JPH04229841A - 導波路型第２高調波発生素子 - Google Patents
導波路型第２高調波発生素子Info
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- JPH04229841A JPH04229841A JP3114805A JP11480591A JPH04229841A JP H04229841 A JPH04229841 A JP H04229841A JP 3114805 A JP3114805 A JP 3114805A JP 11480591 A JP11480591 A JP 11480591A JP H04229841 A JPH04229841 A JP H04229841A
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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
- G02F1/37—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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Waveguides (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ディスクやレーザプ
リンタ等に用いられる波長変換素子、特に導波路型第２
高調波発生素子に関する。
リンタ等に用いられる波長変換素子、特に導波路型第２
高調波発生素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長変換素子、特に第２高調波発生（ｓ
ｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
：ＳＨＧ）素子は、非線形効果を持つ光学結晶材料を用
いて波長λのレ−ザをλ／２の波長に変換する素子であ
る。従来、ＳＨＧ素子には高出力のコヒ−レント光源と
非線形結晶のバルク型素子が用いられてきた。しかし現
在、光ディスク装置、レ−ザプリンタ装置等を小型化す
る要求が強いため、光源として半導体レ−ザがガスレ−
ザに代わり用いられるようになってきた。この半導体レ
−ザを光源とする場合、その出力が数ｍＷ〜数１０ｍＷ
であるため、高い変換効率を得る必要上、薄膜導波路型
のＳＨＧ素子が用いられている。尚、このようなＳＨＧ
素子としては、（１） 特開昭６３−４４７８１号公報
、（２） ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．３（１９８９）、（３） 平成
２年 秋季第５１回応用物理学会学術講演予稿集２７
ａ−ｐ−１０等に開示されている。
ｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
：ＳＨＧ）素子は、非線形効果を持つ光学結晶材料を用
いて波長λのレ−ザをλ／２の波長に変換する素子であ
る。従来、ＳＨＧ素子には高出力のコヒ−レント光源と
非線形結晶のバルク型素子が用いられてきた。しかし現
在、光ディスク装置、レ−ザプリンタ装置等を小型化す
る要求が強いため、光源として半導体レ−ザがガスレ−
ザに代わり用いられるようになってきた。この半導体レ
−ザを光源とする場合、その出力が数ｍＷ〜数１０ｍＷ
であるため、高い変換効率を得る必要上、薄膜導波路型
のＳＨＧ素子が用いられている。尚、このようなＳＨＧ
素子としては、（１） 特開昭６３−４４７８１号公報
、（２） ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．３（１９８９）、（３） 平成
２年 秋季第５１回応用物理学会学術講演予稿集２７
ａ−ｐ−１０等に開示されている。
【０００３】ここで、図４は前記（１） 記載の従来例
を示す。この従来例では、導波路２に非線形媒質の波長
分散による基本波と高調波の屈折率差を相殺するような
屈折率分散手段を設けている。ここで、図中符号１は非
線形媒質からなる基板で、例えばＬｉＮｂＯ３ の単結
晶で直方体形状をしている。この基板１上にＴｉを拡散
して形成される導波路２が基板１の非線形媒質の結晶軸
と同一方向に延長されて形成されている。そして導波路
２の上面には所定のピッチで凸部３が設けられて、屈折
率分布を与える屈折率分散手段である回折格子４が設け
られている。この回折格子４のピッチは、導波路２に入
