JPH04331931A

JPH04331931A - 波長変換素子

Info

Publication number: JPH04331931A
Application number: JP13059291A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fukuda; 浩章福田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-05-02
Filing date: 1991-05-02
Publication date: 1992-11-19

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学媒質を用い
て光ビームの波長をより短波長のものに変換する波長変
換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光の波長を非線形光学媒質
を用いてより短波長のものに波長変換する波長変換素子
として第２高調波発生（ＳＨＧ）素子が知られており、
例えば特開昭６３−４４７８１号には、薄膜導波路型の
ＳＨＧ素子が開示されている。

【０００３】図８はこの種の薄膜導波路型のＳＨＧ素子
の構成図であり、このＳＨＧ素子では、例えばＬｉＮｂ
Ｏ３の非線形光学結晶材料からなる基板１０１上にＴｉ
を拡散して導波路１０２が形成され、さらにこの導波路
１０２の上面には所定のピッチで回折格子１０３が形成
されている。このような構成のＳＨＧ素子では、レーザ
光源からの波長λのレーザ光を基本波光ＢＭとして導波
路１０２の一方の側から入射させると、導波路１０２の
他方の側から基本波レーザ光の半分の波長（λ／２）の
第２高調波光（ＳＨＧ光）を出射させることができる。この際、導波路１０２の上面に設けられている回折格子
１０３は、導波路１０２中での基本波レーザ光の屈折率
とＳＨＧ光の屈折率との差を相殺する機能を有し、回折
格子１０３によって基本波レーザ光とＳＨＧ光との位相
を整合させ、ＳＨＧ光の変換効率を高めることができる
。なお、このためには、回折格子１０３のピッチを導波
路１０２に入射する基本波レーザ光の波長と同じに設定
し、ブラッグ条件を満足させておく必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳＨＧ素子
等の波長変換素子は、短波長光を出射可能であるので、
光ディスク等の大容量化に適しており、このため光ディ
スク装置やレーザプリンタ装置などへの適用が要望され
ているが、光ディスク装置等に波長変換素子を適用する
場合には、光ディスク装置等の小型化に支障がないこと
と、短波長光の強度を変調できることとが不可欠となる
。光ディスク装置等の小型化は、波長変換素子のレーザ
光源にガスレーザではなく、小型化に適した半導体レー
ザを使用し、またガスレーザに比べて低出力の半導体レ
ーザをレーザ光源として用いたときにも高い変換効率を
期待できる上述のような導波路型のものとして波長変換
素子を構成することにより、ある程度達成できる。

【０００５】しかしながら、従来では、短波長光の強度
を変調して出力することは難かしく、このため、短波長
光を効率良く出射できると同時に短波長光の強度変調を
も行なうことの可能な光ディスク装置等に適した波長変
換素子を実現することは極めて困難であった。すなわち
、短波長光の強度を変調するのに、例えば、半導体レー
ザ自体を変調しようとすると、基本波光の波長が安定せ
ず、この場合には、短波長光を効率良く出射できなくな
る場合があった。

【０００６】本発明は、短波長光を効率良く出射できる
と同時に短波長光の強度変調をも行なうことの可能な光
ディスク装置等に適した波長変換素子を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、非線形光学媒質からなる導波路を基板に有
し、前記導波路には該導波路を複数本のアームに分岐し
た干渉部が設けられ、干渉部の複数本のアームには可変
電位差が印加されるように構成されており、前記干渉部
は、前記導波路に入射した基本波光に基づき生成され前
記複数本のアームをそれぞれ伝搬する短波長光に対して
、前記可変電位差に応じた位相差を互いに生じさせた上
で合波して出射させるようになっていることを特徴とし
ている。

【０００８】また、非線形光学媒質からなる導波路を基
板に有し、前記導波路には該導波路を複数本のアームに
分岐した干渉部が設けられ、干渉部の複数本のアームに
は可変電位差が印加されるように構成されており、前記
干渉部は、前記導波路に入射し前記複数本のアームをそ
れぞれ伝搬する基本波光に対して、前記可変電位差に応
じた位相差を互いに生じさせた上で合波するようになっ
ており、干渉部において合波された基本波光に基づいて
短波長光を生成し、導波路から出射させるようになって
いることを特徴としている。

