JPH06160919A

JPH06160919A - 波長変換装置

Info

Publication number: JPH06160919A
Application number: JP33240492A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fukuda; 浩章福田; Shigeyoshi Misawa; 成嘉三澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】波長フィルタなどを必要とせずに変換波のみ
を出射可能であって、さらには光源のオン・オフによら
ずに変換波を高速変調可能である。【構成】第１の光導波路４を基本波が導波することに
より、基本波は第１の光導波路４内を還流して光強度が
増大し、この基本波に基づき第１の光導波路４内では変
換波が発生する。第１の光導波路４内において発生した
変換波は、第１の光導波路４と第２の光導波路５との結
合部Ｄにおいて第２の光導波路５に移行し、第２の光導
波路５から出射される。この際、第１の光導波路４と第
２の光導波路５との結合部Ｄに導波光の位相を変化させ
るための電極８ａ，８ｂが設けられているときには、電
極８ａ，８ｂに加える電圧を変化させることにより、変
換波を第２の光導波路５に移行させたり移行させなかっ
たりすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置やレー
ザビームプリンタ等の情報処理装置，光応用計測器等に
利用される高調波発生装置などの波長変換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光である基本波の波長を短
波長化し、高調波として発生させるのに、特開平２−２
５４４２７号に開示されているような高調波発生装置が
知られている。図７（ａ），（ｂ）はこの種の高調波発
生装置の平面図，側面図である。

【０００３】この高調波発生装置では、Ｙカットされた
ＬｉＮｂＯ₃の基板１１上に環状の３次元光導波路１２
をプロトン交換法により形成し、レーザ光源１４からの
レーザ光を光学系１５を介して光導波路１２内に基本波
として入射させて第２高調波を発生させるようにしてお
り、光導波路１２を環状に構成することにより、光導波
路１２に入射した基本波を環状の光導波路１２内におい
てＴＥモードで矢印Ｒの向きに還流させることができ
る。また、屈折率制御電極１３の印加電圧を調節するこ
とによりリング共振器の共振条件が満足されるよう光導
波路１２内の導波モードの位相を調整することができ
る。

【０００４】このような構成において、基板１１の非線
形光学定数が最大となるｄ₃₃を利用して高調波発生部１
２ａが形成されている場合には、光導波路１２に入射し
た基本波は高調波発生部１２ａにおいて第２高調波に変
換されて基板１１内に放出される。基板１１内に放出さ
れた第２高調波は、光導波路１２の高調波発生部１２ａ
の延設方向に沿って基板１１内を下方に傾斜して伝播
し、図７（ａ），（ｂ）に矢印Ａで示すように、傾斜し
た端面１１ｂから出射される。なお、端面１１ｂを図７
（ｂ）のように角度θが鋭角となるように加工すること
により、基板１１内を傾斜して伝播する第２高調波を端
面１１ｂから基板１１上面と平行に出射させることがで
きる。

【０００５】一方、高調波発生部１２ａにおいて第２高
調波に変換されない基本波は、光導波路１２の高調波発
生部１２ａから第１湾曲部１２ｂ内に導入され、第１湾
曲部１２ｂから傾斜部１２ｃ、モニター波発生部１２
ｄ、および第２湾曲部１２ｅを通って、高調波発生部１
２ａ内へ還流される。この結果、光導波路１２の高調波
発生部１２ａ内を伝播する基本波は、新たに入射する基
本波に還流した基本波が加わったものとなるため、その
光密度は増大し、高効率で第２高調波を発生することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の高調波発生装置では、第２高調波は、光導波路
の高調波発生部１２ａの延設方向に沿って基板１１内を
斜め方向に伝播する所謂チェレンコフ放射型のものとし
て発生し、この場合には比較的容易に第２高調波を得る
ことができるものの、その反面、光導波路１２全体から
基板１１内へ向かって放射状に斜めに第２高調波が発生
するので、この第２高調波は点光源とはなり得ず、ま
た、端面１１ｂから出射される第２高調波が基板１１上
面と平行になるよう端面１１ｂに加工を施しても、この
第２高調波の空間コヒーレンスを良好なものにすること
ができないという問題があった。このため、上記高調波
発生装置は、高い波面精度の必要な光ディスクドライ
ブ，レーザプリンタ用の光源としては適していない。さ
らに、この種の従来の波長変換装置では、光を高速変調
しようとする場合には、これをレ−ザ光源のオン・オフ
により行なわなければならず、レ−ザ光源に半導体レ−
ザが用いられる場合には、そのオン・オフに対して波長
変動が生じるため、通常は位相整合をとるのが極めて難
しいという欠点があった。また、従来では、変換されな
かった基本波を第２高調波から分離させるのが難かし
く、第２高調波のみを出射させるのに、波長フィルタが
さらに必要となるなどの問題があった。

