JPH03287141A - 導波路型波長変換素子 - 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、導波路型の波長変換素子とその作製方法、お
よび」−記波長変換素子を用いたバルク型光ヘッドと集
積化薄膜光ヘッド、ならびに上記光ヘッドを用いた光デ
イスク装置およびレーザビームプリンタ等の光情報処理
機器に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、小型軽量の青色光源として波長約８００ｎｍの半
導体レーザ光を、導波路型の波長変換素子で半分の約４
００ｎｍに変換したものが注目されている。これらの最
も早い時期のものとして、第２図に示すように、ニオブ
酸リチウム（以下り、　ｉ　Ｎ　ｂ○３と記す）のｔｌ
ｔ　結晶２Ｉの表面にチタン（Ｔ　ｊ　）を熱拡張する
ことにより形成した先導波路２２の一端面に、基本波２
３（パワーＰ□）を入射し他端面から第二高調波２４（
パワーＰ　、）を出射させる方式が提案された。さらに
、例えば特開昭６１−１８９３哨号公報に記載されてい
るように、第３図に示すとおりＬｉＮｂ○３単結晶基本
２１上に、プロトン交換法（Ｔ、」ＮｂＯ３の丁７５イ
オンとＨイオンを一部置換して先導波路を作製する方法
）により先導波路３１を形成し、上記先導波路３１の一
端面に基本波２３を入射して、チェレンコフ幅対により
発生した第二高調波３２を取出す方法も提案されている
。

さらに最近では、例えばエレク１−〇二クス・レターズ
２５．ｉ　１、（１１，９８９年の第７３１頁〜第７３
２頁（Ｅ　Ｉｅｃｔｒｏｎｊｃｓ　　丁、ｅｔｔｅｒｓ
、　２５．　ＩＩ）で論しられているように、分極反転
を用いて位相＋’Ｘ　？Ｆを行う方法か提案された。す
なわち第４図のように、ＬｉＮｂ０Ｊ結晶基板２１上に
１゛ｊ拡散によって１１す折４台Ｙ−４１を作製し、約
１１００’Ｃに加熱し、Ｆ１１祈格子屑だけの分極を反
転させ、その後プロ１−ン交換法によって先導波路４２
を作製し、基本波２３を入射し第一高調波２７１を取出
すものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術にはつぎに記すような問題
があった。

まず、第２図に示すような方法は、基本波２３として常
光線、第二高調波２４として異常光線を用い、屈折率の
温度変化によって位相整合を行う方法であるが、±０．
１℃以下の温度変化が必要になるため実用化は困難であ
る。

つぎに、第３図に示すチェレンコフ輻射を用いる方法は
、第二高調波のビーム形成が図示３２のように三日月形
になり、極めて波面収差が大きく、これを回折限界まで
絞り込むことはほとんど不可能である。

上記２例に対し最も新しく提案された第４図に示す分極
反転を用いて位相整合を行う方法は、第二高調波２４が
コリメートされた光であるため、チェレンコフ輻射光に
比較して集光が極めて容易であるというメリットを持つ
。しかし、Ｔｊ拡散されている部分とＴｉ拡散されてい
ない部分とで屈折率が異なるため、その境界部のフレネ
ル反射損等で墓木波が損失を受け、効率が低下すること
はさけられない。

本発明の第１の目的は、高効率で集光が容易であり、か
つ、波面収差が小さい第二高調波を発生できる導波路型
の波長変換素子を得ることにある。

本発明の第２の目的は、上記波長変換素子の製造方法を
得ることにある。

また、本発明の第３の目的は、上記波長変換素子を用い
た可視光発生用光源およびそれを用いた光ヘッド、なら
びに上記光ヘッドを用いた光情報記録・再生装置を得る
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、自発分極をもつ基板と、該基板より
屈折率が高い光導波層からなる先導波路において、上記
光導波層の屈折率が一様で、かつ、」１記基板および」
−配光導波層の自発分極が、周期的に反転していること
により達成される。また、タンタル酸リチウム（以下、
Ｌ　ｊ　Ｔ　ａ○３と記す）基板上にＬｊとＨとのイオ
ン交換を行い、ついでキュリー点以下で加熱して作製し
た周期的な分極反転構造と、再びＬｊとＨとのイオン交
換によって作製した光導波層を有することによっても達
成される。

