JPH055921A - Wavelength conversion element - Google Patents

Wavelength conversion element

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JPH055921A
JPH055921A JP15888891A JP15888891A JPH055921A JP H055921 A JPH055921 A JP H055921A JP 15888891 A JP15888891 A JP 15888891A JP 15888891 A JP15888891 A JP 15888891A JP H055921 A JPH055921 A JP H055921A
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JP
Japan
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waveguide
wavelength conversion
conversion element
omega
phase matching
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JP15888891A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyobumi Chikuma
清文 竹間
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Pioneer Corp
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Pioneer Electronic Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a wavelength conversion element capable of increasing the conversion efficiency of a 2nd harmonic light. CONSTITUTION:Assuming that the equivalent refractive indexes of 1st and 2nd waveguides 20, 40 to a reference wave are respectively N1(omega) and N2(omega), the equivalent refractive index of the 1st waveguide 20 to a secondary harmonic wave is N1(2omega) in the wavelength conversion element provided with the 1st waveguide 20 embedded in a base 10 consisting of a non-linear optical material to guide incident light and the 2nd waveguide 40 provided in the vicinity of the 1st waveguide 20 to execute phase matching, the phase matching can be attained by the interaction of the two waveguides 20, 40 while satisfying a condition N1(omega)>N2(omega) and a condition that the ratio of N1(2omega) to an arithmetic mean value (N1(omega)+N2(omega)/2 between N1(omega) and N2(omega) is 0.90:1 to 1.05:1.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は波長変換素子、特に、非
線形光学材料を利用した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 wavelength conversion element, and more particularly to a wavelength conversion element using a nonlinear optical material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、非線形光学結晶に導波路を形成
し、光を微小な領域に閉じ込め、高効率な波長変換を行
う波長変換素子が種々提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various wavelength conversion elements have been proposed which form a waveguide in a nonlinear optical crystal, confine light in a minute region, and perform wavelength conversion with high efficiency.

【0003】一例として、LiNbO3 結晶に形成され
た3次元導波路による第二高調波光について説明する。
図3に示されるように、Y板結晶の光学軸X,Y,Z
(屈折率n0 ,n0 ,ne )をとり、これに一致させ
て、導波路の座標軸をとる。入射光は、角周波数ωのE
y 基本モードであり、出力光の第二高調波光は、角周波
数2ωのEz 基本モードである。このような構成からな
る波長変換素子では非線形定数d31のテンソル成分を利
用することになる。
As an example, the second harmonic light by the three-dimensional waveguide formed in the LiNbO 3 crystal will be described.
As shown in FIG. 3, the optical axes X, Y, Z of the Y plate crystal are shown.
(Refractive index n 0 , n 0 , n e ) is taken, and it is made to coincide with this, and the coordinate axis of the waveguide is taken. Incident light has an E of angular frequency ω
This is the y fundamental mode, and the second harmonic light of the output light is the E z fundamental mode having an angular frequency of 2ω. The wavelength conversion element having such a configuration uses the tensor component of the nonlinear constant d 31 .

【0004】この場合、第二高調波光の出力P2 は入力
光の出力P1 、素子の長さL、非線形定数d31を用い
て、下記式のように表される。
In this case, the output P 2 of the second harmonic light is expressed by the following equation using the output P 1 of the input light, the element length L and the nonlinear constant d 31 .

【0005】[0005]

【数1】 ここで、g1 ,g2 は各導波モードの規格化電界分布関
数であり、g1 2 ・g 2 に関連した面積積分は導波モー
ドの重畳積分であり、積分範囲は導波路断面である。△
β=β2 −2β1 であり、β1 ,β2 は各導波路モード
の伝搬定数を表す。
[Equation 1]Where g1, G2Is the normalized electric field distribution function of each guided mode.
Is a number, g1 2・ G 2The area integral associated with
Is a superimposition integral of the waveguide, and the integration range is the waveguide cross section. △
β = β2-2β1And β1, Β2Is each waveguide mode
Represents the propagation constant of.

