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JPH05204008A - Wavelength conversion element - Google Patents

Wavelength conversion element

Info

Publication number
JPH05204008A
JPH05204008A JP3425092A JP3425092A JPH05204008A JP H05204008 A JPH05204008 A JP H05204008A JP 3425092 A JP3425092 A JP 3425092A JP 3425092 A JP3425092 A JP 3425092A JP H05204008 A JPH05204008 A JP H05204008A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
light
wavelength
fundamental wave
short
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP3425092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Fukuda
浩章 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP3425092A priority Critical patent/JPH05204008A/en
Priority to US07/876,042 priority patent/US5333231A/en
Publication of JPH05204008A publication Critical patent/JPH05204008A/en
Priority to US08/230,243 priority patent/US5481636A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable the efficient emission of short wavelength light and the simultaneous execution of light modulation. CONSTITUTION:Two pieces of waveguides 2, 3 consisting of a nonlinear optical medium are formed to intersect each other on a substrate 1. Electrodes 5 which can impress the potential difference for changing the optical path of the basic wave guided in the waveguides are provided in the intersected part. A polarization inversion layer 6 for forming the short wavelength light in accordance with the basic wave guided in the waveguide 3 is formed on one piece of the waveguide 3. The basic wave BM guided in the waveguide 2 is changed in the optical path like A or B according to the potential difference of the electrodes 5 upon arrival at the intersected part. The short wavelength light is emitted when the optical path changes to B and therefore, the short wavelength light is thereby modulated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学媒質を用い
て光ビームの波長をより短波長のものに変換する波長変
換素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion element for converting a wavelength of a light beam into a shorter wavelength one using a non-linear optical medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザ光源等からの光の波長を非
線形光学媒質を用いてより短波長のものに波長変換する
波長変換素子として第2高調波発生(SHG)素子が知
られており、例えば特開昭63−44781号には、薄
膜導波路型のSHG素子が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a second harmonic generation (SHG) element has been known as a wavelength conversion element for converting the wavelength of light from a laser light source into a shorter wavelength one using a non-linear optical medium. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-44781 discloses a thin film waveguide type SHG element.

【0003】図8はこの種の薄膜導波路型のSHG素子
の構成図であり、このSHG素子では、例えばLiNb
3の非線形光学結晶材料からなる基板101上にTi
を拡散して導波路102が形成され、さらにこの導波路
102の上面には所定のピッチで回折格子103が形成
されている。このような構成のSHG素子では、レーザ
光源からの波長λの光BMを導波路102の一方の側か
ら入射させ導波路102に基本波として導波させると、
この基本波に基づきこの半分の波長(λ/2)の第2高
調波(SH光)を発生させ導波路102の他方の側から
出射させることができる。この際、導波路102の上面
に設けられている回折格子103は、導波路102中で
の基本波の屈折率とSH光の屈折率との差を相殺する機
能を有し、回折格子103によって基本波とSH光との
位相を整合させ、SH光の変換効率を高めることができ
る。なお、このためには、回折格子103のピッチを導
波路102を導波する基本波の波長と同じに設定し、ブ
ラック条件を満足させておく必要がある。
FIG. 8 is a block diagram of a thin film waveguide type SHG element of this type. In this SHG element, for example, LiNb is used.
On a substrate 101 made of a nonlinear optical crystal material of O 3 , Ti
Is diffused to form a waveguide 102, and a diffraction grating 103 is formed on the upper surface of the waveguide 102 at a predetermined pitch. In the SHG element having such a configuration, when the light BM having the wavelength λ from the laser light source is incident from one side of the waveguide 102 and guided as the fundamental wave in the waveguide 102,
Based on this fundamental wave, it is possible to generate the second harmonic (SH light) of this half wavelength (λ / 2) and emit it from the other side of the waveguide 102. At this time, the diffraction grating 103 provided on the upper surface of the waveguide 102 has a function of canceling the difference between the refractive index of the fundamental wave and the refractive index of the SH light in the waveguide 102. It is possible to match the phases of the fundamental wave and the SH light to improve the conversion efficiency of the SH light. For this purpose, it is necessary to set the pitch of the diffraction grating 103 to be the same as the wavelength of the fundamental wave guided in the waveguide 102 and satisfy the black condition.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、SHG素子
等の波長変換素子は、短波長光を出射可能であるので、
光ディスク等の大容量化に適しており、このため光ディ
スク装置やレーザプリンタ装置などへの適用が要望され
ているが、光ディスク装置等に波長変換素子を適用する
場合には、光ディスク装置等の小型化に支障がないこと
と、短波長光を変調できること,すなわちON/OFF
できることとが不可欠となる。光ディスク装置等の小型
化は、波長変換素子のレーザ光源にガスレーザではな
く、小型化に適した半導体レーザを使用し、またガスレ
ーザに比べて低出力の半導体レーザをレーザ光源として
用いたときにも高い変換効率を期待できる上述のような
導波路型のものとして波長変換素子を構成することによ
り、ある程度達成できる。
By the way, since the wavelength conversion element such as the SHG element can emit short wavelength light,
It is suitable for increasing the capacity of optical discs, etc., and therefore is required to be applied to optical disc devices and laser printers. However, when wavelength conversion elements are applied to optical disc devices, etc., the optical disc devices are downsized. That there is no problem and that short wavelength light can be modulated, that is, ON / OFF
What you can do is essential. Miniaturization of optical disk devices and the like is high when a semiconductor laser suitable for miniaturization is used as the laser light source of the wavelength conversion element instead of the gas laser, and when a semiconductor laser having a lower output than the gas laser is used as the laser light source. This can be achieved to some extent by configuring the wavelength conversion element as a waveguide type as described above, which can expect conversion efficiency.

【0005】しかしながら、従来では、短波長光を変調
して出力することは難かしく、このため、短波長光を効
率良く出射できると同時に光変調をも行なうことの可能
な光ディスク装置等に適した波長変換素子を実現するこ
とは極めて困難であった。すなわち、短波長光を変調す
るのに、例えば、半導体レーザ自体を変調しようとする
と、基本波の波長が安定せず、この場合には、短波長光
を効率良く出射できなくなる場合があった。
However, conventionally, it is difficult to modulate and output short-wavelength light, and therefore, it is suitable for an optical disk device or the like which can efficiently emit short-wavelength light and at the same time perform optical modulation. It has been extremely difficult to realize a wavelength conversion element. That is, when modulating the short wavelength light, for example, when the semiconductor laser itself is attempted to be modulated, the wavelength of the fundamental wave is not stable, and in this case, the short wavelength light may not be efficiently emitted.

【0006】本発明は、短波長光を効率良く出射できる
と同時に光変調をも行なうことの可能な光ディスク装置
等に適した波長変換素子を提供することを目的としてい
る。
An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element suitable for an optical disk device or the like which can efficiently emit short wavelength light and can also perform optical modulation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、非線形光学媒質からなる複数本の導波路が
基板に交差して形成され、該交差部には、導波路を導波
する基本波の光路を変更するための電位差を印加可能な
電位差印加手段が設けられており、また複数本の導波路
のうちの少なくとも1本の導波路には、導波路を導波す
る基本波に基づき短波長光を生成する短波長光生成部ま
たは発生した短波長光を消滅させる短波長光消滅部が設
けられていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of waveguides made of a non-linear optical medium intersecting a substrate, and the waveguides are waveguided at the intersections. Is provided with a potential difference applying means capable of applying a potential difference for changing the optical path of the fundamental wave, and at least one of the plurality of waveguides has a fundamental wave guided through the waveguide. It is characterized in that a short-wavelength light generation section that generates short-wavelength light or a short-wavelength light extinction section that extinguishes the generated short-wavelength light is provided.

【0008】また、前記複数本の導波路は、LiTaO
3の非線形光学媒質により形成されていることを特徴と
している。
The plurality of waveguides are made of LiTaO.
It is characterized by being formed of 3 non-linear optical media.