【０００７】本発明は、空間コヒーレンスが良好で点光
源に近い性能をもつ変換波を高効率で出射させることの
可能な波長変換装置を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、波長フィルタなどを必要とせずに変
換波のみを出射させることが可能であって、さらには光
源のオン・オフによらずに変換波を高速変調することの
可能な波長変換装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の波長変換装置は、環状の第１の光導波路
と、変換波出射用の第２の光導波路とが非線形光学効果
を有する材料で形成された基板上または基板中に形成さ
れており、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と
は、前記第１の光導波路を導波する基本波に基づき第１
の光導波路内において発生する変換波が前記第２の光導
波路に移行し第２の光導波路から出射されるような位置
関係に配置されていることを特徴としている。また、第
１の光導波路と前記第２の光導波路とは、所定の間隔お
よび所定の結合長で互いに近接した結合部を有し、該結
合部には、導波光の位相を変化させるための電極が形成
されており、該電極に加える電圧を変化させることで、
導波光の位相を変化させ、前記第１の光導波路で発生し
た変換波を前記第２の光導波路に移行させたり移行させ
なかったりする光変調がなされるよう構成されているこ
とを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記のような構成の波長変換装置では、第１の
光導波路を基本波が導波することにより、基本波は第１
の光導波路内を還流して光強度が増大し、この基本波に
基づき第１の光導波路内では変換波が発生する。第１の
光導波路内において発生した変換波は、第１の光導波路
と第２の光導波路との結合部において第２の導波路に移
行し、第２の導波路から出射される。

【００１０】この際、第１の光導波路と第２の光導波路
との結合部に導波光の位相を変化させるための電極が設
けられているときには、電極に加える電圧を変化させる
ことにより、変換波を第２の光導波路に移行させたり移
行させなかったりすることができ、第２の光導波路から
出射する変換波を変調することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る波長変換装
置の一実施例の平面図，側面図である。本実施例の波長
変換装置は、所定波長の光を出射する光源１と、光源１
から出射された光を集光する集光光学系２と、非線形光
学定数をもつ基板３上に形成された光入射用の３次元光
導波路４´と、３次元光導波路４´と合流部Ｃにおいて
連結されている環状の３次元光導波路４と、基板３上に
３次元光導波路４と所定の間隔をへだてて近接して形成
された変換波出射用の３次元光導波路５と、環状の光導
波路４に沿って所定のピッチで周期的に形成された分極
反転領域７と、位相調整用の一対の電極６ａ，６ｂとを
有している。

【００１２】光源１としては、コヒーレントな光を出射
するものであれば良く、半導体レーザに限らず、ＹＡＧ
レーザ等の固体レーザや各種の気体レーザ，色素レーザ
等を用いることができる。また、集光光学系２には一般
にとつレンズが使用されるが、光を集光可能な光学系で
あれば、分布屈折率レンズ，フレネルレンズ等をも用い
ることができる。

