JPH04333835A

JPH04333835A - 波長変換素子

Info

Publication number: JPH04333835A
Application number: JP13361691A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fukuda; 浩章福田; Hiroyoshi Funato; 広義船戸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-05-09
Filing date: 1991-05-09
Publication date: 1992-11-20

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
基本波光の波長と同じに設定し、ブラック条件を満足さ
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、短波長光を変調できること，すなわちＯＮ／ＯＦＦ
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光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
と同時に光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複数本の導波路を
基板に有し、前記複数本の導波路において少なくとも１
本の導波路には基本波光を入射させ、また複数本の導波
路間の光結合領域となるべき部分には可変電位差が印加
されるように構成されており、複数本の導波路のうちの
少なくとも１本の導波路には、該基本波光に基づき短波
長光を生成する短波長光生成部または発生した短波長光
を消滅させる短波長光消滅部が設けられていることを特
徴としている。

【０００８】前記複数本の導波路は、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。

【０００９】また、前記短波長光生成部は、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位
相整合部により構成されていることを特徴としている。

【００１０】また、前記複数本の導波路は、ＬｉＮｂＯ
３の非線形光学媒質により、またはＭｇＯがドープされ
たＬｉＮｂＯ３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。

【００１１】また、前記短波長光消滅部は、基本波光に
基づき発生した短波長光を吸収するクラッディング金属
層から構成されていることを特徴としている。

【００１２】また、前記複数本の導波路には、プロトン
交換光導波路が用いられており、この場合に、複数本の
導波路のうちの少なくとも１本の導波路には、短波長光
消滅部が設けられていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】複数本の導波路において、基本波光が光結合領
域に達する時点で短波長光が効率良く生成されない場合
には、少なくとも１本の導波路に短波長光生成部を形成
しておく。この場合には、少なくとも１本の導波路を伝
搬する基本波光は、光結合部分の電位差が例えば“０”
のときにはこの導波路に近接して配置された他の導波路
に移行し、電位差が所定値以外のときには移行せず、元
の導波路を伝搬する。従って、元の導波路または他の導
波路の光出射側に短波長光生成部を形成しておけば、電
位差を変化させることで、短波長光を変調することがで
きる。すなわち、例えば、他の導波路の光出射側に短波
長光生成部が形成されている場合、電位差が“０”のと
きには基本波光を他の導波路に移行させ、それに形成さ
れている短波長光生成部から短波長光を出射させること
ができ、電位差が所定値以外のときには基本波光の移行
が起きないので短波長光は出射されない。従って、電位
差を変化させて、素子からの短波長光の出射をＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御することができる。

【００１４】また、複数本の導波路において、基本波光
が光結合領域に達する時点で短波長光が効率良く生成さ
れる場合には、少なくとも１本の導波路に短波長光消滅
部を形成しておく。この場合には、少なくとも１本の導
波路を伝搬する短波長光は、光結合部分の電位差が例え
ば“０”のときに他の導波路に移行し、電位差が所定値
以上のときには移行せず、元の導波路を伝搬する。従っ
て、元の導波路または他の導波路の光出射側に短波長光
消滅部を形成しておけば、電位差を変化させることで、
短波長光生成部を形成する場合と反対の原理で短波長光
を変調することができる。

【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
２，３が形成されており、導波路２，３の一部は結合領
域として互いに近接して配置されている。また、導波路
２，３上の所定位置には、これらの導波路２，３の結合
領域に可変電位差を与えるための電極４，５がそれぞれ
設けられている。

【００１６】すなわち、導波路２上の電極４は例えば接
地電位に保持され、導波路３上の電極５には可変電圧Ｖ
が印加されるようになっており、電極５，４間の可変電
位差Ｖによって、導波路３から入射した基本波光ＢＭが
矢印Ａのように導波路３上で伝搬する割合と矢印Ｂのよ
うに導波路２上に移行する割合とを可変に制御するよう
に構成されている。

【００１７】より具体的には、２本の導波路２，３の形
状と屈折率が一致している場合、電位差Ｖがある一定値
以上のときには、結合領域のところで一方の導波路３か
ら他方の導波路２への移行はないが、電位差Ｖが“０”
のときには、エバネッセント結合により一方の導波路３
から他方の導波路２へ導波光を１００％移行させること
ができる。移行に要する長さは完全結合長と呼ばれ、こ
の完全結合長ｌは、次式により与えられる。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、κは結合定数、βｅ，βｏはそれ
ぞれ結合導波路に立つ偶モードと奇モードの伝搬定数で
ある。なお、導波路３から導波路２に移行した導波光が
導波路２から再び導波路３に戻らないよう、電極４，５
の光伝搬方向の長さＬ１を次式を満たすように設定する
必要がある。