射される基本波の波長と同一であり、ブラッグ条件を満
足するようになっている。このように、導波路２に非線
形媒質の波長分散による基本波と高調波の屈折率差を相
殺するような屈折率分散手段を設けることにより、位相
整合をとることができる。
を示す。この従来例では、導波路２に非線形媒質の波長
分散による基本波と高調波の屈折率差を相殺するような
屈折率分散手段を設けている。ここで、図中符号１は非
線形媒質からなる基板で、例えばＬｉＮｂＯ３ の単結
晶で直方体形状をしている。この基板１上にＴｉを拡散
して形成される導波路２が基板１の非線形媒質の結晶軸
と同一方向に延長されて形成されている。そして導波路
２の上面には所定のピッチで凸部３が設けられて、屈折
率分布を与える屈折率分散手段である回折格子４が設け
られている。この回折格子４のピッチは、導波路２に入
射される基本波の波長と同一であり、ブラッグ条件を満
足するようになっている。このように、導波路２に非線
形媒質の波長分散による基本波と高調波の屈折率差を相
殺するような屈折率分散手段を設けることにより、位相
整合をとることができる。
【０００４】また、前記（２） 記載の従来例において
は、屈折率分散手段としてドメイン反転周期構造を用い
ており、より高い効率で第２高調波を発生させることが
できる。また、前記（３） 記載の従来例においては、
プロトン交換ＬｉＮｂＯ３ を熱処理することにより、
反転分域を形成している。
は、屈折率分散手段としてドメイン反転周期構造を用い
ており、より高い効率で第２高調波を発生させることが
できる。また、前記（３） 記載の従来例においては、
プロトン交換ＬｉＮｂＯ３ を熱処理することにより、
反転分域を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記各従来
技術では、ＬｉＮｂＯ３ 結晶を用いてこの上に設けた
三次元導波路中にドメイン反転等を利用した屈折率分散
手段を用いて位相整合を行っている。しかし、ＬｉＮｂ
Ｏ３ 結晶は導波路光の強度が高い場合、屈折率が変化
する光損傷が発生しやすく、位相整合が取りにくくなる
欠点を有する。また、キュリー点が比較的高くドメイン
反転等の屈折率分散手段を作りにくいという欠点がある
。
技術では、ＬｉＮｂＯ３ 結晶を用いてこの上に設けた
三次元導波路中にドメイン反転等を利用した屈折率分散
手段を用いて位相整合を行っている。しかし、ＬｉＮｂ
Ｏ３ 結晶は導波路光の強度が高い場合、屈折率が変化
する光損傷が発生しやすく、位相整合が取りにくくなる
欠点を有する。また、キュリー点が比較的高くドメイン
反転等の屈折率分散手段を作りにくいという欠点がある
。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、本発明では、ＬｉＮｂＯ３結晶より光損傷しき
い値が大きいため光損傷が発生しにくく、またキュリー
点がＬｉＮｂＯ３ 結晶より比較的低いためドメイン反
転等の屈折率分散手段が作りやすいＬｉＴａＯ３ 結晶
を用いた導波路型第２高調波発生素子を実現することを
目的とする。
あって、本発明では、ＬｉＮｂＯ３結晶より光損傷しき
い値が大きいため光損傷が発生しにくく、またキュリー
点がＬｉＮｂＯ３ 結晶より比較的低いためドメイン反
転等の屈折率分散手段が作りやすいＬｉＴａＯ３ 結晶
を用いた導波路型第２高調波発生素子を実現することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明では、所定波長を有する基本波レーザ光を非線
形媒質ＬｉＴａＯ３ からなる基板に形成した三次元導
波路内を通過させて高調波レーザ光を発生させる導波路
型第２高調波発生素子において、基本波周波数をωとす
るとき、基本波に対する導波モード光の伝搬定数をβ（
ω）、前記基本波の第２高調波に対する導波モード光の
伝搬定数をβ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）なる関係を満たすような屈折率変化を与える周期Λの
周期構造を持つことを特徴とする。
、本発明では、所定波長を有する基本波レーザ光を非線
形媒質ＬｉＴａＯ３ からなる基板に形成した三次元導
波路内を通過させて高調波レーザ光を発生させる導波路
型第２高調波発生素子において、基本波周波数をωとす
るとき、基本波に対する導波モード光の伝搬定数をβ（
ω）、前記基本波の第２高調波に対する導波モード光の
