JPH04276725A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JPH04276725A JPH04276725A JP3038307A JP3830791A JPH04276725A JP H04276725 A JPH04276725 A JP H04276725A JP 3038307 A JP3038307 A JP 3038307A JP 3830791 A JP3830791 A JP 3830791A JP H04276725 A JPH04276725 A JP H04276725A
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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
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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光源を応
用した、光情報処理、光応用計測制御分野に使用される
波長変換素子に関するものである。
用した、光情報処理、光応用計測制御分野に使用される
波長変換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】誘電体の分極を強制的に反転させる分極
反転は、誘電体に周期的な分極反転層を形成することに
より表面弾性波を利用した光周波数変調器や非線形分極
の分極反転を利用した波長変換素子などに利用される。 特に非線形光学物質の非線形分極を周期的に反転するこ
とが可能になれば非常に変換効率の高い第二高調波発生
素子を作製することができる。これによって半導体レー
ザなどの光を変換すると小型の短波長光源が実現でき、
印刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応用でき
るため盛んに研究が行われている。
反転は、誘電体に周期的な分極反転層を形成することに
より表面弾性波を利用した光周波数変調器や非線形分極
の分極反転を利用した波長変換素子などに利用される。 特に非線形光学物質の非線形分極を周期的に反転するこ
とが可能になれば非常に変換効率の高い第二高調波発生
素子を作製することができる。これによって半導体レー
ザなどの光を変換すると小型の短波長光源が実現でき、
印刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応用でき
るため盛んに研究が行われている。
【０００３】このような分極反転を利用した従来の波長
変換素子としては、例えば、（エレクトロニクスレター
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．）１９８９年２５号Ｐ
７３１の）Ｅ．Ｊ．Ｌｉｍ氏による分極反転型の波長変
換素子がある。これはＬｉＮｂＯ３基板表面に周期的に
Ｔｉを拡散することによりこの部分のキュリー温度を下
げて、熱処理によってＬｉＮｂＯ３基板に周期的な分極
反転層を形成し、この周期的な分極反転層を横切るよう
に光導波路を形成して波長変換素子を構成するものであ
る。図８はこの従来の波長変換素子の構成図である。図
８（ａ）において２１はＬｉＮｂＯ３基板、２２はプロ
トン交換導波路、２３分極反転層、２４は基本光、２５
は第二高調光（以下ＳＨＧ光とする）である。図６（ｂ
）は導波路の深さに対する実効屈折率の依存性を示した
ものである。図６（ｂ）において横軸は導波路の深さｄ
の値で、縦軸は実効屈折率を示している。ｄの値が大き
くなるにつれて導波路には０次、１次、２次モードの光
が存在するようになる。ここで導波路は導波路ロスを低
減するため深さを０次モードの光しか発生しないように
１次モードのカットオフ近傍（約１μｍ）に設定してあ
る。図９はこの波長変換素子から出射されたＳＨＧ光基
本光の波長に対するＳＨＧ出力の依存性を求めたもので
