JPH07281226A - 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
- JPH07281226A JPH07281226A JP9395794A JP9395794A JPH07281226A JP H07281226 A JPH07281226 A JP H07281226A JP 9395794 A JP9395794 A JP 9395794A JP 9395794 A JP9395794 A JP 9395794A JP H07281226 A JPH07281226 A JP H07281226A
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- Japan
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- optical waveguide
- ktp
- incident
- face
- refractive index
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザー光を境界面での反射損失がなく光導
波路に入射でき、効率よくＳＨＧ光を発生できる光導波
路型第二高調波発生素子を提供する。 【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を形成する。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８５０ｎｍ
の基本波を考えた場合、３〜５μｍとなる。ＫＴＰの屈
折率は、１．８６であるため、ブリュースター角３１は
６１．７°となる。また、ＫＴＰ中に入射したレーザー
光が基板表面に平行に伝播するためには、スネルの法則
により２８．３°の角度の入射端面を作ればよい。これ
により、Ｐ偏光したレーザー光２０は、ブリュースター
角３１に加工された入射端面に入射しＫＴＰ結晶表面に
平行な方向に無反射で屈折する。
波路に入射でき、効率よくＳＨＧ光を発生できる光導波
路型第二高調波発生素子を提供する。 【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を形成する。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８５０ｎｍ
の基本波を考えた場合、３〜５μｍとなる。ＫＴＰの屈
折率は、１．８６であるため、ブリュースター角３１は
６１．７°となる。また、ＫＴＰ中に入射したレーザー
光が基板表面に平行に伝播するためには、スネルの法則
により２８．３°の角度の入射端面を作ればよい。これ
により、Ｐ偏光したレーザー光２０は、ブリュースター
角３１に加工された入射端面に入射しＫＴＰ結晶表面に
平行な方向に無反射で屈折する。
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】分極反転させた光導波路型の第二高調波
発生（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、これら
の方法では、光は入射端面にほぼ垂直に入射するため
（０゜入射）、異なる屈折率媒質間の境界面で反射し、
光量損失が生じる。半導体レーザーのように出力のあま
り大きくないレーザー光のＳＨＧを発生させる場合、僅
かな光量損失でも除去することが望ましい。通常、境界
面での反射損失を除去するためには、無反射（ＡＲ）コ
ーティングを施すが、光導波路型ＳＨＧ素子の場合、非
線形光学結晶の極表層の部分に光を入射するため、ＡＲ
コーティングにより反射光を除去することは不可能であ
るという問題があった。
発生（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、これら
の方法では、光は入射端面にほぼ垂直に入射するため
（０゜入射）、異なる屈折率媒質間の境界面で反射し、
光量損失が生じる。半導体レーザーのように出力のあま
り大きくないレーザー光のＳＨＧを発生させる場合、僅
かな光量損失でも除去することが望ましい。通常、境界
面での反射損失を除去するためには、無反射（ＡＲ）コ
ーティングを施すが、光導波路型ＳＨＧ素子の場合、非
線形光学結晶の極表層の部分に光を入射するため、ＡＲ
コーティングにより反射光を除去することは不可能であ
るという問題があった。
【０００３】また、一般的な光導波路（平面導波路、チ
ャンネル導波路等）への結合では、上記した方法以外に
入射端面をブリュースター角に加工することによりＰ偏
光で入射する光に対しては、１００％透過させることが
可能となり、端面反射による損失を無くすことが出来る
ことが知られている。
ャンネル導波路等）への結合では、上記した方法以外に
入射端面をブリュースター角に加工することによりＰ偏
光で入射する光に対しては、１００％透過させることが
可能となり、端面反射による損失を無くすことが出来る
ことが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光導波路型
ＳＨＧ素子の光の入射端面をブリュースター角に加工す
ることにより、レーザー光を境界面での反射損失がなく
光導波路に入射でき、効率良くＳＨＧ光を発生させるこ
とを目的とする。
ＳＨＧ素子の光の入射端面をブリュースター角に加工す
ることにより、レーザー光を境界面での反射損失がなく
光導波路に入射でき、効率良くＳＨＧ光を発生させるこ
とを目的とする。
【０００５】
【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
自発分極の向き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、入射
端面を直線偏光する入射光に対してブリュースター角に
なるように加工した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
自発分極の向き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、入射
端面を直線偏光する入射光に対してブリュースター角に
なるように加工したことを特徴とするものである。
【０００６】請求項２記載の発明にかかる光導波路型第
二高調波発生素子は、請求項１記載の発明において、導
波路を伝播する光がＴＭモードになるような方向でブリ
ュースター角で加工したことを特徴とするものである。
二高調波発生素子は、請求項１記載の発明において、導
波路を伝播する光がＴＭモードになるような方向でブリ
ュースター角で加工したことを特徴とするものである。
【０００７】請求項３記載の発明にかかる光導波路型第
二高調波発生素子は、請求項１記載の発明において、導
波路を伝播する光がＴＥモードになるような方向でブリ
ュースター角で加工したことを特徴とするものである。
二高調波発生素子は、請求項１記載の発明において、導
波路を伝播する光がＴＥモードになるような方向でブリ
ュースター角で加工したことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】光は、異なる屈折率の媒質界面で反射・屈折す
る。しかし、光の入射平面と平行な電場成分（Ｐ偏光）
の光は、ある特定の角度（ブリュースター角）で反射せ
ず全て屈折（透過）するようになる。この時の光の入射
角θ1 は、空気（屈折率１）から屈折率ｎの媒質中に入
射した場合、次式で表される。 θ1 ＝ｔａｎ-1（ｎ） ・・・ （１） この入射条件のときＰ偏光の光は、ＡＲコーティング無
しで全て透過するようになり、反射による光量損失を除
去することが出来るため、周期的に分極反転し、かつ屈
折率が基板より大きい導波路に効率良く結合させること
が出来る。その結果、ＳＨＧを効率よく得ることが可能
である。
る。しかし、光の入射平面と平行な電場成分（Ｐ偏光）
の光は、ある特定の角度（ブリュースター角）で反射せ
ず全て屈折（透過）するようになる。この時の光の入射
角θ1 は、空気（屈折率１）から屈折率ｎの媒質中に入
射した場合、次式で表される。 θ1 ＝ｔａｎ-1（ｎ） ・・・ （１） この入射条件のときＰ偏光の光は、ＡＲコーティング無
しで全て透過するようになり、反射による光量損失を除
去することが出来るため、周期的に分極反転し、かつ屈
折率が基板より大きい導波路に効率良く結合させること
が出来る。その結果、ＳＨＧを効率よく得ることが可能
である。
【０００９】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。ｄ33
は、他の非線形定数に比べ一桁程度大きいため、ＬＤ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、分極を反転させた擬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擬似位相整合
の方が優れている。また、擬似位相整合の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
極反転させ擬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。ｄ33
は、他の非線形定数に比べ一桁程度大きいため、ＬＤ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、分極を反転させた擬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擬似位相整合
の方が優れている。また、擬似位相整合の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
極反転させ擬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。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の第一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明の第一実施例である、
導波モードがＴＭモードになる光導波路型ＳＨＧ素子の
構造を説明するための図である。
照して説明する。図１は、本発明の第一実施例である、
導波モードがＴＭモードになる光導波路型ＳＨＧ素子の
構造を説明するための図である。
【００１１】第一実施例の光導波路型ＳＨＧ素子は、図
１（ａ）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。第一実施例では、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（ＬＮ）等を用いる。以下、非線形光学材料にＫＴ
Ｐ単結晶のＺ板を用いた場合の実施例について説明す
る。
１（ａ）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。第一実施例では、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（ＬＮ）等を用いる。以下、非線形光学材料にＫＴ
Ｐ単結晶のＺ板を用いた場合の実施例について説明す
る。
【００１２】ＫＴＰ単結晶のＺ面には、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８５０ｎｍの基本波を考えた場合、３〜５μｍとな
る。ＫＴＰの屈折率は、１．８６であるため、（１）式
よりブリュースター角θ1 は６１．７゜となる。また、
ＫＴＰ中に入射したレーザー光が基板表面に平行に伝播
するためには、スネルの法則より２８．３゜の角度の入
射端面を作ればよい。これにより、Ｐ偏光したレーザー
光２０は、図１（ｂ）に示すように、ブリュースター角
３１に加工された入射端面に入射しＫＴＰ結晶表面に平
行な方向に無反射で屈折する。屈折したレーザー光２１
は、周期的に屈折率および、分極の向きが反転したセグ
メント導波路３０を伝播し、ＳＨＧへと変換される。こ
のため、従来のような端面を未処理のものではおよそ１
０％の反射損失があったものが、端面をブリュースター
角３１に加工したことによりＳＨＧ出力としてはおよそ
２０％向上が図れるようになった。
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８５０ｎｍの基本波を考えた場合、３〜５μｍとな
る。ＫＴＰの屈折率は、１．８６であるため、（１）式
よりブリュースター角θ1 は６１．７゜となる。また、
ＫＴＰ中に入射したレーザー光が基板表面に平行に伝播
するためには、スネルの法則より２８．３゜の角度の入
射端面を作ればよい。これにより、Ｐ偏光したレーザー
光２０は、図１（ｂ）に示すように、ブリュースター角
３１に加工された入射端面に入射しＫＴＰ結晶表面に平
行な方向に無反射で屈折する。屈折したレーザー光２１
は、周期的に屈折率および、分極の向きが反転したセグ
メント導波路３０を伝播し、ＳＨＧへと変換される。こ
のため、従来のような端面を未処理のものではおよそ１
０％の反射損失があったものが、端面をブリュースター
角３１に加工したことによりＳＨＧ出力としてはおよそ
２０％向上が図れるようになった。
【００１３】図２は、本発明の第二実施例である、導波
モードがＴＥモードになる光導波路型ＳＨＧ素子の構造
を説明するための図である。導波モードがＴＭモードと
なるＳＨＧ素子との違いは、ＫＴＰ結晶にＸ板またはＹ
板を用い導波光の伝播方向がＹ方向またはＸ方向となる
点と、入射端面の加工が異なる点である。
モードがＴＥモードになる光導波路型ＳＨＧ素子の構造
を説明するための図である。導波モードがＴＭモードと
なるＳＨＧ素子との違いは、ＫＴＰ結晶にＸ板またはＹ
板を用い導波光の伝播方向がＹ方向またはＸ方向となる
点と、入射端面の加工が異なる点である。
【００１４】なお、本発明は、上記の各実施例に限定さ
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を用いれば、
入射端面を最適な角度に加工してやることによりＳＨＧ
の出力向上が可能となる。
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を用いれば、
入射端面を最適な角度に加工してやることによりＳＨＧ
の出力向上が可能となる。
【００１５】
【発明の効果】上述したように、本発明の素子によれ
ば、入射光に対してブリュースター角になり、かつ屈折
した光が基板表面と平行に伝播するような角度に入射端
面を加工することにより高効率で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、入射光に対してブリュースター角になり、かつ屈折
した光が基板表面と平行に伝播するような角度に入射端
面を加工することにより高効率で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】本発明の第一実施例である、導波モードがＴＭ
モードであるような光導波路型ＳＨＧ素子の構造を説明
するための図である。
モードであるような光導波路型ＳＨＧ素子の構造を説明
するための図である。
【図２】本発明の第二実施例である、導波モードがＴＥ
モードであるような光導波路型ＳＨＧ素子の構造を説明
するための図である。
モードであるような光導波路型ＳＨＧ素子の構造を説明
するための図である。
１０ 非線形光学結晶（ＫＴＰ） １１ レンズ状の領域 ２０ Ｐ偏光したレーザー光 ２１ 屈折したレーザー光 ３０ セグメント導波路 ３１ ブリュースター角
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自発分極の
向き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、入射端面を直線
偏光する入射光に対してブリュースター角になるように
加工した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】 導波路を伝播する光がＴＭモードになる
ような方向でブリュースター角で加工したことを特徴と
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】 導波路を伝播する光がＴＥモードになる
ような方向でブリュースター角で加工したことを特徴と
する請求項１記載の光導波路型第二高調波発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9395794A JPH07281226A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP9395794A JPH07281226A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 光導波路型第二高調波発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07281226A true JPH07281226A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=14096906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9395794A Withdrawn JPH07281226A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 光導波路型第二高調波発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07281226A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1096307A2 (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-02 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converting system and wavelength stabilised laser |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP9395794A patent/JPH07281226A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1096307A2 (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-02 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converting system and wavelength stabilised laser |
| EP1096307A3 (en) * | 1999-10-28 | 2004-03-10 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converting system and wavelength stabilised laser |
| EP1513006A2 (en) * | 1999-10-28 | 2005-03-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Light wavelength converting system |
| EP1513006A3 (en) * | 1999-10-28 | 2005-03-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Light wavelength converting system |
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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: 20010703 |