JPH05249519A - 光導波路型波長変換素子 - Google Patents
光導波路型波長変換素子Info
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- JPH05249519A JPH05249519A JP4082788A JP8278892A JPH05249519A JP H05249519 A JPH05249519 A JP H05249519A JP 4082788 A JP4082788 A JP 4082788A JP 8278892 A JP8278892 A JP 8278892A JP H05249519 A JPH05249519 A JP H05249519A
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- JP
- Japan
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- optical waveguide
- optical wavelength
- substrate
- harmonic
- wavelength conversion
- Prior art date
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-
- 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
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- 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
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】基本波と第２高調波がともにシングルモードで
導波可能な膜厚の範囲を大幅に増大させ第２高調波を効
率よく導波し出射させる。 【構成】光導波路基板１上に３μｍの周期で分極反転部
２を形成し、その表面に２次元スラブ型光導波路３を設
けた。その上にクラッド層５を成膜すると共に、出射側
の部分をチャンネル型光導波路とした。
導波可能な膜厚の範囲を大幅に増大させ第２高調波を効
率よく導波し出射させる。 【構成】光導波路基板１上に３μｍの周期で分極反転部
２を形成し、その表面に２次元スラブ型光導波路３を設
けた。その上にクラッド層５を成膜すると共に、出射側
の部分をチャンネル型光導波路とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を入射してその
高調波を導波し出射させるようにした光導波路型波長変
換素子に関するものである。
高調波を導波し出射させるようにした光導波路型波長変
換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光導波路型波長変換素子として
は、周期ドメイン反転構造部を有する基板上の光導波路
の部分に２次元スラブ型光導波路を用いるものが特開平
２−９３６２４号により提案されている。また、光導波
路の上部にクラッド層を設けたチャンネル型光導波路を
用いるものが特開平２−２９６２０２号により提案され
ている。これら従来の素子を用いて、第２高調波への変
換効率を向上させるには、基本波と第２高調波をともに
シングルモードで導波させる必要がある。
は、周期ドメイン反転構造部を有する基板上の光導波路
の部分に２次元スラブ型光導波路を用いるものが特開平
２−９３６２４号により提案されている。また、光導波
路の上部にクラッド層を設けたチャンネル型光導波路を
用いるものが特開平２−２９６２０２号により提案され
ている。これら従来の素子を用いて、第２高調波への変
換効率を向上させるには、基本波と第２高調波をともに
シングルモードで導波させる必要がある。
【０００３】上記条件から光導波路の膜厚は上限と下限
の制限がある。光導波路基板と光導波路の屈折率差によ
っては、基本波と第２高調波が共にシングルモードにな
る膜厚の範囲が非常に小さいか、極端な場合その膜厚の
範囲が存在しないことがある。従って、従来シングルモ
ードの光導波路を作成する場合高精度の膜厚制御が要求
されるという問題点があった。
の制限がある。光導波路基板と光導波路の屈折率差によ
っては、基本波と第２高調波が共にシングルモードにな
る膜厚の範囲が非常に小さいか、極端な場合その膜厚の
範囲が存在しないことがある。従って、従来シングルモ
