JPH0545691A - 波長変換装置 - Google Patents
波長変換装置Info
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- JPH0545691A JPH0545691A JP3234123A JP23412391A JPH0545691A JP H0545691 A JPH0545691 A JP H0545691A JP 3234123 A JP3234123 A JP 3234123A JP 23412391 A JP23412391 A JP 23412391A JP H0545691 A JPH0545691 A JP H0545691A
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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
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- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高記録密度光ディスク装置用短波長光源とし
ての条件である、所定以上の出力(2mW) が得られるこ
と、出射端での光強度分布が単峰であること、出射端の
スポット径が小さいこと及び波長がブルー領域であるこ
とを満たすようにする。 【構成】 基板１上にリッジ形チャンネル部2aをもつ導
波路層２を設け、このチャンネル部2aの膜厚ｔr は基板
１、スラブ導波路層42、クラッド層夫々の材質を夫々前
記基板１、チャンネル部2aをもつ導波路層２、クラッド
層夫々と同じにしたスラブ導波路層構造の波長変換装置
における0 次モード基本波と0 次モード第２高調波とが
位相整合するときの前記スラブ導波路層42の膜厚ｔ0 よ
りも厚く、またチャンネル部2aの両側の薄肉部2bの膜厚
ｔf は前記膜厚ｔ0 よりも薄くする。
ての条件である、所定以上の出力(2mW) が得られるこ
と、出射端での光強度分布が単峰であること、出射端の
スポット径が小さいこと及び波長がブルー領域であるこ
とを満たすようにする。 【構成】 基板１上にリッジ形チャンネル部2aをもつ導
波路層２を設け、このチャンネル部2aの膜厚ｔr は基板
１、スラブ導波路層42、クラッド層夫々の材質を夫々前
記基板１、チャンネル部2aをもつ導波路層２、クラッド
層夫々と同じにしたスラブ導波路層構造の波長変換装置
における0 次モード基本波と0 次モード第２高調波とが
位相整合するときの前記スラブ導波路層42の膜厚ｔ0 よ
りも厚く、またチャンネル部2aの両側の薄肉部2bの膜厚
ｔf は前記膜厚ｔ0 よりも薄くする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光情報処理装置の一つで
ある高記録密度光ディスク装置用の短波長光源等として
用いられる波長変換装置に関するものである。
ある高記録密度光ディスク装置用の短波長光源等として
用いられる波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に光ディスク用の光源としては少な
くとも次の４つの特性が必要とされる。即ち 1. 光ディスク信号の再生用に用いることが可能な最低
限２mW以上の出力が得られること。 2. 光出射端での光強度分布が単峰であること。 3. 出射端スポット径が可及的に小さいこと。 4. 波長が可及的に短いこと。 である。
くとも次の４つの特性が必要とされる。即ち 1. 光ディスク信号の再生用に用いることが可能な最低
限２mW以上の出力が得られること。 2. 光出射端での光強度分布が単峰であること。 3. 出射端スポット径が可及的に小さいこと。 4. 波長が可及的に短いこと。 である。
【０００３】さて、これらの条件を待たす可能性のある
波長変換装置の１つとして、非線形光学媒質からなる薄
膜（スラブ）導波路構造の波長変換装置が知られてい
る。スラブ導波路構造においては、導波モード分散特性
を用いて基本波と第２高調波（以下SH波と記す) との略
完全な位相整合が実現でき、また基本波を狭い空間に閉
じ込めることができるので、比較的高い変換効率が期待
できる。
波長変換装置の１つとして、非線形光学媒質からなる薄
膜（スラブ）導波路構造の波長変換装置が知られてい
る。スラブ導波路構造においては、導波モード分散特性
を用いて基本波と第２高調波（以下SH波と記す) との略
完全な位相整合が実現でき、また基本波を狭い空間に閉
じ込めることができるので、比較的高い変換効率が期待
できる。
【０００４】しかし、更に高い変換効率を得るために
は、波長変換効率に係わる非線形光学定数の大きい非線
形光学媒質を用い、また基本波とSH波の空間的重なりが
大きくなるよう同じ次数のモード間で位相整合させるこ
と、等が必要とされている。
は、波長変換効率に係わる非線形光学定数の大きい非線
形光学媒質を用い、また基本波とSH波の空間的重なりが
大きくなるよう同じ次数のモード間で位相整合させるこ
と、等が必要とされている。
【０００５】また光出射端での光強度分布を単峰とする
ためにはSH波のモードが０次モードである必要があり、
しかも上述の如く同じ次数のモード間で位相整合させる
必要上、０次モード基本波と０次モードSH波との位相整
合が必要となる。
ためにはSH波のモードが０次モードである必要があり、
しかも上述の如く同じ次数のモード間で位相整合させる
必要上、０次モード基本波と０次モードSH波との位相整
合が必要となる。
【０００６】一方、薄膜導波路を構成する層の非線形光
学媒質としてはLiNbＯ3 が従来より広く研究されてきた
が、この材料では０次モード基本波と０次モードSH波の
位相整合を成立させる上で必要とされる非線形光学定数
ｄ31（＝6.5pm/V)が小さいため十分な出力が得られな
い。しかも、得られるSH波は波長域が0.55μm 付近のグ
リーン光であるため (電磁界理論研究会資料, EMT-78-
5, 1978年) 、波長の面でも不十分である。
学媒質としてはLiNbＯ3 が従来より広く研究されてきた
が、この材料では０次モード基本波と０次モードSH波の
位相整合を成立させる上で必要とされる非線形光学定数
ｄ31（＝6.5pm/V)が小さいため十分な出力が得られな
い。しかも、得られるSH波は波長域が0.55μm 付近のグ
リーン光であるため (電磁界理論研究会資料, EMT-78-
5, 1978年) 、波長の面でも不十分である。
【０００７】この対策として０次モード基本波と０次モ
ードSH波の位相整合が出来、しかも波長も十分短く、そ
の上大きな非線形光学定数ｄ32 (＝18.3pm/V),ｄ31（＝
15.8pm/V) を有するＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路構造
の波長変換装置が提案されている（IBM Technical Disc
losure Bulletin, Vol.24, No.3, p.1472, 1981 ）。
ードSH波の位相整合が出来、しかも波長も十分短く、そ
の上大きな非線形光学定数ｄ32 (＝18.3pm/V),ｄ31（＝
15.8pm/V) を有するＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路構造
の波長変換装置が提案されている（IBM Technical Disc
