JPH06123903A - 第2高調波発生装置 - Google Patents

第2高調波発生装置

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JPH06123903A
JPH06123903A JP27456792A JP27456792A JPH06123903A JP H06123903 A JPH06123903 A JP H06123903A JP 27456792 A JP27456792 A JP 27456792A JP 27456792 A JP27456792 A JP 27456792A JP H06123903 A JPH06123903 A JP H06123903A
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JP
Japan
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electric field
phase matching
harmonic
quasi
optical waveguide
Prior art date
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Application number
JP27456792A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Yamada
正裕 山田
Naoji Nada
直司 名田
Maki Saito
真樹 斉藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 第2高調波発生装置の出力強度変調を波長変
動を生じることなく外部印加電圧で行うことができるよ
うにする。 【構成】 光導波路に少なくとも2つの擬似位相変調部
2A,2Bを設け、両者間に外部電圧印加手段3によっ
て電界印加を行う電界印加領域Mを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、第2高調波発生装置
(以下SHGという)、特に出力強度変調を可能にした
新規なSHGに係わる。
【0002】
【従来の技術】SHG、例えば擬似位相整合型(QP
M)の導波路型SHGにおいて、その出力強度の変調を
行う方法としては、その入力光の基本波光源の半導体レ
ーザの直接変調、すなわち半導体レーザの駆動電流の変
調による方法が考えられている。
【0003】しかしながら、この方法では、レーザの発
振波長の変動が生じ、これによってSHGの位相整合条
件が満足されず、例えば本来青色の第2高調波出力を得
ようとするSHGにおいて、この青色の第2高調波発生
が得られなくなる。
【0004】すなわち、従来、出力光の波長を変動させ
ずに出力強度変調可能な導波路型のQPM−SHGは未
だ提案されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、出力光の波
長を変動させずに出力強度変調可能な導波路型のQPM
−SHGを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1にその一
例の略線的断面図を示すように、光導波路1の進行方向
に所要の間隔を保持して形成された少なくとも2つの擬
似位相整合部2A及び2Bを設ける。
【0007】そして、これら隣り合う擬似位相整合部2
A及び2B間に、外部からの電圧印加によって電界印加
領域Mを形成する電界印加手段3を設ける。
【0008】また、本発明は、上記擬似位相整合部2A
及び2Bが、分極周期反転構造よりなる構成とする。
【0009】また、他の本発明は、上記擬似位相整合部
2A及び2Bが、屈折率周期構造よりなる構成とする。
【0010】
【作用】上述の本発明によるSHGは、光導波路1の基
本波光を導入する入力端1i側の擬似位相変調部2Aで
発生した第2高調波の位相と、これより後段の擬似位相
整合部2Bで発生する第2高調波にたし合わせる構成を
とり、これら両擬似位相整合部2A及び2B間の、電界
印加領域での位相変調によって両擬似位相整合部2A及
び2Bにおける第2高調波の位相を一致させるか、適当
にずらすことによって、全体としての出力強度の変調を
行う。
【0011】
【実施例】例えばLiNbx Ta1-x 3 (0≦x≦
0)z軸カットの非線形光学結晶基板11に、z軸方向
