JPH06289446A - 光高調波発生器 - Google Patents

光高調波発生器

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JPH06289446A
JPH06289446A JP10189793A JP10189793A JPH06289446A JP H06289446 A JPH06289446 A JP H06289446A JP 10189793 A JP10189793 A JP 10189793A JP 10189793 A JP10189793 A JP 10189793A JP H06289446 A JPH06289446 A JP H06289446A
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JP
Japan
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light side
substrate
optical
optical waveguide
harmonic generator
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Application number
JP10189793A
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English (en)
Inventor
Yutaka Kawabe
豊 川辺
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Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザから発せられる基本波を用いて
安定な第二高調波を効率よく出力できるようにする。 【構成】 非線形光学媒質中に周期的分極反転領域5が
配列形成された光導波路5の入力光側面部P1と出力光
側面部P2とにそれぞれヒータH1,H2を設けて温度
差を設けてあり、好ましくはこの温度差を10℃〜10
0℃の範囲に設定してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレントな光を利
用する光記憶装置,光情報処理装置,光計測装置などに
用いられる光高調波発生器に関し、特に、安定した第二
高調波を発生できるようにした光高調波発生器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは、コヒーレントな光を発
する小型な光源として、光ディスク装置,記憶再生が可
能な光磁気ディスク装置,光情報処理装置,光計測装置
などに広く利用されている。しかし、この半導体レーザ
から得られる光の波長は、0.78〜1.55μmの長
波長領域にあるため、記憶密度の高密度化や高解像度再
生,高密度伝送,高精度な計測の要求が高まっている現
状では十分とは言えず、上記要求を満たすため、より波
長の短い光が求められている。
【0003】このような短波長のコヒーレント光を比較
的容易に得る手段としては、従来から波長変換素子であ
る第二高調波発生器が注目されている。この第二高調波
発生器は、周期的分極反転領域を有する非線形光学結晶
の一端部に半導体レーザからの基本波を入射し、他端部
から基本波の1/2の波長の第二高調波を取り出すもの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】通常、非線形光学結晶
を用いて第二高調波を発生させようとする場合、基本波
と高調波の位相を揃える必要性から、きわめて限定され
た幾何学的な配置が必要であり、なおかつ厳密な温度制
御も要求される。このような困難な要求を克服するた
め、光導波路に周期的分極反転領域(周期的ドメイン反
転領域)を設ける技術が提案されている。この技術を用
いると、結晶の方位に限定されることなく、第二高調波
を効率よく出力することができる。しかしこの場合、分
極反転構造の周期は非常に厳密に設定される必要があ
る。さらに、最適な周期は入射する基本波の波長や周囲
温度に大きく依存するため、半導体レーザ本体の励起モ
ードや結晶の温度を一定に保つために多くの工夫が必要
となる。
【0005】例えば、特開平1−257922号におい
ては、分極反転領域の周期を連続的に変化させることに
より、いずれか一箇所で位相整合がなされるようにした
光高調波発生器が提案されている。さらに、特開平3−
31828号では、分極反転領域の光導波路の幅を連続
的に変化させることにより、位相整合を満たせるように
した光高調波発生器が提案されている。また、特開平4
−254835号では、分極反転領域の光導波路の幅を
断続的に変化させることで、非線形光学結晶の主面に複
数の伝搬定数を持つ光導波路とこの光導波路の伝搬方向
に対して周期的な分極反転層とを有する高調波発生器が
提案されている。そして、これにより、基本波を発する
半導体レーザからの波長が変化した場合でも安定した第
二高調波を発生できるとしている。しかし、これらのい
ずれの場合も、きわめて精密に制御された加工を結晶表
面上に施す必要があり、素子の製作が非常に難しいとい
う問題点があった。
【0006】本発明は、このような従来の技術が有する
課題を解決するために提案されたものであり、多くの工
夫を必要とせず、また、高精度の加工を素子に施すこと
なく、半導体レーザから発せられる基本波にもとづいて
安定した第二高調波を出力できるようにした光高調波発
生器の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の光高調波発生器は、非線形光学媒質に、周期的
分極反転領域を配列形成した光導波路の入力光側の面と
出力光側の面とに温度差を設けてあり、好ましくはこの
温度差を10℃〜100℃の範囲に設定してあるととも
に、入力光側の面または出力光側の面の一方の温度が2
0℃〜100℃の範囲となるように設定してある。
【0008】次に、この光高調波発生器の製作方法を説
明する。非線形光学結晶上の主面に、光導波路と分極反
転領域の周期構造とを形成する。非線形光学結晶として
は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3 )やタンタ
ル酸リチウム(LiTaO3 )などの無機の強誘電体材
料を用いることができ、分極反転領域を形成するプロセ
スと光導波路を形成するプロセスとから高調波発生素子
を製作する。これらの技術はすでに種々開発されている
ので、任意の技術をそのまま利用できる。
【0009】例えば、YカットまたはZカットのニオブ
酸リチウム基板を用いる場合は、まず基板表面の選択的
な位置にTiを蒸着し、熱処理を施すことにより、分極
反転領域を形成する。この際、各領域の境界面がX軸と
垂直になるように調整する。また別の方法としては、基
板表面の選択的な位置に電子線を照射するか、電圧を印
加することでも分極反転領域を形成できる。
【0010】続いて、プロトン交換によって光導波路を
形成するが、この場合、形成したい領域以外にマスクと
して酸化タリウムを蒸着したのち、220℃の熱りん酸
中に10分〜1時間程度浸漬し、さらに大気中で350
℃に加熱処理する。なお、光導波路はストライプ状、ま
たはスラブ状の形状に形成する。続いて、基板下側の両
端にヒータをそれぞれ設け、入力光側の面と出力光側の
面との温度差が10〜100℃となるように設定する。
【0011】次に、高分子材料を用いて素子を形成する
方法を説明する。高分子材料としては、ポリスチレン,
ポリメチルメタクリレート(PMMA)など透明でアモ
ルファス性を有するものであればなんでもよい。この高
分子材料に、2−メチル−4−ニトロアニリンや4−ニ
トロ−4´−アミノスチルベンなど光学的非線形性を有
する色素を、メタノールやジクロロメタンなどの溶媒に
溶解して、ガラス基板上に滴下したのち、スピンコータ
で回転させることにより、基板上に色素混合高分子層を
形成する。
【0012】色素混合高分子層中に分極反転領域を形成
する。この場合も公知の方法を利用できる。すなわち、
薄膜化された高分子色素混合物をコロナポーリングによ
って全体を配向し、その後、蒸着やスパッタリングなど
の方法を用いて電極パターンを生成し、ガラス転移より
もやや低い温度に保った状態で逆方向に電圧を印加する
ことにより、電極パターンの形状に対応した領域を分極
反転する。その後、マスク下で紫外線を照射すること
で、任意の形状の光導波路を形成する。
【0013】続いて、製作した高調波発生素子の両端に
例えば抵抗加熱器からなるヒータを設ける。そして、こ
れらヒータに素子外部に設けた電源を接続し、この電源
から通電して入力光側の面と出力光側の面との温度差が
10〜100℃となるように設定する。この際、入力光
側の面が出力光側の面に比べて低温になるようにする。
また、入力光側の面または出力光側の面のいずれか一方
の温度が20℃〜100℃の範囲となるように設定する
のが望ましい。なお、ヒータは、入力光側または出力光
側のいずれか一方の面にのみ設けてもよい。これらの温
度差及び温度調整は、外部に設置された電源から通電さ
れる電流量を調整することによって行なう。
【0014】ここで、入力光側の面と出力光側の面との
温度差が10℃未満の場合は、素子の動作が外気温に対
して不安定になるため不適切である。一方、温度差が1
00℃を超える場合は、高調波発生効率が低下するので
不適切である。また、入力光側の面または出力光側の面
のいずれか一方の温度が20℃未満の場合は、冷却を要
