JP6439575B2 - 波長変換素子及びレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、周期的分極反転構造を有する波長変換素子及びレーザ装置に関する。

非線形光学特性を有する結晶に基本波光を入射させると、非線形効果により波長変換された波長変換光が発生する。通常、結晶内部では基本波光と波長変換光の位相速度に差が生じるため、基本波光と波長変換光の位相を揃える（位相整合する）必要がある。

このため、基本波光の波長を変換して波長変換光を得るための波長変換素子に、擬似位相整合（ＱＰＭ）素子が使用されている。ＱＰＭ素子は、分極方向が周期的に反転する周期的分極反転構造を強誘電体結晶に形成したものである。ＱＰＭ素子では、レーザ光などの基本波光と擬似位相整合することによって高調波の波長変換光を出力する。

ＱＰＭ素子によって基本波から第３高調波を発生させる方法として、例えば非特許文献１に記載の方法などが知られている。この方法では、分極反転する周期（以下において「分極反転周期」という。）が異なる２つの非線形結晶である２倍波変換部と３倍波変換部を連結した周期的分極反転構造体を用いる。２倍波変換部によって、基本波の第２高調波を発生させる。そして、２倍波変換部で発生した第２高調波と２倍波変換部で第２高調波にならなかった残りの基本波から３倍波変換部を用いて和周波を発生させ、第３高調波を得る。

２倍波変換部と３倍波変換部を連結した１つの波長変換素子の全体を均一に温度調整して基本波波長のばらつきに対応する場合には、２倍波変換部と３倍波変換部とにおいて同時に位相整合させるための手段が必要である。これは、基本波波長の変化に対応して位相整合するために必要な温度変化が、２倍波変換部と３倍波変換部とで異なるためである。このため、非特許文献１に記載の方法では、３倍波変換部の分極反転構造を、分極領域が放射状に配置されるファンアウト形状にしている。そして、波長変換素子をレーザ光の光軸に対して垂直方向にずらすことにより、いずれかの位置で２倍波変換部と３倍波変換部において同時に位相整合するようにしている。

Junji Hirohashi et al.、「Monolithic Fan-out PPMgSLT device for cascaded 355nm generation」、Optics InfoBase、Conference Paper、CLEO SI、2014、SM4I、Page SIM4I.6

高出力を得るために、レーザ光のビーム径を広げると共に作用長を長く取る必要が生じる場合がある。一方、ファンアウト形状の分極反転構造を用いる非特許文献１に記載の方法では、３倍波変換部の分極反転周期が光軸の垂直方向に沿って連続的に変化する。このため、ビーム径が大きくなると位相整合に寄与しない基本波成分の割合が増大して変換効率の低下を招く。また、作用長が長いと位相整合温度特性の許容幅は狭くなるが、非特許文献１に記載の方法では厳密に位相整合するのは光軸に垂直な方向の１箇所であるため、この点からも変換効率は低下する。

上記問題点に鑑み、本発明は、変換効率の低下が抑制された、分極反転周期が異なる複数の周期的分極反転構造を備える波長変換素子及びレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基本波光が入射される入射面と基本波光が波長変換された波長変換光が出射される出射面との間で直列に一体化して配置された、分極反転する周期が互いに異なる複数の周期的分極反転構造体を備え、複数の周期的分極反転構造体のそれぞれにおいて分極方向が交互に反転する複数の分極領域が平行に配列され、基本波光が入射されて複数の周期的分極反転構造体の内部を進行する光の光軸方向と、複数の分極領域が配列される周期方向とのなす傾斜角が、複数の周期的分極反転構造体で互いに異なり、複数の周期的分極反転構造体の温度及び傾斜角を複数の周期的分極反転構造体で同じだけ変化させることによって、基本波光の基本波波長が変化した場合に複数の周期的分極反転構造体それぞれにおいて同時に位相整合するように、複数の周期的分極反転構造体それぞれの周期方向と傾斜角が設定されている波長変換素子が提供される。

本発明の他の態様によれば、（ア）基本波光を出射するレーザ光源と、（イ）基本波光が入射される入射面と基本波光が波長変換された波長変換光が出射される出射面との間で直列に一体化して配置された、分極反転する周期が互いに異なる複数の周期的分極反転構造体を有する波長変換素子とを備え、複数の周期的分極反転構造体のそれぞれにおいて分極方向が交互に反転する複数の分極領域が平行に配列され、基本波光が入射されて複数の周期的分極反転構造体の内部を進行する光の光軸方向と、複数の分極領域が配列される周期方向とのなす傾斜角が、複数の周期的分極反転構造体で互いに異なり、複数の周期的分極反転構造体の温度及び傾斜角を複数の周期的分極反転構造体で同じだけ変化させることによって、基本波光の基本波波長が変化した場合に複数の周期的分極反転構造体それぞれにおいて同時に位相整合するように、複数の周期的分極反転構造体それぞれの周期方向と傾斜角が設定されているレーザ装置が提供される。