【００２０】

【数２】

【００２１】なお、数２において、ｍは正の整数であり
、ｌは完全結合長である。

【００２２】また、導波路３上には、導波路３を伝搬し
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６が設けられている
。図１の例では、位相整合部６は、プロトン交換後、熱
処理すること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６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、導波路２中での基本
波光，ＳＨＧ光の周波数をそれぞれω，２ωとし、また
導波路２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。

【００２３】

【数３】

【００２４】導波路２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（２
ω）とすると、等価屈折率Ｎと伝搬定数βとはβ＝２π
Ｎ／λの関係があるので、上記数３はさらに、次式のよ
うに置き換えられる。

【００２５】

【数４】

【００２６】上記数４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６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。

【００２７】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、この基本波光の導波
路２（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
の導波路２における等価屈折率の波長分散は２．２８１
４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３．１μｍとなり、この場合、約３．１μ
ｍのピッチで分極反転層６の分極ドメインを作成すれば
、分極反転層６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。

【００２８】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
波光の導波路２（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Ｅｚｏｏモード
のＳＨＧ光の導波路２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の分極ドメインを
作成すれば、分極反転層６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。

【００２９】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
の導波路２（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ＳＨ
Ｇ光の導波路２における等価屈折率の波長分散は２．１
８７８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１０．５μｍとなり、この場合、約１
０．５μｍのピッチで分極反転層６の分極ドメインを作
成すれば、分極反転層６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。

【００３０】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
光の導波路２（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ｄ３３により発生
する０．６μｍの波長（λ／２）のＥｚｏｏモードのＳ
ＨＧ光の導波路２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４により約１１．２μｍとなり、この場合、約
１１．２μｍのピッチで分極反転層６の分極ドメインを
作成すれば、分極反転層６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。

【００３１】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２，３を形成する。導波路２，３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６
を形成することができる。分極反転層６の厚さは、昇温
速度を変化させることにより調整でき、また、分極反転
層６の導波路２の幅方向の長さＬ２は、導波路２の幅と
必ずとも一致していなくても良い。

【００３２】また、電極４，５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４，５を作成できる。

【００３３】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６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２，３
を形成することができる。また、電極４，５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４，５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。

【００３４】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３から基本波光ＢＭを入射
させると、この基本波光は導波路３を電極５の位置まで
，すなわち結合領域まで伝搬する。いま、電極５へ一定
値（例えば約３Ｖ）の電圧Ｖが印加されているときには
、２本の導波路２，３を伝搬する基本波光に伝搬定数差
Δβが生じ、Δβの位相不整合が起こって、導波路３か
ら導波路２への基本波光の移行は生じない。すなわち、
このときには、導波路３の結合領域のところまで伝搬し
た基本波光は、全て、矢印Ａに示すように同じ導波路３
を伝搬し、導波路３から出射される。なお、この際に、
導波路３中を伝搬する基本波光に基づいて導波路３中に
はＳＨＧ光も発生するが、導波路３においては基本波光
とＳＨＧ光との位相整合がなされていないので、ＳＨＧ
光への変換効率は極めて悪く、従って、導波路３からは
実質上、基本波光のみが出射され、ＳＨＧ光は出射され
ない。また、導波路２への基本波光の移行がないので、
導波路２からもＳＨＧ光は出射されない。

【００３５】このような状態において、電極５への電圧
Ｖを低下させると、２本の導波路２，３を伝搬する基本
波光の伝搬定数差Δβが小さくなり、導波路３から導波
路２への基本波光の移行が生じ、電極５への電圧Ｖを“
０”にすると、伝搬定数差Δβが“０”になるので、導
波路３の電極５の位置まで伝搬した基本波光は、結合領
域のところで矢印Ｂに示すように導波路２に移行する。導波路２に移行した基本波光は、導波路２を伝搬し、位
相整合部，すなわち分極反転層６のところで実質的にＳ
ＨＧ光を生成する。すなわち、分極反転層６のところで
は、基本波光とこれに基づき発生するＳＨＧ光との位相
が整合し、基本波光をＳＨＧ光に効率良く変換できる。これにより、導波路２からはＳＨＧ光が出射される。

【００３６】このように図１の例では、電極５への電圧
Ｖを変化させることにより、導波路３から導波路２への
基本波光の移行を制御し、ＳＨＧ光を実質的に変調させ
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、ＳＨＧ光の出射をＯＦＦ／ＯＮさせるこ
とが可能となる。

【００３７】この際、波長λが例えば０．７８μｍでＥ
ｘｏｏモードの基本波光を導波路３に入射させて、Ｅｚ
ｏｏモードのＳＨＧ光を導波路２から出射させたいとき
には、上述したように、分極反転層６の分極ドメインの
ピッチＦを約３．１μｍに作成しておく。また、波長λ
が例えば０．７８μｍで、Ｅｚｏｏモードの基本波光を
導波路３に入射させて、ＥｚｏｏモードのＳＨＧ光を導
波路２から出射させたいときには、分極反転層６の分極
ドメインのピッチＦを約３．２μｍに作成しておく。

