、梯形の傾斜した１辺、つまり、斜辺Ｇの中心付近が経路２を横切るように配置する。傾斜した１辺の傾き角度は２〜５°程度で、長さＬｂ＝２〜６ｍｍ程度である。
【００８２】
他方の電極１２Ｂは、経路２に対して対象に配置するとともに電極１２Ａよりも大きい四角形に形成したものであり、また、電極１２Ａ・１２Ｂは、それぞれ、Ａ１（アルミニウム）を厚みＤａ＝０，１〜０，３μｍ程度に蒸着形成してある。
【００８３】
ここで、Ｎｄ（ネオジウム）は、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンの役割を果すものであり、このレーザ活性イオンを入力光Ｐ０によって励起することによりレーザ発振を行わせて、コヒーレントな特定の周波数をもつ光Ｐ１を発生することができる。この特定の周波数は、主として、レーザ活性によるエネルギー準位により、ある幅をもって定まるが、その幅内において、光学結晶体１の中の経路２の全長Ｌｔによって周波数を変化させることができる。つまり、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる周波数のコヒーレントな光Ｐ１を発生することができるわけである。
【００８４】
そして、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂの間に印加する電圧Ｅを、例えば、６００Ｖから０Ｖに変化することによって、経路２を通る光に電気光学性にもとづく屈折率変化を起こさせてＱスイッチを行うものである。つまり、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂの間に電圧Ｅを印加すると、電圧Ｅが印加された箇所の光学結晶体１の部分では、いわゆる屈折率値表で言う屈折率値が変化させられて、この部分における光の伝播速度が他の部分に対して変化させられる。
【００８５】
そして、伝播速度が変化させられた部分と、他の部分との境界が、斜辺Ｇの箇所では経路２に対して斜めになっているために、この境界の部分で、経路２を通る光が屈折することになるので、電圧Ｅを変化させることにより、Ｑスイッチ動作を行い得るものである。したがって、斜辺Ｇと経路２との交差角度の選択は、光学結晶体１の性質と印加する電圧との関係で決まるが、経路２を通る光の全体にわたって斜めに横切ることが必要であるとともに、実験結果では、挟角がなるべく小さい方がこのましいことが分かっている。
【００８６】
光学結晶体１に入力光Ｐ０を与える入力側３の端面３Ａは、ｚ軸と平行な平面に形成するとともに、所要の誘電体の薄膜、例えば、ＳｉＯ２（酸化珪素）とＺｒ２Ｏ３（酸化ジルコニウム）を多層に施した半透光性の鏡面５Ａを設けてあり、また、出力光Ｐ２を放出する出力側４の端面４Ａは、例えば、端面３Ａの中心が焦点になる曲面で形成するとともに、端面３Ａの鏡面５Ａと同様の半透光性の鏡面５Ｂを設けてある。
【００８７】
〔第１実施例の構成の要約〕
上記の第１実施例の構成を要約すると、
例えば、Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３（ネオジウム・タンタル酸リチウム）の結晶体のように、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体１の所定の入力面、例えば、入力側３の端面３Ａから、所定の入力光Ｐ０、つまり、励起光を与えて、レーザ活性イオンを、Ｎｄ（ネオジウム）イオンをレーザ発振を行わせることにより得られる発振光Ｐ１などを、光学結晶体１の内部を通る所定の経路２に設けた周期的ドメイン反転部１５の非線形光学性によって擬似位相整合を行わせることにより、上記の光学結晶体１の所定の出力面、例えば、出力側４の端面４Ａから所定の周波数をもつコヒーレントなビーム光を出力光Ｐ２として送出する光デバイスにおいて、。
【００８８】
上記の光学結晶体１の光軸、つまり、Ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所とは異なる箇所に、対向する電極１２Ａ・１２Ｂを配置するＱスイッチ用電極手段と、
上記の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの間に印加する電圧Ｅに所定の変化を与えることにより、上記の電気光学性にもとづいて上記の出力光Ｐ２に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段と
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【００８９】
〔第１実施例の第１利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第１の利用構成は、入力光Ｐ０を励起用光源として、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる第１の周波数ω１のコヒーレントな光Ｐ１を発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔを式（２）に対応するように形成することにより、擬似位相整合を行わせて、出力光Ｐ２として、発振光Ｐ１の第２高調波成分に相当する周波数ω２＝２ω１のコヒーレントな光ビームを得るように構成するものである。
【００９０】
例えば、上記のＮｄ：ＬｉＴａｏ３にした場合における発振光Ｐ１とドメイン周期Ｔとの関係は図２のようになる。また、経路２の全長Ｌｔを、発振光Ｐ１と出力光Ｐ２とのいずれにも共振するように設定することによって出力光Ｐ２の出力を大きくできるとともに、電圧Ｅの印加をＯＮ−ＯＦＦしてＱスイッチ動作を行わせることにより、出力光Ｐ２を、例えば、数１０倍〜数１００倍以上の尖頭値をもつパルス状の大きな出力にすることができる。
【００９１】
そして、具体的な周波数関係を波長でみると、例えば、入力光Ｐ０を０．８μｍ、発振光Ｐ１を１．０８μｍ、出力光Ｐ２を０．５４μｍのように設定することができる。
【００９２】
〔第１実施例の第２利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第２の利用構成は、入力光Ｐ０と発振光Ｐ１とを、上記の第１の利用構成と同様にして、発振光Ｐ１を第１の周波数ω１のコヒーレントな光で発生させ、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔを、第１の周波数ω１との光パラメトリック発振による第２の周波数ω２と第３の周波数ω３とを得るための周期に設定することにより、第２の周波数ω２と第３の周波数ω３のコヒーレントな光による出力光Ｐ２を得るように構成するものである。
【００９３】
ここで、各周波数ω１・ω２・ω３の間には、光パラメトリック発振による次式の関係が成り立っている。
ω１＝ω２＋ω３ …………（４）
【００９４】
この利用構成は、具体的には、光学結晶体１を、例えば、上記のＮｄ：ＬｉＴａＯ３にした場合には、図３のように、発振光Ｐ１の第１の周波数ω１による波長λ１がポンピング光の波長λｐになり、また、ドメイン周期Ｔによって、アイドラ周波数の波長λｉと信号光の波長λｓとを出力する出力光Ｐ２の周波数ω２・ω３の波長λｓ・λｉとが定まるものであり、これらの波長λｉと波長λｓとの関係は、上記の（４）の関係で与えられる。
【００９５】
なお、上記の構成では、経路２の全長Ｌｔをλｓに共振させることにより、λｓのコヒーレントな光ビームを出力するようし、λｉをアイドラにして構成しているが、これを逆にして、経路２の全長Ｌｔをλｉに共振させるように構成すれば、λｉを出力し、λｓをアイドラにするように構成できるものである。また、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９６】
〔第１実施例の第３利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第３の利用構成は、入力光Ｐ０を２つの入力光とし、そのうちの１つの入力によって光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、上記の第１の利用構成と同様に、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる第１の周波数ω１をもつコヒーレントな光Ｐ１を仲介光として発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔによる擬似位相整合によって、図２０の構成の場合と同様に、入力光Ｐ０の２つの入力光のうちの他の１つの入力光のもつ第２の周波数ω２と発振光Ｐ１のもつ第１の周波数ω１との差の周波数ω３をもつコヒーレントな出力光Ｐ２を得るように構成するものである。なお、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９８】
〔第１実施例の第４利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第４の利用構成は、入力光Ｐ０を第１の周波数ω１をもつ入力光とし、この入力光Ｐ０によって、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる第２の周波数ω２をもつコヒーレントな光Ｐ１を仲介光として発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔによる擬似位相整合によって、図２０の構成の場合と同様に、入力光Ｐ０の周波数ω１と発振光Ｐ１の周波数ω２との差の周波数ω３をもつコヒーレントな出力光Ｐ２を得るように構成するものである。なお、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９９】
〔第２実施例〕
以下、図４により第２実施例を説明する。この実施例は、図１の第１実施例の構成における電極１２Ａ・１２Ｂを周期的ドメイン反転部１５を設けた箇所に重ね合わせるように配置するとともに、電極２Ａの斜辺Ｇの中心付近が経路２を横切るように配置することによって、経路２の全長Ｌｔを短くし、光デバイスの大きさを小さくして、同一の機能をもたせるように構成したものである。
【０１００】
図４において、電極１２Ａ・１２Ｂは、周期的ドメイン反転部１５を設けた箇所の対向する両表面８Ａ・８Ｂに設けるとともに、電極１２Ａ・１２Ｂの長さＬｂが周期的ドメイン反転部１５の長さＬａよりも僅かに長くしてある箇所以外の部分は図１の第１実施例と同様の機能をもたせて構成しているものである。
【０１０１】
したがって、周期的ドメイン反転部１５によって疑似的位相整合を行う箇所と電極１２Ａ・１２Ｂに印加する電圧Ｅを変化させてＱスイッチ動作を行う箇所とが、経路２の同一の箇所に重ねて設けられていることになる。
【０１０２】
〔第２実施例の構成の要約〕
第２実施例の構成を要約すると、
上記第１実施例の構成におけるＱスイッチ用電極手段に代えて、
上記の光学結晶体１の光軸、つまり、ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所に、対向する電極１２Ａ・１２Ｂを配置するＱスイッチ用電極手段
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【０１０３】
〔第２実施例の利用構成〕
第２実施例の利用構成は、上記の第１実施例における第１の利用構成〜第４の利用構成と全く同一の利用構成を適用し得るものである。
【０１０４】
〔第３実施例〕
以下、図５により第３実施例を説明する。この実施例は、図１の第１実施例の構成に加えて、経路２の全長Ｌｔを変化させて、経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分として、電気光学性にもとづく屈折率変化により、経路２の全長Ｌｔを変化させるための電圧を与える電極を設けて構成したものである。
【０１０５】
図５において、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けた箇所以外の部分の構成は、図１の第１実施例の構成と全く同一に構成してあり、電極９Ａ・９Ｂは、経路２におる周期的ドメイン反転部１５と電極１２Ａ・１２Ｂとの配置箇所以外の両表面８Ａ・８Ｂに設けた電極でり、電圧９Ａ・９Ｂは、いずれも、経路２に対して対象に配置するとともに、幅Ｗｅを周期的ドメイン反転部１５の幅Ｗａと同程度にし、長さＬｃを１〜５ｍｍ程度にした四角形のものである。
【０１０６】
具体的には、幅Ｗｅ＝２ｍｍ、長さＬｃ＝１〜５ｍｍ程度てあって、Ａ１（アルミニウム）の薄膜を、厚みＤａ＝０．１〜０．５μｍ程度に、電極１２Ａ・１２Ｂと同時に蒸着して形成するものである。なお、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂのうちの四角形の電極１２Ｂと同一側に設ける電極９Ｂは、電極１２Ｂと連続した一体の四角形に形成してもよい。
【０１０７】
そして、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂの間に印加する電圧Ｅ１を、例えば、０〜１００Ｖの間を変化させることによって、経路２を伝搬する光に電気光学性にもとづく屈折率変化を起こさせて、光の位相を変化させるという調整を行うことにより、経路２の全長Ｌｔを変化させ得るようにしたものである。
【０１０８】
つまり、光学結晶体１の電圧Ｅ１が印加された部分が、いわゆる屈折率値表における屈折率を変化させられることになるため、この部分の経路２における光の伝播速度が変化させられるので、経路２の全長Ｌｔを変化させたと同様の動作を行うことにり、結局、経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分として動作するわけである。
【０１０９】
また、この光の位相の調整は、位相を大きく変化させた場合には、周波数の変化になるわけであり、この発明での位相の調整とは、そうした周波数の変化になる場合をも含めて言うものである。
【０１１０】
〔第３実施例の構成の要約〕
第３実施例の構成を要約すると、
第１実施例の構成に加えて、
上記の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所と、上記のＱスイッチ用の第１の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの配置箇所との両箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極９Ａ・９Ｂを配置する位相調整用電極手段と、
上記の第２の対向する電極９Ａ・９Ｂの間に印加する電圧Ｅ１に所定の変化を与えることにより、上記の電気光学性にもとづいて経路２の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整手段と
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【０１１１】
〔第３実施例の第１利用構成〕
