JPH0728109A - 周波数逓倍装置及び方法 - Google Patents
周波数逓倍装置及び方法Info
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- JPH0728109A JPH0728109A JP3171990A JP17199091A JPH0728109A JP H0728109 A JPH0728109 A JP H0728109A JP 3171990 A JP3171990 A JP 3171990A JP 17199091 A JP17199091 A JP 17199091A JP H0728109 A JPH0728109 A JP H0728109A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B19/00—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価な非線形結晶の導波管により一次モード
で発生する第二高調波の光を得る。 【構成】 導波チャネル１８の第１セクション２０は、
非線形結晶材料で作られる。導波チャネル１８の第２セ
クション２２は、複数の発散チャネルを備えている。発
散チャネルは、それぞれ、第１セクションからあるモー
ドで発生する第二高調波の光を支持する幅を備えてい
る。発散チャネルの１つの端部で、一次モードによる第
二高調波の光が得られる。
で発生する第二高調波の光を得る。 【構成】 導波チャネル１８の第１セクション２０は、
非線形結晶材料で作られる。導波チャネル１８の第２セ
クション２２は、複数の発散チャネルを備えている。発
散チャネルは、それぞれ、第１セクションからあるモー
ドで発生する第二高調波の光を支持する幅を備えてい
る。発散チャネルの１つの端部で、一次モードによる第
二高調波の光が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光の周波数の二倍化に
関するものであり、とりわけ、一次モードの周波数が２
倍の光を発生する分岐導波管の利用に関するものであ
る。
関するものであり、とりわけ、一次モードの周波数が２
倍の光を発生する分岐導波管の利用に関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】光学データ記憶システムに、半導体ダイオ
ード・レーザが用いられる。ガリウム・アルミニウム・
ヒ素（ＧａＡｌＡｓ) ダイオード・レーザが、一例であ
り、近赤外領域（860ナノメートルの波長）の光を発生
する。レーザからの光が、データの各ビットを記録する
ため、光ディスク上のスポットに焦点を合わせられる。
スポット・サイズは、λ／２（N.A.）に等しく、ここ
で、λは、光の波長、（N.A.）は、集束レンズの開口数
である。典型的なシステムの場合、（N.A.）は、約0.5
でけあり、結果生じるスポット・サイズは、直径が 860
ナノメートルである。
ード・レーザが用いられる。ガリウム・アルミニウム・
ヒ素（ＧａＡｌＡｓ) ダイオード・レーザが、一例であ
り、近赤外領域（860ナノメートルの波長）の光を発生
する。レーザからの光が、データの各ビットを記録する
ため、光ディスク上のスポットに焦点を合わせられる。
スポット・サイズは、λ／２（N.A.）に等しく、ここ
で、λは、光の波長、（N.A.）は、集束レンズの開口数
である。典型的なシステムの場合、（N.A.）は、約0.5
でけあり、結果生じるスポット・サイズは、直径が 860
ナノメートルである。
【０００３】レーザ光の波長を半分に減らすことができ
れば、スポット・サイズの直径も半分に経ることにな
り、光ディスクの総合密度は４倍になる。あいにく、青
色領域（波長が 430ナノメートル）の光を発生するレー
ザ・ダイオードは、まだ得られない。この分野の研究
は、レーザ・ダイオードからの赤外光を青色光に変換す
る方法に集中してきた。
れば、スポット・サイズの直径も半分に経ることにな
り、光ディスクの総合密度は４倍になる。あいにく、青
色領域（波長が 430ナノメートル）の光を発生するレー
ザ・ダイオードは、まだ得られない。この分野の研究
は、レーザ・ダイオードからの赤外光を青色光に変換す
る方法に集中してきた。
【０００４】光をさらに高い周波数に変換する技法の１
つは、二次高調波の発生（ＳＨＧ）として知られてい
る。光は、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）といった非
線形結晶に通されて、二次高調波の光（基本光の２倍の
周波数の光）が発生する。
つは、二次高調波の発生（ＳＨＧ）として知られてい
る。光は、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）といった非
線形結晶に通されて、二次高調波の光（基本光の２倍の
周波数の光）が発生する。
【０００５】ＳＨＧのこうした方法は、一般に、バルク
結晶を利用する。発生する青色光のパワーは、ｌ2 ／Ａ
に比例するが、ここで、ｌは、結晶の長さに等しく、Ａ
は、焦点を合わせたビームの面積に等しい。長さは、で
きるだけ長く、焦点面積は、極めて小さいことが最適で
ある。問題は、バルク結晶における従来の光学的焦点合
せの場合、光の発散が開始する前に、ほんの短い距離
で、小さな領域にビームの焦点を合わせることが可能で
ある。逆に、さらに長い結晶について、ただし、焦点面
積をかなり大きくして、光の焦点を合わせることも可能
