SE468453B - DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER - Google Patents

DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER

Info

Publication number
SE468453B
SE468453B SE9000504A SE9000504A SE468453B SE 468453 B SE468453 B SE 468453B SE 9000504 A SE9000504 A SE 9000504A SE 9000504 A SE9000504 A SE 9000504A SE 468453 B SE468453 B SE 468453B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
waveguide
frequency
light
lasers
wavelengths
Prior art date
Application number
SE9000504A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9000504L (en
SE9000504D0 (en
Inventor
G Arvidsson
F Laurell
Original Assignee
Optisk Forskning Inst
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optisk Forskning Inst filed Critical Optisk Forskning Inst
Priority to SE9000504A priority Critical patent/SE468453B/en
Publication of SE9000504D0 publication Critical patent/SE9000504D0/en
Priority to PCT/SE1991/000095 priority patent/WO1991012556A1/en
Priority to AU72409/91A priority patent/AU7240991A/en
Publication of SE9000504L publication Critical patent/SE9000504L/en
Publication of SE468453B publication Critical patent/SE468453B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3534Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3532Arrangements of plural nonlinear devices for generating multi-colour light beams, e.g. arrangements of SHG, SFG, OPO devices for generating RGB light beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

en s.k. kanalvågledare, kan en fokuserad laserstråle hållas begränsad till en liten tvärsnittsyta (och därmed hög intensitet) över stora längder utan att diffrangera. and s.k. channel waveguide, can a focused laser beam kept limited to a small cross-sectional area (and thus high intensity) over large lengths without differentiating.

Detta innebär att man i en vågledare i ett bra optiskt 5 icke-linjärt material kan få god verkningsgrad även för lasrar med låg effekt. Den för en praktisk tillämpning begränsande faktorn är främst att det s.k. fasmatchnings- villkoret (“phase-matching condition", fasanpassningsvill- koret) måste vara uppfyllt.This means that in a waveguide in a good optical Non-linear material can also have good efficiency low power lasers. It for a practical application the limiting factor is mainly that the so-called phase matching the condition (“phase-matching condition”), the choir) must be met.

Litiumniobat (LiNb03) är ett material som både har relativt hög icke-linjäritet och i vilket man kan till- verka högkvalitativa långa vågledare (flera cm långa). 10 Det s.k. fasmatchningsvillkoret, som måste uppfyllas, för att en effektiv våglängdskonvertering ska kunna åstad- l5 kommas, kan för frekvensblandning (summa- eller skillnads- frekvensgenerering) skrivas: k» = k; i k; (10) 2 N' 2 N' 2 N eller ekvivalent: n 264” = “Mål “Mä-z (lb) I 1 1 med. _ i - ä: i i; (2) 20 där Ä1 och Ia är de båda pumpvåglängderna (X,SÄ,), medan Å, är den genererade våglängden, varvid plustecknen svarar mot summafrekvensgenerering och minustecknen mot skillnadsfrekvensgenerering. AQIU Dflßz och Aflm, är de s.k. effektiva brytningsindexen i vågledaren vid respektive 25 våglängd. I specialfallet frekvensdubbling gäller plus- tecknet samt Ä,=2, och hQm,=PLfi,. Fasmatchning innebär att det genererade ljuset skall utbreda sig med samma fashas- tighet som den drivande icke-linjära polarisationen.Lithium niobate (LiNb03) is a material that has both relatively high non-linearity and in which one can operate high-quality long waveguides (several cm long). 10 The so-called. the phase matching condition, which must be met, in order for efficient wavelength conversion to be l5, can be used for frequency mixing (sum or difference frequency generation) is written: k »= k; i k; (10) 2 N '2 N' 2 N or equivalent: n 264 ”=“ Measure ”Mä-z (lb) I 1 1 with. _ i - ä: i i; (2) Where Ä1 and Ia are the two pump wavelengths (X, SÄ,), while Oh, is the generated wavelength, to which the plus signs correspond against sum frequency generation and the minus signs against difference frequency generation. AQIU D fl ßz and A fl m, are the so-called effective refractive indices in the waveguide at respective 25 wavelength. In the special case of frequency doubling, the the sign and Ä, = 2, and hQm, = PL fi ,. Phase matching means that the generated light shall propagate with the same phase as the driving non-linear polarization.

Fashastigheterna bestäms av de effektiva brytningsindexen, 30 och för att fasmatchningsvillkoret ska vara uppfyllt måste brytningsindexen vid de respektive våglängderna uppfylla villkoret enligt ekv (lb). I fallet med frekvensdubbling 10 15 20 25 30 35 468 453 svarar detta mot att det effektiva brytningsindexet är detsamma för både den fundamentala och den frek- vensfördubblade våglängden. Samma ekvationer är giltiga ' vid parametrisk oscillation, förutsatt plustecken och att k, svarar mot pumpvåglängden, varvid Ä., och Ä., motsvarar de genererade våglängderna. Vid degenererad parametrisk oscillation alstras bara en ny våglängd, dvs Ä1=Ä,.The phase velocities are determined by the effective refractive indices, 30 and for the phase matching condition to be met must the refractive indices at the respective wavelengths meet the condition according to eq (lb). In the case of frequency doubling 10 15 20 25 30 35 468 453 this corresponds to the effective refractive index being the same for both the fundamental and the frequent veins doubled the wavelength. The same equations are valid 'by parametric oscillation, provided plus sign and that k, corresponds to the pump wavelength, where Ä., and Ä., they correspond generated the wavelengths. In case of degenerate parametric oscillation only a new wavelength is generated, ie Ä1 = Ä ,.

För att åstadkomma fasmatchning i vågledare utnyttjar man i första hand materialets dubbelbrytning, varvid de växelverkande vågorna utbreder sig med olika polarisation.To achieve phase matching in waveguides utilizes in the first place the birefringence of the material, whereby they interacting waves propagate with different polarization.

Vid summafrekvensgenerering i litiumniobat (LiNbO,) har då ljuset vid de båda pumpvâglängderna en polarisation sva- rande mot det ordinära brytningsindexet medan det generer- ade ljuset får extraordinär polarisation. Av dispersion- kurvorna för det ordinära och det extraordinära brytning- sindexet i LiNbO3, schematiskt återgivna i fig l, framgår att det endast är möjligt med frekvensdubbling och summa- frekvensgenerering till våglängder omkring 540 nm. En viss avstämbarhet kan dock fås genom olika val av de båda pumpvâglängderna vid summafrekvensgenerering och genom variation av arbetstemperaturen. I det första fallet utnyttjas olinjäriteten hos dispersionskurvan medan det andra bygger på olika temperaturberoende hos de ordinära resp extraordinära brytningsindexet. Genom dopning av sub- stratmaterialet med t ex MgO eller protonutbyte och design av vågledarna (vilket påverkar vågledardispersionen) kan man också åstadkomma en viss våglängdsförskjutning. Det är känt att vågledare i LiNbO3 är lämpade för såväl frekvens- dubbling, summafrekvensgenerering, skillnadsfrekvens- generering, parametrisk oscillation som parametrisk förstärkning. Dock har så gott som uteslutande gaslasrar och fasta tillståndslasrar använts för sådana experiment.When sum frequency generation in lithium niobate (LiNbO,) has then the light at the two pump wavelengths a polarization against the ordinary refractive index while generating the light gets extraordinary polarization. Of dispersion- the curves of the ordinary and the extraordinary refraction the sindex in LiNbO3, schematically represented in Fig. 1, is shown that it is only possible with frequency doubling and sum frequency generation to wavelengths about 540 nm. Certain tunability can, however, be obtained through different choices of the two the pump wavelengths at sum frequency generation and through variation of the working temperature. In the first case the nonlinearity of the dispersion curve is used while others are based on different temperature dependencies of the ordinary ones resp extraordinary refractive index. By doping sub- the strat material with eg MgO or proton exchange and design of the waveguides (which affects the waveguide dispersion) can one also achieve a certain wavelength shift. It is known that waveguides in LiNbO3 are suitable for both frequency doubling, sum frequency generation, difference frequency generation, parametric oscillation as parametric strengthening. However, it has almost exclusively gas lasers and solid state lasers have been used for such experiments.

Det har t.ex. visats att man med ljus ifrån en Nd:YAG- laser (med våglängden 1.064 pm) kan få hög verkningsgrad för frekvensdubbling för relativt låga pumpeffekter i -fx C).It has e.g. shown that with light from a Nd: YAG- laser (with wavelength 1,064 pm) can have high efficiency for frequency doubling for relatively low pump effects in -fx C).

CG 10 15 20 25 30 -F> (fl LN litiumniobatvågledare både i dopat och odopat substratmat- erial. P g a fasmatchningsproblem har dock frekvensdubb- j _ ' ling på detta sätt i litiumniobatvågledare ännu inte tillämpats för halvledarlasrar. É Idag finns tillförlitliga halvledarlasrar tillgängliga huvudsakligen i tre våglängdsområden: omkring 0.8 pm (baserad på GaAs), omkring 1.3 um (baserade på InP) och omkring 1.55 pm (baserade på InP). Ingen av dessa våglängder kan fasmatchas för frekvensdubbling i konven- tionella litiumniobatvàgledare.CG 10 15 20 25 30 -F> (fl LN lithium niobate waveguides in both doped and undoped substrate substrates erial. However, due to phase matching problems, frequency doubling has in this way in lithium niobate waveguides not yet applied to semiconductor lasers. É Today, reliable semiconductor lasers are available mainly in three wavelength ranges: about 0.8 pm (based on GaAs), about 1.3 μm (based on InP) and about 1.55 pm (based on InP). none of these wavelengths can be phase matched for frequency doubling in conventional tional lithium niobate waveguides.

Det är däremot känt att man kan frekvensfördubbla ljus ifrån diodlasrar med våglängden Ä = Oß pm i s.k. proton- utbytta LiNbO, vågledare, med det frekvensdubblade ljuset alstrat i form av s k Cerenkov strålning. Då genereras ljuset som en strålningsmod ned i substratet. På det sättet har man lyckats bygga en liten kompakt ljuskälla med våglängden i det synliga området. En nackdelen med denna metod är att den icke-linjära processen inte är lika effektiv som när kopplingen sker mellan två vågledda moder och att det i praktiken krävs att vågledaren har en extremt liten tvärsnittsyta. Det leder till mycket höga ljusintensiteter i vågledaren och tendens till ljusinduc- erade förändringar vilket inverkar manligt på frekvens- dubblingens stabilitet, speciellt vid kontinuerlig pump- ning. Vidare kommer ljuset ut i en kon under vågledaren, så att ljuset blir svårt att kollimera och fokusera.However, it is known that you can double the frequency of light from diode lasers with the wavelength Ä = Oß pm in s.k. proton- replaced LiNbO, waveguide, with the frequency doubled light generated in the form of so-called Cerenkov radiation. Then generated the light as a mode of radiation down into the substrate. On that this way, they have succeeded in building a small compact light source with the wavelength in the visible range. A disadvantage of this method is that the non-linear process is not equal effective as when the connection is made between two wavy modes and that in practice it is required that the waveguide has one extremely small cross-sectional area. This leads to very high light intensities in the waveguide and tendency to light induction changes which have a male effect on the frequency the stability of the doubling, especially with continuous pumping ning. Furthermore, the light comes out in a cone under the waveguide, so that the light becomes difficult to collimate and focus.

En annan känd teknik för frekvenskonvertering i vågle- dare är att utnyttja s.k. kvasifasmatchning i periodiskt domänvända vàgledare i t ex LiNbO, eller LiTaO3 (litiumtan- talat). Kvasifasmatchning är en mer generellt användbar fasmatchningsmetod genom att möjligheten att uppnå fasmat- chning här inte är begränsad beroende på dubbelbrytningens storlekt i materialet. Dock är det processtekniskt svårare 10 15 20 25 30 468 453 att realisera den erforderliga vågledarstrukturen. Kvasi- fasmatchande vågledare kan utnyttjas för att frekvens- dubbla t.ex. 0.85 pm och 1.3 pmzs våglängd, till blått respektive rött. Däremot kan kvasifasmatchad frekvensdubb- ling inte användas för att generera grönt ljus p g a brist på halvledarlasrar vid den då erforderliga våglängden.Another known technique for frequency conversion in wave is to use the so-called quasi-phase matching in periodic domain-used pathways in, for example, LiNbO, or LiTaO3 (lithium talat). Quasi-phase matching is a more generally useful one phase matching method by the possibility of achieving the phase matching chning here is not limited depending on the birefringence size in the material. However, it is technically more difficult 10 15 20 25 30 468 453 to realize the required waveguide structure. Quasi- phase-matching waveguides can be used to double e.g. 0.85 pm and 1.3 pmzs wavelength, to blue respectively red. In contrast, quasi-phase-matched frequency doubling not be used to generate green light due to lack on semiconductor lasers at the then required wavelength.

Det är vidare känt att aktuella icke-linjärt optiska substratmaterial såsom LiNbOg, LiTaO,, KTP (KTiOPO,), KNbO, '(kaliumniobat) etc också har höga elektrooptiska material- koefficienter, varför den elektrooptiska effekten med fördel kan utnyttjas för styrning och modulering av ljuset. Det finns kända metoder för att med olika typer av integrerade optiska komponenter bl.a. dels fast eller styrbart koppla över ljus från en kanalvågledare till en annan dels med modulera ljusets intensitet, fas eller' fashastighet i en kanalvågledare. För reglering och modu- .lation utnyttjas då i allmänhet metalelektroder som arran- geras på kristallytan ovanpå eller intill kanalvågledaren, och till vilka elektriska drivspänningar appliceras. Den aktuella typen av reglering och modulation, som utnyttjar den elektrooptiska effekten, kan göras med låg elektrisk drivspänning och hög modulationsfrekvens, och kräver inga mekaniskt rörliga delar. Det är även känt att många inte- grerade optiska komponenter, styr- och reglerbara sådana likaväl som passiva, är våglängdsselektiva. ' För att realisera en liten halvledarlaserpumpad frek- vensdubblare baserad på konventionella vågledare i LiNbO3 behövs en relativt stark diodlaser vid ~ 1.08 pmzs våglängd. Det är bara denna våglängd (approximativt) för vilken frekvensdubblingen kan fasmatchas i LiNbO¿-vågledare vid rumstemperatur och idag existerar inga sådana lasrar.It is further known that current non-linear optical substrate materials such as LiNbO 2, LiTaO 2, KTP (KTiOPO 2), KNbO 2, (potassium niobate) etc. also have high electro-optical materials. coefficients, why the electro-optical effect with advantage can be used for control and modulation of the light. There are known methods to with different types of integrated optical components i.a. partly fixed or controllably switching light from one channel waveguide to one on the other hand by modulating the intensity, phase or 'of the light phase velocity in a channel waveguide. For regulation and modu- .lation, metal electrodes are generally used as arrangements. on the crystal surface on top of or next to the channel waveguide, and to which electrical drive voltages are applied. The current type of regulation and modulation, which utilizes the electro-optical effect, can be done with low electric driving voltage and high modulation frequency, and requires none mechanically moving parts. It is also known that many non- integrated optical components, controllable and adjustable ones as well as passive, are wavelength selective. ' In order to realize a small semiconductor laser pumped frequency vein doubles based on conventional waveguides in LiNbO3 a relatively strong diode laser at ~ 1.08 pmzs is needed wave-length. It's just this wavelength (approximately) for which the frequency doubling can be phase matched in LiNbO¿ waveguides at room temperature and today no such lasers exist.