【０００９】また、前記導波路は、ＬｉＴａＯ３の非線
形光学媒質により形成されていることを特徴としている
。

【００１０】また、前記短波長光は、基本波光とこれに
基づき発生する短波長光との位相を整合させる前記導波
路上に設けられた位相整合部により生成されるようにな
っていることを特徴としている。

【００１１】また、前記導波路は、ＬｉＮｂＯ３、また
はＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３、またはＫＴｉＯ
ＰＯ４の非線形光学媒質により形成されていることを特
徴としている。

【００１２】また、前記導波路には、プロトン交換光導
波路が用いられていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１の構成の波長変換素子では、導波路に
基本波光が入射することにより短波長光が生成され、生
成されたＳＨＧ光は、干渉部の複数本のアームを伝搬中
に可変電位差を受けると、各アームごとにこの可変電位
差に応じた位相差を生じ、それぞれ合波されて出射され
る。すなわち、電位差が例えば“０”のときには各アー
ムのＳＨＧ光は位相差がないので、合波された結果、最
大の強度となって出射される一方、電位差が所定値のと
きには、各アームのＳＨＧ光には位相差が生じ、これら
が合波されると、強度は弱くなる。これにより、電位差
を変化させることで、ＳＨＧ光の強度を変調することが
できる。

【００１４】また、請求項２の構成の波長変換素子では
、導波路に基本波光が入射し、この基本波光が干渉部の
複数本のアームを伝搬中に可変電位差を受けると、各ア
ームごとに可変電位差に応じた位相差を生じ、それぞれ
合波されて出力され、合波された基本波光に基づき短波
長光を生成し、出射させる。すなわち、可変電位差に応
じて強度変調された基本波光に基づいて、短波長光を生
成する。これにより、短波長光を強度変調させて出射さ
せることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る波長変換素子の第１の実施例
の構成図である。図１の波長変換素子では、ＬｉＴａＯ
３の非線形光学結晶材料（方位が−Ｃ板の単結晶）から
なる基板１上に、基板１よりも高い屈折率をもつ導波路
２が形成されている。この導波路２は、２つのＹ分岐導
波路を組合せたマッハツェンダ型の干渉部を有し、干渉
部において分岐されている２つの導波路，すなわちアー
ム２ａ，２ｂ上の所定位置には、導波路２に入射し入射
側の分岐点３により二等分されてアーム２ａ，２ｂをそ
れぞれ伝搬した基本波光をこれよりも短波長の光，例え
ばＳＨＧ光に効率良く変換するための位相整合部６ａ，
６ｂが設けられている。図１の例では、位相整合部６ａ
，６ｂは、プロトン交換によって形成された分極反転層
からなっており、この分極反転層６ａ，６ｂによって基
本波光及びこれに基づき発生するＳＨＧ光に対し、等価
屈折率の周期的変化を与えるようになっている。なお、
アーム２ａ，２ｂ中での基本波光，ＳＨＧ光の周波数を
それぞれω，２ωとし、またアーム２ａ，２ｂにおける
基本波光，ＳＨＧ光の伝搬定数をそれぞれβ（ω），β
（２ω）とすると、基本波光とＳＨＧ光との位相を整合
させるためには、屈折率変化の周期Ｆは、次式の関係を
満たす必要がある。

【００１６】

【数１】

【００１７】アーム２ａ，２ｂにおいて基本波光に対す
る等価屈折率をＮ（ω）、ＳＨＧ光に対する等価屈折率
をＮ（２ω）とすると、等価屈折率Ｎと伝搬定数βとは
β＝２πＮ／λの関係があるので、上記数１はさらに、
次式のように置き換えられる。

【００１８】

【数２】

【００１９】上記数２の関係を満たす周期Ｆの屈折率変
化があれば、ＳＨＧ光を効率良く得ることができるので
、分極反転層６ａ，６ｂは、この周期Ｆのピッチで分極
ドメインが作成されているのが良い。