上記第２の目的は、基板材料としてＬ　ｊ　Ｔ　ａ　Ｏ
３ないしＬ　ｊ、　Ｎ　ｂ○３を用い、光導波層材料と
してＬｊＮｂｘＴａｌ−ｘ○３（０くＸ≦１）ないしＬ
ｊ）＜Ｍｇ。

Ｘ７．ＮｂｙＴａ、−ｙＯ３（ｘ−０，９，Ｏ＜ｙ≦１
）、ないし、これらにおけるＬ」の一部がＨと置換され
た材料を用い、基板内のＬ　ｊとＨとをイオン交換し、
かつ、キュリー点以下の温度で加熱することによって、
基板」二に周期的な分極反転構造を形成し、」１記基板
」二に３つないし４つのイオン源とターゲットを有し、
かつ基板付近に酸素を導入可能なイオンビームスパッタ
リング法によって、Ｌ−ｉ、Ｎｂ）（Ｔａ、、−ｘｏ３
（０＜ｘ≦１　）　＋　ＬｊＸＭｇｌ−Ｘ／２Ｎ　ｂｙ
　Ｔａ、−ｙ○３（Ｘ−０，９，Ｏ＜ｙ≦１）薄膜を形
成することによって達成できる。

また、上記目的は、」二記基板内のＬｊの一部とＨとを
イオン交換し光導波層を形威し、また、」二記薄膜内の
Ｌｊの一部をＨとイオン交換し、光導波層を形成するこ
とによっても達成できる。

さらに、」二記第３の目的は、波長７８０〜１■００ｎ
ｍの近赤外半導体レーザ光源と、」二記導波路型波長交
換素子と、レーザ光を導波路端面に集光する手段とから
なる可視光発生用光源によって発生する光を、光記録媒
体の記録・再生面」−に集光し、かつ、」二記記録・再
生面からの反射光を受光・検出する手段を有する光ヘッ
ドを得て、上記光ヘラ１−と、光記録媒体を回転駆動す
る回転駆動制御手段と、」−配光記録媒体の半径方向し
こ上記光ヘッドを走査駆動させるアクチュエータとを備
えることによって達成される。

〔作用〕

本発明による導波路型波長変換素子は、つぎに示すよう
な作用により、高効率で小型な、かつ波面収差が小さい
第二高調波を発生する。

第５図（ａ）に示すような３Ｍ構造の先導波路を考える
。５１は基板、５６は上記基板５１内で分極が反転され
ている部分、５２は光導波層で分極の方向が周期穴で反
転させられている。すなわち、５４は分極が上向き５５
は分極が下向きの部分である。５３はクラッド層で通常
は空気である。例えば、基板５１ならびに光導波層５２
がＬｊＮｂＯＪのような空間群Ｒ３Ｃの強誘電体の場合
、Ｍ　、　Ｄ　ｊｄｏｍｃｎｊｃ。

Ｊｒ、らの文献、ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ、　　ｏｆ　　Ａｐｐｌ、ｊ、
ｅｄ　　Ｐｈｙｓｊ、ｃｓ）Ｖｏｗ、、４０．Ｎｏ、２
．ｐｐ７２０〜７３４によると、その屈折＊ｎは自発分
極の向きによらない。これは屈折率が物質のバンド構造
だけによる量であるからである。したがって、屈折率と
いう観点からすれば、第５図（８）のような構造はすべ
て入射光波長λに対し第５図（ｂ）のようになる。

一方、−に記文献によれは第二高調波の発生外曲を表わ
す係数ｄは、自発分極に比例する。したがって第５図（
ａ）のような構造について見ると、（ａ）と同しく周期
Ａをもつ構造（第５図（Ｃ））となる。特に光導波層に
閉しこめられた導波光について考えると、基本層の非線
形効果はほとんど黙視てきるので、十分よい精度で、第
５図（ｃ）の構造は第５図（ｄ）の構造で近似できる。

