JPH0497232A - 波長変換素子および入射テーパ光導波路作製方法 - Google Patents
波長変換素子および入射テーパ光導波路作製方法Info
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- JPH0497232A JPH0497232A JP21291990A JP21291990A JPH0497232A JP H0497232 A JPH0497232 A JP H0497232A JP 21291990 A JP21291990 A JP 21291990A JP 21291990 A JP21291990 A JP 21291990A JP H0497232 A JPH0497232 A JP H0497232A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (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
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明(表 コヒーレント光源を応用した 光情報処珠
光応用計測制御分野に使用される光導波路とレーザお
よびファイバとの高屈折結合を可能にする入射テーパ光
導波路 および波長変換素子に関するものであム 従来の技術 従来の波長変換素子としてはLiTa0z基板上に液相
成長法によりLiNb0z導波路を形成し 波長変換素
子を形成する方法がある。第6図に従来の波長変換素子
の基本構成図を示す。21はLiTa0a基板、22は
LiNbO5導波蕗 2導波比射部 24は入射部 2
5はS HG (Second Harmonic G
ereation)変換部であム 作製方法として+1
21のLiTa0t基板上に液相成長法によりLiNb
0*を堆積し ドライエツチングにより導波路ストライ
ブを形成してLiNb0a導波路22を作製す4 作製
した導波路の両端面を光学研磨し 入射部24及び出射
部23を形成して波長変換素子を作製すム 作製した波
長変換素子の入射部より波長λの光L1を入射すると、
導波路内の非線形光学効果によって、導波路内の波長λ
の基本波は波長λ/2の第二高調波の光L2に変換され
る。
光応用計測制御分野に使用される光導波路とレーザお
よびファイバとの高屈折結合を可能にする入射テーパ光
導波路 および波長変換素子に関するものであム 従来の技術 従来の波長変換素子としてはLiTa0z基板上に液相
成長法によりLiNb0z導波路を形成し 波長変換素
子を形成する方法がある。第6図に従来の波長変換素子
の基本構成図を示す。21はLiTa0a基板、22は
LiNbO5導波蕗 2導波比射部 24は入射部 2
5はS HG (Second Harmonic G
ereation)変換部であム 作製方法として+1
21のLiTa0t基板上に液相成長法によりLiNb
0*を堆積し ドライエツチングにより導波路ストライ
ブを形成してLiNb0a導波路22を作製す4 作製
した導波路の両端面を光学研磨し 入射部24及び出射
部23を形成して波長変換素子を作製すム 作製した波
長変換素子の入射部より波長λの光L1を入射すると、
導波路内の非線形光学効果によって、導波路内の波長λ
の基本波は波長λ/2の第二高調波の光L2に変換され
る。
また従来の入射テーパ光導波路として(よ 例えば先導
波路の入射部をテーパ状に広げたものがある。第7図は
この従来の入射テーパ光導波路の基本的構成図を示すも
のであり、 26は誘電体基板、27は光導波128は
テーパ導波路、 24は入射部である。
波路の入射部をテーパ状に広げたものがある。第7図は
この従来の入射テーパ光導波路の基本的構成図を示すも
のであり、 26は誘電体基板、27は光導波128は
テーパ導波路、 24は入射部である。
以上のように構成された従来の入射テーパ光導波路(訳
入射部の形状及び面積を変えて、導波路に励起するコ
ヒーレント光の波面分布と導波路を伝搬する導波モード
分布を整合させ導波路とコヒーレント光との高い結合効
率を得る入射テーパ導波路であム また この入射テー
パ光導波路の作製方法として(アブライドオブテイクス
(AppliedOptics) 1979年3月号
18巻のP900〜902)のJ。
入射部の形状及び面積を変えて、導波路に励起するコ
ヒーレント光の波面分布と導波路を伝搬する導波モード
分布を整合させ導波路とコヒーレント光との高い結合効
率を得る入射テーパ導波路であム また この入射テー
パ光導波路の作製方法として(アブライドオブテイクス
(AppliedOptics) 1979年3月号
18巻のP900〜902)のJ。
C,Campbel 1氏によると第8図に示されるよ
うに基板26を除々に硝酸銀の溶液29中に浸していく
ことにより拡散深さを変化させて入射テーパ光導波路を
形成するというものである。LiNbO3基板26に光
導波路を形成する場合、溶液29として安息香酸を用い
200℃程度の温度でテーパ状光導波路か作製される。
うに基板26を除々に硝酸銀の溶液29中に浸していく
ことにより拡散深さを変化させて入射テーパ光導波路を
形成するというものである。LiNbO3基板26に光
導波路を形成する場合、溶液29として安息香酸を用い
200℃程度の温度でテーパ状光導波路か作製される。
第8図で30はヒー久 31はピー力である。
発明か解決しようとする課題
上記のように構成された従来の波長変換素子においては
導波路をLiNbO3で形成しでいるため導波路光強度
が数mW以上になると導波路内において光損傷が発生す
る。これによって導波路内の屈折率が変化するため基本
波と第二高調波との位相整合条件が崩れ 安定に動作す
る波長変換素子が構成できないという問題があった さ
らに波長変換素子の効率は導波路内を導波する基本波の
パワーに依存するため高効率化を図るには光源との高効
率結合効率の達成という課題があっk さらに波長変換
素子と光源を一体化したモジュールを形成するには結合
ずれに対する許容度を増大するという課題がある。
導波路をLiNbO3で形成しでいるため導波路光強度
が数mW以上になると導波路内において光損傷が発生す
る。これによって導波路内の屈折率が変化するため基本
波と第二高調波との位相整合条件が崩れ 安定に動作す
る波長変換素子が構成できないという問題があった さ
らに波長変換素子の効率は導波路内を導波する基本波の
パワーに依存するため高効率化を図るには光源との高効
率結合効率の達成という課題があっk さらに波長変換
素子と光源を一体化したモジュールを形成するには結合
ずれに対する許容度を増大するという課題がある。
また上記のような入射テーパ光導波路の作製方法で(表
高温で熱処理するため蒸気により液に浸されていない
部分の温度が低下し再現性よく設計通りの入射部が形成
できないという問題もあつに本発明は光損傷を低減し安
定な動作を行う波長変換素子を提供することを目的とす
る。
高温で熱処理するため蒸気により液に浸されていない
部分の温度が低下し再現性よく設計通りの入射部が形成
できないという問題もあつに本発明は光損傷を低減し安
定な動作を行う波長変換素子を提供することを目的とす
る。
また本発明(表 波長変換素子の入射部をテーパ状に広
げた入射テーパ光導波路にすることにより、高効率で安
定な波長変換素子を形成することを目的とする。
げた入射テーパ光導波路にすることにより、高効率で安
定な波長変換素子を形成することを目的とする。
また本発明(よ 伝搬ロスの少なくかつ高い結合効率を
も板 かつ光損傷にも強い入射テーパ導波路を提供する
ことを目的とする。
も板 かつ光損傷にも強い入射テーパ導波路を提供する
ことを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は以上の点に鑑み導波路を耐光損傷性に優れるL
iTa0aと大きな非線形光学効果を有するLiNbO
5の混晶であるLiNb8Ta+−J3 (o、 2≦
x≦0.8)によって構成する。LiTa0zとLiN
b0*は結晶構造−が等しいためロスが少なくかつ結晶
性に優れる導波層を形成できるた八 低ロスで高い非線
形性を有しかつ耐光損傷にすくれた光導波路が形成でき
、この導波路によって波長変換素子を構成すると安定で
高出力の波長変換素子が構成できる。すなわち、本発明
1;i、 LiTaO3基板と前記基板上に形成した
LiNb8Ta+−XO3(0.2≦x≦0.8)の導
波層と光を前記導波層内に入射する入射部と前記導波層
内に形成した光を第二高調波SHGに変換するS 1−
j G変換部と前記導波層内からSHGを出力する出射
部を備えたことを特徴とする波長変換素子である。
iTa0aと大きな非線形光学効果を有するLiNbO
5の混晶であるLiNb8Ta+−J3 (o、 2≦
x≦0.8)によって構成する。LiTa0zとLiN
b0*は結晶構造−が等しいためロスが少なくかつ結晶
性に優れる導波層を形成できるた八 低ロスで高い非線
形性を有しかつ耐光損傷にすくれた光導波路が形成でき
、この導波路によって波長変換素子を構成すると安定で
高出力の波長変換素子が構成できる。すなわち、本発明
1;i、 LiTaO3基板と前記基板上に形成した
LiNb8Ta+−XO3(0.2≦x≦0.8)の導
波層と光を前記導波層内に入射する入射部と前記導波層
内に形成した光を第二高調波SHGに変換するS 1−
j G変換部と前記導波層内からSHGを出力する出射
部を備えたことを特徴とする波長変換素子である。
まt−、LiTaO3基板と前記基板上に形成したLi
Nb8Ta+−ウ0i(0.2≦x≦0.8)の導波層
と光を前記導波層内に入射するテーパ状の入射部と前記
導液層内に形成した光を第二高調波SHGに変換するS
HG変換部と前記導波層内からS HGを出力する出射
部を備えたことを特徴とする波長変換素子である。
Nb8Ta+−ウ0i(0.2≦x≦0.8)の導波層
と光を前記導波層内に入射するテーパ状の入射部と前記
導液層内に形成した光を第二高調波SHGに変換するS
HG変換部と前記導波層内からS HGを出力する出射
部を備えたことを特徴とする波長変換素子である。
また 従来の入射テーパ光導波路作製方法では精度良く
テーパ部を作製することができなかったこれを解決する
た数 深さ方向のテーパを機械研暦により精度良く形成
したのちこの部分に導波層を付けさらに導波層を選択エ
ツチングにより加工することにより輻方阻 深さ方向と
もにテーパ状に広がった入射テーパ光導波路を精度よく
作製することができる、すなわち凹状に加工した基板上
に導波層を付け、導波層上面を研磨する。その後選択エ
ツチングにより凹部上にその他の部分より幅の広い導波
路を形成し 凹部の中心を切断した後、光学研磨により
端面を研磨したことを特徴とする入射テーパ光導波路作
製方法である。
テーパ部を作製することができなかったこれを解決する
た数 深さ方向のテーパを機械研暦により精度良く形成
したのちこの部分に導波層を付けさらに導波層を選択エ
ツチングにより加工することにより輻方阻 深さ方向と
もにテーパ状に広がった入射テーパ光導波路を精度よく
作製することができる、すなわち凹状に加工した基板上
に導波層を付け、導波層上面を研磨する。その後選択エ
ツチングにより凹部上にその他の部分より幅の広い導波
路を形成し 凹部の中心を切断した後、光学研磨により
端面を研磨したことを特徴とする入射テーパ光導波路作
製方法である。
作用
本発明は前述した構成により、LiTaO5基板と前記
基板上に形成したLiNb−Ta+−XO3(0.2≦
x≦0.8)の導波層と光を前記導波層内に入射する入
射部と前記導波層内に形成した光を第二高調波SHGに
変換するSHG変換部と前記導波層内からSHGを出力
する出射部を備えた波長変換素子を形成できる。すなわ
ち導波層を耐光損傷性に優れるLiTa0tと大きな非
線形光学効果を有するLiNbO3の混晶であるLxN
bxTa+−x03 (o、 2≦x≦0.8)によっ
て構成する。
基板上に形成したLiNb−Ta+−XO3(0.2≦
x≦0.8)の導波層と光を前記導波層内に入射する入
射部と前記導波層内に形成した光を第二高調波SHGに
変換するSHG変換部と前記導波層内からSHGを出力
する出射部を備えた波長変換素子を形成できる。すなわ
ち導波層を耐光損傷性に優れるLiTa0tと大きな非
線形光学効果を有するLiNbO3の混晶であるLxN
bxTa+−x03 (o、 2≦x≦0.8)によっ
て構成する。
LiTaO3とLiNbO3は結晶構造が等しいためロ
スが少なくかつ結晶性に優れる導波層を形成できるた教
低口人 高非線形光学効巣 耐光損傷にすぐれた光導波
路が形成でき、この導波路によって波長変換素子を構成
することにより安定で高出力の波長変換素子か構成でき
る。
スが少なくかつ結晶性に優れる導波層を形成できるた教
低口人 高非線形光学効巣 耐光損傷にすぐれた光導波
路が形成でき、この導波路によって波長変換素子を構成
することにより安定で高出力の波長変換素子か構成でき
る。
また 本発明は前述した波長変換素子の構成により、L
iTaO3基板と前記基板上に形成したLiNb、Ta
+=xo3(0.2≦x≦0.8)の導波層と光を前記
導波層内に入射するテーパ状の入射部と前記導波層内に
形成した光を第二高調波SHGに変換するS l−I
G変換部と前記導波層内からSHGを出力する出射部を
備えた波長変換素子を形成できる。すなわち導波路内を
導波する基本波のパワーに依存する変換効率を向上させ
るため光源との高効率結合効率を達成でき、さらに波長
変換素子と光源を一体化したモジュールを形成する場合
に 結合ずれに対する許容度を増大することができる。
iTaO3基板と前記基板上に形成したLiNb、Ta
+=xo3(0.2≦x≦0.8)の導波層と光を前記
導波層内に入射するテーパ状の入射部と前記導波層内に
形成した光を第二高調波SHGに変換するS l−I
G変換部と前記導波層内からSHGを出力する出射部を
備えた波長変換素子を形成できる。すなわち導波路内を
導波する基本波のパワーに依存する変換効率を向上させ
るため光源との高効率結合効率を達成でき、さらに波長
変換素子と光源を一体化したモジュールを形成する場合
に 結合ずれに対する許容度を増大することができる。
また 本発明は前述した入射テーパ光導波路の作製方法
により、凹状に加工した基板上に導波層を付け、導波層
上面を研磨する。その後選択エツチングにより凹部上に
その他の部分より幅の広い導波路を形成し 凹部の中心
を切断した後、光学研磨により端面を研磨し 入射テー
パ光導波路を作製できる。すなわち、深さ方向のテーパ
を機械研磨により精度良く形成したのちこの部分に導波
層を付けさらに導波層を選択エツチングにより加工する
ことにより帳簿1社 深さ方向ともにテーパ状に広がっ
た入射テーパ光導波路を精度よく作製することができも 実施例 (実施例1) 第1図は 第1の実施例における波長変換素子の構成図
を示すもので、LiTaO3基板と、前記基板上に形成
したLiNb−Ta+ −wo3(0.2≦x≦0.8
)の導波層と、光を前記導波層内に入射する入射部と、
前記導波層内に形成した光を第二高調波(Second
Harmonic Genaration 以下S
HGとする)に変換するSHG変換部と、前記導波層内
からSHGを出力する出射部を備えたことを特徴とする
波長変換素子である。第1図においてlは屈折率2.1
6の+2板(Z軸と垂直に切り出された基板の→−側)
のLiTaO3からなる基板、 2は液層成長で形成し
たLjNb。
により、凹状に加工した基板上に導波層を付け、導波層
上面を研磨する。その後選択エツチングにより凹部上に
その他の部分より幅の広い導波路を形成し 凹部の中心
を切断した後、光学研磨により端面を研磨し 入射テー
パ光導波路を作製できる。すなわち、深さ方向のテーパ
を機械研磨により精度良く形成したのちこの部分に導波
層を付けさらに導波層を選択エツチングにより加工する
ことにより帳簿1社 深さ方向ともにテーパ状に広がっ
た入射テーパ光導波路を精度よく作製することができも 実施例 (実施例1) 第1図は 第1の実施例における波長変換素子の構成図
を示すもので、LiTaO3基板と、前記基板上に形成
したLiNb−Ta+ −wo3(0.2≦x≦0.8
)の導波層と、光を前記導波層内に入射する入射部と、
前記導波層内に形成した光を第二高調波(Second
Harmonic Genaration 以下S
HGとする)に変換するSHG変換部と、前記導波層内
からSHGを出力する出射部を備えたことを特徴とする
波長変換素子である。第1図においてlは屈折率2.1
6の+2板(Z軸と垂直に切り出された基板の→−側)
のLiTaO3からなる基板、 2は液層成長で形成し
たLjNb。
Ta+ −XO3(0.2≦x≦0.8)の導波層 3
はSaC変換眠 4、5は一光学研磨により導波路端面
に形成した入射部および出射部である。
はSaC変換眠 4、5は一光学研磨により導波路端面
に形成した入射部および出射部である。
以上のように構成された第1実施例の波長変換素子につ
いて、以下その動作を説明する。
いて、以下その動作を説明する。
屈折率2.16のLiTaO5からなる基板1上に液相
成長によりLiNbxTa+−xOz (X=0.5)
(7)導波層を成長させる。フォトリソグラフィ法に
より先導波路マスクパターンレジストにより形成した形
成した後、CF4雰囲気中で選択ドライエツチングを行
(\ リッジ形の光導波路2を形成すも レジストを除
去した後、光導波路の両端面を光学研磨し入射部4及び
出射部5を形成する。作製した入射テーパ光導波路2に
波長0.8μmの半導体レーザの光を励起して、導波路
の伝搬ロスを測定し池 測定方法は開口数0.3のコリ
メータレンズとλ/2板、及び開口数0.6の集光レン
ズからなる集光光学系により半導体レーザの光を集光し
最小集光スポット径5Xl。
成長によりLiNbxTa+−xOz (X=0.5)
(7)導波層を成長させる。フォトリソグラフィ法に
より先導波路マスクパターンレジストにより形成した形
成した後、CF4雰囲気中で選択ドライエツチングを行
(\ リッジ形の光導波路2を形成すも レジストを除
去した後、光導波路の両端面を光学研磨し入射部4及び
出射部5を形成する。作製した入射テーパ光導波路2に
波長0.8μmの半導体レーザの光を励起して、導波路
の伝搬ロスを測定し池 測定方法は開口数0.3のコリ
メータレンズとλ/2板、及び開口数0.6の集光レン
ズからなる集光光学系により半導体レーザの光を集光し
最小集光スポット径5Xl。
8μmでテーパ導波路に集光してLlとして入射しμ
この先導波路上に蛍光体を塗布し光導波路表面からの散
乱光をストリークカメラで観測して、先導波路からの散
乱光の強度により導波路の伝搬モード並びに導波路伝搬
ロスを測定した その結果、従来のLiNbO5光導波
路では導波する光の強度が]0mW以上では光損傷にょ
る導波ロスおよび導波モードの移り変わりが発生した力
丈 今回作製した先導波路においては導波光強度100
mWでも光損傷による導波ロス及び導波モードの移り変
わりは確認されなかっk 以上の結果導波路の耐光損傷
強度は従来の10倍以上に向上していることがわかム
またLINbx Ta+−0o3のXの値と導波路と基
板の屈折率差および耐光損傷強度の関係を第2図に示す
。この結果より、Xの値により導波路内の耐光損傷性を
変えることができる力<、 X<0.2のとき導波路
と基板の屈折率差が10−4以下になり屈折率が基板と
変わらなくなるため導波路が形成できなかっ島 またX
>0.8のとき、導波路内の耐光損傷性はLiNbO5
光導波路とほぼ同等となった このためXの値を0.2
〜0.′8と決定し通 光導波路での伝搬ロスは1 d
B / c mであっ九 さらL この導波路にお
いて、導波モード間におけ4 位相整合による波長変換
を行った 波長830nmのTM光をLlとして入力し
導波路内の非線形光学効果により、波長415nmの
第二高調波に変換してL2として出力し九 変換効率は
導波光強度が100mWのとき、2%/cmであっ九
導波路内の非線形光学定数はLiNb偶とLiTaO3
の中間の値を示り、 LiNb−Ta+ −xch
(X−0.5)のとき非線形光学定数d33の値は約3
0pm/Vとなツタコノ値はLiNbO3基板−xOt
ノXO)値を0.2〜0.8にかえることにより約20
〜40pm/Vにかえることができも 以上にように本
実施例によれば光損傷に強く、かつ高出力の波長変換素
子が構成することができ島 な耘 本実施例で導波層としてLiNb−Ta+ −J
s (。
この先導波路上に蛍光体を塗布し光導波路表面からの散
乱光をストリークカメラで観測して、先導波路からの散
乱光の強度により導波路の伝搬モード並びに導波路伝搬
ロスを測定した その結果、従来のLiNbO5光導波
路では導波する光の強度が]0mW以上では光損傷にょ
る導波ロスおよび導波モードの移り変わりが発生した力
丈 今回作製した先導波路においては導波光強度100
mWでも光損傷による導波ロス及び導波モードの移り変
わりは確認されなかっk 以上の結果導波路の耐光損傷
強度は従来の10倍以上に向上していることがわかム
またLINbx Ta+−0o3のXの値と導波路と基
板の屈折率差および耐光損傷強度の関係を第2図に示す
。この結果より、Xの値により導波路内の耐光損傷性を
変えることができる力<、 X<0.2のとき導波路
と基板の屈折率差が10−4以下になり屈折率が基板と
変わらなくなるため導波路が形成できなかっ島 またX
>0.8のとき、導波路内の耐光損傷性はLiNbO5
光導波路とほぼ同等となった このためXの値を0.2
〜0.′8と決定し通 光導波路での伝搬ロスは1 d
B / c mであっ九 さらL この導波路にお
いて、導波モード間におけ4 位相整合による波長変換
を行った 波長830nmのTM光をLlとして入力し
導波路内の非線形光学効果により、波長415nmの
第二高調波に変換してL2として出力し九 変換効率は
導波光強度が100mWのとき、2%/cmであっ九
導波路内の非線形光学定数はLiNb偶とLiTaO3
の中間の値を示り、 LiNb−Ta+ −xch
(X−0.5)のとき非線形光学定数d33の値は約3
0pm/Vとなツタコノ値はLiNbO3基板−xOt
ノXO)値を0.2〜0.8にかえることにより約20
〜40pm/Vにかえることができも 以上にように本
実施例によれば光損傷に強く、かつ高出力の波長変換素
子が構成することができ島 な耘 本実施例で導波層としてLiNb−Ta+ −J
s (。
、2≦x≦0.8)を用いた力交 他にMgOをドーピ
ングしたLiNbxTa+−gos(0.2≦x≦0.
8)を用いても先導波路は形成される。
ングしたLiNbxTa+−gos(0.2≦x≦0.
8)を用いても先導波路は形成される。
(実施例2)
第3図は 第2の実施例における波長変換素子の構成図
を示すもので、LiTaO3基板と前記基板上に形成し
たLiNb−Ta+−xOs(0.2≦x≦0.8)の
導波層と、光を前記導波層内に入射するテーパ状の入射
部と、前記導波層内に形成した光を第二高調波(以下S
HGとする)に変換するS HG変換部と、前記導波層
内からSHGを出力する出射部を備えた波長変換素子で
あa 第3図においてlは屈折率2.16の+Z板(Z
軸と垂直に切り出された基板の+側)のLiTa0zか
らなる基板、 2は液相成長で形成したLiNbxTa
+−XO3(0.2≦x≦0.8)の導波# 3はSH
G変換服 5は光学研磨により導波路端面に形成した出
射部 4は導波路をテーパ状に広げた入射部である。
を示すもので、LiTaO3基板と前記基板上に形成し
たLiNb−Ta+−xOs(0.2≦x≦0.8)の
導波層と、光を前記導波層内に入射するテーパ状の入射
部と、前記導波層内に形成した光を第二高調波(以下S
HGとする)に変換するS HG変換部と、前記導波層
内からSHGを出力する出射部を備えた波長変換素子で
あa 第3図においてlは屈折率2.16の+Z板(Z
軸と垂直に切り出された基板の+側)のLiTa0zか
らなる基板、 2は液相成長で形成したLiNbxTa
+−XO3(0.2≦x≦0.8)の導波# 3はSH
G変換服 5は光学研磨により導波路端面に形成した出
射部 4は導波路をテーパ状に広げた入射部である。
以上のように構成された第2実施例の波長変換素子につ
いて、以下その動作を説明する。
いて、以下その動作を説明する。
作製方法は実施例1と同様に行う、作製した波長変換素
子の入射部5に波長0.8μR発光面積5x1.8μm
の半導体レーザを集光光学系を介して微動装置により位
置合わせした後、紫外線硬化樹脂により固定し九 次に
半導体レーザと導波路の結合効率を測定したところ結合
効率は50%であっμ これは従来の直線導波路と半導
体レーザの集光光学系を通した結合効率30%に対し
1. 6倍の値である。さらに 非線形光学効果によ
り波長0.4μmの第2高調波が発生し 半導体レーザ
の出力40mWに対し0.2mWの第2高調波成分を得
ることができへ これは従来の値(半導体レーザ出力4
0mWに対する第2高調波成分0.1mW)の2倍であ
る。
子の入射部5に波長0.8μR発光面積5x1.8μm
の半導体レーザを集光光学系を介して微動装置により位
置合わせした後、紫外線硬化樹脂により固定し九 次に
半導体レーザと導波路の結合効率を測定したところ結合
効率は50%であっμ これは従来の直線導波路と半導
体レーザの集光光学系を通した結合効率30%に対し
1. 6倍の値である。さらに 非線形光学効果によ
り波長0.4μmの第2高調波が発生し 半導体レーザ
の出力40mWに対し0.2mWの第2高調波成分を得
ることができへ これは従来の値(半導体レーザ出力4
0mWに対する第2高調波成分0.1mW)の2倍であ
る。
また6X2X2mmのLiNbO3基板と長さ200μ
mの半導体レーザ及びl0X5X5の集光光学系を一体
モジュール化することにより、20X6X6の小型の波
長変換素子を形成することができ九 以上のように本実
施例によれば 小型で高出力の波長変換素子を形成する
ことができも (実施例3) 第4図Ii、第3の実施例における波長変換素子の構成
図を示すもので、LiTaO5基板と、前記基板上に形
成したLiNbxTa+−xoi(0.2≦x≦0.8
)の導波層と、光を前記導波層内に入射する入射部と、
前記導波層内に形成した周期的に非線形分極が互いに反
転しているSHG変換部と、前記導波層内からSHGを
出力する出射部を備えた波長変換素子である。第4図に
おいて1は屈折率2.16の+2板(Z軸と垂直に切り
出された基板の+側)のLiTaO3からなる基板、
2は液相成長で形成したLiNb* Ta+ −x 0
3(0.2≦x≦0.8)の導波層 3はSHG変換剖
(4,5は光学研磨により導波路端面に形成した入射部
および出射部である。作製方法は実施例1と同様に行う
万丈 液相成長でLiNb%r’a+ −J3 (o、
2≦x≦0.8)の導波層を成長させるとき、導波層
に櫛形電極により周期的な電界を印加し 導波路層の非
線形分極を周期的に反転して反転層10を形成しk 反
転層10の周期は7μm反転層IOの幅は3μmであっ
k フォトリソグラフィ法により光導波路マスクパター
ンを形成した後、CF4雰囲気中でドライエツチングを
行(\ リッジ形の光導波路2を形成する。光導波路の
両端面を光学研磨し入射部3及び出射部4を形成する。
mの半導体レーザ及びl0X5X5の集光光学系を一体
モジュール化することにより、20X6X6の小型の波
長変換素子を形成することができ九 以上のように本実
施例によれば 小型で高出力の波長変換素子を形成する
ことができも (実施例3) 第4図Ii、第3の実施例における波長変換素子の構成
図を示すもので、LiTaO5基板と、前記基板上に形
成したLiNbxTa+−xoi(0.2≦x≦0.8
)の導波層と、光を前記導波層内に入射する入射部と、
前記導波層内に形成した周期的に非線形分極が互いに反
転しているSHG変換部と、前記導波層内からSHGを
出力する出射部を備えた波長変換素子である。第4図に
おいて1は屈折率2.16の+2板(Z軸と垂直に切り
出された基板の+側)のLiTaO3からなる基板、
2は液相成長で形成したLiNb* Ta+ −x 0
3(0.2≦x≦0.8)の導波層 3はSHG変換剖
(4,5は光学研磨により導波路端面に形成した入射部
および出射部である。作製方法は実施例1と同様に行う
万丈 液相成長でLiNb%r’a+ −J3 (o、
2≦x≦0.8)の導波層を成長させるとき、導波層
に櫛形電極により周期的な電界を印加し 導波路層の非
線形分極を周期的に反転して反転層10を形成しk 反
転層10の周期は7μm反転層IOの幅は3μmであっ
k フォトリソグラフィ法により光導波路マスクパター
ンを形成した後、CF4雰囲気中でドライエツチングを
行(\ リッジ形の光導波路2を形成する。光導波路の
両端面を光学研磨し入射部3及び出射部4を形成する。
以上のように構成された鴻3実施例の波長変換素子につ
いて、以下その動作を説明すも作製した波長変換素子の
先導波路の導波路ロスを実施例1と同様の方法で評価し
たところほぼ同等の特性を示した さらに態度特性を評
価した作製した素子をペルチェ素子の上にのせ、素子の
温度をコントロールヒ 素子温度対S HG出力の関係
を測定しん その結果実施例1の波長変換素子は±0.
4℃でSHG出力が約半分に減少しy=それに比べ実施
例3の波長変換素子は±1℃でSHG出力が約半分に減
少し 温度安定性に優れていることがわかっ九 さらに
本実施例の素子の波長変換効率は導波光強度が100m
Wのとき、2.2%/Cmでありへ 導波路内の非線形
光学定数はLiNbO3とLiTaO5の中間の値を示
り、 LiNb4a+−XO3(X−0.5)のとき
非線形光学定数dssの値は約30pm/Vとなっな
この値はLxNb、 Ta+ −XO3のXの値を0.
2〜0.8にかえることにより約20〜40pm/ V
にかえることができる。以上にように本実施例によれば
光損傷に強く、高出九 かつ温度安定性に優れた波長変
換素子か構成することができへ (実施例4) 第5図は 第4の実施例における入射テーパ作製方法の
工程図を示すもので、凹状に加工した基板上に導波層を
付け、導波層上面を研磨する。その後選択エツチングに
より凹部上にその他の部分より幅の広い導波路を形成し
凹部の中心を切断した後、光学研磨により端面を研磨
したことを特長とする入射テーパ光導波路作製方法であ
る。第5図において1は屈折率2.16の+Z板(Z軸
と垂直に切り出された基板の+側)のLiTaO5から
なる基板、2は液層成長で形成したLiNb4a+−+
[)t(0.2≦x≦0.8)の導波層 4、5は光学
研磨により導波路端面に形成した入射部および出射部1
1は凹部である。
いて、以下その動作を説明すも作製した波長変換素子の
先導波路の導波路ロスを実施例1と同様の方法で評価し
たところほぼ同等の特性を示した さらに態度特性を評
価した作製した素子をペルチェ素子の上にのせ、素子の
温度をコントロールヒ 素子温度対S HG出力の関係
を測定しん その結果実施例1の波長変換素子は±0.
4℃でSHG出力が約半分に減少しy=それに比べ実施
例3の波長変換素子は±1℃でSHG出力が約半分に減
少し 温度安定性に優れていることがわかっ九 さらに
本実施例の素子の波長変換効率は導波光強度が100m
Wのとき、2.2%/Cmでありへ 導波路内の非線形
光学定数はLiNbO3とLiTaO5の中間の値を示
り、 LiNb4a+−XO3(X−0.5)のとき
非線形光学定数dssの値は約30pm/Vとなっな
この値はLxNb、 Ta+ −XO3のXの値を0.
2〜0.8にかえることにより約20〜40pm/ V
にかえることができる。以上にように本実施例によれば
光損傷に強く、高出九 かつ温度安定性に優れた波長変
換素子か構成することができへ (実施例4) 第5図は 第4の実施例における入射テーパ作製方法の
工程図を示すもので、凹状に加工した基板上に導波層を
付け、導波層上面を研磨する。その後選択エツチングに
より凹部上にその他の部分より幅の広い導波路を形成し
凹部の中心を切断した後、光学研磨により端面を研磨
したことを特長とする入射テーパ光導波路作製方法であ
る。第5図において1は屈折率2.16の+Z板(Z軸
と垂直に切り出された基板の+側)のLiTaO5から
なる基板、2は液層成長で形成したLiNb4a+−+
[)t(0.2≦x≦0.8)の導波層 4、5は光学
研磨により導波路端面に形成した入射部および出射部1
1は凹部である。
第5図(a)はLiTaO5基板lの一部を機械研磨に
より深さ2μ亀 長さ100μmのテーパ状凹部11を
形成する加工を行ったものであa 第5図(b)はLi
Ta0*基板1上に液相成長により、LxNb、 Ta
+ −X 0s(0.2≦x≦0.8)導波層2を5μ
m成長させも 第5図(c)にて基板表面を3μm機械
研磨すると深さ方向にテーパ状の分布を有する導波層2
が形成される。第5図(d)はこのテーパ部の上部に横
幅が他の部分より広いよこ方向のテーパ導波路をフォト
リソグラフィ法によりレジストパターンにより形成した
後CF、の雰囲気中でドライエツチングを行い導波路を
形成する。第5図(e)にてレジストを除去し 四部1
1の中央(線L)で基板を切断した後、端面を光学研磨
し入射部4を作製すると深さおよび幅方向にテーパ状に
広かった入射テーパ導波路が形成される。
より深さ2μ亀 長さ100μmのテーパ状凹部11を
形成する加工を行ったものであa 第5図(b)はLi
Ta0*基板1上に液相成長により、LxNb、 Ta
+ −X 0s(0.2≦x≦0.8)導波層2を5μ
m成長させも 第5図(c)にて基板表面を3μm機械
研磨すると深さ方向にテーパ状の分布を有する導波層2
が形成される。第5図(d)はこのテーパ部の上部に横
幅が他の部分より広いよこ方向のテーパ導波路をフォト
リソグラフィ法によりレジストパターンにより形成した
後CF、の雰囲気中でドライエツチングを行い導波路を
形成する。第5図(e)にてレジストを除去し 四部1
1の中央(線L)で基板を切断した後、端面を光学研磨
し入射部4を作製すると深さおよび幅方向にテーパ状に
広かった入射テーパ導波路が形成される。
この方法によると、作製か困難であった深さ方向のテー
パ導波路が機械研磨加工により設計通りに精度よく作製
できる。つぎに作製した入射テバ導波路の評価を行っな
波長0.83μmの半導体レーザとの結合効率を測定
したとこへ 結合損失は0.4clBとなり従来の導波
路との結合損失1.5dBに比べ半分以下に減少させる
ことができし また半導体レーザと導波路入射部との位
置ずれと結合効率の関係を測定したとこへ 従来の直線
導波路に対し 入射テーパ導波路は約1. 5倍の結合
アライメント許容度を有することがわかつkな紅 本実
施例では 基板として、LiTaO5を用いたカミ 他
にMgOをドーピングしたLiNb0a、LiTa0ネ
、 KNbOi 、 KTPなどの強誘電体、5i02
などの誘電体MNAなどの有機tm またはZnSな
どの化合物半導体など結晶成長により光導波路を形成で
きる基板であれば用いることができる。
パ導波路が機械研磨加工により設計通りに精度よく作製
できる。つぎに作製した入射テバ導波路の評価を行っな
波長0.83μmの半導体レーザとの結合効率を測定
したとこへ 結合損失は0.4clBとなり従来の導波
路との結合損失1.5dBに比べ半分以下に減少させる
ことができし また半導体レーザと導波路入射部との位
置ずれと結合効率の関係を測定したとこへ 従来の直線
導波路に対し 入射テーパ導波路は約1. 5倍の結合
アライメント許容度を有することがわかつkな紅 本実
施例では 基板として、LiTaO5を用いたカミ 他
にMgOをドーピングしたLiNb0a、LiTa0ネ
、 KNbOi 、 KTPなどの強誘電体、5i02
などの誘電体MNAなどの有機tm またはZnSな
どの化合物半導体など結晶成長により光導波路を形成で
きる基板であれば用いることができる。
な耘 本実施例では 導波路層として、LiNb、Ta
+ −−Ch (0.2≦x≦0.8)結晶LiTaO
3を用いた力(他にMgOをドーピングしたLiNbO
5、LiTaO3,KNbO3,KTPなどの強誘電体
、5iOaなどの誘電体MNAなどの有機1扱 または
ZnSなどの化合物半導体など結晶成長により光導波路
を形成できるものであれば用いることができる。
+ −−Ch (0.2≦x≦0.8)結晶LiTaO
3を用いた力(他にMgOをドーピングしたLiNbO
5、LiTaO3,KNbO3,KTPなどの強誘電体
、5iOaなどの誘電体MNAなどの有機1扱 または
ZnSなどの化合物半導体など結晶成長により光導波路
を形成できるものであれば用いることができる。
発明の詳細
な説明したように LiTaO5基板と前記基板上に形
成したLiNb0a+−×os(0.2≦x≦0.8)
の導波層と光を前記導波層内に入射する入射部と前記導
波層内に形成した光を第二高調波SHGに変換するSH
G変換部と前記導波層内からSHGを出力する出射部を
備えた波長変換素子により、導波路を非線形性の高いL
iNbO3七耐光損傷性に優れるLiTaO5の混晶に
より形成することにより高非線形性でかつ耐光損傷性に
優れた導波路を形成することができ、この導波路によっ
て波長変換素子を構成することにより、光損傷に強く、
かつ高出力の波長変換素子か構成することができその実
用効果は太きい。
成したLiNb0a+−×os(0.2≦x≦0.8)
の導波層と光を前記導波層内に入射する入射部と前記導
波層内に形成した光を第二高調波SHGに変換するSH
G変換部と前記導波層内からSHGを出力する出射部を
備えた波長変換素子により、導波路を非線形性の高いL
iNbO3七耐光損傷性に優れるLiTaO5の混晶に
より形成することにより高非線形性でかつ耐光損傷性に
優れた導波路を形成することができ、この導波路によっ
て波長変換素子を構成することにより、光損傷に強く、
かつ高出力の波長変換素子か構成することができその実
用効果は太きい。
また凹状に加工した基板上に導波層を付け、導波層上面
を研磨する。その後選択エツチングにより凹部上にその
他の部分より幅の広い導波路を形成し 凹部の中心を切
断した後、光学研磨により端面を研磨したことを特長と
する入射テーパ光導波路作製方法により、作製が困難で
あった深さ方向のテーパ導波路が機械研磨加工により設
計通りに精度よく作製できも その結果 光源との結合