ードの光導波路を作成する場合高精度の膜厚制御が要求
されるという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有していた前述の問題点、即ち光導波路基板と光導波路
の屈折率差によっては基本波と第２高調波が共にシング
ルモードになる膜厚の範囲が非常に小さいという問題点
を解消しようとするものである。
有していた前述の問題点、即ち光導波路基板と光導波路
の屈折率差によっては基本波と第２高調波が共にシング
ルモードになる膜厚の範囲が非常に小さいという問題点
を解消しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされたものであり、少なくとも光導波路又
は非線形光学効果を有する光導波路基板のいずれか一方
に周期的な分極反転部を有し、前記光導波路の少なくと
も一部分にクラッド層を積層させたことを特徴とする光
導波路型波長変換素子を提供するものである。
解決すべくなされたものであり、少なくとも光導波路又
は非線形光学効果を有する光導波路基板のいずれか一方
に周期的な分極反転部を有し、前記光導波路の少なくと
も一部分にクラッド層を積層させたことを特徴とする光
導波路型波長変換素子を提供するものである。
【０００６】光導波路基板の材料としては非線形光学効
果を有するＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 等
の結晶が使用でき、光導波路としてはＴｉＯ2 、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＯ等が使用できる。また、上記周期的な分極反
転部は反転部の長さが約１．５μｍで非反転部が１．５
μｍの１周期約３μｍの長さが最も変換効率の点で好ま
しく、また対称２次元スラブ型光導波路の場合光導波路
基板のみかあるいは光導波路のみに設けてもよく、また
両方に設けてもよい。
果を有するＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 等
の結晶が使用でき、光導波路としてはＴｉＯ2 、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＯ等が使用できる。また、上記周期的な分極反
転部は反転部の長さが約１．５μｍで非反転部が１．５
μｍの１周期約３μｍの長さが最も変換効率の点で好ま
しく、また対称２次元スラブ型光導波路の場合光導波路
基板のみかあるいは光導波路のみに設けてもよく、また
両方に設けてもよい。
【０００７】前記分極反転部の周期は入射光波長、基板
屈折率に依存する。また、第２高調波の発生には１次、
３次、５次・・・の発生があり、たとえば１次の第２高
調波が１．５μｍ周期で１ｍＷ発生すると、３次の第２
高調波は４．５μｍ周期で１／９ｍＷ、５次の第２高調
波は７．５μｍ周期で１／２５ｍＷ発生する。従って、
分極反転部の周期は１〜１０μｍが好ましい。
屈折率に依存する。また、第２高調波の発生には１次、
３次、５次・・・の発生があり、たとえば１次の第２高
調波が１．５μｍ周期で１ｍＷ発生すると、３次の第２
高調波は４．５μｍ周期で１／９ｍＷ、５次の第２高調
波は７．５μｍ周期で１／２５ｍＷ発生する。従って、
分極反転部の周期は１〜１０μｍが好ましい。
【０００８】また、前記分極反転部を光導波路と光導波
路基板の両方に設ける場合、まずＬｉＮｂＯ3 等の材料
からなる光導波路基板表面にＴｉ等を熱拡散により分極
反転部を形成し、その表面をさらにプロトン交換法等に
より高屈折率層を形成して光光導波路とすることができ
る。この場合、光導波路と光導波路基板の分極反転部は
同じ周期となる。
路基板の両方に設ける場合、まずＬｉＮｂＯ3 等の材料
からなる光導波路基板表面にＴｉ等を熱拡散により分極
反転部を形成し、その表面をさらにプロトン交換法等に
より高屈折率層を形成して光光導波路とすることができ
る。この場合、光導波路と光導波路基板の分極反転部は
同じ周期となる。
【０００９】光導波路から第２高調波のみを出射させる
構成としては、２次元スラブ型光導波路とチャンネル型
光導波路を結合させる構成の他に、光導波路全体をチャ
ンネル型光導波路としその光出射端面に第２高調波のみ
を透過させる多層膜のコーティングを設けた構成として
も良い。
構成としては、２次元スラブ型光導波路とチャンネル型
光導波路を結合させる構成の他に、光導波路全体をチャ
ンネル型光導波路としその光出射端面に第２高調波のみ
を透過させる多層膜のコーティングを設けた構成として
も良い。
【００１０】