本発明によれば、変換効率の低下が抑制された、分極反転周期が異なる複数の周期的分極反転構造を備える波長変換素子及びレーザ装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子の構成を示す模式図である。 θ_S0＝θ_T0の場合におけるΔθ−Δλ平面に描かれるグラフ１の例を示すグラフである。 θ_S0＝θ_T0でない場合におけるΔθ−Δλ平面に描かれるグラフ１の例を示すグラフである。 θ_S0＝θ_T0でない場合におけるΔθ−Δλ平面に描かれるグラフ１とグラフ２の例を示すグラフである。 θ_S0＝θ_T0でない場合におけるΔθ−Δλ平面に描かれるグラフ１とグラフ２の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子における素子温度の変化に対する基本波波長の変化及び分極傾斜角の変化の関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子における素子温度の変化に対する基本波波長の変化及び分極傾斜角の変化の関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子を使用したレーザ装置の構成を示す模式図である。 図８に示したレーザ装置の角度調整手段の例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子を使用したレーザ装置の角度調整手段の他の例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る波長変換素子の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る波長変換素子における素子温度の変化に対する基本波波長の変化及び分極傾斜角の変化の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る波長変換素子における素子温度の変化に対する基本波波長の変化及び分極傾斜角の変化の関係を示すグラフである。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子１０は、図１に示すように、入射面１０１と出射面１０２とが両端部に定義され、入射面１０１と出射面１０２との間で直列に一体化して配置された複数の周期的分極反転構造体１００を備える。ここで、「周期的分極反転構造体１００」とは、直列に配置された複数の周期的分極反転構造体のそれぞれをいう。なお、周期的分極反転構造体１００の分極反転周期は互いに異なる。図１に示した波長変換素子１０は、分極反転周期Λ１の第１の周期的分極反転構造体１１０と分極反転周期Λ２の第２の周期的分極反転構造体１２０とを有する。

第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０は、レーザ光などの基本波光Ｌ１が入射面１０１に入射されて周期的分極反転構造体１００内部を進行する光の光軸方向Ｄに沿って、直列に配置されている。第１の周期的分極反転構造体１１０及び第２の周期的分極反転構造体１２０によって基本波光Ｌ１から波長変換された波長変換光Ｌ２が、出射面１０２から出射される。

周期的分極反転構造体１００は、例えばマグネシウムを添加した定比組成タンタル酸リチウム（Ｍｇ：ＳＬＴ）結晶などの強誘電体結晶の内部に形成される。以下では、周期的分極反転構造体１００の分極方向をＺ方向とし、分極方向と垂直な周期的分極反転構造体１００の主面をＺ面とする。図１は、波長変換素子１０を＋Ｚ方向から見た状態である。また、図１に示すように、分極方向と垂直に周期的分極反転構造体１００内部を進行する光の光軸方向ＤをＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。

上記のように、波長変換素子１０では、Ｘ方向軸とＹ方向軸により定義される面（以下において、「ＸＹ平面」という。）と光軸方向Ｄとが平行である。光軸方向Ｄは周期的分極反転構造体１００で共通である。また、基本波光Ｌ１の偏光方向はＺ方向と一致する。

周期的分極反転構造体１００を形成する強誘電体結晶には、Ｍｇ：ＳＬＴ結晶以外にも、例えばタンタル酸リチウム（ＬＴ）結晶やニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶なども使用可能である。複数の周期的分極反転構造体１００は、単一の強誘電体結晶に一体的に形成することができる。或いは、別個に形成した複数の強誘電体結晶を直接接合したり、接着剤を介して接合したりしてもよい。また、隣接する周期的分極反転構造体１００同士は直接に接続してもよいし、酸化シリコン膜などの光透過性の膜を介して接続してもよい。ただし、周期的分極反転構造体１００間に配置する膜には、基本波光Ｌ１や波長変換光Ｌ２によって劣化しない特性などが必要である。

以下において、複数の分極領域が分極方向を交互に反転させながら周期的に配列された方向を「周期方向」という。なお、周期的分極反転構造体１００のそれぞれにおいて、分極方向が交互に反転する複数の分極領域は、周期方向に沿って平行に配列されている。つまり、分極方向の異なる分極領域間の各界面と周期方向とは垂直であり、周期方向は直線的に延伸する。第１の周期的分極反転構造体１１０では、分極領域１１１と分極領域１１２が交互に周期方向Ｐ１に沿って平行に配列されている。第２の周期的分極反転構造体１２０では、分極領域１２１と分極領域１２２が交互に周期方向Ｐ２に沿って平行に配列されている。

波長変換素子１０では、周期的分極反転構造体１００ごとに、周期方向が互いに異なる。即ち、周期的分極反転構造体１００の周期方向と光軸方向Ｄとのなす傾斜角（以下において「分極傾斜角」という。）は、周期的分極反転構造体１００ごとに異なる。分極傾斜角は、ＸＹ平面に沿って設けられている。以下、平面視で図１の反時計周りの方向を分極傾斜角の正方向とする。図１に示した例では、第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０とでは、それぞれの周期方向が互いに異なる分極傾斜角で光軸方向Ｄと斜めに交差している。つまり、第１の周期的分極反転構造体１１０の周期方向Ｐ１が光軸方向Ｄとなす分極傾斜角θ１と、第２の周期的分極反転構造体１２０の周期方向Ｐ２が光軸方向Ｄとなす分極傾斜角θ２とが異なる。

基本波波長や素子温度などに関する、周期的分極反転構造体１００において位相整合する条件を、以下において「設計条件」という。設計条件では、基本波光Ｌ１が所定の基本波波長であり、波長変換素子１０が所定の素子温度である場合に、周期的分極反転構造体１００のそれぞれにおいて同時に位相整合するように、周期的分極反転構造体１００それぞれの周期方向が設定されている。そして、基本波波長にばらつきが発生するなどして位相整合しなくなった場合に、波長変換素子１０全体の素子温度を均一に調整する温度調整と、光軸方向Ｄに対して波長変換素子１０全体を周期方向と平行な平面上で傾ける角度調整とを行い、周期的分極反転構造体１００で同時に位相整合させる。

この角度調整によって、周期的分極反転構造体１００のそれぞれにおいて同じ大きさだけ分極傾斜角が変化する。角度調整による分極傾斜角の設計条件からの変化をΔθとすると、周期方向Ｐ１が光軸方向Ｄとなす分極傾斜角はθ１＋Δθとなり、周期方向Ｐ２が光軸方向Ｄとなす分極傾斜角はθ２＋Δθとなる。この角度調整は、分極方向に垂直なＸＹ平面と平行に行われる。以下、角度調整によって分極傾斜角が設計条件よりも増大する方向をΔθの正方向とする。

以下に、波長変換素子１０による波長変換の例を説明する。例えば第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部であるように構成することによって、波長変換素子１０は基本波光Ｌ１の第３高調波を出射する。この場合、第１の周期的分極反転構造体１１０は、基本波光Ｌ１の第２高調波を発生する。また、第２の周期的分極反転構造体１２０は、第１の周期的分極反転構造体１１０で発生した第２高調波と、第１の周期的分極反転構造体１１０で第２高調波に変換されなかった基本波光Ｌ１との和周波として、基本波光Ｌ１の第３高調波を発生する。波長変換素子１０は、この第３高調波を波長変換光Ｌ２として出射する。

波長変換素子１０は、上記のように、光軸方向Ｄとのなす分極傾斜角が互いに異なる周期方向を有する複数の周期的分極反転構造体１００を備える。これにより、以下に説明するように、基本波光Ｌ１の基本波波長のばらつきに応じて、それぞれの周期的分極反転構造体１００について同時に位相整合することが可能である。以下の説明では、結晶中を進行する光の波長がλであり結晶の温度がＴである場合の温度を考慮した分散曲線を関数ｎ（λ、Ｔ）とする。

なお、以下では、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部である場合を例示的に説明する。２倍波変換部の分極反転周期をΛ_S0、３倍波変換部の分極反転周期をΛ_T0とする。

ここで、設計条件として基本波光Ｌ１の基本波波長がλ0、波長変換素子１０の素子温度がＴ0の場合において、光軸方向Ｄに対して２倍波変換部ではθ_S0、３倍波変換部ではθ_T0だけ周期方向が傾いているとき、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合しているとする。このとき、光が感じる分極反転周期は、２倍波変換部においてΛ_S0／cos（θ_S0）であり、３倍波変換部においてΛ_T0／cos（θ_T0）である。

この状態から波長変換素子１０をＸＹ平面と平行に光軸方向Ｄに対して傾けて、分極傾斜角をΔθだけ変化させたとする。この場合に２倍波変換部で光が感じる分極反転周期Λ_S（Δθ）及び３倍波変換部で光が感じる分極反転周期Λ_T（Δθ）は、以下の式（１）、式（２）で表される：

Λ_S（Δθ）＝Λ_S0／｛cos（θ_S0＋Δθ） ・・・（１）
Λ_T（Δθ）＝Λ_T0／｛cos（θ_T0＋Δθ） ・・・（２）

基本波波長の設計条件からの変化がΔλ、素子温度の設計条件からの変化がΔＴの場合における基本波光Ｌ１の第ｐ高調波の分散曲線は、関数ｎ_p（Δλ、ΔＴ）として以下の式（３）のように表される（ｐ＝１、２、３、・・・）：

ｎ_p（Δλ、ΔＴ）＝ｎ（（λ0＋Δλ）／ｐ、Ｔ0＋ΔＴ） ・・・（３）

ここで、Δθ＝０、ΔＴ＝０とすると、２倍波変換部の分極反転周期Λ_S（０）と３倍波変換部の分極反転周期Λ_T（０）は式（４）、式（５）でそれぞれ表される：

Λ_S（０）＝λ0／｛２×ｎ₂（０、０）−２×ｎ₁（０、０）｝ ・・・（４）
Λ_Ｔ（０）＝λ0／｛３×ｎ₃（０、０）−ｎ₁（０、０）−２×ｎ₂（０、０）｝ ・・・（５）

式（４）及び式（５）で表される状態から、光軸方向Ｄに対する波長変換素子１０の傾きをΔθだけ変化させ、素子温度をΔＴだけ変化させるとする（θ0→θ0＋Δθ、Ｔ0→Ｔ0＋ΔＴ）。この場合に、２倍波変換部と３倍波変換部において同時に位相整合時の波長がλ0からλ0＋Δλに変化するということは、以下の式（６）と式（７）が同時に成り立つということである：

Λ_S（Δθ）＝（λ0＋Δλ）／｛２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₁（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（６）
Λ_T（Δθ）＝（λ0＋Δλ）／｛３×ｎ₃（Δλ、ΔＴ）−ｎ₁（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（７）

式（６）の両辺を式（７）の両辺で除算して式（８）が得られる：

Λ_S（Δθ）／Λ_T（Δθ）＝｛３×ｎ₃（Δλ、ΔＴ）−ｎ₁（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）｝／｛２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₁（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（８）

式（８）の左辺に式（１）、式（２）を代入して、式（９）が得られる：

｛Λ_S0／Λ_T0｝×｛cos（θ_T0＋Δθ）／cos（θ_S0＋Δθ）｝＝
｛３×ｎ₃（Δλ、ΔＴ）−ｎ₁（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）｝／｛２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₁（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（９）

ここまでの同値関係を整理すると、以下のようになる。即ち、「θ0がθ0＋Δθに変化し、Ｔ0がＴ0＋ΔＴに変化したときに、２倍波変換部と３倍波変換部において同時に位相整合時の波長がλ0からλ0＋Δλに変化する」とは、式（６）と式（７）が同時に成り立つことである。これは、式（６）と式（８）が同時に成り立つことであり、更に、式（６）と式（９）が同時に成り立つことである。したがって、以下では、２倍波変換部と３倍波変換部において同時に位相整合させるために式（６）と式（９）の連立方程式を解くことを考える。ここで、ΔＴの値が既知であるとする。

式（９）に従ってΔθ−Δλ平面に描かれる曲線を「グラフ１」とし、式（６）に従ってΔθ−Δλ平面に描かれる曲線を「グラフ２」とする。グラフ１とグラフ２の交点の座標（Δθ、Δλ）では、式（６）と式（９）が共に成り立つので、波長変換素子１０の全体で位相整合する。逆にいえば、波長変換素子１０の全体で位相整合するならば、座標（Δθ、Δλ）がグラフ１とグラフ２の交点である。

