TWI533072B

TWI533072B - Wavelength conversion element

Info

Publication number: TWI533072B
Application number: TW102117321A
Authority: TW
Inventors: Minori Tani; Keiichiro Asai; Shoichiro Yamaguchi
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2016-05-11
Also published as: US8917443B2; US20140177035A1; KR101407842B1; EP2738600A4; CN103874958A; JPWO2014030404A1; JP5420810B1; EP2738600A1; CN103874958B; KR20140053021A; WO2014030404A1; TW201411265A; EP2738600B1

Description

波長變換元件

本發明是有關於一種波長變換元件。

藍色雷射是藉由GaN系的半導體材料而商品化，並以竟作為顯示器用光源而實用化。現在，隨著將GaN系半導體雷射的振盪波長進展為長波長化，接近綠色帶為止的雷射振盪被持續的確認。但是，包含已商品化的藍色雷射，GaN系半導體雷射具有消耗電力大的問題。

另一方面，使用波長變換元件的雷射，雖然組裝部件的件數變多，但由於消耗電力小，而且由波導輸出的光束的品質亦良好，因此即使與GaN系半導體雷射相同的光輸出，亦具有光利用效率高的優點。而且，由於波長穩定，而具有於測量用途能夠低干擾的測定之特長。

作為使用於波長變換元件的具有非線性效果的結晶，為鈮酸鋰或鉭酸鋰單結晶。此些的結晶之二次的非線性光學常數高，藉由於此些的結晶中形成週期的極化反轉(polarisation reversal)結構，而能夠實現擬相位匹配(Quasi-Phase-Matched：QPM)方式的第二諧和波(Second-Harmonic-Generation：SHG)元件。而且，藉由在此週期極化反轉結構內形成波導，能夠實現高效率的SHG元件，並能夠比較自由的設計不僅於顯示器用途，且適合於光通訊用、醫學用、光化學用、各種光計測用等的波長，而能夠廣範圍的應用。

但是，本發明者為了得到第二諧和波，將基本光與波導型波長變換元件進行光學結合時，具有諧和波的振盪輸出不穩定的情形。

本申請人於專利第4646333號中提案如下：在強介電質基板形成週期極化反轉結構時，將週期極化反轉結構的極化反轉面相對於基板波的傳送方向由垂直偏離，以抑制返回光。

而且，在特開2012-118528中提案如下：同樣地藉由使極化反轉區域傾斜，降低傳送光的背面反射。

本發明者相對於固體雷射振盪器，光學的結合光纖光柵且將外部共振器而成的光源作為基本波的光源使用，而嘗試高效率的使諧和波振盪。於此情形，藉由使用光纖光柵，精密的控制基本波的波長寬度而極力降低波長偏移。於此同時，亦嘗試藉由提昇週期極化反轉結構的週期的精度，以達成高波長變換效率。藉由抑制基本波的波長偏移，即使週期的製造精度提昇且相位匹配波長寬度小，應能夠抑制從波峰衰退(peak out)所致的波長變換效率的降低或不穩定。

但是，試著實際的試作，仍然具有諧和波的振盪輸出產生經時的變化的情形。本發明者檢討此原因的結果，輸出變動的原因並非在於前述的相位匹配波長的細微偏移，而是與基本波波長稍微偏離的波長的返回光的振盪。

本發明者如同專利第4646333號、特開2012-118528的記載，相對於與基本波的傳送方向垂直的方向嘗試使極化反轉面傾斜。但是，雖然能夠抑制返回光所致的波長轉換效率的降低，但是具有難以活用原本的高振盪效率的情形。

本發明的課題在於抑制返回光的歸還所引起的變換效率降低，並進一步提昇諧和波輸出。

本發明為一種波長變換元件，包括用於變換基本波的波長以產生諧和波的週期極化反轉結構，其特徵在於：包括形成有週期極化反轉結構的強介電質基板，由相對於基本波的傳送方向平行且相對於上表面的法線平行的剖面看強介電質基板時，相對於上表面的法線，週期極化反轉結構的縱極化反轉邊界為傾斜。

先前以來，例如是如第3(a)圖的平面圖所示，使水平極化反轉邊界PH與光的傳送方向OE的角度α，由垂直而稍微變化，以抑制返回光。但是，依此結構的話，能夠充分降低返回光程度的角度α由垂直而大幅偏離時，本次的分離反轉其本身的效率似乎會降低，因此能夠判明作為整體的波長變換效率的上升被限制。