losure Bulletin, Vol.24, No.3, p.1472, 1981 ）。
【０００８】図７は上記した従来のＫNbＯ3 製の薄膜を
用いたスラブ導波路構造の波長変換装置の構成を示す模
式図であり、図中１は水晶製の基板、52はＫNbＯ3 製の
スラブ導波路層を示している。基板１上にスラブ導波路
層52を積層して構成されており、スラブ導波路層52の一
側端面から基本波LDとしてのレーザ光を入射し、他側端
面から第２高周波SHを出射せしめるようになっている。
用いたスラブ導波路構造の波長変換装置の構成を示す模
式図であり、図中１は水晶製の基板、52はＫNbＯ3 製の
スラブ導波路層を示している。基板１上にスラブ導波路
層52を積層して構成されており、スラブ導波路層52の一
側端面から基本波LDとしてのレーザ光を入射し、他側端
面から第２高周波SHを出射せしめるようになっている。
【０００９】ただこの文献中には位相整合条件等の詳細
は示されていない。そこで本発明者等は、図７に示す如
きＫNbＯ3 製の薄膜を用いたスラブ導波路構造の波長変
換装置を設計し、試作を行ったので以下にその概略を説
明する。
は示されていない。そこで本発明者等は、図７に示す如
きＫNbＯ3 製の薄膜を用いたスラブ導波路構造の波長変
換装置を設計し、試作を行ったので以下にその概略を説
明する。
【００１０】先ず本発明者等の設計思想の概略を説明す
ると次のとおりである。図10は横軸にスラブ導波路層の
膜厚ｔ、縦軸にスラブ導波路層に対する等価屈折率Ｎを
とって示す導波モード分散曲線を示すグラフである。グ
ラフ中Ｃ1 は基本波についての０次モード分散曲線、Ｃ
2 はSH波についての０次モード分散曲線を示している。
両分散曲線Ｃ1 ，Ｃ2 は波長に対する基板の屈折率をｎ
s ，スラブ導波路の屈折率をｎf とすると、導波モード
分散曲線Ｃ1 ，Ｃ2 はカットオフ膜厚ｔc （ｔ cω，ｔ
c2ω），等価屈折率Ｎ（ｎ sω，ｎs2ω) の点から立上
り、膜厚が増大するに従って等価屈折率Ｎがｎ fω，ｎ
f2ωに漸近し、また光の波長が短くなる程、カットオフ
膜厚も薄くなっていく。
ると次のとおりである。図10は横軸にスラブ導波路層の
膜厚ｔ、縦軸にスラブ導波路層に対する等価屈折率Ｎを
とって示す導波モード分散曲線を示すグラフである。グ
ラフ中Ｃ1 は基本波についての０次モード分散曲線、Ｃ
2 はSH波についての０次モード分散曲線を示している。
両分散曲線Ｃ1 ，Ｃ2 は波長に対する基板の屈折率をｎ
s ，スラブ導波路の屈折率をｎf とすると、導波モード
分散曲線Ｃ1 ，Ｃ2 はカットオフ膜厚ｔc （ｔ cω，ｔ
c2ω），等価屈折率Ｎ（ｎ sω，ｎs2ω) の点から立上
り、膜厚が増大するに従って等価屈折率Ｎがｎ fω，ｎ
f2ωに漸近し、また光の波長が短くなる程、カットオフ
膜厚も薄くなっていく。
【００１１】従って基本波に対する屈折率ｎ fωがSH波
に対する屈折率ｎf2ωよりも大きくなるような非線形光
学媒質の導波路層と、基本波に対する屈折率ｎ sωがSH
波に対する屈折率ｎs2ωよりも小さくなるような基板材
料を選択することで基本波についての０次モード分散曲
線Ｃ1 とSH波についての０次モード分散曲線Ｃ2 はいず
れかの膜厚ｔpmで必ず交わることになり、この膜厚ｔpm
において基本波とSH波の等価屈折率が等しくなり、両者
の位相整合が実現される。
に対する屈折率ｎf2ωよりも大きくなるような非線形光
学媒質の導波路層と、基本波に対する屈折率ｎ sωがSH
波に対する屈折率ｎs2ωよりも小さくなるような基板材
料を選択することで基本波についての０次モード分散曲
線Ｃ1 とSH波についての０次モード分散曲線Ｃ2 はいず
れかの膜厚ｔpmで必ず交わることになり、この膜厚ｔpm
において基本波とSH波の等価屈折率が等しくなり、両者
の位相整合が実現される。
【００１２】基板の殆どの材料はｎ sω＜ｎs2ωの関係
を満たし、また導波路層材料としてＫNbＯ3 を用いると
０次モード基本波と０次モードSH波の位相整合が基本波
波長0.86μm 以上 (SH波波長は0.43μm 以上のブルー領
域）の領域で得られ、ＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路構
造の波長変換装置は光ディスク用光源に必要な前記４条
件のうち０次モード基本波と０次モードSH波との位相整
合が実現出来、しかも波長が十分短いという条件も満た
すこととなる。
を満たし、また導波路層材料としてＫNbＯ3 を用いると
０次モード基本波と０次モードSH波の位相整合が基本波
波長0.86μm 以上 (SH波波長は0.43μm 以上のブルー領
域）の領域で得られ、ＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路構
造の波長変換装置は光ディスク用光源に必要な前記４条
件のうち０次モード基本波と０次モードSH波との位相整
合が実現出来、しかも波長が十分短いという条件も満た
すこととなる。
【００１３】図８は本発明者等が試作したスラブ導波路
構造の波長変換装置の構成を示す模式図である。図７に
おいてａ，ｂ，ｃは夫々結晶軸を示している。図７中11
は(112バー0)面カットの水晶製の基板であり、この基板
１の表面全面にLPE 法を用いてｃ軸配向の厚さ2.1 μm
のＫNbＯ3 結晶からなるスラブ導波路層42を積層形成し
てスラブ導波路構造の波長変換装置を作成した。
構造の波長変換装置の構成を示す模式図である。図７に
おいてａ，ｂ，ｃは夫々結晶軸を示している。図７中11
は(112バー0)面カットの水晶製の基板であり、この基板
１の表面全面にLPE 法を用いてｃ軸配向の厚さ2.1 μm
のＫNbＯ3 結晶からなるスラブ導波路層42を積層形成し
てスラブ導波路構造の波長変換装置を作成した。
【００１４】図９は非線形光学媒質であるＫNbＯ3 の屈
折率を示すグラフであり、横軸に波長 (μm)を、また縦
軸に屈折率をとって示してある。グラフ中ｎa ，ｎb 及
びｎc は夫々ａ軸，ｂ軸及びｃ軸方向の主屈折率であ
る。波長0.86μm のときの主屈折率ｎb の値とその半分
の波長0.43μm でのｎc の値を比較すると略等しくなっ
ており、同様にして波長λでの主屈折率ｎb の値と波長
λ/2での主屈折率ｎc の値とを比較すると、λ＞0.86
(μm)の領域でｎb ＞ｎc の関係が成立することが解
る。
折率を示すグラフであり、横軸に波長 (μm)を、また縦
軸に屈折率をとって示してある。グラフ中ｎa ，ｎb 及
びｎc は夫々ａ軸，ｂ軸及びｃ軸方向の主屈折率であ
る。波長0.86μm のときの主屈折率ｎb の値とその半分
の波長0.43μm でのｎc の値を比較すると略等しくなっ
ており、同様にして波長λでの主屈折率ｎb の値と波長
λ/2での主屈折率ｎc の値とを比較すると、λ＞0.86
(μm)の領域でｎb ＞ｎc の関係が成立することが解
る。
【００１５】従って基本波の偏波方向をｂ軸方向に、SH
波の偏波方向をｃ軸方向にとると、夫々基本波はｎb
を、SH波はｎc を感じることになり、基本波の波長が0.
86μmよりも長い領域で基本波に対する導波路の屈折率
ｎ fωとSH波に対する導波路の屈折率ｎf2ωとの間には
次の関係ｎ fω＞ｎf2ωが成立する。なお、このときの
基本波, SH波の進行方向はａ軸方向であり、基本波から
SH波への波長変換には非線形光学定数ｄ32が関与するこ
とになる。
波の偏波方向をｃ軸方向にとると、夫々基本波はｎb
を、SH波はｎc を感じることになり、基本波の波長が0.
