JPH05273623A

JPH05273623A - 光波長変換素子およびそれを用いたレーザ光源

Info

Publication number: JPH05273623A
Application number: JP4070726A
Authority: JP
Inventors: Kiminori Mizuuchi; 公典水内; Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Hiroaki Yamamoto; 博昭山本; Makoto Kato; 誠加藤; Hisanao Sato; 久直佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-10-22
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: EP0562636A1; JP2783047B2; EP0562636B1; DE69308340T2; DE69308340D1; US5357533A

Abstract

(57)【要約】【目的】波長変換素子の波長許容度を向上させ安定な
動作を行う。【構成】 −Ｃ板のLiTaO₃基板１に光導波路２と周期的
分極反転層３を作製する。光導波路２は横幅が異なる光
導波路Ａ，Ｂ，Ｃから形成されている。入射部１０に基
本波Ｐ１を入射させ、Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの領域で高調
波Ｐ２に変換し、出射部１２より放射される。Ａ，Ｂ，
Ｃの間にはそれぞれの領域で発生した高調波の位相を調
整する部分δがある。【効果】光導波路の幅を変化させることにより光導波
路の伝搬定数が変化し結果としてそれぞれの部分での最
適波長のずれが生じる。各領域の波長許容度は小さいが
高調波Ｐ２はこれらの部分（Ａ，Ｂ，Ｃの４つの部分）
でたしあわせられるのでその半値幅は４倍に広がること
となる。さらに、位相変調部で高調波の位相を調整する
ことにより、高調波出力の波長変動を抑圧できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使
用する光波長変換素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３１に従来の光波長変換素子の構成図
を示す。以下0.84μｍの波長の基本波に対する高調波発
生（波長0.42μｍ）について図を用いて詳しく述べる。
（特願平３−１６１９８号公報に記載されている光波長
変換素子およびそれを用いたレーザ光源参照）。図３１
に示されるようにLiNbO₃基板１０１に光導波路１０２が
形成され、さらに光導波路１０２には周期的に分極の反
転した層１０３（分極反転層）が形成されている。基本
波と発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極反転層１
０３の周期構造で補償することにより高効率に第二高調
波を出すことができる。このように周期的分極反転層に
より波長変換を行う光波長変換素子は高い変換効率を持
つ反面、波長変換が可能となる位相整合波長許容度が非
常に狭い、そこで光導波路の伝搬定数を部分的に変える
ことにより光波長変換素子の波長許容度の拡大を図っ
た。光導波路の伝搬定数を変えると、光導波路における
位相整合波長が変化する。位相整合条件とは、波長変換
素子において波長変換が可能となる条件のことで、この
条件が成立する入射光の波長のことを位相整合波長とい
う。そこで光導波路の幅を部分的に変化させると、それ
ぞれの導波路幅によって、位相整合波長が異なってく
る。そのため、入射光の波長が変わっても何れかの光導
波路幅を有する部分で位相整合条件が成立するため、素
子全体の位相整合波長が増大する。その結果、光波長変
換素子の波長許容度が増加し、安定な波長変換素子が作
製できた。各領域間の位相整合条件は各領域における導
波路深さ、または、各領域間の分極反転層周期を変えて
も実現でき、同様に波長許容度の大きな光波長変換素子
が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、分極反
転層を基本とした光波長変換素子において素子を２つ以
上の領域に分割し、各領域間の位相整合条件を変えるこ
とにより、光波長変換素子変換素子の波長許容度を増大
させる方法では、各領域における位相整合波長が異なる
ため、広い波長範囲において第二高調波が発生する。し
かしながら、各領域で発生する第二高調波がお互いに干
渉するため、発生する第二高調波の出力が入射する基本
光の波長変動に対し、大きくなったり、小さくなったり
する。その結果、得られる第二高調波の波長依存性は波
長変化に対し大きく変動し、安定した出力が得られな
い。

【０００４】さらに、上記の光波長変換素子では、各領
域間の位相整合条件については問題としていないが、各
領域間の位相整合条件の関係は最適な状態があり、この
状態から外れると、安定した出力が得られない、また
は、高効率な変換が行えないなどの問題があった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決し、温度変化
に対し、波長変動が発生する一般の半導体レーザ光を用
いても、安定した第二高調波の発生が可能な分極反転構
造を基本とした光波長変換素子を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、非線形光学結晶基板と、前記基板中に形成
し、周期的な分極反転層をもつ複数の波長変換領域と、
前記波長変換領域の間に形成した位相制御領域とを備え
た光波長変換素子とする。

【０００７】また、非線形光学結晶基板と、前記基板中
に形成した周期的な分極反転層と、前記基板中に形成し
た光導波路と、前記光導波路の伝搬定数は、第２高調波
の伝搬方向に対して離散的に変化し、前記光導波路の伝
搬定数が変化したところに位相制御領域を備えた光波長
変換素子とする。

【０００８】また、非線形光学結晶基板と、前記非線形
光学結晶基板中に形成し、周期的な分極反転層をもつ複
数の波長変換領域と、前記波長変換領域がｎ個あり、そ
れぞれの領域における分極反転周期をΛ１、Λ２、・・
Λｎ（Λ1＜Λ2＜・・・＜Λn）とし、それぞれ領域の
長さをＬ／ｎとしたとき、隣合う前記波長変換領域の分
極反転周期の差ｒopが、０．９×Λ1²×ｎ／Ｌ＜ｒop＜１．２×Λ1²×ｎ／Ｌまたは、０．４×Λ1²×ｎ／Ｌ＜ｒop＜０．５×Λ1²×ｎ／Ｌの関係を満足している光波長変換素子とする。

【０００９】また、非線形光学結晶基板と、前記基板中
に形成した周期的な分極反転層と、前記基板中に形成し
た光導波路と、前記光導波路が第２高調波の伝搬方向に
対してｎ等分に分割されており、それぞれ分割されてい
る前記光導波路の長さをＬ／ｎ、それぞれ分割されてい
る光導波路における位相整合波長をλ1、λ2、λ3・・
・λn、それぞれの位相整合波長に対する実効屈折率を
Ｎω(λ1)、Ｎω(λ2)、・・Ｎω(λn)、また高調波に
対する実行屈折率をＮ2ω(λ1)、Ｎ2ω(λ2)、・・Ｎ2
ω(λn)としたとき、隣合う光導波路の位相整合波長
が、 βm＝λm／２／（Ｎ2ω(λm)−Ｎω(λm)） βmー1＝λm-1／２／（Ｎ2ω(λm-1)−Ｎω(λm-1)）０．９×β1²×ｎ／Ｌ＜βm−βm-1＜１．２×β1²×ｎ
／Ｌまたは０．４×β1²×ｎ／Ｌ＜βm−βm-1＜０．５×β1²×ｎ
／Ｌ但し（ｍ＝２、３、・・ｎ）の関係を満足している光波
長変換素子とする。

