JPH01257922A - 導波路型波長変換素子 - Google Patents
導波路型波長変換素子Info
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- JPH01257922A JPH01257922A JP8519588A JP8519588A JPH01257922A JP H01257922 A JPH01257922 A JP H01257922A JP 8519588 A JP8519588 A JP 8519588A JP 8519588 A JP8519588 A JP 8519588A JP H01257922 A JPH01257922 A JP H01257922A
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- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、コヒーレントな短波長小型光源の実現を可能
にする、半導体レーザ用波長変換素子に関する。
にする、半導体レーザ用波長変換素子に関する。
波長変換素子、特に第２次高調波発生（ＳＨＧ）素子は
、エキシマレーザなどでは得にくいコヒーレントな短波
長光を得るデバイスとして産業上極めて重要である。
、エキシマレーザなどでは得にくいコヒーレントな短波
長光を得るデバイスとして産業上極めて重要である。
半導体レーザは小型で高出力のコヒーレント光を発振す
る光源として各種の光通信機器や光情報機器に使用され
ている。現在、この半導体レーザから得られる光の波長
は０．７８μｍ−１，５５μｍの近赤外領域の波長であ
る。この半導体レーザをデイスプレィ等、さらに広く機
器に応用するために、赤色、緑色、青色等、より短波長
の光が求められているが、現在の技術ではこの種の半導
体レーザをにわかに実現するのは難しい。したがって半
導体レーザの出力程度でも効率よく波長変換できる波長
変換素子が実現できると、その効果は甚大である。
る光源として各種の光通信機器や光情報機器に使用され
ている。現在、この半導体レーザから得られる光の波長
は０．７８μｍ−１，５５μｍの近赤外領域の波長であ
る。この半導体レーザをデイスプレィ等、さらに広く機
器に応用するために、赤色、緑色、青色等、より短波長
の光が求められているが、現在の技術ではこの種の半導
体レーザをにわかに実現するのは難しい。したがって半
導体レーザの出力程度でも効率よく波長変換できる波長
変換素子が実現できると、その効果は甚大である。
近年、半導体レーザの製作技術が発達して、従来にも増
して高出力の特性が得られるようになってきた。このた
め、光導波路型のＳＨＯ素子を構成すれば、光の回折に
よるエネルギ密度の減少を回避でき、半導体レーザ程度
の光強度でも、比較的高い変換効率で波長変換素子を実
現できる可能性がある。その様な例として、ニオブ酸リ
チウム結晶に光導波路を形成し、この光導波路に近赤外
光を透過し、これから結晶基板中に放射（チェレンコフ
輻射）される第２次高調波を得る方式のＳＨＧ素子の発
明がある（特開昭６０−１４２２２号公報。
して高出力の特性が得られるようになってきた。このた
め、光導波路型のＳＨＯ素子を構成すれば、光の回折に
よるエネルギ密度の減少を回避でき、半導体レーザ程度
の光強度でも、比較的高い変換効率で波長変換素子を実
現できる可能性がある。その様な例として、ニオブ酸リ
チウム結晶に光導波路を形成し、この光導波路に近赤外
光を透過し、これから結晶基板中に放射（チェレンコフ
輻射）される第２次高調波を得る方式のＳＨＧ素子の発
明がある（特開昭６０−１４２２２号公報。
特開昭６１−９４０３１号公報）。
上述の方式のＳＨＧ素子は、基本波と第２次高調波との
位相整合条件が自動的にとれているため、精密な温度調
節が必要ないという特長を持つ反面、第２次高調波出力
が基板放射光であるため波面が特異で、収差のきつい、
あたかも「細い眉毛」の様な強度分布の光が基板の端面
から出てくる。このため、この光をガウス状強度分布の
通常の使いやすいビームに変換するには、この収差を補
正する高級なレンズを必要とする。しかし、第２次高調
