JPH11326966A - 第二高調波発生装置 - Google Patents
第二高調波発生装置Info
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- JPH11326966A JPH11326966A JP10128758A JP12875898A JPH11326966A JP H11326966 A JPH11326966 A JP H11326966A JP 10128758 A JP10128758 A JP 10128758A JP 12875898 A JP12875898 A JP 12875898A JP H11326966 A JPH11326966 A JP H11326966A
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- 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
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3546—Active phase matching, e.g. by electro- or thermo-optic tuning
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基本波から第二高調波を発生させるための第二
高調波発生装置において、環境温度が変化しても基本波
と第二高調波との整合を保持する。 【解決手段】基本波から第二高調波を発生させるための
第二高調波発生装置１を提供する。基本波６が常光線か
らなり、第二高調波７が異常光線からなる。装置１は、
Ｋ3 Ｌｉ2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ
15-a+12.5c（ただし、−０．５≦ａ≦０．６２５、０≦
ｂ≦０．５、０．８≦（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦
１．２）の基本組成の結晶からなる波長変換用光導波路
３と、光導波路３に入射する基本波６の波長を固定する
ための反射グレーティング部５と、少なくとも光導波路
３の温度を制御する温度制御手段４、例えば薄膜ヒータ
ー４とを備えている。光導波路３において、基本波６を
第二高調波７に変換する。
高調波発生装置において、環境温度が変化しても基本波
と第二高調波との整合を保持する。 【解決手段】基本波から第二高調波を発生させるための
第二高調波発生装置１を提供する。基本波６が常光線か
らなり、第二高調波７が異常光線からなる。装置１は、
Ｋ3 Ｌｉ2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ
15-a+12.5c（ただし、−０．５≦ａ≦０．６２５、０≦
ｂ≦０．５、０．８≦（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦
１．２）の基本組成の結晶からなる波長変換用光導波路
３と、光導波路３に入射する基本波６の波長を固定する
ための反射グレーティング部５と、少なくとも光導波路
３の温度を制御する温度制御手段４、例えば薄膜ヒータ
ー４とを備えている。光導波路３において、基本波６を
第二高調波７に変換する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色光源デバイス
等に好適に使用できる第二高調波発生素子に関するもの
である。
等に好適に使用でき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】周期的分極反転構造の光導波路を形成
し、この光導波路に赤外波長の半導体レーザー光を導入
し、青色光を得る素子が提案されている（米国特許番号
４，７４０，２６５号、特開平５−２８９１３１号公
報、特開平５−１７３２１３号公報）。例えば、特開平
６−５１３５９号公報においては、第二高調波発生素子
に分極反転層と光導波路と誘電体膜と反射グレーティン
グ層とを設け，誘電体膜の厚さを限定することを開示し
ている。
し、この光導波路に赤外波長の半導体レーザー光を導入
し、青色光を得る素子が提案されている（米国特許番号
４，７４０，２６５号、特開平５−２８９１３１号公
報、特開平５−１７３２１３号公報）。例えば、特開平
６−５１３５９号公報においては、第二高調波発生素子
に分極反転層と光導波路と誘電体膜と反射グレーティン
グ層とを設け，誘電体膜の厚さを限定することを開示し
ている。
【０００３】しかし、この種の技術では、高精度にドメ
インを制御する必要があるが、高精度のドメイン制御は
困難であり、またこの位相整合のための許容温度範囲が
±０．５℃である。更に光導波路の光損傷が、３ｍＷの
光エネルギーから認められる。これらの理由から、実用
のデバイスとしては問題があることが指摘されている。
インを制御する必要があるが、高精度のドメイン制御は
困難であり、またこの位相整合のための許容温度範囲が
±０．５℃である。更に光導波路の光損傷が、３ｍＷの
光エネルギーから認められる。これらの理由から、実用
のデバイスとしては問題があることが指摘されている。
【０００４】一方、本出願人は、特開平８−３３９００
２号公報において、疑似位相整合処理や高精度のドメイ
ン制御を不要とした、光損傷の少ない第二高調波発生素
子を提案した。
２号公報において、疑似位相整合処理や高精度のドメイ
ン制御を不要とした、光損傷の少ない第二高調波発生素
子を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この素子にお
いては、環境温度が変動すると、素子に対して入射する
赤外波長のレーザー光の波長、および素子の位相整合波
長の両方が変動するという問題がある。このため、ある
温度で基本波が位相整合していても、環境温度が変化す
ると、位相整合できなくなり、第二高調波の発生効率が
大きく低下する。
いては、環境温度が変動すると、素子に対して入射する
赤外波長のレーザー光の波長、および素子の位相整合波
長の両方が変動するという問題がある。このため、ある
温度で基本波が位相整合していても、環境温度が変化す
ると、位相整合できなくなり、第二高調波の発生効率が
大きく低下する。
【０００６】本発明の課題は、基本波から第二高調波を
発生させるための第二高調波発生装置において、環境温
度が変化しても基本波と第二高調波との整合を保持でき
るようにすることである。
発生させるための第二高調波発生装置において、環境温
度が変化しても基本波と第二高調波との整合を保持でき
るようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本波から第
二高調波を発生させるための第二高調波発生装置であっ
て、基本波が常光線からなり、第二高調波が異常光線か
らなり、ニオブ酸リチウムカリウム−タンタル酸リチウ
ムカリウム固溶体単結晶からなる波長変換用光導波路
と、波長変換用光導波路に入射する基本波の波長を固定
するための反射グレーティング部と、少なくとも波長変
換用光導波路の温度を制御する温度制御手段とを備えて
おり、波長変換用光導波路において基本波を第二高調波
に変換することを特徴とする。
二高調波を発生させるための第二高調波発生装置であっ
て、基本波が常光線からなり、第二高調波が異常光線か
らなり、ニオブ酸リチウムカリウム−タンタル酸リチウ
ムカリウム固溶体単結晶からなる波長変換用光導波路
と、波長変換用光導波路に入射する基本波の波長を固定
するための反射グレーティング部と、少なくとも波長変
換用光導波路の温度を制御する温度制御手段とを備えて
おり、波長変換用光導波路において基本波を第二高調波
に変換することを特徴とする。
【０００８】本発明者は、ニオブ酸リチウムカリウム−
タンタル酸リチウムカリウム固溶体単結晶（以下、「Ｋ
ＬＮＴ結晶」と呼ぶことがある）が、異常光からなる基
本波を、常光からなる第二高調波に変換する性質を有し
ていることに着目した。そして、この特定組成の結晶
は、異常光の屈折率の温度変化が、例えば約５．５×１
０-4／℃と比較的に大きいのに対して、常光の屈折率の
温度変化は、約０．０５×１０-4／℃と、常光屈折率の
温度変化に対して著しく小さいことに着目した。
タンタル酸リチウムカリウム固溶体単結晶（以下、「Ｋ
ＬＮＴ結晶」と呼ぶことがある）が、異常光からなる基
本波を、常光からなる第二高調波に変換する性質を有し
ていることに着目した。そして、この特定組成の結晶
は、異常光の屈折率の温度変化が、例えば約５．５×１
０-4／℃と比較的に大きいのに対して、常光の屈折率の
温度変化は、約０．０５×１０-4／℃と、常光屈折率の
温度変化に対して著しく小さいことに着目した。
【０００９】本発明者は、この性質を反射グレーティン
グと組み合わせ，常光（基本波）の波長を反射グレーテ
ィング部によって固定するのと同時に、薄膜ヒーター等
の温度制御手段によって、少なくとも波長変換用の光導
波路の温度を制御することを想到した。これによって、
反射グレーティング部の作用によって、常光（基本波）
の周波数を極めて狭い範囲内に固定することができ、し
かも環境温度がかなり大きく変化する場合にも、基本波
の周波数の変化はごく小さい。これと同時に、温度制御
手段を波長変換用光導波路に対して作用させることによ
って、この光導波路における異常光屈折率を変化させ、
制御することができる。
グと組み合わせ，常光（基本波）の波長を反射グレーテ
ィング部によって固定するのと同時に、薄膜ヒーター等
の温度制御手段によって、少なくとも波長変換用の光導
波路の温度を制御することを想到した。これによって、
反射グレーティング部の作用によって、常光（基本波）
の周波数を極めて狭い範囲内に固定することができ、し
かも環境温度がかなり大きく変化する場合にも、基本波
の周波数の変化はごく小さい。これと同時に、温度制御
手段を波長変換用光導波路に対して作用させることによ
って、この光導波路における異常光屈折率を変化させ、
制御することができる。
【００１０】従って、環境温度が大きく変化したときに
や、極低温、極高温の特殊な条件下においても、反射グ
レーティング部によってロックされた基本波の波長の変
化を小さくするとともに、第二高調波の波長を動的に制
御し、第二高調波の出力を最適化することができる。
や、極低温、極高温の特殊な条件下においても、反射グ
レーティング部によってロックされた基本波の波長の変
化を小さくするとともに、第二高調波の波長を動的に制
御し、第二高調波の出力を最適化することができる。
【００１１】なお、特開平５−５３１６３号公報におい
ては、周期的分極反転層および光導波路を備える疑似位
相整合方式の光波長変換素子において、光導波路上に薄
膜ヒーターを設けることが開示されている。しかし、こ
れは本発明の特定の材料の常光屈折率の温度変化の大き
さと、異常光屈折率の温度変化の大きさとの相違を利用
し、常光を基本波とし、その波長を反射グレーティング
部によって固定し、これと同時に異常光を第二高調波と
し、薄膜ヒーターによって第二高調波の波長を制御する
ことは目的としていない。
ては、周期的分極反転層および光導波路を備える疑似位
相整合方式の光波長変換素子において、光導波路上に薄
膜ヒーターを設けることが開示されている。しかし、こ
れは本発明の特定の材料の常光屈折率の温度変化の大き
さと、異常光屈折率の温度変化の大きさとの相違を利用
し、常光を基本波とし、その波長を反射グレーティング
部によって固定し、これと同時に異常光を第二高調波と
し、薄膜ヒーターによって第二高調波の波長を制御する
ことは目的としていない。
【００１２】本発明の第二高調波発生装置によれば、例
えば３９０ｎｍ−４７０ｎｍの紫外光領域まで発生させ
ることが可能である。従って、こうした短波長の光を利
用することで、光ディスクメモリー用、医学用、光化学
用、各種光計測用等の幅広い応用が可能である。
えば３９０ｎｍ−４７０ｎｍの紫外光領域まで発生させ
ることが可能である。従って、こうした短波長の光を利
用することで、光ディスクメモリー用、医学用、光化学
用、各種光計測用等の幅広い応用が可能である。
【００１３】前記単結晶としては、Ｋ3 Ｌｉ2-2a（Ｎｂ
1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ15 -a+12.5c（ただし、−０．５≦
ａ≦０．６２５、０≦ｂ≦０．５、０．８≦（５−２
ａ）／（５＋５ｃ）≦１．２）の基本組成を有する単結
