JPH0682859A - Wavelength conversion device - Google Patents

Wavelength conversion device

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JPH0682859A
JPH0682859A JP23706692A JP23706692A JPH0682859A JP H0682859 A JPH0682859 A JP H0682859A JP 23706692 A JP23706692 A JP 23706692A JP 23706692 A JP23706692 A JP 23706692A JP H0682859 A JPH0682859 A JP H0682859A
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JP
Japan
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wavelength
layer
ion implantation
refractive index
waveguide layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP23706692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazushi Mori
和思 森
Mitsuharu Matsumoto
光晴 松本
Tadao Toda
忠夫 戸田
Hideyuki Nonaka
英幸 野中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Publication of JPH0682859A publication Critical patent/JPH0682859A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable the conversion of a basic wave having a wavelength approximate to a wavelength lambdaC0 to a second harmonic wave by providing two ion implantation layers apart from each other within a nonlinear optical material and forming the part between these two ion implantation layers as a waveguide layer. CONSTITUTION:The two ion implantation layers 3, 4 are provided apart from each other within the nonlinear optical material 1 and the part between these two ion implantation layers is formed as the waveguide layer 2. The second harmonic wave 27 is generated from the basic wave 26 by using the waveguide layer 2. As a result, the symmetrical waveguides having the equal refractive index of the layers adjacent to this waveguide layer 2, i.e. the two ion implantation layers 3, 4 are formed. Consequently, the thickness of cut off layers for both of the basic wave 26 and the higher harmonic wave is decreased to 0mum and, therefore, the basic wave of the wavelength shorter than the wavelength of the conventional wavelength conversion device having the single ion implantation layer, i.e. of the value approximate to lambdaC0 possessed by the nonlinear optical crystal is converted to the second harmonic wave.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光の波長を短波長に変換
する波長変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength converter for converting the wavelength of light into a short wavelength.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、情報の高密度化が活発になってお
り、光情報機器に用いる光をより短波長化する研究が活
発に行われている。そして、この他にも医療や化学産業
など種々の分野においても短波長コヒーレント光が必要
となっている。
2. Description of the Related Art Recently, densification of information has become active, and researches for shortening wavelength of light used for optical information equipment are being actively conducted. In addition to this, short-wavelength coherent light is also required in various fields such as the medical and chemical industries.

【0003】短波長コヒーレント光を得る方法として、
非線形光学材料を用いて第2高調波を発生させる波長変
換装置が活発に研究されている。
As a method of obtaining short wavelength coherent light,
A wavelength conversion device that generates a second harmonic using a nonlinear optical material has been actively studied.

【0004】特に、イオン注入によって形成した光導波
路をもつ波長変換装置は、その製造の容易さから注目さ
れている。図4は斯る波長変換装置を示す断面図であ
る。
In particular, a wavelength conversion device having an optical waveguide formed by ion implantation has attracted attention because of its ease of manufacture. FIG. 4 is a sectional view showing such a wavelength conversion device.

【0005】図4中、21は非線形光学結晶KNbO3
(ニオブ酸カリウム)からなり、基板表面に対して垂直
方向がb軸方向となっているb軸配向基板である。22
は前記基板21内にHe+(ヘリウムの一価正イオン)
が注入されて形成されたイオン注入層で、該イオン注入
層22はイオン注入によって結晶性が崩されてアモルフ
ァスに近い状態である。
In FIG. 4, 21 is a nonlinear optical crystal KNbO 3
It is a b-axis oriented substrate which is made of (potassium niobate) and whose direction perpendicular to the substrate surface is the b-axis direction. 22
Is He + (helium monovalent positive ion) in the substrate 21.
Is an ion-implanted layer formed by injecting the ion implantation layer 22. The ion-implanted layer 22 is in a state close to amorphous because the crystallinity is destroyed by the ion implantation.