波出力光も半導体レーザの出射光と同じようにチャンネ
ル導波光であれば、このような不便は生じない。
位相整合条件が自動的にとれているため、精密な温度調
節が必要ないという特長を持つ反面、第２次高調波出力
が基板放射光であるため波面が特異で、収差のきつい、
あたかも「細い眉毛」の様な強度分布の光が基板の端面
から出てくる。このため、この光をガウス状強度分布の
通常の使いやすいビームに変換するには、この収差を補
正する高級なレンズを必要とする。しかし、第２次高調
波出力光も半導体レーザの出射光と同じようにチャンネ
ル導波光であれば、このような不便は生じない。
本発明の目的は、上述の従来の導波型ＳＨＧ素子の持つ
難点を取り除き、第２次高調波出力光がチャンネル導波
光となる構造の導波路型波長変換素子を提供することに
ある。
難点を取り除き、第２次高調波出力光がチャンネル導波
光となる構造の導波路型波長変換素子を提供することに
ある。
本発明の導波路型波長変換素子は、
Ｘ板またはＹ板ニオブ酸リチウム結晶面上のＺ軸にほぼ
直交する方向に進み、平行する２本の側壁と、 これら２本の側壁の間の同一場所に形成され、互いに重
なり合う第一及び第二の２本のチャンネル光導波路と、 第一のチャンネル光導波路の基本波（周波数ω）に対す
る位相定数β（ω）と第二のチャンネル光導波路の前記
基本波の第２高調波に対する位相定数β（２ω）との間
で、β（２ω）−２β（ω）＝２π／Δなる関係をほぼ
満たすように、第一及び第二のチャンネル光導波路の光
透過方向に屈折率の変化の周期Ａを与える位相整合グレ
ーティングとを有している。
直交する方向に進み、平行する２本の側壁と、 これら２本の側壁の間の同一場所に形成され、互いに重
なり合う第一及び第二の２本のチャンネル光導波路と、 第一のチャンネル光導波路の基本波（周波数ω）に対す
る位相定数β（ω）と第二のチャンネル光導波路の前記
基本波の第２高調波に対する位相定数β（２ω）との間
で、β（２ω）−２β（ω）＝２π／Δなる関係をほぼ
満たすように、第一及び第二のチャンネル光導波路の光
透過方向に屈折率の変化の周期Ａを与える位相整合グレ
ーティングとを有している。
以下本発明を実施例に基づき図面を用いて詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例である導波路型波長変換素子
の構造を示す斜視図、第２図はその断面図である。Ｉは
ＬｉＮｂｏｓ結晶基板であり、基板方位はＸ板（すなわ
ち、基板に立てた法線はＸ軸）である。この結晶面上に
、Ｚ軸にほぼ直交する方向に進む側壁２ａ＋ ２ｂを
設け、これらの側壁の間に、これらの側壁に沿って、ニ
オブ酸リチウム結晶面上に第一のチャンネル光導波路３
が形成されている。そして、この第一のチャンネル光導
波路３を形成した同一の結晶面上の同一位置に、第二の
チャンネル光導波路４が併せて設けられている。第一の
チャンネル光導波路３は、ニオブ酸リチウム結晶面にＴ
ｉを拡散して形成されたＴｉ拡散チャンネル光導波路で
あり、第二のチャンネル光導波路４は、イオン交換法で
形成されたＨ＋交換チャンネル光導波路である。
の構造を示す斜視図、第２図はその断面図である。Ｉは
ＬｉＮｂｏｓ結晶基板であり、基板方位はＸ板（すなわ
ち、基板に立てた法線はＸ軸）である。この結晶面上に
、Ｚ軸にほぼ直交する方向に進む側壁２ａ＋ ２ｂを
設け、これらの側壁の間に、これらの側壁に沿って、ニ
オブ酸リチウム結晶面上に第一のチャンネル光導波路３
が形成されている。そして、この第一のチャンネル光導
波路３を形成した同一の結晶面上の同一位置に、第二の
チャンネル光導波路４が併せて設けられている。第一の
チャンネル光導波路３は、ニオブ酸リチウム結晶面にＴ
ｉを拡散して形成されたＴｉ拡散チャンネル光導波路で
あり、第二のチャンネル光導波路４は、イオン交換法で
形成されたＨ＋交換チャンネル光導波路である。
第一のチャンネル光導波路３には半導体レーザ６の出力
光が入射基本波（周波数ω）７として結合される。第二
のチャンネル光導波路４は、基本波７から変換された第
２次高調波８を導く。導波路端面から放射された導波路
第２次高調波８は、円レンズ９によって円形コリメート
光１０に変換される。
光が入射基本波（周波数ω）７として結合される。第二
のチャンネル光導波路４は、基本波７から変換された第
２次高調波８を導く。導波路端面から放射された導波路
第２次高調波８は、円レンズ９によって円形コリメート
光１０に変換される。
上記２本の光導波路３及び４と位相整合グレーティング
５は以下のような構造をしている。半導体レーザ６から
の入射光であり結晶基板１のＺ方向に平行な電界成分を
持つＴＥ波である基本波７を伝搬させるＴｉ拡散光導波
路３の、波長０．８３μｍ基本波に対する等価屈折率ｎ
（ω）は２．１７７であり、第２次高調波が伝搬するＨ
°交換光導波路４の、波長０．４７．５μｍ第２次高調
波に対する等価屈折率ｎ ＋ｚω）は２．３８７であり
、２つの波の位相定数（β）に差がある。このため、こ
のままでは基本波から第２次高調波への変換は生じない
。
５は以下のような構造をしている。半導体レーザ６から
の入射光であり結晶基板１のＺ方向に平行な電界成分を
持つＴＥ波である基本波７を伝搬させるＴｉ拡散光導波
路３の、波長０．８３μｍ基本波に対する等価屈折率ｎ
（ω）は２．１７７であり、第２次高調波が伝搬するＨ
°交換光導波路４の、波長０．４７．５μｍ第２次高調
波に対する等価屈折率ｎ ＋ｚω）は２．３８７であり
、２つの波の位相定数（β）に差がある。このため、こ
のままでは基本波から第２次高調波への変換は生じない
。
Ｔｉ拡散光導波路３の基本波に対する位相定数をβ１ω
）、Ｈ゛交換光導波路４の第２次高調波に対する位相定
数をβ３２ω） としたとき、今、β１２ω〉−２β１
ω）−２π／八 すなわち、 ｎｔｚω）−ｎ（ω’ ＝０．４１５／Ａの関係を満た
す周期Δμｍの屈折率の変化の周期があれば、効率のよ
い波長変換が行われる。結晶基板１上の同一場所に形成
された２本の光導波路３．４の導波路上に設けた誘電体
である位相整合グレーティング５は、この役割を果たす
。上記の等価屈折率の値の場合、この周期Δは、２μｍ
程度となり、通常のＳｉｎ、成膜法やリソグラフィー技
術を用いて位相整合グレーティング５を形成することが
出来る。
）、Ｈ゛交換光導波路４の第２次高調波に対する位相定
数をβ３２ω） としたとき、今、β１２ω〉−２β１
ω）−２π／八 すなわち、 ｎｔｚω）−ｎ（ω’ ＝０．４１５／Ａの関係を満た
す周期Δμｍの屈折率の変化の周期があれば、効率のよ
い波長変換が行われる。結晶基板１上の同一場所に形成
された２本の光導波路３．４の導波路上に設けた誘電体
である位相整合グレーティング５は、この役割を果たす
。上記の等価屈折率の値の場合、この周期Δは、２μｍ
程度となり、通常のＳｉｎ、成膜法やリソグラフィー技
術を用いて位相整合グレーティング５を形成することが
出来る。
第１図の実施例における側壁２ａ及び２ｂは以下の理由
で設けである。ニオブ酸リチウム結晶のもつ光学的異方
性の特性から、体積平面波の波面伝搬方向がＹ方向から
Ｚ方向に回転すると、屈折率は増大する。Ｙ軸から１６
〜１７度程度振れると、体積平面波の屈折率ｎ ！１Ｌ
ＩＬＩ［（２ω） は、上式と同様の関係を満たすよう
になる。すなわち、ｎ ＩＩＵＬＫ （２ω）−ｎ（ω
’ ＝０．４１５／Δが成り立つ。このことは、Ｙ軸か
ら１６〜１７度程度振れた方向にも第２次高調波が放射
されることになる。２つの側壁が無く平面構造であった
ならば、この条件はＹ軸を挟んで＋２．−２両方向に存
在し、第２次高調波は導波路４を伝わる波だけではなく
体積波にも変換され、狙いとする導波路第２次高調波８
への変換効率は大幅に減少する。本発明によれば、側壁
２ａ、’ｌｂを設けであるため、導波路第２次高調波８
へ効率よく変換が達成される。
で設けである。ニオブ酸リチウム結晶のもつ光学的異方
性の特性から、体積平面波の波面伝搬方向がＹ方向から
Ｚ方向に回転すると、屈折率は増大する。Ｙ軸から１６
〜１７度程度振れると、体積平面波の屈折率ｎ ！１Ｌ
ＩＬＩ［（２ω） は、上式と同様の関係を満たすよう
になる。すなわち、ｎ ＩＩＵＬＫ （２ω）−ｎ（ω
’ ＝０．４１５／Δが成り立つ。このことは、Ｙ軸か
ら１６〜１７度程度振れた方向にも第２次高調波が放射
されることになる。２つの側壁が無く平面構造であった
ならば、この条件はＹ軸を挟んで＋２．−２両方向に存
在し、第２次高調波は導波路４を伝わる波だけではなく
体積波にも変換され、狙いとする導波路第２次高調波８
への変換効率は大幅に減少する。本発明によれば、側壁
２ａ、’ｌｂを設けであるため、導波路第２次高調波８
へ効率よく変換が達成される。
一方、導波路の厚さや結晶屈折率などにゆらぎや温度変
化があると、導波路の等価屈折率は変化し、上式が満た
されなくなり、波長変換は極めて不安定になる。これを
避けるために、導波路上に設けた誘電体の周期を、光透
過方向に徐々に変化させることによって、等価屈折率の
ゆらぎや温度変化を吸収して安定な波長変換を実現する
ことが出来る。図では最大の周期をΔｌで、最小の周期
をΔ、で示している。
化があると、導波路の等価屈折率は変化し、上式が満た
されなくなり、波長変換は極めて不安定になる。これを
避けるために、導波路上に設けた誘電体の周期を、光透
過方向に徐々に変化させることによって、等価屈折率の
ゆらぎや温度変化を吸収して安定な波長変換を実現する
ことが出来る。図では最大の周期をΔｌで、最小の周期
をΔ、で示している。
以上の構成の導波路型波長変換素子によれば、半導体レ
ーザ６から入射された基本波７は、波面収差のない第２
次高調波に変換されて出力され、円レンズ９によって円
形コリメート光１０に変換される。
ーザ６から入射された基本波７は、波面収差のない第２
次高調波に変換されて出力され、円レンズ９によって円
形コリメート光１０に変換される。
チャンネル光導波路４が、イオン交換法等の単一プロセ
スで形成されていて、結晶端面から放射される第２次高
調波の導波路垂直方向への強度分布に非対称が生じ、円
レンズ９で変換されたコリメート光１０が、ガウス状円
形ビームから形状が隔たる場合には、チャンネル光導波
路４を埋め込み構造にして、放射光強度分布を対称化す
ることも、 可能である。これは、上記のプロセスの
後、マグネシウム等の屈折率を低下させる原子を熱拡散
法等で、追拡散させるという公知の技術を用いることで
実現される。
スで形成されていて、結晶端面から放射される第２次高
調波の導波路垂直方向への強度分布に非対称が生じ、円
レンズ９で変換されたコリメート光１０が、ガウス状円
形ビームから形状が隔たる場合には、チャンネル光導波
路４を埋め込み構造にして、放射光強度分布を対称化す
ることも、 可能である。これは、上記のプロセスの
後、マグネシウム等の屈折率を低下させる原子を熱拡散
法等で、追拡散させるという公知の技術を用いることで
実現される。
以上の説明のように本発明によれば、第２次高調波に波
面収差のない、安定な導波路型波長変換素子が得られる
。
面収差のない、安定な導波路型波長変換素子が得られる
。
また、本発明によれば、結晶基板にＸＦｉないしはＹ板
を用いており、Ｚ板を用いていないために、半導体レー
ザを導波路端面に直接に接続でき、Ｚ板の場合のように
半波長板を介したり、半導体レーザチップを９０度傾け
たりする必要がなく、実装上極めて好都合である。
を用いており、Ｚ板を用いていないために、半導体レー
ザを導波路端面に直接に接続でき、Ｚ板の場合のように
半波長板を介したり、半導体レーザチップを９０度傾け
たりする必要がなく、実装上極めて好都合である。
第１図は本発明の一実施例の導波路型波長変換素子の構
造を説明する斜視図、 第２図はその断面図である。 １・・・ＬｉＮｂ０＋結晶基板 ２ａ、’ｌｂ・・側壁 ３・・・第一のチャンネル光導波路 ４・・・第二のチャンネル光導波路 ５・・・位相整合グレーティング ６・・・半導体レーザ ７・・・基本波 ８・・・第２次高調波 ９・・・円レンズ １０・・・円形コリメート光 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 −（へ）
造を説明する斜視図、 第２図はその断面図である。 １・・・ＬｉＮｂ０＋結晶基板 ２ａ、’ｌｂ・・側壁 ３・・・第一のチャンネル光導波路 ４・・・第二のチャンネル光導波路 ５・・・位相整合グレーティング ６・・・半導体レーザ ７・・・基本波 ８・・・第２次高調波 ９・・・円レンズ １０・・・円形コリメート光 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 −（へ）
Claims (1)
- （１）Ｘ板またはＹ板ニオブ酸リチウム結晶面上のＺ軸
にほぼ直交する方向に進み、平行する２本の側壁と、 これら２本の側壁の間の同一場所に形成され、互いに重
なり合う第一及び第二の２本のチャンネル光導波路と、 第一のチャンネル光導波路の基本波（周波数ω）に対す
る位相定数β＾（＾ω＾）と第二のチャンネル光導波路
の前記基本波の第２高調波に対する位相定数β＾（＾２
＾ω＾）との間で、β＾（＾２＾ω＾）−２β＾（＾ω
＾）＝２π／Λなる関係をほぼ満たすように、第一及び
第二のチャンネル光導波路の光透過方向に屈折率の変化
の周期Λを与える位相整合グレーティングとを有する導
波路型波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8519588A JPH01257922A (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 導波路型波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8519588A JPH01257922A (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 導波路型波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01257922A true JPH01257922A (ja) | 1989-10-16 |
Family
ID=13851865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8519588A Pending JPH01257922A (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 導波路型波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01257922A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0498227A (ja) * | 1990-08-17 | 1992-03-30 | Nec Corp | 導波路型波長変換素子 |
| EP0576197A3 (en) * | 1992-06-17 | 1994-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Short wavelength coherent light generating apparatus |
| US5321709A (en) * | 1993-05-17 | 1994-06-14 | Cygnus Laser Corporation | Pulsed intracavity nonlinear optical frequency converter |
| EP0625811A1 (en) * | 1993-05-21 | 1994-11-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | A short wavelength light source apparatus |
| CN111061072A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-04-24 | 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 | 一种基于铌酸锂薄膜的光电器件及其制备方法 |
-
1988
- 1988-04-08 JP JP8519588A patent/JPH01257922A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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