ある。素子長１ｍｍのとき、ＳＨＧ変換効率は３７％／
Ｗ／ｃｍ２である。また基本光の波長依存性は出力が５
０％になるところで半値全幅０．５ｎｍである。この半
値全幅は素子長に反比例する。
変換素子としては、例えば、（エレクトロニクスレター
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．）１９８９年２５号Ｐ
７３１の）Ｅ．Ｊ．Ｌｉｍ氏による分極反転型の波長変
換素子がある。これはＬｉＮｂＯ３基板表面に周期的に
Ｔｉを拡散することによりこの部分のキュリー温度を下
げて、熱処理によってＬｉＮｂＯ３基板に周期的な分極
反転層を形成し、この周期的な分極反転層を横切るよう
に光導波路を形成して波長変換素子を構成するものであ
る。図８はこの従来の波長変換素子の構成図である。図
８（ａ）において２１はＬｉＮｂＯ３基板、２２はプロ
トン交換導波路、２３分極反転層、２４は基本光、２５
は第二高調光（以下ＳＨＧ光とする）である。図６（ｂ
）は導波路の深さに対する実効屈折率の依存性を示した
ものである。図６（ｂ）において横軸は導波路の深さｄ
の値で、縦軸は実効屈折率を示している。ｄの値が大き
くなるにつれて導波路には０次、１次、２次モードの光
が存在するようになる。ここで導波路は導波路ロスを低
減するため深さを０次モードの光しか発生しないように
１次モードのカットオフ近傍（約１μｍ）に設定してあ
る。図９はこの波長変換素子から出射されたＳＨＧ光基
本光の波長に対するＳＨＧ出力の依存性を求めたもので
ある。素子長１ｍｍのとき、ＳＨＧ変換効率は３７％／
Ｗ／ｃｍ２である。また基本光の波長依存性は出力が５
０％になるところで半値全幅０．５ｎｍである。この半
値全幅は素子長に反比例する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところがＬｉＮｂＯ３
結晶には光損傷という問題があり、光のパワー密度を上
げるのが困難なため高出力化が難しいという問題がある
。また従来の波長変換素子は基本光の波長変動が起きる
と分極反転周期との整合条件が崩れてＳＨＧの変換効率
が極端に低下する。このため波長変換素子の基本光の波
長依存性は非常に厳しく図９に示したように素子長１ｍ
ｍのとき半値以上のＳＨＧ出力を得るには基本光に対し
て０．５ｎｍ以下の波長安定性が必要となる、また変換
効率向上のため素子長を１０ｍｍ程度にすると半値全幅
は素子長に反比例するから、波長許容度は０．０５ｎｍ
となる、このため半導体レーザにより波長変換素子を励
起して小型の短波長光源を形成とすると、半導体レーザ
の波長安定化のために±０．１℃以下の温度制御が必要
となり、実用上安定性に問題がある。
結晶には光損傷という問題があり、光のパワー密度を上
げるのが困難なため高出力化が難しいという問題がある
。また従来の波長変換素子は基本光の波長変動が起きる
と分極反転周期との整合条件が崩れてＳＨＧの変換効率
が極端に低下する。このため波長変換素子の基本光の波
長依存性は非常に厳しく図９に示したように素子長１ｍ
ｍのとき半値以上のＳＨＧ出力を得るには基本光に対し
て０．５ｎｍ以下の波長安定性が必要となる、また変換
効率向上のため素子長を１０ｍｍ程度にすると半値全幅
は素子長に反比例するから、波長許容度は０．０５ｎｍ
となる、このため半導体レーザにより波長変換素子を励
起して小型の短波長光源を形成とすると、半導体レーザ
の波長安定化のために±０．１℃以下の温度制御が必要
となり、実用上安定性に問題がある。
【０００５】そこで本発明は波長安定性に優れた高出力
の波長変換素子を提供することを目的とする。
の波長変換素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、Ｃ板（結晶のＣ軸に垂直な面）のＬｉＴａＯ３基板
と、前記基板表面近傍に形成した周期的に非線形分極が
反転している分極反転層と、前記基板表面近傍に形成し
た前記分極反転層に直行する光導波路と、前記光導波路
の両端面に形成した入射部および出射部とを備え、かつ
前記光導波路の深さが基本光に対し、導波のカットオフ
