JPH06160926A - 波長変換素子 - Google Patents

波長変換素子

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JPH06160926A
JPH06160926A JP4317581A JP31758192A JPH06160926A JP H06160926 A JPH06160926 A JP H06160926A JP 4317581 A JP4317581 A JP 4317581A JP 31758192 A JP31758192 A JP 31758192A JP H06160926 A JPH06160926 A JP H06160926A
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wavelength conversion
wavelength
light
incident
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JP4317581A
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Sunao Kurimura
直 栗村
Ippei Sawaki
一平 佐脇
Michio Miura
道雄 三浦
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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    • GPHYSICS
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    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/377Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
    • G02F1/3775Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ等の光を高い効率で第2高調波
に変換する光導波路型の波長変換素子に関し、波長が大
きく変動する光源から出力される光に自動的に整合可能
な波長変換素子の提供を目的とする。 【構成】 強誘電体基板41に少なくとも分極反転領域42
と分極非反転領域43が交互に形成され、入射端に入射さ
れたコヒーレント光の第2高調波を出射端から出力する
波長変換素子本体4を有し、波長変換素子本体4の分極
反転周期を擬似的に入射光の波長に整合させる波長分散
素子5が、波長変換素子本体4の入射端と光源との間に
配設されてなるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ等の光を高
い効率で第2高調波に変換する光導波路型の波長変換素
子に係り、特に波長が大きく変動する光源から出力され
る光に自動的に整合可能な波長変換素子に関する。
【0002】近年、レーザプリンタやレーザスキャナ、
光ディスク等の光源として半導体レーザ(LD)が広く
利用されている。その一方で記憶容量の拡大や取扱いの
利便のために赤外光から可視光へ等、短波長化に対する
要求が強くなっている。
【0003】かかる要求に対してLDの短波長化が進め
られているが現在の技術レベルでは600nm以下にするこ
とは極めて困難で、例えば、レーザ光をバルク型の非線
形光学結晶に通し短波長の第2高調波を発生させる波長
変換素子が注目されている。
【0004】しかし、非線形光学定数の大きい光学結晶
が無く大きい基本波パワーを必要としLDを光源にする
ことができない。そこで最近になって強誘電体基板上に
分極非反転領域と分極反転領域が交互に形成された波長
変換素子が提案されている。
【0005】
【従来の技術】図5は従来の光導波路型波長変換素子の
原理説明図である。従来の光導波路型の波長変換素子は
図示の如く、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リ
チウム(LiTaO3)、チタン酸リン酸カリウム(KTiOPO4
等、強誘電体からなる基板1上に、強誘電体基板1の分
極方向をそのまま維持してなる分極非反転領域21と、分
極方向を部分的に反転させてなる分極反転領域22とが、
所望する分極反転周期に合致するよう光の進行方向に交
互に配列形成されている。
【0006】かかる強誘電体基板1上に分極非反転領域
21および分極反転領域22と交差するように光導波路3が
形成されており、LD等から出力されるコヒーレント光
からなる基本波を例えば図の左側から光導波路3に入射
させると、強誘電体基板1の分極反転周期が基本波と第
2高調波の位相に擬似的に整合している場合は、基本波
が光導波路3を図の左側から右側に向かって伝播する間
に第2高調波に変換され光導波路3の右側端面から出射
される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、LDの波長は
一般に製品間における“ばらつき”が大きくしかも環境
温度の影響によって変動しやすいため、強誘電体基板の
分極反転周期を常時基本波と第2高調波の位相に整合さ
せることが難しいという問題があった。
【0008】本発明の目的は波長が大きく変動する光源
から出力される光に自動的に整合可能な波長変換素子を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】図1は本発明になる波長
変換素子を示す斜視図である。なお全図を通し同じ対象
物は同一記号で表している。
【0010】上記課題は強誘電体基板41に少なくとも分
極反転領域42と分極非反転領域43が交互に形成され、入
射端に入射されたコヒーレント光の第2高調波を出射端
から出力する波長変換素子本体4を有し、波長変換素子
本体4の分極反転周期を擬似的に入射光の波長に整合さ
せる波長分散素子5が、波長変換素子本体4の入射端と
光源との間に配設されてなる本発明の波長変換素子によ
って達成される。
【0011】
【作用】本発明になる波長変換素子は、図1(a) に示す
如く強誘電体基板41上に分極反転領域42と分極非反転領
域43が交互に形成された波長変換素子本体4、または、
図1(b) に示す如く強誘電体基板41上に分極反転領域42
と分極非反転領域43を交互に形成すると共に、強誘電体
基板41の全面を覆う光導波路44が形成されてなる波長変
換素子本体4と光源との間に、波長変換素子本体4の分
極反転周期を擬似的に入射光の波長に整合させる波長分
散素子5が配設されている。
【0012】このように波長変換素子本体の入射端と光
源との間に波長分散素子を配設することによって、波長
変換素子本体の分極反転周期が基本光として入射された
光の波長変動に対して自動的に整合され、波長が大きく
変動する光源から出力される光に自動的に整合可能な波
長変換素子を実現することができる。
【0013】
【実施例】以下添付図により本発明の実施例について説
明する。図2は本発明になる波長変換素子の原理説明
図、図3は本発明になる波長変換素子の一実施例を示す
模式図、図4は本発明になる波長変換素子の他の実施例
を示す模式図である。
【0014】図2において本発明になる波長変換素子は
波長変換素子本体4の入射端とLD6との間にプリズム
が配設されており、波長変換素子本体4は強誘電体基板
41に光と交差するよう分極反転領域42と分極非反転領域
43が交互に形成されている。
【0015】なお、波長変換素子本体4は強誘電体基板
41上に分極反転領域42と分極非反転領域43を交互に形成
するだけでも良いが、図示の如く強誘電体基板41上に幅
の広い光導波路44を形成することによって光の透過損失
を低減することができる。
【0016】図示の如く波長変換素子本体4の入射端と
LD6との間に配設されてなるプリズムは波長分散素子
5として作用し、波長変換素子本体4の分極反転周期を
変動する基本光の波長に自動的に整合する波長変換素子
を実現することができる。
【0017】即ち、波長分散素子5に入射したλ1 なる
波長の光は実線で示す如くθ1 なる角度で波長変換素子
本体4に入射し、波長変換素子本体4の分極反転周期が
θ1なる角度で入射した光に合致する場合はλ1 /2な
る第2高調波に変換される。
【0018】また、波長分散素子5に入射したλ2 なる
波長の光は破線で示す如くθ2 なる角度で波長変換素子
本体4に入射し、波長変換素子本体4の分極反転周期が
θ2なる角度で入射した光に合致する場合はλ2 /2な
る第2高調波に変換される。
【0019】言い換えれば基本光の波長がλ1 からλ2
に変動すると波長変換素子本体4への入射角度がθ1
らθ2 に変わり、変動後の基本光は分極反転領域42と直
交する法線ベクトルに対してθ2 なる角度で波長変換素
子本体4に入射する。
【0020】波長変換素子本体4の分極反転周期をΛと
すると変動後の基本光に対する実効分極反転周期はΛ/
cos(θ2)になり、かかる分極反転周期を変動後の波長λ
2 に対する整合周期に選ぶことで光源の波長変動に常に
整合させることができる。
【0021】このような整合方法は波長変動に対応して
光路を変化させることにより波長変換素子本体4の整合
周期を変えており、波長変換に寄与する部分の減少がな
く波長変動に対し変換効率の低下がないことから常に高
い変換効率を維持できる。
【0022】本発明になる波長変換素子の一実施例は図
3に示す如くLiNbO3、LiTaO3、KTiOPO4 等からなる強誘
電体基板41上に、例えば、LDを光源として用いる波長
変換素子の場合は分極反転領域42と分極非反転領域43
を、 2.5〜 4.0μm 周期で交互に配列することで分極反
転周期がΛなる波長変換素子本体4を構成している。
【0023】また、基板がLiNbO3であればTi拡散やLiの
外拡散で、LiTaO3であればプロトン交換と熱処理によっ
て分極反転され、KTiOPO4 の場合はBaのイオン交換等に
よって分極反転されるが深い分極反転領域22の作成が可
能な電界印加法が望ましい。
【0024】従来の波長変換素子とは異なり本実施例に
おいては部分的分極反転領域2の上に強誘電体基板41の
全面を覆うように、例えば、Ti拡散法やプロトン交換法
など通常の導波路作成プロセスに基づいて幅の広い光導
波路44が形成されている。
【0025】かかる光導波路44の入射端側に屈折率変化
が他の方法より高いプロトン交換法によって波長分散素
子5が形成され、波長分散素子5は光源の波長変動に対
し常に最適の位相整合をとれるように1個乃至複数個の
プリズム51で構成される。
【0026】なお、プロトン交換法で形成された光導波
路44に同じ条件でプロトンを交換しても波長分散素子5
は形成されない。かかる場合は光導波路44を形成する際
の交換条件と異なる交換条件を設定することにより波長
分散素子5を形成できる。
【0027】また、本発明になる波長変換素子の他の実
施例は図4に示す如く上記のプリズム51からなる波長分
散素子5に代えて、回折格子52によって構成された波長
分散素子5が強誘電体基板41の全面を覆う光導波路44の
入射端側に形成されている。
【0028】高屈折率層53と低屈折率層54が交互に配列
されてなる回折格子52は高屈折率層53をプロトン交換法
により形成するが、Six Ti1-x O2膜等を光導波路44上に
周期的に蒸着またはスパッタすることによって同等の効
果を得ることが可能である。
【0029】LD6から波長分散素子5に入射したλ1
なる波長の基本光は実線で示す如くθ1 なる角度で光導
波路44を透過し、波長変換素子本体4の分極反転周期が
θ1なる角度で入射した基本光に合致すればλ1 /2な
る第2高調波に変換される。
【0030】また、波長分散素子5に入射したλ2 なる
波長の基本光は破線により示す如くθ2 なる角度で光導
波路44を透過し、波長変換素子本体4の分極反転周期が
θ2なる角度で入射した基本光に合致すればλ2 /2な
る第2高調波に変換される。
【0031】即ち、基本光の波長がλ1 からλ2 に変動
すると波長分散素子5から光導波路44への入射角度がθ
1 からθ2 に変わり、変動後の基本光は分極反転領域42
と直交する法線ベクトルに対してθ2 なる角度で光導波
路44に入射することになる。
【0032】波長変換素子本体4の分極反転周期をΛと
すると変動後の基本光に対する実効分極反転周期はΛ/
cos(θ2)になり、かかる分極反転周期を変動後の波長λ
2 に対する整合周期に選ぶことで光源の波長変動に常に
整合させることができる。
【0033】このように波長変換素子本体の入射端と光
源との間に波長分散素子を配設することによって、波長
変換素子本体の分極反転周期が基本光として入射された
光の波長変動に対して自動的に整合され、波長が大きく
変動する光源から出力される光に自動的に整合可能な波
長変換素子を実現することができる。
【0034】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば波長が大きく
変動する光源から出力される光に自動的に整合可能な波
長変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になる波長変換素子を示す斜視図であ
る。
【図2】 本発明になる波長変換素子の原理説明図であ
る。
【図3】 本発明になる波長変換素子の一実施例を示す
模式図である。
【図4】 本発明になる波長変換素子の他の実施例を示
す模式図である。
【図5】 従来の光導波路型波長変換素子の原理説明図
である。
【符号の説明】
4 波長変換素子本体 5 波長分散素子 6 LD 41 強誘電体基板 42 分極反転領域 43 分極非反転領域 44 光導波路 51 プリズム 52 回折格子 53 高屈折率層 54 低屈折率層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強誘電体基板(41)に少なくとも分極反転
    領域(42)と分極非反転領域(43)が交互に形成され、入射
    端に入射されたコヒーレント光の第2高調波を出射端か
    ら出力する波長変換素子本体(4) を有し、 該波長変換素子本体(4) の分極反転周期を擬似的に入射
    光の波長に整合させる波長分散素子(5) が、該波長変換
    素子本体(4) の入射端と光源との間に配設されてなるこ
    とを特徴とする波長変換素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の波長変換素子において波
    長変換素子本体(4)を構成する強誘電体基板(41)上に、
    分極反転領域(42)と共に波長分散素子(5) が形成されて
    なることを特徴とする波長変換素子。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の波長分散素子(5) がプリ
    ズムまたは回折格子からなることを特徴とする波長変換
    素子。
JP4317581A 1992-11-27 1992-11-27 波長変換素子 Withdrawn JPH06160926A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7817334B2 (en) 2007-02-06 2010-10-19 Seiko Epson Corporation Wavelength conversion element, light source device, image display device, and monitor device
EP2626742A1 (en) * 2012-02-08 2013-08-14 Advantest Corporation Wavelength converting apparatus, light source apparatus and wavelength converting method

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