JPH0651359A - Wavelength conversion element, short wavelength laser device and wavelength variable laser device - Google Patents
Wavelength conversion element, short wavelength laser device and wavelength variable laser deviceInfo
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- JPH0651359A JPH0651359A JP4204815A JP20481592A JPH0651359A JP H0651359 A JPH0651359 A JP H0651359A JP 4204815 A JP4204815 A JP 4204815A JP 20481592 A JP20481592 A JP 20481592A JP H0651359 A JPH0651359 A JP H0651359A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光源を応
用した、光情報処理、光応用計測制御分野に使用される
波長変換素子の構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a wavelength conversion element to which a coherent light source is applied and which is used in the fields of optical information processing and optical applied measurement control.
【0002】[0002]
【従来の技術】強誘電体の分極を強制的に反転させる分
極反転は、強誘電体に周期的な分極反転層を形成するこ
とにより、表面弾性波を利用した光周波数変調器や、非
線形分極の分極反転を利用した波長変換素子などに利用
される。特に非線形光学物質の非線形分極を周期的に反
転することが可能になれば、非常に変換効率の高い第二
高調波発生素子(以下SHG素子とする)を作製するこ
とができる。これによって半導体レーザなどの光を変換
すると、小型の短波長光源が実現でき、印刷、光情報処
理、光応用計測制御分野などに応用できるため盛んに研
究が行われている。分極反転型のSHG素子は高効率の
波長変換が可能であり、かつ周期構造を変えることによ
り、任意の波長変換が行える。しかしながら、周期構造
を基本としているため、波長依存性が高く基本光の波長
変動に対する出力変動が非常に大きかった。2. Description of the Related Art Polarization reversal for forcibly reversing the polarization of a ferroelectric substance is performed by forming a periodic polarization reversal layer in the ferroelectric substance, and using an optical frequency modulator utilizing surface acoustic waves or a nonlinear polarization. It is used for a wavelength conversion element and the like utilizing the polarization inversion of the. In particular, if it becomes possible to periodically invert the nonlinear polarization of the nonlinear optical material, it is possible to manufacture a second harmonic generation element (hereinafter referred to as an SHG element) having a very high conversion efficiency. Thus, by converting light from a semiconductor laser or the like, a compact short-wavelength light source can be realized, and it can be applied to the fields of printing, optical information processing, optical application measurement control, and the like, and thus is actively researched. The polarization inversion type SHG element is capable of highly efficient wavelength conversion, and can also perform arbitrary wavelength conversion by changing the periodic structure. However, since it is based on the periodic structure, the wavelength dependence is high and the output fluctuation with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental light is very large.
【0003】これを示す例として例えば、波長変換素子
として擬位相整合(以下、QPMと記す。)方式の分極
反転導波路を用いた半導体レーザの波長変換の報告があ
る。(山本他、オプティクス・レターズ Optics Lette
rs Vol.16, No.15, 1156 (1991))。図14に、半導体
レーザーとQPM波長変換素子を用いた短波長光源の概
略構成図を示す。半導体レーザー101から放射された
光は、コリメートレンズ102により平行ビームに変換
され、λ/2板103で偏向方向を回転させ、N.A.=0.6
のフォーカシングレンズ104により導波路の入射端面
5に集光される。そして波長変換されたブルー光が得ら
れる。半導体レーザーへの戻り光を避けるため入射端面
105には無反射コートを施してあるが、端面105か
ら約1%の戻り光が生じる。この結果、半導体レーザーの
導波路内への入射光強度35mWに対し1.1mWのブルー光を
得た。しかし、QPM波長変換素子は波長許容度が0.2n
mしかなく、また半導体レーザーの温度の変化に対する
発振波長の揺らぎが0.2nm/℃あり、戻り光によるモード
ホップが1nm程度あるため、出力は数秒しか安定しな
い。そのため、半導体レーザーの波長安定化が不可欠と
なる。As an example showing this, there is a report of wavelength conversion of a semiconductor laser using a quasi-phase matching (hereinafter referred to as QPM) type polarization inversion waveguide as a wavelength conversion element. (Yamamoto et al., Optics Letters
rs Vol.16, No.15, 1156 (1991)). FIG. 14 shows a schematic configuration diagram of a short wavelength light source using a semiconductor laser and a QPM wavelength conversion element. The light emitted from the semiconductor laser 101 is converted into a parallel beam by the collimator lens 102, the deflection direction is rotated by the λ / 2 plate 103, and NA = 0.6.
The light is focused on the incident end surface 5 of the waveguide by the focusing lens 104. Then, wavelength-converted blue light is obtained. The incident end face 105 is non-reflective coated to avoid returning light to the semiconductor laser, but about 1% of returning light is generated from the end face 105. As a result, 1.1 mW of blue light was obtained for an incident light intensity of 35 mW entering the waveguide of the semiconductor laser. However, the QPM wavelength conversion element has a wavelength tolerance of 0.2n.
The output is stable for only a few seconds because there is only m, the fluctuation of the oscillation wavelength with respect to the temperature change of the semiconductor laser is 0.2 nm / ° C, and the mode hop due to the returning light is about 1 nm. Therefore, wavelength stabilization of the semiconductor laser is indispensable.
【0004】一方、QPM波長変換素子により半導体レ
ーザの安定した波長変換を行うための波長変換素子に関
する報告がある。(K. Shinozaki他、アプライドフィジ
ックス・レターズ Applied Physics Letters. Vol. 5
9, No. 29, 510-512 (1991))。図15に従来の波長変
換素子の構成図を示す。以下波長1.3μm帯の基本光
に対する高調波発生(波長6.5μm)について図を用
いて詳しく説明する。On the other hand, there is a report on a wavelength conversion element for performing stable wavelength conversion of a semiconductor laser by a QPM wavelength conversion element. (K. Shinozaki et al. Applied Physics Letters. Vol. 5
9, No. 29, 510-512 (1991)). FIG. 15 shows a configuration diagram of a conventional wavelength conversion element. The harmonic generation (wavelength 6.5 μm) for the fundamental light in the wavelength 1.3 μm band will be described in detail below with reference to the drawings.
