JPH03251826A - 第２高調波発生素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、入射された基本波の第２高調波を発生する
素子に関するものである。

（従来の技術） 半導体レーザ、固体レーザ、気体レーザ等は、コヒーレ
ントな光を出力する光源として知られでおり、計測分野
、通信分野等の種々の分野で利用されている。しかし、
このようなレーザにおいては、材料等からの制約により
、得られる発振波長か限られており、特に、短波長の光
を得ることは難しい。そこで、半導体レーザ等で発せら
れる基本波の第２次高調波を発生出来る素子（以下、第
２高調波発生素子）の研究か、従来がら盛んに行なわれ
ている。

このような第２高調波発生素子の一例としては、例えば
文献■（エレクトロニクス　レターズ（ＥＬＥＣＴＲＯ
ＮＩＣ３ＬＥＴＴＥＲ３）Ｖｏｌ、２５　（１９８９）
　ｐｐ、Ｉ７４−１７５）に開示されているものがあっ
た。

この文献■に開示の従来の第２高調波発生素子は、強誘
電体結晶としてのＬｉＮｂＯ３基板に、第２高調波発生
部としての、非線形光学定数の符号か周期的に反転して
おりその周期が擬位相整合条件を満足する周期とされた
領域か作り込まれで成っていた。擬似相整合法による第
２高調波発生の原理は、文献■に開示される以前に、ア
ームストロング等により文献（フィジカル　レビュ（Ｐ
ｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ）　Ｖｏｌ、Ｉ２７　ｐ
、ｌ９１８　（１９６２））において理論的に予言され
てはいたか、素子を実際に構成し第２高調波の発生の確
認がなされたのは最近であり上述の文献■の第２高調波
発生素子がその代表的なものである。以下、この第２高
調波発生素子の構成につき第３図％９照して詳細に説明
する。ここで第３図は、この第２高調波発生素子の構成
を概略的に示した斜視図である。

この第２高調波発生素子では、Ｌ　Ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３の
非線形光学定数の符号が結晶の自発分極の方向に依存し
て変ることを利用している。なお、ＬＩＮｂＯ３結晶の
自発分極の方向の反転は、ＬＩＮｂＱ３結晶の所定部分
にＴｉ（チタン）を高温（例えば１０００℃程度）で拡
散すれば起こることが、例えば文献（ジャパニーズ　ジ
ャーナルオブ　アプライド　フィジックス（Ｊａｐａｎ
ｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ）Ｖｏｌ、６　ｐ、３１８（１９６７））に開
示されている。

文献■に開示の第２高調波発生素子においてもＴｉ拡散
によって自発分極の方向の反転を行なっている。具体的
には、第３図に示すように、厚さか０．５ｍｍのＬｉＮ
ｂＯ３基板１１の＋０面にストライブ状のＴｉ拡散領域
１３が選択的に形成されていた６Ｔｉを拡散させたスト
ライブ状の領域１３では自発分極の方向かＴ、Ｖ拡散さ
せることにより反転し、第３図に示すように下向きにな
る。これに対し、Ｔｉを拡散させない領域１５の自発分
極の向きは上向きのままである。これによりＬ１Ｎｂ０
３に自発分極の周期的反転（ドメイン反転）構造１７が
構成され、よって、非線形光学定数の符号が周期的に反
転する領域１９（以下、ドメイン反転領域１９と称する
こともある。）が構成される。

Ｔｉを拡散させた領域１３の幅をｆ！。及びＴｉを拡散
させない領域１５の幅をρ、で示し並びに基本波に対す
るコヒーレンス長を！。て示すとすると、領域１３及び
領域１５各々１つづつで構成される上述の周期構造１７
の周期ρ。＋ρ２か、下記０式％式％ を満足するように、即ち、周期がコヒーレンス長ρ。の
奇数倍になるようにこの周期構造１７を形成すれば擬位
相整合条件を満足する。なお、上記０式中のｍは０又は
正の整数である。また、β０は、下記０式で与えられる
ことか知られている（例えば、文献ニアブライド　フィ
ジックス　レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　Ｖｏｌ、４７（１９８５）ｐｐ、
　＋　１２５〜＋　１２７）。但し、下記０式中、λは
基本波の真空中の波長、ｎ２ＷはＬｉＮｂＯ２の第２高
調波に対する屈折率、ｎＷはＬｉＮｂＯ２の基本波に対
する屈折率である。

