JPH04246624A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JPH04246624A JPH04246624A JP3011851A JP1185191A JPH04246624A JP H04246624 A JPH04246624 A JP H04246624A JP 3011851 A JP3011851 A JP 3011851A JP 1185191 A JP1185191 A JP 1185191A JP H04246624 A JPH04246624 A JP H04246624A
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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
-
- 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
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- 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
-
- 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
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- 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]
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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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。
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、半導体レーザなどから
発生されたレーザ光を基本波として、その第２高調波を
変換光として取り出すための波長変換素子に関するもの
である。
発生されたレーザ光を基本波として、その第２高調波を
変換光として取り出すための波長変換素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光を基本波とし、その第２高調波
を変換光として取り出すようにして波長を１／２に変換
する波長変換素子が従来から知られている。このような
波長変換素子は、基本波と第２高調波とが位相整合する
ように単結晶を加工して作製したバルク結晶型のものと
、光ファイバ型やチャネル型などのような導波路型のも
のとに大別される。
を変換光として取り出すようにして波長を１／２に変換
する波長変換素子が従来から知られている。このような
波長変換素子は、基本波と第２高調波とが位相整合する
ように単結晶を加工して作製したバルク結晶型のものと
、光ファイバ型やチャネル型などのような導波路型のも
のとに大別される。
【０００３】このうち、バルク結晶型波長変換素子は、
レーザ光を素子に入射させることが容易であり、また発
生する第２高調波のビームパターンが入射レーザ光と同
一であるため、導波路型素子に比較して取扱が非常に容
易である。バルク結晶型素子についてさらに詳述する。 図２に示すような結晶長Ｌのバルク結晶型素子１の一端
面２から角振動数ωの基本波を入射させると、発生する
第２高調波（角振動数２ω）の電場Ｅ２ｗは、
レーザ光を素子に入射させることが容易であり、また発
生する第２高調波のビームパターンが入射レーザ光と同
一であるため、導波路型素子に比較して取扱が非常に容
易である。バルク結晶型素子についてさらに詳述する。 図２に示すような結晶長Ｌのバルク結晶型素子１の一端
面２から角振動数ωの基本波を入射させると、発生する
第２高調波（角振動数２ω）の電場Ｅ２ｗは、
【０００
４】
４】
【数１】
【０００５】で与えられる。ただし、ｚは基本波の入射
方向にとった一次元座標である。また、ｄは２次の非線
形光学定数であり、Δｋは、
方向にとった一次元座標である。また、ｄは２次の非線
形光学定数であり、Δｋは、
【０００６】
【数２】
【０００７】ｋｗ …基本波の波数
ｋ２ｗ…第２高調波の波数
ｎｗ …基本波に対する結晶の屈折率
ｎ２ｗ…第２高調波に対する結晶の屈折率λ …基本
波の波長 で与えられる。上記第（１） 式および第（２） 式か
ら、
波の波長 で与えられる。上記第（１） 式および第（２） 式か
ら、
【０００８】
【数３】
