JP3050333B2 - Method for manufacturing second harmonic generation element - Google Patents
Method for manufacturing second harmonic generation elementInfo
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- G02F1/35—Non-linear optics
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- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置、レ−
ザプリンタ、その他の光応用装置の光源の短波長化に係
り、とくに波長が約800nmの半導体レ−ザ光を波長
が約400nmの青色光に変換するような、導波路型の
第2高調波発生素子(SHG,Seconnd Harmonic Gener
ator)とその製造方法、および上記第2高調波発生素子
を用いたバルク型光ヘッド、集積化光ヘッド、ディスク
装置、レーザビームプリンタ等の光情報処理機器用部品
と装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical disk device,
The second harmonic of a waveguide type, which converts a semiconductor laser light having a wavelength of about 800 nm into a blue light having a wavelength of about 400 nm, particularly for shortening the wavelength of a light source of a printer or other optical equipment. Generating element (SHG, Second Harmonic Gener
ator), a method of manufacturing the same, and components and devices for optical information processing equipment such as a bulk type optical head, an integrated optical head, a disk device, and a laser beam printer using the second harmonic generation element.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来からレ−ザ光の短波長化により光記
録再生装置における記録密度の向上、レーザビームプリ
ンタにおける高精彩化などが進展するものと期待されて
いるものの、例えば半導体レーザ波長を従来の800n
mから500nm以下に短縮するには、従来のレ−ザに
用いられているIII−V族半導体をII-VI族半導体に変更
する必要があり簡単なことではなかった。このため赤外
光例えば波長800nmの半導体レーザ光(赤外光)
を、光学的非線形性を利用して波長400nmの第2高
調波に変換する方法が注目されている。2. Description of the Related Art Although it has been conventionally expected that the recording density of an optical recording / reproducing apparatus will be improved and the definition of a laser beam printer will be improved by shortening the wavelength of laser light, for example, the wavelength of a semiconductor laser will be increased. Conventional 800n
In order to reduce the length from m to 500 nm or less, it is necessary to change the group III-V semiconductor used in the conventional laser to the group II-VI semiconductor, which is not easy. Therefore, infrared light, for example, a semiconductor laser light having a wavelength of 800 nm (infrared light)
Has been attracting attention as a method of converting into a second harmonic having a wavelength of 400 nm using optical nonlinearity.
【0003】このような第2高調波発生素子により第2
高調波を効率よく発生させるためには、基本波と第2高
調波間にエネルギー保存則と運動量保存則とが満足され
る必要がある。ところが一般に光学材料の屈折率は波長
によって変化するため、エネルギー保存則を満足する波
長間では運動量の保存法則が成立しないという問題が発
生するので、基本波と第2高調波間の位相整合をとる必
要があった。上記位相整合とは、第2高調波発生素子内
で発生した無数の第2高調波成分が光導波路内を伝搬す
る過程で互いに同位相で合波されるようにすることであ
る。上記位相整合により、発生した第2高調波成分は互
いに強め合う方向に合成されて出力される。[0003] With such a second harmonic generation element, the second harmonic is generated.
In order to generate harmonics efficiently, it is necessary to satisfy the energy conservation law and the momentum conservation law between the fundamental wave and the second harmonic. However, since the refractive index of an optical material generally varies depending on the wavelength, there arises a problem that the law of conservation of momentum does not hold between wavelengths that satisfy the law of conservation of energy. Therefore, it is necessary to take phase matching between the fundamental wave and the second harmonic. was there. The phase matching means that innumerable second harmonic components generated in the second harmonic generation element are multiplexed in phase with each other in the process of propagating in the optical waveguide. Due to the above-mentioned phase matching, the generated second harmonic components are combined and output in directions that reinforce each other.
【0004】上記位相整合法にはいくつかの方法が提案
されている。例えば、特開昭61−18964公報には
図4に示すように、LiNbO3単結晶基板41上に、
プロトン交換法(LiNbO3のLiイオンとプロトン
を一部置換する方法)により光導波路42を形成し、そ
の一端面より基板表面と垂直な方向35へ偏光した基本
波33を入射し、チェレンコフ放射により発生した基板
表面と垂直な方向35へ偏光した第二高調波44を取り
出す方法が提案されている。この方法では第2高調波が
導波路から外へ放射する放射モードであり位相整合は満
足される。Several methods have been proposed as the phase matching method. For example, as shown in FIG. 4 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-18964, a LiNbO 3 single crystal substrate 41 is
An optical waveguide 42 is formed by a proton exchange method (a method of partially replacing protons with Li ions of LiNbO 3 ), and a fundamental wave 33 polarized in a direction 35 perpendicular to the substrate surface is incident from one end face thereof, and is subjected to Cherenkov radiation. A method of extracting the second harmonic wave 44 polarized in a direction 35 perpendicular to the generated substrate surface has been proposed. In this method, the second harmonic is a radiation mode radiating out of the waveguide, and the phase matching is satisfied.
【0005】また、1989年の電子情報通信学会秋季
全国大会予稿集C−249には角度位相整合と称する方
法が報告されている。上記角度位相整合法においては図
3に示すように、タンタル酸リチウム(LiTaO3)
基板31上にマグネシウムをドープしたニオブ酸リチウ
ム(MgO:LiNbO3と略称する)を液相成長させ
て形成した光導波路32を設け、その一端面に基板表面
と垂直なz方向に偏光(TE偏光)した基本波33を入
射させ、他端面から基板表面と平行なx方向に偏光(T
M偏光)した第2高調波34を出射させるようにしてい
る。光導波路32内を基本波33が伝播する過程で屈折
率の非線形性により基本波33は第2高調波34成分に
変換されていく。このとき、基本波33と第2高調波3
4成分の伝播速度が等しければ第2高調波成分は常に位
相整合されて出力するので最大の第2高調波出力を得る
ことができる。A method called angular phase matching has been reported in Proceedings of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Autumn National Convention 1989, C-249. In the above angle phase matching method, as shown in FIG. 3, lithium tantalate (LiTaO 3 )
An optical waveguide 32 formed by liquid-phase growth of magnesium-doped lithium niobate (MgO: LiNbO 3 ) is provided on a substrate 31, and one end surface of the optical waveguide 32 is polarized in the z direction perpendicular to the substrate surface (TE polarized light). ) Is incident, and polarized light (T) from the other end surface in the x direction parallel to the substrate surface.
The second harmonic wave 34 (M-polarized light) is emitted. During the propagation of the fundamental wave 33 in the optical waveguide 32, the fundamental wave 33 is converted into a second harmonic component 34 due to the nonlinearity of the refractive index. At this time, the fundamental wave 33 and the second harmonic 3
If the propagation speeds of the four components are equal, the second harmonic component is always phase-matched and output, so that the maximum second harmonic output can be obtained.
【0006】しかしながら屈折率は一般に光の周波数に
比例して変化するので、上記位相整合条件は満たされな
い。例えば基本波33と第2高調波34の偏光方向がと
もにz方向であると上記位相整合条件を満たせないの
で、図3に示すように第2高調波34の偏光方向をx方
向にして、上記位相整合条件を満たす屈折率がx方向に
存在する結晶を用いるようにするのである。すなわち、
結晶の異方性を利用して位相整合を行っている。[0006] However, since the refractive index generally changes in proportion to the frequency of light, the above-mentioned phase matching condition is not satisfied. For example, if the polarization directions of the fundamental wave 33 and the second harmonic wave 34 are both in the z direction, the above-mentioned phase matching condition cannot be satisfied, so that the polarization direction of the second harmonic wave 34 is set in the x direction as shown in FIG. A crystal having a refractive index satisfying the phase matching condition in the x direction is used. That is,
Phase matching is performed using the anisotropy of the crystal.
