JPH04333833A - Wavelength converting element - Google Patents

Wavelength converting element

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JPH04333833A
JPH04333833A JP3133518A JP13351891A JPH04333833A JP H04333833 A JPH04333833 A JP H04333833A JP 3133518 A JP3133518 A JP 3133518A JP 13351891 A JP13351891 A JP 13351891A JP H04333833 A JPH04333833 A JP H04333833A
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wavelength
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Abstract

PURPOSE:To emit short-wavelength light with efficiency even when fundamental wave light slightly varies in wavelength. CONSTITUTION:A nonlinear optical medium 2 consists of plural domains D1-Dn whose pitch is an odd multiple of the coherence length of the short-wavelength light and the respective domains D1-Dn are inverted in polarizing direction basically by turns, but at least one domain Di among the domains D1-Dn has the same polarizing direction with its one adjacent domain Di-1 and is inverted in phase at this domain. The total intensity of the short-wavelength light increases by phase matching up to the domain Di, but decreases behind the domain Di as a border, so that even when the fundamental wave light varies in wavelength, the projection intensity of the short-wavelength light becomes nearly equal eventually regardless of the wavelength variation.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、基本波光としてのレー
ザ光を非線形光学媒質に入射させて、基本波光の波長よ
りも短かい波長の短波長光を発生させる第2高調波発生
素子などの波長変換素子に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a second harmonic generation element, etc. that generates short-wavelength light having a wavelength shorter than the wavelength of the fundamental wave light by inputting a laser beam as the fundamental wave light into a nonlinear optical medium. This invention relates to a wavelength conversion element.

【0002】0002

【従来の技術】レーザ光源からの基本波光を強誘電性の
非線形光学媒質に入射させて基本波光の波長λの半分の
波長(λ/2)の第2高調波光、すなわちSHG光を発
生する第2高調波発生素子が知られており、この場合、
レーザ光源としては、小型化に適した半導体レーザが最
も良く用いられている。
2. Description of the Related Art A fundamental wave light from a laser light source is incident on a ferroelectric nonlinear optical medium to generate second harmonic light, that is, SHG light, having a wavelength (λ/2) that is half the wavelength λ of the fundamental wave light. A second harmonic generation element is known, and in this case,
As a laser light source, a semiconductor laser, which is suitable for miniaturization, is most often used.

【0003】ところで、半導体レーザの出力は、ガスレ
ーザに比べて低いため、SHG光を効率良く発生させる
ためには、非線形光学媒質内の各地点で発生するSHG
光の総体的な強度を減少させないよう、SHG光同士の
位相を整合させる必要がある。すなわち、一般に非線形
光学媒質内においては、基本波光の屈折率とSHG光と
の屈折率は相違しているので、基本波光とSHG光との
位相は整合したものとなっておらず、これにより、各地
点で発生するSHG光同士の位相は整合したものとなっ
ていない。図9はこの様子を概略的に示す図であり、非
線形光学媒質71内の例えば地点Aにおける基本波光に
より地点Aで発生したSHG光が例えば地点Bに到達し
たときに、地点Bでの基本波光との位相が180°反転
しているときには、地点Aから伝搬したSHG光と地点
Bにおいて新たに発生するSHG光との位相は180°
相違したものとなり、これらのSHG光が重ね合わさる
と強度が互いに打消しあい、SHG光の総体的な強度は
減少する。図10の符号P1は、非線形光学媒質内のS
HG光伝搬方向位置におけるSHG光の強度変化を概略
的に示す図であり、位相整合がなされていない場合にお
けるSHG光の総体的な強度は、干渉距離(コヒーレン
ス長)lcごとに極大極小を繰返し、非線形光学媒質か
ら出射される時点においてもSHG光の総体的な強度は
、非常に小さなものであるので、SHG光を効率良く出
射させることはできない。従って、SHG光を効率良く
出射させるためには、SHG光の総体的な強度が図10
に符号P2で示すようなものとなるよう何らかの仕方で
位相を整合させる必要がある。
By the way, since the output of a semiconductor laser is lower than that of a gas laser, in order to efficiently generate SHG light, it is necessary to
It is necessary to match the phases of the SHG lights so as not to reduce the overall intensity of the light. That is, in general, in a nonlinear optical medium, the refractive index of the fundamental wave light and the SHG light are different, so the phases of the fundamental wave light and the SHG light are not matched, and as a result, The phases of the SHG lights generated at each point are not matched. FIG. 9 is a diagram schematically showing this situation. When SHG light generated at point A due to fundamental wave light at point A in the nonlinear optical medium 71 reaches point B, for example, fundamental wave light at point B is generated. When the phase of the SHG light propagated from point A and the newly generated SHG light at point B are inverted by 180 degrees, the phase of the SHG light propagated from point A and the SHG light newly generated at point B is 180 degrees.
When these SHG lights are superimposed, their intensities cancel each other out, and the overall intensity of the SHG lights decreases. P1 in FIG. 10 indicates S in the nonlinear optical medium.
It is a diagram schematically showing changes in the intensity of SHG light at positions in the HG light propagation direction, and the overall intensity of SHG light when phase matching is not performed repeats maximum and minimum for each interference distance (coherence length) lc. Since the overall intensity of the SHG light is very small even when it is emitted from the nonlinear optical medium, it is not possible to emit the SHG light efficiently. Therefore, in order to emit SHG light efficiently, the overall intensity of SHG light must be
It is necessary to match the phases in some way so that the phase becomes as shown by the symbol P2.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相を
整合させることができたとしても、SHG光の効率は、
基本波光の波長が変化すると、これに伴って著しく変化
してしまうという問題があった。
[Problem to be solved by the invention] However, even if the phases can be matched, the efficiency of SHG light is
There has been a problem in that when the wavelength of the fundamental light changes, it changes significantly accordingly.

【0005】すなわち、半導体レーザからの基本波光の
波長は、温度によって大きく変化し、環境温度が例えば
20℃程度変化すると、波長は約5nm程度も変化する
。図11は半導体レーザからの基本波光の波長が810
nm(設計波長)である場合に位相整合の条件が満たさ
れるよう設計された非線形光学媒質に、種々の波長の基
本波光を入射させたときのSHG光の強度変化予想を示
す図である。図11からわかるように、環境温度がほん
の数℃変化し、この結果、基本波光の波長が設計波長8
10nmから例えば809nmと僅か1nm変化しただ
けで、810nmでは効率良く得られたSHG光が80
9nmでは効率良く得ることができなくなってしまうと
いう欠点があった。
[0005] That is, the wavelength of the fundamental wave light from a semiconductor laser changes greatly depending on the temperature, and when the environmental temperature changes by about 20° C., for example, the wavelength changes by about 5 nm. Figure 11 shows that the wavelength of the fundamental wave light from the semiconductor laser is 810.
FIG. 3 is a diagram showing predicted changes in the intensity of SHG light when fundamental wave lights of various wavelengths are made incident on a nonlinear optical medium designed to satisfy the phase matching condition when the wavelength is 5 nm (design wavelength). As can be seen from Fig. 11, the environmental temperature changes by only a few degrees Celsius, and as a result, the wavelength of the fundamental light changes to 8 degrees, which is the design wavelength.
With only a 1nm change from 10nm to 809nm, for example, the SHG light that was efficiently obtained at 810nm becomes 80nm.
9 nm had the disadvantage that it could not be obtained efficiently.