【作用】本発明において、光導波路型波長変換素子はそ
の機能により２つの部分に大別できる。素子の半分の部
分は基本波及び第２高調波をともにシングルモードで導
波させて波長変換を行う部分で、残りの部分は前記波長
変換部で発生した第２高調波を出射波として選択する部
分である。
の機能により２つの部分に大別できる。素子の半分の部
分は基本波及び第２高調波をともにシングルモードで導
波させて波長変換を行う部分で、残りの部分は前記波長
変換部で発生した第２高調波を出射波として選択する部
分である。
【００１１】以下、本発明の実施例に従って詳細に説明
する。図１は本発明の実施例を示す斜視図である。図中
１は光導波路基板を示しており、たとえばＬｉＮｂＯ3
単結晶等の非線形光学効果を有する非線形強誘電体光学
材料が好ましく使用できる。光導波路基板１の一部に
は、たとえばＴｉ熱拡散法等の方法により形成された周
期的な分極反転部２が設けられている。図中３は２次元
スラブ型光導波路であり、４はチャンネル型光導波路で
ある。光導波路全体は２次元スラブ型光導波路３とチャ
ンネル型光導波路４及びそれらの結合部６で構成されて
おり、光導波路基板１に比べて高い屈折率を持つ材料が
用いられる。
する。図１は本発明の実施例を示す斜視図である。図中
１は光導波路基板を示しており、たとえばＬｉＮｂＯ3
単結晶等の非線形光学効果を有する非線形強誘電体光学
材料が好ましく使用できる。光導波路基板１の一部に
は、たとえばＴｉ熱拡散法等の方法により形成された周
期的な分極反転部２が設けられている。図中３は２次元
スラブ型光導波路であり、４はチャンネル型光導波路で
ある。光導波路全体は２次元スラブ型光導波路３とチャ
ンネル型光導波路４及びそれらの結合部６で構成されて
おり、光導波路基板１に比べて高い屈折率を持つ材料が
用いられる。
【００１２】図中５は光導波路上に設けられたクラッド
層を示している。クラッド層の材料としては光導波路よ
りも低い屈折率の材料を使用する。特に光導波路基板１
と同じ屈折率の材料を用いた場合、対称型光導波路とな
り最も大きな効果が得られる。たとえば、図２に示すよ
うな従来例のクラッド層を持たないＬｉＮｂＯ3 単結晶
基板とＴｉＯ2 の光導波路からなる光導波路型波長変換
素子の場合は、各モードのカットオフされる厚さはＴＭ
モードに対して下記数１から導かれ表１で表される。
層を示している。クラッド層の材料としては光導波路よ
りも低い屈折率の材料を使用する。特に光導波路基板１
と同じ屈折率の材料を用いた場合、対称型光導波路とな
り最も大きな効果が得られる。たとえば、図２に示すよ
うな従来例のクラッド層を持たないＬｉＮｂＯ3 単結晶
基板とＴｉＯ2 の光導波路からなる光導波路型波長変換
素子の場合は、各モードのカットオフされる厚さはＴＭ
モードに対して下記数１から導かれ表１で表される。
【００１３】
【数１】
【００１４】ここで、数１においてλは基本波あるいは
第２高調波の波長であり、ｎ1 はクラッド層の屈折率
で、ｎ2 は光導波路の屈折率で、ｎ3 は光導波路基板の
屈折率で、ｍは導波モードの次数である。このとき、基
本波８６０ｎｍ及び第２高調波４３０ｎｍに対するカッ
トオフ厚さは、下記表１に示される値となる。
第２高調波の波長であり、ｎ1 はクラッド層の屈折率
で、ｎ2 は光導波路の屈折率で、ｎ3 は光導波路基板の
屈折率で、ｍは導波モードの次数である。このとき、基
本波８６０ｎｍ及び第２高調波４３０ｎｍに対するカッ
トオフ厚さは、下記表１に示される値となる。
【００１５】
【表１】
【００１６】従って、基本波と第２高調波が共にシング
ルモードになる（０次のモードのみが存在する）膜厚ｔ
の範囲は、２７１．９ｎｍ＜ｔ＜２８４．１ｎｍとな
り、１２ｎｍ程度の範囲となる。これに対し対称スラブ
型光導波路の場合は、ｎ1 ＝ｎ3 （ＬｉＮｂＯ3 の屈折
率）、ｎ2 はＴｉＯ2 の屈折率を代入し、基本波λ1 ＝
８６０ｎｍ、第２高調波λ2 ＝４３０ｎｍについて計算
し、０＜ｔ2(1)＜１９２．０ｎｍ＜ｔ1(1)を得る。ここ
で、ｔ1(1)は基本波の１次モードのカットオフ厚さでｔ
2(1)は第２高調波の１次モードのカットオフ厚さであ
る。
ルモードになる（０次のモードのみが存在する）膜厚ｔ
の範囲は、２７１．９ｎｍ＜ｔ＜２８４．１ｎｍとな
り、１２ｎｍ程度の範囲となる。これに対し対称スラブ
型光導波路の場合は、ｎ1 ＝ｎ3 （ＬｉＮｂＯ3 の屈折
率）、ｎ2 はＴｉＯ2 の屈折率を代入し、基本波λ1 ＝
８６０ｎｍ、第２高調波λ2 ＝４３０ｎｍについて計算