第３実施例の光デバイスの第１の利用構成は、上記の第１実施例の光デバイスの第２の利用構成に加えて、経路２の全長Ｌｔを、発振光Ｐ１による第１の周波数ω１と光パラメトリック発振による第２の周波数ω２とに同時に共振させ、または、発振光Ｐ１による第１の周波数ω１と光パラメトリック発振による第３の周波数ω３とに同時に共振させる調整操作を、電極９Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させて行うように構成するものである。
【０１１２】
つまり、電極９Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させることにより、光学結晶体１の電気光学性にもとづく屈折率変化によって、経路２を通る光の位相が変化させられるため、電圧Ｅ１を徐々に変化させて行くと、ある特定の電圧値のときに、経路２の全長Ｌｔが、目的とする第１の周波数ω１と第２の周波数ω２とに同時に共振し、または、第１の周波数ω１と第３の周波数ω３とに同時に共振するため、電圧Ｅ１をその特定の電圧値に保持することによって、出力光Ｐ２の出力を最大値にするとともに、光パラメトリック発振の閾値（しきい値）の低減化をはかることができるわけである。
【０１１３】
〔第３実施例のその他の利用構成〕
上記の第１の利用構成のほかに、上記の第１実施例の光デバイスにおける他の利用構成と同様に、擬似位相整合によって、第２高調波の光を得るたり、２つの周波数の差の周波数をもつ光を得たりするために、所要の周波数をもつ所要の光を出力光Ｐ２として得るように、種々に構成し得ることは言うまでもない。
【０１１４】
そして、これらの構成においても、電極９Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させることにより、経路２の全長Ｌｔを変化させて、所要の光の周波数に対して共振させるようにすればよいわけである。
【０１１５】
〔第４実施例〕
以下、図６により第４実施例を説明する。この実施例は、図４の第２実施例の構成に加えて、図５の位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けることにより、経路２の全長Ｌｔを変化させて、経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分として、電気光学性にもとづく屈折率変化により、経路２の全長Ｌｔを変化させるための電圧を与える電極を設けて構成したものである。
【０１１６】
図６において、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けた箇所以外の部分の構成は、図４の第２実施例の構成と全く同一に構成してあり、また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂの構成と、電極９Ａ・９Ｂに印加する電圧Ｅ１を変化させて経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分の構成とは、図５の第３実施例の位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１の部分の構成と全く同一にして構成したものである。
【０１１７】
そして、周期的ドメイン反転部１５の部分による擬似位相整合の動作と、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂと電圧Ｅとの部分によるＱスイッチの動作とは、図１の第１実施例で説明した当該部分における動作と全く同一の動作を行うものであり、また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１の部分による位相調整動作は、図５の当該部分における動作と全く同一の動作を行うものである。
【０１１８】
〔第４実施例の構成の要約〕
第４実施例の構成を要約すると、
第２実施例の構成に加えて、
上記の両表面８Ａ・８Ｂにおける上記のＱスイッチ用の第１の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの配置箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極９Ａ・９Ｂを配置する位相調整用電極手段と、
上記の第２の対向する電極９Ａ・９Ｂの間に印加する電圧Ｅ１に所定の変化を与えることにより、上記の電気光学性にもとづいて経路２の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整手段と
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【０１１９】
〔第４実施例の利用構成〕
第４実施例の利用構成は、上記の第３実施例における各利用構成と全く同一の利用構成を適用し得るものである。
【０１２０】
〔第５参考例〕
以下、図７により第５参考例を説明する。この参考例は、図６により説明した第４実施例の構成から、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを除去して、周期的ドメイン反転部１５の部分には何らの電極も無く、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂはそのままの位置に配置するようにした構成、つまり、第４実施例の機能からＱスイッチ機能を取り除いた構成のものである。
【０１２１】
〔第５参考例の利用構成〕
第５参考例の利用構成は、上記の第４実施例における各利用構成からＱスイッチ動作を除いた動作を行うようにした利用構成を適用し得るものである。
【０１２２】
〔第６実施例〕
以下、図８により第６実施例を説明する。この実施例は、図１〜図７により説明した各実施例では、光学結晶体１の平面の外形を四角形状に形成し、また、経路２を直線状に形成していた構成部分を、光学結晶体１の平面の外形を多角形の形状に形成するとともに、経路２を光学結晶体１の多角形の所定の辺で反射する経路によって形成するように変更した構成をもつものである。
【０１２３】
図８において、光学結晶体１は、平面の外形を多角形の板状、例えば、三角形のプリズム状に形成してあり、所定の辺、例えば、辺３１に半透光性の鏡面３１Ａを設けるとともに、残りの全ての辺または所定の辺、例えば、辺３２・３３に反射鏡面３２Ａ・３３Ａを設けてある。
【０１２４】
そして、光学結晶体１の内部を通る光の経路２を、入力側３から鏡面３１Ａに入力した光が反射鏡面３２Ａ・３３Ａで反射して鏡面３１Ａの出力側４から出力するようにした経路に形成してある。
【０１２５】
また、経路２の所要の箇所における両表面８Ａ・８Ｂに、周期的ドメイン反転部１５と、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けたものであり、経路２に沿った光学結晶体１を厚み方向の断面を展開すると、図５の第３実施例における〔Ａ−Ａ′断面〕と同様の構造になるように構成したものである。つまり、各鏡面３１Ａ・３２Ａ・３３Ａの間の各経路２の各長さＬｔ１・Ｌｔ２・Ｌｔ３を加算した長さが、経路２の全長Ｌｔになるものである。
【０１２６】
なお、周期的ドメイン反転部１５による擬似位相整合動作、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと電圧ＥとによるＱスイッチ動作、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１とによる位相調整動作については、上記の各実施例で説明したと同様の動作を行い、また、多角形の形状は、四角形以上の多角形にして、所要の辺を反射面として構成することにより、同様の構成が得られること、さらに、周期的ドメイン反転部１５とＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂとを同一箇所に重ね合わせて配置し得ることなどについては、自明のことであり、特別の説明を要さないことであろう。
【０１２７】
そして、図８のように、経路２を閉経路にする場合と、多角形を形成する各角度を異ならせるなどにより、経路２を解放経路にする場合との構成が可能であり、図８のように経路２を閉経路にした場合には、経路２の入力側３の端面３Ａと出力側４の端面４Ａとが同一の端面５１になるので、この端面５１に近接して配置した結合用プリズム６１を設けることによって、出力光Ｐ２を、出力側４に対応する出力経路４Ｂと、入力側３に対応する出力経路３Ｂとの両方に出力することができるため、出力光Ｐ２を同時に２つの異なる目的に使用し得るという利点が得られるわけである。
【０１２８】
さらに、結合用プリズム６１の端面６２と光学結晶体１の端面５１との間の間隔Ｊを調整する調整機能部分（図示せず）を設けることによって、結合用プリズム６１と光学結晶体１との間の光の結合率を変化させることができるという利点もある。
【０１２９】
また、第６実施例の構成では、各反射鏡面、例えば、反射鏡面３２Ａ・３３Ａを、例えば、上記の第１実施例〜第４実施例において端面３Ａ・端面４Ａに施す半透光性の鏡面５Ａ・５Ｂと同様の材質を厚膜にして施すか、または、多層にして施す層数を増加するなどによって形成した全反射性の鏡面を、光学結晶体１の辺３２・３３の面に、直接的に、施して形成してあるため、従来のように、別個の反射鏡を取付加工するなどの複雑な加工を不要にしている。
【０１３０】
〔変形実施〕
この発明は次のように変形して実施することができる。
（１）上記の各実施例の構成において、周期的ドメイン反転部１５と、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂとの各配置位置を任意に入れ換えて構成する。ただし、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを周期的ドメイン反転部１５とを同一箇所に重ねて配置する構成は、周期的ドメイン反転部１５の構成が、ｚ軸を交互に反転した構成になっているため、位相調整を行うには不適である。
【０１３１】
（２）上記の各実施例の構成において、Ｑスイッチ用の電極１２Ａを、図９の電極１２Ａ１・１２Ａ２のように複数に分けて構成する。この場合、Ｑスイッチ用の電極１２Ａを、図９のような三角形、または、梯形などのように、光の経路２を斜めに横切る斜辺Ｇをもつようにした種々の形状に変形して構成することができる。
【０１３２】
また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと、周期的ドメイン反転部１５とを、必要に応じて、複数に分けて配置する。この場合、これらの分けたものの配置箇所は、それぞれ、必要に応じて、他のＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと、周期的ドメイン反転部１５との配置に対して、適宜に、配置を入れ換えて構成することができる。
【０１３３】
（３）上記の図８の第６実施例の構成において、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを、図４・図６の第２実施例・第４実施例と同様に、周期的ドメイン反転部１５を設けた箇所に重ね合わせるように配置して構成する。この場合、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを配置した箇所に周期的ドメイン反転部１５を移動してもよく、また、周期的ドメイン反転部１５を配置した箇所にＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを移動してもよい。
【０１３５】
（５）上記の図１・図４・図５・図６の第１実施例〜第４実施例の構成において、入力側３の端面３Ａと鏡面５Ａの部分を、端面４Ａの中心が焦点になる曲面に変更して構成する。
【０１３６】
（６）上記の図５の第３実施例・図６の第４実施例・図８の第６実施例において、Ｑスイッチ用の電極１２Ｂを電極１２Ａと同様の形状、例えば、梯形状に形成して構成する。
【０１３７】
（７）上記の図５の第３実施例・図６の第４実施例・図８の第６実施例において、位相調整用の電極９Ａ・９ＢとＱスイッチ用の電極１２Ｂを電極１２Ａとのうちの共通の電位側に相当する各電位、例えば、図５・図６の電極９Ｂと電極１２Ｂとを共通の１つの連続した電極に形成して構成する。
【０１３８】
（８）上記の図１・図４・図５・図６の第１実施例〜第４実施例の構成において、入力側３の端面３Ａと鏡面５Ａの部分を、端面４Ａの中心が焦点になる曲面に変更するとともに、端面４Ａと鏡面５Ｂの部分をｚ軸と平行な平面に変更して構成する。
【０１３９】
（９）上記の図８の第６実施例の構成において、光学結晶体１の平面の外形を、他の多角形、五角形・七角形などの多角形に形成して構成する。この場合、入力側３の端面３Ａと出力側４の端面とを、図８の場合と同様に１つの共通の端面にして構成し、または、異なる適宜の端面になるように多角形を形成して構成することができる。
【０１４０】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、光学結晶体として、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する結晶体を用いているため、光学結晶体の中のレーザ活性イオンを所要の入力光によって励起することにより、光学結晶体自体の中でレーザ発振を行わせて所要の周波数の光を発生することができる。
【０１４１】
また、光学結晶体の中を通る光の経路の途中に、周期的ドメイン反転部、Ｑスイッチ用の電極および位相調整用の電極の全て、または、そのうちの所要のものを適宜に選択して配置しているため、１つの光学結晶体に所要の入力光を与えるのみで、ＱＰＭ動作による高調波または周波数変換による出力光、ＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振による出力光などを得ることができるほか、位相調整用の電極に印加する電圧を調整するのみで、光学結晶体の共振周波数を所要の光の周波数に一致させて出力光を増強し得るなどの特長をもつ至極便利な光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図９はこの発明の実施例を、また、図１０〜図１９は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】全体構成平面図、縦断面図および要部斜視図
【図２】要部動作特性図
【図３】要部動作特性図
【図４】全体構成平面図および縦断面図
【図５】全体構成平面図、縦断面図および要部斜視図
【図６】全体構成平面図および縦断面図
【図７】全体構成平面図および縦断面図
【図８】全体構成平面図および縦断面図
【図９】要部構成平面図
【図１０】要部動作特性図
【図１１】要部動作特性図
【図１２】要部構成顕微鏡写真図
【図１３】要部動作特性図
【図１４】要部構成顕微鏡写真図
【図１５】要部動作特性図
【図１６】要部動作特性図
【図１７】要部特性比較図
【図１８】要部構成平面図
【図１９】要部構成斜視図
【符号の説明】
１ 光学結晶体
２ 経路
３ 入力側
３Ａ 端面
３Ｂ 出力経路
４ 出力側
４Ａ 端面
４Ｂ 出力経路