【００３８】図２乃至図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２乃至図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。

【００３９】図２に示す波長変換素子では、図１の波長
変換素子に形成されている位相整合部６と同様の位相整
合部１１が導波路３に形成されている。この場合にも、
図１の例と同様に、電極５への電圧Ｖを変化させること
により、導波路３から導波路２への基本波光の移行を制
御し、ＳＨＧ光を実質的に変調させることができるが、
図２の波長変換素子では図１の波長変換素子とは反対に
、電圧Ｖが“０”のときには、ＳＨＧ光は出射されず、
電圧Ｖが所定値以外のときに導波路３からＳＨＧ光を出
射させることができる。すなわち、電圧をＯＮ／ＯＦＦ
させることにより、ＳＨＧ光の出射をＯＮ／ＯＦＦさせ
ることができる。

【００４０】また図３に示す波長変換素子では、導波路
２，３上の電極を２分割し、それぞれ、電極１５，１６
，電極１７，１８として設け、電極１５，１７にそれぞ
れ極性の異なる電圧（＋Ｖ），（−Ｖ）を印加するよう
になっている。例えば図１の例では、電極４，５の長さ
Ｌ１が完全結合長の奇数倍で、電圧Ｖが“０”のときに
のみ、導波路３から導波路２への光パワーの移行が可能
であるが、図３のように、電極１５，１７にそれぞれ極
性の異なる電圧（＋Ｖ），（−Ｖ）を印加し、一方の電
極１５，１６の部分では（＋Δβ）の位相不整合を生じ
させ、他方の電極１７，１８の部分では（−Δβ）の位
相不整合を生じさせるようにすると、電圧（＋Ｖ），（
−Ｖ）を調整することにより、図１に示したような動作
モードに加えて、導波路３から導波路２に移行した光パ
ワーを導波路２から導波路３に移行させるよう制御する
ことも可能となる。この場合に、電極１５，１６，電極
１７，１８を合わせた電極部分の長さＬ１は、完全結合
長をｌとして、ｌ＜Ｌ１＜３ｌの範囲になければならな
い。図３では、電極を２分割にした場合を示したが、電
極を多分割する場合にも同様の効果を得ることができる
。

【００４１】また、図４に示す波長変換素子では、２つ
の導波路２，３の結合領域に対して基本波光の入射側に
位相整合部，すなわち分極反転層２０が設けられている
。この場合には、導波路３において基本波光が電極５に
達する前に、分極反転層２０のところでＳＨＧ光を効率
良く発生させ、電極５の電圧ＶによりＳＨＧ光自体の経
路を制御することができて、ＳＨＧ光を導波路２，３の
いずれか一方から常に出射させることができる。すなわ
ち電圧Ｖが“０”のときにはＳＨＧ素子光を導波路２か
ら出射させ、また電圧Ｖが所定値以上のときにはＳＨＧ
光を導波路３から出射させることができる。

【００４２】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。

【００４３】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
。

【００４４】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、２つの導波路２２
，２３が形成され、また導波路２２，２３上の所定位置
には、これらの導波路２２，２３の結合領域に可変電位
差を与えるための電極２４，２５がそれぞれ設けられ、
また、導波路２３上には位相整合部としての分極反転層
２６が形成されている。

【００４５】分極反転層２６の分極ドメインのピッチは
、分極反転層６におけるのと同様に、数４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、ＬｉＮｂＯ３，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。

【００４６】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
波光の導波路２２（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光の導波路２２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４により約６．９μｍとなり、この場合、約
６．９μｍのピッチで分極反転層２６の分極ドメインを
作成すれば、分極反転層２６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。

【００４７】また、例えば、基本波光が０．８３μｍの
波長λのものであり、さらその電界方向が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
光の導波路２２（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光の導波路２２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４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２６の分極ドメインを作
成すれば、分極反転層２６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。

【００４８】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２５への電圧Ｖを変
化させることにより、導波路２３から導波路２２への基
本波光の移行を制御してＳＨＧ光を実質的に変調させる
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。

【００４９】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２本の導波路２２，
２３が形成され、導波路２２，２３上の所定位置には、
これらの導波路２２，２３の結合領域に可変電位差を与
えるための電極２４，２５がそれぞれ設けられているが
、導波路２２，２３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２２，２３のいずれ
においてもＳＨＧ光を効率良く発生させることができる
。但し、この場合には、電極２５への電圧Ｖを変化させて
も導波路２２，２３のいずれか一方から常にＳＨＧ光が
出射されてしまうので、ＳＨＧ光の変調を行なうため、
導波路２３の一部の表面にはクラッディングされた金属
層２７を形成している。金属層２７としては、Ａｌを用
いることができ、またＡｌのかわりにＮｂ２Ｏ５スパッ
タ膜を用いることができる。