【００１０】

【作用】本発明の光波長変換素子は光導波路の伝搬定数
を複数の波長変換領域で変化させているため、各部での
波長変換可能な基本光の波長が異なる。したがって基本
光は波長が変化しても、この伝搬定数の異なるいずれか
の波長変換領域で第二高調波に変換されるため、波長許
容度が増大する。しかし、従来の素子では、それぞれの
波長変換領域で発生した第二高調波は互いに干渉するた
め、この干渉が第二高調波の波長依存性に影響を与え安
定な特性が得られなかった。

【００１１】各波長変換領域から発生する第二高調波の
干渉は、それぞれの波長変換領域から発生するＳＨＧ光
の位相関係で決まる。そこで、位相整合条件の異なる波
長変換領域の間に第二高調波の位相を制御する部分挿入
すると、各波長変換領域で発生する第二高調波の干渉効
果を低減することができ安定な特性が得られる。その結
果、光波長変換素子の波長に対する許容度が向上し、安
定な高調波発生が得られることとなる。

【００１２】また、周期的分極反転層を基本とする光波
長変換素子の周期的分極反転層を２つ以上の波長変換領
域に分割し、各領域の位相整合条件を変えることによ
り、光波長変換素子の波長許容度を増大させる方法にお
いて、波長許容度が増大し、かつ波長変動に対し安定な
出力を得ることができ、さらに高効率の波長変換が行え
る各波長変換領域間の位相整合条件の関係を決定するこ
とができる。これらの値を決定することにより、安定な
第二高調波発生が高効率で行えることとなる。

【００１３】

【実施例】

（分極反転型の光波長変換素子の説明）実施例を説明す
る前にまず、分極反転型の光波長変換素子の動作原理に
ついて図１を用いて説明する。図１に光波長変換素子の
構成図を示す。１は−Ｃ板（Ｃ軸と垂直に切り出された
基板の−側）のLiTaO₃基板、３は分極反転層、２はプロ
トン交換導波路、Ｐ1は波長８４０ｎｍの基本波Ｐ2は波
長４２０ｎｍの第二高調波である。

【００１４】図１において分極反転層３とは基板１の分
極方向に対し、分極の方向が逆転している部分でLiTaO₃
基板１の場合、分極の方向は＋Ｃ方向で分極反転層３の
分極の方向は−Ｃ方向である。この分極反転層３の周期
は基本波の波長、導波路の屈折率で異なるが、基本波の
波長が８４０ｎｍのとき１次の周期が約３．７μｍ、３
次は１次の３倍の１１．１μｍである（分極反転の周期
は１次の周期の奇数次倍になる、分極反転において位相
整合条件が成立し波長変換が行われるのは周期がこの奇
数次の周期に一致したときのみである。但し、次数が増
加するに従い変換効率はその次数の２乗分の１に低下す
る）。

【００１５】ここで図２では分極反転していない素子
と、１次の周期の分極反転素子と、３次の周期の分極反
転素子の素子の長さと第二高調波出力の関係を表す。図
２に示す通り、１次の周期とは、基本光（波長λ）に対
する実効屈折率Ｎω、第二高調波（波長λ／２）に対す
る実効屈折率をＮ2ωとしたとき、１次の周期Λ1はΛ1
＝λ／２（Ｎ2ω−Ｎω）で表され、３次の周期Λ3とは
１次の周期Λ1の３倍の３Λ1で表される。実効屈折率と
は光が実際に感じる屈折率である。また周期の次数が小
さい程、出力は高いことがわかる。位相整合条件とは、
基本光とＳＨＧ光の位相速度が等しくなることであり、
この条件が成立するときにのみ、高効率の波長変換が可
能となる。位相整合条件が成立する基本光の波長を位相
整合波長という。分極反転型ＳＨＧ素子における位相整
合条件はΛm＝ｍ・λ／２（Ｎ2ωーＮω）但しｍ＝１、
２、３、・・である。

【００１６】一方、短波長光源として、現在コンパクト
ディスクや光メモリなどに要望されているのは波長４８
０ｎｍ以下の青色の光であり、青色光が発生可能な波長
変換素子を形成することは特に重要である。図３に分極
反転周期と位相整合波長の関係を示す。位相整合波長が
短くなるにつれて分極反転層の周期も短くなり基本波９
６０ｎｍ以下、第二高調波４８０ｎｍ以下の青色光を得
るには３次の周期で１５μｍ以下また１次の周期で５μ
ｍ以下の周期の分極反転層が必要となる。

【００１７】（実施例１）分極反転型の光波長変換素子
の説明を踏まえて、実施例１として本発明の光波長変換
素子の構成について説明する。

【００１８】本発明による光波長変換素子の第１の実施
例の構造図を図４に示す。この実施例では分極反転型の
光波長変換素子として、LiTaO₃基板１中に分極反転層３
を形成し、プロトン交換を用いて作製した光導波路２を
用いたものである。図４で１は−Ｃ板のLiTaO₃基板、３
は分極反転層、２はプロトン交換導波路、Ｐ1は波長８
４０ｎｍの基本波、Ｐ2は波長４２０ｎｍの第二高調波
（以下ＳＨＧ光とする）である。

【００１９】LiTaO3基板１上には、波長変換領域とし
て、領域Ａ,領域Ｂ,領域Ｃの３つの領域に分割されてい
る。波長変換領域は、それぞれ異なる周期をもつ分極反
転層から構成されており、それぞれの波長変換領域にお
ける周期はΛA＝３．７μｍ、ΛB＝３．７０２８μｍ、
ΛC＝３．７０５６μｍである。また、波長変換領域の
長さは５ｍｍである。

【００２０】このように、光波長変換素子は、分極反転
層の周期が異なる波長変換領域Ａ，Ｂ，Ｃから形成され
ているところがひとつの特徴である。そして、もうひと
つの特徴的なところは、周期が異なる部分の間には光の
位相を変調する位相制御領域として間隔δ1（領域Ａ，
Ｂ間）、δ2（領域Ｂ，Ｃ間）がある。δの最適値を計
算より（後述）導出してδ1＝０．１μｍ、δ2＝３．６
μｍとした。幅４μｍ、深さ２μｍの光導波路２に入っ
た基本光Ｐ１は領域Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの領域でＳＨＧ
光Ｐ２に変換され、出射部１２より放射される。

【００２１】以上のように光波長変換素子を構成するこ
とにより、基本波の波長が変動しても、基本波は波長変
換領域Ａ,Ｂ,Ｃのいずれかで第２高調波に変換されるか
ら、この波長変換素子は基本波を第２高調波へ変換する
許容度が大きくなる。そして波長変換領域の間に、位相
制御領域を設けることにより各波長変換領域で発生した
第２高調波の干渉を少なくできる。