【0006】上記式より、高い変換効率を得るために
は、位相整合条件を満たすこと(△β=0),より大き
な非線形定数を利用すること,および重畳積分を大きく
することが必要である。
From the above equation, in order to obtain high conversion efficiency, it is necessary to satisfy the phase matching condition (Δβ = 0), to use a larger nonlinear constant, and to increase the superposition integral.

【0007】しかしながら、LiNbO3 ,LiTaO
3 ,KTPなどの大きな値を示す非線形定数は非線形分
極テンソルの対角成分である。従って、このような大き
な値を示す定数を利用するためには、入射する光と、射
出する第二高調波光の電界ベクトル成分が同じであるよ
うな場合を考えなければならない。すなわち、導波路で
言えば、(例えば、入射光と出力光ともTMモードであ
る場合、)素子を形成する非線形材料の同じ方位の屈折
率を利用することになる。
However, LiNbO 3 , LiTaO
3 , Non-linear constants showing large values such as KTP are diagonal components of the non-linear polarization tensor. Therefore, in order to utilize such a constant showing a large value, it is necessary to consider a case where the electric field vector components of the incident light and the emitted second harmonic light are the same. That is, in terms of a waveguide, the refractive index in the same direction of the nonlinear material forming the element (for example, when both the incident light and the output light are in the TM mode) is used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同じ方
位の屈折率を利用すると、屈折率分散のために、必ず第
二高調波光に対する屈折率の方が入射光のそれよりも大
きく、通常の導波路構成形態では位相整合条件を満たす
ことはできない。
However, if the refractive index in the same direction is used, the refractive index for the second harmonic light is always larger than that of the incident light because of the refractive index dispersion, and the ordinary waveguide is used. The phase matching condition cannot be satisfied in the configuration form.

【0009】このような実情に鑑み本発明は創案された
ものであり、その目的は、あえて同じ方位の屈折率を利
用して非線形定数を大きくするとともに、位相整合条件
を満たし、第二高調波光の変換効率が大きな波長変換素
子を提供することにある。
The present invention has been conceived in view of the above circumstances, and its purpose is to increase the nonlinear constant by utilizing the refractive index in the same direction and to satisfy the phase matching condition and to obtain the second harmonic light. Is to provide a wavelength conversion element having a large conversion efficiency.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、非線形光学材料の基板内に設けられ、入射
した光を導波させる第1の導波路と、位相整合を行うた
めに該導波路の近傍に設けられた第2の導波路とを備え
る波長変換素子であって、前記第1の導波路および前記
第2の導波路の基本波に対する等価屈折率を、それぞ
れ、N1 (ω),N2 (ω)とし、前記第1の導波路の
第二次高調波光に対する等価屈折率をN1 (2ω)とし
た場合、N1 (ω)>N2 (ω)の条件および,N
1 (2ω)と,N1 (ω)とN2 (ω)との相加平均値
(N1 (ω)+N2 (ω))/2との比が、0.90:
1〜1.05:1である条件を満たしつつ、前記2つの
導波路の相互作用で位相整合を達成させるように構成し
た。
In order to solve the above problems, the present invention provides a phase matching with a first waveguide which is provided in a substrate of a nonlinear optical material and which guides incident light. A wavelength conversion element comprising a second waveguide provided in the vicinity of the waveguide, wherein the equivalent refractive indices of the first waveguide and the second waveguide with respect to the fundamental wave are respectively N 1 (Ω), N 2 (ω) and the equivalent refractive index of the first waveguide for the second harmonic light is N 1 (2ω), the condition of N 1 (ω)> N 2 (ω) And N
The ratio of 1 (2ω) and the arithmetic mean value (N 1 (ω) + N 2 (ω)) / 2 of N 1 (ω) and N 2 (ω) is 0.90:
The phase matching was achieved by the interaction of the two waveguides while satisfying the condition of 1 to 1.05: 1.