【００２０】例えば、基本波光が０．７８μｍの波長λ
のものであり、さらその電界方向がｘ軸方向のＥｘｏｏ
モードのもの（常光）を用いると、この基本波光のアー
ム２ａ，２ｂ（ＬｉＴａＯ３）における等価屈折率の波
長分散は２．１５３８となる。また、この基本波光に基
づき非線形光学結晶材料の非線形定数ｄ３１により発生
する０．３９μｍの波長（λ／２）のＥｚｏｏモードの
ＳＨＧ光のアーム２ａ，２ｂにおける等価屈折率の波長
分散は２．２８１４となる。従って、この場合の屈折率
変化の周期Ｆは、数２により約３．１μｍとなり、この
場合、約３．１μｍのピッチで分極反転層６ａ，６ｂの
分極ドメインを作成すれば、分極反転層６ａ，６ｂにお
いて基本波光とＳＨＧ光との位相を整合させることがで
きる。

【００２１】また、例えば、基本波光が０．７８μｍの
波長λのものであり、さらにその電界方向がｚ軸方向の
Ｅｚｏｏモードのもの（異常光）を用いると、この基本
波光のアーム２ａ，２ｂ（ＬｉＴａＯ３）における等価
屈折率の波長分散は２．１５７８となる。また、この基
本波光に基づき非線形光学結晶材料の非線形定数ｄ３３
により発生する０．３９μｍの波長（λ／２）のＥｚｏ
ｏモードのＳＨＧ光のアーム２ａ，２ｂにおける等価屈
折率の波長分散は２．２８１４となる。従って、この場
合の屈折率変化の周期Ｆは、数４により約３．２μｍと
なり、この場合、約３．２μｍのピッチで分極反転層６
ａ，６ｂの分極ドメインを作成すれば、分極反転層６ａ
，６ｂにおいて基本波光とＳＨＧ光との位相を整合させ
ることができる。

【００２２】また、例えば、基本波光が１．２μｍの波
長λのものであり、さらにその電界方向がｘ軸方向のＥ
ｘｏｏモードのもの（常光）を用いると、この基本波光
のアーム２ａ，２ｂ（ＬｉＴａＯ３）における等価屈折
率の波長分散は２．１３０５となる。また、この基本波
光に基づき非線形光学結晶材料の非線形定数ｄ３１によ
り発生する０．６μｍの波長（λ／２）のＥｚｏｏモー
ドのＳＨＧ光のアーム２ａ，２ｂにおける等価屈折率の
波長分散は２．１８７８となる。従って、この場合の屈
折率変化の周期Ｆは、数２により約１０．５μｍとなり
、この場合、約１０．５μｍのピッチで分極反転層６ａ
，６ｂの分極ドメインを作成すれば、分極反転層６ａ，
６ｂにおいて基本波光とＳＨＧ光との位相を整合させる
ことができる。

【００２３】また、例えば、基本波光が１．２μｍの波
長λのものであり、さらにその電界方向がｚ軸方向のＥ
ｚｏｏモードのもの（異常光）を用いると、この基本波
レーザ光のアーム２ａ，２ｂ（ＬｉＴａＯ３）における
等価屈折率の波長分散は２．１３４１となる。また、こ
の基本波光に基づき非線形光学結晶材料の非線形定数ｄ
３３により発生する０．６μｍの波長（λ／２）のＥｚ
ｏｏモードのＳＨＧ光のアーム２ａ，２ｂにおける等価
屈折率の波長分散は２．１８７８となる。従って、この
場合の屈折率変化の周期Ｆは、数２により約１１．２μ
ｍとなり、この場合、約１１．２μｍのピッチで分極反
転層６ａ，６ｂの分極ドメインを作成すれば、分極反転
層６ａ，６ｂにおいて基本波光とＳＨＧ光との位相を整
合させることができる。