【0006】このような欠点を解決するためには、半導
体レーザの温度が常に一定のものとなるよう、例えば温
度制御装置等により厳密に制御することが考えられるが
、温度安定化の装置を設けると、小型化に支障が生じる
。また、たとえ温度を安定化させても、半導体レーザ自
体の特性が経時変化すると(例えば劣化すると)、波長
が変化し、SHG光を効率良く得ることができないとい
う問題があった。
[0006] In order to solve these drawbacks, it is conceivable to strictly control the temperature of the semiconductor laser so that it is always constant using, for example, a temperature control device. This poses a problem in downsizing. Further, even if the temperature is stabilized, if the characteristics of the semiconductor laser itself change over time (for example, if it deteriorates), the wavelength will change, making it impossible to efficiently obtain SHG light.

【0007】本発明は、基本波光の波長が多少変化した
場合であっても短波長光を効率良く発生させることの可
能な波長変換素子を提供することを目的としている。
An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element that can efficiently generate short wavelength light even when the wavelength of fundamental light changes somewhat.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の波長変換素子は、非線形光学媒質が、強誘電
性のものであって、短波長光のコヒーレンス長の奇数倍
のピッチの複数のドメインから構成されており、各ドメ
インはその分極方向が基本的には交互に反転しているが
、各ドメインのうちの少なくとも1つは、隣接する1つ
のドメインと同じ分極方向をもち、該ドメインのところ
でドメインの位相を逆転させるよう形成されていること
を特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the wavelength conversion element of the present invention has a nonlinear optical medium that is ferroelectric and has a pitch that is an odd multiple of the coherence length of short wavelength light. It is composed of a plurality of domains, and the polarization directions of each domain are basically alternately reversed, but at least one of each domain has the same polarization direction as one adjacent domain, It is characterized by being formed so that the phase of the domain is reversed at the domain.

【0009】または、各ドメインのうちの少なくとも1
つは、隣接する1つのドメインと同じ分極方向をもち、
該ドメインのところでドメインの位相を逆転させるよう
形成されており、さらに、該ドメインよりも前に位置す
る各ドメインは、短波長光のあるコヒーレンス長の奇数
倍のピッチを有し、該ドメインよりも後に位置する各ド
メインは、前記コヒーレンス長とは異なる短波長光のコ
ヒーレンス長の奇数倍のピッチを有していることを特徴
としている。
[0009] or at least one of each domain
one has the same polarization direction as one adjacent domain,
The domain is formed so that the phase of the domain is reversed at the domain, and each domain located before the domain has a pitch that is an odd number multiple of a certain coherence length of short wavelength light, and Each of the domains positioned later is characterized in that it has a pitch that is an odd number multiple of the coherence length of short wavelength light, which is different from the coherence length.

【0010】さらに、隣接する1つのドメインと同じ分
極方向をもつ前記ドメインは、最終的なドメインから出
射される短波長光の総体的な強度を差程低下させず、な
おかつ、基本波光の波長が多少変化しても短波長光の総
体的な強度を同程度のものにすることができるような位
置に配置されることを特徴としている。
Furthermore, the domain having the same polarization direction as one adjacent domain does not significantly reduce the overall intensity of the short wavelength light emitted from the final domain, and the wavelength of the fundamental light is It is characterized by being arranged at a position where the overall intensity of the short wavelength light can be maintained at the same level even if there is some change.

【0011】[0011]

【作用】上記のような構成の波長変換素子では、短波長
光のコヒーレンス長の奇数倍の長さをもち、分極方向が
基本的に交互に反転している複数のドメインをもつ非線
形光学媒質に基本波光を入射させると、基本波光に基づ
き各地点で発生する短波長光は位相が整合し、その総体
的な強度が増加する。この場合には、短波長光の総体的
な強度を増加させることはできるものの、基本波光の波
長が変化すると、これに伴ない短波長光の強度も大きく
変化してしまう。しかしながら、この波長変換素子では
、隣接する1つのドメインと同じ分極方向をもつドメイ
ンが少なくとも1つ形成され、このドメインのところか
らはドメインの位相が逆転するので、上記のように増加
した短波長光の強度はこのドメインを境に低下し、最終
的には、基本波光の波長が変化する場合にも、短波長光
の出射強度は、波長変化によらず同程度のものとなる。
[Operation] The wavelength conversion element with the above configuration converts the nonlinear optical medium into a nonlinear optical medium that has multiple domains whose length is an odd number multiple of the coherence length of short wavelength light and whose polarization directions are basically alternately reversed. When the fundamental wave light is incident, the phases of the short wavelength lights generated at each point based on the fundamental wave light are matched, and the overall intensity increases. In this case, although the overall intensity of the short wavelength light can be increased, when the wavelength of the fundamental light changes, the intensity of the short wavelength light also changes significantly. However, in this wavelength conversion element, at least one domain having the same polarization direction as one adjacent domain is formed, and the phase of the domains is reversed from this domain, so that the increased short wavelength light as described above is generated. The intensity decreases across this domain, and eventually, even when the wavelength of the fundamental wave light changes, the output intensity of the short wavelength light becomes approximately the same regardless of the wavelength change.