入射導波光として、第５図（ｄ）の座標系における基板
に垂直な方向（−１，方向）へ偏光したＴＭ波を考え、
その伝搬方向をＸ方向とすると電場はＥｚ　”＝±ＣＡ
”　（ｘ）　ｔ”（ｚ）ｅｌ（””−β’＋ｃ、ｃ、　
）　　　（４）と記すことができる。ここで、 Ａ　　（ｘ）：電場のＸ方向変化を表わす焦次元量ε”
（ｚ）、：電場のＸ方向の界分布 β　　　：導波光の伝搬定数 ｃ　、　ｃ　、　　：　ｃｏｍｐ］ｅｘ　　ｅｏｎ、ｉ
ｕｇａｔｅ　（複素共役）を表わす 全く同様に、第二高調波もＸ方向へ偏光したＴＭ波であ
るとすると、その電場は Ｐｚ２°＝ｄ３，１Ｅｚ −÷ｄ３３（２１ハ”（ｘ）ｌ”　ｌ　ｔ：　（ｚ）　
１２＋ＩＡ　（Ｘ）ド１賢Ｚ）１２ｅ１（２°１−２β
″）＋　ｃ、　ｃ〕（６） となる。一方、Ｍａｙｔｖｅｌ、］の方程式より（′７
） が成立する。（６）式を（７）式に代入し２ω とＡ　　（ｘ）はＸに対し極めてゆっくり変化するとい
う条件 と記すことができる。（５）式中に表われる容量の意味
は（４）式と同様であるが、β′は第二高調波の伝搬定
数である。第二高調波を発生させる非線形分極は を用いると、 が得られる。（１０）式に、：２′″（Ｚ）を乗じ、２
＝■からＺ＝＋ωまで積分すると、 となる。これによって、基本波と第二高調波の位相整合
は容易になされ、（１１）式は となる。（１１）式は基本波から第二高調波へのパワー
交換を表わす式である。第５図（ｄ）の構造の場合に、
ｄ　３３は周期的に向きを変えているのでとなる。（１
５）式をＸ＝Ｏからｘ＝Ｑまで積分しくただし、基本波
のパワーは殆ど変化せずＡ　　（ｘ）を一定とみなす）
、第二高調波のパワーｐ　２　ｗと基本波のパワーＰ　
との比はとフーリエ展開ができる。もし、分極反転の周
期へを ヱニ・Ｍ＝Δβ−１２β−β′Ｉ Ａ（１３） （Ｍは整数）と選べば、（１４）式の位相整合項ｄ３．
ｃ”（β′−２β）・、よ ｄ、３ｏ”（β′−２β）゛ ｄｆ Ｍπ （１４） となる。（１６）式より本発明によれば、（１）分極が
反転した第５図（ｃ）のような構造ををその周期Ａが（
１３）式を満足するように選ぶだけで、容易に基本波と
第二高調波の位相整合が実現でき、高効率の波長変換素
子を構成できる。

（２）発生する第二高調波もコリメートされた導波光で
あるため、出射した第二高調波の波面収差が小さい。

（３）屈折率が第５図（ｂ）に示すように一様であるた
め、光の散乱が小さい。

上記各特性を有する、高性能の波長変換素子が構成でき
る。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による可視光発生用光源の一実施例を示
す構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、第５図
は本発明素子の波長変換説明図、第６図（ａ）〜（ｆ）
は上記可視光発生用光源の製造工程をそれぞれ示す図、
第７図は本発明の第２実施例を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図、第８図は本発明の波長変換素子を
搭載した追記型光ヘッドの概略図、第９図は本発明の波
長変換素子を搭載した光磁気型光ヘッドの概略図、第１
０図は本発明の波長変換素子を搭載した光情報記録再生
装置の構成図である。

第１実施例 第１図においては、１１は半導体レーザ、１２は半導体
レーザから出射される角振動数ω（波長λ＝２πＣ、ｃ
は光速度）の光、１３は上記レーザ光１２ω を導波路端面に集光するレンズ系、１４は−Ｃｃｕｔ：
のＬ　ｊ、　Ｔ　ａ　Ｏ３基板であり、通常自発分極は
一２方向に向いている。１５は自発分極Ｐｓが＋Ｚ力方
向反転させられた領域である。■６はＬ　ｘ　Ｎ　ｂ）
（Ｔ　ａ、　−Ｘ○３薄膜であり、これも自発分極の向
きは−Ｚ力方向あるが、１７で示す部分では＋Ｚ力方向
反転させられている。１８は丁ｒ　ｊ−Ｎ　ｂ　Ｘ　Ｔ
　ａ　１−　ｘｏ　３薄膜中にプロ１−ン交換によって
作製されたチャネル型の先導波路であり、１９は波長変
換素子によって発生させられた第二高調波である。

つぎに上記波長変換素子の構成ならびにその製造方法を
第６図により説明する。ます、第６図（ａ）に示すよう
に上面が−Ｃ面、下面が＋０面であるＬ　ｊＴ　ａ○３
単結晶基板１４を準備し、上記０面を使用レーザ光波長
λの１／１０程度まで研磨する。、　Ｊ−、記ｊＪ　ｆ
ｌ！］　４は研磨後トリクロロエチレン。

イソプロピルアルコール、純水中で超音波洗浄を行った
のち、窒素ブローして乾燥させる。ついで、（ｂ）に示
すように上記基板１４上にＴａ１６］を１、　ＯＯ０人
スパッタリングで成膜し、分極反転１７を行う部分が窓
あけされたホトマスクを用い、通常のホトリソグラフィ
技術により、ホトレジスト６２のパターニングを（ｃ）
に示すように行う。ホトレジスト６２をマスクとしてＣ
Ｆ、ｃＱガスを用いたＲＩＥによりＴ”　ａをパターニ
ングし、レジスト６２を（ｄ）に示すように除去する。

つきに、石英容器に安息香酸の粉末を入れて加熱・融解
させ、その中に−に記基板を浸漬してプロトン交換処理
を行った。このとき、処理温度を２３５℃、処理時間を
０．５時間とした。その後、エタノール中で十分に超音
波洗浄をしたのちＴａを除去し、熱処理炉に入れて熱処
理を行った（第６図（ｅ））。

熱処理温度は５８０℃で、処理時間は０．１時間である
。熱処理後急冷し、基板を取出したのち、基板をＸ軸に
そって切断し硝酸：ふっ酸＝１：２のエツチング液を用
いてエツチングしたところ、エツチング状態の違いから
分極反転領域１５が形成されていることが確認できた。

なお、上記条件による分極反転域の深さは約５μｍであ
る。

つぎに、イオンビームスパッタリング法によりＬ　１、
　Ｎ　ｂ　Ｘ　Ｔ　ａ　、　−ｘｏ　３薄膜を成長させ
た。使用したイオンビームスパッタリング装置は４つの
ターゲットを配置可能であり、これらのターゲラ１へは
それぞれＡｒイオンビームを入射させ、スパッタリング
された粒子を基板上に堆積するものである。本実施例の
場合は、ターゲットとじて２Ｎの１，３，０゜４ＮのＮ
ｂおよびＴａの３つを使用した。Ａｒイオンの加速電圧
はいずれも１００ＯＶである。組成をコントロールする
ため、各ターゲットに入射させるＡｒイオン電流を変化
させ、ｘ　−０、８となるようにＬｊ、Ｏターゲットに
は８０ｍＡ、Ｎｂターゲソ１−には７０ｍＡ、Ｔａター
ゲットには２０＋ｎＡのＡｒイオンを入射させた。なお
、装置の真空度はＩ　Ｘ　１．　Ｏ””　Ｔｏｒｒであ
り、さらに基板近傍には○の欠損を防止するため０２ガ
スを２０ｓｅｃｍ、　Ａｒガスを１．Ｑｓｃｃｍ流した
。また、基板温度は分極反転域を損わないように５５０
°Ｃとした。

上記によりｒ−］　Ｎ　ｂｏ、　＋１　Ｔ　ａｏ−２０
Ｊ　薄膜を約１μｍ成長させ、さらに、作製した膜を更
にＯ，ガス雰囲気中において８００℃でアニールし、０
２の欠損を補償した。これにより第６図（ｆ）に示すよ
うな周期分極反転域を有するＬ　ｊ　Ｎｂｏ、、　Ｔ　
ａ、　、２０３薄膜１６が形成された。試料をＸ軸に沿
って切断し硝酸：ふっ１１＝ｌ：２のエツチング液でエ
ツチングを行ったところ、エツチング状態のちがいから
分極の方向は下地基板と同一であって、１７で示す部分
の自発分極は、上向きであり、その他の部分の自発分極
は下向きであることが判った。

上記のようにして作製した薄膜の表面を研磨し、ルチル
プリズムを用いて波長λ＝６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザ
光を導入し、基板の屈折率を調べたところ、先導波路は
ＴＭｏ波が１本だけ励振され、その実効屈折率はＮ。＝
２．１８８であった。また、２プリズム法によって光伝
搬損失を評価したところ、１ｄＢ／ｃｍという良好な値
を得た。

最後に、プロ１〜ン交換によってチャネル型の光導波路
を作製した。

まず、」二記Ｌｊ、Ｎｂｎ−＋＋Ｔ８ｎ−２０３Ｍ膜１
６−１−にＴ　ｒｒを１００ＯＡスパツタリングで成膜
する。ついで、申Ｍ３μｍのチャネルが窓あけされたホ
トマスクを用い、通″１；（゛のホ１−リングラフィ技
術によりホ１へレジストにパターニングを行った。つい
で、ＣＦ３ｃＱを用いたＲＴＥでＴａに上記パタンを転
写し、ホストレジス１〜を除去した。その後、安息香酸
（Ｃ６■■５Ｃ○○Ｈ）中に上記基板を浸漬し、プロト
ン交換処理を行った。処理条件は温度２００℃で１０分
である。このとき、プロトン交換層の厚さは０．５μｍ
である。プロトン交換後、基板を取出しエタノール中で
十分洗浄し、Ｔａを除去した。

最後に０２雰囲気中の４００°Ｃで４５分間アニルを行
った。

作製したチャネル型の先導波路に、基本波としゞ、ハ ′Ｉ−哨・ て使用する波長λ＝８４０ｎ＋ｎの半導体レーザ光をプ
リズムカップラにより入射させ、実効屈折率を測定した
ところ、１本のＴＭモードだけ励振され、実効屈折率は
Ｎ’＝２．１７０であった。一方、第二高調波（波長λ
＝　４．２０　ｎｍ）の実効屈折率は２ω Ｎ　　＝２．３００であるため、（１３）式から分極反
転回折格子の周期Ａは Ａ＝３．２・Ｍ　　（Ｍは正の奇数）　　　　（１，７
）とすれはよい。そこで、本実施例ではＭ＝１の場合と
してＡ＝３．２．４μｍのホトマスクを用いた。

上記の場合の波長変換効率は（１６）式より、」１記と
なるので、（１６）式（１８）式およびＡ（０）Ｉ２−
２ωμ。Ｐ／（Ｗβ） の関係から ２ω ７−−７σ （１９） となり、論理値は導波路長さＱ、　＝　１．　Ｏｍｍと
したとき η＝１．２Ｐ”　　　　　　　　　　　　　　（２１、
）となる。

作製した試料を１０１０Ｘ５の長方形の片に切断し、５
ｍｍの辺を研磨して波長変換実験を行った。

レーザ光源として波長λ”８４０ｎｍ、出力３０ｍＷの
半導体レーザを用い、対物レンズ系を使用して集光を行
った。導波路端面でのフレネル反射は、基本波の入射側
で１３．６％、第二高調波の出射側で■５．５％である
。このとき、得られた波長λ”４４−２０ｎの第二高調
波は２ｍＷであり、フレネル反射損を考慮すると９％で
あり、論理値２１．６％に牧人で約半分であるが、従来
例に較べると十分に高い効率および出力が得られた。も
し、光源として出力１００ｍＷのフェーズドアレーレー
ザを用いたとすれば、効率３６％、すなわち出力約３０
ｍＷが得られる筈であり、十分に光磁気ディスクあるい
は相変化型光ディスク等の書きかえ型光ディスクの情報
書き込みにも使用する（２０） ことができる。

なお、本実施例では、Ｌｊ２０．Ｎｂ、Ｔａの３つのタ
ーゲットを用いたイオンビームスパッタリング法て成膜
を行ったが、ターゲットとしてこの他にＭｇＯを加えた
４元のイオンビームスパッタリング法でＬ」ｘＭ（＜１
−ｚｌｚ　ＮｂｙＴａｌ−ｙ○３（ｘ＝０．９゜Ｏ＜ｙ
≦１）を成膜することも可能である。例えば、Ｘ−０，
９＋　ｙ−０，８とした薄膜の物性は、屈折率は前記Ｌ
　ｉ　Ｎｂｏ、、　Ｔａｏ、２０３と変わらないが、光
学損傷（強いレーザ光を照射したときに屈折率が変化す
る現象）の耐性が大きく向上するというメリッ１へをも
つ。