近傍にあることを特徴とする波長変換素子である。
め、Ｃ板（結晶のＣ軸に垂直な面）のＬｉＴａＯ３基板
と、前記基板表面近傍に形成した周期的に非線形分極が
反転している分極反転層と、前記基板表面近傍に形成し
た前記分極反転層に直行する光導波路と、前記光導波路
の両端面に形成した入射部および出射部とを備え、かつ
前記光導波路の深さが基本光に対し、導波のカットオフ
近傍にあることを特徴とする波長変換素子である。
【０００７】またＣ板のＬｉＴａＯ３基板と、前記基板
表面近傍に形成した周期的に非線形分極が反転している
分極反転層と、前記基板表面近傍に形成した前記分極反
転層に直行する光導波路と、前記光導波路の両端面に形
成した入射部および出射部と、前記光導波路の表面に形
成した２層以上のクラッド層とを有していることを特徴
とする波長変換素子である。
表面近傍に形成した周期的に非線形分極が反転している
分極反転層と、前記基板表面近傍に形成した前記分極反
転層に直行する光導波路と、前記光導波路の両端面に形
成した入射部および出射部と、前記光導波路の表面に形
成した２層以上のクラッド層とを有していることを特徴
とする波長変換素子である。
【０００８】
【作用】本発明は前述した構成により、耐光損傷性に優
れるＬｉＴａＯ３結晶によって、分極反転型の波長変換
素子を構成することにより波長変換素子の高出力化がを
図れる。図６に導波路深さと波長変換素子の許容度の関
係を示した。導波路内の屈折率の分散関係より基本波の
０次モードのカットオフ近傍に近づくと導波路の屈折率
差（Ｎ２ω−Ｎω）／λの波長に対する変動が少なくな
りＳＨＧ素子の許容度が増加する。これによって波長変
換素子の波長変動に対する許容度を増加することができ
る。以上の結果、波長変動に対する許容度を高め、高出
力でかつ安定な波長変換素子を形成することができる。
れるＬｉＴａＯ３結晶によって、分極反転型の波長変換
素子を構成することにより波長変換素子の高出力化がを
図れる。図６に導波路深さと波長変換素子の許容度の関
係を示した。導波路内の屈折率の分散関係より基本波の
０次モードのカットオフ近傍に近づくと導波路の屈折率
差（Ｎ２ω−Ｎω）／λの波長に対する変動が少なくな
りＳＨＧ素子の許容度が増加する。これによって波長変
換素子の波長変動に対する許容度を増加することができ
る。以上の結果、波長変動に対する許容度を高め、高出
力でかつ安定な波長変換素子を形成することができる。
【０００９】また、本発明は前述した構成により、導波
路上に２層以上のクラッド層を堆積することにより、波
長変換素子の許容度を向上できる。これは図７に示すよ
うに導波路内の基本光とＳＨＧ光の電磁界分布は異なっ
ており、基本波の電界分布の広がりはＳＨＧ光の電界分
布の広がりより大きい。このため第１のクラッド層をＳ
ＨＧの広がりに、第２のクラッド層をＳＨＧ光の広がり
以上基本波に対してのみ影響するよう第１と第２のクラ
ッド層の厚みを決定するとＳＨＧ光、基本光の実効屈折
率をそれぞれ独立に制御することができる。これを利用
して導波路内の屈折率差（Ｎ２ω−Ｎω）／λ の値
の波長に対する変動を抑えることによりＳＨＧ素子
の許容度を増加させることができる。
路上に２層以上のクラッド層を堆積することにより、波
長変換素子の許容度を向上できる。これは図７に示すよ
うに導波路内の基本光とＳＨＧ光の電磁界分布は異なっ
ており、基本波の電界分布の広がりはＳＨＧ光の電界分
布の広がりより大きい。このため第１のクラッド層をＳ
ＨＧの広がりに、第２のクラッド層をＳＨＧ光の広がり
以上基本波に対してのみ影響するよう第１と第２のクラ
ッド層の厚みを決定するとＳＨＧ光、基本光の実効屈折
率をそれぞれ独立に制御することができる。これを利用
して導波路内の屈折率差（Ｎ２ω−Ｎω）／λ の値
の波長に対する変動を抑えることによりＳＨＧ素子
の許容度を増加させることができる。
【００１０】
【実施例】図１は、第１の実施例における波長変換素子
の構造図を示すものである。ただしカットオフとは導波
路を光が伝搬可能な最低の深さまたは幅のことであり光