【0012】また、隣接する1つのドメインと同じ分極
方向をもつドメインよりも前に位置する各ドメインが短
波長光のあるコヒーレンス長の奇数倍の長さを有し、こ
のドメインよりも後に位置する各ドメインが上記コヒー
レンス長とは異なるコヒーレンス長の奇数倍の長さをも
つようにドメインを構成する場合には、基本波のある波
長に基づく短波長光の総体的な強度を前部のドメインで
は増加させ、後部のドメインでは減少させる一方、上記
波長からずれた波長の基本波光に基づく総体的な強度を
前部のドメインでは減少させ、後部のドメインでは増加
させることができ、これにより、基本波光の波長が変化
する場合にも、短波長光の強度を最終的には同程度のも
のにすることができる。
[0012] Furthermore, each domain located before a domain having the same polarization direction as an adjacent domain has a length that is an odd number multiple of a certain coherence length of short wavelength light, and each domain located after this domain When configuring the domains so that each domain has a length that is an odd number multiple of the coherence length, which is different from the above coherence length, the overall intensity of short wavelength light based on a certain wavelength of the fundamental wave is While increasing and decreasing in the rear domain, the overall intensity based on the fundamental light at a wavelength shifted from the above wavelength can be decreased in the front domain and increased in the rear domain, thereby causing the fundamental light to decrease in the front domain and increase in the rear domain. Even if the wavelength of the light changes, the intensity of the short wavelength light can ultimately be made to be about the same.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の一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、LiNb
O3 などの強誘電性の非線形光学媒質からなる長さL
の導波路2が基板1上に形成されている。この導波路2
は、これに半導体レーザ(図示せず)からの基本波光を
入射させて、この基本波光に基づきこの基本波光の波長
よりも短かい波長の短波長光(以下ではSHG光とする
)を発生させるために設けられており、この第1の実施
例では、導波路2は特に、図2に詳細に示すようなドメ
イン構造を有している。なお図2において、矢印は強誘
電性の非線形光学媒質の分極方向を示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a wavelength conversion element according to the present invention. In the wavelength conversion element of FIG. 1, LiNb
Length L made of ferroelectric nonlinear optical medium such as O3
A waveguide 2 is formed on the substrate 1. This waveguide 2
The fundamental wave light from a semiconductor laser (not shown) is incident on this, and based on this fundamental wave light, short wavelength light (hereinafter referred to as SHG light) having a wavelength shorter than the wavelength of this fundamental wave light is generated. In this first embodiment, the waveguide 2 has, in particular, a domain structure as shown in detail in FIG. Note that in FIG. 2, arrows indicate the polarization direction of the ferroelectric nonlinear optical medium.

【0014】図2を参照すると、導波路2に形成された
各ドメインD1 〜Dn は所定のピッチFを有してお
り、隣接するドメイン同士、例えばD1 とD2 とは
基本的には分極方向が互いに反転したものとなっている
が、各ドメインD1 〜Dn のうちの少なくとも1つ
のドメイン、例えばDi の分極方向は、その1つ前の
ドメインDi−1 の分極方向に対し反転しておらず、
同じ分極方向となっている。
Referring to FIG. 2, each domain D1 to Dn formed in the waveguide 2 has a predetermined pitch F, and adjacent domains, for example D1 and D2, basically have polarization directions that are different from each other. However, the polarization direction of at least one of the domains D1 to Dn, for example Di, is not reversed with respect to the polarization direction of the previous domain Di-1,
They have the same polarization direction.

【0015】すなわち、このようなドメインDi を少
なくとも1箇所設けることにより、ドメインD1 〜D
i−1 までのドメインの位相と、ドメインDi 〜D
n までのドメインの位相とを逆転させるようにしてい
る。
That is, by providing at least one such domain Di, domains D1 to D
The phase of the domains up to i-1 and the domains Di ~ D
The phase of the domains up to n is reversed.

【0016】導波路2がドメイン構造を何ら有していな
いときには、前述したように、導波路2内を伝搬する基
本波光に基づき発生するSHG光は、基本波光との屈折
率差により、基本波光と位相が整合せず、従って、ある
地点Aで発生するSHG光と他の地点Bで発生するSH
G光とは位相が180°反転し、総体的な強度が相殺し
合って、その結果総体的な強度は、図10に符号P1で
示したように、次式で与えられるコヒーレンス長lcご
とに極大極小を繰り返すことになる。
When the waveguide 2 does not have any domain structure, as described above, the SHG light generated based on the fundamental light propagating in the waveguide 2 becomes the fundamental light due to the refractive index difference with the fundamental light. Therefore, the SHG light generated at a certain point A and the SH generated at another point B
The phase of the G light is reversed by 180°, and the overall intensity cancels each other out.As a result, the overall intensity is, as shown by the symbol P1 in Fig. 10, for each coherence length lc given by the following equation. It will repeat the maximum and minimum.

【0017】[0017]

【数1】lc=λ/(4・δN) δN=|N1 −N2 |[Equation 1] lc=λ/(4・δN) δN=|N1-N2|

【0018】なお、上式において、λは基本波光の波長
、N1 は基本波光の屈折率、N2 はSHG光の屈折
率である。
In the above equation, λ is the wavelength of the fundamental light, N1 is the refractive index of the fundamental light, and N2 is the refractive index of the SHG light.

【0019】このようなSHG光の総体的な強度の減少
を防止するためには、各地点で発生するSHG光の位相
を整合させる必要があり、SHG光の位相を整合させる
のに、従来では、導波路2の複屈折を利用する技術や、
分極方向が交互に反転するドメイン構造を導波路2内に
形成する技術などが知られている。
In order to prevent such a decrease in the overall intensity of the SHG light, it is necessary to match the phases of the SHG lights generated at each point. , technology that utilizes the birefringence of the waveguide 2,
A technique is known in which a domain structure in which the polarization direction is alternately reversed is formed in the waveguide 2.

【0020】本願の発明者は、このような種々の位相整
合技術のうちで、後述のように基本波光の波長が温度変
化等によって変化した場合にもSHG光の効率変動を抑
えることを実現するのに、導波路2内にドメイン構造を
形成する技術が最も適したものであることを見出し、こ
れを選択し利用することにした。この技術はドメイン周
期を調整することにより、見かけ上の位相整合をとるも
ので、準位相整合技術(QPM)として知られている。
[0020] Among these various phase matching techniques, the inventor of the present application has realized the suppression of fluctuations in the efficiency of SHG light even when the wavelength of the fundamental wave light changes due to temperature changes, etc., as described later. However, they found that the most suitable technique was to form a domain structure within the waveguide 2, and decided to use this technique. This technique achieves apparent phase matching by adjusting the domain period, and is known as quasi-phase matching technique (QPM).

【0021】例えば、基本波光としてその電界振幅EX
 がX方向に偏光したものを用い、この基本波光を非線
形光学媒質に入射させ、非線形光学媒質のテンソル成分
dZXによってZ方向に偏光した電界振幅EZ をもつ
SHG光を発生させる場合、SHG光の電界振幅EZ 
の進行方向Zに沿う微小増加分(dEZ /dZ)のフ
ェーザ表示は次式により表わされる。
For example, as a fundamental wave light, its electric field amplitude EX
is polarized in the X direction, and when this fundamental wave light is incident on a nonlinear optical medium to generate SHG light having an electric field amplitude EZ polarized in the Z direction by the tensor component dZX of the nonlinear optical medium, the electric field of the SHG light is Amplitude EZ
The phasor representation of the minute increment (dEZ/dZ) along the traveling direction Z is expressed by the following equation.

【0022】[0022]

【数2】 dEZ /dZ=−iω(μ0/ε)1/2・〔τ・D
〕〔Ex (Z) 〕2 ・exp(i・δk・Z)
[Mathematical 2] dEZ /dZ=-iω(μ0/ε)1/2・[τ・D
] [Ex (Z)] 2 ・exp(i・δk・Z)


0023】また、SHG光の電界振幅EZ は次式によ
り与えられる。
[
Further, the electric field amplitude EZ of SHG light is given by the following equation.

