JPH06510871A - 選択ブラッグ反射特性を有するセグメント化導波管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 選択ブラッグ反射特性を有するセグメント化導波管発明の分野 本発明は、光学物品に関し、そしてさらに詳細には、波長変換のためのセグメン ト化導波管を使用する光学物品に関する。

発明の背景 通信、光記憶と他の応用のための光学システムの利点は、入射レーザー光の周波 数を増大させるために高非線形性、良好な光学品質と位相整合する能力を具える 光学媒体の探求を刺激した。そのようなシステムの設計においてしばしば見られ る挑戦は、そのようなシステムにおける使用のために特に適する波長を有する光 波の効率的な発生である。例えば、赤外波の効率的なレーザー発生が、一般に利 用されるが、より短い波長を有する望ましい波の直接な発生は、しばしば、相当 に困難になる。

より望ましい波長を有する波を設ける一接近方法は、波長変換であり、これによ り、光学媒体を含む物品は、媒体に入射する光波を異なる波長の出光波に少な（ とも部分的に変換するために使用される。頻繁に使用される波長変換プロセスは 、第二高調波発生に係わり、発生波の周波数は入射波に関して２倍にされる。一 般プロセスにおいて、入射光波は、媒体（例えば、無機非線形結晶）を通して向 けられ、この場合、入射光波の波長の第二高調波に対応する波長の光波は、媒体 と光波の間の相互作用によって発生され、媒体から出射する。

一般に、波長変換のための光学物品において、適切な波長の波が、媒体の長さで 発生される。そのような物品を設計する際に、媒体長に沿ったいろいろな点にお いて発生された波の間の破壊的干渉を阻止するための手段が設けられないならば 、第二高調波発生の如く波長変換機構の効率は、厳しく制限されることが公知で ある。従って、そのような破壊的干渉の効果を制御するために、ある技術を使用 する必要性が一般に存在する。

より理論的には、波長変換システムは、一般に、変換媒体において相互作用する 各光波に対して、伝搬定数ｋにより表現される。この説明の目的のために、各光 波のｋは、２πｎ／λに等しいとして定義される。

ここでｎは、媒体の屈折率であり、モしてλは、波の波長である。伝搬定数と波 長の間の逆関係と屈折率が異なる周波数の光波に対して異なるという事実のため に、変換媒体における相互作用する各光波の伝搬定数は、明らかに異なる。

一般に、波長変換に対して、相互作用する入射波の周波数の和は、相互作用によ って発生された波の周波数の和に等しい。媒体において発生した波の間の破壊的 干渉を最小にするために、相互作用する入射波の伝搬定数はまた、相互作用によ って発生した波の伝搬定数の和にほぼ等しいことが、一般に望ましいと考えられ ている。言い換えれば、波長変換に係わる光波に対して、効率的な波長変換のた めには、媒体における入射波の全伝搬定数と媒体において発生した波の全伝搬定 数の間の差（すなわち、媒体に対するΔｋ）は約ゼロであることが望ましいと考 えられている。Δｋが約ゼロである条件に波長変換システムを調整することは、 位相整合として公知である。

特定媒体に対する波長変換システムの対象光学パラメータは、コヒー１ノンス長 ｃｏｈであり、一般に、２π／Δにとして定義される。Δｋが約ゼロに等しい条 件に対して、対応するｃｏｈが比較的大きいことは明らかである。

周波数ω１とＣ２と波長λ、とλ２をそれぞれ有する入射光波の２つのビームが 、光波周波数の関数として変化する屈折率ｎ（ω）を有する媒体（例えば、結晶 又は複合材料）を通して向けられ、周波数ω３と波長λ３を有する光波を発生さ せる結晶システムにおける３つのビームの非線形相互作用に係わる正常位相整合 プロセスにおいて、ビーム伝搬定数には、各波ビームに対して、２πｎ（ω）／ λに等しいとして定義され、そして光学媒体のΔには、関係 Δに＝２πｎ（Ｃ３）／λｓ　２　ｙｒ　ｎ　（Ｃ２）／λ２−２　ｙｒ　ｎ　 （（１）、）／λ１によって表現される。

最大出力強度は、位相システムが整合された条件（すなわち、Δｋがゼロ）下に ある時、そのようなシステムに発生する。位相整合システムに対する出力強度は 、一般に、光学媒体（例えば、結晶）の長さｈの平方ｈ２に比例して増大する。

第二高調波発生システムに対して、周波数ω１とＣ２は、周波数ω３と同一と半 分に取られる。従って、波長λ１とλ２は、波長λ３の２倍であり、そして第二 高調波発生システムに対するΔには、関係Δに＝２π／λ３（ｎ　（Ｃ３）　− ｎ　（ω＋）　）によって上記の例において表現される。

そのような第二高調波発生システムに対するコヒーレンス長は、こうして、関係 ｃｏｈ−λ３／（ｎ（Ｃ３）−〇（Ｃ１））＝０５λ、／　（ｎ（Ｃ３）　ｎ（ ω＋））によって表現される。

波変換機構の代替例は、波長λ４の単−人力波から波長λ５とλ６の２つの波を 発生させることに係わる。

幾つかの技術が、効率的な位相整合を達成するために示され又は提案された（例 えば、Ｆ、Ａ、Ｈｏｐｆ他、応用古典電気力学（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｃ１ａｓｓｉ ｃａｌ　ＥｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＳＶｏｌｕｍｅ　ＩＩ、非線形光学（ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　０ｐｔｉｃｓ）、Ｊ。

ｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ、１９８６、ｐｐ、２９−５６を参照）。これ らの中で最も一般のものは、第二高調波発生と和及び差周波数発生の如く、はと んどすべての現応用において使用された角度及び温度同調技術である。単結晶の 如くバルク材料の角度同調において、入射光に関する結晶の配向は、位相整合を 達成するために調整される。技術は、一般に、設計の性質により、入射波に関し て特定方向において指向されなければならない導波管構造における使用のために 不適切であると考えられる。温度同調は、材料の複屈折の温度依存性により、バ ルク材料とともに導波管のために使用される。しかし、多くの材料に対して、複 屈折の温度依存性は大きく、そして温度同調はこれらの材料における導波管に対 して可能であるが、高度の温度制御（例えば、十／−１℃）が設けられなければ ならない。複屈折の温度依存性が小さい光学材料（例えば、ＫＴ　ｉ　ＯＰ　０ ４）において、高度の温度制御は必要ではないが、温度同調が導波管に対して可 能である波長の範囲は小さい。

Δｋが０に等しくない事実を補正するために、屈折率における周期的変動を使用 する第二高調波発生のための位相整合が、反射ビームが位相整合されるようにし て、基本及び第二高調波ビームを反射させることにより達成される（例えば、Ｓ 、Ｓｏｍｅｋｈ、「周期性薄膜における位相交換可能な非線形光学相互作用（Ｐ ｈａｓｅ−Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅａｂｌｅ　Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　０ｐｔｉｃ ａｌ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃ　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌ ｍｓ）、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　、２］、１４０　（１９７２）を参 照）。上記の方法では、第二高調波出力の強度は、使用材料の長さの平方により 増大する。しかし、実際には、この方法の全効率は、上記の方法よりも小さい。

最近、特に有益な波長変換技術が、Ｊ、Ｂｉｅｒｌｅｉｎ他によって開発され、 波長変換のための光学材料の一連の整列区分を通して波長変換のための入射光波 を向かわせることを含み、該区分は、整列方向における各区分の長さとその区分 に対するΔにの積の一連の区分に対する和が、約ゼロに等しく、かつ、各区分の 長さがそのコヒーレント長よりも小さい如く選択される。この場合、該材料の少 な（とも一つは、光学的に非線形であるか、又は非線形光学材料の層が波長変換 中鎖一連に隣接して設けられるか、若しくは両者である。この技術は、波長変換 が光学材料の一連の区分を使用することによって達成されるという発見に基づき 、この場合、屈折率と区分長の差は、光波が、個々の区分において位相整合され ないとしても一連の終端において位相整合される如く、一連を通して破壊的干渉 の効果を制御するために平衡化される（Ｂ　ｉ　ｅ　ｒ　１ｅｉｎ他、Ａｐｐｌ 、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、５６　（１８）Ｄｐ、１７２５−１７２７　（１，９９ ０）と米国特許第５．０２８．１０７号を参照）。

「準」位相整合技術として公知な、周期的ドメイン反転又は内部反射を含む波長 変換のための他の技術がまた記載された（Ａ、　Ａｒｍ５　ｔ　ｒｏｎｇ他、「 非線形誘電体における光波の間の相互作用（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｂｅｔ ｗｅｅｎ　Ｌｉｇｈｔ　Ｗａｖｅｓ　ｉｎ　ａＮｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｄｉｅｌｅ ｃｔｒｉｃ）、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、、１２７．１．９１８（１９６２）を参照） 。光導波管における準位相整合は、周期長により非線形光学係数の符号を周期的 に反転させることにより、位相整合を達成する周期変調されたＬｉＮｂＯ５を使 用して記載されたが、Δにと導波管の周期長の積は約２Ｎπに等しく、ここでＮ は奇数である。ＬｉＮｂＯ３を使用する周期的ドメイン反転チャネル導波管は、 Ｊ、Ｗｅｂ　ｊｏｒｎ、Ｆ、Ｌａｕｒｅ　Ｉ　ＩとＧ、Ａｒｖｉｄｓｓ。

ｎにより、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎ。

１ｏｇｙ、Ｖｏｌ、７、Ｎｏ、１０，１５９７−１６００　（１９８９年１０月 ）とＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖ ｏｌ、１、Ｎｏ、１０，３１６−３１８　（１９８９年１０月）において記載さ れる。導波管作製は、周期ドメイン反転を達成するためにチタンを使用して、又 は熱処理に続いて陽子交換を組合せてＬｉＮｂＯ３の正Ｃ面における酸化シリコ ンの周期パターンを使用して記載される。Ｇ、　Ａ、　Ｍａｇｅ　Ｉ、Ｍ、　Ｍ 、Ｆｅ　ｊ　ｅ　ｒとＲ，Ｌ、Ｂｙｅｒ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ、５６． １０８−１１０　（１９９０）は、レーザー加熱ペデスタル成長を使用して生成 された周期交番強誘電性ドメインを有するＬｉＮｂＯ３結晶を開示する。これら の構造は、４０７ｎｍもの短い波長において光を発生させ、そしてこの形式の構 造に対して光屈折損傷に比較的耐性があった。しかし、これらの周期変調導波管 は作製が困難であり、多（の応用に対して低すぎる光損傷しきい値を有すると考 えられる。前記のＨｏｐｆ他は、５２ページにおいて、非線形光学材料のセグメ ントを開示し、この場合、非線形光学係数は、材料における波のコヒーレント長 に等しい周期において変調される。

最近、特に有益な波長変換技術は、Ｊ、Ｂｉｅｒｌｅｉｎ他によって開発された が、波長変換のための入射光波を波長変換のための光学材料の一連の整列区分を 含む単結晶を通して向かわせることを含み、波長変換のための光学材料は、（ａ ）化学式Ｋ　１−　ｘ　Ｒｂ　ｘ　Ｔ　ｉＯＭ　Ｏ４、ここでＸは０〜１であり 、ＭはＰとＡｓから選択される、を有する材料と、（ｂ）該化学式のカチオンが Ｒｂ’、ＴＩ”とＣｓ＋の少なくとも一つとＢａ”、Ｓｒ−とＣａ−の少な（と も一つによって部分的に置換された該化学式の材料から選択され、但し、少なく とも一つの区分は（ｂ）から選択された光学材料であり、（ｂ）から選択された 光学材料に対して、Ｘが０８よりも大きい場合に、該化学式のカチオンは、ＴＩ ＋とＣｓ”の少なくとも一つとＢａ”、５ｒ４４とＣａ−の少なくとも一つによ って部分的に置換され、該区分は、整列方向における各区分の長さとその区分に 対するΔにの積の一連の区分に対する和が、約２πＮに等しく、ここでＮはゼロ 以外の整数である、かつ、少な（とも一つの区分の非線形光学係数が、少なくと も一つの隣接区分の非線形光学係数に関して変化される如く選択される。この技 術は、高非線形性と損傷耐性並びに準位相整合の如く、ＫＴｉＯＭ○４形式材料 （ここでＭはＰ又はＡｓである）の公知の利点を活用し、そして波長変換を達成 するために、非線形光学係数（すなわち、「ｄ」）の符号及び／又は等級を変化 させる。米国特許出願筒０７／７３２．０２８とｖａｎ　ｄｅｒ　Ｐｏｅｌ他の Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ　ｔ、５７　（２０）　、ｐｐ。２０７４−２０７ ６（１９９０）を参照せよ。

