JPH0627427A - 光機能素子 - Google Patents

光機能素子

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Publication number
JPH0627427A
JPH0627427A JP11337793A JP11337793A JPH0627427A JP H0627427 A JPH0627427 A JP H0627427A JP 11337793 A JP11337793 A JP 11337793A JP 11337793 A JP11337793 A JP 11337793A JP H0627427 A JPH0627427 A JP H0627427A
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JP
Japan
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optical waveguide
optical
plate
refractive index
functional element
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Application number
JP11337793A
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English (en)
Inventor
Shigeyoshi Misawa
成嘉 三澤
Hiroaki Fukuda
浩章 福田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】構成が簡単で、波長依存性の少ない導波路型光
スイッチ、光変調器、高調波発生器として機能する光機
能素子を提供する。 【構成】本発明の光機能素子は、LiNbO3 の±Z板あ
るいはLiTaO3 の±Z板あるいはLiNbO3 あるいは
LiTaO3の±Z板上に形成したLiTaXNb1-X3 から
なる基板1上に結晶の異常光屈折率ne のみを増加させ
る光導波路作製法を用いて作製した光導波路3と、この
光導波路3に垂直且つ面方向に平行に電界を印加するよ
うな(一対の)電極2a,2bを有することを特徴と
し、この電極2a,2b間に電圧を印加することによ
り、光導波路3の導波光(例えばTMモード)を基板中
に放射させることができ、電圧のON,OFFにより光
導波路3からの出射光の強度を変調することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光スイッチ、光変調
器、高調波発生素子、短波長光源等として機能し、光デ
ィスクドライブの光ピックアップ用光源、光記録、光印
刷、光計測、光化学、光表示素子等の光源として応用さ
れる光機能素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、光スイッチ、光変調器、高調
波発生素子、短波長光源、モード変換器等として機能す
る光機能素子が知られている(例えば、Appl.Phys.Le
tt.36(7),1 April 1980,P.513、特公平2-242236号公
報、等)。ここで、図10を参照して上記の従来技術
を説明する。この光機能素子においては、図10に示す
ように、LiNbO3 のZ板からなる基板101上にTi
拡散により光導波路103が設けられ、さらに基板10
1上の光導波路103の両側に櫛形の一対の電極102
が設けられている。そして、上記電極間に電圧を印加す
ることにより、光導波路103に対して垂直に且つ基板
101に対して平行方向に電界を印加させ、LiNbO3
結晶の屈折率楕円体の主軸を少し回転することにより、
互いに直交する波面を持つTE,TMモードを結合させ
ることができる。すなわち、光導波路103の一端に波
長λのTEモードを励起すると、もう一端からはTEモ
ードとTMモードの混合あるいはTMモード光がTEモ
ードから変換されて出射する。あるいはTMモードを入
射すると、TMモードからTEモードに変換され、T
E,TMの混合波か、TEモード光が出射する。ここ
で、櫛形電極102の周期Λは、TE,TMモードの光
導波路103における等価屈折率をNTE,NTMとしたと
き、 Λ=λ/|NTE−NTM| で与えられる。尚、印加電圧を0にすると、TEモード
←→TMモード間のモード変換は生じず、光導波路10
3に入射した導波モードはそのまま他端から出射する。
【0003】次に、の従来技術について図11(a),
(b)を参照して説明する。この光機能素子においては、
図11(a),(b)に示すように、LiNbO3,LiTaO3
等の誘電体基板1上にドーピングにより周期的分極反転
層(ZD1〜ZDn)が形成され、さらにその上に光導
波路G1が形成されている。周期的分極反転層の周期
は、基本波に対する光導波路の等価屈折率と第2高調波
に対する等価屈折率及び基本波長から求まるコヒーレン
ト長の偶数倍となっている。この構造の素子の一端に基
本波となるコヒーレント光を入射すると、第2高調波が
基本波と共に他端より出射する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術にお
いては、光導波路の両端に設けられた電極に電圧を印加
することにより、光導波路のTEモードをTMモード
に、あるいはTMモードをTEモードに変換する機能が
ある。この素子を導波路型の光スイッチとして用いる場
合には、他にTEモードとTMモードを分離する手段、
例えば偏光子や偏光フィルタ、偏光ビームスプリッタ等
が必要となり、構成が複雑となってしまう。また、TE
モードとTMモードの間の位相整合をとるために、周期
的な櫛形の電極構造が必要で、高精度な微細加工技術が
必要となり、加工コストが上がる。また、スイッチング
性能の波長依存性が大きい(波長変動により光スイッチ
ングが出来なくなる)。
【0005】上記の従来技術においては、光導波路中
に光源からの基本波を入射させ、高調波を発生させて、
光導波路端から出射させるようになっている。しかし、
光を高速変調させたい場合には、光源をON,OFFす
る以外になく、通常、これは難しく、光源が半導体レー
ザの場合でも波長変動が生じるため、通常は位相整合を
とることが難しい。このため、の従来技術において
は、高調波の高速変調はかなり難しい。本発明は上記事
情に鑑みてなされたものであって、構成が簡単で、波長
依存性の少ない導波路型光スイッチ、光変調器として機
能する光機能素子を提供することを目的とする。また、
導波路型高調波発生素子において発生する高調波の光変
調が可能な光機能素子を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の光機能素子は、LiNbO3 の±Z板
あるいはLiTaO3 の±Z板あるいはLiNbO3 あるい
はLiTaO3 の±Z板上に形成したLiTaXNb1-X3
らなる基板上に結晶の異常光屈折率ne のみを増加させ
る光導波路作製法を用いて作製した光導波路を有し、該
光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加するよう
な(一対の)電極を備え、導波路型光スイッチ、光変調
器として機能することを特徴とする。
【0007】請求項2記載の光機能素子は、LiNbO3
のY板もしくはX板あるいはLiTaO3 のY板もしくは
X板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 のY板もし
くはX板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上
に結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作
製法を用いて作製した光導波路を有し、該光導波路に垂
直且つ面方向に垂直に電界を印加するような(一対の)
電極を備え、導波路型光スイッチ、光変調器として機能
することを特徴とする。
【0008】請求項3記載の光機能素子は、コヒーレン
トな光源、及びLiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO3
の±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 の±Z
板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に周期
的屈折率分散手段及び結晶の異常光屈折率ne のみを増
加させる光導波路作製法を用いて作製した光導波路、及
び光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加するよ
うな(一対の)電極を有し、上記屈折率分散手段の周期
Λが次式を満たし、強度変調可能な高調波発生素子とし
て機能することを特徴とする。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率.
【0009】請求項4記載の光機能素子は、コヒーレン
トな光源、及びLiNbO3 のY板もしくはX板あるいは
LiTaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3 ある
いはLiTaO3 のY板もしくはX板上に形成したLiTa
XNb1-X3からなる基板上に周期的屈折率分散手段及び
結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製
法を用いて作製した光導波路、及び光導波路に垂直且つ
面方向に垂直に電界を印加するような(一対の)電極を
有し、上記屈折率分散手段の周期Λが次式を満たし、強
度変調可能な高調波発生素子として機能することを特徴
とする。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率.
