JPH0795177B2 - 光波長変換素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光波長変換素子、特に詳細には入射された相異
なる波長の２種の基本波をそれらの和周波、差周波に変
換したり、あるいは同時に上記和周波、差周波、第２高
調波のうちのいずれか２つ以上の波長変換波に変換する
光波長変換素子に関するものである。

（従来の技術） 従来より、基本波としての光を非線形光学材料に入射さ
せて、波長が1/2の第２高調波に変換する試みが種々な
されており、また、互いに異なる波長λ_１、λ_２の２種
の基本波を非線形光学材料に入射させて、波長λ_３の和
周波（1/λ_３＝1/λ_１＋1/λ_２）や、差周波（1/λ_３＝
1/λ_１−1/λ_２）を取り出す試みもなされている。上述
の非線形光学材料を用いて波長変換を行なう光波長変換
素子として具体的には、バルク結晶タイプのものや、
「応用物理」誌Vol.49（1980）p1234〜に示される３次
元光導波路タイプのものが知られている。

（発明が解決しようとする課題） 上記バルク結晶タイプの光波長変換素子においては、入
射させる基本波のパワー密度を十分に上げることができ
ず、さらには、変換波取出しの点から相互作用長を長く
とることができず、そのため波長変換効率が極めて低い
という問題がある。

また上記バルク結晶タイプの光波長変換素子は、結晶の
複屈折を利用して基本波と変換波との間の位相整合を取
るようにしており、位相整合条件は、第１、第２の基本
波の波数ベクトルを 和周波あるいは差周波の波数ベクトルを とすると、 である。なお第１の基本波の偏光方向の屈折率をn₁とし
て、 であり、同様に である。（λ_１＜λ_２）上述のような位相整合条件を満
足するためには、波長λ_１、λ_２、λ_３に対して、屈折
率n₁、n₂（第２の基本波の偏光方向の屈折率）およびn₃
（変換波の偏光方向の屈折率）が所望値となる必要があ
り、したがって、この場合は、極めて限られた波長範囲
しか利用できないことになる。

一方前述した３次元光導波路タイプの光波長変換素子に
あっては、LiNbO₃を基板に用いて差周波を発生させた例
のみが確認されているが、この場合の位相整合条件は、
光導波路の第１、第２の基本波に対する実効屈折率をそ
れぞれ▲ｎ^ω１ _eff▼、▲ｎ^ω２ _eff▼、差周波に対する
実効屈折率を▲ｎ^ω３ _eff▼として、 である。このタイプの光波長変換素子にあっては、前述
のバルク結晶タイプのものと異なって、入射させる基本
波のパワー密度を上げることができるため、長さ1cmの
素子を用い、100mW入力で数％の波長変換効率が実現で
きることも理論的に示されている。しかしながら、上記
の位相整合条件は、素子温度を0.1℃以下の精度で制御
しなければ満足されないので、このタイプの光波長変換
素子も実用化されるには至っていない。

また所望する波長の変換波（差周波）を得るためには、
光導波路の屈折率を制御する必要があるが、LiNbO₃を基
板としたこのタイプの素子においては、屈折率は拡散
法、プロトン交換等によって制御するしかなく、したが
って光導波路設計の自由度が低いという問題もある。

さらに、以上述べた３次元光導波路タイプの光波長変換
素子は、差周波のみを取り出した例しか無く、またバル
ク結晶タイプの光波長変換素子にあっても、２種の基本
波の各第２高調波を同時に取り出したり、これら第２高
調波の一方あるいは双方と和周波および差周波の一方あ
るいは双方を同時に取り出せるような光波長変換素子は
未だ全く提供されていない。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであ
り、設計の自由度が高くて、高強度の和周波あるいは差
周波、さらにはそれらの双方を同時に取り出すことがで
きる光波長変換素子を提供することを目的とするもので
ある。また本発明は、上述のような和周波および／また
は差周波と、基本波の一方あるいは双方の第２高調波と
を同時に取り出すことができる光波長変換素子、さらに
は２種の基本波の各第２高調波を同時に取り出すことが
できる光波長変換素子を提供することも目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段及び作用） 本発明による光波長変換素子は、非線形光学材料結晶を
それよりも低屈折率のアモルファス基板上あるいは基板
内に成長させてなる２次元または３次元の光導波路素子
であり、さらに詳しくは、基板における波長変換波の放
射モードと光導波路における基本波の導波モードによっ
て作られる非線形分極波との間で位相整合を取り、光導
波路に入射された相異なる波長の第１および第２の基本
波を波長変換して基板中に放射させるいわゆるチェレン
コフ放射タイプの光波長変換素子である。

上記構成においては、波長変換波として和周波、差周
波、和周波および差周波、第１および第２の基本波の各
第２高調波、和周波と差周波の一方あるいは双方に加え
て一方の基本波の第２高調波、さらには和周波と差周波
の一方あるいは双方に加えて第１および第２の基本波の
各第２高調波を発生させ、それらの波長変換波と基本波
との位相整合を上述のようにして取ることができる。

上述のようにして位相整合を取る場合の位相整合条件
は、和周波については、第１、第２の基本波の波長を各
々λ_１、λ_２、波長変換波の波長をλ_３、波長λ_１の基
本波の角周波数をω_１、波長λ_２の基本波の角周波数を
ω_２とし、基板の和周波に対する屈折率を▲ｎ
^{ω１＋ω２} _clad▼、和周波の基板への放射角度（位相整
合角）をθ^{ω１＋ω２}、第１、第２の基本波に対する光
導波路の実効屈折率を各々▲ｎ^ω１ _eff▼、▲ｎ^ω２ _eff
▼とすると、 であり、差周波については、基板の差周波に対する屈折
率を▲ｎ^{ω１−ω２} _clad▼、差周波の基板への放射角度
（位相整合角）をθ^{ω１−ω２}とすると、 である。

一方、第１の基本波の第２高調波についての位相整合条
件は、基板のこの第２高調波に対する屈折率を▲ｎ
^２ω１ _clad▼、第２高調波の基板への放射角度（位相整
合角）をθ^２ω１とすると、 であり、また第２の基本波の第２高調波についての位相
整合条件は、基板のこの第２高調波に対する屈折率を▲
ｎ^２ω２ _clad▼、第２高調波の基板への放射角度（位相
整合角）をθ^２ω２とすると、 である。

基板に放射する波長変換波の放射モードは連続スペクト
ラムを有するので、換言すれば放射角度は任意の値を取
りうるので、基板の屈折率▲ｎ^{ω１＋ω２} _clad▼、▲ｎ
^{ω１−ω２} _clad▼、▲ｎ^２ω１ _clad▼、▲ｎ^２ω２ _clad
▼と、実効屈折率▲ｎ^ω１ _eff▼、▲ｎ^ω２ _eff▼につい
て大きな自由度の下に上記（１）〜（４）の各条件を同
時に満足させることもできる。つまり位相整合角を一般
的にθとすれば、 cosθ＜１ であるから、条件（１）については、 でありさえすれば位相整合が取れ、また条件（２）につ
いては、 でありさえすれば位相整合が取れ、また条件（３）につ
いては、▲ｎ^２ω１ _clad▼＞▲ｎ^ω１ _eff▼ でありさえすれば位相整合がとれ、また条件（４）につ
いては、▲ｎ^２ω２ _clad▼＞▲ｎ^ω２ _eff▼ でありさえすれば、位相整合が取れることになる。

また上記（１）〜（４）式のうちの複数を同時に満たす
屈折率▲ｎ^{ω１＋ω２} _clad▼、▲ｎ^{ω１−ω２} _clad▼、
▲ｎ^２ω１ _clad▼、▲ｎ^２ω２ _clad▼と、実効屈折率▲
ｎ^ω１ _eff▼、▲ｎ^ω２ _eff▼が設定できれば、複数の波
長変換波を同時に取り出せることになるが、本発明の光
波長変換素子においては、基板にアモルファス材料を用
いているので、そのようなことも可能となる。つまりこ
の基板を例えばガラスから形成する場合、その屈折率は
1.4〜1.9（波長587.6nmのナトリウムｄ線に対する値）
と広範囲に亘り、また屈折率の波長分散もν_ｄ＝20〜85
と広範囲に亘るので、上記（１）〜（４）の位相整合条
件を複数満足しうる基板を形成することが可能となるの
である。また実効屈折率▲ｎ^ω１ _eff▼、▲ｎ^ω２ _eff▼
は、基板の屈折率と基本波長等が決まれば光導波路の厚
さ径次第で一義的に決まってしまうが、上述のように基
板の屈折率および屈折率の波長分散の選択の自由度が大
きいため、この光導波路の厚さを精密に制御することな
くかつ任意に変えても、所望の実効屈折率を得ることが
できる。

また高い波長変換効率を実現するためには、第１の基本
波もまた第２の基本波もシングルモードで導波させるこ
とが必要となるが、このことも、上述のように基板にア
モルファス材料を用いることによって実現可能となる。
すなわちこのアモルファス材料の屈折率の波長分散は上
述のように広範囲の値をとるから、第５図に示すよう
に、光導波路の材料と同じような波長分散をとる基板材
料を選択することも可能となる。こうすれば、第１の基
本波の波長λ_１に対する光導波路と基板との屈折率差Δ
ｎ_１と、第２の基本波の波長λ_２に対する光導波路と基
板との屈折率差Δｎ_１とを略等しくすることができる。
したがって第６図に示すモード分散曲線から分かる通
り、波長λ_１の光も波長λ_２の光もシングルモードで導
波させることができる光導波路の厚さが容易に設定可能
となる。なお第６図中、n_WGは光導波路の屈折率であ
る。

また上記のように基板の屈折率の選択の自由度が高いの
で、各波長λ_１、λ_２に対するモードフィールド径の設
定の自由度も高くなる。したがって、このモードフィー
ルド径が極端に小さくならないようにして、素子への光
入力を容易化することもできる。

（実施例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例による光波長変換素子を示す
ものである。この光波長変換素子10は、１枚の平坦な基
板12Aと、表面に断面矩形の１本の溝が設けてある基板1
2Bとを重ね、それにより形成された中空部（上記溝の部
分）に、該基板12A,12Bよりも高屈折率の非線形有機材
料の結晶が充てんされてなる３次元光導波路素子であ
り、波長1300nmの第１の基本波と波長800nmの第２の基
本波を入射させて、赤、緑、青の３色の波長変換波を得
るように構成されている。光導波路11は下記の分子式 で示される非線形光学材料（3.5−ジメチル−１−（４
−ニトロフェニル）ピラゾール：以下PRAと称する）の
単結晶から形成され、またこの光導波路を構成するPRA
の結晶配向方向は、そのｃ軸が導波方向に延びる向きに
設定されている。なお第２図に、このPRAのバルク結晶
構造を示す。このPRAの結晶は斜方晶系をなし、点群はm
m2である。したがって非線形光学定数のテンソルは、 となる。ここでd₃₁は、第２図に示すように結晶軸ａ、
ｂ、ｃに対して定める光学軸Ｘ、Ｙ、Ｚを考えたとき、
Ｘ方向に直線偏光した光（以下、Ｘ偏光という。Ｙ、Ｚ
についても同様。）を基本波として入射させてＺ偏光の
波長変換枚を取り出す場合の非線形光学定数であり、同
様にd₃₂はＹ偏光の基本波を入射させてＺ偏光の波長変
換波を取り出す場合の非線形光学定数、d₃₃はＺ偏光の
基本波を入射させてＺ偏光の波長変換波を取り出す場合
の非線形光学定数、d₂₄はＹとＺ偏光の基本波を入射さ
せてＹ偏光の波長変換波を取り出す場合の非線形光学定
数、d₁₅はＸとＺ偏光の基本波を入射させてＸ偏光の波
長変換波を取り出す場合の非線形光学定数である。各非
線形光学定数の大きさを下表に示す。

なお上の表においてはＸ線結晶構造解析による値、
はMakerFringe法による実測値（ともに波長1.064μｍの
基本波に対する値）であり、単位は双方とも［×10^-9es
u］である。

基板12、12はSF8ガラスから形成され、その厚さは約5mm
とされている。一方光導波路11の幅と厚さは、それぞれ
１μｍとされている。

ここで、上記光波長変換素子10の作成方法について説明
する。まず前述したような２枚のガラス基板12A、12Bが
用意される。これらの基板12A、12Bは上記のSF8ガラス
からなり、一例として厚さが5mm程度のものである。そ
して第３図に示すように、炉内等においてPRAを融液状
態に保ち、この融液11′内に、断面１μｍ×１μｍの中
空部Ｈにおいて相対向する基板12A、12Bの一端部を浸入
させる。すると毛細管現象により、融液状態のPRAが基
板12A、12B間の微小中空部内に進入する。なお該融液1
1′の温度は、PRAの分解を防止するため、その融点（10
2℃）よりも僅かに高い温度とする。その後基板12A、12
Bを急冷させると、それらの間に進入していたPRAが多結
晶化する。

次いでこの基板12A、12Bを、PRAの融点より高い温度
（例えば102.5℃）に保たれた炉内から、該融点より低
い温度に保たれた炉外に徐々に引き出すことにより、溶
融状態のPRAを炉外への引出し部分から単結晶化させ
る。それにより、50mm以上もの長い範囲に亘って単結晶
状態となり、結晶方位も一定に揃った光導波路11が形成
され、光波長変換素子10を十分に長くすることができ
る。周知のようにこの種の光波長変換素子の波長変換効
率は素子の長さに比例するので、光波長変換素子は長い
ほど実用的価値が高くなる。

上述のようにしてPRAをガラス基板12A、12Bの間に単結
晶状態で充てんさせると、その結晶配向状態は第４図図
示のように、ｃ軸（光学軸はＸ軸）が導波方向に延びる
状態となる。

なお上記のようにしてPRAを単結晶化させるためには、
例えば本願出願人による特願昭61−075078号明細書に示
されるようなブリッジマン炉を用いる方法が利用可能で
ある。またガラス基板12A、12Bの引出し速度は、例えば
5mm/h程度とするとよい。

以上述べたようにしてガラス基板12A、12B間に光導波路
11を形成した後、基板12A、12Bの両端を切断して、長さ
10mmの光波長変換素子10を形成した。

この光波長変換素子10は、第１図図示のようにして使用
される。第１の半導体レーザー20から発せられた波長λ
_１＝1300nmのレーザービーム（第１の基本波）21は、コ
リメートレンズ22によって平行ビーム化された上でビー
ムスプリッタ25に通され、また第２の半導体レーザー30
から発せられた波長λ_２＝800nmのレーザービーム（第
２の基本波）31も、コリメートレンズ32によって平行ビ
ーム化された上で上記ビームスプリッタ25に通され、こ
うして第１および第２の基本波21、31が１本のビームに
合波される。なお基本波21、31は、ダイクロイックミラ
ー等を用いて合波させることもできる。合波された両基
本波21、31は、集光レンズ26によって小さなビームスポ
ットに絞られ、光導波路11の端面11aに照射される。そ
れにより、両基本波21、31が光導波路11内に入射する。
なお一例として、第１の半導体レーザー20には光通信用
の出力100mWのものを用い、第２の半導体レーザー30に
はオプティカル・ディスク用の出力80mWのものを用い
た。

上述のようにして光導波路11に入射した第１、第２の基
本波21、31は、この光導波路11を構成する非線形光学材
料であるPRAにより、各々の第２高調波21′、31′およ
び和周波41に変換される。ここで第１の半導体レーザー
20は、第１の基本波21の直線偏光の向きがＹ軸方向とな
るように配置されており、一方第２の半導体レーザー30
は、第２の基本波31の直線偏光の向きがＺ軸方向となる
ように配置されている。したがって第１の基本波21は、
非線形光学定数d₃₂の下に波長λ_１/2＝650nmの赤色の第
２高調波21′に変換され、一方、第２の基本波31は、非
線形光学定数d₃₃の下に波長λ_２/2＝400nmの青色の第２
高調波31′に変換される。また基本波21、31は、非線形
光学定数d₂₄の下に波長λ_３＝495nm（1/λ_３＝1/λ_１＋
1/λ_２）の緑色の和周波41に変換される。すなわち、Ｙ
偏光の第１の基本波21の電界の強さを▲Ｅ^ω１ _Ｙ▼と
し、Ｚ偏光の第２の基本波31の電界の強さを▲Ｅ^ω２ _Ｚ
▼とすると、Ｚ偏光の第２高調波21′の分極▲Ｐ^２ω１
_Ｚ▼、Ｚ偏光の第２高調波31′の分極▲Ｐ^２ω２ _Ｚ▼、
Ｙ偏光の和周波41の分極▲Ｐ^{ω１＋ω２} _Ｙ▼はそれぞ
れ、 となる。

次に、上述の各変換波と、それらに変換される前の基本
波との位相整合について述べる。まず、光導波路11を構
成するPRAの第１の基本波21（λ_１＝1300nm:Y偏光）に
対する屈折率▲ｎ^ω１ _Ｙ▼、第２の基本波31（λ_２＝80
0nm:Z偏光）に対する屈折率▲ｎ^ω２ _Ｚ▼、そして基板1
2を構成するSF8ガラスの第２高調波21′に対する屈折率
▲ｎ^２ω１ _clad▼、第２高調波31′に対する屈折率▲ｎ
^２ω２ _clad▼、和周波41に対する屈折率▲ｎ^{ω１＋ω２}
_clad▼は、以下の通りである。

また前述のように光導波路11の厚さを１μｍ、基板12
A、12Bの厚さを約5mmとしたときの、第１の基本波21、
第２の基本波31に対する光導波路11の実効屈折率▲ｎ
^ω１ _eff▼、▲ｎ^ω２ _eff▼はともに1.68である。以上の
条件の下では、 前述の（１）式はθ^{ω１＋ω２}＝約10° （３）式はθ^２ω１＝約３° （４）式はθ^２ω２＝約14° のときに成立する。先に述べたように、波長変換波の基
板への放射モードは連続スペクトラムを有するので、上
記のような放射角度θ^{ω１＋ω２}、θ^２ω１、θ^２ω２
はすべて実現され、よって（１）、（３）、（４）の位
相整合条件がすべて満足される。

以上より、第１の基本波21の第２高調波である波長650n
mの赤色の光ビーム21′、第１の基本波21と第２の基本
波31の和周波である波長495nmの緑色の光ビーム41、お
よび第２の基本波31の第２高調波である波長400nmの青
色の光ビーム31′がそれぞれ高強度の状態で素子端面10
bから取り出されうる。これら３色の光ビーム21′、3
1′および41は、混合状態で素子端面10bから出射する
が、フィルターに通す等により、各々単色のビームに分
離されうる。なお特に、第１の基本波と第２の基本波と
してそれぞれ波長1300nm、900nmの光を用いることによ
り、それぞれの第２高調波および和周波として650nm、4
50nm、532nmの赤、青、緑の３原色の波長変換波を得る
こともできる。

なお上記の実施例においては、波長1300nmの第１の基本
波21もまた波長800nmの第２の基本波31もシングルモー
ドで導波する。また第１の基本波21、第２の基本波31の
モードフィールド径はそれぞれ２μｍ×２μｍ、３μｍ
×３μｍと、各波長に比べて十分大きな値となってい
る。前述の集光レンズ26で基本波21、31をこの程度まで
絞ることは簡単であり、したがって基本波21、31の素子
10への入力は容易になされうる。

以上述べた実施例においては、相異なる波長の２種の基
本波の各第２高調波と、和周波との計３種の波長変換波
を同時に得るようにしているが、前述した通り本発明の
光波長変換素子においては、基板を、屈折率および屈折
率の波長分散の選択性が極めて広いアモルファス材料か
ら形成するようにしたので、前記（１）〜（４）の位相
整合条件が容易に満たされるようになる。したがって、
これら（１）〜（４）の位相整合条件の中のある１つ、
あるいは複数を選択的に満足させることも容易であり、
それにより、所望する波長変換波を随時に得ることが可
能となる。以下に、各場合の基本波波長、基板材料、基
板屈折率、光導波路の実効屈折率、光導波路の厚さ等の
例を示す。

位相整合条件（３）と（４）を満足させて２種の第２高
調波を取り出す場合。

基本波波長はλ_１＝1300nm、λ_２＝800nmとする。基板
にはSF15ガラスを用いてその厚さは2mmとし、光導波路
には前述のPRAを用いてその断面寸法は１μｍ×１μｍ
とする。PRAの非線形定数はd₃₂のみを用い、その屈折率
は である。上記の両基本波をＹ偏光で入力すると、Ｚ偏光
で同時に２種の第２高周波を取り出せる。

位相整合条件（１）と（３）あるいは（１）と（４）を
満足させて和周波と１つの第２高調波を取り出す場合。

基本波波長はλ_１＝1300nm、λ_２＝800nmとする。基板
にはSF5ガラスを用いてその厚さは5mmとし、光導波路に
は前述のPRAを用いてその断面寸法は1.1μｍ×1.1μｍ
とする。PRAの非線形定数は、波長λ_２の基本波を第２
高調波に変換するためにはd₃₃を用い、和周波発生用に
はd₂₄を用いる。PRAの屈折率は である。波長λ_１の基本波はＹ偏光で、一方波長λ_２の
基本波はＺ偏光で入力すると、上記第２高調波をＺ偏光
で、また和周波をＹ偏光で取り出すことができる。この
場合、λ_１＝1300nmの基本波のパワーを極力大きくする
一方、λ_２＝800nmの基本波のパワーを極力小さくする
ことにより、第２高調波のパワーを小さくして、和周波
のみを強く取り出すこともできる。

位相整合条件（１）と（２）と（３）あるいは（１）と
（２）と（４）を満足させて和周波、差周波と１つの第
２高調波を取り出す場合。

基本波波長はλ_１＝1300nm、λ_２＝800nmとする。基板
にはSF8ガラスを用いてその厚さは5mmとし、光導波路に
は前述のPRAを用いてその断面寸法は1.4μｍ×1.4μｍ
とする。PRAの非線形定数は、波長λ_２の基本波を第２
高調波に変換するためにはd₃₃を用い、和周波発生用に
はd₂₄を用いる。PRAの屈折率は である。波長λ_１の基本波はＹ偏光で、一方波長λ_２の
基本波はＺ偏光で入力すると、両第２高調波をＺ偏光
で、また和差周波をＹ偏光で取り出すことができる。こ
の場合、和周波の波長が495nm、差周波の波長は2080nm
である。

位相整合条件（１）と（２）と（３）と（４）を満足さ
せて和周波、差周波と２種の第２高調波を取り出す場
合。

基本波波長はλ_１＝1300nm、λ_２＝800nmとする。基板
にはSF8ガラスを用いてその厚さは5mmとし、光導波路に
は前述のPRAを用いてその断面寸法は1.8μｍ×1.8μｍ
とする。PRAの非線形定数は、波長λ_１の基本波を第２
高調波に変換するためにはd₃₂を用い、波長λ_２の基本
波を第２高調波に変換するためにはd₃₃を用い、和差周
波発生用にはd₂₄を用いる。PRAの屈折率は である。波長λ_１の基本波はＹ偏光で、一方波長λ_２の
基本波はＺ偏光で入力すると、両第２高調波をＺ偏光
で、また和差周波をＹ偏光で取り出すことができる。な
おこの場合、波長λ_１の基本波の導波モードは、１次モ
ードとなる。

以上述べた実施例の光波長変換素子は、第４図に示され
るような３次元光導波路素子として形成されたものであ
るが、本発明の光波長変換素子は、その他のタイプの３
次元光導波路素子あるいは２次元光導波路素子として形
成することもできる。そのような光導波路素子の例を、
第７〜12図に示す。なおこれらの図は光導波路素子を導
波光の進行方向に垂直な面内で破断して示すものであ
り、各図において、51が非線形光学材料が充てんされて
いる部分、52が基板、53は非線形光学材料と基板材料の
中間の屈折率とされた部分である。第７図の素子は、１
枚の基板52の表面部分に３次元光導波路51が形成された
ものである。また第８図および第９図の素子は、上述の
ような中間の屈折率の部分53を設けることにより、２次
元光導波路51を３次化するものであり、第10図の素子
は、図中上側の基板にリッジ部分を形成して上記と同様
に２次元光導波路51を３次元化するものである。また第
11図の素子は、１つの基板52の表面に２次元光導波路が
形成されたもの、そして、第12図の素子は２枚の基板5
2、52の間に２次元光導波路が形成されたものである。

ここで上記第12図のようなタイプの光導波路の例を、前
述の位相整合条件（１）、（３）および（４）を満足さ
せる場合について説明する。基板波波長はλ_１＝1300n
m、λ_２＝900nmとする。基板52、52にはFS10ガラスを用
いてそれぞれの厚さは2mmとし、光導波路には前述のPRA
を用いてその厚さは1.0μｍとする。PRAの非線形定数d
₃₂のみを用い、その屈折率は である。上記の両基本波をともにＹ偏光で入力すると、
Ｚ偏光で同時に和周波と２種の第２高調波を取り出せ
る。

なお、本発明において光導波路を形成する非線形光学材
料としては、非線形光学定数が大きい有機非線形光学材
料を用いるのが好ましく、そのような材料としては前述
したPRAの他に、例えば下記の分子式 で示される非線形光学材料（3,5−ジメチル−１（４−
ニトロフェニル）−1,2,4−トリアゾール）が好適に用
いられうる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光波長変換素子は、波
長変換波の基板への放射モードが連続スペクトラムを有
するようになるチェレンコフ放射タイプのものとして形
成した上で、基板を、屈折率および屈折率の波長分散の
選択の自由度が極めて高いアモルファス材料から形成し
たことにより、相異なる波長の２種の基本波を共にシン
グルモードで導波させることができ、そして波長変換波
と基本波との位相整合条件が容易に満たされるものとな
る。したがって本発明の光波長変換素子によれば、２種
の基本波の和周波あるいは差周波、和周波と差周波、あ
るいは２種の第２高調波、さらには第２高調波と和周
波、第２高調波と差周波等を随時に取り出すことができ
る。

また、本発明の光波長変換素子は光導波路型のものであ
るため、入射させる２種の基本波のパワー密度を上げ、
そして相互作用長を十分に長くとることも可能であるの
で、高い波長変換効率を実現できるものとなる。

さらに本発明の光波長変換素子は、上記のように屈折率
および屈折率の波長分散の選択の自由度が極めて高いア
モルファス材料で基板を形成するようにしたので、モー
ドフィールド径の設定の自由度が高くなり、したがって
このモードフィールド径を大きく設定して基本波の入力
を容易化できるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、 第２図は上記実施例の光導波路材料のバルク結晶構造を
示す概略図、 第３図は上記実施例の光波長変換素子を作成する方法を
説明する説明図、 第４図は上記実施例の光波長変換素子における光導波路
の結晶配向を示す概略図、 第５図は本発明に係る光導波路と基板の屈折率波長分散
の関係を示すグラフ、 第６図は本発明に係る光導波路のモード分散を示すグラ
フ、 第７、８、９、10、11および12図は、本発明の光波長変
換素子の別の例を示す概略断面図である。 10…光波長変換素子、10b…素子端面 11、51…光導波路、11a…光導波路端面 12A、12B、52…基板 20…第１の半導体レーザー 21…第１の基本波 21′…第１の基本波の第２高調波 30…第２の半導体レーザー、31…第２の基本波 31′…第２の基本波の第２高調波、41…和周波

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非線形光学材料結晶をそれよりも低屈折率
   のアモルファス基板上あるいは基板内に成長させてなる
   ２次元または３次元光導波路素子であって、光導波路に
   入射された相異なる波長の第１および第２の基本波をそ
   れらの和周波に変換して基板中に放射させ、その際基板
   における和周波の放射モードと光導波路における第１お
   よび第２の基本波の導波モードによって作られる光導波
   路内の非線形分極波との間で位相整合を取るように構成
   された光波長変換素子。
2. 【請求項２】非線形光学材料結晶をそれよりも低屈折率
   のアモルファス基板上あるいは基板内に成長させてなる
   ２次元または３次元光導波路素子であって、光導波路に
   入射された相異なる波長の第１および第２の基本波をそ
   れらの差周波に変換して基板中に放射させ、その際基板
   における差周波の放射モードと光導波路における第１お
   よび第２の基本波の導波モードによって作られる光導波
   路内の非線形分極波との間で位相整合を取るように構成
   された光波長変換素子。
3. 【請求項３】非線形光学材料結晶をそれよりも低屈折率
   のアモルファス基板上あるいは基板内に成長させてなる
   ２次元または３次元光導波路素子であって、光導波路に
   入射された相異なる波長の第１および第２の基本波をそ
   れらの和周波および差周波に変換して基板中に放射さ
   せ、その際基板における和周波および差周波の放射モー
   ドと光導波路における第１および第２の基本波の導波モ
   ードによって作られる光導波路内の非線形分極波との間
   で位相整合を取るように構成された光波長変換素子。
4. 【請求項４】非線形光学材料結晶をそれよりも低屈折率
   のアモルファス基板上あるいは基板内に成長させてなる
   ２次元または３次元光導波路素子であって、光導波路に
   入射された相異なる波長の第１および第２の基本波を各
   々の第２高調波に変換して基板中に放射させ、その際基
   板における第２高調波の放射モードと光導波路における
   基本波の導波モードによって作られる光導波路内の非線
   形分極波との間で位相整合を取るように構成された光波
   長変換素子。
5. 【請求項５】前記和周波および／または差周波に加え
   て、前記第１および第２の基本波の一方をその第２高調
   波に変換して基板中に放射させ、その際基板における第
   ２高調波の放射モードと光導波路における基本波の導波
   モードとの間で位相整合を取るように構成されたことを
   特徴とする請求項１、２または３記載の光波長変換素
   子。
6. 【請求項６】前記和周波および／または差周波に加え
   て、前記第１の基本波と第２の基本波をそれぞれの第２
   高調波に変換して基板中に放射させ、その際基板におけ
   る第２高調波の放射モードと光導波路における基本波の
   導波モードとの間で位相整合を取るように構成されたこ
   とを特徴とする請求項１、２または３記載の光波長変換
   素子。