８　　　　−・・■ ρ・−４（、・・−０・） コヒーレンス長１゜の具体的な値としては、例えば文献
（アプライド　フィジックス　レターズ（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　Ｖｏｌ、３７
（１９８０）　ｐｐ。

６０７〜６７９）によれば、ＬｉＮｂＯ２そ用いた場合
てλ＝１．０６ｕｍの場合、３．４ｕｍである。

また、文献■に開示の第２高調波発生素子では、ドメイ
ン反転領域１９を形成した後プロトン交換法によってＬ
ｉＮｂＯ３基板１１にドメイン反転領域１９の厚さと同
程度の厚さの先導波路２１（厚さ方向について第３図中
点線を付してあるもの）か形成される。

この第２高調波発生素子においては、その一端例えば第
３図のａて示す端部から光導波路２１に基本波り、をド
メイン反転領域１９のストライブ状の領域１３のストラ
イブ方向と直交する方向で入射させると、°他端（出射
側端部）ｂから基本波Ｌ１及び該基本波の第２高調波Ｌ
２が得られる。

そして、光導波路２１に波長１．０６ｕｍの基本波％１
ｍＷのパワーで入射させることが出来、この際、波長５
３２ｎｍの第２高調波即ち青色の光か０．５ｎＷのパワ
ーで得られた。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、第３図を用いで説明した従来の第２高調
波発生素子では、１ｍＷの入射基本波に対し第２高調波
はわずかに０．５ｎＷしか得られず、変換効率（第２高
調波のパワー／入射基本波のパワー）は、０．５　ｎＷ
／１　ｍＷ＝０．５ｘ１０−６にすぎない。

さらに、当該第２高調波発生素子と、この素子に基本波
を与える光源（例えばレーザ）とのカップ１ノング効率
を考慮した場合、第２高調波発生素子に例えば１ｍＷの
パワーを与えるためには光源から（よそれより高いパワ
ーの基本波を出射しなければならす従って光源を出た際
の基本波のバラと第２高調波発生素子から出る第２高調
波のパワーとの間での変換効率を求めた場合の値は上記
変換効率よりざらに小さくなる。従って、この第２高調
波発生素子を青色（波長５３２ｎｍの光が得られる）発
光素子として利用する場合、その実目的な価箭は低いも
のとなってしまう。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、基本波のパワーの第２高調波の
パワーへの変換効率を従来より向上させ得る第２高調波
発生素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、強誘電
体結晶に、入射される基本波の第２高調波を発生する第
２高調波発生部を具えて成る第２高調波発生素子におい
て、 強誘電体結晶の、第２高調波発生部の基本波が入射され
る側の前段領域及び第２高調波が出射される側の後段領
域各々に、前述の基本波を前述の第２高調波発生部に閉
じ込めるための光学的屈折率の高い部分及び低い部分を
交互に周期的に具えた屈折率の周期的構造を設けたこと
を特徴とする。

なお、この発明の実施に当たり、前述の光学的屈折率の
高い部分を、前述の強誘電体結晶に異種物質を導入して
形成した領域で構成し、第２高調波発生部前段に設ける
前述の屈折率の周期的構造の周期へ、を下記０式を満足
する値とし、 前述の第２高調波発生部後段に設ける前述の屈折率の周
期的構造の周期へ。を下記０式を満足する値とするのか
好適である。

但し、式中、λは基本波の真空中の波長、ｋ　１、ｋ２
　、ｍｌ　、ｍ２各々はＯ又は正の整数、ｎ＋ｗゝは強
誘電体結晶の屈折率の周期的構造部分における基本波に
対する屈折率、ｎ（２１＃ｌは強誘電体結晶の屈折率の
周期的構造部分における第２高調波に対する屈折率であ
る。

