JPH0675257A - 非線形光学装置 - Google Patents
非線形光学装置Info
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
Abstract
(57)【要約】
【目的】非線形性が十分大きい非線形光学装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】本発明による非線形光学装置は、基板と該基板
の上に形成された物質層を有し、該物質層の少なくとも
一部は絶縁体層と半導体層が交互に積層された多重量子
井戸構造であり、半導体層において電子が感ずるポテン
シャルが上記基板に垂直なｚ方向に関して非対称であ
る。
ることを目的とする。 【構成】本発明による非線形光学装置は、基板と該基板
の上に形成された物質層を有し、該物質層の少なくとも
一部は絶縁体層と半導体層が交互に積層された多重量子
井戸構造であり、半導体層において電子が感ずるポテン
シャルが上記基板に垂直なｚ方向に関して非対称であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入力光の波長変換や変
調に用いられる非線形光学装置に関する。本発明はま
た、非線形光学効果を利用して基本波の波長を変換する
ことによって短波長のコヒーレント光を発生する装置に
関する。
調に用いられる非線形光学装置に関する。本発明はま
た、非線形光学効果を利用して基本波の波長を変換する
ことによって短波長のコヒーレント光を発生する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザーは、光情報処理、光通
信、レーザー加工、レーザー医療、光計測などの光エレ
クトロニクスの分野で使用されている。今日最も一般的
に使われているのは波長８３０ｎｍ（近赤外）のＧａＡ
ｓレーザーであるが、光産業の多方面から半導体レーザ
ーの出力するコヒーレント光の短波長化が強く要請され
ており、そのための研究開発が推し進められている。例
えば、光記録の分野では、光記録媒体の記録密度を上げ
るために短波長化が必要である。カラー・ディスプレイ
においては、青色光が欠かせない。レーザー・プリンタ
ーの分野では、短波長化によって光子の持つエネルギー
が大きくなるので、化学反応を促進することができる。
そこで、波長６００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤色または
近赤外の光を出力する半導体レーザーと、この半導体レ
ーザーが出力する基本波をより短い波長の光に変換する
波長変換装置とを組み合わせて、波長３００ｎｍ乃至５
００ｎｍの青色のコヒーレント光を発生させる試みが種
々なされている。そして、それらの波長変換装置では、
効率の観点から、通常、二次の非線形光学効果（第二高
調波発生、和周波発生、差周波発生）が利用されてい
る。
信、レーザー加工、レーザー医療、光計測などの光エレ
クトロニクスの分野で使用されている。今日最も一般的
に使われているのは波長８３０ｎｍ（近赤外）のＧａＡ
ｓレーザーであるが、光産業の多方面から半導体レーザ
ーの出力するコヒーレント光の短波長化が強く要請され
ており、そのための研究開発が推し進められている。例
えば、光記録の分野では、光記録媒体の記録密度を上げ
るために短波長化が必要である。カラー・ディスプレイ
においては、青色光が欠かせない。レーザー・プリンタ
ーの分野では、短波長化によって光子の持つエネルギー
が大きくなるので、化学反応を促進することができる。
そこで、波長６００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤色または
近赤外の光を出力する半導体レーザーと、この半導体レ
ーザーが出力する基本波をより短い波長の光に変換する
波長変換装置とを組み合わせて、波長３００ｎｍ乃至５
００ｎｍの青色のコヒーレント光を発生させる試みが種
々なされている。そして、それらの波長変換装置では、
効率の観点から、通常、二次の非線形光学効果（第二高
調波発生、和周波発生、差周波発生）が利用されてい
る。
【０００３】従来の波長変換装置の一例は、ＫＤＰ、Ａ
ＤＰ、ＬｉＮｂＯ3などの無機結晶を含む。しかしなが
ら、これらの物質は非線形性が小さく、効率のよい波長
変換を行うためには比較的大きな結晶を必要とするの
で、装置を小型化するのが困難である。
ＤＰ、ＬｉＮｂＯ3などの無機結晶を含む。しかしなが
ら、これらの物質は非線形性が小さく、効率のよい波長
変換を行うためには比較的大きな結晶を必要とするの
で、装置を小型化するのが困難である。
【０００４】波長変換装置の他の例は、多重量子井戸構
造を含む。（1）M. M. Fejer, S. J. B. Yoo, R. L. By
er, A. Harwit, and J. S. Harris, Jr., Phys. Rev.
Lett. 62, 1041 (1989), （2） E. Rosencher, P. Boi
s, J. Nagle, and S. DeLaitre, Electron. Lett., 25,
1063 (1989)では、赤外光（波長１０．６μｍ）を変換
するのに、基板上に設けたＧａＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層
からなる多重量子井戸を用いた実験の結果が報告されて
いる。それによれば、障壁層と井戸層をともにIII-V族
化合物半導体とした多重量子井戸構造が大きな非線形性
を有することがわかる。しかしながら、二次の非線形光
学効果を利用して青色光を発生させるためには、青色光
を含む可視域の光に対して透明である必要があるとこ
ろ、この多重量子井戸構造は、赤外光より短波長の光に
対して不透明、つまりそのような光を吸収するので、半
導体レーザーの出力するコヒーレント光の短波長化には
使えないという問題があった。
造を含む。（1）M. M. Fejer, S. J. B. Yoo, R. L. By
er, A. Harwit, and J. S. Harris, Jr., Phys. Rev.