【0006】図5に図4中破線A−Dに沿った屈折率分
布を示すように前記イオン注入層22は該イオン注入層
22が形成されていない基板21の部分に比べて低屈折
率となっている。従って、前記基板21のうちイオン注
入層22よりも上部領域は、クラッド層となる空気層2
3と該イオン注入層22の2つの低屈折率層に挟まれ、
導波層24となる。
As shown in FIG. 5 showing the refractive index distribution along the broken line A-D in FIG. 4, the ion implantation layer 22 has a lower refractive index than the portion of the substrate 21 where the ion implantation layer 22 is not formed. Has become. Therefore, the upper region of the substrate 21 above the ion implantation layer 22 is the air layer 2 serving as a clad layer.
3 and the ion implantation layer 22 are sandwiched between two low refractive index layers,
It becomes the waveguide layer 24.

【0007】ところで、前記導波層24は第2高調波発
生(SHG)機能をもつために、該導波層24に入射さ
れる基本波26と該導波層24内で発生して出力される
第2高調波27の位相整合が行えるように、即ち基本波
26と第2高調波27に対する導波層24の実効屈折率
が等しくなるように該導波層24の層厚が最適化されて
いる。
By the way, since the waveguide layer 24 has a second harmonic generation (SHG) function, the fundamental wave 26 incident on the waveguide layer 24 and the generated and output in the waveguide layer 24 are output. The layer thickness of the waveguide layer 24 is optimized so that the phase matching of the second harmonic 27 can be performed, that is, the effective refractive index of the waveguide layer 24 with respect to the fundamental wave 26 and the second harmonic 27 becomes equal. ing.

【0008】以下、この場合の位相整合について更に詳
しく説明する。
The phase matching in this case will be described in more detail below.

【0009】図6に示すように、前記導波層24、及び
イオン注入が行われていない非線形光学結晶KNbO3
は、a軸方向、b軸方向、及びc軸方向に対してそれぞ
れ主屈折率na(d)を示す破線、主屈折率nb(d)を
示す破線、主屈折率nc(d)を示す破線で表される波
長分散特性A、及び主屈折率naを示す実線、主屈折率
bを示す実線、主屈折率ncを示す実線で表される波長
分散特性Bを持つ。前記波長分散特性Aで示される各主
屈折率は、イオン注入時のイオン通過による結晶性のわ
ずかな低下により、波長分散特性Bの対応する各主屈折
率に比べてわずかに異なった値となる。
As shown in FIG. 6, the waveguide layer 24 and the non-linear optical crystal KNbO 3 which has not been ion-implanted.
Is a broken line showing the main refractive index n a (d), a broken line showing the main refractive index n b (d), and a main refractive index n c (d) in the a-axis direction, the b-axis direction, and the c-axis direction, respectively. Has a chromatic dispersion characteristic A represented by a broken line, a solid line showing a main refractive index n a , a solid line showing a main refractive index n b, and a wavelength dispersion characteristic B shown by a solid line showing a main refractive index n c . Each main refractive index indicated by the wavelength dispersion characteristic A has a value slightly different from each corresponding main refractive index of the wavelength dispersion characteristic B due to a slight decrease in crystallinity due to ion passage during ion implantation. .

【0010】この図6で示されるように、前記導波層2
4はある波長λに対する主屈折率n b(d)の値と該波
長の半分である波長λ/2に対する主屈折率nc(d)
の値が等しくなる値λ=λcを持つ。尚、前記イオン注
入が行われていない非線形光学結晶KNbO3は、ある
波長λに対する主屈折率nbの値と該波長の半分である
波長λ/2に対する主屈折率ncの値が等しくなる値λ
=λc0を持つ。
As shown in FIG. 6, the waveguide layer 2
4 is the main refractive index n for a certain wavelength λ bValue of (d) and the wave
Principal refractive index n for wavelength λ / 2 which is half the lengthc(D)
Value that makes the values of λ equal to λchave. In addition, the ion injection
Non-filled nonlinear optical crystal KNbO3Is
Principal refractive index n for wavelength λbAnd half of the wavelength
Principal refractive index n for wavelength λ / 2cValue λ at which the values of are equal
= Λc0have.