【0024】[0024]

【数3】EZ (Z)=∫τ・(dEz /dZ)・d
[Math. 3] EZ (Z) = ∫τ・(dEz /dZ)・d
Z

【0025】数2、数3においてωは基本波光の角周
波数、μ0 は真空中での透磁率、εは誘電率、Dは非
線形光学係数、δkは位相不整合量である。また、τは
非線形光学係数の符号を表わし、(+1)、または(−
1)の値をとる。
In Equations 2 and 3, ω is the angular frequency of the fundamental light, μ0 is the magnetic permeability in vacuum, ε is the dielectric constant, D is the nonlinear optical coefficient, and δk is the amount of phase mismatch. In addition, τ represents the sign of the nonlinear optical coefficient, (+1) or (−
Takes the value of 1).

【0026】準位相整合技術においては、ドメインが反
転すると、非線形光学係数Dの符号、すなわちτが反転
し、この場合に数3において、SHG光の電界振幅EZ
 の符号が反転することを利用している。
In the quasi-phase matching technique, when the domain is inverted, the sign of the nonlinear optical coefficient D, that is, τ, is inverted, and in this case, in Equation 3, the electric field amplitude EZ of the SHG light is
It takes advantage of the fact that the sign of is reversed.

【0027】すなわち、図1の例において、導波路2が
ドメイン構造を有していないときには、コヒーレント長
lC のところで、SHG光の電界振幅の微小増加分(
dEZ /dZ)は負となり、電界振幅EZ は減少方
向に向かうが、このときに符号τを反転させれば、電界
振幅EZ を増加方向に向かわせることができる。この
ことは、分極方向が交互に反転しているドメイン構造を
非線形光学媒質にもたせることにより可能となり、この
際、ドメインD1 ,D2 のピッチFを次式に示すよ
うにコヒーレント長lC の奇数倍に設定すれば、SH
G光の総体的な強度を減少させず、SHG光を効率良く
発生させることができる。
That is, in the example of FIG. 1, when the waveguide 2 does not have a domain structure, at the coherence length lC, the slight increase in the electric field amplitude of the SHG light (
dEZ /dZ) becomes negative and the electric field amplitude EZ tends to decrease, but if the sign τ is reversed at this time, the electric field amplitude EZ can be made to increase. This is possible by providing a nonlinear optical medium with a domain structure in which the polarization direction is alternately reversed, and in this case, the pitch F of the domains D1 and D2 is set to an odd multiple of the coherence length lC as shown in the following equation. If set, SH
SHG light can be efficiently generated without reducing the overall intensity of G light.

【0028】[0028]

【数4】       F=(2m+1)・lC =(2m+1)
・λ/(4・δN)
[Math. 4] F=(2m+1)・lC=(2m+1)
・λ/(4・δN)

【0029】なお、数4において、
mは整数であり、ドメインの次数とみなすことができる
。図3は各ドメインD1 〜Dn を数4のピッチFで
形成し、これらのドメインD1 〜Dn の分極方向が
交互に反転したものとなっている場合におけるSHG光
の総体的な強度の計算例を比較のため示した図である。 図3において、符号Q1はドメイン構造を有していない
場合のSHG光の総体的な強度を示しており、また、符
号Q2,Q3はドメインの次数mがそれぞれ“0”,“
1”の場合のSHG光の総体的な強度を示しており、ま
た符号Q4は同一の非線形光学係数の下で完全な位相整
合条件が満足されたとした場合(実現不可)のSHG光
の総体的な強度を示している。いま、δNが0.025
であるとすると、mが“0”の場合のドメインのピッチ
Fは、基本波光の波長λの10倍にする必要があり、m
が“1”の場合のドメインのピッチFは、mが“0”の
場合のピッチの3倍にする必要がある。
[0029] In Equation 4,
m is an integer and can be regarded as the degree of the domain. Figure 3 shows an example of calculation of the overall intensity of SHG light when each domain D1 to Dn is formed with a pitch F of several 4, and the polarization directions of these domains D1 to Dn are alternately reversed. It is a figure shown for comparison. In FIG. 3, the symbol Q1 indicates the overall intensity of the SHG light when it does not have a domain structure, and the symbols Q2 and Q3 indicate the order m of the domain "0" and "
1", and the symbol Q4 indicates the overall intensity of the SHG light when the perfect phase matching condition is satisfied under the same nonlinear optical coefficient (which cannot be realized). Now, δN is 0.025.
If m is "0", the domain pitch F needs to be 10 times the wavelength λ of the fundamental light, and m
The pitch F of the domain when m is "1" needs to be three times the pitch when m is "0".

【0030】このように導波路2にドメイン構造をもた
せることにより、SHG光を効率良く発生させることは
できるが、ドメインD1 〜Dn の分極方向を単に交
互に反転させただけでは、導波路2から最終的に出射さ
れるSHG光の総体的な強度は、図11に示したように
、基本波光の波長変化に応じて大きく変動し、基本波光
の波長が設計波長から少しでもずれると、SHG光を効
率良く得ることができなくなる。すなわち、基本波光の
波長が設計波長であるときには、SHG光のコヒーレン
ス長lC がドメインのピッチFと一致し(簡単のため
m=“0”とする)、各地点で発生するSHG光の位相
が見かけ上整合して、各SHG光はその強度を増加させ
る方向に重ね合って、効率良く出射されるが、基本波光
の波長が設計波長からずれると、SHG光のコヒーレン
ス長lC がドメインのピッチFと一致しなくなり、各
地点で発生するSHG光の位相が整合しなくなって、効
率が低下する。
By providing the waveguide 2 with a domain structure in this way, it is possible to efficiently generate SHG light, but if the polarization directions of the domains D1 to Dn are simply alternately reversed, the As shown in Figure 11, the overall intensity of the SHG light that is finally emitted varies greatly depending on the wavelength change of the fundamental wave light, and if the wavelength of the fundamental wave light deviates even slightly from the design wavelength, the SHG light cannot be obtained efficiently. That is, when the wavelength of the fundamental light is the design wavelength, the coherence length lC of the SHG light matches the domain pitch F (for simplicity, let m = "0"), and the phase of the SHG light generated at each point is Apparently matched, the SHG lights overlap in a direction that increases their intensity and are efficiently emitted. However, if the wavelength of the fundamental light deviates from the design wavelength, the coherence length lC of the SHG light changes to the domain pitch F. As a result, the phases of the SHG light generated at each point no longer match, resulting in a decrease in efficiency.