Motsvarande begränsning till ett smalt våglängdsintervall för de fundamentala våglängder som i praktiken kan frek- vensdubblas gäller även för vågledare i andra ickelinjära material såsom KNbO3, KTP, LiTaO3, BBQ (B-BaB¿L), LBO 10 15 20 25 30 (LiB¿g), etc. Detta illustrerar huvudproblemet vid frekvenskonvertering som är att på ett så generellt sätt som möjligt lösa fasmatchningsproblemet för att kunna utnyttja tillgängliga laserfrekvenser och ickelinjära material.Corresponding limitation to a narrow wavelength range for the fundamental wavelengths which in practice can vensdubblas also applies to waveguides in other nonlinear materials such as KNbO3, KTP, LiTaO3, BBQ (B-BaB¿L), LBO 10 15 20 25 30 (LiB¿g), etc. This illustrates the main problem at frequency conversion which is that in such a general way as possible solve the phase matching problem in order to utilize available laser frequencies and nonlinear material.

Ett bivillkor är att det idag existerar diodlasrar, som är lättillgängliga, singelmod, har lång livslängd och relativt hög uteffekt, huvudsakligen i tre begränsade våglängdsområden: 780-850 nm (baserade på GaAs) samt omkring 1300 och 1550 nm (i de båda senare fallen baserade på InP).A side condition is that diode lasers exist today, as are easily accessible, single mode, have a long service life and relatively high output power, mainly in three limited wavelength ranges: 780-850 nm (based on GaAs) and about 1300 and 1550 nm (in the latter two cases based on InP).

Att kunna integrera ljuskällor av olika våglängder på samma substrat, vore vidare av stort värde vid många tillämpningar såsom displayer, optisk avsökning, optisk registrering, bildgenerering m.m.To be able to integrate light sources of different wavelengths the same substrate, would further be of great value to many applications such as displays, optical scanning, optical registration, image generation, etc.

För en mängd applikationer är det därutöver ett starkt önskemål att enkelt kunna styra ljuskällans intensitet och/eller välja dess våglängd bland ett antal alternativ eller styra ljuskällans färgbalans, genom att variera de inbördes intensitetsandelarna för ett antal ingående våglängdskomponenter. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma kompakta ljuskällor, främst i våglängdsområden som inte täcks in av tillgängliga halvledarlasrar, genom att i vågledare åstadkomma effektiv frekvenskonvertering av halvledarlasrar (eller andra kompakta, effektsnåla las- rar), och därvid på ett flexibelt sätt lösa fasmatchnings- problemet så att så många våglängder som möjligt kan gen- -ereras utgående från tillgängliga laservåglängder och tillgängliga icke-linjärt optiska material. Syftet är vidare att möjliggöra generering av fler våglängder från samma anordning (samma substrat) och enkelt med elektriska styrsignaler kunna modifiera ljuskällans egenskaper: välja en utgående våglängd bland ett antal tillgängliga, styra 10 15 20 25 30 den inbördes färgbalansen mellan ett antal i ljuskällan ingående våglängdskomponenter, snabbt variera ljuskäl- lans intensitet etc.For a number of applications, it is also a strong one desire to be able to easily control the intensity of the light source and / or selecting its wavelength from a number of options or control the color balance of the light source, by varying them the mutual intensity shares for a number of constituents wavelength components. The object of the present invention is to provide compact light sources, mainly in wavelength ranges not covered by available semiconductor lasers, by to achieve efficient frequency conversion in waveguides of semiconductor lasers (or other compact, low-power lasers) ), thereby solving the phase matching problem so that as many wavelengths as possible can be -erated from available laser wavelengths and available non-linear optical materials. the purpose is further to enable the generation of more wavelengths from same device (same substrate) and simple with electric control signals be able to modify the characteristics of the light source: select an outgoing wavelength among a number available, control 10 15 20 25 30 the mutual color balance between a number in the light source constituent wavelength components, rapidly varying light sources lance intensity etc.

Uppfinningen löser de föreliggande problemen på det sätt som anges i de kännetecknande delarna av de fem bifogade patentkraven. Härvid utgår man från att en fre- kvenskonventering är anordnad att ske i ett optiskt icke- linjärt material såsom LiNbo3, LiTao3, KTP, KTioAso4, KNbO3, BBO, LBO, NYAB eller motsvarande.The invention solves the present problems thereon manner set out in the characterizing parts of the five attached claims. In this case, it is assumed that a fre- frequency convergence is arranged to take place in an optical non- linear material such as LiNbo3, LiTao3, KTP, KTioAso4, KNbO3, BBO, LBO, NYAB or equivalent.

Uppfinningen kännetecknas av att två lasrar (halvledar- lasrar eller andra lågeffektslasrar) används för pump- ningen av den icke-linjära frekvensblandningen ( summa-, alternativt skillnadsfrekvensgenerering) i en vågledar- struktur i ett substrat av något av nämnda material, och av att de använda lasrarna har sådana våglängder att fas- matchningsvillkoret är uppfyllt antingen genom utnyttjande av materialets dubbelbrytning i kombination med vågledar- dispersionen eller genom utnyttjande av s.k. kvasifas- matchningsteknik.The invention is characterized in that two lasers (semiconductor lasers or other low power lasers) are used for pumping the non-linear frequency mixture (sum, alternatively differential frequency generation) in a waveguide structure in a substrate of any of said materials, and that the lasers used have such wavelengths as to the matching condition is met either by exploitation of the birefringence of the material in combination with the waveguide the dispersion or by using so-called quasi-phase matching technique.

Uppfinningen kännetecknas vidare av att samma anord- ning kan ge ljus vid flera olika våglängder, dels genom att vid frekvensblandningen det finns, förutom den nya ge- nererade frekvensen, även de båda ursprungliga pumpfre- kvenserna närvarande, dels för att de båda pumpfrekven- serna också var och en för sig, företrädesvis i separata kanalvågledare, kan frekvensfördubblas eller nedkonverte- ras i frekvens genom parametrisk oscillation (eller speci- ellt degenererad parametrisk oscillation).The invention is further characterized in that the same device can give light at several different wavelengths, partly through that in the frequency mixing there is, in addition to the new generated frequency, including the two original pump frequencies frequencies present, partly because the two pump frequencies also individually, preferably in separate channel waveguides, can be frequency doubled or downconverted frequency by parametric oscillation (or speci- otherwise degenerate parametric oscillation).

