JPH0519310A - Optical modulation wavelength converting element - Google Patents

Optical modulation wavelength converting element

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JPH0519310A
JPH0519310A JP28152291A JP28152291A JPH0519310A JP H0519310 A JPH0519310 A JP H0519310A JP 28152291 A JP28152291 A JP 28152291A JP 28152291 A JP28152291 A JP 28152291A JP H0519310 A JPH0519310 A JP H0519310A
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JP
Japan
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harmonic
electric field
axis
light
dimensional waveguide
Prior art date
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Application number
JP28152291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Fukuda
浩章 福田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/876,042 priority patent/US5333231A/en
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Abstract

PURPOSE:To perform the generation and modulation of a 2nd harmonic by the same element by forming a three-dimensional waveguide on a substrate and performing mode conversion by an electrode structure which produces a periodic electric field in a light guide direction. CONSTITUTION:When a comb line electrode 3A of the electrode structure 3 is applied with a voltage while a comb line electrode 3B is grounded, the periodic electric field is produced in a waveguide in the light propagation direction of the three-dimensional waveguide 2. The period LAMBDA2 of intervals of the comb line electrodes producing the electric field is set to LAMBDA2=lambda/(Nte-Ntm), where Nte and Ntm are the transmission refractive indexes of modes TE and TM. Here, lambda is the wavelength of basic wave laser light. When the electric field is made to operate in a direction Y while the basic wave laser light is guided to the three-dimensional waveguide 2, the main axial rotation of a refractive index elliptic body in the waveguide is caused, a nondiagonal component is generated in a specific dielectric tensor to cause coupling between both modes, and mode conversion is performed, thereby compensating the mismatching between the phases of both the modes with the electric field period of the electrode structure 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光変調波長変換素子
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light modulation wavelength conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長変換素子として知られるSHG素子
は、非線形光学効果を利用して波長:λのレーザー光か
ら波長:λ/2の第2高調波を発生させる光学素子であ
る。このような第2高調波を用いると、例えば光ディス
ク等の光情報記録媒体における情報の記録密度を飛躍的
に高めることができるため、近来活発な開発が行われて
おり、3次元導波路型のものも種々のものが知られてい
る(例えば、特開昭63−44781号公報)。
2. Description of the Related Art An SHG element known as a wavelength conversion element is an optical element that utilizes a nonlinear optical effect to generate a second harmonic wave of a wavelength: λ / 2 from a laser beam of a wavelength: λ. When such a second harmonic is used, the recording density of information in an optical information recording medium such as an optical disk can be dramatically increased. Therefore, active development has been made in recent years, and a three-dimensional waveguide type is used. Various products are known (for example, JP-A-63-44781).

【0003】第2高調波により情報記録や情報処理を行
うためには、第2高調波自体の変調が必要であり、第2
高調波の発生と変調とを同一の素子で行うことができれ
ば極めて便利であるが、従来このような素子は実現され
ていない。
In order to record or process information by using the second harmonic, it is necessary to modulate the second harmonic itself.
It would be extremely convenient if the generation and modulation of harmonics could be performed by the same element, but such an element has not been realized in the past.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、第
2高調波の発生と、その変調とを同一素子において実行
できる全く新規な光変調波長変換素子の提供を目的とし
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a completely novel optical modulation wavelength conversion element capable of performing the generation of the second harmonic and its modulation in the same element.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の光変調波長変
換素子は「高調波発生手段と光変調手段とを同一の基板
に一体化して」構成される。「高調波発生手段」は、基
本波レーザー光を導波される3次元導波路を有し、上記
基本波レーザー光から第2高調波を発生させる。「光変
調手段」は、3次元導波路に導波される基本波レーザー
光に対してTE−TMモード間のモード変換を行うこと
により第2高調波の変調を行う。この光変調手段は、基
本波レーザー光の波長をλ、3次元導波路におけるTE
及びTMモードの等価屈折率をそれぞれNteおよびNtm
とするとき、「3次元導波路中の導波方向に周期的な電
界を発生させるような、Λ2(=λ/{Nte-Ntm})の電極間
隔の周期を持つ電極構造」である。
An optical modulation wavelength conversion element according to a first aspect of the present invention is constructed by "integrating a harmonic generation means and an optical modulation means on the same substrate". The "harmonic generating means" has a three-dimensional waveguide that guides the fundamental laser light, and generates the second harmonic from the fundamental laser light. The "light modulator" modulates the second harmonic by performing mode conversion between TE-TM modes on the fundamental wave laser light guided in the three-dimensional waveguide. This optical modulation means sets the wavelength of the fundamental laser light to λ, and TE in the three-dimensional waveguide.
And TM mode equivalent refractive indices are Nte and Ntm, respectively.
Then, "an electrode structure having a period of an electrode interval of Λ 2 (= λ / {Nte-Ntm}) so as to generate a periodic electric field in the waveguide direction in the three-dimensional waveguide".

【0006】第2高調波の発生の際には、基本波と第2
高調波との位相整合を行う必要があるが、この位相整合
は専用の位相整合手段を用いて行うこともできるし、基
板の選択により行うこともできる。
When the second harmonic is generated, the fundamental wave and the second harmonic
Although it is necessary to perform phase matching with the higher harmonic wave, this phase matching can be performed using a dedicated phase matching means or can be performed by selecting a substrate.

【0007】即ち、請求項2の発明のように「3次元導
波路における、基本波レーザー光に対する導波モード光
の伝搬定数をβ(ω)、第2高調波に対する導波モード光
の伝搬定数をβ(2ω)とするとき、導波方向に周期Λ
1(=2(2m−1)π/{β(2ω)−2β(ω)};m:自
然数)を持って導波路に形成された分極反転領域」を位
相整合手段とし、高調波発生手段の一部とすることがで
きる。
That is, according to the second aspect of the present invention, the propagation constant of the guided mode light with respect to the fundamental laser light in the three-dimensional waveguide is β (ω), and the propagation constant of the guided mode light with respect to the second harmonic wave. Is β (2ω), the period Λ
1 (= 2 (2m-1) π / {β (2ω) -2β (ω)}; m: natural number), the polarization inversion region formed in the waveguide is used as the phase matching means, and the harmonic generation means is used. Can be part of.

【0008】また「拡散により3次元導波路を形成され
たLiNbO3のc板を基板として選択し、光の伝搬方
向をy方向、これに直交するz方向をc軸方向に合わ
せ、基本波に電界方向がx軸に平行なx方向偏波、第2
高調波に電界方向がz軸に平行なz方向偏波を用い、基
本波の波長を1μm以上にする」と、基板であるLiN
bO3の複屈折により位相整合を行うことができる(請
求項7)。
In addition, “a LiNbO 3 c plate on which a three-dimensional waveguide is formed by diffusion is selected as a substrate, the light propagation direction is aligned with the y direction, and the z direction orthogonal to this is aligned with the c axis direction. X-direction polarization with electric field direction parallel to x-axis, second
Using the z-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis for the harmonics, the wavelength of the fundamental wave is set to 1 μm or more. "
it is possible to perform phase matching by birefringence of bO 3 (claim 7).

【0009】請求項2の発明のように、周期的な分極反
転領域を位相整合手段として用いる場合、基板としてL
iTaO3の−c板やLiNbO3のc板を用いることが
できる。3次元導波路は拡散によりこれら基板に形成す
る。なおLiNbO3の基板はMgOドープされたLi
NbO3による基板を含む。
When the periodic domain-inverted region is used as the phase matching means as in the second aspect of the invention, L is used as the substrate.
It can be used -c plate or c plate LiNbO 3 of iTaO 3. Three-dimensional waveguides are formed on these substrates by diffusion. The substrate of LiNbO 3 was MgO-doped Li.
Includes NbO 3 substrate.

【0010】LiTaO3の−c板を用いる場合、光の
伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向を−c軸
方向に合わせたとき、基本波として「電界方向がz軸に
平行なz方向偏波」、第2高調波として「電界方向がz
軸に平行なz方向偏波」を用いることができ(請求項
3)、また光の伝搬方向をy方向、これに直交するz方
向を−c軸方向に合わせたとき、基本波として「電界方
向がx軸に平行なx方向偏波」、第2高調波として「電
界方向がz軸に平行なz方向偏波」を用いることができ
る(請求項4)。
When a -Ta plate of LiTaO 3 is used, the propagation direction of light is defined as the y direction, and the z direction orthogonal thereto is aligned with the -c axis direction. As a fundamental wave, "the electric field direction is parallel to the z axis. z-direction polarization ", the second harmonic is" electric field direction is z
It is possible to use "z-direction polarization parallel to the axis" (Claim 3), and when the light propagation direction is aligned with the y direction and the z direction orthogonal thereto is aligned with the -c axis direction, the "electric field" is generated as the fundamental wave. It is possible to use "x-direction polarized wave whose direction is parallel to the x-axis" and "z-directional polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis" as the second harmonic (claim 4).

【0011】LiNbO3のc板を用いる場合、光の伝
搬方向をy方向とし、これに直交するz方向をc軸方向
に合わせたとき、基本波として電界方向がz軸に平行な
z方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸に平行な
z方向偏波を用いることができ(請求項5)、光の伝搬
方向をy方向とし、これに直交するz方向をc軸方向に
合わせたとき、基本波として電界方向がx軸に平行なx
方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸に平行なz
方向偏波を用いることもできる(請求項6)。
When a c-plate of LiNbO 3 is used, when the light propagation direction is the y direction and the z direction orthogonal to this is aligned with the c axis direction, the electric field direction as the fundamental wave is polarized in the z direction parallel to the z axis. A z-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis can be used as the wave and the second harmonic (claim 5), the light propagation direction is the y-direction, and the z-direction orthogonal thereto is the c-axis direction. When combined, the electric field direction of the fundamental wave is parallel to the x-axis.
Directional polarization, z as the electric field direction as the second harmonic is parallel to the z-axis
Directionally polarized waves can also be used (claim 6).