ここで、グラフ１に着目すると、θ_S0＝θ_T0の場合、即ち分極傾斜角が２倍波変換部と３倍波変換部とで同じ場合、式（９）の左辺はθ0に依存しない定数のΛ_S0／Λ_T0になる。このため、式（９）の解の集合であるグラフ１は、Δθ軸に平行な直線である。したがって、グラフ１とグラフ２の交点の座標（Δθ、Δλ）のΔλは、Δθに無関係でΔＴのみで決まる。強誘電体結晶にＭｇ：ＳＬＴ結晶を使用した場合を例にすると、図２に示すように、ΔＴの変化幅が−２０〜＋２０ＫでのΔλの変化幅は０．０２ｎｍ程度である。図２以降において、「グラフＧ１」はグラフ１を示し、グラフＧ１のカッコ内はΔＴ（Ｋ）の値を示す。なお、λ0は１０６４ｎｍ、Ｔ0は３５℃であるとしている（以下において同様。）。グラフ２との交点におけるΔＴの変化に対するΔλの変化も上記の範囲にあるため、基本波波長のばらつきによってΔλがサブｎｍ程度変化した場合には、ΔＴを１００Ｋ程度上下に変化させなくてはならない。したがって、波長変換素子１０の全体の温度を調整して２倍波変換部と３倍波変換部において同時に位相整合させる対応は困難である。

一方、θ_S0＝θ_T0でない場合、即ち分極傾斜角が２倍波変換部と３倍波変換部とで異なる場合は、式（９）の右辺がΔθに依存して変化する。このため、式（９）の解の集合であるグラフ１のΔλもΔθに応じて変化する。例えば、強誘電体結晶にＭｇ：ＳＬＴ結晶を使用し、θ_S0が１度、θ_T0が２度の場合には、図３に示すように、グラフ１はΔθ＝−１〜＋１のときΔλは±０．３ｎｍを超えて変化する。

図４に、図３にグラフ２も重ねてプロットした結果を示す。図４においてグラフ２を「グラフＧ２」で示し、グラフＧ２のカッコ内はΔＴ（Ｋ）の値を示す（以下において同様。）。Δθ＝−１〜＋１においてグラフ１とグラフ２とが交点を有するには、ΔＴの絶対値が５Ｋよりも小さい範囲でよい。

ΔＴ＝−４〜＋４の場合にグラフ１とグラフ２を重ねてプロットした結果を、図５に示す。Δθの絶対値が１度以下であり、且つ、ΔＴの絶対値が４Ｋ以下の場合に、グラフ１とグラフ２の交点は、Δλ＝−０．３〜＋０．３の範囲をカバーする。基本波光Ｌ１にファイバーレーザを使用した場合、基本波波長のばらつきは０．１ｎｍ程度であるため、Δθ＝−１〜＋１且つΔＴ＝−４〜＋４の範囲で基本波波長のばらつきをカバーすることができる。

上記のように、θ_S0＝θ_T0でない場合、即ち分極傾斜角が周期的分極反転構造体１００ごとに異なる場合には、波長変換素子１０の素子温度及び波長変換素子１０の光軸方向Ｄに対する傾きを調整して、２倍波変換部と３倍波変換部において同時に位相整合させることは容易である。

上記では、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部である場合を説明した。一方、以下のように第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が４倍波変換部であるように構成することによって、波長変換素子１０は基本波光Ｌ１の第４高調波を出射する。この場合、第１の周期的分極反転構造体１１０は、基本波光Ｌ１の第２高調波を発生する。また、第２の周期的分極反転構造体１２０は、第１の周期的分極反転構造体１１０で発生した第２高調波の第２高調波を発生して、基本波光Ｌ１の第４高調波を発生させる。このように、波長変換素子１０は、基本波光Ｌ１から発生させた第４高調波を波長変換光Ｌ２として出射する。

第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が４倍波変換部である場合は、基本波光Ｌ１の基本波波長のばらつきに応じて周期的分極反転構造体１００で同時に位相整合させる検討は以下のようになる。

２倍波変換部の分極反転周期をΛ_S0、４倍波変換部の分極反転周期をΛ_F0とする。ここで、設計条件として基本波光Ｌ１の基本波波長がλ0、波長変換素子１０の素子温度がＴ0の場合において、光軸方向Ｄに対して２倍波変換部ではθ_S0、４倍波変換部ではθ_F0だけ周期方向が傾いているとき、２倍波変換部及び４倍波変換部が同時に位相整合しているとする。

このとき、光が感じる分極反転周期は、２倍波変換部においてΛ_S0／cos（θ_S0）、４倍波変換部においてΛ_F0／cos（θ_F0）である。この状態から波長変換素子１０をＸＹ平面と平行に光軸方向Ｄに対して傾けて、分極傾斜角をΔθだけ変化させる。このとき、２倍波変換部で光が感じる分極反転周期Λ_S（Δθ）は式（１）で表される。一方、４倍波変換部で光が感じる分極反転周期Λ_F（Δθ）は、以下の式（１０）で表される：

Λ_S（Δθ）＝Λ_S0／｛cos（θ_S0＋Δθ） ・・・（１）
Λ_F（Δθ）＝Λ_F0／｛cos（θ_F0＋Δθ） ・・・（１０）

Δθ＝０、ΔＴ＝０のとき、２倍波変換部の分極反転周期Λ_S（０）は式（４）で表され、４倍波変換部の分極反転周期Λ_F（０）は以下の式（１１）で表される：

Λ_S（０）＝λ0／｛２×ｎ₂（０、０）−２×ｎ₁（０、０）｝ ・・・（４）
Λ_F（０）＝λ0／｛４×ｎ₄（０、０）−４×ｎ₂（０、０）｝ ・・・（１１）

式（４）及び式（１１）で表される状態から、光軸方向Ｄに対する波長変換素子１０の傾きをΔθだけ変化させ、素子温度をΔＴだけ変化させるとする（θ0→θ0＋Δθ、Ｔ0→Ｔ0＋ΔＴ）。この場合に、２倍波変換部と４倍波変換部において同時に位相整合時の波長がλ0からλ0＋Δλに変化するということは、式（６）と以下の式（１２）が同時に成り立つということである：