【0009】また、前記短波長光生成部は、基本波とこ
れに基づき発生する短波長光との位相を整合させる位相
整合部により構成されていることを特徴としている。
Further, the short-wavelength light generation section is characterized by being constituted by a phase matching section for matching the phases of the fundamental wave and the short-wavelength light generated based on the fundamental wave.

【0010】また、前記複数本の導波路は、LiNbO
3の非線形光学媒質により、またはMgOがドープされ
たLiNbO3の非線形光学媒質により形成されている
ことを特徴としている。
The plurality of waveguides are made of LiNbO.
The third non-linear optical medium, or MgO is characterized in that it is formed by a non-linear optical medium of LiNbO 3 doped.

【0011】また、前記位相整合部は、所定周期をもつ
分極反転構造として形成されているか、あるいは非線形
光学媒質の複屈折性により形成されていることを特徴と
している。
Further, the phase matching section is characterized by being formed as a polarization inversion structure having a predetermined period, or by being formed by the birefringence of a nonlinear optical medium.

【0012】また、前記複数本の導波路には、プロトン
交換光導波路が用いられていることを特徴としている。
A proton exchange optical waveguide is used for the plurality of waveguides.

【0013】[0013]

【作用】複数本の導波路の少なくとも1本の導波路を導
波する基本波または短波長光は、交差部に達すると、電
位差に応じて光路を変える。例えば電位差が所定電位の
ときにはこの導波路に交差する他の導波路に移行し、電
位差が“0”のときには移行せず、元の導波路を直進す
る。従って、基本波が交差部に導波するような場合に、
元の導波路または他の導波路の光出射側に短波長光生成
部を形成しておけば、電位差を変化させることで、短波
長光を変調することができる。すなわち、例えば、他の
導波路の光出射側に短波長光生成部が形成されている場
合、電位差が所定値のときには基本波を他の導波路に移
行させ、それに形成されている短波長光生成部から短波
長光を出射させることができ、電位差が“0”のときに
は基本波の移行が起きないので短波長光は出射されな
い。従って、電位差を変化させて、素子からの短波長光
の出射をON/OFF制御することができる。
When the fundamental wave or the short wavelength light guided through at least one of the plurality of waveguides reaches the intersection, it changes the optical path according to the potential difference. For example, when the potential difference is a predetermined potential, it shifts to another waveguide intersecting this waveguide, and when the potential difference is "0", it does not shift and goes straight through the original waveguide. Therefore, when the fundamental wave is guided to the intersection,
If the short wavelength light generating section is formed on the light emitting side of the original waveguide or another waveguide, the short wavelength light can be modulated by changing the potential difference. That is, for example, when a short-wavelength light generation section is formed on the light emitting side of another waveguide, when the potential difference is a predetermined value, the fundamental wave is transferred to another waveguide, and the short-wavelength light formed in it Short wavelength light can be emitted from the generator, and when the potential difference is “0”, the fundamental wave does not move, so short wavelength light is not emitted. Therefore, it is possible to control the ON / OFF control of the emission of the short wavelength light from the element by changing the potential difference.

【0014】また、基本波が交差部に達する時点で短波
長光が効率良く生成される場合には、少なくとも1本の
導波路に短波長光消滅部を形成しておく。この場合に
は、少なくとも1本の導波路を伝搬する短波長光は、交
差部の電位差が所定値のときに他の導波路に移行し、電
位差が“0”のときには移行せず、元の導波路を伝搬す
る。従って、元の導波路または他の導波路の光出射側に
短波長光消滅部を形成しておけば、電位差を変化させる
ことで、短波長光生成部を形成する場合と反対の原理で
短波長光を変調することができる。
If the short-wavelength light is efficiently generated when the fundamental wave reaches the intersection, the short-wavelength light extinction portion is formed in at least one waveguide. In this case, the short-wavelength light propagating through at least one waveguide moves to another waveguide when the potential difference at the intersection is a predetermined value, and does not move when the potential difference is “0”, and Propagate through the waveguide. Therefore, if a short-wavelength light extinction portion is formed on the light emitting side of the original waveguide or another waveguide, the short-wavelength light generation portion can be shortened by changing the potential difference, which is the principle opposite to the case of forming the short-wavelength light generation portion. Wavelength light can be modulated.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明に係る波長変換素子の第1の実施例
の構成図である。図1の波長変換素子では、LiTaO
3の非線形光学材料(方位が−C板の単結晶)からなる
基板1上に、基板1よりも高い屈折率をもつ2本の導波
路2,3が交差して形成されており、また、その交差部
にプレーナ電極5(5a,5b)が配置されている。こ
のプレーナ電極5は、これに正の電圧を印加するとき
に、ポッケルス効果によって基板1内に生じる電界に比
例して屈折率を減少させ電極直下に全反射の境界面を形
成させるために設けられている。基板1として図1のよ
うに−C板のLiTaO3を用いたりあるいは後述する
C板のLiNbO3を用いる場合には、図2により詳細
に示すように、電極直下に発生する表面に垂直な電界成
分を利用するため、プレーナ電極5の一方の電極5aに
ついてはそのエッジを導波路交差部の中心に合せて導波
路上に配置してこれに所定電圧を印加し、他方の電極5
bについてはこれを導波路外に配置して接地電位に保持
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a wavelength conversion element according to the present invention. In the wavelength conversion element of FIG. 1, LiTaO
Two waveguides 2 and 3 having a refractive index higher than that of the substrate 1 are formed on the substrate 1 made of the nonlinear optical material 3 (single crystal having a -C plate orientation) so as to cross each other. Planar electrodes 5 (5a, 5b) are arranged at the intersections. The planar electrode 5 is provided to reduce the refractive index in proportion to the electric field generated in the substrate 1 by the Pockels effect when a positive voltage is applied to the planar electrode 5 and form a boundary surface of total reflection directly under the electrode. ing. When LiTaO 3 of -C plate as shown in FIG. 1 is used as the substrate 1 or LiNbO 3 of C plate as described later is used, as shown in more detail in FIG. In order to utilize the component, one electrode 5a of the planar electrode 5 is arranged on the waveguide with its edge aligned with the center of the waveguide intersection, and a predetermined voltage is applied to the other electrode 5a.
For b, it is placed outside the waveguide and held at ground potential.

【0016】ここで、導波路2,3の交差部で全反射が
起きる条件は、スネルの法則により次式のようになる。
Here, the condition for causing total reflection at the intersection of the waveguides 2 and 3 is as follows according to Snell's law.

【0017】[0017]

【数1】cosθ>(ni−Δni)/ni Δn0=n0 313E/2 , Δne=ne 333E/2Cos θ> (n i −Δn i ) / n i Δn 0 = n 0 3 r 13 E / 2, Δn e = n e 3 r 33 E / 2

【0018】なお、数1において、niは媒質の屈折
率、Eは基板内に生じる電界、r13,r33はポッケルス
定数であり、例えばLiTaO3基板では、r13は7.
0/106(μm/V),r33は30.3/106(μm
/V)である。従って、導波路2,3の交差部上の電極
5,すなわち5aに電圧を印加していない状態のときに
は、例えば導波路2を導波する基本波BMは矢印Aのよ
うに交差部で全反射されずに、導波路2を直進するが、
電極5aに所定の電圧Vを印加している状態では、導波
路2を導波する基本波BMは、矢印Bのように交差部で
全反射されて導波路3に移行し、導波路2から導波路3
に光路が切り替わるようになっている。また、この際
に、導波路2,3とプレーナ電極5との交差角度θが小
さい程、数1に従って、光路の切り替えに必要な印加電
圧Vは小さくて済む。
In Equation 1, n i is the refractive index of the medium, E is the electric field generated in the substrate, and r 13 and r 33 are Pockels constants. For example, in the LiTaO 3 substrate, r 13 is 7.
0/10 6 (μm / V), r 33 is 30.3 / 10 6 (μm /
/ V). Therefore, when no voltage is applied to the electrodes 5 on the intersections of the waveguides 2 and 3, that is, 5a, for example, the fundamental wave BM propagating in the waveguide 2 is totally reflected at the intersections as indicated by arrow A. Without going straight, it goes straight on the waveguide 2,
In the state where a predetermined voltage V is applied to the electrode 5a, the fundamental wave BM guided in the waveguide 2 is totally reflected at the intersection as shown by the arrow B and moves to the waveguide 3, and then from the waveguide 2 Waveguide 3
The optical path is switched to. At this time, the smaller the crossing angle θ between the waveguides 2 and 3 and the planar electrode 5, the smaller the applied voltage V required to switch the optical path according to the equation (1).