の波長、導波路を形成する物質によって異なる。
の構造図を示すものである。ただしカットオフとは導波
路を光が伝搬可能な最低の深さまたは幅のことであり光
の波長、導波路を形成する物質によって異なる。
【００１１】図１（ａ）において、１はＬｉＴａＯ３基
板、２は分極反転層、３はプロトン交換導波路、４は入
射部、５は出射部である。図１（ｂ）は導波路の深さｄ
に対する実効屈折率の依存性を示すものであって、導波
路の深さｄの値が大きくなるにつれて導波路には０次、
１次、２次モードの光が存在するようになる。ここで導
波路の深さｄ、幅Ｗとする。以上のように構成された第
１の実施例の波長変換素子について、以下その特性を評
価した。プロトン交換導波路はピロ燐酸により熱処理を
行い熱処理時間によって導波路の深さを変えた波長変換
素子を作製した。Ｔｉ−Ａｌ２Ｏ３レーザにより波長を
走査し、基本光の実効屈折率Ｎω、とＳＨＧ光の実効屈
折率Ｎ２ωを求めた。ＳＨＧ出力Ｐ２ωと基本光Ｐωの
関係は以下の式で表せる。
板、２は分極反転層、３はプロトン交換導波路、４は入
射部、５は出射部である。図１（ｂ）は導波路の深さｄ
に対する実効屈折率の依存性を示すものであって、導波
路の深さｄの値が大きくなるにつれて導波路には０次、
１次、２次モードの光が存在するようになる。ここで導
波路の深さｄ、幅Ｗとする。以上のように構成された第
１の実施例の波長変換素子について、以下その特性を評
価した。プロトン交換導波路はピロ燐酸により熱処理を
行い熱処理時間によって導波路の深さを変えた波長変換
素子を作製した。Ｔｉ−Ａｌ２Ｏ３レーザにより波長を
走査し、基本光の実効屈折率Ｎω、とＳＨＧ光の実効屈
折率Ｎ２ωを求めた。ＳＨＧ出力Ｐ２ωと基本光Ｐωの
関係は以下の式で表せる。
【００１２】
【数１】
【００１３】但しＡは定数、Ｌは素子長、λは基本光の
波長、Λは分極反転の周期 Ｎωは基本光の実効屈折率、Ｎ２ωはＳＨＧ光の実効屈
折率 ＳＨＧ出力Ｐ２ωは（数１）の分母である２π・（２（
Ｎ２ω−Ｎω）／λ−１／Λ）・Ｌ／２の値が０となる
点にピークをもつシンク関数となる。このためＳＨＧ出
力Ｐ２ωの波長変動に対する許容度は、（数１）から（
Ｎ２ω−Ｎω）／λの値（図２からわかるようにＮω，
Ｎ２ωともλの関数である。）が波長λの変動による影
響が少ないほど増大する。そこで、作製した波長変換素
子の実効屈折率の波長依存性をプリズムカップラ法によ
り測定した。ＬｉＴａＯ３基板の屈折率の分散特性は図
２に示すように波長によって変化する。またプロトン交
換導波路の屈折率と図２の値より導波路の分散特性を求
めると、図１（ｂ）になり、これより基本光がカットオ
フになる導波路の深さは０．８μｍであった。そこで導
波路深さをカットオフ深さ近傍の１．５μｍの試料１と
カットオフから離れた２．５μｍの試料２を試作し（Ｎ
２ω−Ｎω）／λの値の波長λの変動による変化を調べ
た。結果を図３に示す。図３において横軸は基本光の波
長λ、縦軸は屈折率差（Ｎ２ω−Ｎω）／λである。同
図からカットオフ近傍の試料１は試料２に比べ波長依存
性が少ないことがわかる。つまり基本光の波長λが大き
く変化しても、屈折率差（Ｎ２ω−Ｎω）／λの値の変
化小さく、許容度が大きいということである。さらにこ
の試料の波長変動に対する許容度を測定したのが図４で
ある。 試料１の許容度が試料２の約５倍に広がっているのがわ
かる。許容度は導波路の深さに依存し、導波路深さがカ
ットオフ深さに近づく程大きくなる。反対にカットオフ
深さから遠ざかるにつれ許容度は小さくなる。
波長、Λは分極反転の周期 Ｎωは基本光の実効屈折率、Ｎ２ωはＳＨＧ光の実効屈
折率 ＳＨＧ出力Ｐ２ωは（数１）の分母である２π・（２（
Ｎ２ω−Ｎω）／λ−１／Λ）・Ｌ／２の値が０となる
点にピークをもつシンク関数となる。このためＳＨＧ出
力Ｐ２ωの波長変動に対する許容度は、（数１）から（
Ｎ２ω−Ｎω）／λの値（図２からわかるようにＮω，
Ｎ２ωともλの関数である。）が波長λの変動による影
響が少ないほど増大する。そこで、作製した波長変換素