【0011】[0011]

【作用】第1の導波路内を導波する光は、第2の導波路
とのカップリングで、基本波の伝搬定数が摂動を受け、
さらに第1の導波路内で生じた第2高調波もこの導波路
を伝搬する際に摂動を受け、前記摂動を受けた基本波の
伝搬定数と、摂動を受けた第2高調波の伝搬定数が一致
して、位相整合が達成できるとともに、第二高調波光の
出力に関与する定数を大きくとることができ、その結
果、第二高調波光の変換効率が大きくなる。
In the light guided in the first waveguide, the propagation constant of the fundamental wave is perturbed by the coupling with the second waveguide,
Furthermore, the second harmonic generated in the first waveguide is also perturbed when propagating through this waveguide, and the propagation constant of the perturbed fundamental wave and the propagation constant of the perturbed second harmonic. Coincide with each other, phase matching can be achieved, and a constant involved in the output of the second harmonic light can be made large, and as a result, the conversion efficiency of the second harmonic light becomes large.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の波長変換素子の一例を図1お
よび図2に基づいて説明する。図1は本発明の波長変換
素子1(以下、単に変換素子1という)の1実施例を示
す概略構成斜視図であり、図2は図1を光入射側(正
面)からみた部分断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of the wavelength conversion element of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration perspective view showing one embodiment of a wavelength conversion element 1 (hereinafter, simply referred to as conversion element 1) of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view of FIG. 1 seen from a light incident side (front side). is there.

【0013】本発明の変換素子1は、非線形光学材料の
基板10と、この基板10の長手方向(導波方向)に沿
って設けられる第1の導波路20と、該導波路20の上
に形成された封止薄膜30と、この上に設けられた第2
の導波路40とを備えている。
The conversion element 1 of the present invention comprises a substrate 10 made of a non-linear optical material, a first waveguide 20 provided along the longitudinal direction (waveguide direction) of the substrate 10, and a waveguide 20 on the waveguide 20. The formed sealing thin film 30 and the second thin film provided thereon.
The waveguide 40 of FIG.

【0014】基板10は、略直方体形状をなし、本実施
例ではLiTaO3の無機系非線形光学材料結晶を用い
ている。その他、LiNbO3 、KTP(KTiOPO
4 )などの無機材料や、他にDMNP(3,5−ジメチ
ル−1−(4−ニトロフェニル)ピラゾール)、MNA
(2−メチル−4−ニトロアニリン)、MBANP(2
−(α−メチルベンジルアミノ)−5−ニトロピリジ
ン)等の有機系非線形光学材料も使用し得る。
The substrate 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and in this embodiment, an inorganic non-linear optical material crystal of LiTaO 3 is used. In addition, LiNbO 3 , KTP (KTiOPO
4 ) Inorganic materials such as DMNP (3,5-dimethyl-1- (4-nitrophenyl) pyrazole), MNA
(2-methyl-4-nitroaniline), MBANP (2
Organic nonlinear optical materials such as-(α-methylbenzylamino) -5-nitropyridine) may also be used.

【0015】このような非線形光学材料の基板10内、
特に一平面側10aには、光が入射され光導波を行うと
ともに波長変換を行うための第1の導波路20が形成さ
れる。この導波路20は断面略矩形形状であり、例え
ば、いわゆるプロトン交換法や、Ti,Rbなどを拡散
する拡散法等で形成される。
In the substrate 10 made of such a nonlinear optical material,
Particularly, on the one-plane side 10a, a first waveguide 20 is formed for receiving light and guiding light and for performing wavelength conversion. The waveguide 20 has a substantially rectangular cross section, and is formed by, for example, a so-called proton exchange method, a diffusion method of diffusing Ti, Rb, or the like.