【0005】図15に示すようにLiNbO3基板41に光導
波路44が形成され、さらに光導波路44には周期的に
分極の反転した層45(分極反転層)が形成されてい
る。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極
反転層45の周期構造で補償することにより高効率に高
調波を出すことができる。光導波路44の入射面に基本
波P1(43)を入射すると、光導波路44から高調波
P2(42)が効率良く発生され、光波長変換素子とし
て動作する。さらに、分極反転層は基板に対してわずか
に屈折率が高いため、屈折率変化によるグレーティング
を構成している。このグレーティングをDisitributed B
ragg Reflector(以下DBRグレーティングとする)と
して利用していた。As shown in FIG. 15, an optical waveguide 44 is formed on a LiNbO 3 substrate 41, and a layer 45 (polarization inversion layer) whose polarization is periodically inverted is further formed on the optical waveguide 44. By compensating the mismatch between the propagation constants of the fundamental wave and the generated harmonic with the periodic structure of the polarization inversion layer 45, the harmonic can be generated with high efficiency. When the fundamental wave P1 (43) is incident on the incident surface of the optical waveguide 44, the harmonic P2 (42) is efficiently generated from the optical waveguide 44 and operates as an optical wavelength conversion element. Furthermore, since the polarization inversion layer has a slightly higher refractive index than the substrate, it constitutes a grating by a change in the refractive index. This grating is Distributed B
It was used as a ragg Reflector (hereinafter referred to as DBR Grating).
【0006】DBRは波長選択性を有する反射器で特定
波長のみ反射する。DBRグレーティングにより半導体
レーザに特定の波長を帰還すると、半導体レーザの波長
がDBRの反射波長に固定される。QPMによる位相整
合波長とDBRの反射波長を一致させれば、半導体レー
ザを用いて、安定な波長変換が行える。従来の実施例で
は、導波路内に分極反転層を形成し、これをDBRグレ
ーティングとしても用いていた。そのため半導体レーザ
から出射された光はファイバーを通って光導波路に結合
するが、DBRグレーティングによって一部反射され半
導体レーザの発振波長を固定することができる。DBR
の反射波長とQPMの位相整合波長を一致させるため、
周期6.5μmの分極反転グレーティングを構成し、基
本光の波長1.327μmにおいてQPMでは1次、D
BRでは43次のグレーティング次数で初めて整合が取
れる。The DBR is a reflector having wavelength selectivity and reflects only a specific wavelength. When a specific wavelength is fed back to the semiconductor laser by the DBR grating, the wavelength of the semiconductor laser is fixed to the reflection wavelength of the DBR. If the phase matching wavelength by QPM and the reflection wavelength of DBR are matched, stable wavelength conversion can be performed using a semiconductor laser. In the conventional example, the polarization inversion layer was formed in the waveguide, and this was also used as the DBR grating. Therefore, the light emitted from the semiconductor laser is coupled to the optical waveguide through the fiber, but it is partially reflected by the DBR grating and the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be fixed. DBR
To match the reflection wavelength of QPM and the phase matching wavelength of QPM,
A polarization-inverted grating with a period of 6.5 μm is formed, and at the wavelength of the fundamental light of 1.327 μm, the first-order, D
In BR, matching can be achieved for the first time with the 43rd-order grating order.
【0007】波長1.327μmの基本波P1に対し
て、光導波路の長さを2mm、基本波P1のパワーを6
0μWにしたとき高調波P2のパワー0.652pWが
得られていた。このときの変換効率は4.1%/W・c
m2であった。For the fundamental wave P1 having a wavelength of 1.327 μm, the length of the optical waveguide is 2 mm, and the power of the fundamental wave P1 is 6
When the power was set to 0 μW, the power of the harmonic P2 was 0.652 pW. The conversion efficiency at this time is 4.1% / W · c
It was m 2 .
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の波長変換素子素
子においては分極反転層とDBRグレーティングを同時
に形成していた、ところが分極反転層の周期による位相
整合波長とDBRグレーティングの反射波長を一致させ
るために、導波路内の基本光、SHG光の伝搬速度を高
い精度で制御する必要があり作製が難しく、また波長変
換素子の変換可能な波長が制限されるという問題があっ
た。そのため、従来の波長変換素子においては、波長
1.3μmの基本光に対してのみ安定な波長変換素子を
構成することができ、波長変換素子の広い応用が可能な
短波長(波長400〜500nm)のSHG光を実現す
るのが困難であるという問題があった。In the conventional wavelength conversion element, the polarization inversion layer and the DBR grating are formed at the same time. However, in order to make the phase matching wavelength due to the period of the polarization inversion layer and the reflection wavelength of the DBR grating coincide with each other. In addition, it is necessary to control the propagation speeds of the basic light and the SHG light in the waveguide with high accuracy, which is difficult to manufacture, and the wavelength that can be converted by the wavelength conversion element is limited. Therefore, in the conventional wavelength conversion element, it is possible to configure a wavelength conversion element that is stable only with respect to the fundamental light having a wavelength of 1.3 μm, and a short wavelength (wavelength 400 to 500 nm) that can be widely applied to the wavelength conversion element. However, there is a problem that it is difficult to realize the SHG light.
【0009】さらに、分極反転層をDBRグレーティン
グとして用いるため、基本光が進行方向に対して徐々に
反射され、しだいに減衰していき、波長変換素子の効率
を低下させるという問題があった。Further, since the polarization inversion layer is used as the DBR grating, there is a problem that the basic light is gradually reflected in the traveling direction and is gradually attenuated to reduce the efficiency of the wavelength conversion element.
【0010】さらに、DBRグレーティングの周期構造
は基本光のみならず、発生したSHG光にも影響を与
え、DBRグレーティングによるSHG光の散乱、反射
などにより、波長変換素子の変換効率を低下させるとい
う問題があった。Further, the periodic structure of the DBR grating affects not only the basic light but also the generated SHG light, and the conversion efficiency of the wavelength conversion element is lowered due to scattering and reflection of the SHG light by the DBR grating. was there.