【0012】また、3次元導波路をLiNbO3のc板
に「プロトン交換」により形成することにより第2高調
波をチェレンコフ放射により発生させることができる
(請求項8)。
The second harmonic can be generated by Cherenkov radiation by forming the three-dimensional waveguide on the c-plate of LiNbO 3 by "proton exchange" (claim 8).

【0013】上記の請求項1ないし8の光変調波長変換
素子では、「3次元導波路に導波される基本波レーザー
光に対してTE−TMモード間のモード変換を行うこと
により第2高調波の変調を行う」が、請求項9以下の光
変調波長変換素子では別の変調方式を用いる。
In the optical modulation wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 8, "the second harmonic is obtained by performing mode conversion between TE-TM modes on the fundamental laser light guided in the three-dimensional waveguide. The wave modulation is performed ", but another modulation method is used in the optical modulation wavelength conversion element according to claim 9 or below.

【0014】即ち、請求項9の光変調波長変換素子は、
高調波発生手段と1対の電極が同一基板に一体化され
る。「高調波発生手段」は、射出側が2又に分岐し基本
波レーザー光を導波するY字型の3次元導波路を有し、
基本波レーザー光から第2高調波を発生させる。「1対
の電極」は、3次元導波路の分岐点手前で導波光の位相
を変化させて、分岐導波路の選択を行なう。従って、光
変調は「分岐した3次元導波路(分岐導波路)の選択に
より」行なう。請求項9の光変調波長変換素子において
も、基板を非線形媒質で構成し、高調波発生手段が「3
次元導波路における、基本波レーザー光に対する導波モ
ード光の伝搬定数をβ(ω)、第2高調波に対する導波モ
ード光の伝搬定数をβ(2ω)とするとき、導波方向に周
期:Λ(=2(2m−1)π/{β(2ω)−2β
(ω)};m:自然数)で分極反転した領域として3次元
導波路に形成された屈折率変化領域」であるようにする
ことができる(請求項10)。この場合、高調波発生手
段自体が位相整合の機能を有する。
That is, the optical modulation wavelength conversion element of claim 9 is
The harmonic generation means and the pair of electrodes are integrated on the same substrate. The “harmonic generating means” has a Y-shaped three-dimensional waveguide that branches into two on the emission side and guides the fundamental laser light,
The second harmonic is generated from the fundamental wave laser light. The “pair of electrodes” changes the phase of the guided light before the branch point of the three-dimensional waveguide to select the branch waveguide. Therefore, the optical modulation is performed "by selecting a branched three-dimensional waveguide (branch waveguide)". Also in the optical modulation wavelength conversion element of claim 9, the substrate is made of a non-linear medium, and the harmonic generating means is "3.
When the propagation constant of the guided mode light with respect to the fundamental laser light is β (ω) and the propagation constant of the guided mode light with respect to the second harmonic is β (2ω) in the two-dimensional waveguide, the period in the waveguide direction is: Λ (= 2 (2m-1) π / {β (2ω) -2β
(ω)}; m: natural number) as a domain-inverted region can be defined as a “refractive index changing region formed in the three-dimensional waveguide” (claim 10). In this case, the harmonic generating means itself has the function of phase matching.

【0015】また、この場合「屈折率変化領域による高
調波発生手段」は、基本波レーザー光の入射側から導波
路の分岐点に到る中間の部分に形成しても良いが、3次
元導波路の2又に分岐した一方の分岐導波路に形成して
も良い(請求項11)。
Further, in this case, the "harmonic generating means by the refractive index changing region" may be formed in an intermediate portion from the incident side of the fundamental wave laser light to the branch point of the waveguide, but it is three-dimensionally guided. It may be formed on one branching waveguide that is branched into two branches of the waveguide (claim 11).

【0016】請求項9,10の素子においては、非線形
媒質の基板として、拡散により3次元導波路を形成され
たLiTaO3の−c板を用い、光の伝搬方向をy方向
とし、これに直交するz方向を−c軸方向に合わせ、基
本波として「電界方向がz軸に平行なz方向偏波もしく
は電界方向がx軸に平行なx方向偏波」を用い、第2高
調波として「電界方向がz軸に平行なz方向偏波」を用
いてもよいし(請求項12)、非線形媒質として、拡散
により3次元導波路を形成されたLiNbO3のc板を
用い、光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方
向をc軸方向に合わせ、基本波として「電界方向がz軸
に平行なz方向偏波もしくは電界方向がx軸に平行なx
方向偏波」、第2高調波として「電界方向がz軸に平行
なz方向偏波」を用いてもよい(請求項13)。
In the device of claims 9 and 10, a LiTaO 3 -c plate having a three-dimensional waveguide formed by diffusion is used as the substrate of the non-linear medium, and the light propagation direction is set to the y direction, and is orthogonal to this. The z-direction is adjusted to the −c-axis direction, and “Z-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis or x-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the x-axis” is used as the fundamental wave, and “ A z-polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis may be used (claim 12), and a LiNbO 3 c plate having a three-dimensional waveguide formed by diffusion is used as a nonlinear medium to propagate light. The direction is defined as the y direction, and the z direction orthogonal thereto is aligned with the c axis direction, and the fundamental wave is defined as "z direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the z axis or x whose electric field direction is parallel to the x axis.
The “directional polarization” and the “z-direction polarization in which the electric field direction is parallel to the z axis” may be used as the second harmonic (claim 13).

【0017】また、請求項9の光変調波長変換素子の基
板として、拡散により3次元導波路を形成されたLiN
bO3のc板を用い、光の伝搬方向をy方向とし、基本
波として「電界方向がx軸に平行なx方向偏波」、第2
高調波として「電界方向がz軸に平行なz方向偏波」を
用い、位相整合に基板の複屈折性を用いることができる
(請求項14)。この場合、変調された第2高調波を射
出しない方の分岐導波路の上には、金属クラッディング
を形成することができる(請求項15)。
Further, as the substrate of the optical modulation wavelength conversion element of claim 9, LiN having a three-dimensional waveguide formed by diffusion is used.
The c-plate of bO 3 is used, the propagation direction of light is set to the y direction, and the fundamental wave is “polarization in the x direction whose electric field direction is parallel to the x axis”.
“Z-polarized light whose electric field direction is parallel to the z-axis” can be used as a harmonic, and the birefringence of the substrate can be used for phase matching (claim 14). In this case, a metal cladding can be formed on the branch waveguide that does not emit the modulated second harmonic (claim 15).

【0018】また請求項9の光変調波長変換素子の基板
として、プロトン交換により3次元導波路を形成された
LiNbO3結晶もしくはLiTaO3結晶の板を用い、
第2高調波をチェレンコフ放射により発生させることが
できる(請求項16)。
Further, as the substrate of the optical modulation wavelength conversion element of claim 9, a plate of LiNbO 3 crystal or LiTaO 3 crystal in which a three-dimensional waveguide is formed by proton exchange is used,
The second harmonic can be generated by Cherenkov radiation (claim 16).

【0019】[0019]

【作用】請求項1ないし8の光変調波長変換素子では、
光変調手段の電極構造により導波路の光伝搬方向に電界
を作用させて、屈折率楕円体の主軸回転を起こし、TE
−TMモード結合を起こす。このモード結合に伴うモー
ド変換を利用して第2高調波を変調する。
According to the optical modulation wavelength conversion element of claims 1 to 8,
The electrode structure of the light modulation means causes an electric field to act in the light propagation direction of the waveguide to cause rotation of the principal axis of the index ellipsoid, and TE
-Initiate TM mode coupling. The second harmonic is modulated by utilizing the mode conversion associated with this mode coupling.

【0020】また請求項9以下の光変調波長変換素子で
は、3次元導波路中に第2高調波を発生させ、変調は分
岐導波路の選択により行なう。
In the optical modulation wavelength conversion device according to the ninth aspect, the second harmonic is generated in the three-dimensional waveguide, and the modulation is performed by selecting the branch waveguide.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照しながら具体的な実施例に
即して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A concrete embodiment will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1において、符号1はLiTaO3の単
結晶による基板を示す。この基板1は−c板である。符
号2は、基板1に形成された3次元導波路、符号3は光
変調手段をなす電極構造を、符号4は分極反転領域を示
している。図のようにx,y,z方向を設定すると、基
板1の−c軸はz方向に平行であり、y方向は3次元導
波路2の光伝搬方向に対応する。
In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a substrate made of a LiTaO 3 single crystal. This substrate 1 is a -c plate. Reference numeral 2 indicates a three-dimensional waveguide formed on the substrate 1, reference numeral 3 indicates an electrode structure forming a light modulating means, and reference numeral 4 indicates a domain inversion region. When the x, y, and z directions are set as shown, the −c axis of the substrate 1 is parallel to the z direction, and the y direction corresponds to the light propagation direction of the three-dimensional waveguide 2.

【0023】3次元導波路2は、この実施例においては
基板表面にTiを1000度C程度の温度で拡散し、基
板1よりも屈折率を高くすることにより形成されてい
る。拡散物質はTiの外にCu等を用いることができ
る。3次元導波路2は単一モード導波路であることが望
ましい。
In this embodiment, the three-dimensional waveguide 2 is formed by diffusing Ti on the surface of the substrate at a temperature of about 1000 ° C. and making the refractive index higher than that of the substrate 1. As the diffusing material, Cu or the like can be used in addition to Ti. The three-dimensional waveguide 2 is preferably a single mode waveguide.

