JPH06347849A - 第二高調波発生素子 - Google Patents
第二高調波発生素子Info
- Publication number
- JPH06347849A JPH06347849A JP16401693A JP16401693A JPH06347849A JP H06347849 A JPH06347849 A JP H06347849A JP 16401693 A JP16401693 A JP 16401693A JP 16401693 A JP16401693 A JP 16401693A JP H06347849 A JPH06347849 A JP H06347849A
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- JP
- Japan
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- polarization inversion
- single crystal
- crystal
- waveguide
- optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明により、光学材料内部に材料表面より
も内側に光導波路を設けることにより、表面荒れによる
表面からの散乱損失を低減し、第二高調波発生素子の場
合には、光変換効率を向上することができる事を目的と
する。 【構成】 図２（ａ）に示すように、非線形光学結晶の
一種であるＫＴＰ単結晶において、結晶表面よりも内側
にセグメント状で非分極反転領域４ａと分極反転領域３
ａが交互になって光導波路２ａを形成している事を特徴
とする擬似位相整合型第二高調波発生素子。図２（ｂ）
に示すように、非線形光学結晶の一種であるＫＴＰ単結
晶において、非分極反転領域４ｂと分極反転領域３ｂが
交互になっており、それに直交して単結晶表面よりも内
側にチャンネル型光導波路２ｂを形成している事を特徴
とする擬似位相整合型第二高調波発生素子。
も内側に光導波路を設けることにより、表面荒れによる
表面からの散乱損失を低減し、第二高調波発生素子の場
合には、光変換効率を向上することができる事を目的と
する。 【構成】 図２（ａ）に示すように、非線形光学結晶の
一種であるＫＴＰ単結晶において、結晶表面よりも内側
にセグメント状で非分極反転領域４ａと分極反転領域３
ａが交互になって光導波路２ａを形成している事を特徴
とする擬似位相整合型第二高調波発生素子。図２（ｂ）
に示すように、非線形光学結晶の一種であるＫＴＰ単結
晶において、非分極反転領域４ｂと分極反転領域３ｂが
交互になっており、それに直交して単結晶表面よりも内
側にチャンネル型光導波路２ｂを形成している事を特徴
とする擬似位相整合型第二高調波発生素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光を利用する
光情報処理分野、光応用計側制御分野、印刷・製版分
野、医用分野に使用する光導波路素子及び光波長変換素
子に関するものである。
光情報処理分野、光応用計側制御分野、印刷・製版分
野、医用分野に使用する光導波路素子及び光波長変換素
子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光導波路を利用した素子において
は、単結晶表面あるいは、ガラス表面にイオン交換やイ
オン打ち込み等によって光導波路を形成することが行わ
れてきた。また、光導波路を利用した第二高調波発生素
子においては、以下の様な状況にある。光の波長を第二
高調波に効率よく変換してやるためには、波長変換素子
内での位相整合条件が満足される必要がある。この方法
としては従来より角度位相整合、温度位相整合、導波路
を用いる方法等が提案され用いられてきた。最近、位相
整合方法として注目されているものに周期構造を用いた
擬似位相整合と呼ばれる方法があり、例えば、Phys.Re
v., Vol.127,p,1918,1962., J.A.Armstrongらによって
示されている。これは周期的に結晶内の分極方向を反転
して基本波と高調波の位相不整合量を補償しようとする
ものである。
は、単結晶表面あるいは、ガラス表面にイオン交換やイ
オン打ち込み等によって光導波路を形成することが行わ
れてきた。また、光導波路を利用した第二高調波発生素
子においては、以下の様な状況にある。光の波長を第二
高調波に効率よく変換してやるためには、波長変換素子
内での位相整合条件が満足される必要がある。この方法
としては従来より角度位相整合、温度位相整合、導波路
を用いる方法等が提案され用いられてきた。最近、位相
整合方法として注目されているものに周期構造を用いた
擬似位相整合と呼ばれる方法があり、例えば、Phys.Re
v., Vol.127,p,1918,1962., J.A.Armstrongらによって