Uppfinningen kännetecknas därutöver av möjligheten att kombinera kanalvågledarna där frekvenskonverteringen sker med integrerade optiska komponenter, baserade på känd $> Q\ CD 10 15 20 25 30 35 01 C-J teknik, vilka kan vara våglängdsselektiva och företrädes- vis elektrooptiskt styrbara, för att finavstämma fasmat- chningen och koppla ljuset in i, ut ur och mellan 5 kanalvågledarna, på ett sådant sätt att det med elek- triska styrsignaler går att variera ljuskällans egenskaper (alternativt går att designa/konstruera anordningen för vissa förutbestämda egenskaper) i en eller flera av främst följande avseenden: välja en utgående våglängd bland ett antal tillgängliga (som utgörs av både pumpvåglängderna och de i anordningen genererade nya våglängderna), variera ljuskällans intensitet, separera och styra strålning av olika tillgängliga våglängder till olika utgående kanalvågledare och variera intensiteten för respektive våglängd, styra samman strålning med olika våglängder till samma eller närliggande utgångar, styra den inbördes intensiteten eller färgbalansen mellan ett antal i ljuskällan ingående våglängdskomponenter. Ett specialfall utgörs av att de integrerade optiska komponenterna desig- nas för fasta, förutbestämda funktioner. _ För fasmatchning baserad på utnyttjande av dubbelbryt- ningen ger material- och vågledardispersion tillsammans med temperaturberoendet för brytningsindexen vid de aktuella våglängderna de våglängder som kan fasmatchas genom formlerna (l) och (2).The invention is furthermore characterized by the possibility that combine the channel waveguides where the frequency conversion takes place with integrated optical components, based on known $> Q \ CD 10 15 20 25 30 35 01 C-J techniques, which may be wavelength selective and preferred electro-optically controllable, in order to fine-tune the phase feed and switch the light on, off and between 5 the channel waveguides, in such a way that with the tric control signals can vary the characteristics of the light source (alternatively it is possible to design / construct the device for certain predetermined properties) in one or more of mainly the following respects: select an outgoing wavelength from one number available (consisting of both pump wavelengths and the new wavelengths generated in the device), vary light source intensity, separate and control radiation of different available wavelengths to different outgoing channel waveguides and vary the intensity of each wavelength, direct radiation with different wavelengths to same or adjacent outputs, control it with each other the intensity or color balance between a number in light source constituent wavelength components. A special case consists of the integrated optical components for fixed, predetermined functions. _ For phase matching based on the use of birefringent gives material and waveguide dispersion together with the temperature dependence of the refractive indices at the current wavelengths the wavelengths that can be phase matched by formulas (1) and (2).

Vid kvasifasmatchning gäller fortfarande relationen mellan våglängderna enligt ekv (2). Ekvation X1) behöver däremot inte vara uppfylld utan den "fas-mismatchning" som föreligger kompenseras på känt sätt genom lämpligt val av periodiciteten hos den kvasifasmatchande vågledaren.In the case of quasi-phase matching, the relationship still applies between the wavelengths according to equ (2). Equation X1) needs however, not be fulfilled without the "phase mismatch" that is compensated in a known manner by appropriate selection of the periodicity of the quasi-phase matching waveguide.

Uppfinningen innebär en kombination av olika delmoment, som var och ett i de flesta fall i och för sig svarar mot känd teknik. Denna uppfinning bygger dock samtidigt på en ingående analys, såväl teoretisk som experimentell, för att definiera kombinationer som är av praktiskt intresse, och under vilka villkor de är realistiska. 10 15 20 25 30 35 468 453 Vi har t.ex. genom beräkningar funnit att man kan åstadkomma summafrekvensgenerering mellan GaAs-lasrar och InGaAsP-lasrar vid temperaturer omkring och strax över rumstemperatur i vågledare framställda genom titanindiffu- sion i LiNbO, (i odopad alternativt MgO-dopad form). Med två diodlasrar (vid vanligt förekommande våglängder: ca 0.85 pm resp ca 1.3 pm eller 1.55 pm) och en LiNbOf- vågledare kan man alltså bygga en liten kompakt laserljus- källa med våglängder i det synliga (gröna) våglängdsområdet, vilket är av stort praktiskt intresse. I ett laboratorieexperiment har vi också demonstrerat denna princip genom att blanda strålning från två diodlaser med våglängderna 0.85 pm resp. 1.31 pm i en kanalvågledare framställd i litiumniobat genom titanindiffusion och därvid genererat grönt ljus vid våglängden 0.508 pm. Här utnyttjas materialets dubbelbrytning, i kombination med vågledardispersionen, för att uppfylla fasmatchningsvill- koret. Genom att på detta sätt utnyttja summafrekvens- generering gör alltså uppfinningen det möjligt att dels uppfylla fasmatchningsvillkoret vid en temperatur nära rumstemperatur, med tillgängliga material och halvledar- laservåglängder i fall när fasmatchningsvillkoret för frekvensdubbling av de enskilda tillgängliga las- ervåglängderna inte kan uppfyllas, dels blir det möjligt att generera grönt ljus utgående från halvledarlasrar vilket inte är möjligt genom frekvensdubbling p.g.a. brist på laserdiod vid för detta lämplig våglängd.The invention involves a combination of different components, which each in most cases in itself corresponds to known technology. However, this invention is also based on a in-depth analysis, both theoretical and experimental, for to define combinations that are of practical interest, and under what conditions they are realistic. 10 15 20 25 30 35 468 453 We have e.g. through calculations found that one can achieve sum frequency generation between GaAs lasers and InGaAsP lasers at temperatures around and just above room temperature in waveguides made by titanium sion in LiNbO, (in undoped or MgO-doped form). With two diode lasers (at common wavelengths: approx 0.85 μm and about 1.3 μm or 1.55 μm, respectively) and a LiNbO waveguide, you can thus build a small compact laser light source with wavelengths in the visible (green) the wavelength range, which is of great practical interest. IN a laboratory experiment we have also demonstrated this principle by mixing radiation from two diode lasers with the wavelengths 0.85 pm resp. 1.31 pm in a channel waveguide produced in lithium niobate by titanium diffusion and thereby generated green light at the wavelength 0.508 μm. Here double birefringence of the material is used, in combination with waveguide dispersion, to meet the phase matching conditions the choir. By utilizing in this way the sum frequency generation, the invention thus makes it possible to partly meet the phase matching condition at a temperature close room temperature, with available materials and semiconductor laser wavelengths in cases where the phase matching condition for frequency doubling of the individual available loads the wavelengths cannot be met, partly it becomes possible to generate green light from semiconductor lasers which is not possible by frequency doubling due to lack on the laser diode at a suitable wavelength.

Ett annat applikationsexempel är att enligt uppfin- ningen också summafrekvensgenerering kan kombineras med frekvensdubbling av de enskilda ljuskällorna, så att om t ex två infraröda laserdioder används som pumpljuskällor finns på så sätt möjlighet att på samma substrat generera tre olika våglängder i det synliga området. Om två halv- ledarlasrar med våglängder omkring 0.85 resp 1.3 pm används, kan på det sättet tre olika våglängder i det Ü\ OO 10 15 20 25 30 $> U1 04 -10- synliga området genereras: dels blått och rött genom frekvensdubbling av våglängderna 0.85 resp 1.3 pm, dels grönt genom summafrekvensgenerering. Det finns uppenbart många tillämpningar för en sådan kompakt Blå-Grön-Röd ljuskälla.Another application example is that according to the invention the sum frequency generation can also be combined with frequency doubling of the individual light sources, so that if for example, two infrared laser diodes are used as pump light sources there is thus the possibility of generating on the same substrate three different wavelengths in the visible range. If two half- conductor lasers with wavelengths around 0.85 and 1.3 μm respectively used, can thus three different wavelengths in it Ü \ OO 10 15 20 25 30 $> U1 04 -10- visible area is generated: partly blue and red through frequency doubling of the wavelengths 0.85 and 1.3 μm, respectively green by sum frequency generation. It is obvious many applications for such a compact Blue-Green-Red light source.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade figurerna 2-15.The invention is described in more detail below with reference to the attached Figures 2-15.