または、　前記屈折率の周期的構造を、前述の強誘電体
結晶に異種物質を厚ざｄｌて導入して形成した領域及び
前述の強誘電体結晶に前述の異種物質を厚さｄ２　（ｄ
＋　＞６２）で導入して形成した領域を交互に周期的に
有する先導波路で構成し、 第２高調波発生部前段に設ける前記屈折率の周期的構造
の周期△Ｉを下記（Ａ）式を満足する値とし、 前記第２高調波発生部後段に設ける前記屈折率の周期的
構造の周期へ。を下記ＣＢ）式を満足する値としたこと を特徴とするのか好適である（但し、式中、入は基本波
の真空中の波長、ｋｌ、ｋ２、ｍｌ、ｍ２各々は０又は
正の整数、ｎ”ｏｆｆ（ｄｌｌは強誘電体結晶の屈折率
の周期的構造部分の厚さｄ１領域における基本波に対す
る実効屈折率、ｎ　”ｏｆｆ　（ｄ２）は強誘電体結晶
の屈折率の周期的構造部分の厚ざｄ２領域における基本
波に対する実効屈折率、ｎ　”ｏｆｆ　＋ｄｌｌは強誘
電体結晶の屈折率の周期的構造部分の厚ざｄ、領域にお
ける第２高調波に対する実効屈折率、ｎ２ｗ、ｆｆ、、
、２．は強誘電体結晶の屈折率の周期的構造部分の厚さ
ｄ２領域における第２高調波に対する実効屈折率である
。）。

なお、ここで云う、強誘電体結晶に異種物質を導入して
とは、これに限られるものではないが、例えば、異種物
質としてのチタンをＬｉＮｂＯ２に熱拡散によって導入
すること、異種物質としてのプロトン（Ｈ＋）をＬｉＮ
ｂＯ２にプロトン交換法によって導入すること等の意味
である。

ざらにこの発明の実施に当たり、前述の第２高調波発生
部を、前述の強誘電体結晶に非線形光学定数の符号が周
期的に反転している領域でかつ擬位相整合条件を満足す
る領域を形成し該領域で構成するのが好適である。

（作用） この発明の第２高調波発生素子によれば、第２高調波発
生部前段及び後段各々に基本波を第２高調波発生部に閉
じ込めるための屈折率の周期的構造を設けであるので、
これらにより基本波を第２高調波発生部内に閉じ込める
ことが可能になる。

基本波から第２高調波への変換効率は第２高調波発生部
における基本波のエネルギーと度に比例することが知ら
れているので（例えば文献ニオブティクス　コミユニケ
ーシヨンズ（ＯＰＴＩＣ３ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ
Ｓ）　Ｖｏｌ、６　（１９７２）ｐｐ、３０１−３０４
　、特に式（１７乃、第２高調波発生部に上述の如く基
本波を閉じ込めることか出来ると基本波の第２高調波発
生部におけるエネルキー密度が向上し結果的に基本波か
ら第２高調波への変換効率が向上する。

例えば、第２高調波発生部前段に設ける屈折率の周期的
構造の周期ＡＩを上記０式又は（Ａ）式を満足する値と
した場合、この屈折率の周期的構造は、基本波の波長の
１／２の整数倍及び第２高調波の波長の１／２の整数倍
の周期を持つものとなる。このため、前段の屈折率の周
期的構造は基本波に対しても第２高調波に対しても高反
射条件を示す構造になる。従って、第２高調波発生部に
入った基本波が前段側から出射することを防止出来及び
第２高調波発生部で発生した第２高調波も前段側から出
射することを防止出来る。即ち、前段側において基本波
及び第２高調波を第２高調波発生部に閉じ込めることが
出来る。

さらに、第２高調波発生部後段に設ける前述の屈折率の
周期的構造の周期Λ０を上記０式又はＣＢ）式を満足す
る値とした場合、この屈折率の周期的構造は、基本波の
波長の１／２の整数倍及び第２高調波の波長の１／４の
奇数倍の周期を持つものとなる。このため、後段の屈折
率の周期的構造は基本波に対しては高反射条件を示し第
２高調波に対しては低反射条件を示す構造になる。従っ
て、第２高調波発生部に入った基本波が後段側から出射
することを防止出来及び第２高調波発生部で生した第２
高調波は後段に有効に出射することか出来る。

