JPH07270839A - 光導波路型第二高調波発生素子 - Google Patents
光導波路型第二高調波発生素子Info
- Publication number
- JPH07270839A JPH07270839A JP8549894A JP8549894A JPH07270839A JP H07270839 A JPH07270839 A JP H07270839A JP 8549894 A JP8549894 A JP 8549894A JP 8549894 A JP8549894 A JP 8549894A JP H07270839 A JPH07270839 A JP H07270839A
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- Japan
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- waveguide
- light
- polarization inversion
- refractive index
- polarization
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光導波路型ＳＨＧ素子への光の結合を入射端
面において開口径が大きく分極反転導波路側で小さくな
るテーパー導波路で行うことにより、位置合わせに要求
される精度を低減させ、かつ導波路に結合される光量を
増加させ、シングルモード導波路への結合を容易にさ
せ、再現性良く光を結合させること。 【構成】 ＫＴＰ単結晶のＺ面に周期的に自発分極が反
転し、かつ屈折率が基板よりも大きいレンズ状の領域１
１が形成されている。分極反転及び、屈折率増加は、Ｋ
ＴＰ中のカリウムをルビジウム及びバリウムにイオン交
換することによって作製できる。分極反転の周期は８５
０ｎｍの基本波を考えた場合、３〜５μｍとなる。ＳＨ
Ｇ素子の入射側には幅・深さとも１０μｍの高屈折率層
が形成されており、セグメント導波路側へ近付くにした
がい徐々にサイズが小さくなり、最終的に幅・深さとも
５μｍになるようなテーパー導波路２０が構成されてい
る。
面において開口径が大きく分極反転導波路側で小さくな
るテーパー導波路で行うことにより、位置合わせに要求
される精度を低減させ、かつ導波路に結合される光量を
増加させ、シングルモード導波路への結合を容易にさ
せ、再現性良く光を結合させること。 【構成】 ＫＴＰ単結晶のＺ面に周期的に自発分極が反
転し、かつ屈折率が基板よりも大きいレンズ状の領域１
１が形成されている。分極反転及び、屈折率増加は、Ｋ
ＴＰ中のカリウムをルビジウム及びバリウムにイオン交
換することによって作製できる。分極反転の周期は８５
０ｎｍの基本波を考えた場合、３〜５μｍとなる。ＳＨ
Ｇ素子の入射側には幅・深さとも１０μｍの高屈折率層
が形成されており、セグメント導波路側へ近付くにした
がい徐々にサイズが小さくなり、最終的に幅・深さとも
５μｍになるようなテーパー導波路２０が構成されてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理分野、光応
用計測制御分野、印刷・製版分野、医用分野等に使用さ
れるレーザー光において、その光の波長を半分にする第
二高調波発生素子に関するものである。
用計測制御分野、印刷・製版分野、医用分野等に使用さ
れるレーザー光において、その光の波長を半分にする第
二高調波発生素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光導波路型ＳＨＧ素子への光の結合は、
従来対物レンズ等により直接光を絞り込む方法や、光フ
ァイバーを近接させることで結合させる方法等があっ
た。しかし、ＳＨＧの効率を上げるためには導波モード
が１本になるシングルモード導波路に入射することが重
要であるが、これらの方法では、光を非常に微小な開口
の導波路へ結合させなければならないため、小さなスポ
ットに絞る必要がありアライメントが難しく僅かな位置
ずれでも結合する光量が大幅に低下してしまうという問
題があった。
従来対物レンズ等により直接光を絞り込む方法や、光フ
ァイバーを近接させることで結合させる方法等があっ
た。しかし、ＳＨＧの効率を上げるためには導波モード
が１本になるシングルモード導波路に入射することが重
要であるが、これらの方法では、光を非常に微小な開口
の導波路へ結合させなければならないため、小さなスポ
ットに絞る必要がありアライメントが難しく僅かな位置
ずれでも結合する光量が大幅に低下してしまうという問
題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光導波路型
ＳＨＧ素子への光の結合を入射端面において開口径が大
きく分極反転導波路側で小さくなるテーパー導波路で行
うことにより、位置合わせに要求される精度を低減させ
かつ、導波路に結合される光量を増加させ、シングルモ
ード導波路への結合を容易にさせ、再現性良く光を結合
させることを目的とする。
ＳＨＧ素子への光の結合を入射端面において開口径が大
きく分極反転導波路側で小さくなるテーパー導波路で行
うことにより、位置合わせに要求される精度を低減させ
かつ、導波路に結合される光量を増加させ、シングルモ
ード導波路への結合を容易にさせ、再現性良く光を結合
させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の発明は、非線形光学結晶内に周期的に