Figur 2 visar uppfinningen i ett av dess enklaste utföranden (utförandeform 1). En kanalvàgledare 10 är tillverkad i ytskiktet av ett substrat 1 av ett optiskt ickelinjärt material. Ljus från två laserdioder 20 och 21, sammanföra via linserna 30 resp 31 och en våglängdsselek- tiv stråldelare 32 samt kopplas via en lins 33 in i kanalvågledaren 10 i substratet 1. Det i vågledaren gener- erade ljuset av den nya våglängden passerar ut genom kanalvågledarens ändyta, eventuellt tillsammans med icke omvandlat ljus av de båda pumpvåglängderna. De båda senare våglängderna kan om så önskas tas bort med hjälp av en optisk komponent 34, i form av ett filter eller en polari- sator, vid kanalvågledarens ändyta.Figure 2 shows the invention in one of its simplest embodiments (embodiment 1). A channel guide 10 is made in the surface layer of a substrate 1 of an optical nonlinear material. Light from two laser diodes 20 and 21, together via the lenses 30 and 31, respectively, and a wavelength selection active beam splitter 32 and is connected via a lens 33 into the channel waveguide 10 in the substrate 1. What is generated in the waveguide the light of the new wavelength passes out through the end surface of the channel waveguide, possibly together with non converted light of the two pump wavelengths. The two later the wavelengths can be removed if desired with the aid of a optical component 34, in the form of a filter or a polarizing sator, at the end surface of the channel waveguide.

Ljuset från de båda pumpljuskällorna kan på ett flertal sätt sammanföras i den kanalvàgledare där frekvenskonver- teringen sker. Det mest uppenbara sättet bygger på en dikroisk stråldelare 32 som transmitterar den ena våglängden och reflekterar den andra, som redan beskrivits -enligt fig 2. Exempel på andra metoder för att sammanföra ljuset illustreras i fig 3-5. Samtliga figurer 2-5 åskådliggör alltså olika varianter av utförandeform 1 av uppfinningen.The light from the two pump light sources can be on several are combined in the channel guide where the frequency conversion the ringing takes place. The most obvious way is based on one dichroic beam splitter 32 which transmits one wavelength and reflects the other, as already described according to Fig. 2. Examples of other methods for merging the light is illustrated in Figs. 3-5. All figures 2-5 thus illustrates different variants of embodiment 1 of the invention.

Figur 3 och 4 visar varianter, som bygger på kopplare integrerade i vågledarsubstratet. I fig 3 sammanföras ljuset ifrån de två kanalerna 13 och 14 rent geometriskt via en kopplare 40 (ï-kopplare) in i den gemensam huvudka- nalvågledaren 10. 10 15 20 25 30 35 468 453 _11- I Fig 4 utnyttjas en vàglängdsselektiv kopplare av känd typ med designparametrarna valda så att att ljuset ifrån båda de ingående kanalvågledarna 13 och 14 hamnar i den gemensamma raka huvudvågledaren 10, där den icke-linjära frekvensblandningen sker. Den våglängdsselektiva kopplaren är i figuren illustrerad i form av en riktkopplare (vars växelverkanslängd då är vald för att få överkoppling av ljuset på önskat sätt) men även andra typer av integrer- ade optiska kopplare enligt känd teknik kan utnyttjas (t ex Mach-Zehnder interferometrar, symmetriska och asymmetriska X-switchar, TIR-switchar, BOA-kopplare, tre-vågledar-kopplare, kombination av riktkopplare och Mach-Zehnder-interferometer, Y-switchar, s.k. digitala switchar etc.). För att avstämma överkopplingsgraden i denna kopplare kan man använda sig av den elektrooptiska effekten.Figures 3 and 4 show variants, which are based on couplers integrated in the waveguide substrate. In Fig. 3 are merged the light from the two channels 13 and 14 purely geometric via a coupler 40 (ï-coupler) into the common main the waveguide 10. 10 15 20 25 30 35 468 453 _11- In Fig. 4, a wavelength selective coupler of known type with the design parameters selected so that the light off both the input channel waveguides 13 and 14 end up in it common straight main waveguide 10, where the non-linear the frequency mixing takes place. The wavelength selective coupler is illustrated in the figure in the form of a directional coupler (whose interaction length is then selected to get the switching of light in the desired way) but also other types of integration Prior art optical couplers can be used (eg Mach-Zehnder interferometers, symmetrical and asymmetric X-switches, TIR switches, BOA switches, three-waveguide couplers, combination of directional couplers and Mach-Zehnder interferometer, Y-switches, s.k. digital switches etc.). To adjust the degree of handover in this coupler can be used by the electro-optical the effect.

I båda dessa fall kan man montera de två lasrarna strax utanför kristallen och utnyttja mikrolinser för att koppla in ljuset genom kanalvågledarnas ändytor. Alternativt kan direktinkoppling med laserdioderna nära kanalernas ändytor och utan mellanliggande optik användas. Ljuset kan också kopplas in via korta optiska fibrer (s.k. "fiberpig- tails").In both cases, the two lasers can be mounted immediately outside the crystal and use microlenses to connect in the light through the end surfaces of the channel waveguides. Alternatively can direct connection with the laser diodes near the end surfaces of the channels and without intermediate optics used. The light can too connected via short optical fibers (so-called "fiber pig- tails ").

Alternativ till filter eller polarisator (34 i fig 2) för att ta bort pumpvåglängderna är en integrerad optisk polarisator/polarisationsabsorbator eller integrerad optisk våglängdsselektiv komponent.Alternative to filter or polarizer (34 in Fig. 2) to remove the pump wavelengths is an integrated optical polarizer / polarization absorber or integrated optical wavelength selective component.

En tredje variant illustrerad i fig 5 bygger på att en fiberoptisk kopplare 51 utnyttjas för att föra samman ljuset från de båda lasrarna 20 och 21 varvid ljuset fràn vardera laserna kopplas in i var sin av de tva ingående fibrerna 52 och 53, och att den gemensamma utgående fibern 54 monteras ("pigtailas") mot LiNbO3 substratet eller ljuset från denna fiber 54 på annat sätt kopplas in i kanalvågledaren. Polarisationstillstàndet måste vara Jä- Gx r~ I 10 15 20 25 30 $> 01 LN _12- välkontrollerat vilket kan kräva användning av polarisa- tionsbevarande fiber. Dessutom bör fibern vara singelmod för båda pumpvåglängderna. De fiberändar i vilka laser- ljuset kopplas in kan förses med s.k. "tapers“ för att optimera inkopplingsverkningsgraden. $om ovan nämnts kan den integrerade kopplaren 41 enligt figur 4 finavstämmas elektrooptiskt, för att åstadkomma den önskade överkopplingen. Denna teknik kan också utnytt- jas för modulation av ljuset. En utförandeform av uppfin- ningen (utförandeform 2) som utnyttjar elektroooptiskt styrda kopplare är illustrerad i figurerna 6-9. Enligt känd teknik förses då de enskilda kopplarna med metall- elektroder, och elektriska spänningar pålagda på dessa påverkar överkopplingen av de två våglängderna. Ett utförande för sådana elektroder är schematiskt illustrerat för kopplaren 42 i figur 6 och kopplarna 42 och 43 i figur 7. Vàgledarstrukturens utförandet i figur 7 ger i förhållande till utförandet i figur 6 bättre möjligheter att oberoende av varandra variera inkopplingsgraden från vardera ljuskällan via de ingående vågledarna 13 resp 14 in i huvudvågledaren 10. Kopplarna/switcharna är illus- trerade i form av s.k. riktkopplare försedda med vardera två metallelektroder 70 och 71 (72 o. 73). För att - underlätta regleringen av funktionen kan elektroderna vara annorlunda utformade, exempelvis uppdelade i flera sek- tioner längs kanalvågledarna. Vidare finns som ovan nämnts ett stort antal alternativa typer av kopplare/switchar.A third variant illustrated in Fig. 5 is based on a fiber optic coupler 51 is used to bring together the light from the two lasers 20 and 21 with the light from each of the lasers is connected to each of the two components fibers 52 and 53, and that the common outgoing fiber 54 is mounted ("pigtailas") against the LiNbO3 substrate or the light from this fiber 54 is otherwise coupled into the channel waveguide. The state of polarization must be Jä- Gx r ~ IN 10 15 20 25 30 $> 01 LN _12- well controlled, which may require the use of polarization preservative fiber. In addition, the fiber should be single mode for both pump wavelengths. The fiber ends in which the laser the light is switched on can be provided with so-called "tapers" to optimize the connection efficiency. $ if mentioned above, the integrated coupler 41 according to Figure 4 is fine-tuned electro-optically, to achieve the desired handover. This technology can also be used coat for modulation of light. An embodiment of the invention (embodiment 2) which utilizes electro-optically controlled couplers are illustrated in Figures 6-9. According to prior art, the individual couplers are provided with metal electrodes, and electrical voltages applied to them affects the switching of the two wavelengths. One design of such electrodes is schematically illustrated for the coupler 42 in Figure 6 and the couplers 42 and 43 in Figure 7. The design of the waveguide structure in Figure 7 gives i in relation to the embodiment in Figure 6 better possibilities to independently vary the degree of connection from each light source via the input waveguides 13 and 14, respectively into the main waveguide 10. The switches / switches are illus- treated in the form of so-called directional couplers provided with each two metal electrodes 70 and 71 (72 and 73). In order to - facilitate the regulation of the function, the electrodes can be differently designed, for example divided into several along the channel waveguides. Furthermore, there are as mentioned above a large number of alternative types of switches / switches.

