JPH0523410B2 - - Google Patents
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- JPH0523410B2 JPH0523410B2 JP13988984A JP13988984A JPH0523410B2 JP H0523410 B2 JPH0523410 B2 JP H0523410B2 JP 13988984 A JP13988984 A JP 13988984A JP 13988984 A JP13988984 A JP 13988984A JP H0523410 B2 JPH0523410 B2 JP H0523410B2
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- waveguide
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、半導体レーザを用いた光波長変換装
置に関するものであり、利用分野としては、光メ
モリ装置、レーザプリンタ等の光情報処理装置あ
るいばレーザテレビ等のデイスプレイ装置等のレ
ーザ応用分野が考えられる。 従来例の構成とその問題点 非線形光学効果を応用する光波長変換装置とし
て、第１図に示すように、ニオブ酸リチウム単結
晶（LiNbO3）１の表面にチタン（Ti）を熱拡散
することにより形成した光導波路２の端面に基本
波P1を入射し、他端面より高調波P2を出射させ
る構成が既に提案されているが、屈折率の温度変
化を用いた位相整合法であるために、±0.1℃程度
の温度制御が必要になる点が実用上の難点であ
る。また、光導波路２に、上記Ti熱拡散法に加
え、イオン交換法も重畳することにより、位相整
合温度を制御する報告もなされているが、温度に
対し不安定であることは同様である。 発明の目的 本発明の目的は、高効率で温度安定性が良い、
実用性の高い光波長変換装置を提供することにあ
る。 発明の構成 本発明の光波長変換装置は、基本波を出射する
半導体レーザと、ニオブ酸リチウム単結晶基板
と、前記基板表面にイオン交換法により形成され
た光導波路とを備え、前記半導体レーザの波長が
0.8〜1.1μｍ帯であり、前記光導波路の幅が1.5〜
3μｍであり、厚みが0.30〜0.55μｍであり、前記
光導波路の一端面に前記基本波を入射し、前記導
波路の下方の前記基板中に高調波を出射し、前記
高調波の出射方法が、前記基本波の導波モードと
前記高調波の基板への放射モードの実効屈折率を
一致させる位相整合法である構成とするものであ
る。 実施例の説明 従来例のもつ欠点を克服するために、本発明で
は次の工夫を加えた。 (i) 位相整合法として、基本波の導波モードと好
調波の基本モードの実効屈折率を一致させる方
法を採用した。（実効屈折率とは位相速度／真
空中の波数） (ii) 光導波路の形成法として、180℃〜250℃の安
息香酸中でLiNbO3を熱処理するイオン交換法
を採用した。 (iii) 光導波路の両端面に、反射率ｒ＝0.8〜0.99
の反射膜を装着し、変換効率の向上を図つた。 第２図は、本発明の光波長変換部分の構成図
（側断面図）であり、LiNbO3基板３の表面にイ
オン交換法で形成された光導波路４の端面に基本
波P1を入射し、LiNbO3基板中に高調波P2を放射
させる点が従来と異なる。 本発明の動作原理を以下に説明する。 波長λ1、光パワーP1の基本波を光導波路４に
入射させると、LiNbO3のもつ非線形光学効果に
より、波長λ2（λ2＝λ1／２）の高調波が基板モー
ド７となり基板中に放射される。実験的検討の結
果、次の条件に近い時に高効率で波長変換が行な
われた。 (i) LiNbO3にＺ板（結晶のＺ軸に垂直に切断し
たもの）を使用し、光導波路４をＹ軸方向伝搬
とした。 (ii) 光導波路４の寸法は、導波路幅（Wμｍ）、
導波路厚（Dμｍ）、基本波長（λ1μｍ）とする
と次表の関係があつた。
置に関するものであり、利用分野としては、光メ
モリ装置、レーザプリンタ等の光情報処理装置あ
るいばレーザテレビ等のデイスプレイ装置等のレ
ーザ応用分野が考えられる。 従来例の構成とその問題点 非線形光学効果を応用する光波長変換装置とし
て、第１図に示すように、ニオブ酸リチウム単結
晶（LiNbO3）１の表面にチタン（Ti）を熱拡散
することにより形成した光導波路２の端面に基本