し、０＜ｔ2(1)＜１９２．０ｎｍ＜ｔ1(1)を得る。ここ
で、ｔ1(1)は基本波の１次モードのカットオフ厚さでｔ
2(1)は第２高調波の１次モードのカットオフ厚さであ
る。
【００１７】従って、基本波及び第２高調波の０次モー
ドのカットオフ厚さがなくなり、第２高調波の１次モー
ドのカットオフ厚さが１９２．０ｎｍ程度であることか
ら、０ｎｍ＜ｔ＜１９２．０ｎｍとなり膜厚の制限は大
幅に緩和される。このことから出射側の光導波路は、上
の条件を満たす範囲で第２高調波のみが導波され出射す
るように設定できる。特に実施例のように非線形光学結
晶が光導波路基板１に用いられている場合、光導波路厚
さの減少による変換効率への影響は少ないと考えられ
る。
ドのカットオフ厚さがなくなり、第２高調波の１次モー
ドのカットオフ厚さが１９２．０ｎｍ程度であることか
ら、０ｎｍ＜ｔ＜１９２．０ｎｍとなり膜厚の制限は大
幅に緩和される。このことから出射側の光導波路は、上
の条件を満たす範囲で第２高調波のみが導波され出射す
るように設定できる。特に実施例のように非線形光学結
晶が光導波路基板１に用いられている場合、光導波路厚
さの減少による変換効率への影響は少ないと考えられ
る。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例を図１を用いて説明する。光
導波路基板にはＬｉＮｂＯ3 単二分域化単結晶を用い、
Ｔｉ熱拡散法により周期的な分極反転部を、反転部の長
さを１．５μｍ、非反転部の長さを１．５μｍとし周期
を３μｍとして、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板の＋ｚ面上に
作成した。光導波路の材料にはＴｉＯ2 を用いた。Ｔｉ
Ｏ2 の膜厚は、８６０ｎｍの基本波及び４３０ｎｍの第
２高調波が共にシングルモードになる厚さである１５
０．０ｎｍとした。成膜後通常のフォトリソグラフィー
により作成したマスクを用いてエッチングを行い、所定
の光導波路形状とした。
導波路基板にはＬｉＮｂＯ3 単二分域化単結晶を用い、
Ｔｉ熱拡散法により周期的な分極反転部を、反転部の長
さを１．５μｍ、非反転部の長さを１．５μｍとし周期
を３μｍとして、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板の＋ｚ面上に
作成した。光導波路の材料にはＴｉＯ2 を用いた。Ｔｉ
Ｏ2 の膜厚は、８６０ｎｍの基本波及び４３０ｎｍの第
２高調波が共にシングルモードになる厚さである１５
０．０ｎｍとした。成膜後通常のフォトリソグラフィー
により作成したマスクを用いてエッチングを行い、所定
の光導波路形状とした。
【００１９】その後、２次元スラブ型光導波路上にＬｉ
ＮｂＯ3 層を２μｍの厚みで成膜した。得られた光導波
路素子の端面を研磨し入射端と出射端とした。素子長は
１０ｍｍで５ｍｍの波長変換部を有する。入射端面に半
導体レーザの１００ｍＷで８６０ｎｍのレーザ光を入射
し、出力１μＷで４３０ｎｍの青色光が出射された。
ＮｂＯ3 層を２μｍの厚みで成膜した。得られた光導波
路素子の端面を研磨し入射端と出射端とした。素子長は
１０ｍｍで５ｍｍの波長変換部を有する。入射端面に半
導体レーザの１００ｍＷで８６０ｎｍのレーザ光を入射
し、出力１μＷで４３０ｎｍの青色光が出射された。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、基本波と第２高調波を共にシ
ングルモードで導波させる光導波路の膜厚を大幅に厚く
するという優れた効果を有する。このことにより、第２
高調波への変換効率も向上する。特に対称スラブ型光導
波路となるようにクラッド層の屈折率を選定することに
より、膜厚の範囲は最大となり前述の効果も最大とな
る。また、第２高調波のみが導波されて出射するので基
本波と第２高調波を分離する必要がなくなるという効果
も有する。光導波路で問題となる光ダメージについて
も、導波光密度を小さくできることから軽減できるとい
う効果も有する。さらに、第２高調波の出射側をチャン
ネル型光導波路とした場合、ビームの縦横比を小さくで
きることから集光性が向上するという効果も有する。
ングルモードで導波させる光導波路の膜厚を大幅に厚く
するという優れた効果を有する。このことにより、第２
高調波への変換効率も向上する。特に対称スラブ型光導
波路となるようにクラッド層の屈折率を選定することに
より、膜厚の範囲は最大となり前述の効果も最大とな
る。また、第２高調波のみが導波されて出射するので基
本波と第２高調波を分離する必要がなくなるという効果