【0019】また、図1の例では、導波路3上には、導
波路3を導波する基本波をこれよりも短波長の光,例え
ばSH光に効率良く変換するための位相整合部6が設け
られている。位相整合部6は、例えば、プロトン交換
後、熱処理することによって形成された分極反転層から
なっており、この分極反転層6によって基本波及びこれ
に基づき発生するSH光に対し、非線形定数の周期的変
化を与えるようになっている。なお、導波路3中での基
本波,SH光の周波数をそれぞれω,2ωとし、また導
波路3における基本波,SH光の伝搬定数をそれぞれβ
(ω),β(2ω)とすると、基本波とSH光との位相
を整合させるためには、分極反転の周期Λは、次式の関
係を満たす必要がある。
Further, in the example of FIG. 1, the phase matching section 6 for efficiently converting the fundamental wave guided through the waveguide 3 into light having a shorter wavelength than this, for example, SH light is provided on the waveguide 3. Is provided. The phase matching section 6 is composed of, for example, a polarization inversion layer formed by heat treatment after proton exchange, and a period of a nonlinear constant with respect to the fundamental wave and SH light generated based on this by the polarization inversion layer 6. Change. The frequencies of the fundamental wave and SH light in the waveguide 3 are ω and 2ω, respectively, and the propagation constants of the fundamental wave and SH light in the waveguide 3 are β.
Assuming that (ω) and β (2ω), in order to match the phases of the fundamental wave and the SH light, the period Λ of polarization inversion needs to satisfy the relationship of the following equation.

【0020】[0020]

【数2】 β(2ω)−2β(ω)=2π・(2m−1)/Λ (m:自然数)[Formula 2] β (2ω) −2β (ω) = 2π · (2m−1) / Λ (m: natural number)

【0021】導波路3において基本波に対する等価屈折
率をN(ω)、SH光に対する等価屈折率をN(2ω)
とすると、等価屈折率Nと伝搬定数βとはβ=2πN/
λの関係があるので、上記数2はさらに、次式のように
置き換えられる。
In the waveguide 3, the equivalent refractive index for the fundamental wave is N (ω) and the equivalent refractive index for SH light is N (2ω).
Then, the equivalent refractive index N and the propagation constant β are β = 2πN /
Since there is a relation of λ, the above equation 2 can be further replaced by the following equation.

【0022】[0022]

【数3】 Λ=(2m−1)λ/2{N(2ω)−N(ω)} (m:自然数)Λ = (2m−1) λ / 2 {N (2ω) −N (ω)} (m: natural number)

【0023】上記数3の関係を満たす周期Λの分極反転
構造があれば、SH光を効率良く得ることができるの
で、分極反転層6は、この周期Λのピッチで分極ドメイ
ンが作成されているのが良い。
If there is a domain-inverted structure with a period Λ that satisfies the relation of the above expression 3, SH light can be efficiently obtained. Therefore, in the domain-inverted layer 6, polarization domains are created at the pitch of this period Λ. Is good.

【0024】例えば、基本波が0.83μmの波長λの
ものであり、さらにその電界方向がx軸方向のExoo
ードのもの(常光)を用いると、この基本波の導波路3
(LiTaO3)における等価屈折率の波長分散は2.
1538となる。また、この基本波に基づき非線形光学
結晶材料の非線形定数d31により発生する0.415μ
mの波長(λ/2)のEzooモードのSH光の導波路3
における等価屈折率の波長分散は2.2814となる。
従って、この場合の屈折率変化の周期Λは、数3により
約3.3μmとなり、この場合、約3.3μmのピッチ
で分極反転層6の分極ドメインを作成すれば、分極反転
層6において基本波とSH光との位相を整合させること
ができる。
For example, if the fundamental wave has a wavelength λ of 0.83 μm and the electric field direction thereof is the Exoo mode in the x-axis direction ( normal light), then the waveguide 3 of this fundamental wave is used.
The wavelength dispersion of the equivalent refractive index in (LiTaO 3 ) is 2.
It becomes 1538. Further, 0.415μ generated by the nonlinear constant d 31 of the nonlinear optical crystal material based on this fundamental wave
Waveguide 3 for E- zoo mode SH light of wavelength m (λ / 2)
The wavelength dispersion of the equivalent refractive index at is 2.814.
Therefore, the period Λ of the refractive index change in this case is about 3.3 μm according to the equation 3, and in this case, if the polarization domain of the polarization inversion layer 6 is created at a pitch of about 3.3 μm, the The phase of the wave and the SH light can be matched.

【0025】また、例えば、基本波が0.83μmの波
長λのものであり、さらにその電界方向がz軸方向のE
zooモードのもの(異常光)を用いると、この基本波の
導波路(LiTaO3)における等価屈折率の波長分散
は2.1578となる。また、この基本波に基づき非線
形光学結晶材料の非線形定数d33により発生する0.4
15μmの波長(λ/2)のEzooモードのSH光の導
波路における等価屈折率の波長分散は2.2814とな
る。従って、この場合の分極反転の周期Λは、数3によ
り約3.4μmとなり、この場合、約3.4μmのピッ
チで分極反転層6の分極ドメインを作成すれば、分極反
転層6において基本波とSH光との位相を整合させるこ
とができる。
Further, for example, the fundamental wave has a wavelength λ of 0.83 μm, and its electric field direction is E in the z-axis direction.
When using a zoo mode light (extraordinary light), the wavelength dispersion of the equivalent refractive index of the fundamental wave waveguide (LiTaO 3 ) is 2.1578. Further, 0.4 generated by the nonlinear constant d 33 of the nonlinear optical crystal material based on this fundamental wave
The chromatic dispersion of the equivalent refractive index in the waveguide of the E zoo mode SH light having a wavelength (λ / 2) of 15 μm is 2.2814. Therefore, the period Λ of the polarization inversion in this case is about 3.4 μm according to the equation 3, and in this case, if the polarization domain of the polarization inversion layer 6 is created at a pitch of about 3.4 μm, the fundamental wave in the polarization inversion layer 6 is generated. And SH light can be matched in phase.

【0026】また、例えば、基本波が1.2μmの波長
λのものであり、さらにその電界方向がx軸方向のE
xooモードのもの(常光)を用いると、この基本波の導
波路(LiTaO3)における等価屈折率の波長分散は
2.1305となる。また、この基本波に基づき非線形
光学結晶材料の非線形定数d31により発生する0.6μ
mの波長(λ/2)のEzooモードのSH光の導波路に
おける等価屈折率の波長分散は2.1878となる。従
って、この場合の分極反転の周期Λは、数3により約1
0.5μmとなり、この場合、約10.5μmのピッチ
で分極反転層6の分極ドメインを作成すれば、分極反転
層6において基本波とSH光との位相を整合させること
ができる。
Further, for example, the fundamental wave has a wavelength λ of 1.2 μm, and its electric field direction is E in the x-axis direction.
When the xoo mode one (ordinary light) is used, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index of the fundamental wave waveguide (LiTaO 3 ) is 2.1305. In addition, 0.6 μ generated by the nonlinear constant d 31 of the nonlinear optical crystal material based on this fundamental wave
The wavelength dispersion of the equivalent refractive index in the waveguide of the E zoo mode SH light of the wavelength m (λ / 2) is 2.1878. Therefore, the period Λ of the polarization reversal in this case is about 1 according to Equation 3.
It becomes 0.5 μm, and in this case, if the polarization domain of the polarization inversion layer 6 is formed at a pitch of about 10.5 μm, the phase of the fundamental wave and the SH light can be matched in the polarization inversion layer 6.