の分極が周期的に交互に反転する分極周期反転構造によ
る擬似位相整合部2A及び2Bを形成する。
【0012】この分極周期反転構造の形成は、単分域化
された基板11に少なくとも一方が所定周期の電極より
なる第1及び第2の電極を対向して設け、これら電極間
に所要の電圧印加を行うことによって形成できる。この
分極反転の形成については、例えば本発明出願人の出願
に係る特願平3−107392号「分極反転制御方法」
において提案した方法を用いうる。
【0013】これら分極反転構造は、基板11の少なく
とも1主面に臨んで形成し、この分極(ドメイン)反転
構造による擬似位相整合部2A及び2Bが形成された1
主面側にこれら擬似位相整合部2A及び2Bの配列方向
に沿って光導波路1を形成する。この光導波路1の形成
は、非線形光学結晶基板11上に形成した上述の分極反
転構造形成用の電極を除去して後、例えばTaマスクを
例えばTaの全面蒸着と、リフトオフ法等によるパター
ン化を行って、光導波路の形成部に開口を有し他部を覆
ったマスクを形成する。
【0014】次に、このマスクが被着形成された非線形
光学結晶基板11を例えば200℃のりん酸中に13分
間浸漬してプロトン交換を行って光導波路1を形成し得
る。
【0015】その後、マスクを除去して、大気中で35
0℃、2時間アニールする。
【0016】つぎに、基板11の光導波路1が形成され
た側の主面上に酸化シリコン、窒化シリコン等のバッフ
ァ層ないしはクラッド層4を、厚さ例えば2000Å程
度に、スパッタリング、蒸着、CVD(化学的気相成長
法)等によって形成する。
【0017】そして、このバッファ層ないしはクラッド
層4を介してこれの上に、擬似位相整合部2A及び2B
間上において、第1の電極3Aを形成し、これと対向し
て、例えば基板11の反対側に第2の電極3Bを被着形
成して、電界印加手段3を構成する。
【0018】電極3A及び3Bは、例えばAl,Au,
Cr,或いは、I.T.O.( インジウム・錫酸化物) 等の全
面蒸着、フォトリソグラフィを用いたパターンエッチン
グによって形成し得る。
【0019】この構成によるSHGの光導波路1の一方
の端面、例えば擬似位相整合部2Aの配置部側の端面を
入力端1iとして例えば半導体レーザからの波長λの基
本波光を入射し、他端を第2高調波の光を出射する出力
端1oとしてこれら端面を光学的研磨する。
【0020】一方、電界印加手段3の電極3A及び3B
間に変調信号源5を接続して、変調電圧を印加する。
【0021】擬似位相整合部2A,2Bの周期構造とし
て上述のように分極反転による2次の非線形光学定数d
の符号が周期的に変調されたものについて考察する。
【0022】図2は光導波路1中を伝搬している基本波
(λ)の位相を基準にして発生する第2高調波(λ/
2)との各場所での位相差を表している。
【0023】図2Aは各場所での2次非線形光学定数d
の符号を示している。領域A,Bは擬似位相変調部2
A,2Bの周期構造のある部分で、領域Mは周期構造の
ない電界印加領域でその長さをLとする。
【0024】図2Bは電極3A及び3Bへの印加電圧が
0V/mmのときの位相差を示す。
【0025】図2Cはある決められた電圧aV/mmを
印加したときである。周期構造の周期Aは同じで位相整
合条件を満足するように決められる。
【0026】いま基本波(λ)Efと第2高調波(λ/
2)Eshを次のように表現する。
【0027】
【数1】
【0028】
【数2】
【0029】βf,βshは光導波路中の伝搬定数と呼ばれ
る。
【0030】このとき基本波のエネルギーが第2高調波
のエネルギーに効率よく変換される条件、すなわち位相
整合条件は、図3で模式的に図示するように、
【0031】
【数3】
【0032】(数3)の両辺を真空中での波数kで割る
と、
【0033】
【数4】
【0034】
【0035】
【数5】
【0036】
【数6】
【0037】すなわち図2Aの周期構造の周期Λは(数
6)を満足しなければならない。(数6)を満足してい
るときは、図2Aの領域A,Bに示す様に位相がπずれ
る毎にd定数の符号が変化するので、発生した第2高調
波はお互いに強め合い効率よく第2高調波が得られる。
【0038】ここで、領域Mでは周期構造になっていな
いため、位相がπずれた第2高調波も発生し、第2高調
波を強めるのには寄与しない。
【0039】次に、領域Aで発生した第2高調波と領域
Bで発生した第2高調波が互いに強め合う条件は周期構
造のない部分の位相不整合分が
【0040】
【数7】Δβ=2βf −βsh であるから、
【0041】
【数8】ΔβL=2πm(m=1,2,3,‥‥) でなければならない。したがって、(数3),(数8)
よりLが決まり、それは
【0042】
【数9】L=mΛ (m=1,2,3,‥‥) となる。
【0043】この(数9)を満足する様にLを選べば領
域A,Bの第2高調波が強め合い第2高調波出力が得ら
れる。
【0044】領域Aで発生した第2高調波と領域Bで発
生した第2高調波が弱め合う条件を考えてみる。
【0045】この条件を満足させるために領域Mにおい
て電界印加による電気光学効果(ポッケルス(Pock
els)効果)を利用する。
【0046】すなわち、ニオブ酸リチウム(LN)のよ
うな電気光学結晶に電界を印加すると、印加電界に屈折
率変化が比例して生じることを利用する。
【0047】例えばLN結晶の光学軸(ZまたはC軸)
に沿って電界を印加するとC軸方向に振動する電界成分
を持つ光に対する屈折率(nz )は次のように変化す
る。
【0048】
【数10】
【0049】いま、領域Mに電界Eを印加して基本波と
第2高調波の有効屈折率がそれぞれnf e,nsh eになっ
たとする。
【数11】nf e=nf −rf
【数12】nsh e=nsh−rshE (rf,shは定数)
【0050】電界Eを印加したとき領域Aと領域Mの第
2高調波がお互いに弱め合う条件は、(数8)の右辺が
πの奇数倍であればよいので、
【0051】
【数13】 2(nf e−nsh e)L=2πm+π(2n−1) m=1,2,‥‥ n=±1,±2,‥‥ (数11),(数12)を(数13)に代入して、
【0052】
【数14】 2(nf −nsh)L−2(rf −rsh)EL=2πm+π(2n−1)
【0053】(数8)より
【0054】
【数15】2(nf −nsh)L=2πm
【0055】(数15)を(数14)に代入すると、
【0056】
【数16】
【0057】(数16)を満足するように電圧を印加す
れば、領域AとBの第2高調波がお互いに弱め合う。完
全に第2高調波出力が得られないようにするには領域A
とBの第2高調波出力が等しくなるように図1の領域A
とBの長さa及びbを調節すればよい。しかし、おおむ
ねa=bでほとんど第2高調波出力は零にすることがで
きる。
【0058】以上を一般化してEon,Eoff の電界印加
でそれぞれ第2高調波出力する出力しないようにすれば
今までと全く同じように考えて
【0059】
【数17】
【0060】
【数18】 を満足するようにEon,Eoff ,Lをそれぞれ決定すれ
ばよい。
【0061】実際の例としては図7の構成において基板
11としてz−カットの厚100μmのLNを用い、L
=5mmとして基本波光源としてλ=830nmの半導
体レーザを使用したとき。Eon=0VとするとEoff
130Vとなった。
【0062】尚、上述した例では、光導波路1の領域M
に外部から電界を与える電界印加手段3として、基板の
両主面に第1及び第2電極3A及び3Bを被着した場合
であるが、この領域Mに電界を印加する手段3として
は、種々の配置構成を採り得る。
【0063】その変形例の数例の要部即ち領域M部の斜
視図を、図4〜図9に示す。
【0064】図4に示す例では、両電極3A及び3B
を、光導波路1の電界印加領域M上を挟むようにバッフ
ァ層4を介して設けて電界印加領域Mに、矢印をもって
模式的に示すように、水平方向の電界を与えるようにし
た場合である。
【0065】図5に示す例では、リッジ1Rによる光導
波路1を設け、此処の電界印加領域Mの形成部に、これ
を挟んでバッファ層4を介して、リッジ1Rの側面に両
電極3A及び3Bを被着形成することによって構成した
場合である。
【0066】また、図6に示す例では、光導波路1の直
上を避けて両電極3A及び3Bを設けた場合で、この場
合バッファ層4の介存を省略できる。
【0067】図7に示した例では、基板11にストライ
プ状のリッジ11Rを設けて、これに沿って光導波路1
を形成し、その電界印加領域Mの形成部においてこれを
挟んでリッジ11Rの両側面に両電極3A及び3Bを被
着形成した場合である。
【0068】図8及び図9に示す例は、電界印加領域M
において垂直方向の電界を与えるようにした場合で、こ
の場合、光導波路1の電界印加領域Mの形成部の直上に