此原因尚未明確，但被認為有以下兩點。

作為第1點，週期極化反轉結構通常採用電壓施加法而形成。此處，由上表面看的水平極化反轉邊界PH相對於方向E而傾斜，其中方向E於強介電質基板11的上表面11a 相對於光的傳送方向OE垂直。因此，被認為水平極化反轉邊界PH與方向E的偏差變大的話，具有極化反轉無法有效率的進行，向深度方向的極化反轉不易產生的傾向。

第2點，由於與成為基本波的半導體雷射的結合效率提升，波長變換元件的極化反轉部的寬度，具有比其厚度大的傾向。於第3圖所示的先前技術中，由於朝向此長的寬度方向而使極化反轉邊界傾斜，被認為光通過反轉部分時的時間偏差大。

相對於此，如依本發明，由相對於基本波的傳送方向平行且相對於上表面的法線平行的剖面看強介電質基板時，相對於上表面的法線，週期極化反轉結構的縱極化反轉邊界為傾斜。依此，能夠抑制極化反轉部內的劣化，亦能夠充分的抑制返回光的歸還所致的變換效率的降低，亦能夠使作為整體的諧和波輸出進一步的提升。

這是被認為因為朝向相對短的強介電質基板的深度方向使極化反轉邊界傾斜，因而光通過反轉部分時的時間偏移小。

1、10‧‧‧波長變換元件

2、11‧‧‧強介電質基板

2a、11a‧‧‧上表面

2b、11b‧‧‧底面

2c、11c‧‧‧入射面

2d、11d‧‧‧出射面

3、3A‧‧‧極化反轉部

4、4A‧‧‧非極化反轉部

7‧‧‧頂包層

8‧‧‧底包層

9、19‧‧‧週期極化反轉結構

12‧‧‧光波導

13‧‧‧支撐基板

16‧‧‧溝

20‧‧‧共用電極

21‧‧‧對向電極

22‧‧‧梳形電極

23‧‧‧電極片

A、A'、A"‧‧‧點

e、E‧‧‧方向

F‧‧‧基本波

H‧‧‧諧和波

L‧‧‧長度

O‧‧‧法線

OE‧‧‧基本波的傳送方向

PH‧‧‧水平極化反轉邊界

PV‧‧‧縱極化反轉邊界

t‧‧‧位置偏差

V‧‧‧長度方向

α、β、ε、γ、OC‧‧‧角度

+Z、-Z‧‧‧軸

第1(a)圖為本發明的實施型態的主體(bulk)型的波長變換元件1的上視圖，第1(b)圖為將波長變換元件1沿與光的傳送方向OE平行且與上表面2a的法線O平行的剖面切開看的剖面圖。

第2(a)圖為本發明的實施型態的通道光波導型的波長變換元件10的上視圖，第2(b)圖為將波長變換元件10以與光的傳送方向OE平行且與上表面11a的法線O平行的剖面切開看的剖面圖。

第3(a)圖為比較例的通道光波導型的波長變換元件的上視圖，第3(b)圖為波長變換元件的剖面圖。

第4(a)圖為本發明的實施型態的波長變換元件10的模式的剖面圖，第4(b)圖為波長變換元件10的上視圖，第4(c)圖為將波長變換元件10以與光的傳送方向OE平行且與上表面的法線O平行的剖面切開看的模式的剖面圖，第4(d)圖為第4(c)圖的擴大圖。

第5(a)圖為一實施型態的波長變換元件10的上視圖，第5(b)圖為第5(a)圖的波長變換元件10的剖面圖。

第6圖為第5圖的波長變換元件10以與基本波的傳送方向OE垂直的強介電質基板的寬度方向切開看的剖面圖。

第7圖為第5圖、第6圖的波長變換元件模式的表示的立體圖。

第8(a)圖、第8(b)圖、第8(c)圖為用以說明波長變換元件形成時的極化反轉部的型態的圖。

第9(a)圖、第9(b)圖、第9(c)圖為用以說明其他的波長變換元件形成時的極化反轉部的型態的圖。

第10圖為模式的表示將用以藉由電壓施加法形成週期極化反轉結構的構成例的立體圖。

以下，適當參照圖面並對本發明進行說明。

先前以來，例如是如第3(a)圖、第3(b)圖所示，在強介電質基板11的上表面側形成光波導12，於其中形成週期極化反轉結構19。週期極化反轉結構19由交互形成的極化反轉部3A與非極化反轉部4A所構成。