【0016】この第1の導波路20の上、すなわち、基
板10の一平面側10aの上には封止薄膜30が積層さ
れる。この封止薄膜30は、第1の導波路20を封じ込
めてチャネル型の導波路にするとともに、第1の導波路
20から好適位置に後述する第2の導波路40を隔たせ
るという役目がある。封止薄膜30は、前記第1の導波
路20および後述する第2の導波路40よりも屈折率が
小さい材質、例えば、Ta2 5 ,ZnO,SiO2
が用いられる。封止薄膜30は、通常、蒸着法等の真空
成膜法によって形成される。
A sealing thin film 30 is laminated on the first waveguide 20, that is, on the one plane side 10a of the substrate 10. The encapsulating thin film 30 has a role of enclosing the first waveguide 20 to form a channel-type waveguide and separating a second waveguide 40 described later from the first waveguide 20 at a suitable position. .. The sealing thin film 30 is made of a material having a smaller refractive index than the first waveguide 20 and a second waveguide 40 described later, for example, Ta 2 O 5 , ZnO, SiO 2 or the like. The sealing thin film 30 is usually formed by a vacuum film forming method such as a vapor deposition method.

【0017】この封止薄膜30の上には、第2の導波路
40が形成される。この第2の導波路は、封止薄膜30
を介して前記第1の導波路20に沿って形成されてい
る。第2の導波路40は、2つの導波路の相互作用で位
相整合を達成するために設けられるものであって、この
第2の導波路40は以下の条件を満たすように設定され
る。
A second waveguide 40 is formed on the sealing thin film 30. This second waveguide is used for the sealing thin film 30.
And is formed along the first waveguide 20 via. The second waveguide 40 is provided in order to achieve phase matching by the interaction of the two waveguides, and the second waveguide 40 is set so as to satisfy the following conditions.

【0018】すなわち、前記第1の導波路20および前
記第2の導波路40の基本波に対する等価屈折率を、そ
れぞれ、N1 (ω),N2 (ω)とした場合、N
1 (ω)>N2 (ω)、特に、N1 (ω)/N2 (ω)
=1.01〜1.20となるようにし、第2の導波路4
0が形成される。
That is, when the equivalent refractive indices of the first waveguide 20 and the second waveguide 40 with respect to the fundamental wave are N 1 (ω) and N 2 (ω), respectively,
1 (ω)> N 2 (ω), especially N 1 (ω) / N 2 (ω)
= 1.01 to 1.20, and the second waveguide 4
0 is formed.

【0019】さらに、前記第1の導波路の第二次高調波
光に対する等価屈折率をN1 (2ω)とした場合、N1
(2ω)と,N1 (ω)とN2 (ω)との相加平均値
(N1 (ω)+N2 (ω))/2との比が、0.90:
1.00〜1.05:1.00、より好ましくは0.9
1:1.00〜1.01:1.00の条件を満たすよう
に第2の導波路が形成される。N2 (ω)の値がN
1 (ω)の値以上になったり、N1 (2ω)と,N
1 (ω)とN2 (ω)との相加平均値(N1 (ω)+N
2 (ω))/2との比が、上記範囲を外れたりすると、
位相整合が達成できないという不都合が生じる。
Further, when the equivalent refractive index of the first waveguide for the second harmonic light is N 1 (2ω), N 1
The ratio of (2ω) and the arithmetic mean value (N 1 (ω) + N 2 (ω)) / 2 of N 1 (ω) and N 2 (ω) is 0.90:
1.00 to 1.05: 1.00, more preferably 0.9
The second waveguide is formed so as to satisfy the condition of 1: 1.00 to 1.01: 1.00. The value of N 2 (ω) is N
If it exceeds the value of 1 (ω) or N 1 (2ω), N
Arithmetic mean value of 1 (ω) and N 2 (ω) (N 1 (ω) + N
If the ratio of 2 (ω) / 2 is out of the above range,
The disadvantage that phase matching cannot be achieved occurs.

