JPH06324371A - 波長変換装置 - Google Patents
波長変換装置Info
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- JPH06324371A JPH06324371A JP5113195A JP11319593A JPH06324371A JP H06324371 A JPH06324371 A JP H06324371A JP 5113195 A JP5113195 A JP 5113195A JP 11319593 A JP11319593 A JP 11319593A JP H06324371 A JPH06324371 A JP H06324371A
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- nonlinear optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光結合損失がなく、変換効率が大きい波長変
換装置を提供する。 【構成】 各々互いに異なる非線形光学係数を有する２
つの半導体化合物かなる薄膜を交互に積層した多層膜群
からなる波長変換素子と、多層膜の膜面に垂直に基本波
を注入する光学系とからなる。
換装置を提供する。 【構成】 各々互いに異なる非線形光学係数を有する２
つの半導体化合物かなる薄膜を交互に積層した多層膜群
からなる波長変換素子と、多層膜の膜面に垂直に基本波
を注入する光学系とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を注入し疑似位
相整合（quasi-phase matching:QPM)により第２高調波
を生ぜしめる波長変換素子（以下、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子
ともいう）に関する。
相整合（quasi-phase matching:QPM)により第２高調波
を生ぜしめる波長変換素子（以下、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子
ともいう）に関する。
【０００２】
【従来の技術】第２高調波発生(Second Harmonic Gener
ation:SHG)を効率よく達成するためには位相整合条件を
満たす必要がある。バルク結晶の場合、その複屈折性を
利用し角度同調、温度同調、電界同調を用いて位相整合
条件を満たす方法が知られている。特に、光導波路を用
いた波長変換素子においては、結晶の複屈折性を利用で
きる他に導波路のモード分散を用いることができるため
に、導波路の膜厚、オーバーレイヤ、チェレンコフ放
射、疑似位相整合などの種々の位相整合方法が試みられ
ている。
ation:SHG)を効率よく達成するためには位相整合条件を
満たす必要がある。バルク結晶の場合、その複屈折性を
利用し角度同調、温度同調、電界同調を用いて位相整合
条件を満たす方法が知られている。特に、光導波路を用
いた波長変換素子においては、結晶の複屈折性を利用で
きる他に導波路のモード分散を用いることができるため
に、導波路の膜厚、オーバーレイヤ、チェレンコフ放
射、疑似位相整合などの種々の位相整合方法が試みられ
ている。
【０００３】疑似位相整合は、非線形光学効果による第
２高調波出力がその伝播に伴ってコヒーレンス長毎に極
大極小を周期的に繰返すことを利用して、コヒーレンス
長毎に発生する分極の符号を交互に反転させて、第２高
調波の出力の加算により出力を増大させる整合方法であ
る。疑似位相整合を利用した導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素
子は、導波路の分極が導波路の伸長方向に沿って周期的
に反転する複数の分極反転ドメインからなる分極反転構
造を有する。
２高調波出力がその伝播に伴ってコヒーレンス長毎に極
大極小を周期的に繰返すことを利用して、コヒーレンス
長毎に発生する分極の符号を交互に反転させて、第２高
調波の出力の加算により出力を増大させる整合方法であ
る。疑似位相整合を利用した導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素
子は、導波路の分極が導波路の伸長方向に沿って周期的
に反転する複数の分極反転ドメインからなる分極反転構
造を有する。
【０００４】分極の符号を周期的に反転させる分極反転
構造の形成において、強誘電体からなる導波路の非線形
光学係数の符号が反転するドメインの反転特性を利用で
きる。例えばＬｉＮｂＯ3結晶(ＬＮ)がＱＰＭ−ＳＨＧ
素子の基板に用いられる。ＬｉＮｂＯ3結晶の基板主面
上において、導波路並びにその伸長方向に周期的な分極