子の実効屈折率の波長依存性をプリズムカップラ法によ
り測定した。ＬｉＴａＯ３基板の屈折率の分散特性は図
２に示すように波長によって変化する。またプロトン交
換導波路の屈折率と図２の値より導波路の分散特性を求
めると、図１（ｂ）になり、これより基本光がカットオ
フになる導波路の深さは０．８μｍであった。そこで導
波路深さをカットオフ深さ近傍の１．５μｍの試料１と
カットオフから離れた２．５μｍの試料２を試作し（Ｎ
２ω−Ｎω）／λの値の波長λの変動による変化を調べ
た。結果を図３に示す。図３において横軸は基本光の波
長λ、縦軸は屈折率差（Ｎ２ω−Ｎω）／λである。同
図からカットオフ近傍の試料１は試料２に比べ波長依存
性が少ないことがわかる。つまり基本光の波長λが大き
く変化しても、屈折率差（Ｎ２ω−Ｎω）／λの値の変
化小さく、許容度が大きいということである。さらにこ
の試料の波長変動に対する許容度を測定したのが図４で
ある。 試料１の許容度が試料２の約５倍に広がっているのがわ
かる。許容度は導波路の深さに依存し、導波路深さがカ
ットオフ深さに近づく程大きくなる。反対にカットオフ
深さから遠ざかるにつれ許容度は小さくなる。
【００１４】従来の波長変換素子では図９に示したよう
に素子長１ｍｍで０．５ｎｍ素子長、９ｍｍでは０．０
５ｎｍの波長安定性が必要となる。それに対し、今回作
製した素子は素子長９ｍｍで試料１が０．５ｎｍと従来
の約１０倍にひろがっている。
に素子長１ｍｍで０．５ｎｍ素子長、９ｍｍでは０．０
５ｎｍの波長安定性が必要となる。それに対し、今回作
製した素子は素子長９ｍｍで試料１が０．５ｎｍと従来
の約１０倍にひろがっている。
【００１５】なお、本実施例では基板にＬｉＴａＯ３基
板を用いたが他にＭｇＯをドープしたＬｉＴａＯ３基板
でも同様な素子が作製できる。
板を用いたが他にＭｇＯをドープしたＬｉＴａＯ３基板
でも同様な素子が作製できる。
【００１６】また図５は、第２の実施例における波長変
換素子の構造図を示すものである。図５において、１は
ＬｉＴａＯ３基板、２は分極反転層、３はプロトン交換
導波路、４は入射部、５は出射部、６は第１のクラッド
層、７は第２のクラッド層である。導波路の深さｄ、幅
Ｗとする。以上のように構成された第２の実施例の波長
変換素子について、以下その特性を評価した。導波路を
伝搬する光の電界分布は図７に示すように基本光とＳＨ
Ｇ光では異なりＳＨＧ光に対し基本光の電界分布の広が
りは大きい。このため第１のクラッド層の厚みをＳＨＧ
光電界分布の広がりより大きく、かつ基本光の電界分布
の広がりより小さくし、第２のクラッド層の厚みを基本
光の電界分布の広がり以上とすると、第１のクラッド層
によりＳＨＧ光の実効屈折率を第２のクラッド層により
基本光の実効屈折率をそれぞれ独立に制御できる。これ
を利用して第１の実施例で示したように屈折率の波長変
動（Ｎ２ω−Ｎω）／λ の値が基本光波長による変
動を抑えることにより波長変換素子の許容度を上げるこ
とができる。
換素子の構造図を示すものである。図５において、１は
ＬｉＴａＯ３基板、２は分極反転層、３はプロトン交換
導波路、４は入射部、５は出射部、６は第１のクラッド
層、７は第２のクラッド層である。導波路の深さｄ、幅
Ｗとする。以上のように構成された第２の実施例の波長
変換素子について、以下その特性を評価した。導波路を
伝搬する光の電界分布は図７に示すように基本光とＳＨ
Ｇ光では異なりＳＨＧ光に対し基本光の電界分布の広が
りは大きい。このため第１のクラッド層の厚みをＳＨＧ
光電界分布の広がりより大きく、かつ基本光の電界分布
の広がりより小さくし、第２のクラッド層の厚みを基本
光の電界分布の広がり以上とすると、第１のクラッド層
によりＳＨＧ光の実効屈折率を第２のクラッド層により
基本光の実効屈折率をそれぞれ独立に制御できる。これ
を利用して第１の実施例で示したように屈折率の波長変
動（Ｎ２ω−Ｎω）／λ の値が基本光波長による変
動を抑えることにより波長変換素子の許容度を上げるこ
とができる。
【００１７】この現象を利用し波長変換素子の許容度の
増大を試みた。以下素子の作製方法について図５を参照