するので不適切であり、一方、100℃を超える場合
は、高温のため実装が困難になるので不適切である。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。実施例1 Z軸が基板面に垂直になるようにカットした(Zカット
という)、厚さが0.5mm、大きさが20×20mm
2 のニオブ酸リチウム(LiNbO3 )の基板(図示せ
ず)上に、図1に示すような基板2と同形状のマスクを
用いてチタン(Ti)を電子ビーム蒸着法によって10
00オングストロームの厚さに製膜した。この際、加速
電圧は5kV、電流は500mAとした。なお、分極反
転領域を設けようとするマスク1の窓部1aの長さおよ
び間隔は3μmであり、窓部1aの幅は5μmとした。
続いて、950℃の真空中に10時間放置して熱処理を
行なうことで、Tiを拡散し図2および図3に示すよう
に基板2上に分極反転領域3を形成した。続いて、図2
に示すように、マスク4を用いて光導波路を形成しよう
とする領域を覆い、電子ビーム蒸着法によりタンタル酸
(Ta25)を基板2上に1μmの厚さに蒸着した。そ
の際、加速電圧は5kV、電流は1Aに制御した。な
お、マスク4の幅は7μmに設定した。その後、基板2
の全体を230℃の熱りん酸中に10分間浸漬したの
ち、350℃の大気中に1時間放置して熱処理を行なっ
た。この結果、基板2の主面に図4に示すように周期的
な分極反転領域3を有する光導波路5を形成した。
【0016】続いて、図5に示すようにこの光導波路5
の両端面部、すなわち入力光面部P1と出力光面部P2
にヒータH1,H2を耐熱製エポキシ樹脂によってそれ
ぞれ接着して設けた。そして、外部に設置した電源から
の電流量を調整して入力光側面の温度が30℃、出力光
側面の温度が80℃になるように各ヒータH1,H2に
流れる電流を調節した。
【0017】このようにして製作した光高調波発生器の
光導波路5の入力光側の面に対して、図6に示すように
配置した実験装置の半導体レーザ6から、出力が100
mWで波長が840nmの基本波のレーザ光をレンズ7
で絞って入射したこのとき、出力光側の面から出射して
きた光をフィルタ8に通して基本波を取り除き、420
nmの第二高調波だけを取り出して、その強度を光強度
計9で測定したところ、1.0mWの値を得た。
【0018】実施例2 まず、光学的非線形性を有する色素である2−メチル−
4−ニトロアニリン(MNA)の1重量%と、平均分子
量10万のポリメチルメタクリレート(PMMA)の5
重量%とを同時にメタノールに溶解し、この混合溶液を
ガラス基板10(図7参照)上に滴下したあと、スピン
コータ法によって厚さ0.6μmの色素混合高分子薄膜
を形成した。続いて、この薄膜上に真空蒸着法によって
アルミニウムを図7に示す形状のパターン11a,11
bに蒸着し電極を形成した。このとき、ボート温度は7
00℃に調整し、膜厚1.0μmとした。この処理で使
用したマスクは、このパターン11a,11bの形状の
窓部を有したものであり、分極反転領域の幅および間隔
が8μmとなるように設定した。その後、全体をPMM
Aのガラス転移温度である105℃よりもやや低い10
1℃に保ち、電極間に150Vの電界を印加して、1時
間保持したのち温度を室温まで下げた。続いて、図7
中、破線で示す幅15μmのマスク12を用いて光導波
路となる領域以外の領域に、355nmの紫外線を発す
る400Wの水銀ランプを用いて30分に照射した結
果、分極反転層を有する光導波路5を形成できた。
【0019】続いて、図8に示すようにこの光導波路5
の両端に、すなわち入力光面部P1と出力光面部P2に
ヒータH1,H2を耐熱性エポキシ樹脂によってそれぞ
れ接着して設けた。そして、外部に設置した電源からの
通電量を調整して入力光側面の温度が35℃、出力光側
面の温度が80℃となるように各ヒータに流れる電流を
調整した。なお、この実施例では、基板10の両端下部
にヒータH1,H2をそれぞれ設置した。
【0020】このようにして製作した光高調波発生器の
光導波路5に対して、図6に示したと同様な実験装置を
用いて基本波となる100mW、840nmのレーザ光
を入射して第二高調波の強度を測定したところ、1.0
mWの出力値を観測した。
【0021】比較例1 実施例2と同様な光導波路5を同じ工程によって基板1
0上に形成した。ただし、ヒータH1,H2は設けなか
った。この光高調波発生器の導波路5に対して、図6に
示す実験装置を用いて基本波である100mW、840
nmのレーザ光を入射して第二高調波の出力を測定した
ところ、0.01mW以下の出力値しか測定できなかっ
た。
【0022】評価 以上のことから、光高調波発生器の入力光側の面P1と
出力光側の面P2にヒータH1,H2をそれぞれ設け
て、光導波路の入力光側の面と出力光側の面に、10℃
〜100℃の範囲内の所定の温度差を設けるとともに、
入力光側または出力光側のいずれか一方の面の温度を2
0℃〜100℃の範囲内とすることにより、安定な第二
高調波を効率よく出力できることを確認した。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
線形光学媒質で形成された光導波路の入力光側面と出力
光側面とにヒータを用いて所定の温度差を設けるという
簡単な方法により、安定した第二高調波を効率よく出力
することができる。これにより、従来のように高精度な
加工を素子に施す必要がなく、安定した性能を有する光
高調波発生器を容易に製作できるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光高調波発生器を製作するときに
用いるマスクの平面である。
【図2】図1のマスクを用いて作製された分極反転領域
を示す平面図である。
【図3】図2のA−A線断面図である。
【図4】製作された光高調波発生器の斜視図である。
【図5】この光高調波発生器の側面図である。
【図6】第二高調波出力を計測するための測定装置を示
す構成図である。
【図7】他の実施例の光高調波発生器の製作方法を説明
するための図である。
【図8】他の実施例の光高調波発生器を示す側面図であ
る。
【符号の説明】
1,4,12 マスク 2,10 基板 3 分極反転領域 5 光導波路 6 半導体レーザ 7 レンズ 8 基本波を除去するフィルタ 9 光強度計 H1,H2 ヒータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学媒質に、周期的分極反転領域
    を導波方向に配列形成した光導波路の入力光側の面と出
    力光側の面とに温度差を設けたことを特徴とする光高調
    波発生器。
  2. 【請求項2】 非線形光学媒質の入力光側の面または出
    力光側の面の少なくとも一方に設けたヒータによって、
    入力光側の面と出力光側の面との温度差を10℃〜10
    0℃の範囲に設定したことを特徴とする請求項1記載の
    光高調波発生器。
  3. 【請求項3】 非線形光学媒質の入力光側の面または出
    力光側の面の一方の温度が20℃〜100℃の範囲に設
    定されていることを特徴とする請求項1または請求項2
    記載の光高調波発生器。
JP10189793A 1993-04-05 1993-04-05 光高調波発生器 Pending JPH06289446A (ja)

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JP10189793A JPH06289446A (ja) 1993-04-05 1993-04-05 光高調波発生器

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001079929A1 (fr) * 2000-04-19 2001-10-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Convertisseur de longueur d'onde de laser
US7492506B1 (en) 2007-07-27 2009-02-17 Seiko Epson Corporation Wavelength converting element, light source device, lighting device, monitoring device, and projector

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WO2001079929A1 (fr) * 2000-04-19 2001-10-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Convertisseur de longueur d'onde de laser
US6744547B2 (en) 2000-04-19 2004-06-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser wavelength converter
US7492506B1 (en) 2007-07-27 2009-02-17 Seiko Epson Corporation Wavelength converting element, light source device, lighting device, monitoring device, and projector

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