【００２４】また、導波路２，すなわちアーム２ａ，２
ｂ上には、これらのアーム２ａ，２ｂ間に可変電位差を
与えるための電極４ａ，４ｂがそれぞれ設けられている
。

【００２５】すなわち、アーム２ａ上の電極４ａは例え
ば接地電位に保持され、アーム２ｂ上の電極４ｂには可
変電圧Ｖが印加されるようになっており、電極４ｂ，４
ａ間の可変電位差Ｖによって、一方のアーム２ｂの位相
整合部６ｂで生成されたＳＨＧ光に可変電位差Ｖに応じ
た位相変化δψを与え、これを他方のアーム２ａで生成
されたＳＨＧ光（参照光）と出射側の分岐点５で合波さ
せ干渉させて、最終的に導波路２から出射されるＳＨＧ
光の強度を両者の位相差δψに対応して変化させるよう
に構成されている。

【００２６】より具体的には、電位差Ｖが“０”のとき
には、両者の位相差δψは“０”となり、アーム２ａ，
２ｂからのＳＨＧ光の位相は完全に一致しているので、
双方のＳＨＧ光は分岐点５において強度が最大となるよ
う重ね合せられる。これに対し、両者の位相差δψがπ
となるような電位差Ｖが加わると、導波路２ａ，２ｂか
らのＳＨＧ光の位相はπだけずれ、双方のＳＨＧ光は分
岐点５において強度が“０”となるよう重ね合せられる
。

【００２７】いま、アーム２ａ，２ｂ（ＬｉＴａＯ３）
で生成された各ＳＨＧ光の波長が０．４１５μｍ、電極
４ａ，４ｂの間隔ｄを１０μｍ、電極４ａ，４ｂの長さ
Ｌ１を５ｍｍとすると、ＬｉＴａＯ３における電気光学
定数ｒ３３は、１／（３０．３×１０１２）ｍｖである
ので、位相差δψがπになる電位差，すなわち半波長電
圧Ｖπは、約３．８５Ｖとなる。また、入射側の分岐点
３において、基本波光のパワーがアーム２ａ，２ｂに正
確に等分配されるときには、合波によりＳＨＧ光の強度
を完全に“０”にすることができるが、アーム２ａ，２
ｂに例えば１対２に分配された場合でも、十分な消光比
が得られる。なお、導波路２の分岐角θを約１°以下に
すれば、分岐点３，５における光の散乱損失を約１ｄＢ
以下に抑えることができる。

【００２８】なお、図１のような波長変換素子は以下の
ような仕方で作成することができる。すなわち、例えば
ＬｉＴａＯ３の非線形光学結晶材料からなる基板１表面
にＴｉ，Ｃｕ等を約１０００℃程度の温度で拡散して導
波路２を形成する。導波路２としては、単一モードのも
のに作成されるのが望ましい。その後、切出したチップ
のＣ軸方向にキュリー点近くの温度で電場を印加し、ポ
ーリングを行ない分極方向をそろえる。さらに、基板１
上面の斜線部（図１参照）以外をマスクした後、安息香
酸溶液中において約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〜６００℃
）直下の温度で熱処理することにより、マスクされてい
ない部分に位相整合部，すなわち分極反転層６ａ，６ｂ
を形成することができる。分極反転層６ａ，６ｂの厚さ
は、昇温速度を変化させることにより調整できる。

【００２９】また、分極反転層６ａ，６ｂの幅方向の長
さＬ２は、アーム２ａ，２ｂの幅と必ずとも一致してい
なくても良い。すなわち、例えば図２で示すように、２
つのアーム２ａ，２ｂ上だけでなく、基板１表面ｘ方向
にわたって分極反転層６を形成することも可能である。この場合には、図１に比べて、２つの分極反転層６ａ，
６ｂの作製をより容易に行なうことができ、なおかつ、
これらの分極反転層６ａ，６ｂ間の作製誤差を小さくす
ることが可能となる。

【００３０】また、電極４ａ，４ｂは、プラズマＣＶＤ
法を使って形成したシリコン酸化膜のバッファ層上に電
解めっき法を用いて形成することができる。すなわち、
バッファ層上に接着層としてＮｉＣｒ−Ａｕを蒸着した
後、厚膜レジストをパターニングし、そのパターンをガ
イドにしてＡｕを電解めっきで成長させ、しかる後、レ
ジストを除去し、Ａｕめっき部分以外をエッチング除去
することにより、電極４ａ，４ｂを作成できる。