５Ａ 鏡面
５Ｂ 鏡面
９Ａ Ｑスイッチ用電極
９Ｂ Ｑスイッチ用電極
１２Ａ 位相調整用電極
１２Ｂ 位相調整用電極
１５ 周期的ドメイン反転部
３１ 辺
３１Ａ 鏡面
３２ 辺
３２Ａ 反射鏡面
３２ 辺
３３ 反射鏡面
５１ 端面
６１ 結合用プリズム
６２ 端面
Ｐ０ 入力光
Ｐ１ 発振光
Ｐ２ 出力光
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ活性イオンを添加した非線形光学性と電気光学性とを兼ねる光学結晶体、つまり、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体を光励起してレーザ発振を行わせ、また、光学結晶体の内部を通る経路において、レーザのＱスイッチ動作と、非線形光学性による擬似位相整合にもとづく第２高調波発生と光パラメトリック発振とを行わせる光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明における各用語は、次のような意味をもつものである。
〔用語の説明〕
◆「周期」
「周期」は、一般的には、本来は時間のディメンションであるが、この発明では、光学結晶体の内部を所定の光が通る経路における長さのディメンションをも、併せていうものである。
【０００３】
◆「周波数」
光は、一般的には、「波長」で表すが、この発明では、「周波数」で表すしている。この「周波数」に対応する「波長」は、電波の場合と同様に、伝搬経路の物質によって異なる。
【０００４】
◆「光パラメトリック発振」
周波数ωｐの光波で２次の分極を励起することにより、２つの周波数ωｓとωｉとを発生する現象を言い、これらの周波数は、ωｐ＝ωｓ＋ωｉの関係をもっている。
【０００５】
◆「ドメイン」
強誘電体の分極が同一方向に揃って存在する領域を言う。
【０００６】
この発明に関係する参考文献を挙げると、次のものがある。
〔参考文献〕
◆参考文献１
Ｐ．Ａ．Ｆｒａｎｋｅｎ，Ａ．Ｅ．Ｈｉｌｌ，Ｃ．Ｗ．Ｐｅｔｅｒｓ，Ｇ．Ｗｅｉｎｒｅｉｃｈ，“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，７，１１８／１９６１年。
【０００７】
◆参考文献２
Ｊ．Ａ Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ，Ｎ．Ｂｌｅｏｍｂｅｒｇｅｎ，Ｊ．Ｄｕｃｕｉｎｇ ａｎｄ Ｐ．Ｓ．Ｐｅｒｓｈｅｎ，“Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅｓ ｉｎ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，１２７，Ｎｏ．６，１９１８／１９６２年。
【０００８】
◆参考文献３
張英海，伊藤弘昌，稲場文男，第４９回応用物理学会，”ドメイン反転構造を持つ非線形光導波路の実験”、７ａ−ＺＤ−９／１９８８年。
【０００９】
◆参考文献４
Ｅ．Ｊ．Ｌｉｍ，Ｍ．Ｍ．Ｆｅｊｅｒ，Ｒ．Ｌ．Ｂｙｅｒ， ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｋｏｚｌｏｖｓｋｙ，“Ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｐｏｌｅｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２５，７３１／１９８９年。
【００１０】
◆参考文献５
Ｊ．Ｗｅｂｊｏｒｎ，Ｆ．Ｌａｕｒｅｌｌ，ａｎｄ Ｇ．Ａｒｖｉｄｓｓｏｎ，“Ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｕｂｌｉｎｇ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎ ａ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，１，３１６／１９８９年。
【００１１】
◆参考文献６
Ｍ．Ｙａｍａｄａ， Ｎ．Ｎａｄａ， Ｍ．Ｓａｉｔｏｈ， ａｎｄ Ｋ．Ｗａｔａｎａｂｅ， ”Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｅｄ ＬｉＮｂＯ３ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｐｏｌｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ａｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｉｅｌｄｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｌｕｅ ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６２，４３５／１９９３）年。
【００１２】
◆参考文献７
Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，ａｎｄ Ｎ．Ｙａｍａｄａ，”Ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｄｏｍａｉｎ−ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎｓ ｌｉｋｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｌｅｎｓ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｎ ｚ−ｆａｃｅ ＫＴｉＯＰＯ４ ｃｒｙｓｔａｌ”， Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６５，９３８／１９９４年。
【００１３】
◆参考文献８
栖原敏明，藤村昌寿，西原浩，“擬似位相整合による導波形ＳＨＧ素子”、電子情報通信学会誌，７６，５９７／１９９３年。
【００１４】
◆参考文献９
Ｓ．Ｍｉｙａｚａｗａ，“Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ Ｔｉ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ ＬｉＮｂＯ３ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，５０，４５９９／１９７９年。
【００１５】
◆参考文献１０
Ｈ．Ｉｔｏ，Ｃ．Ｔａｋｙｕ， ａｎｄ Ｈ．Ｉｎａｂａ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｒｉｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２７，１２２１／１９９１年。
【００１６】
◆参考文献１１
大橋基樹，田久長一，谷口浩一，“電子ビーム描画による強誘電体非線形光学結晶の周期ドメイン反転構造の検討”、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，Ｊ７７−Ｃ−Ｉ，３８３／１９９４年。
【００１７】
◆参考文献１２
Ｓ．Ｋｕｒｉｍｕｒａ，Ｍ．Ｍｉｕｒａ，ａｎｄ Ｉ．Ｓａｗａｋｉ，“Ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ２０ｍｍ−ｄｅｅｐ ａｎｄ ３．６ｍｍ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｏｒ １ｓｔ−ｏｒｄｅｒｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ＳＨＧ ｉｎ ＬｉＴａＯ３ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”， Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ， ＣＰＤ５／１９９２年。
【００１８】
◆参考文献１３
佐藤学，大橋基樹，アベディン・カジ・サルワル，田久長一，伊藤弘昌，“電界印加法によるバルク型ＬｉＴａＯ３ ドメイン反転格子”、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，３６６，Ｊ７８−Ｃ−１，Ａｕｇ．／１９９５年。
【００１９】
◆参考文献１４
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ，Ｍ．Ｓａｔｏ，Ｈ．Ｉｔｏ，Ｔ．Ｍａｅｄａ，Ｋ．Ｓｈｉｍａｍｕｒａ，ａｎｄ Ｔ．Ｆｕｋｕｄａ，“Ｏｒｄｉｎａｒｙ ａｎｄｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ ｌａｓｉｎｇ ａｔ １．０９２μｍ ａｎｄ １．０８２μｍ ｉｎ ｂｕｌｋ Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３ ｃｒｙｓｔａｌ”， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７８，６９１．Ｊｕｌｙ／１９９５年。
【００２０】
◆参考文献１５
Ａ．ＹＡＲＩＶ他著，「ＯＰＴＩＣＡＬ ＷＡＶＥＳ ＩＮ ＣＲＹＳＴＡＬＳ」５１２〜５１５頁，表１２．２． ＷＩＬＥＹ−ＩＮＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥ社，１９８３年発行。
【００２１】
◆参考文献１６
電気通信ハンドブック第２５編第１部門３・２「Ｑスイッチ」，（株）オーム社，昭和５４年３月発行。
【００２２】
〔光デバイスの発展経緯〕
レーザの発明に引き続き、６９４ｎｍのルビーレーザ光を水晶に照射して３４７ｎｍの第２高調波を発生する技術が参考文献１により開示されている。
【００２３】
以来、非線形光学は目覚しい発展を遂げ、科学研究の対象であると共に、実用的なデバイス技術として長足の進歩を遂げている。
【００２４】
光波技術の発展には、電波技術の発展と同様に、あらゆる波長の光源、つまり、あらゆる周波数の光源が望まれるが、レーザによる発振波長は、原理的にはレーザ活性をもつ材料によって定まる固有の波長になってしまう。このため、レーザでは直接的には得られない任意の波長の光を発生させることが望まれ、その技術として、非線形光学性をもつ材料、つまり、非線形光学材料を用いる技術が近年大きな発展を遂げている。
【００２５】
非線形光学材料、つまり、非線形光学効果をもつ性質（この発明において非線形光学性という）の材料を用いて、異なる波長のコヒーレントな光波を効率よく発生させるためには、複数の光波の混合によって生じる新しい波長成分、つまり、周波数成分の分極が作られる速度と分極によって放射された光波の伝搬速度との間の整合を取る必要がある。この速度の整合を位相整合と言っており、一般には、複屈折性をもつ結晶を用いて実現している。
【００２６】
こうした複屈折性のみに依存せずに、つまり、従来の位相整合の制約にとらわれずに、位相整合を行う方法があり、こうした位相整合方法を擬似位相整合と言っている。この方法によれば、非線形光学係数成分、つまり、非線形光学テンソル成分の最大の値を利用することができる。なお、テンソル成分については、参考文献１５により開示されている。疑似位相整合の原理的な提案は参考文献２により開示されているが、μｍオーダーで結晶体の光学軸（以下、光軸という）ｚを周期的に正確に１８０゜変化させなければならいという困難さのために、具体的なデバイスを実現し得なかった。
【００２７】
この発明の発明者らは、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）による強誘電体性をもつ材料、つまり、強誘電体材料の結晶の表面に周期的な間隔で不純物拡散を施すことにより、周期的ドメイン反転をもたせた構造によって疑似位相整合を行う方法を参考文献３により開示している。この周期的ドメイン反転構造は、半導体デバイスにおける処理操作と同様の平面処理操作のみによって製作することができるという特長があり、この構造によって近赤外光の第２高調波を発生させるという成果を得ている。また、上記の参考文献３とほとんど同時期に、同様の技術が参考文献４・参考文献５によっても開示されており、さらに、これら技術の改良が、参考文献６〜８により開示されている。
【００２８】
さらに、この発明の発明者らは、強誘電体の結晶体において、非線形光学係数をより確実に活用して擬似位相整合を行い得るようにしたドメイン反転構造を電気的手法により、基板全域、つまり、結晶体全体に亙って、ミクロン単位の精度でドメインの制御を行い得るようにした技術を参考文献１０，１１，１３により開示している。この技術は、具体的には、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）の厚さ５００μｍのｚ板、つまり、光軸ｚの方向を図１９のように配置した結晶体の板に、１０μｍ以下の周期的ドメイン反転部を作成することにより、理論値に近い高い効率で第２高調波発生を実現した。
【００２９】
また、擬似位相整合を介して、図１８のように、２つの異なる周波数ω１と周波数ω２との光波の差の周波数ω３をもつミリ波〜ザブ・ミリ波を発生する構成については、特開平６−１１００９５により開示している。なお、上記の特開平６−１１００９５における「非線形光学係数を周期的に逆転させた非線形光学結晶」と、この発明における周期的ドメイン反転部とは、実質的に同一の構成をもつものである。
【００３０】
〔疑似位相整合〕
まず、擬似位相整合による高調波の発生原理について述べる。
一般に異なった波長間での非線形相互作用においては、エネルギー保存のもとで運動量を保存するための位相整合が必要とされる。こうした条件が満足されない場合には、入射光波により物質中で誘起される非線形分極波と、この非線形分極波により放射される光波が干渉して打ち消し合うために有効な周波数の変換が得られない。
【００３１】
そして、第２高調波の発生（以下、ＳＨＧという）においては、図１０の（ｃ）ように、次式で与えられる干渉距離、つまり、コヒーレンス長Ｌｃ毎に、高調波出力は、強度が極めて小さな状態で、一定の極大・極小を繰り返す。
【数１】
ここでλは波長、ｎは屈折率を示し、下つき文字のＦは基本波を、また、ＳＨは高調波成分を表す。したがって、何らかの方法でコヒーレンス長Ｌｃごとに発生する分極波の符号を交互に反転できれば、その交互に反転を行った部分全体にわたって高調波出力を有効に重ね合わせることができる。すなわち、ドメイン反転の周期、つまり、ドメイン周期Ｔをコヒーレンス長Ｌｃの２倍、つまり、２Ｌｃ毎に設定することにより、図１０の（ａ）のように、非線形光学材料の結晶体内部での分散を打ち消して、擬似的に位相整合を行わせることができる。
【００３３】
このようして、疑似的に位相整合を行わせることを、疑似位相整合（ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）（以下、ＱＰＭという）という。そして、テンソル成分の大きな物質でありながら光学的に等方であったり、分散が大きすぎて位相整合の取れない非線形光学材料についても、この疑似位相整合によって位相整合が可能となり、こうした非線形光学材料をＳＨＧに利用することが可能になる。