【0011】又、図7に示すように、イオン注入層22
はa軸方向、b軸方向、及びc軸方向に対してそれぞれ
主屈折率na(i)を示す破線、主屈折率nb(i)を示
す破線、主屈折率nc(i)を示す破線で表される波長
分散特性Cをもつ。尚、図中、波長分散特性Bは前記図
6と同じものである。前記波長分散特性Cで示される各
主屈折率は、イオン注入による結晶性の低下により、波
長分散特性Bの対応する各主屈折率に比べていずれも略
同じ割合で、且つ図6の波長分散特性Aの変化量の絶対
値に比べて、即ち導波層24における変化量の絶対値よ
りも大きく減少する。この図7で示されるように、前記
イオン注入層22はある波長λに対する主屈折率n
b(i)の値と該波長の半分である波長λ/2に対する
主屈折率nc(i)の値が等しくなる値λ=λcs(λcs
<λc)を持つ。
Further, as shown in FIG. 7, the ion-implanted layer 22 is formed.
Is the broken line showing the main refractive index n a (i), the broken line showing the main refractive index n b (i), and the main refractive index n c (i) in the a-axis direction, the b-axis direction, and the c-axis direction, respectively. It has a chromatic dispersion characteristic C represented by a broken line. In the figure, the wavelength dispersion characteristic B is the same as that in FIG. Each of the main refractive indices indicated by the wavelength dispersion characteristic C has substantially the same ratio as the corresponding main refractive index of the wavelength dispersion characteristic B due to the deterioration of crystallinity due to ion implantation, and the wavelength dispersion of FIG. Compared with the absolute value of the change amount of the characteristic A, that is, the absolute value of the change amount in the waveguide layer 24 is greatly reduced. As shown in FIG. 7, the ion implantation layer 22 has a main refractive index n for a certain wavelength λ.
A value λ = λ cscs ) at which the value of b (i) is equal to the value of the main refractive index n c (i) for the wavelength λ / 2 that is half the wavelength.
c ).

【0012】前記λcよりも長波長のTMモードの基本
波を導波層24内にa軸方向に伝播させる場合に、該導
波層24の層厚を最適化して位相整合させ、TEモード
の第2高調波を発生させることができる。
When a TM mode fundamental wave having a wavelength longer than λ c is propagated in the waveguide layer 24 in the a-axis direction, the layer thickness of the waveguide layer 24 is optimized to achieve phase matching, and TE mode The second harmonic of can be generated.

【0013】この位相整合が可能なことは、図8に示す
前記波長変換装置におけるλcよりも長波長の基本波と
その高調波のモード分散特性から説明できる。図中、横
軸は導波層24の層厚、縦軸は実効屈折率を表してお
り、曲線SwはTMモードの基本波の分散特性、S2w
TEモードの第2高調波の分散曲線である。
The fact that this phase matching is possible can be explained from the mode dispersion characteristics of the fundamental wave having a wavelength longer than λ c and its harmonics in the wavelength converter shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the layer thickness of the waveguide layer 24, and the vertical axis represents the effective refractive index. The curve S w is the dispersion characteristic of the fundamental wave of the TM mode, and S 2w is the dispersion of the second harmonic of the TE mode. It is a curve.

【0014】即ち、一般にモード分散曲線Sw、S
2wは、それぞれ導波層24におけるイオン注入層22近
傍の所定層厚tbw、tc2w(カットオフ層厚)での実効
屈折率nb w(i)、nc2w(i)は、それぞれイオン注
入層22の基本波に対する主屈折率nb(i)、第2高
調波に対する主屈折率nc(i)に等しく、導波層24
の層厚が大きくなるにしたがって実効屈折率nbw(d)
(=導波層24の基本波に対する主屈折率n
b(d))、実効屈折率nc2w(d)(= 第2高調波に
対する主屈折率nc(d))に漸近的に近づいていく。
That is, in general, modal dispersion curves S w , S
2w is a predetermined thickness t bw ion implantation layer 22 near the respective waveguide layer 24, t c2w (cutoff layer thickness) in the effective refractive index n b w (i), n c2w (i) are each ion principal refractive index n b of the fundamental wave of the injection layer 22 (i), equal to the principal refractive index n c (i) for the second harmonic, the waveguide layer 24
The effective refractive index n bw (d) increases as the layer thickness increases.
(= Principal refractive index n of the waveguiding layer 24 with respect to the fundamental wave
b (d)), the effective refractive index n c2w (d) (= the main refractive index n c (d) for the second harmonic) approaches asymptotically.

【0015】ところで、非線形光学結晶KNbO3にお
いて、TMモードの基本波がλcよりも長波長λlの場
合、図6の波長分散特性Aから判るように、基本波の波
長がλl−λc増加するのに対するnb(d)の減少より
も、高調波の波長のλl/2−λc/2増加するのに対す
るnc(d)の減少の方が大きいので、導波層の層厚が
無限大における基本波に対するb軸方向の主屈折率nbw
(d)>導波層の層厚が無限大における第2高調波に対
するc軸方向の主屈折率nc2w(d)の関係が成り立つ
ことが判る。更に、導波層に隣接する2つ層の屈折率が
互いに異なる非対称導波層においては、導波層内での光
の波長が短い程、カットオフ層厚が小さくなり、モード
分散曲線の立ち上がり急峻となるので、高調波に対する
カットオフ層厚tc2w<基本波に対するカットオフ層厚
bwの関係が成り立つ。この結果、図8中に示すよう
に、基本波の分散曲線Swと高調波S2wは、ある層厚t
pmにおいて交差することになる。従って、この層厚tpm
になるようにイオン注入層22の深さ位置を選択するこ
とにより位相整合が行えるのである。
By the way, in the nonlinear optical crystal KNbO 3 , when the fundamental wave of TM mode has a longer wavelength λ l than λ c , the wavelength of the fundamental wave is λ l −λ, as can be seen from the wavelength dispersion characteristic A of FIG. than the reduction of n b (d) with respect to increases c, since towards the reduction of n c (d) with respect to λ l / 2-λ c / 2 increasing wavelength of the harmonic is large, the waveguide layer The principal refractive index n bw in the b-axis direction for the fundamental wave at an infinite layer thickness
(D)> It can be seen that the relationship of the main refractive index n c2w (d) in the c-axis direction with respect to the second harmonic at an infinite layer thickness of the waveguide layer holds. Furthermore, in an asymmetric waveguide layer in which the refractive indices of two layers adjacent to the waveguide layer are different from each other, the shorter the wavelength of light in the waveguide layer, the smaller the cutoff layer thickness, and the rise of the mode dispersion curve. Since it becomes steep, the relationship of cut-off layer thickness t c2w for harmonics <cut-off layer thickness t bw for fundamental waves holds. As a result, as shown in FIG. 8, the dispersion curve S w of the fundamental wave and the harmonic wave S 2w show a certain layer thickness t.
You will cross at pm . Therefore, this layer thickness t pm
The phase matching can be performed by selecting the depth position of the ion implantation layer 22 so that

【0016】しかしながら、斯る波長変換装置では、基
本波がλcよりも短波長の場合は、nbw(d)<n
c2w(d)の関係となるので、位相整合が行えず、より
短い波長の光を得られないといった問題があった。特
に、前記波長λcはイオン注入ドーズ量の増加とともに
λc0=0.86μm(イオン注入しないKNbO3の場
合)より大きくなるため(例えばドーズ量が1×1016
ion/cm2の場合は約1μm)、波長λc0に近い波
長をもつ基本波を第2高調波に変換することが困難であ
った。
However, in such a wavelength conversion device, when the fundamental wave has a wavelength shorter than λ c , n bw (d) <n
Since the relationship is c2w (d), there is a problem that phase matching cannot be performed and light of a shorter wavelength cannot be obtained. In particular, the wavelength λ c becomes larger than λ c0 = 0.86 μm (in the case of KNbO 3 without ion implantation) as the ion implantation dose increases (for example, the dose amount is 1 × 10 16).
In the case of ion / cm 2 , it was difficult to convert a fundamental wave having a wavelength close to the wavelength λ c0 into the second harmonic.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
鑑み成されたものであり、波長λc0に近い波長をもつ基
本波を第2高調波に変換することが可能な波長変換装置
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a wavelength conversion device capable of converting a fundamental wave having a wavelength close to the wavelength λ c0 to a second harmonic. The purpose is to provide.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の波長変換装置
は、非線形光学材料内に2つのイオン注入層を互いに離
間して設け、該2つのイオン注入層間を導波層とし、該
導波層の一方の端面から基本波を入射し、この導波層の
他方の端面から第2高調波を発生させることを特徴とす
る。
A wavelength conversion device of the present invention is provided with two ion-implanted layers separated from each other in a non-linear optical material, and the two ion-implanted layers are waveguiding layers. It is characterized in that the fundamental wave is made incident from one end face of the one and the second harmonic is generated from the other end face of the waveguide layer.

【0019】[0019]

【作用】2つのイオン注入層間に挟まれた領域を導波層
とする構造にする場合、該導波層に隣接する層、即ち2
つのイオン注入層の屈折率が等しい対称導波路とするこ
と、即ち基本波及び高調波の両方のカットオフ層厚を0
μmにすることが可能であるので、より短い波長の基本
波を用いても位相整合が可能となる。
When a structure in which a region sandwiched between two ion-implanted layers is used as a waveguide layer, a layer adjacent to the waveguide layer, that is, 2
Use a symmetric waveguide in which the refractive indices of the two ion-implanted layers are equal, that is, cutoff layer thicknesses of both the fundamental wave and the harmonic wave are 0.
Since it can be made to be μm, phase matching can be performed even when a fundamental wave having a shorter wavelength is used.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明に係る一実施例の波長変換装置
について図を参照しつつ説明する。図1はこの波長変換
装置の断面図、図2は図1中の破線E−Hに沿った方向
の屈折率分布を示す図である。尚、従来例と同一部分及
び対応する部分には同一符号を付す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A wavelength converter according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of this wavelength conversion device, and FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution in a direction along a broken line E-H in FIG. The same parts as those of the conventional example and corresponding parts are designated by the same reference numerals.

【0021】図1中、1は非線形光学結晶KNbO
3(ニオブ酸カリウム)からなり、基板表面に対して垂
直方向がb軸方向となっているb軸配向基板で、表主面
は(010)面である。2は前記基板1内にHe+(ヘ
リウムの一価正イオン)が注入されて形成された第1イ
オン注入層3と、該基板1内に第1イオン注入層3に離
間して上方に同様にHe+が注入されて形成された、該
第1イオン注入層3と屈折率が略等しい望ましくは等し
い第2イオン注入層4が作成されることにより、該イオ
ン注入層3、4間に形成された導波層である。
In FIG. 1, 1 is a nonlinear optical crystal KNbO.
It is a b-axis oriented substrate made of 3 (potassium niobate), and the direction perpendicular to the substrate surface is the b-axis direction, and the main surface is the (010) plane. Reference numeral 2 denotes a first ion-implanted layer 3 formed by implanting He + (monovalent positive ions of helium) into the substrate 1, and the first ion-implanted layer 3 separated from the substrate 1 in the same manner as above. A second ion-implanted layer 4 having a refractive index substantially equal to that of the first ion-implanted layer 3, which is formed by injecting He + into the ion-implanted layer 3, is formed between the ion-implanted layers 3 and 4. The waveguide layer.

【0022】ここで、図2に図1中破線E−Hに沿った
屈折率分布を示すように、前記導波層2は前記第1、第
2イオン注入層3、4はイオン注入によって結晶性が崩
されてアモルファスに近い状態で、前記基板1自体の屈
折率よりも低屈折率となっており、しかも第1、第2イ
オン注入層3、4が等しい屈折率をもつので、所謂対称
導波路となる。
Here, as shown in FIG. 2 as the refractive index distribution along the broken line E-H in FIG. 1, the waveguide layer 2 is crystallized by ion implantation and the first and second ion implantation layers 3 and 4 are crystallized by ion implantation. In this state, the refractive index is lower than the refractive index of the substrate 1 itself, and the first and second ion implantation layers 3 and 4 have the same refractive index. It becomes a waveguide.

【0023】前記第1、第2イオン注入層3、4は、異
なる注入エネルギで2回イオン注入することにより、即
ち本実施例ではそれぞれれ注入エネルギ485KeVと2
20KeVで基板1に注入して形成した。ここで、第1、
第2イオン注入層3、4の深さ制御は上記注入エネルギ
により制御されており、また第1、第2イオン注入層
3、4の屈折率を等しくするために、該イオン注入層
3、4のドーズ量を同じにした。尚、両イオン注入条件
は、注入オフ角度(b軸方向に対する角度)が7°、ド
ーズ量が1×1016ion/cm2である。
The first and second ion-implanted layers 3 and 4 are formed by ion-implanting twice with different implantation energies, that is, in the present embodiment, the respective implantation energies 485 KeV and 2
It was formed by injecting into the substrate 1 at 20 KeV. Where the first,
The depth control of the second ion implantation layers 3 and 4 is controlled by the implantation energy, and in order to make the refractive indexes of the first and second ion implantation layers 3 and 4 equal, the ion implantation layers 3 and 4 are controlled. The same dose amount. Both ion implantation conditions are an implantation off angle (angle with respect to the b-axis direction) of 7 ° and a dose amount of 1 × 10 16 ion / cm 2 .

【0024】斯る注入条件で作成した波長変換装置にお
いて、第1、第2イオン注入層3、4は深さがそれぞれ
0.5μm、1.1μmであり、第1、第2イオン注入
層3、4の主屈折率na(i),nb(i)は共に約7%
減、また主屈折率nc(i)は約9%減であった。ま
た、導波層2は実効層厚が約0.2μmであり、その主
屈折率na(d)、nb(d)は約1%減、主屈折率nc
(d)は約1%増であった。
In the wavelength conversion device produced under such implantation conditions, the first and second ion implantation layers 3 and 4 have depths of 0.5 μm and 1.1 μm, respectively. The principal refractive indices n a (i) and n b (i) of 4 are both about 7%.
The main refractive index n c (i) was decreased by about 9%. In addition, the waveguide layer 2 has an effective layer thickness of about 0.2 μm, its main refractive index n a (d) and n b (d) are reduced by about 1%, and the main refractive index n c
(D) was about 1% increase.

【0025】斯る波長変換装置において、半導体レーザ
装置から出力した出力100mW、室温発振波長λm
0.88μmのTMモードの光(基本波)26を導波層
2の該導波層2のa軸方向に沿って一方の端面から入射
した場合、該半導体レーザ装置の温度を変化させて該光
の波長を微調節することにより、この導波層2の他方の
端面から出力した出力0.2mW、波長0.441μm
のコヒーレントな第2高調波27が観測できた。
In such a wavelength conversion device, the output power from the semiconductor laser device is 100 mW and the room temperature oscillation wavelength λ m =
When 0.88 μm TM mode light (fundamental wave) 26 is incident from one end face of the waveguide layer 2 along the a-axis direction of the waveguide layer 2, the temperature of the semiconductor laser device is changed to By finely adjusting the wavelength of light, the output of the other end face of the waveguide layer 2 is 0.2 mW and the wavelength is 0.441 μm.
The coherent second harmonic 27 of was observed.

【0026】このように、前記λc0=0.86μmによ
り近い波長λm=0.88μmの光においても、第2高
調波が発生できた理由を図3を用いて説明する。
The reason why the second harmonic can be generated even in the light having the wavelength λ m = 0.88 μm closer to λ c0 = 0.86 μm will be described with reference to FIG.

【0027】λcより短い波長の基本波λmを第2高調波
に変換する場合、図6から判るように導波層2の実効屈
折率nbw(d)、nc2w(d)には、nbw(d)<nc2w
(d)の関係となるが、上述のように導波層を挟む2つ
の層の屈折率が等しい対称導波路では、基本波と第2高
調波に対するカットオフ層厚がともに0μmとなり、更
に基本波の波長λmがλcsより大きいので、図7から判
るようにカットオフ層厚での実効屈折率nbw(i)、n
c2w(i)には、nbw(i)>nc2w(i)の関係が成り
立つ。従って、上述のように位相整合できるのは、分散
曲線を示す図3から判るようにTMモードの基本波の分
散曲線CwとTEモードの第2高調波の分散曲線C2w
ある層厚tpm´において交差するためである。
When the fundamental wave λ m having a wavelength shorter than λ c is converted into the second harmonic wave, the effective refractive indices n bw (d) and n c2w (d) of the waveguide layer 2 are as shown in FIG. , N bw (d) <n c2w
Regarding the relationship of (d), as described above, in a symmetric waveguide in which two layers sandwiching the waveguide layer have the same refractive index, the cutoff layer thicknesses for the fundamental wave and the second harmonic are both 0 μm, and Since the wavelength λ m of the wave is larger than λ cs , as can be seen from FIG. 7, the effective refractive index n bw (i), n at the cut-off layer thickness is
The relationship of n bw (i)> n c2w (i) holds for c2w (i). Therefore, as described above, the phase matching can be achieved by the dispersion curve C w of the fundamental wave of the TM mode and the dispersion curve C 2w of the second harmonic of the TE mode, as shown in FIG. This is because they intersect at pm '.

【0028】尚、上記実施例ではKNbO3のb軸配向
基板を用いたが、KNbO3のc軸配向基板を用いても
よく、この場合は基本波としてTEモードのコヒーレン
ト光を用いることにより、TMモードの短波長でコヒー
レントな第2高調波が取り出せる。
[0028] In the above embodiment was used b-axis orientation substrate of KNbO 3, may be used c-axis alignment substrate of KNbO 3, by the case of using the coherent light of TE mode as the fundamental wave, The second harmonic that is coherent at the short wavelength of the TM mode can be extracted.

【0029】また、非線形光学結晶として、KNbO3
に限定されず、例えばKTP(KTiOPO4、チタン
酸りん酸カリウム)やLiNbO3(ニオブ酸リチウ
ム)等をはじめ他の非線形光学結晶も適宜利用できる。
As a nonlinear optical crystal, KNbO 3
However, other nonlinear optical crystals such as KTP (KTiOPO 4 , potassium titanate phosphate), LiNbO 3 (lithium niobate) and the like can be appropriately used.

【0030】更に、イオン注入層を形成するためには、
He+以外の他のイオンを適宜利用できる。
Further, in order to form the ion implantation layer,
Ions other than He + can be appropriately used.

【0031】上述のように、非線形光学材料内に2つの
イオン注入層を互いに離間して設け、該2つのイオン注
入層間を導波層とし、該導波層を用いて基本波から第2
高調波を発生させることにより、該導波層に隣接する
層、即ち2つのイオン注入層の屈折率が等しい対称導波
路とすることが可能である。この結果、基本波及び高調
波の両方のカットオフ層厚を0μmにすることができる
ので、従来の単一のイオン注入層をもつ波長変換装置に
比べて短い、即ち非線形光学結晶のもつλc0に近い値の
波長の基本波を第2高調波に変換できる。
As described above, the two ion-implanted layers are provided in the nonlinear optical material so as to be separated from each other, and the two ion-implanted layers are used as the waveguide layer.
By generating harmonics, it is possible to make a layer adjacent to the waveguide layer, that is, a symmetric waveguide in which two ion-implanted layers have the same refractive index. As a result, the cutoff layer thickness of both the fundamental wave and the harmonic wave can be set to 0 μm, which is shorter than that of the conventional wavelength converter having a single ion-implanted layer, that is, λ c0 of the nonlinear optical crystal. It is possible to convert the fundamental wave having a wavelength close to to the second harmonic.

【0032】また、斯る構造では、2つのイオン注入層
が導波層を挟む低屈折率層となるので、従来例の構造の
ように導波層上部のクラッド層、即ち外部雰囲気(空気
や窒素ガス)に依存しない。従って、本発明の装置は該
外部雰囲気に拘らず同一の形状及び寸法で利用できる。
Further, in this structure, since the two ion-implanted layers are low refractive index layers sandwiching the waveguide layer, the cladding layer above the waveguide layer, that is, the external atmosphere (air or Nitrogen gas). Therefore, the device of the present invention can be used in the same shape and size regardless of the external atmosphere.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明の波長変換装置は、2つのイオン
注入層間に挟まれた領域を導波層とする構造なので、該
導波層に隣接する層、即ち2つのイオン注入層の屈折率
が等しい対称導波路とすることが可能である。従って、
従来の単一イオン注入層から形成される波長変換装置に
比べてより短い波長の基本波も第2高調波に変換でき
る。
Since the wavelength conversion device of the present invention has a structure in which the region sandwiched between two ion implantation layers is used as the waveguide layer, the refractive index of the layer adjacent to the waveguide layer, that is, the two ion implantation layers. Can be symmetrical waveguides. Therefore,
A fundamental wave having a shorter wavelength than that of a conventional wavelength conversion device formed of a single ion-implanted layer can be converted into a second harmonic.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係る波長変換装置の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a wavelength conversion device according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記図1中の破線E−Hに沿った屈折率分布を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution along a broken line E-H in FIG.

【図3】上記実施例の波長変換装置の波長分散特性図で
ある。
FIG. 3 is a chromatic dispersion characteristic diagram of the wavelength conversion device of the above embodiment.

【図4】従来例の波長変換装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional wavelength conversion device.

【図5】上記図4の破線A−Dに沿った屈折率分布を示
す図である。
5 is a diagram showing a refractive index distribution along the broken line A-D in FIG.

【図6】イオン注入により作成された導波層の波長分散
特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing wavelength dispersion characteristics of a waveguide layer formed by ion implantation.

【図7】イオン注入層の波長分散特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing wavelength dispersion characteristics of an ion implantation layer.

【図8】上記従来例の波長変換装置の波長分散特性を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing wavelength dispersion characteristics of the wavelength conversion device of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板(非線形光学材料) 2 導波層 3 第1イオン注入層 4 第2イオン注入層 26 基本波 27 第2高調波 1 substrate (non-linear optical material) 2 waveguiding layer 3 first ion-implanted layer 4 second ion-implanted layer 26 fundamental wave 27 second harmonic

フロントページの続き (72)発明者 野中 英幸 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内Front page continued (72) Inventor Hideyuki Nonaka 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非線形光学材料内に2つのイオン注入層
を互いに離間して設け、該2つのイオン注入層間を導波
層とし、該導波層の一方の端面から基本波を入射し、こ
の導波層の他方の端面から第2高調波を発生させること
を特徴とする波長変換装置。
1. A non-linear optical material having two ion-implanted layers separated from each other, the two ion-implanted layers serving as a waveguide layer, and a fundamental wave incident from one end face of the waveguide layer. A wavelength conversion device, wherein a second harmonic is generated from the other end face of the waveguide layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7865524B2 (en) 2002-05-31 2011-01-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of capturing scene and recorder with means of performing this method

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