【００１３】また、本実施例では、基板３には、例えば
非線形材料ＬｉＴａＯ₃からなる単結晶基板（基板方位
が例えば−ｃ板）が用いられている。あるいは、基板３
にＬｉＮｂＯ₃や、ＭｇＯをド−プしたＬｉＮｂＯ₃基板
や、ＫＴｉＯＰＯ₄基板などをも用いることもできる。

【００１４】また、光導波路４´，４，５は、基板３よ
りも高い屈折率をもつ３次元導波路であり、例えばプロ
トン交換法によって基板３上に形成されている。ここ
で、光導波路４，５の近接領域Ｄは、光導波路４と光導
波路５との間で導波モードの移行制御を行なう方向性結
合器（カップリング部）として機能するようになってい
る。すなわち、光導波路４と光導波路５との間の間隔ｄ
および結合長ｌを適宜設定することにより、光導波路４
に励起された変換波の導波モードのみを光導波路５に結
合させ光導波路５に移行させて、光導波路５から出射さ
せるよう構成されている。

【００１５】また、分極反転領域７は、周期的にプロト
ン交換した後、基板３のキュリー点付近やや下の温度で
熱処理することにより、基板３の他の部分と分極方向が
反転した形で形成される。また、位相調整用の一対の電
極６ａ，６ｂは、図１の例では、一方の電極６ａが光導
波路４上に設けられ、該電極６ａから横方向にずれた位
置に他方の電極６ｂが設けられている。このような配置
に電極６ａ，６ｂを設け、電極６ａ，６ｂ間に電圧を印
加すると、基板３の光学軸方向（図１において、紙面に
垂直な方向）に電界が形成されるので、この電界に基づ
く１次の電気光学効果により、電極６ａ直下の光導波路
４の部分の屈折率を変化（低下）させ、光導波路４を伝
搬する導波光の位相を変化させることができるようにな
っている。

【００１６】さらに、本実施例では、光導波路４と光導
波路５とのカップリング部Ｄにおいて、光導波路４上と
光導波路５上とに、導波光の位相を変化させるための一
対の電極８ａ，８ｂがそれぞれ設けられており、一対の
電極８ａ，８ｂ間に加える電圧を変化させることによ
り、光導波路４に励起された変換波を光導波路５に移行
させたり移行させなかったりすることができ、これによ
り、光導波路５から出射する変換波の光変調を行なうこ
とができるようになっている。

【００１７】上記のような構成の波長変換装置は、例え
ば、次のような方法により作製される。すなわち、基板
３にＬｉＴａＯ₃の−ｃ板を用いる場合には、ＬｉＴａ
Ｏ₃の−ｃ板を洗浄後、Ｔａを用いて図１に符号ＰＬで
示す部分（斜線部）以外の基板部分をマスクし周期的パ
タ−ンを形成した後、ピロリン酸あるいは安息香酸等の
溶液中で約２６０℃の温度でプロトン交換を行なう。そ
の後、Ｔａのマスクを除去した後、ＬｉＴａＯ₃結晶の
キュリ−点直下の温度（６００℃）で熱処理することに
よりマスクされていない部分に分極が反転した領域７を
形成することができる。この分極反転領域７の厚さは、
プロトン交換時間，熱処理時間等を変化させることによ
り調整できる。なお、ＬｉＮｂＯ₃結晶を用いた場合に
は、周期的にＴｉを拡散、あるいは周期的にＳｉＯ₂層
を装荷した後、キュリ−点直下（１０００℃）まで加熱
し急冷することにより、周期的分極反転層７を形成する
ことができる。