【００３４】
ドメイン周期Ｔをコヒーレンス長Ｌｃの３倍、つまり、３Ｌｃとした場合には、図１０の（ｂ）のような様相を呈することになる。そして、ＱＰＭが行われるための条件は、一般的に、次式で与えられる。
【数２】
ここでｍは１，２，３……の正の整数であって、ドメイン周期Ｔの次数であり、図１０において、（ａ）のＴ＝Ｌｃの場合がｍ＝１，（ｂ）のＴ＝３Ｌｃの場合がｍ＝３であり、（ｃ）は、こうしたドメイン周期を設けない場合、つまり、位相不整合の状態である。
【００３６】
このように、周期的に非線形光学係数ｄの値が＋ｄと−ｄというように反転するように空間的に制御さた材料では、この非線形係数の空間的な分布をフ−リエ展開することにより、実効的な非線形光学係数を求めることができる。
【００３７】
この場合、ドメイン周期Ｔに対して、基板の結晶体のもつｚ軸に対して、実質的にｚ軸が反転している部分の幅の割合、つまり、図１４におけるドメイン周期Ｔに対して反転している幅ｔの割合、つまり、デューティ比をξ（だたし、０≦ξ≦１）とすると、ＱＰＭの最大効率を与える条件はｍ＝１、ξ＝０．５であり、高次の動作ではｍ＝２、ξ＝０．２５において最も高い効率を示すことがわかる。したがって、高効率に擬似位相整合を実現するには、デューティ比ξの制御が重要なことがわかる。
【００３８】
一方、非線形光学材料は、その透過する波長帯、つまり、透過する周波数帯において用いられることからして、広い透過域と大きな非線形光学係数ｄをもつことが要求される。そして、各光学材料の短い波長側、つまり、高い周波数側における透過のカットオフ点と、相対的にみた場合の性能指数ｄ２／ｎ３の関係は図１１のようになる。
【００３９】
したがって、この疑似位相整合では、従来の位相整合におけるような制約を受けることなしに、なるべく大きい非線形光学係数ｄもつ光学材料を最適な動作条件の下で利用し得るものであり、図１１によれば、ＱＰＭ動作によるＬｉＮｂＯ３（ＱＰＭ）とＬｉＴａＯ３（ＱＰＭ）の場合の方が、ＱＰＭ動作を行わないＬｉＮｂＯ３とＬｉＴａＯ３の場合に比べて、優れた特性をもつことが分かる。
【００４０】
これらの非線形光学性をもつ材料としては、高効率な材料が強く要求される。また、大出力を得るには入力もそれ相応な大入力を要し、この大入力によって非線形光学材料が破壊されてしまう可能性があるので、低・中出力レベルでの非線形光学相互作用に適している。
【００４１】
ＱＰＭ動作に適した代表的な各光学材料の結晶体における透過波長域と、非線形光学係数、つまり、テンソル成分ｄ３３・ｄ３１との関係を示すと図１７のようになっており、テンソル成分ｄ３３を用いる方が、テンソル成分ｄ３１などの他のテンソル成分を用いるよりも、良好なＱＰＭ動作を行わせ得ることがわかる。
【００４２】
しかしながら、これらのテンソル成分ｄ３３は、相互作用させる全ての電界が光学結晶体の光軸ｚと平行な場合のテンソル成分であるので、従来の複屈折を用いる相互作用では一切活用することができなかった。
【００４３】
つまり、ＱＰＭ動作によれば、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶では、従来利用されていたテンソル成分ｄ３１の−６ｐｍ／Ｖの値に対して、約７倍のテンソル成分ｄ３３の−４０ｐｍ／Ｖの値を有効に用いることができるようになる。したがって、ＱＰＭ動作によれば、従来の約７倍の大きさの非線形光学係数を利用できるわけである。そして、図１７のように、波長０．４μｍ以下の波長域での利用において、最も大きな非線形性を持つ材料の一つであることがわかる。
【００４４】
〔周期的ドメイン反転構造〕
分極波の符号、つまり、図１８のように、結晶体内部における分極方向を周期的に反転させるには、非線形光学係数の符号を反転させればよいので、光学結晶体の内部での光軸、つまり、ｚ軸を反転する方法が利用できる。このようにｚ軸を反転することを、この発明では、ドメイン反転と言っており、強誘電体がＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の結晶体の場合には、強誘電性のドメインが一定の周期で交互に１８０°反転する構造、つまり、周期的ドメイン反転部１５を設ければよいわけである。
【００４５】
そして、ドメインの反転は、とくに＋ｚ面、つまり、結晶体の光軸ｚと直交した平面であってｚ軸の正方向側に配置された平面では不純物や歪応力などの内的要因と、熱や電界などの外的要因によって反転を生じることが参考文献９などにより開示されている。こうした反転は、不純物が拡散された部位のキュリー温度の低下が主因と考えられており、この主因を積極的に利用し、不純物の拡散に基づく表面プロセス、つまり、結晶体の表面からの処理操作のみによってドメイン反転構造を製作すれば、任意の形状のドメイン反転構造を、従来の結晶引き上げ時に行わせる製作方法に比べ、デバイスの構成展開に対する自由度を飛躍的に高めることができるわけである。
【００４６】
こうした表面からの処理操作によるドメインの制御を非線形光学材料に適用する技術が、参考文献３〜参考文献５によって開示されているが、当初に行われたＴｉ（チタン）などの拡散によるドメイン反転では、常に屈折率変化をも伴うので、回折や散乱を受けやすく、また、高温による処理操作を必要とするなどの不都合があった。
【００４７】
そこで、この不都合を解消するために、この発明の発明者らは、ドメインの周期的な反転を室温において電子ビームや電場のみで形成することにより、屈折率変化を伴わない周期的ドメイン反転構造を実現するために、加熱や電界の印加を施すことなく、電子ビーム照射のみによりドメイン反転を生じさせる方法を参考文献１０によって開示している。
【００４８】
この方法は、ＬｉＮｂＯ３基板の＋ｚ面にクロムなどの金属を蒸着しておき、何の蒸着も施していない−ｚ面、つまり、＋ｚ面とは反対の面におけるドメイン反転を行わせたい箇所に、電子ビームを照射することにより、所要のパターンを描画して、周期的ドメイン反転構造を得るようにしたものである。
【００４９】
電子ビームの照射は、走査電子顕微鏡を改造したものを用い、例えば、基板が厚さ５００μｍのｚ板に周期７．５μｍのドメイン反転を行わせる場合、加速電圧が２５ｋＶ、ドーズ量が２×１０９ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｓｅｃとし、全処理操作を室温において、ゼロＤＣバイアスで行っている。つまり、従来の方法では、ｚ板を昇温した状態でｚ板の両面にＤＣ電圧を印加する操作が必要であったが、この方法では、こうした操作が一切不要である。
【００５０】
上記の電子ビーム照射による周期的ドメイン反転によって形成されたドメイン反転構成をもつＬｉＮｂＯ３の表面をエッチングして、光学顕微鏡で観測した結果では、図１２における〔−ｚ面顕微鏡写真〕〔＋ｚ面顕微鏡写真〕のように、電子ビームの照射によるドメインの反転が、電子ビームの照射側の−ｚ面のみならず、裏面の＋ｚ面にまで連続して形成されており、さらに、ｙ面、つまり、結晶体の機械軸ｙと直交する面を切断し、研磨後エッチングして同様の観測をした結果では、メイン反転層が−ｚ面から＋ｚ面まで、極めて規則正しく形成されている。ここで、電子ビームの照射と光学結晶体の各面の関係は、図１９のようになっている。
【００５１】
そして、このドメイン反転が形成される過程は、加速された電子ビームは結晶表面から１〜２μｍの深さしか進入せず、局所的にのみ荷電するが、表面近傍では電子の注入衝撃によって原子間の束縛がゆるやかになり、原子は動き易い状態になるため、局所電場によって動き易くなったＬｉ（リチウム）のイオンが位置を変えるので、自発分極の反転が起こり、この反転が、ひとたび、ある部分で生じると、電場がかけられているｚ軸方向に、この反転が繰り返され、最終的に裏面の＋ｚ面まで達するものと考察される。
【００５２】
しかしながら、上記の電子ビームによるドメイン反転では、連続して整ったきれいな形状になりにくい特性をもっており、この原因は、絶縁物上に堆積した電荷と、基板の自発分極の反転の際の電荷とが、わずかアンバランスになることから、完全な電荷の打ち消しが行われずに残ることによるという不都合がある旨が参考文献１１により開示されている。
【００５３】
一方、直流電界によってドメインを制御できる可能性が期待され、縞状にパターンづけた電極を介して、強誘電体に、直接的に、電界を印加することによりドメイン反転を行わせる方法が検討され、室温付近でのパルス電界印加によるＬｉＮｂＯ３のドメイン反転が参考文献６により、また、電界印加によるＬｉＴａＯ３のドメイン反転が参考文献１２により開示されている。なお、これら電界印加による方法では、印加電圧が結晶の絶縁破壊電圧に近いので、印加電圧の厳格な制御が必要である。
【００５４】
そこで、この発明の発明者らは、非線形光学材料ＬｉＴａＯ３の結晶体に、電界印加によって、光学結晶体の表面のみでなく、光学結晶体の厚み方向のほぼ全体にわたって周期的にドメインを反転させるようにしたバルク型ドメイン反転格子を作成する構成方法を参考文献１３により開示している。
【００５５】
この構成方法は、例えば、基板をＬｉＴａＯ３の厚さ５００μｍのｚ板、つまり、表面と底面とが光軸ｚと直交する平面をもつ板状に形成した結晶体の板を用い、光軸ｚの＋側の平面を＋ｚ面、また、−側の面を−ｚ面として、＋ｚ面に所定のパターン、つまり、ドメイン反転の周期による縞状のパターンをもつＡｌ（アルミニウム）の電極を所定のパターンで蒸着し、−ｚ面には全面に一様なＡ１の電極を蒸着しておき、真空チャンバ内にセットして、両面の電極間に直流電圧を印加するものであり、縞状のパターンをもつパターン電極は長さ４ｍｍで、周期７．５μｍと周期７．８μｍと周期８．１μｍの３周期を、それぞれ、同一基板上の異なる位置に、同時に作成している。
【００５６】
印加電圧と反転電流の時間変化は、図１３のように、印加電圧を約２．５ｋＶ／１０秒で昇圧し、ドメイン反転電流は１０．４ｋＶ、つまり、２０．８ｋＶ／ｍｍに相当する電圧の付近から流れ出しており、印加電圧を約１０．５ｋＶの一定値に保つと、特定の時間後に、反転電流は最大値７５０ｎＡ程度になって、パターン部分のドメイン反転が行われ、その約１分後に、電流が自動的に止まっている。そして、反転電流が流れ出す印加電圧は、室温でのＬｉＴａＯ３の抗電界電圧、つまり、電圧破壊が生ずる手前の電圧と一致している。
【００５７】
上記のドメイン反転の際に注入電荷については、ＬｉＴａＯ３基板の表面での自発分極の際の電荷は、通常では、正イオンまたは電子などで電気的に中和されているので、電界印加によるドメイン反転の場合には、電子ビームの照射によるドメイン反転の場合と同様に、上部の電極から正電荷が注入されると、表面電荷の中和とドメイン反転に対する電界の発生とによって、全注入電荷の量は、自発分極の際の電荷の２倍になる。
【００５８】
そして、図１３の場合には、注入電荷量は、測定値では２７．６μＣであり、計算値の２８．０μＣにほぼ一致している。注入電荷量はパターン電極のパターンの面積に対応するので、ドメインの制御のパラメータとして用いることができる。
【００５９】
〔擬似位相整合による第２高調波の発生〕
ＬｉＴａＯ３の結晶体による第２高調波の発生において、ＱＰＭの次数が１次（ｍ＝１）および２次（ｍ＝２）の場合の基本波の波長とドメイン反転の周期との関係を、（２）式に基づいて求めた結果は、図１５の実線のようになる。
【００６０】
上記のパターン電極による直流電圧の印加により周期ドメイン反転を行ったＬｉＴａＯ３の評価実験を、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３（チタンサファイヤ）レ−ザの発振波長を連続掃引しながら、第２高調波の出力をコンピュータで取り込み処理する方法で行った。
【００６１】
図１５の次数ｍ＝２の◎箇所において、異なったドメイン周期Ｔ、つまり、７．５μｍ・７．８μｍ・８．１μｍに対する第２高調波の発生強度と基本波の波長λｆの関係は、図１６のようになっている。
【００６２】
なお、図１５における２点鎖線は、固体レーザとして、汎用されているＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ネオジウム・ヤグ））レーザでの波長１０６４ｎｍの値であり、ドメイン周期が７．８μｍの箇所で擬似位相整合がとれていることを示しているものである。
【００６３】
また、各ドメイン周期Ｔに対する第２高調波の発生強度における基本波の同調スペクトルの拡がり、つまり、図１６における３つの曲線の各半値幅が、いずれも０．８１ｎｍ程度で、ほぼ等しくなっている。
【００６４】
この拡がりに対する理論値は０．７４ｎｍなので、作製された周期的ドメイン反転部は、実験的な製作上の誤差程度の範囲内での誤差はあるが、ほぼ均一に製作されていることになる。また、図１５のｍ＝１の◎箇所についての実験は、光パラメトリック発振の出力によって確認を行ったものであり、この場合も実験結果が計算結果によく一致していることがわかる。
【００６５】
光波は伝搬に伴って回折をうけるので、第２高調波を最も効率よく発生させるためには、光デバイス内での光の経路の長さ、つまり、デバイス長に対応する波長の光波を集光させることが必要である。そして、ガウスビームのコンフォーカル長と上記のデバイス長とを一致させた条件下では、変換効率ηｂは次式で与えられる。
【数３】
ここで、ＰＳＨは第２高調波の出力、ＰＦは基本波の入力、Ｌは上記のデバイス長、ｃは光速、μｏは真空の透磁率、εｏは真空の誘電率、ωＦは基本波の角周波数、ｄｅｆ ｆは実効的な２次非線形光学係数である。
【００６７】
ここで、２次非線形光学係数とする理由は、非線形光学係数には、２次、３次、４次……などの全ての次数の非線形光学係数を含むが、擬似位相整合による第２高調波の発生に対しては、２次非線形光学係数しか利用しないためである。
また、ｍ＝２のＱＰＭ動作においては、ＰＦが３２ｍＷ、Ｌが４ｍｍで、ＰＳＨが１．９μＷであった。
【００６８】
これらにより、ηｂの実験値は、式（３）により０．４６％／Ｗｃｍであったことが得られる。一方、作製したドメイン反転構造のデューティー比ξは測定の結果約０．６３であったので、ηｂは、同様にして、式（３）により０．４８％／Ｗｃｍになる。したがって、実験値と理論値とが、ほぼ一致していることがわかる。しかしながら、デューティー比ξを最適値０．５にすることによって、規格化変換効率ηｂの値を約２０％増大させることができるものである。
【００６９】
一方、上記のＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振を効率よく行わせるためには、光学結晶体の両端に別個に配置した反射鏡による共振器の反射鏡の間隔を移動させることにより、発振源として入力した励起波に同調させるように構成している。
【００７０】
さらに、こうしたレーザでの発振出力を尖頭値の大きいパルス状の出力にするためには、Ｑスイッチによる方法があり、こうしたＱスイッチの構成として、光学結晶体とは別個に設けた可飽和吸収セルを発振経路内に出し入れする構成、光学結晶体とは別個に設けた超音波スイッチに与える超音波出力を変化する構成なとが、参考文献１６などにより開示されている。