【0011】そこで本発明は上記の点に鑑み、光導波路
と分極反転層を有する非線形光学結晶上に誘電体膜とグ
レーティングを形成することにより、半導体レーザの光
を安定に、かつ高効率で波長変換できる波長変換素子、
それを用いた短波長レーザ装置、および波長可変レーザ
装置を提供することを目的とする。Therefore, in view of the above points, the present invention forms a dielectric film and a grating on a nonlinear optical crystal having an optical waveguide and a domain inversion layer to stabilize the light of a semiconductor laser with high wavelength. Wavelength conversion element that can convert
It is an object to provide a short wavelength laser device and a wavelength tunable laser device using the same.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、 (1)光導波路と分極反転層を有する非線形物質からな
る基板と、前記基板上に形成した1層以上の誘電体膜
と、前記誘電体膜上に形成したグレーティングからな
り、かつ前記グレーティングは前記光導波路の伝搬方向
に形成され、なおかつ前記誘電体膜の厚みTが0<T<
0.1μmである波長変換素子である。 (2)光導波路と分極反転層を有する非線形物質からな
る基板と、前記基板上に形成したグレーティングからな
り、かつ前記グレーティングは前記光導波路の伝搬方向
に形成され、なおかつ前記光導波路と前記グレーティン
グが隣接している波長変換素子である。 (3)光導波路を有する非線形物質からなる基板と、前
記基板内に形成した周期構造からなる分極反転層と、前
記分極反転層上の一部または全部に形成した電極からな
り、かつ前記電極下の分極反転層の光導波路伝搬方向に
対する周期Λが前記光導波路を伝搬する波長λの基本光
の実効屈折率Nωに対し、λ=2Nω・Λ/q(q=
1,2,3,・・・)の関係をとる波長変換素子であ
る。 (4)上記記載の波長変換素子と半導体レーザとを備え
たことを特徴とする短波長レーザ装置とする。 (5)光導波路を有する電気光学基板と、前記基板内に
形成した周期構造からなる分極反転層と、前記分極反転
層の上に形成された電極と、半導体レーザをからなり、
かつ前記光導波路に前記半導体レーザから出射される光
が入射されている波長可変レーザ装置とする。In order to solve the above problems, according to the present invention, (1) a substrate made of a non-linear material having an optical waveguide and a polarization inversion layer, and one or more dielectric films formed on the substrate. And a grating formed on the dielectric film, the grating is formed in the propagation direction of the optical waveguide, and the thickness T of the dielectric film is 0 <T <
The wavelength conversion element has a thickness of 0.1 μm. (2) A substrate made of a nonlinear material having an optical waveguide and a domain inversion layer, and a grating formed on the substrate, wherein the grating is formed in the propagation direction of the optical waveguide, and the optical waveguide and the grating are formed. The wavelength conversion elements are adjacent to each other. (3) A substrate made of a non-linear material having an optical waveguide, a domain-inverted layer having a periodic structure formed in the substrate, an electrode formed on a part or all of the domain-inverted layer, and below the electrode. The period Λ of the polarization inversion layer in the propagation direction of the optical waveguide is λ = 2Nω · Λ / q (q = for the effective refractive index Nω of the fundamental light having the wavelength λ propagating in the optical waveguide.
1, 2, 3, ...), which are wavelength conversion elements. (4) A short wavelength laser device comprising the wavelength conversion element and the semiconductor laser described above. (5) An electro-optic substrate having an optical waveguide, a domain-inverted layer having a periodic structure formed in the substrate, an electrode formed on the domain-inverted layer, and a semiconductor laser,
Further, the wavelength tunable laser device is such that the light emitted from the semiconductor laser is incident on the optical waveguide.
【0013】[0013]
【作用】本発明は前述した構造により、光導波路と分極
反転層を基本とする波長変換素子において基板上に誘電
体膜と誘電体膜上に形成したDBRグレーティングによ
り、導波路を伝搬する基本光を励起光源に帰還し、励起
光源の波長を固定することができ、かつ発生したSHG
光にはグレーティングの影響を与えないため、SHG光
のロスによる低減を防止でき、高効率の波長変換を安定
して行うことができる。The present invention has the above-described structure, and in the wavelength conversion element based on the optical waveguide and the polarization inversion layer, the basic film propagating through the waveguide is formed by the dielectric film on the substrate and the DBR grating formed on the dielectric film. To the pumping light source, the wavelength of the pumping light source can be fixed, and the generated SHG
Since the light is not affected by the grating, it is possible to prevent reduction due to loss of SHG light, and it is possible to stably perform highly efficient wavelength conversion.
【0014】以下にその理由を述べる。分極反転型SH
G素子にDBRグレーティングを形成し、特定波長の基
本光を半導体レーザに帰還させてやると半導体レーザの
波長を固定することができる。The reason will be described below. Polarization inversion type SH
The wavelength of the semiconductor laser can be fixed by forming a DBR grating in the G element and feeding back the basic light of a specific wavelength to the semiconductor laser.
【0015】しかし、波長変換素子の導波路内または導
波路上に直接DBRグレーティングを形成すると基本光
のみならず発生したSHG光にも影響を与え、散乱、反
射など、SHG光のロスの原因となり、素子の変換効率
を低下させる原因となる。これを防止するためDBRグ
レーティングと光導波路の間に誘電体の膜を形成する
と、グレーティングを基本光のみに作用さることができ
る。その結果SHG光のロスが低減でき安定で高効率の
波長変換素子を形成できる。However, if the DBR grating is formed directly in or on the waveguide of the wavelength conversion element, it affects not only the basic light but also the generated SHG light, causing loss of SHG light such as scattering and reflection. , Which causes a decrease in conversion efficiency of the device. If a dielectric film is formed between the DBR grating and the optical waveguide in order to prevent this, the grating can act only on the fundamental light. As a result, the loss of SHG light can be reduced, and a stable and highly efficient wavelength conversion element can be formed.
【0016】また本発明は、導波路に隣接した部分にD
BRグレーティングを形成することにより、DBRグレ
ーティングを基本光のみに作用させ、上述した理由によ
り、SHG光のロスが低減でき安定で高効率の波長変換
素子を形成できる。Further, according to the present invention, D is provided in a portion adjacent to the waveguide.
By forming the BR grating, the DBR grating acts only on the basic light, and for the reasons described above, the loss of the SHG light can be reduced and a stable and highly efficient wavelength conversion element can be formed.
【0017】また、周期的分極反転上に電極を形成する
と、電界を印可することにより電気光学効果による分極
反転層の屈折率変化が生じる。そのため周期的な屈折率
変化をもったグレーティングを形成することができる。
このグレーティングをDBRグレーティングとして用い
ると波長変換素子を励起する半導体レーザの波長を安定
化することができる。さらに印可電圧によりDBRグレ
ーティングの反射波長を制御することができるため、位
相整合条件の最適値に半導体レーザの波長を合わせるこ
とができ高効率の波長変換が行える。また印可電界によ
り、SHG出力を変調することが可能になる。Further, when an electrode is formed on the periodic domain inversion, an electric field is applied to cause a change in the refractive index of the domain inversion layer due to the electro-optic effect. Therefore, a grating having a periodic change in refractive index can be formed.