反転ドメインを形成することにより、ＱＰＭ−ＳＨＧ素
子が得られる。このＱＰＭ−ＳＨＧ素子はＬＮの他、Ｌ
Ｔ，ＫＴＰなどの強誘電体を基板に用いて研究が活発に
行なわれている。
構造の形成において、強誘電体からなる導波路の非線形
光学係数の符号が反転するドメインの反転特性を利用で
きる。例えばＬｉＮｂＯ3結晶(ＬＮ)がＱＰＭ−ＳＨＧ
素子の基板に用いられる。ＬｉＮｂＯ3結晶の基板主面
上において、導波路並びにその伸長方向に周期的な分極
反転ドメインを形成することにより、ＱＰＭ−ＳＨＧ素
子が得られる。このＱＰＭ−ＳＨＧ素子はＬＮの他、Ｌ
Ｔ，ＫＴＰなどの強誘電体を基板に用いて研究が活発に
行なわれている。
【０００５】導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の分極反転ド
メインの半周期Λは、コヒーレンス長ｌcの奇数倍であ
れば良く次の数式１で表される。
メインの半周期Λは、コヒーレンス長ｌcの奇数倍であ
れば良く次の数式１で表される。
【０００６】
【数１】 Λ＝(2m＋1)ｌc＝(2m＋1)λ0／４（|ｎ(2ω)−ｎ(ω)
|） ここで、mが整数、λ0が基本波の波長、ｎ(2ω)が周波
数2ωの第２高調波に対する導波路の実効屈折率、ｎ
(ω)が周波数ωの基本波に対する導波路の実効屈折率を
示す。
|） ここで、mが整数、λ0が基本波の波長、ｎ(2ω)が周波
数2ωの第２高調波に対する導波路の実効屈折率、ｎ
(ω)が周波数ωの基本波に対する導波路の実効屈折率を
示す。
【０００７】したがって、変換効率の高いＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子を得るためには、導波路に沿った正確な分極反転
ドメイン構造が必要である。
Ｇ素子を得るためには、導波路に沿った正確な分極反転
ドメイン構造が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、導波路
型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、一般的に基本波の導波路への
結合損失が大きく、素子入射部での結合損失が大きい問
題がある。さらに、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子自体の温度変
化、基本波の波長変動に対する許容幅は非常に小さい
等、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合条件に対する許容度
は小さく、その位相整合条件が厳しい。また、導波路に
沿った分極反転ドメインの加工精度もミクロンオーダー
が必要とされ、その分極反転ドメイン素子形成造おいて
高細密性を要求されるという問題点があった。
型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、一般的に基本波の導波路への
結合損失が大きく、素子入射部での結合損失が大きい問
題がある。さらに、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子自体の温度変
化、基本波の波長変動に対する許容幅は非常に小さい
等、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の位相整合条件に対する許容度
は小さく、その位相整合条件が厳しい。また、導波路に
沿った分極反転ドメインの加工精度もミクロンオーダー
が必要とされ、その分極反転ドメイン素子形成造おいて
高細密性を要求されるという問題点があった。
【０００９】よって、本発明の目的は、誘電体に比べて
大きい非線形光学係数を有する半導体からなるＱＰＭ−
ＳＨＧ素子をバルクとして使用することによって、基本
波の結合損失を極力減らし、短い作用長で変換効率が大
きい波長変換装置を提供することにある。
大きい非線形光学係数を有する半導体からなるＱＰＭ−
ＳＨＧ素子をバルクとして使用することによって、基本
波の結合損失を極力減らし、短い作用長で変換効率が大
きい波長変換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の波長変換装置
は、各々互いに異なる非線形光学係数を有する２つの半
導体化合物からなる薄膜を交互に積層した多層膜群から
なる波長変換素子と、前記多層膜の膜面に垂直に基本波
を注入する光学系とからなることを特徴とする。
は、各々互いに異なる非線形光学係数を有する２つの半
導体化合物からなる薄膜を交互に積層した多層膜群から
なる波長変換素子と、前記多層膜の膜面に垂直に基本波
を注入する光学系とからなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明によれば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ:m