86μmよりも長い領域で基本波に対する導波路の屈折率
ｎ fωとSH波に対する導波路の屈折率ｎf2ωとの間には
次の関係ｎ fω＞ｎf2ωが成立する。なお、このときの
基本波, SH波の進行方向はａ軸方向であり、基本波から
SH波への波長変換には非線形光学定数ｄ32が関与するこ
とになる。
【００１６】そしてこのようなスラブ導波路構造の波長
変換装置に対し室温における発振波長が0.88μm である
半導体レーザ素子４で発生させたレーザ光を基本波LDと
してスラブ導波路層42に対しａ軸方向（長さ10mm) にTE
0 (電界が基板に平行) モードで伝播するように入射し
た。
変換装置に対し室温における発振波長が0.88μm である
半導体レーザ素子４で発生させたレーザ光を基本波LDと
してスラブ導波路層42に対しａ軸方向（長さ10mm) にTE
0 (電界が基板に平行) モードで伝播するように入射し
た。
【００１７】レーザ光の波長を温度制御により0.88μm
近傍で微調整したところ、スラブ導波路層42内で放射状
に広がりながら伝播する波長約0.88μm の基本波LDのう
ち、位相整合が成立つ伝播角度の範囲内で波長変換が起
こり、SH波SHが生じた。スラブ導波路層42端面からの出
射光を赤外光カットフィルタ（図示せず）に通し、SH波
出射光SH1 のみを観測したところ、半導体レーザ素子４
の出力が95mWのときの出力は約0.2mW であった。半導体
レーザ素子４からスラブ導波路層42への基本波の結合効
率は約30％と考えられるので、スラブ導波路層42内の基
本波からSH波への変換効率は約１％と換算される。
近傍で微調整したところ、スラブ導波路層42内で放射状
に広がりながら伝播する波長約0.88μm の基本波LDのう
ち、位相整合が成立つ伝播角度の範囲内で波長変換が起
こり、SH波SHが生じた。スラブ導波路層42端面からの出
射光を赤外光カットフィルタ（図示せず）に通し、SH波
出射光SH1 のみを観測したところ、半導体レーザ素子４
の出力が95mWのときの出力は約0.2mW であった。半導体
レーザ素子４からスラブ導波路層42への基本波の結合効
率は約30％と考えられるので、スラブ導波路層42内の基
本波からSH波への変換効率は約１％と換算される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した如く
導波路材料としてＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路構造の
波長変換装置においては、光ディスク用光源としての条
件のうち、SH波出射光強度分布が単峰である点、SH波波
長をブルー領域まで短くできる点は満たしているもの
の、図７に示すように、出射端でのSH波のスポットは帯
状であり、通常のコリメータレンズ, 集光レンズを組合
せたレンズ系では微小スポットに集光することはでき
ず、また基本波の閉じ込めが不十分であるため、光ディ
スクの再生に必要な２mW以上の出力が得られないという
問題が残った。
導波路材料としてＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路構造の
波長変換装置においては、光ディスク用光源としての条
件のうち、SH波出射光強度分布が単峰である点、SH波波
長をブルー領域まで短くできる点は満たしているもの
の、図７に示すように、出射端でのSH波のスポットは帯
状であり、通常のコリメータレンズ, 集光レンズを組合
せたレンズ系では微小スポットに集光することはでき
ず、また基本波の閉じ込めが不十分であるため、光ディ
スクの再生に必要な２mW以上の出力が得られないという
問題が残った。
【００１９】本発明はかかる従来の問題点を解決すべく
なされたものであって、導波路をチャンネル導波路構造
にすることにより光出射端での光強度が単峰であるこ
と、SH波波長が十分短いことに加えて、出射端でのスポ
ット径が十分小さいこと、２mW以上の出力が得られるこ
との４つの条件全てを満たす波長変換装置を提供するこ
とを目的とする。
なされたものであって、導波路をチャンネル導波路構造
にすることにより光出射端での光強度が単峰であるこ
と、SH波波長が十分短いことに加えて、出射端でのスポ
ット径が十分小さいこと、２mW以上の出力が得られるこ
との４つの条件全てを満たす波長変換装置を提供するこ
とを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】第１の本発明に係る波長
変換装置は、基板上に導波路層及びクラッド層を重ねて
形成され、前記導波路層の非線形光学効果を利用して可
干渉光の基本波から第２高調波を発生させるようにした
波長変換装置において、前記導波路層をリッジ形チャン
ネル部をもつ導波路層として構成し、そのチャンネル部
の膜厚は、基板，スラブ導波路層，クラッド層夫々の材
質を夫々前記基板，チャンネル部をもつ導波路層，クラ
ッド層夫々と同じにしたスラブ導波路構造の波長変換装
置における０次モード基本波と０次モード第２高調波と
が位相整合するときの前記スラブ導波路層の膜厚ｔ0 よ
りも厚く、またチャンネル部の両側の膜厚はｔ0 よりも
薄くしたことを特徴とする。
変換装置は、基板上に導波路層及びクラッド層を重ねて
形成され、前記導波路層の非線形光学効果を利用して可
干渉光の基本波から第２高調波を発生させるようにした
波長変換装置において、前記導波路層をリッジ形チャン
ネル部をもつ導波路層として構成し、そのチャンネル部
の膜厚は、基板，スラブ導波路層，クラッド層夫々の材
質を夫々前記基板，チャンネル部をもつ導波路層，クラ
ッド層夫々と同じにしたスラブ導波路構造の波長変換装
置における０次モード基本波と０次モード第２高調波と
が位相整合するときの前記スラブ導波路層の膜厚ｔ0 よ
りも厚く、またチャンネル部の両側の膜厚はｔ0 よりも
薄くしたことを特徴とする。
【００２１】第２の本発明に係る波長変換装置は、基板
上にスラブ導波路層及び第１，第２のクラッド層を重ね
て形成され、前記導波路層の非線形光学効果を利用して
可干渉光の基本波から第２高調波を発生させるようにし
た波長変換装置において、前記導波路層上の第１のクラ
ッド層を装荷形のチャンネル部として構成し、また前記
導波路層の膜厚ｔg は、基板，スラブ導波路層及びクラ
ッド層夫々の材料を、前記基板，スラブ導波路層及び第
２のクラッド層夫々と同じにしたスラブ導波路構造の波
長変換装置における０次モード基本波と０次モード第２
高調波とが位相整合するときのスラブ導波路層の膜厚ｔ
1 と、基板，スラブ導波路層，第１，第２のクラッド層
夫々の材料を、前記基板，スラブ導波路層，第１，第２
のクラッド層夫々と同じにしたスラブ導波路構造の波長
変換装置における０次モード基本波と０次モード第２高
調波とが位相整合するときのスラブ導波路層の膜厚ｔ2
との中間の値に設定したことを特徴とする。
上にスラブ導波路層及び第１，第２のクラッド層を重ね
て形成され、前記導波路層の非線形光学効果を利用して
可干渉光の基本波から第２高調波を発生させるようにし