第２実施例 第７図は本発明により製造された導波路型波長変換素子
の第２の構成例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）
は断面図である。第７図において、１１は半導体レーザ
、１２は半導体レーザから出射さ２πＣ れる角振動数ω（波長Ａ＝　　　　、ｃは光速度）の光
、１３はレーザ光を導波路端面に集光するレンズ系、１
４は−ＣｃｕｔのＬｊＴａ○３基板であり、通常自発分
極Ｐｓは−Ｚ方向に向いている。７１は自発分極Ｐｓが
＋Ｚ力方向反転された領域、７２はプロ１−ン交換によ
って作製されたチャネル型先導波路である。

つぎに、上記波長変換素子の構成ならびに製造方法につ
いて記載する。まず、第１実施例と同様、に、上面が−
Ｃ面で下面が＋０面であるＬ　ｉ　Ｔ　ａ　Ｏ。

単結晶基板１４を準備し、−Ｃ面を研磨する。上記基板
１４は研磨後トリクロロエチレン、イソプロピルアルコ
ール、純水中で順に超音波洗浄を行い、窒素ブローし乾
燥させる。

つぎに上記基板１４上に、Ｔａをスパッタリングで１、
　ＯＯＯＡ成膜し、分極反転を行う領域７１が窓あけさ
れたホストマスクを用い、通常のホトリソグラフィ技術
によってホトレジストのパターニングを行う。つぎにホ
トレジストをマスクとし、ＣＦ３ａｎガスを用いたＲＩ
Ｅにより、Ｔａをパタニングしたのち、上記レジストを
除去する。つぎに、石英容器中に安息香酸粉末と基板１
４とを入れて熱処理を行う。処理温度２３５℃、処理時
間を０．１時間とした。その後、エタノール中で十分超
音波洗浄を行ったのち、Ｔａを除去し、熱処理炉へ入れ
て熱処理を行った。熱処理温度は５８０′Ｃで処理時間
は０．１時間である。熱処理後、基板を急冷して取出し
た。上記処理で深さ約５ｐｍの分極反転領域７１が形成
された。最後に再びプロトン交換法を用いて、チャネル
型の光導波路を作製した。

上記ｊ１（板−ヒにＴａを１０００入スパツタリングし
、ついで中音３μｍのチャネルが窓あけされたホストマ
スクを用い、通常のホトリソグラフィ技術により、ホト
レジストにパターニングを行った。ついで、ＣＦＪｃｆ
）、を用いたＲ　Ｉ　ＥでＴａに上記パタンを転写しホ
トレジストを除去した。ついで、上記基板と安息香酸の
粉末を石英容器中に入れ、プロトン交換処理を行った。

処理温度は２３５℃で処理時間は１３分である。プロト
ン交換後、エタノールで十分洗浄しＴａを除去した。最
後に０２雰囲気中で４００’Ｃ５時間のアニールを行っ
た。

作製したチャネル型の光導波路に、基本波として波長λ
”８４０ｎｍの半導体レーザ光をプリズムカプラで入射
させ、実効屈折率を測定したところ、１本のＴＭモード
だけが励振され、実効屈折率はＮ　　＝２．１６４であ
った。一方、第二高調波（波長λ＝４．２０ｎｍ）の実
効屈折率はＮ２°＝２．２９３であって、（１３）式よ
り分極反転回折格子の周期Ａは Ａ＝３．３Ｍ　　　（Ｍは正の奇数） となるので、本実施例ではＭ＝３．３μｍのホトマスク
を使用した。導波路長さα”１０ｍｍの理論効率は（２
０）式より、光源として出力３０ｍＶ、波長λ＝８４０
ｎｍの半導体レーザを用いたとき、約２↓％であるが、
実際に得られたえ＝４↓Ｏｎｍの第二高調波出力は１ｍ
Ｖであり、フレネル反射損を考慮すると効率は約４．５
％であったが、従来例に較べるとやはり十分に高い効率
が得られた。