して述べる。ＬｉＴａＯ３基板１上に分極反転層２とプ
ロトン交換層３を形成する。この後、スパッタリング法
により、ＳｉＯ２を０．２μｍ堆積する。さらに蒸着に
よりＡｌ膜を０．５μｍ堆積した後、両端面を光学研磨
し波長変換素子を作製した。導波路内の実効屈折率を測
定したところ（Ｎ２ω−Ｎω）／λの波長に対する変動
はクラッド層を有していない波長変換素子の１／１０に
なった。これによって、波長変換素子の波長変動に対す
るＳＨＧ出力変動の許容度は素子長９ｍｍで波長変動１
ｎｍとなり従来の２０倍になり安定な素子を構成するこ
とができた。 また半導体レーザと波長変換素子を組み合わせると非常
に小型の短波長光源が実現する。今回波長８３０ｎｍの
半導体レーザと集光光学系、および波長変換素子をモジ
ュール化して小型の短波長光源を実現した。作製した光
源は３０×１０×１０ｍｍと非常に小型で発振波長４１
５ｎｍ出力０．５ｍＷであった。このような小型の光源
を実現するには、半導体レーザが必要であるが現在存在
する半導体レーザの波長は６６０ｎｍ〜８８０ｎｍであ
るのでこの範囲の波長の半導体レーザを用いて波長変換
素子と組み合わせることは非常に有用である。
増大を試みた。以下素子の作製方法について図５を参照
して述べる。ＬｉＴａＯ３基板１上に分極反転層２とプ
ロトン交換層３を形成する。この後、スパッタリング法
により、ＳｉＯ２を０．２μｍ堆積する。さらに蒸着に
よりＡｌ膜を０．５μｍ堆積した後、両端面を光学研磨
し波長変換素子を作製した。導波路内の実効屈折率を測
定したところ（Ｎ２ω−Ｎω）／λの波長に対する変動
はクラッド層を有していない波長変換素子の１／１０に
なった。これによって、波長変換素子の波長変動に対す
るＳＨＧ出力変動の許容度は素子長９ｍｍで波長変動１
ｎｍとなり従来の２０倍になり安定な素子を構成するこ
とができた。 また半導体レーザと波長変換素子を組み合わせると非常
に小型の短波長光源が実現する。今回波長８３０ｎｍの
半導体レーザと集光光学系、および波長変換素子をモジ
ュール化して小型の短波長光源を実現した。作製した光
源は３０×１０×１０ｍｍと非常に小型で発振波長４１
５ｎｍ出力０．５ｍＷであった。このような小型の光源
を実現するには、半導体レーザが必要であるが現在存在
する半導体レーザの波長は６６０ｎｍ〜８８０ｎｍであ
るのでこの範囲の波長の半導体レーザを用いて波長変換
素子と組み合わせることは非常に有用である。
【００１８】なお、本実施例では第１のクラッド層とし
てＳｉＯ２を用いたが、他に光を吸収しない他の誘電体
膜、たとえばＴａ２Ｏ５、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、Ａｌ２
Ｏ３なら用いることができる。
てＳｉＯ２を用いたが、他に光を吸収しない他の誘電体
膜、たとえばＴａ２Ｏ５、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、Ａｌ２
Ｏ３なら用いることができる。
【００１９】なお、本実施例では第２のクラッド層とし
てＡｌを用いたが、他に誘電体、たとえばＴａ２Ｏ５、
金属、たとえばＡｌ、Ａｇ、Ａｕなどの膜を用いること
ができる。
てＡｌを用いたが、他に誘電体、たとえばＴａ２Ｏ５、
金属、たとえばＡｌ、Ａｇ、Ａｕなどの膜を用いること
ができる。
【００２０】なお、本実施例ではクラッド層として２層
の膜を用いたが、特に２層以上の多層膜を用いる場合に
許容度が大幅に向上できる。
の膜を用いたが、特に２層以上の多層膜を用いる場合に
許容度が大幅に向上できる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、耐光損傷性に優れ
るＬｉＴａＯ３結晶によって、分極反転型の波長変換素
子を構成する場合、この波長変換素子の波長許容度は導
波路内の基本光の実効屈折率ＮωとＳＨＧ光の実効屈折
率Ｎ２ωと基本光の波長λの関係（Ｎ２ω−Ｎω）／λ
の値がλの変化に依存する。そこで本発明のように導波
路の深さを導波路を基本光がカットオフになる近傍にも