【0027】また、例えば、基本波が1.2μmの波長
λのものであり、さらにその電界方向がz軸方向のE
zooモードのもの(異常光)を用いると、この基本波の
導波路(LiTaO3)における等価屈折率の波長分散
は2.1341となる。また、この基本波に基づき非線
形光学結晶材料の非線形定数d33により発生する0.6
μmの波長(λ/2)のEzooモードのSH光の導波路
における等価屈折率の波長分散は2.1878となる。
従って、この場合の屈折率変化の周期Λは、数3により
約11.2μmとなり、この場合、約11.2μmのピ
ッチで分極反転層6の分極ドメインを作成すれば、分極
反転層6において基本波とSH光との位相を整合させる
ことができる。
Further, for example, the fundamental wave has a wavelength λ of 1.2 μm, and its electric field direction is E in the z-axis direction.
If a zoo mode light (extraordinary light) is used, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index of the fundamental wave waveguide (LiTaO 3 ) is 2.1341. Further, based on this fundamental wave, 0.6 generated by the nonlinear constant d 33 of the nonlinear optical crystal material
The wavelength dispersion of the equivalent refractive index in the waveguide of the SH light of the E zoo mode having the wavelength (λ / 2) of μm is 2.1878.
Therefore, the period Λ of the refractive index change in this case is about 11.2 μm according to the equation 3, and in this case, if the polarization domain of the polarization inversion layer 6 is created at a pitch of about 11.2 μm, the The phase of the wave and the SH light can be matched.

【0028】なお、図1のような波長変換素子は以下の
ような仕方で作成することができる。すなわち、例えば
LiTaO3の非線形光学材料からなる基板1表面にT
i,Cu等を約1000℃程度の温度で拡散して導波路
2,3を形成する。導波路2,3としては、単一モード
のものに作成されるのが望ましい。その後、切出したチ
ップのC軸方向にキュリー点近くの温度で電場を印加
し、ポーリングを行ない分極方向をそろえる。さらに、
基板1上面の斜線部(図1参照)以外をマスクした後、
安息香酸溶液中において約250℃程度の温度でプロト
ン交換し、これをLiTaO3のキュリー点(Tc〜6
00℃)直下の温度で熱処理することにより、マスクさ
れていない部分に位相整合部,すなわち分極反転層6を
形成することができる。分極反転層6の厚さは、昇温速
度を変化させることにより調整でき、また、分極反転層
6の導波路3の幅方向の長さは、導波路3の幅と必ずと
も一致していなくても良い。すなわち、導波路3上だけ
でなく、基板上面y方向にわたって分極反転層6を形成
しても良い。
The wavelength conversion element as shown in FIG. 1 can be manufactured by the following method. That is, for example, T is formed on the surface of the substrate 1 made of a nonlinear optical material such as LiTaO 3.
Waveguides 2 and 3 are formed by diffusing i, Cu and the like at a temperature of about 1000.degree. The waveguides 2 and 3 are preferably made in a single mode. After that, an electric field is applied at a temperature near the Curie point in the C-axis direction of the cut chip, and poling is performed to align the polarization directions. further,
After masking the area other than the shaded area (see FIG. 1) on the upper surface of the substrate 1,
At a temperature of about 250 ° C. and proton exchange in benzoic acid solution, which Curie point of LiTaO 3 (Tc~6
By performing heat treatment at a temperature just below (00 ° C.), the phase matching portion, that is, the polarization inversion layer 6 can be formed in the portion not masked. The thickness of the domain inversion layer 6 can be adjusted by changing the temperature rising rate, and the length of the domain inversion layer 6 in the width direction of the waveguide 3 does not always match the width of the waveguide 3. May be. That is, the polarization inversion layer 6 may be formed not only on the waveguide 3 but also in the y direction of the upper surface of the substrate.

【0029】また、プレーナ電極5(5a,5b)は、
プラズマCVD法を使って形成したシリコン酸化膜のバ
ッファ層上に電解めっき法を用いて形成することができ
る。すなわち、バッファ層上に接着層としてNiCr−
Auを蒸着した後、厚膜レジストをパターニングし、そ
のパターンをガイドにしてAuを電解めっきで成長さ
せ、しかる後、レジストを除去し、Auめっき部分以外
をエッチング除去することにより、電極5(5a,5
b)を作成できる。
The planar electrode 5 (5a, 5b) is
It can be formed by electrolytic plating on the buffer layer of the silicon oxide film formed by plasma CVD. That is, NiCr- as an adhesive layer on the buffer layer.
After vapor deposition of Au, a thick film resist is patterned, Au is grown by electrolytic plating using the pattern as a guide, and then the resist is removed, and the portions other than the Au-plated portion are removed by etching. , 5
b) can be created.

【0030】導波路2,3については、上記のような作
成の仕方以外にも、Ti,CU等のかわりに、Rb,C
s,Ag等の約300〜400℃付近で拡散できる金属
を用いることができる。このときには、最初に分極反転
層6を上記と同様の手順で形成し、しかる後、金属イオ
ンをイオン拡散するか、あるいは安息香酸,ピロリン酸
等でプロトン交換することにより、導波路2,3を形成
することができる。また、電極5(5a,5b)の材料
としてAuのかわりにAuやNiを用いることもでき
て、この場合、電極5(5a,5b)は、リフトオフ法
やフォトリソグラフィー,電解めっき法等で形成され
る。
For the waveguides 2 and 3, in addition to the above-described method of making, instead of Ti, CU, etc., Rb, C
It is possible to use a metal such as s or Ag that can diffuse at around 300 to 400 ° C. At this time, first, the polarization inversion layer 6 is formed by the same procedure as described above, and thereafter, the metal ions are ion-diffused or the waveguides 2 and 3 are formed by proton exchange with benzoic acid, pyrophosphoric acid or the like. Can be formed. Further, Au or Ni can be used instead of Au as the material of the electrodes 5 (5a, 5b). In this case, the electrodes 5 (5a, 5b) are formed by lift-off method, photolithography, electrolytic plating method, or the like. To be done.

【0031】次に図1のような構成の波長変換素子の動
作について説明する。導波路2に例えばレーザ光源から
の光を入射し、導波路2に基本波BMを導波させると、
この基本波は導波路2をプレーナ電極5の位置まで,す
なわち交差部まで伝搬する。いま、電極5aに電圧が印
加されていないときには、導波路2を伝搬する基本波は
交差部で反射されずに矢印Aに示すように同じ導波路2
を直進し、導波路2から出射され、導波路2から導波路
3への基本波の移行は生じない。なお、この際に、導波
路2中を伝搬する基本波に基づいて導波路2中にはSH
光も発生するが、導波路2においては基本波とSH光と
の位相整合がなされていないので、SH光への変換効率
は極めて悪く、従って、導波路2からは実質上、基本波
のみが出射され、SH光は出射されない。また、導波路
3への基本波の移行がないので、導波路3からもSH光
は出射されない。
Next, the operation of the wavelength conversion element having the structure shown in FIG. 1 will be described. When light from a laser light source is incident on the waveguide 2 and the fundamental wave BM is guided to the waveguide 2,
This fundamental wave propagates through the waveguide 2 to the position of the planar electrode 5, that is, to the intersection. Now, when no voltage is applied to the electrode 5a, the fundamental wave propagating through the waveguide 2 is not reflected at the crossing portion, and the same waveguide 2 as shown by arrow A is shown.
And goes out from the waveguide 2, and the transfer of the fundamental wave from the waveguide 2 to the waveguide 3 does not occur. At this time, the SH in the waveguide 2 is based on the fundamental wave propagating in the waveguide 2.
Although light is also generated, since the fundamental wave and the SH light are not phase-matched in the waveguide 2, the conversion efficiency into the SH light is extremely poor. Therefore, substantially only the fundamental wave is emitted from the waveguide 2. It is emitted and SH light is not emitted. Further, since there is no transfer of the fundamental wave to the waveguide 3, no SH light is emitted from the waveguide 3 either.