第二高調波発生のための入射光はレーザーダイオードを使用して設けられること が、技術において公知である。また、レーザーダイオード性能は、光学フィード バックによって影響されることが公知である。Ｃ１Ｅ、Ｗｉｅｍａｎ他、「原子 物理のためのダイオードレーザ−の使用法（Ｕｓｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａ５ｅ ｒｓ　ｆｏｒ　ＡｔｏｍｉｃＰｈｙｓｉｃｓ）、Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔｒｕ ｍ、６２　（１）（１９９１）を参照せよ。幾つかの波長の光学フィードバック は、レーザー出力波長に望ましくない効果を有し、これにより、効果的なレーザ ー動作による装置の動作をかなり阻害する。他方、適切な波長の光学フィードバ ックは、ダイオードレーザ−の中心周波数を制御するために使用され、これによ り、そのような装置の動作を安定化させる。いずれにせよ、ダイオードレーザ− への実質的な表面反射は、一般に、望ましくないと考えられる。

発明の要約 選択波長における波長変換のための使用に適するセグメント化導波管が、この発 明によって設けられる。導波管は、整列され、隣接区分とは異なる屈折率を有す る光学材料の交番区分を具備する（例えば、化学式％式％ る、を有する結晶基板の区分と、該基板のカチオンが部分的に置換された基板材 料の区分の交番）。この発明の導波管は、波長変換のために使用された入力波の 波長に本質的に等しい波長を有する選択波長に対してブラッグ反射を設ける導波 管に沿った周期構造を特徴とする。複数のセグメントから成る少なくとも一つの 超周期を含む実施態様が記載される（各セグメントは、各２つの光学材料の一区 分から成る）。この場合、超周期の少なくとも一つのセグメントは、別のセグメ ントとは光路長において異なり、そして整列方向における各区分の長さと区分の 屈折率の積の超周期区分に対する和は、約Ｎ、λ／２に等しく、ここでＮ、は整 数である、そしてλは、波長変換に対して使用人力波の波長である。そのような 周期構造を特徴とする少なくとも一つのチャネル導波管と、チャネル導波管に対 して入力光波を発生させるためのレーザーダイオードと、入力光波をチャネル導 波管に結合するための手段と、該ブラッグ反射を該レーザーダイオードに向ける ために手段とを具備する光導波管装置がまた、設けられる。波長変換プロセスが また設けられ、この場合、選択波長の入射光波は、整列され、隣接区分とは異な る屈折率を有する光学材料の交番区分を具備する導波管を通して向けられる。波 長変換プロセスは、入射光波の波長に本質的に等しい波長を有するブラッグ反射 を設けるために、該導波管に沿って上記の周期構造を含むことを特徴とする。

発明は、ブラッグ反射によって安定化されたレーザーダイオードを使用して、第 二高調波発生を設けるために有益である。

この発明による波長変換システムのためのチャネル導波管を準備するためのプロ セスは、（１）化学式に＋−，Ｒｂ、Ｔｉ０Ｍ０＜、ここでＸはＯ〜１てあり、 ＭはＰ又はＡｓである、を有する単結晶材料のＺカット基板のＺカット表面を光 学的になめらかな表面に設ける段階と、（２）該基板の屈折率に関して屈折率を 変化させるために、選択時間に対する選択温度における該光学的になめらかな表 面への露呈により、十分なカチオン置換を設けるために有効な量において、Ｒｂ ″′、Ｃｓ“とＴｌ”から成るグループから選択されたカチオンを含む溶融塩を 設け、但し、チャネル導波管が準位相整合のために使用される時、溶融塩はまた 、Ｂａ”、Ｓｒ−とＣａ”＋から成るグループから整合されたカチオンを含み、 Ｘが１８よりも大きい時、ＴＩ”″とＣｓ”から選択されたカチオンを含み、そ して溶融塩は、基板の非線形光学係数に関して変化される非線形光学係数を該選 択時間及び温度における該光学的になめらかな表面への露呈により設けるために 有効な量において該カチオンを含む段階と、（３）該溶融塩に耐性のある材料で 交互にマスク及び非マスクされた該光学的になめらかな表面の部分に沿って整列 領域のパターンを設けるために、該基板においてマスキング材料を適用する（該 マスク及び非マスク領域の長さは、この発明により波長変換とブラッグ反射を設 けるために適する周期構造を有する）段階と、（４）該選択時間に対して該選択 温度において該溶融塩に該マスク付き基板を浸漬し、これにより、該非マスク領 域においてカチオン置換を設ける段階と、（５）該基板からマスキング材料を除 去する段階と、（６）研磨された導波管入力及び出力面に清浄導波管を設けるた めに該基板を仕上げる段階とを含む。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明による波長変換のための装置の略図である。

第２図は、この発明による波長変換のための導波管の斜視図である。

第３図は、第２図の導波管によって設けられた非線形光学材料の整列区分の斜視 図である。

第４図は、導波区分の第２図の線４−４に沿った断面図である。

発明の詳細な説明 この発明は、−波長を有する光波を異なる波長の光波に少なくとも部分的に変換 するために適するセグメント化導波管に係わる。一般に、波長変換中、入射波の 周波数の和と発生波の周波数の和は等しい。従って、周波数ω１と波長λ、の波 が周波数ω２と波長λ２の波とともに使用され、周波数ω３と波長λ３の波を発 生させる波長変換システムに対して、ω３はω１とω２の和に等しい。そして周 波数ω４と波長λ４の波が周波数ω６と波長λ６の波とともに周波数ω５と波長 、の波を発生させるために使用される波長変換システムに対して、ω４はω、と ω６の和に等しい。

この発明により、選択波長における波長変換のために適し、整列され互いに異な る屈折率を有する材料の交番区分を具備するセグメント化導波管は、波長変換の ために使用された入力波の波長に本質的に等しい波長を有Ｖる該選択波長に対し てブラッグ反射を設ける導波管に沿って周期構造を有することを特徴とする。

一連の区分は、光学材料の複数のｐ整列隣接区分ｍｌ、ｍ２１．　。

ｍ：、、、ｍ、とじて表現される。各区分は、整列方向において長さｈ＋と、透 過する光波の周波数ωの関数として変化する屈折率ｎ１（ω）とを有する。光学 材料と区分長は、波長変換中、所望のブラッグ反射を設けるように選択される。

適切な周期構造が、多数の方法で設けられる。一つの方法は、ブラッグ反射が波 長変換のための入力波の波長に本質的に波長対応するように選択された周期にお いて正確に、材料の交番区分（例えば、化学式ｋｌ−０Ｒｂ　ｏＴ１０〜１０４ 、ここてＸはＯ〜１てあり、ＭはＰ又はＡｓである、を有する結晶基板の区分と 、該基板のカチオンが部分的に置換された基板材料の区分の交番）を離間するも のである。代替的に、すべての界面が所与の周期において正確に離間されるとは 限らず、多数の界面（例えば、一つおきの界面）が、波長変換のための入力波の 波長に本質的に波長対応するブラッグ反射が行われる如く離間される。これらの ２つの各代替案において、ブラッグ反射の波長と入力波長の間の近一致が、ある 離散波長においてのみ発生する。

波長変換のための入力波の波長に本質的に等しい波長を有するブラッグ反射を達 成する好ましい方法は、ブラッグ反射が発生する波長の数を増大させるものであ る。これは、各２つの光学材料の一区分から成る導波管に沿った複数のセグメン トを設け、特定材料の区分がすべて一様な光路長（すなわち、ｎ、（ω）ｈｌ） を有するわけではない如く、導波管に沿って選択区分の長さを調整することによ り達成される。調整区分の長さは、少な（とも一つの超周期が設けられ、この場 合超周期の少なくとも一つのセグメントは超周期の別のセグメントとは光路長に おいて異なり、整列方向における各区分の長さと区分の屈折率の積の超周期区分 に対する和が、約Ｎ、λ／２であり、この場合Ｎ、は整数であり、λは波長変換 のために使用された入力波の波長であり、これにより、所望のブラッグ反射を生 ずる如（選択される。光学材料の９区分の超周期は、光学材料の隣接区分のｑ対 、ｍ、とｍ２、ｍ３とｍ４１．、、ｍ＋−１とｍ＋、、。

ｍ２．−、とｍ２．（すなわち、ｐ＝２ｑ）として特徴付けられ、各区分は、対 応する長さｈｌ、ｈ２１．、ｈ、、、ｈ２．、対応する屈折率ｎｌｓ　ｎ２．　 。

、ｎ：、、、ｎ２ａと波長変換システムの各波長に関連した対応する伝搬定数に １、ｋ２、　、、に、、、、に、によって特徴付けられる。そして材料ｍ、−１ とｆｆｈの区分の各対は、超周期のセグメントに対応する。ＫＴＰは、所望のブ ラッグ反射を達成するために「超周期構造」を使用して、第二高調波発生に対し て修正される。

波長変換のプロセスが、この発明により設けられ、波長変換のための光学材料の 一連の整列区分を通して波長変換のための入射光波を向かわせる段階を含み、該 区分は、所望のブラッグ反射が設けられるように上記の如く選択される。

超周期構造が上記の如（設けられる場合に、ブラッグ反射の強度は、超周期の個 々のセグメントの長さと各セグメントの２つの区分の長さによると考えられる。

そして同一人力波長に対して、はぼ同一の超周期とブラッグ反射を設けるセグメ ント長と区分長の幾つかの組合せがある。

例えば、本質的に入力波長において平衡位相整合とブラッグ反射を同時に設ける ことは、適切な超周期と各セグメントにおいて２つの区分の長さの（超周期に対 する）適切な平均比率を選択することを含む。そして本質的に入力波長において 準位相整合とブラッグ反射を同時に設けることは、適切な超周期と超周期に対す る適切な平均セグメント長を選択することを含む。しかし、いずれにせよ、適切 な条件が、一般に、区分及び／又はセグメント長の幾つかの組合せの任意を使用 して設けられる。

なお、適切なブラッグ強度を獲得するためにセグメント及び区分長を選ぶ際に、 周波数ωの所与の入力波長λにおいて、ブラッグ強度は、（ａ）四分の一波長条 件、ｎｌ　（（ＩＪ）　ｈ　Ｈ＝Ｍｒλ／４及び／又はｎｌ（ω）ｈ２＝Ｍ、λ ／４の近傍のセグメントにおける区分長、ここでｎｌ（ω）とｈｌは、それぞれ 、セグメントの一方の区分の屈折率と長さであり、ｎｌ（ω）とｈ２は、そねぞ れ、そのセグメントの他方の区分の屈折率と長さであり、そして〜１、とＭ、は 奇数である。あるいは（ｂ）二分の一波長条件、ｎｌ　（ω）ｈｌ＋ｎ２　（ω ）ｈ２＝ｌ”Ｌλ／２、ここてＮ、は整数である、の近傍のセグメントにおいて 区分長の組合せである。ある条件下で、同条件（ａ）と（ｂ）は、同時に近付け られることは、技術における当業者には明らかである。逆に、ブラッグ強度は、 （ａ）二分の一波長条件、ｎｌ（ω）ｈＩ＝Ｎｙλ／２又はｎｌ（ω）ｈ２＝＝ Ｎ＝λ／２の近傍のセグメントにおける区分長、ここで肌とＭ、は整数であるか 、あるいは（ｂ）四分の一波長条件、ｎ、（ω）ｈｌ＋ｎ２　（ω）ｈ２＝Ｍｘ ２／４、ココテＭ８は奇数である、の近傍のセグメントにおいて区分長の組合せ として減少する。中間強度は、そのような二分の一波長及び四分の一波長条件の 間の区分組合せによるセグメントを使用することにより設けられることは明らか である。例えば、屈折率助を有する一材料と屈折率ｎ２を有する別の材料の８つ の交番区分から成る４セグメントの超周期を有するセグメント化導波管において 、屈折率ｎ１を有する全区分は同一長ｈ１である（すなわち、屈折率ｎ２を有す る区分の長さはすべて同一であるわけてはない）場合に、全セグメントに対する ｎ、ｈ、が、Ｍ、λ／４（ここでＭ、は奇数である）とＮ、２／２　（ここでＮ 言ま整数である）の間で変化し、これにより、ブラッグ反射の強度に影響する如 く、同一のセグメント長と超周期を維持しながら、ｈ、を変化させることができ る。この技術は、セグメント長の変化性を制限することが、（処理目的又はその 他のために）好都合である場合に、特に有益である。

ブラッグ反射の強度が、入力波強度の約０１〜５０パーセント、特に、入力波の 強度の約０１〜１５パーセントであることが、通常望ましい。発明は、ブラッグ 反射が該レーザーの出力波長を安定化させるために使用される如く、ダイオード レーザ−での使用のために適する。ブラ、グ反射がレーザーを安定化させるため に使用されるならば、最適ブラッグ反射強度は、一般に、レーザーの形式による 。

好ましくは、ブラッグ反射は、レーサーに戻る入力波の表面反射よりも大きい。

導波管の端面は、好ましくは、レーザーに戻る表面反射を縮小するために、直角 （すなわち、導波管への法線）から１０６〜６０゜の角度に研磨される。約２０ °の角度が、多数の実施態様に対して特に好ましい。レーザーに戻る表面反射は また、反射防止被覆の使用により縮小される。

この発明により、２つの条件が、特定の所望の波長において同時に満たされる。

これらは、本質的に入力波長のブラッグ反射であり、そして同時に、波長変換の ための位相整合である。

該セグメントの各々に対する区分は、例えば、区分に対するΔにと該区分の長さ ｈの積のセグメントについての和（すなわち、Δに、ｈ、＋Δに２ｈ２＋　Δに １１〕、＋　Δに、ｈハが約ゼロに等しく、各ｈ１が２π／Δに１よりも小さい 如く選択される。これらの「平衡位相整合」の実施態様に対して、ΣΔに、ｈ、 は、できる限りセロに近いことが望ましい。しかし、光学特性と区分長の完全な 平衡は、達成が困難であり、そしてこの発明の利点は、ΣΔに、ｈ、が約ゼロの 範囲において維持される限り達成されることが理解される。すなわち、全波長変 換パスでの全コヒーレンス長は、波長変換バス自体の長さよりも大きい。この平 衡を達成するために波長変換パスを設計する接近方法は、各区分に対してΔにと 区分長を実際に計算するものである。この接近方法において、都合の良い平衡は 、各区分のΔにと区分長の積の全波長変換パスでの和が、２πよりも小さい絶対 値を有する時、発生すると考えられる。好ましくは、波長変換パスでの該積の結 果の総計は、３π／２よりも小さい。そして最も好ましくは、πよりも小さい。

従って、多数（Ｎ、）の光学変換セグメントを順次に有し、セグメント１．２、 とＮ、はそれぞれｐｏ、ｐ２　とｐＮ区分を有する光学物品を使用する平衡位相 整合に対して、各セグメントは、波長変換システムセグメントに対するΣΔに、 　、　ｈ　、が２π／Ｎ、よりも小さな絶対値を有する如く設計されることが望 ましく、その結果、波長変換パスにおける区分の総数１）ｌ＋１）２＋、　、　 ＋Ｉ）Ｈに対するΔにと区分長の積の和は、上記の意味において約ゼロのままで ある（すなわち、２πよりも小さな絶対値を有する。）。好ましくは、各セグメ ントに対するΣΔｋ　１１’ｌ　＋は、１５π／Ｎ、よりも小さい絶対値を有し 、そして最も好ましくは、ΣΔに、ｈ、は、π／Ｎ、よりも小さい絶対値を有す る。

該セグメントの各々に対する区分は、代替的に、区分に対するΔにと該区分長り の積のセグメントでの和（すなわち、Δに、ｈ、＋Δに２ｈ２．。

Δに：ｈｔ＋　Δｋｐｈ、）が、約２πＭ、ｌ：等しく１．：、ｍＴＭＬは、０ 以外の整数である如く選択される。そして少なくとも一つの区分の非線形光学係 数は、少なくとも一つの隣接区分の非線形光学係数に関して変化される。これら の「準位相整合」の実施態様に対して、発明による各区分の長さと各区分のΔに の積の関係は、従来の屈折率格子位相整合と同一である。しかし、各区分の長さ は、一般に、ゼロ以外の任意長であり、各区分の長さｈｌとその区分に対するΔ に、の積の和が、光学変換セグメントの長さで約２Ｍ−πに等しい、すなわち、 ９区分を含む光学変換セグメントに対して、ΣΔに、ｈ、＃２Ｍ＝π（すなわち 、ｉは１〜ｐである）という条件と両立する。これらの実施態様に対して、ΣΔ に、ｈ、はできる限り２πＭ、に近いことが望ましい。しかし、光学特性と区分 長の完全な平衡は、達成が困難であり、そして発明の利点は、ΣΔに＋ｈ１が約 ２π八１．の範囲において維持される限り達成される。すなわち、２ΣＮ１．＋ δと２ΣＭ、−δの間の範囲であり、ここでδは、２πＭ、よりも小さく、モし てＮ、は、全波長変換パスでの光学変換セグメントの総数である。この平衡を達 成するために波長変換パスを設計する接近方法は、各区分に対してΔにと区分長 を実際に計算するものである。この接近方法において、有利な平衡は、各区分の Δにと区分長の積の全波長変換バスでの和が、２πＭ、よりも小さい時、発生す ると考えられる。好ましくは、核種の結果の総計は、２πＭ、＋１．５π／Ｎ、 と２πＭ、−１５π／Ｎ、の間であり、そして最も好ましくは、２πＭ、十π／ Ｎ。

と２πＭ、−π／Ｎ、の間である。

実際問題として、平衡位相整合又は準位相整合のいずれが使用されても、多くの 場合、（光学材料自体を準備することを含む）発明において使用される一連の区 分の準備に関連した精度における制限のために、所望の平衡又はΔにと区分長は 、全波長変換パスでの全コヒーレンス長が該バスの長さよりも大きいことを観察 することにより達成されることを確認することが望まれる。幾つかの場合に、波 長変換パスの長さに沿った波の弱散乱の検査から直接に全コヒーレンス長を観察 することができる。一般に、超周期構造が上記の設けられる場合に、一連の区分 の準備は、入力波長における同時波長変換とブラッグ反射が非常に密接に満たさ れる構造を生み、そして所望の特性は、温度を微同調する如く他の手段によって 達せられる。準位相整合において、通常、有効な波長変換プロセスを維持しなが ら、超周期のセグメント内の区分長の比率の平均値を変化させることができる。

一般に、この区分比率及び／又は温度の変動は、ブランク反射と波長変換におい て異なる程度の変化を生じる。従って、超周期は、生成後の温度とともに、生成 中の区分比率における変動を使用して微同調される。

いずれにせよ、この発明により、一連の区分は、波長変換のために使用された入 力波の波長に本質的に等しい波長を有する、（特定の波長変換に対して）ブラッ グ反射を設ける波長変換パスに沿った周期構造を有することを特徴とする。

明らかに、ΣΔに、ｈ、が約ゼロであるために、一連の区分の部分に対するΔに は、他の区分に対するΔにとは異なる符号でなければならない（すなわち、少な くとも一つのΔには、正であり、そして少な（とも一つのΔには負でなければな らない）。事実、波長変換のプロセスが、発明により設けられ、波長変換のため の光学材料の一連の整列区分を有する波長変換パスを通して波長変換のための入 射光波を向かわせる段階を含む。該光学材料の少なくとも一つは、該波長変換に 対して正であるΔｋを有する。該光学材料の少なくとも一つは、該波長変換に対 して負であるΔｋを有する。そして一連の区分は、負（ｎｅｇａ　ｔ　１ｖｅ） Δｋを有する材料の各区分の長さとΔにの積の和が、負Δｋを有する材料の各区 分の長さとΔにとの積の和と平衡される如く選択され、その結果、波長変換パス での全コヒーレンス長は、波長変換パスの長さよりも大きい。そして一連の区分 は、入射光波の波長に本質的に等しいブラッグ反射を設ける波長変換パスに沿っ た周期構造を有する。好ましくは、このプロセスによる効率的な波長変換に対し て、−符号のΔｋを有する区分は、反対符号のΔｋを有する少なくとも一つの区 分に隣接するべきである。

波長変換の別のプロセスが、発明により設けられ、波長変換のための光学材料の 一連の整列区分を含む単結晶を通して波長変換のための入射光波を向かわせる段 階を含み、該区分は、整列方向における各区分の長さとその区分に対するΔにの 積の一連の区分に対する和は、約２Ｍ、πに等しく、ここでＭ、はゼロ以外の整 数であり、そして少な（とも一つの区分に対する非線形光学係数は、少なくとも 一つの隣接区分の非線形光学係数に関して変化される。そして一連の区分は、入 射光波の波長に本質的に等しいブラッグ反射を設ける波長変換パスに沿った周期 構造を有する。

周波数ω１とω２と波長λ、とλ２をそれぞれ有する入射光波の２つのビームが 、長さｈｌと光波周波数の関数として変化する屈折率ｎＩ（ω）を有する媒体（ 例えば、結晶又は複合材料）を通して向けられ、周波数ω３と波長λ３を有する 光波を発生させる区分において、ビーム伝搬定数には、各波ヒームに対して、２ πｎ（ω）／λに等しいとして定義され、そしてその区分に対するΔに１は、関 係Δｋ　、　＝　２　ｙｒ　ｎ　、（ω３）／λ３−２　πｎ　、（ω、）／λ 、−２　ｙｒ　ｎ　、（ω２）／λ２によって表現される。

平衡位相整合波長変換システム（周波数ω１とω２を有する）の入射光波は、一 連の区分に対するり、Δに、の和は約ゼロに等しい如く選択された一連の区分を 通して向けられる。そしてそのような波長変換システムを使用する光学物品に対 する光学変換セグメントは、一連の区分に対するり、Δに１の和が約ゼロに等し い如く選択された一連の区分から成る。

準位相整合波長変換システムの入射光波は、一連の区分に対するり、Δに１の和 が約２πＮＬに等しい如く選択された一連の区分を通して向けられる。ここてＭ 、はセロ以外の整数である。そしてそのような波長変換システムを使用する光学 物品に対する光学変換セグメントは、一連の区分に対するり、Δに、の和が約２ πＭ、である如く選択された一連の区分から成る。

第二高調波発生の場合に、周波数ω１とω２は等しく、周波数ω３の半分である 。従って、第二高調波発生に対して、各区分のΔに、は、関係Δｋｌ−２π／λ ｓ　（ｎ　（、ωｓ）　ｎ　（ω＋）　）によって表現される。

代替的に、周波数ω４と波長λ、を有する入射光波のビームが、長さｈｌと光波 周波数の関数として変化する屈折率ｎ＋（ω）を有する媒体を通して向けられ、 それぞれの周波数ω５とω６とそれぞれの波長λ５とλ６を有する光波の２つの ビームを発生させる区分において、ビーム伝搬定数に１は、各波ビームに対して 、２πｒ＋＋（ω）／λに等しいとして定義され、そしてその区分に対するΔに 、は、関係Δｋｌ＝２πｎｌ（ω６）／λ６−２πｎＩ（ω５）／λ、　−２ｙ ｒ　ｎ　、（（、）４）／λ４によって表現される。

波長変換システム（周波数ω４を有する）の入射光波は、一連の区分に対するｈ １Δに、の和が、平衡位相整合に対して約ゼロに等しく、準位相整合に対して約 ２πＭ、に等しい如く、一連の区分を通して向けられる。そのような波長変換シ ステムを使用する光学物品に対する光学変換セグメントは、一連の区分に対する ｈ１Δに、の和が、平衡位相整合に対して約ゼロに等しく、準位相整合に対して 約２πＭ、に等しい如く選択された一連の区分から成る。

いずれにせよ、コヒーレンス長ｃｏｈ１は、各区分に対して、方程式％式％ によって定義される。

一般に、長さｈｌは、各々、異なり、そして１μｍ〜５０μｍの範囲にある。実 際に、隣接区分長の比率（すなわち、ｈ、−１：ｈ、）は、通常、１：２０〜２ ０：１の範囲にある。各区分の幅は、通常、０．２μｍ〜５０μｍの範囲を取り 、そして好ましくは、１μｍ〜２０μｍの範囲内にあり、最も好ましくは、２μ ｍ〜１０μｍの範囲内にある。各区分の深さは、０．１μｍ〜５０μｍの範囲を 取り、そして好ましくは、１μｍ〜２０μｍの範囲内であり、最も好ましくは、 ２μｍ〜１０μｍの範囲内にある。準位相整合に対して、好ましくは、少な（と も一つの区分に対する非線形光学係数と少なくとも一つの隣接区分に対する非線 形光学係数の間に少なくとも約１％の差がある。

導波管に対して、設けられた区分の総数は、使用光学材料と導波管長の如く因子 による。約４００〜４０００区分の範囲が、典型的な５．Ｏｍｍｍｍ長管波管い て設けられる。良導波管は、最大１０．０００区分、又はそれ以上を有する。し かし、約２０区分のみを使用する物品はまた、発明の範囲内にあると考えられる 。

準位相整合による第二高調波発生の幾つかの実施態様において、各々２つの区分 を有する（すなわち、区分１は長さり、と入力波長λ１における屈折率助（ωｌ ）と第二高調波波長λ３における屈折率ｎ、（ω３）を有し、そして区分２は、 所望の長さｈｌと入力波長の屈折率ｎｚ（ω１）と第二高調波波長の屈折率ｎ２ （ω３）を有する）一連の一般一様セグメントが、和Δｎ、ｈ、＋Δｎ２ｈ２が 、約Ｍ、λ１に等しい如く選択される。

ここでΔｎ　＋　＝　ｎ　＋　（ω＋）　ｎ＋（ω３）、Δｎ　２：　ｎ　２（ ω１）−ｎ２（ω３）、そしてＭ−は０以外の整数である。典型的に、修正ＫＴ Ｐを使用する準位相整合に対して、Ｍ、は１であり、そして和Δｎ、ｈ、＋Δｎ ２ｈ２は、こうして、約λ１である。一般に、特定入力波長λ１に対して、ｈ、 とｈｌは、この条件が満足される如く選択される。λ１において第二高調波発生 に対して位相整合を達成するための所望の周期Ａ、は、ｈ、とｈｌの和（すなわ ち、Ａ＋＝ｈ、＋ｈ、）として定義される。

これらの準整合条件を満たす区分長と初期の所望周期は、所望のブラッグ反射を 設けない。さらに、写真平版プロセスに対して、ｈｌとｈｌは、通常、写真平版 マスクにおいて対応する長さを変化させることにより調整され、そしてマスク発 生プロセスによって達成可能な周期は、解像度において最小増分サイズ変化δ゛ 　（例えば、約０，１μｍ増分）に制限される。所望の周期（すなわち、ｈ、＋ ｈ２）が適切なブラッグ反射を設けず及び／又は使用写真平版プロセスの解像度 必要条件に対応しないならば、上記の超周期構造は、次の段階（ａ）〜（ｄ）を 使用して解像度必要条件に対応する一連のセグメントを設けるために使用される 。

（ａ）超周期は複数のセグメント（例えば、２．３．４等）を含み、各セグメン トは、超周期における平均セグメント長へが所望の周期に近い如く、写真平版プ ロセスの解像度必要条件に対応するように構造化される。例えば、平均周期Ａが り、十ｈ２に等しいように望まれ、ここで、ｈｌは解像度必要条件に対応する値 を有し、ｈｌは、写真平版プロセスの解像度必要条件に対応しない値を有するな らば、写真平版プロセスの解像度必要条件に対応するｈｌよりも小さい最接近長 である長さｈ２°　と、ｈｌよりも大きな長さｈ２°　＋δ′　を選ぶことがで きる。ここで、δ゛　は写真平版プロセスの最小増分サイズ変化である。それか ら、周期Ａ、は、区分長ｈ１とｈ２°を有する超周期の各セグメントに対してり 、＋ｈ２’　として定義され、そして別の周期は、ｈｌとｈ２゛　＋δ“　（す なわち、Ａ。

＋δ′）の区分長を有する超周期の各セグメントに対してり、十ｈ２’　十δ° 　として定義される。そして周期Ａ、のＮ８セグメントと周期Δ、のＮ。

セグメントを有する平均セグメント周期又は超周期は、方程式％式％） によって定義される。ここで（Ｎ、十Ｎｈ）は、超周期におけるセグメントの総 数である。Ｎ、とＮｂは、超周期Ａに対する平均セグメント周期は、λ１におけ る第二高調波発生に対して位相整合を達成するために、所望の周期Ａ、に近い如 く選択される。この構造に対する超周期長は、ＮｔＡ、＋ＮｈＡｂ又は（Ｎ、＋ Ｎｈ）Ａである。

（ｂ）区分長ｈ１とｈｌを有するセグメントに包含された二分の一波長の数Ｗは 、ブラッグライク方程式 ％式％） から決定される。ここで町は、波長λＢを有するブラッグ反射の周波数である。

この発明により、ブラッグ反射は、λ１に本質的に等しいλ８を有する。適切な ブラッグ反射は、Ｗが整数（例えば、整数±１／１６が、通常、非常に満足され る）に十分に近いならば発生する。Ｗが、所望のブラッグ反射を獲得するために 整数に十分に近くないならば、それは、整数Ｘプラス最接近有理数Ｙ／Ｚ、ここ でＹとＺは整数であり、Ｚは１６以下である（すなわち、Ｗ＝Ｘ＋Ｙ／Ｚ）　、 として表現される。こうして決定されたＺは、所望のブラッグ反射率を与えるた め１こ、超周期における適切な数のセグメントに対応する。

（Ｃ）セグメントの数Ｚは、写真平版処理目的のために決定されたセグメントの 数（Ｎ、＋Ｎｂ）と対応しない。ＺがＮ、十Ｎｂよりも小さいならば、ＺとＹは 、ＺがＮ、＋Ｎｂに等しい如く増大される。Ｎ、＋ＮｂがＺよりも小さいならば 、Ｎ、＋Ｎｂは、Ｎ　、　＋　Ｎ　ｂがＺに等しい如く増大される。

Ｎ、＋Ｎｂの変更はまた、周期Δ、と周期Ａｂのセグメントの相対数を再計算す ることを必要とする。再び、実際目的に対して、最大１６セグメントが、通常、 Ｎ、＋ＮｂとＺに対して十分である（すなわち、１６セグメントが、λ１とλ８ が十分に接近するために十分であり、そのため、ＫＴＰに対して、λ１とλ８の 一致は、基板材料の温度を変化させる如く同調技術によって獲得される）。

ＹとＺがそのように決定されると、超周期におけるλ、での二分の一波長の総数 は、 Ｎ、＃ＷＺ＃ＸＺ＋Ｙ＃２Σｎ＋　（ωｓ）ｈ＋／λ８である。ここで１は超周 期における２Ｚ区分のすべてについての和である。

（ｄ）適切な超周期におけるセグメントの数を決定して、ブラッグ反射の強度は 、超周期におけるセグメント組合せにより調整される。ブラッグ反射の強度を最 大にするために、超周期は、整数の二分の一波長をほぼ保持するセグメントの組 合せを使用して構成され、そしてセグメントは、各セグメントの後、前セグメン トのすべてからの二分の一波長の和がまた、整数の二分の一波長に近いように配 置される。超周期の終端における全二分の一波長は、Ｎ、に等しい（すなわち、 Ｎ、−ΣＮ、であり、ここで、和は１〜Ｚのセグメント数にわたり、そしてＮ、 は、必ずしも整数ではなく、超周期を構成する個々のセグメントの二分の一波長 の数である）。

例えば、０．８４７μｍの入力波長λ１に対する整数の二分の一波長をほぼ保持 するセグメントを決定し、セグメントは２１ｔｍ非案内区分と２μｍ案内区分を 有し、ＫＴＰに対して約１．８４３の平均屈折率ｎ（すなわち、ｎ＝　（ｎｌｈ 、＋ｎ２ｈｉ）／Ａｄ））を有するために、セグメントにおける半波長の平均長 は、ｈ、＝λ／２ｎであるか、又は約。

２３μｍである。

セグメントにおける部分の一波長の数は、周期長／半波長の長さくすなわち、Ａ ／ｈｅ）にほぼ等しいために、部分の一波長は、写真平版限界が０．１０μｍで ある条件に対して、下記の一般セグメントに対して設けられる。

表Ａ 周期（μｍ）　部分の一波長 ４、　６　２０．　００ ４、　３　１８．　７０ ４、　２　１８．　２６ ３、　９　１６．　９６ 表Ａから明らかな如く、０８４７μｍにおける部分の一波長の整数の保持に最も 近いセグメントは、４．６μｍ、４４μｍ、３．９μｍと３．７μｍの周期に対 応する。

同一の一致波長に対して、同一超周期を与えるセグメントの幾つかの組合せがあ ることが注目される。どの組合せを使用するかの選択は、所望のブラッグ反射の 強度と許容される第二高調波発生における縮小量の如（因子による。一般に、２ ５パーセントが、許容されるＳＨＧ縮小量に対する合理的な上限値である。

要するに、この発明の超周期構造を使用して、準位相整合による第二高調波発生 と入力波の波長に本質的に等しい波長のブラッグ反射に対して、セグメント化導 波管を設計するプロセスは、（ａ）波長λ、の所望の入力波を使用して、ＳＨＧ に対するプロセス限界を満足する超周期において、平均周期Ａとセグメントの適 切な初期数とサイズを決定する段階と、（ｂ）ブラッグ反射関係を使用して、所 望のブラッグ反射のためのセグメントの適切な初期数を決定する段階と、（ｃ） プロセス限界とブラッグ反射関係を満足する別に適切な数にセグメントの初期数 を調整することにより、必要ならば、段階（ａ）と（ｂ）において決定されたセ グメント数を調和させる段階と、（ｄ）ブラッグ反射の所望の強度と所望の第二 高調波発生強度を平衡化するために超周期のセグメントを組合せる段階とを含む 。

例えば、８４６μｍの入力波長に対して、約４μｍの１セグメントがＳＨＧに対 するプロセス限界を満足するが、そのようなセグメントにおけるブラッグ波長に 対する部分の一波長の数は、１７．４３（すなわち、約１７−３／７又はＮ、＝ １２２）であると計算される場合に、超周期は、４μｍの平均周期を有する７セ グメントを有すると考えられる。

「最接近セグメント」の表を使用して、一つの適切な組合せは、３゜９μｍの周 期を有する６セグメントと４６μｍの周期を有するーセグメントを含む。その時 、 Ａ＝　（６ｘ３．９＋１ｘ４．６）／７＝４．０ａｍかつ Ｎ、＝１７ｘ７＋３＝１２２ ７セグメントの別の適切な組合せは、シーケンス３．９μｍ／４．　１ｕｍ／４ ．Ｏμｍ／４．０μｍ／４．０μｍ／３．９μｍ／４．１μｍである。再び、Ａ −４０μｍ、Ｎ□＝１２２である。しかし、第１組合せは部分の一波長の整数に より近いセグメントを使用するために、そのブラッグ波長振幅は、より大きい。

しかし、第１のＳＨＧ振幅は、わずかに約１０％だけ低い。

線形及び非線形材料が、発明により使用される。ある実施態様において、各セグ メントの少なくとも一つの区分は、非ゼロ非線形光学係数を有する。典型的に、 各区分は非線形光学材料から構成される。

波長変換システムにおいて使用される発明の光学物品のための好ましい光学材料 は、化学式Ｋ　ｌ−ｘ　Ｒｂ　−Ｔ　１０　Ｍ　０４、ここでＸは０〜１であり 、ＭはＰとＡｓから成るグループから選択される、を有する単結晶材料払該化学 式のカチオンがＲｂ”、ＴＩ４とＣｓ”の少なくとも一つによって部分的に置換 された該化学式の単結晶材料とから選択された結晶材料を含む。実際上の理由の ために、カチオンが部分的に置換され、Ｘが約０８以上である該化学式の材料を 使用する時、置換カチオンは、好ましくは、Ｃｓ”″、ＴＩ＋又はＣｓ＋とＴビ の両方を含む。米国特許第４．７６６．９５４号によって示された如く、Ｒｂ４ 、Ｃｓ”及び／又はＴＩ”イオンとともに二価イオン（例えば、Ｃｓ□４．５ｒ ４４とＢａ”）の使用は、広節囲の屈折率の制御を設ける。二価イオン並びにＲ ｂ”、Ｃｓ＋及び／又はＴｌ”＜オンは、基板材料の一価カチオン（例えば、Ｋ ＴｉＯＰＯ４基板のに＋イオン）と交換される。この発明の材料を使用する物品 の例トシテハ、Ｋ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　ＯａＣＤ区分とＫ　１−　ｘ　Ｒｂ　！　Ｔ 　１０　Ｍ　Ｏ４、ここでＸはゼロでない、の区分を順次に含む導波管を設ける ために、（例えば、カチオン交換により）修正されたＫＴｉＯＰＯ４の単結晶を 有する物品と、ＫＴ　ｉ　ＯＰ　０４の区分とカチオンがＲｈ＋及びＴＩ＋イオ ンの混合物又はＲｂ＋、ＴＩ＋及びＢａ←イオンの混合物によって部分的に置換 されたＫ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　０４の区分を順次に含む導波管を設けるために修正さ れたＫＴｉＯＰＯ４の単結晶を有する物品がある。

好ましい基板材料は、化学式ＫＴｉＯＰＯ，を有する単結晶材料である。ここで ＭはＰ又はＡｓである。発明の実施において基板材料として有益と考えられる化 学式ＫＴｉＯＰＯ，の単結晶材料は、光学品質の結晶を設ける任意の方法により 調製される。結晶成長の一般方法としては、熱水プロセスとフラックスプロセス がある。米国特許第４．３０５．７７８号は、選択されたに２０／Ｍ２Ｏ３／　 （Ｔｉ　０２）２システムのための三元図の指定部分によって規定されたガラス の水溶液を鉱化溶液として使用する、ＫＴｉＯＭ０４の単結晶を成長させるため の適切な熱水プロセスを開示する。米国特許第４．２３１．８３８号は、所望の 結晶産物が唯一の安定固体相である三元相図の領域内にあるように選択された、 選択開始成分を加熱し、それから、所望の産物を結晶化させるための可制御に冷 却させることを含むＫＴｉＯＭ０４の単結晶を成長させるための適切なフラック ス成長プロセスを開示する。発明の教示による光学物品を調製するためにＫＴｉ ＯＰＯ４の単結晶を使用する時、熱水的に成長又はフラックス成長された結晶を 使用することができる。しかし、イオン交換は、熱水的に成長された結晶におい て困難であることが、一般に認識される。従って、二価カチオン（例えば、Ｂａ ＋＋）の比較的高レベルの溶融塩は、しばしば、熱水的に成長されたＫＴｉＯＭ Ｏ＜結晶が使用される時イオン交換のためにより適切である。

準位相整合のために使用された結晶光学材料は、好ましくは、化学式％式％ 成るグループから選択される、を有する単結晶材料と、該化学式のカチオンがＲ ｂ”、Ｔ１′１とＣｓ＋の少なくとも一つとＢａ＋４、Ｓｒ”＋とＣａ−の少な くとも一つによって部分的に置換された該化学式の単結晶材料である。一連の整 列区分の少な（とも一つは、該カチオンがＢａ＋＋、Ｓｒ”とＣａ″＋の少なく とも一つによって部分的に置換された、該化学式の光学材料であるべきである。

実際上の理由のために、カチオンが部分的に置換され、Ｘが約０．８０以上であ る該化学式の材料を使用する時、−価置換カチオンは、Ｃ８＋、ＴＩ”又はＣ８ ４とＴＩ”の両方を含むべきである。区分は、好ましくは、結晶の２表面におい て整列される。

発明は、導波管構造、バルク応用と、ある状況下で、複合案内及び非案内波シス テムのために使用される。複合システムにおいて、波伝搬方向における各非案内 長は、案内区分の間の放射線損失を最小にするために、材料における波の集束ず れ長よりも小さいべきである。

本発明は、入力波の波長に本質的に等しい波長を有する選択波長において、入り 光波に対してブラッグ反射を設ける導波管に沿って周期構造を有するセグメント 化導波管であるチャネル導波管を特徴とする光導波管装置を設けるために使用さ れ、ブラッグ反射を該レーザーダイオードに向ける手段と入り光波を該チャネル 導波管に結合する手段とを有する。

導波管は、入力及び出力端部において、角度を付けられ、これにより、表面反射 を縮小する。入り光波をチャネル導波管に結合する手段は、２つのレンズを具備 し、第ルンズは、入り光波を実質的に規準するように位置付けられ、そして第２ レンズは、規準波を導波管の入力端に集束させるように位置付けられる。代替的 に、入り光波をチャネル導波管に結合する手段は、バットカプリングを具備する 。典型的には、装置はまた、該チャネル導波管からの出光波を結合する手段を具 備する。装置はまた、光波を生成するための固体状態ダイオードレーザ−と、オ プションとして、該入力光波を生成するために適する温度においてダイオードレ ーザ−を維持するための温度制御手段とを具備する。

本発明の使用は、第１図に示された装置（１ｏ）を参照して示され、この場合− 波長においてレーザー（１１）によって発せられた光波は、別の波長における波 を発生させるために使用される。レンズ（１２）は、光波を導波管（１４）に集 束させるために第２レンズ（１３）を通してレーザー（１１）によって発せられ た光波を集束させるために使用され、導波管（１４）は、好ましくは、指向され た光波の伝搬方向に関しである角度、例えば、約２０°において配置される。波 長変換が、導波管（１４）内で行われる。第３レンズ（１５）は、導波管から発 出する光波を規準する。フィルター（１６）は、導波管（１４）内で発生された 所望の波長の光波を通過させながら、発せられた波の波長を有する残余光波を濾 波するために示された配置において設けられる。こうして、例えば、レーザー（ １１）が釣鉤　８５μｍの波長において光を発する半導体ダイオードレーザ−で あり、導波管（１４）が、そのような入射光を使用し、発明により約０．８５μ ｍの波長においてブラッグ反射率を設けるように第二高調波発生のために構成さ れるならば、ダイオードレーザ−は、約０．８５μｍにおけるブラッグ反射率に ロックされる。ダイオードレーザ−は、限界範囲内（例えば、約１．５人）で出 力波長の調整を可能にするために温度同調可能であり、そしてブラッグ反射率と の相互作用のために、レーザーは、温度調整範囲外のランダム波長にジャンプし ない。フィルター（１６）は、波長領　４２５μｍの光波を通過させるために適 合され、一方、波長０．８５μｍの光波は、導波管から発出する規準ビームから 濾波される。第１図の装置を組み込む装置は、発明の範囲内の物品であると考え られ、そして導波管自体もこの発明の範囲内の物品であると考えられる。

本発明の導波管の一実施態様は、第２図において（２０）で示された第二高調波 発生のための導波管によって示される。示された導波管（２０）は、すべて別の 結晶材料の区分（２４）〜（３９）が埋め込まれた結晶材料のブロック（２２） を具備し、この場合区分（２４）〜（３３）は、適正なブロック反射率を設ける ために埋め込まれた区分（３４）〜（３９）の長さり、よりもわずかに大きな長 さり、十δ°を有する。通常、材料の少な（とも一つ、好ましくは、両方は、非 線形光学特性を有する。

区分（２４）〜（３９）は、整列されたブロック（２２）の部分とともに該埋め 込み区分が導波管を具備する如く、物品（４０）の頂部と物品（４１）の底部の 間に整列される。表面反射を縮小するために、物品（４０）の頂部と物品（４１ ）の底部は、導波管に垂直から約１０°〜６０°　（例えば、２０°）大きな角 度を形成する如（研磨される。導波管は、動作中、光波の入射ビームが物品（２ ０）の頂部（４０）における区分（２４）の上面（４２）において導波管に侵入 する如く設計される。入射ビームは、光波が埋め込み区分（２４）〜（３９）と ともに、該埋め込み区分と整列したブロック（２２）の部分によって表現された 区分の各々を通過し、それから、ブロック（２２）の底部（４１）から出る如く 整合される。

従って、第３図によりさらに示された如く、第２図によって具現された導波管は 、通過するビームが、ブロック（４３）〜（５８）によって表現されたー材料か らなる多数の区分と、整列したブロック（５９）における部分によって表現され た別の材料からなる同数の区分とを通過する如（設計される。区分（４３）〜（ ５２）は、適正なブラッグ反射率を設けるために、区分（５３）〜（５８）の長 さｈｌよりもゎずかに大きい長さｈ１＋δ′を有する。

本発明の導波管の一実施態様の第２図の切断（４）に沿った断面図は、第４図に 示された第二高調波発生のための導波管によって示される。示された導波管は、 結晶材料、好ましくは、ＫＴｉＯＰＯ４のブロックに別の結晶材料、好ましくは 、イオン交換Ｋ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　０４の区分（２４）〜（３９）が埋め込まれて なる。埋め込み区分（２４）〜（３９）は、整列されたブロック（２２）の部分 とともに埋め込み区分が導波管を具備する如く、物品（４０）の頂部と物品（４ １）の底部の間で整列される。導波管は、動作中、光波の入射ビームが物品（４ ｏ）の頂部における埋め込み区分（２４）の上面において導波管に侵入する如く 設計される。表面反射を縮小するために、物品（４ｏ）の頂部と物品（４１）の 底部は、導波管に垂直から約１０’〜６ｏ０　（例えば、２０°）大きな角度を 形成する如く研磨される。入射ビームは、光波が埋め込み区分（２４）〜（３９ ）とともに、埋め込み区分と整列したブロック（２２）の部分によって表現され た区分の各々を通過し、それから、物品（４１）の底部から出る如く整合される 。導波管に入射する光の波長とほぼ同一波長を有するブラッグ反射を設けるため に、埋め込み区分（２４）、（２５）、（２６）、（２７）、（２８）、（２９ ）、（３０）、（３１）、（３２）と（３３）は、埋め込み区分（３４）、（３ ５）、（３６）、（３７）、（３８）と（３９）の長さｈｌよりもわずかに大き い長さり、＋δ°を有する。埋め込み区分と整列したブロック（２２）の部分に よって表現された区分の長さｈ２は、一定であり、好ましくは、ｈｌに等しい。

例えば、約０．８５０μｍの入射波長、ｈ１＝２、Ｑμｍ。

δ°−領　１μｍのＳＨＧのために有益な典型的な導波管において、光変換セグ メントの単一グループにおいて埋め込み区分及び整列したブロックの区分を含む 区分の総数は、３２である。実際の導波管において、区分のグループは、一般に 、多数回反復される。

この発明による第２図と第４図に示された形式のチャネル導波管を準備する手段 は、化学式Ｋ　＋　−Ｒｂ　−Ｔ　１０　Ｍ　Ｏ４の単結晶材料、ここで、はＯ 〜１であり、ＭはＰ又はＡｓである、又は該化学式のカチオンがＲｂ゛、ＴＩ” ＆Ｃｓ”の少なくとも一つによって部分的に置換された該化学式の単結晶基板を 修正するものである。好ましくは、カチオン交換は、カチオン交換区分の表面屈 折率と基板の表面屈折率の間に少なくとも約０．０００２５の差を設ける。好ま しい基板は、該化学式のものである。

チャネル導波管を生産するためのこれらの基板の使用は、技術において非常に公 知であり、そしてここに全体的に採り入れた米国特許第４．７４０．２６５号と 米国特許第４．７６６．９５４号を参照する。導波管を生産する際に使用される 典型的な基板は、Ｋ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　Ｏ４の結晶である。ここでＸはＯであり、 そしてＭはＰ（すなわち、ｒＫＴＰＪ’）である。

米国特許第４．７４０．２６５号と米国特許第４．７６６．９５４号において記 載された如く、基板マスキングの使用は、Ｒｂ”、Ｃｓ“とＴＩ＋の少な（とも 一つから選択されたイオンによって一つの光学的になめらかな表面のカチオンを 置換し、開始基板の屈折率に関する表面屈折率の変化を許容する。本発明により 、所望のチャネルを形成するために使用された結晶基板表面の部分に沿った領域 は、カチオン置換中、交互にマスク及び非マスクにされ、その結果、生ずるチャ ネルは、原基板（例えば、ＫＴｉＯＰＯ４）とカチオンが置換された基板材料（ 例えば、Ｋ　、−ｘ　Ｒｂ　ｘ　Ｔ　ｉＯＰ　０４、ここでＸはゼロでない）を 交番する一連の整列区分から成る。標準写真平版技術は、所望のマスキングを設 けるために使用される。例えば、保護材料（例えば、Ｔｉ）のマスクが、生成さ れたパターンを具える結晶基板の表面に適用され、溶融塩への適切な露呈により 、カチオン交換により第２光学材料の区分の形成を許容する。

カチオン置換の後、残余の保護材料が除去される。

発明による波長変換システムのためのチャネル導波管を準備するための一プロセ スは、（１）化学式Ｋｌ−ｚＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでＸは０〜１であり、Ｍ はＰ又はＡｓである、を有する単結晶材料のＺカット基板のＺカット表面を光学 的になめらかな表面に設ける段階と、（２）該基板の屈折率に関して屈折率を変 化させるために、選択時間に対して選択温度における該光学的になめらかな表面 への露呈により、十分なカチオン置換を設けるために有効な量において、Ｒｂ“ 、Ｃｓ”とＴ１＋から成るグループから選択されたカチオンを含む溶融塩を設け る段階と、（３）該溶融塩に耐性のある材料で交互にマスク及び非マスクされた 該光学的になめらかな表面の部分に沿って整列領域のパターンを設けるために該 基板においてマスキング材料を適用する段階と、（４）該選択時間に対して該選 択温度における該溶融塩に該マスク付き基板を浸漬し、これにより、該非マスク 領域においてカチオン置換を設ける段階と、（５）該基板からマスキング材料を 除去する段階と、（６）研磨された導波管入力及び出力面に清浄導波管を設ける ために該基板を仕上げる段階とを含む。このプロセスにおいて、該マスク及び非 マスク領域の長さは、非マスク領域における該カチオン置換の後、チャネル導波 管が、該部分において設けられ、選択波長における入射波に対して波長変換と、 該入射波の波長に本質的に等しい波長を有する該選択波長に対するブラ・ソゲ反 射を設けるために適する周期構造を有する光学材料の一連の整列区分を具備する 。平衡位相整合に対して、各区分の長さとその区分に対するΔにの積の一連の区 分に対する和は、約ゼロに等しく、そして各区分の長さは、そのコヒーレンス長 よりも小さい。この場合各区分に対するΔには、その区分における波長変換シス テムに対する入射波の伝搬定数の和とその区分における該波長変換システムに対 する発生波の伝搬定数の和の間の差であり、そして各区分に対するコヒーレンス 長は、その区分に対して２π／Δにである。導波管が準位相整合に対して使用さ れるために、溶融塩はまた、Ｂａ”、Ｓｒ”ａｃａ”から成るグル−ブカ１ら選 択されたカチオンを含み、Ｘが０８よりも太きＬ％時、ＴＩ”とＣ８４から選択 されたカチオンを含み、そして溶融塩は、該選択時間及び温度にお（プる該光学 的になめらかな表面に露呈により、基板の非線形光学係数に関して変化される非 線形光学係数を設けるために有効な量↓こおし）て該カチオンを含む。準位相整 合に対して、各区分の長さとその区分に対するΔにの積の一連の区分に対する和 は、約２πＭ、に等しく、ここでＭ、は、ゼロ以外の整数である。この場合各区 分に対するΔには、その区分における波長変換システムに対する入射波の伝搬定 数の和とその区分における該波長変換システムに対する発生波の伝搬定数の和の 間の差である。タリウム含有基板（すなわち、化学式Ｋ　Ｈ−ｘ　Ｒｂ　ｘ　Ｔ 　ｉＯＭ　Ｏ＜の基板、ここで該化学式のカチオンは、Ｔ１′″によって部分的 に置換される）がまた、適切であると考えられる。ＫＴ　ｉ　ＯＰ　０４　（す なわち、Ｘはゼロであり、ＭはＰである）が、好ましい基板である。

ＫＴＰ基板は、１ｍｍ厚Ｚカット基板を切断研磨する（すなわち、光学的になめ らかな表面に単結晶を設ける）ことにより、段階（１）により設けられる。Ｔｉ のマスキングは、基板においてＴｉを順次に塗布し、Ｔｉ上にフォトレジスト材 料を塗布してフォトレジストを硬化させ、所望のパターンを有するフォトマスク を設はフォトマスクを通してフォトレジストを接触露出させ、フォトレジストの 露出部分を除去し、そして除去されたフォトレジストの下のＴｉをエツチング除 去し、未露出フォトレジストを除去することにより、標準写真平版技術による段 階（３）により設けられ、その結果、パターン化Ｔｉマスキングが残される。典 型的に、基板は、溶融塩に浸漬される前に端面研磨され、そして塩の除去後、洗 浄される。典型的に、基板は、それを研磨することにより、段階（６）により仕 上げられる。Ｔｉマスクが除去された後、導波管は、レーザービームが向けられ るように適切に据え付けられる。

カチオンが導波管準備のためのプロセスにより交換された各区分に対するΔには 、区分幅及び／又は深さを変更することによりい（らか変化され、そしてまた、 置換イオン形式と濃度の関数としてい（らか変化する。従って、特定の材料を使 用して、特定の波長変換システムのための最適設計を決定するために、いろいろ な幅等を有する多数の導波管を準備することが望ましい。

発明の実施は、次の非限定的な実施例からさらに明らかになるであろう。

実施例１ 各々がＲｂ／ＴＩ／Ｂａ交換ＫＴｉＯＰＯ４の区分とＫＴｉＯＰＯ４の隣接区分 から成る、一連の整列光学変換セグメントを含むＫＴｉＯＰＯａのフラックス成 長結晶から成る端面研磨ＫＴｉＯＰＯａセグメント化導波管が、次の如く準備さ れた。ＫＴｉＯＰＯ，のフラックス成長結晶が、最初に、約１ｍｍ厚Ｚ板に切断 された。２表面は、研磨され、熱蒸着により約１０００人のＴｉを被覆された。

それから、フォトレジストが、導波管パターンを有するフォトマスクを通して接 触露光された。導波管パターンは、４マイクロメ一ター幅の矩形区分から成り、 ２マイクロメーターのスペーサーを具えた。露光フォトレジストが除去され、そ して除去されたフォトレジストの下に現れたＴｉ被覆が、エチレンジアミンテト ラ酢酸（ＥＤＴＡ）　、Ｈ２Ｏ２とＮＨ４ＯＨの溶液を使用して化学エツチング され、その結果、ＫＴｉＯＰＯ，基板が選択的に現われた。残りのフォトレジス トが除去され、そしてＴｉマスク基板が、端面研磨された。Ｔｉマスク基板は、 ５ｍｍの全案自長を与えるように研磨され、１時間の交換時間に対して３６０° Ｃにおいて、］モル％Ｂ　ａ　Ｎ　Ｏｓ、９５モル％ＲｂＮＯ３と４モル％Ｔ］ 　ＮＯ３から成る溶融塩槽においてイオン交換された。交換時間が経過した後、 基板は室温まで冷却され、Ｔ１マスクは除去された。

結果の導波管は、各２つの区分から成る光学変換セグメントのグループの反復パ ターンから成った。これらの区分の一方は、Ｒｂ　／　Ｂ　ａでイオン交換され 、そして他方の区分は、バルクＫＴｉＯＰＯ４、すなわち、イオン交換されない 基板であった。イオン交換区分又は「案内区分」は、２つの長さ形式である。形 式Ａは、２．１ミクロン長であり、そして形式Ｂは、２．０ミクロン長である。

これらのイオン交換区分は、バルクＫＴｉＯＰＯ，、すなわち、非案内区分の２ ミクロン長区分、形式Ｃによって分離された。区分の形式による光学変換セグメ ントのグループの反復パターンハ、ＡＣＡＣＢＣＡＣＡＣＢＣＡＣＢＣＡＣＡＣ ＢＣＡＣＢＣＡＣＡＣＢＣである。このパターンは、導波管の長さの全体で、３ ２区分毎又は１６光学変換セグメント毎に反復される。使用前に、基板の端面は 、導波管が下記の如く使用された時、空気界面からレーザーへの表面反射を縮小 するために、２０°の角度において研磨された。

レーザー光の波長がこの導波管のブラッグ反射の波長に等しい点を決定するため に、Ｔ　ｉ：Ａ＋２０３レーザーの波長が、表１に示されたデータにより変化さ れた。変換効率、結合効率とブラッグ反射の波長が、表１に示される。レーザー 光とブラッグ反射が等しい波長は、０．８４９５μｍであった。

発明の実施を示すために、第１図に示された概略装置が、関連するいろいろな波 長と反射率を測定するために、特定の付加器具とともに使用された。レーザー（ １１）は、市販される１００ｍＷダイオードレーザー（形式１４１２−Ｈｌ、　 シリアル番号Ｉ４３１．５ｐｅｃｔｒａ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｂｓ製）であった。

レーザー（１１）は、レンズ（１２）、市販される４、５ｍｍ焦点距離、０．５ ＮＡのコンパクトディスクレンズで規準された光ビームを発生させるために、市 販される温度コントローラ（ＬＤＴ−５９１０、ＩＬＸ　Ｌｉｇｈｔ　Ｗａｖｅ 　Ｃｏｒｐ。

製）と作動的に組合わされて設定された。小鏡が、規準ビームの部分を、Ｈｅ： Ｎｅレーザーで較正された市販されるスペクトル分析器（Ａｄｖａｎｃｅｔｅｃ ｈ製Ｑ８３８１）に偏向させるように位置付けられた。

小鏡から透過された規準ビームの部分は、ビームの偏光を導波管の表面に垂直に 方向付けるために、市販される１／２波長板、０ｐｔｉｃｓｆｏｒ　Ｒｅ５ｅａ ｒｃｈ製のＲＺ−１／２−８５０を透過した。それから、規準ビームは、選択ブ ラッグ波長における反射／＜ワーの増大を検証するために、市販される非偏光ビ ームスプリッタ−１ＭｅｌｌｅｓＧｒｉｏｔ製０３ＢＳＣＯＯ３１０７３を通過 された。それから、規準ビームは、規準ビームに関して１８度の角度に分度器を 使用して位置付けられた導波管（１４）に最大量のパワーを発出するような整合 点サイズを獲得するために第２コンパクトデイスクレンズ（１３）を通過した。

導波管から出力された光ビームは、名目規準ビームを形成するために、レンズ（ １５Ｌ２１Ｘ、Ｑ、５ＮＡ顕微鏡レンズの方に向けられる。

上記の装置を使用して、ＴＭＯＯモードへの結合の調整により、任意の波長にお いて導波管を通った透過ポンブノ＜ｑ−を生じた。レーザ一温度は、２５２°Ｃ まで増大され、そしてレーザーダイオ−トノくワー（よ、レーザーを８５０ｎｍ の方に広く同調するために１１８ｍＡまで増大された。レーザーは、スペクトル 分析器により、８４９．９Ｂｍｌニジャンブすることが観察された。レンズの背 後１こ一般白業務用カードを保持することにより、フィルター（１６）の必要性 なしに、青光力（顕微鏡レンズを出るのが視覚的に観察された。同時に、導波管 からレーザーに反射された光の小部分を分裂させるために作用するビームスプリ ッタ−を通して反射された光は、反射ビームのパスにおいてＩＲ（赤外線）蛍光 体カードを含むカードを保持することにより、視覚的に観察された。ダイオード レーザ−に反射されたパワーは、５０％結合効率を仮定して、導波管に結合され たパワーの約１．５％であると計算された。小鏡から透過されたパワーは、７４ ｍＷであった。

表１ １　３．９３７５００　０Ｊ４２３０（ｔｏ　ｇｓ、６　１Ｌ９　０．！１８４ ７２　３Ｊ４３７５０　０Ｊ４２ＩＳＯＯｆ１７．６　３７−０　０．＋！８２ ７５３　３．９５００００　０．８４３３５００　１１７Ｊ　３６−０　０．＠ ＠１４　３ＪＳ６２ＳＯ０Ｊ４３’７ＳＯＯ１１２，０３８−２０，８７９４５ ３，９Ｇ２ＳＯＯＯ，１１４４１５００１３０，０３２，７０Ｊ７１６５６　３ ．９６１＋７５０　０．８４４６５００　１０ｃＬＯ３９，１０，８７５７７３ ，９７５００００，Ｂ４５００００　１０４．０　３Ｌ１　ＤＪＶ３１１５８　 ３．９Ｂ１２５０　０．１＋４５３０００　１１９．０　３Ｂ、３　０．！１７ ２１５９　３．９Ｂ７ＳＯＱ　０Ｊ４５５５００　１１６．０　３１．Ｏ０Ｊ７ ０２５ユ０　３Ｊ９３７５０　０．８４５９５００　１０８．０　３８．１　０ ．１１６１１５１１　４．０ＤＯＯＣ１００，１１４６３（１００１１２，０３ Ｂ、２　０．８６６６５！２　４．００６２５０　０．！１４ｇ’１ｌｏｏｏ　 １０６．０　４０．４　０Ｊ６５ｅ１３　４．０１２５００　０．Ｂ＜７１００ ０　９７．７　４３．６　０．８６３１ユ４　＜、０ｎＢ７５０　０．１１４７ ４０００　９３．６　３５．２　０．１１６１４１５　４．０２５０００　０． Ｂ（７５５００１２２，０３６−１０，８５９７ユ６　＜、０３１２５０　０． ８４８００００　日９．０　４１．１　０．１１５７９１７　４．０３ＶＳＯＯ Ｏ，８４Ｂ３０００　１０３．０　３５．８　０．８５６２５１８　４．０＜３ ７５０　０．Ｂ１６０００　１ニア、０　３０．９　０．Ｂ５４Ｇユ９　４．０ ５００００　０．８４９００００　９３．０　３９．０　０．１１５２９５２０ 　４．０５６２５０　０．８＜９２５（１０９２，６３８，８０・８５１２５２ １　４．０６２５００　０．８４９５０００　Ｂ５．０　３６．２　０．８４９ ５発明の特定の実施態様は、実施例に包含される。他の実施態様は、ここで開示 された発明の明細又は実施の考察から技術における当業者には明らかになるであ ろう。修正と変形は、この発明の新規な概念の精神と範囲に反することな〈実施 されることが理解される。さらに、発明は、ここで示された特定の化学式と実施 例に制限されず、次のフレイムの範囲内にあるそのような修正された形態を包含 することが理解される。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、４ 国際調査報告 １１１１１＾−１０−１″　ｐＣ〒／＋ＩＱ　Ｑ７／ｎ７’ＩＱ？ＡＮ）（ＡＮ Ｇ　ＡＮＮＥＸ　ＭｈＪ　ＮＩＥＸ　Ｅフロントベージの続き （７２）発明者　ローレル、フ１／デリクスウェーデン国１７１５０ソルナ・９ テイアール・ハガルンドスガタン躬 （７２）発明者　リー、ジェラルド・ディアメリカ合衆国ペンシルベニア州１９ ３５７メンデンホール・バロウズランロード・ピーオーボックス４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．選択波長における波長変換のための使用に適し、整列され且つ隣接区分とは 異なる屈折率を有する光学材料の交番区分を具備するセグメント化導波管におい て、入力波の波長に本質的に等しい波長を有する該選択波長に対してブラッグ反 射を提供する導波管に沿った周期構造を特徴とするセグメント化導波管。 ２．交番区分が、化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１であり 、ＭはＰとＡｓである、を有する結晶基板の区分と、該基板のカチオンが部分的 に置換された基板材料の区分の交番である請求の範囲１に記載のセグメント化導 波管。 ３．該区分が整列され、各区分の長さとその区分のΔｋの積の和が約ゼロに等し く、各区分の長さがそのコヒーレンス長よりも小さい如く選択され、この場合各 区分のΔｋが、その区分における波長変換システムに対する入射波の伝搬定数の 和とその区分における波長変換システムに対する発生彼の伝搬定数の和の間の差 であり、そして各区分のコヒーレンス長が、その区分に対して２π／Δｋであり 、この場合該材料の少なくとも一つが光学的に非線形である請求の範囲２に記載 のセグメント化導波管。 ４．化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１であり、ＭはＰ又は Ａｓである、を有する結晶基板の区分と、該基板のカチオンが、該基板の屈折率 に関して小部分の表面屈折率を変化させるために、Ｒｂ＋、Ｃｓ＋とＴｌ＋から 成るグループから選択された十分なカチオンによって置換された基板材料の区分 を交番に具備する請求の範囲３に記載のセグメント化導波管。 ５．該区分が、（ａ）化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４を有する材料と、ここ でｘは０〜１であり、ＭはＰとＡｓから選択される、（ｂ）該化学式のカチオン がＲｂ＋、Ｔｌ＋とＣｓ＋の少なくとも一つとＢａ＋＋、Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋の 少なくとも一つによって部分的に置換された該化学式の材料とから選択された光 学材料の一連の整列区分であり、但し、少なくとも一つの区分は、（ｂ）から選 択された光学材料であり、（ｂ）から選択された光学材料に対して、ｘが０．８ よりも大きい場合、該化学式のカチオンは、Ｔｌ＋とＣｓ＋の少なくとも一つと Ｂａ＋＋、Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋の少なくとも一つによって部分的に置換され、こ の場合該区分は、各区分の長さとその区分に対するΔｋの積の和が、約２πＭｗ に等しく、ここでＭｗはゼロ以外の整数である、かつ、少なくとも一つの区分の 非線形光学係数が少なくとも一つの隣接区分の非線形光学係数に関して変化され る如く選択され、この場合各区分のΔｋが、その区分における波長変換システム に対する入射波の伝搬定数の和とその区分における波長変換システムに対する発 生波の伝搬定数の和の間の差である請求の範囲２に記載のセグメント化導波管。 ６．ＫＴｉＯＰＯ４の区分とカチオンがＢａ＋＋及びＴｌ＋とＲｂ＋の少なくと も一方によって部分的に置換されたＫＴｉＯＰＯ４の区分を交番に有する請求の 範囲５に記載のセグメント化導波管。 ７．化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１であり、ＭはＰ又は Ａｓである、を有する結晶基板の区分と、該基板のカチオンが該基板の非線形光 学係数に関して少なくとも１％だけ非線形光学係数を変化させるために、Ｒｂ＋ 、Ｃｓ＋とＴｌ＋から成るグループから選択された十分なカチオンとＢａ＋＋、 Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋から成るグループから選択された十分なカチオンによって置 換された基板材料の区分を交番に具備する請求の範囲５に記載のセグメント化導 波管。 ８．少なくとも一つの区分に対する非線形光学係数と少なくとも一つの隣接区分 に対する非線形光学係数の間に少なくとも約１％の差があり、そして該少なくと も一つの区分の表面屈折率と該少なくとも一つの隣接区分の表面屈折率の間に少 なくとも約０．０００２５の差がある請求の範囲５に記載のセグメント化導波管 。 ９．単結晶ＫＴｉＯＰＯ４基板の区分と、該基板のカチオンがＲｂ＋とＢａ＋＋ によって部分的に置換された基板材料の区分を交番に具備する請求の範囲２に記 載のセグメント化導波管。 １０．該区分が、約４μｍの幅を有する導波管を形成し、この場合、各ＫＴＰ区 分の長さが２μｍであり、そして交換区分が、２μｍ長の区分と２．１μｍ長の 区分を含む請求の範囲９に記載のセグメント化導波管。 １１．各々２つの光学材料のー区分から成る複数のセグメントを含む少なくとも 一つの超周期を含み、この場合、超周期の少なくとも一つのセグメントが、別の セグメントとは光路長において異なり、そして整列方向における各区分の長さと 区分の屈折率の積の超周期区分に対する和が、約Ｎ■λ／２に等しく、ここでＮ ■は整数であり、λは波長変換のために使用された入力波の波長である請求の範 囲１に記載のセグメント化導波管。 １２．導波管が、準位相整合による第二高調波発生のために適する請求の範囲１ １に記載のセグメント化導波管。 １３．該区分が整列され、各区分の長さとその区分のΔｋの積の和が約ゼロに等 しく、各区分の長さがそのコヒーレンス長よりも小さい如く選択され、この場合 各区分のΔｋが、その区分における波長変換システムに対する入射波の伝搬定数 の和とその区分における波長変換システムに対する発生波の伝搬定数の和の間の 差であり、そして各区分のコヒーレンス長が、その区分に対して２π／Δｋであ り、この場合該材料の少なくとも一つが光学的に非線形である請求の範囲１１に 記載のセグメント化導波管。 １４．化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１であり、ＭはＰ又 はＡｓである、を有する結晶基板の区分と、該基板のカチオンが該基板の屈折率 に関して小部分の表面屈折率を変化させるために、Ｒｂ＋、Ｃｓ＋とＴｌ＋から 成るグループから選択された十分なカチオンによって置換された基板材料の区分 を交番に具備する請求の範囲１３に記載のセグメント化導波管。 １５．該区分が、（ａ）化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１ であり、ＭはＰとＡｓから選択される、を有する材料と、（ｂ）該化学式のカチ オンがＲｂ＋、Ｔｌ＋とＣｓ＋の少なくとも一つとＢａ＋＋、Ｓｒ＋＋とＣａ＋ ＋の少なくとも一つによって部分的に置換された該化学式の材料とから選択され た光学材料の一連の整列区分であり、但し、少なくとも一つの区分は、（ｂ）か ら選択された光学材料であり、（ｂ）から選択された光学材料に対して、ｘが０ ．８よりも大きい場合、該化学式のカチオンは、Ｔｌ＋とＣｓ＋の少なくとも一 つとＢａ＋＋、Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋の少なくとも一つによって部分的に置換され 、この場合該区分は、各区分の長さとその区分に対するΔｋの積の和が、約２π Ｍｗに等しく、ここでＭｗはゼロ以外の整数であり、かつ、少なくとも一つの区 分の非線形光学係数が少なくとも一つの隣接区分の非線形光学係数に関して変化 される如く選択され、この場合各区分のΔｋが、その区分における波長変換シス テムに対する入射波の伝搬定数の和とその区分における波長変換システムに対す る発生波の伝搬定数の和の間の差である請求の範囲１１に記載のセグメント化導 波管。 １６．ＫＴｉＯＰＯ４の区分とカチオンがＢａ＋＋及びＴｌ＋とＲｂ＋の少なく とも一方によって部分的に置換されたＫＴｉＯＰＯ４の区分を交番に有する請求 の範囲１５に記載のセグメント化導波管。 １７．化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１であり、ＭはＰ又 はＡｓである、を有する結晶基板の区分と、該基板のカチオンが該基板の非線形 光学係数に関して少なくとも１％だけ非線形光学係数を変化させるために、Ｒｂ ＋、Ｃｓ＋とＴｌ＋から成るグループから選択された十分なカチオンとＢａ＋＋ 、Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋から成るグループから選択された十分なカチオンによって 置換された基板材料の区分を交番に具備する請求の範囲１５に記載のセグメント 化導波管。 １８．少なくとも一つの区分に対する非線形光学係数と少なくとも一つの隣接区 分に対する非線形光学区分の間に少なくとも約１％の差があり、そして該少なく とも一つの区分の表面屈折率と該少なくとも一つの隣接区分の表面屈折率の間に 少なくとも約０．０００２５の差がある請求の範囲１５に記載のセグメント化導 波管。 １９．セグメント及び区分長が、入力彼の強度の約０．１〜５０パーセントのブ ラッグ強度を設けるために調整される請求の範囲１１に記載のセグメント化導波 管。 ２０．セグメント及び区分長が、入力波の強度の約０．１〜１５パーセントのブ ラッグ強度を設けるために調整される請求の範囲１１に記載のセグメント化導波 管。 ２１．単結晶ＫＴｉＯＰＯ４基板の区分と、該基板のカチオンがＲｂ＋とＢａ＋ ＋によって部分的に置換された該基板材料の区分を交番に具備する請求の範囲１ １に記載のセグメント化導波管。 ２２．該区分が、約４μｍの幅を有する導波管を形成し、この場合、各ＫＴＰ区 分の長さが、約２μｍであり、交換区分が、２μｍ長の区分と２．１μｍ長の区 分を含む請求の範囲２１に記載のセグメント化導波管。 ２３．セグメント及び区分長が、入力波の強度の約０．１〜５０パーセントのブ ラッグ強度を設けるために調整される請求の範囲１に記載のセグメント化導波管 。 ２４．セグメント及び区分長が、入力波の強度の約０．１〜１５パーセントのブ ラッグ強度を設けるために調整される請求の範囲１に記載のセグメント化導波管 。 ２５．少なくとも一つのチャネル導波管と、該チャネル導波管に対する入力光波 を発生させるためのレーザーダイオードと、入力光波を該チャネル導波管に結合 するための手段とを具備し、請求の範囲１のセグメント化導波管であるチャネル 導波管を有し、ブラッグ反射を該レーザーダイオードに向けるために手段を具備 することを特徴とする光導波管装置。 ２６．導波管が、その入力及び出力端部において、導波管に垂直から１０°〜６ ０°の角度を形成され、この場合入力光波を該チャネル導波管に結合する手段が 、レーザーダイオードによって発生された光波を実質的に視準するために位置付 けられた第１レンズと、視準された光波を導波管の入力端に集束させるために位 置付けられた第２レンズとを含む請求の範囲２５に記載の装置。 ２７．該チャネル導波管からの光波を結合する手段をさらに具備する請求の範囲 ２６に記載の装置。 ２８．該入力光波を生成するために適する温度においてダイオードレーザーを維 持するための温度制御手段をさらに具備する請求の範囲２７に記載の装置。 ２９．少なくとも一つのチャネル導波管と、該チャネル導波管に対する入力光波 を発生させるためのレーザーダイオードと、入力光波を該チャネル導波管に結合 するための手段とを具備し、請求の範囲１１のセグメント化導波管であるチャネ ル導波管を有し、ブラッグ反射を該レーザーダイオードに向けるために手段を具 備することを特徴とする光導波管装置。 ３０．導波管が、その入力及び出力端部において、導波管に垂直から１０°〜６ ０°の角度を形成され、この場合入力光波を該チャネル導波管に結合する手段が 、レーザーダイオードによって発生された光波を実質的に視準するために位置付 けられた第１レンズと、視準された光波を導波管の入力端に集束させるために位 置付けられた第２レンズとを含む請求の範囲２９に記載の装置。 ３１．該チャネル導波管からの光波を結合する手段をさらに具備する請求の範囲 ３０に記載の装置。 ３２．該入力光波を生成するために適する温度においてダイオードレーザーを維 持するための温度制御手段をさらに具備する請求の範囲３１に記載の装置。 ３３．選択波長の入射光波が、整列され且つ隣接区分とは異なる屈折率を有する 光学材料の交番区分を具備する導波管を通して向けられる波長変換のためのプロ セスにおいて、該交番区分が、化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは ０〜１であり、ＭはＰ又はＡｓである、を有する結晶基板の区分、及び該基板の カチオンが部分的に置換された基板材料の区分の交番であり、該交番区分が、該 入射光波の波長に本質的に等しい波長を有するブラッグ反射を提供する該導波管 に沿った周期構造を形成することを特徴とする波長変換プロセス。 ３４．約０．８５μｍの波長を有する入射波が、第二高調波を発生させるために 使用され、この場合光波が、ＫＴＰとルビジウム／バリウム交換ＫＴＰの交番区 分を有する導波管を通して向けられる請求の範囲３３に記載の波長変換プロセス 。 ３５．導波管幅が、約４μｍであり、各ＫＴＰ区分の長さが、約２μｍであり、 交換区分が、２μｍ長の区分と２．１μｍ長の区分を含む請求の範囲３４に記載 の第二高調波発生プロセス。 ３６．整列区分が、光学材料の隣接区分の対であり、各対に対して、一方の区分 の長さとそのΔｋの積と他方の区分の長さとそのΔｋの積の和が約ゼロである如 く選択される請求の範囲３３に記載の波長変換プロセス。 ３７．選択波長の入射光波が、整列され且つ隣接区分とは異なる屈折率を有する 光学材料の交番区分を具備する導波管を通して向けられる波長変換のためのプロ セスにおいて、該交番区分が、各々２つの光学材料の一区分から成る複数のセグ メントを含む少なくとも一つの超周期を形成し、超周期の少なくとも一つのセグ メントが、別のセグメントとは光路長において異なり、整列方向における各区分 の長さと区分の屈折率の積の超周期区分に対する和が、約Ｎ■λ／２に等しく、 ここでＮ■は整数である、λは波長変換のために使用された入力波の波長である 波長変換プロセス。 ３８．波長変換のための入射光波が、波長変換のための光学材料の一連の整列区 分を通して向けられ、該区分が、整列方向における各区分の長さとその区分のΔ ｋの積の一連の区分に対する和が約ゼロに等しく、かつ、各区分の長さがそのコ ヒーレンス長よりも小さい如く選択され、この場合各区分のΔｋが、その区分に おける波長変換システムに対する入射波の伝搬定数の和とその区分における波長 変換システムに対する発生波の伝搬定数の和の間の差であり、そして各区分のコ ヒーレンス長が、その区分に対して２π／Δｋであり、この場合該材料の少なく とも一つが光学的に非線形である請求の範囲３７に記載の波長変換プロセス。 ３９．入射光波の第二高調波が発生される請求の範囲３７に記載の波長変換プロ セス。 ４０．入力波がレーザーダイオードによって発生される請求の範囲３７に記載の プロセス。 ４１．ブラッグ反射か、入射光波の表面反射よりも大きく、ブラッグ反射の強度 が、入射光波の強度の約０．１〜５０パーセントであり、そしてブラッグ反射が 、該レーザーダイオードの出力を安定化させるために使用される請求の範囲４０ に記載のプロセス。 ４２．ブラッグ反射が、入射光波の強度の約０．１〜１５パーセントである請求 の範囲４１に記載のプロセス。 ４３．波長変換のための入射光波が、（ａ）化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４ 、ここでｘは０〜１であり、ＭはＰとＡｓから選択される、を有する材料と、（ ｂ）該化学式のカチオンがＲｂ＋、Ｔｌ＋とＣｓ＋の少なくとも一つとＢａ＋＋ 、Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋の少なくとも一つによって部分的に置換された該化学式の 材料とから選択された波長変換のための光学材料の一連の整列区分を含む単結晶 を通して向けられ、但し、少なくとも一つの区分は、（ｂ）から選択された光学 材料であり、（ｂ）から選択された光学材料に対して、ｘが０．８よりも大きい 場合、該化学式のカチオンは、Ｔｌ＋とＣｓ＋の少なくとも一つとＢａ＋＋、Ｓ ｒ＋＋とＣａ＋＋の少なくとも一つによって部分的に置換され、該区分は、整列 方向における各区分の長さとその区分に対するΔｋの積の一連の区分に対する和 が、約２πＭｗに等しく、ここでＭｗはゼロ以外の整数である、かつ、少なくと も一つの区分の非線形光学係数が少なくとも一つの隣接区分の非線形光学係数に 関して変化される如く選択され、この場合各区分のΔｋが、その区分における波 長変換システムに対する入射波の伝搬定数の和とその区分における波長変換シス テムに対する発生波の伝搬定数の和の間の差である請求の範囲３７に記載の波長 変換プロセス。 ４４．入射光波の第二高調波が発生される請求の範囲４３に記載の波長変換プロ セス。 ４５．波長変換システムのためのチャネル導波管を準備するためのプロセスにお いて、 （１）化学式Ｋ１−ｘＲｂｘＴｉＯＭＯ４、ここでｘは０〜１であり、ＭはＰ又 はＡｓである、を有する単結晶材料のｚカット基板のｚカット表面を光学的にな めらかな表面に設ける段階と、（２）該基板の屈折率に関して屈折率を変化させ るために、選択時間に対して選択温度における該光学的になめらかな表面への露 呈により、十分なカチオン置換を設けるために有効な量においてＲｂ＋、Ｃｓ＋ とＴｌ＋から成るグループから選択されたカチオンを含む溶融塩を設け、但し、 チャネル導波管が準位相整合のために使用される時、溶融塩はまた、Ｂａ＋＋、 Ｓｒ＋＋とＣａ＋＋から成るグループから選択されたカチオンを含み、ｘが０． ８よりも大きい時、Ｔｌ＋とＣｓ＋から選択されたカチオンを含み、そして溶融 塩は、基板の非線形光学係数に関して変化される非線形光学係数を、該選択時間 及び温度における該光学的になめらかな表面への露呈により設けるために有効な 量において該カチオンを含む段階と、（３）該溶融塩に耐性のある材料で交互に マスク及び非マスクされた該光学的になめらかな表面の部分に沿って整列領域の パターンを設けるために該基板においてマスキング材料を適用する段階と、（４ ）該選択時間に対して該選択温度における該溶融塩に該マスク付き基板を浸漬し 、これにより、該非マスク領域においてカチオン置換を設ける段階と、 （５）該基板からマスキング材料を除去する段階と、（６）研磨された導波管入 力及び出力面に清浄導波管を設けるために該基板を仕上げる段階とを含み、 該マスク及び非マスク領域の長さが、非マスク領域における該カチオン置換後、 チャネル導波管が、光学的になめらかな表面の該部分において設けられ、選択波 長における入射波に対して波長変換と該入射波の波長に本質的に等しい波長を有 する該選択波長のブラッグ波長を設けるために適する周期構造を有する光学材料 の一連の整列区分を具備するプロセス。 ４６．各区分の長さとその区分のΔｋの積のー連の区分に対する和が約ゼロに等 しく、各区分の長さがそのコヒーレンス長よりも小さく、この場合各区分のΔｋ が、その区分における波長変換システムに対する入射波の伝搬定数の和とその区 分における該波長変換システムに対する発生波の伝搬定数の和の間の差であり、 そして各区分のコヒーレンス長が、その区分に対して２π／Δｋである請求の範 囲４５に記載のプロセス。 ４７．各区分の長さとその区分のΔｋの積のー連の区分に対する和が約２πＭｗ であり、ここでＭｗがゼロ以外の整数である、この場合各区分のΔｋが、その区 分における波長変換システムに対する入射波の伝搬定数の和とその区分における 該波長変換システムに対する発生波の伝搬定数の和の間の差である請求の範囲４ ５に記載のプロセス。