When this grating is used as a DBR grating, the wavelength of the semiconductor laser that excites the wavelength conversion element can be stabilized. Furthermore, since the reflected wavelength of the DBR grating can be controlled by the applied voltage, the wavelength of the semiconductor laser can be adjusted to the optimum value of the phase matching condition, and highly efficient wavelength conversion can be performed. The applied electric field also makes it possible to modulate the SHG output.
【0018】[0018]
(実施例1)以下本発明の実施例について説明する。 (Example 1) An example of the present invention will be described below.
【0019】図1は、本発明の実施例の波長変換素子の
構成斜視図である。1は−C板のLiTaO3基板(結晶のC
軸に垂直な面の−側)、4は分極反転層、5はプロトン
交換導波路、6は波長860nmの基本光、7は波長4
30nmの第二高調波(以下、SHG光と略す。)、8
は分極反転層の周期Λ、9は分極反転層の幅W、10は
SiO2の膜、11はTa2O5のグレーティング、12は集光
光学系、13は半導体レーザ、14は入射部、15は出
射部である。図1において4の分極反転層は、基板の分
極反転に対し、分極の方向が逆転している部分である。
1のLiTaO3基板の場合、分極の方向は+C方向であり、
それに対して分極反転層の分極の方向は−C方向であ
る。この分極反転層4の周期Λは、基本波6の波長λ、
導波路5の屈折率と形状でで異なる。導波路幅は4μ
m、深さは2μm、基本波6の波長λが860nmのと
き、1次の周期が約3.6μmである。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention. 1 is a -C plate LiTaO 3 substrate (C of crystalline
(-Side of the plane perpendicular to the axis), 4 is a polarization inversion layer, 5 is a proton exchange waveguide, 6 is basic light with a wavelength of 860 nm, 7 is a wavelength of 4
30 nm second harmonic (hereinafter abbreviated as SHG light), 8
Is the period Λ of the domain inversion layer, 9 is the width W of the domain inversion layer, 10 is
A film of SiO2, 11 is a grating of Ta2O5, 12 is a converging optical system, 13 is a semiconductor laser, 14 is an incident part, and 15 is an emission part. In FIG. 1, the polarization inversion layer 4 is a portion in which the direction of polarization is reversed with respect to the polarization inversion of the substrate.
In the case of 1 LiTaO 3 substrate, the polarization direction is + C direction,
On the other hand, the polarization direction of the polarization inversion layer is the −C direction. The period Λ of the polarization inversion layer 4 is the wavelength λ of the fundamental wave 6,
The refractive index and shape of the waveguide 5 differ. Waveguide width is 4μ
m, the depth is 2 μm, and when the wavelength λ of the fundamental wave 6 is 860 nm, the primary period is about 3.6 μm.
【0020】次に、本実施例の波長変換素子の動作原理
について説明する。半導体レーザ13から出た基本光6
は集光光学系12により集光され入射部14に入射す
る。入射した基本光6は導波路5内を伝搬するが、伝搬
するにつれ周期的な分極反転層4により徐々に基本光の
半分の波長のSHG光に変換される。そのため、出射部
近傍では、変換されたSHG光と基本光がともに伝搬し
ている状態となる。出射部近傍に形成されたグレーティ
ング11はDBRグレーティングとして働き、特定波長
の基本光6が反射され、入射部14、集光光学系12を
通って、半導体レーザ13に帰還する。半導体レーザ1
3の発振波長は、この帰還波長に固定されるため、半導
体レーザの発振波長を安定化することができる。Next, the operation principle of the wavelength conversion element of this embodiment will be described. Basic light 6 emitted from the semiconductor laser 13
Is condensed by the condensing optical system 12 and is incident on the incident portion 14. The incident basic light 6 propagates in the waveguide 5, but as it propagates, the periodic polarization inversion layer 4 gradually converts it into SHG light having a half wavelength of the basic light. Therefore, in the vicinity of the emitting portion, the converted SHG light and the basic light are both propagating. The grating 11 formed in the vicinity of the emitting portion functions as a DBR grating, reflects the basic light 6 having a specific wavelength, and returns to the semiconductor laser 13 through the incident portion 14 and the condensing optical system 12. Semiconductor laser 1
Since the oscillation wavelength of 3 is fixed to this feedback wavelength, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be stabilized.
【0021】一方、光導波路5を伝搬する光の深さ方向
の強度分布は波長によって異なる。そこで導波路上に誘
電体層を設ければ、この誘電体層にしみだす光の強度分
布は基本光とSHG光で異なってくる。例えば、SiO2の
誘電体膜を設けた場合、光の強度分布は図2の様にな
り、最大値の1/e2になる点は、この導波路の場合、
基本光で0.1μm、SHG光で0.04μm基板から
SiO2膜中にしみだしている。そこで光導波路5の上に厚
さ0.04μm以上のSiO2膜10設け、その上にTa2O5
のグレーティング11を形成すれば、導波路を伝搬する
基本光のみにグレーティングの影響を与え、導波路を伝
搬するSHG光が受けるグレーティングによる散乱や反
射を防止することができる。またグレーティングの周期
と反射波長の関係は計算により図3に示す関係をとる。
そこで分極反転型SHG素子の位相整合波長860nm
で、この波長と一致するDBRグレーティングの周期を
計算すると、図3より周期1.98μmで10次のDB
Rグレーティングとして基本光の反射が起こることが分
かる。このように、分極反転による位相整合波長とDB
Rグレーティングの反射波長を別々に設計できるため、
素子設計によって任意の波長を変換できる。On the other hand, the intensity distribution of the light propagating through the optical waveguide 5 in the depth direction differs depending on the wavelength. Therefore, if a dielectric layer is provided on the waveguide, the intensity distribution of the light leaking into this dielectric layer differs between the basic light and the SHG light. For example, when a SiO 2 dielectric film is provided, the light intensity distribution is as shown in FIG. 2, and the point at which the maximum value is 1 / e 2 is
0.1 μm with basic light and 0.04 μm with SHG light from substrate
Seeps into the SiO 2 film. Therefore, a SiO 2 film 10 having a thickness of 0.04 μm or more is provided on the optical waveguide 5, and Ta 2 O 5 is formed on the SiO 2 film 10.
If the grating 11 is formed, only the basic light propagating in the waveguide is affected by the grating, and it is possible to prevent the SHG light propagating in the waveguide from being scattered or reflected by the grating. Further, the relationship between the grating period and the reflection wavelength has the relationship shown in FIG. 3 by calculation.