【0007】また、エレクトロニクス、レターズ(Elec
tronics,Letters)第25巻,第731〜732頁には
図5に示すように、自発分極を持つ強誘電体、例えばL
iNbO3基板41上に自発分極方向を等ピッチで反転
させた分極反転層53と、プロトン交換法により形成し
た光導波路52を設け、光導波路52の一端より基板表
面とz方向に偏光した基本波33を入射し、他端より同
様にz方向に偏光した第2高調波56を取り出す方法が
提案されている。ここでは、上記自発分極の反転により
光導波路52内で発生する第2高調波成分に強弱をつ
け、上記自発分極の反転ピッチの長さを調節して強い第
2高調波成分同志を位相整合して取り出すようにするの
である。[0007] Also, Electronics, Letters (Elec)
5, pp. 731-732, as shown in FIG. 5, a ferroelectric substance having spontaneous polarization, for example, L
A polarization inversion layer 53 in which the spontaneous polarization direction is inverted at an equal pitch and an optical waveguide 52 formed by a proton exchange method are provided on an iNbO 3 substrate 41, and a fundamental wave polarized in the z direction with the substrate surface from one end of the optical waveguide 52. A method has been proposed in which a second harmonic 56 is similarly incident in the z-direction from the other end. Here, the second harmonic component generated in the optical waveguide 52 due to the reversal of the spontaneous polarization is given strength and the length of the reversal pitch of the spontaneous polarization is adjusted to phase match the strong second harmonic components. And take it out.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記図4に示したチェ
レンコフ放射を用いる方法では、第2高調波44が三日
月型となるため波面収差が大きく、これを光ディスク装
置等に用いる微小光スポットまで絞り込むことはほとん
ど不可能であった。また、図3に示した従来方法にはL
iNbO3のような非線形光学係数の大きな強誘電体材
料を用いるので、第2高調波34の波長が500nm以
下の場合には屈折率の波長分散性により十分に位相整合
することができず青色光が得られないという問題があっ
た。In the method using Cherenkov radiation shown in FIG. 4, the second harmonic wave 44 has a crescent shape, so that the wavefront aberration is large, and the second harmonic wave 44 is narrowed down to a minute light spot used in an optical disk device or the like. It was almost impossible. Further, the conventional method shown in FIG.
Since a ferroelectric material having a large nonlinear optical coefficient, such as iNbO 3 , is used, when the wavelength of the second harmonic 34 is 500 nm or less, phase matching cannot be sufficiently performed due to the wavelength dispersion of the refractive index, and blue light cannot be matched. There was a problem that can not be obtained.
【0009】また、基本波33と第2高調波34の偏光
方向が直交するため各偏光方向における屈折率の温度係
数が大きく異なり、これにより伝播速度が温度変化して
位相整合条件を崩すので許容温度幅は0.1℃程度に狭
められ、また光導波路32の膜厚精度には0.01μm
以下というような非現実的な値が要求されるという問題
もあった。一方、図5に示した分極反転格子を用いる第
2高調波発生素子においては、第2高調波は光導波路に
閉じ込められるので出射光を容易に絞り込むことがで
き、また、基本波33と第2高調波56が同じ方向に偏
光するのでそれぞれの屈折率の温度係数も略等しくなる
ため、図3における許容温度幅0.2℃を約3℃に改善
できるものの実用的には不十分である上、変換効率の温
度劣化が過大という問題を伴っていた。本発明の目的
は、上記基本波と第2高調波の偏光方向が同じである第
2高調波発生素子の許容温度幅を拡大し、同時に変換効
率を高めることにある。また、上記第2高調波発生素子
の製造方法を提供し、さらにこの第2高調波発生素子を
用いた可視光発生用光源、光ヘッド、光情報記録再生装
置等を提供することにある。Further, since the polarization directions of the fundamental wave 33 and the second harmonic wave 34 are orthogonal to each other, the temperature coefficients of the refractive indices in the respective polarization directions are greatly different. The temperature width is narrowed to about 0.1 ° C., and the thickness accuracy of the optical waveguide 32 is 0.01 μm.
There was also a problem that the following unrealistic values were required. On the other hand, in the second harmonic generation device using the domain-inverted grating shown in FIG. 5, the second harmonic is confined in the optical waveguide, so that the emitted light can be narrowed down easily. Since the harmonics 56 are polarized in the same direction, the temperature coefficients of the respective refractive indices become substantially equal, so that the allowable temperature range of 0.2 ° C. in FIG. 3 can be improved to about 3 ° C., but it is not practically sufficient. However, there has been a problem that the temperature degradation of the conversion efficiency is excessive. An object of the present invention is to increase the allowable temperature width of the second harmonic generation element in which the polarization direction of the fundamental wave and the second harmonic is the same, and at the same time, increase the conversion efficiency. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the second harmonic generation element, and further provide a light source for generating visible light, an optical head, an optical information recording / reproducing apparatus, and the like using the second harmonic generation element.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、上記光学基板と光導波路の基板表面と垂直な方向の
屈折率温度係数の比を0.9から1.1の範囲に入るよ
うにする。さらに、上記光導波路内では非線形光学係数
が等間隔格子状に交互に反転するようにし、さらに基本
波から第二高調波への変換性能を表す結合係数をKと
し、基本波の入力パワーをP0としたときに,K√P0の
値が10m~1以上になるようにする。さらに、上記光学
基板にマグネシウムがドープされたニオブ酸リチウムを
用い、上記光導波路にニオブ酸リチウム、または上記光
学基板よりマグネシウムのドープ量が少ないニオブ酸リ
チウムを用いるようにする。In order to solve the above-mentioned problems, the ratio of the refractive index temperature coefficients of the optical substrate and the optical waveguide in the direction perpendicular to the substrate surface is set to fall within a range of 0.9 to 1.1. To Further, in the optical waveguide, the nonlinear optical coefficient is alternately inverted in the form of an equally-spaced lattice, the coupling coefficient representing the conversion performance from the fundamental wave to the second harmonic is K, and the input power of the fundamental wave is P when set to 0, the value of K√P 0 is made to be in 10 m ~ 1 or more. Further, the optical substrate is made of lithium niobate doped with magnesium, and the optical waveguide is made of lithium niobate or lithium niobate doped with less magnesium than the optical substrate.
【0011】また第2高調波発生素子を、上記光学基板
の表面の自発分極方向を等間隔で反転させる第1工程
と、光導波層を構成する強誘電体金属酸化物の原料粉末
をフラックスと混合して酸素及び水蒸気雰囲気下で加熱
溶融して得られる溶融体に浸漬し上記光学基板上に金属
酸化膜を液相エピタキシャル成長させる第2工程と、上
記光学基板表面に設けた自発分極部の分極方向を上記金
属酸化膜に転写する第3工程により製造するようにす
る。また、上記フラックスをホウ酸リチウム(Li2B2
O4)、またはフッ化リチウム(LiF)、またはフッ
化カリウム(KF)とするようにする。A first step of inverting the spontaneous polarization direction of the surface of the optical substrate at equal intervals in the second harmonic generation element, and using a raw material powder of a ferroelectric metal oxide constituting the optical waveguide layer as a flux. A second step of mixing and immersing in a melt obtained by heating and melting under an atmosphere of oxygen and water vapor to liquid phase epitaxially grow a metal oxide film on the optical substrate, and polarization of a spontaneously polarized portion provided on the optical substrate surface It is manufactured by a third step of transferring the direction to the metal oxide film. Further, the above flux is formed by lithium borate (Li 2 B 2
O 4 ), or lithium fluoride (LiF), or potassium fluoride (KF).
【0012】[0012]
【作用】上記本発明においては、光学基板と光導波路の
基板法線方向の屈折率の温度係数比が0.9〜1.1と
1に近い値に設定することにより、また、基本波から第
二高調波への変換性能を表す結合係数をK、基本波の入
力パワーをP0としてK√P0の値を10m~1以上の大き
な値に設定することにより第2高調波発生素子許容温度
幅が拡大し、また、その変換効率が向上する。また、具
体的には上光学基板をMgO:LiNbO3、光導波路
をLiNbO3または、上記光学基板よりマグネシウム
のドープ量が少ないMgO:LiNbO3材とすること
により上記1に近い屈折率の温度係数比が得られる。ま
た、上記光導波路の金属酸化膜の液相エピタキシャル成
長により、光導波路内に断面形状が矩形の分極反転格子
が高精度に作製され、これにより上記結合係数Kの値が
高まり、同時に上記温度許容幅が広がる。According to the present invention, the temperature coefficient ratio of the refractive index of the optical substrate and the optical waveguide in the direction normal to the substrate is set to 0.9 to 1.1, a value close to 1, so that the fundamental wave can be reduced. By setting the coupling coefficient representing the conversion performance to the second harmonic as K and the input power of the fundamental wave as P 0 and setting the value of K√P 0 to a large value of 10 m to 1 or more, the second harmonic generation element is allowed. The temperature range is expanded, and the conversion efficiency is improved. More specifically, the upper optical substrate is made of MgO: LiNbO 3 , the optical waveguide is made of LiNbO 3, or an MgO: LiNbO 3 material having a smaller doping amount of magnesium than that of the optical substrate is used. The ratio is obtained. In addition, a liquid crystal epitaxial growth of the metal oxide film of the optical waveguide produces a domain-inverted grating having a rectangular cross section in the optical waveguide with high precision, thereby increasing the value of the coupling coefficient K and simultaneously increasing the temperature tolerance. Spreads.
【0013】[0013]
〔実施例 1〕図1は本発明による第2高調波発生素子
実施例の斜視図である。図1において、リッジ型の光導
波路4に入射される基本波5、および光導波部4より出
射する第2高調波6は図6に示した従来素子の場合と同
様に基板1表面に対してともに垂直方向(C軸方向)に
偏光している。したがって、本発明は図5に示すような
表面が平坦な構造にも適用することができる。しかし以
下においては説明の明快化のため図1のリッジ型につい
て説明を進めることにする。表面が+c面である5mo
l%MgOドープのZcutLiNbO3単結晶基板1
上に通常は自発分極が上向きの1mol%MgOドープ
LiNbO3単結晶薄膜2が設けられる。薄膜2上には
薄膜2と同一材質の光導波路4が設けられ、光導波路4
内には薄膜2とは分極方向が逆(下向き)の分極反転格
子3が設けられている。[Embodiment 1] FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a second harmonic generation device according to the present invention. In FIG. 1, the fundamental wave 5 incident on the ridge-type optical waveguide 4 and the second harmonic 6 emitted from the optical waveguide 4 are applied to the surface of the substrate 1 as in the case of the conventional device shown in FIG. Both are polarized in the vertical direction (C-axis direction). Therefore, the present invention can be applied to a structure having a flat surface as shown in FIG. However, in the following, the ridge type of FIG. 1 will be described for clarity. 5mo whose surface is + c plane
1% MgO-doped ZcutLiNbO 3 single crystal substrate 1
A 1 mol% MgO-doped LiNbO 3 single crystal thin film 2 having a spontaneous polarization upward is usually provided thereon. An optical waveguide 4 of the same material as the thin film 2 is provided on the thin film 2.
Inside, a domain-inverted grating 3 whose polarization direction is opposite (downward) to the thin film 2 is provided.
【0014】図2は図1における光導波路4の断面図で
ある。図5に示した従来装置においては分極反転層53
は三角波状の層状断面を有していたが、本発明では基本
波から第2高調波への変換効率を高めるために、分極反
転部は図2の3のように矩形断面の格子状となってい
る。したがって、3を分極反転格子と名付ける。Journa
l of Applied Physics誌、第40巻、第2号、720〜
734頁においてM.Didomenico Jr.らは、上記LiNb
O3やLiTaO3等の空間群R3cに属する強誘電体結
晶では、自発分極の向きが反転すると非線形光学係数の
符号も反転することを報告している。従って、上記光導
波路4内では分極反転格子3の存在により非線形光学係
数が周期的に反転するので、分極反転格子3部で第2高
調波が発生し、その偏光方向は基本波と同一方向となる
のである。また、分極反転格子3のピッチΛを適正化す
ることにより各分極反転格子部で発生した第2高調波成
分を同位相で合波することができるのである。FIG. 2 is a sectional view of the optical waveguide 4 in FIG. In the conventional device shown in FIG.
Has a triangular waveform layered cross section, but in the present invention, in order to increase the conversion efficiency from the fundamental wave to the second harmonic, the domain-inverted portion has a rectangular cross section lattice as shown in FIG. ing. Therefore, 3 is named a domain-inverted lattice. Journa
l of Applied Physics, Vol. 40, No. 2, 720-
On page 734, M. Didomenico Jr. et al.
In a ferroelectric crystal belonging to the space group R3c such as O 3 or LiTaO 3, it is reported that when the direction of spontaneous polarization is reversed, the sign of the nonlinear optical coefficient is also reversed. Therefore, in the optical waveguide 4, the nonlinear optical coefficient is periodically inverted due to the presence of the domain-inverted grating 3, so that a second harmonic is generated in the domain-inverted grating 3 and its polarization direction is the same as that of the fundamental wave. It becomes. In addition, by optimizing the pitch の of the domain-inverted grating 3, the second harmonic component generated in each domain-inverted grating portion can be multiplexed in phase.
【0015】しかし、光導波路4内各部の屈折率の温度
変化により上記分極反転格子3間の最適ピッチΛが変る
ため上記位相整合条件が崩れて変換効率ηが低下すると
いう問題が発生する。本発明の目的は上記温度劣化を低
減することにある。以下、分極反転格子の変換効率ηと
位相整合条件、とくにその温度依存性について理論的に
考察して上記温度特性を改善する条件を明らかにする。However, since the optimum pitch 間 の between the domain-inverted gratings 3 changes due to the temperature change of the refractive index of each part in the optical waveguide 4, there arises a problem that the phase matching condition is broken and the conversion efficiency η is reduced. An object of the present invention is to reduce the aforementioned temperature deterioration. Hereinafter, the conversion efficiency η of the domain-inverted grating and the phase matching conditions, particularly the temperature dependence thereof, will be theoretically considered to clarify the conditions for improving the temperature characteristics.
【0016】式(1)および式(2)はそれぞれ、図1
の光導波路4内におけるz方向に偏光した平面波(波長
λ、角周波数ω=2πc/λ)である基本波5と第2高
調波6のz方向電場成分を一般的に表現したものであ
る。Equations (1) and (2) are respectively shown in FIG.
1 is a general representation of a z-direction electric field component of a fundamental wave 5 and a second harmonic 6 that are plane waves (wavelength λ, angular frequency ω = 2πc / λ) polarized in the z direction in the optical waveguide 4 of FIG.
【数2】 (Equation 2)
【数3】 ただし、N(λ)、N(λ/2)等は、それぞれ光導波
路4内における基本波5および第2高調波6に対する実
効屈折率、c.cはその前の指数項の複素共役項(Comp
lex Conjugate)である。式(1)のA(y)と式(2)
におけるC(y)は上記基本波5と第2高調波6のy方
向(進行方向)における振幅変化を表し、光導波路4の
光学非線形性による上記基本波と第2高調波電場間の結
合によって規定される。(Equation 3) Here, N (λ), N (λ / 2), etc. are the effective refractive indices for the fundamental wave 5 and the second harmonic 6 in the optical waveguide 4, respectively, c. c is the complex conjugate term (Comp
lex Conjugate). A (y) in equation (1) and equation (2)
Represents the change in the amplitude of the fundamental wave 5 and the second harmonic 6 in the y direction (traveling direction), and is represented by the coupling between the fundamental wave and the second harmonic electric field due to the optical nonlinearity of the optical waveguide 4. Stipulated.
【0017】式(3−1)と式(3−2)は上記A
(y)とC(y)のy方向変化率でありMaxwell方程式
から導かれる。Equations (3-1) and (3-2) are obtained from the above A
(Y) and the rate of change of C (y) in the y direction, derived from the Maxwell equation.
【数4】 ここで指数項の中身である4π/λ(N(λ/2)−N
(λ))が位相の不整合量Δβを表している。また、数
4中の積分項は重なり積分とよばれ、素子の第2高調波
発生効率を支配する重要な項である。(Equation 4) Here, the content of the exponential term, 4π / λ (N (λ / 2) −N
(Λ)) represents the amount of phase mismatch Δβ. The integral term in Equation 4 is called an overlap integral, and is an important term that governs the second harmonic generation efficiency of the element.
【0018】また、d(x,y,z)は非線形光学係数
であり、本発明のようにd(x,y,z)の符号がy方
向にピッチΛで反転するようになっていると式(4)の
ようにフーリエ級数に展開することができる。Further, d (x, y, z) is a nonlinear optical coefficient, and as in the present invention, the sign of d (x, y, z) is inverted at a pitch に in the y direction. It can be expanded to a Fourier series as in equation (4).
【数5】 また、フーリエ次数M=−1の場合に周期Λを式(5)
のように選ぶと位相整合が実現する。(Equation 5) Further, when the Fourier order M = −1, the period Λ is calculated by the equation (5).
By selecting as follows, phase matching is realized.
【数6】 (Equation 6)
【0019】周期Λを上記のように決定しても、屈折率
N(λ/2)、N(λ)等の温度変化により式(5)の
整合条件が崩れ、上記Δβがゼロではなくなる。Δβが
ゼロでないときの基本波から第2高調波への変換効率η
は、式(3)からヤコビの楕円関数を用いて式(6)の
ように導かれる。Even if the period Λ is determined as described above, the matching condition of the equation (5) is broken due to a change in the refractive index N (λ / 2), N (λ) or the like, and the above Δβ is not zero. Conversion efficiency η from fundamental wave to second harmonic when Δβ is not zero
Is derived from Equation (3) using Jacobi's elliptic function as Equation (6).
【数7】 Lは素子長、P0は入射基本波パワー、Kは基本波から
第2高調波への変換性能を表す結合係数で式(7)のよ
うに表される。(Equation 7) L is the element length, P 0 is the power of the incident fundamental wave, and K is a coupling coefficient representing the conversion performance from the fundamental wave to the second harmonic, and is expressed as in equation (7).
【数8】 (Equation 8)
【0020】式(6)の楕円関数は、K√P0Lνが小
さいときには式(8−1)、(8−2)のように冪級数
に展開できる。The elliptic function of equation (6) can be expanded to a power series as in equations (8-1) and (8-2) when K√P 0 Lν is small.
【数9】 式(8−2)より、位相整合が取れているΔβ=0の場
合には、効率ηはほぼ結合係数kの2乗に比例し、ま
た、入射パワーP0に比例することがわかる。また、位
相整合が不完全な場合には、式(8−2)の第2項以下
が大きくなって、効率ηが低下し、同時にΔβの温度変
動の影響が強くなることがわかる。したがって変換効率
ηの温度変動を低減するには、第1に大きな変換効率η
が得られる構造を採用することが重要である。このため
本発明では図5に示した従来の分極反転層53の替わり
に図1に示した矩形断面形状を有する分極反転格子3を
採用している。このようにすると変換効率ηを高めたう
え温度変動を低減出来るという2重の効果を得ることが
できる。(Equation 9) From equation (8-2), it can be seen that, when Δβ = 0 where phase matching is achieved, the efficiency η is approximately proportional to the square of the coupling coefficient k and is proportional to the incident power P 0 . Also, when the phase matching is incomplete, the second term and below of the equation (8-2) become large, the efficiency η decreases, and at the same time, the influence of temperature fluctuation of Δβ increases. Therefore, in order to reduce the temperature fluctuation of the conversion efficiency η, first, the large conversion efficiency η
It is important to adopt a structure that gives Therefore, in the present invention, the domain-inverted grating 3 having a rectangular cross-sectional shape shown in FIG. 1 is employed in place of the conventional domain-inverted layer 53 shown in FIG. In this manner, a double effect of increasing the conversion efficiency η and reducing the temperature fluctuation can be obtained.
【0021】このような本発明の効果は上記式(1)〜
(8)に示したように、非線形光学係数の分極反転格子
を有する第2高調波発生素子の特性を理論的に解析して
詳しく考察したことから見出されたのである。以下、変
換効率ηの温度特性を更に詳しく解析して、温度変動幅
を実用的な範囲内に抑えることのできる条件を明らかに
する。なお、以下の解折は一例として、基板1としてマ
グネシウムが5mol%ドープされたZcutLiNb
O3を用い、光導波路4にはマグネシウムが1mol%
ドープされたLiNbO3薄膜を用い、その厚さを2μ
m、幅を3μmとした。基本波5の波長λは830n
m、したがって第2高調波の波長は415nmである。
また、位相整合の次数Mは1である。入力光パワーP0
=40mWのとき、式(6)、(8)等の中のK√P0
の値は88m~1となる。The effect of the present invention is obtained by the above-mentioned formulas (1) to (1).
As shown in (8), this was found from the fact that the characteristics of the second harmonic generation element having the domain-inverted grating having the nonlinear optical coefficient were analyzed theoretically and considered in detail. Hereinafter, the temperature characteristics of the conversion efficiency η will be analyzed in more detail to clarify the conditions under which the temperature fluctuation range can be suppressed within a practical range. The following analysis is an example, and as an example, ZcutLiNb doped with 5 mol% of magnesium is used as the substrate 1.
Using O 3 , magnesium is 1 mol% in the optical waveguide 4.
Using a doped LiNbO 3 thin film, the thickness of which is 2 μm
m and the width were 3 μm. The wavelength λ of the fundamental wave 5 is 830n
m and thus the wavelength of the second harmonic is 415 nm.
The order M of the phase matching is 1. Input optical power P 0
= 40 mW, K√P 0 in equations (6), (8), etc.
The value of the 88m ~ 1.