も有する。光導波路で問題となる光ダメージについて
も、導波光密度を小さくできることから軽減できるとい
う効果も有する。さらに、第２高調波の出射側をチャン
ネル型光導波路とした場合、ビームの縦横比を小さくで
きることから集光性が向上するという効果も有する。
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図
【図２】従来例の一例を示す側面図
１ 光導波路基板 ２ 分極反転部 ３ ２次元スラブ型光導波路 ４ チャンネル型光導波路 ５ クラッド層 ６ 結合部
Claims (3)
- 【請求項１】少なくとも光導波路又は非線形光学効果を
有する光導波路基板のいずれか一方に周期的な分極反転
部を有し、前記光導波路の少なくとも一部分にクラッド
層を積層させたことを特徴とする光導波路型波長変換素
子。 - 【請求項２】前記クラッド層が光導波路基板と等しい屈
折率を有する材料からなる対称型光導波路とされている
請求項１の光導波路型波長変換素子。 - 【請求項３】光導波路基板表面の一部に周期的な分極反
転部が設けられ、前記分極反転部上には２次元スラブ型
光導波路が形成され、前記２次元スラブ型光導波路の光
出射端側にはチャンネル型光導波路がモノリシックに結
合され、かつ前記２次元スラブ型光導波路上にはクラッ
ド層が積層されている請求項１又は２の光導波路型波長
変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082788A JPH05249519A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 光導波路型波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082788A JPH05249519A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 光導波路型波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249519A true JPH05249519A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13784151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082788A Withdrawn JPH05249519A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 光導波路型波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05249519A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006330661A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光波長変換素子および光波長変換器 |
| US7693194B2 (en) | 2004-08-12 | 2010-04-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Fundamental-wave light source and wavelength converter |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP4082788A patent/JPH05249519A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7693194B2 (en) | 2004-08-12 | 2010-04-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Fundamental-wave light source and wavelength converter |
| JP2006330661A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光波長変換素子および光波長変換器 |
| JP4706403B2 (ja) * | 2005-04-27 | 2011-06-22 | 三菱電機株式会社 | 光波長変換素子および光波長変換器 |
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