【0032】このような状態において、電極5aへの印
加電圧を上昇させると、2本の導波路2,3の交差部に
はポッケルス効果により反射面が形成され、導波路2か
ら導波路3への基本波の移行が生じ、電極5aへの電圧
を所定電圧Vにすると、交差部には全反射面が形成され
るので、導波路2上を交差部まで伝搬した基本波は、交
差部のところで矢印Bに示すように導波路3に全て移行
する。導波路3に移行した基本波は、導波路3を伝搬
し、位相整合部,すなわち分極反転層6のところで実質
的にSH光を生成する。すなわち、分極反転層6のとこ
ろでは、基本波とこれに基づき発生するSH光との位相
が整合し、基本波をSH光に効率良く変換できる。これ
により、導波路3からはSH光が出射される。
In such a state, when the voltage applied to the electrode 5a is increased, a reflecting surface is formed at the intersection of the two waveguides 2 and 3 by the Pockels effect, and the waveguide 2 to the waveguide 3 is formed. When the voltage of the fundamental wave is changed to a predetermined voltage V and the total reflection surface is formed at the intersection, the fundamental wave propagated to the intersection on the waveguide 2 is By the way, as shown by an arrow B, all the light is moved to the waveguide 3. The fundamental wave transferred to the waveguide 3 propagates in the waveguide 3 and substantially generates SH light at the phase matching portion, that is, the polarization inversion layer 6. That is, at the polarization inversion layer 6, the phases of the fundamental wave and SH light generated based on the same are matched, and the fundamental wave can be efficiently converted into SH light. As a result, SH light is emitted from the waveguide 3.

【0033】このように図1の例では、電極5aへの電
圧Vを変化させることにより、導波路2から導波路3へ
の基本波の移行を制御し、SH光を実質的に変調させる
ことができる。すなわち、電圧VをON/OFFさせる
ことにより、SH光の出射をON/OFFさせることが
可能となる。
As described above, in the example of FIG. 1, by changing the voltage V to the electrode 5a, the transfer of the fundamental wave from the waveguide 2 to the waveguide 3 is controlled, and the SH light is substantially modulated. You can That is, by turning on / off the voltage V, it becomes possible to turn on / off the emission of SH light.

【0034】より具体的には、導波路とプレーナ電極5
との交差角度θを1/100ラジアンとし、波長λが例
えば0.83μmでExooモードの基本波を導波路2に
導波させて、EzooモードのSH光を導波路3から出射
させたいときには、交差部での基本波の全反射に必要な
電界強度は3.0V/μm以上である。また、波長λが
例えば0.83μmで、Ezooモードの基本波を導波路
2に導波させて、EzooモードのSH光を導波路3から
出射させたいときには、交差部での基本波の全反射に必
要な電界強度は0.7V/μm以上である。また、波長
が例えば1.2μmでExooモードの基本波を導波路2
に導波させるときには、全反射に必要な電界強度は3.
1V/μm以上であり、波長が例えば1.2μmでE
zooモードの基本波を導波路2に導波させるときには、
全反射に必要な電界強度は0.72V/μm以上であ
る。
More specifically, the waveguide and the planar electrode 5
The crossing angle θ with is 1/100 radian, and the wavelength λ is, for example, 0.83 μm, and the fundamental wave of the E xoo mode is guided to the waveguide 2, and the SH light of the E zoo mode is emitted from the waveguide 3. At times, the electric field strength required for total reflection of the fundamental wave at the intersection is 3.0 V / μm or more. Further, when the wavelength λ is, for example, 0.83 μm and the E zoo mode fundamental wave is guided to the waveguide 2 and the E zoo mode SH light is to be emitted from the waveguide 3, the fundamental wave at the crossing portion is changed. The electric field strength required for total reflection is 0.7 V / μm or more. In addition, the fundamental wave of the Exoo mode with a wavelength of, for example, 1.2 μm is applied to the waveguide 2
The electric field strength required for total reflection is 3.
1 V / μm or more and E at wavelength of 1.2 μm
When guiding the zoo mode fundamental wave to the waveguide 2,
The electric field strength required for total reflection is 0.72 V / μm or more.

【0035】図3乃至図4は図1に示した波長変換素子
の変形例を示す図である。なお図3乃至図4において、
図1と同様の箇所には同じ符号を付している。
3 to 4 are views showing modifications of the wavelength conversion element shown in FIG. In addition, in FIG. 3 to FIG.
The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0036】図3に示す波長変換素子では、図1の波長
変換素子に形成されている位相整合部6と同様の位相整
合部11が導波路2に形成されている。この場合にも、
図1の例と同様に、電極5aへの電圧を変化させること
により、導波路2から導波路3への基本波の移行を制御
し、SH光を実質的に変調させることができるが、図3
の波長変換素子では図1の波長変換素子とは反対に、電
圧が所定電圧Vのときには、SH光は出射されず、電圧
が“0”のときに導波路2からSH光を出射させること
ができる。すなわち、電圧をON/OFFさせることに
より、SH光の出射をOFF/ONさせることができ
る。
In the wavelength conversion element shown in FIG. 3, a phase matching section 11 similar to the phase matching section 6 formed in the wavelength conversion element of FIG. 1 is formed in the waveguide 2. Also in this case,
Similar to the example of FIG. 1, by changing the voltage to the electrode 5a, the transfer of the fundamental wave from the waveguide 2 to the waveguide 3 can be controlled and the SH light can be substantially modulated. Three
Contrary to the wavelength conversion element of FIG. 1, the wavelength conversion element of No. 2 does not emit SH light when the voltage is the predetermined voltage V, but can emit the SH light from the waveguide 2 when the voltage is “0”. it can. That is, the emission of SH light can be turned OFF / ON by turning the voltage ON / OFF.

【0037】また、図4に示す波長変換素子では、交差
部に対して光の入射側に位相整合部,すなわち分極反転
層20が設けられている。この場合には、導波路2にお
いて基本波が交差部に達する前に、分極反転層20のと
ころでSH光を効率良く発生させ、電極5aの電圧によ
りSH光自体の経路を制御することができて、SH光を
導波路2,3のいずれか一方から常に出射させることが
できる。すなわち電圧が“0”のときにはSH光を導波
路2から出射させ、また電圧が所定値V以上のときには
SH光を導波路3から出射させることができる。なお、
交差角度θが1/100ラジアンであるとき、基本波が
波長0.83μmである場合には、全反射に必要な電界
強度は0.63V/μm以上であり、また、基本波が波
長1.2μmである場合には、全反射に必要な電界強度
は0.68V/μm以上である。
Further, in the wavelength conversion element shown in FIG. 4, the phase matching portion, that is, the polarization inversion layer 20 is provided on the light incident side with respect to the intersecting portion. In this case, SH light can be efficiently generated at the polarization inversion layer 20 before the fundamental wave reaches the crossing portion in the waveguide 2, and the path of the SH light itself can be controlled by the voltage of the electrode 5a. , SH light can always be emitted from one of the waveguides 2 and 3. That is, when the voltage is “0”, the SH light can be emitted from the waveguide 2, and when the voltage is equal to or higher than the predetermined value V, the SH light can be emitted from the waveguide 3. In addition,
When the crossing angle θ is 1/100 radian and the fundamental wave has a wavelength of 0.83 μm, the electric field strength required for total reflection is 0.63 V / μm or more, and the fundamental wave has a wavelength of 1. When the thickness is 2 μm, the electric field strength required for total reflection is 0.68 V / μm or more.