尚且，極化反轉部與非極化反轉部的邊界為極化反轉面。極化反轉面由基板上表面側看時的邊界線稱為水平極化反轉邊界PH。而且，極化反轉面沿後述的基板橫剖面切開時呈現的邊界線稱為縱極化反轉邊界PV。

此處，以往以來，基板由上表面11a側看時，水平極化反轉邊界PH與光的傳送方向OE的角度α，藉由從直角略微變更為銳角，以抑制返回光(請參照第3(a)圖)。此時，由相對於光的傳送方向OE平行且相對於上表面11a的法線O平行的剖面(第3(b)圖的剖面)看時，縱極化反轉邊界PV與法線O成為平行。亦即是，由如同第3(b)圖的基板長度方向剖面看，週期極化反轉結構未傾斜。

但是，如同前述，此種波長變換元件具有波長變換效率的提昇具有極限的情形。此理由被認為如下。亦即是，如第3(a)圖所示的水平極化反轉邊界PH的傾斜角度α越比直角小，越能抑制返回光。但是，傾斜角度α變小的話，本次成為不容易引起向各極化反轉部3A的深度方向的極化反轉，而且光通過各極化反轉部3A時的時間偏差變大，波長變換效率降低。因為此種的取捨(trade off)，被認為波長變換效率的提昇具有極限。

以第1(a)圖、第1(b)圖為例，在強介電質基板2的上表面2a與底面2b之間形成週期極化反轉結構9，以形成主體狀的波長變換元件1。極化反轉部3與非極化反轉部4朝向基本波的傳送方向OE交互的配置，2c為入射面，2d為出射面。

此處，於本例中，由強介電質基板2的上表面2a看(請參照第1(a)圖)，相對於基本波的傳送方向OE，水平極化反轉邊界PH為略垂直。相對於此，將相對於基本波的進行方向OE平行且相對於上表面2a的法線O平行的剖面(請參照第1(b)圖)切開看時，基板深度方向的縱極化反轉邊界PV相對於法線O傾斜。

如第1(b)圖所示，由於由基板深度方向看時的縱極化反轉邊界PV基板上表面的法線O並未平行，而能夠抑制返回光。與此同時，如第1(a)圖所示，由上表面側看的話，水平極化反轉邊界PH相對於基本波的傳送方向OE為垂直。

第2(a)圖、第2(b)圖的波長變換元件10，是於強介電質基板11形成通道型光波導12，且於上表面11a與底面11b之間形成週期極化反轉結構9。在光波導12內傳送的基本波藉由週期極化反轉結構而受到波長變換。極化反轉部3與非極化反轉部4，朝向基本波的傳送方向OE而交互的配置。11c為入射面，11d為出射面。

於本例，由強介電質基板11的上表面11a看時(請參照第2(a)圖)，相對於基本波的傳送方向OE，水平極化反轉邊界PH為略垂直。相對於此，以相對於基本波的傳送方向OE平行且相對於上表面11a的法線平行的剖面(請參照第2 (b)圖)切開看時，縱極化反轉邊界PV相對於法線O而傾斜。

然後，如第2(b)圖所示，由於縱極化反轉邊界PV相對於法線O傾斜，能夠抑制返回光。於此同時，如第2(a)圖所示，由上表面側看時水平極化反轉邊界PH是相對於基本波的傳送方向OE垂直。

而且，於第2圖的例中，強介電質基板11的底面11b與另外的支撐基板13接著，而形成作為整體的一體的波長變換元件10。

以下，更詳細的進行說明。

本發明的波長變換元件，是將基本波的波長變換而振盪諧和波。

成為基本波的雷射光並沒有特別的限制，較佳為半導體雷射、Nd摻雜YAG雷射、Nd摻雜YVO₄雷射。

而且，基本波的波長並沒有特別的限制，一般而言可為660~2000nm，特別適合為710~1600nm。

諧和波的波長可因應目的選擇，但較佳為二次諧和波，亦可為三次諧和波、四次諧和波。

強介電質基板具有基本波的入射面、基本波以及諧和波的出射面、上表面以及底面，內部形成有週期極化反轉結構。

強介電質基板的材質較佳為強介電質單結晶。此處，只要是能夠進行光的調變則沒有特別的限制，但可例舉鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鉀鋰、KTP、GaAs 以及水晶等。

強介電質單結晶中，為了更提昇光波導的耐光損傷性，可含有由鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈧(Sc)以及銦(In)所組成組群選擇一種以上的金屬元素，特佳為鎂。於強介電質單結晶中，作為摻雜成分，可含有稀土元素。此稀土元素是作為雷射振盪用的添加元素而產生作用。作為此種的稀土元素，特佳為Nd、Er、Tm、Ho、Dy、Pr。

週期極化反轉結構可以形成於通道型光波導內。於此情形，通道型光波導亦可為由接合層或基板突出的脊型的波長變換元件，藉由對非線形光學結晶進行加工，例如是藉由機械加工或雷射加工的物理的加工，並成形而得。然後，通道型光波導經由非晶質材料所構成的接著層與基板接合。或者，光波導亦可藉由鈦擴散法等的金屬擴散法或質子交換法而形成。

而且，通道型光波導可以設置於強介電質單結晶所構成的Y板或切片(off-cut)Y板(X板、切片X板)。

而且，週期極化反轉結構可以設置在強介電質單結晶的主體基板中。而且，主體狀的強介電質基板內以片狀模式(slab mode)傳送基本波以及諧和波。

於較佳的實施型態中，例如是如第2圖所示，強介電質基板的底面可接著於支撐基板，於此情形可設置接著層。

而且，相對於強介電質基板，亦可設置底包層(uner cladding)、頂包層(over cladding)。底包層、頂包層的材質可例舉氧化矽、氟化鎂、氮化矽以及氧化鋁、五氧化鉭。

接著劑的材質可為無機接著劑，可為有機接著劑，亦可為無機接著劑與有機接著劑的組合。

支撐基板13的具體材質並無特別限定，可例舉鈮酸鋰、鉭酸鋰、實應玻璃等的玻璃或水晶、Si等。於此情形，由熱膨脹差值的觀點，較佳強介電質基板與支撐基板為相同材質，特佳為鈮酸鋰單結晶。

本發明以相對於基本波的傳送方向OE平行、且相對於強介電質基板的上表面2a、11a的法線O平行的剖面將強介電質基板2、11切開看時，相對於上表面2a、11a的法線O，週期轉極化結構的縱極化反轉邊界PV為傾斜。

此上表面2a、11a的法線O與縱極化反轉邊界PV所成的傾斜角度β，由返回光的抑制所致的諧和波產生效率的改善此觀點，較佳為1°以上，更佳為3°以上。而且，由於此傾斜角度β變大則波長變換降低，由此觀點，較佳為25°以下，更佳為15°以下。

於較佳的實施型態中，由強介電質基板由上表面平視時，基本波的傳送方向與水平極化反轉邊界PH為略垂直。第1圖以及第2圖為此實施型態，基本波的傳送方向OE與縱極化反轉邊界PV所成的角α為略直角。此處，α並不需嚴謹的為90°，製造上的誤差是容許的。

其次，請參照第4圖~第8圖，並對本發明的強介電質基板的更具體例進行描述。

本實施型態如第5圖~第7圖所示，強介電質基板 11的底面11b，經由接著層14而對另外的支撐基板13進行接著。

此處，於強介電質基板11形成本發明的週期極化反轉結構。關於此形成方法，參照第4圖、第8圖以及第10圖並進行描述。尚且，由於第4圖的各軸的傾斜角度小而不易理解，第8圖將各傾斜角度誇張的圖示，使其容易看。

此處，強介電質基板11使用切片Y板，極化軸(Z軸)的方向，相對於強介電質基板的上表面11a為傾斜。亦即是，如第4(a)圖、第8(a)圖、第10圖所示，相對於上表面11a，極化軸僅傾斜角度OC。此傾斜角度OC為切片角。

在強介電質基板11的上表面11a形成梳形電極22以及對向電極21，由梳形電極22向對向電極21形成多數的細長電極片23。符號V為電極片23的長度方向。而且，強介電質基板11的底面11b上形成共用電極20，於本例中，電極片23的長度方向V相對於光的傳送方向OE垂直。