【０００９】となるから、第２高調波の強度Ｐ２ｗは、
【００１０】
【数４】
【００１１】（ただし、Ｅ２ｗ＊ はＥ２ｗの複素共役
である。）で与えられる。ここで、Δｋ≠０の場合、す
なわち第（２） 式から、 ｎ２ｗ≠ｎｗ
・・・・ （５） の場合には、第２
高調波の強度Ｐ２ｗは、座標位置ｚに応じて、図３にお
いて曲線Ａ１で示すように、周期的に変動する。その１
／２周期である下記第（６） 式で示されるＬｃがコヒ
ーレンス長と定義される。
である。）で与えられる。ここで、Δｋ≠０の場合、す
なわち第（２） 式から、 ｎ２ｗ≠ｎｗ
・・・・ （５） の場合には、第２
高調波の強度Ｐ２ｗは、座標位置ｚに応じて、図３にお
いて曲線Ａ１で示すように、周期的に変動する。その１
／２周期である下記第（６） 式で示されるＬｃがコヒ
ーレンス長と定義される。
【００１２】
【数５】
【００１３】一方、Δｋ＝０のとき、すなわち第（２）
式から、 ｎ２ｗ＝ｎｗ
・・・・ （７） のときには、第２
高調波の強度Ｐ２ｗは、第（４） 式により、 Ｐ２ｗ∝ｄ２ Ｌ２
・・・・ （８） となり、図３におい
て曲線Ａ２で示すように、結晶長Ｌの２乗に比例して増
大する。これが位相整合と呼ばれるもので、このときに
発生する第２高調波の強度Ｐ２ｗは、
式から、 ｎ２ｗ＝ｎｗ
・・・・ （７） のときには、第２
高調波の強度Ｐ２ｗは、第（４） 式により、 Ｐ２ｗ∝ｄ２ Ｌ２
・・・・ （８） となり、図３におい
て曲線Ａ２で示すように、結晶長Ｌの２乗に比例して増
大する。これが位相整合と呼ばれるもので、このときに
発生する第２高調波の強度Ｐ２ｗは、
【００１４】
【数６】
【００１５】ただし、μ０ は真空の透磁率ε０ は真
空の誘電率 Ｐｗ は基本波の強度 ｗ０ は基本波のビーム半径 で与えられる。
空の誘電率 Ｐｗ は基本波の強度 ｗ０ は基本波のビーム半径 で与えられる。
【００１６】上記の位相整合を実現するために、バルク
結晶型波長変換素子では、結晶の光学的異方性（方位に
よって屈折率が異なる性質）を利用し、結晶を或る方位
にカッティングして用いるようにしている。ところが、
このようにバルク結晶型素子では結晶の光学的異方性を
利用して位相整合を達成しているため、２次の非線形光
学定数ｄには、非線形光学テンソルの非対角成分ｄｉｊ
（ｉ≠ｊ）しか利用することができず、変換効率が低い
という問題がある。すなわち、一般に非線形光学テンソ
ルの最大成分は対角成分ｄｉｉであることが多いが、こ
の対角成分ｄｉｉは利用することができない。しかも、
位相整合状態では非対角成分ｄｉｊも完全には利用する
ことができないので、変換効率が高くならないのである
。
結晶型波長変換素子では、結晶の光学的異方性（方位に
よって屈折率が異なる性質）を利用し、結晶を或る方位
にカッティングして用いるようにしている。ところが、
このようにバルク結晶型素子では結晶の光学的異方性を
利用して位相整合を達成しているため、２次の非線形光
学定数ｄには、非線形光学テンソルの非対角成分ｄｉｊ
（ｉ≠ｊ）しか利用することができず、変換効率が低い
という問題がある。すなわち、一般に非線形光学テンソ
ルの最大成分は対角成分ｄｉｉであることが多いが、こ
の対角成分ｄｉｉは利用することができない。しかも、
位相整合状態では非対角成分ｄｉｊも完全には利用する
ことができないので、変換効率が高くならないのである
。
【００１７】一方、非線形光学テンソルの対角成分ｄｉ
ｉをバルク結晶型素子で利用可能とした構成として、図
４に示すようなドメイン反転型素子が知られている。す
なわち、非線形光学定数ｄの向き（参照符号Ｐで示す。 ）を交互に反転させたドメイン１１を積層させ、各ドメ
イン１１の層厚をコヒーレンス長Ｌｃの奇数倍のｍＬｃ
（ｍは奇数）としている。
ｉをバルク結晶型素子で利用可能とした構成として、図
４に示すようなドメイン反転型素子が知られている。す
なわち、非線形光学定数ｄの向き（参照符号Ｐで示す。 ）を交互に反転させたドメイン１１を積層させ、各ドメ
イン１１の層厚をコヒーレンス長Ｌｃの奇数倍のｍＬｃ
（ｍは奇数）としている。
【００１８】上記のように、ｎ２ｗ≠ｎｗ となって位
相整合が実現されていない状態では、第２高調波の強度
Ｐ２ｗは周期的に変動するが、これは、たとえば基本波
の入射方向にとった座標位置ｚで発生した第２高調波の
電場Ｅ２ｗ（ｚ）と位置（ｚ＋Ｌｃ）で発生した第２高
調波の電場Ｅ２ｗ（ｚ＋Ｌｃ）との位相がπだけ異なっ
ており、電場Ｅ２ｗが打ち消し合うためである（全部打
ち消し合うのが、座標位置ｚ＝２Ｌｃ，４Ｌｃ，６Ｌｃ
，・・・・の位置）。
相整合が実現されていない状態では、第２高調波の強度
Ｐ２ｗは周期的に変動するが、これは、たとえば基本波