【0038】上述した第1の実施例では、基板1にLi
TaO3を用いており、LiTaO3は光損傷閾値が一般
に高いので、光損傷の度合が小さく、従って、基板1に
LiTaO3を用いることにより長期間使用したとして
も、素子の性能を差程劣化させずに済む。また、LiT
aO3のキュリー点Tcは、600℃程度と低いので、
波長変換素子を比較的低い温度で作成することができ
る。
In the first embodiment described above, Li
Since TaO 3 is used and LiTaO 3 generally has a high optical damage threshold, the degree of optical damage is small. Therefore, even if LiTaO 3 is used for the substrate 1 for a long period of time, the performance of the device deteriorates to a considerable extent. You don't have to. Also, LiT
Since the Curie point Tc of aO 3 is as low as 600 ° C,
The wavelength conversion element can be made at a relatively low temperature.

【0039】これに対し、従来非線形光学結晶として良
く用いられているLiNbO3,またはMgOドープの
LiNbO3は、LiTaO3よりも光損傷閾値が低いの
で、光損傷を受け易く、また、これらのキュリー点Tc
は、約1100℃と高いので、波長変換素子の作成にL
iTaO3に比べて高温の処理を必要とする。しかしな
がら、LiNbO3,MgOドープのLiNbO3を基板
に用いて第1の実施例の波長変換素子と同様の機能をも
つ波長変換素子を作成することはもちろん可能である。
[0039] In contrast, the LiNbO 3 or LiNbO 3 of MgO-doped, is often used as a conventional non-linear optical crystal, the optical damage threshold is lower than the LiTaO 3, susceptible to photodamage, These Curie Point Tc
Is as high as about 1100 ° C, so L
It requires higher temperature treatment than iTaO 3 . However, it is of course possible to produce a wavelength conversion element having the same function as the wavelength conversion element of the first embodiment by using LiNbO 3 or MgO-doped LiNbO 3 as the substrate.

【0040】図5は本発明に係る波長変換素子の第2の
実施例の構成図であって、この第2の実施例では、Li
NbO3,またはMgOドープのLiNbO3の非線形光
学材料(方位がC板の単結晶)を基板21として用いて
いる。図5の波長変換素子は図1に対応した構成となっ
ており、上記基板21上には、2つの導波路22,23
が交差して形成され、また、その交差部にはプレーナ電
極25(25a,25b)が設けられ、さらに、導波路
23上には位相整合部としての分極反転層26が形成さ
れている。
FIG. 5 is a constitutional view of a second embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention. In this second embodiment, Li is used.
A non-linear optical material of NbO 3 or MgO-doped LiNbO 3 (single crystal having a C plate orientation) is used as the substrate 21. The wavelength conversion element of FIG. 5 has a structure corresponding to that of FIG. 1, and two waveguides 22 and 23 are provided on the substrate 21.
Are formed so as to intersect with each other, a planar electrode 25 (25a, 25b) is provided at the intersection, and a polarization inversion layer 26 as a phase matching portion is formed on the waveguide 23.

【0041】分極反転層26の分極ドメインのピッチ
は、分極反転層6におけるのと同様に、数3によって定
まる周期Λで作成されている。但し、いまの場合、基板
1にLiTaO3ではなく、LiNbO3,またはMgO
ドープのLiNbO3を用いているので、周期Λは図1
の場合と異なっている。
The pitch of the polarization domain of the polarization inversion layer 26 is created with the period Λ determined by the equation 3 as in the case of the polarization inversion layer 6. However, in this case, the substrate 1 is not LiTaO 3 but LiNbO 3 or MgO.
Since doped LiNbO 3 is used, the period Λ is shown in FIG.
Is different from the case.

【0042】すなわち、例えば、基本波が0.83μm
の波長λのものであり、さらその電界方向がx軸方向の
xooモードのもの(常光)を用いると、この基本波の
導波路(LiNbO3)における等価屈折率の波長分散
は2.22となる。また、この基本波に基づき非線形光
学結晶材料の非線形定数d31により発生する0.415
μmの波長(λ/2)のEzooモードのSH光の導波路
における等価屈折率の波長分散は2.22となる。従っ
て、この場合の分極反転の周期Λは、数3により約7μ
mとなり、この場合、約7μmのピッチで分極反転層2
6の分極ドメインを作成すれば、分極反転層26におい
て基本波とSH光との位相を整合させることができる。
That is, for example, the fundamental wave is 0.83 μm
When the E xoo mode (ordinary ray ) of which the electric field direction is the x-axis direction is used, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index of the fundamental wave waveguide (LiNbO 3 ) is 2.22. Becomes Further, 0.415 generated by the nonlinear constant d 31 of the nonlinear optical crystal material based on this fundamental wave
The wavelength dispersion of the equivalent refractive index in the waveguide of the SH light of the E zoo mode having the wavelength (λ / 2) of μm is 2.22. Therefore, the period Λ of the polarization inversion in this case is approximately 7 μ according to the equation 3.
m, and in this case, the polarization inversion layer 2 has a pitch of about 7 μm.
If the polarization domain 6 is created, the phase of the fundamental wave and the SH light can be matched in the polarization inversion layer 26.

【0043】また、例えば、基本波が0.83μmの波
長λのものであり、さらその電界方向がz軸方向のE
zooモードのもの(異常光)を用いると、この基本波の
導波路(LiNbO3)における等価屈折率の波長分散
は2.17となる。また、この基本波に基づき非線形光
学材料の非線形定数d31により発生する0.415μm
の波長(λ/2)のEzooモードのSH光の導波路にお
ける等価屈折率の波長分散は2.28となる。従って、
この場合の屈折率変化の周期Λは、数3により約3.8
μmとなり、この場合、約3.8μmのピッチで分極反
転層26の分極ドメインを作成すれば、分極反転層26
において基本波とSH光との位相を整合させることがで
きる。
Further, for example, the fundamental wave has a wavelength λ of 0.83 μm, and its electric field direction is E in the z-axis direction.
When a zoo mode light (extraordinary light) is used, the wavelength dispersion of the equivalent refractive index of the fundamental wave waveguide (LiNbO 3 ) is 2.17. Further, 0.415 μm generated by the nonlinear constant d 31 of the nonlinear optical material based on this fundamental wave
The wavelength dispersion of the equivalent refractive index in the waveguide of the SH light of the E zoo mode having the wavelength (λ / 2) is 2.28. Therefore,
The period Λ of the change in the refractive index in this case is about 3.8 according to Equation 3.
μm, and in this case, if the polarization domain of the polarization inversion layer 26 is created at a pitch of about 3.8 μm, the polarization inversion layer 26
In, it is possible to match the phases of the fundamental wave and the SH light.

【0044】図5のような構成の波長変換素子も図1の
波長変換素子と同様に動作し、電極25aへの電圧を変
化させることにより、導波路22から導波路23への基
本波の移行を制御してSH光を実質的に変調させること
ができる。この場合、ポッケルス定数は、r13が8.6
/106(μm/V),r33が30.8/106(μm/
V)である。従って、導波路とプレーナ電極25との交
差角度θを1/100ラジアンとし、基本波に例えば波
長0.83μm,Exooモードのものを用いる場合、全
反射に必要な電界強度は2.3V/μm以上であり、ま
た、基本波に例えば波長0.83μm,Ezooモードの
ものを用いる場合、全反射に必要な電界強度は0.68
V/μm以上である。
The wavelength conversion element having the structure as shown in FIG. 5 also operates in the same manner as the wavelength conversion element of FIG. 1 and changes the voltage applied to the electrode 25a to shift the fundamental wave from the waveguide 22 to the waveguide 23. Can be controlled to substantially modulate the SH light. In this case, the Pockels constant is such that r 13 is 8.6.
/ 10 6 (μm / V) , r 33 is 30.8 / 10 6 (μm /
V). Therefore, when the crossing angle θ between the waveguide and the planar electrode 25 is set to 1/100 radian and a fundamental wave having a wavelength of 0.83 μm and an Exoo mode is used, the electric field strength required for total reflection is 2.3 V / When the fundamental wave has a wavelength of 0.83 μm and an E zoo mode, the electric field strength required for total reflection is 0.68 μm.
V / μm or more.