第３実施例 第８図に示す第３実施例は、上記第１実施例または第２
実施例の導波路型波長変換素子を搭載した、小型可視光
光源を用いる追記型光ディスク用ヘッドである。１１は
高出力（約１００ｍＷ、波長λ＝　８４．　Ｑｎｍ）　
、１３は半導体レーザ（例えばフェーズドアレーレーザ
）、１３は半導体レーザ光を先導波路端面に集束するレ
ンズ、８１は第１実施例または第２実施例の導波路型波
長変換素子であり、出射面はλ＝８４−Ｏｎｍの光をカ
ットし、λ＝４２０ｎｍの光を通すようなコーティング
がなされている。８２は偏光ビームスプリッタであり、
レーザ光は上記偏光ビームスプリッタ８２を透過し、８
３のコリノー１−レンズ系が形成される。８４は偏光を
円偏光とするλ／４波長板であり、８５はレーザ光を光
ディスク８６−１−に集光する対物レンズである。光デ
ィスク８６の反射光は偏光ビームスプリッタ８２で反射
され、収束レンズ８８で集光されたのち、ハーフミラ−
８９で２つに分割され、２分割ホ１〜センサ９０および
４分割ホトセンサ９１上に導かれ、トラッキング誤差信
号、フォーカシング誤差信号および再生信号の検出が行
われる。

第４実施例 第９図に示す第４実施例は、第１実施例または第２実施
例の導波路型波長変換素子を搭載した小型可視光光源を
用いた光磁気ディスク用ヘッドである。図において、１
１．１３および８１は上記第３実施例の第８図と同様の
高出力半導体レーザ、集束レンズおよび導波路型波長変
換素子で、８３はビーム成形用のレンズ系であり、レー
ザ光はこれを通って平行光に成形される。９２はビー１
１成形用プリズムの機能をかねた偏光ビームスプリンタ
であり、レーザ光はこれを通過後反射ミラー９５で立ち
上げられ、対物レンズ８５で光デイスク面８６」二に集
光される。９６は書込み消去の際に用いる磁場を与える
ための磁気コイルである。ディスク面８６からの反射光
は偏光ビームスプリッタ９２で反射され、１／２波長板
を９４を通り集束レンズ９７で集光され、偏光ビームス
プリッタ８２で２つの光束に分割され、２分割ホトセン
サ９０および４分割ホトセンサ９１上へ導かれて、トラ
ッキング誤差信号、フォーカシング誤差信号、再生信号
の検出が行われる。

また、光学系を変更すれば、再生専用型光ディスクまた
は相変化型書き換え型光ディスクに対しても、導波路型
波長変換素子８１を適用することができる。

第５実施例 第１０図は上記第３実施例に示す光ヘッドを、従来の光
情報記録再生装置に応用した場合の光情報記録再生装置
１０４の概略を示す図である。本実施例の特徴は、アク
チュエータ１０２上に光ヘッド１０１が搭載され、光学
系の構成が簡素化された点である。水装置ｄの動作原理
は従来装置と同じである。

すむわち、光記録媒体］０５は、回転制御手段でコント
ロールされたモータ３０３により回転する。上記回転す
る光記録媒体１０５の半径方向にアクチュエータ１０２
に搭載された光ヘッド１０１が、走査制御手段により走
査駆動し、それと同期して光記録媒体からの光１１ｆ報
１０６が光ヘツド１０１内で電気信号に変換され、必要
な信号処理手段で処理されるものである。

この光情報記録・再生装置は、光ヘッドによりレーザ光
を０．５μｍという従来の半分のスポット径に集束でき
るため、記録密度を従来ヘッドの４倍にすることができ
、また、搭載している導波路型波長変換素子の重量がき
わめて小さいため、アクセス時間は従来のものと変わら
ないという特徴を持っている。