の入射方向にとった座標位置ｚで発生した第２高調波の
電場Ｅ２ｗ（ｚ）と位置（ｚ＋Ｌｃ）で発生した第２高
調波の電場Ｅ２ｗ（ｚ＋Ｌｃ）との位相がπだけ異なっ
ており、電場Ｅ２ｗが打ち消し合うためである（全部打
ち消し合うのが、座標位置ｚ＝２Ｌｃ，４Ｌｃ，６Ｌｃ
，・・・・の位置）。
【００１９】このとき、たとえば区間［ｚ＋Ｌｃ，ｚ＋
２Ｌｃ］で発生する第２高調波の電場Ｅ２ｗの位相をπ
だけ反転させると、電場Ｅ２ｗ（ｚ）とＥ２ｗ（ｚ＋Ｌ
ｃ）との打ち消しが起こらず、第２高調波の強度Ｐ２ｗ
も増大していくことになる。電場Ｅ２ｗの位相をπだけ
反転させるためには、非線形光学定数ｄの符号を反転さ
せればよく、結局、図４に示されるように、コヒーレン
ス長Ｌｃの奇数倍の層厚のドメイン１１を非線形光学定
数ｄの向きを交互に反転させて積層すればよいことにな
る。
２Ｌｃ］で発生する第２高調波の電場Ｅ２ｗの位相をπ
だけ反転させると、電場Ｅ２ｗ（ｚ）とＥ２ｗ（ｚ＋Ｌ
ｃ）との打ち消しが起こらず、第２高調波の強度Ｐ２ｗ
も増大していくことになる。電場Ｅ２ｗの位相をπだけ
反転させるためには、非線形光学定数ｄの符号を反転さ
せればよく、結局、図４に示されるように、コヒーレン
ス長Ｌｃの奇数倍の層厚のドメイン１１を非線形光学定
数ｄの向きを交互に反転させて積層すればよいことにな
る。
【００２０】素子長Ｌのドメイン反転型素子において発
生する電場Ｅ２ｗは、
生する電場Ｅ２ｗは、
【００２１】
【数７】
【００２２】とすると、
【００２３】
【数８】
【００２４】と表される。ここで、上記第（２） 式お
よび第（６） 式から、 Ｌｃ＝π／Δｋ
・・・・ （１２） であり、またｍが奇数であ
ることを考慮すると、
よび第（６） 式から、 Ｌｃ＝π／Δｋ
・・・・ （１２） であり、またｍが奇数であ
ることを考慮すると、
【００２５】
【数９】
【００２６】となる。さらに、上記第（１０）式および
第（１２）式を用いると、
第（１２）式を用いると、
【００２７】
【数１０】
【００２８】となる。これより、第２高調波の強度Ｐ２
ｗは、
ｗは、
【００２９】
【数１１】
【００３０】で与えられることになる。この第（１５）
式と上記第（８）式とを比較すると、
式と上記第（８）式とを比較すると、
【００３１】
【数１２】
【００３２】と置き換えただけで全く一致することが理
解される。すなわち、図４のようなドメイン反転型素子
では、上記第（７） 式で表される位相整合条件を満
足しなくても、位相整合条件を満足したバルク結晶型素
子と同様に第２高調波を発生させることができる。この
ことは、一般に、疑似位相整合と呼ばれており、結晶の
光学的異方性を利用していないので、２次の非線形光学
テンソルの対角成分ｄｉｉを利用して、高効率の波長変
換が実現できる。下記第（１７）式に、ドメイン反転型
素子における第２高調波の強度Ｐ２ｗを示す。
解される。すなわち、図４のようなドメイン反転型素子
では、上記第（７） 式で表される位相整合条件を満
足しなくても、位相整合条件を満足したバルク結晶型素
子と同様に第２高調波を発生させることができる。この
ことは、一般に、疑似位相整合と呼ばれており、結晶の
光学的異方性を利用していないので、２次の非線形光学
テンソルの対角成分ｄｉｉを利用して、高効率の波長変
換が実現できる。下記第（１７）式に、ドメイン反転型
素子における第２高調波の強度Ｐ２ｗを示す。
【００３３】
【数１３】
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な素子では、ドメイン１１の層厚をあまり厚くすると第
２高調波の減衰が大きくなって変換効率を高めることが
できないので、ドメイン１１の層厚は一般に数μｍ程度
にする必要がある。しかし、このような薄膜を作製し、
かつ非線形光学定数ｄの向きを反転させて積層すること
は非常に困難である。このため、ドメイン反転型のバル
ク結晶素子が作製された例は現在に至るまでわずか数例
しか知られておらず、また、いずれも積層数が数層〜２
０層程度であるため高い変換効率が得られていない。し
たがって、結果として、２次の非線形光学テンソルの対
角成分ｄｉｉを利用した波長変換素子は実用化されてい
ない。このように、変換効率の高いバルク状の波長変換
素子の実現は困難であった。
な素子では、ドメイン１１の層厚をあまり厚くすると第
２高調波の減衰が大きくなって変換効率を高めることが
できないので、ドメイン１１の層厚は一般に数μｍ程度
にする必要がある。しかし、このような薄膜を作製し、
かつ非線形光学定数ｄの向きを反転させて積層すること
は非常に困難である。このため、ドメイン反転型のバル
ク結晶素子が作製された例は現在に至るまでわずか数例
しか知られておらず、また、いずれも積層数が数層〜２
０層程度であるため高い変換効率が得られていない。し
たがって、結果として、２次の非線形光学テンソルの対
角成分ｄｉｉを利用した波長変換素子は実用化されてい
ない。このように、変換効率の高いバルク状の波長変換
素子の実現は困難であった。
【００３５】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、変換効率を格段に向上することができ、し
かも作製が容易な波長変換素子を提供することである。
題を解決し、変換効率を格段に向上することができ、し
かも作製が容易な波長変換素子を提供することである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の波長変換素子は、図１に示されているよう
に、２次の非線形光学効果を有する物質を含む非線形媒
質層２１と、２次の非線形光学効果を有する物質を含ま
ない線形媒質層２２とを交互に積層し、非線形媒質層２
１および線形媒質層２２に交差する方向２３に基本波（
角振動数ω）を入射させ、この基本波の第２高調波（角
振動数２ω）を発生させるようにしたものである。 非線形媒質層２１および線形媒質層２２の各層厚は、そ
れぞれコヒーレンス長Ｌｃの奇数倍に選ばれている。
めの本発明の波長変換素子は、図１に示されているよう
に、２次の非線形光学効果を有する物質を含む非線形媒
質層２１と、２次の非線形光学効果を有する物質を含ま
ない線形媒質層２２とを交互に積層し、非線形媒質層２
１および線形媒質層２２に交差する方向２３に基本波（
角振動数ω）を入射させ、この基本波の第２高調波（角
振動数２ω）を発生させるようにしたものである。 非線形媒質層２１および線形媒質層２２の各層厚は、そ
れぞれコヒーレンス長Ｌｃの奇数倍に選ばれている。
【００３７】非線形媒質層２１と線形媒質層２２とは基
本波および第２高調波に対する各屈折率がそれぞれ等し
くなっていることが好ましい。また複数の非線形媒質層
２１は、非線形光学定数ｄの向き（参照符号Ｐで示す。 ）が一定方向に整列させられていることが好ましい。２
次の非線形光学効果を有する物質を含まない線形媒質層
２２は、たとえば光学ガラスや透明高分子材料で構成さ
れ得る。
本波および第２高調波に対する各屈折率がそれぞれ等し
くなっていることが好ましい。また複数の非線形媒質層
２１は、非線形光学定数ｄの向き（参照符号Ｐで示す。 ）が一定方向に整列させられていることが好ましい。２
次の非線形光学効果を有する物質を含まない線形媒質層
２２は、たとえば光学ガラスや透明高分子材料で構成さ
れ得る。
【００３８】
【作用】たとえば、複数の非線形媒質層２１の各層厚が
ｍ１ Ｌｃでいずれも等しく、複数の線形媒質層２２の
各層厚がｍ２ Ｌｃであっていずれも等しい場合につい
て考察する。なお、ｍ１ ，ｍ２ はいずれも奇数であ
り、Ｌｃは上記第（６） 式で表されるコヒーレンス長
である。素子長Ｌが、Ｎを自然数として、 Ｎ（ｍ１ Ｌｃ＋ｍ２ Ｌｃ）＝Ｌ
・・
・・ （１８） で与えられるとすると、発生する第２
高調波の電場Ｅ２ｗは、
ｍ１ Ｌｃでいずれも等しく、複数の線形媒質層２２の
各層厚がｍ２ Ｌｃであっていずれも等しい場合につい
て考察する。なお、ｍ１ ，ｍ２ はいずれも奇数であ
り、Ｌｃは上記第（６） 式で表されるコヒーレンス長
である。素子長Ｌが、Ｎを自然数として、 Ｎ（ｍ１ Ｌｃ＋ｍ２ Ｌｃ）＝Ｌ
・・
・・ （１８） で与えられるとすると、発生する第２
高調波の電場Ｅ２ｗは、
【００３９】
【数１４】
【００４０】となる。ここで、上記第（１２）式および
第（１８）式、ならびに、 ｍ１ ＋ｍ２ ＝（偶数）
・・・・ （２０） であることから、
第（１８）式、ならびに、 ｍ１ ＋ｍ２ ＝（偶数）
・・・・ （２０） であることから、
【００４１】
【数１５】
【００４２】となり、第２高調波の強度Ｐ２ｗは、
【０
０４３】
０４３】
【数１６】
【００４４】となる。この第（２２）式と上記第（８）
式とを比較すると、
式とを比較すると、
【００４５】
【数１７】
【００４６】と置き換えるだけで全く一致する。すなわ
ち、上述のドメイン反転型素子の場合と同様に、疑似位
相整合が実現されることが理解される。上記の構成の波
長変換素子における第２高調波の強度Ｐ２ｗは下記第（
２４）式で与えられる。
ち、上述のドメイン反転型素子の場合と同様に、疑似位
相整合が実現されることが理解される。上記の構成の波
長変換素子における第２高調波の強度Ｐ２ｗは下記第（
２４）式で与えられる。
【００４７】
【数１８】
【００４８】この第２高調波の強度Ｐ２ｗは、図４に示
されたドメイン反転型素子における第２高調波の強度Ｐ
２ｗ（第（１７）式参照）に比較して、幾分小さい値と