【００２２】図５（ａ）に波長変換領域Ａ，Ｂ，Ｃが単
独に存在している場合の高調波（ＳＨＧ）出力の波長依
存性を示す。同図では例えば、波長変換領域Ａの部分の
みの波長変換素子、つまり図１の光波長変換素子（周期
ΛAの分極反転層が５ｍｍに渡って形成されている）で
は許容度は半値幅Δλと小さい。一方、本実施例では波
長変換領域Ａ，Ｂ，Ｃで分極反転の周期が異なるため位
相整合する光の波長が各波長変換領域で異なり、結果と
して各領域の波長変換可能な波長帯は同図（ａ）のＡ，
Ｂ，Ｃに示す様にずれが生じ、広い波長帯域に渡ってＳ
ＨＧ出力が得られることになり、波長変換素子の波長許
容度が増加する。ところが、この領域Ａ，Ｂ，Ｃが連続
して存在すると、それぞれの領域から発生するＳＨＧ光
はお互いに干渉しあう。例えば、ここで波長変換素子に
波長λB（領域Ｂで位相整合条件が成立する波長）とλA
（領域Ａで位相整合条件が成立する波長）の間の基本光
（波長：(λA＋λB)／２近傍）が入射した場合、領域
Ａ、領域Ｂから共にＳＨＧ光が発生し、これらの光は共
に波長の等しい導波モードであるため、お互いに干渉し
あう。そのため、各波長変換領域間の位相制御領域の間
隔δを考慮しなかった場合、ＳＨＧ光出力の波長依存性
は、例えば同図（ｂ）に示したように、基本光の波長に
対しＳＨＧ光の出力は、ＳＨＧ光同志の干渉により、高
め合ったり、弱め合ったりしていることが顕著に表れる
ため、入力した基本光の波長変動に対し、出力されるＳ
ＨＧ光出力が大きく変動する。このようにＳＨＧ出力変
動が大きいと、波長変動に対して安定なＳＨＧ出力が得
られない。そこで、それぞれの領域Ａ，Ｂ，Ｃから出力
されるＳＨＧ出力の干渉を抑圧する様に、それぞれの波
長変換領域の間に、波長変換領域Ａ，Ｂ，Ｃから出力さ
れるＳＨＧ出力の位相を調整する位相制御領域δ1、δ2
を設けた。δ1＝０．１μｍ、δ2＝３．６μｍとしたと
き、同図（ｃ）に示すように、ＳＨＧ光同志の干渉が少
なくなり、ＳＨＧ光出力は基本光の波長に対して安定に
得られていることが分かる。従って、基本光の波長変動
に対し安定で広い許容度を有するため、非常に安定なＳ
ＨＧ出力が得られた。

【００２３】（１．実施例１の光波長変換素子の理論解
析）（１−１．解析式の導出）第１の実施例の理論的解析を
行うため、解析的にＳＨＧ光出力の位相整合条件を求め
た。非線形媒質を光波が進行するとき発生するＳＨＧ光
の電界強度分布Ｅ（ｚ）は一般的に以下の微分方程式で
表せる。

【００２４】

【数１】

【００２５】但し Δｋ＝ｋ−２ｋ0 ｊ：複素単位ａ：定数ｄ：非線形光学定数Ｅ（ｚ,Δｋ）：ＳＨＧ光の電界強度分布Ｅ0（ｚ）：基本光の電界強度分布ｚ：進行方向の座標ｋ：ＳＨＧ光の伝搬定数ｋ0：基本光の伝搬定数 Δｋは位相整合条件を表し入射する基本光の波長の関数
であり、物質がそれぞれ固有に有している屈折率分散
（屈折率の波長依存性）によって決まる。光導波路を伝
搬する光の感じる屈折率を実行屈折率といい、波長λの
基本光と波長λ／２のＳＨＧ光に対する実効屈折率を、
それぞれＮω（λ）とＮ2ω（λ）と表すと、基本光、
ＳＨＧ光の伝搬定数ｋ、ｋ0は、それぞれ

【００２６】

【数２】

【００２７】で表されるため、Δｋ（λ）は

【００２８】

【数３】

【００２９】で表される。基本光からＳＨＧ光への変換
が発生すると、基本光の強度が減少する。しかし基本光
からＳＨＧ光の変換は非常に小さいため、基本光の電界
強度が進行方向に対してほとんど変化しないと、仮定す
るとＥ0（ｚ,Δｋ）＝Ｅ0（定数）とおけるため（数
１）の微分方程式を解くとＳＨＧ光の電界強度は

【００３０】

【数４】

【００３１】となる。ここでＥ（０,Δｋ）＝０として
しているのは、入射部におけるＳＨＧ光の電界強度を０
としているからである。いま、基本光の波長λが変化し
たときのＳＨＧ光の電界強度の変化を考えると、λの変
化によりΔｋが変化するため、ＳＨＧ光の出力端におけ
る電界強度Ｅ（Ｌ,Δｋ）はΔｋの関数で表される。こ
れを以下Ｅ（Δｋ）と表す。

【００３２】いま図６（ａ）に示すような分極反転型の
光波長変換素子のモデルを考える。図６（ａ）に示す通
り、このモデルの構成はΛ1の周期をもつ分極反転層の
領域ＡとΛ2の周期の分極反転層をもつ領域Ｂと、それ
らの間にδの距離をもつ位相整合部分を有したものであ
る。図６（ｂ）は図６（ａ）の光波長変換素子におい
て、光導波路を伝搬する光が感じる非線形光学定数ｄ
（ｚ）の伝搬距離に対する分布を示したもので、領域Ａ
は周期Λ1の分極反転層が長さＬ1に渡って形成されてお
り、領域Ｂは周期Λ2の分極反転層が長さＬ2に渡って形
成されており、二つの領域Ａ，Ｂの間に間隔δが存在す
るモデルである。このように分布した分極反転層中に光
が伝搬した場合を考える。ＳＨＧ光の電界強度は

【００３３】

【数５】

【００３４】となる但し、

【００３５】

【数６】

【００３６】但しＬ1＝Ｎ1・Λ1 ｌ1＝Λ１／２Ｌ2＝Ｎ2・Λ2 ｌ2＝Λ2／２Ａ＝ａ・ｄとなる。ここでＳＨＧ光出力（ＰSHG）を求める。ＳＨ
Ｇ出力はＳＨＧ光の電界強度の二乗であるから（数５）
より

【００３７】

【数７】

【００３８】但しＰ0：基本光の強度（Power）ＰSHG：ＳＨＧ光の強度（Power）となる。例えばλに対する｜Ｅ1（Δｋ）｜²、｜Ｅ2
（Δｋ）｜²、Ｅ12の関係を求めると図７の様になっ
た。図７（ａ）では｜Ｅ1（Δｋ）｜²、｜Ｅ2（Δｋ）
｜²、Ｅ12のそれぞれの値を示し、（ｂ）ではそれらを
足し合わせたものを示した。｜Ｅ1（Δｋ）｜²は周期Λ
1の分極反転層のみが長さＬ1に渡って単独に存在してい
るときのλとＰSHG（Δｋ）の関係を示しており、｜Ｅ2
（Δｋ）｜²も同様である。またＥ12は領域Ａから発生
したＳＨＧ光と領域Ｂから発生したＳＨＧ光の干渉して
いる効果を表すもので（図７（ａ））、ＳＨＧ出力ＰSH
G（Δｋ）はこれらの和として表される（図７
（ｂ））。従って、周期Λ1、Λ2、・・・Λnの分極反
転層を有する領域が長さＬ1、Ｌ2、・・・Ｌnに渡っ
て、それぞれ存在するとき、得られるＳＨＧ出力は、そ
れぞれの領域が単独で存在しているときのＳＨＧ出力の
和Σ｜Ｅm（Δｋ）｜²と各領域間の干渉を表す部分の和
ΣＥijで表される。

【００３９】

【数８】

【００４０】以上の結果、分極反転層を２つ以上の領域
に分割した光波長変換素子のＳＨＧ出力と基本光の波長
の関係を（数８）で表せた。また（数８）を用いること
により、光波長変換素子の最適設計が可能になった。

【００４１】（１−２．解析式を用いた光波長変換素子
の最適構造の設計）（数８）を用いて、広い波長許容度
を有する光波長変換素子の設計を行った。まず、（数
８）を用いてＳＨＧ光出力の波長依存性を求め図８，９
に示す。図８は素子長１０００μｍ、分割数２、δ＝
０、それぞれの分割領域における、周期を３．７μｍ、
３．７＋ｒμｍとしたときの波長とＳＨＧ出力の関係で
あり、図９は素子長１５０００μｍ、δ1＝δ2＝０、分
極反転層を３分割し、それぞれの周期をΛ0、Λ0＋ｒ、
Λ0＋２ｒとして、Λ0＝３．７μｍとしたときの基本光
の波長とＳＨＧ出力の関係を示している。図８ではｒの
値をｒ＝０．００２、０．００３０８、０．００４μｍ
とした、結果を（ａ）（ｂ）（ｃ）に示している。

【００４２】図８（ａ）に示すような出力の大きなピー
クをもつＳＨＧ出力が得られるのは、図７（ａ）で示す
｜Ｅ1（Δｋ）｜²、｜Ｅ2（Δｋ）｜²のピークの重なり
が大きい状態に相当するのである。同様に図８（ｃ）の
ようにＳＨＧ光の出力が２つのピークをもつのは図７
（ａ）で示す｜Ｅ1（Δｋ）｜²、｜Ｅ2（Δｋ）｜²のピ
ークの間隔が広がった状態に相当する。従って、図８
（ｂ）に示すようにｒの値を最適化すれば、基本光の波
長に対してＳＨＧ光の出力変動が抑えられ、安定したＳ
ＨＧ光の出力が得られることが分かる。図９についても
図８と同様であり、ｒの値によってＳＨＧ光の出力の最
適値が与えられれば、図９（ｂ）に示すように基本光の
波長に対してＳＨＧ光の出力変動が抑えられ、安定した
ＳＨＧ光の出力が得られることが分かる。従って、ｒの
値によってＳＨＧ出力の波長依存性が大きく変化してい
るのが分かる。

【００４３】この関係をもとに分極反転型ＳＨＧ素子の
最適設計を行った。分極反転型ＳＨＧ素子は高効率な変
換が可能であるが、入射する基本光の波長依存性が厳し
く安定な出力を得るのが難しい。しかしながら、図８，
９に示すようにＳＨＧ光の出力がピークの値の半分の値
になるときの基本光の波長幅（波長半値幅）は図８
（ａ），（ｂ）のように、半値幅が増加すると最大出力
が減少するトレードオフの関係にあるため、波長許容度
を拡大しようとするとＳＨＧ出力が減少してしまう。ま
た、図８（ｂ），図９（ｂ）から分かるように、最適な
ｒを与えられたときの波長半値幅の値は分割数が大きく
なるほど広くなる。この条件のもとで、高い変換効率と
広い波長半値幅をともに有するような、最適な基本光の
波長に対するＳＨＧ光の出力（以下ＳＨＧパワースペク
トルとする）は図１０に示すような方形状の波長依存性
である。

【００４４】そこで、最適な形状が得られる様に、素子
の長さ、分割数、周期の差について、設計を行った。最
適値は以下の方法で求めた。図１１に示すように基本光
の波長に対するＳＨＧ出力は、最大値近傍で出力が変動
する。この変動の大きさを積算して変動率ξとすると、
変動率ξが最小になったとき、最適なＳＨＧパワースペ
クトルが得られる。この変動率を用いて最適設計が可能
である。変動率ξは以下の式で表される。

【００４５】

【数９】

【００４６】まず第一に分割数を３として、分極反転層
が１５ｍｍに渡って形成され、各領域の周期をΛ0（＝
Λmin）、Λ0＋ｒ、Λ0＋２ｒ（＝Λmax）、Λ0＝３．
７μmとしたとき、ｒと変動率の関係を図１２に示す。

【００４７】ｒの値が０．００２８μｍのとき変動率が
最低になり最適設計が行えているのが分かる。変動率ξ
が最低のときＳＨＧ光出力の変動が抑えられ最適な値が
得られた。各領域の長さを５ｍｍ、周期Λ0を３．７μ
ｍとしたときの隣合う領域の分極反転層の周期の差ｒの
最適値ｒopを各分割数２、３、４、５の場合について求
めた。結果を図１３に示す。

【００４８】同図より得られ周期の差ｒの最適値ｒopは
分割数ｎに関係なく、０．００２６μｍ＜ｒop＜０．０
０３２μｍとなることが分かった。つまり、Λ0、Ｌ／
ｎが一定のときｒopは一定の値をとる。

【００４９】次に領域の長さＬ／ｎとｒの関係を求め
た、分割数を３として、それぞれの分割部分の周期をΛ
0、Λ0＋ｒ、Λ0＋２ｒ、Λ0＝３．７μmとしたとき、
ｎは３で一定であるから、分極反転層形成部分の長さＬ
の逆数１／Ｌと変動率が最低になるｒopの関係を求め図
１４に示す。ｒopは１／Ｌに比例することからｎ／Ｌに
も比例する。

【００５０】次に、Ｌを１５ｍｍ一定、３分割にしたと
き、周期Λ0とｒopの関係を求め、結果を図１５に示
す。同図よりｒopはΛ₀ ²に比例することが分かる。

【００５１】以上の結果より、ｒopはΛ0²とｎ／Ｌに比
例することから以下の関係が導かれる。

【００５２】

【数１０】

【００５３】但し、Ａ：定数 Λ0：分極反転層の周期Ｌ：分極反転層形成部分の長さｎ：分割数となることが分かった。その結果、ＳＨＧ出力の波長依
存性が最適になるＡの範囲は、Λ＝３．７μｍ、ｎ＝
３、Ｌ＝１５０００μｍ、０．００２６＜ｒop＜０．０
０３２μｍを（数１０）に代入して計算すると、

【００５４】

【数１１】

【００５５】のとき、最適な値が得られる。以上計算結
果より、光波長変換素子の最適設計ができた。

【００５６】（２．実施例１の光波長変換素子の作製）（２−１．周期的分極反転層のマスク設計）分極反転型
の光波長変換素子の周期は分極反転層を３つの領域に分
割する場合、それぞれの周期が、３．７μｍ、３．７０
２８μｍ、３．７０５６μｍである。一方、周期的分極
反転層を形成するには、フォトリソグラフィによるパタ
ーニングを行うためのフォトマスクが必要である。現在
このフォトマスクを、非常に高い精度で作製する一般的
な方法として電子ビーム描画（ＥＢ）法によって作製す
る方法がある。ところが、この方法で作製するマスクの
最小寸法は一般的に０．１μｍ単位（特殊な拡大露光装
置を用いても０．０１μｍが限界である）であり、必要
とする細かい周期の分極反転層のマスクは作製できな
い。そこで、図１６に示すようなマスクを設計した。例
えば３．７０２８μｍの周期を実現するには３．７μｍ
の周期の中にといくつかの３．８μｍの周期を均等に配
置して実行的に３．７０２８μｍとするものである。こ
のようなマスクを作製したときのマスク作製時の最小寸
法と理論値達成率との関係を図１７に示す（周期４μｍ
と３．７μｍについて、各領域の長さが５０００μｍの
時）。最小寸法が０．１μｍ以下のときには、ほぼ理論
値に近い値が実現できている。以上の結果より、設計し
たマスクにより計算結果で得られた分極反転型の光波長
変換素子が実現できる。

【００５７】（２−２．素子の作製）解析結果を実証す
るため、光波長変換素子を作製し、特性を測定した。Li
TaO3基板を用いて図４に示す光波長変換素子を作製し
た。同図において１は−Ｃ板のLiTaO₃基板、２はプロト
ン交換導波路、３は分極反転層、６は波長８４０ｎｍの
基本波、７は波長４２０ｎｍの第二高調波、領域Ａは周
期Λ0の分極反転層を有し、領域Ｂは周期Λ0＋ｒの分極
反転層を有し、領域Ｃは周期Λ0＋２ｒの分極反転層を
有する。各領域間の位相制御部分δ1、δ2の距離は０と
した。周期Λ0＝３．７μｍ、ｒ＝０．００２８μｍと
した。つぎに素子の作製方法について述べる。図１８を
用いて素子の作製方法について説明する。同図（ａ）で
LiTaO₃基板１にスパッタリング法によりＴａ６を３０ｎ
ｍ堆積する。（ｂ）フォトリソグラフィ法により、上記
に説明した分極反転層のマスクを用いて、周期的パター
ンを作製する。（ｃ）２６０℃のピロ燐酸中で熱処理
し、プロトン交換層を形成する。（ｄ）で、赤外線加熱
装置を用いて５４０℃で３０秒熱処理を行った。昇温レ
ートは８０℃／秒である。昇温レートが遅いと高屈折率
層は広がってしまうため１００℃／分以上が望ましい。
（ｅ）Ｔａマスク６を除去した後、分極反転層に残留す
るプロトンを減少させるためＯ2中４２０℃で６時間ア
ニール処理する。（ｆ）基板表面にスパッタリング法に
よりＴａを３０ｎｍ堆積し、分極反転層と垂直方向に光
導波路のパターニングを行う。（ｇ）２６０℃、１２分
間ピロ燐酸中でプロトン交換を行う。（ｈ）マスクを除
去した後、４２０℃で１分間アニール処理する。光導波
路の両端面を光学研磨し、両端面に光導波路の導波光の
端面反射を防止するための反射防止膜としてＳｉＯ2を1
40nm堆積する。

【００５８】（２−３．特性評価）作製した光波長変換
素子の特性を評価するため、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザを用
いて波長変換素子に基本光を励起した。Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3
レーザは波長可変レーザで波長を700nm帯〜900nm帯まで
連続的に可変できる。このレーザを用いて、作製した波
長変換素子の基本光とＳＨＧ出力の関係を測定した。つ
まり、図４に示す、光波長変換素子の光導波路の端面か
ら基本光Ｐ1としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザ光を入射し、
光導波路の他端より出射するＳＨＧ光の強度を測定し
た。

【００５９】図１９（ａ）には分極反転層形成部分の長
さＬ：１５ｍｍ、周期Λ：３．７μｍの均一な周期の分
極反転層を形成した図１に示す光波長変換素子の、同図
（ｂ）には分極反転層形成部分の長さＬ：１５ｍｍ、分
割数３、周期Λ0：３．７μｍ、各領域の分極反転周期
の差ｒの値が０．００２８の図４に示す光波長変換素子
のＳＨＧ出力の波長依存性を測定した。分極反転層を３
つの領域に分割し、各領域における分極反転層の周期を
最適化することにより波長半値幅は０．１ｎｍから０．
５ｎｍまで増加したことが分かる。この結果は実施例１
で行った分極反転型ＳＨＧ素子の解析結果、図９（ｂ）
と一致しており、解析より求めた波長変換素子の設計パ
ラメータが正しいことを示している。

【００６０】以上の結果、解析より求めた設計値によ
り、最適な構造を有する光波長変換素子が形成できるこ
とがわかった。次に、この素子を用い半導体レーザ光の
波長変換を行った。つまり、図４に示す光波長変換素子
の光導波路の端面から基本光として半導体レーザの出射
光を入力し、光導波路の他端面から出射するＳＨＧ光Ｐ
2の強度を測定した。半導体レーザの波長は温度変化に
より変動し、１℃の温度変化で約０．３ｎｍ出力波長が
変動する。その結果、半導体レーザの光を図１に示す光
波長変換素子で波長変換した場合±０．１℃の温度変化
でＳＨＧ出力が半分以下になるため、図２０（ａ）に示
すようにＳＨＧ出力が時間変化に対し変動し、安定な出
力が得られなかった。