Lett. 62, 1041 (1989), （2） E. Rosencher, P. Boi
s, J. Nagle, and S. DeLaitre, Electron. Lett., 25,
1063 (1989)では、赤外光（波長１０．６μｍ）を変換
するのに、基板上に設けたＧａＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層
からなる多重量子井戸を用いた実験の結果が報告されて
いる。それによれば、障壁層と井戸層をともにIII-V族
化合物半導体とした多重量子井戸構造が大きな非線形性
を有することがわかる。しかしながら、二次の非線形光
学効果を利用して青色光を発生させるためには、青色光
を含む可視域の光に対して透明である必要があるとこ
ろ、この多重量子井戸構造は、赤外光より短波長の光に
対して不透明、つまりそのような光を吸収するので、半
導体レーザーの出力するコヒーレント光の短波長化には
使えないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、非線形性が十分大きい非線形光学装置を提供す
ることにある。
目的は、非線形性が十分大きい非線形光学装置を提供す
ることにある。
【０００６】本発明の他の目的は、青色光の発生に適し
た非線形光学装置を提供することにある。
た非線形光学装置を提供することにある。
【０００７】本発明のさらに他の目的は、効率のよい小
型の短波長コヒーレント光発生装置を実現することにあ
る。
型の短波長コヒーレント光発生装置を実現することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】効率のよい波長変換装置
を実現するためには、大きな二次の非線形感受率χ(2)
をもつ物質が必要になる。また、波長変換によって青色
光を発生させるためには、この物質の光吸収が、基本波
となる近赤外光または赤色光（６００ｎｍ乃至１０００
ｎｍ）と青色光（３００ｎｍ乃至５００ｎｍ）の二つの
波長領域で弱くなければならない。
を実現するためには、大きな二次の非線形感受率χ(2)
をもつ物質が必要になる。また、波長変換によって青色
光を発生させるためには、この物質の光吸収が、基本波
となる近赤外光または赤色光（６００ｎｍ乃至１０００
ｎｍ）と青色光（３００ｎｍ乃至５００ｎｍ）の二つの
波長領域で弱くなければならない。
【０００９】これらの要請を満たすため、基板上の物質
層に、新規な多重量子井戸構造を含める。量子井戸構造
の障壁層の材料として絶縁体（I−VII族またはII−VII
族化合物）を用い、井戸層の材料として半導体（III−V
族またはII−VI族化合物）を用いる。
層に、新規な多重量子井戸構造を含める。量子井戸構造
の障壁層の材料として絶縁体（I−VII族またはII−VII
族化合物）を用い、井戸層の材料として半導体（III−V
族またはII−VI族化合物）を用いる。
【００１０】多重量子井戸構造は、障壁層と井戸層が交
互に重なった多重層構造で、各井戸層の厚みが数ｎｍ乃
至数十ｎｍであるもののことをいう。ただし、井戸層と
障壁層の内部およびそれらの層同士の界面で結晶の格子
構造が乱れずにつながっていなければならない（エピタ
キシャル構造）。
互に重なった多重層構造で、各井戸層の厚みが数ｎｍ乃
至数十ｎｍであるもののことをいう。ただし、井戸層と
障壁層の内部およびそれらの層同士の界面で結晶の格子
構造が乱れずにつながっていなければならない（エピタ
キシャル構造）。
【００１１】多重量子井戸構造は、ＭＢＥ（分子線エピ
タキシー）法、ＭＯＣＶＤ（金属有機物を用いた化学蒸
着）法、ＬＰＥ（液相エピタキシー）法などによって、
基板上に付着される物質層の少なくとも一部として作製
される。障壁層と井戸層の内部およびそれらの層同士の
界面で結晶の格子構造が乱れないように温度、成長速度
などをコントロールして結晶を成長（エピタキシャル成
長）させることが肝要である。絶縁体と半導体のヘテロ
・エピタキシャル成長が可能であることは、（3） H. I
shiwara and T. Asano, Appl. Phys. Lett., 40, 66 (1
982), (4) T.Yokogawa, T. Saitoh, and T. Narusawa,
Appl. Phys. Lett., 58, 1754 (1991)で報告されて
いる。ただし、そこで開示されている構造は量子井戸構
造ではない。
タキシー）法、ＭＯＣＶＤ（金属有機物を用いた化学蒸
着）法、ＬＰＥ（液相エピタキシー）法などによって、
基板上に付着される物質層の少なくとも一部として作製
される。障壁層と井戸層の内部およびそれらの層同士の
界面で結晶の格子構造が乱れないように温度、成長速度
などをコントロールして結晶を成長（エピタキシャル成
長）させることが肝要である。絶縁体と半導体のヘテロ
・エピタキシャル成長が可能であることは、（3） H. I
shiwara and T. Asano, Appl. Phys. Lett., 40, 66 (1
982), (4) T.Yokogawa, T. Saitoh, and T. Narusawa,
Appl. Phys. Lett., 58, 1754 (1991)で報告されて
いる。ただし、そこで開示されている構造は量子井戸構
造ではない。
【００１２】物質中の電子構造（電子の感ずるポテンシ
ャル）を考えるとき、伝導帯と価電子帯のエネルギー準
位の差をバンドギャップという。図１を参照するに、Ｅ
ｇｂが障壁層のバンドギャップであり、Ｅｇｗが井戸層
のバンドギャップである。同図に示すように、量子井戸
構造では、伝導帯に自由電子に対してのポテンシャルの
井戸、価電子帯には正孔に対してのポテンシャルの井戸
が形成される。二次の非線形光学効果による青色光の発
生に関係するのは伝導帯の井戸での電子であるので、以
下ではその振舞いに対象を絞って議論する。
ャル）を考えるとき、伝導帯と価電子帯のエネルギー準
位の差をバンドギャップという。図１を参照するに、Ｅ
ｇｂが障壁層のバンドギャップであり、Ｅｇｗが井戸層
のバンドギャップである。同図に示すように、量子井戸
構造では、伝導帯に自由電子に対してのポテンシャルの
井戸、価電子帯には正孔に対してのポテンシャルの井戸
が形成される。二次の非線形光学効果による青色光の発
生に関係するのは伝導帯の井戸での電子であるので、以
下ではその振舞いに対象を絞って議論する。
【００１３】井戸層には、自由電子が存在するように不
純物を混入（ドープ）する。そして、ポテンシャルの井
戸の形は、厚さ方向（基板表面に垂直な方向、以下では
ｚ方向と称する）に関して非対称になるようにする。こ
れは二次の非線形性を持つために必要なことである。こ
れを実現する代表的な方法として、以下の方法が知られ
ている。
純物を混入（ドープ）する。そして、ポテンシャルの井
戸の形は、厚さ方向（基板表面に垂直な方向、以下では
ｚ方向と称する）に関して非対称になるようにする。こ
れは二次の非線形性を持つために必要なことである。こ
れを実現する代表的な方法として、以下の方法が知られ
ている。
【００１４】１）各井戸層を、材質は同じだけれども厚
さの異なる井戸層が薄い障壁層で隔てられた結合量子井
戸層とする（図２の１））。
さの異なる井戸層が薄い障壁層で隔てられた結合量子井
戸層とする（図２の１））。
【００１５】２）各井戸層を材質の異なる二つ以上の層
で構成し、井戸の深さをステップ状に変化させる（図２
の２））。あるいは、井戸層を二つ以上の物質の混合物
で作り、その混合比をｚ方向の位置によって変化させ
て、井戸の深さを変化させる。
で構成し、井戸の深さをステップ状に変化させる（図２
の２））。あるいは、井戸層を二つ以上の物質の混合物
で作り、その混合比をｚ方向の位置によって変化させ
て、井戸の深さを変化させる。
【００１６】３）外部から電場をかける（図２の
３））。 ４）局所的に不純物をドープして、内部に電場を発生さ
せる（図２の４））。
