JPH0331828A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JPH0331828A JPH0331828A JP1165237A JP16523789A JPH0331828A JP H0331828 A JPH0331828 A JP H0331828A JP 1165237 A JP1165237 A JP 1165237A JP 16523789 A JP16523789 A JP 16523789A JP H0331828 A JPH0331828 A JP H0331828A
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Classifications
-
- 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]
-
- G—PHYSICS
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- 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
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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。
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、コヒーレントな短波長小型光源の実現を可能
にするレーザ用波長変換素子に関する。
にするレーザ用波長変換素子に関する。
波長変換素子、特に第２次高調波発生（ＳＨＧ： ５ｅ
ｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ
）素子は、エキシマレーザなどでは得にくいコヒーレン
トな短波長光を得るデバイスとして産業上極めて重要で
ある。
ｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ
）素子は、エキシマレーザなどでは得にくいコヒーレン
トな短波長光を得るデバイスとして産業上極めて重要で
ある。
半導体レーザは小型で高出力のコヒーレン！・レーザ光
源として各種の光通信機器や尤情報処理慇器に使用され
ている。現在、この半導体レーザから得られる光の波長
は０．６８μｍから１．５５μｍの赤色ｉｉＪ視光から
近赤外領域の波長である。このため、アイスプレイやよ
り微小な光スポット形成など、応用範囲の拡大のために
、赤色９緑色、青色等、より短波長で発振が可能な半導
体レーザ光源が求められているが、現在の技術ではこの
種の１′導体レーザを実現するのは難しい。し、だが−
１で半導体レーザの出力程度でも効率よく可視光・＼波
長変換できる波長変換素子が実現できると、その効果は
甚大である。
源として各種の光通信機器や尤情報処理慇器に使用され
ている。現在、この半導体レーザから得られる光の波長
は０．６８μｍから１．５５μｍの赤色ｉｉＪ視光から
近赤外領域の波長である。このため、アイスプレイやよ
り微小な光スポット形成など、応用範囲の拡大のために
、赤色９緑色、青色等、より短波長で発振が可能な半導
体レーザ光源が求められているが、現在の技術ではこの
種の１′導体レーザを実現するのは難しい。し、だが−
１で半導体レーザの出力程度でも効率よく可視光・＼波
長変換できる波長変換素子が実現できると、その効果は
甚大である。
近年、半導体レーザの製作技術が発達して、従来にも増
して高出力の特性が得られるよ・うになってきた、この
ため、光導波路型のＳ ＨＣ；素子を構成すれば、光の
回折によるエネルギ密度の減少を回避でき、半導体レー
ザ程度の光強度でも比較的高い変換効率で波長変換素子
を実現できる可能性がある、このような例として、第２
図に示すニオブ酸リチウム結晶ｌに光導波路２を形成し
、この光導波路２に近赤外励起光３を端面結合し、これ
から結晶基板中に放射（チェレンコフ放射）される第２
次高調波４を得る方式のＳＨＧ素子がある。
して高出力の特性が得られるよ・うになってきた、この
ため、光導波路型のＳ ＨＣ；素子を構成すれば、光の
回折によるエネルギ密度の減少を回避でき、半導体レー
ザ程度の光強度でも比較的高い変換効率で波長変換素子
を実現できる可能性がある、このような例として、第２
図に示すニオブ酸リチウム結晶ｌに光導波路２を形成し
、この光導波路２に近赤外励起光３を端面結合し、これ
から結晶基板中に放射（チェレンコフ放射）される第２
次高調波４を得る方式のＳＨＧ素子がある。
この方式のＳＨＧ素子は、基本波とＳＭＣ波の位相整合
が自動的に取れているため、精密な温度制御が必要ない
という特徴を持つ。一方、Ｓ ＨＧ出力が基板放射光で
あるため波面が特異で、収差の大きな光が基板の端面か
ら出てくる。このため、この光をガウス状強度分布の通
常の使いやすいビームに変換するには、この収差を補正
するシリンドリカルレンズなどの高級なレンズ系を必要
とする。この問題点を解決するために、導波路上に、自
発分極が周期的に反転している領域を設けてチェレンコ
フ放射の放射角を低減する試みがある。
が自動的に取れているため、精密な温度制御が必要ない
という特徴を持つ。一方、Ｓ ＨＧ出力が基板放射光で
あるため波面が特異で、収差の大きな光が基板の端面か
ら出てくる。このため、この光をガウス状強度分布の通
常の使いやすいビームに変換するには、この収差を補正
するシリンドリカルレンズなどの高級なレンズ系を必要
とする。この問題点を解決するために、導波路上に、自
発分極が周期的に反転している領域を設けてチェレンコ
フ放射の放射角を低減する試みがある。
この方式では、分極反転領域八が、
Δ。＝２π／（β（２ω）−２β（ω））（］）で与え
られるコヒーレンス長Δ。と等しくなるように設定する
ことで、第２次高調波も導波モードとすることができ、
集光性の良い波面を得ることができる。ここでβ（２ω
）、β（ω）は、それぞれ光導波路の第２次高調波、基
本波に対する伝搬定数である。
られるコヒーレンス長Δ。と等しくなるように設定する
ことで、第２次高調波も導波モードとすることができ、
集光性の良い波面を得ることができる。ここでβ（２ω
）、β（ω）は、それぞれ光導波路の第２次高調波、基
本波に対する伝搬定数である。
さらに、第３図に示すように、励起光源の波長変動等、
動作条件のゆらぎに対応するために、自発分極の反転周
期を発振中心波長を中心として波長変動幅に対応するよ
う、導波方向に変化させた周期変調分極反転領域５を用
いる方式も提案されている。なお、第３図では全体の構
成を分かりやすくするために、分極反転領域の深さ方向
は示していない。
動作条件のゆらぎに対応するために、自発分極の反転周
期を発振中心波長を中心として波長変動幅に対応するよ
う、導波方向に変化させた周期変調分極反転領域５を用
いる方式も提案されている。なお、第３図では全体の構
成を分かりやすくするために、分極反転領域の深さ方向
は示していない。
これらの方式は、例えばオプティカル ソサイエティ
オブ アメリカ発行のｒ １９８９ テクニカル ダ
イジェスト シリーズ ボリューム４ インチグレーテ
ンド アンド ガイデッド−ウェー、プ オプティカル
、ポスト デッドライン ペーパーズ、ＰＤ３に掲載の
「フアプリケーションメソッズ フォー ブロデューシ
イング ペリオディカリー ドメイン−インバーチイツ
ト ウエイブガイズ イン リチウム ナイオベート
フォー セカンド ハーモニクス ジェネレーションＪ
と題する論文、あるいはオプティカル ソサイエティ
オブ アメリカ発行のｒ １９８９ テクニカル ダ
イジェスト シリーズ ボリューム２ノンリニア ガイ
デッド−ウェーブ フェノミナ：フィジクス アンド
アプリケーションズ、ポスト デッド ラインペーパー
、ＰＤ３掲載の「セカンド ハーモニクス ジェネレー
ションオプ ブルー アンド グリーン ライト イン
ペリオディ力す−−ボールド プレーナー リチウムナ
イオベート ウェーブガイズ」と題する論文に詳述され
ている。
オブ アメリカ発行のｒ １９８９ テクニカル ダ
イジェスト シリーズ ボリューム４ インチグレーテ
ンド アンド ガイデッド−ウェー、プ オプティカル
、ポスト デッドライン ペーパーズ、ＰＤ３に掲載の
「フアプリケーションメソッズ フォー ブロデューシ
イング ペリオディカリー ドメイン−インバーチイツ
ト ウエイブガイズ イン リチウム ナイオベート
フォー セカンド ハーモニクス ジェネレーションＪ
と題する論文、あるいはオプティカル ソサイエティ
オブ アメリカ発行のｒ １９８９ テクニカル ダ
イジェスト シリーズ ボリューム２ノンリニア ガイ
デッド−ウェーブ フェノミナ：フィジクス アンド
アプリケーションズ、ポスト デッド ラインペーパー