Λ_S（Δθ）＝（λ0＋Δλ）／｛２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₁（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（６）
Λ_F（Δθ）＝（λ0＋Δλ）／｛４×ｎ₄（Δλ、ΔＴ）−４×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（１２）

式（６）の両辺を式（１２）の両辺で除算して式（１３）が得られる：

Λ_S（Δθ）／Λ_F（Δθ）＝｛４×ｎ₄（Δλ、ΔＴ）−４×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）｝／｛２×ｎ₂（Δλ、ΔＴ）−２×ｎ₁（Δλ、ΔＴ）｝ ・・・（１３）

以下、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部である場合と同様に検討を進めればよい。即ち、式（１３）に式（１）と式（１０）を代入して得られる式に基づくグラフ１と式（６）に基づくグラフ２の交点について検討する。その結果、θ_S0＝θ_F0の場合には２倍波変換部と４倍波変換部において同時に位相整合させることが困難である一方で、θ_S0＝θ_F0ではない所定の大きさのθ_S0及びθ_F0を設定した場合には２倍波変換部と４倍波変換部において同時に位相整合させることは容易であるとの結論が得られる。

以下に、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部である場合の具体例について検討する。周期的分極反転構造体１００を形成する強誘電体結晶に、Ｍｇ：ＳＬＴ結晶を用いるとする。このとき、光軸方向Ｄに対して２倍波変換部では角度θ_S0、３倍波変換部では角度θ_T0だけ周期方向が傾いているとき、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合するように設計条件が設定されているとする。

例えば、設計条件を、λ0＝１０６４ｎｍ、Ｔ0＝３５℃、Λ_S0＝８．０１μｍ、Λ_T0＝２．２０μｍ、θ_S0＝１度、θ_T0＝２度とする。このとき、分散曲線を用いた上記の検討によって、ΔＴに対して第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０で同時に位相整合するΔλ及びΔθの関係が、図６に示すように得られる。

ここで、図６について説明する。設計条件と素子温度の差異がない場合（ΔＴ＝０）は、分極傾斜角と基本波波長に設計条件との差異がない場合、即ちΔθ＝０且つΔλ＝０で位相整合する。ここから素子温度が１Ｋ上昇すると（ΔＴ＝１）、光軸方向Ｄに対する波長変換素子１０の傾きを０．３度だけ角度調整する（Δθ＝０．３）ことによって、設計条件からの基本波波長のずれが０．１２ｎｍになったところ（Δλ＝０．１２）で、波長変換素子１０全体で位相整合する。即ち、基本波波長が０．１２ｎｍだけ設計条件から変化した場合には、素子温度を設計条件の素子温度から１Ｋだけ上昇させ（ΔＴ＝１）、光軸方向Ｄに対する波長変換素子１０の傾きを０．３度だけ角度調整（Δθ＝０．３）することによって、波長変換素子１０全体で同時に位相整合する。

図６に示すように、ΔＴ＝−４〜＋４Ｋの範囲の温度調整及びΔθ＝−１．０〜＋１．８度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．３７〜＋０．６９ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合できる。

なお、波長変換素子１０では、基本波光Ｌ１の基本波波長や波長変換光Ｌ２の波長に応じて入射面１０１及び出射面１０２の反射率を設定する端面処理（ＡＲコート）を行うことが好ましい。このＡＲコートは、例えば入射面１０１及び出射面１０２に誘電体多層膜を形成することによって行われる。図１に示すように、入射面１０１にはコーティング膜２１０を配置し、出射面１０２にはコーティング膜２２０を配置する。ここで、コーティング膜２１０は、基本波波長に対して低反射率の反射防止膜である。コーティング膜２２０には、基本波波長や波長変換光Ｌ２の波長に対して低反射率の反射防止膜である。この誘電体多層膜の材質や膜厚、層数などは、基本波光Ｌ１及び波長変換光Ｌ２の波長に応じて適宜選択される。

例えば、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部である場合、基本波光Ｌ１の基本波波長が１０６４ｎｍであると、入射面１０１は１０６４ｎｍ付近の波長に対して低反射率を有するように端面処理される。また、出射面１０２は、１０６４ｎｍ付近、第２高調波の波長５３２ｎｍ付近、第３高調波の３５５ｎｍ付近の波長に対して低反射率を有するように端面処理される。

次に、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が４倍波変換部である場合の具体例について検討する。周期的分極反転構造体１００を形成する強誘電体結晶にＭｇ：ＳＬＴ結晶を用いるとする。このとき、光軸方向Ｄに対して２倍波変換部では角度θ_S0、４倍波変換部では角度θ_F0だけ周期方向が傾いているとき、２倍波変換部及び４倍波変換部において同時に位相整合するように設計条件が設定されているとする。

例えば、設計条件を、λ0＝１５５０ｎｍ、Ｔ0＝３５℃、Λ_S0＝２１．１４μｍ、Λ_F0＝２．７０μｍ、θ_S0＝０度、θ_F0＝３度とする。即ち、設計条件では第１の周期的分極反転構造体１１０の分極傾斜角は０度であり、第１の周期的分極反転構造体１１０周期方向は光軸方向Ｄと平行である。このとき、図７に示すようなΔＴに対して第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０で同時に位相整合するΔλ及びΔθの関係が得られる。図７に示すように、ΔＴ＝−５〜＋５Ｋの範囲の温度調整及びΔθ＝−０．５〜＋０．６度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．６７〜＋０．７５ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び４倍波変換部において同時に位相整合できる。