【0045】なお、この第2の実施例では、基板にLi
NbO3のC板を用いているので、全反射を生じさせる
ための印加電圧は、第1の実施例と異なり、負の電圧で
ある。また、第2の実施例においても図5の波長変換素
子を第1の実施例における図3乃至図4のような構成の
ものに変形することもできる。
In the second embodiment, the substrate is made of Li.
Since the C plate of NbO 3 is used, the applied voltage for causing total reflection is a negative voltage, unlike the first embodiment. Further, also in the second embodiment, the wavelength conversion element of FIG. 5 can be modified into the structure of the first embodiment as shown in FIGS.

【0046】図6は本発明に係る波長変換素子の第3の
実施例の構成図である。なお図6において図5と同様の
箇所には同じ符号を付している。この第3の実施例で
は、第2の実施例と同様に、LiNbO3またはMgO
ドープのLiNbO3の基板21上に2本の導波路2
2,23が交差して形成され、交差部には、電極25
(25a,25b)が設けられているが、導波路22,
23上には、分極反転層が形成されていない。すなわ
ち、この構成においては、基本波として約1μm以上の
波長λのExooのものが使用されることを前提としてお
り、基本波が約1μm以上の波長λのExooモードのも
のでSH光にEzooモードのものを用いる場合には、L
iNbO3の複屈折性を用いて位相整合をとることがで
きるため導波光の等価屈折率の周期的変化を与える分極
反転層を必要とせずに、導波路22,23のいずれにお
いてもSH光を効率良く発生させることができる。但
し、この場合には、電極25aへの電圧を変化させても
導波路22,23のいずれか一方から常にSH光が出射
されてしまうので、SH光の変調を行なうため、導波路
22の一部の表面にはクラッディングされた金属層27
を形成している。金属層27としては、Alを用いるこ
とができ、またAlのかわりにNb25スパッタ膜を用
いることができる。
FIG. 6 is a block diagram of the third embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals. In the third embodiment, as in the second embodiment, LiNbO 3 or MgO is used.
Two waveguides 2 on a substrate 21 of doped LiNbO 3
2 and 23 are formed to intersect with each other, and an electrode 25 is formed at the intersection.
Although (25a, 25b) is provided, the waveguide 22,
The domain-inverted layer is not formed on 23. That is, in this configuration, it is premised that an E xoo wave having a wavelength λ of about 1 μm or more is used as a fundamental wave, and an EXoo mode wave having a wavelength of λ of about 1 μm or more is used as the SH light. When using the E zoo mode, L
Since the phase matching can be achieved by using the birefringence of iNbO 3, the SH light is not generated in either of the waveguides 22 and 23 without the need for a polarization inversion layer that gives a periodic change in the equivalent refractive index of the guided light. It can be generated efficiently. However, in this case, even if the voltage applied to the electrode 25a is changed, the SH light is always emitted from either one of the waveguides 22 and 23. The metal layer 27 is clad on the surface of the part
Is formed. As the metal layer 27, Al can be used, and a Nb 2 O 5 sputtered film can be used instead of Al.

【0047】このような構成では、基本波として、波長
が約1μm以上でExooモードのものを導波路22に入
射させると、導波路22にはSH光が効率良く発生し、
このSH光は交差部のところまで達する。ここで、電極
25aへの電圧が所定電圧Vのときには、交差部に達し
たSH光は、導波路23に移行し、導波路23から出射
される。これに対し、電極25aへの電圧が“0”のと
きには、交差部に達したSH光は導波路23に移行せ
ず、導波路22をさらに伝搬するが、このときにクラッ
ディングされた金属層27により吸収され、導波路22
からはSH光は出射されない。これにより、電圧VのO
N/OFFによりSH光の出射をON/OFFさせるこ
とができる。
In such a configuration, when a fundamental wave having a wavelength of about 1 μm or more and an Exoo mode is incident on the waveguide 22, SH light is efficiently generated in the waveguide 22,
This SH light reaches the intersection. Here, when the voltage applied to the electrode 25a is the predetermined voltage V, the SH light reaching the intersection moves to the waveguide 23 and is emitted from the waveguide 23. On the other hand, when the voltage applied to the electrode 25a is "0", the SH light reaching the intersection does not move to the waveguide 23 but further propagates in the waveguide 22, but at this time, the cladding metal layer is clad. The waveguide 22 is absorbed by 27
SH light is not emitted from. As a result, the voltage V O
The emission of SH light can be turned ON / OFF by N / OFF.

【0048】図7は本発明に係る波長変換素子の第4の
実施例の構成図である。この第4の実施例では、LiN
bO3,LiTaO3等の非線形光学材料からなる基板3
1上にプロトン交換のなされた導波路32,33が交差
して形成され、交差部には電極35(35a,35b)
が設けられており、また導波路32の一部の表面には、
クラッディングされた金属層37が形成されている。
FIG. 7 is a block diagram of the fourth embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention. In this fourth embodiment, LiN
bO 3, a substrate 3 made of a nonlinear optical material such as LiTaO 3
Proton-exchanged waveguides 32 and 33 are formed to intersect with each other on the electrode 1, and electrodes 35 (35a and 35b) are provided at the intersections.
Is provided, and a part of the surface of the waveguide 32 is
A cladding metal layer 37 is formed.

【0049】このような構成では、導波路32,33に
プロトン交換光導波路が用いられているので、分極反転
層が別途設けられておらずとも、導波路32,33にお
いてチェレンコフ放射を利用してSH光を発生させるこ
とができる。この場合も、導波路32上にクラッディン
グされた金属層37が形成されるので、導波路32から
出射されようとするSH光をこの金属層37により吸収
し、電圧VのON/OFFによりSH光の出射をON/
OFFさせることができる。
In such a configuration, since proton exchange optical waveguides are used for the waveguides 32 and 33, Cherenkov radiation is utilized in the waveguides 32 and 33 even if a polarization inversion layer is not separately provided. SH light can be generated. Also in this case, since the clad metal layer 37 is formed on the waveguide 32, SH light that is about to be emitted from the waveguide 32 is absorbed by this metal layer 37, and the SH is turned on / off by turning the voltage V ON / OFF. Turn on / off light emission
It can be turned off.

【0050】以上のように、上述の各実施例では、短波
長光を生成する機能とこの短波長光を変調する機能とを
同一の基板上に簡単な構成でコンパクトに実現できるの
で、波長変換素子の小型化を維持することができる。ま
た、短波長光を容易に変調できるので、光ディスク装置
に適した波長変換素子を提供することができる。
As described above, in each of the above-described embodiments, the function of generating short-wavelength light and the function of modulating this short-wavelength light can be realized compactly on the same substrate with a simple structure. The miniaturization of the element can be maintained. Moreover, since short-wavelength light can be easily modulated, it is possible to provide a wavelength conversion element suitable for an optical disc device.