【００３１】上記のような作成の仕方以外にも、Ｔｉ，
ＣＵ等のかわりに、Ｒｂ，Ｃｓ，Ａｇ等の約３００〜４
００℃付近で拡散できる金属を用いるときには、最初に
分極反転層６ａ，６ｂを上記と同様の手順で形成し、し
かる後、金属イオンをイオン拡散することにより、導波
路２を形成することができる。また、電極４ａ，４ｂの
材料としてＡｕのかわりにＡｕやＮｉを用いることもで
きて、この場合、電極４ａ，４ｂは、リフトオフ法やフ
ォトリソグラフィー，電解めっき法等で形成される。

【００３２】次に図１のような構成の波長変換素子の動
作について説明する。導波路２から基本波光ＢＭを入射
させると、この基本波光は導波路２を分岐点３の位置ま
で伝搬し、分岐点３のところで二等分されて、アーム２
ａ，２ｂにそれぞれ分岐する。アーム２ａ，２ｂにそれ
ぞれ分岐した基本波光に基づき位相整合部，すなわち分
極反転層６ａ，６ｂにおいてはＳＨＧ光がそれぞれ効率
良く生成される。なお、この段階では、分極反転層６ａ
，６ｂで生成された双方のＳＨＧ光の位相は同じであり
、これらの間の位相差は“０”となっている。このよう
にして生成された双方のＳＨＧ光は、アーム２ａ，２ｂ
を電極４ａ，４ｂのところまで伝搬する。

【００３３】いま、電極４ｂへの電圧Ｖが“０”であり
、電極４ｂ，４ａ間の電位差が“０”のときには、アー
ム２ｂを伝搬するＳＨＧ光は位相変化を受けず、アーム
２ａを伝搬するＳＨＧ光（参照光）と同じ位相状態で分
岐点５に到達し、分岐点５において合波される。合波さ
れたＳＨＧ光は、同じ位相状態で重ね合せられるので、
その強度は最大となって、導波路２から出射する。

【００３４】これに対し、電極４ｂへの電圧Ｖが半波長
電圧，例えば“３．８５”であり、電極４ｂ，４ａ間の
電位差が“３．８５Ｖ”のときには、アーム２ｂを伝搬
するＳＨＧ光はこの電位差により、πだけ位相変化を受
け、アーム２ａを伝搬するＳＨＧ光（参照光）と位相差
πだけずれて分岐点５に到達し、分岐において合波され
る。合波されたＳＨＧ光は、互いにπだけずれた位相状
態で重ね合せられるので、強度が互いに打消しあって、
強度が“０”となって導波路２から出射する。

【００３５】このように図１の例では、電極４ｂへの電
圧Ｖを変化させることにより、アーム２ａ，２ｂの各Ｓ
ＨＧ光に電圧Ｖに応じた位相差を生じさせ、ＳＨＧ光を
実質的に変調させて効率良く出射させることができる。すなわち、電圧ＶをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、Ｓ
ＨＧ光の出射をＯＦＦ／ＯＮさせることが可能となる。また、電圧Ｖを連続的に変化させることにより、ＳＨＧ
光の出射強度を連続的に変化させることも可能となる。

【００３６】図３，図４は図１に示した波長変換素子の
変形例を示す図である。なお図３，図４において、図１
と同様の箇所には同じ符号を付している。

【００３７】図３，図４に示す波長変換素子では、図１
の波長変換素子と同様に、導波路２は、２つのＹ分岐導
波路を組合せた干渉部を有しているが、この干渉部には
位相整合部６ａ，６ｂを設けず、干渉部の前方または後
方の導波路２上に位相整合部，すなわち分極反転層７ま
たは８を設けている。図３の素子では、干渉部の前方に
分極反転層７を設けることにより、干渉部よりも前の導
波路２においてＳＨＧ光を生成した上で干渉部に入力さ
せ、ＳＨＧ光を分岐点３で分岐させるようになっている
。分岐点３において分岐されたＳＨＧ光は、図１の例と
同様、電極４ｂ，４ａ間の電位差により位相変化を受け
、分岐点５で合波され、位相変化に応じた強度変調がな
されて、導波路２から出射される。