【００１８】このようにして分極反転領域７を形成した
後、３次元導波路４'，４，５を形成する。すなわち、
Ｔａを用いて３次元導波路部分４'，４，５の上面以外
をマスクした後、ピロリン酸あるいは安息香酸等の溶液
中で約２６０℃程度の温度でプロトン交換することによ
り、マスクされていない部分に高屈折率層を形成して３
次元導波路４'，４，５を作製できる。また、Ｒｂ、Ｃ
ｓ、Ａｇ等の金属を約３００〜４００℃付近で拡散する
ことによっても３次元導波路を作製することが可能であ
る。さらにＫＴｉＯＰＯ₄結晶のｃ板を用いた場合に
は、ＲｂＮＯ₃／Ｂａ（ＮＯ₃）₂の溶融塩をイオン源に
することにより、イオン交換により上記同様の３次元導
波路を作製することができる。また、３次元導波路はＴ
ｉ、Ｃｕ等を約１０００℃程度の温度で拡散することに
よっても作製できる。なお、ＬｉＮｂＯ₃結晶を用いた
場合には、そのキュリ−点が約１１００℃であるので、
ポ−リングを行なって分極方向を揃える必要は無いが、
ＬｉＴａＯ₃結晶を用いた場合には、キュリ−点が約６
００℃であるので、３次元導波路作製後、結晶のｃ軸方
向にキュリ−点近くの温度で電界を印加し分極を揃える
必要がある。また、ＬｉＴａＯ₃結晶は、光損傷しきい
値が高いため光損傷に強いという特徴がある。

【００１９】また、電極６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂは、プ
ラズマＣＶＤ法を用いて形成したシリコン酸化膜のバッ
ファ層上に電界めっき法を用いて形成することができ
る。すなわち、バッファ層の上に、接着層としてＮｉＣ
ｒ−Ａｕを蒸着した後、厚膜レジストをパタ−ニング
し、そのパタ−ンをガイドにしてＡｕを電界めっきで成
長させた後、レジストリム−バでレジスト部分を除去
し、Ａｕめっき以外をエッチングで除去して形成するこ
とができる。また、材料がＡｌ、Ｎｉの場合はリフトオ
フ法、フォトリソグラフィ−法等で形成できる。

【００２０】次にこのような構成における波長変換装置
の動作について説明する。光源１として例えば半導体レ
ーザを用い、半導体レーザ１からレーザ光を出射させる
と、レーザ光は、集光光学系２によって３次元光導波路
４´の端面Ａに集光され、光導波路４´に基本波として
入射する。光導波路４´に入射した基本波は、合流部Ｃ
から環状の光導波路４内に入射する。

【００２１】光導波路４に入射した基本波は、環状の光
導波路４内を矢印Ｒの向きに還流し、これにより、光導
波路４には、変換波，例えば、基本波の波長の半波長の
第２高調波が励起される。この場合、励起された高調波
は、光導波路４内を基本波とともに還流するが、光導波
路４と光導波路５との近接領域，すなわちカップリング
部Ｄにおける光導波路４，５間の間隔ｄ，結合長ｌを適
宜設定しておくことにより、光導波路４内に励起された
変換波（高調波）のみを選択的に光導波路５に移行させ
ることができる。すなわち、光導波路４中を伝播する基
本波および変換波の各導波モードは、基板３の材料の波
長分散によって生じる等価屈折率差をもち光導波路４中
を伝播する各導波モードの伝播速度は互いに異なるの
で、これに合せて、カップリング部Ｄにおける光導波路
４，５間の間隔ｄ，結合長ｌを予め調整し設定しておく
ことにより、変換波（高調波）の導波モードのみを選択
的に光導波路５に結合させ光導波路５に移行させること
ができる。

【００２２】具体的には、カップリング領域Ｄにおける
光導波路４，５間の間隔ｄを大きくすると、光導波路
４，５間の変換波導波モードに関する結合定数χが小さ
くなり、間隔ｄを小さくすると、結合定数χは大きくな
る傾向がある。また、結合長ｌは、結合定数χと次式の
関係がある。

【００２３】

【数１】ｌ＝π／２χ

【００２４】従って、間隔ｄ，結合長ｌとしては、間隔
ｄを所定の値に設定したとすると、この間隔ｄにより定
まる結合定数χに基づき、数１の関係を満たすよう結合
長ｌを設定すれば良い。

【００２５】さらに、本実施例では、この結合部分に電
極８ａ，８ｂが配置されているので、この電極８ａ，８
ｂ間に電圧を印加することにより導波モ−ドの結合状態
を屈折率変化により制御できて、導波路端面Ｂからの出
射光を変調することができる。すなわち、電極８ａ，８
ｂ間に所定の電圧を印加したり、印加しなかったりする
ことにより、環状の光導波路４から光導波路５へ変換波
を移行させたり移行させなかったり制御することがで
き、変換波を高速に光変調することができる。

【００２６】このように、本実施例では、光導波路４内
を還流する基本波によって光導波路４内に変換波（例え
ば第２高調波）を励起させ、これを光導波路４内で導波
させることができ、さらに、光導波路４内を導波する変
換波のみを選択的に光導波路５に移行させ、光導波路５
の端面Ｂから出射させることができるので、従来のよう
に変換波を基板端面からチェレンコフ放射により出射さ
せる形式のものに比べて、空間コヒーレンスが良く点光
源に近い状態で波面精度の良い短波長の変換波を出射さ
せることができる。なお、光導波路４，５としては基本
波及び変換波の波長に対して単一モード光導波路かそれ
に近い光導波となっているのが望ましく、例えば光導波
路５が単一モード光導波路で構成されているときには、
光導波路５の端面Ｂから出射される変換波の空間コヒー
レンスをより良好なものにし、さらに波面精度をより良
好なものにすることができ、点光源により近い状態で変
換波を出射させることができる。

【００２７】また、光源１をオン・オフせずとも、電極
８ａ，８ｂ間に加える電圧を変化させることにより、光
導波路５の端面Ｂから出射される変換波（高調波）の高
速な光変調が可能となる。

【００２８】また、本実施例では、一対の電極６ａ，６
ｂへの印加電圧を調節し、この電極部分に対応した光導
波路４の部分の屈折率を調整することにより、光導波路
４を還流する基本波の位相を調整することができる。こ
の際、光導波路４を還流して合流点Ｃに戻った基本波と
光導波路４´から合流点Ｃに新たに入射する基本波長と
の位相が整合するよう電極６ａ，６ｂへの印加電圧を設
定すれば、基本波を還流させるに伴なって光導波路４に
おける基本波の光強度を増大させることができる。すな
わち、環状の光導波路４は、リング共振器として機能
し、電極６ａ，６ｂへの印加電圧を調節してリング共振
器の共振ピークに合せることにより、光導波路４内にお
ける基本波の光強度を増大させることができる。この結
果、光導波路４において高調波をさらに一層高効率で発
生させることができ、光導波路５の端面Ｂから高調波を
より高効率で出射させることができる。なお、この際
に、光導波路４´，４の合流部Ｃについては、合流の角
度φが小さくなるように設定されているのが良く、ま
た、光導波路４において曲率を有する部分についても、
導波損失を少なくするため、曲率ができるだけ小さく形
成されているのが良い。

【００２９】さらに、本実施例では、環状の光導波路４
に沿って周期的に所定のピッチで分極反転層７が形成さ
れているので、光導波路４を導波する基本波および変換
波（高調波）の各導波モードは、互いに擬似位相整合が
とられ、基本波と変換波との相互作用長が長くなり、光
導波路４において変換波を高い効率で発生させることが
できる。従って、光導波路５の端面Ｂから変換波を従来
に比べて一層高効率で出射させることができる。

【００３０】なお、変換波として例えば第２高調波を高
効率で発生させるために、具体的には分極反転層７を次
式により定まるピッチΛで周期的に形成するのが良い。

【００３１】

【数２】 Λ＝（２ｍ−１）λ／〔２{Ｎ（λ／２）−Ｎ（λ）}〕（ｍ＝０，１，２，…）

【００３２】ここで、λは基本波の波長であり、Ｎ
（λ）は基本波に対する等価屈折率であり、Ｎ（λ／
２）は基本波の第２高調波に対する等価屈折率であり、
上記数２は基本波の伝搬定数をβ（λ），第２高調波の
伝搬定数をβ（λ／２）として、次式から導出されたも
のである。