Den elektrooptiska styrningen är av värde för att minska kraven på tillverkningstoleranserna för kopplaren. Man kan då få den önskade överkopplingen med hjälp av en korrek- tionsspännning trots ett visst tillverkningsier. äopplaren kan också utnyttjas för att modulera det genererade ljuset. Exempelvis kan det genererade ljuset på så sätt pulsas i tiden fastän laserdioderna lyser kontinuerligt. 10 15. 20 25 30 468 453 -13- I en variant av denna andra utföringsform illustrerad i fig 8 och 9, sker sammankopplingen av ljuset från de ingående vågledarna (13 och 15 i figur 8 resp 13 och 14 i figur 9) till huvudvågledaren 10, liksom även utkopplingen av ljus från huvudvågledaren 10 till intilliggande utgående kanalvågledare 80 och 81, via elektrooptiskt styrda integrerade optiska kopplare/modulatorer 42, 43, 44, 45 (som är våglängdsselektiva). Uppfinningen känne- tecknas av att ljuset som då kommer ut ur huvudkanalvågle- darens utgång 85 kan väljas, med hjälp av en elektrisk styrsignal, att bestå av en eller flera av de tre tillgängliga våglängderna (blandningsfrekvensens våglängd och de båda pumpvåglängderna), och vidare av att ljusets amplitud kan moduleras elektriskt. Denna utföringsform medför också att man kan separera de tre tillgängliga våglängderna och erhålla dessa var och en för sig i de tre olika utgående kanalvâgledarna 80, 85 resp 81.The electro-optical control is of value to reduce the requirements for the manufacturing tolerances of the coupler. You can then obtain the desired transmission by means of a correction voltage despite a certain manufacturing owner. the apple can also be used to modulate the generated the light. For example, the generated light can in this way pulsed in time even though the laser diodes are lit continuously. 10 15. 20 25 30 468 453 -13- In a variant of this second embodiment illustrated in Figs. 8 and 9, the interconnection of the light from the the waveguides (13 and 15 in Figures 8 and 13 and 14 respectively in figure 9) to the main waveguide 10, as well as the disconnection of light from the main waveguide 10 to adjacent output channel waveguides 80 and 81, via electro-optical controlled integrated optical couplers / modulators 42, 43, 44, 45 (which are wavelength selective). The invention is is characterized by the light then coming out of the main channel wave output 85 can be selected, using an electric control signal, to consist of one or more of the three available wavelengths (wavelength of mixing frequency and the two pump wavelengths), and further by that of the light amplitude can be electrically modulated. This embodiment also means that you can separate the three available the wavelengths and obtain these each separately in the three different output channel waveguides 80, 85 and 81, respectively.

I fall då frekvensgenereringen inte kan fasmatchas med hjälp av dubbelbrytning kan man istället (enligt en tredje utföringsform illustrerad i figur 10 och ll) av uppfin- ningen utnyttja en s.k. kvasifasmatchande vàgledare 90 där denna vågledares periodicitet valts på känt sätt för den önskade frekvensgenereringen. Se fig 10 och 11, som i övrigt är analoga med figur 8 och 9.In cases where the frequency generation can not be phase matched with with the help of birefringence one can instead (according to a third embodiment illustrated in Figures 10 and 11) of the invention use a so-called quasi-phase matching guide 90 there the periodicity of this waveguide is selected in a manner known to it desired frequency generation. See Figs. 10 and 11, as in otherwise are analogous to Figures 8 and 9.

En fjärde utföringsform innebär att man kombinerar den beskrivna frekvensblandningen med frekvensdubbling alter- nativt nedkonvertering i frekvens genom (degenererad) parametrisk oscillation av ljuset från var och en av de båda halvledarlasrarna företrädesvis i separata kanalvågledare på samma substrat, varvid i första hand men inte nödvändigtvis kvasifasmatchningsteknik ute; çjas. se fig 12 och 13. Ljuset från de två halvledarlasrarna (inko-8 pplade via de ingående vågledarna 13 resp 14) kan då dels kopplas in i kanalvàgledaren 90 där summa- eller 468 453 10 15 20 25 30 35 _14- skillnadsfrekvensgenerering sker, dels kan ljus från var- dera halvledarlasern, eller en del av dess effekt, kopplas in i en separat vågledarkanal, 91 resp 92, för frekvens- dubbling eller parametrisk oscillation. Om två halvledar- lasrar med våglängder omkring 0.85 resp 1.3 ßm används, kan på det sättet tre olika våglängder i det synliga området genereras: blått och rött genom frekvensdubbling av våglängderna 0.85 resp 1.3 pm, dels grönt genom summa- frekvensgenerering. Vidare illustreras schematiskt i figur 13 och 14 hur de utgående kanalvågledarna 86, 85 och 87 kan föras samman för att tillsammans utgöra en liten ljuskälla i vilken intensiteten för de tre färgerna och balansen dememellan kan regleras elektrooptiskt och med hög hastighet. I fig 13 har de utgående kanalerna enbart att inte sker utan att förts samman relativt nära varandra, och så nödvändigtvis någon överkoppling dememellan var och en av dem ger ut ljus av respektive våglängd och att fjärrfältet för var och en kan påverkas genom design av respektive kanal. I fig 14 har ljuset av de tre våglängderna istället med hjälp av integrerade optiska kopplare 46, 47, 48 och 49 förts samman i en och samma utgående kanal 85, så att man får en enda sann punkt- ljuskälla (gemensam för alla våglängderna) i motsats till varianten i fig 13.A fourth embodiment involves combining it described frequency mixture with frequency doubling alternative native down-conversion in frequency genome (degenerate) parametric oscillation of the light from each of them both semiconductor lasers are preferably in separate channel waveguides on the same substrate, whereby primarily but not necessarily quasi-phase matching technology out there; çjas. see Figs. 12 and 13. The light from the two semiconductor lasers (inco-8 wired via the input waveguides 13 and 14, respectively) can then partly is connected to the channel guide 90 where sum or 468 453 10 15 20 25 30 35 _14- difference frequency generation takes place, and light from each their semiconductor laser, or part of its power, is connected into a separate waveguide channel, 91 and 92, respectively, for frequency doubling or parametric oscillation. If two semiconductor lasers with wavelengths around 0.85 and 1.3 ßm are used, can thus three different wavelengths in the visible the area is generated: blue and red by frequency doubling of the wavelengths 0.85 and 1.3 μm respectively, partly green by sum- frequency generation. Furthermore, it is schematically illustrated in the figure 13 and 14 how the output channel waveguides 86, 85 and 87 can be brought together to form a small light source in which the intensity of the three colors and the balance between them can be regulated electro-optically and with high speed. In Fig. 13, the output channels have only to not happens without brought together relatively close to each other, and so on necessarily some link between them each of them emits light of the respective wavelength and that the remote field for everyone can be influenced by design of each channel. In Fig. 14, the light of the three wavelengths instead using integrated optical couplers 46, 47, 48 and 49 are brought together in one and the same outgoing channel 85, so as to obtain a single true point light source (common to all wavelengths) as opposed to the variant in Fig. 13.

Integrerade optiska komponenter i kombination med ytterligare kanalvågledare kan vidare analogt med i figur 8 utnyttjas för att separera ut icke omvandlade andelar av effekterna vid pumpvåglängderna.Integrated optical components in combination with further channel waveguides can further be analogous to the figure 8 is used to separate out unconverted portions of the effects at the pump wavelengths.

För samtliga utföringsformer av uppfinningen åstad- kommes den exakta fasmatchningen med temperaturavstämning av den ickelinjära kristallen enligt känd teknik (t ex med Peltier-element) eventuellt kompletterat med elektro- optisk finavstämning med hjälp av metallelektroder utefter vågledarens längd. För den undre vågledarkanalen 92 i figur 15 finns ett utförande för sådana elektroder 74 och 10 15 20 25 30 _NYAB (Neodymyttriumaluminiumborat) och CMT 468 453 _15- 75 åskådliggjort. Dessa elektroder kan med fördel delas upp i flera sektioner utefter vàgledarna. Denna typ av elektroder kan även utnyttjas för att indirekt modulera det genererade ljuset. _ Vid tillverkningen av laserdioder får man en viss spridning i våglängden hos lasrarna. För att få den för fasmatchning önskvärda våglängden kan man värma eller kyla laserdioden med kända metoder.For all embodiments of the invention, comes the exact phase matching with temperature tuning of the prior art nonlinear crystal (eg with Peltier elements) optionally supplemented with optical fine tuning using metal electrodes along the length of the waveguide. For the lower waveguide channel 92 in Figure 15 shows an embodiment of such electrodes 74 and 10 15 20 25 30 _NYAB (Neodymium sodium borate) and CMT 468 453 _15- 75 illustrated. These electrodes can be advantageously divided up in several sections along the guides. This type of electrodes can also be used to indirectly modulate the generated light. _ In the manufacture of laser diodes, you get a certain scattering in the wavelength of the lasers. To get it for phase matching desired wavelength can be heated or cooled the laser diode with known methods.

Till de ickelinjära optiska material som är användbara i detta sammanhang hör: LiNbO3, LiNbO3 dopat med t.ex. MgO (MgO:LiNbO,) eller med Nd och MgO (Nd:MgO:LiNbO3), LiTaOy LiIO3, KDP, KTP (KTiOPO,), med KTP isomorfa kristaller' såsom Kfrioaso” vidare; I-:Nboy Bao (ß-Bas,o,), Lso (Lisgos), (kadmiumkvick- silvertellurid). Även organiska kristaller, såsom m-NA, mA, MAP, PoM, MNMA, coANP, NPP, DAN, DANS, PNP), polymera material och halvledarmaterial, t ex GaAs och InP, liksom är aktuella.To the nonlinear optical materials that are useful in this context include: LiNbO3, LiNbO3 doped with e.g. MgO (MgO: LiNbO 3) or with Nd and MgO (Nd: MgO: LiNbO 3), LiTaO LiIO3, KDP, KTP (KTiOPO,), with KTP isomorphic crystals' such as Kfrioaso ”further; I-: Nboy Bao (ß-Bas, o,), Lso (Lisgos), (cadmium quick- silvertelluride). Also organic crystals, such as m-NA, mA, MAP, PoM, MNMA, coANP, NPP, DAN, DANS, PNP), polymeric materials and semiconductor materials, such as GaAs and InP, as well as are current.

För att höja verkningsgraden för frekvenskonverteringen kan man utnyttja vågledarresonatorer. En sådan kan vara av stående vågtyp (Fabry-Perot) eller ringresonatortyp, och är i fallet av (degenererad) parametrisk oscillation nödvändig för funktionen. En Fabry-Perot resonator kan realiseras i form av spegelbeläggningar på vågledarnas ändytor eller i form av gitterreflektorer på vågledarna. I figur 15 är den övre kanalvågledaren 91 utformad som en Fabry-Perot resonator med spegelbeläggningar 60 och 61 på ändytorna. Den undre kanalvågledaren 92 är utförd som en resonator utnyttjande gitterreflektorer 62 och 63 inetsade i vàgledarytan.To increase the efficiency of the frequency conversion you can use waveguide resonators. One can be off standing wave type (Fabry-Perot) or ring resonator type, and is in the case of (degenerate) parametric oscillation necessary for the function. A Fabry-Perot resonator can realized in the form of mirror coatings on the waveguides end surfaces or in the form of lattice reflectors on the waveguides. IN Figure 15 shows the upper channel waveguide 91 formed as one Fabry-Perot resonator with mirror coatings 60 and 61 on the end surfaces. The lower channel waveguide 92 is designed as one resonator utilizing grating reflectors 62 and 63 etched i vàgledarytan.

För vissa tillämpningar kan det vara läm;l;;: att ansluta en kort optisk fiber till huvudvågledarens utgång för att på ett bekvämt sätt kunna föra ljuset till önskad plats. Ü\ 10 15 20 J> CT! _16- I exemplen ovan på utföranden av uppfinningen har huvudvikten i beskrivningen lagts på konvertering till' *kortare våglängder: främst konvertering till synligt ljus utgående från halvledarlaservåglängder i det nära infraröda området. Som nämnts kan för andra tillämpningar konvertering på analogt sätt och med hjälp av samma typ av komponenter ske mot längre våglängd, exempelvis från de vanliga halvledarlaservåglängderna till längre våglängder i det infraröda området. T ex kan man utgående från våglängderna 0.8 pm och 1.3 pm genom skillnadsfrekvens- generering alstra ljus vid ca 2.1 pm våglängd.For some applications it may be appropriate to connect a short optical fiber to the output of the main waveguide to be able to conveniently bring the light to the desired place. Ü \ 10 15 20 J> CT! _16- In the examples above of embodiments of the invention the main emphasis in the description is on conversion to ' * shorter wavelengths: mainly conversion to visible light based on semiconductor laser wavelengths in the near infrared range. As mentioned can for other applications conversion in an analogous manner and using the same type of components occur at longer wavelengths, for example from those ordinary semiconductor laser wavelengths to longer wavelengths in the infrared range. For example, you can start from the wavelengths 0.8 μm and 1.3 μm through the difference frequency generation generates light at about 2.1 pm wavelength.

I de detaljerade beskrivningarna ovan har vidare refer- erats till halvledarlasrar som pumpljuskällor. Uppfin- ningen kan givetvis också utnyttjas i kombination med andra koherenta pumpljuskällor. Ett sådant alternativ är s.k. halvledarlaserpumpade fasta tillståndslasrar, som även dessa är relativt små och kompakta. Ett annat alter- nativ är halvledarlaserpumpade fiberlasrar.In the detailed descriptions above, further to semiconductor lasers as pump light sources. Inventive can of course also be used in combination with other coherent pump light sources. One such option is s.k. semiconductor laser pumped solid state lasers, which even these are relatively small and compact. Another alternative natives are semiconductor laser pumped fiber lasers.

I vissa delar av beskrivningen antas begreppet ljus även innefatta för ögat ej synlig infraröd och ultravio- lett strålning.In some parts of the description, the term light is assumed also include invisible to the eye infrared and ultraviolet light radiation.