【0022】図6は式(6)から計算した変換効率ηの
温度特性である。パラメータrは式(9)に示すように
基板の基板表面に垂直な方向(z方向)の屈折率の温度
係数と、光導波層の基板表面に垂直な方向の屈折率の温
度係数の比である。rが1に近いほど変換効率ηは温度
の影響を受けにく、また、rが減少するにつれて温度影
響が急速に強まることがわかる。図7は変換効率ηを8
0%に保つ際に許容し得る温度許容幅ΔTと上記屈折率
の温度係数比r(式9)との関係を求めたものである。
これより例えば10℃以上の温度許容幅を得ようとする
と、rを略0.9〜1.1の範囲内に納める必要がある
ことがわかる。FIG. 6 shows the temperature characteristics of the conversion efficiency η calculated from the equation (6). The parameter r is the ratio of the temperature coefficient of the refractive index in the direction (z direction) perpendicular to the substrate surface of the substrate to the temperature coefficient of the refractive index in the direction perpendicular to the substrate surface of the optical waveguide layer, as shown in equation (9). is there. It can be seen that as r is closer to 1, the conversion efficiency η is less affected by temperature, and that the effect of temperature increases rapidly as r decreases. FIG. 7 shows that the conversion efficiency η is 8
The relationship between the allowable temperature range ΔT that can be allowed when it is kept at 0% and the temperature coefficient ratio r of the refractive index (formula 9) is obtained.
From this, it can be seen that, for example, in order to obtain a temperature allowable range of 10 ° C. or more, it is necessary to set r within a range of approximately 0.9 to 1.1.
【0023】図3に示した従来の異方性モ−ド変換にお
いては上記温度許容幅は通常±0.1℃程度であった。
これに対し本発明では上記のようにrを0.9〜1.1
として温度許容幅を±10℃と略100倍以上に広げる
ことが容易である。また、上記±10℃の温度許容幅は
第2高調波素子を空調された室内で動作させる場合には
比較的容易に満たし得る値であり、また、空調されない
場合には簡単な温度調節装置に経済的に制御でき、実用
的に見て妥当な許容幅である。図8はr=1の場合のK
√P0と温度許容幅の関係を示す。図8よりK√P0が大
きいほど温度許容幅が大きいことがわかるが、特にK√
P0の値を10m ̄1以上とすれば、温度許容幅を大きく
拡大できる。In the conventional anisotropic mode conversion shown in FIG. 3, the allowable temperature range is usually about ± 0.1 ° C.
On the other hand, in the present invention, as described above, r is 0.9 to 1.1.
As a result, it is easy to increase the allowable temperature range to ± 10 ° C., which is about 100 times or more. The temperature tolerance of ± 10 ° C. is a value that can be satisfied relatively easily when the second harmonic element is operated in an air-conditioned room. It is economically controllable and practically acceptable. FIG. 8 shows K for r = 1.
The relationship between √P 0 and the allowable temperature range is shown. It can be seen from FIG. 8 that the larger the K√P 0 , the larger the allowable temperature range.
If the value of P 0 and 10M 1 or more, can significantly expand the allowable temperature range.
【0024】以上のように、温度許容幅が大幅に拡大し
た理由は、以下の二点である。 (1)まず第一に、屈折率の温度係数の比が1にきわめ
て近いことである。例えば、従来例の図3の角度整合型
の素子では、基板と光導波層の屈折率の温度係数比は1
0にも達し、このため温度の許容幅が極めて狭かったの
である。 (2)第二に、K√P0の値が極めて大きいことが上げ
られる。数8から明らかなように、同一のΔβに対し、
K√P0の値が大きいほど、効率低下へのΔβの効果は
減殺される。従来の、例えば図5の素子では、K√P0
の値は1から5m~1程度であり、このため温度許容幅
は、あまり広くはなかったのである。これに対して本発
明では断面形状が矩形の分極反転層3を用いるので上記
Kの値を高めることができ、さらにこれにより変換効率
が向上して損失が減るので、基本波入力P0の値を増加
することができるようになるのである。As described above, the reason why the allowable temperature range is greatly expanded is as follows. (1) First of all, the ratio of the temperature coefficient of the refractive index is very close to 1. For example, in the conventional angle-matching element shown in FIG. 3, the temperature coefficient ratio of the refractive index between the substrate and the optical waveguide layer is 1
Thus, the allowable temperature range was extremely narrow. (2) Second, the value of K√P 0 is extremely large. As is apparent from Equation 8, for the same Δβ,
The larger the value of K√P 0 , the less the effect of Δβ on efficiency reduction is. In the conventional device, for example, in FIG. 5, K√P 0
Is about 1 to 5 m to 1 , so the allowable temperature range was not very wide. Since the cross-sectional shape using polarization inversion layer 3 rectangle in the present invention, on the other hand can increase the value of the K, since further loss is reduced thereby to improve the conversion efficiency, the value of the fundamental wave input P 0 Can be increased.
【0024】図9−1、図9−2は液層エピタキシャル
成長法を用いた上記第2高調波発生素子の製造工程図で
ある。まず、基板の分極反転格子の作製を行った。図9
−1(a)にしめすように上記基板1上に5nm厚にス
パッタリングしたTi膜をホトリソグラフィとエッチン
グにより、ピッチが2.5から3.5μmまで0.1μ
mずつ異なる11種類のパターンを作製し、その中から
後に決定される最適ピッチのパタ−ンを選定できるよう
にした。次いで図9−1(b)に示すように熱処理炉9
2にて1040℃、30分の熱処理を行い、約1μmの
分域反転域3を形成した。なお、熱処理炉92内の雰囲
気ガスには80℃の純水中を通した酸素ガスとアルゴン
ガスを用い酸化リチウムの外拡散を防止するようにし
た。FIG. 9A and FIG. 9B are manufacturing process diagrams of the second harmonic generation element using the liquid layer epitaxial growth method. First, a domain-inverted lattice of a substrate was manufactured. FIG.
A Ti film sputtered to a thickness of 5 nm on the substrate 1 to a thickness of -1 (a) by photolithography and etching at a pitch of 0.1 μm from 2.5 to 3.5 μm.
Eleven types of patterns differing by m were produced, and a pattern having an optimum pitch determined later was selected from among them. Next, as shown in FIG.
2 at 1040 ° C. for 30 minutes to form a domain inversion area 3 of about 1 μm. Note that oxygen gas and argon gas passed through pure water at 80 ° C. were used as the atmosphere gas in the heat treatment furnace 92 to prevent lithium oxide from externally diffusing.
【0025】次に図9−1(c)に示すように、+c面
が光学研磨された5mol%MgOドープのZcutL
iNbO3単結晶基板1上に1mol%MgOドープL
iNbO3薄膜2を2.5μm厚にエピタキシャル成長
させた。上記エピタキシャル材には炭酸リチウムLi2
CO3、硼酸H3BO3、五酸化ニオブNb2O5、酸化マ
グネシウムMgO等の混合粉末を酸素および水蒸材雰囲
気内で略1200℃、3時間加熱して均一に溶融させた
ときに、薄膜2の1mol%MgOドープLiNbO3
が20mol%、フラックス材となる硼酸リチウムLi
2B2O4が80mol%となるように各成分を調整した
ものをもちいる。Next, as shown in FIG. 9C, ZcutL doped with 5 mol% MgO and optically polished on the + c plane.
1 mol% MgO doped L on iNbO 3 single crystal substrate 1
The iNbO 3 thin film 2 was epitaxially grown to a thickness of 2.5 μm. Lithium carbonate Li 2
When a mixed powder of CO 3 , boric acid H 3 BO 3 , niobium pentoxide Nb 2 O 5 , magnesium oxide MgO, etc. was heated at about 1200 ° C. for 3 hours in an atmosphere of oxygen and water vapor to be uniformly melted, 1 mol% MgO-doped LiNbO 3 of thin film 2
Is 20 mol%, lithium borate Li as a flux material
Use those 2 B 2 O 4 was adjusted each component having the 80 mol%.
【0026】薄膜2は上記溶融体を60℃/hの冷却速
度で800℃まで冷却してから+c面が光学研磨された
上記基板1を浸漬し、次いで上記溶融体から取り出し電
気炉中で30℃/hで室温まで徐冷して生成する。EP
MAによってMgの含有率を調べたところ、ほぼ1mo
l%であった。なお、上記フラックス材料の添加量は7
0から90mol%の範囲が望ましい。浸漬時間は膜厚
0.5〜3μmに対て10〜30分である。またフラッ
クス材には上記硼酸リチウムの他にフッ化リチウムLi
F、フッ化カリウムKF、五酸化バナジウムV2O5等を
用いることもできる。The thin film 2 is cooled to 800 ° C. at a cooling rate of 60 ° C./h, and then the substrate 1 whose + c surface is optically polished is immersed. It is produced by gradually cooling to room temperature at a rate of ° C./h. EP
When the content of Mg was examined by MA, almost 1 mo
1%. The amount of the flux material added was 7
A range of 0 to 90 mol% is desirable. The immersion time is 10 to 30 minutes for a film thickness of 0.5 to 3 μm. In addition to the lithium borate, lithium flux Li
F, potassium fluoride KF, vanadium pentoxide V 2 O 5 or the like can also be used.
【0027】次いで図9−2(d)に示すように基板1
を水蒸気を含む酸素雰囲気内でアニールして酸素の欠損
を補い、次いで図9−2(e)に示すように薄膜2上に
光導波路を蔽う3μm幅のホトレジストマスク93を設
け、図9−2(f)に示すようにホトレジストマスク9
3の上からイオンミリングにより薄膜を2μmエッチン
グし、その後ホトレジストを除いて光導体波路4を作製
する。なお、上記イオンミリング用の装置は、円錐状の
空洞真空容器の外周に複数の永久磁石を配したプラズマ
室にてイオンを生成して、加速電極、減速電極、接地電
極等により引きだされる構造であるため、空間密度分布
が一様なイオンを指向性高く取り出すことでき、これに
よりエッチング精度を高めることができるようになって
いる。Next, as shown in FIG.
Is annealed in an oxygen atmosphere containing water vapor to compensate for oxygen deficiency, and then a 3 μm-wide photoresist mask 93 covering the optical waveguide is provided on the thin film 2 as shown in FIG. (F) As shown in FIG.
The thin film is etched by 2 μm from above 3 by ion milling, and thereafter the photoresist is removed to form the optical waveguide 4. The ion milling device generates ions in a plasma chamber in which a plurality of permanent magnets are arranged on the outer periphery of a conical hollow vacuum vessel, and is extracted by an acceleration electrode, a deceleration electrode, a ground electrode, and the like. Due to the structure, ions having a uniform spatial density distribution can be taken out with high directivity, thereby improving the etching accuracy.
【0028】上記基板1の光導波路4に基板表面と垂直
方向に偏光した波長830nmのTi−Sレーザ光を入
射させ、同じ方向に励振された電場を有するTMモード
の実効屈折率N(λ)を測定したところ2.1686で
あった。波長415nmの色素レーザを入射して同様の
測定を行ったところ二本のモードが励振され、低次モー
ドの実効屈折率N(λ/2)は2.3016であった。
また、830nmの光に対する光伝搬損失をカットバッ
ク法により測定したところ1dB/cmであった。この
ように光伝搬損失が低くなる第一の理由は、薄膜2が上
記液相エピタキシャル成長により化学量論的組成にきわ
てて近い高品質に生成されたためであり、第二の理由は
上記イオンミリングを指向性高く行った結果、光導波路
4の側壁部が極めて高精度に加工できたためである。A 830 nm wavelength Ti-S laser beam polarized in a direction perpendicular to the substrate surface is incident on the optical waveguide 4 of the substrate 1, and the effective refractive index N (λ) of the TM mode having an electric field excited in the same direction. Was 2.1686. When the same measurement was performed by irradiating a dye laser having a wavelength of 415 nm, two modes were excited, and the effective refractive index N (λ / 2) of the low-order mode was 2.3016.
Further, the light propagation loss with respect to the light of 830 nm was measured by a cutback method and found to be 1 dB / cm. The first reason why the light propagation loss is low is that the thin film 2 is produced by the liquid phase epitaxial growth with high quality close to the stoichiometric composition, and the second reason is that the ion milling is performed. Is performed with high directivity, and as a result, the side wall of the optical waveguide 4 can be processed with extremely high precision.
【0029】上記基本波と第2高調波の屈折率を用い、
M=1として式(4)より分極ピッチΛを求めると約
3.1μmとなる。したがって、ピッチΛが3.1μm
の試料を光導波路長10mmに切り出し、Ti−Sレー
ザ光(基本波)を入射し、第2高調波の発生効率を測定
した。試料を銅ブロックに搭載してペルチェ素子により
その温度を制御できるようにした。上記銅ブロックの温
度を25℃に設定し、最大の第2高調波発生効率が得ら
れるように基本波波長を設定すると、基本波入力40m
Wに対して2mWの第2高調波出力が得られ、フレネル
反射損失を含めるとその効率は6.8%となった。式
(6)から計算される効率は40%であるから上記6.
8%は理論値の約1/6になる。この不一致の原因は、
式(6)では光伝搬損失を無視しているためと考えら
れ、光伝搬損失を0.5dB/cmとすると上記効率は
15%となる。Using the refractive indexes of the fundamental wave and the second harmonic,
When M = 1, the polarization pitch よ り is obtained from Equation (4), and is about 3.1 μm. Therefore, the pitch Λ is 3.1 μm
Was cut out to an optical waveguide length of 10 mm, a Ti-S laser beam (fundamental wave) was incident, and the generation efficiency of the second harmonic was measured. The sample was mounted on a copper block so that its temperature could be controlled by a Peltier device. When the temperature of the copper block is set to 25 ° C. and the fundamental wavelength is set so as to obtain the maximum second harmonic generation efficiency, the fundamental wave input is 40 m
A second harmonic output of 2 mW with respect to W was obtained, and the efficiency was 6.8% including Fresnel reflection loss. Since the efficiency calculated from the equation (6) is 40%, the above-mentioned 6.
8% is about 1/6 of the theoretical value. The cause of this discrepancy is:
It is considered that the light propagation loss is neglected in the equation (6). If the light propagation loss is 0.5 dB / cm, the efficiency becomes 15%.
【0030】上記数値を基にして効率が基本波入力に比
例して増加する点を勘案すると、例えば出力200mW
の大出力半導体レーザを結合効率50%で光導波路4へ
結合した場合には変換効率ηは17%、すなわち17m
Wの第二高調波出力が得られることになり、光磁気型光
ディスクや相変化型光ディスクの書き込み、再生用に十
分な大きさの短波長光源が得られることになる。図10
は上記ペルチェ素子により基板温度を変化させた場合の
上記変換効率ηの測定結果である。これより変換効率η
が80%に低下する温度幅は25℃を中心にして約±1
0℃であった。この値は図6のr=1における温度幅よ
り小さいもののr=0.9に対する値よりは可成大き
い。この理由は、本発明では基板1と光導波路4はとも
にMgO:LiNbO3であり、それぞれの基板表面に
垂直な方向の屈折率の温度係数がほぼ等しいことと、K
√P0の値が従来の素子に比べて大きくなったため式
(4)に示した位相整合条件の温度変化が少なくなった
ためと考えられる。Considering that the efficiency increases in proportion to the fundamental wave input based on the above numerical values, for example, an output of 200 mW
Is coupled to the optical waveguide 4 at a coupling efficiency of 50%, the conversion efficiency η is 17%, that is, 17 m.
As a result, a second-harmonic output of W can be obtained, and a short-wavelength light source large enough for writing and reproduction of a magneto-optical disk or a phase-change optical disk can be obtained. FIG.
Is a measurement result of the conversion efficiency η when the substrate temperature is changed by the Peltier element. From this, the conversion efficiency η
Is reduced to about 80% by about ± 1 around 25 ° C.
It was 0 ° C. This value is smaller than the temperature width at r = 1 in FIG. 6, but is considerably larger than the value for r = 0.9. The reason for this is that, in the present invention, both the substrate 1 and the optical waveguide 4 are made of MgO: LiNbO 3 , and the temperature coefficients of the refractive indices perpendicular to the respective substrate surfaces are substantially equal.
This is probably because the value of √P 0 was larger than that of the conventional device, and the temperature change of the phase matching condition shown in Expression (4) was reduced.
【0031】この結果、従来の第二高調波発生素子に較
べて上記許容温度範囲がを約100倍に広げることがで
きたのである。図11に示した本発明の第2高調波発生
素子は図12のように実装して小形可視光光源として使
用する。出力約100mW、波長830nmの大出力半
導体レーザ111のレーザ光はレンズ系112により第
2高調波発生素子113の光導波部端面に集光され、波
長415nmの第2高調波は出射面115より出射しコ
リメートレンズ系116により平行光にされる。なお入
射面114には反射防止膜がコーティングされ、出射面
115には波長830nmの基本波をカットするコーテ
ィングが施されている。As a result, the permissible temperature range could be extended about 100 times as compared with the conventional second harmonic generation element. The second harmonic generation element of the present invention shown in FIG. 11 is mounted as shown in FIG. 12 and used as a small visible light source. The laser light of the high power semiconductor laser 111 having an output of about 100 mW and a wavelength of 830 nm is condensed on the end face of the optical waveguide portion of the second harmonic generation element 113 by the lens system 112, and the second harmonic having the wavelength of 415 nm is emitted from the emission surface 115. The light is collimated by the collimating lens system 116. The incident surface 114 is coated with an anti-reflection film, and the output surface 115 is coated with a coating for cutting a fundamental wave having a wavelength of 830 nm.
【0032】〔実施例 3〕図12は上記図11の可視
光光源を搭載した追記型光ディスク用ヘッドの一例の構
成図である。上記小形可視光光源121の出射光は偏光
ビームスプリッタ122を透過し、λ/4波長板123
により円偏光に変換され対物レンズ124により光ディ
スク125に集光される。光ディスク125からの反射
光は偏光ビームスプリッタ122により反射され、集光
レンズ126により集光され、ハーフミラー127で二
分割される。2分割された光の一方は2分割ホトセンサ
128に導かれ光ディスクのトラッキング誤差信号に変
換される。2分割された光の他方は4分割ホトセンサ1
29に導かれフォーカシング誤差信号と再生信号に変換
される。[Embodiment 3] FIG. 12 is a block diagram of an example of a write-once optical disc head on which the visible light source of FIG. 11 is mounted. The light emitted from the small visible light source 121 passes through the polarizing beam splitter 122 and is transmitted to the λ / 4 wavelength plate 123.
Is converted into circularly polarized light, and is converged on the optical disk 125 by the objective lens 124. The reflected light from the optical disk 125 is reflected by the polarization beam splitter 122, collected by a condenser lens 126, and split into two by a half mirror 127. One of the two divided lights is guided to a two-part photosensor 128 and converted into a tracking error signal of the optical disk. The other of the two divided lights is a four-divided photo sensor 1.
It is guided to 29 and converted into a focusing error signal and a reproduction signal.
【0033】〔実施例 4〕図13は図11の可視光光
源を搭載した光磁気ディスク用ヘッドの一例の構成図で
ある。上記可視光光源121の出射光は偏光ビームスプ
リッタ132を通過し、反射プリズム133で立ち上げ
られ、対物レンズ134で光ディスク135上に集光さ
れる。136は書き込み、消去用の磁気コイルである。
ディスク面135からの反射光は偏光ビームスプリッタ
132で反射され、λ/2波長板137を通過して集光
レンズ138により集光され、偏光ビームスプリッタ1
39により2分割される。2分割された光の一方は2分
割フォトセンサ1310に入力されトラッキング誤差信
号に変換される。2分割された光の他方は4分割フォト
センサ1311上に導かれてフォーカシング誤差信号と
光磁気再生信号に変換される。上記可視光光源121は
ヘッド光学系を適宜変更することにより、再生専用型光
ディスクや相変化型光ディスクにも適用することができ
る。[Embodiment 4] FIG. 13 is a structural view of an example of a magneto-optical disk head equipped with the visible light source of FIG. The light emitted from the visible light source 121 passes through the polarization beam splitter 132, is raised by the reflection prism 133, and is focused on the optical disk 135 by the objective lens 134. 136 is a magnetic coil for writing and erasing.
The reflected light from the disk surface 135 is reflected by the polarization beam splitter 132, passes through the λ / 2 wavelength plate 137, and is condensed by the condenser lens 138.
39 is divided into two. One of the two divided lights is input to the two-part photosensor 1310 and converted into a tracking error signal. The other of the two divided lights is guided onto a four-divided photosensor 1311 and converted into a focusing error signal and a magneto-optical reproduction signal. The visible light source 121 can be applied to a read-only optical disk or a phase-change optical disk by appropriately changing the head optical system.
【0034】〔実施例 5〕図14は上記実施例3また
は実施例4の光ヘッドを用いた光情報記録再生装置14
4の概略構成図である。アクチュエータ142に搭載さ
れた光ヘッド141は光記録媒体145からの光情報を
電気信号に変換して信号処理手段する。この光情報記録
再生装置においては本発明の第2高調波変換素子が生成
する青色光を用いることができるので、ディスク上のス
ポット径を0.5μmに小さくできるので記録密度を従
来の4倍に高めることができる。また、第2高調波発生
素子の温度変動が僅少であるため従来装置では省くこと
ができなかった温度制御系を不必要になり、このためシ
ステムが簡単化されて経済化されると同時に、光ヘッド
が小型軽量化されるのでアクセス時間を短縮することが
できる。Fifth Embodiment FIG. 14 shows an optical information recording / reproducing apparatus 14 using the optical head of the third or fourth embodiment.
4 is a schematic configuration diagram of FIG. The optical head 141 mounted on the actuator 142 converts optical information from the optical recording medium 145 into an electric signal and performs signal processing. In this optical information recording / reproducing apparatus, the blue light generated by the second harmonic conversion element of the present invention can be used, and the spot diameter on the disk can be reduced to 0.5 μm, so that the recording density is four times that of the conventional one. Can be enhanced. Further, since the temperature fluctuation of the second harmonic generation element is very small, a temperature control system which cannot be omitted in the conventional apparatus becomes unnecessary, thereby simplifying the system and making it economical. Since the head is reduced in size and weight, the access time can be reduced.
【0035】[0035]
【発明の効果】光学基板をMgO:LiNbO3、光導
波路をLiNbO3または、上記光学基板よりマグネシ
ウムのドープ量が少ないMgO:LiNbO3材とする
ことにより基板法線方向の屈折率の温度係数比を0.9
〜1.1と1に近い値に設定でき、また、基本波から第
2高調波への変換性能を表す結合係数をK、基本波の入
力パワーをP0としてK√P0の値を10m~1以上の大き
な値に設定できるため、許容温度幅を従来の屈折率異方
性を利用したモ−ド変換素子の0.1℃に較べて100
倍以上の10℃に拡大した第2高調波発生素子を提供す
ることができる。また、上記光導波路の金属酸化膜の液
相エピタキシャル成長により、光導波路内に断面形状が
矩形の分極反転格子が高精度に作製できるので、基本波
から第2高調波への変換係数と高めることができる。ま
た、上記第2高調波発生素子を用いて光ディスクの短波
長記録を可能にする波長が400nm帯のレ−ザ光源装
置を提供することができる。The optical substrate is made of MgO: LiNbO 3 , the optical waveguide is made of LiNbO 3, or the MgO: LiNbO 3 material having a smaller doping amount of magnesium than that of the optical substrate is used, whereby the temperature coefficient ratio of the refractive index in the normal direction of the substrate is obtained. To 0.9
To 1.1 and can be set to a value close to 1, also the coupling coefficient representing the conversion performance from the fundamental wave to the second harmonic K, the value of K√P 0 input power of the fundamental wave as P 0 10 m Since it can be set to a large value of ~ 1 or more, the allowable temperature range is 100 times larger than that of the conventional mode conversion element utilizing the refractive index anisotropy of 0.1 ° C.
It is possible to provide a second harmonic generation element which has been enlarged to 10 ° C. which is twice or more. In addition, the liquid crystal epitaxial growth of the metal oxide film of the optical waveguide allows a highly accurate domain-inverted grating having a rectangular cross section to be formed in the optical waveguide, so that the conversion coefficient from the fundamental wave to the second harmonic can be increased. it can. Further, it is possible to provide a laser light source device having a wavelength of 400 nm for enabling short-wavelength recording on an optical disk by using the second harmonic generation element.
【図1】本発明による第2高調波発生素子の斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view of a second harmonic generation device according to the present invention.
【図2】図1の第2高調波発生素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the second harmonic generation device of FIG.
【図3】従来のモード位相整合法を用いた第2高調波発
生素子の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a second harmonic generation element using a conventional mode phase matching method.
【図4】従来のチェレンコフ位相整合法を用いた第2高
調波発生素子の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a second harmonic generation element using a conventional Cherenkov phase matching method.
【図5】従来の分極反転を用いた第2高調波発生素子の
斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a conventional second harmonic generation element using polarization inversion.
【図6】本発明による第2高調波発生素子の変換効率の
温度特性例である。FIG. 6 is an example of a temperature characteristic of conversion efficiency of the second harmonic generation device according to the present invention.
【図7】本発明による第2高調波発生素子の屈折率温度
係数比と温度許容幅の関係図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the temperature coefficient ratio of the refractive index of the second harmonic generation element and the allowable temperature range of the element according to the present invention.
【図8】本発明による第2高調波発生素子の結合係数と
温度許容幅の関係図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the coupling coefficient of the second harmonic generation element and the allowable temperature range according to the present invention.
【図9−1】本発明による第2高調波発生素子の製造工
程図である。FIG. 9A is a manufacturing process diagram of the second harmonic generation element according to the present invention.
【図9−2】本発明による第2高調波発生素子の製造工
程図である。FIG. 9-2 is a manufacturing step diagram of the second harmonic generation element according to the present invention.
【図10】本発明による第2高調波発生素子の温度特性
測定結果である。FIG. 10 is a graph showing temperature characteristic measurement results of the second harmonic generation device according to the present invention.
【図11】本発明による第2高調波発生素子の外観図で
ある。FIG. 11 is an external view of a second harmonic generation device according to the present invention.
【図12】本発明による第2高調波発生素子を用いた可
視光光源の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a visible light source using the second harmonic generation device according to the present invention.
【図13】図11の可視光光源を用いた追記型光ディス
クヘッドの構成図である。13 is a configuration diagram of a write-once optical disk head using the visible light source of FIG.
【図14】図11の可視光光源を搭載した光磁気型光デ
ィスクヘッドの構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a magneto-optical disk head on which the visible light source of FIG. 11 is mounted.
【図15】光情報記録再生装置の構成図である。FIG. 15 is a configuration diagram of an optical information recording / reproducing apparatus.
1 基板 2 薄膜 3 分極反転格子 4 光導波路 5 基本波 6 第2高調波 111 レ−ザダイオ−ド 113 第2高調波発生素子 121 可視光光源 122、132 偏光ビームスプリッタ 124、134 対物レンズ 141 光ヘッド 145 光記録媒体 Reference Signs List 1 substrate 2 thin film 3 domain-inverted grating 4 optical waveguide 5 fundamental wave 6 second harmonic 111 laser diode 113 second harmonic generation element 121 visible light source 122, 132 polarization beam splitter 124, 134 objective lens 141 optical head 145 optical recording medium
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日良 康夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 生産技術研究所内 (72)発明者 佐藤 秀己 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 生産技術研究所内 (72)発明者 福島 貴子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平4−97232(JP,A) 特開 平4−104233(JP,A) 特開 平3−287141(JP,A) 特開 平2−63026(JP,A) 特開 平2−187735(JP,A) 特開 平3−191332(JP,A) 国際公開90/9094(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 - 1/39 H01S 3/108 - 3/109 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasuo Hira 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Production Engineering Laboratory (72) Inventor Hideki Sato 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (72) Inventor Takako Fukushima 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (56) References JP-A-4-97232 (JP, A) JP-A-4-104233 (JP, A) JP-A-3-287141 (JP, A) JP-A-2-63026 (JP, A) JP-A-2-187735 (JP, A) JP-A-3-191332 ( JP, A) International Publication 90/9094 (WO, A1) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/35-1/39 H01S 3/108-3/109
Claims (2)
反転する部分を等間隔に隣接して設けた光導波路を有す
る第2高調波発生素子の製造方法において、上記光学基
板の表面の自発分極方向を等間隔で反転させる第1工程
と、上記第1工程を経た上記光学基板を、光導波層を構
成する強誘電体金属酸化物の原料粉末をフラックスと混
合して酸素及び水蒸気雰囲気下で加熱溶融して得られる
溶融体に浸漬し、上記光学基板上に金属酸化膜を液相エ
ピタキシャル成長させる第2工程と、上記光学基板表面
に設けた自発分極部の分極方向を上記金属酸化膜に転写
する第3工程とを備えたことを特徴とする第2高調波発
生素子の製造方法。 1. A method of manufacturing a second harmonic generation element having an optical waveguide in which portions where nonlinear optical coefficients are alternately inverted on a surface of an optical substrate are provided at equal intervals adjacent to each other. A first step of inverting the polarization direction at equal intervals; and mixing the optical substrate having undergone the first step with a flux of a raw material powder of a ferroelectric metal oxide constituting an optical waveguide layer under an atmosphere of oxygen and water vapor. Dipping in a melt obtained by heating and melting in a second step of liquid phase epitaxial growth of the metal oxide film on the optical substrate, and the polarization direction of the spontaneously polarized portion provided on the surface of the optical substrate to the metal oxide film A method of manufacturing a second harmonic generation element, comprising a third step of transferring.
酸リチウム(Li2B2O4)、またはフッ化リチウム
(LiF)、またはフッ化カリウム(KF)としたこと
を特徴とする第2高調波発生素子の製造方法。 2. The second harmonic according to claim 1, wherein the flux is lithium borate (Li 2 B 2 O 4 ), lithium fluoride (LiF), or potassium fluoride (KF). A method for manufacturing a wave generating element.
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-
1991
- 1991-05-10 JP JP10605991A patent/JP3050333B2/en not_active Expired - Lifetime
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