JPH02101440A - 光波長変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光波長変換素子、いわゆるＳ　ＨＧ（Ｓｅｃ
ｏｎｄａｒｙ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
）　、特に導波路型Ｓ　ＨＧに関する。

Ｃ発明の概要〕 本発明は、チェレンコフ放射を応用し、第２高調波を発
生させる導波路型光波長変換素子であって、非線形光学
材料基板上に形成される光導波路を、基本波を閉じ込め
る第１の導波路と、第２高調波を閉じ込める第２の導波
路から構成することにより、基本波は第１の導波路と基
板の非線形光学効果によって、第２亮調波に効率よく変
換されてこの変換された第２高ｓＪｌ波は第２の導波路
を端面方向に伝播され、円形状又は楕円形状の第２高調
波放射ビームが得られるようにしたものである。

〔従来の技術］ 従来、チェレンコフ放射を利用した先導波路構造の光波
長変換素子（以下ＳＨＧ素子と略称する）として第５図
に示す構成のものが提案されている。

このＳＨＧ素子はＬｉＮｂＯ３単結晶基板（１）の表面
を安息香酸等を用いたイオン交換法により処理して形成
した光導波路（２）の一端に基本波ｒを封入し、基板（
１）より高調波Ｓを取り出す構成である。即ち、このＳ
ＨＧ素子はレーザビームが光導波路（２）の端面に集光
され、このレーザ光（基本波）ｒは光導波路（２）に閉
じ込められる（導波モード）。このとき基板（１）を構
成するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｉ）の非線形光学
効果と光導波路（２）に閉じ込められた基本波ｆの高エ
ネルギー密度によって波長が基本波の半分の第２高調波
（ＳＨ光）Ｓが発生する。

この発生したＳＨＨ３Ｏ光導波路（２）の厚さを適当に
選ぶことによっである角度α（チェレンコフ角）をもっ
て基板（１）の深さ方向に放射する（放射モード）。

この様な過程によって基本波が第２高調波（ＳＨ光）に
変換される素子が提案されている。

そこでこのＳＨ光の放出ビーム形状を三ケ月状から円形
又は楕円形に修正することが考えられるが、ＳＨ先は基
板の深さ方向に奥深く潜り込んでしまうためこの円形修
正が非常に困難となる等の問題点があった。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたもので、先導波路の構成を変えることによっ
てほぼ円形状または楕円形状のビーム形状を得られるよ
うにした光波長変換素子を提供することを目的とするも
のである。

〔発明が解決しようとする課題］ この従来のＳＨＧ素子の構成によるとＳＨＨ３Ｏ放出ビ
ーム形状が第５図に示す如く円形ではなく、いわゆる三
ケ月状になる欠点がある。即ちこのＳＨＯ素子の応用例
には高密度光記録用光源。

レーザプリンタ用光源等が考えられるが、これ等の光源
としては円形又は楕円形のビームが必要であり、これが
三ケ月状の場合は利用効率が低下することになる。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明の光波長変換素子は
非線形光学材料基板に形成される光導波路を、基本波を
閉じ込め、第２高調波に変換する第１の導波路と、第２
高調波を閉じ込め端面方向に伝播させて端面から放射さ
せる第２の導波路とから形成したものである。

［作用］ 本発明は、上記構成により光導波路の第１の導波路に閉
じ込められたと導波は自体のエネルギー密度と第１の導
波路及び基板の非線形光学効果によって波長が基本波の
半分の光、即ち第２高調波に効率よく変換される。この
変換された第２高調波は第２の導波路に閉じ込められ、
この第２の導波路において導波モードもしくは反射を繰
返しながら伝播して、端面から円形状または楕円形状ビ
ームとなって放射される。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明するに、先ず本発明に至った
過程を説明する。

光波長変換素子から放射される第２高調波の放射ビーム
の形状は素子内におけるチェレンコフ放射の伝播状態に
よって変り、この伝播状態は光導波路の形状により変え
ることができることになる。