晶が特に好ましいが、これ以外の組成範囲でも適用でき
る。
1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ15 -a+12.5c（ただし、−０．５≦
ａ≦０．６２５、０≦ｂ≦０．５、０．８≦（５−２
ａ）／（５＋５ｃ）≦１．２）の基本組成を有する単結
晶が特に好ましいが、これ以外の組成範囲でも適用でき
る。
【００１４】波長変換用光導波路は、単結晶基板の表面
側に形成されているエピタキシャル層であることが好ま
しい。この単結晶基板は、Ｋ3 Ｌｉ2-2x（Ｎｂ1- y Ｔａ
y ）5+5z Ｏ15-x+12.5z（−０．５≦ｘ≦０．６２５、
０≦ｙ≦０．５、０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）
≦１．２を基本組成とする単結晶によって構成されてい
ることが特に好ましい。
側に形成されているエピタキシャル層であることが好ま
しい。この単結晶基板は、Ｋ3 Ｌｉ2-2x（Ｎｂ1- y Ｔａ
y ）5+5z Ｏ15-x+12.5z（−０．５≦ｘ≦０．６２５、
０≦ｙ≦０．５、０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）
≦１．２を基本組成とする単結晶によって構成されてい
ることが特に好ましい。
【００１５】［０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）、
（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦１．２］という上記の条
件は、［（−１−２ｘ）／６≦ｚ≦（１−２ｘ）／４、
または（−１−２ａ）／６≦ｃ≦（１−２ａ）／４］と
表示することができる。
（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦１．２］という上記の条
件は、［（−１−２ｘ）／６≦ｚ≦（１−２ｘ）／４、
または（−１−２ａ）／６≦ｃ≦（１−２ａ）／４］と
表示することができる。
【００１６】前記の単結晶基板は、本発明者が特願平７
−６２５８６号明細書、特願平７−６２５８５号明細書
において提案したマイクロ引下げ法によって得られたも
のであることが好ましい。
−６２５８６号明細書、特願平７−６２５８５号明細書
において提案したマイクロ引下げ法によって得られたも
のであることが好ましい。
【００１７】上記の組成において、−０．５≦ａ、ｘ≦
０．６２５と限定したのは、この組成範囲内でＫＬＮ材
料がタングステンブロンズ構造となりえるからである。
これよりもカリウムが多い組成では、ＫＮｂＯ3 の斜方
晶系、Ｌｉが多い組成ではＬｉＮｂＯ3 の六方晶系とな
ってしまう。
０．６２５と限定したのは、この組成範囲内でＫＬＮ材
料がタングステンブロンズ構造となりえるからである。
これよりもカリウムが多い組成では、ＫＮｂＯ3 の斜方
晶系、Ｌｉが多い組成ではＬｉＮｂＯ3 の六方晶系とな
ってしまう。
【００１８】０≦ｂ、ｙ≦０．５と限定したのは、Ｔａ
の置換量が増加するのに従って、キュリー温度が下が
り、ｂ、ｙ＝０．５のときにはキュリー温度が室温付近
になってしまうため、強誘電体にならず、第二高調波発
生の発生が認められなくなるからである。
の置換量が増加するのに従って、キュリー温度が下が
り、ｂ、ｙ＝０．５のときにはキュリー温度が室温付近
になってしまうため、強誘電体にならず、第二高調波発
生の発生が認められなくなるからである。
【００１９】０．８≦（５−２ａ）／（５＋５ｃ）、
（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）≦１．２の組成範囲は、引
下げ方による場合の（Ｋ＋Ｌｉ）とＮｂとの比率によっ
て、タングステンブロンズの構造の単一性が得られる領
域を示しており、カイロポーラス法によって形成可能な
組成範囲よりも広い組成範囲で、均一な単結晶を育成す
ることができた。
（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）≦１．２の組成範囲は、引
下げ方による場合の（Ｋ＋Ｌｉ）とＮｂとの比率によっ
て、タングステンブロンズの構造の単一性が得られる領
域を示しており、カイロポーラス法によって形成可能な
組成範囲よりも広い組成範囲で、均一な単結晶を育成す
ることができた。
【００２０】なお、単結晶基板と波長変換用光導波路と
の間に、やはり前述の組成範囲内のＫＬＮ単結晶からな
る中間層を設けることができる。また、単結晶基板と波
長変換用光導波路との各屈折率の関係、あるいは中間層
と波長変換用光導波路の各屈折率の関係は、いずれも波
長変換用光導波路内に光を閉じ込め可能な関係になけれ
ばならない。
の間に、やはり前述の組成範囲内のＫＬＮ単結晶からな
る中間層を設けることができる。また、単結晶基板と波
長変換用光導波路との各屈折率の関係、あるいは中間層
と波長変換用光導波路の各屈折率の関係は、いずれも波
長変換用光導波路内に光を閉じ込め可能な関係になけれ
ばならない。
【００２１】ここで、波長変換用光導波路、単結晶基板
および中間層の基本組成としては、前出したように、
Ｋ、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｏからなるタングステンブロン
ズ構造を考えているが、この構造を保持する範囲内での
元素の置換、例えば、Ｎａ、Ｒｂ等によるＫ、Ｌｉの置
換や、ＣｒおよびＥｒ、Ｎｄ等の希土類元素等のレーザ
ー発振用ドーピング剤を添加することも可能であった。
および中間層の基本組成としては、前出したように、
Ｋ、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｏからなるタングステンブロン
ズ構造を考えているが、この構造を保持する範囲内での
元素の置換、例えば、Ｎａ、Ｒｂ等によるＫ、Ｌｉの置
換や、ＣｒおよびＥｒ、Ｎｄ等の希土類元素等のレーザ
ー発振用ドーピング剤を添加することも可能であった。
【００２２】ＫＬＮまたはＫＬＮＴの組成において、Ｔ
ａの置換量が大きくなるほど、単結晶の蛍光線屈折率は
小さくなってくる。ｂ、ｙが小さいほど、単結晶の屈折
率が小さくなる。また、ＫＬＮ組成においては、Ｎｂの
量が大きくなるほど、即ち、ｃ、ｚが大きくなるほど、
単結晶の異常光屈折率が大きくなる。
ａの置換量が大きくなるほど、単結晶の蛍光線屈折率は
小さくなってくる。ｂ、ｙが小さいほど、単結晶の屈折
率が小さくなる。また、ＫＬＮ組成においては、Ｎｂの
量が大きくなるほど、即ち、ｃ、ｚが大きくなるほど、
単結晶の異常光屈折率が大きくなる。
【００２３】波長変換用光導波路の温度制御手段として
は、薄膜ヒーターが好ましいが、外部ヒーターを使用す
ることもできる。しかし、薄膜ヒーターを波長変換用光
導波路上に設けることによって、光導波路の全体にわた
って小さい電力でムラなく加熱できる。
は、薄膜ヒーターが好ましいが、外部ヒーターを使用す
ることもできる。しかし、薄膜ヒーターを波長変換用光
導波路上に設けることによって、光導波路の全体にわた
って小さい電力でムラなく加熱できる。
【００２４】本発明の特に好適な実施形態においては、
第二高調波発生素子が一体の基板を備えており、この基
板の上に波長変換用光導波路と反射グレーティング部と
が設けられている。これによって、波長変換用光導波路
と反射グレーティング部とを１つの基板に一体化でき
る。
第二高調波発生素子が一体の基板を備えており、この基
板の上に波長変換用光導波路と反射グレーティング部と
が設けられている。これによって、波長変換用光導波路
と反射グレーティング部とを１つの基板に一体化でき
る。
【００２５】この実施形態においては、更に、薄膜ヒー
ターを反射グレーディング部上にも設けることが特に好
ましい。これによって、第二高調波発生装置を、より一
層小さくすることができ、かつ製造コストを減少させる
ことができる。しかも、この場合には、反射グレーティ
ング部の方も加熱されることになるが、本発明によれ
ば、光導波路を構成するＫＬＮ結晶の常光屈折率が異常
光屈折率に比べて顕著に小さいので、反射グレーティン
グ部によってロックされた基本波の波長はほとんど変動
することがない。従って、このような特異な構成は、本
発明によって初めて実現できるものである。
ターを反射グレーディング部上にも設けることが特に好
ましい。これによって、第二高調波発生装置を、より一
層小さくすることができ、かつ製造コストを減少させる
ことができる。しかも、この場合には、反射グレーティ
ング部の方も加熱されることになるが、本発明によれ
ば、光導波路を構成するＫＬＮ結晶の常光屈折率が異常
光屈折率に比べて顕著に小さいので、反射グレーティン
グ部によってロックされた基本波の波長はほとんど変動
することがない。従って、このような特異な構成は、本
発明によって初めて実現できるものである。
【００２６】また、特に好ましくは、薄膜ヒーターと波
長変換用光導波路との間に誘電体層を設ける。
長変換用光導波路との間に誘電体層を設ける。
【００２７】図１−図４は、反射グレーティング部と波
長変換用光導波路とを一体の基板に設けた実施形態に係
るものである。図１は、本例の第二高調波発生装置１の
模式的一部平面図である。
長変換用光導波路とを一体の基板に設けた実施形態に係
るものである。図１は、本例の第二高調波発生装置１の
模式的一部平面図である。
【００２８】第二高調波発生装置１は、例えば直方体形
状の基板２を備えている。基板２は、好ましくは前述し
たような組成範囲のＫＬＮＴ単結晶からなる。基板２の
表面側には、波長変換用光導波路３と反射グレーティン
グ部５とが設けられており、また反射グレーティング部
３と反射グレーティング部５の上とに薄膜ヒーター４が
設けられている。なお、図１は、３、４、５の平面的位
置を示すものである。１５はレーザー光源である。
状の基板２を備えている。基板２は、好ましくは前述し
たような組成範囲のＫＬＮＴ単結晶からなる。基板２の
表面側には、波長変換用光導波路３と反射グレーティン
グ部５とが設けられており、また反射グレーティング部
３と反射グレーティング部５の上とに薄膜ヒーター４が
設けられている。なお、図１は、３、４、５の平面的位
置を示すものである。１５はレーザー光源である。
【００２９】基板２の入射側端面２ａから、基本波（常
光線）６を入射させる。基本波６は、光導波路３内に入
射し、反射グレーティング部を通過するが、反射グレー
ティング部５からの光の帰還によって基本波の波長がロ
ックされる。薄膜ヒーター４を発熱させたとき、反射グ
レーティング部下における光導波路の常光屈折率はほと
んど変化しないので、ロック波長の強度への影響は小さ
い。これとともに、薄膜ヒーター４を動作させることに
よって、光導波路３内における異常光屈折率を増加させ
ることができる。これによって、位相整合を動的に制御
し、第二高調波７の出力を増大させ、最適化することが
できる。８は、基板の端面２ｂから出射する常光線であ
る。
光線）６を入射させる。基本波６は、光導波路３内に入
射し、反射グレーティング部を通過するが、反射グレー
ティング部５からの光の帰還によって基本波の波長がロ
ックされる。薄膜ヒーター４を発熱させたとき、反射グ
レーティング部下における光導波路の常光屈折率はほと
んど変化しないので、ロック波長の強度への影響は小さ
い。これとともに、薄膜ヒーター４を動作させることに
よって、光導波路３内における異常光屈折率を増加させ
ることができる。これによって、位相整合を動的に制御
し、第二高調波７の出力を増大させ、最適化することが
できる。８は、基板の端面２ｂから出射する常光線であ
る。
【００３０】例えば、環境温度が低くなると、薄膜ヒー
ターの発熱量が一定であったとしても、光導波路３の全
体的な温度が低下し、異常光屈折率が低下し、第二高調
波の波長と基本波が位相整合しなくなる。この出力の減
少を検出すると、薄膜ヒーターの電圧を上昇させて光導
波路の全体の温度を上昇させ、異常光屈折率を増大させ
ることができる。ただし、基本波と第二高調波との波長
が整合するときの波長変換用光導波路の温度が、環境温
度よりも下になると、この制御方法は実施困難になる。
従って、基本波と第二高調波との波長が整合するときの
波長変換用光導波路の温度が、使用温度の最大値よりも
１０℃以上高いことが好ましい。
ターの発熱量が一定であったとしても、光導波路３の全
体的な温度が低下し、異常光屈折率が低下し、第二高調
波の波長と基本波が位相整合しなくなる。この出力の減
少を検出すると、薄膜ヒーターの電圧を上昇させて光導
波路の全体の温度を上昇させ、異常光屈折率を増大させ
ることができる。ただし、基本波と第二高調波との波長
が整合するときの波長変換用光導波路の温度が、環境温
度よりも下になると、この制御方法は実施困難になる。
従って、基本波と第二高調波との波長が整合するときの
波長変換用光導波路の温度が、使用温度の最大値よりも
１０℃以上高いことが好ましい。
【００３１】一方、薄膜ヒーターの代わりに、ペルチエ
素子などの、薄膜状の吸熱部材を設けることができる。
この場合には、基本波と第二高調波との波長が整合する
ときの波長変換用光導波路の温度よりも、環境温度が高
くなると、吸熱部材を作動させ、波長変換用光導波路の
温度を下げる。
素子などの、薄膜状の吸熱部材を設けることができる。
この場合には、基本波と第二高調波との波長が整合する
ときの波長変換用光導波路の温度よりも、環境温度が高
くなると、吸熱部材を作動させ、波長変換用光導波路の
温度を下げる。
【００３２】次に、図２−図４を参照しつつ、図１の装
置１の好適例について述べる。図２−図４は、図１の装
置の一形態を示すものであり、図２は第二高調波発生装
置１を模式的に示す側面図であり、図３（ａ）は、波長
変換用光導波路の部分を拡大して示す破断部分斜視図で
あり、図３（ｂ）は、図３（ａ）と同じ部分を破断させ
ない状態で示した部分斜視図であり、図４は図３（ｂ）
の横断面図である。
置１の好適例について述べる。図２−図４は、図１の装
置の一形態を示すものであり、図２は第二高調波発生装
置１を模式的に示す側面図であり、図３（ａ）は、波長
変換用光導波路の部分を拡大して示す破断部分斜視図で
あり、図３（ｂ）は、図３（ａ）と同じ部分を破断させ
ない状態で示した部分斜視図であり、図４は図３（ｂ）
の横断面図である。
【００３３】単結晶基板２の表面に、リッジ型の波長変
換用光導波路３が設けられており、光導波路３の上面に
オーバークラッド層９が設けられている。これらは、有
機金属気相成長法や液相エピタキシャル法によって設け
ることができる。オーバークラッド層９の上面には、例
えば反応性イオンエッチング法によって、一定周期の回
折格子をなす溝が設けられており、これが反射グレーテ
ィング部５を形成している。
換用光導波路３が設けられており、光導波路３の上面に
オーバークラッド層９が設けられている。これらは、有
機金属気相成長法や液相エピタキシャル法によって設け
ることができる。オーバークラッド層９の上面には、例
えば反応性イオンエッチング法によって、一定周期の回
折格子をなす溝が設けられており、これが反射グレーテ
ィング部５を形成している。
【００３４】このリッジ型の光導波路およびオーバーク
ラッド層を覆うように、誘電体層１０が設けられてい
る。この誘電体層１０の上の所定領域に、薄膜ヒーター
４が設けられている。波長変換用光導波路３、オーバー
クラッド層９、誘電体層１０によって、リッジ構造体１
１が構成されており、リッジ構造体１１の両側には細長
い溝１２が形成されている。
ラッド層を覆うように、誘電体層１０が設けられてい
る。この誘電体層１０の上の所定領域に、薄膜ヒーター
４が設けられている。波長変換用光導波路３、オーバー
クラッド層９、誘電体層１０によって、リッジ構造体１
１が構成されており、リッジ構造体１１の両側には細長
い溝１２が形成されている。
【００３５】誘電体層の材質は限定されないが、Ｔａ2
Ｏ5 ，ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ 2 ，ＨｆＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 が好
ましい。薄膜ヒーターの材質は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐ
ｔ、Ｃｒが好ましい。また、薄膜ヒーターの代りに、ペ
ルチエ素子を設けることができる。
Ｏ5 ，ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ 2 ，ＨｆＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 が好
ましい。薄膜ヒーターの材質は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐ
ｔ、Ｃｒが好ましい。また、薄膜ヒーターの代りに、ペ
ルチエ素子を設けることができる。
【００３６】本発明の第二高調波発生装置の一実施形態
は、第一の基板と第二の基板とを備えており、第一の基
板上に反射グレーティング部が設けられており、第二の
基板上に波長変換用光導波路および温度制御手段が設け
られている。図５は、この実施形態に係る装置４１を模
式的に示す平面図である。
は、第一の基板と第二の基板とを備えており、第一の基
板上に反射グレーティング部が設けられており、第二の
基板上に波長変換用光導波路および温度制御手段が設け
られている。図５は、この実施形態に係る装置４１を模
式的に示す平面図である。
【００３７】本装置は、波長固定部２１と波長変換部３
１とを備えている。波長固定部２１は、第一の基板２２
を備えており、基板２２の上に反射グレーティング部５
が設けられており、光導波路３３内を伝搬するレーザー
光の波長をロックする。
１とを備えている。波長固定部２１は、第一の基板２２
を備えており、基板２２の上に反射グレーティング部５
が設けられており、光導波路３３内を伝搬するレーザー
光の波長をロックする。
【００３８】波長変換部３１は、第二の基板３２を備え
ており、基板３２の上には波長変換用光導波路３と薄膜
ヒーター４とを備えている。なお、２２ａ、２２ｂは第
一の基板２２の端面であり、３２ａ、３２ｂは第二の基
板３２の端面であ。
ており、基板３２の上には波長変換用光導波路３と薄膜
ヒーター４とを備えている。なお、２２ａ、２２ｂは第
一の基板２２の端面であり、３２ａ、３２ｂは第二の基
板３２の端面であ。
【００３９】
【実施例】（第二高調波発生装置の作成）図２−図４に
示すような装置１を作製した。炭酸カリウム、炭酸リチ
ウム、酸化ニオブおよび酸化タンタルを、３０：２０：
４０：１０の組成比率で調合して原料粉末を製造した。
この原料粉末約５０ｇを、白金製のルツボ内に供給し、
このルツボを所定位置に設置した。上側炉内の空間の温
度を１１００〜１２００℃の範囲に調整し、ルツボ内の
原料を融解させた。単結晶育成部の温度を１０５０℃〜
１１５０℃とし、２０ｍｍ／時間の速度でａ軸方向にＣ
面の単結晶基板を引き下げたところ、厚さ１ｍｍ、幅３
０ｍｍのＣ面のＫＬＮＴ単結晶基板２を引き下げること
に成功した。この組成は、Ｋ3 Ｌｉ1.95（Ｎｂ0.98Ｔａ
0.02）5.05Ｏ15であった。
示すような装置１を作製した。炭酸カリウム、炭酸リチ
ウム、酸化ニオブおよび酸化タンタルを、３０：２０：
４０：１０の組成比率で調合して原料粉末を製造した。
この原料粉末約５０ｇを、白金製のルツボ内に供給し、
このルツボを所定位置に設置した。上側炉内の空間の温
度を１１００〜１２００℃の範囲に調整し、ルツボ内の
原料を融解させた。単結晶育成部の温度を１０５０℃〜
１１５０℃とし、２０ｍｍ／時間の速度でａ軸方向にＣ
面の単結晶基板を引き下げたところ、厚さ１ｍｍ、幅３
０ｍｍのＣ面のＫＬＮＴ単結晶基板２を引き下げること
に成功した。この組成は、Ｋ3 Ｌｉ1.95（Ｎｂ0.98Ｔａ
0.02）5.05Ｏ15であった。
【００４０】次いで、有機金属気相成長法によって、単
結晶基板上にＫ3 Ｌｉ1. 9 Ｎｂ5.1 Ｏ15の組成のエピタ
キシャル膜を形成した。膜の作製条件は、単結晶基板の
温度を７５０℃とし、反応管内の圧力を２０Ｔｏｒｒと
し、成膜速度を０．８μｍ／時間とし、厚さ２．５μｍ
のエピタキシャル膜３を得た。これと同様の条件によっ
て、エピタキシャル膜３の上に、厚さ０．２μｍ、組成
Ｋ3 Ｌｉ1. 95（Ｎｂ0.98Ｔａ0.02）5.05Ｏ15のオーバー
クラッド層９を形成した。
結晶基板上にＫ3 Ｌｉ1. 9 Ｎｂ5.1 Ｏ15の組成のエピタ
キシャル膜を形成した。膜の作製条件は、単結晶基板の
温度を７５０℃とし、反応管内の圧力を２０Ｔｏｒｒと
し、成膜速度を０．８μｍ／時間とし、厚さ２．５μｍ
のエピタキシャル膜３を得た。これと同様の条件によっ
て、エピタキシャル膜３の上に、厚さ０．２μｍ、組成
Ｋ3 Ｌｉ1. 95（Ｎｂ0.98Ｔａ0.02）5.05Ｏ15のオーバー
クラッド層９を形成した。
【００４１】オーバークラッド層９の表面に、周期０．
４μｍ、厚さ１００ｎｍのチタンマスクパターンを形成
し、ＣＦ4 ＋Ｏ2 ガスを使用して反応性イオンエッチン
グを行い、深さ０．１μｍ、長さ１．８ｍｍの反射グレ
ーティング部５を形成した。光の伝搬方向はａ軸方向と
した。
４μｍ、厚さ１００ｎｍのチタンマスクパターンを形成
し、ＣＦ4 ＋Ｏ2 ガスを使用して反応性イオンエッチン
グを行い、深さ０．１μｍ、長さ１．８ｍｍの反射グレ
ーティング部５を形成した。光の伝搬方向はａ軸方向と
した。
【００４２】エピタキシャル膜およびオーバークラッド
層を、反応性イオンエッチング法によって加工し、溝１
２と、幅５μｍ、深さ３μｍのリッジ型の構造体とを作
製し、３次元の波長変換用光導波路３を作製した。
層を、反応性イオンエッチング法によって加工し、溝１
２と、幅５μｍ、深さ３μｍのリッジ型の構造体とを作
製し、３次元の波長変換用光導波路３を作製した。
【００４３】横方向偏波光を矢印６のように波長変換用
光導波路３に入射させたところ、８１１−８７８ｎｍの
波長でシングルモードの光導波路が得られることが分か
った。次いで、光導波路３およびオーバークラッド層９
を酸化タンタル膜１０によってコーティングし、酸化タ
ンタル膜１０の上に、幅２０μｍ、厚さ０．５μｍ、長
さ１０ｍｍのチタン薄膜ヒーター４を形成し、リッジ構
造体１１を得た。
光導波路３に入射させたところ、８１１−８７８ｎｍの
波長でシングルモードの光導波路が得られることが分か
った。次いで、光導波路３およびオーバークラッド層９
を酸化タンタル膜１０によってコーティングし、酸化タ
ンタル膜１０の上に、幅２０μｍ、厚さ０．５μｍ、長
さ１０ｍｍのチタン薄膜ヒーター４を形成し、リッジ構
造体１１を得た。
【００４４】こうして得られた構造体を切断し、幅２ｍ
ｍ、長さ１１ｍｍの第二高調波発生用チップを作製し、
半導体レーザー光を、レンズを介することなく、このチ
ップに対して直接に入射させた。１００ｍＷの出力で、
光導波路入力は８０ｍＷであった。半導体レーザー光の
発振波長は、波長変換用光導波路の反射波長にロックさ
れ、８５６．２ｎｍで安定に発振した。反射グレーディ
ング部における反射率は１２％であった。
ｍ、長さ１１ｍｍの第二高調波発生用チップを作製し、
半導体レーザー光を、レンズを介することなく、このチ
ップに対して直接に入射させた。１００ｍＷの出力で、
光導波路入力は８０ｍＷであった。半導体レーザー光の
発振波長は、波長変換用光導波路の反射波長にロックさ
れ、８５６．２ｎｍで安定に発振した。反射グレーディ
ング部における反射率は１２％であった。
【００４５】次に、薄膜ヒーターに７ボルトの電圧を加
え、電流を流して発熱させ、波長変換用光導波路の位相
整合波長を発振波長に合わせることに成功した。４２
８．１ｎｍの第二高調波が得られた。この出力は２ｍＷ
であった。このように、本発明のデバイスは、青色第二
高調波発生素子として、極めて優れて特性を有してい
た。
え、電流を流して発熱させ、波長変換用光導波路の位相
整合波長を発振波長に合わせることに成功した。４２
８．１ｎｍの第二高調波が得られた。この出力は２ｍＷ
であった。このように、本発明のデバイスは、青色第二
高調波発生素子として、極めて優れて特性を有してい
た。
【００４６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
本波から第二高調波を発生させるための第二高調波発生
装置において、環境温度が変化しても基本波と第二高調
波との整合を保持でき、また第二高調波の位相整合波長
を動的に制御できる。
本波から第二高調波を発生させるための第二高調波発生
装置において、環境温度が変化しても基本波と第二高調
波との整合を保持でき、また第二高調波の位相整合波長
を動的に制御できる。
【図１】本例の第二高調波発生装置１の模式的一部平面
図である。
図である。
【図２】第二高調波発生装置１の好適例を模式的に示す
側面図である。
側面図である。
【図３】（ａ）は、波長変換用光導波路の部分を拡大し
て示す破断部分斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）と同じ
部分を破断させない状態で示した部分斜視図である。
て示す破断部分斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）と同じ
部分を破断させない状態で示した部分斜視図である。
【図４】図３（ｂ）の横断面図である。
【図５】第一の基板と第二の基板とを備えている第二高
調波発生装置を、模式的に示す平面図である。
調波発生装置を、模式的に示す平面図である。
１、４１ 第二高調波発生装置 ２ 直方体形状の
基板 ３ 波長変換用光導波路 ４ 薄膜ヒーター
５ 反射グレーティング部 ６ 基本波（常光線）
９ オーバークラッド層 １０ 誘電体層
１１ リッジ構造体 １５ レーザー光源
２１ 波長固定部 ２２ 第一の基板 ３１
波長変換部 ３２ 第二の基板
基板 ３ 波長変換用光導波路 ４ 薄膜ヒーター
５ 反射グレーティング部 ６ 基本波（常光線）
９ オーバークラッド層 １０ 誘電体層
１１ リッジ構造体 １５ レーザー光源
２１ 波長固定部 ２２ 第一の基板 ３１
波長変換部 ３２ 第二の基板
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】ＫＬＮまたはＫＬＮＴの組成において、Ｔ
ａの置換量が大きくなるほど、単結晶の蛍光線屈折率は
小さくなってくる。即ち、ｂ、ｙが小さいほど、単結晶
の常光線屈折率が小さくなる。また、ＫＬＮ組成におい
ては、Ｎｂの量が大きくなるほど、即ち、ｃ、ｚが大き
くなるほど、単結晶の異常光屈折率が大きくなる。
ａの置換量が大きくなるほど、単結晶の蛍光線屈折率は
小さくなってくる。即ち、ｂ、ｙが小さいほど、単結晶
の常光線屈折率が小さくなる。また、ＫＬＮ組成におい
ては、Ｎｂの量が大きくなるほど、即ち、ｃ、ｚが大き
くなるほど、単結晶の異常光屈折率が大きくなる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】第二高調波発生装置１は、例えば直方体形
状の基板２を備えている。基板２は、好ましくは前述し
たような組成範囲のＫＬＮＴ単結晶からなる。基板２の
表面側には、波長変換用光導波路３と反射グレーティン
グ部５とが設けられており、波長変換用光導波路３と反
射グレーティング部５の上とに薄膜ヒーター４が設けら
れている。なお、図１は、３、４、５の平面的位置を示
すものである。１５はレーザー光源である。
状の基板２を備えている。基板２は、好ましくは前述し
たような組成範囲のＫＬＮＴ単結晶からなる。基板２の
表面側には、波長変換用光導波路３と反射グレーティン
グ部５とが設けられており、波長変換用光導波路３と反
射グレーティング部５の上とに薄膜ヒーター４が設けら
れている。なお、図１は、３、４、５の平面的位置を示
すものである。１５はレーザー光源である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小塚 義成 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 竹間 清文 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 尾上 篤 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 吉田 綾子 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】基本波から第二高調波を発生させるための
第二高調波発生装置であって、 前記基本波が常光線からなり、前記第二高調波が異常光
線からなり、ニオブ酸リチウムカリウム−タンタル酸リ
チウムカリウム固溶体単結晶からなる波長変換用光導波
路と、前記波長変換用光導波路に入射する前記基本波の
波長を固定するための反射グレーティング部と、少なく
とも前記波長変換用光導波路の温度を制御する温度制御
手段とを備えており、前記波長変換用光導波路において
前記基本波を前記第二高調波に変換することを特徴とす
る、第二高調波発生装置。 - 【請求項２】前記単結晶が、Ｋ3 Ｌｉ2-2a（Ｎｂ1-b Ｔ
ａb ）5+5c Ｏ15-a+12. 5c（ただし、−０．５≦ａ≦
０．６２５、０≦ｂ≦０．５、０．８≦（５−２ａ）／
（５＋５ｃ）≦１．２）の基本組成を有することを特徴
とする、請求項１記載の第二高調波発生装置。 - 【請求項３】前記波長変換用光導波路上に前記温度制御
手段として薄膜ヒーターが設けられていることを特徴と
する、請求項１または２記載の第二高調波発生装置。 - 【請求項４】前記第二高調波発生素子が一体の基板を備
えており、この基板の上に前記波長変換用光導波路と前
記反射グレーティング部とが設けられていることを特徴
とする、請求項１−３のいずれか一つの請求項に記載の
第二高調波発生装置。 - 【請求項５】前記薄膜ヒーターが前記反射グレーディン
グ部上に設けられていることを特徴とする、請求項４記
載の第二高調波発生装置。 - 【請求項６】前記第二高調波発生装置が第一の基板と第
二の基板とを備えており、前記第一の基板上に前記反射
グレーティング部が設けられており、前記第二の基板上
に前記波長変換用光導波路および前記温度制御手段が設
けられていることを特徴とする、請求項１−３のいずれ
か一つの請求項に記載の第二高調波発生装置。 - 【請求項７】前記薄膜ヒーターと前記波長変換用光導波
路との間に誘電体層が設けられていることを特徴とす
る、請求項３、５または６記載の第二高調波発生装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10128758A JPH11326966A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 第二高調波発生装置 |
| EP99303612A EP0962809B1 (en) | 1998-05-12 | 1999-05-10 | A second harmonic wave-generation device |
| DE69924424T DE69924424T2 (de) | 1998-05-12 | 1999-05-10 | Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten harmonischen Welle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10128758A JPH11326966A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 第二高調波発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326966A true JPH11326966A (ja) | 1999-11-26 |
Family
ID=14992745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10128758A Pending JPH11326966A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 第二高調波発生装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0962809B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11326966A (ja) |
| DE (1) | DE69924424T2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8666205B2 (en) | 2009-11-25 | 2014-03-04 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Optical device |
| WO2014142347A1 (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | 日本碍子株式会社 | しみ出し光発生素子およびしみ出し光発生デバイス |
| JP2014211539A (ja) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換素子 |
| JP2014211538A (ja) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換素子 |
| WO2014199831A1 (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-18 | 日本碍子株式会社 | 光路変更素子、光路変更素子の接続構造、光源デバイスおよび光実装デバイス |
| WO2015079986A1 (ja) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 日本碍子株式会社 | 反射型光センサ素子 |
| JP2015215501A (ja) * | 2014-05-12 | 2015-12-03 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換素子 |
| JP2022138985A (ja) * | 2021-03-11 | 2022-09-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 位相シフタ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11335199A (ja) * | 1998-05-27 | 1999-12-07 | Ngk Insulators Ltd | 単結晶膜の製造方法 |
| US6961495B2 (en) * | 2003-01-27 | 2005-11-01 | Intel Corporation | Heating optical devices |
| US10026592B2 (en) | 2016-07-01 | 2018-07-17 | Lam Research Corporation | Systems and methods for tailoring ion energy distribution function by odd harmonic mixing |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5253259A (en) * | 1991-02-07 | 1993-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Frequency doubler and visible laser source having a heater |
| JP2910370B2 (ja) * | 1991-02-07 | 1999-06-23 | 松下電器産業株式会社 | 光波長変換素子およびそれを用いた短波長レーザ光源 |
| JP3223648B2 (ja) * | 1993-07-14 | 2001-10-29 | 松下電器産業株式会社 | 光波長変換素子ならびにレーザ光源 |
| JP3392931B2 (ja) * | 1994-02-14 | 2003-03-31 | 東北パイオニア株式会社 | 光波長変換装置 |
| JPH08339002A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-12-24 | Ngk Insulators Ltd | 第二高調波発生素子およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-05-12 JP JP10128758A patent/JPH11326966A/ja active Pending
-
1999
- 1999-05-10 EP EP99303612A patent/EP0962809B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-10 DE DE69924424T patent/DE69924424T2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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