分極を反転させた導波路内で第二高調波を発生させる光
導波路型ＳＨＧ素子において、分極反転導波路に光を結
合させるために光入射端面側の導波路径が大きく分極反
転導波路側が小さいテーパー導波路により分極反転導波
路に結合させることを特徴とするものである。
の請求項１記載の発明は、非線形光学結晶内に周期的に
分極を反転させた導波路内で第二高調波を発生させる光
導波路型ＳＨＧ素子において、分極反転導波路に光を結
合させるために光入射端面側の導波路径が大きく分極反
転導波路側が小さいテーパー導波路により分極反転導波
路に結合させることを特徴とするものである。
【０００５】請求項２記載の発明にかかる光導波路型Ｓ
ＨＧ素子は、上記テーパー導波路の出射部に導波モード
を選択することを目的としたシングルモードのチャンネ
ル導波路を接続したことを特徴とするものである。
ＨＧ素子は、上記テーパー導波路の出射部に導波モード
を選択することを目的としたシングルモードのチャンネ
ル導波路を接続したことを特徴とするものである。
【０００６】請求項３記載の発明にかかる光導波路型Ｓ
ＨＧ素子は、上記分極反転導波路がセグメント構造を有
することを特徴とするものである。
ＨＧ素子は、上記分極反転導波路がセグメント構造を有
することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】空間強度がガウス分布をしたレーザー光をレン
ズを用いて集光しようとした場合、レーザー光のビーム
直径をｄ、波長をλ、レンズの焦点距離をｆとすると、
レーザー光のスポットサイズ２ω0 は、次式で表され
る。 ２ω0 ＝０．８λ／ＮＡ ｛ＮＡ＝ｓｉｎ（ｔａｎ
-1（ｄ／２ｆ））｝ シングルモード導波路は深さ・幅が３μｍ程度であるた
め、λ＝０．８５μｍの光をうまく結合させるために
は、レンズのＮＡ（開口数）が０．３程度必要となって
くるが、シングルモード導波路はＮＡが０．１程度であ
るため、大部分の光は導波せず、アライメントが非常に
難しい。一方、テーパー導波路は導波路径が入射側で大
きいため導波路への光の結合は容易になり、再現性よく
分極反転導波路に結合させることが可能となる。
ズを用いて集光しようとした場合、レーザー光のビーム
直径をｄ、波長をλ、レンズの焦点距離をｆとすると、
レーザー光のスポットサイズ２ω0 は、次式で表され
る。 ２ω0 ＝０．８λ／ＮＡ ｛ＮＡ＝ｓｉｎ（ｔａｎ
-1（ｄ／２ｆ））｝ シングルモード導波路は深さ・幅が３μｍ程度であるた
め、λ＝０．８５μｍの光をうまく結合させるために
は、レンズのＮＡ（開口数）が０．３程度必要となって
くるが、シングルモード導波路はＮＡが０．１程度であ
るため、大部分の光は導波せず、アライメントが非常に
難しい。一方、テーパー導波路は導波路径が入射側で大
きいため導波路への光の結合は容易になり、再現性よく
分極反転導波路に結合させることが可能となる。
【０００８】光導波路構造をしたＳＨＧ素子の特徴は、
一般的な位相整合（角度、温度）では使うことの出来な
いｄ３３という非線形定数が利用できることである。ｄ
３３は、他の非線形定数に比べ一桁程度大きいため、Ｌ
Ｄのような低出力のレーザー光でも十分波長変換が行え
る。光導波路型ＳＨＧ素子にはチェレンコフ放射を用い
るものや、分極を反転させた疑似位相整合を用いるもの
があるが、ＳＨＧの集光特性や変換効率の点で疑似位相
整合の方が優れている。また、疑似位相整合のＳＨＧ素
子は、光を閉じ込める導波路層がチャンネル型とセグメ
ント型のものに分類されるが、導波路と分極反転を同じ
工程で行えるセグメント型の方がプロセスを簡略化でき
る点で有利である。ｄ３３を有効に利用するためには、
非線形光学結晶の切断を結晶のＺ軸に垂直にするのがよ
い（Ｚ板）。分極反転させていない非線形光学結晶に入
射した光は、結晶の種類と波長によって決まるコヒーレ
ント長ｌｃの周期でＳＨＧの強度が増減を繰り返すが、
分極反転させ疑似位相整合をとった場合、ｌｃ〜２ｌｃ
の間で干渉により打ち消されて減少したＳＨＧの強度
が、反対に強め合わされて増加するようになり、長い距
離を伝播させることで大きなＳＨＧ出力が得られる。こ
の結果、結晶の切断面を波長により変えることなく弱い
強度のレーザー光でも十分な変換効率を達成することが
可能となる。
一般的な位相整合（角度、温度）では使うことの出来な
いｄ３３という非線形定数が利用できることである。ｄ
３３は、他の非線形定数に比べ一桁程度大きいため、Ｌ
Ｄのような低出力のレーザー光でも十分波長変換が行え
る。光導波路型ＳＨＧ素子にはチェレンコフ放射を用い
るものや、分極を反転させた疑似位相整合を用いるもの
があるが、ＳＨＧの集光特性や変換効率の点で疑似位相
整合の方が優れている。また、疑似位相整合のＳＨＧ素
子は、光を閉じ込める導波路層がチャンネル型とセグメ
ント型のものに分類されるが、導波路と分極反転を同じ
工程で行えるセグメント型の方がプロセスを簡略化でき
る点で有利である。ｄ３３を有効に利用するためには、
非線形光学結晶の切断を結晶のＺ軸に垂直にするのがよ
い（Ｚ板）。分極反転させていない非線形光学結晶に入
射した光は、結晶の種類と波長によって決まるコヒーレ
ント長ｌｃの周期でＳＨＧの強度が増減を繰り返すが、
分極反転させ疑似位相整合をとった場合、ｌｃ〜２ｌｃ
の間で干渉により打ち消されて減少したＳＨＧの強度
が、反対に強め合わされて増加するようになり、長い距
離を伝播させることで大きなＳＨＧ出力が得られる。こ
の結果、結晶の切断面を波長により変えることなく弱い