このとき、入射面１０１は１５５０ｎｍ付近の波長に対して低反射率を有するように端面処理する。また、出射面１０２は、１５５０ｎｍ付近、第２高調波の波長７７５ｎｍ付近、第３高調波の３８９ｎｍ付近の波長に対して低反射率を有するように端面処理する。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る波長変換素子１０は、周期方向と光軸方向Ｄとのなす分極傾斜角がそれぞれ異なる複数の周期的分極反転構造体１００を備える。そして、複数の周期的分極反転構造体１００について温度及び分極傾斜角を同じだけ変化させることによって、基本波波長が変化した場合に複数の周期的分極反転構造体１００それぞれにおいて同時に位相整合するように、周期的分極反転構造体１００それぞれの分極傾斜角が設定されている。このように波長変換素子１０の素子温度を均一に変化させ、波長変換素子１０全体を光軸方向Ｄに対して傾けることによって、基本波波長が変化した場合において容易に波長変換素子１０を構成する複数の周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させることができる。

また、波長変換素子１０では、周期的分極反転構造体１００のそれぞれにおいて分極領域が周期方向に沿って平行に配列されている。このため、非特許文献１に記載された方法のようなファンアウト形状の分極反転構造を使用する場合と異なり、基本波光Ｌ１のビーム径を広げたり相互作用長を長くしたりすることによる変換効率の低下を抑制できる。

ところで、図８に示すように、基本波光Ｌ１を出射するレーザ光源２０と、基本波光Ｌ１を波長変換した波長変換光Ｌ２を出射する波長変換素子１０とを用いて、レーザ装置１を構成することができる。図８に示したレーザ装置１では、レーザ光源２０から出射された基本波光Ｌ１は、基本波光Ｌ１をコリメートするコリメートレンズ３１と、コリメートされた基本波光Ｌ１を集光する集光レンズ３２を透過して、波長変換素子１０に入射する。図８に示したレーザ装置１によれば、レーザ光源２０から出射された基本波光Ｌ１を波長変換した波長変換光Ｌ２を出力することができる。

光軸方向Ｄに対して波長変換素子１０全体を傾ける角度調整手段として、例えば図８に示すような、周期的分極反転構造体１００のＺ面を対向させて波長変換素子１０が搭載される角度調整プレート１５を使用する。図９に示すように角度調整プレート１５をＸＹ平面と平行に矢印Ｃのように回転させることにより、周期的分極反転構造体１００のそれぞれにおいて分極傾斜角を同時に同じだけ変化させることができる。これにより、波長変換素子１０の角度調整が行われる。

例えば図８に示したように、波長変換素子１０、角度調整プレート１５、コリメートレンズ３１及び集光レンズ３２は、支持台４０に搭載される。角度調整プレート１５は、固定された支持台４０の上で光軸方向Ｄに対する角度が調整される。

また、波長変換素子１０の素子温度を調整する温度調整手段として、例えば図８に示すような角度調整プレート１５上に配置された温度調整装置５０を使用する。波長変換素子１０の下方に配置された温度調整装置５０によって波長変換素子１０全体の温度が均一に調整される。これにより、波長変換素子１０に含まれる複数の周期的分極反転構造体１００の温度を同時に同じだけ変化させることができる。

角度調整手段及び温度調整手段を備えるレーザ装置１によれば、波長変換素子１０全体の素子温度を均一に調整すると共に、波長変換素子１０全体をＸＹ平面上で光軸方向Ｄに対して傾けることができる。したがって、レーザ光源２０から出射された基本波光Ｌ１の基本波波長が変化したときに、波長変換素子１０を構成する複数の周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させることができる。

また、角度調整手段として、例えば図１０に示すように、レーザ光源２０と波長変換素子１０との間に、レーザ光源２０から出射された基本波光Ｌ１の光軸方向ＤをＸＹ平面と平行に変更する光学素子６０を配置してもよい。光軸方向Ｄを一定の角度変更する光学素子６０をＸＹ平面と平行に矢印Ｃのように回転させることにより、波長変換素子１０に含まれる周期的分極反転構造体１００それぞれの分極傾斜角を同時に同じ大きさだけ変化させることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る波長変換素子１０は、図１１に示すようにスラブ導波路型である。即ち、複数の周期的分極反転構造体１００を直列に一体化して配置されたコア部１５０が形成されている点が、バルク形状の強誘電体結晶を用いた第１の実施形態と異なる点である。図１１に示した波長変換素子１０では、上部クラッド層３１０と下部クラッド層３２０によって上下から挟み込まれたコア部１５０が基板４００上に形成されている。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。

コア部１５０を構成する複数の周期的分極反転構造体１００は、分極反転する周期が互いに異なり、且つ、それぞれの周期方向と光軸方向Ｄとのなす分極傾斜角が互いに異なる。また、入射面１０１及び出射面１０２には第１の実施形態と同様の端面処理がなされ、入射面１０１にはコーティング膜２１０、出射面１０２にはコーティング膜２２０が配置されている。図１１は、Ｚ方向に垂直な方向から見た光軸方向Ｄに沿った断面図である。

図１１に示した波長変換素子１０では、例えば強誘電体結晶を研磨などによって薄片化してコア部１５０に用いる。強誘電体結晶にはＭｇ：ＳＬＴ結晶などを使用する。基板４００には、例えばタンタル酸リチウム基板（ＣＬＴ基板）などの強誘電体結晶基板を使用可能である。上部クラッド層３１０と下部クラッド層３２０には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜などを使用する。図１１に示した波長変換素子１０は、例えば以下のようにして製造可能である。

先ず、Ｍｇ：ＳＬＴ結晶などの強誘電体結晶を用いて、図１に示した波長変換素子１０と同様な、複数の周期的分極反転構造体１００を直列に一体化して配置したバルク形状の周期的分極反転構造体を形成する。以下では、Ｍｇ：ＳＬＴ結晶などの分極方向がＺ結晶軸方向である強誘電体結晶を周期的分極反転構造体１００に使用する場合を例示的に説明する。