【0031】本願の発明者は、設計波長におけるSHG
光の最大効率を多少犠牲にしても、基本波光の波長変化
にするSHG光の効率変化を有効に防止するため、図1
、図2に示すように、基本的には交互に反転しているド
メインD1 〜Dn の少なくとも1つ、例えばDi 
の分極方向をその前のドメインDi−1 と同じ分極方
向のものにし、ドメインDi 〜Dn の位相をドメイ
ンD1 〜Di−1 の位相と逆転させるようにした。
[0031] The inventor of the present application has proposed that the SHG at the design wavelength
In order to effectively prevent the change in the efficiency of SHG light that changes the wavelength of the fundamental wave light, even if the maximum efficiency of light is sacrificed to some extent,
, as shown in FIG.
The polarization direction of the domain Di-1 is the same as that of the previous domain Di-1, and the phase of the domains Di-Dn is reversed from that of the domains D1-Di-1.

【0032】図1、図2の波長変換素子は、具体的には
、例えば、以下の製造工程によって作成される。すなわ
ち、基板1として強誘電性の非線形光学媒質、例えばL
iNbO3 結晶の+C面にTiの周期パターンを作り
、LiNbO3 のキュリー温度Tcよりも僅かに低い
温度(1035℃程度)で約1時間熱処理後、急冷する
。LiNbO3 結晶では、強誘電性のドメイン構造が
C軸方向に180°反転領域をもち、特に+C面では、
種々の外部要因によって反転を生じるので、上記の急冷
によって分極反転のパターン、すなわちドメイン構造を
基板1の表面から厚さ約2μm程度に形成することがで
きる。なお、導波路2はプロトン交換法により低温で作
成され、また、その際の分極反転のパターニングは、図
4に示すようなマスクを用いれば良い。図4に示すマス
クは、ポジレジストを想定しての穴あきマスクであり、
レジストのタイプに応じたマスクを用いれば良い。
Specifically, the wavelength conversion elements shown in FIGS. 1 and 2 are manufactured, for example, by the following manufacturing process. That is, the substrate 1 is a ferroelectric nonlinear optical medium, for example, L
A periodic pattern of Ti is formed on the +C plane of the iNbO3 crystal, and after heat treatment for about 1 hour at a temperature slightly lower than the Curie temperature Tc of LiNbO3 (approximately 1035° C.), it is rapidly cooled. In LiNbO3 crystal, the ferroelectric domain structure has a 180° inversion region in the C-axis direction, especially in the +C plane.
Since inversion occurs due to various external factors, a polarization inversion pattern, that is, a domain structure, can be formed to a thickness of about 2 μm from the surface of the substrate 1 by the above-mentioned rapid cooling. Note that the waveguide 2 is created at a low temperature by a proton exchange method, and a mask as shown in FIG. 4 may be used for patterning the polarization inversion at that time. The mask shown in FIG. 4 is a perforated mask assuming a positive resist.
A mask suitable for the type of resist may be used.

【0033】次にこのような構成の第1の実施例の波長
変換素子の動作について説明する。いま、図5(a)に
示すようなドメイン構造(図2と同じ)をもつ非線形光
学媒質に、半導体レーザからの基本波光を入射させると
、非線形光学媒質の各地点からは、この基本波光に基づ
きSHG光が発生する。
Next, the operation of the wavelength conversion element of the first embodiment having such a configuration will be explained. Now, when fundamental wave light from a semiconductor laser is made incident on a nonlinear optical medium having a domain structure as shown in Fig. 5(a) (same as in Fig. 2), this fundamental wave light is Based on this, SHG light is generated.

【0034】ところで、ドメインD1 〜Di−1 ま
での間では、図3に示したと同様に、SHG光の総体的
な強度(重ね合せのなされた強度)は、基本波光の波長
変化に応じて大きく変化する。すなわち、基本波光の波
長が設計波長λの場合には、SHG光のコヒーレンス長
lC とドメインのピッチFとが一致し(簡単のためm
を“0”とする)、見かけ上の位相整合がとれるので、
SHG光の総体的な強度は最も大きいが、基本波光の波
長が設計波長λからδλだけずれると、SHG光のコヒ
ーレンス長lC がドメインのピッチFと一致せず、位
相整合の条件を満たさなくなるため、SHG光の総体的
な強度は、設計波長の場合に比べて低下する。但し、こ
の場合でも、設計波長からのずれが数nmと小さい場合
には、ドメイン構造を有しない場合に比べて、SHG光
の総体的な強度は非常に大きい。
By the way, in the domain D1 to Di-1, as shown in FIG. 3, the overall intensity (superimposed intensity) of the SHG light increases depending on the wavelength change of the fundamental light. Change. That is, when the wavelength of the fundamental light is the design wavelength λ, the coherence length lC of the SHG light matches the domain pitch F (for simplicity, m
is set to “0”), and apparent phase matching can be achieved, so
The SHG light has the highest overall intensity, but if the wavelength of the fundamental light deviates from the design wavelength λ by δλ, the coherence length lC of the SHG light will not match the domain pitch F, and the phase matching condition will not be satisfied. , the overall intensity of the SHG light is reduced compared to the case of the design wavelength. However, even in this case, when the deviation from the design wavelength is as small as several nanometers, the overall intensity of the SHG light is very large compared to the case where there is no domain structure.

【0035】このように、ドメインD1 〜Di−1 
までの間は、基本波長の波長が環境の温度変化等によっ
て変化すると、これに伴ない、SHG光の総体的な強度
も変化する。しかしながら、ドメインDi 〜Dn に
おいては、その位相がドメインD1 〜Di−1 の位
相に対し逆転しているので、このドメインDi 〜Dn
において発生するSHG光の位相は、ドメインD1 〜
Di−1 において発生したSHG光の位相と180°
と反転したものとなる。この結果、ドメインD1 〜D
i−1 において発生したSHG光の総体的な強度は、
ドメインDi 〜Dn において発生するSHG光の強
度により相殺され、低下する。特に、基本波光の波長が
設計波長λであるときには、ドメインD1 〜Di−1
 で位相整合のとれていた分、ドメインDi 〜Dn 
では位相整合がとれなくなり、基本波光の波長が設計波
長からずれている場合に比べてSHG光の総体的な強度
の低下の度合いは大きい。これにより、ドメインDi−
1 時には基本波光の波長変化により大きく相違してい
たSHG光の総体的な強度は、ドメインDi 〜Dn 
と進むにつれて相違が少なくなり、ドメインDn 時に
は、基本波光の波長変化によらずほぼ同程度のものとな
る。
In this way, domains D1 to Di-1
Until then, when the wavelength of the fundamental wavelength changes due to environmental temperature changes, etc., the overall intensity of the SHG light also changes accordingly. However, in the domains Di to Dn, the phase is reversed with respect to the phase of the domains D1 to Di-1, so this domain Di to Dn
The phase of the SHG light generated in domain D1 ~
Phase and 180° of SHG light generated at Di-1
It becomes the reverse. As a result, domains D1 to D
The overall intensity of the SHG light generated at i-1 is
The intensity of the SHG light generated in the domains Di to Dn cancels out and decreases. In particular, when the wavelength of the fundamental light is the design wavelength λ, the domains D1 to Di-1
Since the phase matching was achieved in the domain Di ~ Dn
In this case, phase matching cannot be achieved, and the overall intensity of the SHG light decreases to a greater degree than in the case where the wavelength of the fundamental wave light deviates from the design wavelength. As a result, the domain Di-
1. The overall intensity of the SHG light, which sometimes differs greatly due to the wavelength change of the fundamental light, is in the domain Di ~ Dn.
The difference decreases as the domain Dn progresses, and in the domain Dn, the difference becomes almost the same regardless of the wavelength change of the fundamental wave light.

【0036】図5(b)はドメイン構造が図5(a)の
ようになっている場合に基本波光の波長がそれぞれ設計
波長λ(=810nm)、設計波長から±1nmだけず
れた波長(809nm、811nm)であるときのSH
G光の総体的な強度の計算結果を示す図である。図5(
b)からわかるように、ドメイン構造を図5(a)のよ
うにすれば、基本波の波長が設計波長(810nm)か
ら1nm程度変化し、809nm、あるいは811nm
となっても、このときにドメインDn から最終的に出
射されるSHG光の強度を基本波の波長が810nmで
ある場合とほぼ同程度のものにすることができる。なお
、この場合に、SHG光の強度は、ドメインDi−1 
時の強度に比べれば低下しているが、ドメイン構造を有
しない場合に比べれば大きなものに維持でき、SHG光
を効率良く得ることができる。このようにして、基本波
光の波長が多少変化した場合であってもSHG光を効率
良く出射させることができる。
FIG. 5(b) shows that when the domain structure is as shown in FIG. 5(a), the wavelength of the fundamental light is the design wavelength λ (=810 nm) and the wavelength shifted by ±1 nm from the design wavelength (809 nm). , 811 nm)
It is a figure which shows the calculation result of the total intensity of G light. Figure 5 (
As can be seen from b), if the domain structure is made as shown in FIG.
Even so, the intensity of the SHG light finally emitted from the domain Dn can be made almost the same as when the wavelength of the fundamental wave is 810 nm. In this case, the intensity of the SHG light is in the domain Di-1
Although the intensity is lower than that in the original case, it can be maintained at a higher intensity than in the case without a domain structure, and SHG light can be obtained efficiently. In this way, even if the wavelength of the fundamental light changes somewhat, the SHG light can be efficiently emitted.

【0037】ドメインDi を設ける位置は、最終的な
ドメインDn から出射されるSHG光の総体的な強度
を差程低下させず、なおかつ、基本波光の波長が多少変
化しても総体的な強度を同程度のものにすることができ
るような位置であれば良く、図5(b)の例では、ドメ
インD1 からドメインDn までの長さ、すなわち導
波路2の長さLを相対的に“1”としたときに、ドメイ
ンD1 から“0.84”の地点にドメインDi を設
けた場合が示されている。また、この場合に、導波路2
の長さをLよりもさらに長くし、さらに多くのドメイン
を設けると、位相整合が再びとれ始めて、図5(b)に
破線で示すように、SHG光の総体的な強度は再び増加
し、基本波光の波長の変化に応じSHG光の総体的な強
度も変化してしまうので、導波路2の長さは上記条件を
満たす長さLに設定するのが良い。
The position where the domain Di is provided is determined so that the overall intensity of the SHG light emitted from the final domain Dn is not significantly lowered, and the overall intensity is maintained even if the wavelength of the fundamental wave light changes somewhat. In the example of FIG. 5(b), the length from the domain D1 to the domain Dn, that is, the length L of the waveguide 2, may be relatively "1". ”, and the domain Di is provided at a point “0.84” from the domain D1. In addition, in this case, the waveguide 2
When the length of L is made longer than L and more domains are provided, phase matching begins to be achieved again, and the overall intensity of the SHG light increases again, as shown by the broken line in Fig. 5(b). Since the overall intensity of the SHG light changes according to a change in the wavelength of the fundamental wave light, the length of the waveguide 2 is preferably set to a length L that satisfies the above conditions.

【0038】図6は本発明に係る波長変換素子の第2の
実施例の構成図、図7は図6の波長変換素子の導波路に
形成されているドメイン構造を示す図である。図6,図
7の波長変換素子は、図1,図2に示した波長変換素子
と同様に、LiNbO3 などの強誘電性の非線形光学
媒質からなりドメイン構造を有する長さLの導波路12
が基板11上に形成され、導波路12に形成されたドメ
インE1 〜En の分極方向は基本的には交互に反転
したものとなっているが、各ドメインE1 〜En の
うちの少なくとも1つのドメイン、例えばEi の分極
方向は、その1つ前のドメインEi−1 の分極方向に
対し反転しておらず、同じ分極方向となっている。
FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing a domain structure formed in the waveguide of the wavelength conversion element of FIG. 6. Similar to the wavelength conversion elements shown in FIGS. 1 and 2, the wavelength conversion elements shown in FIGS. 6 and 7 are made of a ferroelectric nonlinear optical medium such as LiNbO3, and have a domain structure with a length L waveguide 12.
are formed on the substrate 11, and the polarization directions of the domains E1 to En formed in the waveguide 12 are basically alternately reversed, but at least one of the domains E1 to En is , for example, the polarization direction of Ei is not reversed with respect to the polarization direction of the previous domain Ei-1, but is the same polarization direction.

【0039】ところで、この第2の実施例では、さらに
、ドメインE1 〜Ei−1 のピッチF1 とドメイ
ンEi 〜En のピッチF2 とを相違させている。 すなわち、ドメインE1 〜Ei−1 のピッチF1 
を基本波光の設計波長λに基づくSHG光のコヒーレン
ス長lc(λ)に合わせ、ドメインE1 〜Ei−1 
においては、その各地点で波長λの基本波光に基づき発
生するSHG光の位相が整合するようにする一方、ドメ
インEi 〜En のピッチF2 を上記波長λに対し
δλだけずれた基本波光に基づくSHG光のコヒーレン
ス長lc(λ+δλ)に合わせ、ドメインEi 〜En
 においては、その各地点で波長(λ+δλ)の基本波
光に基づき発生するSHG光の位相が整合するようにし
ている。なお、位相整合をとるためには、ドメインのピ
ッチはSHG光のコヒーレンス長の奇数倍であれば良く
、上記の例では説明を簡単にするため、ドメインのピッ
チとSHG光のコヒーレンス長とを一致させている。
In the second embodiment, the pitch F1 of the domains E1 to Ei-1 is different from the pitch F2 of the domains Ei to En. That is, the pitch F1 of domains E1 to Ei-1
is adjusted to the coherence length lc(λ) of the SHG light based on the design wavelength λ of the fundamental light, and the domains E1 to Ei-1 are
In this case, the phases of the SHG light generated based on the fundamental wave light of the wavelength λ are matched at each point, while the pitch F2 of the domains Ei to En is shifted by δλ with respect to the wavelength λ. Domain Ei ~ En according to the optical coherence length lc (λ + δλ)
In this case, the phases of the SHG light generated based on the fundamental wave light of wavelength (λ+δλ) are matched at each point. Note that in order to achieve phase matching, the domain pitch only needs to be an odd number multiple of the coherence length of the SHG light, and in the above example, to simplify the explanation, the domain pitch and the coherence length of the SHG light are set to match. I'm letting you do it.

【0040】次にこのような構成の第2の実施例の動作
について説明する。いま、図8(a)に示すようなドメ
イン構造(図7と同じ)をもつ非線形光学媒質に、半導
体レーザからの基本波光を入射させると、非線形光学媒
質の各地点からは、この基本波光に基づきSHG光が発
生する。
Next, the operation of the second embodiment having such a configuration will be explained. Now, when fundamental wave light from a semiconductor laser is made incident on a nonlinear optical medium having a domain structure as shown in FIG. 8(a) (same as in FIG. 7), this fundamental wave light is Based on this, SHG light is generated.

【0041】ところで、この第2の実施例では、基本波
光の波長がλの場合には、ドメインE1 〜Ei−1 
の各地点において発生するSHG光は位相が見かけ上整
合しているので、ドメインEi−1 時にはその総体的
な強度は重ね合わせの結果、大きく増加する。しかしな
がら、ドメインEi 〜En においては位相整合がと
れないので、ドメインEi−1 時において最大であっ
たSHG光の総体的な強度は、ドメインEi 〜En 
において低下する。
By the way, in this second embodiment, when the wavelength of the fundamental wave light is λ, the domains E1 to Ei-1
Since the phases of the SHG lights generated at each point in the domain Ei-1 are apparently matched, their overall intensity greatly increases as a result of superposition in the domain Ei-1. However, since phase matching cannot be achieved in domains Ei to En, the overall intensity of SHG light, which was maximum in domain Ei-1, is
decreases in

【0042】また、基本波光の波長が(λ+δλ)の場
合には、上記と反対に、ドメインE1 〜Ei−1 の
各地点において発生するSHG光は位相が整合していな
いので、ドメインEi−1 時にはその総体的な強度は
低いものとなっている。しかしながら、ドメインEi 
〜En においては位相整合がとれるので、ドメインE
i−1 時におけるSHG光の総体的な強度は、ドメイ
ンEi 〜En において増加し、最終的なドメインE
n では、その総体的な強度を基本波光の波長がλの場
合と同程度のものにすることができる。
Further, when the wavelength of the fundamental wave light is (λ+δλ), contrary to the above, the phases of the SHG lights generated at each point in domains E1 to Ei-1 are not matched, so Sometimes its overall strength is low. However, domain Ei
Since phase matching can be achieved in ~En, the domain E
The overall intensity of the SHG light at time i-1 increases in the domains Ei ~ En and the final domain E
n, the overall intensity can be made comparable to that when the wavelength of the fundamental light is λ.

【0043】図8(b)はドメインの構造が図8(a)
のようになっている場合に基本波光の波長がそれぞれ設
計波長λ(=810nm)、設計波長から±1nmだけ
ずれた波長(809nm,811nm)であるときのS
HG光の総体的な強度の計算結果を示す図である。図8
(b)からわかるように、基本波の波長が設計波長(8
10nm)から1nm程度変化し、809nm,あるい
は811nmとなっても、このときにドメインDn か
ら最終的に出射されるSHG光の強度を基本波光の波長
が810nmである場合とほぼ同程度のものにすること
ができる。なお、この場合に、SHG光の強度は、基本
波光の波長が設計波長である場合のドメインDi−1 
時の最大強度に比べれば低下しているが、ドメイン構造
を有していない場合に比べれば大きなものに維持でき、
SHG光を効率良く得ることができる。このようにして
、基本波光の波長が多少変化した場合であってもSHG
光を効率良く出射させることができる。
FIG. 8(b) shows the structure of the domain as shown in FIG. 8(a).
S when the wavelength of the fundamental wave light is the design wavelength λ (=810nm) and the wavelength (809nm, 811nm) shifted by ±1 nm from the design wavelength, respectively.
It is a figure which shows the calculation result of the total intensity of HG light. Figure 8
As can be seen from (b), the wavelength of the fundamental wave is the design wavelength (8
Even if the wavelength changes by about 1 nm from 10 nm) to 809 nm or 811 nm, the intensity of the SHG light finally emitted from domain Dn at this time will be approximately the same as when the wavelength of the fundamental light is 810 nm. can do. In this case, the intensity of the SHG light is the domain Di-1 when the wavelength of the fundamental light is the design wavelength.
Although the maximum strength is lower than the maximum strength when the
SHG light can be obtained efficiently. In this way, even if the wavelength of the fundamental wave light changes slightly, the SHG
Light can be emitted efficiently.

【0044】ドメインEi を設ける位置は、第1の実
施例と同様に、最終的なドメインEn から出射される
SHG光の総体的な強度を差程低下させず、なおかつ、
基本波光の波長が多少変化しても総体的な強度を同程度
のものにすることができるような位置であれば良い。
Similar to the first embodiment, the position where the domain Ei is provided is such that the overall intensity of the SHG light emitted from the final domain En does not decrease significantly, and
Any position may be used as long as the overall intensity can be maintained at the same level even if the wavelength of the fundamental light changes somewhat.

【0045】なお、上述した各実施例では、非線形光学
媒質としてLiNbO3 を用いたが、LiNbO3 
のかわりに、LiTaO3またはKTP等を用いること
も可能である。また、上述の各実施例の波長変換素子は
、基板上に導波路を形成した導波路型のものとなってい
るが、バルク型のものにも本発明を同様に適用すること
ができる。
In each of the above-mentioned examples, LiNbO3 was used as the nonlinear optical medium, but LiNbO3
Instead, it is also possible to use LiTaO3 or KTP. Furthermore, although the wavelength conversion elements of the above embodiments are of a waveguide type in which a waveguide is formed on a substrate, the present invention can be similarly applied to a bulk type.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
非線形光学媒質が、強誘電性のものであって、短波長光
のコヒーレンス長の奇数倍のピッチの複数のドメインか
ら構成されており、各ドメインはその分極方向が基本的
には交互に反転しているが、各ドメインのうちの少なく
とも1つのドメインは、隣接する1つのドメインと同じ
分極方向をもち、ドメインが該ドメインのところでドメ
インの位相を逆転させるよう形成されているので、基本
波光の波長が多少変化した場合であっても短波長光を効
率良く発生させることができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
The nonlinear optical medium is ferroelectric and consists of multiple domains with a pitch that is an odd multiple of the coherence length of short wavelength light, and the polarization direction of each domain is basically alternately reversed. However, at least one of the domains has the same polarization direction as one adjacent domain, and the domains are formed so that the phase of the domains is reversed at the domain, so that the wavelength of the fundamental light is Even if there is a slight change in the wavelength, short wavelength light can be efficiently generated.