た波長変換装置において、前記導波路層上の第１のクラ
ッド層を装荷形のチャンネル部として構成し、また前記
導波路層の膜厚ｔg は、基板，スラブ導波路層及びクラ
ッド層夫々の材料を、前記基板，スラブ導波路層及び第
２のクラッド層夫々と同じにしたスラブ導波路構造の波
長変換装置における０次モード基本波と０次モード第２
高調波とが位相整合するときのスラブ導波路層の膜厚ｔ
1 と、基板，スラブ導波路層，第１，第２のクラッド層
夫々の材料を、前記基板，スラブ導波路層，第１，第２
のクラッド層夫々と同じにしたスラブ導波路構造の波長
変換装置における０次モード基本波と０次モード第２高
調波とが位相整合するときのスラブ導波路層の膜厚ｔ2
との中間の値に設定したことを特徴とする。
【００２２】
【作用】第１の発明にあっては導波路層をリッジ形チャ
ンネル導波路構造とし、そのリッジ部の膜厚は、基板,
導波路層，クラッド層夫々の材質を基板, リッジ形チャ
ンネル導波路構造の導波路層, クラッド層からなる波長
変換装置における基板,リッジ形チャンネル導波路構造
の導波路層, クラッド層夫々と同じにしたスラブ導波路
型波長変換装置における０次モード基本波と０次モード
第２高調波とが位相整合するときの前記導波路層の膜厚
ｔ0 よりも厚く、またリッジ部の両側の薄肉部は前記膜
厚ｔ0 よりも薄くしたから、リッジ部の屈折率は基本波
に対するよりも第２高調波に対する値が小さくなり、ま
たリッジ部の両側の薄肉部の屈折率は逆に第２高調波に
対するよりも基本波に対する値が小さくなり、チャンネ
ル部軸方向のチャンネル部幅に対する導波モード分散曲
線はいずれかのチャンネル部幅で必ず交差、換言すれば
位相整合が得られることとなる。
ンネル導波路構造とし、そのリッジ部の膜厚は、基板,
導波路層，クラッド層夫々の材質を基板, リッジ形チャ
ンネル導波路構造の導波路層, クラッド層からなる波長
変換装置における基板,リッジ形チャンネル導波路構造
の導波路層, クラッド層夫々と同じにしたスラブ導波路
型波長変換装置における０次モード基本波と０次モード
第２高調波とが位相整合するときの前記導波路層の膜厚
ｔ0 よりも厚く、またリッジ部の両側の薄肉部は前記膜
厚ｔ0 よりも薄くしたから、リッジ部の屈折率は基本波
に対するよりも第２高調波に対する値が小さくなり、ま
たリッジ部の両側の薄肉部の屈折率は逆に第２高調波に
対するよりも基本波に対する値が小さくなり、チャンネ
ル部軸方向のチャンネル部幅に対する導波モード分散曲
線はいずれかのチャンネル部幅で必ず交差、換言すれば
位相整合が得られることとなる。
【００２３】また第２の本発明にあっては、導波路を、
導波路層上に装荷部たる第１のクラッド層、更に第２の
クラッド層を積層形成してなる装荷形チャンネル導波路
構造に構成し、前記導波路層の膜厚を基板，導波路層及
び第２のクラッド部を重ねて形成したスラブ導波路構造
の波長変換装置における０次モード基本波と０次モード
第２高調波とが位相整合するときの導波路層の膜厚ｔ1
と、基板，導波路層及び第１のクラッド層，第２のクラ
ッド層からなるスラブ導波路構造の波長変換装置におけ
る０次モード基本波と０次モード第２高調波とが位相製
造するときの導波路層の膜厚ｔ2 との中間の値に設定し
たチャンネル部の屈折率は第２高調波に対するよりも基
本波に対する値が大きくなり、またチャンネル部の両側
部分の屈折率は逆に第２高調波に対するよりも基本波に
対する値が大きくなり、チャンネル部軸方向のチャンネ
ル部幅に対するモード分散曲線はいずれかのチャンネル
部幅で必ず交差、換言すれば位相整合が得られることと
なる。
導波路層上に装荷部たる第１のクラッド層、更に第２の
クラッド層を積層形成してなる装荷形チャンネル導波路
構造に構成し、前記導波路層の膜厚を基板，導波路層及
び第２のクラッド部を重ねて形成したスラブ導波路構造
の波長変換装置における０次モード基本波と０次モード
第２高調波とが位相整合するときの導波路層の膜厚ｔ1
と、基板，導波路層及び第１のクラッド層，第２のクラ
ッド層からなるスラブ導波路構造の波長変換装置におけ
る０次モード基本波と０次モード第２高調波とが位相製
造するときの導波路層の膜厚ｔ2 との中間の値に設定し
たチャンネル部の屈折率は第２高調波に対するよりも基
本波に対する値が大きくなり、またチャンネル部の両側
部分の屈折率は逆に第２高調波に対するよりも基本波に
対する値が大きくなり、チャンネル部軸方向のチャンネ
ル部幅に対するモード分散曲線はいずれかのチャンネル
部幅で必ず交差、換言すれば位相整合が得られることと
なる。
【００２４】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。 （実施例１）図１は本発明に係る波長変換装置の模式図
であり、ａ，ｂ，ｃは結晶軸を示している。図中１は(1
12バー0)面でカットした水晶製の基板であり、基板１の
表面には表面中央部にａ軸方向の全長にわたって断面凸
形のチャンネル部2aを備え、その両側をこれよりも厚さ
の薄い薄肉部2bとしたｃ軸配向のＫNbＯ3 からなるチャ
ンネル導波路層２を形成してチャンネル導波路構造の波
長変換装置を構成してある。４はチャンネル部2aの一端
面に臨ませた半導体レーザ素子である。なおチャンネル
部2a上にはクラッド層たる空気層５（図２(a) 参照) が
存在する。
具体的に説明する。 （実施例１）図１は本発明に係る波長変換装置の模式図
であり、ａ，ｂ，ｃは結晶軸を示している。図中１は(1
12バー0)面でカットした水晶製の基板であり、基板１の
表面には表面中央部にａ軸方向の全長にわたって断面凸
形のチャンネル部2aを備え、その両側をこれよりも厚さ
の薄い薄肉部2bとしたｃ軸配向のＫNbＯ3 からなるチャ
ンネル導波路層２を形成してチャンネル導波路構造の波
長変換装置を構成してある。４はチャンネル部2aの一端
面に臨ませた半導体レーザ素子である。なおチャンネル
部2a上にはクラッド層たる空気層５（図２(a) 参照) が
存在する。
【００２５】図２は図１に示す本発明装置のチャンネル
導波路層２と図８に示すのと同様のスラブ導波路構造の
波長変換装置における導波路層42との関係を示す部分拡
大断面図であり、図２(a) に示す本発明装置におけるチ
ャンネル導波路層２の薄肉部2bの厚さｔf はスラブ導波
路層42の厚さｔ0 より小さく（ｔf ＜ｔ0 ）、また本発
明装置におけるチャンネル導波路層２のチャンネル部2a
の厚さｔr はｔ0 より厚く（ｔr ＞ｔ0 ）設定してあ
る。なお、薄肉部2bはなくても、換言すれば厚さ０でも
よい。
導波路層２と図８に示すのと同様のスラブ導波路構造の
波長変換装置における導波路層42との関係を示す部分拡
大断面図であり、図２(a) に示す本発明装置におけるチ
ャンネル導波路層２の薄肉部2bの厚さｔf はスラブ導波
路層42の厚さｔ0 より小さく（ｔf ＜ｔ0 ）、また本発
明装置におけるチャンネル導波路層２のチャンネル部2a
の厚さｔr はｔ0 より厚く（ｔr ＞ｔ0 ）設定してあ
る。なお、薄肉部2bはなくても、換言すれば厚さ０でも
よい。
【００２６】図２(b) に示す波長変換装置は図８に示す