示されている。これは周期的に結晶内の分極方向を反転
して基本波と高調波の位相不整合量を補償しようとする
ものである。
【０００３】ここで分極反転とは使用する一定方向に分
極した単結晶誘電体材料の分極の方向を反転させること
をいう。この手法をＳＨＧ素子に適用したものが分極反
転型ＳＨＧ素子である。ＫＴＰにおいては、硝酸ルビジ
ウムの溶融塩に浸すことによるというイオン交換法によ
りセグメントタイプの導波路を作製すると同時にその溶
融塩に硝酸バリウムを添加し、その部分を分極反転させ
ることにより、分極反転型ＳＨＧ素子の作製が行われて
いる。（Appl. Phys. Lett., Vol.57,No.20,p,2074,199
0)図１に素子の構造を示す。
極した単結晶誘電体材料の分極の方向を反転させること
をいう。この手法をＳＨＧ素子に適用したものが分極反
転型ＳＨＧ素子である。ＫＴＰにおいては、硝酸ルビジ
ウムの溶融塩に浸すことによるというイオン交換法によ
りセグメントタイプの導波路を作製すると同時にその溶
融塩に硝酸バリウムを添加し、その部分を分極反転させ
ることにより、分極反転型ＳＨＧ素子の作製が行われて
いる。（Appl. Phys. Lett., Vol.57,No.20,p,2074,199
0)図１に素子の構造を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これまでには、イオン
交換により単結晶表面において屈折率の高いイオン交換
層を形成し素子を作製する方法がとられていた。この方
法では、イオン交換の後に結晶表面が荒れる場合があ
り、そのため、表面から光の散乱が起こり、第二高調波
発生素子の場合には、基本波及び発生した第二高調波が
散乱し、伝搬損失が発生し、変換効率を低下させること
があった。
交換により単結晶表面において屈折率の高いイオン交換
層を形成し素子を作製する方法がとられていた。この方
法では、イオン交換の後に結晶表面が荒れる場合があ
り、そのため、表面から光の散乱が起こり、第二高調波
発生素子の場合には、基本波及び発生した第二高調波が
散乱し、伝搬損失が発生し、変換効率を低下させること
があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、光導波路を結晶より内側に埋め込んでしまうこと
により、表面荒れから生ずる光の散乱損失を低減させる
ことができることを発見した。具体的には、図２（ａ）
に示すように、ＫＴＰ単結晶に、セグメント状で屈折率
分布が結晶内部に埋め込まれた構造で非分極反転領域４
ａと分極反転領域３ａを交互に作製する事により、例え
ばイオン交換により形成された場合の光導波路２ａのひ
とつのセグメントを通るレーザー光がそのセグメントの
持つ屈折率分布により（図３中）集光される結果次の
セグメントにもれなく伝幡し、結晶表面からの光の散乱
損失を低減できることを発見した。
には、光導波路を結晶より内側に埋め込んでしまうこと
により、表面荒れから生ずる光の散乱損失を低減させる
ことができることを発見した。具体的には、図２（ａ）
に示すように、ＫＴＰ単結晶に、セグメント状で屈折率
分布が結晶内部に埋め込まれた構造で非分極反転領域４
ａと分極反転領域３ａを交互に作製する事により、例え
ばイオン交換により形成された場合の光導波路２ａのひ
とつのセグメントを通るレーザー光がそのセグメントの
持つ屈折率分布により（図３中）集光される結果次の
セグメントにもれなく伝幡し、結晶表面からの光の散乱
損失を低減できることを発見した。
【０００６】図３には、ＫＴＰ単結晶をルビジウムで結
晶表面近傍のカリウムの一部をイオン交換し、さらに、
カリウムで短時間そのルビジウムの一部をカリウムにイ
オン交換しなおした時の表面からの深さ方向への屈折率
の変化を模式的に示した（）。は、ルビジウムで短
時間イオン交換した時の屈折率変化を示したものであ
る。導波路を作るためのセグメントの形状は、フォトマ
スクのパターンで示せば、図２（ａ）の様に長方形でも
よいし、楕円、円、レンズ状、等、図４に示すように種
々の形状が可能である。これらのパターンは、フォトマ
スクのパターンを示しており、素子で言えば、上から見
た事になる。間隔は、擬似位相整合で計算される基本波
に対する値に設定すれば良い。幅については、１〜１２
μｍが好ましい。導波路深さ（ｌ）は、導波路の屈折率
最大の部分が露出しなければ良く表面層から始まり０＜
ｌ＜５μｍから０＜ｌ＜３０μｍが好ましい。
晶表面近傍のカリウムの一部をイオン交換し、さらに、
カリウムで短時間そのルビジウムの一部をカリウムにイ
オン交換しなおした時の表面からの深さ方向への屈折率
の変化を模式的に示した（）。は、ルビジウムで短
時間イオン交換した時の屈折率変化を示したものであ
る。導波路を作るためのセグメントの形状は、フォトマ
スクのパターンで示せば、図２（ａ）の様に長方形でも
よいし、楕円、円、レンズ状、等、図４に示すように種
々の形状が可能である。これらのパターンは、フォトマ
スクのパターンを示しており、素子で言えば、上から見
た事になる。間隔は、擬似位相整合で計算される基本波
に対する値に設定すれば良い。幅については、１〜１２
μｍが好ましい。導波路深さ（ｌ）は、導波路の屈折率
最大の部分が露出しなければ良く表面層から始まり０＜
ｌ＜５μｍから０＜ｌ＜３０μｍが好ましい。
【０００７】導波路形成法をイオン交換法で行う場合に
は、イオン交換方法は、ルビジウム、セシウム、タリウ
ムの塩あるいは、それらの混合物とバリウム、ストロン
チウム、カルシウム、マグネシウムの塩あるいは、それ
らの混合物とを適当な割合で混合したものの溶融塩（そ
の溶融温度以上分解温度以下及びＫＴＰのキュリー点以
下）に浸して後、カリウムの塩の溶融塩（その溶融温度
以上分解温度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸す
ことにより結晶内部に埋め込まれた導波路が形成された
形となり、その導波路の屈折率分布は、図３に示す用に
なる。
は、イオン交換方法は、ルビジウム、セシウム、タリウ
ムの塩あるいは、それらの混合物とバリウム、ストロン
チウム、カルシウム、マグネシウムの塩あるいは、それ
らの混合物とを適当な割合で混合したものの溶融塩（そ
の溶融温度以上分解温度以下及びＫＴＰのキュリー点以
下）に浸して後、カリウムの塩の溶融塩（その溶融温度
以上分解温度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸す
ことにより結晶内部に埋め込まれた導波路が形成された
形となり、その導波路の屈折率分布は、図３に示す用に
なる。
【０００８】また、ＫＴＰ単結晶において、非分極反転
領域４ｂと分極反転領域３ｂを交互に作製し、それに直
交して単結晶内に図２（ｂ）に示すように結晶内部に埋
め込まれた構造のチャンネル導波路２ｂを作製する事に
より、表面荒れから生じる光の散乱損失を低減させるこ
とができることも発見した。
領域４ｂと分極反転領域３ｂを交互に作製し、それに直
交して単結晶内に図２（ｂ）に示すように結晶内部に埋
め込まれた構造のチャンネル導波路２ｂを作製する事に
より、表面荒れから生じる光の散乱損失を低減させるこ
とができることも発見した。
【０００９】セグメント型と同様に、非分極反転領域と
分極反転領域の間隔（周期）は、ほぼ擬似位相整合で計
算される基本波に対する値に設定すれば良い。幅、導波
路深さはセグメント型と同じである。分極反転方法は、
例えば、ルビジウム、セシウム、タリウムの塩あるい
は、それらの混合物とバリウム、ストロンチウム、カル
シウム、マグネシウムの塩あるいは、それらの混合物と
を適当な割合で混合したものの溶融塩（その溶融温度以
上分解温度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸して
行う。
分極反転領域の間隔（周期）は、ほぼ擬似位相整合で計
算される基本波に対する値に設定すれば良い。幅、導波
路深さはセグメント型と同じである。分極反転方法は、
例えば、ルビジウム、セシウム、タリウムの塩あるい
は、それらの混合物とバリウム、ストロンチウム、カル
シウム、マグネシウムの塩あるいは、それらの混合物と
を適当な割合で混合したものの溶融塩（その溶融温度以
上分解温度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸して
行う。
【００１０】チャンネル導波路作製をイオン交換で行う
場合は、ルビジウム、セシウム、タリウムの塩あるい
は、それらの混合物の溶融塩（その溶融温度以上分解温
度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸して行う。そ
の後、カリウムの塩の溶融塩（その溶融温度以上分解温
度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸すことにより
図３に示すような屈折率分布の導波路が得られる。
場合は、ルビジウム、セシウム、タリウムの塩あるい
は、それらの混合物の溶融塩（その溶融温度以上分解温
度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸して行う。そ
の後、カリウムの塩の溶融塩（その溶融温度以上分解温
度以下及びＫＴＰのキュリー点以下）に浸すことにより
図３に示すような屈折率分布の導波路が得られる。
【００１１】ルビジウム、セシウム、タリウムの塩とバ
リウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウムの
塩とのモル比については、バリウム塩等の比が大きくな
れば、分極反転の時間が短くなる。また、フォトリソに
おけるマスクとしては、使用する塩の種類により適度に
Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ等または、それらの合金
等のマスクパターン形成用金属を使用する事ができる。
リウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウムの
塩とのモル比については、バリウム塩等の比が大きくな
れば、分極反転の時間が短くなる。また、フォトリソに
おけるマスクとしては、使用する塩の種類により適度に
Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ等または、それらの合金
等のマスクパターン形成用金属を使用する事ができる。
【００１２】
【作用】前記の方法を用いると、表面荒れから生ずる光
の散乱損失を低減させることができ、さらに、飛び石状
に単結晶内に表面よりも内側に屈折率分布が埋め込まれ
た構造で非分極反転領域と分極反転領域を交互に作製す
る場合には、イオン交換部分が、深さ方向に次第に屈折
率が増大し、再び減少するという構造となり、光の閉じ
込め効果も得られる。図２に素子の構造を示す。
の散乱損失を低減させることができ、さらに、飛び石状
に単結晶内に表面よりも内側に屈折率分布が埋め込まれ
た構造で非分極反転領域と分極反転領域を交互に作製す
る場合には、イオン交換部分が、深さ方向に次第に屈折
率が増大し、再び減少するという構造となり、光の閉じ
込め効果も得られる。図２に素子の構造を示す。
【００１３】
【実施例】本発明による実施例を以下に説明する。 実施例１ 本発明による光波長変換素子の斜視図を図２（ａ）に示
す。基板５ａはＫＴＰを用いている。この基板５ａのマ
イナスｚ面上にレジストをスピンコートし、フォトリソ
によりレジストのセグメント状のパターニングを行っ
た。格子の周期は、４ミクロンである。Ｔｉスパッタの
後、レジストを除去し、Ｔｉのパターンを作製した。硝
酸ルビジウムと硝酸バリウムの８０対２０の混合物（他
の塩でもよい。）の溶融塩（３５０℃）に３０分間浸
し、非分極反転領域４ａ（２０μｍ長さ）と分極反転領
域３ａ（２μｍ長さ、幅６μｍ）を交互に作製した。そ
の後、硝酸カリウムの溶融塩（３５０℃）に３分間浸
し、表面部分のルビジウムをカリウムにイオン交換し、
光波長変換素子ができる。イオン交換により屈折率の変
化した部分は、結晶表面より１０〜２５μｍの部分であ
る。
す。基板５ａはＫＴＰを用いている。この基板５ａのマ
イナスｚ面上にレジストをスピンコートし、フォトリソ
によりレジストのセグメント状のパターニングを行っ
た。格子の周期は、４ミクロンである。Ｔｉスパッタの
後、レジストを除去し、Ｔｉのパターンを作製した。硝
酸ルビジウムと硝酸バリウムの８０対２０の混合物（他
の塩でもよい。）の溶融塩（３５０℃）に３０分間浸
し、非分極反転領域４ａ（２０μｍ長さ）と分極反転領
域３ａ（２μｍ長さ、幅６μｍ）を交互に作製した。そ
の後、硝酸カリウムの溶融塩（３５０℃）に３分間浸
し、表面部分のルビジウムをカリウムにイオン交換し、
光波長変換素子ができる。イオン交換により屈折率の変
化した部分は、結晶表面より１０〜２５μｍの部分であ
る。
【００１４】実施例２ 本発明による光波長変換素子の斜視図を図２（ｂ）に示
す。基板５ｂはＫＴＰを用いている。この基板のマイナ
スｚ面上にレジストをスピンコートし、フォトリソによ
りレジストの格子状のパターニングを行った。格子の周
期は、４ミクロンである。Ｔｉスパッタの後、レジスト
を除去し、Ｔｉのパターンを作製した。硝酸カリウムと
硝酸バリウムの８０対２０の混合物（他の塩でもよ
い。）の溶融塩（３５０℃）に２０分間浸し、非分極反
転領域４ｂと基板５ｂと屈折率差の無い分極反転領域３
ｂを交互に等間隔で作製した。Ｔｉを除去し、このスト
ライプパターンに直交する方向に、チャンネル導波路を
上記と同じ手法でＴｉマスクを使用し、ルビジウムの塩
の溶融塩（３５０℃）に３５分間浸す事により作製し、
引き続き、硝酸カリウムの溶融塩（３５０℃）に３分間
浸し、埋め込み型チャンネル導波路２ｂを作製し、光波
長変換素子ができる。イオン交換により屈折率の変化し
た部分は、結晶表面より１０〜２５μｍの部分である。
す。基板５ｂはＫＴＰを用いている。この基板のマイナ
スｚ面上にレジストをスピンコートし、フォトリソによ
りレジストの格子状のパターニングを行った。格子の周
期は、４ミクロンである。Ｔｉスパッタの後、レジスト
を除去し、Ｔｉのパターンを作製した。硝酸カリウムと
硝酸バリウムの８０対２０の混合物（他の塩でもよ
い。）の溶融塩（３５０℃）に２０分間浸し、非分極反
転領域４ｂと基板５ｂと屈折率差の無い分極反転領域３
ｂを交互に等間隔で作製した。Ｔｉを除去し、このスト
ライプパターンに直交する方向に、チャンネル導波路を
上記と同じ手法でＴｉマスクを使用し、ルビジウムの塩
の溶融塩（３５０℃）に３５分間浸す事により作製し、
引き続き、硝酸カリウムの溶融塩（３５０℃）に３分間
浸し、埋め込み型チャンネル導波路２ｂを作製し、光波
長変換素子ができる。イオン交換により屈折率の変化し
た部分は、結晶表面より１０〜２５μｍの部分である。
【００１５】実施例１，２の結果及びそれぞれの場合の
埋め込み型でない場合の結果を表１に示す。比較例１，
２は、それぞれ上記の最後のカリウム塩処理を行わず、
埋め込み型としなかったものである。
埋め込み型でない場合の結果を表１に示す。比較例１，
２は、それぞれ上記の最後のカリウム塩処理を行わず、
埋め込み型としなかったものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面荒れから生ずる光の散乱損失を約５％低減させること
ができ、さらに、セグメント状に単結晶内に埋め込み型
で非分極反転領域と分極反転領域を交互に作製する場合
には、イオン交換部分が、深さ方向に次第に屈折率が増
大し、再び減少するという構造となり、光の閉じこめ効
果も得られる。図５に素子伝搬長さと伝搬する基本波強
度との関係の模式図を示す。結晶表面からの基本波の散
乱が減り、その分第二高調波への変換効率が増加するこ
とになる。
面荒れから生ずる光の散乱損失を約５％低減させること
ができ、さらに、セグメント状に単結晶内に埋め込み型
で非分極反転領域と分極反転領域を交互に作製する場合
には、イオン交換部分が、深さ方向に次第に屈折率が増
大し、再び減少するという構造となり、光の閉じこめ効
果も得られる。図５に素子伝搬長さと伝搬する基本波強
度との関係の模式図を示す。結晶表面からの基本波の散
乱が減り、その分第二高調波への変換効率が増加するこ
とになる。
【図１】ＫＴＰにおける従来の分極反転型波長変換素子
の概略図である。
の概略図である。
【図２】本発明の一実施例の分極反転型波長変換素子の
概略図である。
概略図である。
【図３】ＫＴＰ単結晶における深さ方向の屈折率分布図
である。
である。
【図４】各種セグメントパターンを示す図である。
【図５】素子伝搬長さと伝搬する基本波強度との関係の
模式図である。
模式図である。
２，２ａ，２ｂ 光導波路 ３，３ａ，３ｂ 分極反転領域 ４，４ａ，４ｂ 非分極反転領域 ５，５ａ，５ｂ ＫＴＰ基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 哲 神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内 (72)発明者 鈴木 和雄 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形光学結晶内部に、結晶表面よりも
内側に光導波路の形成されていることを特徴とする導波
路型素子。 - 【請求項２】 非線形光学結晶の一種であるＫＴＰ単結
晶において、結晶表面よりも内側にセグメント状で非分
極反転領域と分極反転領域が交互になって光導波路を形
成している事を特徴とする擬似位相整合型第二高調波発
生素子。 - 【請求項３】 非線形光学結晶の一種であるＫＴＰ単結
晶において、非分極反転領域と分極反転領域が交互にな
っており、それに直交して単結晶表面よりも内側にチャ
ンネル型光導波路を形成している事を特徴とする擬似位
相整合型第二高調波発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16401693A JPH06347849A (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 第二高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16401693A JPH06347849A (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 第二高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347849A true JPH06347849A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15785189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16401693A Withdrawn JPH06347849A (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 第二高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06347849A (ja) |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP16401693A patent/JPH06347849A/ja not_active Withdrawn
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