そこで素子から放射される第２高調波の放射ビームの形
状を円形状又は楕円形状に修正するには光導波路を適当
な形状に形成すればよいことになる。

ところで、ここで云う適当な形状の先導波路とはどの様
な形状をしているかという問題がある。

先ず、簡単のために第２図に示す如き、基板（１）の表
面にフィルム状の光導波路（２）を形成したスラブ型導
波路を考える。

この構成において光導波路（２）の厚さをＷとし、この
厚さＷをある厚さより薄（すると光は光導波路内を伝播
できなくなる。このある厚さは基板（１）の材料や光導
波路（２）の製法又は光波長によって異なる。そして、
この先導波路（２）の厚さＷをある厚さより厚（すると
光は光導波路内を伝播できる様になる。

そこで、第３図に示すように非線形光学材料基板、例え
ばＬｉＮｂ０１単結晶基板（１）に形成する先導波路（
２）の断面形状における各辺の長さ、即ち基板（１）の
表面と平行な面の幅をａ、深さ方向の面の幅をｂとし、
この幅ａ及びｂを基本波が伝播できなくなる厚さ、即ち
基本波に対して幅ａ及びｂはカットオフ厚ｗｒｆより太
き（、また第２高調波に対するカットオフ厚Ｗｒｓに対
し幅ａは小さ（、幅すは大きくなるように光導波路（２
）の断面形状を設定すれば第２高調波は基板（１）の深
さ方向には伝播されず表面に平行に伝播することになる
。

以上の事項に基づいて本発明が成されたもので、以下、
本発明の詳細な説明する。

第１図は一実施例であり、ＬｉＮｂ０：＋単結晶基板（
１）に光導波路（２）を次の条件を有する形状に形成し
たものである。

即ち、基板（１）は凸構造として凸部（１１）に光導波
路（２）を形成したもので、この光導波路（２）は凸部
（１υの両側部に第１の導波路（２ａ）　、　（２ｃ、
）とを対称的に形成し、この第１の導波路（２ａ）と（
２ｃ）の間に第２の導波路（２ｂ）を形成して構成され
る。この第１と第２の導波路（２ａ）　、　（２ｃ）と
（２ｂ）は所要の屈折率に選定し、そして第１の導波路
（２ａ）　、　（２ｃ）は凸部（１，）の表面と平行な
面、即ちＸ方向の幅をａ、側面と平行な面、即ちＸ方向
の幅（厚さ）をｂとし、先導波路の基本波に対するカッ
トオフ厚をＷ７．第２高調波に対するカットオフ厚をｗ
、”としたとき、 の関係で形成したもので、基本波についてはＸ。

Ｘ方向ともに閉じ込められ、第２高調波についてはＸ方
向には閉じ込められるがＸ方向には放射されることにな
る。

また、第２の導波路（２ｂ）は厚さ、即ちＸ方向の厚さ
Ｃを第２高調波に対するカットオフ厚Ｗｒ゛より大、即
ち、 ｗ、’　＜　　ｃ の関係とし、また凸構造として形成したものでこれによ
り、第２高調波についてはＸ方向、Ｘ方向ともに閉じ込
められることになる。

このように構成される本例の光波長変換素子はレーザビ
ームが光導波路（２）の端面に照射されると、このレー
ザ光は第１の導波路（２ａ）　、　（２ｃ）と第２の導
波路（２ｂ）の端面若しくはその何れか一方の端面に集
光され、第１及び第２の導波路（２ａ）　、　（２ｃ）
及び（２ｂ）若しくは何れか一方の導波路に閉じ込めら
れる。

この閉じ込められたレーザ光は自体のエネルギー密度と
導波路及び基板（１）の非線形光学効果によって波長が
基本波の半分の光、即ち第２高調波（ＳＨ光）に効率よ
く変換された第２高調波は第１及び第２の導波路（２ａ
）　、　（２ｃ）及び（２ｂ）を含めた部分に閉じ込め
られ、導波モード若しくは第１第２の導波路間で反射を
繰返しなから２方向に伝播する。そして端面から円形状
又は楕円形状ビームとなって第２高調波が放射される。