周期的分極反転構造体の＋Ｚ面を平坦に研磨して、＋Ｚ面上にＳｉＯ₂膜をスパッタ法などにより形成する。また、基板４００の−Ｚ面を平坦に研磨して、−Ｚ面上にＳｉＯ₂膜をスパッタ法などにより形成する。

そして、周期的分極反転構造体の＋Ｚ面上のＳｉＯ₂膜と、基板４００の−Ｚ面上のＳｉＯ₂膜を直接に接合して周期的分極反転構造体と基板４００を積層する。このとき、周期的分極反転構造体と基板４００のＸ結晶軸及びＹ結晶軸を揃える。直接に接合されたＳｉＯ₂膜が、下部クラッド層３２０として機能する。

その後、周期的分極反転構造体の−Ｚ面を研磨し、周期的分極反転構造体を一様な厚みＷに薄片化してコア部１５０を形成する。次いで、周期的分極反転構造体の−Ｚ面上にＳｉＯ₂膜をスパッタ法などにより形成する。このＳｉＯ₂膜は、表面保護膜及び上部クラッド層３１０として機能する。

ダイシング後、入射面１０１及び出射面１０２にＡＲコートなどの端面処理を施す。以上により、図１１に示した波長変換素子１０が完成する。

スラブ導波路型の波長変換素子１０においても、バルク形状の周期的分極反転構造体１００を用いた第１の実施形態と同様の検討が適用可能であり、コア部１５０を構成する複数の周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させることが容易である。即ち、波長変換素子１０の素子温度を均一に変化させ、波長変換素子１０全体を光軸方向Ｄに対して傾けて周期的分極反転構造体１００それぞれの分極傾斜角を同じだけ変化させることによって、基本波波長が変化した場合にコア部１５０の複数の周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させることができる。

なお、スラブ導波路型の波長変換素子１０では、基本波波長のばらつきだけでなく、コア部１５０を形成するために強誘電体結晶を薄片化する際の加工誤差などにより生じるコア部１５０の厚みＷの公差によっても、周期的分極反転構造体１００間の位相整合条件に差が生じる。しかし、図１１に示した波長変換素子１０によれば、コア部１５０の厚みＷの公差に対しても、素子温度や光軸方向Ｄに対する傾きを調整することにより、コア部１５０の周期的分極反転構造体１００のそれぞれを同時に位相整合させることができる。

以下に、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が３倍波変換部である場合の具体例について検討する。周期的分極反転構造体１００を形成する強誘電体結晶にはＭｇ：ＳＬＴ結晶を用いるとする。また、上部クラッド層３１０と下部クラッド層３２０に使用するＳｉＯ₂膜の屈折率を１．５とする。

ここで、光軸方向Ｄに対して２倍波変換部では角度θ_S0、３倍波変換部では角度θ_T0だけ周期方向が傾いているとき、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合するように設計条件が設定されているとする。このとき、ΔＴ＝−５〜＋５Ｋの範囲の温度調整によって、コア部１５０の厚みＷの公差がΔＷの場合に、周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させる条件について検討する。

例えば、設計条件を、λ0＝１０６４ｎｍ、Ｔ0＝３５℃、Ｗ＝５μｍ、Λ_S0＝７．７９μｍ、Λ_T0＝２．１９μｍ、θ_S0＝−２度、θ_T0＝２度とする。即ち、設計条件では第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０の分極傾斜角の正負が逆であり、周期方向は光軸方向Ｄについて対称である。このとき、図１２に示すようなΔＴに対して第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０で同時に位相整合するΔλ及びΔθの関係が得られる。図１２の各グラフにおいて、Δλ及びΔθのカッコ内はΔＷ（μｍ）の値を示す（以下において同様。）。

図１２に示すように、ΔＷ＝−０．１μｍである場合には、Δθ＝＋０．７〜＋１．２度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．１１〜＋０．６４ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合できる。ΔＷ＝０μｍである場合には、Δθ＝−０．２〜＋０．２度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．３５〜＋０．３６ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合できる。ΔＷ＝＋０．１μｍである場合には、Δθ＝−１．０〜−０．６度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．５０〜＋０．１７ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び３倍波変換部において同時に位相整合できる。

また、第１の実施形態で説明したバルク形状の場合と同様に、スラブ導波路型の波長変換素子１０の場合にもコア部１５０を構成する２倍波変換部と４倍波変換部を同時に位相整合させることができる。

以下に、第１の周期的分極反転構造体１１０が２倍波変換部であり、第２の周期的分極反転構造体１２０が４倍波変換部である場合の具体例について検討する。周期的分極反転構造体１００を形成する強誘電体結晶にはＭｇ：ＳＬＴ結晶を用い、上部クラッド層３１０と下部クラッド層３２０に使用するＳｉＯ₂膜の屈折率を１．５とする。ここで、光軸方向Ｄに対して２倍波変換部では角度θ_S0、４倍波変換部では角度θ_F0だけ周期方向が傾いているとき、２倍波変換部及び４倍波変換部において同時に位相整合するように設計条件が設定されているとする。このとき、ΔＴ＝−５〜＋５Ｋの範囲の温度調整によって、コア部１５０の厚みＷの公差がΔＷの場合に、周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させる条件について検討する。

例えば、設計条件を、λ0＝１５５０ｎｍ、Ｔ0＝３５℃、Ｗ＝５μｍ、Λ_S0＝１８．７８μｍ、Λ_F0＝２．７７μｍ、θ_S0＝１０度、θ_F0＝０度とする。即ち、設計条件では第２の周期的分極反転構造体１２０の分極傾斜角は０度であり、周期方向は光軸方向Ｄと平行である。このとき、図１３に示すようなΔＴに対して第１の周期的分極反転構造体１１０と第２の周期的分極反転構造体１２０で同時に位相整合するΔλ及びΔθの関係が得られる。図１３に示すように、ΔＷ＝−０．１μｍである場合には、Δθ＝−１．２〜−１．３度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．２８〜＋０．７５ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び４倍波変換部において同時に位相整合できる。