【0047】また、各ドメインのうちの少なくとも1つ
のドメインが、隣接する1つのドメインと同じ分極方向
をもち、該ドメインのところでドメインの位相を逆転さ
せるよう形成されていて、さらに該ドメインよりも前に
位置する各ドメインは、短波長光のあるコヒーレンス長
の奇数倍のピッチを有し、該ドメインよりも後に位置す
る各ドメインは、短波長光の前記コヒーレンス長とは異
なるコヒーレンス長の奇数倍のピッチを有しているとき
にも、基本波光の多少の波長変化によらずに、短波長光
を効率良く発生させることができる。
[0047] Furthermore, at least one of the domains has the same polarization direction as one adjacent domain, and is formed so that the phase of the domain is reversed at the domain, and Each domain located at has a pitch that is an odd multiple of a certain coherence length of short wavelength light, and each domain located after this domain has a pitch that is an odd multiple of a coherence length different from the coherence length of short wavelength light. Even when there is a pitch, short wavelength light can be efficiently generated without depending on a slight change in the wavelength of the fundamental wave light.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【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。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a wavelength conversion element according to the present invention.

【図2】図1の波長変換素子の導波路に形成されている
ドメイン構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a domain structure formed in a waveguide of the wavelength conversion element in FIG. 1;

【図3】ドメインの分極方向が交互に反転したものとな
っているとしたときのSHG光の総体的な強度を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing the overall intensity of SHG light when the polarization directions of domains are alternately reversed.

【図4】図2のドメイン構造を作成するのに用いられる
マスクの一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a mask used to create the domain structure of FIG. 2;

【図5】(a),(b)は図1の波長変換素子における
SHG光の総体的な強度を説明するための図である。
5A and 5B are diagrams for explaining the overall intensity of SHG light in the wavelength conversion element of FIG. 1. FIG.

【図6】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。
FIG. 6 is a configuration diagram of a second embodiment of a wavelength conversion element according to the present invention.

【図7】図6の波長変換素子の導波路に形成されている
ドメイン構造を示す図である。
7 is a diagram showing a domain structure formed in the waveguide of the wavelength conversion element in FIG. 6. FIG.

【図8】(a),(b)は図6の波長変換素子における
SHG光の総体的な強度を説明するための図である。
8A and 8B are diagrams for explaining the overall intensity of SHG light in the wavelength conversion element of FIG. 6;

【図9】非線形光学媒質においてSHG光の位相整合が
とれない現象を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a phenomenon in which phase matching of SHG light cannot be achieved in a nonlinear optical medium.

【図10】SHG光の位相整合がとれたときと位相整合
がとれないときとのSHG光の強度を比較するための図
である。
FIG. 10 is a diagram for comparing the intensity of SHG light when phase matching is achieved and when phase matching is not achieved.

【図11】位相整合の条件が満たされた非線形光学媒質
に程々の波長の基本波光を入射させたときのSHG光の
強度変化予想を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a predicted change in intensity of SHG light when fundamental wave light of an appropriate wavelength is made incident on a nonlinear optical medium that satisfies phase matching conditions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    基板 2    導波路 11    基板 12    導波路 D1 〜Dn     ドメイン E1 〜En     ドメイン 1    Substrate 2 Waveguide 11    Substrate 12 Waveguide D1 ~ Dn Domain E1 ~ En Domain

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  基本波光を非線形光学媒質に入射させ
、非線形光学媒質において、基本波光に基づき基本波光
の波長よりも短かい波長の短波長光を発生させるように
なっている波長変換素子において、前記非線形光学媒質
は、強誘電性のものであって、短波長光のコヒーレンス
長の奇数倍のピッチの複数のドメインから構成されてお
り、各ドメインはその分極方向が基本的には交互に反転
しているが、各ドメインのうちの少なくとも1つのドメ
インは、隣接する1つのドメインと同じ分極方向をもち
、該ドメインのところでドメインの位相を逆転させるよ
う形成されていることを特徴とする波長変換素子。
1. A wavelength conversion element configured to make fundamental wave light incident on a nonlinear optical medium and generate short wavelength light having a wavelength shorter than the wavelength of the fundamental wave light based on the fundamental wave light in the nonlinear optical medium, The nonlinear optical medium is ferroelectric and consists of multiple domains with a pitch that is an odd multiple of the coherence length of short wavelength light, and the polarization direction of each domain is basically alternately reversed. A wavelength conversion method characterized in that at least one of the domains is formed to have the same polarization direction as one adjacent domain, and the phase of the domains is reversed at the domain. element.
【請求項2】  基本波光を非線形光学媒質に入射させ
、非線形光学媒質において、基本波光に基づき基本波光
の波長よりも短かい波長の短波長光を発生させるように
なっている波長変換素子において、前記非線形光学媒質
は、強誘電性のものであって、複数のドメインから構成
されており、各ドメインはその分極方向が基本的には交
互に反転しているが、各ドメインのうちの少なくとも1
つのドメインは、隣接する1つのドメインと同じ分極方
向をもち、該ドメインのところでドメインの位相を逆転
させるよう形成され、該ドメインよりも前に位置するド
メインは、短波長光のあるコヒーレンス長の奇数倍のピ
ッチを有し、該ドメインよりも後に位置するドメインは
、前記コヒーレンス長とは異なる短波長光のコヒーレン
ス長の奇数倍のピッチを有していることを特徴とする波
長変換素子。
2. A wavelength conversion element configured to make fundamental wave light incident on a nonlinear optical medium, and to generate short wavelength light having a wavelength shorter than the wavelength of the fundamental wave light based on the fundamental wave light in the nonlinear optical medium, The nonlinear optical medium is ferroelectric and is composed of a plurality of domains, and the polarization direction of each domain is basically alternately reversed, but at least one of the domains is
One domain has the same polarization direction as one adjacent domain, and is formed so that the phase of the domain is reversed at this domain, and the domain located before this domain has an odd coherence length with short wavelength light. 1. A wavelength conversion element, wherein a domain located after the domain has a pitch that is an odd number multiple of a coherence length of short wavelength light different from the coherence length.
【請求項3】  隣接する1つのドメインと同じ分極方
向をもつ前記ドメインは、最終的なドメインから出射さ
れる短波長光の総体的な強度を差程低下させず、なおか
つ、基本波光の波長が多少変化しても短波長光の総体的
な強度を同程度のものにすることができるような位置に
配置され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。
3. The domain having the same polarization direction as one adjacent domain does not significantly reduce the overall intensity of the short wavelength light emitted from the final domain, and the wavelength of the fundamental light is 3. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is arranged at a position where the overall intensity of the short wavelength light can be maintained at the same level even if there is some change.
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