olecular beam epitaxy）や有機金属化学気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ:metal organic chemical vapor deposition）
などの手法により、半導体多層膜からなるＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子が作成できるので、誘電体からなるＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子で問題となるピッチのむらが減少し、バルクとし
て素子を使用するために基本波の結合損失が殆どなく、
半導体は非線形光学係数が大きいため短い作用長で変換
効率が大きい波長変換装置が得られる。
olecular beam epitaxy）や有機金属化学気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ:metal organic chemical vapor deposition）
などの手法により、半導体多層膜からなるＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子が作成できるので、誘電体からなるＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子で問題となるピッチのむらが減少し、バルクとし
て素子を使用するために基本波の結合損失が殆どなく、
半導体は非線形光学係数が大きいため短い作用長で変換
効率が大きい波長変換装置が得られる。
【００１２】
【実施例】本発明による実施例の波長変換装置を添付図
面に基づいて説明する。図１に本実施例の波長変換装置
の断面図を示す。図示するように、各々互いに異なる非
線形光学係数を有する２つの半導体化合物からなる薄膜
を交互に積層した多層膜１の群からなる波長変換素子２
と、多層膜の膜面に垂直に基本波を注入する光学系３と
からなる。互いに異なる非線形光学係数を有する半導体
化合物は例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）及びガリウ
ムヒ素アルミニウム（ＧａＡｓＡｌ）等のIII−Ｖ族の
半導体化合物が用いられる。その互いに隣あう多層膜１
はＧａＡｓ及びＡｌxＧａ1-xＡｓ、ＡｌxＧａ1-xＡｓ及
びＡｌyＧａ1-yＡｓ、またはＡｌxＧａ1-xＡｓ及びＡｌ
Ａｓなどの異なる非線形光学係数を有する組で用いられ
る。多層膜１は、面指数（110）の結晶面を界面とする
ために、ガリウムヒ素（GaAs）の立方晶系結晶の基板４
には、面指数(110）の結晶面基板を用い、ＭＢＥやＭＯ
ＣＶＤなどの手法により形成する。また、多層膜１は、
面指数（111)Ａ若しくは(111)Ｂの結晶面を界面として
もよく、このためには、対応する（111)Ａ若しくは(11
1)Ｂの結晶基板上に形成する。尚、通常の半導体レーザ
などの光デバイスでは(100)の結晶基板を用いるが、本
発明において(100)基板は使用できない。
面に基づいて説明する。図１に本実施例の波長変換装置
の断面図を示す。図示するように、各々互いに異なる非
線形光学係数を有する２つの半導体化合物からなる薄膜
を交互に積層した多層膜１の群からなる波長変換素子２
と、多層膜の膜面に垂直に基本波を注入する光学系３と
からなる。互いに異なる非線形光学係数を有する半導体
化合物は例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）及びガリウ
ムヒ素アルミニウム（ＧａＡｓＡｌ）等のIII−Ｖ族の
半導体化合物が用いられる。その互いに隣あう多層膜１
はＧａＡｓ及びＡｌxＧａ1-xＡｓ、ＡｌxＧａ1-xＡｓ及
びＡｌyＧａ1-yＡｓ、またはＡｌxＧａ1-xＡｓ及びＡｌ
Ａｓなどの異なる非線形光学係数を有する組で用いられ
る。多層膜１は、面指数（110）の結晶面を界面とする
ために、ガリウムヒ素（GaAs）の立方晶系結晶の基板４
には、面指数(110）の結晶面基板を用い、ＭＢＥやＭＯ
ＣＶＤなどの手法により形成する。また、多層膜１は、
面指数（111)Ａ若しくは(111)Ｂの結晶面を界面として
もよく、このためには、対応する（111)Ａ若しくは(11
1)Ｂの結晶基板上に形成する。尚、通常の半導体レーザ
などの光デバイスでは(100)の結晶基板を用いるが、本
発明において(100)基板は使用できない。
【００１３】ＧａＡｓ（ｙ＝０）及びＡｌxＧａ1-xＡｓ
の一対から成る多層膜は、数式２のＱＰＭ条件
の一対から成る多層膜は、数式２のＱＰＭ条件
【００１４】
【数２】Λ＝λ0／２（|ｎ(2ω)−ｎ(ω)|） （式中、Λが膜厚、λ0が基本波の波長、ｎ(2ω)が周波
数2ωの第２高調波に対する実効屈折率、ｎ(ω)が周波
数ωの基本波に対する実効屈折率を示す）を満たすよう
な周期でそれぞれ成長させて形成する。
数2ωの第２高調波に対する実効屈折率、ｎ(ω)が周波
数ωの基本波に対する実効屈折率を示す）を満たすよう
な周期でそれぞれ成長させて形成する。
【００１５】図１において、同一膜厚のＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ結晶膜１２及びＡｌyＧａ1-yＡｓ結晶膜１３は、Ｇａ
Ａｓ(110)基板４上に交互に複数積層して形成される
（ｘ≠ｙ）。本実施例においてはＧａＡｓ結晶の(110)
基板４を用いている。結晶膜１２，１３をそれぞれ(11
0)面を界面とするように積層するのは、以下の理由によ
る。
ｓ結晶膜１２及びＡｌyＧａ1-yＡｓ結晶膜１３は、Ｇａ
Ａｓ(110)基板４上に交互に複数積層して形成される
（ｘ≠ｙ）。本実施例においてはＧａＡｓ結晶の(110)
基板４を用いている。結晶膜１２，１３をそれぞれ(11
0)面を界面とするように積層するのは、以下の理由によ
る。
【００１６】
【外１】
【００１７】を有している。そこで成分Ｅｉ，Ｅｊ，Ｅ
ｋの基本波電場Ｅによる非線形分極Ｐは次の数式３で表
される。
ｋの基本波電場Ｅによる非線形分極Ｐは次の数式３で表
される。
【００１８】
【数３】
【００１９】図２に示す(110)面に対して(110)方向から
レーザ光等の基本波を入射する場合、図３のような偏光
で数式４で示される成分Ｅｉ，Ｅｊ，Ｅｋの基本波電場
Ｅを入射すると、
レーザ光等の基本波を入射する場合、図３のような偏光
で数式４で示される成分Ｅｉ，Ｅｊ，Ｅｋの基本波電場
Ｅを入射すると、
【００２０】
【数４】
【００２１】数式３より、励起される非線形分極Ｐは数
式５の如くｋ成分だけとなる。
式５の如くｋ成分だけとなる。
【００２２】
【数５】
【００２３】従って、第２高周波の偏光方向は(001)方
向となる。すなわち、ＡｌＧａＡｓ系多層膜等からなる
ＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、基本波の振動面に垂直な振動面
を有する第２高調波を生ぜしめる。よって、本実施例
は、図２及び３に示すよう第２高調波を発生させるため
には、非線形分極の方向が基本波すなわち、光の伝搬方
向に垂直な成分を持たなければならない。このため、(1
10)もしくは(111)基板が必要になる。通常、光デバイス
で使われる(100)基板では非線形分極は伝搬方向に平行
となってしまうため使用できない。
向となる。すなわち、ＡｌＧａＡｓ系多層膜等からなる
ＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、基本波の振動面に垂直な振動面
を有する第２高調波を生ぜしめる。よって、本実施例
は、図２及び３に示すよう第２高調波を発生させるため
には、非線形分極の方向が基本波すなわち、光の伝搬方
向に垂直な成分を持たなければならない。このため、(1
10)もしくは(111)基板が必要になる。通常、光デバイス
で使われる(100)基板では非線形分極は伝搬方向に平行
となってしまうため使用できない。
【００２４】結晶膜１３、１４の多数の組からなるＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ素子の膜厚制御によるＱＰＭを達成するため
に、位相整合条件は数式６で得られる。
Ｍ−ＳＨＧ素子の膜厚制御によるＱＰＭを達成するため
に、位相整合条件は数式６で得られる。
【００２５】
【数６】
【００２６】ここで、膜厚すなわちグレーティングピッ
チ（Λ）は上記数式１のｍ＝０のときの１次の場合で、
数式７によって得られる。
チ（Λ）は上記数式１のｍ＝０のときの１次の場合で、
数式７によって得られる。
【００２７】
【数７】
【００２８】次に本実施例の変換効率は平面波モデルに
おいて、変換効率ηは次の数式８で与えられる。
おいて、変換効率ηは次の数式８で与えられる。
【００２９】
【数８】
【００３０】上記式中、ｄｅは実効非線形光学係数を、
Δｋは位相不整合量を表し、それぞれ次の数式９で表わ
される。
Δｋは位相不整合量を表し、それぞれ次の数式９で表わ
される。
【００３１】
【数９】
【００３２】さらに、図１に示すように、対物レンズ２
０によって基本波を絞り、ガウシアンビームを多層膜の
ＱＰＭ領域において最小のビーム径になるように照射す
る。ビームウエストのビーム断面積πＷｏ2がその２倍
の値になる位置までの距離Ｚｏ（共焦点パラメータＺ
ｏ）は、数式１０で示される（Ｚｏ≫ｌ）。
０によって基本波を絞り、ガウシアンビームを多層膜の
ＱＰＭ領域において最小のビーム径になるように照射す
る。ビームウエストのビーム断面積πＷｏ2がその２倍
の値になる位置までの距離Ｚｏ（共焦点パラメータＺ
ｏ）は、数式１０で示される（Ｚｏ≫ｌ）。
【００３３】
【数１０】
【００３４】このように、基本波の入射ビームには最適
集束が存在し（共焦点集束）、それはビームを作用長ｌ
＝２Ｚｏになるまで集束するのがよい。よって、多層膜
の厚みすなわち、作用長ｌはレンズの焦点深度程度とす
ることが望ましい。また、ビーム断面積Ｗｏ2はＷｏ2＝
λｌ／２πｎを満たすことが好ましい。このとき変換効
率は数式１１で示される。
集束が存在し（共焦点集束）、それはビームを作用長ｌ
＝２Ｚｏになるまで集束するのがよい。よって、多層膜
の厚みすなわち、作用長ｌはレンズの焦点深度程度とす
ることが望ましい。また、ビーム断面積Ｗｏ2はＷｏ2＝
λｌ／２πｎを満たすことが好ましい。このとき変換効
率は数式１１で示される。
【００３５】
【数１１】
【００３６】ここでＣは光速である。例えば、数式１２
の如き条件の場合、
の如き条件の場合、
【００３７】
【数１２】
【００３８】数式１１より、変換効率はη＝０．１１×
１０-3となる。この半導体多層型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子が
他の導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子に比べて高効率なの
は、非線形光学係数の変調振巾を大きくとれるためであ
る。図４（ａ）に示すように、半導体多層型ＱＰＭ−Ｓ
ＨＧ素子では、多層膜の半導体材料を選ぶことによっ
て、例えばｄa−ｄb＝100Pm/V（ｄa、ｄbは隣合う結晶
膜の非線形光学係数）程度にすることができる。これに
対して、図４（ｂ）に示すように、強誘電体を用いた導
波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子では、周期的ドメイン反転を
形成することで、非線形光学係数の変調振巾は、ＬＴを
例にするとｄa−ｄb＝２０−（−２０）＝４０Pm/v（ｄ
a、ｄbは隣合う分極反転領域の非線形光学係数）程度で
あり、基本波入射パワー、作用長が同じであるとするな
らば、屈折率に多少差はあるものの変調振巾の大きい
分、導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子より半導体多層型ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ素子の方が変換効率が大きくなる。
１０-3となる。この半導体多層型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子が
他の導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子に比べて高効率なの
は、非線形光学係数の変調振巾を大きくとれるためであ
る。図４（ａ）に示すように、半導体多層型ＱＰＭ−Ｓ
ＨＧ素子では、多層膜の半導体材料を選ぶことによっ
て、例えばｄa−ｄb＝100Pm/V（ｄa、ｄbは隣合う結晶
膜の非線形光学係数）程度にすることができる。これに
対して、図４（ｂ）に示すように、強誘電体を用いた導
波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子では、周期的ドメイン反転を
形成することで、非線形光学係数の変調振巾は、ＬＴを
例にするとｄa−ｄb＝２０−（−２０）＝４０Pm/v（ｄ
a、ｄbは隣合う分極反転領域の非線形光学係数）程度で
あり、基本波入射パワー、作用長が同じであるとするな
らば、屈折率に多少差はあるものの変調振巾の大きい
分、導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子より半導体多層型ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ素子の方が変換効率が大きくなる。
【００３９】すなわち、ｄa，ｄbはそれぞれの膜の持つ
本来の非線形光学係数であって、ＱＰＭではｄa，ｄbの
差が効率に効いてくるので、これが実効的な非線形光学
係数ｄｅになる。ｄa−ｄbを大きく取れる一対の半導体
層の組について考えると、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの組で多
層膜を作れば変調振巾が最大になるが、ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓの原子比ｘが小さくなればなるほど可視域での吸収が
