JPS6118933A - 光波長変換器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザ等のレーザ光源用の波長変換器
に関するものであり、利用分野は光メモリ装置、レーザ
プリンタ等の光情報処理装置あるいはレーザテレビ等の
ディスプレイ装置等のレーザ応用機器分野が考えられる
。

従来例の構成とその問題点 非線形光学結晶であるニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）
単結晶を用いた光波長変換器として、第１図に示す従来
例がある。ＫＮｂＯ３単結晶１に半導体レーザ２の基本
波Ｐ１をレンズ３で集光するもので、ＫＮｂＯ３単結晶
１の温度制御による位相整合法より光波長変換を行なう
ものである。ただし基本波長λ＝０．８６μｍ、光パワ
ーＰ１−１００ｍＷにおいて変換効率η＝１０しか得ら
れておらず、実用レベル（η〉１０％）に達するために
は、高効率化への対応が不可欠であった。

光波長変換素子の高効率化にあたり、光導波路の応用は
きわめて効果的であり、従来例のように結晶そのままで
用いる場合に比べ、１〜２桁の高効率化が可能である。

しかしながら、ＫＮｂＯ３系結晶において、有効な光導
波路の形成法は見い出されていない。

発明の目的 本発明の目的は、ＫＮｂＯ３系強誘電体結晶を用いた高
効率な光波長変換器を提供することにある。

すなわち、本発明は、ＫＮｂＯ３系結晶の光導波路化を
行ない高効率光波長変換を実現したものでああシ、４３
５°Ｃにおいて立方晶←正方晶、２２５°Ｃにおいて正
方晶−斜方晶と相変態する。また、Ｋ　（ＴａｘＮｂ１
−ｘ）０３　　と表わされる混晶は、Ｔａの割合によっ
て、キューリ点および屈折率が変化することが知られて
いる。

組成Ｘが０．０１変化するにつれて、Ｔｃはほぼ７°Ｃ
変化し、屈折率はほぼ１ｏ　変化することが知られてい
る。また、半導体レーザの発振可能な波長帯であるλ−
０．７〜０．９μｍにおいて位相整合可能な条件より組
成比Ｘの範囲としては０≦Ｘ＜−Ｏ，１となる。ここで
位相整合とは、Ｋ（ＴａｘＮｂｌ−Ｘ）０３の３つの屈
折率ｎ　ａ　＋　ｎ　ｂ＋　ｎｃＯ間で、ｎ、ｂ（基本
波）＝ｎ、（高調波） の関係が成立する時であり、基本波長λ１＝０．８４μ
ｍとすると、１６〜２０°Ｃの温度範囲で位相整合がと
れる。

そこで、光導波路形成法としては、第２図に示すように
基板４にＫ　（ＴａｘＮｂｌ−ｘ　）０３；ＣＫ：ｘ（
０，１を使用し、その表面にＮｂ金属を蒸着し、５００
〜１０００°Ｃで熱拡散することによシ光導波路６を形
成した。屈折率増加量は条件によシ多少異なるが、０．
００５〜０．０２程度大きい。熱拡散後、分極方向が乱
れてしまうため、Ｃ軸方向に電界を印加し単一分極化し
た。

また、Ｎｂの代シにＴｉを熱拡散することによっても光
導波路が形成される。たたし、いずれにおいても拡散時
間は拡散温度に依存し、６〜１０時間の範囲で選択した
。基板４の結晶方位と光導波路６の伝搬方向には次の関
係がある。

実施例の説明 第３図は、本発明の第一実施例であり、半導体レーザ２
を基本波光源に用いて波長変換を行なう構成である。光
導波路６と半導体レーザ２の結合は、レンズ６を介し、
光導波路６の両端面には結合効率を向上させるために反
射防止膜７．７′を装着したものである。

第４図は、本発明の第２実施例であり、光導波路６０両
端に基本波長に対する反射率が。、８〜０．９９の反射
Ｈａ、ｓ’を装着することにょシ、光導波路６を７アブ
リーベロー共振器とすることにより、光導波路内の基本
波光パワーの増大を図ったものである。また、第５図は
、反射膜の代シにグレーティング反射器９，９′を装着
したもので、グレーティングの周期Ｇは基本波に対する
実効屈折率Ｎ１．波長λ１を用いて次式で表わされる。

λ１＝Ｏ，Ｂ４１ｉｍ　、Ｎ１＝２．２９の時、Ｇ　”
＝　０．１８　μｍとなる。

反射部８．８’、９．９’の最適反射率は、光導波路６
の伝搬損失αに依存し、α＝ｏ、１ｄＢ／ｃｍの時、ｒ
１＝０．９　、　ｒ２＝０．９９となシ、反射部のない
時に比べほぼ９倍の変換効率向上が図れ、Ｐ１＝１０ｍ
Ｗの時、はぼη＝１０％の変換効率が得られた。

（光導波路の長さは１０訴） 第６図は、上記第２実施例において、ファプリーベロー
共振器として良好に動作させるために、光導波路５の上
に、クラッド層１０を装荷したもので、クラッド層の厚
み、あるいは屈折率により最大変換効率が得られるよう
に調整できるように工夫したものである。第７図は、同
様な目的で、光導波路６の上下に電圧印加電極１１　、
１１’を装着したもので、Ｋ　（ＴａｘＮｂ１−ｘ　）
ｏ３のもの電気光学効果を用いて最大変換効率が得られ
るように調整できる構成である。

第８図は、本発明の他の実施例であシ、半導体レーザ２
と光導波路６を同一共振器内に構成したものであり、半
導体レーザ２の端面１２と光導波路５の出射面１３に基
本波に対する反射膜をまた、半導体レーザの他端面１４
と光導波路５の入射面１６に基本波に対する反射防止膜
を装着したものである。ここで、高調波に対しては、１
５は完全反射、１３は完全透過となるように設計されて
おり、高調波は１３を通して取り出すことができる。

発明の効果 従来、ＫＮｂＯ３を光導波路化しない時、レンズで基本
派を集光してもその後すぐ光は発散するために、有効に
非線形効果を発揮することができなかった。本発明にが
かるＫ（ＴａｘＮｂｌ−ｘ）０３基板へのＮｂあるいは
Ｔｉ拡散による光導波路を用いると、基本波は２〜６μ
ｍφ程度の微小断面積中に閉じ込められるために光パワ
ー密度が大きい状態で相互作用長を長くとることが可能
となり、変換効率η＝５０％（Ｐｌ−１００ｍＶｖ）と
、光導波路の長さは１０肱の場合従来に比べ２桁以上の
高効率化が図れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光波長変換器の概略構成図、第構成図で
ある。 ２・・山・半導体レーザ、６・・・・・レンズ、４・川
・・Ｋ（ＴａｘＮｂｌ−Ｘ）０３単結晶、５・叶・光導
波路、７゜７’、、　１４　、１５・・・・・・反射防
止膜、８．８’、１２゜１３・・・・・・反射膜、ｇ　
、　ｇ／、・・・・・グレーティング反射器、１０・・
・・・・クラッド層、１１　、１１’−川・・印加電極
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電体結晶であるＫ（Ｔａ＿ｘＮｂ＿１＿−＿
   ｘ）Ｏ＿３の０≦ｘ＜０．１の組成をもつ結晶基板に対
   して、ＮｂあるいはＴｉを熱拡散することにより形成し
   た光導波路の一端に基本波を入射し、前記光導波路の他
   端から高調波を取り出すことを特徴とする光波長変換器
   。
2. （２）光導波路の両端面に、基本波長に対する反射率が
   ０．８〜０．９９の反射膜を装着することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の光波長変換器。