【００６１】一方、今回作製した素子は波長許容度が増
大した結果、半導体レーザの温度許容度が±０．５℃と
５倍に増加した。その結果、同図（ｂ）に示すように、
半導体レーザの波長が温度変化により変動しても、安定
なＳＨＧ出力が得られた。以上のように、作製した波長
変換素子は波長許容度の拡大により、温度変動に強く、
安定なＳＨＧ出力が得られた。

【００６２】（２−４．分極反転層の周期差ｒと変動率
の関係）また、図２１（ｇ）には、（数１１）のＡの値
と変動率ξの関係、および、いくつかの変動率におけ
る。基本光波長とＳＨＧ出力の関係を示した。Ａの値が
０．９〜１．２の間ではＳＨＧ出力波形は整っている
が、この範囲以外では、ＳＨＧ出力波形に大きな乱れが
生じ、基本光の波長変動に対し、安定したＳＨＧ出力が
得られないことが分かる。また同図より、Ａの値が０．
４〜０．５の範囲においても変動率は低下し、同様に整
ったＳＨＧ出力波形が得られることが分かる。

【００６３】（２−５．領域間隔δとＳＨＧ出力の波長
依存性の関係）今までは、分極反転層の周期について述
べてきた。次に、分極反転周期の異なる各領域間に設け
た間隔δの位相制御部分について、詳しく述べる。入力
光の波長変動に対するのＳＨＧ出力の安定化を図るに
は、ＳＨＧ光出力の波長依存性をスムーズな波形にし
て、波長に対する変動率を低下させる必要がある。その
ためには分割した各部分で発生するＳＨＧ出力の干渉を
最適化する必要がある。そこで分割した各部分で発生す
るＳＨＧ出力の干渉を制御するため分割した部分の間に
ＳＨＧ出力の位相を制御する領域を設け、ＳＨＧ出力の
位相を制御した。（数８）（数９）を用いて、領域間の
間隔δと変動率の関係を計算できる。ここでは、素子長
１５０００μｍ、分割数３、周期Λ0は３．７μｍ、Λ0
＋ｒは３．７０２８μｍ、Λ0＋２ｒは３．７０５６μ
ｍ、各領域間に長さδ1、δ2の位相制御部分を設けた。
δ1、δ2の値とＳＨＧ出力の変動率の関係を求め、結果
を図２２に示す。δ1＝０．１μｍ、δ2＝３．６μｍの
とき変動率が最低になり最適形状が得られることが分か
った。この結果をもとに図４に示した波長変換素子を作
製し特性を測定した。この素子のＳＨＧ出力の波長依存
性を図２３に示す。（ａ）はδ1、δ2＝０のとき、つま
りδの領域がない場合、（ｂ）はδ1＝０．１μｍ、δ2
＝３．６μｍのときである。同図より（ａ）に対し位相
制御部分を設けた（ｂ）の変動率が低下し、出力の最大
値近傍におけるＳＨＧ出力の変動が小さくスムーズな波
形が得られているのが分かる。作製した光波長変換素子
により半導体レーザの波長変換を行った。図２４にＳＨ
Ｇ出力の時間依存性を示す。位相制御部分を設けること
により温度変動による半導体レーザの波長変動に対する
安定性が増し、非常に安定なＳＨＧ出力が得られた。

【００６４】なお、変動率ξとδの関係は分極反転層の
周期Λごとに、同じ関係を示す周期的な関係になるた
め、δ1＝０．１μｍ＋ｍ1・Λ、δ2＝−０．１＋ｍ2・Λ
（Λ＝３．７μｍ、ｍ1＝１，２，３・・、ｍ2＝１，
２，３・・）でも同様な特性が得られた。

【００６５】（実施例２）実施例１では周期的な分極反
転層により構成されている光波長変換素子において、分
極反転層の周期を２つ以上の領域に分割し、各領域を異
なった周期の分極反転層により構成することにより、各
領域における位相整合波長をわずかづつ異なるものとし
た。その結果、光波長変換素子の位相整合波長の許容度
を増加させた。

【００６６】一方、実施例２では、実施例１同様に周期
的な分極反転層により構成されている光波長変換素子に
おいて、分極反転層の周期は素子全体に均一とし、光導
波路の伝搬定数を変えることにより、光波長変換素子の
波長許容度の増大を図った。つまり、光導波路を２つ以
上の領域に分割し、各領域における光導波路の幅を変え
ることにより、各領域における光の伝搬定数を異なるも
のとする。その結果、各領域における位相整合波長がわ
ずかずつ異なり、実施例１と同様の効果により光波長変
換素子の位相整合波長の許容度を増加させることができ
る。

【００６７】（１．理論解析）実施例２として光導波路
の伝搬定数を変化させることによる、分極反転型の光波
長変換素子の許容度の拡大について検討した。実施例１
に示した、光波長変換素子における位相整合波長許容度
の増大の効果は、光導波路の実行屈折率が変化しても同
様の効果が得られる。分極反転周期Λと光導波路の実行
屈折率及び、位相整合波長λの関係は（数２）を用いて
次式で与えられる。

【００６８】

【数１２】

【００６９】Λ：分極反転周期 λ：位相整合波長Ｎ2ω(λ)：ＳＨＧ光に対する実行屈折率Ｎω(λ)：基本光に対する実行屈折率で与えられる。いま分割した部分の分極反転の周期Λを
変化させることは、（数１２）の関係を保つためにＮω
(λ)、Ｎ2ω(λ)の値と、位相整合波長λを変化させる
こと、つまり位相整合波長λが変化することに相当す
る。それぞれの領域における位相整合波長が異なること
によって、位相整合する波長の許容度が増加している。

【００７０】同様の現象が、実行屈折率Ｎω(λ)、Ｎ2
ω(λ)と位相整合波長λの関係を変化させることによっ
ても実現する。例えば、分極反転周期Λは一定で、光導
波路の幅を変化させると、Ｎ2ω(λ)−Ｎω(λ)の位相
整合波長λに対する依存性が変化する。このため、Λ一
定のもとで（数１２）の関係を保つためには、位相整合
波長λの値が変化する。その結果、光波長変換素子を２
つ以上の領域に分割し、各領域における光導波路の幅を
変えると、分極反転周期を変えることなく、各領域間の
位相整合波長λを変化させることができ、Λを変化させ
た場合とまったく同じ効果を得ることができる。従っ
て、（数１１）の条件を実行屈折率に置き換えると、光
導波路をｎ分割して、それぞれの部分におけるの位相整
合波長をλ1、λ2、・・・λnとしたとき、いずれかの
領域の導波路幅における、基本光に対する実効屈折率を
Ｎω(λ1)、Ｎω(λ2)、・・Ｎω(λn)、ＳＨＧ光に対
する実行屈折率をＮ2ω(λ1)、Ｎ2ω(λ2)、・・Ｎ2ω
(λn)とするとき以下の関係が成り立つ。