なっている。しかし、非線形光学テンソルの対角成分ｄ
ｉｉを利用しつつ位相整合が可能であるので、従来のバ
ルク結晶型素子よりも格段に高い変換効率を達成するこ
とができる。
されたドメイン反転型素子における第２高調波の強度Ｐ
２ｗ（第（１７）式参照）に比較して、幾分小さい値と
なっている。しかし、非線形光学テンソルの対角成分ｄ
ｉｉを利用しつつ位相整合が可能であるので、従来のバ
ルク結晶型素子よりも格段に高い変換効率を達成するこ
とができる。
【００４９】上記第（９） 式および第（２４）式の比
較から、同一の材料で同一の非対角成分ｄｉｊを用いる
限りにおいては、本件発明の波長変換素子とバルク結晶
型素子との変換効率は、同程度であるか、あるいはバル
ク結晶型素子の方が良い場合もあると考えられる。しか
し、本発明では、対角成分ｄｉｉ成分を用いることがで
き、この対角成分ｄｉｉを利用することによって従来の
バルク結晶型素子よりも格段に優れた変換効率を達成す
ることができる。
較から、同一の材料で同一の非対角成分ｄｉｊを用いる
限りにおいては、本件発明の波長変換素子とバルク結晶
型素子との変換効率は、同程度であるか、あるいはバル
ク結晶型素子の方が良い場合もあると考えられる。しか
し、本発明では、対角成分ｄｉｉ成分を用いることがで
き、この対角成分ｄｉｉを利用することによって従来の
バルク結晶型素子よりも格段に優れた変換効率を達成す
ることができる。
【００５０】変換効率の比は、ｍ１ ＝ｍ２ ＝１とし
たとき、
たとき、
【００５１】
【数１９】
【００５２】で与えられる。そこで、たとえば、ｄ（本
発明）に２−メチル−４−ニトロアニリンの２次の非線
形光学テンソルの対角成分ｄ１１の値２４０ｐｍ／Ｖを
代入し、さらにｄ（バルク型素子）に、ＫＤＰ（リン酸
二水素カリウム）の２次の非線形光学定数テンソルの非
対角成分ｄ３１の値０．５ｐｍ／Ｖを代入すると、変換
効率の比は、
発明）に２−メチル−４−ニトロアニリンの２次の非線
形光学テンソルの対角成分ｄ１１の値２４０ｐｍ／Ｖを
代入し、さらにｄ（バルク型素子）に、ＫＤＰ（リン酸
二水素カリウム）の２次の非線形光学定数テンソルの非
対角成分ｄ３１の値０．５ｐｍ／Ｖを代入すると、変換
効率の比は、
【００５３】
【数２０】
【００５４】となり、本発明の波長変換素子によれば、
従来のバルク結晶型素子よりも格段に変換効率を向上し
たバルク状の波長変換素子の作製が可能となる。しかも
、ドメイン反転型素子のように非線形光学定数の向きを
反転させて非線形媒質の薄膜を積層する必要がないので
、作製が非常に容易である。なお、非線形媒質層２１と
線形媒質層２２との屈折率を等しくしておけば、界面で
の光の反射が生じないので、基本波および第２高調波の
減衰を生じさせることなく、良好に波長変換を行わせる
ことができる。
従来のバルク結晶型素子よりも格段に変換効率を向上し
たバルク状の波長変換素子の作製が可能となる。しかも
、ドメイン反転型素子のように非線形光学定数の向きを
反転させて非線形媒質の薄膜を積層する必要がないので
、作製が非常に容易である。なお、非線形媒質層２１と
線形媒質層２２との屈折率を等しくしておけば、界面で
の光の反射が生じないので、基本波および第２高調波の
減衰を生じさせることなく、良好に波長変換を行わせる
ことができる。
【００５５】また、複数の非線形媒質層２１における非
線形光学定数ｄの方向を一定方向に整列させるのは、非
線形光学定数の方向を異ならせると、屈折率が変化して
、基本波および第２高調波の減衰が生じるからである。 なお、上記の説明は、複数の非線形媒質層２１の各層厚
がいずれも等しく、また複数の線形媒質層２２の各層厚
がいずれも等しい場合を想定して行ったが、複数の非線
形媒質層２１および複数の線形媒質層２２の各層厚は、
コヒーレンス長の奇数倍でありさえすれば、それぞれ相
互に異なっていてもよい。ただし、変換効率が最大とな
るのは、非線形媒質層２１および非線形媒質層２２の各
層厚を全てコヒーレンス長Ｌｃに等しくした場合である
。
線形光学定数ｄの方向を一定方向に整列させるのは、非
線形光学定数の方向を異ならせると、屈折率が変化して
、基本波および第２高調波の減衰が生じるからである。 なお、上記の説明は、複数の非線形媒質層２１の各層厚
がいずれも等しく、また複数の線形媒質層２２の各層厚
がいずれも等しい場合を想定して行ったが、複数の非線
形媒質層２１および複数の線形媒質層２２の各層厚は、
コヒーレンス長の奇数倍でありさえすれば、それぞれ相
互に異なっていてもよい。ただし、変換効率が最大とな
るのは、非線形媒質層２１および非線形媒質層２２の各
層厚を全てコヒーレンス長Ｌｃに等しくした場合である
。
【００５６】
【実施例】〔実施例１〕波長１．３０μｍの光に対する