波長変換装置と同様に基板１上にスラブ導波路層42を積
層して構成されており、基板１，スラブ導波路層42夫々
の材料は図２(a) に示す本発明装置における基板１，導
波路層２夫々と同じであり、且つ波長λ0 の０次モード
基本波と波長λ0 /2の０次モード第２高調波とが位相整
合するよう構成した場合を示しており、そのときのスラ
ブ導波路層42の厚さがｔ0 である。なおチャンネル部2a
上にはクラッド層たる空気層45が存在する。
波長変換装置と同様に基板１上にスラブ導波路層42を積
層して構成されており、基板１，スラブ導波路層42夫々
の材料は図２(a) に示す本発明装置における基板１，導
波路層２夫々と同じであり、且つ波長λ0 の０次モード
基本波と波長λ0 /2の０次モード第２高調波とが位相整
合するよう構成した場合を示しており、そのときのスラ
ブ導波路層42の厚さがｔ0 である。なおチャンネル部2a
上にはクラッド層たる空気層45が存在する。
【００２７】図３(a) はチャンネル部の膜厚と等価屈折
率との関係を示すグラフ、また図３(b) はチャンネル部
幅と等価屈折率との関係を示すグラフである。図３(a)
は横軸に膜厚を、縦軸に等価屈折率をとって示してあ
り、また図３(b) は横軸にチャンネル部幅を、縦軸に等
価屈折率をとって示してある。図３(a) 中Ｃ1 ，Ｃ2 は
夫々TE0 モード基本波における分散曲線 (又はTM0モー
ド基本波の分散曲線) 、TM0 モードSH波の分散曲線 (TE
0 モードSH波の分散曲線) を、またＳ1 はＥ00 y モード
基本波の分散曲線（Ｅ00 x モードの基本波分散曲線）、
Ｓ2 はＥ00 xモードSH波の分散曲線（Ｅ00 y モードSH波
の分散曲線）を示している。
率との関係を示すグラフ、また図３(b) はチャンネル部
幅と等価屈折率との関係を示すグラフである。図３(a)
は横軸に膜厚を、縦軸に等価屈折率をとって示してあ
り、また図３(b) は横軸にチャンネル部幅を、縦軸に等
価屈折率をとって示してある。図３(a) 中Ｃ1 ，Ｃ2 は
夫々TE0 モード基本波における分散曲線 (又はTM0モー
ド基本波の分散曲線) 、TM0 モードSH波の分散曲線 (TE
0 モードSH波の分散曲線) を、またＳ1 はＥ00 y モード
基本波の分散曲線（Ｅ00 x モードの基本波分散曲線）、
Ｓ2 はＥ00 xモードSH波の分散曲線（Ｅ00 y モードSH波
の分散曲線）を示している。
【００２８】図３(a) のグラフから明らかなように膜厚
ｔ0 で位相整合がとれており、そのとき基本波及びSH波
がスラブ導波路層42内で感じる屈折率は共にＮ0 であ
る。チャンネル導波路層２においてはチャンネル部とそ
の両側薄肉部が夫々その部分の構造が２次元的に広がっ
ているスラブ導波路層を仮定して求めた等価屈折率を屈
折率として有しており、その屈折率のチャンネル部幅方
向（ｙ方向）の分布によって導波モードが決定される。
ｔ0 で位相整合がとれており、そのとき基本波及びSH波
がスラブ導波路層42内で感じる屈折率は共にＮ0 であ
る。チャンネル導波路層２においてはチャンネル部とそ
の両側薄肉部が夫々その部分の構造が２次元的に広がっ
ているスラブ導波路層を仮定して求めた等価屈折率を屈
折率として有しており、その屈折率のチャンネル部幅方
向（ｙ方向）の分布によって導波モードが決定される。
【００２９】図２(a) に示す如くチャンネル部2aの厚み
をｔ0 よりも厚いｔr とし、その両側の薄肉部2bの厚み
をｔ0 よりも薄いｔf とすると、図３(a) より膜厚ｔr
のチャンネル部2aの屈折率は、基本波に対してＮ fω、
SH波に対してＮf2ωであり、Ｎ fω＞Ｎf2ωの関係が成
り立つ。同様に膜厚ｔf の薄肉部2bの屈折率は基本波に
対してＮ sω, SH波に対してＮs2ωであり、Ｎ sω＜Ｎ
s2ωの関係が成り立つ。
をｔ0 よりも厚いｔr とし、その両側の薄肉部2bの厚み
をｔ0 よりも薄いｔf とすると、図３(a) より膜厚ｔr
のチャンネル部2aの屈折率は、基本波に対してＮ fω、
SH波に対してＮf2ωであり、Ｎ fω＞Ｎf2ωの関係が成
り立つ。同様に膜厚ｔf の薄肉部2bの屈折率は基本波に
対してＮ sω, SH波に対してＮs2ωであり、Ｎ sω＜Ｎ
s2ωの関係が成り立つ。
【００３０】従ってチャンネル部幅方向（ｙ方向）のチ
ャンネル部幅Ｗに対する導波モード分散曲線Ｓ1 ，Ｓ2
は図３(b) に示す如くいずれかのチャンネル部幅Ｗで必
ず交差する、即ち位相整合が得られることとなる。
ャンネル部幅Ｗに対する導波モード分散曲線Ｓ1 ，Ｓ2
は図３(b) に示す如くいずれかのチャンネル部幅Ｗで必
ず交差する、即ち位相整合が得られることとなる。
【００３１】このような理論に基づいて基板１の表面に
厚さ2.30μm のｃ軸配向ＫNbＯ3 の結晶膜を作成し、チ
ャンネル部2aを形成すべき位置にリソグラフィ技術によ
り幅4.0 μm のレジストをパターニングした後、これを
マスクとしてRIE(反応性イオンエッチング) 法により約
0.30μm エッチングを施して長さ：10mm、幅Ｗ：4.02μ
m 、厚さｔr ：2.30μm のチャンネル部2aを形成して波
長変換装置を構成した。
厚さ2.30μm のｃ軸配向ＫNbＯ3 の結晶膜を作成し、チ
ャンネル部2aを形成すべき位置にリソグラフィ技術によ
り幅4.0 μm のレジストをパターニングした後、これを
マスクとしてRIE(反応性イオンエッチング) 法により約
0.30μm エッチングを施して長さ：10mm、幅Ｗ：4.02μ
m 、厚さｔr ：2.30μm のチャンネル部2aを形成して波
長変換装置を構成した。
【００３２】チャンネル部2aの厚さｔr を2.30μm とし
たのは基本波波長0.88μm の場合における図２(b) に示
すスラブ導波路層42の厚さは少なくとも2.11μmあれば
位相整合がとれることによる。またチャンネル部2aの幅
Ｗを4.0 μm としたのは薄肉部2bの膜厚を2.0 μm とし
た場合における位相整合チャンネル部幅が4.02μm とな
ることによる。
たのは基本波波長0.88μm の場合における図２(b) に示
すスラブ導波路層42の厚さは少なくとも2.11μmあれば
位相整合がとれることによる。またチャンネル部2aの幅
Ｗを4.0 μm としたのは薄肉部2bの膜厚を2.0 μm とし
た場合における位相整合チャンネル部幅が4.02μm とな
ることによる。
【００３３】このような本発明装置におけるチャンネル
部2aの一端面から、室温下で発振波長約0.88μm のレー
ザ光を基本波としてＥ00 x モードが励振される態様で入
射し、同時にレーザ光の波長を温度制御により微調整し
た結果、基本波としてのレーザ光出力が100mW のとき、
波長約0.44μm のSH波レーザ光出力2.1mW が得られた。
また出射端におけるSH波のスポットを観測した結果、
1/ｅ2 幅で2.1 μm ×5.6 μm であった。なおこのよう
な出射端スポット径であれば通常の光ディスクピックア
ップに用いられる開口数(NA)0.5 の集光レンズにより0.