【００７１】

【数１３】

【００７２】但し（ｍ＝２、３、・・ｎ） βmは領域ｍにおいて、基本波長λmが位相整合する周期 βmは領域ｍにおいて、基本波長λmー1が位相整合する周
期以上の関係式を用いて、位相整合波長許容度の広い光波
長変換素子を設計できる。

【００７３】（２．実施例２の光波長変換素子の作製と
評価）第２の実施例の光波長変換素子について図２５を
用いて、詳しく説明する。図２５は第２の実施例の光波
長変換素子の構成図を示もので、１は−Ｃ板のLiTaO₃基
板、２はプロトン交換導波路、３は分極反転層、Ｐ1は
波長８６０ｎｍの基本波、Ｐ2は波長４３０ｎｍの第二
高調波、２の光導波路は導波路幅Ｗ1＝３．４μｍの部
分と導波路幅Ｗ2＝４．４μｍの部分、光導波路幅がＷ1
からＷ2に変化する部分と分極反転層との間隔δ’より
構成されている。光導波路の幅を変えると光導波路を伝
搬する光の実効屈折率が変化し、実施例１で示したよう
に、光導波路を伝搬する基本光とＳＨＧ光の位相整合波
長が変化する。また実施例１で示した各領域で発生する
ＳＨＧ光の位相を制御する領域間の距離δは、光導波路
幅が異なる部分と分極反転層との距離δ’で実現でき
る。光導波路幅と位相整合波長の関係を求めるため、分
極反転層の周期４．０μｍのとき、光導波路の幅と位相
整合波長の関係をもとめ、図２６に示す。（数１２）
（数１３）より、βm−βm-1の値を１、分割数２、分極
反転層が形成されている部分の長さ１０００μｍ、周期
４．０μｍとすると、λ2−λ1＝０．２ｎｍとなり、図
２７より、この関係を満足する光導波路幅は、３．４μ
ｍと４．４μｍであることがわかる。そこで図２５に示
した波長変換素子の導波路幅をＷ1＝３．４μｍ、Ｗ2＝
４．４μｍとし、基板の中央で導波路幅が異なっている
ときの特性を測定した。作製した光波長変換素子に基本
光を入力し、基本光の波長と出力されるＳＨＧ光の強度
の関係を求め、図２７に示す。波長許容度の拡大が図れ
安定した動作の光波長変換素子が実現した。なお、分割
数が２の場合はδ’の値は０で最適値をとる。そのた
め、導波路を形成する際、分極反転層との位置合わせが
必要であった。

【００７４】光導波路の伝搬定数は光導波路の深さを変
えることにより、容易に変えることが可能である。また
光導波路の深さで実効屈折率の値を制御することができ
る。（数１３）を満足するように、光導波路を分割し、
それぞれの部分の光導波路の深さを変えることで実効屈
折率を変化させれば、波長許容度が広がる。

【００７５】光導波路の伝搬定数は光導波路の表面にク
ラッド層を設けることにより、容易に変えることができ
る。また、このクラッド層の屈折率および厚さで光導波
路の実効屈折率を制御できる。（数１３）を満足するよ
うに、光導波路を分割し、それぞれの部分の光導波路の
実効屈折率を変化させれば、同様な効果が得られ波長許
容度が広がる。

【００７６】なお実施例１、２では非線形光学結晶とし
てLiTaO₃を用いたが、LiNbO₃，LiNbO₃とLiTaO₃の混晶に
も適用可能である。LiNbO₃またはLiNbO₃とLiTaO₃の混晶
を用いると高い非線形光学定数を有するため、より高効
率の波長変換素子が形成できる。

【００７７】なお実施例１、２では非線形光学結晶とし
てLiTaO₃を用いたが、KNbO₃，ＫＴＰ等の強誘電体にも
適用可能である。これらの強誘電体材料は高い非線形光
学定数を有し、かつ耐光損傷性にも優れているため、よ
り高効率かつ高出力のの波長変換素子が形成できる。

【００７８】なお実施例１、２では非線形光学結晶とし
てLiTaO₃を用いたが、ＭＮＡ等の有機材料または有機ポ
リマーにも適用可能である。有機材料を用いると素子作
製の量産性に優れまた、高い非線形光学定数を持ってい
るため高効率の波長変換素子が形成できる。

【００７９】なお実施例１、２では光導波路としてプロ
トン交換光導波路を用いたが、他に、Ｔｉ拡散導波路、
Ｎｂ拡散導波路、Ｎｄ拡散導波路、など光が伝搬できる
導波路ならば適用可能である。他の導波路は導波ロスが
小さいため、高効率な素子が実現する。

【００８０】（実施例３）図２８は本発明の本発明の第
３の実施例の波長変換素子を用いたレーザ光源の構成図
である。レーザ光源は基本的には半導体レーザ３１と光
波長変換素子２２とＲＦ電源３７より構成される。Ａｌ
枠３０に固定された半導体レーザ３１から出射された基
本波Ｐ１はコリメータレンズ３４で平行光にされた後、
フォーカスレンズ３５で光波長変換素子２２の光導波路
２に導入され高調波Ｐ２へと変換される。ここで光波長
変換素子の構成は実施例１と同様である。この実施例で
はこの光波長変換素子と半導体レーザを組み合わせてレ
ーザ光源を作製した。このレーザ光源は、ＲＦ電源３７
より半導体レーザを駆動した。ＲＦ電源とは半導体レー
ザ３１に供給する電流を直接高周波変調する電源であ
る。

【００８１】半導体レーザ光のスペクトルは変調前は
０．１ｎｍ以下のシングルスペクトルであったが周波数
１ＧＨｚで変調を行うとマルチスペクトルとなり１ｎｍ
まで広がった。そこで素子の許容度を１nmに設計した。
素子長１５０００μｍ、分割数４、周期4.0,4.0044,4.0
088,4.0132μｍとした。このときの基本光の波長とＳＨ
Ｇ出力の関係を図３０に示す。波長変換素子の波長許容
度が１ｎｍと広いため安定な変調特性が得られた。さら
に、波長変換素子のＳＨＧ特性が図２９に示すように、
最大値近傍で変動する。しかし、基本光の位相整合波長
の波長半値幅が１ｎｍに広がっているため、ＳＨＧ特性
の変動が積分化され、図３０に示すように、基本光の波
長変動に対し、ＳＨＧ出力の変動が非常に小さい、なめ
らかな特性になった。その結果、温度変動に対し、非常
に安定な短波長レーザ光源を実現できた。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光波長変換
素子によれば波長に対する許容度が向上し、安定な高調
波発生が得られる。また、本発明の光波長変換素子と半
導体レーザを組み合わせることにより、温度変動に対し
安定な短波長レーザ光源が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光波長変換素子の原理を説明するための構造図