【0010】請求項5記載の光機能素子は、LiNbO3
の±Z板あるいはLiTaO3 の±Z板あるいはLiNbO
3 あるいはLiTaO3 の±Z板上に形成したLiTaXNb
1-X3 からなる基板上に結晶の異常光屈折率ne のみ
を増加させる光導波路作製法としてプロトン(H+)をド
ープして作製した光導波路を有し、該光導波路に垂直且
つ面方向に平行に電界を印加するような(一対の)電極
を備え、導波路型光スイッチ、光変調器として機能する
ことを特徴とする。
【0011】請求項6記載の光機能素子は、LiNbO3
のY板もしくはX板あるいは LiTaO3 のY板もしく
はX板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 のY板も
しくはX板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板
上に結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路
作製法としてプロトン(H+)をドープして作製した光導
波路を有し、該光導波路に垂直且つ面方向に垂直に電界
を印加するような(一対の)電極を備え、導波路型光ス
イッチ、光変調器として機能することを特徴とする。
【0012】請求項7記載の光機能素子は、コヒーレン
トな光源、及びLiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO3
の±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 の±Z
板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に周期
的屈折率分散手段及び結晶の異常光屈折率ne のみを増
加させる光導波路作製法としてプロトン(H+)をドープ
して作製した光導波路、及び光導波路に垂直且つ面方向
に平行に電界を印加するような(一対の)電極を有し、
上記屈折率分散手段の周期Λが次式を満たし、強度変調
可能な高調波発生素子として機能することを特徴とす
る。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率.
【0013】請求項8記載の光機能素子は、コヒーレン
トな光源、及びLiNbO3 のY板もしくはX板あるいは
LiTaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3 ある
いはLiTaO3 のY板もしくはX板上に形成したLiTa
XNb1-X3からなる基板上に周期的屈折率分散手段及び
結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製
法としてプロトン(H+)をドープして作製した光導波
路、及び光導波路に垂直且つ面方向に垂直に電界を印加
するような(一対の)電極を有し、上記屈折率分散手段
の周期Λが次式を満たし、強度変調可能な高調波発生素
子として機能することを特徴とする。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
折率.
【0014】請求項9記載の光機能素子は、請求項3、
請求項7の光機能素子において、屈折率分散手段として
周期的分極反転層を有することを特徴とする。
【0015】請求項10記載の光機能素子は、請求項
4、請求項8の光機能素子において、屈折率分散手段と
して周期的分極反転層を有することを特徴とする。
【0016】請求項11記載の光機能素子は、請求項9
あるいは請求項10の光機能素子において、電極として
光導波路に周期的に電界を印加させるような(一対の)
電極を周期的分極反転層の領域付近に設け、且つその周
期が周期的分極反転層の周期と同じであることを特徴と
する。
【0017】請求項12記載の光機能素子は、請求項9
あるいは請求項10の光機能素子において、電極として
周期的分極反転層の付近の領域では周期的に電界を印加
させ、その他の部分は光導波路に垂直且つ面方向に平行
あるいは垂直に連続的に電界を印加するような(一対)
の電極を有することを特徴とする。
【0018】請求項13記載の光機能素子は、請求項1
乃至請求項12の光機能素子において、基板の底面ある
いは光導波路端面を除いた基板端面に光の吸収、遮光層
を有することを特徴とする。
【0019】請求項14記載の光機能素子は、請求項3
あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請
求項10の光機能素子において、周期的屈折率分散手段
あるいは周期的分極反転層より手前の光導波路部分に電
界を印加して高調波の変調を行なうようにしたことを特
徴とする。
【0020】請求項15記載の光機能素子は、請求項3
あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請
求項10の光機能素子において、周期的屈折率分散手段
あるいは周期的分極反転層より後方の光導波路部分に電
界を印加して高調波の変調を行なうようにしたことを特
徴とする。
【0021】請求項16記載の光機能素子は、請求項3
あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請
求項10の光機能素子において、周期的屈折率分散手段
あるいは周期的分極反転層の設けられた領域の光導波路
部分にのみ電界を印加して高調波の変調を行なうように
したことを特徴とする。
【0022】請求項17記載の光機能素子は、請求項3
あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請
求項10、請求項12の光機能素子において、周期的屈
折率分散手段あるいは周期的分極反転層より手前の光導
波路のみの領域及びそれに続く周期的屈折率分散手段あ
るいは周期的分極反転層の領域の光導波路に電界を印加
して高調波の変調を行なうようにしたことを特徴とす
る。
【0023】請求項18記載の光機能素子は、請求項3
あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請
求項10、請求項12の光機能素子において、周期的屈
折率分散手段あるいは周期的分極反転層より後方の光導
波路のみの領域及びその手前にある周期的屈折率分散手
段あるいは周期的分極反転層の領域の光導波路に電界を
印加して高調波の変調を行なうようにしたことを特徴と
する。
【0024】
【作用】請求項1の光機能素子においては、LiNbO3
の±Z板あるいはLiTaO3の±Z板あるいはLiNbO3
あるいはLiTaO3の±Z板上に形成したLiTaXNb1-X
3からなる基板上に結晶の異常光屈折率neのみを増加
させる光導波路作製法を用いて作製した光導波路と、該
光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加するよう
な(一対の)電極を有するため、この電極間に電圧を印
加することにより、光導波路の導波光(例えばTMモー
ド)を基板中に放射させることができ、電圧のON,O
FFにより光導波路からの出射光の強度を変調すること
ができる。
【0025】請求項2の光機能素子においては、LiNb
3のY板もしくはX板あるいはLiTaO3のY板もしく
はX板あるいはLiNbO3あるいはLiTaO3のY板もし
くはX板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上
に結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作
製法を用いて作製した光導波路と、該光導波路に垂直且
つ面方向に垂直に電界を印加するような(一対の)電極
を有するため、この電極間に電圧を印加することによ
り、光導波路の導波光(例えばTEモード)を基板中に
放射することができ、電圧のON,OFFにより光導波
路からの出射光の強度を変調することができる。
【0026】請求項3の光機能素子においては、コヒー
レントな光源、及びLiNbO3 の±Z板あるいはLiTa
3 の±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3
±Z板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に
周期的屈折率分散手段及び結晶の異常光屈折率ne のみ
を増加させる光導波路作製法を用いて作製した光導波
路、及び光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加
するような(一対の)電極を有するため、基本波及び光
導波路中で発生する高調波の導波モードを上記電極に電
圧を印加することにより基板中に放射させることがで
き、電圧のON,OFFにより光導波路から出射する高
調波の強度を変調することができる。
【0027】請求項4の光機能素子においては、コヒー
レントな光源、及びLiNbO3 のY板もしくはX板ある
いはLiTaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3
あるいはLiTaO3 のY板もしくはX板上に形成したL
iTaXNb1-X3からなる基板上に周期的屈折率分散手段
及び結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路
作製法を用いて作製した光導波路、及び光導波路に垂直
且つ面方向に垂直に電界を印加するような(一対の)電
極を有するため、基本波及び光導波路中で発生する高調
波の導波モードを上記電極に電圧を印加することにより
基板中に放射させることができ、電圧のON,OFFに
より光導波路から出射する高調波の強度を変調すること
ができる。また、光導波路の導波光のモードがTEモー
ドとなるため、光源に半導体レーザを用いた場合、直接
接合により光導波路に励起可能な長所がある。
【0028】請求項5の光機能素子においては、請求項
1と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0029】請求項6の光機能素子においては、請求項
2と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0030】請求項7の光機能素子においては、請求項
3と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0031】請求項8の光機能素子においては、請求項
4と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0032】請求項9の光機能素子においては、請求項
3、請求項7の光機能素子において、屈折率分散手段と
して周期的分極反転層を用いているため、通常のグレー
ティング等の屈折率分散手段に比べて効率良く高調波を
発生することができ、より高出力の高調波が得られる。
【0033】請求項10の光機能素子においては、請求
項4、請求項8の光機能素子において、屈折率分散手段
として周期的分極反転層を用いているため、通常のグレ
ーティング等の屈折率分散手段に比べて効率良く高調波
を発生することができ、より高出力の高調波が得られ
る。
【0034】請求項11の光機能素子においては、請求
項9あるいは請求項10の光機能素子において、電極と
して光導波路に周期的に電界を印加するような(一対
の)電極を周期的分極反転層の領域付近に設け、その周
期が周期的分極反転層の周期と同じであるため、請求項
9あるいは請求項10と同様の作用効果が得られる他、
分極方向が一定の部分にのみ電界を印加するため、誘起
される放射モードの電界変化が導波モードの電界変化に
比例し、且つ位相も同じになるため、請求項9あるいは
請求項10の素子に比べて効率良く導波モードを放射モ
ードに変換することができ、高調波の変調度を大きくと
れる。
【0035】請求項12の光機能素子においては、請求
項9あるいは請求項10の光機能素子において、電極と
して周期的分極反転層の付近の領域では周期的に電界を
印加させ、その他の部分では光導波路に垂直且つ面方向
に平行あるいは垂直に連続的に電界を印加するような
(一対の)電極を有しているため、請求項11の作用効
果に加え、周期的分極反転層のない部分では、さらに導
波モードから放射モードへの変換効率を良くすることが
でき、高調波の変調度を大きくとれる。
【0036】請求項13の光機能素子においては、請求
項1乃至請求項12の光機能素子において、基板の底面
あるいは光導波路端面を除いた基板端面に光の吸収、遮
光層を有しているため、光導波路から基板中へ出射する
放射光が基板外へ洩れることがなく、光導波路からの出
射光と混ざることがない。このため、請求項1,5ある
いは請求項2,6の作用効果に加え、導波光の変調度を
より大きくとることができる。また、請求項3あるいは
請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請求項1
0、請求項11、請求項12の作用効果に加え、高調波
の変調度をより大きくとることができる。
【0037】請求項14の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層の領域より手前の光導波
路部分において基本波を変調することにより結果的に高
調波を変調する方式であり、高調波の出力は基本波の光
強度の2乗に比例するため、高調波の変調度を大きくと
ることができる。
【0038】請求項15の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層の領域より後の光導波路
部分に電界を印加して基本波及び高調波を同時に変調す
る方式であり、高調波は波長が基本波に対して短いた
め、電界の印加による屈折率楕円体の主軸の回転角が、
基本波のみを変調する場合に比べて大きくとれ、基本波
を変調する方式に比べると電極の長さをより短くするこ
とができる。
【0039】請求項16の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層の設けられた領域の光導
波路部分にのみ電界を加えて基本波及び高調波を同時に
変調するため、高調波の発生領域と変調領域の光導波路
が共通化でき、素子長が短く強度変調可能な高調波発生
素子が構成できる。
【0040】請求項17の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層より手前の光導波路及び
それに続く周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反
転層の領域の光導波路に電界を印加して基本波及び高調
波の変調を行なうため、請求項14の場合と同様に高調
波の変調度を大きくとれる上に、さらに高調波そのもの
も直接変調するため、さらに変調度を大きくすることが
できる。また、請求項12の作用効果に加えて、周期的
分極反転層より手前の光導波路のみの領域で基本波を変
調しそれに続く周期的分極反転層の領域の光導波路部で
基本波及び高調波の変調を行なうため、請求項14の場
合と同様に、さらに高調波の変調度を大きくることがで
きる。
【0041】請求項18の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層より後方の光導波路のみ
の領域及びその手前にある周期的屈折率分散手段あるい
は周期的分極反転層の領域の光導波路に電界を印加して
基本波及び高調波の変調を行なうため、請求項15の場
合と同様に電極の長さを短くできるだけでなく、さらに
周期的屈折率分散領域あるいは周期的分極反転領域にあ
る光導波路部分でも変調するため、さらに高調波の変調
度を大きくとることができる。また、請求項12の作用
効果に加えて、周期的分極反転層より後方の光導波路の
みの領域及びその手前にある周期的分極反転層の領域の
光導波路に電界を印加して基本波及び高調波の変調を行
なうため、請求項15の場合と同様に基本波のみを変調
する場合より電極の長さをより短くできる。
【0042】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。尚、本発明では、LiNbO3の±Z板ある
いはLiTaO3の±Z板あるいはLiNbO3あるいはLi
TaO3の±Z板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる
基板上、あるいは、LiNbO3のY板もしくはX板ある
いはLiTaO3のY板もしくはX板あるいはLiNbO3
るいはLiTaO3のY板もしくはX板上に形成したLiT
aXNb1-X3からなる基板上に光導波路を作製する際
に、結晶の異常光屈折率ne のみを増加させるような光
導波路作製法として、以下の実施例では主にプロトン
(H+)をドープして光導波路を作製する方法(プロトン
交換法)を用いているが、この他に例えば、Li外拡散
による光導波路の作製法がある。ただし、プロトンをド
ープする方法は200〜300℃と比較的低温で容易に
光導波路を作製できるが、Li外拡散による方法は90
0〜1000℃程度の比較的高温で行なうため、作製温
度がキュリー点と同程度かそれより上になった場合ポー
リングが必要となり作製の工程が増加する。しかし、一
例として、Li外拡散により作製した光導波路を用いた
実施例についても最後に説明する。
【0043】[実施例1]図1は本発明の一実施例を示
す光機能素子の説明図であって、(a)は光機能素子の
斜視図、(b)は光機能素子の断面図である。図1にお
いて、この光機能素子では、LiTaO3 あるいはLiNb
3 を基板1として用い、基板方位は+Z板あるいは−
Z板とする。この基板1上にはプロトン交換法(基板上
にプロトン(H+)をドープする)により3次元光導波路
3が作製され、さらに基板1上の光導波路3の両側に平
行して金属を装荷してなる電極2a,2bが設けられて
いる。
【0044】ここで、例えば図1(a)のように光導波路
3がX軸方向に沿って設けられた場合、電極2a,2b
間に電圧を印加すると、光導波路3中ではY軸方向の電
界が印加されることになる。この時、参考文献”西原,
春名,栖原著「光集積回路」オーム社、1985年”のP.10
9〜111に述べられているような理由により、基板1の結
晶の屈折率楕円体の主軸が回転し、それにより比誘電率
テンソル[ε]の非対角項が生じる。ここで、光導波路
3にTMモードを励起したとすると、TMモードでは主
にZ方向に電界成分を持つ(一部はX方向にもある)。
このため、Y軸方向への分極δPyが生じる。ここで、δ
Pyは以下のように表せる。 δPy=ε0δε23z ≒−ε0e 20 2γ51eyz ・・・(1) 尚、ε0は真空の誘電率、δε23は比誘電率テンソルの
非対角成分、ne,n0は基板1の異常光,常光の屈折
率、Eeyは電極2a,2b間の電界、EzはTMモード
のZ方向成分の電界、γ51は基板1の電気光学定数を表
す。
【0045】このようにしてTMモード光を光導波路端
に励起すると、電極2a,2b間、すなわち光導波路に
垂直且つ面方向に平行に電圧を印加した場合、Y方向の
分極δPyが生じ、このため、もし光導波路3のTEモー
ドが存在すれば、TEモードが励起される。しかし、光
導波路3はプロトン交換により作製された光導波路であ
り、この場合、Y方向の電界に対しては導波路となら
ず、バルクに近い構造となるため、通常の放射が生じ
る。すなわち、導波光は光導波路3から基板中へ放射し
て進み、基板の底や端面に到達することになる。すなわ
ち、図1(b)においてTMモード光を入射光Aによっ
て励起すると、電極2a,2b間に電圧を印加しない場
合は導波モードは光導波路3中を伝播し、他端から出射
光Bが生じる。しかし、電極2a,2b間に電圧を印加
した場合は、入射光Aにより励起されたTMモードと基
板1中の放射モード(電界方向はY軸に平行)が結合
し、放射光Cとなって基板1の底面や端面に到達する。
ここで、通常ならば基板1の底面で反射したり透過した
りして、端面から透過して基板1から出て行くことにな
るが、図1(b)に示す実施例のように、光の吸収層
(あるいは遮光層)5,6を基板1の底面及び光導波路
端面を除いた基板端面に設けてある場合には、放射光は
ここで吸収(あるいは遮光)され、基板外には出ないこ
とになる。従って、図1(a),(b)に示す光機能素子
は、電極2a,2b間に印加する電圧をON,OFFす
ることにより光導波路3からの出射光のON,OFF
や、出射光の強度を変調することができ、導波路型光ス
イッチ、光変調器として機能させることができる。ま
た、LiNbO3とLiTaO3の違いについては、LiNbO
3では一般に異常光屈折率ne と常光屈折率no を比較
した場合、no>neであるため、no を感じる放射光は
導波光と容易にカップリングし、放射光が基板中に励起
される。これに対して、LiTaO3 の場合、一般に調和
融液組成ではne>noであり、放射光は導波光とカップ
リングしにくい。しかし、LiとTaの組成比をLiが
多いようにして作製した結晶では、no≧neとなる場合
があり、このときはLiNbO3 に比べてやや弱いが、導
波光と放射光がカップリングして放射光が基板中に励起
される。
【0046】[実施例2]ところで、上記実施例では基
板1の材料として、LiNbO3,LiTaO3の±Z板を用
いた例を示したが、LiNbO3,LiTaO3のY板、X板
でも可能である。図6にこの場合の実施例を示す。図6
に示す光機能素子では、LiNbO3 あるいはLiTaO3
のY板あるいはX板からなる基板1上に、光導波路3を
プロトン交換法により作製する。そして、その上にバッ
ファ層7a,7bを介して電極2a,2bが設けられて
いる。この場合、電極2a,2bはY方向(光導波路及
び面方向に垂直)に電界を印加させるため、一方の電極
2aの一部が光導波路3の上に設けられ、もう一方の電
極2bが光導波路3に平行に設けられている。バッファ
層7a,7bは光導波路3の導波光が電極2aにより吸
収されないために設けられているが、この吸収を無視す
れば必ずしも必要ではない。この実施例の場合は、光導
波路3にTEモードを図1(b)と同様に励起させ、電
極2a,2b間に電圧を印加して光導波路3のY軸方向
に電界を印加する。このときTEモードと電界がY軸方
向(一部Z方向成分もある)の放射モードとが結合し、
図1(b)と同様に、導波光が基板1の底部や端面方向
に放射する。また、電圧を電極2a,2b間に印加しな
い場合は、TEモード光は光導波路3を導波して他端か
ら出射する。従って、図6に示した光機能素子は、電極
2a,2b間に印加する電圧をON,OFFすることに
より光導波路3からの出射光のON,OFFや、出射光
の強度を変調することができ、導波路型光スイッチ、光
変調器として機能させることができる。
【0047】さて、以上の図1(a),(b)及び図6の実
施例においては、光導波路3は、安息香酸、りん酸、そ
の他の酸を沸点近くの温度にして、この中でプロトン交
換することにより作製できる。また、電極2a,2bは
導電性の金属や半導体、酸化物ならばどれを用いても良
く、金属では、Al,Cr,Ni,Ta、その他の材料が考
えられ、蒸着、スパタッリング、CVD、電着、その他
の方法で作製可能である。
【0048】[実施例3]次に、第3の実施例について
図2(a),(b)及び図3を用いて説明する。図2(a),
(b)に示す光機能素子では、基板1としてLiNbO3
±Z板あるいはLiTaO3 の±Z板を用いる。尚、図2
(a)は−Z板の例を示す。基板1がLiNbO3 の場合
は、基板1の表面に周期的Ti 拡散を施すか、あるいは
周期的なSiO2層を装荷した後、キュリー点直下まで加
熱し急冷することにより、周期的分極反転層4を形成す
る。また、基板1がLiTaO3 の場合は、周期的プロト
ン交換の後に、キュリー点直下付近の温度まで加熱し急
冷することにより、周期的分極反転層4を形成する。こ
の他、LiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO3の±Z板
に電子ビームを照射したり、基板の上下に周期的電極を
設けて高電界を印加したり、イオン注入を行なうことに
より、周期的分極反転層4を作製することができる。こ
の周期的分極反転層4を作製した後、図1、図6の実施
例1,2と同様の手法で光導波路3を基板表面に作製す
る。次に、周期的櫛型状の電極2a,2bを、周期的分
極反転層4と同じ周期で光導波路3の両側に図2(a)
のように設ける。尚、図2(a),(b)では、櫛型電極2
a,2bの間が狭くなる部分が周期的分極反転層4で無
い部分の基板上に設けられているが、これは周期的分極
反転層4上であっても良い。
【0049】この光機能素子においては、光導波路3に
図2(b)に示すように基本波Aを入射させてTMモー
ドを励起する。基本波の導波モードは、周期的分極反転
層4が設けられているため、光導波路3内で発生する高
調波の導波モードと疑似的に位相整合して基本波から高
調波へのパワーの変換が生じる。このため、光導波路3
の他端からは基本波及び高調波Bが出射する。また、電
極2a,2b間に電圧を印加すると、光導波路3のY軸
方向に電界がかかり、基本波及び高調波の導波モード
(TMモード)が基板1中で、電界の向きが主にY軸方
向の放射モードと結合し、図2(b)のCのような放射
光が基板1の底面あるいは端面に向かって光導波路3か
ら出射する。ここで、周期的分極反転層4の周期Λにつ
いては、コヒーレント長Lcを用いて以下のようになる。 Λ=2mLc (m=1,2,3・・・) ・・・(2) ただし、 Lc=λw/(4|n2w−nw|) ・・・(3) ここで、周期的分極反転層4の幅が周期Λの1/2の場
合は、m=1,3,5・・・と奇数の場合が良く、それ以外の場
合は、mが偶数の場合を含んで良い。
【0050】次に、図3により図2(a),(b)で説明し
た光機能素子を用いた短波長光源について述べる。図3
において、半導体レーザ等からなるコヒーレントな光源
7からの出射光は、集光レンズ8により光導波路3の端
面に集光し、光導波路3にTMモード光を励起する。こ
の時、電極2a,2b間に電圧が印加されない場合は、
光導波路3の他端から高調波と基本波が出射する。尚、
図中の符号9は出射光をコリメートする集光レンズであ
る。また、高調波のみを完全に分離する必要がある時
は、誘電体フィルタ、カラーフィルタ、プリズム等を用
いれば分離可能になる。電極2a,2b間に電圧を印加
した場合は、基本波、高調波とも光導波路3から基板1
の底面や端面に向かって放射し、吸収層5あるいは6に
より吸収される。この吸収層5,6は無くても動作その
ものには影響しない。このように、図2、図3に示す光
機能素子では、電極2a,2b間に電圧を印加するかし
ないかで高調波のスイッチングや変調を行なうことがで
きる。
【0051】[実施例4]次に、別の実施例について図
7を用いて説明する。この実施例は図2(a),(b)の
実施例とほぼ同じ構成であるが、櫛型電極の代わりに直
線状の電極2a,2bを用いた所が異なっている。この
実施例の場合、周期的分極反転層4の部分及び基板1の
部分の両方の光導波路3に電界がY軸方向に印加される
ため、屈折率楕円体の主軸の回転方向の向きが周期的分
極反転層4の部分と基板1の部分で反対になるため、誘
起されるY軸方向に電界を持つ放射光の分極の向きが逆
になり位相が 180°反転するため、互いに打ち消し合っ
て、やや放射光が図2(a),(b)の素子の場合に比べ
て弱くなるが、基本波及び高調波の基板1中での波長と
周期的分極反転層4の周期Λとは一般に異なり、また放
射光は基板中を導波路方向に対して斜めに進むため、位
相の異なる放射光同士は空間的に分離され、放射光が無
くなることはない。
【0052】次に、図2(a),(b)及び図7の実施例に
おいては、周期的分極反転層4の代わりに周期的なグレ
ーティング等の屈折率分散手段を設けることもできる。
この周期的な屈折率分散手段の作製法としては、Ti,
Ag,Cu,K,Cs,Tl 等の金属イオンを基板1に周
期的に拡散させるか、プロトン交換等により作製する方
法と、SiO2等の材料を光導波路3上に周期的に装荷す
ることによっても作製可能である。この場合の屈折率分
散手段の周期としては、前述の式(2),(3)と同様であ
るが、整数mは奇数、偶数の区別はこの場合必要なく、
同等として扱うことができる。さらに、基板1として用
いるLiNbO3,LiTaO3は、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
端を交換しても効果、作用は同等である。ただし、電極
間に電界を印加した場合はX方向とY方向で電気光学定
数が異なるため、やや違いが生じる。
【0053】[実施例5]次に、本発明のさらに別の実
施例について説明する。図4の実施例は、図1(a),
(b)の光機能素子(光スイッチ)と、図2(a),(b)の
光機能素子(高調波発生素子)から櫛型電極2a,2b
を除いたものを一体化した構造になっており、周期的分
極反転層(あるいは周期的屈折率分散手段)4の領域以
外の光導波路に電界を印加して高調波の光スイッチング
及び光変調を行なうようにした例であり、図3の実施例
と同様に光源7及び集光レンズ8,9と共に用いること
により、光スイッチング機能あるいは光変調機能を持つ
短波長光源を構成することができる。尚、その他の点は
図2(a),(b)及び図1(a),(b)の実施例と同様であ
る。
【0054】[実施例6]次に、図5に示す実施例は、
図1(a),(b)の光機能素子(光スイッチ)と、図2
(a),(b)の光機能素子(高調波発生素子)とを一体
化した形となっており、電極2a,2bは直線部分と櫛
型の部分を持つ構造となっており、周期的分極反転層
(あるいは周期的屈折率分散手段)4の領域の光導波路
とそれ以外の部分の光導波路とに電界を印加して高調波
の光スイッチング及び光変調を行なうようにした例であ
り、この場合も図3の実施例と同様に光源7及び集光レ
ンズ8,9と共に用いることにより、光スイッチング機
能あるいは光変調機能を持つ短波長光源を構成すること
ができる。尚、その他の点は図1(a),(b)及び図2
(a),(b)の実施例と同様である。
【0055】[実施例7]次に、図8に示す実施例は、
図5の実施例の場合とほぼ同じ構成であるが、周期的分
極反転層(あるいは周期的屈折率分散手段)4の領域の
部分の構成が、図5の実施例では図2と同様に構成され
ているのに対し、図8では図7の実施例のように直線状
の電極となっている所が異なる。尚、その他の点は図1
(a),(b)、図7及び図5の実施例と同様である。
【0056】尚、図4,5,8の各実施例においては、
入射光Aと出射光Bを矢印で示してあるが、入射光Aに
対して各素子の左右を逆転して反対側の端面より光を入
射させて用いても全く同様の効果を有する。また、図4
の実施例では、電極2a,2bにより光導波路3を通る
基本波を変調し、その結果、周期的分極反転層(あるい
は周期的屈折率分散手段)4の領域で発生し光導波路3
を出射する高調波を変調することになる。これに対し
て、図4の実施例で、矢印Aとは反対側の光導波路3の
端面から基本波を入射した場合は、電極2a,2bによ
り周期的分極反転層4の領域を通過した後の基本波及び
高調波の両方を変調することになる。この場合、高調波
は波長が基本波に対して短いため、電界の印加による屈
折率楕円体の主軸の回転角が、基本波のみを変調する場
合に比べて大きくとれ、基本波のみを変調する方式に比
べると電極の長さを短くすることができる。
【0057】さて、上記図1,2,3,4,5,7,8
の各実施例において、光導波路3の両側の基板の部分を
エッチングや切削等の手段で除去し、図9に示すように
リッジ型にしてその側面部を含めて電極2a,2bを設
けることもできる。この場合、光導波路3にY軸方向の
電界をより効率良く印加させることができる。さらに、
図3の光源7としては、半導体レーザを例にあげたが、
この他、各種固体,気体レーザや高調波光源等のコヒー
レンスの良いものが適用できる。また、集光レンズ8,
9としては、通常のレンズ、非球面レンズ、フレネルレ
ンズ、及びそれらの組み合わせ等、種々のものが考えら
れるが、集光レンズ8は必ずしも必要ではない。すなわ
ち、光源7の光導波路3への直接結合も可能であり、出
射光も放射光でよければ、集光レンズ9も必要ではな
い。
【0058】尚、以上の実施例3〜7では、基板1の材
料として、LiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO3 の±
Z板を用いた例を示したが、LiNbO3 のY板もしくは
X板あるいはLiTaO3 のY板もしくはX板、さらに
は、前述したようにLiNbO3あるいはLiTaO3 の±
Z板あるいはY板もしくはX板の上に形成したLiTaX
Nb1-X3 からなる基板を用いても同様に実施可能であ
る。ただし、LiNbO3のY板もしくはX板あるいはLi
TaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3あるいは
LiTaO3のY板もしくはX板上に形成したLiTaXNb
1-X3からなる基板を用いる場合は、光導波路に垂直且
つ面方向に垂直に電界を印加するような一対の電極を設
ける。この場合、直線状の電極の形状は図6に示した電
極2a,2bでよい。櫛型電極の場合は図6の電極2b
の部分のみを例えば図2の櫛型電極2bに置き換えれば
可能である。また、周期的分極反転層4については、第
3の実施例の場合とほぼ同様であり、櫛型電極による電
界印加や周期的プロトン交換後、キュリー点付近まで加
熱後急冷する方法が適用できる。
【0059】[実施例8]次に、図12に本発明のさら
に別の実施例を示す。この実施例は、第3の実施例にお