【００７１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術において、ＱＰＭ動作における高調波または周波数変換による光出力、ＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振などによる出力光を得る構成は、殆どの部分を各個別な構成で配置したものを用いており、上記のように共振器の反射鏡の間隔を移動させて共振させるような微細な共振調整操作、レンズやＱスイッチに対する光軸方向を一致させるための微細な調整操作などが必要であるという不都合がある。
【００７２】
したがって、これらの部分を一体の素子で構成した光デイバイスとし、電子的に調整操作を行い得るものが提供されれば、利用者にとって至極便利であり、こうした光デバイスをどのように構成すればよいかという課題がある。
【００７３】
【課題を解決するための手段】
上記の従来技術では、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）のような非線形光学材料による光学結晶体を、単に、その非線形光学性のみを利用して、ＱＰＭ動作またはＱＰＭ動作による光パラメトリック発振にのみ用いていた。
【００７４】
この発明では、こうした光学結晶体には、電気光学効果をもつ性質（この発明において電気光学性という）を兼ねる性質を有する点に着目するとともに、光学結晶体の材質をＮｄ（ネオジウム）のようなレーザ活性をもつ要素をドープさせることにより、第１には、光学結晶体の所要の部分に電極を配置するとともに、この電極に所要の電圧を印加することによって光学結晶体自体の電気光学性にもとづく屈折率の変化を利用した位相遅延により、上記の微細な共振調整操作を電子的に行わせることを可能にし、第２には、同様の電極に所要の電圧を印加することによって、光学結晶体の電気光学性にもとづく屈折を利用してＱスイッチ動作をもつレーザ発振を可能にすることを、１つの単体的なデバイス構成によって可能にしたものである。
【００７５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１〜図９により説明する、図１〜図９において図１０〜図１９と同一の略号で示す部分は、図１０〜図１９で説明した同一略号の部分と同一の機能をもつ部分である。また、図１〜図９のいずれかによって説明した符号と同一符号で示す部分は同一機能をもつ部分である。
【００７６】
【実施例】
〔第１実施例〕
以下、図１〜図３により第１実施例を説明する。この実施例は、上記の従来技術における周期的ドメイン反転部によるＱＰＭ動作と、Ｑスイッチ動作とを１つの光学結晶体による素子で形成した光デバイスの実施例である。
【００７７】
図１において、光学結晶体１は、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学材料の結晶体、例えば、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）に、例えば、重量比４．４％のＮｄ（ネオジウム）をドープした結晶体、つまり、Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３（ネオジウム・タンタル酸リチウム）の結晶体を、図のように、四角形の板状、例えば、幅Ｗｂ＝３〜１５ｍｍ、全長Ｌｔ＝５〜２０ｍｍ、厚みＤｂ＝０．５〜１ｍｍ程度の大きさをもつ四角形の板状に形成したのものであり、光の通路として設定した光学結晶体１の内部を通る所定の経路２において、ＱＰＭ動作とＱスイッチ動作とを行うものである。
【００７８】
周期的ドメイン反転部１５は、経路２の所要部分に、上記の従来技術による周期的ドメイン反転を行わせた部分であり、具体的には、図１８の周期的ドメイン反転部１５における極性反転と同様に、所定のドメイン周期Ｔごとに幅ｔの部分のｚ軸を反転させたドメイン反転構造をもつ部分である。
【００７９】
なお、ドメイン反転構造は、厚みＤｂの全体がドメイン反転構造になっているものにする。
【００８０】
周期的ドメイン反転部１５の大きさは、幅Ｗａ＝２〜４ｍｍ、長さＬａ＝２〜１５ｍｍ程度の大きさのものであり、経路２を中心にして形成したものである。なお、幅Ｗａは幅Ｗｂと同一にしてもく、また、高電圧印加によるドメイン反転を行った場合の電極は、除去せずに、そのままにして置いてもよい。
【００８１】
Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂは、光学結晶体１の光軸、つまり、ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所とは異なる箇所に設けた電極であり、一方の電極１２Ａを経路２の手前側では広く先側では狭い梯形に形成するとともに、梯形の傾斜した１辺、つまり、斜辺Ｇの中心付近が経路２を横切るように配置する。傾斜した１辺の傾き角度は２〜５°程度で、長さＬｂ＝２〜６ｍｍ程度である。
【００８２】
他方の電極１２Ｂは、経路２に対して対象に配置するとともに電極１２Ａよりも大きい四角形に形成したものであり、また、電極１２Ａ・１２Ｂは、それぞれ、Ａ１（アルミニウム）を厚みＤａ＝０，１〜０，３μｍ程度に蒸着形成してある。
【００８３】
ここで、Ｎｄ（ネオジウム）は、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンの役割を果すものであり、このレーザ活性イオンを入力光Ｐ０によって励起することによりレーザ発振を行わせて、コヒーレントな特定の周波数をもつ光Ｐ１を発生することができる。この特定の周波数は、主として、レーザ活性によるエネルギー準位により、ある幅をもって定まるが、その幅内において、光学結晶体１の中の経路２の全長Ｌｔによって周波数を変化させることができる。つまり、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる周波数のコヒーレントな光Ｐ１を発生することができるわけである。
【００８４】
そして、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂの間に印加する電圧Ｅを、例えば、６００Ｖから０Ｖに変化することによって、経路２を通る光に電気光学性にもとづく屈折率変化を起こさせてＱスイッチを行うものである。つまり、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂの間に電圧Ｅを印加すると、電圧Ｅが印加された箇所の光学結晶体１の部分では、いわゆる屈折率値表で言う屈折率値が変化させられて、この部分における光の伝播速度が他の部分に対して変化させられる。
【００８５】
そして、伝播速度が変化させられた部分と、他の部分との境界が、斜辺Ｇの箇所では経路２に対して斜めになっているために、この境界の部分で、経路２を通る光が屈折することになるので、電圧Ｅを変化させることにより、Ｑスイッチ動作を行い得るものである。したがって、斜辺Ｇと経路２との交差角度の選択は、光学結晶体１の性質と印加する電圧との関係で決まるが、経路２を通る光の全体にわたって斜めに横切ることが必要であるとともに、実験結果では、挟角がなるべく小さい方がこのましいことが分かっている。
【００８６】
光学結晶体１に入力光Ｐ０を与える入力側３の端面３Ａは、ｚ軸と平行な平面に形成するとともに、所要の誘電体の薄膜、例えば、ＳｉＯ２（酸化珪素）とＺｒ２Ｏ３（酸化ジルコニウム）を多層に施した半透光性の鏡面５Ａを設けてあり、また、出力光Ｐ２を放出する出力側４の端面４Ａは、例えば、端面３Ａの中心が焦点になる曲面で形成するとともに、端面３Ａの鏡面５Ａと同様の半透光性の鏡面５Ｂを設けてある。
【００８７】
〔第１実施例の構成の要約〕
上記の第１実施例の構成を要約すると、
例えば、Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３（ネオジウム・タンタル酸リチウム）の結晶体のように、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体１の所定の入力面、例えば、入力側３の端面３Ａから、所定の入力光Ｐ０、つまり、励起光を与えて、レーザ活性イオンを、Ｎｄ（ネオジウム）イオンをレーザ発振を行わせることにより得られる発振光Ｐ１などを、光学結晶体１の内部を通る所定の経路２に設けた周期的ドメイン反転部１５の非線形光学性によって擬似位相整合を行わせることにより、上記の光学結晶体１の所定の出力面、例えば、出力側４の端面４Ａから所定の周波数をもつコヒーレントなビーム光を出力光Ｐ２として送出する光デバイスにおいて、。
【００８８】
上記の光学結晶体１の光軸、つまり、Ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所とは異なる箇所に、対向する電極１２Ａ・１２Ｂを配置するＱスイッチ用電極手段と、
上記の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの間に印加する電圧Ｅに所定の変化を与えることにより、上記の電気光学性にもとづいて上記の出力光Ｐ２に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段と
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【００８９】
〔第１実施例の第１利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第１の利用構成は、入力光Ｐ０を励起用光源として、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる第１の周波数ω１のコヒーレントな光Ｐ１を発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔを式（２）に対応するように形成することにより、擬似位相整合を行わせて、出力光Ｐ２として、発振光Ｐ１の第２高調波成分に相当する周波数ω２＝２ω１のコヒーレントな光ビームを得るように構成するものである。
【００９０】
例えば、上記のＮｄ：ＬｉＴａｏ３にした場合における発振光Ｐ１とドメイン周期Ｔとの関係は図２のようになる。また、経路２の全長Ｌｔを、発振光Ｐ１と出力光Ｐ２とのいずれにも共振するように設定することによって出力光Ｐ２の出力を大きくできるとともに、電圧Ｅの印加をＯＮ−ＯＦＦしてＱスイッチ動作を行わせることにより、出力光Ｐ２を、例えば、数１０倍〜数１００倍以上の尖頭値をもつパルス状の大きな出力にすることができる。
【００９１】
そして、具体的な周波数関係を波長でみると、例えば、入力光Ｐ０を０．８μｍ、発振光Ｐ１を１．０８μｍ、出力光Ｐ２を０．５４μｍのように設定することができる。
【００９２】
〔第１実施例の第２利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第２の利用構成は、入力光Ｐ０と発振光Ｐ１とを、上記の第１の利用構成と同様にして、発振光Ｐ１を第１の周波数ω１のコヒーレントな光で発生させ、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔを、第１の周波数ω１との光パラメトリック発振による第２の周波数ω２と第３の周波数ω３とを得るための周期に設定することにより、第２の周波数ω２と第３の周波数ω３のコヒーレントな光による出力光Ｐ２を得るように構成するものである。
【００９３】
ここで、各周波数ω１・ω２・ω３の間には、光パラメトリック発振による次式の関係が成り立っている。
ω１＝ω２＋ω３ …………（４）
【００９４】
この利用構成は、具体的には、光学結晶体１を、例えば、上記のＮｄ：ＬｉＴａＯ３にした場合には、図３のように、発振光Ｐ１の第１の周波数ω１による波長λ１がポンピング光の波長λｐになり、また、ドメイン周期Ｔによって、アイドラ周波数の波長λｉと信号光の波長λｓとを出力する出力光Ｐ２の周波数ω２・ω３の波長λｓ・λｉとが定まるものであり、これらの波長λｉと波長λｓとの関係は、上記の（４）の関係で与えられる。
【００９５】
なお、上記の構成では、経路２の全長Ｌｔをλｓに共振させることにより、λｓのコヒーレントな光ビームを出力するようし、λｉをアイドラにして構成しているが、これを逆にして、経路２の全長Ｌｔをλｉに共振させるように構成すれば、λｉを出力し、λｓをアイドラにするように構成できるものである。また、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９６】
〔第１実施例の第３利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第３の利用構成は、入力光Ｐ０を２つの入力光とし、そのうちの１つの入力によって光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、上記の第１の利用構成と同様に、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる第１の周波数ω１をもつコヒーレントな光Ｐ１を仲介光として発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔによる擬似位相整合によって、図２０の構成の場合と同様に、入力光Ｐ０の２つの入力光のうちの他の１つの入力光のもつ第２の周波数ω２と発振光Ｐ１のもつ第１の周波数ω１との差の周波数ω３をもつコヒーレントな出力光Ｐ２を得るように構成するものである。なお、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９８】
〔第１実施例の第４利用構成〕
第１実施例の光デバイスの第４の利用構成は、入力光Ｐ０を第１の周波数ω１をもつ入力光とし、この入力光Ｐ０によって、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定まる第２の周波数ω２をもつコヒーレントな光Ｐ１を仲介光として発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔによる擬似位相整合によって、図２０の構成の場合と同様に、入力光Ｐ０の周波数ω１と発振光Ｐ１の周波数ω２との差の周波数ω３をもつコヒーレントな出力光Ｐ２を得るように構成するものである。なお、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９９】
〔第２実施例〕
以下、図４により第２実施例を説明する。この実施例は、図１の第１実施例の構成における電極１２Ａ・１２Ｂを周期的ドメイン反転部１５を設けた箇所に重ね合わせるように配置するとともに、電極２Ａの斜辺Ｇの中心付近が経路２を横切るように配置することによって、経路２の全長Ｌｔを短くし、光デバイスの大きさを小さくして、同一の機能をもたせるように構成したものである。
【０１００】
図４において、電極１２Ａ・１２Ｂは、周期的ドメイン反転部１５を設けた箇所の対向する両表面８Ａ・８Ｂに設けるとともに、電極１２Ａ・１２Ｂの長さＬｂが周期的ドメイン反転部１５の長さＬａよりも僅かに長くしてある箇所以外の部分は図１の第１実施例と同様の機能をもたせて構成しているものである。
