JP7070063B2 - 波長変換素子および波長変換素子の作製方法 - Google Patents
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Description
式(1)においてλ1=λ2の場合はさらに変形をして、次式を満たす波長変換を第二高調波発生(SHG:Second Harmonic Generation)と呼ぶ。
また、次式を満たす波長変換を差周波発生(DFG:Difference Frequency Generation)と呼ぶ。
さらにはλ1のみを入力し式(3)を満たすλ2およびλ3を発生する光パラメトリック効果も存在する。上述のSHGおよびSFGの波長変換は、入力光に対して短波長の光すなわちエネルギーの高い光を新たに発生し、可視光域の光の発生等に良く利用される。
ここでn1は波長λ1での屈折率、n2は波長λ2での屈折率、n3は波長λ3での屈折率である。
図4は、本発明の第1の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。図1に示した従来技術の波長変換素子に対応する構成を示している。図4の波長変換素子400は、多数の導波路(アレイ導波路)が形成された基板状態から、複数の導波路を含むチップ状に切り出された状態を示している。複数の導波路401a、401bと、複数の導波路の各々に離間して概ね平行に構成されたスラブ導波路402a~402cとを備える。いずれの導波路もz軸方向に沿って形成されており、波長変換素子400のチップの外形をなす、導波路(z軸)に垂直な、図面手前および奥の2つの端面(x-y面)において、光の入出力が可能となっている。光は、各導波路を光導波方向(z軸)に導波する。
波長変換素子の作製工程では、波長変換効率を高めるための小コア化したアレイ導波路を作製する。この段階で、ドライエッチングの問題を解決する結果としてスラブ導波路が形成されていた。上述の第1の実施形態の波長変換素子では、複数の導波路の中から所望の特性を持つ1つの導波路を選択する工程を効率良く実施するため、スラブ導波路の領域内に導波光減衰器を備えた。本実施形態の波長変換素子では、所望の導波路が選択された後で、波長変換素子をモジュール内に設置し調整・検査をする工程をさらに効率的に実施する構成および方法を提示する。
図8の波長変換素子800でも、位相感応増幅器や位相共役変換器などの光通信応用を想定して、導波路のコアサイズと分極反転の空間的ピッチから、位相整合波長が1.56μmとなるように設計した。導波路は、直線導波路とした。
さらに所望の導波路が選択された後で、波長変換素子チップ800をモジュールへの実装することを想定し、選択された導波路801-nの両側のスラブ導波路内の溝803-n、803-n+1に、高分子材料からなる充填材804a、804bを滴下し硬化させた。その後これらのスラブ導波路の透過光強度を測定したところ、充填材を滴下する前と比べて、透過光強度はそれぞれ8dB増加した。すなわち、光学特性の評価時(図2:ステップ204)に20dBだった減衰量は、モジュール内で光ファイバとのアラインメントを実施する時(図2:ステップ207、図9:ステップ904、905)には、12dBとなっていた。選択した導波路に隣接するスラブ導波路の透過光強度が大きくなったことで、あらかじめスラブ導波路を利用した祖調整(ステップ904)を行うことで、チップをモジュール内に実装する時のレンズを介したチップ端面と光ファイバとの間のアライメントが容易となる。
102a~102c、402a~402c、502a~502c、602-1~602n+1、701a、701b、802-1~802-n+1、1002-1~1002-n+1 スラブ導波路
300 ウェーファ
301 チップ
301-1~301-4 領域
303 試験光源
306 測定器
400、500、600、800、1000 波長変換素子
503、504、505、506 溝
603-1~603-n+1、703~706、803-1~803-n+1、1003-1~1003-n+1 導波光減衰器
1100 充填材ブロック
1103a、1103b 突起部
Claims (7)
- 非線形材料の基板の上に形成された、波長変換を行う複数の導波路と、
前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のスラブ導波路と、
前記複数のスラブ導波路の領域内で、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器と
を備え、
前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路の内部領域として前記スラブ導波路を構成する前記材料が除去された溝であって、前記複数の導波路の内の1つの導波路に隣接し少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記溝のみに、屈折率が1よりも大きい材料が充填されていることを特徴とする波長変換素子。 - 前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路を構成する前記材料が存在していない、前記基板と同一面上の前記スラブ導波路の内部領域として構成されることを特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記導波光減衰器は、前記複数のスラブ導波路における光導波方向を中心軸としたときに、前記基板と同一面上で非対称な形状を有すること特徴とする請求項1または2に記載の波長変換素子。
- 前記複数の導波路および前記複数のスラブ導波路はそれぞれ直線導波路であって、前記複数の導波路は、各々のコアのサイズを決定する構成パラメータを徐々に変化させていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の波長変換素子。
- 前記複数の導波路は、LiNbO3またはLiNbO3に、Mg、Zn、Sc、Inの内の少なくとも一種を添加物として含有する材料から成ることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の波長変換素子。
- 非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、
前記複数のスラブ導波路の領域内に、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器を作製するステップと、
前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、前記複数の導波路の中から所望の光学特性を有する1本の導波路を選択するステップと、
前記選択された導波路に隣接し、前記選択された導波路の少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記導波光減衰器に対し、当該導波光減衰器を構成する前記材料の前記屈折率を増加させるステップと
を備えることを特徴とする方法。 - 前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路の内部領域として、前記スラブ導波路を構成する前記材料が除去された溝であって、
前記導波光減衰器を構成する前記材料の屈折率を増加させる前記ステップは、
前記溝の中に屈折率が1よりも大きい材料を充填すること
を含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
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