、ＰＤ３掲載の「セカンド ハーモニクス ジェネレー
ションオプ ブルー アンド グリーン ライト イン
ペリオディ力す−−ボールド プレーナー リチウムナ
イオベート ウェーブガイズ」と題する論文に詳述され
ている。
以上述べた従来技術による波長変換素子のうち、分極反
転を用いないチェレンコフ放射型の素子では、上述のと
おり、発生する第２次高調波の波面収差が大きく微小ス
ポットを形成できないという欠点を有していた。また、
分極反転を用いる素子では、自発分極の反転周期を発振
中心波長を中心として波長変動幅に対応するよう変化さ
せることは、反転周期の変動幅がきわめて小さいため、
精度よく変化させることが困難であった。このことを第
４図を用いて説明する。第４図は基本波の波長に対する
コヒーレンス長の変化の計算例を示したものである。こ
の例では、基板としてＺカットニオブ酸リチウム結晶を
想定し、プロトン交換法により深さ０，４μｍ１幅１．
５μｍの導波路を形成した場合について計算した。６０
ｎｍの波長変動に対してコヒーレンス長の変化は高々０
．０９μｍに過ぎず、したがって分極反転周期はこの値
と同程度以下の精度で制御する必要があるが、現在のり
ソグラフィの技術ではこの条件を満足することはきわめ
て困難である。
転を用いないチェレンコフ放射型の素子では、上述のと
おり、発生する第２次高調波の波面収差が大きく微小ス
ポットを形成できないという欠点を有していた。また、
分極反転を用いる素子では、自発分極の反転周期を発振
中心波長を中心として波長変動幅に対応するよう変化さ
せることは、反転周期の変動幅がきわめて小さいため、
精度よく変化させることが困難であった。このことを第
４図を用いて説明する。第４図は基本波の波長に対する
コヒーレンス長の変化の計算例を示したものである。こ
の例では、基板としてＺカットニオブ酸リチウム結晶を
想定し、プロトン交換法により深さ０，４μｍ１幅１．
５μｍの導波路を形成した場合について計算した。６０
ｎｍの波長変動に対してコヒーレンス長の変化は高々０
．０９μｍに過ぎず、したがって分極反転周期はこの値
と同程度以下の精度で制御する必要があるが、現在のり
ソグラフィの技術ではこの条件を満足することはきわめ
て困難である。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、現在のりソグ
ラフィ技術で製作可能で、かつ小型１低価格で、回折限
界近くまで集光可能な可視光コヒーレント光源の実現を
可能とする波長変換素子を堤供することにある。
ラフィ技術で製作可能で、かつ小型１低価格で、回折限
界近くまで集光可能な可視光コヒーレント光源の実現を
可能とする波長変換素子を堤供することにある。
〔課題を解決するための手段］
本発明は、周期的分極反転構造を有する光導波路を形成
した非線形光学材料からなる波長変換素子におい一ζ、 有限の波長変動帯域幅を有する励起光に対して前記光導
波路内の少なくとも１箇所で疑似位相整合が達成される
ように、前記光導波路の導波路パラメータが導波方向に
変化していることを特徴とする。
した非線形光学材料からなる波長変換素子におい一ζ、 有限の波長変動帯域幅を有する励起光に対して前記光導
波路内の少なくとも１箇所で疑似位相整合が達成される
ように、前記光導波路の導波路パラメータが導波方向に
変化していることを特徴とする。
本発明によれば、５４波路パラメータを、導波路幅、ま
たは導波路深さ、または導波路深さおよび導波路幅にす
ることができる。
たは導波路深さ、または導波路深さおよび導波路幅にす
ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
本発明では周期的分極反転構造による疑似位相整合を達
成するために、導波路のパラメータを変調する。前記（
１）式から分かるようにコヒーレンス長は高調波と基本
波の伝搬定数により決まる。伝搬定数は公知のように導
波路の幅、深さ、導波路のコアおよびクラッドの屈折率
、等の関数であるために、これらを適当に変化させるこ
とにより例えばコヒーレンス長を全く変化させずに異な
る波長に対して疑似位相整合条件へ−ＡＣを満足させる
ことができる。
成するために、導波路のパラメータを変調する。前記（
１）式から分かるようにコヒーレンス長は高調波と基本
波の伝搬定数により決まる。伝搬定数は公知のように導
波路の幅、深さ、導波路のコアおよびクラッドの屈折率
、等の関数であるために、これらを適当に変化させるこ
とにより例えばコヒーレンス長を全く変化させずに異な
る波長に対して疑似位相整合条件へ−ＡＣを満足させる
ことができる。
第５図は、ニオブ酸リチウム結晶にプロトン交換法によ
り形成した深さ０．４μｍの導波路を５定し、コヒーレ
ンス長が１．６１μｍとなる導波路幅の波長依存性を求
めたものである。波長の変化０６８２μｍから０．８４
μｍに対して、導波路幅は２．１ｔｔｍから１．５μｍ
まで変化する。この導波路幅の変化量は第４図に示した
コヒーレンス長の波長依存性に比べて大きく、現在のり
ソグラフィの技術で１−分制御可能である。
り形成した深さ０．４μｍの導波路を５定し、コヒーレ
ンス長が１．６１μｍとなる導波路幅の波長依存性を求
めたものである。波長の変化０６８２μｍから０．８４
μｍに対して、導波路幅は２．１ｔｔｍから１．５μｍ
まで変化する。この導波路幅の変化量は第４図に示した
コヒーレンス長の波長依存性に比べて大きく、現在のり
ソグラフィの技術で１−分制御可能である。
〔実施例］
以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための図であ
る。第１図（ａ）は波長変換素子の上面図、（ｂ）は導
波方向の断面図である。ニオブ酸リチウム結晶のＺ板６
（すなわち基板法線がＺ軸に平行）に、プロトン交換法
により作製された、導波方向に導波路幅が変化する幅変
調光導波路７が設けられている。さらに、光導波路７に
重なるように周期的な分極反転領域８が導入されている
。
る。第１図（ａ）は波長変換素子の上面図、（ｂ）は導
波方向の断面図である。ニオブ酸リチウム結晶のＺ板６
（すなわち基板法線がＺ軸に平行）に、プロトン交換法
により作製された、導波方向に導波路幅が変化する幅変
調光導波路７が設けられている。さらに、光導波路７に
重なるように周期的な分極反転領域８が導入されている
。
ここで、分極反転の周期は一定である。
本実施例では励起光の波長変動など様々なゆらぎの影響
を吸収するために導波路７の幅を徐々に変化させている
。ゆらぎの要因としておもに波長変動を考慮しており、
波長変動量を考慮にいれて導波路幅を変化させている。
を吸収するために導波路７の幅を徐々に変化させている
。ゆらぎの要因としておもに波長変動を考慮しており、
波長変動量を考慮にいれて導波路幅を変化させている。
すなわち第５図で示した導波路幅と波長の関係を、所望
の波長帯域で満足するように導波路幅、および変化量を
設定している。このような構成とすることで、設定した
波長帯域内であれば導波路内の少なくとも１箇所で疑似
位相整合条件Δ−Δ。を満足することができる。
の波長帯域で満足するように導波路幅、および変化量を
設定している。このような構成とすることで、設定した
波長帯域内であれば導波路内の少なくとも１箇所で疑似
位相整合条件Δ−Δ。を満足することができる。
本実施例で用いる周期的分極反転構造は以下のようにし
て作成することができる。すなわち、ニオブ酸リチウム
結晶の＋０面の所望する分極反転を生せしめる領域にチ
タンを蒸着し、高温（１０３０〜１１５０°Ｃ）で３〜
５時間、空気中で熱拡散を行うと、チタンを拡散した部
分だけ分極反転が生じる。
て作成することができる。すなわち、ニオブ酸リチウム
結晶の＋０面の所望する分極反転を生せしめる領域にチ
タンを蒸着し、高温（１０３０〜１１５０°Ｃ）で３〜
５時間、空気中で熱拡散を行うと、チタンを拡散した部
分だけ分極反転が生じる。
第６図は本発明の第２の実施例を説明するだめの図であ
る。第６図（ａ）は波長変換素子の上面図、（ｂ）は導
波方向のｔＪＪｒ血図である。木実ｊＪｔｈｆグ１では
導波方向に深さを変化させて深さ変ｊｊ４光導波路９を
導入することにより、波長変動の影響等を吸収する構成
となっている。
る。第６図（ａ）は波長変換素子の上面図、（ｂ）は導
波方向のｔＪＪｒ血図である。木実ｊＪｔｈｆグ１では
導波方向に深さを変化させて深さ変ｊｊ４光導波路９を
導入することにより、波長変動の影響等を吸収する構成
となっている。
第７図は本発明の第３の実施例を説明するための図であ
る。第７図（ａ）は波長変（Ｑ素子の上面図、（ｂ）は
導波方向の断面図である。本実施例では導波方向に深さ
と幅の両方が変化している幅・深さ変調光導波路１０を
導入することにより、波長変動の影響等を吸収する構成
となっζいる。
る。第７図（ａ）は波長変（Ｑ素子の上面図、（ｂ）は
導波方向の断面図である。本実施例では導波方向に深さ
と幅の両方が変化している幅・深さ変調光導波路１０を
導入することにより、波長変動の影響等を吸収する構成
となっζいる。
本発明によれば、現在のりソグラフィ技術で製作可能で
、かつ小型、低価格で、回折限界近くまで集光可能な可
視光コヒーレント光源を提供することができる。
、かつ小型、低価格で、回折限界近くまで集光可能な可
視光コヒーレント光源を提供することができる。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための図、
第２図、第３図は従来の技術を説明するための図、
第４図は本発明が解決しようとする課題を説明するため
の図、 第５図は本発明の詳細な説明するための図、第６図は本
発明の第２の実施例を説明するための図、 第７図は本発明の第３の実施例を説明するための図であ
る。 １・・・・・ニオブ酸リチウム結晶 ２・・・・・光導波路 ３・・・・・励起光 ４・・・・・第２次高調波 ５・・・・・周期変調分極反転領域 ６・・・・・Ｚ板ニオブ酸リチウム結晶７・・・・・幅
変調光導波路 ８・・・・・周期的分極反転領域 ９・・・・・深さ変調光導波路 １０・
の図、 第５図は本発明の詳細な説明するための図、第６図は本
発明の第２の実施例を説明するための図、 第７図は本発明の第３の実施例を説明するための図であ
る。 １・・・・・ニオブ酸リチウム結晶 ２・・・・・光導波路 ３・・・・・励起光 ４・・・・・第２次高調波 ５・・・・・周期変調分極反転領域 ６・・・・・Ｚ板ニオブ酸リチウム結晶７・・・・・幅
変調光導波路 ８・・・・・周期的分極反転領域 ９・・・・・深さ変調光導波路 １０・
Claims (1)
- （１）周期的分極反転構造を有する光導波路を形成した
非線形光学材料からなる波長変換素子において、 有限の波長変動帯域幅を有する励起光に対して前記光導
波路内の少なくとも１箇所で疑似位相整合が達成される
ように、前記光導波路の導波路パラメータが導波方向に
変化していることを特徴とする波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1165237A JPH0331828A (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1165237A JPH0331828A (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0331828A true JPH0331828A (ja) | 1991-02-12 |
Family
ID=15808469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1165237A Pending JPH0331828A (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0331828A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5357533A (en) * | 1992-03-27 | 1994-10-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Frequency doubler and laser source |
| JP2008178521A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Kokubo Kogyosho:Kk | ハンガー |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP1165237A patent/JPH0331828A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5357533A (en) * | 1992-03-27 | 1994-10-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Frequency doubler and laser source |
| JP2008178521A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Kokubo Kogyosho:Kk | ハンガー |
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