伝搬定数をβ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）なる関係を満たすような屈折率変化を与える周期Λの
周期構造を持つことを特徴とする。
【０００８】また、上記導波路型第２高調波発生素子に
おいて、基板として−ｃ板を用いて、光の伝搬方向をｚ
軸とし、これに垂直なｘ軸を基板の−ｃ軸方向に合わせ
たとき、基本波に電界方向がｘ軸に平行な偏波、第２高
調波に電界方向がｘ軸に平行な偏波を用いることを特徴
とする。
おいて、基板として−ｃ板を用いて、光の伝搬方向をｚ
軸とし、これに垂直なｘ軸を基板の−ｃ軸方向に合わせ
たとき、基本波に電界方向がｘ軸に平行な偏波、第２高
調波に電界方向がｘ軸に平行な偏波を用いることを特徴
とする。
【０００９】また、上記導波路型第２高調波発生素子に
おいて、基板として−ｃ板を用いて、光の伝搬方向をｚ
軸とし、これに垂直なｘ軸を基板の−ｃ軸方向に合わせ
たとき、基本波に電界方向がｙ軸に平行なｙ方向偏波、
第２高調波に電界方向がｘ軸に平行な偏波を用いること
を特徴とする。
おいて、基板として−ｃ板を用いて、光の伝搬方向をｚ
軸とし、これに垂直なｘ軸を基板の−ｃ軸方向に合わせ
たとき、基本波に電界方向がｙ軸に平行なｙ方向偏波、
第２高調波に電界方向がｘ軸に平行な偏波を用いること
を特徴とする。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図１（ａ），（ｂ）に本発明の一実施例で
ある三次元導波路型ＳＨＧ素子の構造を示す。図中符号
１は非線形媒質ＬｉＴａＯ３ よりなる単結晶基板であ
り、基板方位は−ｃ板である。また、２は単結晶基板１
の層内に形成した三次元導波路（導波層）、３は導波光
の等価屈折率の周期的変化を与える分極反転層である。 このように、本実施例における導波路型ＳＨＧ素子は、
単結晶基板１と、この単結晶基板１に形成された単結晶
基板１よりも高い屈折率を持つ三次元導波路（導波層）
２と、導波光の等価屈折率の周期的変化を与える分極反
転層３で構成されている。
に説明する。図１（ａ），（ｂ）に本発明の一実施例で
ある三次元導波路型ＳＨＧ素子の構造を示す。図中符号
１は非線形媒質ＬｉＴａＯ３ よりなる単結晶基板であ
り、基板方位は−ｃ板である。また、２は単結晶基板１
の層内に形成した三次元導波路（導波層）、３は導波光
の等価屈折率の周期的変化を与える分極反転層である。 このように、本実施例における導波路型ＳＨＧ素子は、
単結晶基板１と、この単結晶基板１に形成された単結晶
基板１よりも高い屈折率を持つ三次元導波路（導波層）
２と、導波光の等価屈折率の周期的変化を与える分極反
転層３で構成されている。
【００１１】ここで、三次元導波路２の基本波周波数を
ω、この基本波に対する導波モ−ド光の伝搬定数をβ（
ω）、前記基本波の第２高調波に対する導波モ−ド光の
伝搬定数をβ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）なる関係を満たすように、三次元導波路２の光伝搬方
向に分極反転層３を形成して屈折率変化の周期Λを設け
ることにより、効率よく波長変換を行うことができる。
ω、この基本波に対する導波モ−ド光の伝搬定数をβ（
ω）、前記基本波の第２高調波に対する導波モ−ド光の
伝搬定数をβ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）なる関係を満たすように、三次元導波路２の光伝搬方
向に分極反転層３を形成して屈折率変化の周期Λを設け
ることにより、効率よく波長変換を行うことができる。
【００１２】前記導波層２は、ＬｉＴａＯ３ よりなる
単結晶基板１表面にＴｉ、Ｃｕ等を約１０００℃程度の
温度で拡散して作成された三次元導波路である（尚、こ
のような三次元導波路に関しては、西原、春名、栖原著
「光集積回路」オ−ム社、等参照）。尚、この三次元導
波路は単一モ−ド導波路が望ましい。基板上に三次元導
波路を作成後、キュリー点付近の温度で切りだしたチッ
プのｃ軸方向に電場を印加し、ポ−リングを行い分極方
向を揃える。さらに三次元導波路上にＴｉを用いて図１
（ａ）に示す基板１の上面の斜線部以外をマスクした後
、安息香酸溶液中で約２５０℃程度の温度でプロトン交
換し、これをＬｉＴａＯ３ のキュリー点（Ｔｃ〜６０
０℃）直下の温度で熱処理することにより、マスクされ
ていない部分に分極反転層３が作成される。また、この
他最初に上記手順で分極反転層を形成した後、三次元導
波路を形成することもできる（前記従来例（３） 参照
