JPH04162024A - 光波長変換素子およびレーザ光源 - 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（よ　コヒーレント光を利用する光情報処理分野
あるいは光応用計測制御分野に使用する光波長変換素子
、およびレーザ光源に関するものである。

従来の技術 光導波路を用いた光波長変換素子には基本波の導波モー
ドから高調波の導波モードへの変換を利用するタイプと
、導波モードから放射モードへの変換を利用するチェレ
ンコフ放射型とよばれるタイプのものがある。前者は導
波モードの分散を利用し　光導波路の護床　月折率を制
御して基本波と高調波の位相速度を等しくすることで波
長の変換を行うものである力丈　護床　屈折率の制御が
厳しく実用にいたっていな（ｔ　後者は放射モードを用
いるためこの厳しい制御を逃れることができも変換され
た高調波は光導波路から放射モードとして基板側へ放出
されａ　現在このタイプの素子と半導体レーザを一体化
させたレーザ光源が実用化されている（応用物理第５６
巻１６３７ページ）。

さらにこのチェレンコフ放射型の効率をまずだめの方法
として光導波路内の結晶の分極方向を反転させる手法が
提案されている（応用物理学会′９０春予稿集２８Ｐ−
Ｆ−６）。これは光導波路のコアの部分に基本波を高調
波へと変換させるための非線形性がある場合、コア内の
ある深さまで結晶の分極方向を反転させておくと基本波
と高調波のモードの重なり積分の相殺を低減させること
ができるた八　出力の増大が図れるというものである。

発明が解決しようとする課題 先導波路のコアの部分に非線形性がある場合にζ戴　前
記のように光導波路のコアのある深さまで分極を反転さ
せれば効率の増大が図れる力（実際に実用化されている
素子はコアの非線形性が失われており、前記の方法を適
用したとしても効率はほとんど変わらな（− 本発明（よ　チェレンコフ放射型の素子を基本として光
導波路のコアの部分の非線形性が小さいことを考慮し　
光波長変換素子の出力の増大を図ろうとするものであ４ 課題を解決するための手段 本発明はＬｉｘＫ＋−×Ｎｂ４ａ＋−ｙＯ３（０≦ｘ、
ｙ≦１）結晶を用いたチェレンコフ放射型光波長変換素
子を基本としてその光導波路内のコアの部分に非線形性
かないこ七を考慮に　コアよりも深い位置まで結晶のＣ
Ｉ＃方向の分極を反転させることにより効率の増大を図
ろうとするものである。

作用 本発明は上述のように構成された素子によって、波長変
換の効率に寄与している非線形性の大きい基板部分でへ
　導波モードである基本波と放射モードである高調波の
重なり積分においてその相殺を低減できるた八　光波長
変換素子の効率を約４倍に向上させることができも 実施例 本発明の光波長変換素子の構成を第１図に示す。

この実施例では基板１としてＬｉＮｂＯ３を用いた場合
について説明する。第１図において分極反転領域３を約
０．６５μｍの深さまで作製し　この後、プロトン交換
法により光導波路部分となるプロトン交換層２を基板表
面から０．４０μｍの深さまで作製する。

この素子の作製法を第２図に示す。まずＬｉＮｂ０ｉの
基板１の＋０表面上に５ｉｎ２膜４を２０００人スパッ
タリングにより堆積する（ａ）、　（ｂ）。これを電気
炉中に投入し　約１１１０℃に達するまで熟すも　この
工程において分極反転領域３が基板表面全面にわたって
深さ約０．６５μｍまで形成される（Ｃ）。ここで基板
上の５ｉ（ｈを除去しくｄ）、次に２３０℃ピロリン酸
溶液中で８分間熱処理することにより、表面より深さ０
６４０μ０のところまでプロトン交換された交換層２を
形成して光導波路のコアの部分を形成する（ｅ）。

このようにして作製された素子に８３０ｎｍの波長の光
を基本波Ｐ１として導波させると、通常のチェレンコフ
型と同様放射モードの第二高調波Ｐ２が得られも このときの基本波の導波モードと高調波の放射モードの
電界分布！よ　コアの膜厚方向について第３図（ａ）に
示すような形状となる。波長変換の効率η１戴　基本波
のモードの電界分布をεＦ、高調波のモードの電界分布
をεＨ１非線形定数をｄとすると、コアの膜厚方向をＸ
軸として という関係にある。　したがってｄの大きい基板側て　
この重なり積分の値が大きくなった時力丈　効率よく波
長変換される構造のときである。

第３図は通常のチェレンコフ型素子で基本波をＴＭモー
ドで入射したとき効率が最大となるときの電界分布５，
６とそのときのｄを含まない重なり積分の被積分関数７
で、斜線部が被積分区間８であ４Ｐは分極反転領域の境
界を示す。

本発明による素子構造を用いたときは　分極反転した領
域ではｄの符号が反転しているた敢　この領域を適当に
設定してやれば　上述の重なり積分の相殺を小さくする
ことができ、変換効率の向上を図ることができる。例え
ば第３図の場合には基板表面からコア以外の基板内での
被積分関数が０となるコアに最も近い地点（Ｐ点）まで
プロトン交換することによって被積分関数の斜線部のう
板　最大の領域で符号が反転するため積分による相殺が
著しく低減し　効率は大幅に向上することになる。この
図の場合は　約４倍の出力の向上が図れる。

な耘　ここでは基板としてＬｉＮｂＯ３を用いた力＼Ｌ
ｉＴａＯ３を用いて、同様の原理を適用し素子を構成す
ると光損傷に強い大出力型の光波長変換素子を構成する
ことができるし　また基板にＭｇＯがドープされている
とさらに大出力に耐えられるようになる。また光導波路
が三次元構造であれは　基本波であるレーザ光を狭い領
域に閉じ込めることができるため光強度密度を高めさら
に効率の向上が図れる。

またこの構造の素子を半導体レーザと一体化することに
より、従来の４倍高効率な第４図に示す小型軽量の青色
レーザ光源を提供することができる。　９は半導体レー
ザ、１０はコリメータレンズ、１１は集光レンズである
。

実際にこの青色レーザ光源を構成したとこへ平均出力４
０ｍＷの半導体レーザを用いてＲＦ動作時には約０．４
ｍＷ、　　ＣＷ動作時には約５０μＷの青色光出力が得
られた 発明の詳細 な説明したように本発明によればチェレンコフ型光波長
変換素子の基本的な構造はそのままにして、光導波路を
有する基板の表面の分極方向を反転させることで、出力
を４倍に高めることが可能である。また低損失な光導波
路作製法であるプロトン交換法を用いた場合、コアの非
線形性が激減することを考虜した構造であり、現状の光
波長変換素子に即している。

そしてこの構造Ｃ′！、、第３高調波等のさらに短波長
の光への変換にも容易に応用可能であり、その実用的効
果は太きしＭ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光波長変換素子の断面図　
第２図は本発明の一実施例の光波長変換素子の製造工程
の斜視医　第３図は従来の素子と本発明による素子の光
導波路内における基本波の電界分布　高調波の電界分布
　重なり積分におけるｄを含まない被積分関数を比較し
た医　第４図は半導体レーザと本発明の一実施例の光波
長変換素子を組み合わせて青色レーザ光源を作製したと
きの断面図である。 １・・・・ＬｉＮｂＯ３基板、　２・・・・プロトン交
換ｎ３・・・・分極反転領域Ｐ１・・・・基本波、Ｐ２
・・・・高調波、　４・・・・５ｉ０２罠５・・・・基
本波の電界分布　６・・・・高調波の電界分布　７・・
・・重なり積分のｄを含まない被積分関数、　８・・・
・板積分区１’Ａ　　Ｐ・・・・分極反転領域の境界　
９・・・・半導体レーサミ１０・・・・コリメータレン
ズ、１１・・・・フォーカスレン人代理人の氏名　弁理
士　小鍜治　明　ほか２名第　２　図　　　　　　　　
　　　４−５ｔ（：ｈ雁５’　−一−Ｉｔ不液の電界分
子 ε−ｍｎ分区間 ｐ　−ｍ−分ＶＭ反転４Ｗ−〇墳２界 １３図 ＋１−ｌ配しソス 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｌｉ＿ｘＫ＿１＿−＿ｘＮｂ＿ｙＴａ＿１＿−＿
   ｙＯ＿３（０≦ｘ、ｙ≦１）結晶上に光導波路を形成し
   、前記光導波路のコアの部分よりも深い位置まで前記結
   晶のＣ軸方向の分極を反転させ、前記光導波路における
   基本波と高調波のモードの重なり積分の相殺を低減させ
   ることを特緒とする光波長変換素子。
2. （２）結晶としてＬｉＮｂＯ＿３あるいはＬｉＴａＯ＿
   ３の結晶を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光波長変換素子。
3. （３）Ｌｉ＿ｘＫ＿１＿−＿ｘＮｂ＿ｙＴａ＿１＿−＿
   ｙＯ＿３基板にＭｇＯがドープされていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光波長変換素子。
4. （４）半導体レーザからのレーザ光を特許請求の範囲第
   １項記載の光波長変換素子の光導波路に入射させてなる
   ことを特徴とするレーザ光源。