【００３８】また、図４の素子では、干渉部の後方に分
極反転層８を設けることにより、干渉部においては、分
岐点３において分岐された基本波光に対して電極４ｂ，
４ａ間の電位差による位相変化を受けさせ、分岐点５で
合波させる。これにより、位相変化により強度変調され
た基本波光が干渉部から出力され、干渉部よりも後に位
置する分極反転層８において、強度変調された基本波光
に基づきＳＨＧ光を生成し、導波路２から出射する。こ
こで、ＳＨＧ光は、基本波光が強度変調されたものとな
っているので、図１の例と同様に強度変調されて出射さ
れる。

【００３９】図１乃至図４に示した実施例では、基板１
にＬｉＴａＯ３を用いており、ＬｉＴａＯ３は光損傷閾
値が一般に高いので、光損傷の度合が小さく、従って、
基板１にＬｉＴａＯ３を用いることにより長期間使用し
たとしても、素子の性能を差程劣化させずに済む。また
、ＬｉＴａＯ３のキュリー点Ｔｃは、６００℃程度と低
いので、波長変換素子を比較的低い温度で作成すること
ができる。

【００４０】これに対し、従来非線形光学結晶として良
く用いられているＬｉＮｂＯ３，またはＭｇＯドープの
ＬｉＮｂＯ３は、ＬｉＴａＯ３よりも光損傷閾値が低い
ので、光損傷を受け易く、また、これらのキュリー点Ｔ
ｃは、１０００℃と高いので、波長変換素子の作成にＬ
ｉＴａＯ３に比べて高温の処理を必要とする。しかしな
がら、ＬｉＮｂＯ３，ＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３を基
板に用いて図１乃至図４の波長変換素子と同様の機能を
もつ波長変換素子を作成することはもちろん可能である
。

【００４１】図５は本発明に係る波長変換素子の第２の
実施例の構成図であって、この第２の実施例では、Ｌｉ
ＮｂＯ３，またはＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３の非線形
光学結晶材料（方位がＣ板の単結晶）を基板２１として
用いている。図５の波長変換素子は図１に対応した構成
となっており、上記基板２１上には、マッハツェンダ型
の干渉部を有する導波路２２が形成され、干渉部におい
て分岐されたアーム２２ａ，２２ｂ上の所定位置には、
電極２４ａ，２４ｂ、並びに位相整合部としての分極反
転層２６ａ，２６ｂがそれぞれ設けられている。

【００４２】分極反転層２６ａ，２６ｂの分極ドメイン
のピッチは、分極反転層６ａ，６ｂにおけるのと同様に
、数２によって定まる周期Ｆで作成されている。但し、
いまの場合、基板１にＬｉＴａＯ３ではなく、ＬｉＮｂ
Ｏ３，またはＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３を用いている
ので、周期Ｆは図１の場合と異なっている。

【００４３】すなわち、例えば、基本波光が０．８３μ
ｍの波長λのものであり、さらその電界方向がｘ軸方向
のＥｘｏｏモードのもの（常光）を用いると、この基本
波光のアーム２２ａ，２２ｂ（ＬｉＮｂＯ３）における
等価屈折率の波長分散は２．２２となる。また、この基
本波レーザ光に基づき非線形光学結晶材料の非線形定数
ｄ３１により発生する０．４１５μｍの波長（λ／２）
のＥｚｏｏモードのＳＨＧ光のアーム２２ａ，２２ｂに
おける等価屈折率の波長分散は２．２８となる。従って
、この場合の屈折率変化の周期Ｆは、数２により約６．
９μｍとなり、この場合、約１０μｍのピッチで分極反
転層２６ａ，２６ｂの分極ドメインを作成すれば、分極
反転層２６ａ，２６ｂにおいて基本波光とＳＨＧ光との
位相を整合させることができる。

【００４４】また、例えば、基本波レーザ光が０．８３
μｍの波長λのものであり、さらその電界方向がｚ軸方
向のＥｚｏｏモードのもの（異常光）を用いると、この
基本波レーザ光のアーム２２ａ，２２ｂ（ＬｉＮｂＯ３
）における等価屈折率の波長分散は２．１７となる。ま
た、この基本波レーザ光に基づき非線形光学結晶材料の
非線形定数ｄ３１により発生する０．４１５μｍの波長
（λ／２）のＥｚｏｏモードのＳＨＧ光のアーム２２ａ
，２２ｂにおける等価屈折率の波長分散は２．２８とな
る。従って、この場合の屈折率変化の周期Ｆは、数２に
より約３．８μｍとなり、この場合、約３．８μｍのピ
ッチで分極反転層２６ａ，２６ｂの分極ドメインを作成
すれば、分極反転層２６ａ，２６ｂにおいて基本波レー
ザ光とＳＨＧ光との位相を整合させることができる。

【００４５】図５のような構成の波長変換素子も図１の
波長変換素子と同様に動作し、電極２４ｂへの電圧Ｖを
変化させることにより、アーム２２ｂ上のＳＨＧ光の位
相を変化させてアーム２２ａ上のＳＨＧ光と合波させ、
ＳＨＧ光の強度を実質的に変調させて出射させることが
できる。また、図５の波長変換素子を図２乃至図４のよ
うな構成のものに変形することもできる。

【００４６】図６は本発明に係る波長変換素子の第３の
実施例の構成図である。なお図６において図５と同様の
箇所には同じ符号を付している。この第３の実施例では
、第２の実施例と同様に、ＬｉＮｂＯ３またはＭｇＯド
ープのＬｉＮｂＯ３の基板２１上に導波路２２が形成さ
れ、導波路２２の干渉部には、電位差を与えるための電
極２４ａ，２４ｂが設けられているが、導波路２２上に
は、分極反転層が形成されていない。すなわち、この構
成においては、基本波レーザ光として約１μｍ以上の波
長λのＥｘｏｏのものが使用されることを前提としてお
り、基本波光が約１μｍ以上の波長λのＥｘｏｏモード
のものである場合には、ＬｉＮｂＯ３の複屈折性を用い
て位相整合をとることができるため分極反転層を必要と
せずとも、導波路２２（アーム２２ａ，２２ｂをも含む
）においてＳＨＧ光を効率良く発生させることができて
、電極２４ｂ，２４ａ間の電位差により、ＳＨＧ光に位
相変化を生じさせ、図５の例と同様にして、ＳＨＧ光の
強度を変調させることができる。

【００４７】図７は本発明に係る波長変換素子の第４の
実施例の構成図である。この第４の実施例では、ＬｉＴ
ａＯ３，ＬｉＮｂＯ３等の非線形光学結晶材料からなる
基板３１上にプロトン交換のなされた導波路３２が形成
され、導波路３２の干渉部上にはそれぞれ電極３４ａ，
３４ｂが設けられている。

【００４８】このような構成では、導波路３２にプロト
ン交換光導波路が用いられているので、分極反転層が別
途設けられておらずとも、導波路３２においてチェレン
コフ放射を利用してＳＨＧ光を発生させることができる
。この場合も、第３の実施例と同様にして、ＳＨＧ光の
強度を変調させることができる。

【００４９】以上のように、上述の各実施例では、短波
長光を効率良く生成する機能とこの短波長光の強度を変
調する機能とを同一の基板上に簡単な構成でコンパクト
に実現できるので、波長変換素子の小型化を維持するこ
とができる。また、短波長光の効率を劣化させずに短波
長光の強度を容易に変調できるので、光ディスク装置に
適した波長変換素子を提供することができる。

【００５０】なお、上述の各実施例では、干渉部におけ
る分岐導波路の本数，すなわちアームの本数を２本とし
たが、さらにそれ以上の本数のアームを用いて各アーム
を導波する光の位相を調整することにより、より複雑な
光変調制御を行なうことも可能である。

【００５１】また、非線形光学結晶材料としては、Ｌｉ
ＴａＯ３，ＬｉＮｂＯ３，またはＭｇＯドープのＬｉＮ
ｂＯ３の他にも、例えばＫＴｉＯＰＯ４のＺ板を用いる
ことができる。なお、ＫＴｉＯＰＯ４を用いる場合には
、ＲｂＮＯ３／Ｂａ（ＮＯ３）２の溶触塩をイオン源と
して、イオン交換により基板に導波路を形成することが
できる。