【０１０１】
したがって、周期的ドメイン反転部１５によって疑似的位相整合を行う箇所と電極１２Ａ・１２Ｂに印加する電圧Ｅを変化させてＱスイッチ動作を行う箇所とが、経路２の同一の箇所に重ねて設けられていることになる。
【０１０２】
〔第２実施例の構成の要約〕
第２実施例の構成を要約すると、
上記第１実施例の構成におけるＱスイッチ用電極手段に代えて、
上記の光学結晶体１の光軸、つまり、ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所に、対向する電極１２Ａ・１２Ｂを配置するＱスイッチ用電極手段
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【０１０３】
〔第２実施例の利用構成〕
第２実施例の利用構成は、上記の第１実施例における第１の利用構成〜第４の利用構成と全く同一の利用構成を適用し得るものである。
【０１０４】
〔第３実施例〕
以下、図５により第３実施例を説明する。この実施例は、図１の第１実施例の構成に加えて、経路２の全長Ｌｔを変化させて、経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分として、電気光学性にもとづく屈折率変化により、経路２の全長Ｌｔを変化させるための電圧を与える電極を設けて構成したものである。
【０１０５】
図５において、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けた箇所以外の部分の構成は、図１の第１実施例の構成と全く同一に構成してあり、電極９Ａ・９Ｂは、経路２におる周期的ドメイン反転部１５と電極１２Ａ・１２Ｂとの配置箇所以外の両表面８Ａ・８Ｂに設けた電極でり、電圧９Ａ・９Ｂは、いずれも、経路２に対して対象に配置するとともに、幅Ｗｅを周期的ドメイン反転部１５の幅Ｗａと同程度にし、長さＬｃを１〜５ｍｍ程度にした四角形のものである。
【０１０６】
具体的には、幅Ｗｅ＝２ｍｍ、長さＬｃ＝１〜５ｍｍ程度てあって、Ａ１（アルミニウム）の薄膜を、厚みＤａ＝０．１〜０．５μｍ程度に、電極１２Ａ・１２Ｂと同時に蒸着して形成するものである。なお、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂのうちの四角形の電極１２Ｂと同一側に設ける電極９Ｂは、電極１２Ｂと連続した一体の四角形に形成してもよい。
【０１０７】
そして、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂの間に印加する電圧Ｅ１を、例えば、０〜１００Ｖの間を変化させることによって、経路２を伝搬する光に電気光学性にもとづく屈折率変化を起こさせて、光の位相を変化させるという調整を行うことにより、経路２の全長Ｌｔを変化させ得るようにしたものである。
【０１０８】
つまり、光学結晶体１の電圧Ｅ１が印加された部分が、いわゆる屈折率値表における屈折率を変化させられることになるため、この部分の経路２における光の伝播速度が変化させられるので、経路２の全長Ｌｔを変化させたと同様の動作を行うことにり、結局、経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分として動作するわけである。
【０１０９】
また、この光の位相の調整は、位相を大きく変化させた場合には、周波数の変化になるわけであり、この発明での位相の調整とは、そうした周波数の変化になる場合をも含めて言うものである。
【０１１０】
〔第３実施例の構成の要約〕
第３実施例の構成を要約すると、
第１実施例の構成に加えて、
上記の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所と、上記のＱスイッチ用の第１の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの配置箇所との両箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極９Ａ・９Ｂを配置する位相調整用電極手段と、
上記の第２の対向する電極９Ａ・９Ｂの間に印加する電圧Ｅ１に所定の変化を与えることにより、上記の電気光学性にもとづいて経路２の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整手段と
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【０１１１】
〔第３実施例の第１利用構成〕
第３実施例の光デバイスの第１の利用構成は、上記の第１実施例の光デバイスの第２の利用構成に加えて、経路２の全長Ｌｔを、発振光Ｐ１による第１の周波数ω１と光パラメトリック発振による第２の周波数ω２とに同時に共振させ、または、発振光Ｐ１による第１の周波数ω１と光パラメトリック発振による第３の周波数ω３とに同時に共振させる調整操作を、電極９Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させて行うように構成するものである。
【０１１２】
つまり、電極９Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させることにより、光学結晶体１の電気光学性にもとづく屈折率変化によって、経路２を通る光の位相が変化させられるため、電圧Ｅ１を徐々に変化させて行くと、ある特定の電圧値のときに、経路２の全長Ｌｔが、目的とする第１の周波数ω１と第２の周波数ω２とに同時に共振し、または、第１の周波数ω１と第３の周波数ω３とに同時に共振するため、電圧Ｅ１をその特定の電圧値に保持することによって、出力光Ｐ２の出力を最大値にするとともに、光パラメトリック発振の閾値（しきい値）の低減化をはかることができるわけである。
【０１１３】
〔第３実施例のその他の利用構成〕
上記の第１の利用構成のほかに、上記の第１実施例の光デバイスにおける他の利用構成と同様に、擬似位相整合によって、第２高調波の光を得るたり、２つの周波数の差の周波数をもつ光を得たりするために、所要の周波数をもつ所要の光を出力光Ｐ２として得るように、種々に構成し得ることは言うまでもない。
【０１１４】
そして、これらの構成においても、電極９Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させることにより、経路２の全長Ｌｔを変化させて、所要の光の周波数に対して共振させるようにすればよいわけである。
【０１１５】
〔第４実施例〕
以下、図６により第４実施例を説明する。この実施例は、図４の第２実施例の構成に加えて、図５の位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けることにより、経路２の全長Ｌｔを変化させて、経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分として、電気光学性にもとづく屈折率変化により、経路２の全長Ｌｔを変化させるための電圧を与える電極を設けて構成したものである。
【０１１６】
図６において、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けた箇所以外の部分の構成は、図４の第２実施例の構成と全く同一に構成してあり、また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂの構成と、電極９Ａ・９Ｂに印加する電圧Ｅ１を変化させて経路２を通る光の位相を調整する位相調整部分の構成とは、図５の第３実施例の位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１の部分の構成と全く同一にして構成したものである。
【０１１７】
そして、周期的ドメイン反転部１５の部分による擬似位相整合の動作と、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂと電圧Ｅとの部分によるＱスイッチの動作とは、図１の第１実施例で説明した当該部分における動作と全く同一の動作を行うものであり、また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１の部分による位相調整動作は、図５の当該部分における動作と全く同一の動作を行うものである。
【０１１８】
〔第４実施例の構成の要約〕
第４実施例の構成を要約すると、
第２実施例の構成に加えて、
上記の両表面８Ａ・８Ｂにおける上記のＱスイッチ用の第１の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの配置箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極９Ａ・９Ｂを配置する位相調整用電極手段と、
上記の第２の対向する電極９Ａ・９Ｂの間に印加する電圧Ｅ１に所定の変化を与えることにより、上記の電気光学性にもとづいて経路２の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整手段と
を設けた光デバイスを構成していることになるものである。
【０１１９】
〔第４実施例の利用構成〕
第４実施例の利用構成は、上記の第３実施例における各利用構成と全く同一の利用構成を適用し得るものである。
【０１２０】
〔第５参考例〕
以下、図７により第５参考例を説明する。この参考例は、図６により説明した第４実施例の構成から、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを除去して、周期的ドメイン反転部１５の部分には何らの電極も無く、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂはそのままの位置に配置するようにした構成、つまり、第４実施例の機能からＱスイッチ機能を取り除いた構成のものである。
【０１２１】
〔第５参考例の利用構成〕
第５参考例の利用構成は、上記の第４実施例における各利用構成からＱスイッチ動作を除いた動作を行うようにした利用構成を適用し得るものである。
【０１２２】
〔第６実施例〕
以下、図８により第６実施例を説明する。この実施例は、図１〜図７により説明した各実施例では、光学結晶体１の平面の外形を四角形状に形成し、また、経路２を直線状に形成していた構成部分を、光学結晶体１の平面の外形を多角形の形状に形成するとともに、経路２を光学結晶体１の多角形の所定の辺で反射する経路によって形成するように変更した構成をもつものである。
【０１２３】
図８において、光学結晶体１は、平面の外形を多角形の板状、例えば、三角形のプリズム状に形成してあり、所定の辺、例えば、辺３１に半透光性の鏡面３１Ａを設けるとともに、残りの全ての辺または所定の辺、例えば、辺３２・３３に反射鏡面３２Ａ・３３Ａを設けてある。
【０１２４】
そして、光学結晶体１の内部を通る光の経路２を、入力側３から鏡面３１Ａに入力した光が反射鏡面３２Ａ・３３Ａで反射して鏡面３１Ａの出力側４から出力するようにした経路に形成してある。
【０１２５】
また、経路２の所要の箇所における両表面８Ａ・８Ｂに、周期的ドメイン反転部１５と、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設けたものであり、経路２に沿った光学結晶体１を厚み方向の断面を展開すると、図５の第３実施例における〔Ａ−Ａ′断面〕と同様の構造になるように構成したものである。つまり、各鏡面３１Ａ・３２Ａ・３３Ａの間の各経路２の各長さＬｔ１・Ｌｔ２・Ｌｔ３を加算した長さが、経路２の全長Ｌｔになるものである。
【０１２６】
なお、周期的ドメイン反転部１５による擬似位相整合動作、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと電圧ＥとによるＱスイッチ動作、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１とによる位相調整動作については、上記の各実施例で説明したと同様の動作を行い、また、多角形の形状は、四角形以上の多角形にして、所要の辺を反射面として構成することにより、同様の構成が得られること、さらに、周期的ドメイン反転部１５とＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂとを同一箇所に重ね合わせて配置し得ることなどについては、自明のことであり、特別の説明を要さないことであろう。
【０１２７】
そして、図８のように、経路２を閉経路にする場合と、多角形を形成する各角度を異ならせるなどにより、経路２を解放経路にする場合との構成が可能であり、図８のように経路２を閉経路にした場合には、経路２の入力側３の端面３Ａと出力側４の端面４Ａとが同一の端面５１になるので、この端面５１に近接して配置した結合用プリズム６１を設けることによって、出力光Ｐ２を、出力側４に対応する出力経路４Ｂと、入力側３に対応する出力経路３Ｂとの両方に出力することができるため、出力光Ｐ２を同時に２つの異なる目的に使用し得るという利点が得られるわけである。
【０１２８】
さらに、結合用プリズム６１の端面６２と光学結晶体１の端面５１との間の間隔Ｊを調整する調整機能部分（図示せず）を設けることによって、結合用プリズム６１と光学結晶体１との間の光の結合率を変化させることができるという利点もある。
【０１２９】
また、第６実施例の構成では、各反射鏡面、例えば、反射鏡面３２Ａ・３３Ａを、例えば、上記の第１実施例〜第４実施例において端面３Ａ・端面４Ａに施す半透光性の鏡面５Ａ・５Ｂと同様の材質を厚膜にして施すか、または、多層にして施す層数を増加するなどによって形成した全反射性の鏡面を、光学結晶体１の辺３２・３３の面に、直接的に、施して形成してあるため、従来のように、別個の反射鏡を取付加工するなどの複雑な加工を不要にしている。
【０１３０】
〔変形実施〕
この発明は次のように変形して実施することができる。
（１）上記の各実施例の構成において、周期的ドメイン反転部１５と、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂとの各配置位置を任意に入れ換えて構成する。ただし、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを周期的ドメイン反転部１５とを同一箇所に重ねて配置する構成は、周期的ドメイン反転部１５の構成が、ｚ軸を交互に反転した構成になっているため、位相調整を行うには不適である。
【０１３１】
（２）上記の各実施例の構成において、Ｑスイッチ用の電極１２Ａを、図９の電極１２Ａ１・１２Ａ２のように複数に分けて構成する。この場合、Ｑスイッチ用の電極１２Ａを、図９のような三角形、または、梯形などのように、光の経路２を斜めに横切る斜辺Ｇをもつようにした種々の形状に変形して構成することができる。
【０１３２】