一方の電極、例えば電極3Aを配置した場合である。
【0069】尚、図4〜図9において、図1と対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0070】また、上述した例では、擬似位相整合部2
A及び2Bを、電界印加による分極周期反転構造によっ
て構成した場合であるが、この場合基板11としては、
前述したLiNbx Ta1-x 3 (0≦x≦0)、の例
えばLiNbO3 、LiTaO3 のほかにKTP(KT
iOPO4 )を用いることができる。
【0071】分極反転構造の形成方法としては、電圧印
加方法に限られるものではなく、上述の各基板11を用
いて、電子線照射法によって形成することもできるし、
Ti拡散法、プロトン交換法によって形成することも、
また基板11としてKTPを用いてRb,Ba交換法等
によって形成することもできる。
【0072】また、擬似位相整合部2A及び2Bとして
は、分極周期反転構造に限られるものではなく、例えば
屈折率を周期的に変化させた構造とすることもできる。
【0073】このように、屈折率周期構造とする場合、
周期パターンをもって各種イオン交換、イオン注入によ
って実際の屈折率を変える方法によることもできるし、
SiO2 等のいわばクラッド層を周期パターンをもって
被着して見掛け上の屈折率を周期的に変える構造とする
こともできる。
【0074】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、基本
波光源の変調によらず、SHG自体を外部電圧印加によ
って出力強度変調でき、その出力波長に変動を来すこと
がないことから、安定して例えば青色発光をなすSHG
装置を構成できる。
【0075】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第2高調波発生装置の一例の構成
図である。
【図2】本発明装置の説明に供する位相図である。
【図3】本発明装置の説明に供する位相整合条件を示す
図である。
【図4】本発明装置の他の例の要部の一部を断面とした
斜視図である。
【図5】本発明装置の他の例の要部の一部を断面とした
斜視図である。
【図6】本発明装置の他の例の要部の一部を断面とした
斜視図である。
【図7】本発明装置の他の例の要部の一部を断面とした
斜視図である。
【図8】本発明装置の他の例の要部の一部を断面とした
斜視図である。
【図9】本発明装置の他の例の要部の一部を断面とした
斜視図である。
【符号の説明】
1 光導波路 2A 擬似位相整合部 2B 擬似位相整合部 3 電界印加手段 4 バッファ層 11 基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光導波路の進行方向に所要の間隔を保持
    して形成された少なくとも2つの擬似位相整合部と、 これら擬似位相変調部間に設けられ、外部からの電圧印
    加によって電界印加領域を形成する電界印加手段とを具
    備してなることを特徴とする第2高調波発生装置。
  2. 【請求項2】 上記擬似位相整合部が、分極周期反転構
    造よりなることを特徴とする請求項1に記載の第2高調
    波発生装置。
  3. 【請求項3】 上記擬似位相整合部が、屈折率周期構造
    よりなることを特徴とする請求項1に記載の第2高調波
    発生装置。
JP27456792A 1992-10-13 1992-10-13 第2高調波発生装置 Pending JPH06123903A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006064939A1 (ja) * 2004-12-14 2006-06-22 National Institute For Materials Science 意図しない波長を有する光を抑制した波長変換素子
JP2010231018A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Hamamatsu Photonics Kk 波長変換光発生装置及び発生システム
JP2014222331A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 日本電信電話株式会社 波長変換素子

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