屈折率が１．７３であり、波長０．６５０μｍの光に対
する屈折率が１．９８である厚さ１．３μｍのガラス板
を、厚さ１．３μｍのスペーサを介して１００枚重ねた
。この後、ガラス板の間のギャップに、２−メチル−４
−ニトロアニリンの融液を吸い上げ、ブリッジマン法に
よって、この材料の単結晶を上記ギャップ間に成長させ
て、上記の図１のような構成の素子を作製した。
屈折率が１．７３であり、波長０．６５０μｍの光に対
する屈折率が１．９８である厚さ１．３μｍのガラス板
を、厚さ１．３μｍのスペーサを介して１００枚重ねた
。この後、ガラス板の間のギャップに、２−メチル−４
−ニトロアニリンの融液を吸い上げ、ブリッジマン法に
よって、この材料の単結晶を上記ギャップ間に成長させ
て、上記の図１のような構成の素子を作製した。
【００５７】この素子に、ガラス板に垂直な方向から、
波長１．３０μｍの半導体レーザ光を、出力１００ｍＷ
、ビーム半径１０μｍで入射させたところ、ｄ１１＝１
６０ｐｍ／Ｖを利用した波長変換により、１４μＷの波
長０．６５０μｍの第２高調波が発生した。 〔実施例２〕波長０．８８４μｍの光に対する屈折率が
１．７８であり、波長０．４４２μｍの光に対する屈折
率が１．８３である厚さ４．４μｍのガラス板を、厚さ
４．４μｍのスペーサを介して１００枚重ねた。この後
、ガラス板の間のギャップに３，５−ジメチル−１−（
４−ニトロフェニル）ピラゾールの融液を吸い上げ、ブ
リッジマン法によって、この材料の単結晶を上記ギャッ
プ間に成長させて、上記の図１のような構成の素子を作
製した。
波長１．３０μｍの半導体レーザ光を、出力１００ｍＷ
、ビーム半径１０μｍで入射させたところ、ｄ１１＝１
６０ｐｍ／Ｖを利用した波長変換により、１４μＷの波
長０．６５０μｍの第２高調波が発生した。 〔実施例２〕波長０．８８４μｍの光に対する屈折率が
１．７８であり、波長０．４４２μｍの光に対する屈折
率が１．８３である厚さ４．４μｍのガラス板を、厚さ
４．４μｍのスペーサを介して１００枚重ねた。この後
、ガラス板の間のギャップに３，５−ジメチル−１−（
４−ニトロフェニル）ピラゾールの融液を吸い上げ、ブ
リッジマン法によって、この材料の単結晶を上記ギャッ
プ間に成長させて、上記の図１のような構成の素子を作
製した。
【００５８】この素子に、ガラス板に垂直な方向から、
波長０．８８４μｍの半導体レーザ光を、出力１００ｍ
Ｗ、ビーム半径１０μｍで入射させたところ、ｄ３２＝
９０ｐｍ／Ｖを利用した波長変換により、１００μＷの
波長０．４４２μｍの第２高調波が発生した。
波長０．８８４μｍの半導体レーザ光を、出力１００ｍ
Ｗ、ビーム半径１０μｍで入射させたところ、ｄ３２＝
９０ｐｍ／Ｖを利用した波長変換により、１００μＷの
波長０．４４２μｍの第２高調波が発生した。
【００５９】
【発明の効果】以上のように本発明の波長変換素子によ
れば、２次の非線形光学テンソルの対角成分を利用しつ
つ位相整合を達成して、第２高調波を発生させることが
できる。また、２次の非線形光学テンソルの非対角成分
ｄｉｊ（ｉ≠ｊ）を利用する場合でも、位相整合を実現
するために結晶をカッティングする必要がないので、非
対角成分ｄｉｊを有効に利用することができる。これに
より、従来のバルク結晶型素子に比較して格段に変換効
率の高いバルク状の波長変換素子が実現される。しかも
、非線形光学定数の向きを反転させつつ薄膜を積層させ
て作製する必要があるドメイン反転型素子の場合のよう
に作製が困難となることもない。
れば、２次の非線形光学テンソルの対角成分を利用しつ
つ位相整合を達成して、第２高調波を発生させることが
できる。また、２次の非線形光学テンソルの非対角成分
ｄｉｊ（ｉ≠ｊ）を利用する場合でも、位相整合を実現
するために結晶をカッティングする必要がないので、非
対角成分ｄｉｊを有効に利用することができる。これに
より、従来のバルク結晶型素子に比較して格段に変換効
率の高いバルク状の波長変換素子が実現される。しかも
、非線形光学定数の向きを反転させつつ薄膜を積層させ
て作製する必要があるドメイン反転型素子の場合のよう
に作製が困難となることもない。
【図１】本発明の波長変換素子の基本的な構成を示す概
念図である。
念図である。
【図２】バルク結晶型波長変換素子の基本的な構成を示
す概念図である。
す概念図である。
【図３】座標位置と第２高調波の強度との関係を示す図
である。
である。
【図４】ドメイン反転型素子の基本的な構成を示す概念
図である。
図である。
２１ 非線形媒質層
２２ 線形媒質層
Claims (3)
- 【請求項１】コヒーレンス長の奇数倍の層厚を有し２次
の非線形光学効果を有する物質を含む非線形媒質層と、