損失が少なく、かつ光源との結合アライメント許容度の
大きな入射テーパ光導波路が作製できその実用効果は太
きtも
を研磨する。その後選択エツチングにより凹部上にその
他の部分より幅の広い導波路を形成し 凹部の中心を切
断した後、光学研磨により端面を研磨したことを特長と
する入射テーパ光導波路作製方法により、作製が困難で
あった深さ方向のテーパ導波路が機械研磨加工により設
計通りに精度よく作製できも その結果 光源との結合
損失が少なく、かつ光源との結合アライメント許容度の
大きな入射テーパ光導波路が作製できその実用効果は太
きtも
第1図は本発明の一実施例における波長変換素子の構成
斜視@ 第2図は波長変換素子に於ける導波層の組成比
Xと導波層の屈折率差△n及び導波層の耐光損傷強度の
関係を示す皿 第3図は本発明の他の実施例における波
長変換素子の構成斜視は 第4図は本発明のさらに他の
実施例における波長変換素子の構成斜視は 第5図は本
発明における入射テーパ作製方法の工程医 第6図は従
来の波長変換素子の構成斜視匝 第7図は従来の入射テ
ーパ導波路の基本構成斜視又 第8図は従来の入射テー
パ光導波路の製造方法の基本構成図である。 1 ・・・LiTa0t基板、 2 ・・・LiNb0
a+−xi3(0.2≦x≦0.8)導波層 3・・・
SHG変換餓 4・・入射部 5・・・入射光 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第1図 X (LrNbxTI21−X ) 第 図 工打邸 /Lr乃03基版 第 図 5出航部 /LI及O及 第 図 24人入射v= 第 図 第 図 t 第 図
斜視@ 第2図は波長変換素子に於ける導波層の組成比
Xと導波層の屈折率差△n及び導波層の耐光損傷強度の
関係を示す皿 第3図は本発明の他の実施例における波
長変換素子の構成斜視は 第4図は本発明のさらに他の
実施例における波長変換素子の構成斜視は 第5図は本
発明における入射テーパ作製方法の工程医 第6図は従
来の波長変換素子の構成斜視匝 第7図は従来の入射テ
ーパ導波路の基本構成斜視又 第8図は従来の入射テー
パ光導波路の製造方法の基本構成図である。 1 ・・・LiTa0t基板、 2 ・・・LiNb0
a+−xi3(0.2≦x≦0.8)導波層 3・・・
SHG変換餓 4・・入射部 5・・・入射光 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第1図 X (LrNbxTI21−X ) 第 図 工打邸 /Lr乃03基版 第 図 5出航部 /LI及O及 第 図 24人入射v= 第 図 第 図 t 第 図
Claims (4)
- (1)LiTaO_3基板と、前記基板上に形成したL
iNb_xTa_1_−_xO_3(0.2≦x≦0.
8)の導波層と、光を前記導波層内に入射する入射部と
、前記導波層内に形成した光を第二高調波に変換するS
HG変換部と、前記導波層内からSHGを出力する出射
部を備えたことを特徴とする波長変換素子。 - (2)テーパ状の入射部を備えたことを特徴とする特許
請求の範囲前記第1項記載の波長変換素子。 - (3)周期的に非線形分極が互いに反転しているSHG
変換部を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の波長変換素子。 - (4)凹状に加工した基板上に導波層を付け、導波層上
面を研磨し、その後選択エッチングにより前記凹部上に
その他の部分より幅の広い導波路を形成し、前記凹部の
ほぼ中心を切断した後、光学研磨により端面を研磨する
ことを特徴とする入射テーパ光導波路作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21291990A JPH0497232A (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 波長変換素子および入射テーパ光導波路作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21291990A JPH0497232A (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 波長変換素子および入射テーパ光導波路作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0497232A true JPH0497232A (ja) | 1992-03-30 |
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ID=16630459
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21291990A Pending JPH0497232A (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 波長変換素子および入射テーパ光導波路作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0497232A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001235645A (ja) * | 2000-02-25 | 2001-08-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波回路 |
JP2009025555A (ja) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路の製造方法 |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP21291990A patent/JPH0497232A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001235645A (ja) * | 2000-02-25 | 2001-08-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波回路 |
JP2009025555A (ja) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路の製造方法 |
JP4603020B2 (ja) * | 2007-07-19 | 2010-12-22 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路の製造方法 |
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