強度のレーザー光でも十分な変換効率を達成することが
可能となる。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の一実施例である入射端
面側にテーパー導波路を作製した光導波路型ＳＨＧ素子
の構造を説明するための図である。
して説明する。図１は、本発明の一実施例である入射端
面側にテーパー導波路を作製した光導波路型ＳＨＧ素子
の構造を説明するための図である。
【００１０】本実施例の光導波路型ＳＨＧ素子は、図１
に示すように、非線形光学材料１０を用いて形成したも
のである。非線形光学材料とは、光が入射したときに電
子分極が光の電磁場に比例しない非線形応答を示す物質
のことである。本実施例では、ＳＨＧ素子であるため、
非線形光学材料１０として、二次の非線形現象を示し、
かつ非線形光学材料のＺ軸方向に生じている自発分極を
容易に反転させることの出来るもの、たとえばＫＴＰや
タンタル酸リチウム（ＬＴ）やニオブ酸リチウム（Ｌ
Ｎ）等を用いる。以下、非線形光学材料にＫＴＰ単結晶
のＺ板を用いた場合の実施例について説明する。
に示すように、非線形光学材料１０を用いて形成したも
のである。非線形光学材料とは、光が入射したときに電
子分極が光の電磁場に比例しない非線形応答を示す物質
のことである。本実施例では、ＳＨＧ素子であるため、
非線形光学材料１０として、二次の非線形現象を示し、
かつ非線形光学材料のＺ軸方向に生じている自発分極を
容易に反転させることの出来るもの、たとえばＫＴＰや
タンタル酸リチウム（ＬＴ）やニオブ酸リチウム（Ｌ
Ｎ）等を用いる。以下、非線形光学材料にＫＴＰ単結晶
のＺ板を用いた場合の実施例について説明する。
【００１１】ＫＴＰ単結晶のＺ面に周期的に自発分極が
反転し、かつ屈折率が基板よりも大きいレンズ状の領域
１１が形成されている。分極反転及び、屈折率増加は、
ＫＴＰ中のカリウムをルビジウム及びバリウムにイオン
交換することによって作製できる。分極反転の周期は８
５０ｎｍの基本波を考えた場合、３〜５μｍとなる。Ｓ
ＨＧ素子の入射側には幅・深さとも１０μｍの高屈折率
層が形成されており、セグメント導波路側へ近付くにし
たがい徐々にサイズが小さくなり、最終的に幅・深さと
も５μｍになるようなテーパー導波路２０が構成されて
いる。テーパー導波路２０の深さ方向の制御はイオン交
換時間を徐々に変化させることによって行った。テーパ
ー導波路の角度は、セグメント導波路のＮＡ程度がよ
く、５゜で作製したため、テーパー導波路の長さは３０
μｍである。テーパー導波路２０の出射部にはセグメン
ト導波路２１に導波モードがマッチングするために幅・
深さとも５μｍのシングルモードのチャンネル導波路２
２が構成されている。ただし、チャンネル導波路２２
は、セグメント導波路２１をシングルモードになるよう
に作製すれば必ずしも必要ではない。
反転し、かつ屈折率が基板よりも大きいレンズ状の領域
１１が形成されている。分極反転及び、屈折率増加は、
ＫＴＰ中のカリウムをルビジウム及びバリウムにイオン
交換することによって作製できる。分極反転の周期は８
５０ｎｍの基本波を考えた場合、３〜５μｍとなる。Ｓ
ＨＧ素子の入射側には幅・深さとも１０μｍの高屈折率
層が形成されており、セグメント導波路側へ近付くにし
たがい徐々にサイズが小さくなり、最終的に幅・深さと
も５μｍになるようなテーパー導波路２０が構成されて
いる。テーパー導波路２０の深さ方向の制御はイオン交
換時間を徐々に変化させることによって行った。テーパ
ー導波路の角度は、セグメント導波路のＮＡ程度がよ
く、５゜で作製したため、テーパー導波路の長さは３０
μｍである。テーパー導波路２０の出射部にはセグメン
ト導波路２１に導波モードがマッチングするために幅・
深さとも５μｍのシングルモードのチャンネル導波路２
２が構成されている。ただし、チャンネル導波路２２
は、セグメント導波路２１をシングルモードになるよう
に作製すれば必ずしも必要ではない。
【００１２】波長８５０ｎｍのレーザー光３０は、ＮＡ
が０．１の対物レンズ２３によりテーパー導波路２０に
入射する。テーパー導波路内を導波した光はチャンネル
導波路２２によりシングルモードの導波光に変換されセ
グメント導波路２１に入射する。セグメント導波路内で
は、一本の導波モードしか立たないため、理想的なＳＨ
Ｇへの変換が行われ、マルチモードのときに比べ５倍以
上の変換効率の向上が図れた。
が０．１の対物レンズ２３によりテーパー導波路２０に
入射する。テーパー導波路内を導波した光はチャンネル
導波路２２によりシングルモードの導波光に変換されセ
グメント導波路２１に入射する。セグメント導波路内で
は、一本の導波モードしか立たないため、理想的なＳＨ
Ｇへの変換が行われ、マルチモードのときに比べ５倍以
上の変換効率の向上が図れた。
【００１３】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものでなく、ＫＴＰ結晶の代わりにＬＮやＬＴ等、分
極反転と屈折率変化が容易に行える材料であればＳＨＧ
の変換効率向上が可能となる。
るものでなく、ＫＴＰ結晶の代わりにＬＮやＬＴ等、分
極反転と屈折率変化が容易に行える材料であればＳＨＧ
の変換効率向上が可能となる。
【００１４】
【発明の効果】上述したように、本発明の素子によれ
ば、導波路への入射が容易になりシングルモードでＳＨ
Ｇを発生できるため、高効率でＳＨＧを発生させる光導
波路型ＳＨＧ素子を提供することができる。
ば、導波路への入射が容易になりシングルモードでＳＨ
Ｇを発生できるため、高効率でＳＨＧを発生させる光導
波路型ＳＨＧ素子を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例である入射端面側にテーパー
導波路を作製した光導波路型ＳＨＧ素子の構造を説明す
るための図である。
導波路を作製した光導波路型ＳＨＧ素子の構造を説明す
るための図である。
１０ 非線形光学材料 １１ レンズ状の領域 ２０ テーパー導波路 ２１ セグメント導波路 ２２ チャンネル導波路 ２３ 対物レンズ ３０ レーザー光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 幸弘 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者 鈴木 和雄 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形光学結晶内に周期的に分極を反転
させた導波路内で第二高調波を発生させる光導波路型第
二高調波発生素子において、分極反転導波路に光を結合
させるために光入射端面側の導波路径が大きく分極反転
導波路側が小さいテーパー導波路により分極反転導波路
に結合させることを特徴とする光導波路型第二高調波発
生素子。 - 【請求項２】 上記テーパー導波路の出射部に導波モー
ドを選択することを目的としたシングルモードのチャン
ネル導波路を接続したことを特徴とする請求項１記載の
光導波路型第二高調波発生素子。 - 【請求項３】 上記分極反転導波路がセグメント構造を
有することを特徴とする請求項１記載の光導波路型第二
高調波発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8549894A JPH07270839A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 光導波路型第二高調波発生素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8549894A JPH07270839A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 光導波路型第二高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270839A true JPH07270839A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13860606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8549894A Withdrawn JPH07270839A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 光導波路型第二高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07270839A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1708001A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-04 | NEC Corporation | Optical waveguide coupler, subassembled optical unit, optical module and optically coupling method |
| JP2006309197A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-11-09 | Nec Corp | 導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP8549894A patent/JPH07270839A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1708001A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-04 | NEC Corporation | Optical waveguide coupler, subassembled optical unit, optical module and optically coupling method |
| JP2006309197A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-11-09 | Nec Corp | 導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法 |
| US7356226B2 (en) | 2005-03-30 | 2008-04-08 | Nec Corporation | Optical waveguide coupler, sub-assembled optical unit, optical module and optically coupling method |
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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 |