【0020】すなわち、前記第1の導波路20内を導波
する光は、第2の導波路40とのカップリングで、基本
波の伝搬定数が摂動を受け、さらに第1の導波路内で生
じた第二高調波光もこの導波路を伝搬する際に摂動を受
け、隣設する導波路の伝搬乗数を適当に選べば、位相整
合条件を満たすことができるとともに、第二高調波光の
出力に関与する定数を大きくとることができる。第2の
導波路40は、例えば、SiO,Lix Nb1-x 3
Lix Ta1-x 3 ,KTiOPx As1-x 4 等の材
料からなり、通常、蒸着法等の真空成膜法によって導波
方向に沿って形成される。
That is, the inside of the first waveguide 20 is guided.
The light to be transmitted is basically coupled by coupling with the second waveguide 40.
The propagation constant of the wave is perturbed, and it is generated in the first waveguide.
The generated second harmonic light is also perturbed when propagating in this waveguide.
If the propagation multiplier of the adjacent waveguide is selected appropriately, the phase adjustment
The second condition of the second harmonic light
It is possible to take a large constant related to the output. Second
The waveguide 40 is made of, for example, SiO or Li.xNb1-xO3
LixTa1-xO3, KTiOPxAs1-xO FourMaterial such as
It is composed of materials and is usually guided by a vacuum film-forming method such as vapor deposition.
It is formed along the direction.

【0021】基板10にLiTaO3 を用い、この結晶
のZ軸に垂直な面内に導波路の導波方向があり、入射さ
せる基本波の偏向もZ軸に略平行である場合についての
具体的設計例について以下に示す。
A specific example of the case where LiTaO 3 is used for the substrate 10 and the waveguide direction is in the plane perpendicular to the Z axis of this crystal, and the polarization of the incident fundamental wave is also substantially parallel to the Z axis. A design example is shown below.

【0022】第一の導波路20は、ピロリン酸によって
プロトン交換されたものであって、N1 (ω)=2.1
612,N1 (2ω)=2.2702とした。封止薄膜
30は、Ta2 4 を蒸着によって、膜厚0.9μmに
形成した。第2導波路40は、SiOを蒸着によって、
膜厚D3=1.5μmに形成し、N2 (ω)=2.02
とした。
The first waveguide 20 is proton-exchanged with pyrophosphoric acid and has N 1 (ω) = 2.1.
612, N 1 (2ω) = 2.2702. The sealing thin film 30 was formed by vapor deposition of Ta 2 O 4 to a film thickness of 0.9 μm. The second waveguide 40 is formed by vapor deposition of SiO.
Film thickness D3 = 1.5 μm, N 2 (ω) = 2.02
And

【0023】図2に示されるように前記第1の導波路1
0の幅をW1、深さをD1とし、前記第2の導波路40
の幅をW2、厚さをD2とした場合、W2/W1=0.
9〜1.2、より好ましくは、0.95〜1.05、D
2/D1=0.8〜2.5、より好ましくは1.0〜
1.5となるようにW1、D1、W2およびD2が設定
される。また、導波路20と導波路40との間隔、すな
わち、封止薄膜30の厚さD3は、0.8〜2.5μ
m、好ましくは0.88〜1.5μmとされる。これら
の値W2/W1、D2/D1およびD3の値が上記範囲
を外れると、導波路を伝搬する基本波と第2高調波との
位相整合が達成できず、変換効率が向上しない。ちなみ
に、W1およびD1の実施例の一例はそれぞれ、2〜3
μmおよび1.7〜2.0μmである。また、W2およ
びD2の実施例の一例はそれぞれ、2〜3μmおよび
1.8〜2.2μmである。
As shown in FIG. 2, the first waveguide 1
The width of 0 is W1 and the depth is D1, and the second waveguide 40
When the width is W2 and the thickness is D2, W2 / W1 = 0.
9 to 1.2, more preferably 0.95 to 1.05, D
2 / D1 = 0.8 to 2.5, more preferably 1.0 to
W1, D1, W2 and D2 are set to be 1.5. The distance between the waveguide 20 and the waveguide 40, that is, the thickness D3 of the sealing thin film 30 is 0.8 to 2.5 μm.
m, preferably 0.88 to 1.5 μm. When the values of these values W2 / W1, D2 / D1 and D3 are out of the above range, the phase matching between the fundamental wave propagating in the waveguide and the second harmonic cannot be achieved and the conversion efficiency is not improved. By the way, examples of the examples of W1 and D1 are 2 to 3 respectively.
μm and 1.7 to 2.0 μm. In addition, examples of the examples of W2 and D2 are 2-3 μm and 1.8-2.2 μm, respectively.

【0024】このような構成例による具体的実験を行な
った結果、導波路長10mmで40mwの基本波から約
1mwの高調波出力を得た。次に、上記本発明の構成を
採択した理論的裏付けを説明する。
As a result of a concrete experiment using such a configuration example, a harmonic output of about 1 mw was obtained from a fundamental wave of 40 mw with a waveguide length of 10 mm. Next, theoretical support for adopting the configuration of the present invention will be described.

【0025】入力される基本波に関し、第1の導波路お
よび第2の導波路が単独に存在した場合の電界分布関数
をそれぞれ、E1 (x,y)、E2 (x,y)、伝搬定数をそれ
ぞれ、β1 ,β2 と表す。伝搬定数の平均値βav=(β
1 +β2 )/2と、導波路結合の大きさにより定まる値
をγ+ 、γ- を用いて、第1の導波路に近接して第2の
導波路がある場合の第1の導波路を伝搬する導波モード
は、
With respect to the input fundamental wave, the electric field distribution functions when the first waveguide and the second waveguide exist independently are E 1 (x, y), E 2 (x, y), The propagation constants are expressed as β 1 and β 2 , respectively. Average propagation constant βav = (β
1 and + beta 2) / 2, the value determined by the size of the waveguide coupling gamma +, gamma - using a first waveguide in the case where there is a second waveguide adjacent to the first waveguide The guided mode that propagates

【0026】[0026]

【数2】 で表される。同様に、この場合の第2の導波路を伝搬す
る導波モードは、
[Equation 2] It is represented by. Similarly, the guided mode propagating in the second waveguide in this case is

【0027】[0027]

【数3】 で表される。上記式に示されるように、導波路が2つ近
接している場合には、導波路が単独に存在する場合の伝
搬定数から少し大きい伝搬定数をもったモードとの和で
表すことができる。ここに、γ+ 、γ- は、それぞれ、
導波路に光を注入する際の条件で決まるパワー分配定数
である。
[Equation 3] It is represented by. As shown in the above equation, when two waveguides are close to each other, it can be expressed by the sum of the propagation constant when the waveguides exist independently and the mode having a slightly larger propagation constant. Where γ + and γ are respectively
It is a power distribution constant determined by the conditions for injecting light into the waveguide.

【0028】第二高調波光に関しても同様で、第1の導
波路を伝搬する導波モードは、
The same applies to the second harmonic light, and the waveguide mode propagating in the first waveguide is

【0029】[0029]

【数4】 で表される。同様に、この場合の第2の導波路を伝搬す
る導波モードは、
[Equation 4] It is represented by. Similarly, the guided mode propagating in the second waveguide in this case is

【0030】[0030]

【数5】 で表される。上記の第二高調波光に関する式において、
A’(1)+、A’(1)-、A’(2)+およびA’(2)-は、それ
ぞれ、基本波のモードのパワー分配定数と位相整合を反
映する関数との積で表すことができる。従って、第1の
導波路において高出力な第二高調波光を得るためには、
位相整合を達成し、A’(1)+、A’(1)-を大きくするこ
とが肝心である。
[Equation 5] It is represented by. In the above formula for the second harmonic light,
A ' (1) + , A' (1)- , A ' (2) + and A' (2) -are the product of the power distribution constant of the fundamental mode and the function that reflects the phase matching, respectively. Can be represented. Therefore, in order to obtain high-power second harmonic light in the first waveguide,
It is essential to achieve phase matching and increase A ' (1) + and A' (1)- .

【0031】ところで、2つの導波路が隣設してあるの
で、位相不整合量△βは、
By the way, since the two waveguides are adjacent to each other, the phase mismatch amount Δβ is

【0032】[0032]

【数6】 [Equation 6]

【0033】[0033]

【数7】 等で表されることが導き出されており(ここに、△β11
および△β12は、それぞれ、第1の導波路および第2の
導波路の位相不整合量)、隣設する導波路の伝搬定数を
適当に選べば、位相整合条件△βii=0を達成すること
ができる。
[Equation 7] Has been derived (here, Δβ 11
And Δβ 12 are the phase mismatching amounts of the first and second waveguides) and the propagation constants of the adjacent waveguides are appropriately selected, the phase matching condition Δβ ii = 0 is achieved. can do.

【0034】さらに、位相整合を達成し、第二高調波光
の出力に関与する定数とも言える上記A’(1)+、A’
(1)-を大きくすることが第二高調波光の高出力化に有利
である。ここで、例えば、A’(1)+は、
Furthermore, A ' (1) + , A'which can be said to be constants that achieve phase matching and are involved in the output of the second harmonic light.
Increasing (1) -is advantageous for increasing the output of the second harmonic light. Here, for example, A ' (1) + is

【0035】[0035]

【数8】 で表されることが導き出されており、位相整合が達成さ
れる項のパワー分配係数A(1)+(1)+と、重畳積分とが
大きいことが望ましい。
[Equation 8] It is derived that it is desirable that the power distribution coefficient A (1) + A (1) + of the term that achieves phase matching and the superposition integral are large.

【0036】このような理由から、位相整合を達成し、
上記のA’(1)+、A’(1)-を大きくするためには、付加
する第2導波路の構成を本発明のごとくする必要があ
る。
For this reason, phase matching is achieved,
In order to increase the above A ′ (1) + and A ′ (1) − , the structure of the second waveguide to be added needs to be the same as that of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明は、非線形光学材料の基板内に設
けられ、入射した光を導波させる第1の導波路と、位相
整合を行うために該導波路の近傍に設けられた第2の導
波路とを備える波長変換素子であって、前記第1の導波
路および前記第2の導波路の基本波に対する等価屈折率
を、それぞれ、N1 (ω),N2 (ω)とし、前記第1
の導波路の第二次高調波光に対する等価屈折率をN
1 (2ω)とした場合、N1 (ω)>N2 (ω)の条件
および,N1 (2ω)と,N1 (ω)とN2 (ω)との
相加平均値(N1 (ω)+N2 (ω))/2との比が、
0.90:1〜1.05:1である条件を満たしつつ、
前記2つの導波路の相互作用で位相整合を達成させるよ
うにしたので、いわゆる、位相整合が達成できるととも
に、第二高調波光の出力に関与する定数を大きくとるこ
とができ、その結果、第二高調波光の変換効率が大きく
なるという効果を奏する。
According to the present invention, a first waveguide provided in a substrate made of a non-linear optical material for guiding incident light and a second waveguide provided in the vicinity of the waveguide for phase matching are provided. In the wavelength conversion element, wherein the equivalent refractive indices of the first waveguide and the second waveguide to the fundamental wave are N 1 (ω) and N 2 (ω), respectively. The first
Of the equivalent refractive index of the waveguide for the second harmonic light is N
If a 1 (2ω), N 1 ( ω)> condition N 2 (ω) and, N 1 and (2ω), N 1 (ω ) and the arithmetic mean value of the N 2 (ω) (N 1 The ratio with (ω) + N 2 (ω)) / 2 is
While satisfying the condition of 0.90: 1 to 1.05: 1,
Since the phase matching is achieved by the interaction of the two waveguides, so-called phase matching can be achieved and the constant relating to the output of the second harmonic light can be made large. This has the effect of increasing the conversion efficiency of harmonic light.

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

【図1】本発明の波長変換素子の一実施例を示す概略構
成斜視図である。
FIG. 1 is a schematic configuration perspective view showing an embodiment of a wavelength conversion element of the present invention.

【図2】図1を光入射側からみた部分正面図である。FIG. 2 is a partial front view of FIG. 1 viewed from the light incident side.

【図3】従来の波長変換素子の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a conventional wavelength conversion element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板 20…第1の導波路 30…封止薄膜 40…第2の導波路 10 ... Substrate 20 ... First Waveguide 30 ... Sealing Thin Film 40 ... Second Waveguide

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 非線形光学材料の基板内に設けられ、入
射した光を導波させる第1の導波路と、位相整合を行う
ために該導波路の近傍に設けられた第2の導波路とを備
える波長変換素子であって、前記第1の導波路および前
記第2の導波路の基本波に対する等価屈折率を、それぞ
れ、N1 (ω),N2 (ω)とし、前記第1の導波路の
第二次高調波光に対する等価屈折率をN1 (2ω)とし
た場合、N1 (ω)>N2 (ω)の条件および,N
1 (2ω)と,N1 (ω)とN2 (ω)との相加平均値
(N1 (ω)+N2 (ω))/2との比が、0.90:
1〜1.05:1である条件を満たしつつ、前記2つの
導波路の相互作用で位相整合を達成させるようにしたこ
とを特徴とする波長変換素子。 【請求項2】 前記第1の導波路は、非線形光学材料基
板の一平面側に形成され、該導波路の上に形成された封
止薄膜を介して第2の導波路が、前記第1の導波路に沿
って形成されていることを特徴とする請求項1記載の波
長変換素子。 【請求項3】 前記第1の導波路の幅をW1、深さをD
1とし、前記第2の導波路の幅をW2、厚さをD2と
し、封止薄膜の厚さをD3とした場合、W2/W1=
0.9〜1.2、D2/D1=0.8〜2.5、D3=
0.8〜2.5μmであることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2記載の波長変換素子。
Claim: What is claimed is: 1. A first waveguide provided in a substrate of a non-linear optical material for guiding incident light and provided in the vicinity of the waveguide for phase matching. A wavelength conversion element comprising a second waveguide, wherein the equivalent refractive indices of the first waveguide and the second waveguide to the fundamental wave are N 1 (ω) and N 2 (ω), respectively. When the equivalent refractive index of the first waveguide with respect to the second harmonic light is N 1 (2ω), the condition of N 1 (ω)> N 2 (ω) and N
The ratio of 1 (2ω) and the arithmetic mean value (N 1 (ω) + N 2 (ω)) / 2 of N 1 (ω) and N 2 (ω) is 0.90:
A wavelength conversion element characterized in that phase matching is achieved by interaction of the two waveguides while satisfying the condition of 1 to 1.05: 1. 2. The first waveguide is formed on one plane side of a non-linear optical material substrate, and the second waveguide is formed through a sealing thin film formed on the waveguide. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is formed along the waveguide. 3. The width of the first waveguide is W1 and the depth is D.
1, the width of the second waveguide is W2, the thickness is D2, and the thickness of the sealing thin film is D3, W2 / W1 =
0.9-1.2, D2 / D1 = 0.8-2.5, D3 =
The wavelength conversion element according to claim 1 or 2, wherein the wavelength conversion element has a thickness of 0.8 to 2.5 µm.
JP15888891A 1991-06-28 1991-06-28 Wavelength conversion element Pending JPH055921A (en)

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