また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと、周期的ドメイン反転部１５とを、必要に応じて、複数に分けて配置する。この場合、これらの分けたものの配置箇所は、それぞれ、必要に応じて、他のＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと、周期的ドメイン反転部１５との配置に対して、適宜に、配置を入れ換えて構成することができる。
【０１３３】
（３）上記の図８の第６実施例の構成において、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを、図４・図６の第２実施例・第４実施例と同様に、周期的ドメイン反転部１５を設けた箇所に重ね合わせるように配置して構成する。この場合、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを配置した箇所に周期的ドメイン反転部１５を移動してもよく、また、周期的ドメイン反転部１５を配置した箇所にＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを移動してもよい。
【０１３５】
（５）上記の図１・図４・図５・図６の第１実施例〜第４実施例の構成において、入力側３の端面３Ａと鏡面５Ａの部分を、端面４Ａの中心が焦点になる曲面に変更して構成する。
【０１３６】
（６）上記の図５の第３実施例・図６の第４実施例・図８の第６実施例において、Ｑスイッチ用の電極１２Ｂを電極１２Ａと同様の形状、例えば、梯形状に形成して構成する。
【０１３７】
（７）上記の図５の第３実施例・図６の第４実施例・図８の第６実施例において、位相調整用の電極９Ａ・９ＢとＱスイッチ用の電極１２Ｂを電極１２Ａとのうちの共通の電位側に相当する各電位、例えば、図５・図６の電極９Ｂと電極１２Ｂとを共通の１つの連続した電極に形成して構成する。
【０１３８】
（８）上記の図１・図４・図５・図６の第１実施例〜第４実施例の構成において、入力側３の端面３Ａと鏡面５Ａの部分を、端面４Ａの中心が焦点になる曲面に変更するとともに、端面４Ａと鏡面５Ｂの部分をｚ軸と平行な平面に変更して構成する。
【０１３９】
（９）上記の図８の第６実施例の構成において、光学結晶体１の平面の外形を、他の多角形、五角形・七角形などの多角形に形成して構成する。この場合、入力側３の端面３Ａと出力側４の端面とを、図８の場合と同様に１つの共通の端面にして構成し、または、異なる適宜の端面になるように多角形を形成して構成することができる。
【０１４０】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、光学結晶体として、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する結晶体を用いているため、光学結晶体の中のレーザ活性イオンを所要の入力光によって励起することにより、光学結晶体自体の中でレーザ発振を行わせて所要の周波数の光を発生することができる。
【０１４１】
また、光学結晶体の中を通る光の経路の途中に、周期的ドメイン反転部、Ｑスイッチ用の電極および位相調整用の電極の全て、または、そのうちの所要のものを適宜に選択して配置しているため、１つの光学結晶体に所要の入力光を与えるのみで、ＱＰＭ動作による高調波または周波数変換による出力光、ＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振による出力光などを得ることができるほか、位相調整用の電極に印加する電圧を調整するのみで、光学結晶体の共振周波数を所要の光の周波数に一致させて出力光を増強し得るなどの特長をもつ至極便利な光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図９はこの発明の実施例を、また、図１０〜図１９は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】全体構成平面図、縦断面図および要部斜視図
【図２】要部動作特性図
【図３】要部動作特性図
【図４】全体構成平面図および縦断面図
【図５】全体構成平面図、縦断面図および要部斜視図
【図６】全体構成平面図および縦断面図
【図７】全体構成平面図および縦断面図
【図８】全体構成平面図および縦断面図
【図９】要部構成平面図
【図１０】要部動作特性図
【図１１】要部動作特性図
【図１２】要部構成顕微鏡写真図
【図１３】要部動作特性図
【図１４】要部構成顕微鏡写真図
【図１５】要部動作特性図
【図１６】要部動作特性図
【図１７】要部特性比較図
【図１８】要部構成平面図
【図１９】要部構成斜視図
【符号の説明】
１ 光学結晶体
２ 経路
３ 入力側
３Ａ 端面
３Ｂ 出力経路
４ 出力側
４Ａ 端面
４Ｂ 出力経路
５Ａ 鏡面
５Ｂ 鏡面
９Ａ Ｑスイッチ用電極
９Ｂ Ｑスイッチ用電極
１２Ａ 位相調整用電極
１２Ｂ 位相調整用電極
１５ 周期的ドメイン反転部
３１ 辺
３１Ａ 鏡面
３２ 辺
３２Ａ 反射鏡面
３２ 辺
３３ 反射鏡面
５１ 端面
６１ 結合用プリズム
６２ 端面
Ｐ０ 入力光
Ｐ１ 発振光
Ｐ２ 出力光
Claims (14)
- 非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に設けられ、かつ光学結晶体の厚み全体に及ぶ周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によって擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントなビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、
ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面における前記周期的ドメイン反転部の配置箇所とは異なる箇所に、対向する電極を配置するＱスイッチ用電極手段と、
ｂ．前記対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段と
を具備することを特徴とする光デバイス。 - 非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に設けられ、かつ光学結晶体の厚み全体に及ぶ周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によって擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントなビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、
ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面における前記周期的ドメイン反転部の配置箇所に、対向する電極を配置するＱスイッチ用電極手段と、
ｂ．前記対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段と
を具備することを特徴とする光デバイス。 - 前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位相整合によって、前記第１の周波数の２倍の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項１または請求項２の光デバイス。
- 前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位相整合によって、前記第１の周波数と、前記第１の周波数のパラメトリック発振による第２の周波数をもつ出力光と第３の周波数とのうちの所要のものを前記出力光として送出する請求項１または請求項２の光デバイス。
- 前記入力光を２つの入力光とし、前記２つの入力光のうちの１つの入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位相整合によって、前記２つの入力光のうちの他の１つの入力光のもつ第２の周波数と前記第１の周波数との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項１または請求項２の光デバイス。
- 前記入力光を第１の周波数をもつ入力光とし、前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第２の周波数をもつコヒーレントな光を仲介光として発生するとともに、前記擬似位相整合によって、第２の周波数と前記第１の周波数との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項１または請求項２の光デバイス。
- 非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に設けられ、かつ光学結晶体の厚み全体に及ぶ周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によって擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントなビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、
ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面における前記周期的ドメイン反転部の配置箇所とは異なる箇所に、第１の対向する電極を配置するＱスイッチ用電極手段と、
ｂ．前記第１の対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段と、
ｃ．前記両表面における前記周期的ドメイン反転部の配置箇所と前記第１の対向する電極の配置箇所との両箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極を配置する位相調整用電極手段と、
ｆ．前記第２の対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記経路の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整手段と
を具備することを特徴とする光デバイス。 - 非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に設けられ、かつ光学結晶体の厚み全体に及ぶ周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によって擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントなビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、
ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面における前記周期的ドメイン反転部の配置箇所に、第１の対向する電極を配置するＱスイッチ用電極手段と、
ｂ．前記第１の対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段と、
ｃ．前記両表面における前記第１の対向する電極の配置箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極を配置する位相調整用電極手段と、
ｆ．前記第２の対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記経路の中を伝搬する光の位相調整を行う位相調整手段と
を具備することを特徴とする光デバイス。 - 前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位相整合によって、前記第１の周波数の２倍の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項７または請求項８に記載の光デバイス。
- 前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位相整合によって、前記第１の周波数と、前記第１の周波数のパラメトリック発振による第２の周波数をもつ出力光と第３の周波数をもつ出力光とのうちの所要のものを前記出力光として送出する請求項７または請求項８に記載の光デバイス。
- 前記入力光を２つの入力光とし、前記２つの入力光のうちの１つの入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位相整合によって、前記２つの入力光のうちの他の１つの入力光のもつ第２の周波数と前記第１の周波数との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項７または請求項８に記載の光デバイス。
- 前記入力光を第１の周波数をもつ入力光とし、前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第２の周波数をもつコヒーレントな光を仲介光として発生するとともに、前記擬似位相整合によって、第２の周波数と前記第１の周波数との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項７または請求項８に記載の光デバイス。
- 前記光学結晶体を四角形の板状に形成し、前記四角形の対向する２つの面を前記入力面と前記出力面として形成するとともに、前記経路を直線状の経路によって形成した請求項１〜請求項１２のうちのいずれかの光デバイス。
- 前記光学結晶体を多角形の板状に形成し、前記多角形の１つの辺に相当する面を前記入力面と前記出力面を兼ねる面として形成するか、または、前記多角形の異なる２つの辺に相当する面を前記入力面と前記出力面として形状するとともに、前記経路を前記多角形の所定の辺で反射する経路によって形成した請求項１〜請求項１２のうちのいずれかの光デバイス。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30206395A JP3616181B2 (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 光デバイス |
| US09/051,977 US6175578B1 (en) | 1995-10-26 | 1996-10-28 | Optical device |
| EP96935471A EP0878881A1 (en) | 1995-10-26 | 1996-10-28 | Optical device |
| PCT/JP1996/003149 WO1997015863A1 (fr) | 1995-10-26 | 1996-10-28 | Appareil optique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30206395A JP3616181B2 (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 光デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09127567A JPH09127567A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3616181B2 true JP3616181B2 (ja) | 2005-02-02 |
Family
ID=17904475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30206395A Expired - Fee Related JP3616181B2 (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 光デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6175578B1 (ja) |
| EP (1) | EP0878881A1 (ja) |
| JP (1) | JP3616181B2 (ja) |
| WO (1) | WO1997015863A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1248143A3 (en) * | 2001-04-02 | 2004-10-20 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Wavelength converter |
| FR2836239B1 (fr) * | 2002-02-15 | 2004-05-07 | Centre Nat Rech Scient | Amelioration des performances d'un cristal onl |
| JP3899411B2 (ja) * | 2004-02-19 | 2007-03-28 | 独立行政法人情報通信研究機構 | ３つの反射面による多重反射で構成される光路を用いたスラブ型固体レーザ媒体、またはスラブ型非線形光学媒体 |
| WO2006101034A1 (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 周期分極反転構造の作製方法 |
| JP2007003885A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Shimadzu Corp | 周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法 |
| US7724797B2 (en) * | 2006-04-27 | 2010-05-25 | Spectralus Corporation | Solid-state laser arrays using nonlinear frequency conversion in periodically poled materials |
| FR2902940B1 (fr) * | 2006-06-27 | 2009-12-11 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Oscillateur parametrique optique avec retour de pompe a maintien de phase achromatique. |
| JP4967626B2 (ja) * | 2006-11-30 | 2012-07-04 | ソニー株式会社 | 波長変換素子とこれを用いたレーザ光源装置及び画像生成装置 |
| US7801188B2 (en) * | 2007-04-02 | 2010-09-21 | Cobolt Ab | Continuous-wave ultraviolet laser |
| JP5529153B2 (ja) * | 2009-10-21 | 2014-06-25 | パナソニック株式会社 | 波長変換レーザ光源及び画像表示装置 |
| CN102474065B (zh) * | 2010-04-23 | 2014-04-23 | 松下电器产业株式会社 | 波长转换激光光源及图像显示装置 |
| CN104078832A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-10-01 | 温州大学 | 中红外波段自级联光学参量振荡激光器 |
| CN104532352B (zh) * | 2014-12-05 | 2018-02-16 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种非线性光学晶体材料、其制备方法及应用 |
| CN105261928A (zh) * | 2015-11-06 | 2016-01-20 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4639923A (en) * | 1984-05-21 | 1987-01-27 | Cornell Research Foundation, Inc. | Optical parametric oscillator using urea crystal |
| FR2660493A1 (fr) * | 1990-03-30 | 1991-10-04 | Thomson Csf | Dispositif laser a changeur de frequence integre de facon monolithique. |
| JPH04172329A (ja) * | 1990-11-05 | 1992-06-19 | Nec Corp | 波長変換方法及び装置 |
| JPH04296731A (ja) * | 1991-03-27 | 1992-10-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 短波長レーザ光源 |
| FR2679050B1 (fr) * | 1991-07-09 | 1994-08-26 | Thomson Csf | Dispositifs d'optique non lineaire. |
| FR2684772B1 (fr) * | 1991-12-10 | 1994-08-26 | Thomson Csf | Reseau d'indice optique commandable electriquement. |
| JPH05241217A (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Hitachi Metals Ltd | 第２高調波発生素子 |
| JPH05289137A (ja) * | 1992-04-10 | 1993-11-05 | Sony Corp | 波長変換装置とその製造方法 |
| JPH0627509A (ja) * | 1992-07-10 | 1994-02-04 | Nec Corp | 波長変換素子 |
| JPH0688979A (ja) * | 1992-09-08 | 1994-03-29 | Sumitomo Cement Co Ltd | Ｑスイッチ・第２高調波発生複合素子 |
| JPH06110095A (ja) * | 1992-09-28 | 1994-04-22 | Hiromasa Ito | ミリ波・サブミリ波発生方法ならびにその装置 |
| JPH0792513A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換素子及びその使用方法 |
| US5488619A (en) * | 1994-10-06 | 1996-01-30 | Trw Inc. | Ultracompact Q-switched microlasers and related method |
| JPH08125254A (ja) * | 1994-10-20 | 1996-05-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | 波長変換固体レーザー |
| US5513196A (en) * | 1995-02-14 | 1996-04-30 | Deacon Research | Optical source with mode reshaping |
| US5940419A (en) * | 1997-06-13 | 1999-08-17 | Xie; Ping | Frequency doubling solid-state laser including lasant material and nonlinear optical material |
-
1995
- 1995-10-26 JP JP30206395A patent/JP3616181B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-10-28 US US09/051,977 patent/US6175578B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-10-28 EP EP96935471A patent/EP0878881A1/en not_active Withdrawn
- 1996-10-28 WO PCT/JP1996/003149 patent/WO1997015863A1/ja not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0878881A1 (en) | 1998-11-18 |
| US6175578B1 (en) | 2001-01-16 |
| WO1997015863A1 (fr) | 1997-05-01 |
| EP0878881A4 (ja) | 1998-11-18 |
| JPH09127567A (ja) | 1997-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5838702A (en) | Method of electrically controlling regions of ferroelectric polarization domains in solid state bodies | |
| JP3616181B2 (ja) | 光デバイス | |
| US5355247A (en) | Method using a monolithic crystalline material for producing radiation by quasi-phase-matching, diffusion bonded monolithic crystalline material for quasi-phase-matching, and method for fabricating same | |
| JP5395930B2 (ja) | 広帯域光源装置 | |
| US20110043895A1 (en) | Wavelength converting device, laser, and method to stabilize the wavelength conversion efficiency | |
| CA2616667A1 (en) | Parametric generation with lateral beam coupling | |
| Gui | Periodically poled ridge waveguides and photonic wires in LiNbO3 for efficient nonlinear interactions | |
| JP2685969B2 (ja) | 第２高調波発生装置 | |
| JP3059080B2 (ja) | 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子及び短波長光源 | |
| US20030123497A1 (en) | Optical parametric oscillator with distributed feedback grating or distributed Bragg reflector | |
| US8184667B2 (en) | Electro-optic Bragg deflector and method of using it as laser Q-switch in an actively Q-switched laser and an actively Q-switched wavelength-conversion laser | |
| US6952307B2 (en) | Electric field poling of ferroelectric materials | |
| JPH0419719A (ja) | 非線形強誘電体光学材料に対するドメイン制御方法 | |
| JPH06110095A (ja) | ミリ波・サブミリ波発生方法ならびにその装置 | |
| JPH05289137A (ja) | 波長変換装置とその製造方法 | |
| JPH06265956A (ja) | 光波長変換方法 | |
| JPH02187735A (ja) | 非線形強誘電体光学材料に対するドメイン制御方法 | |
| JPH0651359A (ja) | 波長変換素子、短波長レーザ装置および波長可変レーザ装置 | |
| JPH06194708A (ja) | Ｓｈｇ素子、ｓｈｇ装置およびｓｈｇ素子の実効屈折率決定方法 | |
| JP2643735B2 (ja) | 波長変換素子 | |
| Blistanov et al. | Modulation and conversion of light in lithium niobate crystals with a regular domain structure | |
| JPH06265951A (ja) | 光波長変換装置 | |
| Avetisyan | Cavity-enhanced terahertz region difference frequency generation in surface-emitting geometry | |
| Zukauskas et al. | Fan-out periodically poled structures in Rb-doped KTiOPO4 for continuously tunable QPM devices | |
| JP3447078B2 (ja) | 光波長変換素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040203 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040302 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041005 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041104 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |