JPS61182027A - 非線形光導波素子 - Google Patents
非線形光導波素子Info
- Publication number
- JPS61182027A JPS61182027A JP2188385A JP2188385A JPS61182027A JP S61182027 A JPS61182027 A JP S61182027A JP 2188385 A JP2188385 A JP 2188385A JP 2188385 A JP2188385 A JP 2188385A JP S61182027 A JPS61182027 A JP S61182027A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractive index
- optical waveguide
- crystal
- waveguide
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は非線形光学現象を有効に発生させうる非線形光
導波素子に関する。
導波素子に関する。
非線形光学現象は第二高調波発生、和差周波発生などに
用いられ、レーザ光の波長域の拡大や可変波長光源とし
ての応用が考えられる。特に現在室温連続発振が可能な
半導体レーザの波長域（０，７μｍ〜１．６μｍ）に対
し、第二高調波発生を応用することによって、可視全域
にわたるコヒーレント光の発生が可能となシ、砥めて大
きな利用価値がある。
用いられ、レーザ光の波長域の拡大や可変波長光源とし
ての応用が考えられる。特に現在室温連続発振が可能な
半導体レーザの波長域（０，７μｍ〜１．６μｍ）に対
し、第二高調波発生を応用することによって、可視全域
にわたるコヒーレント光の発生が可能となシ、砥めて大
きな利用価値がある。
非線形光学現象を有効に発生させるには入射光により誘
起される非線形分極波と発生させる光波（第二高調波）
の位相速［１−一致させることが重要である。まｔ高い
変換効率を得るには光のパワー密度を高くすることおよ
び相互作用長を長くすることが重要である。このような
点から非線形光学媒質に光導波路構造を設はパワー密度
を高くすると共に相互作用長を長くし、高い変換効率を
得ようとするものが、非線形光導波素子として用Ａられ
ている。
起される非線形分極波と発生させる光波（第二高調波）
の位相速［１−一致させることが重要である。まｔ高い
変換効率を得るには光のパワー密度を高くすることおよ
び相互作用長を長くすることが重要である。このような
点から非線形光学媒質に光導波路構造を設はパワー密度
を高くすると共に相互作用長を長くし、高い変換効率を
得ようとするものが、非線形光導波素子として用Ａられ
ている。
光導波路金膜ける方法としては、ガラスなどの平担な基
板上に蒸着技術によって非線形媒質を含む数層のスラブ
型光導波路を設ける方法、基板結晶上にエピタキシャル
結晶成長法により蒸着技術によるものと同様のスラブ型
先導波路を設ける方法、バルクの非線形光学結晶中に拡
散技術を用いて屈折率を変化させること釦より光導波路
を設ける方法などがある。
板上に蒸着技術によって非線形媒質を含む数層のスラブ
型光導波路を設ける方法、基板結晶上にエピタキシャル
結晶成長法により蒸着技術によるものと同様のスラブ型
先導波路を設ける方法、バルクの非線形光学結晶中に拡
散技術を用いて屈折率を変化させること釦より光導波路
を設ける方法などがある。
蒸着法による方法では非線形光学結晶の配向性は単結晶
の場合に比ペランダムに近く、非線形光学効果は十分有
効に発生させうるとはいえない。
の場合に比ペランダムに近く、非線形光学効果は十分有
効に発生させうるとはいえない。
エピタキシャル成長法による方法では、材料の組み合わ
せや基板などに大きな制約を受け、製作が容易でない。
せや基板などに大きな制約を受け、製作が容易でない。
またこれらの方法によるスラブ型光導波路は、一方向に
しか屈折率差のない二次元光導波路であり、光の閉じ込
めは十分とはいえず、高い変換効率を得ることは難しい
。
しか屈折率差のない二次元光導波路であり、光の閉じ込
めは十分とはいえず、高い変換効率を得ることは難しい
。
非線形バルク光学結晶中に拡散技術を用いて光導波路を
設ける方法では、非線形媒質として単結晶を用いること
ができること、また二方向に屈折率差をもつｔ三次元光
導波路が設けられることなどからより高い変換効率を望
むことができるが、拡散によって形成した導波路の不均
一性により有効に光導波されにくくなること、拡散によ
り非線形媒質内での光学損蕩が大きくなること、非線形
光学定数が小さくなることなどによシ、非線形光学結晶
の性質が損われる九め良好な変換効率が得られない。
設ける方法では、非線形媒質として単結晶を用いること
ができること、また二方向に屈折率差をもつｔ三次元光
導波路が設けられることなどからより高い変換効率を望
むことができるが、拡散によって形成した導波路の不均
一性により有効に光導波されにくくなること、拡散によ
り非線形媒質内での光学損蕩が大きくなること、非線形
光学定数が小さくなることなどによシ、非線形光学結晶
の性質が損われる九め良好な変換効率が得られない。
本発明の目的は非線形光学効果を有効に発生させ高い変
換効率を得ることのできる第二高調波発生非線形光導波
素子を提供することＫある。
換効率を得ることのできる第二高調波発生非線形光導波
素子を提供することＫある。
本発明の骨子は非線形光学効果を生じる非線形光学結晶
と二方向に屈折率分布を持たせた光導波路結晶をウェハ
直接接着技術によシ接着することＫより、高い変換効率
をもつ第二高調波発生非線形光導波素子を提供するもの
である。
と二方向に屈折率分布を持たせた光導波路結晶をウェハ
直接接着技術によシ接着することＫより、高い変換効率
をもつ第二高調波発生非線形光導波素子を提供するもの
である。
第１図は本発明の概要を示す図である。１は光導波路で
あシ高屈折率である２の光がガイド部と２よりも屈折率
の低い３の光閉じ込め部からなる。
あシ高屈折率である２の光がガイド部と２よりも屈折率
の低い３の光閉じ込め部からなる。
４は非線形光学結晶であり１の光導波路上にウェハ接着
技術によシ接着される。このとき２，３゜４の各部分の
屈折率”２ ｅ ”３ ｅ ”４の間にｎ２ ） ｎ３
。
技術によシ接着される。このとき２，３゜４の各部分の
屈折率”２ ｅ ”３ ｅ ”４の間にｎ２ ） ｎ３
。
ｎ２ ） ｎ４の関係があるようＫする。光ガイド部３
の一つの端面から入射し几光は光ガイド部３にそって導
波される。このとき光の一部は４の非線形光学結晶中に
しみ出し、ここで第二高調波へと変換され、他の端面よ
シ出射される。
の一つの端面から入射し几光は光ガイド部３にそって導
波される。このとき光の一部は４の非線形光学結晶中に
しみ出し、ここで第二高調波へと変換され、他の端面よ
シ出射される。
ここで、直接接着法による素子ウェーハの形成工程は次
の通りである。まず二枚の半導体基板の被接情誼を鏡面
研磨して表面粗さ５ｏｏ１以下に形成する。そして半導
体基板の表面状態によりては脱脂およびスティンフィル
ム除去の前処理を行なう。この前処理は例えば、Ｈ２Ｏ
２＋Ｈ２ＳＯ４→王水ボイル→ＨＦのような工程とする
。この後基板を清浄な水で数分程度水洗し、室温でのス
ピンナ乾燥による脱水処理をする。この脱水処理は鏡面
研磨面に過剰て吸着している水分を除去するためのもの
で、吸着水分の殆どが揮散するような１００℃以上の加
熱乾燥は避けることが重要である。その後両基板を、ク
ラス１以下の清浄な雰囲気下で実質的に異物が介在しな
い状態で研磨間同士を接着させ、２００℃以上で熱処理
する。例えば熱処理温度は１０００℃〜１２００℃であ
る。
の通りである。まず二枚の半導体基板の被接情誼を鏡面
研磨して表面粗さ５ｏｏ１以下に形成する。そして半導
体基板の表面状態によりては脱脂およびスティンフィル
ム除去の前処理を行なう。この前処理は例えば、Ｈ２Ｏ
２＋Ｈ２ＳＯ４→王水ボイル→ＨＦのような工程とする
。この後基板を清浄な水で数分程度水洗し、室温でのス
ピンナ乾燥による脱水処理をする。この脱水処理は鏡面
研磨面に過剰て吸着している水分を除去するためのもの
で、吸着水分の殆どが揮散するような１００℃以上の加
熱乾燥は避けることが重要である。その後両基板を、ク
ラス１以下の清浄な雰囲気下で実質的に異物が介在しな
い状態で研磨間同士を接着させ、２００℃以上で熱処理
する。例えば熱処理温度は１０００℃〜１２００℃であ
る。
上記第二高調波発生非線形光導波素子により以下のよう
な効果が考えられる。
な効果が考えられる。
１）非線形光学結晶に拡散を行なうことなく光導波路を
設けることにより、非線形光学結晶の性質は損われず高
い変換効率が得られる。
設けることにより、非線形光学結晶の性質は損われず高
い変換効率が得られる。
２）非線形光学結晶として単結晶を用いることができる
ので高い変換効率が得られる。
ので高い変換効率が得られる。
３）光導波路構造により、高いパワー密度が得られ高い
変換効率が得られる。
変換効率が得られる。
４）接着技術によ）接着することで光導波路を設けるの
で、エピタキシャルである必要はなく、材料の組み合せ
の自由度が広くなる。
で、エピタキシャルである必要はなく、材料の組み合せ
の自由度が広くなる。
５）光源となる半導体レーザと同一の基板上に作製する
ことが可能であり、これによって光源と非線形光導波素
子の間の光学系が不要となり、小型化低価格化が可能で
ある。
ことが可能であり、これによって光源と非線形光導波素
子の間の光学系が不要となり、小型化低価格化が可能で
ある。
第２図（ａ） Ｋ本発明の１つの実施例を示す。５はＧ
ａＡｓ基板であり６および７はそれぞれＧａＡｓ基板上
にエピタキシャル成長され九人１．Ｇａ１−ｓＡｓクラ
ッド層およびＡＩ、 Ｇａ１−ｙ Ａｓ 、 ＡＪｘＧ
ａｌ−ｚ入Ｓによる多重量子井戸（Ｍｕｌ ｔ ｉ Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｗｅ １１ ； ＭＱＷ ）構造を持つ
ＭＱＷ層である。ここと各層のｋｌ岨成ｘ＊ ）’ ｅ
２の間にはＯ＜、 ｘ （ｙ （ｚの関係がある。８お
よび９はＺｎ ｔ−選択的に拡散した部分であり、ＭＱ
Ｗ層７のうち２口拡散された部分はＺｎ拡散がされなか
った部分である光ガイド部２に比べ屈折率が低くなる。
ａＡｓ基板であり６および７はそれぞれＧａＡｓ基板上
にエピタキシャル成長され九人１．Ｇａ１−ｓＡｓクラ
ッド層およびＡＩ、 Ｇａ１−ｙ Ａｓ 、 ＡＪｘＧ
ａｌ−ｚ入Ｓによる多重量子井戸（Ｍｕｌ ｔ ｉ Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｗｅ １１ ； ＭＱＷ ）構造を持つ
ＭＱＷ層である。ここと各層のｋｌ岨成ｘ＊ ）’ ｅ
２の間にはＯ＜、 ｘ （ｙ （ｚの関係がある。８お
よび９はＺｎ ｔ−選択的に拡散した部分であり、ＭＱ
Ｗ層７のうち２口拡散された部分はＺｎ拡散がされなか
った部分である光ガイド部２に比べ屈折率が低くなる。
また光ガイド部２の屈折率はＵｚＧａＩ ｚ人Ｓクラッ
ド層６よりも高く、これにより三次元光導波路１が形成
される。４はＫＮｂＯ３単結晶でありウェハー接着技術
により三次元光導波路１の上に接着され非線形媒質とし
て働く。
ド層６よりも高く、これにより三次元光導波路１が形成
される。４はＫＮｂＯ３単結晶でありウェハー接着技術
により三次元光導波路１の上に接着され非線形媒質とし
て働く。
光導波路の作成法は上記の方法に限らない。他の実施例
を第２図（ｂ） 、 （Ｃ）に示す。（ｂ）はＧａＡｓ
基板５上にＮ ＡＪ、Ｇａｌ 、人Ｓクラッド層１０
、 Ｎ−ＡＪ、（）ａ、 。
を第２図（ｂ） 、 （Ｃ）に示す。（ｂ）はＧａＡｓ
基板５上にＮ ＡＪ、Ｇａｌ 、人Ｓクラッド層１０
、 Ｎ−ＡＪ、（）ａ、 。
Ａｓ光導波層１１ヲエビタキシヤル成長により設は念も
のにＺｎ選択拡散により高濃度ｐ型領域１２゜低濃度ｐ
型領域１３を設は比ものである。このとき光ガイド部２
はそれをとり囲む部分より屈折率が高くなり光が導波さ
れる。（Ｃ）はＧａＡｓ基板５の上に入Ａ！ｚＧａ１−
エ人Ｓクラッド層１４をエピタキシャル成長により設は
念後、中央部にエツチングで溝を設は再びエピタキシャ
ル成長により ”ｘ Ｇａ１−ｘ ’ｔｓ 光導波層１
５を設けｔものである。このとき光導波層１５が他の部
分より厚くなる光ガイド部２は実効的に屈折率が高くな
りこれによって光が導波される。
のにＺｎ選択拡散により高濃度ｐ型領域１２゜低濃度ｐ
型領域１３を設は比ものである。このとき光ガイド部２
はそれをとり囲む部分より屈折率が高くなり光が導波さ
れる。（Ｃ）はＧａＡｓ基板５の上に入Ａ！ｚＧａ１−
エ人Ｓクラッド層１４をエピタキシャル成長により設は
念後、中央部にエツチングで溝を設は再びエピタキシャ
ル成長により ”ｘ Ｇａ１−ｘ ’ｔｓ 光導波層１
５を設けｔものである。このとき光導波層１５が他の部
分より厚くなる光ガイド部２は実効的に屈折率が高くな
りこれによって光が導波される。
なお上記（ｂ） 、 （Ｃ）の例においてＡ７組成Ｘ、
Ｚの間には０≦ｘ （ｚの関係があるものとする。
Ｚの間には０≦ｘ （ｚの関係があるものとする。
上記実施例では非線形光学結晶４としてＫＮｂＯ３単結
晶を用い念が、これは非線形光学効果が期待できる結晶
であればこれに限らない。″１几導波路の作成にはＧａ
ＡｓおよびＡＪＧａＡｓを用い北側をあげｔが、例えば
エロＰ 、 ＧａＩｎＰＡｓ系などでもよい。また、低
損失の光導波路であるならばＺｎ８等の「−Ｖ族化合物
半導体等結晶や、ガラス等で構成された光導波路であっ
ても良い。その他本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々
変更実施することができる。
晶を用い念が、これは非線形光学効果が期待できる結晶
であればこれに限らない。″１几導波路の作成にはＧａ
ＡｓおよびＡＪＧａＡｓを用い北側をあげｔが、例えば
エロＰ 、 ＧａＩｎＰＡｓ系などでもよい。また、低
損失の光導波路であるならばＺｎ８等の「−Ｖ族化合物
半導体等結晶や、ガラス等で構成された光導波路であっ
ても良い。その他本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々
変更実施することができる。
第１図は、本発明の原理を示す概略構成図、第２図（ａ
）〜（Ｃ）は本発明の各実施例を示す断面図である。 １・・・先導波路、 ４・・・非線形光学結晶。 代理人弁理士 則近憲佑 （ほか１名）第１図 第 ２ 図
）〜（Ｃ）は本発明の各実施例を示す断面図である。 １・・・先導波路、 ４・・・非線形光学結晶。 代理人弁理士 則近憲佑 （ほか１名）第１図 第 ２ 図
Claims (1)
- 平担面の一部に線状光導波路が形成されてなる光導波路
の該平担面に非線形光学結晶の平担面が接着されてなる
ことを特徴とする非線形光導波素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2188385A JPS61182027A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 非線形光導波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2188385A JPS61182027A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 非線形光導波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61182027A true JPS61182027A (ja) | 1986-08-14 |
Family
ID=12067515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2188385A Pending JPS61182027A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 非線形光導波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61182027A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4896931A (en) * | 1988-08-18 | 1990-01-30 | North American Philips Corp. | Frequency doubling device |
| JPH02176730A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-09 | Toray Ind Inc | 非線形光学素子 |
| EP0587228A1 (en) * | 1992-09-07 | 1994-03-16 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical component and opto-electronic device for raising the frequency of electromagnetic radiation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52145240A (en) * | 1976-05-28 | 1977-12-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical guide connecting method |
| JPS5346748A (en) * | 1976-10-09 | 1978-04-26 | Ritsuo Hasumi | Variable light attenuator |
| JPS5535328A (en) * | 1978-09-04 | 1980-03-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Non-linear optical device |
| JPS6014222A (ja) * | 1983-07-06 | 1985-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換素子 |
-
1985
- 1985-02-08 JP JP2188385A patent/JPS61182027A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52145240A (en) * | 1976-05-28 | 1977-12-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical guide connecting method |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4896931A (en) * | 1988-08-18 | 1990-01-30 | North American Philips Corp. | Frequency doubling device |
| JPH02176730A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-09 | Toray Ind Inc | 非線形光学素子 |
| EP0587228A1 (en) * | 1992-09-07 | 1994-03-16 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical component and opto-electronic device for raising the frequency of electromagnetic radiation |
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