である。この結果、ＳＨＧプロセスは、極めて効率が悪
くなる。例えば、 100ミリワットの基本周波数の光が入
力されることによって、わずか10マイクロワットの第二
高調波の光しか出力されない。これは、光学記憶システ
ムに用いるのに十分なパワーではない。
結晶を利用する。発生する青色光のパワーは、ｌ2 ／Ａ
に比例するが、ここで、ｌは、結晶の長さに等しく、Ａ
は、焦点を合わせたビームの面積に等しい。長さは、で
きるだけ長く、焦点面積は、極めて小さいことが最適で
ある。問題は、バルク結晶における従来の光学的焦点合
せの場合、光の発散が開始する前に、ほんの短い距離
で、小さな領域にビームの焦点を合わせることが可能で
ある。逆に、さらに長い結晶について、ただし、焦点面
積をかなり大きくして、光の焦点を合わせることも可能
である。この結果、ＳＨＧプロセスは、極めて効率が悪
くなる。例えば、 100ミリワットの基本周波数の光が入
力されることによって、わずか10マイクロワットの第二
高調波の光しか出力されない。これは、光学記憶システ
ムに用いるのに十分なパワーではない。
【０００６】この問題に対する解決策の１つは、非線形
結晶導波管においてＳＨＧプロセスを実施することにあ
る。この場合、光は、導波管の全長にわたって、狭い領
域（導波管の断面）に閉じ込めることができる。
結晶導波管においてＳＨＧプロセスを実施することにあ
る。この場合、光は、導波管の全長にわたって、狭い領
域（導波管の断面）に閉じ込めることができる。
【０００７】導波管におけるＳＨＧに伴う問題の１つ
は、第二高調波の光は、複数の高次モードの導波管にお
いて生じるのが普通という点である。これは、導波管の
分散によって、第二高調波における最低次モードの有効
屈折率が、基本光の最低次モードの場合に比べて高くな
るために生じる。通常、基本周波数の光の最低次モード
と第二高調波の光の最高次モードの間において、単純な
平面導波管またはチャネル導波管によって位相整合を得
ることが可能になる。一般に、導波管は、基本波長の単
一モードとなるように設計され、第二高調波の波長にお
ける数（約２〜４）モードを支持する。
は、第二高調波の光は、複数の高次モードの導波管にお
いて生じるのが普通という点である。これは、導波管の
分散によって、第二高調波における最低次モードの有効
屈折率が、基本光の最低次モードの場合に比べて高くな
るために生じる。通常、基本周波数の光の最低次モード
と第二高調波の光の最高次モードの間において、単純な
平面導波管またはチャネル導波管によって位相整合を得
ることが可能になる。一般に、導波管は、基本波長の単
一モードとなるように設計され、第二高調波の波長にお
ける数（約２〜４）モードを支持する。
【０００８】高次の第二高調波モードを低次のモードに
変換する方法の１つは、第１の導波管における高次モー
ドを、第１の導波管と並列をなす第２の導波管における
最低次モードに結合するように設計された方向性結合器
の利用である。この結合は、第１の導波管における高次
モードの有効屈折率が、第２の導波管における最低次モ
ードの有効屈折率と同じになるように、導波管の設計を
行なうことによって可能になる。次に、第１の導波管に
おける高次モードのわずかな電界によって、第２の導波
管における最低次モードが選択的に励起される。こうし
た結合器の製作には、導波管の幅及び屈折率のプロフィ
ルといった物理的パラメータが、導波管内におけるモー
ドの有効屈折率にどのような影響を及ぼすかについて精
確な知識が必要になるし、さらに、所望の物理的パラメ
ータを得るため、製作条件に精密な制御を加える能力も
必要になる。必要な製作公差が小さいと、方向性結合器
が実現不可能になる。この困難は、有効屈折率を電気光
学的に調整することによって克服することができるが、
これには、はるかに複雑な構造が必要であり、導波管に
対する精密な制御が要求される。
変換する方法の１つは、第１の導波管における高次モー
ドを、第１の導波管と並列をなす第２の導波管における
最低次モードに結合するように設計された方向性結合器
の利用である。この結合は、第１の導波管における高次
モードの有効屈折率が、第２の導波管における最低次モ
ードの有効屈折率と同じになるように、導波管の設計を
行なうことによって可能になる。次に、第１の導波管に
おける高次モードのわずかな電界によって、第２の導波
管における最低次モードが選択的に励起される。こうし
た結合器の製作には、導波管の幅及び屈折率のプロフィ
ルといった物理的パラメータが、導波管内におけるモー
ドの有効屈折率にどのような影響を及ぼすかについて精
確な知識が必要になるし、さらに、所望の物理的パラメ
ータを得るため、製作条件に精密な制御を加える能力も
必要になる。必要な製作公差が小さいと、方向性結合器
が実現不可能になる。この困難は、有効屈折率を電気光
学的に調整することによって克服することができるが、
これには、はるかに複雑な構造が必要であり、導波管に
対する精密な制御が要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上の事
情を考慮してなされたもので、一次モードで発生する第
二高調波の光が得られる、安価な、非線形結晶の導波管
を提供することを目的としている。
情を考慮してなされたもので、一次モードで発生する第
二高調波の光が得られる、安価な、非線形結晶の導波管
を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】要するに、望ましい実施
例の場合、本発明は、非線形結晶で作られた第１セクシ
ョンの導波チャネルを具備している。第１セクションの
導波チャネルは、屈折率が非線形結晶材料より低い材料
によって包囲されている。第２セクションの導波チャネ
ルが、第１セクションの導波チャネルに接続されてい
る。第２セクションの導波チャネルは、複数の発散チャ
ネル分岐を備えている。前記発散チャネル分岐は、それ
ぞれ、あるモードで発生する。第二高調波の光を支持す
る幅を備えている。一次モードで発生する第二高調波の
光は、こうした発散チャネルの１つの端部において得ら
れる。
例の場合、本発明は、非線形結晶で作られた第１セクシ
ョンの導波チャネルを具備している。第１セクションの
導波チャネルは、屈折率が非線形結晶材料より低い材料
によって包囲されている。第２セクションの導波チャネ
ルが、第１セクションの導波チャネルに接続されてい
る。第２セクションの導波チャネルは、複数の発散チャ
ネル分岐を備えている。前記発散チャネル分岐は、それ
ぞれ、あるモードで発生する。第二高調波の光を支持す
る幅を備えている。一次モードで発生する第二高調波の
光は、こうした発散チャネルの１つの端部において得ら
れる。
【００１１】
【実施例】図１には、本発明の一次モード周波数二倍器
レーザ・システムの略図が示されており、全体が参照番
号10で表示されている。システム10は、レーザ・ダイオ
ード12から構成される。レーザ・ダイオード12は、ひず
み層インジウム・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）レー
ザ・ダイオード（900〜1100nm）の波長)、ガリウム・ア
ルミニウム・ヒ素（ＧａＡｌＡｓ）レーザ・ダイオード
（750〜900ナノメートルの波長）、または、同等のレー
ザ・ダイオードとすることができる。
レーザ・システムの略図が示されており、全体が参照番
号10で表示されている。システム10は、レーザ・ダイオ
ード12から構成される。レーザ・ダイオード12は、ひず
み層インジウム・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）レー
ザ・ダイオード（900〜1100nm）の波長)、ガリウム・ア
ルミニウム・ヒ素（ＧａＡｌＡｓ）レーザ・ダイオード
（750〜900ナノメートルの波長）、または、同等のレー
ザ・ダイオードとすることができる。
【００１２】レーザ・ダイオード12から放出される光ビ
ーム14は、光を導波管18に結合する光学結合器16に通さ
れる。結合器16は、レンズとすることができる。導波管
18は、非線形結晶材料で作られた主チャネル20から構成
される。望ましい実施例に用いられる非線形結晶材料
は、カリウム・チタニール、リン酸（ＫＴＰ）である。
主チャネル20は、複数の発散チャネル22に接続されてい
る。発散チャネル22は、任意の透光材料で作ることがで
きるが、望ましい実施例の場合、非線形結晶でも作られ
る。主チャネル20及び発散チャネル22は、外壁24で包囲
されている。外壁24は、屈折率が主チャネル20及び発散
チャネル22に比べて低い材料で作られている。主チャネ
ルの幅はＨである。望ましい実施例の場合、チャネル20
及び22の深さは１〜５ミクロンである。
ーム14は、光を導波管18に結合する光学結合器16に通さ
れる。結合器16は、レンズとすることができる。導波管
18は、非線形結晶材料で作られた主チャネル20から構成
される。望ましい実施例に用いられる非線形結晶材料
は、カリウム・チタニール、リン酸（ＫＴＰ）である。
主チャネル20は、複数の発散チャネル22に接続されてい
る。発散チャネル22は、任意の透光材料で作ることがで
きるが、望ましい実施例の場合、非線形結晶でも作られ
る。主チャネル20及び発散チャネル22は、外壁24で包囲
されている。外壁24は、屈折率が主チャネル20及び発散
チャネル22に比べて低い材料で作られている。主チャネ
ルの幅はＨである。望ましい実施例の場合、チャネル20
及び22の深さは１〜５ミクロンである。
【００１３】主チャネル20は、ＳＨＧプロセスの効率を
最適化する幅及び長さを備えている。この結果、基本光
の波長（赤外線）における単一モード、及び、第二高調
波の波長（青色光）における数モード（約２〜４）を支
持するチャネルが形成されるのが普通である。望ましい
実施例の場合、チャネル20は、長さが５〜10nmで、幅が
５〜15ミクロンである。
最適化する幅及び長さを備えている。この結果、基本光
の波長（赤外線）における単一モード、及び、第二高調
波の波長（青色光）における数モード（約２〜４）を支
持するチャネルが形成されるのが普通である。望ましい
実施例の場合、チャネル20は、長さが５〜10nmで、幅が
５〜15ミクロンである。
【００１４】発生する基本周波数の光のモード数（ｍ）
は、次の式によって求められる。
は、次の式によって求められる。
【数１】
【００１５】ここで、λは、チャネルにおける光の真空
波長（この場合、基本周波数の光）、ｎ及びｎO は、そ
れぞれ、チャネル20及び外壁24の屈折率である。上述の
ように、最適なＳＨＧの場合、チャネル20は、単一モー
ド（ｍ＝１）を可能にする幅を備えている。
波長（この場合、基本周波数の光）、ｎ及びｎO は、そ
れぞれ、チャネル20及び外壁24の屈折率である。上述の
ように、最適なＳＨＧの場合、チャネル20は、単一モー
ド（ｍ＝１）を可能にする幅を備えている。
【００１６】ＳＨＧ光のモード数は、基本光のモード数
より多くなる。例えば、一次モードの基本周波数の光が
チャネル20に存在する場合、一次、二次、及び、三次モ
ードの第二高調波の光も存在する可能性がある。発散チ
ャネル22の数は、チャネル20における第二高調波の光の
モード数に等しい。
より多くなる。例えば、一次モードの基本周波数の光が
チャネル20に存在する場合、一次、二次、及び、三次モ
ードの第二高調波の光も存在する可能性がある。発散チ
ャネル22の数は、チャネル20における第二高調波の光の
モード数に等しい。
【００１７】図２には、システム10において用いること
が可能な導波管50が示されている。導波管50は、図１の
導波管18と同様に構成されている。導波管50は、幅がＨ
の主チャネル52と、幅がｈの第１の発散チャネルと、幅
がｈ−ｄの第２の発散チャネル56を備えている。単一モ
ードを含む第１の発散チャネル54の場合、ｎ＜λ／２
（ｎ2−ｎ O2)1/2。λが、この場合、ＳＨＧ光の波長に
等しい点に留意されたい。チャネル52の幅は、第１及び
第２の発散チャネル54及び56の幅の合計に等しい。従っ
て、Ｈは２ｈ−ｄに等しく、この場合、ｄ／ｈは１未満
になる。第１の発散チャネル54と第２の発散チャネル56
との間における発散角度θは、２ミリラジアン未満であ
り。導波管50の端部における第１の発散チャネル54と第
２の発散チャネル56の離隔距離は、約10ミクロンであ
る。導波管50は、一次モード及び二次モードの第二高調
波の光が主チャネル52内に存在する場合に用いられる。
が可能な導波管50が示されている。導波管50は、図１の
導波管18と同様に構成されている。導波管50は、幅がＨ
の主チャネル52と、幅がｈの第１の発散チャネルと、幅
がｈ−ｄの第２の発散チャネル56を備えている。単一モ
ードを含む第１の発散チャネル54の場合、ｎ＜λ／２
（ｎ2−ｎ O2)1/2。λが、この場合、ＳＨＧ光の波長に
等しい点に留意されたい。チャネル52の幅は、第１及び
第２の発散チャネル54及び56の幅の合計に等しい。従っ
て、Ｈは２ｈ−ｄに等しく、この場合、ｄ／ｈは１未満
になる。第１の発散チャネル54と第２の発散チャネル56
との間における発散角度θは、２ミリラジアン未満であ
り。導波管50の端部における第１の発散チャネル54と第
２の発散チャネル56の離隔距離は、約10ミクロンであ
る。導波管50は、一次モード及び二次モードの第二高調
波の光が主チャネル52内に存在する場合に用いられる。
【００１８】図３には、システム10に利用可能な導波管
100が示されている。導波管100は、図１の導波管18と同
様に構成されている。導波管100は、幅がＨの主チャネ
ル102と、幅がｈの第１の発散チャネル104と、幅がｈ−
ｄの第２の発散チャネル106と、幅がｈ−２ｄの第３の
発散チャネル 108を備えている。単一モードを含む第１
の発散チャネル 104の場合、ｈ＜λ／２（ｎ2−ｎ O2)1
/2。λが、この場合、ＳＨＧ光の波長に等しい点に留意
されたい。Ｈは、３ｈ−３ｄに等しく、この場合、ｄ／
ｈ＜１／３。第１及び第２の発散チャネル104及び106の
間における発散角度θと、第２及び第３の発散チャネル
106及び108の間における発散角度θは、２ミリラジアン
未満であり、第１、第２、及び、第３の発散チャネル10
4、106、及び、108の離隔距離は、約10ミクロンであ
る。導波管100の一例において、深さは、約２ミクロ
ン、Ｈは、約５ミクロン、及び、３つの分岐の幅は、約
2.5、1.7、及び、0.8ミクロンになっている。導波管100
は、３つのモードの第二高調波の光が主チャネル102内
に存在する場合に用いられる。
100が示されている。導波管100は、図１の導波管18と同
様に構成されている。導波管100は、幅がＨの主チャネ
ル102と、幅がｈの第１の発散チャネル104と、幅がｈ−
ｄの第２の発散チャネル106と、幅がｈ−２ｄの第３の
発散チャネル 108を備えている。単一モードを含む第１
の発散チャネル 104の場合、ｈ＜λ／２（ｎ2−ｎ O2)1
/2。λが、この場合、ＳＨＧ光の波長に等しい点に留意
されたい。Ｈは、３ｈ−３ｄに等しく、この場合、ｄ／
ｈ＜１／３。第１及び第２の発散チャネル104及び106の
間における発散角度θと、第２及び第３の発散チャネル
106及び108の間における発散角度θは、２ミリラジアン
未満であり、第１、第２、及び、第３の発散チャネル10
4、106、及び、108の離隔距離は、約10ミクロンであ
る。導波管100の一例において、深さは、約２ミクロ
ン、Ｈは、約５ミクロン、及び、３つの分岐の幅は、約
2.5、1.7、及び、0.8ミクロンになっている。導波管100
は、３つのモードの第二高調波の光が主チャネル102内
に存在する場合に用いられる。
【００１９】図４には、システム10に利用可能な導波管
150が示されている。導波管150は、図１の導波管18と同
様に構成されている。導波管150は、主チャネル152、第
１の発散チャネル154、第２の発散チャネル156、第３の
発散チャネル158、及び、第４の発散チャネル160を備え
ている。単一モードである第１の発散チャネル154の場
合、ｈ＜λ／２（ｎ2−ｎ O2)1/2。λがこの場合、ＳＨ
Ｇ光の波長に等しい点に留意されたい。Ｈは、４ｈ−６
ｄに等しく、この場合、ｄ／ｈは、１／６未満になる。
発散チャネル間における発散角度θは、２ミリラジアン
未満であり、導波管150の端部における発散チャネル15
4、156、158、及び、 160の間の離隔距離は、約10ミク
ロンである。導波管150は、主チャネル152内に、一次、
二次、三次、及び、四次モードが存在する場合に用いら
れる。
150が示されている。導波管150は、図１の導波管18と同
様に構成されている。導波管150は、主チャネル152、第
１の発散チャネル154、第２の発散チャネル156、第３の
発散チャネル158、及び、第４の発散チャネル160を備え
ている。単一モードである第１の発散チャネル154の場
合、ｈ＜λ／２（ｎ2−ｎ O2)1/2。λがこの場合、ＳＨ
Ｇ光の波長に等しい点に留意されたい。Ｈは、４ｈ−６
ｄに等しく、この場合、ｄ／ｈは、１／６未満になる。
発散チャネル間における発散角度θは、２ミリラジアン
未満であり、導波管150の端部における発散チャネル15
4、156、158、及び、 160の間の離隔距離は、約10ミク
ロンである。導波管150は、主チャネル152内に、一次、
二次、三次、及び、四次モードが存在する場合に用いら
れる。
【００２０】本発明の導波管を作るための１つの方法
は、フォトリソグラフィ・プロセスによるものである。
非線形結晶のフラットな表面がクロムでカバーされる。
チャネルが所望される場所に、フォトレジストが塗布さ
れる。フォトレジストを露光させて、クロムをはぎ取る
と、チャネル部分が露出したままになる。次に、この非
線形結晶は、硝酸ルビジウムの湯につけられる。ルビジ
ウム・イオンは、露出したチャネル部分に１〜５ミクロ
ンの深さまで貫入することができる。次に、湯から非線
形結晶が取り出され、残りのクロムがはぎ取られる。ル
ビジウム・イオンによってチャネルにドーピングが施さ
れる結果、チャネルの屈折率が、まわりの非線形結晶よ
りも高くなる。タリウムまたはセシウムといった他のド
ープ材料の利用も可能である。
は、フォトリソグラフィ・プロセスによるものである。
非線形結晶のフラットな表面がクロムでカバーされる。
チャネルが所望される場所に、フォトレジストが塗布さ
れる。フォトレジストを露光させて、クロムをはぎ取る
と、チャネル部分が露出したままになる。次に、この非
線形結晶は、硝酸ルビジウムの湯につけられる。ルビジ
ウム・イオンは、露出したチャネル部分に１〜５ミクロ
ンの深さまで貫入することができる。次に、湯から非線
形結晶が取り出され、残りのクロムがはぎ取られる。ル
ビジウム・イオンによってチャネルにドーピングが施さ
れる結果、チャネルの屈折率が、まわりの非線形結晶よ
りも高くなる。タリウムまたはセシウムといった他のド
ープ材料の利用も可能である。
【００２１】図５には、上述のフォトリソグラフィ・プ
ロセスによって作られた導波管 200の透視図が示されて
いる。非線形結晶スラブ202は、チャネル・セクション2
06が深さ１〜５ミクロンまでルビジウム・イオンを含浸
した上部表面 204を備えている。チャネル・セクション
206の寸法は、図２の導波管50に関する解説と同様であ
る。
ロセスによって作られた導波管 200の透視図が示されて
いる。非線形結晶スラブ202は、チャネル・セクション2
06が深さ１〜５ミクロンまでルビジウム・イオンを含浸
した上部表面 204を備えている。チャネル・セクション
206の寸法は、図２の導波管50に関する解説と同様であ
る。
【００２２】ここで、再び図１を参照することにより、
システム10の動作を理解することができる。レーザ・ダ
イオード12からの基本周波数の光は、導波管18の主チャ
ネル20に結合される。主チャネル20において、基本周波
数の光は、第二高調波の光に変換される。第二高調波の
光は、一次、二次、及び、三次モードで発生する。第二
高調波の光は、発散チャネル22に入る。発散チャネル22
間における離隔距離が増すと、主チャネル20における前
記モードの第二高調波の光が、独立した各発散チャネル
において単一モードの第二高調波の光に変換される。す
なわち、光のモードが、独立した発散チャネルに分割さ
れ、それぞれの発散チャネルにおいて一次モードの光と
して存在することになる。各発散チャネルで生じる光量
は、レーザ・ダイオード12の周波数によって決まる。発
散チャネル22における一次モードの光は、わずかに異な
る波長を有しており、大きい発散チャネルの波長は、小
さい発散チャネルに比べてわずかに長くなっている。各
発散チャネルの最大出力は、レーザ・ダイオード12のわ
ずかに異なる周波数において生じる。レーザ・ダイオー
ド12を同調させることによって、所望の発散チャネルで
最大の光が生じるようにすることができる。望ましい実
施例の場合、最小の発散チャネルから最大量の単一モー
ドの光を発生するのが望ましい。これは、最小の発散チ
ャネルからの光が最も高い周波数を有しているためであ
る。例えば、レーザ・ダイオード12は、近赤外線（約 8
60nmの波長）を発生することができる。各発散チャネル
22は、最大量の一次モードによる青色光を発生するレー
ザ・ダイオード12の周波数を有している。青色光の正確
な周波数は、各発散チャネル毎に異なっている。
システム10の動作を理解することができる。レーザ・ダ
イオード12からの基本周波数の光は、導波管18の主チャ
ネル20に結合される。主チャネル20において、基本周波
数の光は、第二高調波の光に変換される。第二高調波の
光は、一次、二次、及び、三次モードで発生する。第二
高調波の光は、発散チャネル22に入る。発散チャネル22
間における離隔距離が増すと、主チャネル20における前
記モードの第二高調波の光が、独立した各発散チャネル
において単一モードの第二高調波の光に変換される。す
なわち、光のモードが、独立した発散チャネルに分割さ
れ、それぞれの発散チャネルにおいて一次モードの光と
して存在することになる。各発散チャネルで生じる光量
は、レーザ・ダイオード12の周波数によって決まる。発
散チャネル22における一次モードの光は、わずかに異な
る波長を有しており、大きい発散チャネルの波長は、小
さい発散チャネルに比べてわずかに長くなっている。各
発散チャネルの最大出力は、レーザ・ダイオード12のわ
ずかに異なる周波数において生じる。レーザ・ダイオー
ド12を同調させることによって、所望の発散チャネルで
最大の光が生じるようにすることができる。望ましい実
施例の場合、最小の発散チャネルから最大量の単一モー
ドの光を発生するのが望ましい。これは、最小の発散チ
ャネルからの光が最も高い周波数を有しているためであ
る。例えば、レーザ・ダイオード12は、近赤外線（約 8
60nmの波長）を発生することができる。各発散チャネル
22は、最大量の一次モードによる青色光を発生するレー
ザ・ダイオード12の周波数を有している。青色光の正確
な周波数は、各発散チャネル毎に異なっている。
【００２３】図２の導波管50の場合、主チャネル52に
は、単一の一次モードによる基本周波数の光が存在す
る。主チャネル52の端部には、一次モードと二次モード
による第二高調波の光を生じさせることができる。第２
の発散チャネル56から、一次モードの第二高調波の光が
出て行く。
は、単一の一次モードによる基本周波数の光が存在す
る。主チャネル52の端部には、一次モードと二次モード
による第二高調波の光を生じさせることができる。第２
の発散チャネル56から、一次モードの第二高調波の光が
出て行く。
【００２４】図３の導波管100の場合、主チャネル102に
は、一次モードによる基本周波数の光が存在する。主チ
ャネル102の端部には、一次、二次、及び、三次の四分
の一モードによる第二高調波の光を生じさせることがで
きる。第３の発散チャネル108から、一次モードの第二
高調波の光が出て行く。
は、一次モードによる基本周波数の光が存在する。主チ
ャネル102の端部には、一次、二次、及び、三次の四分
の一モードによる第二高調波の光を生じさせることがで
きる。第３の発散チャネル108から、一次モードの第二
高調波の光が出て行く。
【００２５】図４の導波管150の場合、主チャネル152に
は、一次モードによる基本周波数の光が存在する。主チ
ャネル 152の端部において、一次、二次、三次、及び、
四次モードによる第二高調波の光を生じさせることがで
きる。第４の発散チャネル160から、一次モードによる
第２高調波の光が出て行く。
は、一次モードによる基本周波数の光が存在する。主チ
ャネル 152の端部において、一次、二次、三次、及び、
四次モードによる第二高調波の光を生じさせることがで
きる。第４の発散チャネル160から、一次モードによる
第２高調波の光が出て行く。
【００２６】分岐チャネルにおけるモード分割に関係す
る物理学に関するより徹底した論考については、ＳＰＩ
Ｅ第836巻（1987年）211頁のR.N. Thurston による論
文、及び、1987年８月のIEEE Journal of Quantum Elec
tronics QE-23 巻第８号1245頁のR.N. Thurston 他によ
る論文に記載がある。望ましい実施例に関して寸法及び
角度を示したが、異なる応用例の場合、これらの論文に
記載された式に基づいてモデリングを行ない、分岐チャ
ネルにおいて適正なモード分割が確実に行なわれるよう
にすることが必要になる。
る物理学に関するより徹底した論考については、ＳＰＩ
Ｅ第836巻（1987年）211頁のR.N. Thurston による論
文、及び、1987年８月のIEEE Journal of Quantum Elec
tronics QE-23 巻第８号1245頁のR.N. Thurston 他によ
る論文に記載がある。望ましい実施例に関して寸法及び
角度を示したが、異なる応用例の場合、これらの論文に
記載された式に基づいてモデリングを行ない、分岐チャ
ネルにおいて適正なモード分割が確実に行なわれるよう
にすることが必要になる。
【００２７】本発明によれば、高次モードの第二高調波
の光から一次モードの第二高調波の光への変換が効率よ
く行なわれることになる。高次モードのパワーの90％を
超えると、単一モードの出力に変換されることが分っ
た。
の光から一次モードの第二高調波の光への変換が効率よ
く行なわれることになる。高次モードのパワーの90％を
超えると、単一モードの出力に変換されることが分っ
た。
【００２８】図６には、レーザ・システム 302を用いた
位相変更光ディスク・ドライブ・システム300が示され
ている。該レーザ・システム302には、レーザ・システ
ム10を用いることが可能である。レーザ・システム302
からの光は、レンズ304によって平行化され、円形化光
学素子306に送られる。円形化光学素子306は、円形断面
のビーム・パターンを有する光を放出する。円形化光学
素子 306は、プリズムとすることもできる。
位相変更光ディスク・ドライブ・システム300が示され
ている。該レーザ・システム302には、レーザ・システ
ム10を用いることが可能である。レーザ・システム302
からの光は、レンズ304によって平行化され、円形化光
学素子306に送られる。円形化光学素子306は、円形断面
のビーム・パターンを有する光を放出する。円形化光学
素子 306は、プリズムとすることもできる。
【００２９】光は、次に、偏向ビーム分割器320及び四
分の一の一波長板322に通される。光は、ミラー 324で
反射され、レンズ326によって、光学記録媒体330に焦点
を合わせられる。光学記録媒体 330は、位相変更タイプ
の光学記録媒体とすることができる。
分の一の一波長板322に通される。光は、ミラー 324で
反射され、レンズ326によって、光学記録媒体330に焦点
を合わせられる。光学記録媒体 330は、位相変更タイプ
の光学記録媒体とすることができる。
【００３０】光学記録媒体330から反射した光は、レン
ズ326を通って戻り、ミラー 324で反射され、四分の一
波長板 322を通って、ビーム分割器 320に達する。反射
光は、さらに、ビーム分割器320によって偏向され、非
点収差補正レンズ340に送られる。レンズ340は、反射光
の焦点を光検出器342に合わせる。光学記録媒体 330の
記録スポットは、異なる反射率を有しており、こうした
相違が、光検出器 342によってデータ１及び０として検
出される。光検出器 342は、また、トラッキング信号及
び焦点信号を出す。
ズ326を通って戻り、ミラー 324で反射され、四分の一
波長板 322を通って、ビーム分割器 320に達する。反射
光は、さらに、ビーム分割器320によって偏向され、非
点収差補正レンズ340に送られる。レンズ340は、反射光
の焦点を光検出器342に合わせる。光学記録媒体 330の
記録スポットは、異なる反射率を有しており、こうした
相違が、光検出器 342によってデータ１及び０として検
出される。光検出器 342は、また、トラッキング信号及
び焦点信号を出す。
【００３１】図７には、レーザ・システム 402を用い
た、磁気光学ディスク・ドライブ・システム400が示さ
れている。レーザ・システム402には、レーザ・システ
ム10を用いることも可能である。レーザ・システム402
からの光は、レンズ404で平行化され、円形化光学素子4
06に送られる。円形化光学素子406は、円形断面のビー
ム・パターンを有する光を放出する。円形化光学素子 4
06は、プリズムとすることもできる。
た、磁気光学ディスク・ドライブ・システム400が示さ
れている。レーザ・システム402には、レーザ・システ
ム10を用いることも可能である。レーザ・システム402
からの光は、レンズ404で平行化され、円形化光学素子4
06に送られる。円形化光学素子406は、円形断面のビー
ム・パターンを有する光を放出する。円形化光学素子 4
06は、プリズムとすることもできる。
【００３２】光は、次に、漏出性の偏向ビーム分割器42
0に通される。偏向ビーム分割器420は、反射率Ｒｐ＞Ｏ
及びほぼ１のＲｓを有している。Ｃｐ及びＳは、光の直
交偏向成分を表わしている）。光は、さらに、ミラー42
4からレンズ426に反射され、光学記録媒体430に対して
焦点が合わせられる。光学記録媒体430は、磁気光学タ
イプの光学記録媒体とすることもできる。
0に通される。偏向ビーム分割器420は、反射率Ｒｐ＞Ｏ
及びほぼ１のＲｓを有している。Ｃｐ及びＳは、光の直
交偏向成分を表わしている）。光は、さらに、ミラー42
4からレンズ426に反射され、光学記録媒体430に対して
焦点が合わせられる。光学記録媒体430は、磁気光学タ
イプの光学記録媒体とすることもできる。
【００３３】光学記録媒体430から反射した光は、レン
ズ426を通って戻り、ミラー 424で反射され、ビーム分
割器420に入る。反射光は、ビーム分割器420によって振
幅ビーム分割器440に偏向される。反射したデータ光
は、二分の一波長板442及びビーム分割器444に偏向され
る。他の振幅の反射光は、そのままビーム分割器440に
通される。この光は、非点収差補正レンズ446によって
カッド検出器448に焦点が合わせられ、トラッキング信
号及び焦点信号が生じる。
ズ426を通って戻り、ミラー 424で反射され、ビーム分
割器420に入る。反射光は、ビーム分割器420によって振
幅ビーム分割器440に偏向される。反射したデータ光
は、二分の一波長板442及びビーム分割器444に偏向され
る。他の振幅の反射光は、そのままビーム分割器440に
通される。この光は、非点収差補正レンズ446によって
カッド検出器448に焦点が合わせられ、トラッキング信
号及び焦点信号が生じる。
【００３４】光学記録媒体 430は、上方磁区と下方磁区
のいずれかを有するスポットが記録されている。これら
のスポットから反射される光の偏向面は、スポットの磁
区方向に基づいて、一方または他方へ回転する。ビーム
分割器 444は、偏向面がどちらの方向に回転したかによ
って、反射光を分割する。分割ビームは、レンズ 450及
び光検出器 452に、あるいは、レンズ460及び光検出器4
62に送られる。検出器452及び462の出力信号の差は、デ
ータ１及び０である。光ディスク・ドライブ・システム
に関するさらに詳細な説明については、ＳＰＩＥ第935
巻63頁（1988年）のGlenn Sincerbox による“Gradient
-Index Optics and Miniature Objects”に記載があ
る。
のいずれかを有するスポットが記録されている。これら
のスポットから反射される光の偏向面は、スポットの磁
区方向に基づいて、一方または他方へ回転する。ビーム
分割器 444は、偏向面がどちらの方向に回転したかによ
って、反射光を分割する。分割ビームは、レンズ 450及
び光検出器 452に、あるいは、レンズ460及び光検出器4
62に送られる。検出器452及び462の出力信号の差は、デ
ータ１及び０である。光ディスク・ドライブ・システム
に関するさらに詳細な説明については、ＳＰＩＥ第935
巻63頁（1988年）のGlenn Sincerbox による“Gradient
-Index Optics and Miniature Objects”に記載があ
る。
【００３５】
【図１】本発明の周波数二倍器レーザ・システムの概略
図である。
図である。
【図２】図１のシステムに関する２モードの導波管の概
略図である。
略図である。
【図３】図１のシステムに関する３モードの導波管の概
略図である。
略図である。
【図４】図１のシステムに関する４モードの導波管の概
略図である。
略図である。
【図５】本発明の実施例に関する透視図である。
【図６】本発明のデータ記憶システムに関する概略図で
ある。
ある。
【図７】代替データ記憶システムに関する概略図であ
る。
る。
【符号の発明】10．周波数二倍器レーザ・システム 12．レーザ・ダイオード 16．光学結合器 18．導波管 20．主チャネル 22．発散チャネル 24．外壁 50．導波管 52．主チャネル 54．第１の発散チャネル 56．第２の発散チャネル 100.導波管 102.主チャネル 104.第１の発散チャネル 106.第２の発散チャネル 108.第３の発散チャネル 150.導波管 152.主チャネル 154.第１の発散チャネル 156.第２の発散チャネル 158.第３の発散チャネル 160.第４の発散チャネル 200.導波管 202.非線形結晶スラブ 204.上部表面 206.チャネル・セクション 300.光ディスク・ドライブ・システム 302.レーザ・システム 304.レンズ 306.円形化光学素子 320.偏向ビーム分割器 322.四分の一波長板 324.ミラー 330.光学記録媒体 340.非点収差補正レンズ 342.光検出器 400.磁気光学ディスク・ドライブ・システム 402.レーザ・システム 404.レンズ 406.円形化光学素子 420.偏向ビーム分割器 424.ミラー 426.レンズ 430.光学記録媒体 440.振幅ビーム分割器 442.二分の一波長板 444.ビーム分割器 446.非点収差補正レンズ 448.カッド検出器 450.レンズ 452.光検出器 460.レンズ 462.光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/109 8934−4Ｍ
Claims (9)
- 【請求項１】電磁放射線源と、 基本周波数の電磁放射線を電磁放射線源から受け取り、
非線形結晶から成る第１セクションの導波チャネルで、
基本周波数の電磁放射線を第二高調波の電磁放射線に変
換し、その第２のセクションの導波チャネルが、光学的
に第１セクションに接続されており、それぞれ、前記第
二高調波の電磁放射線を支持する複数の発散分岐チャネ
ルを備えている導波管から構成される、 周波数逓倍装置。 - 【請求項２】基本周波数の電磁放射線を第二高調波の電
磁放射線に変換する非線形結晶を備えた第１セクション
の導波チャネルと、 第１セクションに光学的に接続されており、複数のモー
ドの前記第二高調波の電磁放射線を分割するための複数
の分散分岐チャネルを備えた第２セクションの導波チャ
ネルから構成される、 周波数逓倍装置。 - 【請求項３】電磁放射線源及び導波管と光学的につなが
っており、電磁放射線源からの前記基本周波数の電磁放
射線を導波管に結合する結合手段が、さらに含まれるこ
とを特徴とする、請求項１または２に記載の周波数逓倍
装置。 - 【請求項４】第２セクションの導波チャネルが、非線形
結晶から成ることを特徴とする、請求項１または２に記
載の周波数逓倍装置。 - 【請求項５】前記分岐チャネルの発散角度が、２ミリラ
ジアン未満であることを特徴とする、請求項１または２
に記載の周波数逓倍装置。 - 【請求項６】基本周波数の電磁放射線を発生するステッ
プと、 前記基本周波数の電磁放射線を非線形結晶に通して、第
二高調波の電磁放射線を生じさせるステップと、 それぞれ、あるモードの前記第二高調波の電磁放射線を
支持する幅を備えた、複数の発散分岐チャネルを有する
導波管に、前記第二高調波の電磁放射線を通すステップ
から構成される、 周波数が２倍の一次電磁放射線を発生するための周波数
逓倍方法。 - 【請求項７】非線形結晶と、前記非線形結晶より屈折率
の高いドーピング材料から構成され、基本周波数の光を
第二高調波の光に変換する第１セクションと、前記第１
セクションに接続され、それぞれがあるモードの前記第
二高調波の光を支持する、複数の発散分岐チャネルを備
えた第２セクションを有している導波チャネルと、 前記導波チャネルを包囲する非線形結晶材料から構成さ
れる、 周波数逓倍装置。 - 【請求項８】前記分岐チャネルの発散角度が、２ミリラ
ジアン未満であることを特徴とする、請求項７に記載の
周波数逓倍装置。 - 【請求項９】基本周波数の光を発生する光源と、 光源と光学的につながっており、前記基本周波数の光を
第二高調波の光に変換する非線形結晶から成る第１セク
ションの導波チャネルと、第１セクションに光学的に接
続され、それぞれ、あるモードの前記第二高調波の光を
支持する、複数の発散分岐チャネルを備えた第２セクシ
ョンの導波チャネルを具備する導波管と、光学記録媒体
と、 前記第二高調波の光を導波管から光学記録媒体に向ける
光学送信手段と、 光学記録媒体から反射する第二高調波光ビームを受け取
って、それに応じたデータ信号を発生する光学受信手段
から構成される、 データ記憶装置。
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