コヒーレンス長の奇数倍の層厚を有し２次の非線形光学
効果を有する物質を含まない線形媒質層とを交互に積層
し、上記非線形媒質層および線形媒質層に交差する方向
に基本波を入射させて、この基本波の第２高調波を発生
させるようにしたことを特徴とする波長変換素子。 - 【請求項２】上記非線形媒質層と線形媒質層とは、基本
波および第２高調波に対する各屈折率がそれぞれ等しく
設定されていることを特徴とする請求項１記載の波長変
換素子。 - 【請求項３】複数の非線形媒質層は、それぞれの２次の
非線形光学定数の向きが一定の方向に整列させられてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の波長変換素
子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011851A JPH04246624A (ja) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | 波長変換素子 |
| US07/828,693 US5241413A (en) | 1991-02-01 | 1992-01-31 | Wavelength converter |
| EP19920101633 EP0497375A3 (en) | 1991-02-01 | 1992-01-31 | Wavelength converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011851A JPH04246624A (ja) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | 波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04246624A true JPH04246624A (ja) | 1992-09-02 |
Family
ID=11789227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3011851A Pending JPH04246624A (ja) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | 波長変換素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5241413A (ja) |
| EP (1) | EP0497375A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04246624A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5345456A (en) * | 1993-03-11 | 1994-09-06 | National Research Council Of Canada | Spatially addressable surface emission sum frequency device |
| US5400172A (en) * | 1993-03-18 | 1995-03-21 | Hoechst Celanese Corp. | Multi-layer optical elements formed from free standing films and method of making same |
| US5355247A (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-11 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Method using a monolithic crystalline material for producing radiation by quasi-phase-matching, diffusion bonded monolithic crystalline material for quasi-phase-matching, and method for fabricating same |
| FR2704953B1 (fr) * | 1993-05-03 | 1995-06-23 | Thomson Csf | Reseau optique non-lineaire et procede de realisation. |
| US5901162A (en) * | 1996-04-15 | 1999-05-04 | National Research Council Of Canada | Hybrid, saturable reflector for mode-locking lasers |
| US5787102A (en) * | 1996-11-20 | 1998-07-28 | Lightwave Electronics Corporation | Light generating device and method using a periodically structured non-linear material and orthogonal optical interaction |
| US6867902B2 (en) * | 2001-05-01 | 2005-03-15 | Pirelli Cavi E Sistemi S.P.A. | Parametric device for wavelength conversion |
| GB0123740D0 (en) * | 2001-10-03 | 2001-11-21 | Qinetiq Ltd | Non-Linear Optical Devices |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3384433A (en) * | 1962-07-09 | 1968-05-21 | Cruft Lab | Apparatus for converting light energy from one frequency to another |
| US3842289A (en) * | 1973-05-18 | 1974-10-15 | California Inst Of Techn | Thin film waveguide with a periodically modulated nonlinear optical coefficient |
| US4865406A (en) * | 1988-11-09 | 1989-09-12 | Hoechst Celanese Corp. | Frequency doubling polymeric waveguide |
| US5028107A (en) * | 1989-12-12 | 1991-07-02 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Optical articles for wavelength conversion and their manufacture and use |
| JPH03251826A (ja) * | 1990-01-25 | 1991-11-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 第２高調波発生素子 |
| FR2660493A1 (fr) * | 1990-03-30 | 1991-10-04 | Thomson Csf | Dispositif laser a changeur de frequence integre de facon monolithique. |
| JPH0475037A (ja) * | 1990-07-17 | 1992-03-10 | Pioneer Electron Corp | ファイバー型波長変換素子 |
| US5058970A (en) * | 1990-09-17 | 1991-10-22 | Eastman Kodak Company | Quasi-phase matching optical waveguide |
| US5150446A (en) * | 1991-09-16 | 1992-09-22 | Eastman Kodak Company | Conversion efficiency second harmonic generator |
-
1991
- 1991-02-01 JP JP3011851A patent/JPH04246624A/ja active Pending
-
1992
- 1992-01-31 EP EP19920101633 patent/EP0497375A3/en not_active Withdrawn
- 1992-01-31 US US07/828,693 patent/US5241413A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5241413A (en) | 1993-08-31 |
| EP0497375A2 (en) | 1992-08-05 |
| EP0497375A3 (en) | 1993-03-17 |
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