7 μm ×1.1 μm のスポットにまで絞ることが可能であ
ることが確認された。
部2aの一端面から、室温下で発振波長約0.88μm のレー
ザ光を基本波としてＥ00 x モードが励振される態様で入
射し、同時にレーザ光の波長を温度制御により微調整し
た結果、基本波としてのレーザ光出力が100mW のとき、
波長約0.44μm のSH波レーザ光出力2.1mW が得られた。
また出射端におけるSH波のスポットを観測した結果、
1/ｅ2 幅で2.1 μm ×5.6 μm であった。なおこのよう
な出射端スポット径であれば通常の光ディスクピックア
ップに用いられる開口数(NA)0.5 の集光レンズにより0.
7 μm ×1.1 μm のスポットにまで絞ることが可能であ
ることが確認された。
【００３４】（実施例２）図４は本発明の他の実施例を
示す模式図であり、図中１は(112バー0)面でカットした
水晶製の基板、12はＫNbＯ3 を用いた薄膜導波路層、13
はクラッド層たるチャンネル部を示している。基板１の
表面に厚さ2.10μm のｃ軸配向のＫNbＯ3 の薄膜導波路
層12を積層形成し、更にこの薄膜導波路層12上の幅方向
中央部にａ軸方向の全長（10mm) にわたって断面矩形状
をなす第１のクラッド層たる厚さ1.0 μm のチャンネル
部13を積層形成して装荷形チャンネル導波路構造の波長
変換装置を構成してある。なおチャンネル部13上には第
２のクラッド層たる空気層14（図５(b) 参照) が存在す
る。
示す模式図であり、図中１は(112バー0)面でカットした
水晶製の基板、12はＫNbＯ3 を用いた薄膜導波路層、13
はクラッド層たるチャンネル部を示している。基板１の
表面に厚さ2.10μm のｃ軸配向のＫNbＯ3 の薄膜導波路
層12を積層形成し、更にこの薄膜導波路層12上の幅方向
中央部にａ軸方向の全長（10mm) にわたって断面矩形状
をなす第１のクラッド層たる厚さ1.0 μm のチャンネル
部13を積層形成して装荷形チャンネル導波路構造の波長
変換装置を構成してある。なおチャンネル部13上には第
２のクラッド層たる空気層14（図５(b) 参照) が存在す
る。
【００３５】図５は部分拡大断面図であり、図５(a) に
示す本発明に係る波長変換装置における薄膜導波路層12
の厚さｔg は図５(a) に示すスラブ導波路構造の波長変
換装置（図８の波長変換装置と同じ）におけるスラブ導
波路層42の厚さｔ1 よりも薄く、また図５(c) に示す４
層スラブ導波路構造の波長変換装置におけるスラブ導波
路層22の厚さｔ2 よりも厚く設定し、下式が成立するよ
うにしてある。 ｔ1 ＞ｔg ＞ｔ2
示す本発明に係る波長変換装置における薄膜導波路層12
の厚さｔg は図５(a) に示すスラブ導波路構造の波長変
換装置（図８の波長変換装置と同じ）におけるスラブ導
波路層42の厚さｔ1 よりも薄く、また図５(c) に示す４
層スラブ導波路構造の波長変換装置におけるスラブ導波
路層22の厚さｔ2 よりも厚く設定し、下式が成立するよ
うにしてある。 ｔ1 ＞ｔg ＞ｔ2
【００３６】図５(a) に示すスラブ導波路構造の波長変
換装置は基板１上にスラブ導波路層42を積層して構成さ
れており、その基板１，スラブ導波路層42は図５(b) に
示す本発明に係るチャンネル導波路構造の波長変換装置
における基板１，スラブ導波路層２と夫々同じ材料で形
成され、しかも波長λ0 の０次モード基本波と波長λ0
/2の０次モード第２高調波とが位相整合するよう構成し
た場合を示しており、そのときのスラブ導波路層42の厚
さがｔ1 である。なお、スラブ導波路層42上には第２の
クラッド層たる空気層44が存在する。
換装置は基板１上にスラブ導波路層42を積層して構成さ
れており、その基板１，スラブ導波路層42は図５(b) に
示す本発明に係るチャンネル導波路構造の波長変換装置
における基板１，スラブ導波路層２と夫々同じ材料で形
成され、しかも波長λ0 の０次モード基本波と波長λ0
/2の０次モード第２高調波とが位相整合するよう構成し
た場合を示しており、そのときのスラブ導波路層42の厚
さがｔ1 である。なお、スラブ導波路層42上には第２の
クラッド層たる空気層44が存在する。
【００３７】一方、図５(c) に示すスラブ導波路構造の
波長変換装置は基板１上に、スラブ導波路層22, 第１の
クラッド層23をこの順序に積層し、この第１のクラッド
層23上の第２のクラッド層たる空気層24を含めた４層ス
ラブ導波路構造として構成され、基板１，スラブ導波路
層22，第１のクラッド層23，第２のクラッド層たる空気
層24夫々の材料が図５(b) に示す本発明に係るチャンネ
ル導波路構造の波長変換装置における基板１、スラブ導
波路層12、チャンネル部13、空気層14夫々の材料と同じ
であって、しかも波長λ0 の０次モード基本波と波長λ
0 /2の第２高調波とが位相整合するように構成してあ
り、このときのスラブ導波路層22の厚さがｔ2 である。
波長変換装置は基板１上に、スラブ導波路層22, 第１の
クラッド層23をこの順序に積層し、この第１のクラッド
層23上の第２のクラッド層たる空気層24を含めた４層ス
ラブ導波路構造として構成され、基板１，スラブ導波路
層22，第１のクラッド層23，第２のクラッド層たる空気
層24夫々の材料が図５(b) に示す本発明に係るチャンネ
ル導波路構造の波長変換装置における基板１、スラブ導
波路層12、チャンネル部13、空気層14夫々の材料と同じ
であって、しかも波長λ0 の０次モード基本波と波長λ
0 /2の第２高調波とが位相整合するように構成してあ
り、このときのスラブ導波路層22の厚さがｔ2 である。
【００３８】図６(a) は空気層をクラッド層とする図５
(a) に示す如き３層スラブ導波路構造の波長変換装置に
おける基本波とSH波との位相整合の態様及び導波路材質
よりも小さな屈折率を有する厚さｔd のクラッド層を積
層した図５(c) に示す如き４層スラブ導波路構造の波長
変換装置における基本波とSH波との位相整合の態様を夫
々模式的に表わした説明図である。グラフ中、Ｃ1 ，Ｃ
2 は夫々上記３層スラブ導波路構造の波長変換装置にお
ける基本波,SH 波の分散曲線、また、Ｃ1 ′，Ｃ2 ′は
夫々上記４層スラブ導波路構造の波長変換装置における
基本波,SH 波の分散曲線である。分散曲線Ｃ1 ，Ｃ2 は
膜厚ｔ1 で位相整合がとれ、また分散曲線Ｃ1 ′，
Ｃ2 ′は膜厚ｔ2 で位相整合がとれている。
(a) に示す如き３層スラブ導波路構造の波長変換装置に
おける基本波とSH波との位相整合の態様及び導波路材質
よりも小さな屈折率を有する厚さｔd のクラッド層を積
層した図５(c) に示す如き４層スラブ導波路構造の波長
変換装置における基本波とSH波との位相整合の態様を夫
々模式的に表わした説明図である。グラフ中、Ｃ1 ，Ｃ
2 は夫々上記３層スラブ導波路構造の波長変換装置にお
ける基本波,SH 波の分散曲線、また、Ｃ1 ′，Ｃ2 ′は
夫々上記４層スラブ導波路構造の波長変換装置における
基本波,SH 波の分散曲線である。分散曲線Ｃ1 ，Ｃ2 は
膜厚ｔ1 で位相整合がとれ、また分散曲線Ｃ1 ′，
Ｃ2 ′は膜厚ｔ2 で位相整合がとれている。
【００３９】これに対して本発明に係る波長変換装置で
ある図５(b) に示す装荷形チャンネル導波路はチャンネ
ル部13のみが図５(c) に示す４層構造導波路で、他の部
分が図５(a) に示す３層構造導波路であると見なせるか
ら、チャンネル部幅方向（ｙ方向）の分散特性は実施例
１と同様な方法で解析することができる。即ち、図５
(b) に示す如くスラブ導波路層12の厚みｔg をｔ1 とｔ
2 との間の値にとることで、図６(a) に示す如くチャン
ネル部12の屈折率は基本波に対してＮ fω、SH波に対し