Therefore, the phase matching wavelength of the polarization inversion type SHG element is 860 nm.
Then, when the period of the DBR grating that matches this wavelength is calculated, the 10th DB with the period of 1.98 μm is obtained from FIG.
It can be seen that the basic light is reflected by the R grating. Thus, the phase matching wavelength and DB
Since the reflection wavelength of the R grating can be designed separately,
Any wavelength can be converted depending on the element design.
【0022】以下上記実施例によって形成した波長変換
素子について、その特性を評価した結果を示す。素子長
15mmに渡り分極反転層を全面に形成し、出射部近傍
の基板表面に5mmに渡ってグレーティングを形成し
た。波長860nmの半導体レーザからの基本光6を集
光光学系12を用いて光導波路5の入射部14に入射し
た。半導体レーザの出力は100mW、導波路に結合し
た光は50mWであった。出射部から出力するSHG光
の強度をパワーメータにより測定した。図4にグレーテ
ィングと基板間に設けたSiO2層の厚みとSHG出力の関
係を示す。SiO2の厚みが0.1μm以上になると基本
光、SHG光共にグレーティングの影響を受けなくなる
ため、半導体レーザの波長を固定することができなくな
り、安定な波長変換が不可能になった。またSiO2の厚み
が0.4μm以下になるとSHG光がグレーティングの
影響を受け始め徐々に減衰してしていく。この結果、Si
O2膜の厚みTを0.04<T<0.1に設定することに
より、最大出力7mWが得られた。基本光はグレーティ
ングにより反射されて、(SiO2膜厚が0のとき最大15
%反射された。)半導体レーザの安定した発振が得ら
れ、かつSHG光はグレーティングによる散乱、反射ロ
スを避けることができ高効率の波長変換が行えた。The results of evaluating the characteristics of the wavelength conversion element formed according to the above embodiment will be shown below. A domain-inverted layer was formed on the entire surface over an element length of 15 mm, and a grating was formed on the surface of the substrate near the emitting portion over a length of 5 mm. The fundamental light 6 from the semiconductor laser having a wavelength of 860 nm was made incident on the incident portion 14 of the optical waveguide 5 using the condensing optical system 12. The output of the semiconductor laser was 100 mW, and the light coupled to the waveguide was 50 mW. The intensity of the SHG light output from the emission part was measured with a power meter. FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the SiO 2 layer provided between the grating and the substrate and the SHG output. When the thickness of SiO 2 is 0.1 μm or more, neither the fundamental light nor the SHG light is affected by the grating, so that the wavelength of the semiconductor laser cannot be fixed and stable wavelength conversion becomes impossible. When the thickness of SiO 2 becomes 0.4 μm or less, the SHG light begins to be affected by the grating and gradually attenuates. As a result, Si
The maximum output of 7 mW was obtained by setting the thickness T of the O 2 film to 0.04 <T <0.1. The fundamental light is reflected by the grating (maximum 15 when the SiO 2 film thickness is 0).
% Reflected. ) Stable oscillation of the semiconductor laser was obtained, and the SHG light could avoid scattering and reflection loss due to the grating, and highly efficient wavelength conversion could be performed.
【0023】なお、本実施例では誘電体膜としてSiO2を
用いたが、他にTa2O5、Ti2O5、SiN、LiNbO3など導波光
に対して吸収や散乱などによるロスを与えない誘電体膜
ならば、用いることができる。Although SiO 2 is used as the dielectric film in this embodiment, other loss such as Ta 2 O 5 , Ti 2 O 5 , SiN, LiNbO 3 due to absorption or scattering is not given to the guided light. Any dielectric film can be used.
【0024】なお、本実施例では基板にLiTaO3基板を用
いたが他にMgO、Nb、NdなどをドープしたLiTaO3、また
はLiNbO3またはその混合物であるLiTa(1-x)NbxO3(0≦
x≦1)基板、そのほかKTPでも同様な素子が作製で
きる。LiTaO3、LiNbO3、KTPはともに、高い非線形性
を有するため、高効率の波長変換素子が作製できる。し
かも、これらの材料においては周期的分極反転層の形成
方法が確認されているため、高効率の分極反転型SHG
素子が形成できる。In this embodiment, a LiTaO 3 substrate was used as the substrate, but other LiTaO 3 doped with MgO, Nb, Nd, etc., or LiNbO 3 or a mixture thereof, LiTa (1-x) Nb x O 3. (0 ≦
x ≦ 1) Similar devices can be manufactured using a substrate and KTP. Since LiTaO 3 , LiNbO 3 , and KTP all have high nonlinearity, a highly efficient wavelength conversion element can be manufactured. Moreover, since a method of forming a periodic domain-inverted layer has been confirmed for these materials, highly efficient domain-inverted SHG.
An element can be formed.
【0025】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図5は、本発明の他の実施例の波長変換素子の構成
斜視図である。1は−C板のLiTaO3基板、4は分極反転
層、5はプロトン交換導波路、6は波長860nmの基
本光、7は波長430nmのSHG光、11はTa2O5の
グレーティング、12は集光光学系、13は半導体レー
ザ、14は入射部、15は出射部である。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration perspective view of a wavelength conversion element of another embodiment of the present invention. 1 is a -C plate LiTaO 3 substrate, 4 is a polarization inversion layer, 5 is a proton exchange waveguide, 6 is basic light with a wavelength of 860 nm, 7 is SHG light with a wavelength of 430 nm, 11 is a grating of Ta 2 O 5 , and 12 is A condenser optical system, 13 is a semiconductor laser, 14 is an incident part, and 15 is an emission part.
【0026】波長変換素子による基本光からSHG光へ
の変換および、DBRグレーティングによる半導体レー
ザ光源の波長安定化の方法は、既に述べたとうりであ
る。図5に示すように光導波路の側部にDBRグレーテ
ィングを形成すると、光導波路を伝搬する基本光のみに
グレーティングの影響を与えることができる。これは光
導波路を伝搬する光の基板と並行方向の強度分布は図6
に示すように、波長によって異なる。導波路幅4μm、
深さ2μmの導波路において波長860nmの基本光の
強度分布の幅方向の広がりは4.3μm、波長430n
mのSHG光の強度分布の幅方向の広がりは3.9μm
であった。そこで導波路の両側に隣接した形で図6に示
すTa2O5のグレーティング(厚さ0.1μm、周期1.