）。 尚、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｇ等の約３００〜４００℃付近で拡
散できる金属ではこの方法を取る必要がある（Ｊ．Ｄ．
Ｂｉｅｒｌｅｉｎ，Ａ．Ｆｅｒｒｅｔｔｉ，ａｎｄ Ｍ
．Ｇ．Ｒｏｅｌｏｆｓ”ＫＴｉＰＯ４（ＫＴＰ）：Ａ
Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ＳＰ
ＩＥ Ｖｏｌ．９９４ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉ
ｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｄｅｖｉｃｅ，Ｐａｃｋａｇｉ
ｎｇ，ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ．ＩＩ（１
９８８）、 Ｊ．Ｌ．Ｊａｃｋｅｌ”Ｏｐｔｉｃａｌ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｉｎ ＬｉＴａＯ３：ｓｉｌ
ｖｅｒ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ”
ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．
１２（１９８０）等参照）。これらは、ＬｉＮｂＯ３
のキュリー点（Ｔｃ〜１０００℃）と比較して低い温度
で処理が可能である。この分極反転層３の厚さは、昇温
速度を変化させることにより調整できる。また、分極反
転層３の導波層２の幅方向の長さＬは、導波層２の幅と
必ずしも一致しなくても良い。
単結晶基板１表面にＴｉ、Ｃｕ等を約１０００℃程度の
温度で拡散して作成された三次元導波路である（尚、こ
のような三次元導波路に関しては、西原、春名、栖原著
「光集積回路」オ−ム社、等参照）。尚、この三次元導
波路は単一モ−ド導波路が望ましい。基板上に三次元導
波路を作成後、キュリー点付近の温度で切りだしたチッ
プのｃ軸方向に電場を印加し、ポ−リングを行い分極方
向を揃える。さらに三次元導波路上にＴｉを用いて図１
（ａ）に示す基板１の上面の斜線部以外をマスクした後
、安息香酸溶液中で約２５０℃程度の温度でプロトン交
換し、これをＬｉＴａＯ３ のキュリー点（Ｔｃ〜６０
０℃）直下の温度で熱処理することにより、マスクされ
ていない部分に分極反転層３が作成される。また、この
他最初に上記手順で分極反転層を形成した後、三次元導
波路を形成することもできる（前記従来例（３） 参照
）。 尚、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｇ等の約３００〜４００℃付近で拡
散できる金属ではこの方法を取る必要がある（Ｊ．Ｄ．
Ｂｉｅｒｌｅｉｎ，Ａ．Ｆｅｒｒｅｔｔｉ，ａｎｄ Ｍ
．Ｇ．Ｒｏｅｌｏｆｓ”ＫＴｉＰＯ４（ＫＴＰ）：Ａ
Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ＳＰ
ＩＥ Ｖｏｌ．９９４ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉ
ｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｄｅｖｉｃｅ，Ｐａｃｋａｇｉ
ｎｇ，ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ．ＩＩ（１
９８８）、 Ｊ．Ｌ．Ｊａｃｋｅｌ”Ｏｐｔｉｃａｌ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｉｎ ＬｉＴａＯ３：ｓｉｌ
ｖｅｒ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ”
ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．
１２（１９８０）等参照）。これらは、ＬｉＮｂＯ３
のキュリー点（Ｔｃ〜１０００℃）と比較して低い温度
で処理が可能である。この分極反転層３の厚さは、昇温
速度を変化させることにより調整できる。また、分極反
転層３の導波層２の幅方向の長さＬは、導波層２の幅と
必ずしも一致しなくても良い。
【００１３】次に、図２に本発明の別の実施例を示す。
この実施例は図１の実施例と異なり、三次元導波路２の
形成される部分を避けてプロトン交換を行って作製した
ものである。ただし、領域２と３の間の距離は光のしみ