【0051】なお、上述の各実施例では、導波路の本数
を2本としたが、さらにそれ以上の本数の導波路を用い
て、より複雑な光変調制御を行なうことも可能である。
また、上述の各実施例において、導波路2,22,32
に光を入射させる場合には、導波路3,23,33の交
差部より手前側は、基板端面まで形成されていなくとも
良い。さらに基板中央についてy軸に対称な構造となる
よう導波路を交差させることもできる。
Although the number of waveguides is two in each of the above-described embodiments, more complicated optical modulation control can be performed by using more waveguides.
In each of the above embodiments, the waveguides 2, 22, 32
When light is incident on the substrate, the front side of the intersection of the waveguides 3, 23 and 33 does not have to be formed to the end face of the substrate. Further, the waveguides can be crossed so that the center of the substrate has a structure symmetrical with respect to the y-axis.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上に説明したように本発明の波長変換
素子によれば、非線形光学媒質からなる複数本の導波路
の交差部には電位差が印加可能に構成されており、複数
本の導波路のうちの少なくとも1本の導波路には、導波
路を導波する基本波に基づき短波長光を効率良く生成さ
せる短波長光生成部または発生した短波長光を消滅させ
る短波長光消滅部が設けられているので、複数本の導波
路において少なくとも1本の導波路に基本波となる光を
入射させ、交差部の電位差を変化させて、基本波または
短波長光の光路を変更することにより、この波長変換素
子から変調された短波長光を効率良く出射させることが
できる。
As described above, according to the wavelength conversion element of the present invention, a potential difference can be applied to the intersection of a plurality of waveguides made of a non-linear optical medium, and a plurality of waveguides are applied. At least one of the waveguides has a short-wavelength light generation unit that efficiently generates short-wavelength light based on a fundamental wave that propagates in the waveguide or a short-wavelength light extinction unit that extinguishes the generated short-wavelength light. Is provided, it is possible to change the optical path of the fundamental wave or the short wavelength light by injecting light that becomes the fundamental wave into at least one of the plurality of waveguides and changing the potential difference at the intersection. As a result, the modulated short wavelength light can be efficiently emitted from this wavelength conversion element.

【0053】上記複数本の導波路をLiTaO3の非線
形光学媒質により形成することによって、長時間使用に
よる素子の性能劣化を抑え、また素子を比較的低い温度
で作成することができる。
By forming the plurality of waveguides from the non-linear optical medium of LiTaO 3 , it is possible to suppress the performance deterioration of the element due to long-term use and to fabricate the element at a relatively low temperature.

【0054】また、上記短波長光生成部が、基本波とこ
れに基づき発生する短波長光との位相を整合させる位相
整合部により構成されている場合には、これにより、短
波長光を効率良く生成することができる。また、上記短
波長光消滅部が、基本波に基づき発生した短波長光を吸
収するクラッディング金属層から構成されている場合に
は、これにより、短波長光を確実に吸収し消滅させるこ
とができる。
When the short-wavelength light generating section is composed of a phase matching section for matching the phases of the fundamental wave and the short-wavelength light generated based on the fundamental wave, the short-wavelength light is efficiently converted by the phase matching section. Can be generated well. Further, when the short-wavelength light extinguishing section is composed of a cladding metal layer that absorbs the short-wavelength light generated based on the fundamental wave, this can surely absorb and extinguish the short-wavelength light. it can.

【0055】また、複数本の導波路をLiNbO3の非
線形光学媒質により、またはMgOがドープされたLi
NbO3の非線形光学媒質により形成することによっ
て、導波路においてLiNbO3の複屈折性を用いて位
相整合をとることができ、この場合には、短波長光生成
部を別途設けずとも短波長光を効率良く生成できて、こ
れを変調するには短波長光消滅部を設ければ良い。
In addition, a plurality of waveguides are formed by a non-linear optical medium of LiNbO 3 or Li doped with MgO.
By using a nonlinear optical medium of NbO 3 , phase matching can be achieved by using the birefringence of LiNbO 3 in the waveguide. In this case, short wavelength light generation is possible without separately providing a short wavelength light generation unit. Can be efficiently generated and modulated by providing a short wavelength light extinction portion.

【0056】また、前記複数本の導波路にプロトン交換
光導波路を用いているときには、チェレンコフ放射を利
用して短波長光を生成でき、この場合に、複数本の導波
路のうちの少なくとも1本の導波路に短波長光消滅部を
設けることにより、短波長光を変調することができる。
When a proton exchange optical waveguide is used for the plurality of waveguides, short wavelength light can be generated by utilizing Cherenkov radiation. In this case, at least one of the plurality of waveguides is used. By providing the short-wavelength light extinction portion in the waveguide, the short-wavelength light can be modulated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る波長変換素子の第1の実施例の構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a wavelength conversion element according to the present invention.

【図2】プレーナ電極に電圧を印加したときの状態を説
明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a state when a voltage is applied to a planar electrode.

【図3】図1に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the wavelength conversion element shown in FIG.

【図4】図1に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the wavelength conversion element shown in FIG.

【図5】本発明に係る波長変換素子の第2の実施例の構
成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention.

【図6】本発明に係る波長変換素子の第3の実施例の構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a third embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention.

【図7】本発明に係る波長変換素子の第4の実施例の構
成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the wavelength conversion element according to the present invention.

【図8】従来の導波路型のSHG素子の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional waveguide type SHG element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,31 基板 2,3,22,23,32,33 導波路 5,25,35 電極 6,11,20,26 位相整合部(分極
反転層) 27,37 クラッディングさ
れた金属層
1,2,31 Substrate 2,3,22,23,32,33 Waveguide 5,25,35 Electrode 6,11,20,26 Phase matching part (polarization inversion layer) 27,37 Cladded metal layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非線形光学媒質からなる複数本の導波路
が基板に交差して形成され、該交差部には、導波路を導
波する基本波の光路を変更するための電位差を印加可能
な電位差印加手段が設けられており、また複数本の導波
路のうちの少なくとも1本の導波路には、導波路を導波
する基本波に基づき短波長光を生成する短波長光生成部
または発生した短波長光を消滅させる短波長光消滅部が
設けられていることを特徴とする波長変換素子。
1. A plurality of waveguides made of a non-linear optical medium are formed to intersect a substrate, and a potential difference for changing an optical path of a fundamental wave guided through the waveguides can be applied to the intersections. A potential difference applying means is provided, and at least one of the plurality of waveguides generates a short wavelength light based on a fundamental wave guided in the waveguide. A wavelength conversion element characterized in that a short-wavelength light extinction portion for extinguishing the short-wavelength light is provided.
【請求項2】 前記複数本の導波路は、LiTaO3
非線形光学媒質により形成されていることを特徴とする
請求項1記載の波長変換素子。
2. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the plurality of waveguides are formed of a non-linear optical medium of LiTaO 3 .
【請求項3】 前記短波長光生成部は、基本波とこれに
基づき発生する短波長光との位相を整合させる位相整合
部により構成され、前記短波長光消滅部は、基本波に基
づき発生した短波長光を吸収するクラッディング金属層
から構成されていることを特徴とする請求項1記載の波
長変換素子。
3. The short-wavelength light generation unit includes a phase matching unit that matches the phases of a fundamental wave and short-wavelength light generated based on the fundamental wave, and the short-wavelength light extinction unit generates based on the fundamental wave. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is composed of a cladding metal layer that absorbs the short wavelength light.
【請求項4】 前記複数本の導波路は、LiNbO3
非線形光学媒質により、またはMgOがドープされたL
iNbO3の非線形光学媒質により形成されていること
を特徴とする請求項1記載の波長変換素子。
4. The non-linear optical medium of LiNbO 3 or MgO-doped L waveguides
The wavelength conversion element according to claim 1, which is formed of a non-linear optical medium of iNbO 3 .
【請求項5】 前記位相整合部は、所定周期をもつ分極
反転構造として形成されているか、あるいは非線形光学
媒質の複屈折性により形成されていることを特徴とする
請求項1記載の波長変換素子。
5. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the phase matching portion is formed as a polarization inversion structure having a predetermined period or is formed by the birefringence of a nonlinear optical medium. ..
【請求項6】 前記複数本の導波路には、プロトン交換
光導波路が用いられており、この場合に、複数本の導波
路のうちの少なくとも1本の導波路には、短波長光消滅
部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の波
長変換素子。
6. A proton exchange optical waveguide is used for the plurality of waveguides, and in this case, at least one of the plurality of waveguides has a short wavelength light extinction portion. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is provided.
JP3425092A 1991-05-02 1992-01-24 Wavelength conversion element Pending JPH05204008A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013069909A1 (en) * 2011-11-11 2013-05-16 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Optical path-changing device having curved waveguide
WO2013069908A1 (en) * 2011-11-11 2013-05-16 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Optical modulator using waveguides
US9213214B2 (en) 2011-11-11 2015-12-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Optical path-changing device having curved waveguide

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