なお、本例において第１の導波路（２ａ）又は（２ｃ）
の何れか一方の導波路を省略してもよく、この場合も前
述したと同様の第２高調波が得られることになる。

次に第２図を参照して本発明による光波長変換素子の作
製工程の一例を説明する。

先ず、Ａに示すようにＬｉＮｂＯ３基板（１）の表面側
にチタン（Ｔｉ）を拡散してチタン拡散Ｎ（ＩＴｉ）を
形成する。

この基板（１）の表面にタンタル（Ｔａ）を蒸着してマ
スク層（３）を形成しく同図Ｂ）、その上に所要のパタ
ーンでレジスト（４）を塗布する（同図Ｃ）。

次に、同図りに示すように表面側からエツチングガスと
してＣＦ４．　Ｃ２Ｆ６．　Ｃ３Ｆ８．　Ｃｌ１Ｆ等を
用いてＥＣＲ−ＲＩＥ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌ
ｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　ＲｅａｉｔｉｖｅＩ
ｏｎ　Ｅｔｃｈｉｇ：電子のサイクロトロン共鳴現像を
利用した反応性イオンエツチング）でエツチングする。

このエツチングによりマスク層（３）はレジスト（４）
の下側部分を除き、除去されると共に、チタン拡散層（
１ア、）の表面側も除去され、レジスト（４）の下側部
分のマスク層（３）はマスク（３ａ）として残存される
。

そして、ピロリン酸・安息香酸等中で熱処理すると、チ
タン拡散層（ＩＴｉ）がその露出する表面側からマスク
（３ａ）の下側の両側面部にかけてプロトン交換が行な
われ、プロトン交１０層（５）が形成される（同図Ｅ）
。なお、この際レジスト（４）は除去される。

そこで、再びＥＣＲ−ＲＩＥによりエツチングする。

このエツチングはプロトン交換層（５）のマスク（３ａ
）から露出する表面側においてのみ行なわれ、この部分
のプロト交換層（５）の露出面部は薄層となる（同図Ｆ
）。

なお、このエツチングにおいて、プロトン交換層（５）
の露出側部分を全てエツチング除去してもよい。

そして、最後にマスク（３ａ）を除去する（同図Ｇ）。

このマスク（３ａ）を除去した状態で露出するプロトン
交換層（５）が第１の導波路（２ａ）　、　（２ｃ）と
なり、また、この第１の導波路（２ａ）とぐ２ｃ）との
間のチタン拡散層（ｌｆｉ）が第２の導波路（２ｂ）と
なって、前述した第１図に示す如き光波長変換素子が得
られる。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によれば非線形光学材料基板に形成
する光導波路を、基本波を閉じ込め、第２高調波に変換
する第１の導波路と第２高調波を閉じ込め端面方向に伝
播させて端面から放射させる第２の導波路とから形成し
たことにより、基本波は第２高調波に効率良（変換され
、この変換されて放射される第２高調波の放射ビームは
円形状又は楕円形状として得られ、ビーム形状が改善さ
れて高密度光記録用光源、レーザプリンタ用光源等とし
て効率良く利用できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光波長変換素子の一例の要部の斜
視図、第２図及び第３図は本発明の説明に供する説明図
、第４図は同素子の作製工程説明図、第５図は従来の光
波長変換素子の斜視図である。 図中、（１）はＬｉＮｂＯ３単結晶基板、（２）は光導
波路、（２ａ）　、　（２ｃ）は第１の導波路、（２ｂ
）は第２の導波路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 非線形光学材料基板に光導波路が形成され、チェレンコ
   フ放射による第２高調波を発生させる光波長変換素子で
   あって、 上記光導波路は基本波を閉じ込め、第２高調波に変換す
   る第１の導波路と、第２高調波を閉じ込め端面方向に伝
   播させて端面から放射させる第２の導波路とから形成さ
   れたことを特徴とする光波長変換素子。