JPH04158340A - 光波長変換素子及びその製造方法 - Google Patents

光波長変換素子及びその製造方法

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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】 技術分野 本発明は、半導体レーザ光等を例えばその半分の波長の
光に変換する光波長変換素子に関する。
背景技術 光波長変換素子としては、矩形基板上面にチャンネル型
導波路を形成した導波路型光波長変換素子や、非線形結
晶のコアと該コアを囲繞するクラッドからなる光フアイ
バー形状でチェレンコフ放射型位相整合を用いる光波長
変換素子等が知られている。これら光波長変換素子の一
種としては、入射−次光の波長を半分に変換する第二高
調波発生素子(Second Harmonies G
enerator : S HG )か知られている。
ファイバー型第二高調波発生素子のチェレンコフ放射方
式では、はとんど自動的に光の位相整合のとれた第二高
調波の発生が可能であるので、第二高調波発生素子は短
波長光源などに応用される。
第6図に示すように、短波長光源は、半導体レーザ11
と、半導体レーザから放射される光を集光し第二高調波
発生素子13の端面に光を注入するためのカップリング
レンズ12と、コアを非線形光学結晶のガラスクラッド
て囲繞して構成したファイバー型第二高調波発生素子1
3と、第二高調波発生素子で変換され放射された第二高
調波の波面を整形し第二高調波を平行光束にするための
アキシコン14とにより構成されている。
チェレンコフ放射方式によるファイバー型第二高調波発
生素子13のコアに非線形光学結晶としてDMNP (
3,5−ジメチル−1−(4−ニトロフェニル)ピラゾ
ール)を用いたものが知られ、この第二高調波発生素子
では、DMNP非線形光学結晶のC軸はファイバー軸方
向(伸長方向)に配向されている。実際、ブリッジマン
炉によりガラスキャピラリをクラッドとしてその軸の中
空通路の中にコアとしてDMNPの結晶を成長させると
、このC軸方位に結晶が成長する。即ち結晶の、a、b
軸がファイバー軸に垂直な面内にあり、C軸がファイバ
ー軸に略一致した方向に特定される。
このようなコアの結晶配向を持ったファイバー型光波長
変換素子で半導体レーザ波長(波長830〜870nm
)の光波長変換を試みる場合、入射−次光の偏光に対す
るコアの屈折率n′L′に比べ、第二高調波光の偏光に
対するコアの屈折率02°の値の方が幾分大きくなる。
このため、光波長変換効率の向上が阻害される。
発明の目的 本発明は、光波長変換素子における導波路の非線型光学
結晶の結晶軸方向を制御すること及び光波長変換効率の
高い光波長変換素子を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明の光波長変換素子は、非線形光学結晶からなる導
波路と該導波路に接する基板とからなる光波長変換素子
であって、前記非線形光学結晶の全ての誘電主軸は前記
導波路の伸長方向に対して傾斜していることを特徴とす
る。
本発明の光波長変換素子製造方法は、少なくとも1つの
基板中に直線状の結晶導入溝と直線状の導波路溝とを所
定角度で交差させ連続した屈曲溝を形成し、前記屈曲溝
中に有機非線形光学材料の溶融液を注入し、前記溶融液
を前記結晶導入溝側る から前記導波路溝側へ向けて順に結晶化させこと八 を特徴とする。
発明の作用 本発明によれば、導波路をなす非線形光学結晶の全ての
誘電主軸が導波路の伸長方向に対して傾斜させることが
でき、導波路の屈折率分散を変化させ、光波長変換素子
中の第二高調波の電界分布と励起非線型分極との重り積
分を大きくして光波長変換素子の光波長変換効率を向上
させることができる。
実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
第1図は、本発明による実施例の光波長変換効率子の斜
視図である。この第1図(a)に示す光波長変換素子は
、中心の矩形断面を有する導波路1と該導波路を囲繞す
る矩形断面形状の基板2a及びbからなるチャネル型光
波長変換素子である。
また、第1図(b)に示す光波長変換素子は、中心の円
柱状−コア3と該コアを同心円状に囲繞する円筒状クラ
ッド層4からなるファイバー型光波長変換素子である。
第1図(a)及び(b)に示す本実施例の光波長変換素
子においては、非線形光学結晶の導波路またはコアの全
ての誘電主軸は導波路またはコアの伸長方向に対して傾
斜している。非線形光学結晶は互いに直交するa軸、b
軸及びa軸の結晶軸を有し、導波路またはコアの伸長方
向に対してa軸が所定角度αだけ傾いているからである
特に、ファイバー型光波長変換素子でチェレンコフ放射
方式を用いるものにおいては、クラッドとコアの境界の
存在を考慮しクラツド径を実際のファイバーのように有
限にし電磁界を解析して見ると、第二高調波がクラッド
を伝播する離散的なモードの重ね合わせで表される。さ
らに、第二高調波の変換効率は基本波によって励起され
る非線形分極と第二高調波の電界との重なり積分で表さ
れ、これを大きな値にすることが変換効率を向上させる
発明者は、DMNPをコアに用いた素子で非線形分極と
第二高調波の電界との重なり積分を大きくしようとする
場合、コアの伸長方向に伝播する一次光の偏光に対する
屈折率をn″′とし第二高調波の偏光に対する屈折率を
n2ωとしたとき、nω〉n−“なる関係を実現しなけ
ればならない事を見出たし、入射−次光及び変換された
第二筒111!J波の振動面を適当なコア結晶軸(主誘
電軸)に対応させ、かかる結晶軸の配向方向を変化させ
ることによって、この関係を満たすようにした。
チャネル型光波長変換素子の製造工程を説明する。第2
図(a)のように、第1ガラス基板5上に途中で屈曲し
た溝6を作り、その屈曲部の交角θを、所望の結晶のa
軸(誘電主軸ではX軸)と導波路の伸長方向との成す角
に設定する。屈曲した溝6は、その一方の直線状溝を結
晶導入用溝6aとし、他方を導波路溝6bとからなる。
次に、第2図(b)のように、この第1ガラス基板5上
に第2ガラス基板7を張合わせて屈曲溝6を覆い、ガラ
ス一体基板を形成する。
その後、結晶導入用溝6aと他方を導波路溝6bとから
なる屈曲溝6中に有機非線形光学結晶材料の溶融液を注
入する。そして、第3図に示すように、C軸方向に結晶
が成長し易いことを利用し、結晶導入溝6aの端から結
晶成長させる。屈曲部6Cに達するまでは、結晶のa軸
が結晶導入溝63の伸長方向に一致し成長する。屈曲部
6Cから先は結晶のa軸は結晶導入溝6aの伸長方向を
保ちつつ導波路溝6bの伸長方向と一致しないが、結晶
は切れ目なく成長し、第3図に示すように結局、屈曲部
以降は導波路溝6bの伸長方向と結晶のa軸とは一定の
角(180−θ)を成す。したがって、コアの誘電主軸
のX軸は導波路溝の伸長方向に対してこの所定角度だけ
傾斜する。
その後、この導波路溝6b中の結晶が導波路を形成する
ので、第2図(C)のように、ガラス−体基板の導波路
溝6bの存在する部分を切断して、チャネル型光波長変
換素子を得る。この素子においては、コアの誘電主軸の
X軸が導波路伸長方向に対して傾斜しているので、コア
の全ての誘電主軸は導波路の伸長方向に対して所定角度
だけ傾斜している。
次に、ファイバー型光波長変換素子の製造工程を説明す
る。まず、第4図(a)及び(b)に示すように、直線
状の結晶導入溝だけを有し一対の張合わせガラス一体基
板8を作成し、この一体基板8とガラスキャピラリ9と
を接着する。この場合、第4図(a)に示すように、結
晶導入溝6aを端面に対して直角に作った一体基板8と
、キャピラリ軸9aが端面に対して傾斜するよう斜めに
切断したガラスキャピラリ9とを用いるか、又は第4図
(b)に示すように、結晶導入溝6aを端面に対して斜
めに作った一体基板8と、キャピラリ軸9aが端面に対
して直角になるガラスキャピラリ9とを用いる。又、結
晶導入溝及びキャピラリ軸は一体基板及びガラスキャピ
ラリの端面に対してそれぞれ傾斜したものを用いてもよ
い。そして、結晶導入溝6aが露出する一体基板8の端
面とガラスキャピラリ9の端面とを、ガラスキャピラリ
軸9a及び結晶導入溝6aが一定の角θを成して接続さ
れるように春−姦龜配置し位置合わせをした後、両者を
接着する。次に、上記実施例と同様に結晶導入溝6aと
ガラスキャピラリ9とを鈍角のV字状に置き、結晶導入
溝6a側から結晶成長させ、必要部分を切断して、ファ
イバー型光波長変換素子を得る。
更に、第5図に示すように、2つのガラスキャピラリ1
9,9を用いて、一方のガラスキャピラリ19のキャピ
ラリ軸19aを結晶導入溝として上記実施例と同様にし
てファイバー型光波長変換素子を得ることができる。
ここで具体的に、第4図のように行ない、ファイバー型
光波長変換素子を作成した。クラッドガラスとなるガラ
スキャピラリにSF4ガラスを、コアに非線形光学結晶
としてDMNPを用い、第4図(b)に示すように、結
晶導入溝を端面に対して斜めに作った一体基板とキャピ
ラリ軸が端面に対して直角になるガラスキャピラリ9と
を用いて、第1図に示すガラスキャピラリ軸及び結晶導
入溝が屈曲角155度を成すように接着し行なった。結
果として、結晶のb軸(誘電主軸ではY軸)がファイバ
ー軸と垂直な面内にあり、a軸(誘電主軸では2軸)、
c軸(誘電主軸ではX軸)がファイバー軸を含む面内に
あり、C軸がファイバー軸(伸張方向)に対し25度傾
いているファイバー型光波長変換素子を得、コアの直径
1.4μmの時、1%の変換効率を得た。(但し一次光
の導波パワー40[IIW、ファイバー長さInm)こ
のようにして、ファイバー型光波長変換素子におけるコ
アの結晶配向の制御は可能となった。   ゛発明の効
果 以上の如く、本発明によれば、非線形光学結晶からなる
導波路と該導波路に接する基板とからなる光波長変換素
子において、非線形光学結晶の全ての誘電主軸を導波路
の伸長方向に対して傾斜させているので、導波路の屈折
率分散を変化させ、光波長変換素子中の第二高調波の電
界分布と励起非線型分極との重り積分を大きくして光波
長変換素子の光波長変換効率を向上させることができる
また、本発明の光波長変換素子製造方法によれば、基板
中に屈曲溝を形成し、屈曲溝中に有機非線形光学材料の
溶融液を注入し、この溶融液を結晶導入溝側から導波路
溝側へ向けて順に結晶化させているので、導波路溝中に
おいて、その伸長方向に対して傾斜した結晶軸及び誘電
主軸を有した非線形光学結晶を形成できるので、光波長
変換素子の製造において、一定の結晶軸方向にとられれ
ない自由度の大きい結晶が得られる。
【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斜視図、第2図
は本発明による光波長変換素子製造用の部材の斜視図、
第3図は一体化ガラス基板の平面図、第4図は結晶導入
溝を有するガラス基板と導波路溝を有するガラスキャピ
ラリとの結合体の平面図、第5図は2つのガラスキャピ
ラリの結合体の平面図、第6図はファイバー型光波長変
換素子を用いた短波長光源の概略図である。 主要部分の符号の説明 5.7・・・・・・ガラス基板 6a・・・・・・結晶導入溝 6b・・・・・・導波路溝 9・・・・・・ガラスキャピラリ 4・・・・・・クラッド 3・・・・・・コア ト・・・・・導波路 2a、 2b・・・・・・基板 出願人   パイオニア株式会社

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非線形光学結晶からなる導波路と該導波路に接す
    る基板とからなる光波長変換素子であって、前記非線形
    光学結晶の少なくとも2つの誘電主軸は前記導波路の伸
    長方向に対して傾斜していることを特徴とする光波長変
    換素子。
  2. (2)前記導波路は円柱状コアであり、前記基板は前記
    コアを囲繞するクラッドであり、前記導波路の伸長方向
    に伝播する一次光である偏光に対する屈折率をn^ωと
    し第二高調波である偏光に対する屈折率をn^2^ωと
    したとき、前記円柱状コアがn^ω>n^2^ωを満た
    す非線形光学結晶からなることを特徴とする請求項1記
    載の光波長変換素子。
  3. (3)少なくとも1つの基板中に直線状の結晶導入溝と
    直線状の導波路溝とを所定角度で交差させ連続した屈曲
    溝を形成し、 前記屈曲溝中に有機非線形光学材料の溶融液を注入し、 前記溶融液を前記結晶導入溝側から前記導波路溝側へ向
    けて順に結晶化させることを特徴とする光波長変換素子
    の製造方法。
  4. (4)前記基板はガラスからなることを特徴とする請求
    項3記載の製造方法。
  5. (5)前記基板は1対の基板であり、一方の基板に端面
    から露出する前記結晶導入溝を形成し、他方の基板に端
    面から露出する前記導波路溝を形成し、前記結晶導入溝
    と前記導波路溝とが前記屈曲溝を形成するように前記両
    端面を接合することを特徴とする請求項4記載の製造方
    法。
  6. (6)前記導波路溝を形成した他方の基板はガラスキャ
    ピラリであることを特徴とする請求項5記載の製造方法
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