てＮf2ωであり、Ｎ fω＞Ｎf2ωの関係が成り立つ。ま
たチャンネル部両側の３層領域における屈折率は基本波
に対してＮ sω、SH波に対してＮs2ωであり、Ｎ sω＜
Ｎs2ωの関係が成り立つ。
ある図５(b) に示す装荷形チャンネル導波路はチャンネ
ル部13のみが図５(c) に示す４層構造導波路で、他の部
分が図５(a) に示す３層構造導波路であると見なせるか
ら、チャンネル部幅方向（ｙ方向）の分散特性は実施例
１と同様な方法で解析することができる。即ち、図５
(b) に示す如くスラブ導波路層12の厚みｔg をｔ1 とｔ
2 との間の値にとることで、図６(a) に示す如くチャン
ネル部12の屈折率は基本波に対してＮ fω、SH波に対し
てＮf2ωであり、Ｎ fω＞Ｎf2ωの関係が成り立つ。ま
たチャンネル部両側の３層領域における屈折率は基本波
に対してＮ sω、SH波に対してＮs2ωであり、Ｎ sω＜
Ｎs2ωの関係が成り立つ。
【００４０】従って、チャンネル幅方向（ｙ方向）のチ
ャンネル部幅に対する導波モード分散曲線Ｓ1 ，Ｓ2 は
図６(b) に示す如く或るチャンネル部幅Ｗで必ず交差、
即ち位相整合が得られることが解る。
ャンネル部幅に対する導波モード分散曲線Ｓ1 ，Ｓ2 は
図６(b) に示す如く或るチャンネル部幅Ｗで必ず交差、
即ち位相整合が得られることが解る。
【００４１】上述の如き理論に基づいて、(112バー0)面
でカットした水晶の基板１上に厚さ2.10μm のｃ軸配向
のＫNbＯ3 結晶からなるスラブ導波路層12を積層形成
し、このスラブ導波路層12のａ軸方向の全長にわたって
チャンネルストライプが形成されるようリソグラフィ技
術によって幅4.7 μm の窓をもつレジストをパターニン
グし、プラズマCVD 法によりSi3 Ｎ4 を1.0 μm 堆積し
た後、リフトオフ法によりレジスト及びチャンネルスト
ライプ部分以外のSi3 Ｎ4 を除去し、長さ10mmのチャン
ネル部13を形成して図４に示す如き波長変換装置を構成
した。
でカットした水晶の基板１上に厚さ2.10μm のｃ軸配向
のＫNbＯ3 結晶からなるスラブ導波路層12を積層形成
し、このスラブ導波路層12のａ軸方向の全長にわたって
チャンネルストライプが形成されるようリソグラフィ技
術によって幅4.7 μm の窓をもつレジストをパターニン
グし、プラズマCVD 法によりSi3 Ｎ4 を1.0 μm 堆積し
た後、リフトオフ法によりレジスト及びチャンネルスト
ライプ部分以外のSi3 Ｎ4 を除去し、長さ10mmのチャン
ネル部13を形成して図４に示す如き波長変換装置を構成
した。
【００４２】スラブ導波路層12の膜厚さを2.10μm とす
るのは基本波波長0.88μm の場合は図５(a) に示す如く
３層スラブ導波路構造の波長変換装置においてはＫNbＯ
3 を用いたスラブ導波路層の厚さが2.11μm で、また厚
さ1.0 μm のSi3 Ｎ4 を第１のクラッド層、空気層を第
２のクラッド層とする４層スラブ導波路構造の波長変換
装置においてはＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路層の厚さ
が計算上2.03μmで夫々位相整合がとれることによる。
また、チャンネル部13の幅を4.7 μm と設定したのは、
スラブ導波路層12の膜厚を2.10μm とし、第１のクラッ
ド層の膜厚を1.0 μm としたときの位相整合がとれる計
算上のチャンネル部幅は4.71μm であることによる。
るのは基本波波長0.88μm の場合は図５(a) に示す如く
３層スラブ導波路構造の波長変換装置においてはＫNbＯ
3 を用いたスラブ導波路層の厚さが2.11μm で、また厚
さ1.0 μm のSi3 Ｎ4 を第１のクラッド層、空気層を第
２のクラッド層とする４層スラブ導波路構造の波長変換
装置においてはＫNbＯ3 を用いたスラブ導波路層の厚さ
が計算上2.03μmで夫々位相整合がとれることによる。
また、チャンネル部13の幅を4.7 μm と設定したのは、
スラブ導波路層12の膜厚を2.10μm とし、第１のクラッ
ド層の膜厚を1.0 μm としたときの位相整合がとれる計
算上のチャンネル部幅は4.71μm であることによる。
【００４３】このような波長変換装置について、半導体
レーザ素子４から発生させたレーザ光を基本波としてチ
ャンネル部13を積層されている部分のスラブ導波路層12
に入射したところ、波長約0.44μm のSH波の出力約2.7m
W が得られた。なおSH波の出射端のスポット径は１/e2
幅で1.9 μm ×9.8 μm であり、実施例１において用い
たのと同様の光学系を用いて0.7μm ×1.9 μm のスポ
ットに集光し得ることが確認された。
レーザ素子４から発生させたレーザ光を基本波としてチ
ャンネル部13を積層されている部分のスラブ導波路層12
に入射したところ、波長約0.44μm のSH波の出力約2.7m
W が得られた。なおSH波の出射端のスポット径は１/e2
幅で1.9 μm ×9.8 μm であり、実施例１において用い
たのと同様の光学系を用いて0.7μm ×1.9 μm のスポ
ットに集光し得ることが確認された。
【００４４】なお、実施例１，２においては基板として
(112バー0)面カット水晶製の基板を用いた構成を示した
が、例えば(112バー0)面カットのサファイア,(100)面カ
ットのKTP(KTiOPO4 ）等を用いても同様な効果が得ら
れ、また、適当な基板を選ぶことにより、ｂ軸配向のＫ
NbＯ3 結晶薄膜を形成させ、基本波をＥ00 x モード、SH
波をＥ00 y モードとしてもよい。
(112バー0)面カット水晶製の基板を用いた構成を示した
が、例えば(112バー0)面カットのサファイア,(100)面カ
ットのKTP(KTiOPO4 ）等を用いても同様な効果が得ら
れ、また、適当な基板を選ぶことにより、ｂ軸配向のＫ
NbＯ3 結晶薄膜を形成させ、基本波をＥ00 x モード、SH
波をＥ00 y モードとしてもよい。
【００４５】更に実施例２における装荷形チャンネル導
波路構造の波長変換装置における装荷材料はSi3 Ｎ4 に
限らず他の材料でもよい。更に両実施例１，２において
は基本波波長を0.88μm とした場合を示したが、0.86μ
m よりも長い波長であれば、いずれの波長においても本
発明の効果が得られることは言うまでもない。
波路構造の波長変換装置における装荷材料はSi3 Ｎ4 に
限らず他の材料でもよい。更に両実施例１，２において
は基本波波長を0.88μm とした場合を示したが、0.86μ
m よりも長い波長であれば、いずれの波長においても本
発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】以上の如く本発明にあっては第２高調波
の波長がブルー領域となる波長帯域において基本波と第
２高調波との位相整合が可能となり、出射端での光強度
分布が単峰であって、しかもブルー領域の第２高調波が
得られ、また基本波と第２高調波とを断面積の小さいチ
ャンネル部内に閉じ込めることが可能となって出射端面
でのスポット径も小さく出来、更に、例えば光ディスク
の再生用等して必要とされる所定の出力が得られる等本
発明は優れた効果を奏するものである。
の波長がブルー領域となる波長帯域において基本波と第
２高調波との位相整合が可能となり、出射端での光強度
分布が単峰であって、しかもブルー領域の第２高調波が
得られ、また基本波と第２高調波とを断面積の小さいチ
ャンネル部内に閉じ込めることが可能となって出射端面
でのスポット径も小さく出来、更に、例えば光ディスク
の再生用等して必要とされる所定の出力が得られる等本
発明は優れた効果を奏するものである。
【図１】本発明に係る波長変換装置の模式図である。
【図２】図１に示す実施例の導波路層の拡大断面図であ
る。