於梳形電極22與共用電極20之間施加電壓V2，形成週期極化反轉結構。而且，對於對向電極21施加電壓V1，或是使對向電極21為浮置電極。

而且，符號E是指於強介電質基板11的上表面11a相對於光的傳送方向OE垂直的方向。

而且，如第4(b)圖、第8(b)圖的上表面圖所示，將Z軸對上表面11a投影，投影於上表面11a的Z軸相對於方向E傾斜角度ε，其中方向E於上表面11a相對於光的傳送方向OE垂直。而且，Z軸相對於上表面11a投影的方向，相對於電極片23的長度方向V傾斜角度ε。

尚且，於第8(a)圖中，圖示Z軸以及切片角OC。但是，正確來說，投影於上表面11a的Z軸，如第8(b)圖所示，相對於方向E傾斜角度ε，其中方向E於上表面11a相對於光的傳送方向OE垂直。因此，於第8(a)圖的面，呈現Z軸投影至其面的投影圖，而且，投影於第8(a)圖的面的切片角，成為與OC略微不同。但是，在說明的方便上，於第8(a)圖仍然圖示Z軸以及切片角OC。

於本例中，如第8(a)圖所示，+Z軸為朝向上表面11a，極化反轉為朝向-Z軸方向進展。另一方面，如第4(b)圖、第8(b)圖所示，梳形電極的電極片的長度方向V相對於方向E平行，其中方向E於上表面11a相對於光的傳送方向OE垂直。

極化反轉如第8(a)圖所示，朝向基板內部並向僅傾斜切片角度OC的方向(-Z軸方向)進展。

其結果，例如是由上表面的A點起始的極化反轉，對基板的底面側而言朝向A'點，並通過此處。亦即是，極化反轉由立體的來看的話，是從A點朝向A'點進展。

此種由A點朝向A'點的極化反轉方向投影於上表面11a的話成為經投影的極化反轉方向e(請參照第4(b)圖、第8(b)圖)。因此，極化反轉進展的方向投影於上表面11a的方向e，由電極片的長度方向V看，僅傾斜角度ε，而且，相對於在上表面11a與光傳送方向垂直的方向E傾斜角度ε。

此結果，點A'投影於上表面11a的點A"(請參照第4(d)圖、第8(d)圖)與電極為止之間產生位置偏差t。此位置偏差t對應於將強介電質基板以橫剖面切開看時的縱極化反轉邊界PV的傾斜角度β。

此傾斜角度β由位置偏差t與基板厚度所決定。由於極化反轉部的厚度(法線O方向的長度)比極化反轉部的方向E的長度L短，即使位置偏差t小角度β亦能夠大。由於位置偏差t小，能夠使光通過反轉部分時的時間偏差小。

而且，於第4(a)圖、第8(a)圖中，雖然圖示有A點與A'點，實際上如第4(b)圖、第8(b)圖所示，極化反轉方向投影於上表面11a的方向e，對方向E傾斜角度ε。因此，於第4(a)圖、第8(a)圖的面呈現點A的情形，正確來說點A'是位於較第4(a)圖、第8(a)圖僅偏離位置偏差t的位置，並未呈現於第4(a)圖、第8(a)圖的面。但是，在說明的方便上，於第4(a)圖、第8(a)圖仍然圖示點A以及點A'。

尚且，例如是如第5圖、第6圖所示，可在強介電質基板11的上表面11a上設置頂包層7，而且，可在強介電質基板11的底面11b上設置底包層8。

而且，於形成通道型光波導時，例如是如第6圖所示，可藉由形成一對的溝16，於此之間形成脊型的光波導12。光波導12內形成依本發明的週期極化反轉結構。尚且，於光波導12內亦可以藉由內擴散法形成擴散部。尚且，於第5(a)圖、第4(c)圖中，F為基本波，H為諧和波。

而且，強介電質基板由上表面平視時，基本波的傳送方向與水平極化反轉邊界PH所成的角亦可以為銳角。亦即是，於第1(a)圖所示的基本波的傳送方向OE與水平極化反轉邊界PH所成的角α為銳角。