この結果、基本波を第２高調波発生部に閉じ込めること
が出来、第２高調波は後段側から効率良く取り出すこと
が８来るようになる。

（実施例） 以下、この発明を第３図に示した第２高調波発生素子に
適用した例により実施例の説明を行う。

なお、実施例の説明は図面１８：ｇ照して行うが説明で
用いる各図はこの発明を理解出来る程度に各構成成分の
寸法、形状及び配置関係ヲ概略的に示してある。また、
説明に用いる各図において、第３図に示した構成成分と
同様な構成成分についでは同一の番号を付して示してあ
る。

第ユ」ｑ藤例 ます、第１図を参照して、この発明の第１案施例の第２
高調波発生素子について説明する。ここて、第１図は第
１実施例の第２高調波発生素子を概略的に示した斜視図
である。

菓］案施例の第２高調波発生素子は、強誘電体結晶とし
てＬｉＮｂＯ３基板１１ヲ用いている。

このＬｉＮｂＯ３基板１１には、入射される基本波の第
２高調波を発生する第２高調波発生部としてこの場合既
に説明した非線形光学定数の符号が周期的に反転してい
る領域１９（ドメイン反転領域１９）を設けである。

さらに、このＬｉＮｂＯ３基板１１の、ドメイン反転領
ｔＪｃ１９の基本波が入射される側の前段領域及び第２
高調波が出射される側の後段領域各々に、光学的屈折率
の高い部分３１及び低い部分３３を交互に周期的に具え
る屈折率の周期的構造３５．３７を設けである。なお、
説明の都合上、ドメイン反転領域１９の前段領域に設け
る屈折率の周期的構造３５を前段の屈折率の周期的構造
３５と称し、また、ドメイン反転領域１９の後段領域に
設ける屈折率の周期的構造３７を後段の屈折率の周期構
造３７と称する。

さらに、この実施例の第２高調波発生素子においては、
従来同様な光導波路２１ヲドメイン反転領域１９のみな
らずＬｉＮｂＯ３基板１１の前段及び稜段の屈折率の周
期的構造３５．３７を形成してある領域表面にも設けで
ある。

なお、光学的屈折率の高い部分３１及び低い部分３３は
、例えば、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３基板１１の光学的屈折
率の高い部分３１形成予定領域にＬｉＮｂＯ３に対して
は異種物質であるチタン（Ｔｉ）を熱拡散させることに
より導入しく但し、ドメイン反転領域１９を作製する時
のＴｉ拡散濃度条件とは異なる条件）Ｔｉを拡散させな
い部分との間に屈折率差をつける方法等のような従来公
知の種々の方法で形成出来る。また、これに限られるも
のではないが、光学的屈折率の高い部分３１及び低い部
分３３夫々の幅は互いに等しいほうが良くかつ両部会の
屈折率変化はなだらかなほうが良い。

次に、前段の屈折率の周期的構造３５における屈折率の
高い部分３１及び低い部分３３各々１つづつを合わせた
部分を１周期△、としたときのこの周期Δ１は、下記０
式を満足するような値としている。また、徒段の屈折率
の周期的構造３７における屈折率の高い部分３１及び低
い部分３３各々１つづつを合わせた部分を１周期へ。と
じたときのこの周期へ。は、下記０式を満足するような
値としている。

但し、０式又は０式において、λは基本波の真空中の波
長、ｋ４、ｋ２、ｍｌ、ｍ２各々は０又は正の整数、ｎ
ｌｌ＃）はＬｉＮｂＯ３の屈折率の周期的構造部分にお
ける基本波に対する屈折率、ｎ（２１１１１＋はＬｉＮ
ｂＯ３の屈折率の周期的構造部分における第２高調波に
対する屈折率である。そして、この実施例の場合のｎ（
Ｗゝ及びｎ（２ｗ＋は、ｎ”’　＝２．１５２０ ｎ＋２ｖｗ＋＝２．２３４０ としている。

λを１．０６ｕｍ、ｎ’冑）及びｎ　”’＠上述（Ｄ値
として上記０式に従い基本波及び第２高調波夫々に適正
な△ｓ　％　ｋ　＋及びに２をパラメータとして検討す
る。その際の計算結果を第１表に示す。