３））。 ４）局所的に不純物をドープして、内部に電場を発生さ
せる（図２の４））。
【００１７】井戸の中の電子はそのエネルギー準位が量
子化されて、離散的な値をとるようになり、いずれかの
エネルギー準位に応じた状態（波動関数）をとる。ポテ
ンシャルの井戸の深さは、これらの異なった状態が一つ
の井戸の中に二つ以上あって（三つ以上のほうが非線形
性が大きく望ましい）、エネルギー準位の差が可視光の
エネルギー（１．５ｅＶ乃至３ｅＶ）程度になるように
決める。これらの条件を満たすためには、井戸の深さＥ
ｄ（図１参照）が約３ｅＶ以上である必要がある。障壁
層として絶縁体層を用い、井戸層として半導体層を用い
た量子井戸構造は、この井戸の深さの条件を満たす。
子化されて、離散的な値をとるようになり、いずれかの
エネルギー準位に応じた状態（波動関数）をとる。ポテ
ンシャルの井戸の深さは、これらの異なった状態が一つ
の井戸の中に二つ以上あって（三つ以上のほうが非線形
性が大きく望ましい）、エネルギー準位の差が可視光の
エネルギー（１．５ｅＶ乃至３ｅＶ）程度になるように
決める。これらの条件を満たすためには、井戸の深さＥ
ｄ（図１参照）が約３ｅＶ以上である必要がある。障壁
層として絶縁体層を用い、井戸層として半導体層を用い
た量子井戸構造は、この井戸の深さの条件を満たす。
【００１８】井戸中の電子の状態をサブバンドという。
図３は、サブバンドを模式的に説明する図である。ｅ
１，ｅ２，ｅ３が伝導帯のサブバンドであり、ｈ１，ｈ
２，ｈ３が価電子帯のサブバンドである。井戸の幅、深
さ、形で決まる各サブバンドの波動関数とエネルギー準
位が二次の非線形性と吸収係数に影響する。したがっ
て、実際に井戸を設計するときは、これらを考慮しつつ
井戸の幅などの値を決定する。
図３は、サブバンドを模式的に説明する図である。ｅ
１，ｅ２，ｅ３が伝導帯のサブバンドであり、ｈ１，ｈ
２，ｈ３が価電子帯のサブバンドである。井戸の幅、深
さ、形で決まる各サブバンドの波動関数とエネルギー準
位が二次の非線形性と吸収係数に影響する。したがっ
て、実際に井戸を設計するときは、これらを考慮しつつ
井戸の幅などの値を決定する。
【００１９】井戸層に自由電子があると、偏光方向がｚ
方向である外部からの光によって励起され、井戸内の状
態の間を遷移し（サブバンド間遷移）、非線形の光学応
答を示す。光の吸収は主に価電子帯から伝導帯への電子
の遷移で起こる。それを避けるためには、井戸層におけ
る価電子帯の最高のエネルギー準位と伝導帯の最低準位
とのエネルギー差Ｅｇａｐが問題となる光のエネルギー
より大きければよい。特に、可視光の吸収を避けるため
には、このエネルギー差が約３ｅＶ以上であればよい。
井戸層にワイド・バンドギャップ半導体（II−VI族化合
物半導体および一部のIII−V族化合物半導体）を用いる
と、この条件が満たされる。サブバンド間遷移による吸
収もあるが、小さいので無視してよい。
方向である外部からの光によって励起され、井戸内の状
態の間を遷移し（サブバンド間遷移）、非線形の光学応
答を示す。光の吸収は主に価電子帯から伝導帯への電子
の遷移で起こる。それを避けるためには、井戸層におけ
る価電子帯の最高のエネルギー準位と伝導帯の最低準位
とのエネルギー差Ｅｇａｐが問題となる光のエネルギー
より大きければよい。特に、可視光の吸収を避けるため
には、このエネルギー差が約３ｅＶ以上であればよい。
井戸層にワイド・バンドギャップ半導体（II−VI族化合
物半導体および一部のIII−V族化合物半導体）を用いる
と、この条件が満たされる。サブバンド間遷移による吸
収もあるが、小さいので無視してよい。
【００２０】非線形光学装置を光変調器として用いる場
合には、波長変換は起こらない。したがって、井戸層と
してＧａＡｓのような比較的バンドギャップが小さい半
導体を用いることが可能である。
合には、波長変換は起こらない。したがって、井戸層と
してＧａＡｓのような比較的バンドギャップが小さい半
導体を用いることが可能である。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００２２】まず、多重量子井戸構造の設計について具
体的に説明する。障壁層として使われる物質は、ＬｉＢ
ｒ、ＮａＣｌ、ＲｂＦなどのI−VII族（それらを混合し
たものを含む）およびＣａＦ2、ＳｒＦ2などのII−VII
族（それらを混合したものを含む）で、何れも絶縁体で
ある。I−VII族化合物絶縁体とII−VI族化合物絶縁体の
混合物を使用することもできる。井戸層として使われる
物質は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳなどのII−VI族（それらを混
合したものを含む）あるいはＧａＰ、ＡｌＡｓなどのII
I−V族（それらを混合したものを含む）で、何れも半導
体である。II−VI族化合物半導体とIII−V族化合物半導
体の混合物であってもよい。
体的に説明する。障壁層として使われる物質は、ＬｉＢ
ｒ、ＮａＣｌ、ＲｂＦなどのI−VII族（それらを混合し
たものを含む）およびＣａＦ2、ＳｒＦ2などのII−VII
族（それらを混合したものを含む）で、何れも絶縁体で
ある。I−VII族化合物絶縁体とII−VI族化合物絶縁体の
混合物を使用することもできる。井戸層として使われる
物質は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳなどのII−VI族（それらを混
合したものを含む）あるいはＧａＰ、ＡｌＡｓなどのII
I−V族（それらを混合したものを含む）で、何れも半導
体である。II−VI族化合物半導体とIII−V族化合物半導
体の混合物であってもよい。
【００２３】図４は、障壁層としてＮａＣｌ、井戸層と
してＺｎＳｅを用いた多重量子井戸構造の一単位を示し
ている。実際の非線形光学装置はこの単位の多重に繰り
返しを含むことになる。上部実線が伝導帯で電子が感ず
るポテンシャルを示す。下部に対応する価電子帯でのポ
テンシャルも示してある。井戸層は非対称の結合量子井
戸で、厚さが８．５０オングストロームと２．８３オン
グストロームのＺｎＳｅの二層が、２．８２オングスト
ロームのＮａＣｌ層を挟んでいる。障壁層のバンドギャ
ップは８．５ｅＶであり、伝導帯の井戸の深さは４．２
ｅＶである。
してＺｎＳｅを用いた多重量子井戸構造の一単位を示し
ている。実際の非線形光学装置はこの単位の多重に繰り
返しを含むことになる。上部実線が伝導帯で電子が感ず
るポテンシャルを示す。下部に対応する価電子帯でのポ
テンシャルも示してある。井戸層は非対称の結合量子井
戸で、厚さが８．５０オングストロームと２．８３オン
グストロームのＺｎＳｅの二層が、２．８２オングスト
ロームのＮａＣｌ層を挟んでいる。障壁層のバンドギャ
ップは８．５ｅＶであり、伝導帯の井戸の深さは４．２
ｅＶである。
【００２４】点線は、井戸に閉じこめられた電子のとり
得る三つの状態（波動関数）である。点線の引かれた位
置は、その状態のエネルギー準位を示している。それら
は、井戸の底から測って、０．９ｅＶ、２．６ｅＶ、
４．１ｅＶである。これらの三状態を電子が遷移するこ
とによって光学的な非線形性が生じる。また、最もバン
ドギャップが小さいＺｎＳｅ層でも、価電子帯の最高エ
ネルギー準位と伝導帯の最低エネルギー準位の差は３．
６ｅＶであり、可視域の光に対して低吸収であることが
実現している。
得る三つの状態（波動関数）である。点線の引かれた位
置は、その状態のエネルギー準位を示している。それら
は、井戸の底から測って、０．９ｅＶ、２．６ｅＶ、
４．１ｅＶである。これらの三状態を電子が遷移するこ
とによって光学的な非線形性が生じる。また、最もバン
ドギャップが小さいＺｎＳｅ層でも、価電子帯の最高エ
ネルギー準位と伝導帯の最低エネルギー準位の差は３．
６ｅＶであり、可視域の光に対して低吸収であることが
実現している。
【００２５】図５は、図４に示した結合量子井戸を一単
位とする多重量子井戸構造について、第二高調波発生を
行う際に問題となる二次の非線形感受率χ(2)の理論値
（非線形性の大きさの指標）を示したものである。基本
波、第二高調波はともにｚ方向の偏光である。入力する
基本波のエネルギーを横軸（上）に、発生する第二高調
波のエネルギーを横軸（下）にとって、χ(2)を縦軸に
とってある。ＧａＡｓレーザーの出力光を入力した場
合、波長は８３０ｎｍで、これは横軸（上）の１．５ｅ
Ｖにあたる。χ(2)の値は基本波が近赤外光または赤色
光であっても十分大きく、最大値は１０-9ｍ／Ｖを越え
ている。
位とする多重量子井戸構造について、第二高調波発生を
行う際に問題となる二次の非線形感受率χ(2)の理論値
（非線形性の大きさの指標）を示したものである。基本
波、第二高調波はともにｚ方向の偏光である。入力する
基本波のエネルギーを横軸（上）に、発生する第二高調
波のエネルギーを横軸（下）にとって、χ(2)を縦軸に
とってある。ＧａＡｓレーザーの出力光を入力した場
合、波長は８３０ｎｍで、これは横軸（上）の１．５ｅ
Ｖにあたる。χ(2)の値は基本波が近赤外光または赤色
光であっても十分大きく、最大値は１０-9ｍ／Ｖを越え
ている。
【００２６】なお、この図を描く際、計算式としては上
記文献（1）で示された計算式を用い、井戸中の自由電
子の密度として２ｘ１０18／ｃｍ3、局所場補正の値と
して１０、井戸層の量子井戸構造全体積に対する比とし
て１／２を仮定している。局所場補正に関しては、
（5）Y. R. Shen, "The Principles of Nonlinear Opti
cs", Wiley-Interscience, New York, (ISBN 0-471-889
98-9), p. 23を参照されたい。
記文献（1）で示された計算式を用い、井戸中の自由電
子の密度として２ｘ１０18／ｃｍ3、局所場補正の値と
して１０、井戸層の量子井戸構造全体積に対する比とし
て１／２を仮定している。局所場補正に関しては、
（5）Y. R. Shen, "The Principles of Nonlinear Opti
cs", Wiley-Interscience, New York, (ISBN 0-471-889
98-9), p. 23を参照されたい。
【００２７】図６は、障壁層としてＮａＣｌ、井戸層と
してＺｎＳｅとＡｌＡｓを用いたステップ井戸構造の例
である。ステップ構造によって、ポテンシャルの非対称
性を実現している。井戸層のうち、ＺｎＳｅ層の厚さは
１１．３オングストローム、ＡｌＡｓ層の厚さは５．６
６オングストロームである。障壁層のバンドギャップは
８．５ｅＶであり、伝導帯の井戸の深さは４．２ｅＶで
ある。
してＺｎＳｅとＡｌＡｓを用いたステップ井戸構造の例
である。ステップ構造によって、ポテンシャルの非対称
性を実現している。井戸層のうち、ＺｎＳｅ層の厚さは
１１．３オングストローム、ＡｌＡｓ層の厚さは５．６
６オングストロームである。障壁層のバンドギャップは
８．５ｅＶであり、伝導帯の井戸の深さは４．２ｅＶで
ある。
【００２８】点線は、井戸に閉じこめられた電子のとり
得る３個の状態（波動関数）である。点線の引かれた位
置は、その状態のエネルギー準位を示している。それら
は、井戸の底から測って、０．６ｅＶ、２．５ｅＶ、
３．８ｅＶである。バンドギャップの小さいＺｎＳｅの
部分でも価電子帯の最高エネルギーと伝導帯の最低エネ
ルギーの差は３．３ｅＶであり、可視域の光に対して低
吸収である。
得る３個の状態（波動関数）である。点線の引かれた位
置は、その状態のエネルギー準位を示している。それら
は、井戸の底から測って、０．６ｅＶ、２．５ｅＶ、
３．８ｅＶである。バンドギャップの小さいＺｎＳｅの
部分でも価電子帯の最高エネルギーと伝導帯の最低エネ
ルギーの差は３．３ｅＶであり、可視域の光に対して低
吸収である。
【００２９】このステップ量子井戸を一単位とする多重
量子井戸構造について、χ(2)を上記結合量子井戸の場
合と同じ条件で計算すると、図７に示す結果が得られ
る。χ(2)の最大値は１０-10ｍ／Ｖを越えている。
量子井戸構造について、χ(2)を上記結合量子井戸の場
合と同じ条件で計算すると、図７に示す結果が得られ
る。χ(2)の最大値は１０-10ｍ／Ｖを越えている。
【００３０】ＫＤＰなどの無機非線形結晶のχ(2)は、
基本波が近赤外または赤色の波長領域であるとき、１０
-11ｍ／Ｖ程度である。したがって、上記の二つの例が
いかに短波長光の発生に適した大きな非線形性を有する
かがわかる。
基本波が近赤外または赤色の波長領域であるとき、１０
-11ｍ／Ｖ程度である。したがって、上記の二つの例が
いかに短波長光の発生に適した大きな非線形性を有する
かがわかる。
【００３１】図８は、本発明による小型の青色コヒーレ
ント光発生装置の原理的な構造を示す。不純物をドープ
した半導体基板１０の上に、赤色光または近赤外光を出
力する半導体レーザー部１２と波長変換部（第二高調波
発生部）１４が形成される。基本波Ｆは半導体レーザー
１２から出力されて波長変換部１４に入射し、第二高調
波Ｓが波長変換部１４から出力される。波長変換部１４
は、位相整合条件を満たす、つまり導波層１８において
基本波Ｆと第二高調波Ｓの屈折率が実質的に等しくなる
ための導波路構造を有する。多重量子井戸構造は導波層
１８の一部として含まれる。導波層１８はクラッド層１
６、２０によって挟まれている。クラッド層１６、２０
は、導波層１８よりも屈折率の小さい材料で作る。図８
に示した装置全体の一辺の長さは、数ミリメートル以下
に抑えることができる。基板１０を保護および放熱を助
けるために保持台（図示せず）に取り付けてもよい。さ
らに、図４に示されたすべての要素および保持台を、缶
（図示せず）の中に収納してもよい。
ント光発生装置の原理的な構造を示す。不純物をドープ
した半導体基板１０の上に、赤色光または近赤外光を出
力する半導体レーザー部１２と波長変換部（第二高調波
発生部）１４が形成される。基本波Ｆは半導体レーザー
１２から出力されて波長変換部１４に入射し、第二高調
波Ｓが波長変換部１４から出力される。波長変換部１４
は、位相整合条件を満たす、つまり導波層１８において
基本波Ｆと第二高調波Ｓの屈折率が実質的に等しくなる
ための導波路構造を有する。多重量子井戸構造は導波層
１８の一部として含まれる。導波層１８はクラッド層１
６、２０によって挟まれている。クラッド層１６、２０
は、導波層１８よりも屈折率の小さい材料で作る。図８
に示した装置全体の一辺の長さは、数ミリメートル以下
に抑えることができる。基板１０を保護および放熱を助
けるために保持台（図示せず）に取り付けてもよい。さ
らに、図４に示されたすべての要素および保持台を、缶
（図示せず）の中に収納してもよい。
【００３２】図９は、コヒーレント光発生装置の構造の
例を詳細に示す。半導体レーザー部１２は公知のＧａＡ
ｓレーザーであり、ＧａＡｓ基板１０の一表面の上に形
成されたＡｌＧａＡｓ層２２、ＧａＡｓ層２４、ＡｌＧ
ａＡｓ層２６、Ａｕ電極層２８、および基板１０の反対
側の表面に形成されたＡｕ電極層３０を含む。半導体レ
ーザー部１２は導波路構造をとっており、導波層２４か
ら波長８３０ｎｍのコヒーレント光を発する。出力光
は、ｚ方向の偏光（ＴＭモード）である。
例を詳細に示す。半導体レーザー部１２は公知のＧａＡ
ｓレーザーであり、ＧａＡｓ基板１０の一表面の上に形
成されたＡｌＧａＡｓ層２２、ＧａＡｓ層２４、ＡｌＧ
ａＡｓ層２６、Ａｕ電極層２８、および基板１０の反対
側の表面に形成されたＡｕ電極層３０を含む。半導体レ
ーザー部１２は導波路構造をとっており、導波層２４か
ら波長８３０ｎｍのコヒーレント光を発する。出力光
は、ｚ方向の偏光（ＴＭモード）である。
【００３３】半導体レーザー部１２に隣接して導波路構
造をとる波長変換部１４が形成される。導波路構造の設
計は、（6）G. I. Stegeman and R. H. Stolen, J. Op
t. Soc. Am. B, 6, 652, (1989)などで解説されてい
る。ここでは、クラッド層１６、２０の材料はＣａＦ2
である。また、導波層１８として多重量子井戸（以下で
はＭＱＷと略す）層３２とＭｇＯ層３４を合わせて用い
ている。波長８３０ｎｍの基本波はＴＭ0 モードとして
伝搬し、波長４１５ｎｍの第二高調波はＴＭ1 モードと
して伝搬する。このＴＭ0 とＴＭ1 との間で波長変換の
効率を確保するために、導波層１８を非線形性の大きい
ＭＱＷ層３２と非線形性の小さいＭｇＯ層３４の二層で
構成する。ＭＱＷ層３２とＭｇＯ層３４の上下関係は逆
であってもよい。
造をとる波長変換部１４が形成される。導波路構造の設
計は、（6）G. I. Stegeman and R. H. Stolen, J. Op
t. Soc. Am. B, 6, 652, (1989)などで解説されてい
る。ここでは、クラッド層１６、２０の材料はＣａＦ2
である。また、導波層１８として多重量子井戸（以下で
はＭＱＷと略す）層３２とＭｇＯ層３４を合わせて用い
ている。波長８３０ｎｍの基本波はＴＭ0 モードとして
伝搬し、波長４１５ｎｍの第二高調波はＴＭ1 モードと
して伝搬する。このＴＭ0 とＴＭ1 との間で波長変換の
効率を確保するために、導波層１８を非線形性の大きい
ＭＱＷ層３２と非線形性の小さいＭｇＯ層３４の二層で
構成する。ＭＱＷ層３２とＭｇＯ層３４の上下関係は逆
であってもよい。
【００３４】ＭＱＷ層３２の厚さは２３４ｎｍであり、
図４に示した単位を８２単位含む。ただし、井戸層と障
壁層の厚さの比率は１：１であり、したがって繰り返し
の周期は２８．３オングストロームである。
図４に示した単位を８２単位含む。ただし、井戸層と障
壁層の厚さの比率は１：１であり、したがって繰り返し
の周期は２８．３オングストロームである。
【００３５】クラッド層１６、２０の厚さをそれぞれ１
０００ｎｍ以上とし、ＭＱＷ層３２とＭｇＯ層３４の厚
さをそれぞれ２３４ｎｍとすると位相整合条件が達成さ
れる。８３０ｎｍにおける光の屈折率ｎ1 と４１５ｎｍ
における屈折率ｎ2 を（ｎ1,ｎ2）で表すとして、Ｃａ
Ｆ2層１６、２０では（1.43, 1.44）、ＭＱＷ層３２で
は（1.92, 2.06）、ＭｇＯ層３４では（1.73, 1.76）と
なる。
０００ｎｍ以上とし、ＭＱＷ層３２とＭｇＯ層３４の厚
さをそれぞれ２３４ｎｍとすると位相整合条件が達成さ
れる。８３０ｎｍにおける光の屈折率ｎ1 と４１５ｎｍ
における屈折率ｎ2 を（ｎ1,ｎ2）で表すとして、Ｃａ
Ｆ2層１６、２０では（1.43, 1.44）、ＭＱＷ層３２で
は（1.92, 2.06）、ＭｇＯ層３４では（1.73, 1.76）と
なる。
【００３６】ここでは導波層を二層にして、ＴＭ0 モー
ドとＴＭ1 モードの間で位相整合させる場合を示した。
その他の方法、たとえば光線方向にそって周期的に井戸
層のポテンシャルの構造をｚ方向に関して反転させる方
法で位相整合をとることもできる。この方法は準位相整
合と呼ばれる方法で、（7）F. A. Hopf and G. I. Steg
eman, "Applied Classical Electrodynamics",Vol. 2,
Wiley-Interscience,New York, (ISBN 0 471 82787-8),
pp. 52-54で解説されている。その場合、導波層はＭＱ
Ｗの一層のみでよい。
ドとＴＭ1 モードの間で位相整合させる場合を示した。
その他の方法、たとえば光線方向にそって周期的に井戸
層のポテンシャルの構造をｚ方向に関して反転させる方
法で位相整合をとることもできる。この方法は準位相整
合と呼ばれる方法で、（7）F. A. Hopf and G. I. Steg
eman, "Applied Classical Electrodynamics",Vol. 2,
Wiley-Interscience,New York, (ISBN 0 471 82787-8),
pp. 52-54で解説されている。その場合、導波層はＭＱ
Ｗの一層のみでよい。
【００３７】図４および図５を参照して説明したよう
に、ＭＱＷ層３２は二次の非線形性が大きく、かつ可視
域およびそれより長い波長の光を吸収しない。したがっ
て、半導体レーザー部１２から出力されたコヒーレント
光をその半分の波長の青色光に高効率で変換する。
に、ＭＱＷ層３２は二次の非線形性が大きく、かつ可視
域およびそれより長い波長の光を吸収しない。したがっ
て、半導体レーザー部１２から出力されたコヒーレント
光をその半分の波長の青色光に高効率で変換する。
【００３８】図９に示した装置の製造方法について簡単
に触れておく。層１６、２０および導波層１８のうちＭ
ｇＯ層３４については、任意の付着方法、例えば真空蒸
着法を採用することができる。また、電極層２８、３０
にも真空蒸着法を適用できる。層２２、２４、２６およ
び導波層のうちＭＱＷ層３２については、絶縁体層と半
導体層を交互にエピタキシャル成長させる必要があるの
で、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＭＯＣＶＤ（金
属有機物を用いた化学蒸着）法、ＬＰＥ（液相エピタキ
シー）法などを用いる。
に触れておく。層１６、２０および導波層１８のうちＭ
ｇＯ層３４については、任意の付着方法、例えば真空蒸
着法を採用することができる。また、電極層２８、３０
にも真空蒸着法を適用できる。層２２、２４、２６およ
び導波層のうちＭＱＷ層３２については、絶縁体層と半
導体層を交互にエピタキシャル成長させる必要があるの
で、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＭＯＣＶＤ（金
属有機物を用いた化学蒸着）法、ＬＰＥ（液相エピタキ
シー）法などを用いる。
【００３９】作製手順の概略は、基板１０の上に、層２
２、２４、２６をエピタキシャル成長させた後、それら
の一部をエッチング除去した後、波長変換部１４の層１
６、１８、２０を順次形成する。あるいは、先に波長変
換部１４を作製してからその一部をエッチングし、後か
ら半導体レーザー部１２を作ってよい。
２、２４、２６をエピタキシャル成長させた後、それら
の一部をエッチング除去した後、波長変換部１４の層１
６、１８、２０を順次形成する。あるいは、先に波長変
換部１４を作製してからその一部をエッチングし、後か
ら半導体レーザー部１２を作ってよい。
【００４０】図１０は、本発明による非線形光学装置の
原理的な構造を示す。非線形光学装置は、コヒーレント
光発生装置から、半導体レーザー部１２を除いたもので
ある。基板１０の上にクラッド層１６、ＭＱＷ層を含む
導波層１８、クラッド層２０が積層されているという構
造は変わらない。この装置では、基板１０に導電性を付
与する必要はない。
原理的な構造を示す。非線形光学装置は、コヒーレント
光発生装置から、半導体レーザー部１２を除いたもので
ある。基板１０の上にクラッド層１６、ＭＱＷ層を含む
導波層１８、クラッド層２０が積層されているという構
造は変わらない。この装置では、基板１０に導電性を付
与する必要はない。
【００４１】この装置を和周波または差周波発生装置と
して用いる場合には、異なる波長、したがって異なる周
波数（Ｆ１、Ｆ２）を持つ二つの基本波を導波層１８に
入力し、和周波（Ｆ１＋Ｆ２）または差周波（Ｆ１−Ｆ
２）を発生させる。ＭＱＷ層を図９の層３２と同じ構造
にした場合、基本波Ｆ１をＧａＡｓレーザーの発する８
３０ｎｍのコヒーレント光、基本波Ｆ２をＩｎＧａＡｓ
Ｐレーザーの発する６８０ｎｍのコヒーレント光とする
ことができる。基本波を導波層１８に集光するために
は、図示しないレンズや光ファイバーを用いる。和周
波、差周波のどちらを出力させるかは、導波路構造によ
って位相整合条件を調整して決める。
して用いる場合には、異なる波長、したがって異なる周
波数（Ｆ１、Ｆ２）を持つ二つの基本波を導波層１８に
入力し、和周波（Ｆ１＋Ｆ２）または差周波（Ｆ１−Ｆ
２）を発生させる。ＭＱＷ層を図９の層３２と同じ構造
にした場合、基本波Ｆ１をＧａＡｓレーザーの発する８
３０ｎｍのコヒーレント光、基本波Ｆ２をＩｎＧａＡｓ
Ｐレーザーの発する６８０ｎｍのコヒーレント光とする
ことができる。基本波を導波層１８に集光するために
は、図示しないレンズや光ファイバーを用いる。和周
波、差周波のどちらを出力させるかは、導波路構造によ
って位相整合条件を調整して決める。
【００４２】図１１は、本発明の非線形光学装置を光変
調器として用いた例である。ここでは、非線形光学効果
の波長変換の側面ではなくて、電気光学効果（ポッケル
ス効果）の側面を利用している。この例の装置も基板１
０の上にクラッド層１６、ＭＱＷ層を含む導波層１８、
クラッド層２０が積層されて、導波路構造をとってい
る。光変調器の場合は、波長変換を行わないので、位相
整合条件は考えなくてよい。その他、この装置では、ク
ラッド層２０の上と、基板１０の反対の面に、電極層３
６と３８がそれぞれ付着されている。
調器として用いた例である。ここでは、非線形光学効果
の波長変換の側面ではなくて、電気光学効果（ポッケル
ス効果）の側面を利用している。この例の装置も基板１
０の上にクラッド層１６、ＭＱＷ層を含む導波層１８、
クラッド層２０が積層されて、導波路構造をとってい
る。光変調器の場合は、波長変換を行わないので、位相
整合条件は考えなくてよい。その他、この装置では、ク
ラッド層２０の上と、基板１０の反対の面に、電極層３
６と３８がそれぞれ付着されている。
【００４３】しかしながら、電気光学効果を利用する場
合、導波路構造は本質的でない。二つの電極３６、３８
の間にＭＱＷ層があり、そこを光が透過しさえすればよ
い。したがって、基板１０と電極層３６の間がすべてＭ
ＱＷ層であってもよい。
合、導波路構造は本質的でない。二つの電極３６、３８
の間にＭＱＷ層があり、そこを光が透過しさえすればよ
い。したがって、基板１０と電極層３６の間がすべてＭ
ＱＷ層であってもよい。
【００４４】この変調器の中を伝搬する偏光方向がｚ方
向の光に対して、電極３６、３８間に加える電圧を変化
させると、導波路での光の有効な屈折率が変化し、有効
光路長が変化するので、光の位相が変調される。図中、
Ｆinは入力光を示し、Ｆmodは変調を受けた出力光を表
わす。さらにｘ方向に偏光した光を混ぜると、偏光面の
角度変調も可能で、これに外部に置いた偏光子を組み合
わせると、強度変調も可能になる。
向の光に対して、電極３６、３８間に加える電圧を変化
させると、導波路での光の有効な屈折率が変化し、有効
光路長が変化するので、光の位相が変調される。図中、
Ｆinは入力光を示し、Ｆmodは変調を受けた出力光を表
わす。さらにｘ方向に偏光した光を混ぜると、偏光面の
角度変調も可能で、これに外部に置いた偏光子を組み合
わせると、強度変調も可能になる。
【００４５】図８に示した波長変換部１４の上下に図１
１のように電極を設置し、電気光学効果を利用しての位
相整合の微調整を行うこともできる。これによって導波
路構造の寸法がある程度正確でなくても後に補正するこ
とが可能になる。
１のように電極を設置し、電気光学効果を利用しての位
相整合の微調整を行うこともできる。これによって導波
路構造の寸法がある程度正確でなくても後に補正するこ
とが可能になる。
【００４６】図１０に示した非線形光学装置または図８
に示した青色光発生装置を用いて出力された短波長のコ
ヒーレント光は、様々な領域に応用することができる。
光記録への応用では、出力光を、レンズなどを含む光学
系を介して光記録媒体に照射する。これによって、光記
録装置を巨大化させることなしに、記録密度を向上させ
ることが可能になる。
に示した青色光発生装置を用いて出力された短波長のコ
ヒーレント光は、様々な領域に応用することができる。
光記録への応用では、出力光を、レンズなどを含む光学
系を介して光記録媒体に照射する。これによって、光記
録装置を巨大化させることなしに、記録密度を向上させ
ることが可能になる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の非線形光
学装置は、大きな非線形性を有する。また、近赤外光ま
たは赤色光を効率よく青色光に変換することができる。
また、本発明のコヒーレント光発生装置は、十分小さ
く、かつ、短波長の光を効率よく出力することができ
る。
学装置は、大きな非線形性を有する。また、近赤外光ま
たは赤色光を効率よく青色光に変換することができる。
また、本発明のコヒーレント光発生装置は、十分小さ
く、かつ、短波長の光を効率よく出力することができ
る。
【図１】多重量子井戸構造の電子構造の説明図である。
【図２】井戸層における非対称なポテンシャルの例を示
す図である。
す図である。
【図３】井戸層におけるサブバンドの説明図である。
【図４】本発明の多重量子井戸構造の一例における、井
戸層の電子構造の説明図である。
戸層の電子構造の説明図である。
【図５】図４に一単位を示した多重量子井戸構造の二次
の非線形感受率χ(2)の理論値を示すグラフである。
の非線形感受率χ(2)の理論値を示すグラフである。
【図６】本発明の多重量子井戸構造の他の例における、
井戸層の電子構造の説明図である。
井戸層の電子構造の説明図である。
【図７】図６に一単位を示した多重量子井戸構造の二次
の非線形感受率χ(2)の理論値を示すグラフである。
の非線形感受率χ(2)の理論値を示すグラフである。
【図８】本発明による短波長コヒーレント光発生装置の
説明図である。
説明図である。
【図９】同コヒーレント光発生装置をより詳しく示す断
面図である。
面図である。
【図１０】本発明による非線形光学装置を波長変換に使
う例を示す図である。
う例を示す図である。
【図１１】本発明による非線形光学装置を光変調に使う
例を示す図である。
例を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】半導体レーザーは、光情報処理、光通信、
レーザー加工、レーザー医療、光計測などの光エレクト
ロニクスの分野で使用されている。今日最も一般的に使
われているのは波長７８０ｎｍ〜８３０ｎｍ（近赤外）
のＧａＡｓレーザーであるが、光産業の多方面から半導
体レーザーの出力するコヒーレント光の短波長化が強く
要請されており、そのための研究開発が推し進められて
いる。例えば、光記録の分野では、光記録媒体の記録密
度を上げるために短波長化が必要である。カラー・ディ
スプレイにおいては、青色光が欠かせない。レーザー・
プリンターの分野では、短波長化によって光子の持つエ
ネルギーが大きくなるので、化学反応を促進することが
できる。そこで、波長６００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤
色または近赤外の光を出力する半導体レーザーと、この
半導体レーザーが出力する基本波をより短い波長の光に
変換する波長変換装置とを組み合わせて、波長３００ｎ
ｍ乃至５００ｎｍの青色のコヒーレント光を発生させる
試みが種々なされている。そして、それらの波長変換装
置では、効率の観点から、通常、二次の非線形光学効果
（第二高調波発生、和周波発生、差周波発生）が利用さ
れている。
レーザー加工、レーザー医療、光計測などの光エレクト
ロニクスの分野で使用されている。今日最も一般的に使
われているのは波長７８０ｎｍ〜８３０ｎｍ（近赤外）
のＧａＡｓレーザーであるが、光産業の多方面から半導
体レーザーの出力するコヒーレント光の短波長化が強く
要請されており、そのための研究開発が推し進められて
いる。例えば、光記録の分野では、光記録媒体の記録密
度を上げるために短波長化が必要である。カラー・ディ
スプレイにおいては、青色光が欠かせない。レーザー・
プリンターの分野では、短波長化によって光子の持つエ
ネルギーが大きくなるので、化学反応を促進することが
できる。そこで、波長６００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤
色または近赤外の光を出力する半導体レーザーと、この
半導体レーザーが出力する基本波をより短い波長の光に
変換する波長変換装置とを組み合わせて、波長３００ｎ
ｍ乃至５００ｎｍの青色のコヒーレント光を発生させる
試みが種々なされている。そして、それらの波長変換装
置では、効率の観点から、通常、二次の非線形光学効果
（第二高調波発生、和周波発生、差周波発生）が利用さ
れている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】多重量子井戸構造は、障壁層と井戸層が交
互に重なった多重層構造で、各井戸層の厚みが数ｎｍ乃
至数十ｎｍであるもののことをいう。ただし、井戸層と
障壁層の内部およびそれらの層同士の界面で結晶の格子
構造がほとんど乱れずにつながっていなければならない
（エピタキシャル構造）。
互に重なった多重層構造で、各井戸層の厚みが数ｎｍ乃
至数十ｎｍであるもののことをいう。ただし、井戸層と
障壁層の内部およびそれらの層同士の界面で結晶の格子
構造がほとんど乱れずにつながっていなければならない
（エピタキシャル構造）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊田 清志 東京都千代田区三番町５−19 日本アイ・ ビー・エム株式会社 東京基礎研究所内 (72)発明者 狩野 覚 東京都千代田区三番町５−19 日本アイ・ ビー・エム株式会社 東京基礎研究所内
Claims (19)
- 【請求項１】基板と該基板の上に形成された物質層を有
し、該物質層の少なくとも一部は絶縁体層と半導体層が
交互に積層された多重量子井戸構造であり、半導体層に
おいて電子が感ずるポテンシャルが上記基板に垂直な方
向に関して非対称である非線形光学装置。 - 【請求項２】上記多重量子井戸構造の伝導帯における井
戸の深さが約３ｅＶ以上である請求項１記載の非線形光
学装置。 - 【請求項３】上記多重量子井戸構造の半導体層におい
て、伝導帯の最低エネルギー準位と価電子帯の最高エネ
ルギー準位の差が約３ｅＶ以上である請求項１記載の非
線形光学装置。 - 【請求項４】波長６００ｎｍ乃至１０００ｎｍの光を入
力し、波長３００ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発生する請
求項３記載の非線形光学装置。 - 【請求項５】上記絶縁体層がI−VII族化合物またはII−
VII族化合物からなる請求項１記載の非線形光学装置。 - 【請求項６】上記半導体層がII−VI族化合物またはIII
−V族化合物からなる請求項１記載の非線形光学装置。 - 【請求項７】上記物質層がクラッド層に挟まれた導波層
を有し、該導波層に多重量子井戸構造が含まれる請求項
１記載の非線形光学装置。 - 【請求項８】上記多重量子井戸構造に上記基板に対して
垂直な向きの電圧を加える手段を具備する請求項１記載
の非線形光学装置。 - 【請求項９】請求項７記載の非線形光学装置の導波層に
基本波を入射し、該導波層から第二高調波を出力するこ
とを特徴とする光波長変換方法。 - 【請求項１０】請求項７記載の非線形光学装置の導波層
に波長の異なる二つの基本波を入射し、該導波層から和
周波または差周波を出力することを特徴とする光波長変
換方法。 - 【請求項１１】請求項８記載の非線形光学装置の多重量
子井戸層に光を入射し、該多重量子井戸構造に加わる電
圧を変化させ、電気光学効果によって変調された光を出
力することを特徴とする光変調方法。 - 【請求項１２】基本波を発生するレーザー装置と、請求
項１記載の非線形光学装置を含み、該レーザー装置から
の出力光を該非線形光学装置の多重量子井戸構造に導く
ように構成したコヒーレント光発生装置。 - 【請求項１３】同一基板上に形成された半導体レーザー
部と波長変換部を有し、 上記波長変換部はクラッド層に挟まれた導波層を有し、 該導波層の少なくとも一部が、絶縁体層と半導体層が交
互に積層された多重量子井戸構造であって、半導体層に
おいて電子が感ずるポテンシャルが上記基板に垂直な方
向に関して非対称であり、 上記波長変換部の導波層と上記半導体レーザー部の発光
領域が対向するように配置される、コヒーレント光発生
装置。 - 【請求項１４】上記多重量子井戸構造の伝導帯における
井戸の深さが約３ｅＶ以上である請求項１３記載のコヒ
ーレント光発生装置。 - 【請求項１５】上記多重量子井戸構造の半導体層におい
て、伝導帯の最低エネルギー準位と価電子帯の最高エネ
ルギー準位の差が約３ｅＶ以上である請求項１３記載の
コヒーレント光発生装置。 - 【請求項１６】上記半導体レーザー部は近赤外光または
赤色光を出力し、上記波長変換部は該出力光を青色光に
変換する請求項１５記載のコヒーレント光発生装置。 - 【請求項１７】上記絶縁体層がI−VII族化合物またはII
−VII族化合物からなる請求項１３記載のコヒーレント
光発生装置。 - 【請求項１８】上記半導体層がII−VI族化合物またはII
I−V族化合物からなる請求項１３記載のコヒーレント光
発生装置。 - 【請求項１９】請求項１の装置または請求項１３の装置
を用いて出力されたコヒーレント光を光記録媒体に照射
して、光記録を行う方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4203497A JPH0675257A (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 非線形光学装置 |
| US08/047,982 US5359617A (en) | 1992-07-30 | 1993-04-19 | Nonlinear optical device |
| DE69306333T DE69306333T2 (de) | 1992-07-30 | 1993-07-29 | Nichtlineare optische Vorrichtung |
| EP93306018A EP0583115B1 (en) | 1992-07-30 | 1993-07-29 | Nonlinear optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4203497A JPH0675257A (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 非線形光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0675257A true JPH0675257A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16475140
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP4203497A Pending JPH0675257A (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 非線形光学装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5359617A (ja) |
| EP (1) | EP0583115B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0675257A (ja) |
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| US5825517A (en) * | 1995-12-06 | 1998-10-20 | Tellium, Inc. | Parametric wavelength interchanging cross-connect |
| US5802232A (en) * | 1996-02-16 | 1998-09-01 | Bell Communications Research, Inc. | Bonded structure with portions of differing crystallographic orientations, particularly useful as a non linear optical waveguide |
| US6819696B1 (en) * | 2001-09-21 | 2004-11-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Intersubband semiconductor lasers with enhanced subband depopulation rate |
| ATE386340T1 (de) * | 2003-07-02 | 2008-03-15 | Nxp Bv | Halbleiterbauelement, verfahren zur herstellung einer quantentopfstruktur und halbleiterbauelement eine solche quantentopfstruktur beinhaltend |
| EP2245789B1 (en) | 2008-01-25 | 2014-08-20 | QinetiQ Limited | Quantum cryptography apparatus |
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| GB0809044D0 (en) | 2008-05-19 | 2008-06-25 | Qinetiq Ltd | Multiplexed QKD |
| GB0819665D0 (en) | 2008-10-27 | 2008-12-03 | Qinetiq Ltd | Quantum key dsitribution |
| GB0822254D0 (en) | 2008-12-05 | 2009-01-14 | Qinetiq Ltd | Method of performing authentication between network nodes |
| GB0822253D0 (en) | 2008-12-05 | 2009-01-14 | Qinetiq Ltd | Method of establishing a quantum key for use between network nodes |
| GB0822356D0 (en) * | 2008-12-08 | 2009-01-14 | Qinetiq Ltd | Non-linear optical device |
| GB0917060D0 (en) | 2009-09-29 | 2009-11-11 | Qinetiq Ltd | Methods and apparatus for use in quantum key distribution |
| GB201020424D0 (en) | 2010-12-02 | 2011-01-19 | Qinetiq Ltd | Quantum key distribution |
| US8743922B2 (en) * | 2011-10-21 | 2014-06-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Ultraviolet laser |
| US9733545B2 (en) * | 2014-07-30 | 2017-08-15 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Nonlinear metasurfaces based on plasmonic resonators coupled to intersubband transitions |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
| JPS63225236A (ja) * | 1987-03-16 | 1988-09-20 | Fujitsu Ltd | 量子井戸型非線形光学薄膜 |
| JPH01287628A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 第２高調波光発生装置 |
| JPH0222194A (ja) * | 1987-12-29 | 1990-01-25 | Stanley Electric Co Ltd | 液相結晶成長方法および装置 |
| JPH0373935A (ja) * | 1988-09-01 | 1991-03-28 | Seiko Epson Corp | 発光装置及びその製造方法及び光メモリー装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2139422B (en) * | 1983-03-24 | 1987-06-03 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser and method of fabricating the same |
| US5045897A (en) * | 1990-03-14 | 1991-09-03 | Santa Barbara Research Center | Quaternary II-VI materials for photonics |
| JPH041617A (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-07 | Nec Corp | 積層構造 |
-
1992
- 1992-07-30 JP JP4203497A patent/JPH0675257A/ja active Pending
-
1993
- 1993-04-19 US US08/047,982 patent/US5359617A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-29 EP EP93306018A patent/EP0583115B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-29 DE DE69306333T patent/DE69306333T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
| JPS63225236A (ja) * | 1987-03-16 | 1988-09-20 | Fujitsu Ltd | 量子井戸型非線形光学薄膜 |
| JPH0222194A (ja) * | 1987-12-29 | 1990-01-25 | Stanley Electric Co Ltd | 液相結晶成長方法および装置 |
| JPH01287628A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 第２高調波光発生装置 |
| JPH0373935A (ja) * | 1988-09-01 | 1991-03-28 | Seiko Epson Corp | 発光装置及びその製造方法及び光メモリー装置 |
Also Published As
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|---|---|
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| DE69306333T2 (de) | 1997-06-12 |
| US5359617A (en) | 1994-10-25 |
| EP0583115B1 (en) | 1996-12-04 |
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