【0024】分極反転領域4は導波光の伝搬方向、即ち
y方向に分極が周期的に反転した領域である。この分極
反転領域を形成するには例えば、以下のようにすれば良
い。
The polarization inversion region 4 is a region in which the polarization is periodically inverted in the propagation direction of the guided light, that is, the y direction. To form this domain-inverted region, for example, the following may be performed.

【0025】即ち、3次元導波路となるべき部分に拡散
物質を拡散させた後、キューリー点近傍の温度下でc方
向に電界を作用させてポーリングを行い分極方向を揃え
る。次いで3次元導波路2上の、図1において破線を施
した部分以外をTiでマスクしたのち安息香酸溶液中で
250度c程度の温度でプロトン交換し、LiTaO3
のキューリー点(Tc〜600度c)直下の温度で熱処
理してマスクされていない部分に分極反転層4aを形成
する。このようにして、y方向において分極方向が交互
に反転した分極反転領域4が形成される。なお、分極反
転層4aの形成については、1989年春季応用物理学
会において配布された予稿集の27-P-10に報告されてい
る。
That is, after diffusing a diffusing substance in a portion to be a three-dimensional waveguide, an electric field is applied in the c direction at a temperature near the Curie point to perform poling to align the polarization directions. Then, after masking portions of the three-dimensional waveguide 2 other than the part indicated by the broken line in FIG. 1 with Ti, proton exchange was performed in a benzoic acid solution at a temperature of about 250 ° C., and LiTaO 3
At a temperature immediately below the Curie point (Tc to 600 ° C.), the domain inversion layer 4a is formed on the unmasked portion. In this way, the polarization inversion regions 4 in which the polarization directions are alternately inverted in the y direction are formed. The formation of the polarization inversion layer 4a is reported in Proceedings 27-P-10 distributed at the Japan Society of Applied Physics in 1989.

【0026】場合によっては上記方法で分極反転領域を
先に形成した後に、金属イオンをイオン拡散することに
より、あるいは、250度C程度の温度でプロトン交換
した後、380度Cでアニール処理することにより、3
次元導波路を形成することもできる。Rb,Cs,Ag
等、300〜400度c近傍の温度で拡散できる金属の
拡散により3次元導波路を形成する場合には、この方法
を取る必要がある。
In some cases, after forming the domain inversion region by the above method, metal ions are ion-diffused, or proton exchange is performed at a temperature of about 250 ° C., and then annealing is performed at 380 ° C. By 3
It is also possible to form a dimensional waveguide. Rb, Cs, Ag
In the case of forming a three-dimensional waveguide by diffusion of a metal capable of diffusing at a temperature in the vicinity of 300 to 400 ° C., it is necessary to adopt this method.

【0027】また非線形媒質の基板として、KTiOP
4のz板を用いる場合には、RbNO3/Ba(N
32の溶融塩をイオン源に用いることにより、イオン
交換により、上記と同様の3次元導波路を形成できる。
As a substrate of the nonlinear medium, KTiOP is used.
When using the O 4 z-plate, RbNO 3 / Ba (N
By using a molten salt of O 3 ) 2 as the ion source, a three-dimensional waveguide similar to the above can be formed by ion exchange.

【0028】分極反転層の厚さは昇温速度の変化により
調整できる。また分極反転層4aの幅Lは、3次元導波
路2の幅と必ずしも一致させる必要はない。
The thickness of the polarization inversion layer can be adjusted by changing the temperature rising rate. The width L of the polarization inversion layer 4a does not necessarily have to match the width of the three-dimensional waveguide 2.

【0029】電極構造3は一対の櫛歯状電極3A,3B
を交指状に組み合わせてなり、以下のように形成され
る。即ち、3次元導波路2の形成された側の基板表面に
プラズマCVDによりシリコン酸化膜のバッファ層を形
成し、その上に接着剤としてNiCr−Auを蒸着す
る。その後、厚膜レジストを図示の電極形状にパターニ
ングし、形成されたパターンをガイドにしてAuを電界
鍍金で成長させ、しかるのちにレジストをレジストリム
ーバーで除去する。そして最後にAu鍍金以外の部分を
エッチングで除去するのである。この他、Al,Ni等
を用いてリフトオフ法やフォトリソグラフィ、電界鍍金
等で形成することも可能である。
The electrode structure 3 comprises a pair of comb-shaped electrodes 3A and 3B.
Are combined in a finger-like manner, and are formed as follows. That is, a buffer layer of a silicon oxide film is formed by plasma CVD on the surface of the substrate on the side where the three-dimensional waveguide 2 is formed, and NiCr-Au is vapor-deposited thereon as an adhesive. Then, the thick film resist is patterned into the illustrated electrode shape, Au is grown by electroplating using the formed pattern as a guide, and then the resist is removed by a resist remover. Finally, the portions other than the Au plating are removed by etching. In addition, it is also possible to use Al, Ni or the like to form by a lift-off method, photolithography, electric field plating or the like.

【0030】分極反転領域4の屈折率の周期的変化にお
ける周期Λ1は、3次元導波路2に導波される基本波レ
ーザー光の伝搬定数をβ(ω)、第2高調波の伝搬定数を
β(2ω)とするとき、 Λ1=2(2m−1)π/{β(2ω)−2β(ω)};m:自然数 で与えられる大きさに設定される。
The period Λ 1 in the periodic change of the refractive index of the domain-inverted region 4 is β (ω) which is the propagation constant of the fundamental laser light guided in the three-dimensional waveguide 2, and the propagation constant of the second harmonic wave. Is set to β (2ω), Λ 1 = 2 (2m−1) π / {β (2ω) -2β (ω)}; m: set to a size given by a natural number.

【0031】電極構造3においては、櫛歯状電極3Bを
接地して櫛歯状電極3Aに電圧を印加すると、3次元導
波路2の光伝搬方向に周期的な電界が導波路中に形成さ
れるが、このような電界を与える櫛歯状電極の間隔の周
期Λ2はTE,TMモードの透過屈折率をNte,Ntmと
するとき、 Λ2=λ/|Nte−Ntm| で与えられる大きさに設定される。λは基本波レーザー
光の波長である。
In the electrode structure 3, when the comb-teeth electrode 3B is grounded and a voltage is applied to the comb-teeth electrode 3A, a periodic electric field is formed in the waveguide in the light propagation direction of the three-dimensional waveguide 2. However, the period Λ 2 of the spacing between the comb-shaped electrodes that gives such an electric field is a magnitude given by Λ 2 = λ / | Nte-Ntm |, where the transmission refractive indices of the TE and TM modes are Nte and Ntm. Is set to λ is the wavelength of the fundamental laser light.

【0032】周知の如く、3次元導波路2に基本波レー
ザー光を導波させた状態でy方向に電界を作用させる
と、導波路における屈折率楕円体の主軸回転が起こり、
比誘電テンソルに非対角成分が生じてTEモードとTM
モードの結合が起こり、モード変換が行われる。その
際、各モード間の位相の不整合が、電極構造3による周
期Λ2の電界周期で補償されるのである。
As is well known, when an electric field is applied in the y direction while the fundamental wave laser light is guided in the three-dimensional waveguide 2, rotation of the principal axis of the index ellipsoid in the waveguide occurs,
The off-diagonal component is generated in the dielectric tensor and TE mode and TM
Mode coupling occurs and mode conversion is performed. At that time, the phase mismatch between the modes is compensated by the electric field period of the period Λ 2 by the electrode structure 3.

【0033】また発生した第2高調波と基本波レーザー
光の位相の不整合は周期Λ1をもって屈折率が交互に変
化する屈折率変化領域4により補償される。
The generated phase mismatch between the second harmonic and the fundamental laser light is compensated by the refractive index changing region 4 in which the refractive index alternately changes with the period Λ 1 .

【0034】この図1の実施例では、上述のごとく基板
1はLiTaO3の−c板である。
In the embodiment of FIG. 1, the substrate 1 is a LiTaO 3 -c plate as described above.

【0035】光源として波長0.83μmの半導体レー
ザーを想定すると3次元導波路2における等価屈折率の
波長分散は、波長0.83μmの基本波では、常光に相
当する電界方向がx方向を向いているEx00モードを用い
た場合で2.1538、異常光に相当する電界方向がz
方向に向いているEz00モードを用いた場合で2.157
8、波長0.415μmの第2高調波では、常光に相当
するEx00モードを用いた場合で2.2414、異常光に
相当するEz00モードを用いた場合で2.2814であ
る。
Assuming that a semiconductor laser having a wavelength of 0.83 μm is used as a light source, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index in the three-dimensional waveguide 2 is such that, in the fundamental wave having a wavelength of 0.83 μm, the electric field direction corresponding to ordinary light is in the x direction. 2.1538 when using the Ex 00 mode, where the electric field direction corresponding to extraordinary light is z
2.157 when using Ez 00 mode, which is oriented in the direction
8, the second harmonic having a wavelength of 0.415 μm is 2.2414 when the Ex 00 mode corresponding to ordinary light is used, and 2.2814 when the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used.

【0036】また波長1.2μmの半導体レーザー光源
を想定すると上記等価屈折率の波長分散は、波長1.2
μmの基本波では常光に相当するEx00モードを用いた場
合で2.1305、異常光に相当するEz00モードを用い
た場合で2.1341、波長0.6μmの第2高調波で
は常光に相当するEx00モードを用いた場合で2.183
4、異常光に相当するEz00モードを用いた場合で2.1
878である。
Assuming a semiconductor laser light source having a wavelength of 1.2 μm, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index is 1.2
The fundamental wave of μm is 2.1305 when the Ex 00 mode corresponding to ordinary light is used, 2.1341 when the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used, and becomes ordinary light at the second harmonic of wavelength 0.6 μm. 2.183 when using the equivalent Ex 00 mode
4, 2.1 when using Ez 00 mode corresponding to extraordinary light
878.