【００３３】

【数３】 β（λ／２）−２β（λ）＝２（２ｍ−１）π／Λ β（λ）＝２πＮ（λ）／λ

【００３４】より具体的に説明すると、いま、基板３に
ＬｉＴａＯ₃結晶が用いられている場合には、波長０．
８３μｍの基本波では基板の屈折率の波長分散は、常光
に相当する電界方向がｘ方向を向いているＥ^x ₀₀モード
を用いた場合で２．１５０９、異常光に相当する電界方
向がｚ方向を向いているＥ^z ₀₀モードを用いた場合で
２．１５５０、波長０．４１５μｍの第２高調波の波長
では常光に相当する電界方向がｘ方向を向いているＥ^x
₀₀モードを用いた場合で２．２４２２、異常光に相当す
る電界方向がｚ方向を向いているＥ^z ₀₀モードを用いた
場合で２．２７４０である。ここで、導波路深さが１．
８μｍ、導波路と基板との間の屈折率差が０．０１であ
る場合の、Ｅ^z ₀₀モードの基本波の波長０．８３μｍに
おける、導波路幅に対する等価屈折率分散は図２のよう
になる。またＥ^z ₀₀モードの基本波の波長０．４１５μ
ｍにおける導波路幅に対する等価屈折率分散は図３のよ
うになる。

【００３５】ここで、一数値例として、導波路幅が４．
０μｍで、基本波に波長０．８３μｍのＥ^z ₀₀モードを
用い、第２高調波に波長０．４１５μｍのＥ^z ₀₀モード
を用いた場合、数２に基づき、１次の擬似位相整合を行
なうための分極反転の周期は約３．３４μｍ、３次の擬
似位相整合を行なうための分極反転の周期は約１０．０
μｍになる。プロトン交換導波路ではＥ^z ₀₀モードのみ
が導波するので、このような偏波を用いる必要がある。

【００３６】また高調波発生のための位相整合部分は、
図４に示すように光導波路４に沿って複数個配置するこ
とにより、より高効率に高調波を発生させることができ
る。さらに、前記複数個の位相整合部分において、それ
ぞれ異なった周期Λの周期構造を持つように配置する
と、光源の波長が変動しても安定に高調波を発生するこ
とができる。

【００３７】また上記実施例のほかに、図５に示すよう
に、基板にＬｉＮｂＯ₃結晶のｃ板を用いても同様な効
果を得ることが可能である。また基本波の波長が１．０
μｍ以上である場合には、周期的分極反転層が無くても
位相整合が可能である。この場合に、素子は、図６に示
すように、基板にＬｉＮｂＯ₃結晶のｂ板を用い、基本
波にＥ^y ₀₀モード、第２高調波にＥ^z ₀₀モードを用いると
結晶の複屈折を利用して位相整合をとることが可能にな
る。

【００３８】上記実施例において、ＬｉＴａＯ₃結晶、
ＬｉＮｂＯ₃結晶共に一軸性の光学結晶であり、光学軸
をｚ軸にとった場合、ｚ軸に垂直な方向は光学的に等方
であるため、ｙ軸、ｘ軸の区別は特になく、両者を交換
しても効果は同様である。

【００３９】なお、上述の実施例では、光導波路４を還
流する基本波の位相を調整するために一対の電極６ａ，
６ｂが設けられているが、電極６ａ，６ｂのかわりに、
光導波路４の一部あるいは全体の温度を例えば薄膜ヒー
タで変化させて光導波路４の屈折率を変化させ、これに
より位相を調整することもできる。あるいは、光源１
に、半導体レーザ等を用いた場合には、その波長を変化
させることにより、リング共振器としての光導波路４の
共振ピークを合わせ、位相を調整することも可能であ
り、この場合には、電極６ａ，６ｂや薄膜ヒータ等の装
置を設けずとも良く、波長変換装置をより簡単な構成の
ものにすることができる。