第１表 である。

第１表からも明らかなように、基本波に対する△工と、
第２高調波に対する△□とがほぼ同一の値（両者の差が
数％となる＠）となるのは、（ｋ１、ｋ２）＝（０，１
）、（１，３）。

（２，５）、（３，７）、・・・・・・等とした場合で
あることか分る。従って、上記（ｋ１、ｋ２）の組のい
ずれかを選択して周期△１を設定すれば、前段の屈折率
の周期的構造３５は、基本波及び第２高調波夫々の波長
の１／２の整数倍の周期を持つようになるので基本波に
対しても第２高調波に対しても高反射条件を示す構造に
なる。この結果、ドメイン反転領域１９に入った基本波
及びドメイン反転領域１９で発生した第２高調波はドメ
イン反転領域１９の基本波の入射側からは出にくくなる
。なお、上記（ｋ１、ｋ２）の組のいずれを選択するか
は、例えば第２高調波発生素子の素子寸法等を考慮し設
計に応して決定すれば良い、ざらに、屈折率の高い部分
３１及び低い部分３３を何周期設けるかについても、設
計に応し決定すれば良い。

一方、λ８１．０６ｕｍ、ｎ”’及びｎ　”’％上述の
値として上記■式に従い基本波及び第２高調波夫々に適
正な△。’＝　ｍ　＋及びｍ２１Ｆ！：パラメータとし
て検討する。その際の計！結果を第２表に示す。

第２表 第２表からも明らかなように、基本波に対する△。と、
第２高調波に対する△。とがは（よ同一の値（両者の差
が数％となる値）となるのは、（ｍ＋、ｍ２）＝（２，
６）、（３，８）、・・・・・・等とした場合であるこ
とか分る。従って、上記（ｍｌ＋ｍ２）の組のいずれか
を選択して周期Λ０を設定すれば、後段の屈折率の周期
的構造３７は、基本波の波長の］／２の整数倍及び第２
高調波の波長の１／４の奇数倍の周期を持つようになる
ので基本波に対しては高反射条件を示す構造になり及び
第２高調波に対しては低反射条件を示す構造になる。こ
の結果、ドメイン反転領域１９に入った基本波はこの領
域１９の出射側からは出にくくなり、またドメイン反転
領域１９て発生した第２高調波はこの領域１９の出射側
からは出易くなる。

なお、上記（ｍ、、ｍ２）の組のいずれを選択するかは
、例えば第２高調波発生素子の素子寸法等を考慮し設計
に応じて決定すれば良い、さらに、屈折率の高い部分３
１及び低い部分３３を何周期設けるかについても、設計
に応じ決定すれば良い。

△１及び△。そ上述の如く設定すれば、基本波り、ｌよ
前段の屈折率の周期的構造３５を通過後ドメイン反転領
域１９に閉じ込められる。また、ドメイン反転領域１９
で発生した第２高調波Ｌ２は当該第２高調波発生素子の
他端（出射側端部）ｂ（篤１図参照）から効率良く取り
出せる。

策λ」Ｕ虹玖 次に、第２図（Ａ）及び（Ｂ）！参照して第２実施例の
第２高調波発生素子について説明する。

ここで第２図（Ａ）は第２実施例の第２高調波発生素子
を概略的に示した斜視図、Ｍ２図（Ｂ）は第２実施例の
第２高調波発生素子を第２図（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿って
切って示した断面図である。

第２実施例の第２高調波発生素子は、第２高調波発生部
１９の前段に備わる屈折率の周期的構造１３５及び第２
高調波発生部１９の後段に備わる屈折率の周期的構造１
３７各々を、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ基板１１に異種物質
を厚ざｄ、で導入して形成した領域及びこのＬｉＮｂ○
３基板１１に前述の異種物質を厚さｄ２　（ｄ＋　＞６
２）で導入して形成した領域を光の伝搬方向において交
互に周期的に具える光導波路１２１で構成してある。こ
のような光導波路１２１によれば、厚さｄｌ及びｄ２の
違いにより周期的な実効屈折率分布が形成され、この発
明でいう光学的屈折率の高い部分及び低い部分を交互に
周期的に具えた屈折率の周期的構造が構成される。なお
、前段及び後段の屈折率の周期的構造１３５．１３７　
Ｖ構成している先導波路１２１間（ドメイン反転領域１
９が設けられた領域）には、厚さかｄｌの光導波路１２
３か光導波路１２１と連続するように設けである。これ
ら先導波路１２１，１２３はその幅かＷとしてある。

また、第２高調波発生部１９前段の屈折率の周期構造１
３５を構成する先導波路１２１は、厚ざｄ＋領領域長さ
β、と厚ざｄ２領域の長さβ２との和で規定される周期
△、が、上述の（Ａ）式を満足するようにされた光導波
路としてある。ざらに、第２高調波発生部１９後段の屈
折率の周期構造１３７を構成する光導波路１２１は、厚
ざｄ＋Ｗ域の長さβ＾と厚さｄ２領域の長さｐ８との和
で規定される周期△。が、上述の（８）式を満足するよ
うにされた光導波路としてある。

以下、これら光導波路１２１の設計例につき説明する。

なお、この設計に当たり、基本波の波長λ＝８３０ｎｍ
、第２高調波の波長λ”＝４１５ｎｍとし、光導波路１
２１はＬｉ”−Ｈ十交換（以下、プロトン交換）法によ
って形成するものとする。

実効屈折率は、光導波路１２１の厚さ、光導波路１２１
の屈折率及び光導波路を囲む媒質（この場合の媒質とは
、ＬｉＮｂＯ２と空気）によって決定される。

そして、プロトン交換部（光導波路１２１部分）の基本
波λに対する屈折率をｎ＋”、プロトン交換部の第２高
調波に対する屈折率をｎ、２ｗシＩＮ　ｂ　０３基板１
１の基本波λに対する屈折率を＝２”、ＬＩＮｂ０３基
板１１の第２高調波（こ対する屈折率をｎ２２ｍとした
場合、これらは寅験（こよれば、以下のような値になる
。

ｎ、ｗ＝＝２．３０ ｎ＋”　＝２．４１ ＝２”＝２．１８ ＝２”＝２．２７ さらんに、上記ｄ＋＝”１ｕｍ、上記ｄ２＝０．７ｕｍ
とした場合、厚さｄ、の領域及び厚さかｄ２の領域各々
での基本波（λ＝８３０ｎｍ）及び菓２高調波夫々に対
する各実効屈折率は、透過屈折法による計算によれば夫
々以下のような値になる。

厚さｄ、領域における基本波に対する実効屈折率ｎ　”
ｏｆｆ　１ｄｌｌ−２、２９５゜厚さｄ２領域における
基本波に対する実効屈折率ｎ”ａｆｆ（ｄ２）＝　２　
、２９１゜厚さｄ１領域における第２高調波に対する実
効屈折率ｎ”ｏｆｆ（ｄｌｌ　＝２．４０９゜厚さｄ２
領域における第２高調波に対する実効屈折率ｎ”ｏｆｆ
（６２）　＝２．４０８゜そこで、上述のような条件に
おいて、上３己（Ａ）式に従い基本波及び第２高調波夫
々に適正な△１を、ｋｌ及びに２をパラメータとして検
討する。

この検討によれば、例えば、（ｋ１、ｋ２）＝（８，１
８）とすれば、基本波に対するΔ１と、第２高調波に対
する△１とがほぼ同一の値約１゜６３ｕｍとなる。従っ
て、周期△ｔｔ１．６３ｕｍとした光導波路１２１によ
り前段側の屈折率の周期的構造１３５を構成することに
より、ドメイン反転領域１９に入った基本波及びドメイ
ン反転領域１９で発生した第２高調波はドメイン反転領
域１９の基本波の入射側からは出にくくなる。

一方、今度は上記ＣＢ）式に従い基本波及び寛２高調波
夫々に適正なΔ。をｍ、及び＝２をパラメータとして検
討する。

この検討によれば、例えば、（ｍｌ、＝２）＝（４，１
０）とすれば、基本波に対する△。と、第２高調波に対
する△。とがほぼ同一の値約０゜９０４となる。従って
、周期へ。Ｖｏ、９０４μｍとした光導波路１２１で後
段側の屈折率周期的構造１３７を構成することにより、
ドメイン反転領域１９に入った基本波はこの領域１９の
出射側から（よ出にくくなり、またドメイン反転領域１
９で発生した第２高調波はこの領域１９の出射側からは
出易くなる。

へよ及び△。そ上述の如く設定すれば、基本波Ｌ１は前
段の屈折率の周期的構造１３５を通過後ドメイン反転領
域１９に閉じ込められる。また、ドメイン反転領域１９
で発生した第２高調波Ｌ２は当該第２高調波発生素子の
他端（比射側端部）ｂ（第２図参照）から効率良く取り
出せる。

なお、この第２実施例においても、第１笑施例同様、（
ｋ１、ｋ２）、（ｍｌ　、　＝２　）各々は、上記１以
外の値が存在する。従って、（ｋｋ２）の組のうちのど
の組を選択するか、（ｍｍ２）の組のうちのどの組を選
択するかについては、例えば第２高調波発生素子の素子
寸法等を考慮し設計に応して決定すれば良い。さらに、
前段及び後段の各屈折率の周期的構造１３５，１３７に
、厚ざがｄ、の部分１２１ａ及び厚ざかｄ２の部分１２
１ｂを何周期設けるかについても、設計に応し決定すれ
ば良い。

上述においてはこの発明の第２高調波発生素子の各冥施
例につき説明したが、この発明は上述の各実施例のみに
限定されるものではなく以下に説明するような種々の変
更を加えることが出来る。

上述の各実施例では第２高調波発生部を擬位相整合法に
よるドメイン反転領域１９で構成していたか、この発明
は、擬位相整合法以外の原理で第２高調波を発生する素
子に対しても適用出来る０例えば、第２高調波発生部を
例えば文献（信学技報ＭＷ８７−１１３．ｐｐ、２３〜
３０）（７）ｐ、２６に開示されているような光導波路
の屈折率分散を用いた構成とした場合にも適用出来る。

また、第１寅施例では第２高調波発生素子の基本波の入
射側及び第２高調波の出射側各々の端部まで屈折率の周
期的構造３５．３７を設けた構成としていたが、これら
屈折率の周期的構造３５．３７の一方または双方の外部
側に光導波路２１をさらに設けた構成としても勿炉良い
。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の第２高
調波発生素子によれば、第２高調波発生部を具え、ざら
に該第２高調波発生部の前段及び後段各々に光学的屈折
率が高い部分と低い部分とを交互に周期的に具える屈折
率の周期的構造を具えた構成となっているので、当該第
２高調波発生素子に入射された基本波を第２高調波発生
部に閉じ込めることが出来る。この結果、第２高調波発
生部における基本波のエネルギー密度が向上するので、
基本波の第２高調波への変換効率が屈折率の周期的構造
が無い場合に比し向上する。

ざらに、第２高調波発生部からは屈折率の周期的構造を
介し第２高調波を取り出す構成となるので第２高調波発
生部が空気と直接に接する構成の場合より第２高調波を
当該素子の出射側から効率良く取り出せる。

従って、基本波を第２高調波に変換することを従来より
効率良く行なえる第２高調波発生素子が提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１笑施例の第２高調波発生素子の説明に供
する図、 第２図（Ａ）及び（８）は、第２冥施例の第２高調波発
生素子の説明に供する図、 第３図は、従来の第２高調波発生素子の説明に供する図
である。 ＋３５・・・前段の屈折率の周期的構造１３７・・・後
段の屈折率の周期的構造。 １・・・強誘電体結晶（ＬｉＮｂ０３基板）３・・・Ｔ
１拡散領域 ５・・・Ｔ１を拡散させない領域 ７・・・自発分極の周期的反転構造（−周期）９・・・
第２高調波発生部（例えばドメイン反転領域） ２１・・・光導波路 ３１・・・光学的屈折率の高い部分 ３３・・・光学的屈折率の低い部分 ３５・・・前段の屈折率の周期的構造 ３７・・・後段の屈折率の周期的構造 Ｌ１・・・基本波、　　　　Ｌ２−・・第２高調波ｂ：
他端（出射側端部） ＋２１−・厚さｄ、領域及び厚′２！ｄ２領域を交互に
周期的に有する光導波路 １２３・・・光導波路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電体結晶に、入射される基本波の第２高調波
   を発生する第２高調波発生部を具える第２高調波発生素
   子において、 強誘電体結晶の、第２高調波発生部の基本波が入射され
   る側の前段領域及び第２高調波が出射される側の後段領
   域各々に、前記基本波を前記第２高調波発生部に閉じ込
   めるための光学的屈折率の高い部分及び低い部分を交互
   に周期的に具えた屈折率の周期的構造を設けて成ること を特徴とする第２高調波発生素子。
2. （２）請求項１に記載の第２高調波発生素子において、 前記光学的屈折率の高い部分を、前記強誘電体結晶に異
   種物質を導入して形成した領域で構成し、 第２高調波発生部前段に設ける前記屈折率の周期的構造
   の周期Λ＿１を下記［１］式を満足する値とし、 前記第２高調波発生部後段に設ける前記屈折率の周期的
   構造の周期Λ＿０を下記［２］式を満足する値としたこ
   と を特徴とする第２高調波発生素子（但し、式中、λは基
   本波の真空中の波長、ｋ＿１、ｋ＿２、ｍ＿１、ｍ＿２
   各々は０又は正の整数、ｎ＾（＾Ｗ＾）は強誘電体結晶
   の屈折率の周期的構造部分における基本波に対する屈折
   率、ｎ＾（＾２＾Ｗ＾）は強誘電体結晶の屈折率の周期
   的構造部分における第２高調波に対する屈折率である。 ）。 ▲数式、化学式、表等があります▼…［１］ ▲数式、化学式、表等があります▼…［２］
3. （３）請求項１に記載の第２高調波発生素子において、 前記屈折率の周期的構造を、前記強誘電体結晶に異種物
   質を厚さｄ＿１で導入して形成した領域及び前記強誘電
   体結晶に前記異種物質を厚さｄ＿２（ｄ＿１＞ｄ＿２）
   で導入して形成した領域を交互に周期的に有する光導波
   路で構成し、 第２高調波発生部前段側の前記屈折率の周期的構造の周
   期Λ＿１を下記（Ａ）式を満足する値とし、前記第２高
   調波発生部後段側の前記屈折率の周期的構造の周期Λ＿
   ｏを下記（Ｂ）式を満足する値としたこと を特徴とする第２高調波発生素子（但し、式中、λは基
   本波の真空中の波長、ｋ＿１、ｋ＿２、ｍ＿１、ｍ＿２
   各々は０又は正の整数、ｎ＾Ｗ＿ｏ＿ｆ＿ｆ＿（＿ｄ＿
   １＿）は強誘電体結晶の屈折率の周期的構造部分の厚さ
   ｄ＿１領域における基本波に対する実効屈折率、ｎ＾Ｗ
   ＿ｏ＿ｆ＿ｆ＿（＿ｄ＿２＿）は強誘電体結晶の屈折率
   の周期的構造部分の厚さｄ＿２領域における基本波に対
   する実効屈折率、ｎ＾２＾Ｗ＿ｏ＿ｆ＿ｆ＿（＿ｄ＿１
   ＿）は強誘電体結晶の屈折率の周期的構造部分の厚さｄ
   ＿１領域における第２高調波に対する実効屈折率、ｎ＾
   ２＾Ｗ＿ｏ＿ｆ＿ｆ＿（＿ｄ＿２＿）は強誘電体結晶の
   屈折率の周期的構造部分の厚さｄ＿２領域における第２
   高調波に対する実効屈折率である。）。 ▲数式、化学式、表等があります▼（Ａ） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｂ）
4. （４）請求項１〜３のいずれか１項に記載の第２高調波
   発生素子において、 前記第２高調波発生部を、前記強誘電体結晶に非線形光
   学定数の符号が周期的に反転している領域でかつ擬位相
   整合条件を満足する領域を形成し該領域で構成したこと を特徴とする第２高調波発生素子。