JPH07114050A - Waveguide type wavelength conversion element - Google Patents

Waveguide type wavelength conversion element

Info

Publication number
JPH07114050A
JPH07114050A JP4731094A JP4731094A JPH07114050A JP H07114050 A JPH07114050 A JP H07114050A JP 4731094 A JP4731094 A JP 4731094A JP 4731094 A JP4731094 A JP 4731094A JP H07114050 A JPH07114050 A JP H07114050A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
wavelength conversion
conversion element
refractive index
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4731094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Yamamoto
弘信 山本
Keisuke Sasaki
敬介 佐々木
Takashi Tsuchiya
敬司 土屋
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.)
Sanofi Aventis KK
Original Assignee
Hoechst Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoechst Japan Ltd filed Critical Hoechst Japan Ltd
Priority to JP4731094A priority Critical patent/JPH07114050A/en
Publication of JPH07114050A publication Critical patent/JPH07114050A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide the waveguide type wavelength conversion element which is greatly widened in the permissible width of the film thicknesses of waveguide layers at phase matching points, is enhanced in wavelength conversion efficiency and is easily producible. CONSTITUTION:At least either of the first layer 3 and second layer 2 of the four-layered waveguide type wavelength conversion element consist of linear media and at least one of the four layers consist of nonlinear media. The respective refractive index dispersions of the four layers are selected in such a manner that such ranges of the thicknesses of the first layer 3 and second layer 2 as to bring the respective dispersion curves of basic waves and second harmonic wave into contact with each other attain several tens Angstrom or above in the waveguide mode dispersion curves indicating a relation between the respective thicknesses of the first layer 3 and the second layer 2 and effective refractive indices.

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、光通信や光情報処理の
分野における、レーザー光の波長変換やパラメトリック
増幅等に有用な導波路型非線形光学素子、特に波長変換
素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type non-linear optical element, especially a wavelength converting element, which is useful for wavelength conversion of laser light and parametric amplification in the fields of optical communication and optical information processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザーなどを基本波光源に用
い、非線形光学(以下、NLOともいう)素子によりその
波長を短波長化し可視コヒーレント光源を実現すること
が期待されている。波長変換(主として第2高調波発
生、以下SHGともいう)のための非線形光学材料の開
発は無機・有機材料を問わず多岐にわたって研究されて
いるが、そのデバイス化においては有効な設計概念や作
製技術が確立されていない。
2. Description of the Related Art It is expected that a visible light coherent light source will be realized by using a semiconductor laser or the like as a fundamental light source and shortening its wavelength by a non-linear optical (NLO) element. The development of nonlinear optical materials for wavelength conversion (mainly second harmonic generation, hereinafter also referred to as SHG) has been extensively studied regardless of whether it is an inorganic or organic material. The technology is not established.

【0003】波長変換素子を作製する方法としては、バ
ルク単結晶を半導体レーザーと直接組み合せたり、光共
振器内に結晶を挿入して作製する方式と、薄膜光導波路
を用いて作製する方式の2通りに分けられる。
As a method of manufacturing a wavelength conversion element, a method of directly combining a bulk single crystal with a semiconductor laser, a method of inserting a crystal into an optical resonator and a method of using a thin film optical waveguide are used. Divided into streets.

【0004】単結晶を用いる方式では、イ)高品質で加
工に適した大きさの単結晶が必要である、ロ)結晶の位
相整合方向への加工が不可欠である、ハ)加工面の研磨
や無反射膜の加工が必要である、ニ)共振器型で用いる
場合には、共振器の制御が必要である等、付加的な技術
が不可欠であり、これらの必要条件を満足するには困難
で解決すべき問題点が多くある。
In the method using a single crystal, (a) a single crystal of high quality and a size suitable for processing is required, (b) processing in the phase matching direction of the crystal is indispensable, and (c) polishing of the processed surface. It is necessary to process the non-reflective film and d) When using the resonator type, additional technology is indispensable, such as controlling the resonator. To satisfy these requirements, There are many problems that are difficult to solve.

【0005】一方、薄膜光導波路として用いる方式で
は、数μmオーダーの微小な導波層に光波パワーを閉じ
込めて光を伝搬させることができるので、高い光波パワ
ー密度を利用することができ、光導波路に共振器構造を
利用しなくても波長の高効率変換が期待できるという利
点を有している。更に、単結晶を用いる方式では利用で
きない非線形光学テンソルを有効に利用できるという利
点も有している。しかしながら、従来は薄膜光導波路を
波長変換素子に応用する場合、導波層の膜厚を高精度で
制御する必要があり、実用的なデバイスを作製すること
が技術的に困難であった。
On the other hand, in the method of using as a thin film optical waveguide, since the light wave power can be confined in a minute waveguiding layer of the order of several μm and the light can be propagated, a high light wave power density can be utilized and the optical waveguide In addition, it has the advantage that highly efficient wavelength conversion can be expected without using a resonator structure. Furthermore, there is an advantage that a nonlinear optical tensor which cannot be used in the method using a single crystal can be effectively used. However, conventionally, when the thin film optical waveguide is applied to a wavelength conversion element, it is necessary to control the film thickness of the waveguide layer with high accuracy, and it is technically difficult to manufacture a practical device.

【0006】また、光導波路型波長変換素子において効
率よく第2高調波(以下、SH波ともいう)を得るため
には、1)長い相互作用長で位相整合を達成すること、
及び、2)基本波モードと第2高調波モードの重なり積
分を大きくすることの2点が重要である。1)は、基本
波と導波路内で発生するSH波との伝搬定数、つまり、
位相速度即ち実効屈折率を等しくすることを意味する。
2)は、基本波とSH波とのモードの振幅分布関数同士
の重なりを大きくすることを意味する。この重なりが小
さいと光波パワーの変換が十分に起きない。振幅分布関
数の重なりは、次数の低いモードの光同士の変換を用い
れば実現できる。従って、導波層と基板の屈折率を適切
に選択すれば振幅分布関数の重なりを大きくすることが
できる。そのためには、導波層の厚みが約0.5〜1μ
m程度の導波路を使用することが必要である。
Further, in order to efficiently obtain the second harmonic (hereinafter, also referred to as SH wave) in the optical waveguide type wavelength conversion element, 1) achieving phase matching with a long interaction length,
2) It is important to increase the overlap integral of the fundamental wave mode and the second harmonic mode. 1) is the propagation constant of the fundamental wave and the SH wave generated in the waveguide, that is,
It means that the phase velocities, that is, the effective refractive indexes are made equal.
2) means increasing the overlap between the amplitude distribution functions of the fundamental wave mode and the SH wave mode. If this overlap is small, conversion of light wave power will not occur sufficiently. The overlapping of the amplitude distribution functions can be realized by using conversion between lights of low-order modes. Therefore, the overlap of the amplitude distribution functions can be increased by appropriately selecting the refractive index of the waveguide layer and the substrate. For that purpose, the thickness of the waveguide layer is about 0.5 to 1 μm.
It is necessary to use about m waveguides.

【0007】1)の位相整合方法としては、導波路特有
のモード分散が利用できる。この場合には、基本波とS
H波との実効屈折率が等しくなるように導波路の膜厚を
制御して導波路型波長変換素子を作製すればよい。しか
し、これは技術的に非常に困難であることが知られてい
る。例えば、梅垣真祐著「有機非線形光学材料」(ぶん
しん出版、1990年)を参照されたい。最も一般的な
3層導波路(上部クラッド/導波層/基板)において、
実用的なSHG変換効率が得られると考えられるSHG
変換効率の半値幅(FWHM)における導波層の膜厚
は、約数〜10オングストローム程度になる。換言すれ
ば、基本波の波長の変動を約0.1nm〜数nm以内に
制御しなければならない。約1μmの厚みの導波層の膜
厚を数オングストロームの範囲内でコントロールして作
製することは現在の薄膜作製技術では不可能に近い。従
って、これに代わる方法として、導波路の温度を変化さ
せたり、電場を印加して実効屈折率や膜厚を変化させる
方法や、テーパ状の導波層(導波層の膜厚が漸次変化す
るもの)を用いて所望の膜厚を見出して位相整合を達成
する工夫がなされているが、まだ実用化されていない。
As the phase matching method of 1), the mode dispersion peculiar to the waveguide can be used. In this case, the fundamental wave and S
The waveguide type wavelength conversion element may be manufactured by controlling the film thickness of the waveguide so that the effective refractive index of the H wave becomes equal. However, this is known to be technically very difficult. For example, see Shinsuke Umegaki, “Organic Nonlinear Optical Materials” (Bunshin Publishing, 1990). In the most common 3-layer waveguide (upper clad / waveguide layer / substrate),
SHG that is considered to have practical SHG conversion efficiency
The film thickness of the waveguide layer in the half-width of conversion efficiency (FWHM) is about several tens to 10 angstroms. In other words, the fluctuation of the wavelength of the fundamental wave must be controlled within about 0.1 nm to several nm. It is almost impossible to control the film thickness of the waveguide layer having a thickness of about 1 μm within the range of several angstroms by the current thin film manufacturing technology. Therefore, as an alternative method, the temperature of the waveguide is changed, an effective electric field is applied to change the effective refractive index or the film thickness, or a tapered waveguide layer (the film thickness of the waveguide layer is gradually changed). However, it has not been put to practical use yet.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、導波層
の厚みを数オングストロームの範囲内で制御する必要の
ある3層構造導波路の実用化は技術的に不可能である。
従って、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
位相整合点における導波層の膜厚許容幅を大幅に広げ、
波長の変換効率を大きくでき、しかも作製が容易な導波
路型波長変換素子を提供することである。
As described above, it is technically impossible to put into practical use a three-layer structure waveguide in which the thickness of the waveguide layer needs to be controlled within the range of several angstroms.
Therefore, the object of the present invention is to solve the above technical problems,
Significantly widening the allowable thickness of the waveguide layer at the phase matching point,
An object of the present invention is to provide a waveguide type wavelength conversion element which can increase the wavelength conversion efficiency and is easy to manufacture.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、導波路型波長変換
素子の構造を4層とした場合には導波層の膜厚制御が緩
和でき、本発明の目的を達成できることを見出した。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that when the structure of the waveguide type wavelength conversion element has four layers, the film thickness of the waveguide layer is large. It has been found that the control can be relaxed and the object of the present invention can be achieved.

【0010】即ち、本発明によれば、4層構造の導波路
型波長変換素子が提供される。本発明の導波路型波長変
換素子は、線形又は非線形媒質から成る基板;基板上に
設けられた第1の層であって、基板の屈折率より大きな
屈折率を有する線形又は非線形媒質から成るもの;第1
の層上に設けられた第2の層であって、基板の屈折率よ
り大きな屈折率を有する線形媒質から成るもの;及び第
2の層上に設けられた上部クラッド層であって、第1の
層及び第2の層の屈折率よりも小さな屈折率を有する線
形又は非線形媒質から成るもの;から構成される4層導
波路型波長変換素子であって、第1の層3及び第2の層
2の少なくとも一つは線形媒質から成り、且つ4層のう
ちの少なくとも一つは非線形媒質から成り、そして第1
の層及び第2の層の各々の厚みと実効屈折率との関係を
示す導波モード分散曲線において、基本波と第2高調波
の各分散曲線が接するような第1の層及び第2層の厚み
の範囲(つまり、位相整合点の膜厚許容幅)が、各々数
十Å以上となるように4層各々の屈折率分散が選択され
ることを特徴とするものである。
That is, according to the present invention, a waveguide type wavelength conversion element having a four-layer structure is provided. The waveguide type wavelength conversion element of the present invention is a substrate made of a linear or non-linear medium; a first layer provided on the substrate and made of a linear or non-linear medium having a refractive index higher than that of the substrate. First
A second layer overlying the first layer, the second layer comprising a linear medium having a refractive index greater than that of the substrate; and an upper cladding layer overlying the second layer, A four-layer waveguide type wavelength conversion element comprising a linear or nonlinear medium having a refractive index smaller than that of the first layer 3 and the second layer. At least one of the layers 2 comprises a linear medium and at least one of the four layers comprises a non-linear medium, and
In the guided mode dispersion curve showing the relationship between the respective thicknesses of the second layer and the second layer and the effective refractive index, the first layer and the second layer such that the respective dispersion curves of the fundamental wave and the second harmonic contact each other. The refractive index dispersion of each of the four layers is selected so that the thickness range (i.e., the allowable film thickness at the phase matching point) is several tens of liters or more.

【0011】上述の通り、従来の3層導波路型波長変換
素子においては、図6に示すように、導波層の厚みと実
効屈折率との関係を示す導波モード分散曲線における基
本波と第2高調波の各分散曲線は、単に交わるのみであ
る。つまり、実用的な波長変換効率が得られるような基
本波と第2高調波との位相整合点における導波層の厚み
の許容幅は、高々10オングストローム程度である。こ
れに対して、本願発明においては、導波路型波長変換素
子を4層構造とし、且つ各層の屈折率分散を適切に選択
することによって、基本波と第2高調波の分散曲線が部
分的に重なるようになる。つまり、基本波と第2高調波
との位相整合点における導波層の厚みの許容幅が数十Å
以上となるのである。許容幅は、好ましくは約30Å以
上、特に好ましくは約100Å以上、更に好ましくは約
300Å以上である。
As described above, in the conventional three-layer waveguide type wavelength conversion element, as shown in FIG. 6, the fundamental wave in the waveguide mode dispersion curve showing the relationship between the thickness of the waveguide layer and the effective refractive index is used. The respective dispersion curves of the second harmonic simply intersect. In other words, the allowable width of the thickness of the waveguide layer at the phase matching point of the fundamental wave and the second harmonic that can obtain a practical wavelength conversion efficiency is about 10 angstroms at most. On the other hand, in the present invention, the waveguide type wavelength conversion element has a four-layer structure, and by appropriately selecting the refractive index dispersion of each layer, the dispersion curves of the fundamental wave and the second harmonic wave are partially It will overlap. In other words, the allowable width of the thickness of the waveguide layer at the phase matching point between the fundamental wave and the second harmonic is several tens of liters.
That is all. The allowable width is preferably about 30Å or more, particularly preferably about 100Å or more, and further preferably about 300Å or more.

【0012】本発明において、線形媒質とは、光との相
互作用が線形である物質をいう。本発明において使用し
得る線形媒質には、例えば、無機物質の誘電体、例えば
各種ガラス、特にSF15ガラス、SFS01ガラス、
LaK011ガラス、BK6ガラス、BK7ガラス、B
SK7ガラス、SK4ガラスやSF9ガラス等のガラス
や石英、サファイア、五酸化タンタル(Ta)、
二酸化ケイ素(SiO)等がある。これらの固体物質
に加えて、空気のような気体も線形媒質として使用し得
る。従って、例えば、上部クラッド層に線形媒質として
の空気を用いる場合には、本発明の4層導波路型波長変
換素子は見掛上3層構造となる。
In the present invention, the linear medium means a substance whose interaction with light is linear. Linear media that may be used in the present invention include, for example, dielectrics of inorganic materials such as various glasses, especially SF15 glass, SFS01 glass,
LaK011 glass, BK6 glass, BK7 glass, B
Glass such as SK7 glass, SK4 glass and SF9 glass, quartz, sapphire, tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ),
Silicon dioxide (SiO 2 ) and the like are available. In addition to these solid materials, gases such as air can also be used as the linear medium. Therefore, for example, when air is used as the linear medium for the upper cladding layer, the 4-layer waveguide type wavelength conversion element of the present invention apparently has a 3-layer structure.

【0013】また、本発明において、非線形媒質とは、
光を入射した際に2次又はそれ以上の非線形相互作用が
生じる物質をいう。本発明においては、好ましくは2次
の非線形光学効果を有する物質を非線形媒質として使用
する。本発明において使用し得る非線形媒質としては、
例えば、ZnS、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、
タンタル酸リチウム(LiTaO)、リン酸チタン酸
カリウム(KTP)、リン酸二水素カリウム(KD
P)、リン酸二水素アンモニウム(ADP)、砒酸二水
素カリウム(KDA)、砒酸二水素アンモニウム(AD
A)等の無機化合物、尿素、2−メチル−4−ニトロア
ニリン(MNA)、m−ニトロアニリン、p−ニトロア
ニリン、N,N−ジメチル−2−アセチルアミノ−4−
ニトロアニリン(DAN)、3−メチル−4−ニトロピ
リジン−N−オキシド(POM)、N−(4−ニトロフ
ェノール)−(L)−プリノール(NPP)、3,5−
ジメチル−1−(4−ニトロフェニル)ピラゾール、4
−ジメチルアミノ−4’−ニトロスチルベン(DEAN
S)、N−イソプロピル−N’−(4−アセチルフェニ
ル)ウレア、N−(4−ニトロフェニル)−N−メチル
アミノアセトニトリル(NPAN)、2−シクロオクチ
ルアミノ−5−ニトロピリジン(COANP)、シアニ
ン−p−トルエンスルホン酸、N−{5−(2−ニト
ロ)−ピリジル}−プロピノール等の有機化合物、ポー
ルドポリマー(poled polymer)等の高分子材料、ゾル
−ゲルガラス非線形光学材料、ラングミュアー・ブロジ
ェット膜(以下、LB膜ともいう)非線形光学材料など
が挙げられる。さらに、特願平4−268283号及び
特開平6−18946号公報に記載の非線形光学材料も
使用することができる。
In the present invention, the nonlinear medium is
A substance that undergoes a secondary or higher-order nonlinear interaction when light is incident. In the present invention, a substance having a second-order nonlinear optical effect is preferably used as the nonlinear medium. Non-linear media that can be used in the present invention include:
For example, ZnS, lithium niobate (LiNbO 3 ),
Lithium tantalate (LiTaO 3 ), potassium titanate phosphate (KTP), potassium dihydrogen phosphate (KD
P), ammonium dihydrogen phosphate (ADP), potassium dihydrogen arsenate (KDA), ammonium dihydrogen arsenate (AD)
Inorganic compounds such as A), urea, 2-methyl-4-nitroaniline (MNA), m-nitroaniline, p-nitroaniline, N, N-dimethyl-2-acetylamino-4-
Nitroaniline (DAN), 3-methyl-4-nitropyridine-N-oxide (POM), N- (4-nitrophenol)-(L) -purinol (NPP), 3,5-
Dimethyl-1- (4-nitrophenyl) pyrazole, 4
-Dimethylamino-4'-nitrostilbene (DEAN
S), N-isopropyl-N '-(4-acetylphenyl) urea, N- (4-nitrophenyl) -N-methylaminoacetonitrile (NPAN), 2-cyclooctylamino-5-nitropyridine (COANP), Cyanine-p-toluenesulfonic acid, organic compounds such as N- {5- (2-nitro) -pyridyl} -propynol, polymer materials such as poled polymers, sol-gel glass nonlinear optical materials, Langmuir -Blodgett film (hereinafter, also referred to as LB film), such as a non-linear optical material. Furthermore, the nonlinear optical materials described in Japanese Patent Application No. 4-268283 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-18946 can also be used.

【0014】ポールドポリマーとは、非線形光学効果を
有する原子団を含むポリマーであって、該原子団が一定
の方向に配向したものをいう。そのようなポリマーに
は、例えば、p−ニトロアニリンをペンダント基として
有するポリビニルアルコール(PVA−PNA)や、国
際出願WO92/07288に記載されているようなポ
リ[6−(4−ニトロビフェニルオキシ)ヘキシル・メ
タクリレート]、ポリ[L−N−p−ニトロフェニル−
2−ピペリジンメチル・アクリレート]、4−[N−
(2−メタクリロイルオキシエチル)−N−メチルアミ
ノ]−4’−ニトロスチルベンとC〜Cアルキルア
クリレート又はメタクリレートとのコポリマーなどがあ
る。これらのポリマー中の非線形光学効果を有する原子
団を配向させるための手段の一つにポーリング(polin
g)がある。ポーリングを行うためには、まず、上記の
ポリマーをスピンコーティング等の方法を用いてフィル
ム状に成形し、該フィルムを室温以上、典型的にはポリ
マーのガラス転移温度以上に加熱する。加熱下において
ポリマーに電界を印加すると(例えばDC50〜150
V/μm)、双極子モーメントを有する上記原子団は印
加された電界の方向に配向する。電界は、導波路の断面
内に最も大きなNLOテンソルが存在するように印加す
ることが好ましい。この状態を保ちつつポリマーを室温
にまで冷却すると上記原子団が一定方向に配向したフィ
ルムが得られる。
The poled polymer is a polymer containing atomic groups having a nonlinear optical effect, and the atomic groups are oriented in a certain direction. Such polymers include, for example, polyvinyl alcohol having p-nitroaniline as a pendant group (PVA-PNA) and poly [6- (4-nitrobiphenyloxy) as described in International Application WO92 / 07288. Hexyl methacrylate], poly [L-N-p-nitrophenyl-
2-piperidine methyl acrylate], 4- [N-
(2-methacryloyloxyethyl) -N-methylamino] -4′-nitrostilbene and a copolymer of C 1 -C 6 alkyl acrylate or methacrylate. One of the means for orienting atomic groups having a nonlinear optical effect in these polymers is poling (polin
There is g). In order to carry out poling, first, the above polymer is formed into a film by a method such as spin coating, and the film is heated to room temperature or higher, typically to the glass transition temperature of the polymer or higher. When an electric field is applied to the polymer under heating (for example, DC50 to 150
V / μm), the atomic group having a dipole moment is oriented in the direction of the applied electric field. The electric field is preferably applied so that the largest NLO tensor exists in the waveguide cross section. When the polymer is cooled to room temperature while maintaining this state, a film in which the above atomic groups are oriented in a certain direction can be obtained.

【0015】 LB膜非線形光学材料とは、非線形光学効
果を有する単分子から構成されるLB膜をいう。該単分
子は、典型的には、主鎖が脂肪族鎖であってその両端に
親水性基と疎水性基とをそれぞれ有し、側鎖として電子
供与体と電子受容体とを含むπ電子共役系の原子団を有
するものである。LB膜の非線形光学活性については多
くの報告があり、就中、ヘミシアニン系、メロシアニン
系、アゾ系、ニトロアニリン系、アミノ安息香酸系及び
スチルベン系について研究されている。例えば、J.
D.SwalenのAnnu.Rev.Mater.第
373巻、第21頁(1991年)を参照されたい。
[0015] The LB film nonlinear optical material is a nonlinear optical effect.
It refers to an LB film composed of a single molecule having fruits. The unit
A child typically has an aliphatic main chain at both ends.
It has a hydrophilic group and a hydrophobic group, respectively, and has an electron as a side chain.
It has an atomic group of π-electron conjugated system including a donor and an electron acceptor.
To do. The nonlinear optical activity of LB film is
There are many reports, among them, hemicyanine, merocyanine
Type, azo type, nitroaniline type, aminobenzoic acid type and
The stilbene system is being studied. For example, J.
D. Swalen's Annu. Rev. Mater. First
See Volume 373, page 21 (1991).

【0016】ゾル−ゲルガラス非線形光学材料とは、非
線形光学効果を有する有機分子を混合した金属アルコキ
シドを加水分解・ゲル化させる過程においてポーリング
を施し、非線形光学効果を有する有機分子が一定の方向
に配向した非晶質体をいう。ポーリングは、ポールドポ
リマーフィルムを作製する場合と同様に、スピンコーテ
ィング等の方法を用いてガラス基板上に非晶質薄膜をを
形成した後に、室温以上に加熱しながら静電界を印加す
ることにより行うことができる。
The sol-gel glass non-linear optical material is a non-linear optical material which is subjected to poling in the process of hydrolyzing / gelling a metal alkoxide mixed with an organic molecule having a non-linear optical effect so that the organic molecule having a non-linear optical effect is oriented in a certain direction. It means an amorphous body. Pauling is performed by applying an electrostatic field while heating to room temperature or higher after forming an amorphous thin film on a glass substrate using a method such as spin coating, as in the case of producing a poled polymer film. It can be carried out.

【0017】金属アルコキシドとしては、例えば、Si
(OR)で表されるシリコンアルコキシドを用いるこ
とができる。ここで、Rは、メチル基、エチル基、プロ
ピル基等である。例えば、金属アルコキシドとしてシリ
コンアルコキシドを用い、これに水及びメタノールのよ
うなアルコールを加え、更に非線形光学効果を有する有
機分子を混合した混合液を基板上に塗布し、室温で加水
分解・脱水縮合を進行せしめる。シリコンアルコキシド
は加水分解によりSiOになり、これが脱水・縮合す
ることによりゲルと呼ばれる固体になる。この場合、非
線形光学効果を有する有機分子は、その構造に影響を受
けることなくSiOの網目状構造内に取り込まれるも
のと考えられる。
Examples of the metal alkoxide include Si
A silicon alkoxide represented by (OR) 4 can be used. Here, R is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or the like. For example, a silicon alkoxide is used as a metal alkoxide, water and an alcohol such as methanol are added thereto, and a mixed solution in which organic molecules having a nonlinear optical effect are mixed is coated on a substrate and subjected to hydrolysis / dehydration condensation at room temperature. Make progress. Silicon alkoxide is hydrolyzed to SiO 2 , which is dehydrated and condensed to become a solid called gel. In this case, it is considered that the organic molecule having the nonlinear optical effect is incorporated into the SiO 2 network structure without being affected by the structure.

【0018】ゾル−ゲルガラス非線形光学材料に用いら
れる非線形光学効果を有する有機分子には、例えば、ニ
トロ−2−アミノトルエン、クロロ−4−ニトロアニリ
ン、2−メチル−4−ニトロ−N−メチルアニリン、2
−アミノ3−ニトロピリジン。2−クロロ−3,5−ジ
ニトロピリジン、1,3−ジメチル尿素、5−インドー
ル等がある。
Organic molecules having a nonlinear optical effect used in the sol-gel glass nonlinear optical material include, for example, nitro-2-aminotoluene, chloro-4-nitroaniline, 2-methyl-4-nitro-N-methylaniline. Two
-Amino 3-nitropyridine. 2-chloro-3,5-dinitropyridine, 1,3-dimethylurea, 5-indole and the like.

【0019】本発明の導波路型波長変換素子において
は、第1の層3及び第2の層2の少なくとも一つは線形
媒質から成る。つまり、第1の層3及び第2の層2のい
ずれか一方が線形媒質から成るか、又は両層共に線形媒
質から成る。前者の場合には、線形媒質から成る層の屈
折率が、他方の層の屈折率より大きいことが素子作製上
好ましい。後者の場合には、且つ第2の層2の屈折率が
第1の層3の屈折率よりも大きいことが好ましい。
In the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, at least one of the first layer 3 and the second layer 2 is made of a linear medium. That is, one of the first layer 3 and the second layer 2 is made of a linear medium, or both layers are made of a linear medium. In the former case, the refractive index of the layer made of the linear medium is preferably higher than the refractive index of the other layer from the viewpoint of device fabrication. In the latter case, it is preferable that the refractive index of the second layer 2 is larger than that of the first layer 3.

【0020】本発明の導波路型波長変換素子において
は、4層のうちの少なくとも1つの層に非線形媒質を用
いる。これらの層に用いられる非線形媒質は同一でもよ
く、又は異なっていてもよい。但し、第1の層3及び第
2の層2のうち、導波層として作用する層には、非線形
媒質を用いないことが好ましい。この理由は、導波層に
非線形媒質を用いることも理論的には可能であるが、非
線形媒質から成る薄膜の膜厚を精密に制御することは、
線形媒質から成る薄膜の膜厚を制御することよりも技術
的に非常に困難なので有利とはいえないからである。
In the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, a nonlinear medium is used in at least one of the four layers. The nonlinear media used for these layers may be the same or different. However, of the first layer 3 and the second layer 2, it is preferable not to use a non-linear medium for the layer acting as a waveguide layer. The reason for this is that it is theoretically possible to use a nonlinear medium for the waveguide layer, but precise control of the film thickness of a thin film made of a nonlinear medium is
This is because it is technically much more difficult than controlling the film thickness of a thin film made of a linear medium, and is not advantageous.

【0021】本発明の好ましい態様においては、基板
4、第1の層3及び第2の層2を線形媒質から作製し、
上部クラッド層1を非線形媒質から作製することが技術
的には有利である。その理由は、上述の通り、本発明の
導波路型波長変換素子における導波層は第1の層3及び
第2の層2の両方であるか、又はいずれか一方である
が、導波層として作用するこれらの層に非線形媒質を使
用すると、その膜厚を制御することが技術的に非常に困
難となるからである。従って、第1の層3及び第2の層
2には線形媒質を使用することが好ましい。上部クラッ
ド層1に非線形媒質を使用する場合には、非線形分極波
は導波モードの浸み出し、つまりエバネッセント波によ
って生成されるので、パワーの移行、つまり重なり積分
は上部クラッド層4において行われる。
In a preferred embodiment of the invention, the substrate 4, the first layer 3 and the second layer 2 are made of a linear medium,
It is technically advantageous to manufacture the upper clad layer 1 from a nonlinear medium. The reason is that, as described above, the waveguide layer in the waveguide type wavelength conversion element of the present invention is both the first layer 3 and the second layer 2 or either one of them. This is because it is technically very difficult to control the film thickness when a non-linear medium is used for these layers that act as. Therefore, it is preferable to use a linear medium for the first layer 3 and the second layer 2. When a nonlinear medium is used for the upper clad layer 1, the nonlinear polarization wave is generated by the leaching of the guided mode, that is, the evanescent wave, so that the power transfer, that is, the overlap integral is performed in the upper clad layer 4. .

【0022】基板4と上部クラッド層1とに線形媒質を
使用し、第1の層3又は第2の層の何れか一方に非線形
媒質を使用する場合には、この非線形媒質として、有機
若しくは無機非線形光学材料の結晶、ポールドポリマ
ー、ゾル−ゲルガラスNLO材料又はLB膜NLO材料
を使用することが好ましい。
When a linear medium is used for the substrate 4 and the upper cladding layer 1 and a nonlinear medium is used for either the first layer 3 or the second layer, the nonlinear medium may be an organic or inorganic material. It is preferred to use crystals of nonlinear optical materials, poled polymers, sol-gel glass NLO materials or LB film NLO materials.

【0023】本発明の更に好ましい態様においては、基
板4はガラスから成り、第1の層3及び第2の層2は無
機誘電体から成り、上部クラッド層1は有機又は無機非
線形光学材料の結晶、ポールドポリマー又はN−イソプ
ロピル−N’−(4−アセチルフェニル)ウレア又はN
−(4−アミノベンゼンスルホニル)アセトアミドから
成る。この場合、第1の層3と第2の層2を構成する無
機誘電体の屈折率が相違することはいうまでもない。
In a further preferred embodiment of the invention, the substrate 4 is made of glass, the first layer 3 and the second layer 2 are made of an inorganic dielectric, and the upper cladding layer 1 is a crystal of an organic or inorganic nonlinear optical material. , Poled polymer or N-isopropyl-N '-(4-acetylphenyl) urea or N
It consists of-(4-aminobenzenesulfonyl) acetamide. In this case, it goes without saying that the refractive indices of the inorganic dielectric materials forming the first layer 3 and the second layer 2 are different.

【0024】本発明の導波路型波長変換素子を設計する
場合には、一般に以下の手順に従うことが有利である。
まず、本発明の導波路型波長変換素子を構成する4層の
うち、非線形媒質を用いる層、例えば上部クラッド層や
第1の層にどのような物質を使用するかを選択する。選
択に際しては、その物質の有する非線形光学効果の程
度、加工の容易さや屈折率等を考慮する。次いで、線形
媒質を用いる層に使用する物質を選択する。線形媒質の
選択に際しては、後述する理論計算によって、第1の層
及び第2の層の各々の厚みと実効屈折率との関係を示す
導波モード分散曲線を描き、基本波と第2高調波の各分
散曲線が接するような第1の層及び第2の層の厚みの範
囲が、各々数十Åとなるような屈折率分散を有する物質
を選択する。最適条件に合致する屈折率を有し、且つ可
視光領域で透明である線形媒質が単独で存在しない場合
には、2種類以上の物質を特定の組成で複合した組成物
を線形媒質として使用できる。例えば、屈折率が大きい
物質と小さい物質とを任意の組成で複合したターゲット
を用いたスパッタリング法によって、組成比に対応した
屈折率分散を有する複合薄膜が得られることが報告され
ている。これに関しては、M.Kobayashi and H.TeruiのA
ppl.Opt.,vol.22,No.19,p.3121を参照されたい。このよ
うに、透明な2成分複合ターゲットを用い、その組成比
を調節することによって、理想的な屈折率分散を有する
透明薄膜を作製することができる。一例を挙げると、必
要とされる屈折率が2.2〜2.3付近の場合には、2
成分として硫化亜鉛(ZnS、n=2.3〜2.4)と
二酸化珪素(SiO、n=1.45)とを約9:1の
モル比で複合したターゲットを用いてスパッタリングし
て、所望の屈折率分散を有する薄膜を作製することがで
きる。
When designing the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, it is generally advantageous to follow the following procedure.
First, of the four layers constituting the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, what kind of material is used for the layer using the nonlinear medium, for example, the upper clad layer or the first layer is selected. At the time of selection, the degree of nonlinear optical effect of the substance, easiness of processing, refractive index, etc. are considered. The material used for the layer with the linear medium is then selected. When selecting the linear medium, a waveguide mode dispersion curve showing the relationship between the thickness of each of the first layer and the second layer and the effective refractive index is drawn by theoretical calculation described later, and the fundamental wave and the second harmonic wave are drawn. A substance having a refractive index dispersion is selected so that the thickness ranges of the first layer and the second layer with which the respective dispersion curves are in contact are several tens of liters. When there is no single linear medium that has a refractive index that meets the optimum conditions and is transparent in the visible light region, a composition in which two or more substances are combined in a specific composition can be used as the linear medium. . For example, it has been reported that a composite thin film having a refractive index dispersion corresponding to a composition ratio can be obtained by a sputtering method using a target in which a substance having a large refractive index and a substance having a small refractive index are compounded in arbitrary compositions. In this regard, A of M. Kobayashi and H. Terui
See ppl.Opt., vol.22, No.19, p.3121. Thus, by using the transparent two-component composite target and adjusting the composition ratio thereof, a transparent thin film having an ideal refractive index dispersion can be produced. As an example, when the required refractive index is around 2.2 to 2.3, 2
Sputtering was performed using a target in which zinc sulfide (ZnS, n = 2.3 to 2.4) and silicon dioxide (SiO 2 , n = 1.45) were mixed as a component at a molar ratio of about 9: 1, A thin film having a desired refractive index dispersion can be produced.

【0025】本発明の導波路型非線形光学素子の一態様
を図1に示す。1は上部クラッド(屈折率n)、2は
厚みdの導波層(屈折率n)、3は厚みwの導波層
(屈折率n)、及び4は基板(屈折率n)である。
この導波路型非線形光学素子の導波モード分散方程式
は、以下の式(1)又は式(2)で示される。
One mode of the waveguide type nonlinear optical element of the present invention is shown in FIG. 1 is an upper clad (refractive index n 1 ), 2 is a waveguide layer with a thickness d (refractive index n 2 ), 3 is a waveguide layer with a thickness w (refractive index n 3 ), and 4 is a substrate (refractive index n 4). ).
The waveguide mode dispersion equation of this waveguide type nonlinear optical element is represented by the following equation (1) or equation (2).

【0026】n、n<n、nとし、n及びn
の大きい方をnclad、n及びnの小さい方を
core1、大きい方をncore2とすると、 i)nclad<Neff<ncore1のとき
N 1 , n 4 <n 3 , n 2, and n 1 and n
When n clad <N eff <n core1 , the larger one of 4 is n clad , the smaller one of n 2 and n 3 is n core1 , and the larger one is n core2.

【数1】 ii)ncore1<Neff<ncore2のとき[Equation 1] ii) When n core1 <N eff <n core2

【数2】 ここで、C〜Cは、TEモードのとき C=C=C=1 TMモードのとき[Equation 2] Here, C 1 to C 4 are TE mode C 1 = C 2 = C 3 = 1 TM mode

【数3】 また、k〜kは、[Equation 3] In addition, k 1 to k 4 are

【数4】 更に、mはモード次数であり、m=0、1、2・・・で
あり、βは伝搬定数であり、β=keffで表され
は2π/λで表され、ここでλはレーザー光の波長
であり、そしてNeffは実効屈折率である。
[Equation 4] Further, m is a mode order, m = 0, 1, 2, ..., β is a propagation constant, β = k 0 N eff , and k 0 is 2π / λ, where λ is the wavelength of the laser light, and N eff is the effective refractive index.

【0027】このように、Neff、n及びnの値
の大小によって、導波層として作用する層が異なること
が分かる。つまり、n>nであって、Neff<n
<nの場合には、第1の層3及び第2の層2の両方
が導波層として作用する。この場合には、第1の層3及
び第2の層2の両方が線形媒質から成ることが好まし
い。一方、n<Neff<nの場合には、第2の層
2のみが導波層として作用する。この場合には、第2の
層2は線形媒質から成ることが好ましい。第2の層2に
非線形媒質を使用する場合には、この非線形媒質はポー
ルドポリマー又はLB膜NLO材料であることが好まし
い。
As described above, it is understood that the layer acting as the waveguide layer is different depending on the magnitude of the values of N eff , n 2 and n 3 . That is, n 2 > n 3 and N eff <n
If 3 <n 2 , both the first layer 3 and the second layer 2 act as a waveguiding layer. In this case, it is preferable that both the first layer 3 and the second layer 2 are made of a linear medium. On the other hand, when n 3 <N eff <n 2 , only the second layer 2 acts as a waveguide layer. In this case, the second layer 2 preferably comprises a linear medium. If a non-linear medium is used for the second layer 2, this non-linear medium is preferably a poled polymer or LB film NLO material.

【0028】これに対して、n<nであって、N
eff<n<nの場合には、第1の層3及び第2の
層2の両方が導波層として作用する。この場合には、第
1の層3及び第2の層2の両方が線形媒質から成ること
が好ましい。一方、n<N ff<nの場合には、
第1の層3のみが導波層として作用する。この場合に
は、第1の層3は線形媒質から成ることが好ましい。第
1の層3に非線形媒質を使用する場合には、この非線形
媒質はポールドポリマー又はLB膜NLO材料であるこ
とが好ましい。
On the other hand, n 2 <n 3 and N
If eff <n 2 <n 3 , both the first layer 3 and the second layer 2 act as a waveguiding layer. In this case, it is preferable that both the first layer 3 and the second layer 2 are made of a linear medium. On the other hand, in the case of n 2 <N e ff <n 3 is
Only the first layer 3 acts as a waveguiding layer. In this case, the first layer 3 preferably consists of a linear medium. If a non-linear medium is used for the first layer 3, this non-linear medium is preferably a poled polymer or LB film NLO material.

【0029】このように、本発明においては、第1の層
3及び第2の層2のうち、導波層として作用する層が線
形媒質から成ることが好ましい。これは、基本波と第2
高調波との位相整合を達成するためには、上述の通り導
波層の厚みを精密に制御する必要があり、非線形媒質よ
りも線形媒質の方が厚みの制御が容易であるという理由
による。導波層に非線形媒質を使用する場合には、有機
又は無機非線形光学材料の結晶のような結晶性材料を用
いて厚みの制御を行うことは勿論可能であるが、好まし
くはポールドポリマーや、より好ましくはLB膜NLO
材料を用いる方が厚みの制御が一層容易である。
As described above, in the present invention, it is preferable that, of the first layer 3 and the second layer 2, the layer acting as a waveguide layer is made of a linear medium. This is the fundamental wave and the second
In order to achieve phase matching with higher harmonics, it is necessary to precisely control the thickness of the waveguide layer as described above, and it is easier to control the thickness of a linear medium than a nonlinear medium. When a nonlinear medium is used for the waveguide layer, it is of course possible to control the thickness by using a crystalline material such as a crystal of an organic or inorganic nonlinear optical material, but preferably a poled polymer or More preferably LB film NLO
It is easier to control the thickness when using a material.

【0030】また、導波路型波長変換素子におけるTE
(ω)→TE(2ω)変換のSHGの変換効率は以下の
式(3)で表される。
Further, TE in the waveguide type wavelength conversion element
The conversion efficiency of the SHG of the (ω) → TE (2ω) conversion is represented by the following formula (3).

【0031】[0031]

【数5】 ここで、P(ω)は基本波のパワーであり、P(2ω)
は第2高調波のパワーであり、dは非線形光学定数であ
り、Inmは重なり積分であり、Weffは実効膜厚で
あり、Lは相互作用距離(伝搬長)であり、Dは基本光
波モードのy方向の拡がり幅であり、そしてΔβは位相
不整合量であり、β(2ω)−2β(ω)で表される。
[Equation 5] Here, P (ω) is the power of the fundamental wave, and P (2ω)
Is the power of the second harmonic, d is the nonlinear optical constant, I nm is the overlap integral, W eff is the effective film thickness, L is the interaction distance (propagation length), and D is the fundamental. The spread width of the light wave mode in the y direction, and Δβ is the amount of phase mismatch, which is represented by β (2ω) −2β (ω) .

【0032】同様に、TM(ω)→TM(2ω)変換の
SHG変換効率は、以下の式(4)で表される。
Similarly, the SHG conversion efficiency of TM (ω) → TM (2ω) conversion is expressed by the following equation (4).

【0033】[0033]

【数6】 上記の式から明らかなように、導波路型波長変換素子に
おいて効率を高めるためには、基本波とSH波との位相
整合を長い相互作用長でとり、重なり積分を大きくする
ことが重要である。
[Equation 6] As is clear from the above equation, in order to improve the efficiency in the waveguide type wavelength conversion element, it is important to make the phase matching between the fundamental wave and the SH wave a long interaction length and increase the overlap integral. .

【0034】次に、最適な4層構造スラブ導波路型波長
変換素子のモデル計算を示し、導波層の膜厚制御の緩和
の効果について波長変換の理論効率と共に説明する。
Next, the model calculation of the optimum four-layer structure slab waveguide type wavelength conversion element will be shown, and the effect of relaxing the control of the thickness of the waveguide layer will be explained together with the theoretical efficiency of wavelength conversion.

【0035】計算例1 図1における上部クラッド1及び基板4にSF15ガラ
スを用い、第2の層2にSFS01ガラスを用い、そし
て第1の層3に有機非線形光学材料であるN−イソプロ
ピル−N’−(4−アセチルフェニル)ウレア(以下、
IAPUともいう)を用いた4層スラブ導波路型波長変
換素子の基本波とSH波の屈折率分散を計算した。ここ
で、基本波の波長を0.86μm、SH波の波長を0.
43μmとし、且つ第1の層3の膜厚を0.4μmとし
た。その結果を図2に示す。図2において横軸は第2の
層2の厚みを表し、縦軸は導波層の実効屈折率を表す。
縦軸の下限値はSF15ガラスの基本波の屈折率であ
り、上限値はSFS01ガラスのSHG波の屈折率であ
る。また、実線は基本波の屈折率分散を表し、破線はS
H波の屈折率分散を表す。
Calculation Example 1 SF15 glass is used for the upper clad 1 and the substrate 4 in FIG. 1, SFS01 glass is used for the second layer 2, and N-isopropyl-N which is an organic nonlinear optical material is used for the first layer 3. '-(4-acetylphenyl) urea (hereinafter,
The refractive index dispersion of the fundamental wave and SH wave of a four-layer slab waveguide type wavelength conversion element using IAPU) was calculated. Here, the wavelength of the fundamental wave is 0.86 μm, and the wavelength of the SH wave is 0.
The thickness of the first layer 3 was 43 μm, and the thickness of the first layer 3 was 0.4 μm. The result is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the thickness of the second layer 2, and the vertical axis represents the effective refractive index of the waveguide layer.
The lower limit of the vertical axis is the refractive index of the fundamental wave of SF15 glass, and the upper limit is the refractive index of the SHG wave of SFS01 glass. Further, the solid line represents the refractive index dispersion of the fundamental wave, and the broken line represents S
It represents the refractive index dispersion of H waves.

【0036】図2から明らかなように、基本波のTE0
次モードとSH波のTE2次モードが位相整合してお
り、その場合の第2の層2及び第1の層3の膜厚許容幅
はそれぞれ約100Åであり、許容幅を非常に広くでき
ることが分かる。
As is clear from FIG. 2, TE0 of the fundamental wave
The second mode and the TE second mode of the SH wave are phase-matched, and in this case, the allowable width of the film thickness of the second layer 2 and the first layer 3 is about 100Å, and the allowable width can be extremely wide. I understand.

【0037】また、d22=40pm/V、L=5m
m、P(ω)=100mW、D=0.1mmとした場合
の波長変換効率は約3〜5%となる。
Also, d 22 = 40 pm / V, L = 5 m
When m, P (ω) = 100 mW and D = 0.1 mm, the wavelength conversion efficiency is about 3 to 5%.

【0038】計算例2 図1における上部クラッド1にIAPUを用い、第2の
層2にn(ω)=2.0、n(2ω)=2.06で
ある誘電体薄膜を用い、第1の層3にn(ω)=1.
83、n(2ω)=1.887である誘電体薄膜を用
い、そして基板4にSF15ガラスを用いた4層スラブ
導波路型波長変換素子の基本波とSH波の屈折率分散を
計算した。条件は計算例1の場合と同様である。その結
果を図3に示す。図3において縦軸の下限値はIAPU
の基本波の屈折率であり、上限値は第2の層2の誘電体
のSHG波の屈折率である以外は、図2と同様である。
Calculation Example 2 IAPU is used for the upper clad 1 in FIG. 1, and a dielectric thin film with n 2 (ω) = 2.0 and n 2 (2ω) = 2.06 is used for the second layer 2. In the first layer 3, n 3 (ω) = 1.
83, n 3 (2ω) = 1.887 was used, and the refractive index dispersion of the fundamental wave and SH wave of the four-layer slab waveguide type wavelength conversion element using SF15 glass for the substrate 4 was calculated. . The conditions are the same as in Calculation Example 1. The result is shown in FIG. In FIG. 3, the lower limit of the vertical axis is IAPU.
2 is the same as that of FIG. 2 except that the upper limit is the refractive index of the SHG wave of the dielectric of the second layer 2.

【0039】図3より、基本波のTE0次モードとSH
波のTE1次モードが位相整合しており、その場合の第
2の層2及び第1の層3の膜厚許容幅はそれぞれ約80
Å及び約300Åであり、許容幅を非常に広くし得るこ
とが分かる。
From FIG. 3, the TE0 order mode of the fundamental wave and SH
The TE first-order mode of the wave is phase-matched, and the thickness allowable widths of the second layer 2 and the first layer 3 in that case are about 80, respectively.
It is Å and about 300Å, and it can be seen that the allowable width can be made very wide.

【0040】また、d22=40pm/V、L=5m
m、P(ω)=100mW、D=0.1mmとした場合
の波長変換効率は約1〜3%となる。
Also, d 22 = 40 pm / V, L = 5 m
When m, P (ω) = 100 mW and D = 0.1 mm, the wavelength conversion efficiency is about 1 to 3%.

【0041】計算例3 図1における上部クラッド1にLiTaOを用い、第
2の層2にZnS薄膜を用い、第1の層3にZnS−S
iO薄膜を用い(ZnSのモル比:10モル%、n
(ω)=1.83、n(2ω)=1.887)、そし
て基板4にZnS−SiO(ZnSモル比:25モル
%)を用いた4層スラブ導波路型波長変換素子の基本波
とSH波の屈折率分散を計算した。ここで、基本波の波
長を0.9μm、SH波の波長を0.45μmとした以
外は、計算例1と同様の条件を用いた。その結果を図4
に示す。図4において縦軸の下限値はLiTaOの基
本波の屈折率であり、上限値はZnSの誘電体のSHG
波の屈折率である以外は、図2と同様である。
Calculation Example 3 LiTaO 3 was used for the upper clad 1 in FIG. 1, a ZnS thin film was used for the second layer 2, and ZnS--S was used for the first layer 3.
Using an iO 2 thin film (molar ratio of ZnS: 10 mol%, n 3
(Ω) = 1.83, n 3 (2ω) = 1.8787), and the basics of a four-layer slab waveguide type wavelength conversion element using ZnS—SiO 2 (ZnS mole ratio: 25 mole%) for the substrate 4. The refractive index dispersion of the wave and SH wave was calculated. Here, the same conditions as in Calculation Example 1 were used except that the wavelength of the fundamental wave was 0.9 μm and the wavelength of the SH wave was 0.45 μm. The result is shown in Figure 4.
Shown in. In FIG. 4, the lower limit of the vertical axis is the refractive index of the fundamental wave of LiTaO 3 , and the upper limit is the SHG of the ZnS dielectric.
2 except that it is the refractive index of the wave.

【0042】図4より、基本波のTE0次モードとSH
波のTE2次モードが位相整合しており、その場合の第
2の層2及び第1の層3の膜厚許容幅はそれぞれ約10
0Åであり、許容幅を非常に広くし得ることが分かる。
From FIG. 4, the TE0 order mode of the fundamental wave and SH
The TE second-order modes of the waves are phase-matched, and in that case, the film thickness allowable widths of the second layer 2 and the first layer 3 are each about 10
It is 0Å, and it can be seen that the allowable range can be made very wide.

【0043】また、d=20pm/V、L=5mm、P
(ω)=100mW、D=0.1mmとした場合の波長
変換効率は約0.2%となる。
Also, d = 20 pm / V, L = 5 mm, P
When (ω) = 100 mW and D = 0.1 mm, the wavelength conversion efficiency is about 0.2%.

【0044】計算例4 図1における上部クラッド1にPVA−PNA(パラニ
トロアニリン)ポールドポリマーを用い、第2の層2に
LaK011ガラス薄膜を用い、第1の層3にSF9ガ
ラス薄膜を用い、そして基板4にBK6ガラスを用いた
4層スラブ導波路型波長変換素子の基本波とSH波の屈
折率分散を計算した。ここで、基本波の波長を1.06
4μm、SH波の波長を0.532μmとし、且つ第1
の層3の膜厚を0.8μmとした。その結果を図5に示
す。図5において縦軸の下限値はBK6ガラスの基本波
の屈折率であり、上限値はLaK011ガラスのSH波
の屈折率である以外は、図2と同様である。
Calculation Example 4 PVA-PNA (paranitroaniline) poled polymer was used for the upper clad 1 in FIG. 1, LaK011 glass thin film was used for the second layer 2, and SF9 glass thin film was used for the first layer 3. Then, the refractive index dispersion of the fundamental wave and the SH wave of the four-layer slab waveguide type wavelength conversion element using BK6 glass for the substrate 4 was calculated. Here, the wavelength of the fundamental wave is 1.06
4 μm, the wavelength of SH wave is 0.532 μm, and the first
The layer 3 had a thickness of 0.8 μm. The result is shown in FIG. In FIG. 5, the lower limit of the vertical axis is the refractive index of the fundamental wave of BK6 glass, and the upper limit is the same as that of FIG. 2 except that it is the refractive index of the SH wave of LaK011 glass.

【0045】図5より、基本波のTM0次モードとSH
波のTM1次モードが位相整合しており、その場合の第
2の層2及び第1の層3の膜厚許容幅は約200Åであ
り、許容幅を非常に広くし得ることが分かる。
From FIG. 5, the TM0 order mode of the fundamental wave and the SH
It can be seen that the TM first-order mode of the wave is phase-matched and the film thickness allowable width of the second layer 2 and the first layer 3 in that case is about 200 Å, and the allowable width can be made very wide.

【0046】また、d=20pm/V、L=5mm、P
(ω)=100mW、D=0.1mmとした場合の波長
変換効率は約0.3%となる。
Also, d = 20 pm / V, L = 5 mm, P
When (ω) = 100 mW and D = 0.1 mm, the wavelength conversion efficiency is about 0.3%.

【0047】本発明の導波路型波長変換素子を作製する
場合には、公知の薄膜形成法等を使用することができ
る。例えば、基板4上に、第1の層3、第2の層2及び
上部クラッド層1を設ける場合には、これらの層が線形
媒質から成るときには、蒸着法、スパッタリング、イオ
ンプレーティング、化学的気相成長法(CVD)等の方
法を用いることができる。これに関しては、応用物理学
会/薄膜・表面物理分科会編、「薄膜作製ハンドブッ
ク」、共立出版、1991年を参照されたい。一方、こ
れらの層が非線形媒質から成るときには、スピンコーテ
ィング法、ブリッジマン法(融液法)、溶媒蒸発法等の
結晶育成方法を用いることができる。溶媒蒸発法を用い
る場合には最大のNLOテンソルが基板に平行または垂
直に配向するように結晶化することが重要である。この
目的のために、電場を印加しながら結晶化させる方法を
用いることができる。
When manufacturing the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, a known thin film forming method or the like can be used. For example, when the first layer 3, the second layer 2 and the upper cladding layer 1 are provided on the substrate 4, when these layers are made of a linear medium, vapor deposition, sputtering, ion plating, chemical A method such as vapor phase growth method (CVD) can be used. For this, refer to "The Handbook of Thin Film Fabrication", Kyoritsu Shuppan, 1991, edited by Japan Society of Applied Physics / Subcommittee for Thin Film and Surface Physics. On the other hand, when these layers are made of a non-linear medium, a crystal growth method such as a spin coating method, a Bridgman method (melt method), or a solvent evaporation method can be used. When using the solvent evaporation method, it is important to crystallize so that the largest NLO tensor is oriented parallel or perpendicular to the substrate. For this purpose, a method of crystallizing while applying an electric field can be used.

【0048】上述の通り、導波層として作用する層には
線形媒質を用いることが好ましいが、非線形媒質を用い
ることも勿論可能である。そのような波長変換素子を作
製する場合には、はじめに導波層として作用する層の部
分を中空コアとしたチャネル型4層構造の導波路を適切
な材料を用いてリソグラフィーとスパッタリングで作製
し、最後に中空コア部分に非線形媒質を吸い上げて単結
晶を融液又は溶液から成長させるという方法を用いるこ
とができる。また、導波層にポールドポリマーを用いる
場合には、非線形光学効果を有する原子団を含むポリマ
ーをトリクロロプロパンのような適切な溶媒に溶解させ
た溶液をスピンコーティングによって塗布しポーリング
させて、導波層を形成することができる。更に、導波層
にLB膜NLO材料を用いる場合には、市販のLB膜作
製装置を用いて導波層を形成することができる。
As described above, it is preferable to use a linear medium for the layer that acts as the waveguiding layer, but it is of course possible to use a nonlinear medium. When manufacturing such a wavelength conversion element, first, a channel-type four-layer structure waveguide having a hollow core in a layer functioning as a waveguide layer is formed by lithography and sputtering using an appropriate material, Finally, a method of sucking a nonlinear medium into the hollow core portion to grow a single crystal from a melt or a solution can be used. When a poled polymer is used for the waveguiding layer, a polymer prepared by dissolving a polymer containing an atomic group having a non-linear optical effect in an appropriate solvent such as trichloropropane is applied by spin coating and then poling is performed. Corrugated layers can be formed. Further, when the LB film NLO material is used for the waveguide layer, the waveguide layer can be formed using a commercially available LB film manufacturing apparatus.

【0049】光の波長変換を高効率で行うためには、光
の入出力結合を高めることも重要である。本発明の導波
路型波長変換素子においては、第1の層3及び第2の層
2の両方が導波層として作用するか、又はいずれか一方
が導波層として作用するが、そのような場合には、これ
らの層は線形媒質から成っているので、その端面を光学
研磨したり無反射コーティングを施すことが容易であ
り、入出力結合を一層高めることができる。また、導波
層として作用する層と、基板4との間に干渉露光法によ
りグレーティングを設けることも可能であるので、高効
率カップリングを達成することができる。
In order to perform the wavelength conversion of light with high efficiency, it is also important to enhance the input / output coupling of light. In the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, both the first layer 3 and the second layer 2 act as a waveguide layer, or either one acts as a waveguide layer. In this case, since these layers are made of a linear medium, it is easy to optically polish the end faces of the layers or apply a non-reflection coating, and the input / output coupling can be further enhanced. Further, since it is possible to provide a grating between the layer acting as the waveguiding layer and the substrate 4 by the interference exposure method, it is possible to achieve highly efficient coupling.

【0050】光の波長変換を一層高効率化をするため
に、導波路をチャネル化してもよい。チャネル化によっ
て効率を10倍以上向上せしめることも理想的には可能
であるので、10%以上の変換効率でSH光を得ること
ができる。チャネル化は、本発明の4層導波路を作製し
た後に、リソグラフィー技術でエッチング等の微細加工
を行うか、又は、導波路を3層目まで作製してからチャ
ネル化し、その上に上部クラッド層を施すことによって
達成される。
In order to further improve the efficiency of wavelength conversion of light, the waveguide may be channelized. Ideally, it is possible to improve the efficiency by 10 times or more by forming a channel, so that SH light can be obtained with a conversion efficiency of 10% or more. The channel is formed by forming the four-layer waveguide of the present invention and then performing fine processing such as etching by a lithography technique, or forming the waveguide up to the third layer and then forming the channel, and then forming the upper clad layer on the channel. It is achieved by applying.

【0051】本発明を以下の実施例によって更に詳細に
説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を限定する
ものではない。
The present invention will be described in more detail by the following examples, which are not intended to limit the scope of the present invention.

【0052】[0052]

【実施例1】SF15ガラス板上に、Ta−Si
(Taモル比:58モル%)混合薄膜を膜厚
が約0.42μmとなるようにスパッタした。この薄膜
の上に、Ta−SiO(Taモル比:7
6モル%)混合薄膜を膜厚が約0.25μmとなるよう
にスパッタした。この混合薄膜上に、IAPUをメタノ
ール溶液から溶媒蒸発法により結晶化させて、4層スラ
ブ導波路型波長変換素子を作製した。このとき、IAP
U結晶は、その最大のNLOテンソルであるd22が基板
に平行に並ぶように結晶化した。このようにして得られ
た導波路素子の端面にTi:サファイアレーザーを基本
波として入射した。その結果、基本波の波長が855〜
865nmの範囲において第2高調波である青色光が高
効率で発生した。
Example 1 On a SF15 glass plate, Ta 2 O 5 —Si was formed.
An O 2 (Ta 2 O 5 molar ratio: 58 mol%) mixed thin film was sputtered so that the film thickness was about 0.42 μm. On this thin film, Ta 2 O 5 —SiO 2 (Ta 2 O 5 molar ratio: 7
The mixed thin film (6 mol%) was sputtered to a film thickness of about 0.25 μm. On this mixed thin film, IAPU was crystallized from a methanol solution by a solvent evaporation method to prepare a four-layer slab waveguide type wavelength conversion element. At this time, IAP
The U crystal was crystallized such that its largest NLO tensor, d 22, was aligned parallel to the substrate. A Ti: sapphire laser was applied as a fundamental wave to the end face of the thus obtained waveguide element. As a result, the wavelength of the fundamental wave is 855-
In the range of 865 nm, blue light, which is the second harmonic, was generated with high efficiency.

【0053】[0053]

【実施例2】BSL7ガラス板上に、Ta−Si
(Taモル比:40モル%)混合薄膜を膜厚
が0.25μmとなるようにスパッタした。この薄膜の
屈折率分散は、波長884nmにおいて、n(ω)=
1.863及びn(2ω)=1.929であった。
Example 2 On a BSL7 glass plate, Ta 2 O 5 —Si was formed.
An O 2 (Ta 2 O 5 molar ratio: 40 mol%) mixed thin film was sputtered so that the film thickness was 0.25 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = at a wavelength of 884 nm.
1.863 and n (2ω) = 1.929.

【0054】この薄膜の上に、Ta−SiO
(Taモル比:85モル%)混合薄膜を膜厚が
0.2μmとなるようにスパッタした。この薄膜の屈折
率分散は、波長884nmにおいて、n(ω)=2.0
37及びn(2ω)=2.138であった。
On this thin film, Ta 2 O 5 --SiO
A mixed thin film of 2 (Ta 2 O 5 molar ratio: 85 mol%) was sputtered to a film thickness of 0.2 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = 2.0 at a wavelength of 884 nm.
37 and n (2ω) = 2.138.

【0055】この混合薄膜上に、IAPUをメタノール
溶液から溶媒蒸発法により結晶化させて、4層スラブ導
波路型波長変換素子を作製した。この場合の膜厚許容幅
は約100Å以上であった。このとき、IAPU結晶
は、その最大のNLOテンソルであるd22が基板に平
行に並ぶように結晶化した。
On this mixed thin film, IAPU was crystallized from a methanol solution by a solvent evaporation method to prepare a four-layer slab waveguide type wavelength conversion element. In this case, the allowable range of film thickness was about 100Å or more. At this time, the IAPU crystal was crystallized so that its maximum NLO tensor, d 22 was aligned parallel to the substrate.

【0056】このようにして得られた導波路素子の端面
にTi:サファイアレーザーを基本波として入射した。
その結果、基本波の波長が875〜895nmの範囲に
おいて第2高調波である青色光が高効率で発生した。
A Ti: sapphire laser was made to enter the end face of the thus obtained waveguide device as a fundamental wave.
As a result, blue light, which is the second harmonic, was generated with high efficiency in the range where the wavelength of the fundamental wave was 875 to 895 nm.

【0057】[0057]

【実施例3】BK7ガラス板上に、Ta−SiO
(Taモル比:75モル%)混合薄膜を膜厚が
0.31μmとなるようにスパッタした。この薄膜の屈
折率分散は、波長1064nmにおいて、n(ω)=
2.025及びn(2ω)=2.080であった。
On Example 3 BK7 glass plate, Ta 2 O 5 -SiO
A 2 (Ta 2 O 5 mol ratio: 75 mol%) mixed thin film was sputtered to a film thickness of 0.31 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = at a wavelength of 1064 nm.
The values were 2.025 and n (2ω) = 2.080.

【0058】この薄膜の上に、PVA−PNAを膜厚が
0.325μmとなるように80℃でスピンコートし、
溶媒を100℃で2時間乾燥した後、電圧5kVでコロ
ナポーリングした。ポーリング温度は150℃であり、
ポーリング時間は15分間であった。この場合、上部ク
ラッド層は空気である。
PVA-PNA was spin-coated on this thin film at 80 ° C. to a film thickness of 0.325 μm,
The solvent was dried at 100 ° C. for 2 hours and then subjected to corona poling at a voltage of 5 kV. The poling temperature is 150 ° C,
The polling time was 15 minutes. In this case, the upper cladding layer is air.

【0059】こうして得られた4層導波路型波長変換素
子の端面にYAGレーザー(波長1064nm)を基本
波として入射した。このときの膜厚許容幅は約300Å
以上であった。その結果、第2高調波である緑色光が高
効率で発生した。
A YAG laser (wavelength 1064 nm) was made to enter the end face of the thus obtained four-layer waveguide type wavelength conversion element as a fundamental wave. At this time, the permissible width of film thickness is about 300Å
That was all. As a result, the second harmonic, green light, was generated with high efficiency.

【0060】[0060]

【実施例4】SF15ガラス板上に、Ta−Si
(Taモル比:45モル%)混合薄膜を膜厚
が0.545μmとなるようにスパッタした。この薄膜
の屈折率分散は、波長860nmにおいて、n(ω)=
1.881及びn(2ω)=1.952であった。
Example 4 On a SF15 glass plate, Ta 2 O 5 —Si was formed.
An O 2 (Ta 2 O 5 molar ratio: 45 mol%) mixed thin film was sputtered so that the film thickness was 0.545 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = at a wavelength of 860 nm.
It was 1.881 and n (2ω) = 1.952.

【0061】この薄膜の上に、Ta−SiO
(Taモル比:76モル%)混合薄膜を膜厚が
0.31μmとなるようにスパッタした。この薄膜の屈
折率分散は、波長860nmにおいて、n(ω)=2.
004及びn(2ω)=2.098であった。
On this thin film, Ta 2 O 5 -SiO
A mixed thin film of 2 (Ta 2 O 5 molar ratio: 76 mol%) was sputtered to a thickness of 0.31 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = 2.
004 and n (2ω) = 2.098.

【0062】この混合薄膜上に、IAPUをメタノール
溶液から溶媒蒸発法により結晶化させて、4層スラブ導
波路型波長変換素子を作製した。この場合の膜厚許容幅
は約100Å以上であった。このとき、IAPU結晶
は、その最大のNLOテンソルであるd22が基板に平
行に並ぶように結晶化した。
On this mixed thin film, IAPU was crystallized from a methanol solution by a solvent evaporation method to prepare a four-layer slab waveguide type wavelength conversion element. In this case, the allowable range of film thickness was about 100Å or more. At this time, the IAPU crystal was crystallized so that its maximum NLO tensor, d 22 was aligned parallel to the substrate.

【0063】このようにして得られた導波路素子の端面
にTi:サファイアレーザーを基本波として入射した。
その結果、基本波の波長が855〜865nmの範囲に
おいて第2高調波である青色光が高効率で発生した。
A Ti: sapphire laser was applied as a fundamental wave to the end face of the thus obtained waveguide element.
As a result, blue light, which is the second harmonic, was generated with high efficiency in the wavelength range of the fundamental wave of 855 to 865 nm.

【0064】[0064]

【実施例5】BK7ガラス板上に、SF15ガラスを膜
厚が0.24μmとなるようにスパッタした。この薄膜
の屈折率分散は、n(ω)=1.66及びn(2ω)=
1.70であった。
Example 5 SF15 glass was sputtered on a BK7 glass plate to a film thickness of 0.24 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = 1.66 and n (2ω) =
It was 1.70.

【0065】この薄膜の上に、LB膜非線形光学材料で
あるDCANPを膜厚が0.48μmとなるように垂直
浸漬法で累積した。この累積薄膜の屈折率分散は、n
(ω)=1.574及びn(2ω)=1.625であっ
た。
On this thin film, DCANP, which is an LB film nonlinear optical material, was accumulated by the vertical dipping method so that the film thickness became 0.48 μm. The refractive index dispersion of this cumulative thin film is n
(Ω) = 1.574 and n (2ω) = 1.625.

【0066】このとき、DCANPの最大のNLOテン
ソルは膜面内、累積方向に配向した。この場合、上部ク
ラッドは空気である。この4層構造におけるスパッタ膜
の位相整合点における膜厚許容幅は300Å以上であっ
た。
At this time, the maximum NLO tensor of DCANP was oriented in the film plane in the direction of accumulation. In this case, the upper cladding is air. The allowable film thickness at the phase matching point of the sputtered film in this four-layer structure was 300Å or more.

【0067】このようにして得られた導波路素子の端面
にYAGレーザー(波長1064nm)を基本波として
入射したところ、第2高調波である緑色光が高効率で発
生した。
When a YAG laser (wavelength 1064 nm) was made to enter the end face of the thus obtained waveguide element as a fundamental wave, the second harmonic green light was generated with high efficiency.

【0068】[0068]

【実施例6】パイレックスガラス板上に、Ta
SiO(Taモル比:27モル%)混合薄膜を
膜厚が0.31μmとなるようにスパッタした。この薄
膜の屈折率分散は、波長860nmにおいて、n(ω)
=1.77及びn(2ω)=1.83であった。
Example 6 On a Pyrex glass plate, Ta 2 O 5
A SiO 2 (Ta 2 O 5 mol ratio: 27 mol%) mixed thin film was sputtered to a film thickness of 0.31 μm. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) at a wavelength of 860 nm.
= 1.77 and n (2ω) = 1.83.

【0069】この薄膜の上に、ABSAを10重量%ド
ープした非晶質シリカ薄膜を膜厚が0.43μmとなる
ようにスピンコート法により作製し、乾燥、ゲル化後、
150℃で30分間ポーリングした。この薄膜の屈折率
分散は、波長860nmにおいて、n(ω)=1.58
及びn(2ω)=1.65であった。この場合、上部ク
ラッドは空気である。この4層構造におけるスパッタ膜
の位相整合点における膜厚許容幅は150Å以上であっ
た。
On this thin film, an amorphous silica thin film doped with 10% by weight of ABSA was prepared by spin coating so as to have a film thickness of 0.43 μm, dried and gelled.
Polled at 150 ° C. for 30 minutes. The refractive index dispersion of this thin film is n (ω) = 1.58 at a wavelength of 860 nm.
And n (2ω) = 1.65. In this case, the upper cladding is air. The allowable film thickness at the phase matching point of the sputtered film in this four-layer structure was 150Å or more.

【0070】このようにして得られた導波路素子の端面
にTi:サファイアレーザーを基本波として入射した。
その結果、基本波の波長が855〜865nmの範囲に
おいて第2高調波である青色光が高効率で発生した。
A Ti: sapphire laser was made to enter the end face of the thus obtained waveguide element as a fundamental wave.
As a result, blue light, which is the second harmonic, was generated with high efficiency in the wavelength range of the fundamental wave of 855 to 865 nm.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明の導波路型波長変換素子において
は、重なり積分を大きくでき、位相整合を長い伝搬長で
とることが可能なので高効率で波長変換することができ
る。更に、導波路の厚みの制御を緩和することができる
ので、その作製が非常に容易である。
In the waveguide type wavelength conversion element of the present invention, the overlap integral can be increased and the phase matching can be achieved with a long propagation length, so that the wavelength conversion can be performed with high efficiency. Furthermore, since the control of the thickness of the waveguide can be relaxed, its manufacture is very easy.

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

【図1】本発明の導波路型波長変換素子の構造を表す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a structure of a waveguide type wavelength conversion element of the present invention.

【図2】実効屈折率と膜厚との関係を示す導波モード分
散曲線を表す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a waveguide mode dispersion curve showing the relationship between effective refractive index and film thickness.

【図3】実効屈折率と膜厚との関係を示す導波モード分
散曲線を表す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a waveguide mode dispersion curve showing the relationship between effective refractive index and film thickness.

【図4】実効屈折率と膜厚との関係を示す導波モード分
散曲線を表す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a waveguide mode dispersion curve showing the relationship between effective refractive index and film thickness.

【図5】実効屈折率と膜厚との関係を示す導波モード分
散曲線を表す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a waveguide mode dispersion curve showing the relationship between effective refractive index and film thickness.

【図6】3層構造導波路型波長変換素子の実効屈折率と
膜厚との関係を示す導波モード分散曲線を表す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a waveguide mode dispersion curve showing the relationship between the effective refractive index and the film thickness of a three-layer structure waveguide type wavelength conversion element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 上部クラッド層 2 第2の層 3 第1の層 4 基板 1 Upper Clad Layer 2 Second Layer 3 First Layer 4 Substrate

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 線形又は非線形媒質から成る基板
(4);基板(4)上に設けられた第1の層(3)であ
って、基板(4)の屈折率より大きな屈折率を有する線
形又は非線形媒質から成るもの;第1の層(3)上に設
けられた第2の層(2)であって、基板の屈折率より大
きな屈折率を有する線形又は非線形媒質から成るもの;
及び第2の層(2)上に設けられた上部クラッド層
(1)であって、第1の層(3)及び第2の層(2)の
屈折率よりも小さな屈折率を有する線形又は非線形媒質
から成るもの;から構成される4層導波路型波長変換素
子であって、 第1の層(3)及び第2の層(2)の少なくとも一つは
線形媒質から成り、且つ4層のうちの少なくとも一つは
非線形媒質から成り、そして第1の層(3)及び第2の
層(2)の各々の厚みと実効屈折率との関係を示す導波
モード分散曲線において、基本波と第2高調波の各分散
曲線が接するような第1の層(3)及び第2の層(2)
の厚みの範囲が、各々数十Å以上となるように4層各々
の屈折率分散が選択されることを特徴とする前記波長変
換素子。
1. A substrate (4) comprising a linear or non-linear medium; a first layer (3) provided on the substrate (4) having a refractive index greater than that of the substrate (4). Or a non-linear medium; a second layer (2) provided on the first layer (3), comprising a linear or non-linear medium having a refractive index higher than that of the substrate;
And an upper clad layer (1) provided on the second layer (2) having a refractive index smaller than that of the first layer (3) and the second layer (2). A four-layer waveguide type wavelength conversion element comprising a nonlinear medium, wherein at least one of the first layer (3) and the second layer (2) is a linear medium and has four layers. At least one of the first and second layers (3) and (2) is made of a nonlinear medium, and the fundamental wave is included in the waveguide mode dispersion curve showing the relationship between the effective refractive index and the thickness of each of the first layer (3) and the second layer (2). The first layer (3) and the second layer (2) such that the respective dispersion curves of the second and second harmonics are in contact with each other.
The wavelength conversion element is characterized in that the refractive index dispersion of each of the four layers is selected so that the thickness range of each of the layers is several tens of liters or more.
【請求項2】 非線形媒質が2次の非線形光学効果を有
する請求項1に記載の波長変換素子。
2. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the nonlinear medium has a second-order nonlinear optical effect.
【請求項3】 基板(4)、第1の層(3)及び第2の
層(2)が線形媒質から成り、上部クラッド層(1)が
非線形媒質から成る、請求項1又は2に記載の波長変換
素子。
3. The substrate (4), the first layer (3) and the second layer (2) consist of a linear medium and the upper cladding layer (1) consists of a non-linear medium. Wavelength converter.
【請求項4】 基板(4)がガラス基板から成り、第1
の層(3)及び第2の層(2)が無機誘電体から成り、
上部クラッド層(1)が有機又は無機非線形光学材料の
結晶から成る、請求項3に記載の波長変換素子。
4. The substrate (4) comprises a glass substrate, the first
The layer (3) and the second layer (2) are made of an inorganic dielectric,
The wavelength conversion element according to claim 3, wherein the upper cladding layer (1) is made of a crystal of an organic or inorganic nonlinear optical material.
【請求項5】 上部クラッド層(1)が高分子非線形光
学材料から成る、請求項4に記載の波長変換素子。
5. The wavelength conversion element according to claim 4, wherein the upper cladding layer (1) is made of a polymer nonlinear optical material.
【請求項6】 上部クラッド層(1)がポールドポリマ
ー又はN−イソプロピル−N’−(4−アセチルフェニ
ル)ウレア又はN−(4−アミノベンゼンスルホニル)
アセトアミドから成る、請求項4に記載の波長変換素
子。
6. The upper clad layer (1) is a poled polymer or N-isopropyl-N ′-(4-acetylphenyl) urea or N- (4-aminobenzenesulfonyl).
The wavelength conversion element according to claim 4, which is composed of acetamide.
【請求項7】 基板(4)がガラス基板から成り;第1
の層(3)又は第2の層(2)の何れか一方が有機若し
くは無機非線形光学材料の結晶、ポールドポリマー、ゾ
ル−ゲルガラス非線形光学材料又はラングミュアー・ブ
ロジェット膜非線形光学材料から成り;第1の層(3)
又は第2の層(2)のもう一方が無機誘電体から成り;
そして上部クラッド層(1)が線形媒質から成る、請求
項1又は2に記載の波長変換素子。
7. The substrate (4) comprises a glass substrate; first
Either layer (3) or second layer (2) of organic or inorganic nonlinear optical material crystals, poled polymers, sol-gel glass nonlinear optical materials or Langmuir-Blodgett film nonlinear optical materials; First layer (3)
Or the other of the second layers (2) consists of an inorganic dielectric;
The wavelength conversion element according to claim 1 or 2, wherein the upper cladding layer (1) is made of a linear medium.
JP4731094A 1993-08-25 1994-03-17 Waveguide type wavelength conversion element Pending JPH07114050A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4731094A JPH07114050A (en) 1993-08-25 1994-03-17 Waveguide type wavelength conversion element

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-210463 1993-08-25
JP21046393 1993-08-25
JP4731094A JPH07114050A (en) 1993-08-25 1994-03-17 Waveguide type wavelength conversion element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07114050A true JPH07114050A (en) 1995-05-02

Family

ID=26387477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4731094A Pending JPH07114050A (en) 1993-08-25 1994-03-17 Waveguide type wavelength conversion element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07114050A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103078A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Korea Advanced Inst Of Science & Technology Generation device for high-order harmonic frequency utilizing amplification of neighboring field with laptop size
JP2014222263A (en) * 2013-05-13 2014-11-27 三菱電機株式会社 Wavelength conversion element and wavelength conversion laser apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103078A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Korea Advanced Inst Of Science & Technology Generation device for high-order harmonic frequency utilizing amplification of neighboring field with laptop size
JP2014222263A (en) * 2013-05-13 2014-11-27 三菱電機株式会社 Wavelength conversion element and wavelength conversion laser apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5036220A (en) Nonlinear optical radiation generator and method of controlling regions of ferroelectric polarization domains in solid state bodies
Kintaka et al. High-efficiency LiNbO/sub 3/waveguide second-harmonic generation devices with ferroelectric-domain-inverted gratings fabricated by applying voltage
US5568308A (en) Fabrication of ferroelectric domain reversals
US5247601A (en) Arrangement for producing large second-order optical nonlinearities in a waveguide structure including amorphous SiO2
US7170671B2 (en) High efficiency wavelength converters
JP2000066050A (en) Production of optical waveguide parts and optical waveguide parts
JPH07114050A (en) Waveguide type wavelength conversion element
JP2822778B2 (en) Wavelength conversion element
JP2972375B2 (en) Wavelength conversion by quasi-phase matching and production and use of optical articles therefor
Fejer Nonlinear optical frequency conversion: material requirements, engineered materials, and quasi-phasematching
Foglietti et al. Fabrication of band-gap structures in planar nonlinear waveguides for second harmonic generation
US5406406A (en) Molecular crystal and wavelength conversion devices using the same
Jazbinsek et al. Organic electro-optic crystal modulators
JPH025032A (en) Wavelength conversion element and its production
WO2024100865A1 (en) Optical waveguide element and method for manufacturing same
CN113612108B (en) Frequency converter based on chamfer nonlinear crystal ridge waveguide and preparation method thereof
JP3086239B2 (en) Proton exchange optical waveguide, method of manufacturing the same, and optical deflector using this waveguide
Bierlein Second order nonlinear optical processes in KTiOPO4 waveguides
JP3552135B2 (en) Waveguide and wavelength conversion element using the same
JP3842427B2 (en) Optical waveguide component and manufacturing method thereof
Yamamoto et al. Organic crystal isopropyl-4-acetylphenylurea and waveguide second-harmonic generation
JPH0588226A (en) Nonlinear optical element and production thereof
JPH04340525A (en) Wavelength conversion element
Ogasawara et al. Phase-matched second-harmonic generation from five-layer Langmuir-Blodgett film waveguides with large fabrication tolerance and overlap integral for mode conversion
JP2822807B2 (en) Wavelength conversion element