98μm)を形成した。光の強度分布より、グレーティ
ングの影響をうけるのは基本光だけであるため、基本光
はグレーティングにより反射されて、半導体レーザの安
定した発振が得られ、かつSHG光はグレーティングに
よる散乱、反射ロスを避けることができ高効率の波長変
換が行えた。The method of converting the basic light into the SHG light by the wavelength conversion element and the wavelength stabilization of the semiconductor laser light source by the DBR grating are as described above. When the DBR grating is formed on the side portion of the optical waveguide as shown in FIG. 5, only the basic light propagating through the optical waveguide can be affected by the grating. The intensity distribution of the light propagating through the optical waveguide in the direction parallel to the substrate is shown in FIG.
As shown in, it depends on the wavelength. Waveguide width 4 μm,
In the waveguide having a depth of 2 μm, the widthwise expansion of the intensity distribution of the fundamental light having a wavelength of 860 nm is 4.3 μm, and the wavelength is 430 n.
The width of the intensity distribution of SHG light of m is 3.9 μm.
Met. Therefore, the grating of Ta 2 O 5 (thickness 0.1 μm, period 1.
98 μm) was formed. Since only the basic light is affected by the grating according to the intensity distribution of light, the basic light is reflected by the grating and stable oscillation of the semiconductor laser is obtained, and the SHG light causes scattering and reflection loss by the grating. It was possible to avoid wavelength conversion with high efficiency.
【0027】(実施例2)以下、本発明の第二の実施例
について説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below.
【0028】図7は、本発明の実施例の波長変換素子の
構成斜視図である。1は−C板のLiTaO3基板、4は分極
反転層、5はプロトン交換導波路、6は波長860nm
の基本光、7は波長430nmのSHG光、17は分極
反転層、12は集光光学系、13は半導体レーザ、16
は電極、14は入射部、15は出射部である。図7にお
いて4の分極反転層は、基板の分極反転に対し、分極の
方向が逆転している部分である。1のLiTaO3基板の場
合、分極の方向は+C方向であり、それに対して分極反
転層の分極の方向は−C方向である。この分極反転層の
周期Λは、基本波の波長λ、導波路5の屈折率と形状で
異なる。導波路幅は4μm、深さは2μmである。分極
反転層に電界を印可すると、電気光学効果により屈折率
が変化する。FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the wavelength conversion element according to the embodiment of the present invention. 1 is a -C plate LiTaO 3 substrate, 4 is a polarization inversion layer, 5 is a proton exchange waveguide, 6 is a wavelength of 860 nm
Basic light, 7 is SHG light having a wavelength of 430 nm, 17 is a polarization inversion layer, 12 is a condensing optical system, 13 is a semiconductor laser, 16
Is an electrode, 14 is an entrance part, and 15 is an exit part. In FIG. 7, the polarization inversion layer 4 is a portion in which the polarization direction is reversed with respect to the polarization inversion of the substrate. In the case of the No. 1 LiTaO 3 substrate, the polarization direction is the + C direction, whereas the polarization direction of the polarization inversion layer is the −C direction. The period Λ of the polarization inversion layer differs depending on the wavelength λ of the fundamental wave and the refractive index and shape of the waveguide 5. The waveguide width is 4 μm and the depth is 2 μm. When an electric field is applied to the polarization inversion layer, the refractive index changes due to the electro-optic effect.
【0029】ここで電気光学効果について説明する。電
気光学効果とは電界により屈折率が変化する現象で電界
の方向、大きさ、物質固有の電気光学定数(テンソル)
によって、屈折率変化量が決まる。LiTaO3の場合、電気
光学定数はr33方向(z方向の電界によりz方向の屈折
率が変化するときの係数)に大きな値を有しており、分
極が反転した部分としてない部分では電気光学定数は±
逆の値をとる。そのため、図8に示すように、C方向の
電界を印可すると、分極が反転していない部分で屈折率
がΔn変化した場合、分極が反転した部分では−Δn変
化し、屈折率分布によるグレーティングを形成すること
ができる(図8(b))。Here, the electro-optical effect will be described. The electro-optic effect is a phenomenon in which the refractive index changes with an electric field, and the direction, magnitude, and electro-optical constant (tensor) of a substance
The amount of change in the refractive index is determined by. In the case of LiTaO 3 , the electro-optic constant has a large value in the r33 direction (coefficient when the refractive index in the z-direction changes due to the electric field in the z-direction), and the electro-optic constant is not present in the part where polarization is inverted. Is ±
Takes the opposite value. Therefore, as shown in FIG. 8, when an electric field in the C direction is applied, when the refractive index changes by Δn in the part where the polarization is not inverted, the refractive index changes by −Δn in the part where the polarization is inverted, and the grating due to the refractive index distribution is changed. It can be formed (FIG. 8B).
【0030】以下に本実施例の波長変換素子の動作原理
につて説明する。半導体レーザ13から出た基本光6は
集光光学系12により集光され入射部14に入射する。
入射した基本光6は導波路5内を伝搬するが、伝搬する
につれ周期的な分極反転層4により徐々に基本光の半分
の波長のSHG光に変換される。電極に電界を印可する
と、電極下の分極反転層17の屈折率が変化し、屈折率
グレーティングとなる。このグレーティングにより特定
波長の基本光6が反射され、入射部14、集光光学系1
2を通って、半導体レーザ13に帰還するため半導体レ
ーザ16の発振波長は、この帰還波長に固定される。The operating principle of the wavelength conversion device of this embodiment will be described below. The basic light 6 emitted from the semiconductor laser 13 is condensed by the condensing optical system 12 and enters the incident portion 14.
The incident basic light 6 propagates in the waveguide 5, but as it propagates, the periodic polarization inversion layer 4 gradually converts it into SHG light having a half wavelength of the basic light. When an electric field is applied to the electrodes, the refractive index of the domain-inverted layer 17 under the electrodes changes, forming a refractive index grating. The basic light 6 having a specific wavelength is reflected by this grating, and the incident portion 14 and the condensing optical system 1 are reflected.
The oscillation wavelength of the semiconductor laser 16 is fixed to this feedback wavelength for returning to the semiconductor laser 13 via 2
【0031】本実施例では、素子長15mmで、基本波
(波長:860nm)の波長変換を行うため、周期3.
6μmの周期的分極反転層を入射部15から10mmに
渡って形成した。分極反転層に垂直方向に深さ2μm幅
4μmの光導波路を形成した。電極16は出射部15か
ら5mmに渡って、形成され電極下には周期1.98μ
mの分極反転層が全面に渡って、形成されている。In this embodiment, since the element length is 15 mm and the wavelength of the fundamental wave (wavelength: 860 nm) is converted, the period 3.
A 6 μm periodic domain-inverted layer was formed over 10 mm from the incident portion 15. An optical waveguide having a depth of 2 μm and a width of 4 μm was formed in the polarization inversion layer in the vertical direction. The electrode 16 is formed over 5 mm from the emitting portion 15 and has a period of 1.98 μm under the electrode.
A domain-inverted layer of m is formed over the entire surface.
【0032】電極に50Vの電圧を印可すると導波路内
の反転層、非反転層はそれぞれ約±10-4屈折率変化を
生じグレーティングを形成した。電圧を10V以上印可
するとグレーティングによる半導体レーザへの帰還が生
じ、SHG出力が安定した。電界に印可する電圧をスイ
ッチングすることにより、SHG光の出力をスイッチン
グすることができた。SHG出力は4mW、スイッチン
グによる消光比は−30dBであった。When a voltage of 50 V was applied to the electrodes, the inversion layer and the non-inversion layer in the waveguide caused a change in refractive index of about ± 10 -4 to form a grating. When a voltage of 10 V or higher was applied, the grating caused feedback to the semiconductor laser, and the SHG output was stable. The output of the SHG light could be switched by switching the voltage applied to the electric field. The SHG output was 4 mW and the extinction ratio due to switching was -30 dB.
【0033】次に反射波長の変調について説明する。素
子に電圧を印可すると、反転層と非反転層の屈折率変化
がそれぞれ逆方向に生じる。これをそれぞれ±Δnとす
る。反転層の幅をW、周期Λとすると、電極下の平均屈
折率変化ΔN=(ΔnW−Δn(Λ−W))/Λとな
り、Wが0.5Λから離れるに従い、電界の印可による
光導波路の平均屈折率変化ΔNは大きくなる。周期Λが
一定で導波路の平均屈折率が変化すると、導波路の伝搬
定数が変化するため、グレーティングで反射される波長
はλ=2Λ(Neff+ΔN)/qで近似される(Neffは
導波路の実効屈折率、qはグレーティングの次数)。電
界の印可により、DBRグレーティングを形成できる、
さらにW≠0.5Λ印可電圧を変調することによりDB
Rグレーティングによって反射される波長を制御でき
る。Next, the modulation of the reflection wavelength will be described. When a voltage is applied to the element, the refractive index changes of the inversion layer and the non-inversion layer occur in opposite directions. These are defined as ± Δn. When the width of the inversion layer is W and the period is Λ, the average refractive index change ΔN = (ΔnW-Δn (Λ-W)) / Λ under the electrode is obtained, and as W departs from 0.5Λ, the optical waveguide due to the application of an electric field. The average refractive index change ΔN of is large. When the period Λ is constant and the average refractive index of the waveguide changes, the propagation constant of the waveguide changes, so the wavelength reflected by the grating is approximated by λ = 2Λ (Neff + ΔN) / q (Neff is the waveguide's Effective refractive index, q is the order of the grating). A DBR grating can be formed by applying an electric field.
Furthermore, by modulating W ≠ 0.5 Λ applied voltage, DB
The wavelength reflected by the R grating can be controlled.
【0034】以下上記実施例によって形成した波長変換
素子について、その特性を評価した結果を示す。波長8
60nmの半導体レーザ(出力100mW)を用いて実
験を行った。集光光学系の結合ロスは50%で、光導波
路には50mWの光が入射した。電極下(長さ5mm)
に分極反転層幅Wは1.7μm周期1.98μmの分極
反転層を形成した。他の構成は上記の波長変換素子と同
様である。電極に印可する電界とSHG出力の関係を図
9に示す。電圧によって、半導体レーザの波長が連続的
に変化させることができ、それによって、波長変換素子
のSHG出力を連続的に変調することが可能になった。
さらに、波長変換素子からのSHG出力をモニターしな
がら、SHG出力が最大になるように、電極に印可する
電圧を調整した結果、図10に示すように、非常に安定
したSHG出力を得ることができた。The results of evaluating the characteristics of the wavelength conversion element formed according to the above embodiment will be shown below. Wavelength 8
The experiment was conducted using a semiconductor laser of 60 nm (output 100 mW). The coupling loss of the condensing optical system was 50%, and 50 mW of light was incident on the optical waveguide. Below the electrode (length 5 mm)
A domain-inverted layer having a domain-inverted layer width W of 1.7 μm and a period of 1.98 μm was formed. Other configurations are similar to those of the above wavelength conversion element. The relationship between the electric field applied to the electrodes and the SHG output is shown in FIG. The voltage allows the wavelength of the semiconductor laser to be continuously changed, which makes it possible to continuously modulate the SHG output of the wavelength conversion element.
Furthermore, as a result of adjusting the voltage applied to the electrodes so that the SHG output becomes maximum while monitoring the SHG output from the wavelength conversion element, a very stable SHG output can be obtained as shown in FIG. did it.
【0035】なお、本実施例では電極下の分極反転層の
幅Wを周期Λの関係をW≠0.5Λとしたが、同様の効
果が分極反転層の深さを光導波路の深さ以下にすること
により得られる。分極反転層の深さが光導波路より浅く
なれば、導波路の平均屈折率を印可電圧により制御でき
るため、SHG出力を印可電圧により制御できる。In this embodiment, the width W of the domain-inverted layer under the electrode is set so that the relationship of the period Λ is W ≠ 0.5Λ, but the same effect can be obtained if the depth of the domain-inverted layer is less than the depth of the optical waveguide. It is obtained by If the depth of the domain inversion layer is shallower than the optical waveguide, the average refractive index of the waveguide can be controlled by the applied voltage, and thus the SHG output can be controlled by the applied voltage.
【0036】(実施例3)本発明の短波長レーザ光源に
ついて説明する。(Embodiment 3) A short wavelength laser light source of the present invention will be described.