【００４０】また、上述の実施例では、光導波路４の端
面Ａに光源１からのレーザ光を集光光学系２で集光して
入射させ、光導波路４において、入射したレーザ光に基
づきＴＭモードの導波光，すなわち基本波を直接励起し
ているが、光導波路４上にプリズムカプラーやグレーテ
ィングカプラー等を設けて基本波を励起するようにして
も良い。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、環状の第１の光導波路を還流する基本波
に基づき第１の光導波路内で発生した変換波を第２の光
導波路に移行させて第２の光導波路から出射するように
しているので、空間コヒーレンス，波面精度が良好で点
光源に近い性能をもつ変換波を出射させることができ
る。

【００４２】また、請求項２記載の発明では、第１の光
導波路と前記第２の光導波路とは、所定の間隔および所
定の結合長で互いに近接した結合部を有し、該結合部に
は、導波光の位相を変化させるための電極が形成されて
おり、該電極に加える電圧を変化させることで、導波光
の位相を変化させ、前記第１の光導波路で発生した変換
波のみを前記第２の光導波路に移行させるよう構成され
ているので、光源などをオン・オフしたりせずとも、第
２の光導波路から出射する変換波を変調することができ
る。

【００４３】また、請求項３記載の発明では、第２の光
導波路を単一モード導波路として形成しているので、第
２の光導波路から出射される変換波の空間コヒーレン
ス，波面精度をより良好なものにすることができ、点光
源により近い状態で変換波を出射させることができる。

【００４４】また、請求項４記載の発明では、基本波レ
ーザ光の波長をλとするとき、基本波の導波モードに対
する伝搬定数をβ（λ）、基本波に対する第２高調波の
伝搬定数をβ（λ／２）、ｍを自然数とすると、 Λ＝２（２ｍ−１）π／｛β（λ／２）−２β（λ）｝なる関係を満たすような周期Λの分極反転構造を有して
いるので、第２高調波発生を行なう非線形媒質の種類を
増やすことができ、さらに、位相整合可能な波長領域を
広げ、任意の波長の第２高調波を発生させることができ
る。

【００４５】また、請求項５記載の発明では、異なった
周期を持つ周期構造を備えた位相整合部分を複数個環状
導波路に沿って配置しているので、光源の波長が変化し
た場合においても安定に高調波を発生することができ
る。

【００４６】また、請求項６記載の発明では、非線形媒
質にＬｉＴａＯ₃の−ｃ板を用いているので、同一基板
上に大量に波長変換装置を作製可能でありコストダウン
を図ることができ、また、光導波路をプロトンをドープ
して作製できるので、波長変換装置を安定に作製するこ
とが可能である。

【００４７】また、請求項７記載の発明では、非線形媒
質にＬｉＮｂＯ₃のｃ板を用いているので、より低コス
トに作製可能であり、また、プロトンをドープするかあ
るいはＴｉを拡散して光導波路を作製できるので、波長
変換装置を安定に作製することができる。

【００４８】また、請求項８記載の発明では、位相整合
部分に周期構造を必要としないので、作製工程の工程数
を軽減でき、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波長変換装置の構成例を示す図で
ある。

【図２】導波路深さが１．８μｍ、導波路と基板との間
の屈折率差が０．０１である場合の、Ｅ^z ₀₀モードの基
本波の波長０．８３μｍにおける導波路幅に対する等価
屈折率分散を示す図である。

【図３】導波路深さが１．８μｍ、導波路と基板との間
の屈折率差が０．０１である場合の、Ｅ^z ₀₀モードの基
本波の波長０．４１５μｍにおける導波路幅に対する等
価屈折率分散を示す図である。

【図４】位相整合部分が光導波路に沿って複数個配置さ
れた波長変換装置の構成例を示す図である。

【図５】基板にＬｉＮｂＯ₃結晶のｃ板を用いた波長変
換装置の構成例を示す図である。

【図６】基板にＬｉＮｂＯ₃結晶のｂ板を用いた波長変
換装置の構成例を示す図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は従来の高調波発生装置の平面
図，側面図である。

【符号の説明】

１光源２集光光学系３基板４´，４，５３次元光導波路６ａ，６ｂ電極７分極反転層８ａ，８ｂ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】環状の第１の光導波路と、変換波出射用
の第２の光導波路とが非線形光学効果を有する材料で形
成された基板上または基板中に形成されており、前記第
１の光導波路と前記第２の光導波路とは、前記第１の光
導波路を導波する基本波に基づき第１の光導波路内にお
いて発生する変換波が前記第２の光導波路に移行し第２
の光導波路から出射されるような位置関係に配置されて
いることを特徴とする波長変換装置．
【請求項２】請求項１記載の波長変換装置において、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは、所定の
間隔および所定の結合長で互いに近接した結合部を有
し、該結合部には、導波光の位相を変化させるための電
極が形成されており、該電極に加える電圧を変化させる
ことで、導波光の位相を変化させ、前記第１の光導波路
で発生した変換波を前記第２の光導波路に移行させたり
移行させなかったりする光変調がなされるよう構成され
ていることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の波長変換
装置において、前記第２の光導波路は、単一モード導波
路として形成されていることを特徴とする波長変換装
置。
【請求項４】請求項１記載の波長変換装置において、
前記第１の光導波路を導波する基本波と変換波との間で
位相整合をとるための位相整合手段が前記第１の光導波
路に沿ってさらに形成されており、該位相整合手段は、
前記変換波が第２高調波である場合において、基本波の
周波数をω、基本波に対する導波モ−ド光の伝搬定数を
β（ω）、前記基本波の変換波に対する導波モ−ド光の
伝搬定数をβ（２ω）とすると、Λ＝２π／｛β（２
ω）−２β（ω）｝なる関係を満たすような周期Λの周
期構造を有していることを特徴とする波長変換装置。
【請求項５】請求項４記載の波長変換装置において、
前記位相整合手段は複数個設けられており、各位相整合
手段は、互いに異なる周期Λの周期構造を有しているこ
とを特徴とする波長変換装置。
【請求項６】請求項４記載の波長変換装置において、
基板として非線形媒質ＬｉＴａＯ₃の−ｃ板を用い、光
の伝搬方向をｙ軸とし、これに垂直なｚ軸を基板の−ｃ
軸方向に合わせたとき、基本波の電界方向がｚ軸に平行
な偏波となり、第２高調波の電界方向がｚ軸に平行な偏
波となるように基本波を前記第１の光導波路に導波させ
ることを特徴とする波長変換装置。
【請求項７】請求項４記載の波長変換装置において、
基板として非線形媒質ＬｉＮｂＯ₃のｃ板を用い、光の
伝搬方向をｙ軸とし、これに垂直なｚ軸を基板のｃ軸方
向に合わせたとき、基本波の電界方向がｚ軸に平行な偏
波となり、第２高調波の電界方向がｚ軸に平行な偏波と
なるように基本波を前記第１の光導波路に導波させるこ
とを特徴とする波長変換装置。
【請求項８】請求項４記載の波長変換装置において、
基板として非線形媒質ＬｉＮｂＯ₃のｂ板を用い、光の
伝搬方向をｘ軸とし、これに垂直なｚ軸を基板のｃ軸方
向に合わせたとき、基本波の電界方向がｙ軸に平行な偏
波となり、第２高調波の電界方向がｚ軸に平行な偏波と
なるように基本波を前記第１の光導波路に導波させ、位
相整合に非線形媒質ＬｉＮｂＯ₃の複屈折性を用いるこ
とを特徴とする波長変換装置。