【図２】ＳＨＧ光出力の光波長変換素子長に対する依存
性をあらわす図

【図３】分極反転周期の位相整合波長依存性をあらわす
図

【図４】第１の実施例の光波長変換素子の構造図

【図５】第１の実施例の光波長変換素子におけるＳＨＧ
光出力の波長依存性を表す図

【図６】第１の実施例の解析モデルを表す図

【図７】第１の実施例におけるＳＨＧ光出力の波長依存
性を表す図

【図８】ＳＨＧ光出力の波長依存性を表す図

【図９】ＳＨＧ光出力の波長依存性を表す図

【図１０】理想的なＳＨＧ光出力の波長依存性をあらわ
す図

【図１１】変動率の定義をあらわす図

【図１２】各領域の周期差ｒに対する変動率の関係を表
す図

【図１３】分割数ｎと最適周期差ｒopの関係を表す図

【図１４】１／素子長と最適周期差ｒopの関係を表す図

【図１５】分極反転周期Λと最適周期差ｒopの関係を表
す図

【図１６】作製した光波長変換素子の分極反転構造を表
す図

【図１７】マスク作製精度の最小寸法（分解能）と最適
値の関係をあらわす図

【図１８】光波長変換素子の製造方法をあらわす図

【図１９】ＳＨＧ光出力の波長依存性を表す図

【図２０】ＳＨＧ光出力の時間依存性を表す図

【図２１】規格値Ａの値と変動率の関係をあらわす図

【図２２】位相制御部分の長さδ1と変動率の関係を表
す図

【図２３】ＳＨＧ光出力の波長依存性を表す図

【図２４】ＳＨＧ光出力の時間依存性をあらわす図

【図２５】第２の実施例の光波長変換素子の構造図

【図２６】光導波路幅と位相整合波長の関係を表す図

【図２７】ＳＨＧ光出力の波長依存性をあらわす図

【図２８】第３の実施例のレーザ光源の構成図

【図２９】ＳＨＧ光力の波長依存性をあらわす図

【図３０】ＳＨＧ光出力の波長依存性をあらわす図

【図３１】従来の光波長変換素子の構造図

【符号の説明】

１ LiNbO₃基板２光導波路３分極反転層Ｐ１基本波Ｐ２高調波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤誠大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者佐藤久直大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学結晶基板と、前記基板中に形成
し、周期的な分極反転層をもつ複数の波長変換領域と、
前記波長変換領域の間に形成した位相制御領域とを備え
たことを特徴とする光波長変換素子。
【請求項２】非線形光学結晶基板と、前記基板中に形成
した周期的な分極反転層と、前記基板中に形成した光導
波路と、前記光導波路の伝搬定数は、第２高調波の伝搬
方向に対して離散的に変化し、前記光導波路の伝搬定数
が変化した領域に位相制御領域を備えたことを特徴とす
る光波長変換素子。
【請求項３】非線形光学結晶基板と、前記非線形光学結
晶基板中に形成し、周期的な分極反転層をもつ複数の波
長変換領域と、前記波長変換領域がｎ個あり、それぞれ
の領域における分極反転周期をΛ１、Λ２、・・Λｎ
（Λ1＜Λ2＜・・・＜Λn）とし、それぞれ領域の長さ
をＬ／ｎとしたとき、隣合う前記波長変換領域の分極反
転周期の差ｒopが、０．９×Λ1²×ｎ／Ｌ＜ｒop＜１．２×Λ1²×ｎ／Ｌまたは、０．４×Λ1²×ｎ／Ｌ＜ｒop＜０．５×Λ1²×ｎ／Ｌの関係を満足していることを特徴とする光波長変換素
子。
【請求項４】非線形光学結晶基板と、前記基板中に形成
した周期的な分極反転層と、前記基板中に形成した光導
波路と、前記光導波路が第２高調波の伝搬方向に対して
ｎ等分に分割されており、それぞれ分割されている前記
光導波路の長さをＬ／ｎ、それぞれ分割されている光導
波路における位相整合波長をλ1、λ2、λ3・・・λn、
それぞれの位相整合波長に対する実効屈折率をＮω(λ
1)、Ｎω(λ2)、・・Ｎω(λn)、また高調波に対する実
行屈折率をＮ2ω(λ1)、Ｎ2ω(λ2)、・・Ｎ2ω(λn)と
したとき、隣合う光導波路の位相整合波長が、 βm＝λm／２／（Ｎ2ω(λm)−Ｎω(λm)） βmー1＝λm-1／２／（Ｎ2ω(λm-1)−Ｎω(λm-1)）０．９×β1²×ｎ／Ｌ＜βm−βm-1＜１．２×β1²×ｎ
／Ｌまたは０．４×β1²×ｎ／Ｌ＜βm−βm-1＜０．５×β1²×ｎ
／Ｌ但し（ｍ＝２、３、・・ｎ）の関係を満足していること
を特徴とする光波長変換素子。
【請求項５】分極反転層の周期の異なる領域間に光の位
相を変調する部分を有する請求項３記載の光波長変換素
子。
【請求項６】光導波路の実効屈折率の異なる部分におい
て光の位相を変調する部分を有する請求項４記載の光波
長変換素子。
【請求項７】非線形光学結晶がＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃
（０≦Ｘ≦１）基板であることを特徴とする請求項１、
２、３、４いずれか１項記載の光波長変換素子。
【請求項８】光導波路がプロトン交換光導波路であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４いずれか１項記載
の光波長変換素子。
【請求項９】光導波路の横幅が伝搬方向に離散的に変化
することを特徴とする請求項２または４記載の光波長変
換素子。
【請求項１０】光導波路の厚さが伝搬方向に離散的に変
化することを特徴とする請求項２または４記載の光波長
変換素子。
【請求項１１】光導波路のクラッド層の屈折率が伝搬方
向に離散的に変化することを特徴とする請求項２または
４記載の光波長変換素子。
【請求項１２】光導波路のクラッド層の厚みが伝搬方向
に離散的に変化することを特徴とする請求項２または４
記載の光波長変換素子。
【請求項１３】請求項１、２、３、４いずれか１項記載
の波長変換素子と半導体レーザを有することを特徴とす
るレーザ光源。
【請求項１４】半導体レーザの駆動電流に高周波が重畳
されている請求項１３記載のレーザ光源。