基本波的傳送方向OE與水平極化反轉邊界PH所成的角α為銳角時，同時相對於上表面的法線O使縱極化反轉邊界PV傾斜角度β，藉此能夠以比先前接近直角的角α降低返回光。

第9圖為此實施型態。本實施型態是於強介電質基板11形成依本發明的週期極化反轉結構。對此形成方法進行描述。尚且，於第9圖將各傾斜角度誇張化表示以便容易看。

此處，強介電質基板11使用切片Y板，如第9(a)圖所示，相對於基板上表面11a，極化軸(Z軸)僅傾斜角度OC。此傾斜角度OC為切片角。

此處，如第9(b)圖的上表面圖所示，Z軸對基板上表面11a投影的話，投影於上表面11a的Z軸相對於方向E傾斜角度ε，其中方向E於上表面11a相對於光的傳送方向OE垂直。

尚且，第9(a)圖與第8(a)圖相同，在說明的方便上，圖示Z軸以及切片角OC。

於本例如第9(a)圖所示，+Z軸朝向上表面11a側，極化反轉朝向-Z軸方向進展。另一方面，如第9(b)圖所示，梳形電極的電極片的長度方向V相對於方向E僅傾斜角度γ。

然後，於基板上表面，由梳形電極施加電壓，使極化反轉進展。

依此，極化反轉如第9(a)圖所示，朝向基板內部並向僅傾斜切片角OC的方向進展。

例如是由上表面的A點開始的極化反轉，朝向基板的底面側的A'點，於此處結束。亦即是，極化反轉由立體的看為由A點向A'點進展。依此，能夠使基本波的傳送方向OE與水平極化反轉邊界PH所成的角α為銳角，且同時相對於上表面的法線O使縱極化反轉邊界PV傾斜角度β。

尚且，雖然於第9(a)圖中圖示A點與A'點，但實際上如第9(b)圖所示，極化反轉方向投影於上表面11a的方向e，相對於方向E傾斜角度ε。但是，在說明的方便上，於第9(a)圖中圖示點A以及點A'。

本實施型態只要α未滿90°則並沒有特別的限制，但由如同後述的與剖面方向的傾斜角度β之相乘作用的觀點，較佳為89.9°以下，更佳為89.7°以下。而且，如果α變得過小的話，具有極化反轉效率的降低而使得波長轉換效率降低的傾向。由此觀點，α較佳為88°以上，更佳為89°以上。

實施例 (實施例A1)

製作如第1圖~第8圖所示型態的波長變換元件。

具體而言，在厚度0.5mm的MgO5%摻雜鈮酸鋰切片Y基板的上表面，形成梳形電極以及對向電極，並於底面形成共用電極。藉由電壓施加法以形成週期5.08μm的週期極化反轉結構。

另一方面，於厚度0.5mm的未摻雜鈮酸鋰基板塗佈接著劑。其次，與前述的MgO摻雜鈮酸鋰基板貼合，將MgO摻雜鈮酸鋰基板的表面研削、研磨至厚度為3.5μm為止，以製作薄板。

其次，於此薄板藉由雷射剝蝕加工法形成脊型的通道光波導。形成光波導後，以濺鍍法成膜厚度0.5μm的SiO₂頂包層。使用切刀(dicer)以長度9mm、寬度1.0mm切斷波長變換元件後，研磨端面並施加抗反射膜。

各條件如下所示。

OC：5°

ε：0.5°

L：40μm

t：0.35μm

β：5.7°

於所得的波長變換元件中，使用半導體雷射以測定光學特性。由雷射光源的振盪輸出調整為350mW，其基本光經由透鏡輸入波導端面，得到82mW的SHG輸出。此時的基本光波長為976.1nm。測定於室溫(25℃)進行。半導體雷射光的振盪狀態穩定，未觀測到輸出變動。

(實施例A2~A5)

以與實施例A1相同的順序製作波長變換元件，但是，各參數變化如下。

ε：0.1°(實施例A2) 0.3°(實施例A3) 1°(實施例A4) 2°(實施例A5)

t：0.07μm(實施例A2) 0.21μm(實施例A3) 0.7μm(實施例A4) 1.4μm(實施例A5)

β：1.1°(實施例A2) 3.4°(實施例A3) 11°(實施例A4) 22°(實施例A5)

以與實施例A1相同的測定振盪輸出，得到以下的SHG輸出。此時的基本光的波長為975.9~976.4nm。測定於室溫(25℃)進行。此基本光的波長的差，是對各實施例所試作的MgO摻雜鈮酸鋰基板的厚度偏差所引起的。對各實施例的半導體雷射光的振盪狀態穩定，未觀測到輸出變動。

實施例A2：84mW

實施例A3：83.5mW

實施例A4：76mW

實施例A5：61mW

(比較例1)

以與實施例A1相同的順序製作波長變換元件。

但是，於實施例A1不同的是，如第3圖所示，角度α為84.3°。而且，電壓施加方向V與光的傳送方向OE垂直。

以與實施例A1相同的測定SHG振盪輸出，SHG振盪輸出為49.7mW，此時的基本光的波長為976.4nm。測定於室溫(25℃)進行。半導體雷射光的振盪狀態穩定，未觀測到輸出變動。

(實施例B1)

以與實施例A1相同的順序製作波長變換元件。但是，如第9圖所示的型態。各參數變化如下。

OC：5°

ε：0.2°

γ：0.3°

L：40μm

β：5.7°

以與實施例A1相同的測定SHG振盪輸出，SHG振盪輸出為82.5mW，此時的基本光的波長為976.2nm。測定於室溫(25℃)進行。半導體雷射光的振盪狀態穩定，未觀測到輸出變動。

(實施例B2~B5)

以與實施例B1相同的順序製作波長變換元件，但是，各參數變化如下。

ε：0.2°(實施例B2) 0.2°(實施例B3) 0.2°(實施例B4) 0.2°(實施例B5)

γ：0.1°(實施例B2) 0.5°(實施例B3) 1°(實施例B4) 2°(實施例B5)

β：3.4°(實施例B2) 8°(實施例B3) 13.5°(實施例B4) 24°(實施例B5)

以與實施例A1相同的測定振盪輸出，得到以下的SHG輸出。此時的基本光的波長為975.9~976.5nm。測定於室溫(25℃)進行。此基本光的波長的差，是對各實施例所試作的MgO摻雜鈮酸鋰基板的厚度偏差所引起的。對各實施例的半導體雷射光的振盪狀態穩定，未觀測到輸出變動。

實施例B2：84mW

實施例B3：81.5mW

實施例B4：73mW

實施例B5：58mW

1‧‧‧波長變換元件

2‧‧‧強介電質基板

2a‧‧‧上表面

2b‧‧‧底面

2c‧‧‧入射面

2d‧‧‧出射面

3‧‧‧極化反轉部

4‧‧‧非極化反轉部

9‧‧‧週期極化反轉結構

E‧‧‧方向

O‧‧‧法線

OE‧‧‧基本波的傳送方向

PH‧‧‧水平極化反轉邊界

PV‧‧‧縱極化反轉邊界

α、β‧‧‧角度

Claims

一種波長變換元件，包括用於變換基本波的波長以產生諧和波的週期極化反轉結構，其特徵在於：包括形成有週期極化反轉結構的強介電質基板，由相對於基本波的傳送方向平行且相對於前述強介電質基板的上表面的法線平行的剖面看前述強介電質基板，相對於前述上表面的法線，前述週期極化反轉結構的縱極化反轉邊界為傾斜，前述強介電質基板為切片(off-cut)Y板。
如申請專利範圍第1項所述之波長變換元件，其中相對於前述強介電質基板的前述上表面的法線，前述縱極化反轉邊界的傾斜角度為3~25°。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中由前述上表面平視前述強介電質基板時，前述基本波的傳送方向與前述週期極化反轉結構的水平極化反轉邊界為略垂直。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中由前述上表面平視前述強介電質基板時，前述基本波的傳送方向與前述週期極化反轉結構的水平極化反轉邊界所成的角為銳角。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中包括支撐基板以及將前述強介電質基板的底面接著於前述支撐基板的接著層。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中前述強介電質基板包括通道型光波導，於該通道型光波導內形成前述週期極化反轉結構。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中前述強介電質基板包括片狀光波導，於該片狀光波導內形成前述週期極化反轉結構。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中包括支撐基板以及將前述強介電質基板的底面接著於前述支撐基板的接著層，前述強介電質基板包括通道型光波導，於該通道型光波導內形成前述週期極化反轉結構。
如申請專利範圍第1或2項所述之波長變換元件，其中包括支撐基板以及將前述強介電質基板的底面接著於前述支撐基板的接著層，前述強介電質基板包括片狀光波導，於該片狀光波導內形成前述週期極化反轉結構。