波P1を入射し、他端面より高調波P2を出射させ
る構成が既に提案されているが、屈折率の温度変
化を用いた位相整合法であるために、±0.1℃程度
の温度制御が必要になる点が実用上の難点であ
る。また、光導波路２に、上記Ti熱拡散法に加
え、イオン交換法も重畳することにより、位相整
合温度を制御する報告もなされているが、温度に
対し不安定であることは同様である。 発明の目的 本発明の目的は、高効率で温度安定性が良い、
実用性の高い光波長変換装置を提供することにあ
る。 発明の構成 本発明の光波長変換装置は、基本波を出射する
半導体レーザと、ニオブ酸リチウム単結晶基板
と、前記基板表面にイオン交換法により形成され
た光導波路とを備え、前記半導体レーザの波長が
0.8〜1.1μｍ帯であり、前記光導波路の幅が1.5〜
3μｍであり、厚みが0.30〜0.55μｍであり、前記
光導波路の一端面に前記基本波を入射し、前記導
波路の下方の前記基板中に高調波を出射し、前記
高調波の出射方法が、前記基本波の導波モードと
前記高調波の基板への放射モードの実効屈折率を
一致させる位相整合法である構成とするものであ
る。 実施例の説明 従来例のもつ欠点を克服するために、本発明で
は次の工夫を加えた。 (i) 位相整合法として、基本波の導波モードと好
調波の基本モードの実効屈折率を一致させる方
法を採用した。（実効屈折率とは位相速度／真
空中の波数） (ii) 光導波路の形成法として、180℃〜250℃の安
息香酸中でLiNbO3を熱処理するイオン交換法
を採用した。 (iii) 光導波路の両端面に、反射率ｒ＝0.8〜0.99
の反射膜を装着し、変換効率の向上を図つた。 第２図は、本発明の光波長変換部分の構成図
（側断面図）であり、LiNbO3基板３の表面にイ
オン交換法で形成された光導波路４の端面に基本
波P1を入射し、LiNbO3基板中に高調波P2を放射
させる点が従来と異なる。 本発明の動作原理を以下に説明する。 波長λ1、光パワーP1の基本波を光導波路４に
入射させると、LiNbO3のもつ非線形光学効果に
より、波長λ2（λ2＝λ1／２）の高調波が基板モー
ド７となり基板中に放射される。実験的検討の結
果、次の条件に近い時に高効率で波長変換が行な
われた。 (i) LiNbO3にＺ板（結晶のＺ軸に垂直に切断し
たもの）を使用し、光導波路４をＹ軸方向伝搬
とした。 (ii) 光導波路４の寸法は、導波路幅（Wμｍ）、
導波路厚（Dμｍ）、基本波長（λ1μｍ）とする
と次表の関係があつた。
【表】
第３図は、温度による高調波出力P2の変化で
あり、±10℃程度の温度範囲で安定であることが
分かる。この点が従来例と大きく異なる点であ
り、従来な屈折率の温度変化を用いた位相整合法
ではなく、導波モードと基板モードと位相整合を
利用する利点である。この方式の波長変換は、他
の材料で試みられているが、低損失で良好な光導
波路の形成が困難であり充分な結果が得られてい
ない。本発明は、LiNbO3に対する光導波路形成
法として、イオン交換法を応用し基板中に高調波
を放射させる点が新規な点である。 イオン交換法によるLiNbO3に対する光導波路
形成は、上記Ｚ板以外に、Ｘ板、Ｙ板においても
同様に可能であり、多少変更効率に差が出るが、
光波長変換装置として使用可能であることは確認
している。 第４図は、基本波長λ1＝1.06μｍにおける光導
波路厚Ｄと高調波出力P2の関係を示し、かなり
急峻な特性を示すことが分かる。 また、第５図における光導波路の両端の反射膜
８，８′は基本波長においてフアブリーペロー共
振器となるように形成したもので、共振器内の光
パワー密度が増加するために光波長変換効率が増
大させる効果をもつている。反射膜８，８′の最
適反射率は、光導波路の伝搬損失αに依存し、α
＝0.1dB／cmの時に最適反射率はγ1＝0.9、γ2＝
0.99となり、この時の光パワー密度は、反射膜
８，８′のない時に比べほぼ９倍大きくなる。 第６図は、本発明の第１実施例の光波長変換装
置を示すものであり、半導体レーザ９を基本波光
源に用いて波長変換を行う構成である。光導波路
４と半導体レーザ９の結合はレンズ１０を介し、
光導波路４の両端には結合効率を向上させるため
に反射防止膜１１，１１′を装着したものである。 第７図は、本発明の第２実施例であり、基板３
の下面を上面に対し傾斜させることにより、基板
中に放射する高調波を反射させてから出射させる
構成である。第１実施例と同様に、光導波路４の
両端には反射防止膜１１，１１′を装着すること
により結合効率を上げている。 第８図は、本発明の第３実施例であり、光導波
路４の両端に基本波長に対する反射率が0.8〜
0.99の反射膜８，８′を装着することにより、光
導波路４をフアブリーペロー共振器としたもの
で、光導波路内の基本波光パワーの増大を図つた
結果、P1＝100ｍＷ、γ1＝0.95、γ2＝0.99、α＝
0.2dB／cmにおいて変換効率η＝10％が得られ
た。本実施例では光導波路４の上部にクラツド層
１２を装着しており、クラツド層１２の厚み、あ
るいは長さにより共振状態となるように調整でき
るように工夫したものである。 第９図は、上記第３実施例において、光導波路
４の上部に印加電極１３，１３′を装着したもの
で、LiNbO3のもつ電気光学効果により最適共振
状態となるように調整できるように工夫した光波
長変換装置である。 第１０図は、第８図における反射膜８，８′の
代りにグレーテイング反射器１４，１４′を用い
た構成であり、基本波に対する実効屈折率をN1
とすると、グレーテイングの周期Ｇは次式にな
る。 Ｇ＝λ1／2N1 λ1＝0.84μｍ、N1＝2.20の時Ｇ＝1.19μｍとな
る。 第１１図は、本発明の第６実施例であり、半導
体レーザ９と光導波路４を同一共振器内に構成し
たものであり、基本波に対する反射膜は、半導体
レーザ９の一端面１５と、光導波路４の出射面１
６に、基本波に対する反射防止膜を半導体レーザ
９の他端面１７と、光波長変換装置の入射面１８
に装着したものである。ここで、高調波に対し
て、１８は完全反射、１６は完全透過となるよう
に設計されており、高調波は１６を通して取り出
すことができる。 発明の効果 従来、LiNbO3を用いた光導波路形波長変換器
が±0.1℃以下の微妙な温度制御を必要としてい
るのに対し、本発明にかかるイオン交換法による
光導波路を用いて、基板中へ高調波を取り出すと
いう新規な構成では、±10℃程度の温度範囲で安
定であり実用性がきわめて高い。これは、位相整
合方法が本質的に異なるためである。 また、高効率化のために光導波路の両端に反射
膜を装着し、フアブリーペロー共振器として動作
させることにより５〜10倍の効率向上が図れ、高
効率で同時に温度安定性が良いという大きな利点
をもつている。
あり、±10℃程度の温度範囲で安定であることが
分かる。この点が従来例と大きく異なる点であ
り、従来な屈折率の温度変化を用いた位相整合法
ではなく、導波モードと基板モードと位相整合を
利用する利点である。この方式の波長変換は、他
の材料で試みられているが、低損失で良好な光導
波路の形成が困難であり充分な結果が得られてい
ない。本発明は、LiNbO3に対する光導波路形成
法として、イオン交換法を応用し基板中に高調波
を放射させる点が新規な点である。 イオン交換法によるLiNbO3に対する光導波路
形成は、上記Ｚ板以外に、Ｘ板、Ｙ板においても
同様に可能であり、多少変更効率に差が出るが、
光波長変換装置として使用可能であることは確認
している。 第４図は、基本波長λ1＝1.06μｍにおける光導
波路厚Ｄと高調波出力P2の関係を示し、かなり
急峻な特性を示すことが分かる。 また、第５図における光導波路の両端の反射膜
８，８′は基本波長においてフアブリーペロー共
振器となるように形成したもので、共振器内の光
パワー密度が増加するために光波長変換効率が増
大させる効果をもつている。反射膜８，８′の最
適反射率は、光導波路の伝搬損失αに依存し、α
＝0.1dB／cmの時に最適反射率はγ1＝0.9、γ2＝
0.99となり、この時の光パワー密度は、反射膜
８，８′のない時に比べほぼ９倍大きくなる。 第６図は、本発明の第１実施例の光波長変換装
置を示すものであり、半導体レーザ９を基本波光
源に用いて波長変換を行う構成である。光導波路
４と半導体レーザ９の結合はレンズ１０を介し、
光導波路４の両端には結合効率を向上させるため
に反射防止膜１１，１１′を装着したものである。 第７図は、本発明の第２実施例であり、基板３
の下面を上面に対し傾斜させることにより、基板
中に放射する高調波を反射させてから出射させる
構成である。第１実施例と同様に、光導波路４の
両端には反射防止膜１１，１１′を装着すること
により結合効率を上げている。 第８図は、本発明の第３実施例であり、光導波
路４の両端に基本波長に対する反射率が0.8〜
0.99の反射膜８，８′を装着することにより、光
導波路４をフアブリーペロー共振器としたもの
で、光導波路内の基本波光パワーの増大を図つた
結果、P1＝100ｍＷ、γ1＝0.95、γ2＝0.99、α＝
0.2dB／cmにおいて変換効率η＝10％が得られ
た。本実施例では光導波路４の上部にクラツド層
１２を装着しており、クラツド層１２の厚み、あ
るいは長さにより共振状態となるように調整でき
るように工夫したものである。 第９図は、上記第３実施例において、光導波路
４の上部に印加電極１３，１３′を装着したもの
で、LiNbO3のもつ電気光学効果により最適共振
状態となるように調整できるように工夫した光波
長変換装置である。 第１０図は、第８図における反射膜８，８′の
代りにグレーテイング反射器１４，１４′を用い
た構成であり、基本波に対する実効屈折率をN1
とすると、グレーテイングの周期Ｇは次式にな
る。 Ｇ＝λ1／2N1 λ1＝0.84μｍ、N1＝2.20の時Ｇ＝1.19μｍとな
る。 第１１図は、本発明の第６実施例であり、半導
体レーザ９と光導波路４を同一共振器内に構成し
たものであり、基本波に対する反射膜は、半導体
レーザ９の一端面１５と、光導波路４の出射面１
６に、基本波に対する反射防止膜を半導体レーザ
９の他端面１７と、光波長変換装置の入射面１８
に装着したものである。ここで、高調波に対し
て、１８は完全反射、１６は完全透過となるよう
に設計されており、高調波は１６を通して取り出
すことができる。 発明の効果 従来、LiNbO3を用いた光導波路形波長変換器
が±0.1℃以下の微妙な温度制御を必要としてい
るのに対し、本発明にかかるイオン交換法による
光導波路を用いて、基板中へ高調波を取り出すと
いう新規な構成では、±10℃程度の温度範囲で安
定であり実用性がきわめて高い。これは、位相整
合方法が本質的に異なるためである。 また、高効率化のために光導波路の両端に反射
膜を装着し、フアブリーペロー共振器として動作
させることにより５〜10倍の効率向上が図れ、高
効率で同時に温度安定性が良いという大きな利点
をもつている。
第１図は従来の光波長変換装置の概略構成図、
第２図は本発明の光波長変換部の概略構成図、第
３図、第４図は本発明における実験結果の特性
図、第５図は本発明の変換装置の他の概略構成
図、第６図〜第１１図は本発明の第１〜６の実施
例の光波長変換装置の概略構成図である。 ３……LiNbO3単結晶、４……光導波路、７…
…高調波、８，８′，１５，１６……反射膜、９
……半導体レーザ、１０……レンズ、１１，１
１′，１７，１８……反射防止膜、１２……クラ
ツド層、１３，１３′……印加電極、１４，１
４′……グレーテイング反射器。
第２図は本発明の光波長変換部の概略構成図、第
３図、第４図は本発明における実験結果の特性
図、第５図は本発明の変換装置の他の概略構成
図、第６図〜第１１図は本発明の第１〜６の実施
例の光波長変換装置の概略構成図である。 ３……LiNbO3単結晶、４……光導波路、７…
…高調波、８，８′，１５，１６……反射膜、９
……半導体レーザ、１０……レンズ、１１，１
１′，１７，１８……反射防止膜、１２……クラ
ツド層、１３，１３′……印加電極、１４，１
４′……グレーテイング反射器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基本波を出射する半導体レーザと、 ニオブ酸リチウム単結晶基板と、 前記基板表面にイオン交換法により形成された
光導波路とを備え、 前記半導体レーザの波長が0.8〜1.1μｍ帯であ
り、 前記光導波路の幅が1.5〜3μｍであり、厚みが
0.30〜0.55μｍであり、 前記光導波路の一端面に前記基本波を入射し、 前記導波路の下方の前記基板中に高調波を出射
し、 前記高調波の出射方法が、前記基本波の導波モ
ードと前記高調波の基板への放射モードの実効屈
折率を一致させる位相整合法であることを特徴と
する光波長変換装置。 ２ 光導波路の両端部に、基本波に対してフアブ
リーペロー共振器を構成するように、前記基本波
に対する反射膜を装着することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光波長変換装置。 ３ 光導波路上に、基本波が共振状態となるよう
に選んだクラツド層を装着することを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載の光波長変換装置。 ４ 光導波路上に、基本波が共振状態となるよう
に調整する制御電極を装着することを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載の光波長変換装置。 ５ 導波路が形成されていない基板の下面を、導
波路が形成されている上面に対して傾斜させ、高
調波の反射面とすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光波長変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13988984A JPS6118934A (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | 光波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13988984A JPS6118934A (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | 光波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6118934A JPS6118934A (ja) | 1986-01-27 |
| JPH0523410B2 true JPH0523410B2 (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=15255956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13988984A Granted JPS6118934A (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | 光波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6118934A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2725302B2 (ja) * | 1988-08-30 | 1998-03-11 | 日本電気株式会社 | 導波路型波長変換素子 |
| JP2738713B2 (ja) * | 1988-09-19 | 1998-04-08 | 株式会社日立製作所 | 第２高調波発生装置 |
| JP2525879B2 (ja) * | 1988-10-14 | 1996-08-21 | パイオニア株式会社 | ファイバ―型光波長変換素子 |
| US5377291A (en) * | 1989-01-13 | 1994-12-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wavelength converting optical device |
| JP2878701B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1999-04-05 | 株式会社東芝 | 波長変換光学素子 |
| JP2647190B2 (ja) * | 1989-03-28 | 1997-08-27 | シャープ株式会社 | 光波長変換装置 |
| JP2771247B2 (ja) * | 1989-04-28 | 1998-07-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 波長変換素子 |
| US5109462A (en) * | 1989-09-07 | 1992-04-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light wavelength converter |
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-
1984
- 1984-07-05 JP JP13988984A patent/JPS6118934A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6118934A (ja) | 1986-01-27 |
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