【0037】従って、基本波に対する等価屈折率をN
(ω),第2高調波に対する等価屈折率をN(2ω)とす
ると、伝搬定数β=2πN/λであるから、上述の関
係、 Λ1=2(2m−1)λ/{β(2ω)−2β(ω)};
m:自然数 は、Λ1=(2m−1)λ/[2・{N(2ω)−N
(ω)}] となり、この関係を満足するΛ1を分極反転領域におけ
る分極反転の周期に設定すれば位相整合を良好に行って
安定した第2高調波を得ることができる。
Therefore, the equivalent refractive index for the fundamental wave is N
(ω), and the equivalent refractive index for the second harmonic is N (2ω), the propagation constant β = 2πN / λ, and thus the above relation, Λ 1 = 2 (2m−1) λ / {β (2ω ) -2β (ω)};
m: Natural number is Λ 1 = (2m−1) λ / [2 · {N (2ω) −N
(ω)}], and if Λ 1 that satisfies this relationship is set to the period of the polarization inversion in the polarization inversion region, phase matching can be performed well and a stable second harmonic can be obtained.

【0038】基本波レーザー光の波長を0.83μmと
し、基本波として常光に相当する上記Ex00モード、第2
高調波として異常光に相当する上記Ez00モードを用いる
場合は、上記等価屈折率の場合、屈折率変化の周期Λ1
は約3.1μmとなる。この場合は非線形定数d31が用
いられることになる。
The wavelength of the fundamental laser light is 0.83 μm, and the fundamental wave is the Ex 00 mode corresponding to ordinary light.
When the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as a harmonic, in the case of the equivalent refractive index, the period Λ 1
Is about 3.1 μm. In this case, the nonlinear constant d 31 will be used.

【0039】また上記波長0.83μmで基本波として
異常光に相当する上記Ez00モード、第2高調波として異
常光に相当するEz00モードを用いる場合は、上記等価屈
折率の場合、屈折率変化の周期Λ1は約3.2μmとな
る。この場合は非線形定数d33が用いられることにな
る。
Further the Ez 00 mode corresponding to the abnormal light as a fundamental wave in the wavelength 0.83 .mu.m, when using the Ez 00 mode corresponding to the abnormal light as a second harmonic of the equivalent refractive index case, the refractive index The change period Λ 1 is about 3.2 μm. In this case, the non-linear constant d 33 will be used.

【0040】基本波レーザー光の波長を1.2μmと
し、基本波として常光に相当するEx00モード、第2高調
波として異常光に相当するEz00モードを用いる場合は、
上記等価屈折率の場合、屈折率変化の周期Λ1は約1
0.5μmとなる。この場合は非線形定数d31が用いら
れることになる。
When the wavelength of the fundamental wave laser light is 1.2 μm and the Ex 00 mode corresponding to the ordinary light is used as the fundamental wave and the Ez 00 mode corresponding to the extraordinary light is used as the second harmonic,
In the case of the above equivalent refractive index, the period Λ 1 of the refractive index change is about 1
It becomes 0.5 μm. In this case, the nonlinear constant d 31 will be used.

【0041】また上記波長1.2μmで基本波として異
常光に相当するEz00モード、第2高調波として異常光に
相当するEz00モードを用いる場合は、上記等価屈折率の
場合、屈折率変化の周期Λ1は約11.2μmとなる。
この場合は非線形定数d33が用いられることになる。
When the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as the fundamental wave and the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as the second harmonic at the wavelength of 1.2 μm, the refractive index changes in the case of the above equivalent refractive index. The period Λ 1 of is about 11.2 μm.
In this case, the non-linear constant d 33 will be used.

【0042】3次元導波路2における常光、異常光に対
する屈折率をそれぞれNo,Neとし、|Nte−Ntm|≒(No−N
e)とすると、電極構造3における周期Λ2は、波長0.
78μmに対して約195μm、波長1.2μmに対し
て約333μmとなる。この程度の大きさであれば電極
構造3の形成は容易である。
Refractive indexes of ordinary light and extraordinary light in the three-dimensional waveguide 2 are No and Ne, respectively, and | Nte-Ntm | ≈ (No-N
e), the period Λ 2 in the electrode structure 3 has a wavelength of 0.
It becomes about 195 μm for 78 μm and about 333 μm for a wavelength of 1.2 μm. With such a size, the electrode structure 3 can be easily formed.

【0043】基本波として常光に相当するEx00モードを
用い、第2高調波として異常光に相当するEz00モードを
用いるように分極反転領域4を形成し、Ex00モードの光
を入力させつつ、電極構造3により周期的な電界を作用
させると、Ex00モードがEz00モードに変換されて第2高
調波は発生しないが、電界を作用させないと第2高調波
が発生する。
[0043] Using Ex 00 mode corresponding to the ordinary light as a fundamental wave, a second corresponds to the abnormal light as a harmonic to form a domain-inverted regions 4 as used Ez 00 mode, while inputting light of Ex 00 mode When a periodic electric field is applied by the electrode structure 3, the Ex 00 mode is converted to the Ez 00 mode and the second harmonic is not generated, but if the electric field is not applied, the second harmonic is generated.

【0044】また基本波として常光に相当するEX00モー
ドを用い、第2高調波として異常光に相当するEz00モー
ドを用いるように屈折率変化領域4を形成し、Ez00モー
ドの光を入力させつつ、電極構造3により周期的な電界
を作用させると、Ex00モードがEz00モードに変換されて
第2高調波が発生するが、電界を作用させないと第2高
調波は発生しない。
Further, the refractive index changing region 4 is formed so that the E X 00 mode corresponding to the ordinary light is used as the fundamental wave and the Ez 00 mode corresponding to the extraordinary light is used as the second harmonic, and the Ez 00 mode light is input. Meanwhile, when a periodic electric field is applied by the electrode structure 3, the Ex 00 mode is converted to the Ez 00 mode and the second harmonic is generated, but the second harmonic is not generated unless the electric field is applied.

【0045】従って、何れの場合も櫛歯状電極3Aに印
加される電圧をオン・オフすることにより、第2高調波
を変調することができる。
Therefore, in any case, the second harmonic can be modulated by turning on and off the voltage applied to the comb-shaped electrode 3A.

【0046】図2には図1の実施例の変形例を示す。煩
雑を避けるために混同の虞がないと思われるものに就い
ては図1におけると同一の符号を付した。図1の実施例
との差異は電極構造の構成にある。即ち、この実施例に
おいては電極構造は3次元導波路2に沿って設けられ、
櫛歯状部分の周期がΛ2であるような櫛歯状電極3C
と、この電極3Cと3次元導波路2を介して対向するよ
うに設けられた長方形形状の電極3Dとにより構成され
ている。このような電極構造でも図1の実施例と同様の
動作を行うことができる。
FIG. 2 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In order to avoid complication, the same symbols as those in FIG. The difference from the embodiment of FIG. 1 lies in the configuration of the electrode structure. That is, in this embodiment, the electrode structure is provided along the three-dimensional waveguide 2,
Comb-tooth-shaped electrode 3C such that the period of the comb-toothed portion is Λ 2.
And a rectangular electrode 3D provided so as to face the electrode 3C via the three-dimensional waveguide 2. Even with such an electrode structure, the same operation as in the embodiment of FIG. 1 can be performed.

【0047】図3には別の実施例を示す。この図におい
ても混同の虞がないと思われるものに就いては図1にお
けると同一の符号を付した。この実施例において基板1
AはLiNbO3のc板であり、c軸に合わせてz軸を
設定し、図のごとくにx,y方向を定める。
FIG. 3 shows another embodiment. Also in this figure, the same symbols as those in FIG. Substrate 1 in this example
A is a LiNbO 3 c plate, and the z axis is set according to the c axis, and the x and y directions are determined as shown in the figure.

【0048】この場合、光源として波長0.83μmの
半導体レーザーを想定すると3次元導波路2における等
価屈折率の波長分散は、波長0.83μmの基本波で
は、常光に相当するEx00モードを用いた場合で2.2
2、異常光に相当するEz00モードを用いた場合で2.1
7、波長0.415μmの第2高調波では、常光に相当
するEx00モードを用いた場合で2.39、異常光に相当
するEz00モードを用いた場合で2.28である。
In this case, assuming that a semiconductor laser having a wavelength of 0.83 μm is used as the light source, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index in the three-dimensional waveguide 2 uses the Ex 00 mode corresponding to ordinary light for the fundamental wave having a wavelength of 0.83 μm. 2.2 if
2. 2.1 in case of using Ez 00 mode corresponding to extraordinary light
7. For the second harmonic having a wavelength of 0.415 μm, it is 2.39 when the Ex 00 mode corresponding to ordinary light is used, and 2.28 when the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used.