〔発明の効果〕

」二記のように本発明による導波路型波長変換素子は、
自発分極をもつ基板と、該基板より屈折率が高い光導波
層からなる導波路型波長変換素子において、上記光導波
層の屈折率が一様で、かつ、」−記基板および上記光導
波層の自発分極が、周期的に反転していることにより、
位相整合が容易でしかも高効率の導波路型波長変換素子
を作製することができる。また、上記素子を半導体レー
ザおよび集束レンズと組合せることにより、小型で軽量
な可視光光源を構成することができる。さらに、上記光
源を従来の光情報記録・再生装置に組込むことにより、
記録密度が４倍であってアクセス時間が従来装置と同等
の光情報記録・再生装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による可視光発生用光源の一実施例を示
す構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、第２図
は温度位相整合法を用いた従来の波長変換素子を示す図
、第３図はチェレンコフ輻射を用いた従来の波長変換素
子を示す図、第４図は分極反転を用いた従来の波長変換
素子を示す図、第５図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明
素子による波長変換原理の説明図、第６図（ａ）〜（ｆ
）はｌ−’３Ｑ−呵視光発生用光源のｇｌ造工程をそれ
ぞれ示す図、第７図は本発明の第２実施例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、第８図は本発明の波
長変換素子を搭載した追記型光ヘッドの概略図、第９図
は本発明の波長変換素子を搭載した光磁気型光ヘッドの
概略図、第１０図は本発明の波長変換素子を搭載した光
情報記録再生装置の構成図である。 １４・基板（Ｔ−ｊＴａ○３）、 １７・・薄膜中で分極が反転されている部分、２１　　
基板（Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ○３）、３１、、　４２．７２・
・・プロトン交換チャネル型光導波路、１ ５１・・自発分極をもつ基板、 ５２・・光導波層、　　　　８８．９７・・収束レンズ
系、＋０１・・・光ヘッド、　　　１０５・・・光記録
媒体。 −≧】 ３’ｚ：’） 符開平 ３ ２１（’／１４１　（１１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自発分極をもつ基板と、該基板より屈折率が高い光
   導波層からなる導波路型波長変換素子において、上記光
   導波層の屈折率が一様で、かつ、上記基板および上記光
   導波層の自発分極が、周期的に反転していることを特徴
   とする導波路型波長変換素子。 ２、上記基板は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ＿３
   ）またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ＿３）であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した導波路
   型波長変換素子。 ３、上記光導波層は、タンタルニオブ酸リチウム（Ｌ１
   Ｎｂ＿ｘＴａ＿１＿−＿ｘＯ＿３、０＜ｘ≦１）または
   タンタルニオブ酸リチウムマグネシウム（Ｌｉ＿ｘＭｇ
   ＿１＿−＿ｘ＿／＿２Ｎｂ＿ｙＴａ＿１＿−＿ｙＯ＿３
   、ｘ〜０．９、０＜ｙ≦１）、あるいはそれらのリチウ
   ム（Ｌｉ）の一部が水素（Ｈ）と置換されたものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した導波
   路型波長変換素子。 ４、上記タンタルニオブ酸リチウムまたはタンタルニオ
   ブ酸リチウムマグネシウム薄膜は、周期的な分極反転構
   造を有するＬｉＴａＯ＿３基板上に、３つないし４つの
   イオン源とターゲットとを有し、かつ、基板付近に酸素
   を導入可能なイオンビームスパッタリング法により形成
   したものであることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載した導波路型波長変換素子。 ５、自発分極をもつ基板と、該基板より屈折率が高い光
   導波層からなる導波路型波長変換素子の製造方法におい
   て、上記基板としてＬｉＴａＯ＿３を用い、上記基板内
   のＬｉとＨとをイオン交換し、かつ、キュリー点以下の
   温度で加熱することによって、基板上に周期的な分極反
   転構造を形成させることを特徴とする導波型波長変換素
   子の製造方法。 ６、上記周期的な分極反転構造は、ＬｉＴａＯ＿３基板
   上にＬｉとＨとのイオン交換を行い、キュリー点以下で
   加熱して作製する分極反転構造で、光導波層は再びＬｉ
   とＨとのイオン交換を行って作製した光導波層であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載した導波路
   型波長変換素子の製造方法。 ７、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載した導波路型波長変換素子と、波長７８０〜１１００
   ｎｍの近赤外半導体レーザ光源と、該レーザ光源から出
   射するレーザ光を導波路端面に集光するレンズ系とから
   なる可視光発生用光源。 ８、上記特許請求の範囲第７項に記載した可視光発生用
   光源と、該光源より出射する光を光記録媒体の記録・再
   生面上に集光する集光手段と、上記光記録媒体の記録・
   再生面からの反射光を受光し検出する手段とを備えた光
   ヘッド。 ９、光記録媒体を回転駆動する回転駆動制御手段と、上
   記光記録媒体の半径方向に所定間隔を距てて駆動する光
   情報の記録・再生を行う光ヘッドと、該光ヘッドを搭載
   して走査駆動するアクチュエータとを備えた光情報記録
   再生装置において、上記アクチュエータに搭載する光ヘ
   ッドは、特許請求の範囲第８項に記載した光ヘッドであ
   ることを特徴とする光情報記録再生装置。