いて基板1として、LiNbO3 あるいはLiTaO3の+Z
板あるいは−Z板からなる基板に換えて、LiNbO3
るいはLiTaO3の+Z板あるいは−Z板の上に液相成
長で成長させたLiTaXNb1-X3(0≦X≦1)の組成
のエピ層が装荷された基板を用いた例である。図中符号
11がLiTaXNb1-X3エピ層である。さらに、光導波
路3として、プロトンをドープして作製したものに換え
て、Liの外拡散により作製した光導波路を用いてい
る。その他の構成は図2(a),(b)の実施例と同様で
ある。
【0060】作製法は第3の実施例と異なり、基板1に
選択的にSiO2あるいはSiN の膜をCVD、スパッタ
リング等で形成し、このとき光導波路3の部分だけスト
ライプ状にSiO2あるいはSiN 膜が形成されないよう
に、リフトオフ法を用いるか選択的エッチング等の方法
でストライプ状にSiO2あるいはSiN 膜を除去してお
く。この後、基板1を900〜1000℃程度の温度で
2 雰囲気中で数10分程度加熱すると、LiTaXNb
1-X3エピ層の露出している部分からLiが外拡散によ
り出て行き、この部分の屈折率が上がって光導波路3が
形成される。この後、SiO2あるいはSiN 膜をフッ酸
等でエッチングにより除去する。ここで、LiTaXNb
1-X3のキュリー点が900〜1000℃より小さい場
合は、再び基板1を電界印加等で分極を揃えるポーリン
グが必要になる。この後、キュリー点直下で第3の実施
例と同様にして周期的分極反転層を形成し、さらに櫛型
電極2a,2bを形成して光機能素子を作製する。
【0061】ここで、Li外拡散による光導波路の形成
法は他の全ての実施例においてもプロトン交換法による
形成法に換わり適用でき、従って、プロトン交換光導波
路の換わりにLi外拡散光導波路を用いることができ
る。また、LiNbO3 あるいはLiTaO3 上にLiTaX
Nb1-X3エピ層を成長させた基板もこの実施例に限ら
ず、LiNbO3 及びLiTaO3 の基板に換えて用いるこ
とができる。
【0062】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の光機能
素子においては、LiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO
3 の±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 の±
Z板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に結
晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製法
を用いて作製した光導波路と、該光導波路に垂直且つ面
方向に平行に電界を印加するような(一対の)電極を有
するため、この電極間に電圧を印加することにより、光
導波路の導波光(例えばTMモード)を基板中に放射さ
せることができ、電圧のON,OFFにより光導波路か
らの出射光の強度を変調することができる。従って、本
発明によれば、構成が簡単で、波長依存性の少ない導波
路型光スイッチ、光変調器として機能する光機能素子を
提供することができる。
【0063】また、請求項2の光機能素子においては、
LiNbO3 のY板もしくはX板あるいはLiTaO3 のY
板もしくはX板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3
のY板もしくはX板上に形成したLiTaXNb1-X3から
なる基板上に結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる
光導波路作製法を用いて作製した光導波路と、該光導波
路に垂直且つ面方向に垂直に電界を印加するような(一
対の)電極を有するため、この電極間に電圧を印加する
ことにより、光導波路の導波光(例えばTEモード)を
基板中に放射することができ、電圧のON,OFFによ
り光導波路からの出射光の強度を変調することができ
る。従って、本発明によれば、構成が簡単で、波長依存
性の少ない導波路型光スイッチ、光変調器として機能す
る光機能素子を提供することができる。
【0064】請求項3の光機能素子においては、コヒー
レントな光源、及びLiNbO3 の±Z板あるいはLiTa
3 の±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3
±Z板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に
周期的屈折率分散手段及び結晶の異常光屈折率ne のみ
を増加させる光導波路作製法を用いて作製した光導波
路、及び光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加
するような(一対の)電極を有するため、基本波及び光
導波路中で発生する高調波の導波モードを上記電極に電
圧を印加することにより基板中に放射させることがで
き、電圧のON,OFFにより光導波路から出射する高
調波の強度を変調することができる。従って、本発明に
よれば、高調波の光変調が可能な光機能素子を提供する
ことができる。
【0065】請求項4の光機能素子においては、コヒー
レントな光源、及びLiNbO3 のY板もしくはX板ある
いはLiTaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3
あるいはLiTaO3 のY板もしくはX板上に形成したL
iTaXNb1-X3からなる基板上に周期的屈折率分散手段
及び結晶の異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路
作製法を用いて作製した光導波路、及び光導波路に垂直
且つ面方向に垂直に電界を印加するような(一対の)電
極を有するため、基本波及び光導波路中で発生する高調
波の導波モードを上記電極に電圧を印加することにより
基板中に放射させることができ、電圧のON,OFFに
より光導波路から出射する高調波の強度を変調すること
ができる。従って、本発明によれば、高調波の光変調が
可能な光機能素子を提供することができる。また、本発
明によれば、光導波路の導波光のモードがTEモードと
なるため、光源に半導体レーザを用いた場合、直接接合
により光導波路に励起可能な長所もある。
【0066】請求項5の光機能素子においては、請求項
1と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0067】請求項6の光機能素子においては、請求項
2と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0068】請求項7の光機能素子においては、請求項
3と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0069】請求項8の光機能素子においては、請求項
4と同様の作用効果が得られ、且つ、結晶の異常光屈折
率ne のみを増加させる光導波路作製法としてプロトン
(H+)をドープして作製する方法(プロトン交換法)を
用いたことにより、比較的低温で光導波路が作製でき、
作製が容易となる。
【0070】請求項9の光機能素子においては、請求項
3、請求項7の光機能素子において、屈折率分散手段と
して周期的分極反転層を用いているため、通常のグレー
ティング等の屈折率分散手段に比べて効率良く高調波を
発生することができ、より高出力の高調波が得られる。
従って、本発明によれば、高調波の光変調が可能で、且
つ高出力の高調波が得られる光機能素子を提供すること
ができる。
【0071】請求項10の光機能素子においては、請求
項4、請求項8の光機能素子において、屈折率分散手段
として周期的分極反転層を用いているため、通常のグレ
ーティング等の屈折率分散手段に比べて効率良く高調波
を発生することができ、より高出力の高調波が得られ
る。従って、本発明によれば、高調波の光変調が可能
で、且つ高出力の高調波が得られる光機能素子を提供す
ることができる。
【0072】請求項11の光機能素子においては、請求
項9あるいは請求項10の光機能素子において、電極と
して光導波路に周期的に電界を印加するような(一対
の)電極を周期的分極反転層の領域付近に設け、その周
期が周期的分極反転層の周期と同じであるため、請求項
9あるいは請求項10と同様の作用効果が得られる他、
分極方向が一定の部分にのみ電界を印加するため、誘起
される放射モードの電界変化が導波モードの電界変化に
比例し、且つ位相も同じになるため、請求項9あるいは
請求項10の素子に比べて効率良く導波モードを放射モ
ードに変換することができ、高調波の変調度を大きくと
れる。
【0073】請求項12の光機能素子においては、請求
項9あるいは請求項10の光機能素子において、電極と
して周期的分極反転層の付近の領域では周期的に電界を
印加させ、その他の部分では光導波路に垂直且つ面方向
に平行あるいは垂直に連続的に電界を印加するような
(一対の)電極を有しているため、請求項11の作用効
果に加え、周期的分極反転層のない部分では、さらに導
波モードから放射モードへの変換効率を良くすることが
でき、高調波の変調度を大きくとれる。
【0074】請求項13の光機能素子においては、請求
項1乃至請求項12の光機能素子において、基板の底面
あるいは光導波路端面を除いた基板端面に光の吸収、遮
光層を有しているため、光導波路から基板中へ出射する
放射光が基板外へ洩れることがなく、光導波路からの出
射光と混ざることがない。このため、請求項1,5ある
いは請求項2,6の作用効果に加え、導波光の変調度を
より大きくとることができる。また、請求項3あるいは
請求項4、請求項7、請求項8、請求項9、請求項1
0、請求項11、請求項12の作用効果に加え、高調波
の変調度をより大きくとることができる。
【0075】請求項14の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層の領域より手前の光導波
路部分において基本波を変調することにより結果的に高
調波を変調する方式であり、高調波の出力は基本波の光
強度の2乗に比例するため、高調波の変調度を大きくと
ることができる。
【0076】請求項15の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層の領域より後の光導波路
部分に電界を印加して基本波及び高調波を同時に変調す
る方式であり、高調波は波長が基本波に対して短いた
め、電界の印加による屈折率楕円体の主軸の回転角が、
基本波のみを変調する場合に比べて大きくとれ、基本波
を変調する方式に比べると電極の長さをより短くするこ
とができる。
【0077】請求項16の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層の設けられた領域の光導
波路部分にのみ電界を加えて基本波及び高調波を同時に
変調するため、高調波の発生領域と変調領域の光導波路
が共通化でき、素子長が短く強度変調可能な高調波発生
素子が構成できる。
【0078】請求項17の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層より手前の光導波路及び
それに続く周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反
転層の領域の光導波路に電界を印加して基本波及び高調
波の変調を行なうため、請求項14の場合と同様に高調
波の変調度を大きくとれる上に、さらに高調波そのもの
も直接変調するため、さらに変調度を大きくすることが
できる。また、請求項12の作用効果に加えて、周期的
分極反転層より手前の光導波路のみの領域で基本波を変
調しそれに続く周期的分極反転層の領域の光導波路部で
基本波及び高調波の変調を行なうため、請求項14の場
合と同様に、さらに高調波の変調度を大きくることがで
きる。
【0079】請求項18の光機能素子においては、請求
項3あるいは請求項4、請求項7、請求項8、請求項
9、請求項10の作用効果に加えて、周期的屈折率分散
手段あるいは周期的分極反転層より後方の光導波路のみ
の領域及びその手前にある周期的屈折率分散手段あるい
は周期的分極反転層の領域の光導波路に電界を印加して
基本波及び高調波の変調を行なうため、請求項15の場
合と同様に電極の長さを短くできるだけでなく、さらに
周期的屈折率分散領域あるいは周期的分極反転領域にあ
る光導波路部分でも変調するため、さらに高調波の変調
度を大きくとることができる。また、請求項12の作用
効果に加えて、周期的分極反転層より後方の光導波路の
みの領域及びその手前にある周期的分極反転層の領域の
光導波路に電界を印加して基本波及び高調波の変調を行
なうため、請求項15の場合と同様に基本波のみを変調
する場合より電極の長さをより短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図であって、(a)は
光機能素子の斜視図、(b)は光機能素子の断面図であ
る。
【図2】本発明の別の実施例を示す図であって、(a)
は光機能素子の斜視図、(b)は光機能素子の断面図で
ある。
【図3】本発明の別の実施例を示す図であって、図2に
示す光機能素子を用いて構成した短波長光源の概略構成
図である。
【図4】本発明のさらに別の実施例を示す光機能素子の
平面図である。
【図5】本発明のさらに別の実施例を示す光機能素子の
平面図である。
【図6】本発明のさらに別の実施例を示す光機能素子の
斜視図である。
【図7】本発明のさらに別の実施例を示す光機能素子の
斜視図である。
【図8】本発明のさらに別の実施例を示す光機能素子の
平面図である。
【図9】本発明のさらに別の実施例を示す光機能素子の
断面図である。
【図10】従来技術の一例を示す光機能素子の斜視図で
ある。
【図11】従来技術の別の例を示す図であって、(a)
は光機能素子の斜視図、(b)は光機能素子の平面図で
ある。
【図12】本発明のさらに別の実施例を示す図であっ
て、(a)は光機能素子の斜視図、(b)は光機能素子
の断面図である。
【符号の説明】
1・・・基板 2a,2b・・・(一対の)電極 3・・・光導波路 4・・・周期的屈折率分散手段(あるいは周期的分極反
転層) 5,6・・・吸収層(あるいは遮光層) 7・・・光源 7a,7b・・・バッファ層 8,9・・・集光レンズ 11・・・LiTaXNb1-X3

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】LiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO3
    ±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 の±Z板
    上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に結晶の
    異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製法を用
    いて作製した光導波路を有し、該光導波路に垂直且つ面
    方向に平行に電界を印加するような(一対の)電極を備
    え、導波路型光スイッチ、光変調器として機能する光機
    能素子。
  2. 【請求項2】LiNbO3 のY板もしくはX板あるいはL
    iTaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3 あるい
    はLiTaO3のY板もしくはX板上に形成したLiTaX
    b1-X3からなる基板上に結晶の異常光屈折率ne のみ
    を増加させる光導波路作製法を用いて作製した光導波路
    を有し、該光導波路に垂直且つ面方向に垂直に電界を印
    加するような(一対の)電極を備え、導波路型光スイッ
    チ、光変調器として機能する光機能素子。
  3. 【請求項3】コヒーレントな光源、及びLiNbO3 の±
    Z板あるいはLiTaO3 の±Z板あるいはLiNbO3
    るいはLiTaO3 の±Z板上に形成したLiTaXNb1-X
    3からなる基板上に周期的屈折率分散手段及び結晶の
    異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製法を用
    いて作製した光導波路、及び光導波路に垂直且つ面方向
    に平行に電界を印加するような(一対の)電極を有し、
    上記屈折率分散手段の周期Λが次式を満たし、強度変調
    可能な高調波発生素子として機能する光機能素子。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
    2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率.
  4. 【請求項4】コヒーレントな光源、及びLiNbO3 のY
    板もしくはX板あるいはLiTaO3のY板もしくはX板
    あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 のY板もしくは
    X板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に周
    期的屈折率分散手段及び結晶の異常光屈折率ne のみを
    増加させる光導波路作製法を用いて作製した光導波路、
    及び光導波路に垂直且つ面方向に垂直に電界を印加する
    ような(一対の)電極を有し、上記屈折率分散手段の周
    期Λが次式を満たし、強度変調可能な高調波発生素子と
    して機能する光機能素子。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
    2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率.
  5. 【請求項5】LiNbO3 の±Z板あるいはLiTaO3
    ±Z板あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 の±Z板
    上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に結晶の
    異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製法とし
    てプロトン(H+)をドープして作製した光導波路を有
    し、該光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加す
    るような(一対の)電極を備え、導波路型光スイッチ、
    光変調器として機能する光機能素子。
  6. 【請求項6】LiNbO3 のY板もしくはX板あるいはL
    iTaO3 のY板もしくはX板あるいはLiNbO3 あるい
    はLiTaO3のY板もしくはX板上に形成したLiTaX
    b1-X3からなる基板上に結晶の異常光屈折率ne のみ
    を増加させる光導波路作製法としてプロトン(H+)をド
    ープして作製した光導波路を有し、該光導波路に垂直且
    つ面方向に垂直に電界を印加するような(一対の)電極
    を備え、導波路型光スイッチ、光変調器として機能する
    光機能素子。
  7. 【請求項7】コヒーレントな光源、及びLiNbO3 の±
    Z板あるいはLiTaO3 の±Z板あるいはLiNbO3
    るいはLiTaO3 の±Z板上に形成したLiTaXNb1-X
    3からなる基板上に周期的屈折率分散手段及び結晶の
    異常光屈折率ne のみを増加させる光導波路作製法とし
    てプロトン(H+)をドープして作製した光導波路、及び
    光導波路に垂直且つ面方向に平行に電界を印加するよう
    な(一対の)電極を有し、上記屈折率分散手段の周期Λ
    が次式を満たし、強度変調可能な高調波発生素子として
    機能する光機能素子。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
    2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率.
  8. 【請求項8】コヒーレントな光源、及びLiNbO3 のY
    板もしくはX板あるいはLiTaO3のY板もしくはX板
    あるいはLiNbO3 あるいはLiTaO3 のY板もしくは
    X板上に形成したLiTaXNb1-X3からなる基板上に周
    期的屈折率分散手段及び結晶の異常光屈折率ne のみを
    増加させる光導波路作製法としてプロトン(H+)をドー
    プして作製した光導波路、及び光導波路に垂直且つ面方
    向に垂直に電界を印加するような(一対の)電極を有
    し、上記屈折率分散手段の周期Λが次式を満たし、強度
    変調可能な高調波発生素子として機能する光機能素子。 Λ=(m/2){λw/(|n2w−nw|)} (m=1,
    2,3・・・) 但し、λw:基本波の波長. nw:基本波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率. n2w:高調波に対応する光導波路の導波モードの等価屈
    折率.
  9. 【請求項9】請求項3、請求項7記載の光機能素子にお
    いて、屈折率分散手段として周期的分極反転層を有する
    ことを特徴とする光機能素子。
  10. 【請求項10】請求項4、請求項8記載の光機能素子に
    おいて、屈折率分散手段として周期的分極反転層を有す
    ることを特徴とする光機能素子。
  11. 【請求項11】請求項9あるいは請求項10記載の光機
    能素子において、電極として光導波路に周期的に電界を
    印加させるような(一対の)電極を周期的分極反転層の
    領域付近に設け、且つその周期が周期的分極反転層の周
    期と同じであることを特徴とする光機能素子。
  12. 【請求項12】請求項9あるいは請求項10記載の光機
    能素子において、電極として周期的分極反転層の付近の
    領域では周期的に電界を印加させ、その他の部分は光導
    波路に垂直且つ面方向に平行あるいは垂直に連続的に電
    界を印加するような(一対)の電極を有することを特徴
    とする光機能素子。
  13. 【請求項13】請求項1乃至請求項12記載の光機能素
    子において、基板の底面あるいは光導波路端面を除いた
    基板端面に光の吸収、遮光層を有することを特徴とする
    光機能素子。
  14. 【請求項14】請求項3あるいは請求項4、請求項7、
    請求項8、請求項9、請求項10記載の光機能素子にお
    いて、周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反転層
    より手前の光導波路部分に電界を印加して高調波の変調
    を行なうようにしたことを特徴とする光機能素子。
  15. 【請求項15】請求項3あるいは請求項4、請求項7、
    請求項8、請求項9、請求項10記載の光機能素子にお
    いて、周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反転層
    より後方の光導波路部分に電界を印加して高調波の変調
    を行なうようにしたことを特徴とする光機能素子。
  16. 【請求項16】請求項3あるいは請求項4、請求項7、
    請求項8、請求項9、請求項10記載の光機能素子にお
    いて、周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反転層
    の設けられた領域の光導波路部分にのみ電界を印加して
    高調波の変調を行なうようにしたことを特徴とする光機
    能素子。
  17. 【請求項17】請求項3あるいは請求項4、請求項7、
    請求項8、請求項9、請求項10、請求項12記載の光
    機能素子において、周期的屈折率分散手段あるいは周期
    的分極反転層より手前の光導波路のみの領域及びそれに
    続く周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反転層の
    領域の光導波路に電界を印加して高調波の変調を行なう
    ようにしたことを特徴とする光機能素子。
  18. 【請求項18】請求項3あるいは請求項4、請求項7、
    請求項8、請求項9、請求項10、請求項12記載の光
    機能素子において、周期的屈折率分散手段あるいは周期
    的分極反転層より後方の光導波路のみの領域及びその手
    前にある周期的屈折率分散手段あるいは周期的分極反転
    層の領域の光導波路に電界を印加して高調波の変調を行
    なうようにしたことを特徴とする光機能素子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4431589A1 (de) * 1994-09-05 1996-03-07 Deutsche Telekom Ag Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen
JPH09325227A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Fujikura Ltd 光導波路グレーティング
KR100888477B1 (ko) * 2007-02-28 2009-03-12 삼성전자주식회사 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치
US7630132B2 (en) 2005-05-23 2009-12-08 Ricoh Company, Ltd. Polarization control device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4431589A1 (de) * 1994-09-05 1996-03-07 Deutsche Telekom Ag Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen
DE4431589C2 (de) * 1994-09-05 1999-06-17 Deutsche Telekom Ag Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen
JPH09325227A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Fujikura Ltd 光導波路グレーティング
US7630132B2 (en) 2005-05-23 2009-12-08 Ricoh Company, Ltd. Polarization control device
KR100888477B1 (ko) * 2007-02-28 2009-03-12 삼성전자주식회사 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치

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