【００５２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の波長変換
素子によれば、非線形光学媒質からなる導波路には該導
波路を複数本のアームに分岐した干渉部が設けられ、干
渉部の複数本のアームには可変電位差が印加されるよう
に構成されており、前記干渉部は、前記導波路に入射し
た基本波光に基づき生成され前記複数本のアームをそれ
ぞれ伝搬する短波長光に対して、可変電位差に応じた位
相差を生じさせた上で合波して出射させるようになって
いるので、電位差を変化させることにより、この波長変
換素子から変調された短波長光を効率良く出射させるこ
とができる。

【００５３】または、複数本のアームをそれぞれ伝搬す
る基本波光に対して、可変電位差に応じた位相差を生じ
させた上で合波し、強度変調された基本波光に基づき、
短波長光を生成し出射することによっても、変調された
短波長光を効率良く出射させることができる。

【００５４】上記導波路を、ＬｉＴａＯ３の非線形光学
媒質により形成することによって、長時間使用による素
子の性能劣化を抑え、また素子を比較的低い温度で作成
することができる。

【００５５】導波路をＬｉＴａＯ３の非線形光学媒質に
より形成する場合に、基本波光とこれに基づき発生する
短波長光との位相を整合させる位相整合部を導波路に設
けることにより、短波長光を効率良く生成することがで
きる。

【００５６】また、導波路を、ＬｉＮｂＯ３の非線形光
学媒質により、またはＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ
３の非線形光学媒質により形成することによって、導波
路においてＬｉＮｂＯ３の複屈折性を用いて位相整合を
とることもでき、この場合には、位相整合部を別途設け
ずとも短波長光を効率良く生成できる。

【００５７】また、導波路に、プロトン交換光導波路を
用いているときには、チェレンコフ放射を利用して短波
長光を生成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波長変換素子の第１の実施例の構
成図である。

【図２】図１に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。

【図３】図１に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。

【図４】図１に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。

【図５】本発明に係る波長変換素子の第２の実施例の構
成図である。

【図６】本発明に係る波長変換素子の第３の実施例の構
成図である。

【図７】本発明に係る波長変換素子の第４の実施例の構
成図である。

【図８】従来の導波路型のＳＨＧ素子の構成図である。

【符号の説明】

１，２１，３１　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　基板２，２２，３２　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　導波路２ａ，２ｂ，２２ａ，２２ｂ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　アーム４ａ，４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ　　　　
電極３，５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　分岐点６ａ，６ｂ，７，８，２６ａ，２６ｂ　　　　　　　　
　　　　位相整合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　非線形光学媒質からなる導波路を基板
に有し、前記導波路には該導波路を複数本のアームに分
岐した干渉部が設けられ、干渉部の複数本のアームには
可変電位差が印加されるように構成されており、前記干
渉部は、前記導波路に入射した基本波光に基づき生成さ
れ前記複数本のアームをそれぞれ伝搬する短波長光に対
して、前記可変電位差に応じた位相差を互いに生じさせ
た上で合波して出射させるようになっていることを特徴
とする波長変換素子。
【請求項２】　　非線形光学媒質からなる導波路を基板
に有し、前記導波路には該導波路を複数本のアームに分
岐した干渉部が設けられ、干渉部の複数本のアームには
可変電位差が印加されるように構成されており、前記干
渉部は、前記導波路に入射し前記複数本のアームをそれ
ぞれ伝搬する基本波光に対して、前記可変電位差に応じ
た位相差を互いに生じさせた上で合波するようになって
おり、干渉部において合波された基本波光に基づいて短
波長光を生成し、導波路から出射させるようになってい
ることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】　　前記導波路は、ＬｉＴａＯ３の非線形
光学媒質により形成さ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。
【請求項４】　　前記短波長光は、基本波光とこれに基
づき発生する短波長光との位相を整合させる前記導波路
上に設けられた位相整合部により生成されるようになっ
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。
【請求項５】　　前記導波路は、ＬｉＮｂＯ３、または
ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３、またはＫＴｉＯＰ
Ｏ４の非線形光学媒質により形成さ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。
【請求項６】　　前記導波路には、プロトン交換光導波
路が用い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。