また、ΔＷ＝０μｍである場合には、Δθ＝＋０．１〜−０．１度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．４９〜＋０．５０ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び４倍波変換部において同時に位相整合できる。ΔＷ＝＋０．１μｍである場合には、Δθ＝＋１．２〜＋１．０度の範囲の角度調整によって、設計条件からの基本波波長のΔλ＝−０．５２〜＋０．４５ｎｍの範囲の変化に対応して、２倍波変換部及び４倍波変換部において同時に位相整合できる。

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る波長変換素子１０によれば、スラブ導波路型を採用した場合においても、基本波波長が変化した場合に容易にコア部１５０を構成する複数の周期的分極反転構造体１００を同時に位相整合させることができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、図８に示したように、レーザ装置１の一部としてスラブ導波路型の波長変換素子１０を使用してもよい。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上記では、分極方向がＺ結晶軸方向であるＭｇ：ＳＬＴ結晶を例として強誘電体結晶の内部に周期的分極反転構造体１００を形成する場合について説明した。しかし、分極方向がＺ結晶軸方向ではない強誘電体結晶に周期的分極反転構造体１００を形成してもよい。つまり、波長変換素子１０の素子温度を調整すると共に、波長変換素子１０の光軸方向Ｄに対する傾きを分極方向に垂直な面と平行に調整することにより、分極方向がどの方向であっても、複数の周期的分極反転構造体１００それぞれにおいて同時に位相整合することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…レーザ装置
１０…波長変換素子
１５…角度調整プレート
２０…レーザ光源
５０…温度調整装置
６０…光学素子
１００…周期的分極反転構造体
１０１…入射面
１０２…出射面
１１０…第１の周期的分極反転構造体
１１１、１１２…分極領域
１２０…第２の周期的分極反転構造体
１２１、１２２…分極領域
１５０…コア部
２１０、２２０…コーティング膜
３１０…上部クラッド層
３２０…下部クラッド層
４００…基板

Claims (10)

1. 基本波光が入射される入射面と前記基本波光が波長変換された波長変換光が出射される出射面との間で直列に一体化して配置された、分極反転する周期が互いに異なる複数の周期的分極反転構造体を備え、
   前記複数の周期的分極反転構造体のそれぞれにおいて、分極方向が交互に反転する複数の分極領域が平行に配列され、
   前記基本波光が入射されて前記複数の周期的分極反転構造体の内部を進行する光の光軸方向と、前記複数の分極領域が配列される周期方向とのなす傾斜角が、前記複数の周期的分極反転構造体で互いに異なり、
   前記複数の周期的分極反転構造体の温度及び前記傾斜角を前記複数の周期的分極反転構造体で同じだけ変化させることによって、前記基本波光の基本波波長が変化した場合に前記複数の周期的分極反転構造体それぞれにおいて同時に位相整合するように、前記複数の周期的分極反転構造体それぞれの前記周期方向と前記傾斜角が設定されている
   ことを特徴とする波長変換素子。
2. 前記複数の周期的分極反転構造体が、
   前記基本波光の第２高調波を発生させる第１の周期的分極反転構造体と、
   前記第１の周期的分極反転構造体で発生した前記第２高調波と、前記第１の周期的分極反転構造体で前記第２高調波に変換されなかった前記基本波光との和周波として、前記基本波光の第３高調波を発生する第２の周期的分極反転構造体と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記複数の周期的分極反転構造体が、
   前記基本波光の第２高調波を発生させる第１の周期的分極反転構造体と、
   前記第１の周期的分極反転構造体で発生した前記第２高調波の第２高調波を発生して、前記基本波光の第４高調波を発生させる第２の周期的分極反転構造体と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
4. 前記複数の周期的分極反転構造体が、１つの強誘電体結晶に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換素子。
5. 前記複数の周期的分極反転構造体がコア部として形成されたスラブ導波路型であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波長変換素子。
6. 前記複数の周期的分極反転構造体のそれぞれの前記周期方向が、互いに異なる前記傾斜角で前記光軸方向と斜めに交差していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波長変換素子。
7. 前記複数の周期的分極反転構造体が、マグネシウムを添加した定比組成タンタル酸リチウム結晶に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波長変換素子。
8. 基本波光を出射するレーザ光源と、
   前記基本波光が入射される入射面と前記基本波光が波長変換された波長変換光が出射される出射面との間で直列に一体化して配置された、分極反転する周期が互いに異なる複数の周期的分極反転構造体を有する波長変換素子と
   を備え、
   前記複数の周期的分極反転構造体のそれぞれにおいて分極方向が交互に反転する複数の分極領域が平行に配列され、
   前記基本波光が入射されて前記複数の周期的分極反転構造体の内部を進行する光の光軸方向と、前記複数の分極領域が配列される周期方向とのなす傾斜角が、前記複数の周期的分極反転構造体で互いに異なり、
   前記複数の周期的分極反転構造体の温度及び前記傾斜角を前記複数の周期的分極反転構造体で同じだけ変化させることによって、前記基本波光の基本波波長が変化した場合に前記複数の周期的分極反転構造体それぞれにおいて同時に位相整合するように、前記複数の周期的分極反転構造体それぞれの前記周期方向と前記傾斜角が設定されている
   ことを特徴とするレーザ装置。
9. 前記光軸方向と前記複数の周期的分極反転構造体それぞれの前記周期方向とのなす前記傾斜角を同時に同じだけ調整する角度調整手段を更に備えることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
10. 前記複数の周期的分極反転構造体の温度を同時に同じだけ変化させる温度調整手段を更に備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のレーザ装置。

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