だしの大きさより小さくなければならない。また、図２
において、領域３が２列になっているが、どちらか１列
のみでもよい。尚、この場合においても上記と同様の効
果が得られる。
形成される部分を避けてプロトン交換を行って作製した
ものである。ただし、領域２と３の間の距離は光のしみ
だしの大きさより小さくなければならない。また、図２
において、領域３が２列になっているが、どちらか１列
のみでもよい。尚、この場合においても上記と同様の効
果が得られる。
【００１４】次に、図３に本発明の別の実施例を示す。
図３において、１はＬｉＴａＯ３ よりなる単結晶基板
であり、基板方位は−ｃ板である。２は単結晶基板層１
上に分極反転層３を形成した後、エッチング処理を行い
リッジ型三次元導波路にしたものである。この場合、三
次元導波層は金属拡散を施しても、施さなくても導波路
が形成される。尚、ＬｉＴａＯ３ は光損傷しきい値が
ＬＩＮｂＯ３ に比べて大きいため、フォトリフラクテ
ィブ効果が小さい。
であり、基板方位は−ｃ板である。２は単結晶基板層１
上に分極反転層３を形成した後、エッチング処理を行い
リッジ型三次元導波路にしたものである。この場合、三
次元導波層は金属拡散を施しても、施さなくても導波路
が形成される。尚、ＬｉＴａＯ３ は光損傷しきい値が
ＬＩＮｂＯ３ に比べて大きいため、フォトリフラクテ
ィブ効果が小さい。
【００１５】さて、上記各実施例において、導波層２は
非線形媒質ＬｉＴａＯ３ であるので、発振波長０．７
８μｍの光源を考えた場合、その三次元光導波路の波長
分散は、波長０．７８μｍの基本波では常光に相当する
電界方向がｙ軸方向を向いているＥｙ００ モードを用
いた場合で２．１５３８、異常光に相当する電界方向が
ｘ軸方向を向いているＥｘ００ モードで２．１５７８
、波長０．３９μｍの第２高調波では、常光に相当する
Ｅｙ００ モードを用いた場合で２．２４１４、異常光
に相当するＥｘ００ モードで２．２８１４である。
非線形媒質ＬｉＴａＯ３ であるので、発振波長０．７
８μｍの光源を考えた場合、その三次元光導波路の波長
分散は、波長０．７８μｍの基本波では常光に相当する
電界方向がｙ軸方向を向いているＥｙ００ モードを用
いた場合で２．１５３８、異常光に相当する電界方向が
ｘ軸方向を向いているＥｘ００ モードで２．１５７８
、波長０．３９μｍの第２高調波では、常光に相当する
Ｅｙ００ モードを用いた場合で２．２４１４、異常光
に相当するＥｘ００ モードで２．２８１４である。
【００１６】また、発振波長１．２μｍの光源を考えた
場合、その三次元光導波路の等価屈折率の波長分散は、
波長１．２μｍの基本波では、常光に相当するＥｙ００
モードを用いた場合で２．１３０５、異常光に相当す
るＥｘ００ モードで２．１３４１、波長０．６μｍの
第２高調波では、常光に相当するＥｙ００ モードを用
いた場合で２．１８３４、異常光に相当するＥｘ００
モードで２．１８７８である。
場合、その三次元光導波路の等価屈折率の波長分散は、
波長１．２μｍの基本波では、常光に相当するＥｙ００
モードを用いた場合で２．１３０５、異常光に相当す
るＥｘ００ モードで２．１３４１、波長０．６μｍの
第２高調波では、常光に相当するＥｙ００ モードを用
いた場合で２．１８３４、異常光に相当するＥｘ００
モードで２．１８７８である。
【００１７】上記三次元光導波路で、基本波に対する等
価屈折率をｎ（ω）、前記基本波の第２高調波に対する
等価屈折率をｎ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）β＝２πｎ／λから、ｍ＝１の場合、 ｎ（２ω）−２ｎ（ω）＝０．４１５／Λの関係を満た
す周期Λμｍの屈折率変化の周期があれば、効率のよい
第２高調波発生が得られる。また、ｍ＝２の場合には、
ｍ＝１のピッチの２倍になる。結晶基板１上の導波層２
上面に形成された分極反転層３はこの役割を果たし、こ
の分極反転層３により上記関係を満たす周期Λの屈折率
変化の周期構造が得られる。さらに、周期的な屈折率変
化あるいは三次元導波路の周期的層厚変化によっても分
極反転層３と同様な第２高調波発生が得られる。
価屈折率をｎ（ω）、前記基本波の第２高調波に対する
等価屈折率をｎ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）β＝２πｎ／λから、ｍ＝１の場合、 ｎ（２ω）−２ｎ（ω）＝０．４１５／Λの関係を満た
す周期Λμｍの屈折率変化の周期があれば、効率のよい
第２高調波発生が得られる。また、ｍ＝２の場合には、
ｍ＝１のピッチの２倍になる。結晶基板１上の導波層２
上面に形成された分極反転層３はこの役割を果たし、こ
の分極反転層３により上記関係を満たす周期Λの屈折率
変化の周期構造が得られる。さらに、周期的な屈折率変
化あるいは三次元導波路の周期的層厚変化によっても分
極反転層３と同様な第２高調波発生が得られる。
【００１８】ここで、波長０．７８μｍの基本波におい
て、基本波に常光に相当するＥｙ００モード、第２高調
波に異常光に相当するＥｘ００ モードを用いた場合、
上記等価屈折率の場合において屈折率変化の周期は約２
．９μｍになる。この場合、非線形定数ｄ３１を用いる
ことになる。また、基本波に異常光に相当するＥｘ００
モード、第２高調波に異常光に相当するＥｘ００ モ
ードを用いた場合、屈折率変化の周期は約３．０μｍと
なる。この場合、非線形定数ｄ３３を用いることになる
。
て、基本波に常光に相当するＥｙ００モード、第２高調
波に異常光に相当するＥｘ００ モードを用いた場合、
上記等価屈折率の場合において屈折率変化の周期は約２
．９μｍになる。この場合、非線形定数ｄ３１を用いる
ことになる。また、基本波に異常光に相当するＥｘ００
モード、第２高調波に異常光に相当するＥｘ００ モ
ードを用いた場合、屈折率変化の周期は約３．０μｍと
なる。この場合、非線形定数ｄ３３を用いることになる
。
【００１９】また、波長１．２μｍの基本波では、基本
波に常光に相当するＥｙ００ モード、第２高調波に異
常光に相当するＥｘ００ モードを用いた場合、上記等
価屈折率の場合において屈折率変化の周期は約７．２μ
ｍになる。この場合は非線形定数ｄ３１を用いることに
なる。また、基本波に異常光に相当するＥｘ００ モー
ド、第２高調波に異常光に相当するＥｘ００ モードを
用いた場合、屈折率変化の周期は約７．７μｍとなる。 この場合は非線形定数ｄ３３を用いることになる。した
がって、前記各実施例のそれぞれの場合において、今回
の方法を用いて三次元光導波路に前述の関係式を満たす
ような屈折率変化を与える周期Λの周期構造を持たせる
ことにより、導波路型第２高調波発生素子を容易に形成
することが可能となる。
波に常光に相当するＥｙ００ モード、第２高調波に異
常光に相当するＥｘ００ モードを用いた場合、上記等
価屈折率の場合において屈折率変化の周期は約７．２μ
ｍになる。この場合は非線形定数ｄ３１を用いることに
なる。また、基本波に異常光に相当するＥｘ００ モー
ド、第２高調波に異常光に相当するＥｘ００ モードを
用いた場合、屈折率変化の周期は約７．７μｍとなる。 この場合は非線形定数ｄ３３を用いることになる。した
がって、前記各実施例のそれぞれの場合において、今回
の方法を用いて三次元光導波路に前述の関係式を満たす
ような屈折率変化を与える周期Λの周期構造を持たせる
ことにより、導波路型第２高調波発生素子を容易に形成
することが可能となる。
【００２０】
【発明の作用効果】以上説明したように、本発明の導波
路型第２高調波発生素子においては、ＬｉＮｂＯ３ 結
晶より光損傷しきい値が大きいため光損傷が発生しにく
く、またキュリー点がＬｉＮｂＯ３ 結晶より比較的低
いためドメイン反転等の屈折率分散手段が作りやすいＬ
ｉＴａＯ３ 結晶を用いたことにより、ＬｉＮｂＯ３
結晶を用いたものに比べて分極反転を形成する温度が低
くてすみ、導波路型第２高調波発生素子の作製、コント
ロ−ルが容易にでき、コストダウンを図ることができる
。さらに、本発明の導波路型第２高調波発生素子におい
ては、ＬｉＴａＯ３ 結晶を用いたことにより、光損傷
しきい値が大きいためフォトリフラクティブ効果が小さ
いため、許容入力パワ−がより大きくとれ、第２高調波
の発生効率が高くとれる。
路型第２高調波発生素子においては、ＬｉＮｂＯ３ 結
晶より光損傷しきい値が大きいため光損傷が発生しにく
く、またキュリー点がＬｉＮｂＯ３ 結晶より比較的低
いためドメイン反転等の屈折率分散手段が作りやすいＬ
ｉＴａＯ３ 結晶を用いたことにより、ＬｉＮｂＯ３
結晶を用いたものに比べて分極反転を形成する温度が低
くてすみ、導波路型第２高調波発生素子の作製、コント
ロ−ルが容易にでき、コストダウンを図ることができる
。さらに、本発明の導波路型第２高調波発生素子におい
ては、ＬｉＴａＯ３ 結晶を用いたことにより、光損傷
しきい値が大きいためフォトリフラクティブ効果が小さ
いため、許容入力パワ−がより大きくとれ、第２高調波
の発生効率が高くとれる。
【図１】本発明の一実施例を示す導波路型第２高調波発
生素子の概略構成図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は断面図である。
生素子の概略構成図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は断面図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す導波路型第２高調波
発生素子の概略構成を示す斜視図である。
発生素子の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例を示す導波路型第２
高調波発生素子の概略構成を示す斜視図である。
高調波発生素子の概略構成を示す斜視図である。
【図４】従来技術の一例を示す導波路型第２高調波発生
素子の概略構成を示す斜視図である。
素子の概略構成を示す斜視図である。
１ 基板
２ 三次元導波路（導波層）
３ 分極反転層
Claims (3)
- 【請求項１】所定波長を有する基本波レーザ光を非線形
媒質ＬｉＴａＯ３からなる基板に形成した三次元導波路
内を通過させて高調波レーザ光を発生させる導波路型第
２高調波発生素子において、基本波周波数をωとすると
き、基本波に対する導波モード光の伝搬定数をβ（ω）
、前記基本波の第２高調波に対する導波モード光の伝搬
定数をβ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２ｍπ／Λ （ｍ；自然数
）なる関係を満たすような屈折率変化を与える周期Λの
周期構造を持つことを特徴とする導波路型第２高調波発
生素子。 - 【請求項２】請求項１記載の導波路型第２高調波発生素
子において、基板として−ｃ板を用いて、光の伝搬方向
をｚ軸とし、これに垂直なｘ軸を基板の−ｃ軸方向に合
わせたとき、基本波に電界方向がｘ軸に平行な偏波、第
２高調波に電界方向がｘ軸に平行な偏波を用いたことを
特徴とする導波路型第２高調波発生素子。 - 【請求項３】請求項１記載の導波路型第２高調波発生素
子において、基板として−ｃ板を用いて、光の伝搬方向
をｚ軸とし、これに垂直なｘ軸を基板の−ｃ軸方向に合
わせたとき、基本波に電界方向がｙ軸に平行なｙ方向偏
波、第２高調波に電界方向がｘ軸に平行な偏波を用いた
ことを特徴とする導波路型第２高調波発生素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3114805A JPH04229841A (ja) | 1990-12-07 | 1991-05-20 | 導波路型第２高調波発生素子 |
| US07/876,042 US5333231A (en) | 1991-05-02 | 1992-04-30 | Wavelength conversion element |
| US08/230,243 US5481636A (en) | 1991-05-02 | 1994-04-20 | Wavelength conversion element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40737990 | 1990-12-07 | ||
| JP2-407379 | 1990-12-07 | ||
| JP3114805A JPH04229841A (ja) | 1990-12-07 | 1991-05-20 | 導波路型第２高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229841A true JPH04229841A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=26453469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3114805A Pending JPH04229841A (ja) | 1990-12-07 | 1991-05-20 | 導波路型第２高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04229841A (ja) |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP3114805A patent/JPH04229841A/ja active Pending
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