ってくると、導波路内の屈折率の分散関係より（Ｎ２ω
−Ｎω）／λのλによる変動を低減することができ、こ
れによって波長変換素子の波長変動に対する許容度を増
加することができる。以上の結果、波長変動に対する許
容度を高め、高出力でかつ安定な波長変換素子を形成す
ることができ、その実用効果は大きい。
るＬｉＴａＯ３結晶によって、分極反転型の波長変換素
子を構成する場合、この波長変換素子の波長許容度は導
波路内の基本光の実効屈折率ＮωとＳＨＧ光の実効屈折
率Ｎ２ωと基本光の波長λの関係（Ｎ２ω−Ｎω）／λ
の値がλの変化に依存する。そこで本発明のように導波
路の深さを導波路を基本光がカットオフになる近傍にも
ってくると、導波路内の屈折率の分散関係より（Ｎ２ω
−Ｎω）／λのλによる変動を低減することができ、こ
れによって波長変換素子の波長変動に対する許容度を増
加することができる。以上の結果、波長変動に対する許
容度を高め、高出力でかつ安定な波長変換素子を形成す
ることができ、その実用効果は大きい。
【００２２】また、本発明によれば導波路上に２層以上
のクラッド層を堆積することにより、波長変換素子の許
容度を向上させる。これは導波路内の基本光とＳＨＧ光
の電磁界分布は異なっており、導波路上に２層以上のク
ラッド層を設けることによりそれぞれの実効屈折率を制
御することができる、これによって導波路内の（Ｎ２ω
−Ｎω）／λのλによる変動を低減することができ、波
長変換素子の波長変動に対する許容度を増加することが
できる。その結果、安定した波長変換素子が構成できそ
の実用効果は大きい。
のクラッド層を堆積することにより、波長変換素子の許
容度を向上させる。これは導波路内の基本光とＳＨＧ光
の電磁界分布は異なっており、導波路上に２層以上のク
ラッド層を設けることによりそれぞれの実効屈折率を制
御することができる、これによって導波路内の（Ｎ２ω
−Ｎω）／λのλによる変動を低減することができ、波
長変換素子の波長変動に対する許容度を増加することが
できる。その結果、安定した波長変換素子が構成できそ
の実用効果は大きい。
【図１】（ａ）本発明の実施例の波長変換素子の構造斜
視図である。 （ｂ）波長変換素子の導波路深さと実効屈折率の関係を
示す特性図である。
視図である。 （ｂ）波長変換素子の導波路深さと実効屈折率の関係を
示す特性図である。
【図２】波長変換素子の屈折率差の波長変依存性の特性
図である。
図である。
【図３】基本光波長に対する屈折率差を示す特性図であ
る。
る。
【図４】波長変換素子のＳＨＧ出力の波長変動に対する
許容度の特性図である。
許容度の特性図である。
【図５】実施例の波長変換素子の構成斜視図である。
【図６】導波路の深さと許容度の関係を示す特性図であ
る。
る。
【図７】波長変換素子内での基本光とＳＨＧ光の電界分
布を示す断面図である。
布を示す断面図である。
【図８】（ａ）従来の波長変換素子の構造斜視図である
。 （ｂ）従来の波長変換素子の導波路深さと実効屈折率の
関係を示す特性図である。
。 （ｂ）従来の波長変換素子の導波路深さと実効屈折率の
関係を示す特性図である。
【図９】従来の波長変換素子のＳＨＧ出力と基本光の波
長の関係を示す特性図である。
長の関係を示す特性図である。
１ ＬｉＴａＯ３基板
２ 分極反転層換
３ プロトン交換光導波路
４ 入射部
５ 出射部
６ 第１のクラッド層
７ 第２のクラッド層
８ ＳＨＧ光
９ 基本波
１０ 第二高調波
２１ ＬｉＮｂＯ３基板
２２ プロトン交換層
２３ 分極反転層
２４ 基本光
２５ ＳＨＧ光
Claims (2)
- 【請求項１】 誘電体基板と、前記基板表面近傍に形
成した周期的に非線形分極が反転している分極反転層と
、前記基板表面近傍に形成した前記分極反転層に直行す
る光導波路と、前記光導波路の両端面に形成した入射部
および出射部とを備え、かつ前記光導波路の深さが基本
光に対し、導波のカットオフ近傍にあることを特徴とす
る波長変換素子。 - 【請求項２】 誘電体基板と、前記基板表面近傍に形
成した周期的に非線形分極が反転している分極反転層と
、前記基板表面近傍に形成した前記分極反転層に直行す
る光導波路と、前記光導波路の両端面に形成した入射部
および出射部と、前記光導波路の表面に形成した２層以
上のクラッド層とを有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 |
|---|---|---|---|
| JP3038307A JPH0812367B2 (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3038307A JPH0812367B2 (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 波長変換素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9022313A Division JP2973963B2 (ja) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | 短波長光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04276725A true JPH04276725A (ja) | 1992-10-01 |
| JPH0812367B2 JPH0812367B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=12521646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3038307A Expired - Fee Related JPH0812367B2 (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812367B2 (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 |
| US6829080B2 (en) | 2001-04-17 | 2004-12-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical waveguide device and light source and optical apparatus using the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0263026A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-02 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
-
1991
- 1991-03-05 JP JP3038307A patent/JPH0812367B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0263026A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-02 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
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 |
| US6829080B2 (en) | 2001-04-17 | 2004-12-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical waveguide device and light source and optical apparatus using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0812367B2 (ja) | 1996-02-07 |
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