【0049】基本波レーザー光の波長を0.83μmと
し、基本波として常光に相当する上記Ex00モード、第2
高調波として異常光に相当する上記Ez00モードを用いる
場合は、上記等価屈折率の場合、屈折率変化の周期Λ1
は約3.1μmとなる。また、基本波として異常光に相
当するEz00モード、第2高調波として異常光に相当する
Ez00モードを用いる場合は、屈折率変化の周期Λ1は約
3.2μmとなる。電極構造3における周期Λ2は、波
長0.83μmに対して約16.6μmとなる。この程
度の大きさであれば電極構造3の形成は容易である。
[0049] The Ex 00 mode of the fundamental wavelength laser light is 0.83 .mu.m, corresponding to the ordinary light as a fundamental wave, second
When the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as a harmonic, in the case of the equivalent refractive index, the period Λ 1
Is about 3.1 μm. Ez 00 mode, which corresponds to extraordinary light as the fundamental wave, corresponds to extraordinary light as the second harmonic
When the Ez 00 mode is used, the refractive index change period Λ 1 is about 3.2 μm. The period Λ 2 in the electrode structure 3 is about 16.6 μm for a wavelength of 0.83 μm. With such a size, the electrode structure 3 can be easily formed.

【0050】基板1Aの材料としてLiNbO3結晶に
替えて、MgOをドープしたLiNbO3結晶を用いて
も上記実施例と同様のものが得られる。LiNbO3
晶もしくはMgOをドープしたLiNbO3結晶を基板
1Aとして用いる場合、基本波として常光に相当するEx
00モード、第2高調波に異常光に相当するEz00モードを
用いると、基本波の波長が1μm以上なら、非線形媒質
である基板の複屈折性を利用して位相整合を行うことが
できる。従って、このような場合には、基本波と第2高
調波の位相整合をとるための屈折率変化領域4を省略す
ることができる。図4は、このような場合の実施例を示
している。
[0050] Instead as the material of the substrate 1A in LiNbO 3 crystal, the same as the embodiment can be obtained even by using a LiNbO 3 crystal doped with MgO. When a LiNbO 3 crystal or a MgO-doped LiNbO 3 crystal is used as the substrate 1A, the fundamental wave Ex corresponding to ordinary light is used.
When the 00 mode and the Ez 00 mode corresponding to the extraordinary light are used for the second harmonic, if the wavelength of the fundamental wave is 1 μm or more, phase matching can be performed by utilizing the birefringence of the substrate, which is a nonlinear medium. Therefore, in such a case, the refractive index change region 4 for achieving the phase matching between the fundamental wave and the second harmonic can be omitted. FIG. 4 shows an example of such a case.

【0051】図4の実施例は屈折率変化領域がない点を
除けば図3の実施例と同一である。図3,図4の実施例
の場合、Ex00モードを入力光とした場合、電極3Aに電
圧を印加するとEx00モードがEz00モードに変換され第2
高調波は発生しないが、電極3Aに電圧を印加しない状
態では第2高調波が発生する。
The embodiment of FIG. 4 is the same as the embodiment of FIG. 3 except that there is no refractive index changing region. In the embodiment of FIGS. 3 and 4, when the Ex 00 mode is used as the input light, when a voltage is applied to the electrode 3A, the Ex 00 mode is converted to the Ez 00 mode.
Although no harmonic is generated, a second harmonic is generated when no voltage is applied to the electrode 3A.

【0052】LiNbO3の基板1Aにプロトン交換に
より3次元導波路を形成すると、チェレンコフ放射によ
って安定した第2高調波を発生させ得ることが知られて
いる(応用物理:第56巻 第12号 1637(4
9)頁 1987年)。この場合にも位相整合のための
屈折率変化領域は不要である。
It is known that a stable second harmonic can be generated by Cherenkov radiation when a three-dimensional waveguide is formed on the LiNbO 3 substrate 1A by proton exchange (Applied Physics: Vol. 56, No. 12, 1637). (4
9) page 1987). Also in this case, the refractive index changing region for phase matching is unnecessary.

【0053】そこで、図4の構成で、3次元導波路2を
プロトン交換で形成すると電極3Aへの電圧印加のオン
・オフでチェレンコフ放射による第2高調波を変調する
ことができる。
Therefore, when the three-dimensional waveguide 2 is formed by proton exchange in the configuration of FIG. 4, the second harmonic wave by Cherenkov radiation can be modulated by turning on / off the voltage application to the electrode 3A.

【0054】この発明の実施において、基板としてはL
iTaO3もしくはLiNbO3が好適に利用できるが、
LiTaO3の基板は光損傷しきい値がLiNbO3の基
板に比して大きいため、フォトリフラクティブ効果が小
さい。
In the practice of this invention, the substrate is L
iTaO 3 or LiNbO 3 can be preferably used,
Since the LiTaO 3 substrate has a larger optical damage threshold than the LiNbO 3 substrate, the photorefractive effect is small.

【0055】以上は、請求項1〜8の光変調波長変換素
子に関する実施例の説明である。以下には図5ないし図
11を参照して、請求項9以下の光変調波長変換素子の
実施例を説明する。煩雑を避けるため、混同の虞れがな
いと思われるものに就いては図5以下の各図面において
も、図1ないし図4の符号を用いる。
The above is the description of the embodiments relating to the light modulation wavelength conversion elements of the first to eighth aspects. Hereinafter, with reference to FIG. 5 to FIG. 11, an embodiment of the optical modulation wavelength conversion element according to claim 9 or below will be described. In order to avoid complication, the reference numerals of FIG. 1 to FIG. 4 are used in each of the drawings starting from FIG.

【0056】図5において、符号1は図1の実施例にお
けると同じく、LiTaO3の−c板を用いた基板を示
す。符号20は3次元導波路を示す。3次元導波路20
はY字状であり、光射出側は2又に分岐して、分岐導波
路20A,20Bをなしている。勿論、3次元導波路2
0は「単一モード導波路」であることが望ましい。符号
4Aは、Λの周期で分極反転した領域を示す。
In FIG. 5, reference numeral 1 designates a substrate using a LiTaO 3 -c plate as in the embodiment of FIG. Reference numeral 20 indicates a three-dimensional waveguide. Three-dimensional waveguide 20
Is Y-shaped, and the light exit side is branched into two to form branch waveguides 20A and 20B. Of course, the three-dimensional waveguide 2
0 is preferably a "single mode waveguide". Reference numeral 4A indicates a region in which the polarization is inverted at the period of Λ.

【0057】上記分極反転領域4Aにおける、分極反転
の周期:Λは、3次元導波路における、基本波レーザー
光に対する導波モード光の伝搬定数をβ(ω)、第2高調
波に対する導波モード光の伝搬定数をβ(2ω)とすると
き、mを自然数として、 Λ=2(2m−1)π/{β(2ω)−2β(ω)} で与えられる。
In the domain-inverted region 4A, the period of domain-inversion: Λ is the propagation constant of the guided mode light for the fundamental laser light in the three-dimensional waveguide β (ω), and the guided mode for the second harmonic. When the propagation constant of light is β (2ω), m is a natural number and is given by Λ = 2 (2m−1) π / {β (2ω) −2β (ω)}.

【0058】符号30は1対の電極を示す。この1対の
電極は、電極30A,30Bにより構成され、3次元導
波路20の分岐点手前で導波光の位相を変化させて、分
岐導波路20A,20Bの選択を行なうものであり、分
岐点の手前側から3次元導波路20に沿って設けられ、
各電極30A,30Bは、それぞれ分岐導波路20A,
20Bの一部を覆っている。
Reference numeral 30 indicates a pair of electrodes. The pair of electrodes is composed of electrodes 30A and 30B, and changes the phase of the guided light before the branch point of the three-dimensional waveguide 20 to select the branch waveguides 20A and 20B. Is provided along the three-dimensional waveguide 20 from the front side of
Each of the electrodes 30A, 30B has a branch waveguide 20A,
It covers a part of 20B.

【0059】3次元導波路20は、図1の実施例におけ
る3次元導波路2と同様の方法で形成され、分極反転領
域4Aおよび電極対30は、図1の実施例における分極
反転領域4および電極構造3と同様の方法で形成されて
いる。
The three-dimensional waveguide 20 is formed by the same method as the three-dimensional waveguide 2 in the embodiment of FIG. 1, and the polarization inversion region 4A and the electrode pair 30 are the polarization inversion regions 4 and 4 in the embodiment of FIG. It is formed by the same method as the electrode structure 3.

【0060】上記LiTaO3の−c板を用いた基板1
に換えて、LiNbO3結晶やMgOをドープしたLi
NbO3結晶、KTiOPO4基板等を用いて、図1の実
施例に即して説明した方法で、3次元導波路や分極反転
領域、1対の電極を形成できることは言うまでもない。
Substrate 1 using the LiTaO 3 -c plate
In place of LiNbO 3 crystal or MgO-doped Li
It goes without saying that a three-dimensional waveguide, a domain-inverted region, and a pair of electrodes can be formed using the NbO 3 crystal, the KTiOPO 4 substrate, etc. by the method described in connection with the embodiment of FIG.

【0061】図5の実施例において、図の如く電極30
Bを接地し、電極30Aに印加する電圧をV0とする
と、電圧:V0が0のときは、導波光に対する実効屈折
率分布は導波路中一様であり、Ez00モードの界分布は中
心対称となる。電圧V0が0でない場合には、3次元導
波路20の、電極30Aよりに高屈折率領域が生じ、導
波光は、この高屈折率領域に閉じ込められて導波し、分
岐導波路20Aに引き込まれ、同分岐導波路20Aから
射出することになる。
In the embodiment of FIG. 5, the electrode 30 as shown
When B is grounded and the voltage applied to the electrode 30A is V 0 , when the voltage V 0 is 0, the effective refractive index distribution for the guided light is uniform in the waveguide, and the Ez 00 mode field distribution is It becomes centrally symmetric. When the voltage V 0 is not 0, a high-refractive-index region of the three-dimensional waveguide 20 is generated above the electrode 30A, and the guided light is confined in the high-refractive-index region to be guided to the branch waveguide 20A. It is drawn in and is emitted from the branch waveguide 20A.