Claims (4)

468 453 _']'7_ ÉÉÉÉÉÉÉÉÉY468 453 _ ']' 7_ ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ 1. Anordning i form av koherent ljuskälla baserad på frekvenskonvertering av ljuset från lasrar, företrädesvis lättillgängliga diodlasrar, i ett optiskt icke-linjärt material såsøm LiNbo3, dopat L1Nbo3, L1Tao3, Li:o3, KDP, KTP, KTiOAs04, KNbO3, BBO, LBO, NYAB, CMT eller liknande material, k ä n n e t e c k n a d av att två lasrar (20, 21) utnyttjas för generering av en ny laserfrekvens genom frekvensblandning (summa- eller skillnadsfrekvens- generering) i en vågledarstruktur (10; 90) i ett substrat (1) av något av nämnda material, och av att de båda lasrarna (20, 21) ger strålning vid våglängder sådana att det s.k. fasmatchningsvillkoret för den optiskt icke- linjära frekvensblandningen är uppfyllt i den nämnda vågledaren (10; 90).Device in the form of a coherent light source based on frequency conversion of the light from lasers, preferably easily accessible diode lasers, into an optical non-linear material such as LiNbo3, doped L1Nbo3, L1Tao3, Li: o3, KDP, KTP, KTiOAs04, KNbBO3, KNbO3, , NYAB, CMT or similar material, characterized in that two lasers (20, 21) are used to generate a new laser frequency by frequency mixing (sum or difference frequency generation) in a waveguide structure (10; 90) in a substrate (1 ) of any of said materials, and in that the two lasers (20, 21) give radiation at wavelengths such that the so-called the phase matching condition of the optically non-linear frequency mixture is fulfilled in the said waveguide (10; 90). 2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda vågledare (10; 90) är anordnade på sådant sätt och de båda lasrarna vald så att våglängderna för deras strålning medger att det nämnda fasmatchningsvill- koret kan uppfyllas genom utnyttjande av kristallmate- rialets dubbelbrytning i kombination med vågledar- dispersionen.Device according to claim 1, characterized in that said waveguides (10; 90) are arranged in such a way and the two lasers are selected so that the wavelengths of their radiation allow the said phase matching condition to be fulfilled by utilizing the crystal material. birefringence in combination with the waveguide dispersion. 3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kanalvågledaren där frekvensblandningen sker är utförd i form av en kvasifasmatchande vågledare (90) där vågledarens periodicitet valts på känt sätt för att ge- nom kvasifasmatchning uppfylla det ovan nämnda fas- matchningsvillkoret för frekvensblandningen.Device according to claim 1, characterized in that the channel waveguide where the frequency mixing takes place is designed in the form of a quasi-phase matching waveguide (90) where the periodicity of the waveguide is selected in a known manner to meet the above-mentioned phase matching condition for the frequency mixture. 4. Anordning enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a d av att frekvensblandningen i vågledaren (10; 90) kombineras med frekvenskonvertering av strål- ning från de båda pumpljuskällorna var och en för sig, företrädesvis i separataDevice according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the frequency mixture in the waveguide (10; 90) is combined with frequency conversion of radiation from the two pump light sources separately, preferably in separate
SE9000504A 1990-02-12 1990-02-12 DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER SE468453B (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9000504A SE468453B (en) 1990-02-12 1990-02-12 DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER
PCT/SE1991/000095 WO1991012556A1 (en) 1990-02-12 1991-02-12 Light source
AU72409/91A AU7240991A (en) 1990-02-12 1991-02-12 Light source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9000504A SE468453B (en) 1990-02-12 1990-02-12 DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9000504D0 SE9000504D0 (en) 1990-02-12
SE9000504L SE9000504L (en) 1991-08-13
SE468453B true SE468453B (en) 1993-01-18

Family

ID=20378538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9000504A SE468453B (en) 1990-02-12 1990-02-12 DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU7240991A (en)
SE (1) SE468453B (en)
WO (1) WO1991012556A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4342783A1 (en) * 1993-12-15 1995-06-22 Laser Lab Goettingen Ev Producing em radiation by frequency conversion
DE19549395A1 (en) * 1995-02-07 1996-10-31 Ldt Gmbh & Co Image generation system for detecting and treating sight defects
DE19504047C1 (en) * 1995-02-08 1996-07-25 Daimler Benz Ag Laser system for color image projection
DE19904372C2 (en) 1999-02-03 2002-08-01 Schneider Laser Technologies Imaging system
US7065035B1 (en) * 1999-10-25 2006-06-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical multilayer disk, multiwavelength light source, and optical system using them
WO2022058969A1 (en) * 2020-09-20 2022-03-24 Uvl A/S Method to generate coherent ultraviolet radiation from laser beams
DK181086B1 (en) * 2021-04-23 2022-12-07 Uvl As Electromagnetic radiation frequency converter and light source comprising same
DE102022126118A1 (en) * 2022-10-10 2024-04-11 Q.ant GmbH Laser light source with a semiconductor device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4869579A (en) * 1986-07-31 1989-09-26 Technion Research & Development Foundation Optical apparatus and method for beam coupling useful in light beam steering and spatial light modulation

Also Published As

Publication number Publication date
SE9000504L (en) 1991-08-13
SE9000504D0 (en) 1990-02-12
AU7240991A (en) 1991-09-03
WO1991012556A1 (en) 1991-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Murata et al. Optical pulse generation by electrooptic-modulation method and its application to integrated ultrashort pulse generators
US8340486B1 (en) Effective χ2 on the basis of electric biasing of χ3 materials
US20090231686A1 (en) Multi-functional integrated optical waveguides
US5317666A (en) Waveguide nonlinear optical frequency converter with integral modulation and optimization means
US9989788B2 (en) Polarization independent electro-optically induced waveguide
EP2239620B1 (en) Optical pulse generator
WO2009136321A1 (en) Wavelength converting device, laser, and method to stabilize the wavelength conversion efficiency
Ding et al. On-chip solc-type polarization control and wavelength filtering utilizing periodically poled lithium niobate on insulator ridge waveguide
Notaros et al. Integrated visible-light liquid-crystal phase modulator
US20210223657A1 (en) Active photonic networks on integrated lithium niobate platforms
SE468453B (en) DEVICE IN THE FORM OF COHERENT LIGHT CELL BASED ON FREQUENCY CONVERSION OF LIGHT FROM LASAR LASER
Guo et al. LNOI photonic wire switch based on phase transition material
US7725037B2 (en) Optical switch based on parametric interaction
KR100749871B1 (en) Wavelength conversion tunable device with optical waveguide and optical modulated electrode
Yang et al. Switching behavior engineerable, electro-optic directional couplers in aperiodic optical superlattice waveguides
WO2024020809A1 (en) An optical device and method for tuning optical splitting based on electric poling
Yakar et al. Backward Second-Harmonic Generation in Optically Poled Silicon Nitride Waveguides
Huang et al. Electro-optical tuning of phase matching wavelength in Lithium Niobate on Insulator (LNOI)
Al-Anbagi et al. Enhancement the Performance of 2X2 MZI Electro Optical Switch based on Lithium Tantalate LiTaO
Généreux et al. Widely tunable SHG in a PPLN using a low voltage
CN116300245A (en) Optical frequency up-converter based on lithium niobate ridge waveguide
Mao et al. A strong electro-optically active ferroelectric thin-film integrated on silicon
Yu et al. Theory about coupled wave equations of acousto-electro-optic effect
Camacho Gonzalez Hybrid Integration of Second-and Third-order Highly Nonlinear Waveguides on Silicon Substrates
Sjaardema Heterogeneous Integrated Photonics for Nonlinear Frequency Conversion and Polarization Diversity

Legal Events

Date Code Title Description
NAV Patent application has lapsed

Ref document number: 9000504-2

Effective date: 19930901

Format of ref document f/p: F