る。
【図３】導波路の導波モード分散特性を示すグラフであ
る。
る。
【図４】本発明の他の実施例を示す模式図である。
【図５】図４に示す実施例の導波路層、クラッド層の部
分拡大断面図である。
分拡大断面図である。
【図６】同じく導波モード分散特性を示すグラフであ
る。
る。
【図７】従来装置の模式図である。
【図８】本発明者等の設計による波長変換装置の模式図
である。
である。
【図９】図８に示す本発明者等の設計に係る波長変換装
置の設計思想を説明するための導波モード分散曲線を示
すグラフである。
置の設計思想を説明するための導波モード分散曲線を示
すグラフである。
【図１０】ＫNbＯ3 の屈折率を示すグラフである。
１ 基板 ２ 導波路層 2a チャンネル部 2b 薄肉部 ４ 半導体レーザ素子 ５ 空気層（クラッド層） 12 導波路層 13 チャンネル部（第１のクラッド層） 14 空気層（第２のクラッド層）
フロントページの続き (72)発明者 野中 英幸 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 山口 隆夫 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に導波路層及びクラッド層を重ね
て形成され、前記導波路層の非線形光学効果を利用して
可干渉光の基本波から第２高調波を発生させるようにし
た波長変換装置において、 前記導波路層をリッジ形チャンネル部をもつ導波路層と
して構成し、そのチャンネル部の膜厚は、基板，スラブ
導波路層，クラッド層夫々の材質を夫々前記基板，チャ
ンネル部をもつ導波路層，クラッド層夫々と同じにした
スラブ導波路構造の波長変換装置における０次モード基
本波と０次モード第２高調波とが位相整合するときの前
記スラブ導波路層の膜厚ｔ0 よりも厚く、またチャンネ
ル部の両側の膜厚はｔ0 よりも薄くしたことを特徴とす
る波長変換装置。 - 【請求項２】 基板上にスラブ導波路層及び第１，第２
のクラッド層を重ねて形成され、前記導波路層の非線形
光学効果を利用して可干渉光の基本波から第２高調波を
発生させるようにした波長変換装置において、 前記導波路層上の第１のクラッド層を装荷形のチャンネ
ル部として構成し、また前記導波路層の膜厚ｔg は、基
板，スラブ導波路層及びクラッド層夫々の材料を、前記
基板，スラブ導波路層及び第２のクラッド層夫々と同じ
にしたスラブ導波路構造の波長変換装置における０次モ
ード基本波と０次モード第２高調波とが位相整合すると
きのスラブ導波路層の膜厚ｔ1 と、基板，スラブ導波路
層，第１，第２のクラッド層夫々の材料を、前記基板，
スラブ導波路層，第１，第２のクラッド層夫々と同じに
したスラブ導波路構造の波長変換装置における０次モー
ド基本波と０次モード第２高調波とが位相整合するとき
のスラブ導波路層の膜厚ｔ2 との中間の値に設定したこ
とを特徴とする波長変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234123A JPH0545691A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 波長変換装置 |
| US07/930,190 US5343484A (en) | 1991-08-20 | 1992-08-12 | SHG (second-harmonic generation) device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234123A JPH0545691A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545691A true JPH0545691A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16965998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3234123A Pending JPH0545691A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 波長変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5343484A (ja) |
| JP (1) | JPH0545691A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69413572T2 (de) * | 1993-02-08 | 1999-05-20 | Sony Corp | Optischer Wellenleiter für die Frequenzverdopplung |
| DE19627793C2 (de) * | 1996-07-10 | 2002-02-28 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Wellenleiter |
| US20050160544A1 (en) * | 2004-01-26 | 2005-07-28 | Marc Geller | Contoured grill brush |
| US7627008B2 (en) * | 2006-07-10 | 2009-12-01 | Choong Bum Park | Laser apparatus and method for harmonic beam generation |
| US9939709B2 (en) * | 2015-08-21 | 2018-04-10 | Tdk Corporation | Optical waveguide element and optical modulator using the same |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4763019A (en) * | 1986-09-09 | 1988-08-09 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Apparatus comprising harmonic generation means |
| EP0334363B1 (en) * | 1988-03-25 | 1995-09-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converter device |
| US5175784A (en) * | 1989-12-19 | 1992-12-29 | Ibiden Co., Ltd. | Second harmonic wave generating device |
| JPH0453933A (ja) * | 1990-06-22 | 1992-02-21 | Ibiden Co Ltd | 第２高調波発生素子 |
| JP2689184B2 (ja) * | 1990-10-18 | 1997-12-10 | パイオニア株式会社 | 光波長変換装置 |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3234123A patent/JPH0545691A/ja active Pending
-
1992
- 1992-08-12 US US07/930,190 patent/US5343484A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5343484A (en) | 1994-08-30 |
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