【0062】従って図5に示すように、基本波として電
界がZ方向を向いた偏光レーザー光を3次元導波路20
にy方向へ導波させると、分極反転領域4Aにおいて位
相整合した第2高調波が発生して、3次元導波路20の
分岐点に向かって導波する。この状態で、変調信号を電
圧信号V0として電極30Aに印加すると、上述したと
ころに従って、変調された第2高調波が分岐導波路20
Aから得られることになる。勿論、電極30Aを接地し
て、変調電圧信号を電極30Bに印加すれば変調された
第2高調波は分岐導波路20Bから射出する。
Therefore, as shown in FIG. 5, polarized laser light whose electric field is directed in the Z direction is used as the fundamental wave in the three-dimensional waveguide 20.
When the light is guided in the y direction, the phase-matched second harmonic is generated in the domain-inverted region 4A and guided toward the branch point of the three-dimensional waveguide 20. In this state, when the modulation signal is applied to the electrode 30A as the voltage signal V 0 , the second harmonic wave modulated in accordance with the above is obtained.
Will be obtained from A. Of course, if the electrode 30A is grounded and a modulation voltage signal is applied to the electrode 30B, the modulated second harmonic wave is emitted from the branch waveguide 20B.

【0063】3次元導波路20における2つの分岐導波
路20A,20Bの分岐角を約1度以下にすれば、分岐
点における散乱損失を1dB以下に抑えることができ、
高次モードの発生を抑制できる。LiTaO3の基板1
を用いるこの実施例でもLiNbO3の基板に比してフ
ォトリフラクティブ効果が小さいことは図1の実施例の
場合と同じである。
If the branch angles of the two branch waveguides 20A and 20B in the three-dimensional waveguide 20 are set to about 1 degree or less, the scattering loss at the branch point can be suppressed to 1 dB or less,
Generation of higher modes can be suppressed. LiTaO 3 substrate 1
In this embodiment using the same method, the photorefractive effect is smaller than that of the LiNbO 3 substrate, as in the case of the embodiment of FIG.

【0064】基板としてLiTaO3の−c板を用いた
図5の実施例において、基本波レーザー光の光源として
発振波長0.83μmのものを考えると、3次元導波路
20における等価屈折率の波長分散は、上記波長の基本
波では、常光に相当する電界方向がx軸方向を向いたEx
00モードの場合で2.1538、異状光に相当する電界
方向がz方向を向いたEz00モードの場合で2.157
8、波長0.415μmの第2高調波では、常光に相当
するEx00モードを用いた場合で2.2414、異常光に
相当するEz00モードで2.2814である。
In the embodiment of FIG. 5 using a LiTaO 3 -c plate as the substrate, considering the one having an oscillation wavelength of 0.83 μm as the light source of the fundamental laser light, the wavelength of the equivalent refractive index in the three-dimensional waveguide 20 is considered. In the dispersion, the fundamental wave of the above wavelength has an Ex direction in which the electric field direction corresponding to ordinary light is in the x-axis direction.
2.1538 in the 00 mode, and 2.157 in the Ez 00 mode in which the electric field direction corresponding to the abnormal light is the z direction.
8, the second harmonic having a wavelength of 0.415 μm is 2.2414 in the case of using the Ex 00 mode corresponding to ordinary light, and 2.2814 in the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light.

【0065】また、基本波レーザー光の光源として発振
波長1.2μmのものを考えると、3次元導波路20に
おける等価屈折率の波長分散は、基本波では、常光に相
当するEx00モードの場合で2.1305、異常光に相当
するEz00モードで2.1341であり、波長0.6μm
の第2高調波では、常光に相当するEx00モードを用いた
場合で2.1834、異常光に相当するEz00モードで
2.1878である。
Considering a light source of the fundamental wave laser light having an oscillation wavelength of 1.2 μm, the chromatic dispersion of the equivalent refractive index in the three-dimensional waveguide 20 is, in the fundamental wave, in the case of Ex 00 mode corresponding to ordinary light. 2.1305 in the Ez 00 mode, which is equivalent to extraordinary light, and 2.1341 in the wavelength of 0.6 μm.
The second harmonic of the above is 2.1834 when the Ex 00 mode corresponding to the ordinary light is used, and 2.1878 when the Ez 00 mode corresponding to the extraordinary light is used.

【0066】3次元導波路20における、基本波に対す
る等価屈折率をN(ω)、第2高調波に対する等価屈折
率をN(2ω)とすると、伝搬定数βと等価屈折率Nと
の間には、λを波長として関係:β=2πN/λが成り
立つから、上述の式:Λ=2(2m−1)π/{β(2
ω)−2β(ω)}に従い、屈折率分布領域4Aにおける
分極反転の周期Λを、Λ=(2m−1)λ/[2{N
(2ω)−N(ω)}]とすれば、効率良く第2高調波
を発生させることができる。
Letting N (ω) be the equivalent refractive index with respect to the fundamental wave and N (2ω) be the equivalent refractive index with respect to the second harmonic in the three-dimensional waveguide 20, then between the propagation constant β and the equivalent refractive index N. Has the relation: β = 2πN / λ with λ as the wavelength, the above equation: Λ = 2 (2m−1) π / {β (2
ω) −2β (ω)}, the polarization inversion period Λ in the refractive index distribution region 4A is Λ = (2m−1) λ / [2 {N
(2ω) −N (ω)}] makes it possible to efficiently generate the second harmonic.

【0067】基本波の波長を0.83μmとし、基本波
にEx00モード、第2高調波にEz00モードを用いた場合、
周期Λは3.1μmとなり、非線形定数d31が用いられ
ることになる。また上記波長0.83μmの基本波のモ
ードを異常光に相当するEz00モード、第2高調波にも異
常光にあたるEz00モードを用いると、Λは3.2μmと
なる。この場合は非線形定数d33が用いられることにな
る。
[0067] The wavelength of the fundamental wave and 0.83 .mu.m, Ex 00 mode to the fundamental wave, in the case of using the Ez 00 mode to the second harmonic,
The period Λ is 3.1 μm, and the nonlinear constant d 31 is used. The Ez 00 mode corresponding to the mode of the fundamental wave of the wavelength 0.83μm abnormal light, the use of Ez 00 mode corresponding to extraordinary light to the second harmonic, lambda becomes 3.2 .mu.m. In this case, the non-linear constant d 33 will be used.

【0068】基本波の波長を1.2μmとし、基本波に
Ex00モード、第2高調波にEz00モードを用いた場合、上
記周期Λは10.5μmとなり、非線形定数d31が用い
られることになる。また上記波長1.2μmの基本波の
モードを異常光に相当するEz00モード、第2高調波にも
異常光にあたるEz00モードを用いると、Λは11.2μ
mとなる。この場合は非線形定数d33が用いられること
になる。
The wavelength of the fundamental wave is 1.2 μm,
When the Ex 00 mode and the Ez 00 mode are used for the second harmonic, the period Λ becomes 10.5 μm, and the nonlinear constant d 31 is used. The Ez 00 mode corresponding to the mode of the fundamental wave of the wavelength 1.2μm to extraordinary light, the use of Ez 00 mode corresponding to extraordinary light to the second harmonic, lambda is 11.2μ
m. In this case, the non-linear constant d 33 will be used.

【0069】図5の実施例において、基本波、第2高調
波とも異常光に相当するEz00モードを用いる分極反転領
域4Aを形成し、基本波としてEz00モードのレーザー光
を入射させ、電極30Aに正電圧を印加すると分岐導波
路20Aから第2高調波が射出する。印加電圧の極性を
逆転させると、第2高調波は分岐導波路20Bから射出
する。また、基本波のモードとして常光に相当するEx00
モード、第2高調波に異常光に相当するEz00モードを用
いると、電極30Aに正電圧V0を印加すると、第2高
調波は分岐導波路20Aから射出し、印加電圧V0の極
性を逆にすれば第2高調波が射出するのは分岐導波路2
0Bからになる。
In the embodiment of FIG. 5, the polarization inversion region 4A using the Ez 00 mode, which corresponds to extraordinary light for both the fundamental wave and the second harmonic, is formed, and laser light of the Ez 00 mode is made to enter as a fundamental wave, and the electrode When a positive voltage is applied to 30A, the second harmonic wave is emitted from the branch waveguide 20A. When the polarity of the applied voltage is reversed, the second harmonic wave is emitted from the branch waveguide 20B. In addition, Ex 00, which is equivalent to ordinary light, is the fundamental wave mode.
When the Ez 00 mode corresponding to the extraordinary light is used for the mode and the second harmonic, when the positive voltage V 0 is applied to the electrode 30A, the second harmonic is emitted from the branch waveguide 20A and the polarity of the applied voltage V 0 is changed. Conversely, the second harmonic is emitted from the branch waveguide 2
It starts from 0B.

【0070】基本波のモードとして異常光に相当するE
00モードを用いると、図6の実施例のように、第2高
調波を発生させる屈折率分布領域4Bを分岐導波路20
B(または分岐導波路20A)に設けても、印加電圧V
0に応じて変調された第2高調波を分岐導波路20Bか
ら得ることができる。
E corresponding to extraordinary light as the mode of the fundamental wave
When the z 00 mode is used, as in the embodiment shown in FIG. 6, the refractive index distribution region 4B for generating the second harmonic is formed in the branch waveguide 20.
B (or branch waveguide 20A), the applied voltage V
The second harmonic wave modulated according to 0 can be obtained from the branch waveguide 20B.

【0071】図7に示す実施例では、基板1Aは図3の
実施例と同じく、LiNbO3のc板であり、c軸に合
わせてz軸を設定し、図のごとくにx,y方向を定め
る。この場合、光源として波長0.83μmのものを想
定すると、3次元導波路20における等価屈折率の波長
分散は、波長0.83μmの基本波では、常光に相当す
るEx00モードを用いた場合で2.22、異常光に相当す
るEz00モードを用いた場合で2.17、波長0.415
μmの第2高調波では、常光に相当するEx00モードを用
いた場合で2.39、異常光に相当するEz00モードを用
いた場合で2.28である。
In the embodiment shown in FIG. 7, the substrate 1A is a LiNbO 3 c plate as in the embodiment shown in FIG. 3, the z axis is set according to the c axis, and the x and y directions are as shown in the figure. Establish. In this case, assuming that the light source has a wavelength of 0.83 μm, the chromatic dispersion of the equivalent refractive index in the three-dimensional waveguide 20 is the same when the Ex 00 mode corresponding to ordinary light is used for the fundamental wave having a wavelength of 0.83 μm. 2.22, 2.17 when using Ez 00 mode corresponding to extraordinary light, wavelength 0.415
The second harmonic of μm is 2.39 when the Ex 00 mode corresponding to ordinary light is used and 2.28 when the Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used.

【0072】基本波レーザー光の波長を0.83μmと
し、基本波として常光に相当する上記Ex00モード、第2
高調波として異常光に相当する上記Ez00モードを用いる
場合は、屈折率変化領域の分極反転の周期Λは約10μ
m、また基本波として異常光に相当するEz00モード、第
2高調波として異常光に相当するEz00モードを用いる場
合は、Λは約3.8μmとなる。
[0072] The Ex 00 mode of the fundamental wavelength laser light is 0.83 .mu.m, corresponding to the ordinary light as a fundamental wave, second
When the above Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as a harmonic, the period Λ of polarization inversion in the refractive index change region is about 10 μm.
m, when Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as the fundamental wave, and Ez 00 mode corresponding to extraordinary light is used as the second harmonic, Λ is about 3.8 μm.

【0073】図6の実施例と同様、図7の実施例の場合
も、図8に示すように第2高調波発生手段としての屈折
率変化領域4Bを分岐導波路20A(または20B)に
設けても良い。
Similar to the embodiment of FIG. 6, in the embodiment of FIG. 7 as well, as shown in FIG. 8, the refractive index changing region 4B as the second harmonic generation means is provided in the branch waveguide 20A (or 20B). May be.

【0074】基板1Aの材料としてLiNbO3結晶に
替えて、MgOをドープしたLiNbO3結晶を用いて
も上記実施例と同様のものが得られる。図4の実施例に
関連して説明したように、LiNbO3結晶もしくはM
gOをドープしたLiNbO3結晶を基板1Aとして用
いる場合、基本波として常光に相当するEx00モード、第
2高調波に異常光に相当するEz00モードを用いると、Ex
00モードの基本波を入射させた場合、異常光としてEz00
モードの第2高調波が発生するので、第2高調波発生手
段としての屈折率変化領域は不要であり、さらに基本波
の波長が1μm以上なら、非線形媒質である基板の複屈
折性を利用して位相整合を行うことができる。図9は、
このような場合の実施例を示している。
[0074] Instead as the material of the substrate 1A in LiNbO 3 crystal, the same as the embodiment can be obtained even by using a LiNbO 3 crystal doped with MgO. As described in connection with the embodiment of FIG. 4, LiNbO 3 crystal or M
When a LiNbO 3 crystal doped with gO is used as the substrate 1A, if the Ex 00 mode corresponding to the ordinary light is used as the fundamental wave and the Ez 00 mode corresponding to the extraordinary light is used for the second harmonic, Ex
When the fundamental wave of 00 mode is made incident, it becomes Ez 00 as extraordinary light.
Since the second harmonic of the mode is generated, the refractive index changing region as the second harmonic generating means is unnecessary, and if the wavelength of the fundamental wave is 1 μm or more, the birefringence of the substrate, which is a nonlinear medium, is used. Phase matching can be performed. Figure 9
An example of such a case is shown.

【0075】図9の実施例の場合、Ex00モードを入力光
とした場合、第2高調波はEz00モードとなるため、電極
30Aに電圧V0を印加すると、発生した第2高調波が
分岐導波路20Aから射出する。印加電圧V0の極性を
逆転すれば、分岐導波等20Bから第2高調波が射出す
る。この場合、第2高調波の射出しない方の分岐導波路
表面に、金属クラッディング5を設けると、消光比を有
効に向上させることができる。
In the case of the embodiment shown in FIG. 9, when the Ex 00 mode is used as the input light, the second harmonic becomes the Ez 00 mode. Therefore, when the voltage V 0 is applied to the electrode 30A, the generated second harmonic is generated. The light is emitted from the branch waveguide 20A. If the polarity of the applied voltage V 0 is reversed, the second harmonic wave is emitted from the branch waveguide 20B. In this case, the extinction ratio can be effectively improved by providing the metal cladding 5 on the surface of the branch waveguide on which the second harmonic wave is not emitted.

【0076】また、図10に示すように、LiTAO3
結晶の基板1や、LiNbO3結晶の基板1Aにプロト
ン交換により3次元導波路を形成すると、チェレンコフ
放射によって安定した第2高調波を発生させ得るので、
第2高調波発生手段としての屈折率変化領域なしで、電
極30Aへの電圧印加のオン・オフでチェレンコフ放射
による第2高調波を変調して、分岐導波路20Aもしく
は20Bから取り出すことができる。
Further, as shown in FIG. 10, LiTAO 3
When a three-dimensional waveguide is formed by proton exchange on the crystalline substrate 1 or the LiNbO 3 crystalline substrate 1A, stable second harmonics can be generated by Cherenkov radiation.
The second harmonic generated by Cherenkov radiation can be modulated and taken out from the branch waveguide 20A or 20B by turning on / off the voltage application to the electrode 30A without the refractive index changing region as the second harmonic generating means.

【0077】図5ないし図10に示す各実施例で、3次
元導波路20の分岐状態は基本波の入射方向に関して対
称的であるが、図11に示すように、3次元導波路20
の分岐状態が、分岐前の導波方向に対して非対称であっ
ても、上記図5ないし10の実施例と同様の効果を得る
ことができる。
In each of the embodiments shown in FIGS. 5 to 10, the branched state of the three-dimensional waveguide 20 is symmetrical with respect to the incident direction of the fundamental wave, but as shown in FIG.
Even if the branched state is asymmetric with respect to the waveguide direction before branching, the same effect as that of the embodiments of FIGS. 5 to 10 can be obtained.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、従来
に無い全く新規な光変調波長変換素子を提供できる。こ
の素子は上述のごとく構成されているので、第2高調波
の発生とその変調とを同一素子で行うことができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a completely novel optical modulation wavelength conversion element which has not been available in the past. Since this element is configured as described above, the generation of the second harmonic and its modulation can be performed by the same element.

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

【図1】この発明の1実施例を説明するための図であ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention.

【図2】別実施例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment.

【図3】他の実施例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment.

【図4】さらに他の実施例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図5】さらに他の実施例を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図6】さらに他の実施例を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図7】さらに他の実施例を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図8】さらに他の実施例を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図9】さらに他の実施例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図10】さらに他の実施例を説明するための図であ
る。
FIG. 10 is a diagram for explaining still another embodiment.

【図11】さらに他の実施例を特徴部分のみ示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing only a characteristic part of still another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1A 基板 2,20 3次元導波路 3 電極構造 4,4A 分極反転領域 20A,20B 分岐導波路 30 1対の電極 1,1A substrate 2,20 Three-dimensional waveguide 3 electrode structure 4,4A polarization inversion region 20A, 20B branch waveguide 30 pairs of electrodes

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基本波レーザー光を導波する3次元導波路
を有し、上記基本波レーザー光から第2高調波を発生さ
せる高調波発生手段と、 上記3次元導波路に導波される基本波レーザー光に対し
てTE−TMモード間のモード変換を行うことにより上
記第2高調波の変調を行う光変調手段とを、同一基板に
一体化してなり、 基本波レーザー光の波長をλ、上記3次元導波路におけ
るTE及びTMモードの等価屈折率をそれぞれNteおよ
びNtmとするとき、 上記光変調手段が、上記3次元導波路中の導波方向に周
期的な電界を発生させるようなΛ2(=λ/{Nte-Ntm})の
電極間隔の周期を持つ電極構造であることを特徴とする
光変調波長変換素子。
1. A harmonic wave generating means for generating a second harmonic wave from the fundamental wave laser light, which has a three-dimensional waveguide for guiding the fundamental wave laser light, and is guided to the three-dimensional waveguide. The fundamental wave laser light is integrated with the light modulating means for performing the second harmonic modulation by performing mode conversion between TE-TM modes on the same substrate, and the fundamental wave laser light has a wavelength of λ. When the equivalent refractive indexes of the TE and TM modes in the three-dimensional waveguide are Nte and Ntm, respectively, the optical modulation means generates a periodic electric field in the waveguide direction in the three-dimensional waveguide. An optical modulation wavelength conversion device having an electrode structure having a period of electrode spacing of Λ 2 (= λ / {Nte-Ntm}).
【請求項2】請求項1において、高調波発生手段が、 3次元導波路における、基本波レーザー光に対する導波
モード光の伝搬定数をβ(ω)、第2高調波に対する導波
モード光の伝搬定数をβ(2ω)とするとき、導波方向に
周期Λ1(=2(2m−1)π/{β(2ω)−2β
(ω)};m:自然数)を持って形成された分極反転領域
を位相整合手段として有することを特徴とする光変調波
長変換素子。
2. The harmonic generation means according to claim 1, wherein the propagation constant of the guided mode light with respect to the fundamental wave laser light is β (ω) in the three-dimensional waveguide, and the guided mode light with respect to the second harmonic wave is When the propagation constant is β (2ω), the period Λ 1 (= 2 (2m-1) π / {β (2ω) -2β in the waveguiding direction.
(ω)}; m: a natural number) An optical modulation wavelength conversion element having a polarization inversion region as a phase matching means.
【請求項3】請求項2において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiTa
3の−c板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向を−
c軸方向に合わせたとき、基本波として電界方向がz軸
に平行なz方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸
に平行なz方向偏波を用いることを特徴とする光変調波
長変換素子。
3. The LiTa according to claim 2, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a -c plate of O 3 , and the light propagation direction is the y direction, and the z direction orthogonal to this is the -direction.
An optical modulation characterized by using a z-direction polarization whose electric field direction is parallel to the z-axis as a fundamental wave and a z-direction polarization whose electric field direction is parallel to the z-axis as a second harmonic when aligned with the c-axis direction. Wavelength conversion element.
【請求項4】請求項2において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiTa
3の−c板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向を−
c軸方向に合わせたとき、基本波として電界方向がx軸
に平行なx方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸
に平行なz方向偏波を用いることを特徴とする光変調波
長変換素子。
4. The LiTa according to claim 2, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a -c plate of O 3 , and the light propagation direction is the y direction, and the z direction orthogonal to this is the -direction.
An optical modulation characterized by using an x-direction polarization whose electric field direction is parallel to the x-axis as a fundamental wave and a z-direction polarization whose electric field direction is parallel to the z-axis as a second harmonic when aligned with the c-axis direction. Wavelength conversion element.
【請求項5】請求項2において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiNb
3のc板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向をc
軸方向に合せたとき、基本波として電界方向がz軸に平
行なz方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸に平
行なz方向偏波を用いることを特徴とする光変調波長変
換素子。
5. The LiNb according to claim 2, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a c-plate of O 3 , the light propagation direction is the y-direction, and the z-direction orthogonal to this is the c-direction.
An optical modulation wavelength characterized by using a z-direction polarization whose electric field direction is parallel to the z-axis as a fundamental wave and a z-direction polarization whose electric field direction is parallel to the z-axis as a second harmonic when aligned in the axial direction. Conversion element.
【請求項6】請求項2において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiNb
3のc板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向をc
軸方向に合わせたとき、基本波として電界方向がx軸に
平行なx方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸に
平行なz方向偏波を用いることを特徴とする光変調波長
変換素子。
6. The LiNb according to claim 2, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a c-plate of O 3 , the light propagation direction is the y-direction, and the z-direction orthogonal to this is the c-direction.
An optical modulation wavelength characterized by using an x-direction polarization whose electric field direction is parallel to the x-axis as a fundamental wave and a z-direction polarization whose electric field direction is parallel to the z-axis as a second harmonic when aligned in the axial direction. Conversion element.
【請求項7】請求項1において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiNb
3のc板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向をc
軸方向に合わせたとき、基本波として電界方向がx軸に
平行なx方向偏波、第2高調波として電界方向がz軸に
平行なz方向偏波を用い、LiNbO3の複屈折により
位相整合を行うことを特徴とする光変調波長変換素子。
7. The LiNb according to claim 1, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a c-plate of O 3 , the light propagation direction is the y-direction, and the z-direction orthogonal to this is the c-direction.
When aligned in the axial direction, an x-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the x-axis is used as a fundamental wave, and a z-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis is used as a second harmonic, and the phase is changed by birefringence of LiNbO 3 An optical modulation wavelength conversion element characterized by performing matching.
【請求項8】請求項1において、 基板が、プロトン交換により3次元導波路を形成された
LiNbO3のc板であり、第2高調波をチェレンコフ
放射により発生させることを特徴とする、光変調波長変
換素子。
8. The optical modulation according to claim 1, wherein the substrate is a LiNbO 3 c plate in which a three-dimensional waveguide is formed by proton exchange, and the second harmonic is generated by Cherenkov radiation. Wavelength conversion element.
【請求項9】射出側が2又に分岐し基本波レーザー光を
導波するY字型の3次元導波路を有し、上記基本波レー
ザー光から第2高調波を発生させる高調波発生手段と、 上記3次元導波路の分岐点手前で導波光の位相を変化さ
せて、分岐導波路の選択を行なう1対の電極を、同一基
板に一体化してなることを特徴とする、光変調波長変換
素子。
9. A harmonic wave generating means for generating a second harmonic wave from the fundamental wave laser light, which has a Y-shaped three-dimensional waveguide for branching the bifurcated emission side to guide the fundamental wave laser light. The optical modulation wavelength conversion, characterized in that a pair of electrodes for selecting a branching waveguide by changing the phase of the guided light before the branching point of the three-dimensional waveguide are integrated on the same substrate. element.
【請求項10】請求項9において、 基板が非線形媒質であり、 高調波発生手段が、 3次元導波路における、基本波レーザー光に対する導波
モード光の伝搬定数をβ(ω)、第2高調波に対する導波
モード光の伝搬定数をβ(2ω)とするとき、導波方向に
周期Λ(=2(2m−1)π/{β(2ω)−2β
(ω)};m:自然数)で3次元導波路に形成された分極
反転領域であることを特徴とする光変調波長変換素子。
10. The substrate according to claim 9, wherein the substrate is a non-linear medium, and the harmonic generation means has a propagation constant of the guided mode light with respect to the fundamental wave laser light in the three-dimensional waveguide as β (ω), the second harmonic. When the propagation constant of the guided mode light with respect to the wave is β (2ω), the period Λ (= 2 (2m-1) π / {β (2ω) -2β in the waveguide direction.
(ω)}; m: natural number), which is a polarization inversion region formed in a three-dimensional waveguide.
【請求項11】請求項10において、 分極反転領域による高調波発生手段が、3次元導波路の
2又に分岐した一方の分岐導波路に形成されていること
を特徴とする光変調波長変換素子。
11. An optical modulation wavelength conversion element according to claim 10, wherein the harmonic generation means by the polarization inversion region is formed in one of the two branched branches of the three-dimensional waveguide. .
【請求項12】請求項10または11において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiTa
3の−c板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向を−
c軸方向に合わせたとき、基本波として電界方向がz軸
に平行なz方向偏波もしくは電界方向がx軸に平行なx
方向偏波を用い、第2高調波として電界方向がz軸に平
行なz方向偏波を用いることを特徴とする光変調波長変
換素子。
12. The LiTa according to claim 10, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a -c plate of O 3 , and the light propagation direction is the y direction, and the z direction orthogonal to this is the -direction.
When aligned with the c-axis direction, a z-polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis or x whose electric field direction is parallel to the x-axis is the fundamental wave.
An optical modulation wavelength conversion element characterized by using directional polarization and using z-direction polarization in which the electric field direction is parallel to the z-axis as the second harmonic.
【請求項13】請求項10または11において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiNb
3のc板であり、 光の伝搬方向をy方向とし、これに直交するz方向をc
軸方向に合わせたとき、基本波として電界方向がz軸に
平行なz方向偏波もしくは電界方向がx軸に平行なx方
向偏波、第2高調波として電界方向がz軸に平行なz方
向偏波を用いることを特徴とする光変調波長変換素子。
13. The LiNb according to claim 10, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a c-plate of O 3 , the light propagation direction is the y-direction, and the z-direction orthogonal to this is the c-direction.
When aligned in the axial direction, a z-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the z-axis or an x-direction polarized wave whose electric field direction is parallel to the x-axis as a fundamental wave and a z-axis whose electric field direction is parallel to the z-axis as a second harmonic An optical modulation wavelength conversion element characterized by using directional polarization.
【請求項14】請求項9において、 基板が、拡散により3次元導波路を形成されたLiNb
3のc板であり、 光の伝搬方向をx方向とし、基本波として電界方向がy
軸に平行なy方向偏波、第2高調波として電界方向がz
軸に平行なz方向偏波を用い、位相整合に基板の複屈折
性を用いることを特徴とする光変調波長変換素子。
14. The LiNb according to claim 9, wherein the substrate has a three-dimensional waveguide formed by diffusion.
It is a c-plate of O 3 , the light propagation direction is the x direction, and the electric field direction is y as the fundamental wave.
Y-direction polarization parallel to the axis, the electric field direction is z as the second harmonic
An optical modulation wavelength conversion element characterized by using z-direction polarization parallel to an axis and using the birefringence of a substrate for phase matching.
【請求項15】請求項14において、 3次元導波路の2又に分岐した分岐導波路のうち、変調
された第2高調波を出力しない方の導波路表面に金属ク
ラッディングを形成したことを特徴とする光変調波長変
換素子。
15. The metal cladding according to claim 14, wherein a metal cladding is formed on a surface of a waveguide of the three-dimensional waveguide which is branched into two or more and which does not output the modulated second harmonic. Characteristic light modulation wavelength conversion element.
【請求項16】請求項9において、 基板が、プロトン交換により3次元導波路を形成された
LiNbO3結晶もしくはLiTaO3結晶の板であり、
第2高調波をチェレンコフ放射により発生させることを
特徴とする、光変調波長変換素子。
16. The substrate according to claim 9, wherein the substrate is a plate of LiNbO 3 crystal or LiTaO 3 crystal in which a three-dimensional waveguide is formed by proton exchange,
An optical modulation wavelength conversion element, characterized in that the second harmonic is generated by Cherenkov radiation.
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