【００５０】このような構成では、基本波光として、波
長が約１μｍ以上でＥｘｏｏモードのものを導波路２３
に入射させると、導波路２３にはＳＨＧ光が効率良く発
生し、このＳＨＧ光は電極２５，すなわち結合領域のと
ころまで達する。ここで、電極２５への電圧Ｖが“０”
のときには、結合領域に達したＳＨＧ光は、導波路２２
に移行し、導波路２２から出射される。これに対し、電
極２５への電圧Ｖが所定値以外のときには、結合領域に
達したＳＨＧ光は導波路２２に移行せず、導波路２３を
さらに伝搬するが、このときにクラッディングされた金
属層２７により吸収され、導波路２３からはＳＨＧ光は
出射されない。これにより、電圧ＶのＯＮ／ＯＦＦによ
りＳＨＧ光の出射をＯＦＦ／ＯＮさせることができる。

【００５１】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、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３２，３３が形成され、導波路３２，３３上
にはそれぞれ電極３４，３５が設けられており、また導
波路３２の一部の表面には、クラッディングされた金属
層３７が形成されている。

【００５２】このような構成では、導波路３２，３３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３２，３３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、導
波路３３上にクラッディングされた金属層３７が形成さ
れるので、導波路３３から出射されようとするＳＨＧ光
をこの金属層３７により吸収し、電圧ＶのＯＮ／ＯＦＦ
によりＳＨＧ光の出射をＯＦＦ／ＯＮさせることができ
る。

【００５３】以上のように、上述の各実施例では、短波
長光を生成する機能とこの短波長光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。

【００５４】なお、上述の各実施例では、導波路の本数
を２本としたが、さらにそれ以上の本数の導波路を用い
て、より複雑な光変調制御を行なうことも可能である。

【００５５】

【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複数本の導波路
において少なくとも１本の導波路には基本波光を入射さ
せ、また複数本の導波路間の光結合領域となるべき部分
には可変電位差が印加されるように構成されており、複
数本の導波路のうちの少なくとも１本の導波路には、該
基本波光に基づき短波長光を効率良く生成させる短波長
光生成部または発生した短波長光を消滅させる短波長光
消滅部が設けられているので、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。

【００５６】上記複数本の導波路を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。

【００５７】上記短波長光生成部は、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位相整合
部により構成されているので、これにより、短波長光を
効率良く生成することができる。

【００５８】また、複数本の導波路をＬｉＮｂＯ３の非
線形光学媒質により、またはＭｇＯがドープされたＬｉ
ＮｂＯ３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
整合をとることができ、この場合には、短波長光生成部
を別途設けずとも短波長光を効率良く生成できて、これ
を変調するには短波長光消滅部を設ければ良い。

【００５９】上記短波長光消滅部は、基本波光に基づき
発生した短波長光を吸収するクラッディング金属層から
構成されているので、これにより、短波長光を確実に吸
収し消滅させることができる。

【００６０】また、前記複数本の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、この場合に、複数本の導波
路のうちの少なくとも１本の導波路に短波長光消滅部を
設けることにより、短波長光を変調することができる。

【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２，３，２２，２３，３２，３３　　　　導波
路４，５，２４，２５，３４，３５　　　　電極６，１
１，２０，２６　　　　　　　　　　　　　　位相整合
部（分極反転層）１５，１６，１７，１８　　　　　　　　　　　　電極
２７，３７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　クラッディングされた金属層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　非線形光学媒質からなる複数本の導波
路を基板に有し、前記複数本の導波路において少なくと
も１本の導波路には基本波光を入射させ、また複数本の
導波路間の光結合領域となるべき部分には可変電位差が
印加されるように構成されており、複数本の導波路のう
ちの少なくとも１本の導波路には、前記基本波光に基づ
き短波長光を生成する短波長光生成部または発生した短
波長光を消滅させる短波長光消滅部が設けられているこ
とを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】　　前記複数本の導波路は、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記載の波長変換素子。
【請求項３】　　前記短波長光生成部は、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位相
整合部により構成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４】　　前記複数本の導波路は、ＬｉＮｂＯ３
の非線形光学媒質により、またはＭｇＯがドープされた
ＬｉＮｂＯ３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記載の波長変換素子。
【請求項５】　　前記短波長光消滅部は、基本波光に基
づき発生した短波長光を吸収するクラッディング金属層
から構成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６】　　前記複数本の導波路には、プロトン交
換光導波路が用いられており、この場合に、複数本の導
波路のうちの少なくとも１本の導波路には、短波長光消
滅部が設けら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。