大きくなるので、吸収も考慮した解析を行なえば、最適
の組成のＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓの組が求
まる。
本来の非線形光学係数であって、ＱＰＭではｄa，ｄbの
差が効率に効いてくるので、これが実効的な非線形光学
係数ｄｅになる。ｄa−ｄbを大きく取れる一対の半導体
層の組について考えると、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの組で多
層膜を作れば変調振巾が最大になるが、ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓの原子比ｘが小さくなればなるほど可視域での吸収が
大きくなるので、吸収も考慮した解析を行なえば、最適
の組成のＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓの組が求
まる。
【００４０】上記実施例では、ＱＰＭの次数を１次の場
合としているが、ＭＯＣＶＤやＭＢＥでは膜厚をオング
ストロームオーダーでコントロールできるので、導波路
型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子における誘電体のドメイン反転で
見られるようなＱＰＭの次数を小さくすると作製精度が
きびしくなるようなことは全くなく、また変換効率低下
の原因となるピッチムラも生じない。本発明では、バル
クとして使用するため導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の場
合と比べると、作用長を長くとれないので、できるだけ
短い作用長で高効率の波長変換を実現するには１次ＱＰ
Ｍが好ましい。また、さらに高次ＱＰＭも利用できる。
合としているが、ＭＯＣＶＤやＭＢＥでは膜厚をオング
ストロームオーダーでコントロールできるので、導波路
型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子における誘電体のドメイン反転で
見られるようなＱＰＭの次数を小さくすると作製精度が
きびしくなるようなことは全くなく、また変換効率低下
の原因となるピッチムラも生じない。本発明では、バル
クとして使用するため導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の場
合と比べると、作用長を長くとれないので、できるだけ
短い作用長で高効率の波長変換を実現するには１次ＱＰ
Ｍが好ましい。また、さらに高次ＱＰＭも利用できる。
【００４１】なお、実施例は(110)基板のみであるが、
(111)基板を含めた他の立方晶系の半導体基板を用いて
も同様の効果を奏する。実施例によれば、ＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子をバルク結晶として使用するため、導波路型ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ素子におけるような基本波の結合損失がな
く、また、半導体は非線形光学係数が大きいため短い作
用長で高効率のＳＨＧを達成でき、さらに作用長が短い
ことは位相整合条件が緩和されることにもなる。
(111)基板を含めた他の立方晶系の半導体基板を用いて
も同様の効果を奏する。実施例によれば、ＱＰＭ−ＳＨ
Ｇ素子をバルク結晶として使用するため、導波路型ＱＰ
Ｍ−ＳＨＧ素子におけるような基本波の結合損失がな
く、また、半導体は非線形光学係数が大きいため短い作
用長で高効率のＳＨＧを達成でき、さらに作用長が短い
ことは位相整合条件が緩和されることにもなる。
【００４２】また、実施例はＡｌＧａＡｓ系を主体にし
た多層膜を用いたものを示したが、多層膜はIII−Ｖ族
に限らない。III−Ｖ族では短波域での吸収が大きな問
題となるがモル比ｘやｙを大きくすることにより吸収の
影響を緩和できる。さらに、作用長を短くするので位相
整合条件が緩和される。
た多層膜を用いたものを示したが、多層膜はIII−Ｖ族
に限らない。III−Ｖ族では短波域での吸収が大きな問
題となるがモル比ｘやｙを大きくすることにより吸収の
影響を緩和できる。さらに、作用長を短くするので位相
整合条件が緩和される。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、互いに異なる非線形光
学係数を有する２つの半導体化合物からそれぞれなる薄
膜を交互に積層した多層膜群からなる波長変換素子と、
多層膜の膜面に垂直に基本波を注入する光学系とからな
るので、導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の場合の結合損失
が少ない、半導体は非線形光学係数が大であるため、変
換効率が大きい、結晶膜の厚さを厳密に制御可能であ
る、位相整合条件を緩和することができる等の効果を奏
する。
学係数を有する２つの半導体化合物からそれぞれなる薄
膜を交互に積層した多層膜群からなる波長変換素子と、
多層膜の膜面に垂直に基本波を注入する光学系とからな
るので、導波路型ＱＰＭ−ＳＨＧ素子の場合の結合損失
が少ない、半導体は非線形光学係数が大であるため、変
換効率が大きい、結晶膜の厚さを厳密に制御可能であ
る、位相整合条件を緩和することができる等の効果を奏
する。
【図１】本発明による実施例の波長変換装置の概略断面
図である。
図である。
【図２】本発明による実施例の波長変換装置の結晶膜の
結晶格子を示す斜視図である。
結晶格子を示す斜視図である。
【図３】図２に示す結晶膜の結晶面を示す平面図であ
る。
る。
【図４】本発明による実施例及び従来例の波長変換装置
における非線形光学係数と半導体膜厚（ａ）及び分極反
転ドメインピッチ（ｂ）との関係を示すグラフである。
における非線形光学係数と半導体膜厚（ａ）及び分極反
転ドメインピッチ（ｂ）との関係を示すグラフである。
１ 多層膜 ３ 光学系 ４ 基板 １２，１３ 結晶膜 ２０ 対物レンズ
Claims (6)
- 【請求項１】 各々互いに異なる非線形光学係数を有す
る２つの半導体化合物からなる薄膜を交互に積層した多
層膜群からなる波長変換素子と、前記多層膜の膜面に垂
直に基本波を注入する光学系とからなることを特徴とす
る波長変換装置。 - 【請求項２】 前記半導体化合物は、III−Ｖ族の半導
体であることを特徴とする請求項１記載の波長変換装
置。 - 【請求項３】 前記半導体化合物は、立方晶系結晶であ
ることを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。 - 【請求項４】 前記多層膜の各々は、面指数（110）の
結晶面を界面とすることを特徴とする請求項３記載の波
長変換装置。 - 【請求項５】 前記多層膜の各々は、次式を満たす膜厚
Λ、 Λ＝λ0／２（|ｎ(2ω)−ｎ(ω)|） （式中、λ0が基本波の波長、ｎ(2ω)が周波数2ωの第
２高調波に対する実効屈折率、ｎ(ω)が周波数ωの基本
波に対する実効屈折率を示す）を有することを特徴とす
る請求項１記載の波長変換装置。 - 【請求項６】 前記光学系は対物レンズを有し、前記多
層膜群の厚みはレンズの焦点深度とすることを特徴とす
る請求項１記載の波長変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113195A JPH06324371A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113195A JPH06324371A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324371A true JPH06324371A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14605965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5113195A Pending JPH06324371A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06324371A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011132414A1 (ja) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | パナソニック株式会社 | 波長変換レーザ光源及び画像表示装置 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP5113195A patent/JPH06324371A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011132414A1 (ja) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | パナソニック株式会社 | 波長変換レーザ光源及び画像表示装置 |
| US8456734B2 (en) | 2010-04-23 | 2013-06-04 | Panasonic Corporation | Wavelength conversion laser light source and image display device |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |