JPH07261211A - 第二高調波発生素子 - Google Patents
第二高調波発生素子Info
- Publication number
- JPH07261211A JPH07261211A JP7387794A JP7387794A JPH07261211A JP H07261211 A JPH07261211 A JP H07261211A JP 7387794 A JP7387794 A JP 7387794A JP 7387794 A JP7387794 A JP 7387794A JP H07261211 A JPH07261211 A JP H07261211A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractive index
- regions
- wavelength
- harmonic
- round type
- 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.)
- Withdrawn
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分極反転しており、かつ、屈折率が基板より
高い丸型の領域が、一定周期で離散的に並んでいる擬似
位相整合型の第二高調波発生（ＳＨＧ）素子について、
第二高調波を発生できる波長範囲を広げる。 【構成】 非線形光学結晶中に、分極反転しており、か
つ、基板より高屈折率である丸型領域を一定周期で離散
的に作製する。このとき、丸型領域の直径は、入射側か
ら出射側に向かって、除々に小さくする。丸型領域の直
径の大きさによって、その領域を伝搬する光の等価屈折
率は変化する。等価屈折率に応じて、擬似位相整合条件
を満たす波長が変わってくるために、広い波長範囲で第
二高調波を発生させることができる。
高い丸型の領域が、一定周期で離散的に並んでいる擬似
位相整合型の第二高調波発生（ＳＨＧ）素子について、
第二高調波を発生できる波長範囲を広げる。 【構成】 非線形光学結晶中に、分極反転しており、か
つ、基板より高屈折率である丸型領域を一定周期で離散
的に作製する。このとき、丸型領域の直径は、入射側か
ら出射側に向かって、除々に小さくする。丸型領域の直
径の大きさによって、その領域を伝搬する光の等価屈折
率は変化する。等価屈折率に応じて、擬似位相整合条件
を満たす波長が変わってくるために、広い波長範囲で第
二高調波を発生させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光情報処理分野、光
計測分野、医療分野における短波長の小型レーザ光源を
実現するための第二高調波発生（ＳＨＧ）素子に関する
ものである。
計測分野、医療分野における短波長の小型レーザ光源を
実現するための第二高調波発生（ＳＨＧ）素子に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】現在のところ、短波長の緑色、青色を高
出力で発振できる半導体レーザの実現は難しい。このた
め、非線形光学結晶中に赤外光を入射し、結晶中で入射
波の半分の波長の第二高調波を発生させるという方法が
提案されている。
出力で発振できる半導体レーザの実現は難しい。このた
め、非線形光学結晶中に赤外光を入射し、結晶中で入射
波の半分の波長の第二高調波を発生させるという方法が
提案されている。
【０００３】第二高調波を効率よく得るためには、非線
形光学結晶中の各点で発生する第二高調波の位相を揃え
ることが必要である。位相整合を達成するための方法の
一つとして、非線形光学結晶の分極反転を利用した擬似
位相整合という方法がある。この方法では、周期Λで分
極の向きを反転させることにより、各点で発生する第二
高調波を強めていく。分極反転の周期Λは、 Λ＝λ／２（ nSH− nF ） （１） と表される。ここでλは入射光の波長、 nF は光導波路
を伝搬する基本波の等価屈折率、 nSHは光導波路を伝搬
する第二高調波の等価屈折率である。
形光学結晶中の各点で発生する第二高調波の位相を揃え
ることが必要である。位相整合を達成するための方法の
一つとして、非線形光学結晶の分極反転を利用した擬似
位相整合という方法がある。この方法では、周期Λで分
極の向きを反転させることにより、各点で発生する第二
高調波を強めていく。分極反転の周期Λは、 Λ＝λ／２（ nSH− nF ） （１） と表される。ここでλは入射光の波長、 nF は光導波路
を伝搬する基本波の等価屈折率、 nSHは光導波路を伝搬
する第二高調波の等価屈折率である。
【０００４】擬似位相整合を利用したＳＨＧ素子の構造
は、二つに大別できる。一つは周期的な分極反転構造と
それに直交するチャンネル導波路から構成されるもので
ある。一例として、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）の単結
晶基板上へ作製したＳＨＧ素子（ E.J.Lim, M.M.Fejer,
R.L.Byer : Electron.Lett., 25, 731 (1989)）があ
る。このタイプの素子は、入射波、第二高調波ともに低
損失でチャンネル導波路を伝搬することができるが、分
極反転構造の作製とチャンネル導波路の作製という二段
階の製造プロセスが必要であるため、製造コストが高く
つく。
は、二つに大別できる。一つは周期的な分極反転構造と
それに直交するチャンネル導波路から構成されるもので
ある。一例として、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）の単結
晶基板上へ作製したＳＨＧ素子（ E.J.Lim, M.M.Fejer,
R.L.Byer : Electron.Lett., 25, 731 (1989)）があ
る。このタイプの素子は、入射波、第二高調波ともに低
損失でチャンネル導波路を伝搬することができるが、分
極反転構造の作製とチャンネル導波路の作製という二段
階の製造プロセスが必要であるため、製造コストが高く
つく。
【０００５】擬似位相整合型のＳＨＧ素子のもう一つの
構造は、分極反転と光導波路の機能を兼ねた領域を一定
周期で離散的に配置したものである。たとえば、Appl.
Phys. Lett 57, (1990) 2074ではＫＴＰ単結晶基板上
に、角型の分極反転しており、かつ高屈折率の領域を設
けたＳＨＧ素子を発表している。この素子構造は、角型
の高屈折率領域から次の高屈折率領域へ進む間に光が広
がるため、伝搬損失が大きくなる。角型の高屈折率領域
による光の散乱を防ぎ、伝搬損失を減少させるために
は、１つ１つの高屈折率領域の形状を丸くすればよい
（特願平５−１６４０１７）。このとき光は凸レンズの
列を収束しながら伝搬することになるので伝搬損失が低
減する。このように、分極反転しており、かつ高屈折率
である丸型の領域を離散的に配置した素子は、一回のプ
ロセスで作製できるため製造が簡単であり、しかも集光
性がよく、伝搬損失が小さいという長所を有する。
構造は、分極反転と光導波路の機能を兼ねた領域を一定
周期で離散的に配置したものである。たとえば、Appl.
Phys. Lett 57, (1990) 2074ではＫＴＰ単結晶基板上
に、角型の分極反転しており、かつ高屈折率の領域を設
けたＳＨＧ素子を発表している。この素子構造は、角型
の高屈折率領域から次の高屈折率領域へ進む間に光が広
がるため、伝搬損失が大きくなる。角型の高屈折率領域
による光の散乱を防ぎ、伝搬損失を減少させるために
は、１つ１つの高屈折率領域の形状を丸くすればよい
（特願平５−１６４０１７）。このとき光は凸レンズの
列を収束しながら伝搬することになるので伝搬損失が低
減する。このように、分極反転しており、かつ高屈折率
である丸型の領域を離散的に配置した素子は、一回のプ
ロセスで作製できるため製造が簡単であり、しかも集光
性がよく、伝搬損失が小さいという長所を有する。
【０００６】しかしながら、周期的な分極反転構造と、
それに直交するチャンネル導波路から成る素子も、角型
または丸型の分極反転しており、かつ高屈折率である領
域が離散的に配置されている素子も、入射光の波長λに
対する周期Λの許容範囲が非常に狭いという問題点があ
る。このため、入射光の波長λに応じて、（１）式から
得られる周期Λの素子を作製しても、作製上の誤差や結
晶による屈折率のばらつきなどにより、λの入射光に対
して効率よく第二高調波が発生できない場合が多い。こ
の問題を回避するために、擬似位相整合を利用した第二
高調波発生素子では、波長可変レーザを用いてλの周辺
で波長を走査し、高い変換効率を得ているのが現状であ
る。しかし、小型の短波長光源を実現するためには、波
長をほとんど変えることができない半導体レーザにおい
ても、高い変換効率が得られるような素子構造にするこ
とが望まれる。
それに直交するチャンネル導波路から成る素子も、角型
または丸型の分極反転しており、かつ高屈折率である領
域が離散的に配置されている素子も、入射光の波長λに
対する周期Λの許容範囲が非常に狭いという問題点があ
る。このため、入射光の波長λに応じて、（１）式から
得られる周期Λの素子を作製しても、作製上の誤差や結
晶による屈折率のばらつきなどにより、λの入射光に対
して効率よく第二高調波が発生できない場合が多い。こ
の問題を回避するために、擬似位相整合を利用した第二
高調波発生素子では、波長可変レーザを用いてλの周辺
で波長を走査し、高い変換効率を得ているのが現状であ
る。しかし、小型の短波長光源を実現するためには、波
長をほとんど変えることができない半導体レーザにおい
ても、高い変換効率が得られるような素子構造にするこ
とが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この本発明は、分極反
転しており、かつ、屈折率が基板より高い丸型の領域が
一定周期で離散的に並んでいる第二高調波発生素子につ
いて、広い波長範囲で動作可能にしようとするものであ
る。
転しており、かつ、屈折率が基板より高い丸型の領域が
一定周期で離散的に並んでいる第二高調波発生素子につ
いて、広い波長範囲で動作可能にしようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するために、非線形光学結晶中に、分極反転してお
り、かつ、屈折率が基板より高い丸型の領域が一定周期
で離散的に並んでおり、しかも、その直径が除々に小さ
くなっていく光導波路を設ける。分極反転しており、か
つ高屈折率である丸型領域は、基板に対して凸レンズと
して働くので、光を収束させながら伝えることができ
る。
決するために、非線形光学結晶中に、分極反転してお
り、かつ、屈折率が基板より高い丸型の領域が一定周期
で離散的に並んでおり、しかも、その直径が除々に小さ
くなっていく光導波路を設ける。分極反転しており、か
つ高屈折率である丸型領域は、基板に対して凸レンズと
して働くので、光を収束させながら伝えることができ
る。
【０００９】丸型の分極反転しており、かつ高屈折率で
ある領域の直径は、レーザ光を高い効率で光導波路に入
れることができるよう、入射端側が大きく、出射端側が
小さくなっている。入射端側の直径は最大でもΛより小
さく、出射端側の直径は最小でも光が伝搬できるだけの
大きさ、すなわち１．５μｍは必要である。通常、Λは
３μｍから１０μｍの間である。
ある領域の直径は、レーザ光を高い効率で光導波路に入
れることができるよう、入射端側が大きく、出射端側が
小さくなっている。入射端側の直径は最大でもΛより小
さく、出射端側の直径は最小でも光が伝搬できるだけの
大きさ、すなわち１．５μｍは必要である。通常、Λは
３μｍから１０μｍの間である。
【００１０】丸型の高屈折率である領域の大きさが除々
に変化している離散的な光導波路を設けることによっ
て、第二高調波を発生できる波長範囲が広がる理由を述
べる。
に変化している離散的な光導波路を設けることによっ
て、第二高調波を発生できる波長範囲が広がる理由を述
べる。
【００１１】離散的な丸型光導波路の等価屈折率を、同
じ幅を有するチャンネル型光導波路で近似して考えるこ
とにする。チャンネル型光導波路を伝搬する光の等価屈
折率は、光導波路の幅に依存し、等価屈折率法と呼ばれ
る近似解析方法を用いて幅に対する依存性を知ることが
できる（西原浩、春名正光、栖原敏明、“光集積回
路”、オーム社、1985）。ある波長に対するチャンネル
型光導波路の等価屈折率は、光導波路の幅が広がるにつ
れて高くなる。従って、丸型の高屈折率領域の大きさが
除々に小さくなっている光導波路において、ある波長に
対する等価屈折率は、入射端側で高く、光導波路内を伝
搬するにつれて徐々に低くなるように変化する。この変
化の大きさが波長によって異なるため、（１）式の nSH
− nF は丸型光導波路の伝搬方向で変化することにな
る。Λが一定の場合 nSH− nF の変化に対応してλが変
わる。つまり、第二高調波を発生できる波長範囲が広が
ることになる。
じ幅を有するチャンネル型光導波路で近似して考えるこ
とにする。チャンネル型光導波路を伝搬する光の等価屈
折率は、光導波路の幅に依存し、等価屈折率法と呼ばれ
る近似解析方法を用いて幅に対する依存性を知ることが
できる（西原浩、春名正光、栖原敏明、“光集積回
路”、オーム社、1985）。ある波長に対するチャンネル
型光導波路の等価屈折率は、光導波路の幅が広がるにつ
れて高くなる。従って、丸型の高屈折率領域の大きさが
除々に小さくなっている光導波路において、ある波長に
対する等価屈折率は、入射端側で高く、光導波路内を伝
搬するにつれて徐々に低くなるように変化する。この変
化の大きさが波長によって異なるため、（１）式の nSH
− nF は丸型光導波路の伝搬方向で変化することにな
る。Λが一定の場合 nSH− nF の変化に対応してλが変
わる。つまり、第二高調波を発生できる波長範囲が広が
ることになる。
【００１２】
【実施例】本発明による実施例を図１を用いて説明す
る。１は非線形光学結晶ＫＴＰ（KTiOPO4)のＺ板であ
る。２は丸型の分極反転しており、かつ高屈折率である
領域であり、ＫＴＰ基板を３５０℃の硝酸ルビジウムと
硝酸バリウムの混合塩中に１５分間浸漬して作製した。
硝酸ルビジウムと硝酸バリウムの混合塩中で熱処理を行
った場合、処理された部分は高屈折率になると同時に、
分極の向きが反転する。
る。１は非線形光学結晶ＫＴＰ（KTiOPO4)のＺ板であ
る。２は丸型の分極反転しており、かつ高屈折率である
領域であり、ＫＴＰ基板を３５０℃の硝酸ルビジウムと
硝酸バリウムの混合塩中に１５分間浸漬して作製した。
硝酸ルビジウムと硝酸バリウムの混合塩中で熱処理を行
った場合、処理された部分は高屈折率になると同時に、
分極の向きが反転する。
【００１３】丸型の分極反転しており、かつ高屈折率で
ある領域は５μｍ周期で並んでいる。丸型の領域の直径
は入射端側で４μｍ、出射端側で２μｍである。素子長
は５ｍｍである。
ある領域は５μｍ周期で並んでいる。丸型の領域の直径
は入射端側で４μｍ、出射端側で２μｍである。素子長
は５ｍｍである。
【００１４】この素子に８９５〜９１５ｎｍの範囲で波
長を走査しながら１００ｍＷの入射光を入れたところ、
図２にＡで示したように広い範囲で第二高調波を発生さ
せることができた。図２のＢは、直径３．５μｍの丸型
の分極反転しており、かつ高屈折率である領域を５μｍ
周期で長さ５ｍｍにわたって配置した素子を用いて、上
記と同じ第二高調波発生実験を行ったときの結果であ
り、比較例として示した。
長を走査しながら１００ｍＷの入射光を入れたところ、
図２にＡで示したように広い範囲で第二高調波を発生さ
せることができた。図２のＢは、直径３．５μｍの丸型
の分極反転しており、かつ高屈折率である領域を５μｍ
周期で長さ５ｍｍにわたって配置した素子を用いて、上
記と同じ第二高調波発生実験を行ったときの結果であ
り、比較例として示した。
【００１５】
【発明の効果】上述したように、本発明の素子によれ
ば、ＳＨＧ素子として機能できる波長範囲を広げること
ができる。
ば、ＳＨＧ素子として機能できる波長範囲を広げること
ができる。
【図１】本発明の実施例によるＳＨＧ素子の概略図であ
る。
る。
【図２】入射波長を走査したときの第二高調波出力の変
化を示した図である。
化を示した図である。
１ 非線形光学結晶ＫＴＰ(KTiOPO4) のＺ板 ２ 丸型の分極反転しており、かつ高屈折率である領
域
域
Claims (1)
- 【請求項１】 非線形光学結晶中に、分極反転してお
り、かつ、屈折率が基板より高い丸型の領域が一定周期
で離散的に並んでおり、しかも、その直径が除々に小さ
くなっていくことを特徴とする光導波路を有する第二高
調波発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7387794A JPH07261211A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 第二高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7387794A JPH07261211A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 第二高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07261211A true JPH07261211A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13530878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7387794A Withdrawn JPH07261211A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 第二高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07261211A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101370012B1 (ko) * | 2012-09-17 | 2014-03-04 | 광주과학기술원 | 스펙클 노이즈 저감형 넓은 선폭의 녹색 광원용 준위상 정합 광소자, 및 이를 이용한 광변환 성능 검출 장치 및 디스플레이 장치 |
| CN108107641A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-01 | 华南师范大学 | 基于光伏光折变扩散管理孪晶的二次谐波产生方法及装置 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP7387794A patent/JPH07261211A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101370012B1 (ko) * | 2012-09-17 | 2014-03-04 | 광주과학기술원 | 스펙클 노이즈 저감형 넓은 선폭의 녹색 광원용 준위상 정합 광소자, 및 이를 이용한 광변환 성능 검출 장치 및 디스플레이 장치 |
| CN108107641A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-01 | 华南师范大学 | 基于光伏光折变扩散管理孪晶的二次谐波产生方法及装置 |
| CN108107641B (zh) * | 2017-12-26 | 2023-07-04 | 华南师范大学 | 基于光伏光折变扩散管理孪晶的二次谐波产生方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |