JPH09127567A - 光デバイス - Google Patents

光デバイス

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JPH09127567A
JPH09127567A JP7302063A JP30206395A JPH09127567A JP H09127567 A JPH09127567 A JP H09127567A JP 7302063 A JP7302063 A JP 7302063A JP 30206395 A JP30206395 A JP 30206395A JP H09127567 A JPH09127567 A JP H09127567A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非線形光学結晶体により入力光と異なる周波
数をもつ出力光を得る光学装置におけるような配置位置
の複雑な調整操作を不要にした光デバイスを提供する。 【構成】 非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性
を有する光学結晶体１の中の経路２の所要位置に、位相
調整用電極１２Ａ・１２Ｂと、Ｑスイッチ用電極９Ａ・
９Ｂと、周期的ドメイン反転部１５とを配置する。入力
側３から与えた入力光Ｐ０によって発振光Ｐ１を発振さ
せ、非線形光学性と周期的ドメイン反転部１５とによる
高調波発生または光パラメトリック発振によって入力光
Ｐ０の周波数とは異なる周波数をもつ出力光Ｐ２を出力
側４から出力する。位相調整用電極９Ａ・９Ｂ間の電圧
変化により非線形結晶体１の当該部分の屈折率値を変え
て経路２の全長Ｌｔによる共振周波数を調整することが
できる。Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂ間の電圧変化
により電極１２Ａの斜辺Ｇと経路２の斜め交差部分の屈
折率値を変えて発振光Ｐ１のＱスイッチ操作を行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ活性イオ
ンを添加した非線形光学性と電気光学性とを兼ねる光学
結晶体、つまり、非線形光学性、電気光学性およびレー
ザ活性を有する光学結晶体を光励起してレーザ発振を行
わせ、また、光学結晶体の内部を通る経路において、レ
ーザのＱスイッチ動作と、非線形光学性による擬似位相
整合にもとづく第２高調波発生と光パラメトリック発振
とを行わせる光デバイスに関するものである。
【０００２】
〔用語の説明〕
◆「周期」 「周期」は、一般的には、本来は時間のディメンション
であるが、この発明では、光学結晶体の内部を所定の光
が通る経路における長さのディメンションをも、併せて
いうものである。
【０００３】◆「周波数」光は、一般的には、「波長」
で表すが、この発明では、「周波数」で表すしている。
この「周波数」に対応する「波長」は、電波の場合と同
様に、伝搬経路の物質によって異なる。
【０００４】◆「光パラメトリック発振」周波数ωｐの
光波で２次の分極を励起することにより、２つの周波数
ωｓとωｉとを発生する現象を言い、これらの周波数
は、ωｐ＝ωｓ＋ωｉの関係をもっている。
【０００５】◆「ドメイン」強誘電体の分極が同一方向
に揃って存在する領域を言う。
【０００６】この発明に関係する参考文献を挙げると、
次のものがある。 〔参考文献〕 ◆参考文献１ Ｐ．Ａ．Ｆｒａｎｋｅｎ，Ａ．Ｅ．Ｈｉｌｌ，Ｃ．Ｗ．
Ｐｅｔｅｒｓ，Ｇ．Ｗｅｉｎｒｅｉｃｈ，“Ｇｅｎｅｒ
ａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ
ｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，７，１１８／１
９６１年。
【０００７】◆参考文献２ Ｊ．Ａ Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ，Ｎ．Ｂｌｅｏｍｂｅｒｇ
ｅｎ，Ｊ．Ｄｕｃｕｉｎｇ ａｎｄ Ｐ．Ｓ．Ｐｅｒｓ
ｈｅｎ，“Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅｓ ｉｎ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａ
ｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，１
２７，Ｎｏ．６，１９１８／１９６２年。
【０００８】◆参考文献３ 張英海，伊藤弘昌，稲場文男，第４９回応用物理学
会，”ドメイン反転構造を持つ非線形光導波路の実
験”、７ａ−ＺＤ−９／１９８８年。
【０００９】◆参考文献４ Ｅ．Ｊ．Ｌｉｍ，Ｍ．Ｍ．Ｆｅｊｅｒ，Ｒ．Ｌ．Ｂｙｅ
ｒ， ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｋｏｚｌｏｖｓｋｙ，“Ｂｌｕ
ｅ ｌｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄ
ｉｃａｌｌｙｐｏｌｅｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａ
ｔｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２５，７３１／１９８９年。
【００１０】◆参考文献５ Ｊ．Ｗｅｂｊｏｒｎ，Ｆ．Ｌａｕｒｅｌｌ，ａｎｄ
Ｇ．Ａｒｖｉｄｓｓｏｎ，“Ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｇ
ｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｕｂ
ｌｉｎｇ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ｌｉｇｈｔ
ｉｎ ａｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｃｈａｎ
ｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏ
ｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，１，３１６／１９８９年。
【００１１】◆参考文献６ Ｍ．Ｙａｍａｄａ， Ｎ．Ｎａｄａ， Ｍ．Ｓａｉｔｏ
ｈ， ａｎｄ Ｋ．Ｗａｔａｎａｂｅ， ”Ｆｉｒｓｔ
−ｏｒｄｅｒ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｅ
ｄ ＬｉＮｂＯ３ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｐｅｒｉｏｄ
ｉｃａｌｌｙｐｏｌｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ａ
ｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｉｅｌｄｆｏｒ ｅｆｆｉｃ
ｉｅｎｔ ｂｌｕｅ ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，６２，４３５／１９９３）年。
【００１２】◆参考文献７ Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｋ．
Ｓｕｚｕｋｉ，ａｎｄ Ｎ．Ｙａｍａｄａ，”Ｓｅｃｏ
ｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ
ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｄｏｍａｉｎ−
ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎｓ ｌｉｋｅ ｐｅｒ
ｉｏｄｉｃ ｌｅｎｓ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｎ ｚ−
ｆａｃｅ ＫＴｉＯＰＯ４ ｃｒｙｓｔａｌ”， Ａｐ
ｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６５，９３８／１９９４
年。
【００１３】◆参考文献８ 栖原敏明，藤村昌寿，西原浩，“擬似位相整合による導
波形ＳＨＧ素子”、電子情報通信学会誌，７６，５９７
／１９９３年。
【００１４】◆参考文献９ Ｓ．Ｍｉｙａｚａｗａ，“Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ Ｔｉ−ｄ
ｉｆｆｕｓｅｄ ＬｉＮｂＯ3 ｏｐｔｉｃａｌ ｗａ
ｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，５０，
４５９９／１９７９年。
【００１５】◆参考文献１０ Ｈ．Ｉｔｏ，Ｃ．Ｔａｋｙｕ， ａｎｄ Ｈ．Ｉｎａｂ
ａ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｉｏｄｉ
ｃ ｄｏｍａｉｎ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎＬｉＮｂＯ3
ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｒｉｔｉｎｇ
ｆｏｒｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏ
ｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅ
ｓ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２７，１２２１
／１９９１年。
【００１６】◆参考文献１１ 大橋基樹，田久長一，谷口浩一，“電子ビーム描画によ
る強誘電体非線形光学結晶の周期ドメイン反転構造の検
討”、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，Ｊ７７−Ｃ−
Ｉ，３８３／１９９４年。
【００１７】◆参考文献１２ Ｓ．Ｋｕｒｉｍｕｒａ，Ｍ．Ｍｉｕｒａ，ａｎｄ Ｉ．
Ｓａｗａｋｉ，“Ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ２０ｍ
ｍ−ｄｅｅｐ ａｎｄ ３．６ｍｍ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ
ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｏｒ １ｓｔ
−ｏｒｄｅｒｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎ
ｇ ＳＨＧ ｉｎ ＬｉＴａＯ3ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ”， Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ， ＣＰＤ５／１９９２
年。
【００１８】◆参考文献１３ 佐藤学，大橋基樹，アベディン・カジ・サルワル，田久
長一，伊藤弘昌，“電界印加法によるバルク型ＬｉＴａ
Ｏ3 ドメイン反転格子”、電子情報通信学会論文誌Ｃ
−Ｉ，３６６，Ｊ７８−Ｃ−１，Ａｕｇ．／１９９５
年。
【００１９】◆参考文献１４ Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ，Ｍ．Ｓａｔｏ，Ｈ．Ｉｔｏ，
Ｔ．Ｍａｅｄａ，Ｋ．Ｓｈｉｍａｍｕｒａ，ａｎｄ
Ｔ．Ｆｕｋｕｄａ，“Ｏｒｄｉｎａｒｙ ａｎｄｅｘｔ
ｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖ
ｅ ｌａｓｉｎｇ ａｔ １．０９２μｍ ａｎｄ
１．０８２μｍ ｉｎ ｂｕｌｋ Ｎｄ：ＬｉＴａＯ3
ｃｒｙｓｔａｌ”， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７
８，６９１．Ｊｕｌｙ／１９９５年。
【００２０】◆参考文献１５ Ａ．ＹＡＲＩＶ他著，「ＯＰＴＩＣＡＬ ＷＡＶＥＳ
ＩＮ ＣＲＹＳＴＡＬＳ」５１２〜５１５頁，表１２．
２． ＷＩＬＥＹ−ＩＮＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥ社，１９
８３年発行。
【００２１】◆参考文献１６ 電気通信ハンドブック第２５編第１部門３・２「Ｑスイ
ッチ」，（株）オーム社，昭和５４年３月発行。
【００２２】〔光デバイスの発展経緯〕レーザの発明に
引き続き、６９４ｎｍのルビーレーザ光を水晶に照射し
て３４７ｎｍの第２高調波を発生する技術が参考文献１
により開示されている。
【００２３】以来、非線形光学は目覚しい発展を遂げ、
科学研究の対象であると共に、実用的なデバイス技術と
して長足の進歩を遂げている。
【００２４】光波技術の発展には、電波技術の発展と同
様に、あらゆる波長の光源、つまり、あらゆる周波数の
光源が望まれるが、レーザによる発振波長は、原理的に
はレーザ活性をもつ材料によって定まる固有の波長にな
ってしまう。このため、レーザでは直接的には得られな
い任意の波長の光を発生させることが望まれ、その技術
として、非線形光学性をもつ材料、つまり、非線形光学
材料を用いる技術が近年大きな発展を遂げている。
【００２５】非線形光学材料、つまり、非線形光学効果
をもつ性質（この発明において非線形光学性という）の
材料を用いて、異なる波長のコヒーレントな光波を効率
よく発生させるためには、複数の光波の混合によって生
じる新しい波長成分、つまり、周波数成分の分極が作ら
れる速度と分極によって放射された光波の伝搬速度との
間の整合を取る必要がある。この速度の整合を位相整合
と言っており、一般には、複屈折性をもつ結晶を用いて
実現している。
【００２６】こうした複屈折性のみに依存せずに、つま
り、従来の位相整合の制約にとらわれずに、位相整合を
行う方法があり、こうした位相整合方法を擬似位相整合
と言っている。この方法によれば、非線形光学係数成
分、つまり、非線形光学テンソル成分の最大の値を利用
することができる。なお、テンソル成分については、参
考文献１５により開示されている。疑似位相整合の原理
的な提案は参考文献２により開示されているが、μｍオ
ーダーで結晶体の光学軸（以下、光軸という）ｚを周期
的に正確に１８０゜変化させなければならいという困難
さのために、具体的なデバイスを実現し得なかった。
【００２７】この発明の発明者らは、ＬｉＮｂＯ３（ニ
オブ酸リチウム）による強誘電体性をもつ材料、つま
り、強誘電体材料の結晶の表面に周期的な間隔で不純物
拡散を施すことにより、周期的ドメイン反転をもたせた
構造によって疑似位相整合を行う方法を参考文献３によ
り開示している。この周期的ドメイン反転構造は、半導
体デバイスにおける処理操作と同様の平面処理操作のみ
によって製作することができるという特長があり、この
構造によって近赤外光の第２高調波を発生させるという
成果を得ている。また、上記の参考文献３とほとんど同
時期に、同様の技術が参考文献４・参考文献５によって
も開示されており、さらに、これら技術の改良が、参考
文献６〜８により開示されている。
【００２８】さらに、この発明の発明者らは、強誘電体
の結晶体において、非線形光学係数をより確実に活用し
て擬似位相整合を行い得るようにしたドメイン反転構造
を電気的手法により、基板全域、つまり、結晶体全体に
亙って、ミクロン単位の精度でドメインの制御を行い得
るようにした技術を参考文献１０，１１，１３により開
示している。この技術は、具体的には、ＬｉＴａＯ
３（タンタル酸リチウム）の厚さ５００μｍのｚ板、つ
まり、光軸ｚの方向を図１９のように配置した結晶体の
板に、１０μｍ以下の周期的ドメイン反転部を作成する
ことにより、理論値に近い高い効率で第２高調波発生を
実現した。
【００２９】また、擬似位相整合を介して、図１８のよ
うに、２つの異なる周波数ω１と周波数ω２との光波の
差の周波数ω３をもつミリ波〜ザブ・ミリ波を発生する
構成については、特開平６−１１００９５により開示し
ている。なお、上記の特開平６−１１００９５における
「非線形光学係数を周期的に逆転させた非線形光学結
晶」と、この発明における周期的ドメイン反転部とは、
実質的に同一の構成をもつものである。
【００３０】〔疑似位相整合〕まず、擬似位相整合によ
る高調波の発生原理について述べる。一般に異なった波
長間での非線形相互作用においては、エネルギー保存の
もとで運動量を保存するための位相整合が必要とされ
る。こうした条件が満足されない場合には、入射光波に
より物質中で誘起される非線形分極波と、この非線形分
極波により放射される光波が干渉して打ち消し合うため
に有効な周波数の変換が得られない。
【００３１】そして、第２高調波の発生（以下、ＳＨＧ
という）においては、図１０の（ｃ）ように、次式で与
えられる干渉距離、つまり、コヒーレンス長Ｌｃ毎に、
高調波出力は、強度が極めて小さな状態で、一定の極大
・極小を繰り返す。
【数１】
【００３２】ここでλは波長、ｎは屈折率を示し、下つ
き文字のＦは基本波を、また、ＳＨは高調波成分を表
す。したがって、何らかの方法でコヒーレンス長Ｌｃご
とに発生する分極波の符号を交互に反転できれば、その
交互に反転を行った部分全体にわたって高調波出力を有
効に重ね合わせることができる。すなわち、ドメイン反
転の周期、つまり、ドメイン周期Ｔをコヒーレンス長Ｌ
ｃの２倍、つまり、２Ｌｃ毎に設定することにより、図
１０の（ａ）のように、非線形光学材料の結晶体内部で
の分散を打ち消して、擬似的に位相整合を行わせること
ができる。
【００３３】このようして、疑似的に位相整合を行わせ
ることを、疑似位相整合（ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍ
ａｔｃｈｉｎｇ）（以下、ＱＰＭという）という。そし
て、テンソル成分の大きな物質でありながら光学的に等
方であったり、分散が大きすぎて位相整合の取れない非
線形光学材料についても、この疑似位相整合によって位
相整合が可能となり、こうした非線形光学材料をＳＨＧ
に利用することが可能になる。
【００３４】ドメイン周期Ｔをコヒーレンス長Ｌｃの３
倍、つまり、３Ｌｃとした場合には、図１０の（ｂ）の
ような様相を呈することになる。そして、ＱＰＭが行わ
れるための条件は、一般的に、次式で与えられる。
【数２】
【００３５】ここでｍは１，２，３……の正の整数であ
って、ドメイン周期Ｔの次数であり、図１０において、
（ａ）のＴ＝Ｌｃの場合がｍ＝１，（ｂ）のＴ＝３Ｌｃ
の場合がｍ＝３であり、（ｃ）は、こうしたドメイン周
期を設けない場合、つまり、位相不整合の状態である。
【００３６】このように、周期的に非線形光学係数ｄの
値が＋ｄと−ｄというように反転するように空間的に制
御さた材料では、この非線形係数の空間的な分布をフ−
リエ展開することにより、実効的な非線形光学係数を求
めることができる。
【００３７】この場合、ドメイン周期Ｔに対して、基板
の結晶体のもつｚ軸に対して、実質的にｚ軸が反転して
いる部分の幅の割合、つまり、図１４におけるドメイン
周期Ｔに対して反転している幅ｔの割合、つまり、デュ
ーティ比をξ（だたし、０≦ξ≦１）とすると、ＱＰＭ
の最大効率を与える条件はｍ＝１、ξ＝０．５であり、
高次の動作ではｍ＝２、ξ＝０．２５において最も高い
効率を示すことがわかる。したがって、高効率に擬似位
相整合を実現するには、デューティ比ξの制御が重要な
ことがわかる。
【００３８】一方、非線形光学材料は、その透過する波
長帯、つまり、透過する周波数帯において用いられるこ
とからして、広い透過域と大きな非線形光学係数ｄをも
つことが要求される。そして、各光学材料の短い波長
側、つまり、高い周波数側における透過のカットオフ点
と、相対的にみた場合の性能指数ｄ２／ｎ３の関係は図
１１のようになる。
【００３９】したがって、この疑似位相整合では、従来
の位相整合におけるような制約を受けることなしに、な
るべく大きい非線形光学係数ｄもつ光学材料を最適な動
作条件の下で利用し得るものであり、図１１によれば、
ＱＰＭ動作によるＬｉＮｂＯ３（ＱＰＭ）とＬｉＴａＯ
３（ＱＰＭ）の場合の方が、ＱＰＭ動作を行わないＬｉ
ＮｂＯ３とＬｉＴａＯ３の場合に比べて、優れた特性を
もつことが分かる。
【００４０】これらの非線形光学性をもつ材料として
は、高効率な材料が強く要求される。また、大出力を得
るには入力もそれ相応な大入力を要し、この大入力によ
って非線形光学材料が破壊されてしまう可能性があるの
で、低・中出力レベルでの非線形光学相互作用に適して
いる。
【００４１】ＱＰＭ動作に適した代表的な各光学材料の
結晶体における透過波長域と、非線形光学係数、つま
り、テンソル成分ｄ33・ｄ31との関係を示すと図１７の
ようになっており、テンソル成分ｄ33を用いる方が、テ
ンソル成分ｄ31などの他のテンソル成分を用いるより
も、良好なＱＰＭ動作を行わせ得ることがわかる。
【００４２】しかしながら、これらのテンソル成分ｄ33
は、相互作用させる全ての電界が光学結晶体の光軸ｚと
平行な場合のテンソル成分であるので、従来の複屈折を
用いる相互作用では一切活用することができなかった。
【００４３】つまり、ＱＰＭ動作によれば、例えば、Ｌ
ｉＮｂＯ３結晶では、従来利用されていたテンソル成分
ｄ31の−６ｐｍ／Ｖの値に対して、約７倍のテンソル成
分ｄ33の−４０ｐｍ／Ｖの値を有効に用いることができ
るようになる。したがって、ＱＰＭ動作によれば、従来
の約７倍の大きさの非線形光学係数を利用できるわけで
ある。そして、図１７のように、波長０．４μｍ以下の
波長域での利用において、最も大きな非線形性を持つ材
料の一つであることがわかる。
【００４４】〔周期的ドメイン反転構造〕分極波の符
号、つまり、図１８のように、結晶体内部における分極
方向を周期的に反転させるには、非線形光学係数の符号
を反転させればよいので、光学結晶体の内部での光軸、
つまり、ｚ軸を反転する方法が利用できる。このように
ｚ軸を反転することを、この発明では、ドメイン反転と
言っており、強誘電体がＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の
結晶体の場合には、強誘電性のドメインが一定の周期で
交互に１８０°反転する構造、つまり、周期的ドメイン
反転部１５を設ければよいわけである。
【００４５】そして、ドメインの反転は、とくに＋ｚ
面、つまり、結晶体の光軸ｚと直交した平面であってｚ
軸の正方向側に配置された平面では不純物や歪応力など
の内的要因と、熱や電界などの外的要因によって反転を
生じることが参考文献９などにより開示されている。こ
うした反転は、不純物が拡散された部位のキュリー温度
の低下が主因と考えられており、この主因を積極的に利
用し、不純物の拡散に基づく表面プロセス、つまり、結
晶体の表面からの処理操作のみによってドメイン反転構
造を製作すれば、任意の形状のドメイン反転構造を、従
来の結晶引き上げ時に行わせる製作方法に比べ、デバイ
スの構成展開に対する自由度を飛躍的に高めることがで
きるわけである。
【００４６】こうした表面からの処理操作によるドメイ
ンの制御を非線形光学材料に適用する技術が、参考文献
３〜参考文献５によって開示されているが、当初に行わ
れたＴｉ（チタン）などの拡散によるドメイン反転で
は、常に屈折率変化をも伴うので、回折や散乱を受けや
すく、また、高温による処理操作を必要とするなどの不
都合があった。
【００４７】そこで、この不都合を解消するために、こ
の発明の発明者らは、ドメインの周期的な反転を室温に
おいて電子ビームや電場のみで形成することにより、屈
折率変化を伴わない周期的ドメイン反転構造を実現する
ために、加熱や電界の印加を施すことなく、電子ビーム
照射のみによりドメイン反転を生じさせる方法を参考文
献１０によって開示している。
【００４８】この方法は、ＬｉＮｂＯ３基板の＋ｚ面に
クロムなどの金属を蒸着しておき、何の蒸着も施してい
ない−ｚ面、つまり、＋ｚ面とは反対の面におけるドメ
イン反転を行わせたい箇所に、電子ビームを照射するこ
とにより、所要のパターンを描画して、周期的ドメイン
反転構造を得るようにしたものである。
【００４９】電子ビームの照射は、走査電子顕微鏡を改
造したものを用い、例えば、基板が厚さ５００μｍのｚ
板に周期７．５μｍのドメイン反転を行わせる場合、加
速電圧が２５ｋＶ、ドーズ量が２×１０９ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｓ／ｓｅｃとし、全処理操作を室温において、ゼロ
ＤＣバイアスで行っている。つまり、従来の方法では、
ｚ板を昇温した状態でｚ板の両面にＤＣ電圧を印加する
操作が必要であったが、この方法では、こうした操作が
一切不要である。
【００５０】上記の電子ビーム照射による周期的ドメイ
ン反転によって形成されたドメイン反転構成をもつＬｉ
ＮｂＯ３の表面をエッチングして、光学顕微鏡で観測し
た結果では、図１２における〔−ｚ面顕微鏡写真〕〔＋
ｚ面顕微鏡写真〕のように、電子ビームの照射によるド
メインの反転が、電子ビームの照射側の−ｚ面のみなら
ず、裏面の＋ｚ面にまで連続して形成されており、さら
に、ｙ面、つまり、結晶体の機械軸ｙと直交する面を切
断し、研磨後エッチングして同様の観測をした結果で
は、メイン反転層が−ｚ面から＋ｚ面まで、極めて規則
正しく形成されている。ここで、電子ビームの照射と光
学結晶体の各面の関係は、図１９のようになっている。
【００５１】そして、このドメイン反転が形成される過
程は、加速された電子ビームは結晶表面から１〜２μｍ
の深さしか進入せず、局所的にのみ荷電するが、表面近
傍では電子の注入衝撃によって原子間の束縛がゆるやか
になり、原子は動き易い状態になるため、局所電場によ
って動き易くなったＬｉ（リチウム）のイオンが位置を
変えるので、自発分極の反転が起こり、この反転が、ひ
とたび、ある部分で生じると、電場がかけられているｚ
軸方向に、この反転が繰り返され、最終的に裏面の＋ｚ
面まで達するものと考察される。
【００５２】しかしながら、上記の電子ビームによるド
メイン反転では、連続して整ったきれいな形状になりに
くい特性をもっており、この原因は、絶縁物上に堆積し
た電荷と、基板の自発分極の反転の際の電荷とが、わず
かアンバランスになることから、完全な電荷の打ち消し
が行われずに残ることによるという不都合がある旨が参
考文献１１により開示されている。
【００５３】一方、直流電界によってドメインを制御で
きる可能性が期待され、縞状にパターンづけた電極を介
して、強誘電体に、直接的に、電界を印加することによ
りドメイン反転を行わせる方法が検討され、室温付近で
のパルス電界印加によるＬｉＮｂＯ３のドメイン反転が
参考文献６により、また、電界印加によるＬｉＴａＯ３
のドメイン反転が参考文献１２により開示されている。
なお、これら電界印加による方法では、印加電圧が結晶
の絶縁破壊電圧に近いので、印加電圧の厳格な制御が必
要である。
【００５４】そこで、この発明の発明者らは、非線形光
学材料ＬｉＴａＯ３の結晶体に、電界印加によって、光
学結晶体の表面のみでなく、光学結晶体の厚み方向のほ
ぼ全体にわたって周期的にドメインを反転させるように
したバルク型ドメイン反転格子を作成する構成方法を参
考文献１３により開示している。
【００５５】この構成方法は、例えば、基板をＬｉＴａ
Ｏ３の厚さ５００μｍのｚ板、つまり、表面と底面とが
光軸ｚと直交する平面をもつ板状に形成した結晶体の板
を用い、光軸ｚの＋側の平面を＋ｚ面、また、−側の面
を−ｚ面として、＋ｚ面に所定のパターン、つまり、ド
メイン反転の周期による縞状のパターンをもつＡｌ（ア
ルミニウム）の電極を所定のパターンで蒸着し、−ｚ面
には全面に一様なＡ１の電極を蒸着しておき、真空チャ
ンバ内にセットして、両面の電極間に直流電圧を印加す
るものであり、縞状のパターンをもつパターン電極は長
さ４ｍｍで、周期７．５μｍと周期７．８μｍと周期
８．１μｍの３周期を、それぞれ、同一基板上の異なる
位置に、同時に作成している。
【００５６】印加電圧と反転電流の時間変化は、図１３
のように、印加電圧を約２．５ｋＶ／１０秒で昇圧し、
ドメイン反転電流は１０．４ｋＶ、つまり、２０．８ｋ
Ｖ／ｍｍに相当する電圧の付近から流れ出しており、印
加電圧を約１０．５ｋＶの一定値に保つと、特定の時間
後に、反転電流は最大値７５０ｎＡ程度になって、パタ
ーン部分のドメイン反転が行われ、その約１分後に、電
流が自動的に止まっている。そして、反転電流が流れ出
す印加電圧は、室温でのＬｉＴａＯ３の抗電界電圧、つ
まり、電圧破壊が生ずる手前の電圧と一致している。
【００５７】上記のドメイン反転の際に注入電荷につい
ては、ＬｉＴａＯ３基板の表面での自発分極の際の電荷
は、通常では、正イオンまたは電子などで電気的に中和
されているので、電界印加によるドメイン反転の場合に
は、電子ビームの照射によるドメイン反転の場合と同様
に、上部の電極から正電荷が注入されると、表面電荷の
中和とドメイン反転に対する電界の発生とによって、全
注入電荷の量は、自発分極の際の電荷の２倍になる。
【００５８】そして、図１３の場合には、注入電荷量
は、測定値では２７．６μＣであり、計算値の２８．０
μＣにほぼ一致している。注入電荷量はパターン電極の
パターンの面積に対応するので、ドメインの制御のパラ
メータとして用いることができる。
【００５９】〔擬似位相整合による第２高調波の発生〕
ＬｉＴａＯ３の結晶体による第２高調波の発生におい
て、ＱＰＭの次数が１次（ｍ＝１）および２次（ｍ＝
２）の場合の基本波の波長とドメイン反転の周期との関
係を、（２）式に基づいて求めた結果は、図１５の実線
のようになる。
【００６０】上記のパターン電極による直流電圧の印加
により周期ドメイン反転を行ったＬｉＴａＯ３の評価実
験を、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３（チタンサファイヤ）レ−ザの
発振波長を連続掃引しながら、第２高調波の出力をコン
ピュータで取り込み処理する方法で行った。
【００６１】図１５の次数ｍ＝２の◎箇所において、異
なったドメイン周期Ｔ、つまり、７．５μｍ・７．８μ
ｍ・８．１μｍに対する第２高調波の発生強度と基本波
の波長λｆの関係は、図１６のようになっている。
【００６２】なお、図１５における２点鎖線は、固体レ
ーザとして、汎用されているＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム
・イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ネオジウ
ム・ヤグ））レーザでの波長１０６４ｎｍの値であり、
ドメイン周期が７．８μｍの箇所で擬似位相整合がとれ
ていることを示しているものである。
【００６３】また、各ドメイン周期Ｔに対する第２高調
波の発生強度における基本波の同調スペクトルの拡が
り、つまり、図１６における３つの曲線の各半値幅が、
いずれも０．８１ｎｍ程度で、ほぼ等しくなっている。
【００６４】この拡がりに対する理論値は０．７４ｎｍ
なので、作製された周期的ドメイン反転部は、実験的な
製作上の誤差程度の範囲内での誤差はあるが、ほぼ均一
に製作されていることになる。また、図１５のｍ＝１の
◎箇所についての実験は、光パラメトリック発振の出力
によって確認を行ったものであり、この場合も実験結果
が計算結果によく一致していることがわかる。
【００６５】光波は伝搬に伴って回折をうけるので、第
２高調波を最も効率よく発生させるためには、光デバイ
ス内での光の経路の長さ、つまり、デバイス長に対応す
る波長の光波を集光させることが必要である。そして、
ガウスビームのコンフォーカル長と上記のデバイス長と
を一致させた条件下では、変換効率ηｂは次式で与えら
れる。
【数３】
【００６６】ここで、ＰSHは第２高調波の出力、ＰＦは
基本波の入力、Ｌは上記のデバイス長、ｃは光速、μｏ
は真空の透磁率、εｏは真空の誘電率、ωＦは基本波の
角周波数、ｄefｆは実効的な２次非線形光学係数であ
る。
【００６７】ここで、２次非線形光学係数とする理由
は、非線形光学係数には、２次、３次、４次……などの
全ての次数の非線形光学係数を含むが、擬似位相整合に
よる第２高調波の発生に対しては、２次非線形光学係数
しか利用しないためである。また、ｍ＝２のＱＰＭ動作
においては、ＰＦが３２ｍＷ、Ｌが４ｍｍで、ＰSHが
１．９μＷであった。
【００６８】これらにより、ηｂの実験値は、式（３）
により０．４６％／Ｗｃｍであったことが得られる。一
方、作製したドメイン反転構造のデューティー比ξは測
定の結果約０．６３であったので、ηｂは、同様にし
て、式（３）により０．４８％／Ｗｃｍになる。したが
って、実験値と理論値とが、ほぼ一致していることがわ
かる。しかしながら、デューティー比ξを最適値０．５
にすることによって、規格化変換効率ηｂの値を約２０
％増大させることができるものである。
【００６９】一方、上記のＱＰＭ動作を利用した光パラ
メトリック発振を効率よく行わせるためには、光学結晶
体の両端に別個に配置した反射鏡による共振器の反射鏡
の間隔を移動させることにより、発振源として入力した
励起波に同調させるように構成している。
【００７０】さらに、こうしたレーザでの発振出力を尖
頭値の大きいパルス状の出力にするためには、Ｑスイッ
チによる方法があり、こうしたＱスイッチの構成とし
て、光学結晶体とは別個に設けた可飽和吸収セルを発振
経路内に出し入れする構成、光学結晶体とは別個に設け
た超音波スイッチに与える超音波出力を変化する構成な
とが、参考文献１６などにより開示されている。
【００７１】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、ＱＰＭ動作における高調波または周波数変換による
光出力、ＱＰＭ動作を利用した光パラメトリック発振な
どによる出力光を得る構成は、殆どの部分を各個別な構
成で配置したものを用いており、上記のように共振器の
反射鏡の間隔を移動させて共振させるような微細な共振
調整操作、レンズやＱスイッチに対する光軸方向を一致
させるための微細な調整操作などが必要であるという不
都合がある。
【００７２】したがって、これらの部分を一体の素子で
構成した光デイバイスとし、電子的に調整操作を行い得
るものが提供されれば、利用者にとって至極便利であ
り、こうした光デバイスをどのように構成すればよいか
という課題がある。
【００７３】
【課題を解決するための手段】上記の従来技術では、Ｌ
ｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）のような非線形光学
材料による光学結晶体を、単に、その非線形光学性のみ
を利用して、ＱＰＭ動作またはＱＰＭ動作による光パラ
メトリック発振にのみ用いていた。
【００７４】この発明では、こうした光学結晶体には、
電気光学効果をもつ性質（この発明において電気光学性
という）を兼ねる性質を有する点に着目するとともに、
光学結晶体の材質をＮｄ（ネオジウム）のようなレーザ
活性をもつ要素をドープさせることにより、第１には、
光学結晶体の所要の部分に電極を配置するとともに、こ
の電極に所要の電圧を印加することによって光学結晶体
自体の電気光学性にもとづく屈折率の変化を利用した位
相遅延により、上記の微細な共振調整操作を電子的に行
わせることを可能にし、第２には、同様の電極に所要の
電圧を印加することによって、光学結晶体の電気光学性
にもとづく屈折を利用してＱスイッチ動作をもつレーザ
発振を可能にすることを、１つの単体的なデバイス構成
によって可能にしたものである。
【００７５】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１〜図
９により説明する、図１〜図９において図１０〜図１９
と同一の略号で示す部分は、図１０〜図１９で説明した
同一略号の部分と同一の機能をもつ部分である。また、
図１〜図９のいずれかによって説明した符号と同一符号
で示す部分は同一機能をもつ部分である。
【００７６】
【実施例】
〔第１実施例〕以下、図１〜図３により第１実施例を説
明する。この実施例は、上記の従来技術における周期的
ドメイン反転部によるＱＰＭ動作と、Ｑスイッチ動作と
を１つの光学結晶体による素子で形成した光デバイスの
実施例である。
【００７７】図１において、光学結晶体１は、非線形光
学性、電気光学性およびレーザ活性を有する光学材料の
結晶体、例えば、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）
に、例えば、重量比４．４％のＮｄ（ネオジウム）をド
ープした結晶体、つまり、Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３（ネオジ
ウム・タンタル酸リチウム）の結晶体を、図のように、
四角形の板状、例えば、幅Ｗｂ＝３〜１５ｍｍ、全長Ｌ
ｔ＝５〜２０ｍｍ、厚みＤｂ＝０．５〜１ｍｍ程度の大
きさをもつ四角形の板状に形成したのものであり、光の
通路として設定した光学結晶体１の内部を通る所定の経
路２において、ＱＰＭ動作とＱスイッチ動作とを行うも
のである。
【００７８】周期的ドメイン反転部１５は、経路２の所
要部分に、上記の従来技術による周期的ドメイン反転を
行わせた部分であり、具体的には、図１８の周期的ドメ
イン反転部１５における極性反転と同様に、所定のドメ
イン周期Ｔごとに幅ｔの部分のｚ軸を反転させたドメイ
ン反転構造をもつ部分である。
【００７９】なお、ドメイン反転構造は、上記の従来技
術のように、厚みＤｂの全体には及ばない構造、つま
り、ドメイン反転が行われない僅かな厚み部分を残した
ままでもよく、また、この部分を研削することにより、
厚みＤｂの全体がドメイン反転構造になっているものに
してもよい。
【００８０】周期的ドメイン反転部１５の大きさは、幅
Ｗａ＝２〜４ｍｍ、長さＬａ＝２〜１５ｍｍ程度の大き
さのものであり、経路２を中心にして形成したものであ
る。なお、幅Ｗａは幅Ｗｂと同一にしてもく、また、高
電圧印加によるドメイン反転を行った場合の電極は、除
去せずに、そのままにして置いてもよい。
【００８１】Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂは、光
学結晶体１の光軸、つまり、ｚ軸と直交する方向の両表
面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の配置
箇所とは異なる箇所に設けた電極であり、一方の電極１
２Ａを経路２の手前側では広く先側では狭い梯形に形成
するとともに、梯形の傾斜した１辺、つまり、斜辺Ｇの
中心付近が経路２を横切るように配置する。傾斜した１
辺の傾き角度は２〜５°程度で、長さＬｂ＝２〜６ｍｍ
程度である。
【００８２】他方の電極１２Ｂは、経路２に対して対象
に配置するとともに電極１２Ａよりも大きい四角形に形
成したものであり、また、電極１２Ａ・１２Ｂは、それ
ぞれ、Ａ１（アルミニウム）を厚みＤａ＝０，１〜０，
３μｍ程度に蒸着形成してある。
【００８３】ここで、Ｎｄ（ネオジウム）は、光学結晶
体１の中のレーザ活性イオンの役割を果すものであり、
このレーザ活性イオンを入力光Ｐ０によって励起するこ
とによりレーザ発振を行わせて、コヒーレントな特定の
周波数をもつ光Ｐ１を発生することができる。この特定
の周波数は、主として、レーザ活性によるエネルギー準
位により、ある幅をもって定まるが、その幅内におい
て、光学結晶体１の中の経路２の全長Ｌｔによって周波
数を変化させることができる。つまり、レーザ活性と経
路２の全長Ｌｔによって定まる周波数のコヒーレントな
光Ｐ１を発生することができるわけである。
【００８４】そして、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂ
の間に印加する電圧Ｅを、例えば、６００Ｖから０Ｖに
変化することによって、経路２を通る光に電気光学性に
もとづく屈折率変化を起こさせてＱスイッチを行うもの
である。つまり、Ｑスイッチ用電極１２Ａ・１２Ｂの間
に電圧Ｅを印加すると、電圧Ｅが印加された箇所の光学
結晶体１の部分では、いわゆる屈折率値表で言う屈折率
値が変化させられて、この部分における光の伝播速度が
他の部分に対して変化させられる。
【００８５】そして、伝播速度が変化させられた部分
と、他の部分との境界が、斜辺Ｇの箇所では経路２に対
して斜めになっているために、この境界の部分で、経路
２を通る光が屈折することになるので、電圧Ｅを変化さ
せることにより、Ｑスイッチ動作を行い得るものであ
る。したがって、斜辺Ｇと経路２との交差角度の選択
は、光学結晶体１の性質と印加する電圧との関係で決ま
るが、経路２を通る光の全体にわたって斜めに横切るこ
とが必要であるとともに、実験結果では、挟角がなるべ
く小さい方がこのましいことが分かっている。
【００８６】光学結晶体１に入力光Ｐ０を与える入力側
３の端面３Ａは、ｚ軸と平行な平面に形成するととも
に、所要の誘電体の薄膜、例えば、ＳｉＯ２（酸化珪
素）とＺｒ２Ｏ３（酸化ジルコニウム）を多層に施した
半透光性の鏡面５Ａを設けてあり、また、出力光Ｐ２を
放出する出力側４の端面４Ａは、例えば、端面３Ａの中
心が焦点になる曲面で形成するとともに、端面３Ａの鏡
面５Ａと同様の半透光性の鏡面５Ｂを設けてある。
【００８７】〔第１実施例の構成の要約〕上記の第１実
施例の構成を要約すると、例えば、Ｎｄ：ＬｉＴａＯ３
（ネオジウム・タンタル酸リチウム）の結晶体のよう
に、非線形光学性、電気光学性およびレーザ活性を有す
る光学結晶体１の所定の入力面、例えば、入力側３の端
面３Ａから、所定の入力光Ｐ０、つまり、励起光を与え
て、レーザ活性イオンを、Ｎｄ（ネオジウム）イオンを
レーザ発振を行わせることにより得られる発振光Ｐ１な
どを、光学結晶体１の内部を通る所定の経路２に設けた
周期的ドメイン反転部１５の非線形光学性によって擬似
位相整合を行わせることにより、上記の光学結晶体１の
所定の出力面、例えば、出力側４の端面４Ａから所定の
周波数をもつコヒーレントなビーム光を出力光Ｐ２とし
て送出する光デバイスにおいて、。
【００８８】上記の光学結晶体１の光軸、つまり、Ｚ軸
と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメ
イン反転部１５の配置箇所とは異なる箇所に、対向する
電極１２Ａ・１２Ｂを配置するＱスイッチ用電極手段
と、上記の対向する電極１２Ａ・１２Ｂの間に印加する
電圧Ｅに所定の変化を与えることにより、上記の電気光
学性にもとづいて上記の出力光Ｐ２に対するＱスイッチ
を行うＱスイッチ手段とを設けた光デバイスを構成して
いることになるものである。
【００８９】〔第１実施例の第１利用構成〕第１実施例
の光デバイスの第１の利用構成は、入力光Ｐ０を励起用
光源として、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励
起することにより、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによ
って定まる第１の周波数ω１のコヒーレントな光Ｐ１を
発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５のドメイ
ン周期Ｔを式（２）に対応するように形成することによ
り、擬似位相整合を行わせて、出力光Ｐ２として、発振
光Ｐ１の第２高調波成分に相当する周波数ω２＝２ω１
のコヒーレントな光ビームを得るように構成するもので
ある。
【００９０】例えば、上記のＮｄ：ＬｉＴａｏ３にした
場合における発振光Ｐ１とドメイン周期Ｔとの関係は図
２のようになる。また、経路２の全長Ｌｔを、発振光Ｐ
１と出力光Ｐ２とのいずれにも共振するように設定する
ことによって出力光Ｐ２の出力を大きくできるととも
に、電圧Ｅの印加をＯＮ−ＯＦＦしてＱスイッチ動作を
行わせることにより、出力光Ｐ２を、例えば、数１０倍
〜数１００倍以上の尖頭値をもつパルス状の大きな出力
にすることができる。
【００９１】そして、具体的な周波数関係を波長でみる
と、例えば、入力光Ｐ０を０．８μｍ、発振光Ｐ１を
１．０８μｍ、出力光Ｐ２を０．５４μｍのように設定
することができる。
【００９２】〔第１実施例の第２利用構成〕第１実施例
の光デバイスの第２の利用構成は、入力光Ｐ０と発振光
Ｐ１とを、上記の第１の利用構成と同様にして、発振光
Ｐ１を第１の周波数ω１のコヒーレントな光で発生さ
せ、周期的ドメイン反転部１５のドメイン周期Ｔを、第
１の周波数ω１との光パラメトリック発振による第２の
周波数ω２と第３の周波数ω３とを得るための周期に設
定することにより、第２の周波数ω２と第３の周波数ω
３のコヒーレントな光による出力光Ｐ２を得るように構
成するものである。
【００９３】ここで、各周波数ω１・ω２・ω３の間に
は、光パラメトリック発振による次式の関係が成り立っ
ている。 ω１＝ω２＋ω３ …………（４）
【００９４】この利用構成は、具体的には、光学結晶体
１を、例えば、上記のＮｄ：ＬｉＴａＯ３にした場合に
は、図３のように、発振光Ｐ１の第１の周波数ω１によ
る波長λ１がポンピング光の波長λｐになり、また、ド
メイン周期Ｔによって、アイドラ周波数の波長λｉと信
号光の波長λｓとを出力する出力光Ｐ２の周波数ω２・
ω３の波長λｓ・λｉとが定まるものであり、これらの
波長λｉと波長λｓとの関係は、上記の（４）の関係で
与えられる。
【００９５】なお、上記の構成では、経路２の全長Ｌｔ
をλｓに共振させることにより、λｓのコヒーレントな
光ビームを出力するようし、λｉをアイドラにして構成
しているが、これを逆にして、経路２の全長Ｌｔをλｉ
に共振させるように構成すれば、λｉを出力し、λｓを
アイドラにするように構成できるものである。また、Ｑ
スイッチ動作については、上記の第１の利用構成と全く
同一の動作を行わせるものである。
【００９６】〔第１実施例の第３利用構成〕第１実施例
の光デバイスの第３の利用構成は、入力光Ｐ０を２つの
入力光とし、そのうちの１つの入力によって光学結晶体
１の中のレーザ活性イオンを励起することにより、上記
の第１の利用構成と同様に、レーザ活性と経路２の全長
Ｌｔによって定まる第１の周波数ω１をもつコヒーレン
トな光Ｐ１を仲介光として発生するとともに、周期的ド
メイン反転部１５のドメイン周期Ｔによる擬似位相整合
によって、図２０の構成の場合と同様に、入力光Ｐ０の
２つの入力光のうちの他の１つの入力光のもつ第２の周
波数ω２と発振光Ｐ１のもつ第１の周波数ω１との差の
周波数ω３をもつコヒーレントな出力光Ｐ２を得るよう
に構成するものである。なお、Ｑスイッチ動作について
は、上記の第１の利用構成と全く同一の動作を行わせる
ものである。
【００９８】〔第１実施例の第４利用構成〕第１実施例
の光デバイスの第４の利用構成は、入力光Ｐ０を第１の
周波数ω１をもつ入力光とし、この入力光Ｐ０によっ
て、光学結晶体１の中のレーザ活性イオンを励起するこ
とにより、レーザ活性と経路２の全長Ｌｔによって定ま
る第２の周波数ω２をもつコヒーレントな光Ｐ１を仲介
光として発生するとともに、周期的ドメイン反転部１５
のドメイン周期Ｔによる擬似位相整合によって、図２０
の構成の場合と同様に、入力光Ｐ０の周波数ω１と発振
光Ｐ１の周波数ω２との差の周波数ω３をもつコヒーレ
ントな出力光Ｐ２を得るように構成するものである。な
お、Ｑスイッチ動作については、上記の第１の利用構成
と全く同一の動作を行わせるものである。
【００９９】〔第２実施例〕以下、図４により第２実施
例を説明する。この実施例は、図１の第１実施例の構成
における電極１２Ａ・１２Ｂを周期的ドメイン反転部１
５を設けた箇所に重ね合わせるように配置するととも
に、電極２Ａの斜辺Ｇの中心付近が経路２を横切るよう
に配置することによって、経路２の全長Ｌｔを短くし、
光デバイスの大きさを小さくして、同一の機能をもたせ
るように構成したものである。
【０１００】図４において、電極１２Ａ・１２Ｂは、周
期的ドメイン反転部１５を設けた箇所の対向する両表面
８Ａ・８Ｂに設けるとともに、電極１２Ａ・１２Ｂの長
さＬｂが周期的ドメイン反転部１５の長さＬａよりも僅
かに長くしてある箇所以外の部分は図１の第１実施例と
同様の機能をもたせて構成しているものである。
【０１０１】したがって、周期的ドメイン反転部１５に
よって疑似的位相整合を行う箇所と電極１２Ａ・１２Ｂ
に印加する電圧Ｅを変化させてＱスイッチ動作を行う箇
所とが、経路２の同一の箇所に重ねて設けられているこ
とになる。
【０１０２】〔第２実施例の構成の要約〕第２実施例の
構成を要約すると、上記第１実施例の構成におけるＱス
イッチ用電極手段に代えて、上記の光学結晶体１の光
軸、つまり、ｚ軸と直交する方向の両表面８Ａ・８Ｂに
おける周期的ドメイン反転部１５の配置箇所に、対向す
る電極１２Ａ・１２Ｂを配置するＱスイッチ用電極手段
を設けた光デバイスを構成していることになるものであ
る。
【０１０３】〔第２実施例の利用構成〕第２実施例の利
用構成は、上記の第１実施例における第１の利用構成〜
第４の利用構成と全く同一の利用構成を適用し得るもの
である。
【０１０４】〔第３実施例〕以下、図５により第３実施
例を説明する。この実施例は、図１の第１実施例の構成
に加えて、経路２の全長Ｌｔを変化させて、経路２を通
る光の位相を調整する位相調整部分として、電気光学性
にもとづく屈折率変化により、経路２の全長Ｌｔを変化
させるための電圧を与える電極を設けて構成したもので
ある。
【０１０５】図５において、位相調整用の電極９Ａ・９
Ｂを設けた箇所以外の部分の構成は、図１の第１実施例
の構成と全く同一に構成してあり、電極９Ａ・９Ｂは、
経路２におる周期的ドメイン反転部１５と電極１２Ａ・
１２Ｂとの配置箇所以外の両表面８Ａ・８Ｂに設けた電
極でり、電圧９Ａ・９Ｂは、いずれも、経路２に対して
対象に配置するとともに、幅Ｗｅを周期的ドメイン反転
部１５の幅Ｗａと同程度にし、長さＬｃを１〜５ｍｍ程
度にした四角形のものである。
【０１０６】具体的には、幅Ｗｅ＝２ｍｍ、長さＬｃ＝
１〜５ｍｍ程度てあって、Ａ１（アルミニウム）の薄膜
を、厚みＤａ＝０．１〜０．５μｍ程度に、電極１２Ａ
・１２Ｂと同時に蒸着して形成するものである。なお、
Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂのうちの四角形の電
極１２Ｂと同一側に設ける電極９Ｂは、電極１２Ｂと連
続した一体の四角形に形成してもよい。
【０１０７】そして、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂの間
に印加する電圧Ｅ１を、例えば、０〜１００Ｖの間を変
化させることによって、経路２を伝搬する光に電気光学
性にもとづく屈折率変化を起こさせて、光の位相を変化
させるという調整を行うことにより、経路２の全長Ｌｔ
を変化させ得るようにしたものである。
【０１０８】つまり、光学結晶体１の電圧Ｅ１が印加さ
れた部分が、いわゆる屈折率値表における屈折率を変化
させられることになるため、この部分の経路２における
光の伝播速度が変化させられるので、経路２の全長Ｌｔ
を変化させたと同様の動作を行うことにり、結局、経路
２を通る光の位相を調整する位相調整部分として動作す
るわけである。
【０１０９】また、この光の位相の調整は、位相を大き
く変化させた場合には、周波数の変化になるわけであ
り、この発明での位相の調整とは、そうした周波数の変
化になる場合をも含めて言うものである。
【０１１０】〔第３実施例の構成の要約〕第３実施例の
構成を要約すると、第１実施例の構成に加えて、上記の
両表面８Ａ・８Ｂにおける周期的ドメイン反転部１５の
配置箇所と、上記のＱスイッチ用の第１の対向する電極
１２Ａ・１２Ｂの配置箇所との両箇所とは異なる箇所
に、第２の対向する電極９Ａ・９Ｂを配置する位相調整
用電極手段と、上記の第２の対向する電極９Ａ・９Ｂの
間に印加する電圧Ｅ１に所定の変化を与えることによ
り、上記の電気光学性にもとづいて経路２の中を伝搬す
る光の位相を調整する位相調整手段とを設けた光デバイ
スを構成していることになるものである。
【０１１１】〔第３実施例の第１利用構成〕第３実施例
の光デバイスの第１の利用構成は、上記の第１実施例の
光デバイスの第２の利用構成に加えて、経路２の全長Ｌ
ｔを、発振光Ｐ１による第１の周波数ω１と光パラメト
リック発振による第２の周波数ω２とに同時に共振さ
せ、または、発振光Ｐ１による第１の周波数ω１と光パ
ラメトリック発振による第３の周波数ω３とに同時に共
振させる調整操作を、電極９Ａ・９Ｂに印加している電
圧Ｅ１を変化させて行うように構成するものである。
【０１１２】つまり、電極９Ａ・９Ｂに印加している電
圧Ｅ１を変化させることにより、光学結晶体１の電気光
学性にもとづく屈折率変化によって、経路２を通る光の
位相が変化させられるため、電圧Ｅ１を徐々に変化させ
て行くと、ある特定の電圧値のときに、経路２の全長Ｌ
ｔが、目的とする第１の周波数ω１と第２の周波数ω２
とに同時に共振し、または、第１の周波数ω１と第３の
周波数ω３とに同時に共振するため、電圧Ｅ１をその特
定の電圧値に保持することによって、出力光Ｐ２の出力
を最大値にするとともに、光パラメトリック発振の閾値
（しきい値）の低減化をはかることができるわけであ
る。
【０１１３】〔第３実施例のその他の利用構成〕上記の
第１の利用構成のほかに、上記の第１実施例の光デバイ
スにおける他の利用構成と同様に、擬似位相整合によっ
て、第２高調波の光を得るたり、２つの周波数の差の周
波数をもつ光を得たりするために、所要の周波数をもつ
所要の光を出力光Ｐ２として得るように、種々に構成し
得ることは言うまでもない。
【０１１４】そして、これらの構成においても、電極９
Ａ・９Ｂに印加している電圧Ｅ１を変化させることによ
り、経路２の全長Ｌｔを変化させて、所要の光の周波数
に対して共振させるようにすればよいわけである。
【０１１５】〔第４実施例〕以下、図６により第４実施
例を説明する。この実施例は、図４の第２実施例の構成
に加えて、図５の位相調整用の電極９Ａ・９Ｂを設ける
ことにより、経路２の全長Ｌｔを変化させて、経路２を
通る光の位相を調整する位相調整部分として、電気光学
性にもとづく屈折率変化により、経路２の全長Ｌｔを変
化させるための電圧を与える電極を設けて構成したもの
である。
【０１１６】図６において、位相調整用の電極９Ａ・９
Ｂを設けた箇所以外の部分の構成は、図４の第２実施例
の構成と全く同一に構成してあり、また、位相調整用の
電極９Ａ・９Ｂの構成と、電極９Ａ・９Ｂに印加する電
圧Ｅ１を変化させて経路２を通る光の位相を調整する位
相調整部分の構成とは、図５の第３実施例の位相調整用
の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１の部分の構成と全く同一に
して構成したものである。
【０１１７】そして、周期的ドメイン反転部１５の部分
による擬似位相整合の動作と、Ｑスイッチ用電極１２Ａ
・１２Ｂと電圧Ｅとの部分によるＱスイッチの動作と
は、図１の第１実施例で説明した当該部分における動作
と全く同一の動作を行うものであり、また、位相調整用
の電極９Ａ・９Ｂと電圧Ｅ１の部分による位相調整動作
は、図５の当該部分における動作と全く同一の動作を行
うものである。
【０１１８】〔第４実施例の構成の要約〕第４実施例の
構成を要約すると、第２実施例の構成に加えて、上記の
両表面８Ａ・８Ｂにおける上記のＱスイッチ用の第１の
対向する電極１２Ａ・１２Ｂの配置箇所とは異なる箇所
に、第２の対向する電極９Ａ・９Ｂを配置する位相調整
用電極手段と、上記の第２の対向する電極９Ａ・９Ｂの
間に印加する電圧Ｅ１に所定の変化を与えることによ
り、上記の電気光学性にもとづいて経路２の中を伝搬す
る光の位相を調整する位相調整手段とを設けた光デバイ
スを構成していることになるものである。
【０１１９】〔第４実施例の利用構成〕第４実施例の利
用構成は、上記の第３実施例における各利用構成と全く
同一の利用構成を適用し得るものである。
【０１２０】〔第５実施例〕以下、図７により第５実施
例を説明する。この実施例は、図６により説明した第４
実施例の構成から、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂ
を除去して、周期的ドメイン反転部１５の部分には何ら
の電極も無く、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂはそのまま
の位置に配置するようにした構成、つまり、第４実施例
の機能からＱスイッチ機能を取り除いた構成のものであ
る。
【０１２１】〔第５実施例の利用構成〕第５実施例の利
用構成は、上記の第４実施例における各利用構成からＱ
スイッチ動作を除いた動作を行うようにした利用用構成
を適用し得るものである。
【０１２２】〔第６実施例〕以下、図８により第６実施
例を説明する。この実施例は、図１〜図７により説明し
た各実施例では、光学結晶体１の平面の外形を四角形状
に形成し、また、経路２を直線状に形成していた構成部
分を、光学結晶体１の平面の外形を多角形の形状に形成
するとともに、経路２を光学結晶体１の多角形の所定の
辺で反射する経路によって形成するように変更した構成
をもつものである。
【０１２３】図８において、光学結晶体１は、平面の外
形を多角形の板状、例えば、三角形のプリズム状に形成
してあり、所定の辺、例えば、辺３１に半透光性の鏡面
３１Ａを設けるとともに、残りの全ての辺または所定の
辺、例えば、辺３２・３３に反射鏡面３２Ａ・３３Ａを
設けてある。
【０１２４】そして、光学結晶体１の内部を通る光の経
路２を、入力側３から鏡面３１Ａに入力した光が反射鏡
面３２Ａ・３３Ａで反射して鏡面３１Ａの出力側４から
出力するようにした経路に形成してある。
【０１２５】また、経路２の所要の箇所における両表面
８Ａ・８Ｂに、周期的ドメイン反転部１５と、Ｑスイッ
チ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・
９Ｂを設けたものであり、経路２に沿った光学結晶体１
を厚み方向の断面を展開すると、図５の第３実施例にお
ける〔Ａ−Ａ′断面〕と同様の構造になるように構成し
たものである。つまり、各鏡面３１Ａ・３２Ａ・３３Ａ
の間の各経路２の各長さＬｔ１・Ｌｔ２・Ｌｔ３を加算
した長さが、経路２の全長Ｌｔになるものである。
【０１２６】なお、周期的ドメイン反転部１５による擬
似位相整合動作、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと
電圧ＥとによるＱスイッチ動作、位相調整用の電極９Ａ
・９Ｂと電圧Ｅ１とによる位相調整動作については、上
記の各実施例で説明したと同様の動作を行い、また、多
角形の形状は、四角形以上の多角形にして、所要の辺を
反射面として構成することにより、同様の構成が得られ
ること、さらに、周期的ドメイン反転部１５とＱスイッ
チ用の電極１２Ａ・１２Ｂとを同一箇所に重ね合わせて
配置し得ることなどについては、自明のことであり、特
別の説明を要さないことであろう。
【０１２７】そして、図８のように、経路２を閉経路に
する場合と、多角形を形成する各角度を異ならせるなど
により、経路２を解放経路にする場合との構成が可能で
あり、図８のように経路２を閉経路にした場合には、経
路２の入力側３の端面３Ａと出力側４の端面４Ａとが同
一の端面５１になるので、この端面５１に近接して配置
した結合用プリズム６１を設けることによって、出力光
Ｐ２を、出力側４に対応する出力経路４Ｂと、入力側３
に対応する出力経路３Ｂとの両方に出力することができ
るため、出力光Ｐ２を同時に２つの異なる目的に使用し
得るという利点が得られるわけである。
【０１２８】さらに、結合用プリズム６１の端面６２と
光学結晶体１の端面５１との間の間隔Ｊを調整する調整
機能部分（図示せず）を設けることによって、結合用プ
リズム６１と光学結晶体１との間の光の結合率を変化さ
せることができるという利点もある。
【０１２９】また、第６実施例の構成では、各反射鏡
面、例えば、反射鏡面３２Ａ・３３Ａを、例えば、上記
の第１実施例〜第５実施例において端面３Ａ・端面４Ａ
に施す半透光性の鏡面５Ａ・５Ｂと同様の材質を厚膜に
して施すか、または、多層にして施す層数を増加するな
どによって形成した全反射性の鏡面を、光学結晶体１の
辺３２・３３の面に、直接的に、施して形成してあるた
め、従来のように、別個の反射鏡を取付加工するなどの
複雑な加工を不要にしている。
【０１３０】〔変形実施〕この発明は次のように変形し
て実施することができる。 （１）上記の各実施例の構成において、周期的ドメイン
反転部１５と、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂと、
位相調整用の電極９Ａ・９Ｂとの各配置位置を任意に入
れ換えて構成する。ただし、位相調整用の電極９Ａ・９
Ｂを周期的ドメイン反転部１５とを同一箇所に重ねて配
置する構成は、周期的ドメイン反転部１５の構成が、ｚ
軸を交互に反転した構成になっているため、位相調整を
行うには不適である。
【０１３１】（２）上記の各実施例の構成において、Ｑ
スイッチ用の電極１２Ａを、図９の電極１２Ａ１・１２
Ａ２のように複数に分けて構成する。この場合、Ｑスイ
ッチ用の電極１２Ａを、図９のような三角形、または、
梯形などのように、光の経路２を斜めに横切る斜辺Ｇを
もつようにした種々の形状に変形して構成することがで
きる。
【０１３２】また、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと、周
期的ドメイン反転部１５とを、必要に応じて、複数に分
けて配置する。この場合、これらの分けたものの配置箇
所は、それぞれ、必要に応じて、他のＱスイッチ用の電
極１２Ａ・１２Ｂと、位相調整用の電極９Ａ・９Ｂと、
周期的ドメイン反転部１５との配置に対して、適宜に、
配置を入れ換えて構成することができる。
【０１３３】（３）上記の図８の第６実施例の構成にお
いて、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを、図４・図
６の第２実施例・第４実施例と同様に、周期的ドメイン
反転部１５を設けた箇所に重ね合わせるように配置して
構成する。この場合、Ｑスイッチ用の電極１２Ａ・１２
Ｂを配置した箇所に周期的ドメイン反転部１５を移動し
てもよく、また、周期的ドメイン反転部１５を配置した
箇所にＱスイッチ用の電極１２Ａ・１２Ｂを移動しても
よい。
【０１３４】（４）上記の図８の第６実施例の構成にお
いて、図７の第５実施例と同様に、Ｑスイッチ用の電極
１２Ａ・１２Ｂを除去して構成する。
【０１３５】（５）上記の図１・図４・図５・図６・図
７の第１実施例〜第５実施例の構成において、入力側３
の端面３Ａと鏡面５Ａの部分を、端面４Ａの中心が焦点
になる曲面に変更して構成する。
【０１３６】（６）上記の図５の第３実施例・図６の第
４実施例・図８の第６実施例において、Ｑスイッチ用の
電極１２Ｂを電極１２Ａと同様の形状、例えば、梯形状
に形成して構成する。
【０１３７】（７）上記の図５の第３実施例・図６の第
４実施例・図８の第６実施例において、位相調整用の電
極９Ａ・９ＢとＱスイッチ用の電極１２Ｂを電極１２Ａ
とのうちの共通の電位側に相当する各電位、例えば、図
５・図６の電極９Ｂと電極１２Ｂとを共通の１つの連続
した電極に形成して構成する。
【０１３８】（８）上記の図１・図４・図５・図６・図
７の第１実施例〜第５実施例の構成において、入力側３
の端面３Ａと鏡面５Ａの部分を、端面４Ａの中心が焦点
になる曲面に変更するとともに、端面４Ａと鏡面５Ｂの
部分をｚ軸と平行な平面に変更して構成する。
【０１３９】（９）上記の図８の第６実施例の構成にお
いて、光学結晶体１の平面の外形を、他の多角形、五角
形・七角形などの多角形に形成して構成する。この場
合、入力側３の端面３Ａと出力側４の端面とを、図８の
場合と同様に１つの共通の端面にして構成し、または、
異なる適宜の端面になるように多角形を形成して構成す
ることができる。
【０１４０】
【発明の効果】この発明によれば、以上のように、光学
結晶体として、非線形光学性、電気光学性およびレーザ
活性を有する結晶体を用いているため、光学結晶体の中
のレーザ活性イオンを所要の入力光によって励起するこ
とにより、光学結晶体自体の中でレーザ発振を行わせて
所要の周波数の光を発生することができる。
【０１４１】また、光学結晶体の中を通る光の経路の途
中に、周期的ドメイン反転部、Ｑスイッチ用の電極およ
び位相調整用の電極の全て、または、そのうちの所要の
ものを適宜に選択して配置しているため、１つの光学結
晶体に所要の入力光を与えるのみで、ＱＰＭ動作による
高調波または周波数変換による出力光、ＱＰＭ動作を利
用した光パラメトリック発振による出力光などを得るこ
とができるほか、位相調整用の電極に印加する電圧を調
整するのみで、光学結晶体の共振周波数を所要の光の周
波数に一致させて出力光を増強し得るなどの特長をもつ
至極便利な光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図９はこの発明の実施例を、また、図１０〜図１
９は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】全体構成平面図、縦断面図および要部斜視図
【図２】要部動作特性図
【図３】要部動作特性図
【図４】全体構成平面図および縦断面図
【図５】全体構成平面図、縦断面図および要部斜視図
【図６】全体構成平面図および縦断面図
【図７】全体構成平面図および縦断面図
【図８】全体構成平面図および縦断面図
【図９】要部構成平面図
【図１０】要部動作特性図
【図１１】要部動作特性図
【図１２】要部構成顕微鏡写真図
【図１３】要部動作特性図
【図１４】要部構成顕微鏡写真図
【図１５】要部動作特性図
【図１６】要部動作特性図
【図１７】要部特性比較図
【図１８】要部構成平面図
【図１９】要部構成斜視図
【符号の説明】
１ 光学結晶体 ２ 経路 ３ 入力側 ３Ａ 端面 ３Ｂ 出力経路 ４ 出力側 ４Ａ 端面 ４Ｂ 出力経路 ５Ａ 鏡面 ５Ｂ 鏡面 ９Ａ Ｑスイッチ用電極 ９Ｂ Ｑスイッチ用電極 １２Ａ 位相調整用電極 １２Ｂ 位相調整用電極 １５ 周期的ドメイン反転部 ３１ 辺 ３１Ａ 鏡面 ３２ 辺 ３２Ａ 反射鏡面 ３２ 辺 ３３ 反射鏡面 ５１ 端面 ６１ 結合用プリズム ６２ 端面 Ｐ０ 入力光 Ｐ１ 発振光 Ｐ２ 出力光
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/115 Ｈ０１Ｓ 3/115 3/16 3/16

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非線形光学性、電気光学性およびレーザ
    活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力
    光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に
    設けた周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によっ
    て擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体
    の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントな
    ビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、 ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面にお
    ける前記周期的ドメイン反転部の配置箇所とは異なる箇
    所に、対向する電極を配置するＱスイッチ用電極手段
    と、 ｂ．前記対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化
    を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記
    出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段とを具
    備することを特徴とする光デバイス。
  2. 【請求項２】 非線形光学性、電気光学性およびレーザ
    活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力
    光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に
    設けた周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によっ
    て擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体
    の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントな
    ビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、 ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面にお
    ける前記周期的ドメイン反転部の配置箇所に、対向する
    電極を配置するＱスイッチ用電極手段と、 ｂ．前記対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化
    を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記
    出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段とを具
    備することを特徴とする光デバイス。
  3. 【請求項３】 前記入力光によって前記光学結晶体の中
    のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活
    性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数を
    もつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位
    相整合によって、前記第１の周波数の２倍の周波数をも
    つ前記出力光を送出する請求項１または請求項２の光デ
    バイス。
  4. 【請求項４】 前記入力光によって前記光学結晶体の中
    のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活
    性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数を
    もつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似位
    相整合によって、前記第１の周波数と、前記第１の周波
    数のパラメトリック発振による第２の周波数をもつ出力
    光と第３の周波数とのうちの所要のものを前記出力光と
    して送出する請求項１または請求項２の光デバイス。
  5. 【請求項５】 前記入力光を２つの入力光とし、前記２
    つの入力光のうちの１つの入力光によって前記光学結晶
    体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レ
    ーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の周
    波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記
    擬似位相整合によって、前記２つの入力光のうちの他の
    １つの入力光のもつ第２の周波数と前記第１の周波数と
    の差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項１また
    は請求項２の光デバイス。
  6. 【請求項６】 前記入力光を第１の周波数をもつ入力光
    とし、前記入力光によって前記光学結晶体の中のレーザ
    活性イオンを励起することにより前記レーザ活性および
    前記経路の全長によって定まる第２の周波数をもつコヒ
    ーレントな光を仲介光として発生するとともに、前記擬
    似位相整合によって、第２の周波数と前記第１の周波数
    との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項１ま
    たは請求項２の光デバイス。
  7. 【請求項７】 非線形光学性、電気光学性およびレーザ
    活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力
    光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に
    設けた周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によっ
    て擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体
    の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントな
    ビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、 ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面にお
    ける前記周期的ドメイン反転部の配置箇所とは異なる箇
    所に、第１の対向する電極を配置するＱスイッチ用電極
    手段と、 ｂ．前記第１の対向する電極の間に印加する電圧に所定
    の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづい
    て前記出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段
    と、 ｃ．前記両表面における前記周期的ドメイン反転部の配
    置箇所と前記第１の対向する電極の配置箇所との両箇所
    とは異なる箇所に、第２の対向する電極を配置する位相
    調整用電極手段と、 ｆ．前記第２の対向する電極の間に印加する電圧に所定
    の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづい
    て前記経路の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整
    手段とを具備することを特徴とする光デバイス。
  8. 【請求項８】 非線形光学性、電気光学性およびレーザ
    活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力
    光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に
    設けた周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によっ
    て擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体
    の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントな
    ビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、 ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面にお
    ける前記周期的ドメイン反転部の配置箇所に、第１の対
    向する電極を配置するＱスイッチ用電極手段と、 ｂ．前記第１の対向する電極の間に印加する電圧に所定
    の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづい
    て前記出力光に対するＱスイッチを行うＱスイッチ手段
    と、 ｃ．前記両表面における前記第１の対向する電極の配置
    箇所とは異なる箇所に、第２の対向する電極を配置する
    位相調整用電極手段と、 ｆ．前記第２の対向する電極の間に印加する電圧に所定
    の変化を与えることにより、前記電気光学性にもとづい
    て前記経路の中を伝搬する光の位相調整を行う位相調整
    手段とを具備することを特徴とする光デバイス。
  9. 【請求項９】 非線形光学性、電気光学性およびレーザ
    活性を有する光学結晶体の所定の入力面から所定の入力
    光を与えて、前記光学結晶体の内部を通る所定の経路に
    設けた周期的ドメイン反転部の前記非線形光学性によっ
    て擬似位相整合を行わせることにより、前記光学結晶体
    の所定の出力面から所定の周波数をもつコヒーレントな
    ビーム光による出力光を送出する光デバイスであって、 ａ．前記光学結晶体の光軸と直交する方向の両表面にお
    ける前記周期的ドメイン反転部の配置箇所とは異なる箇
    所に、対向する電極を配置する位相調整用電極手段と、 ｂ．前記対向する電極の間に印加する電圧に所定の変化
    を与えることにより、前記電気光学性にもとづいて前記
    経路の中を伝搬する光の位相を調整する位相調整手段と
    を具備することを特徴とする光デバイス。
  10. 【請求項１０】 前記入力光によって前記光学結晶体の
    中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ
    活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数
    をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似
    位相整合によって、前記第１の周波数の２倍の周波数を
    もつ前記出力光を送出する請求項７〜請求項９のいずれ
    か１項に記載の光デバイス。
  11. 【請求項１１】 前記入力光によって前記光学結晶体の
    中のレーザ活性イオンを励起することにより前記レーザ
    活性および前記経路の全長によって定まる第１の周波数
    をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前記擬似
    位相整合によって、前記第１の周波数と、前記第１の周
    波数のパラメトリック発振による第２の周波数をもつ出
    力光と第３の周波数をもつ出力光とのうちの所要のもの
    を前記出力光として送出する請求項７〜請求項９のいず
    れか１項に記載の光デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記入力光を２つの入力光とし、前記
    ２つの入力光のうちの１つの入力光によって前記光学結
    晶体の中のレーザ活性イオンを励起することにより前記
    レーザ活性および前記経路の全長によって定まる第１の
    周波数をもつコヒーレントな光を発生するとともに、前
    記擬似位相整合によって、前記２つの入力光のうちの他
    の１つの入力光のもつ第２の周波数と前記第１の周波数
    との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項７〜
    請求項９のいずれか１項に記載の光デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記入力光を第１の周波数をもつ入力
    光とし、前記入力光によって前記光学結晶体の中のレー
    ザ活性イオンを励起することにより前記レーザ活性およ
    び前記経路の全長によって定まる第２の周波数をもつコ
    ヒーレントな光を仲介光として発生するとともに、前記
    擬似位相整合によって、第２の周波数と前記第１の周波
    数との差の周波数をもつ前記出力光を送出する請求項７
    〜請求項９のいずれか１項に記載の光デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記光学結晶体を四角形の板状に形成
    し、前記四角形の対向する２つの面を前記入力面と前記
    出力面として形成するとともに、前記経路を直線状の経
    路によって形成した請求項１〜請求項１３のうちのいず
    れかの光デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記光学結晶体を多角形の板状に形成
    し、前記多角形の１つの辺に相当する面を前記入力面と
    前記出力面を兼ねる面として形成するか、または、前記
    多角形の異なる２つの辺に相当する面を前記入力面と前
    記出力面として形状するとともに、前記経路を前記多角
    形の所定の辺で反射する経路によって形成した請求項１
    〜請求項１３のうちのいずれかの光デバイス。
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