【0037】波長0.8μm帯の半導体レーザと実施例
1で作製した波長変換素子を組み合わせた短波長レーザ
光源を図11に示す。半導体レーザ31の光を集光光学
系34,35により集光し、波長変換素子の入射部12
から入射した。これを一体化してモジュールを作製する
と、非常に小型の波長光源が形成できた。波長変換素子
からの基本光の帰還により半導体レーザの発振波長が固
定されているため、外部の温度変化、半導体レーザ駆動
電流変化などによる発振波長の変動が押さえられ、非常
に安定なSHG出力が得られた。この光源は出力2mW
と非常に高出力で、かつ小型、低ノイズの為、光ディス
クなどの光源に応用できる。この短波長光源により、光
ディスクの記憶容量を大幅に増大でき、かつ非常に小型
の機器が製造できた。FIG. 11 shows a short wavelength laser light source in which a semiconductor laser having a wavelength of 0.8 μm and the wavelength conversion element produced in Example 1 are combined. The light of the semiconductor laser 31 is condensed by the condensing optical systems 34 and 35, and the incident portion 12 of the wavelength conversion element 12
It came from. When these were integrated into a module, a very small wavelength light source could be formed. Since the oscillation wavelength of the semiconductor laser is fixed by returning the basic light from the wavelength conversion element, fluctuations in the oscillation wavelength due to external temperature changes, semiconductor laser drive current changes, etc. are suppressed, and a very stable SHG output is obtained. Was given. This light source has an output of 2 mW
With its extremely high output, small size, and low noise, it can be applied to light sources such as optical disks. With this short wavelength light source, the storage capacity of the optical disk can be significantly increased, and a very small device can be manufactured.
【0038】(実施例4)本発明の波長可変レーザにつ
いて説明する。(Embodiment 4) A tunable laser according to the present invention will be described.
【0039】図12は、本発明の実施例の波長可変レー
ザの構成斜視図である。1は−C板のLiTaO3基板、4は
分極反転層、5はプロトン交換導波路、13は半導体レ
ーザ、16は電極、14は入射部、15は出射部であ
る。図12において8の分極反転層は、基板の分極反転
に対し、分極の方向が逆転している部分である。1のLi
TaO3基板の場合、分極の方向は+C方向であり、それに
対して分極反転層17の分極の方向は−C方向である。
この分極反転層の周期Λは、基本波の波長、導波路5の
屈折率と形状で異なる。導波路幅は4μm、深さは2μ
mである。FIG. 12 is a perspective view showing the structure of the wavelength tunable laser according to the embodiment of the present invention. 1 is a -C plate LiTaO 3 substrate, 4 is a polarization inversion layer, 5 is a proton exchange waveguide, 13 is a semiconductor laser, 16 is an electrode, 14 is an incident part, and 15 is an emission part. In FIG. 12, the polarization inversion layer 8 is a portion in which the direction of polarization is reversed with respect to the polarization inversion of the substrate. 1 Li
In the case of the TaO 3 substrate, the polarization direction is + C direction, whereas the polarization direction of the polarization inversion layer 17 is −C direction.
The period Λ of the polarization inversion layer differs depending on the wavelength of the fundamental wave and the refractive index and shape of the waveguide 5. Waveguide width 4μm, depth 2μ
m.
【0040】次に本発明の実施例の波長可変レーザの動
作原理について説明する。分極反転層に電界を印可する
と、電気光学効果により屈折率が変化する。周期的に分
極方向が反転している部分に電極16を作製し、電圧を
印可するとz方向の電界が印可される。電界により分極
反転層と非反転層間に屈折率の差が生じ、グレーティン
グとなる。グレーティングの周期をΛとすると、グレー
ティングは波長λ=2・Λ・Neff/q(Neffは導波路
の実効屈折率、q=1,2,3・・・)の波長を反射す
る。半導体レーザの波長はこの反射波長に固定されるた
め、半導体レーザの発振波長をグレーティングの周期に
より規制することができる。電圧の印可による屈折率変
化をΔn、反転層の幅をW、周期Λとすると、電極下の
平均屈折率変化ΔN=(ΔnW−Δn(Λ−W))/Λ
となり、W≠0.5Λのとき印可する電界により変化す
る屈折率ΔnによりΔNを変化させることができる。周
期Λが一定で導波路の平均屈折率が変化すると、導波路
の伝搬定数が変化するため、グレーティングで反射され
る波長はλ〜2Λ(Neff+ΔN)/qとなる。(Neff
は導波路の実効屈折率、qはグレーティングの次数)。
つまり、W≠0.5Λのとき電界の印可により、DBR
グレーティングを形成できる、さらに、印可電界により
グレーティングによって反射される波長を制御できる。
そのため、印可電圧により半導体レーザの発振波長を変
化させることができる。しかも半導体レーザの波長は、
DBRグレーティングにより固定されているため、非常
に安定で低ノイズの出力が実現できる。Next, the operation principle of the wavelength tunable laser according to the embodiment of the present invention will be described. When an electric field is applied to the polarization inversion layer, the refractive index changes due to the electro-optic effect. When the electrode 16 is formed in a portion where the polarization direction is periodically inverted and a voltage is applied, an electric field in the z direction is applied. The electric field causes a difference in refractive index between the polarization inversion layer and the non-inversion layer to form a grating. When the grating period is Λ, the grating reflects wavelengths of wavelength λ = 2 · Λ · Neff / q (Neff is the effective refractive index of the waveguide, q = 1, 2, 3 ...). Since the wavelength of the semiconductor laser is fixed to this reflection wavelength, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be regulated by the period of the grating. When the change in refractive index due to application of voltage is Δn, the width of the inversion layer is W, and the period is Λ, the average refractive index change under the electrode ΔN = (ΔnW−Δn (Λ−W)) / Λ
Therefore, when W ≠ 0.5Λ, ΔN can be changed by the refractive index Δn that changes with the applied electric field. When the period Λ is constant and the average refractive index of the waveguide changes, the propagation constant of the waveguide changes, so the wavelength reflected by the grating is λ˜2Λ (Neff + ΔN) / q. (Neff
Is the effective refractive index of the waveguide and q is the order of the grating).
In other words, when W ≠ 0.5Λ, the application of the electric field causes the DBR
The grating can be formed, and the wavelength reflected by the grating can be controlled by the applied electric field.
Therefore, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be changed by the applied voltage. Moreover, the wavelength of the semiconductor laser is
Since it is fixed by the DBR grating, very stable and low noise output can be realized.
【0041】以下上記実施例によって形成した波長変換
素子について、その特性を評価した結果を示す。電極下
(長さ5mm)に分極反転層幅Wは1.7μm周期1.
98μmの分極反転層を形成した。他の構成は上記の波
長変換素子と同様である。電極に印可する電界と出力波
長の関係を図13に示す。電圧によって、半導体レーザ
の波長が連続的に変化させることができた。The results of evaluating the characteristics of the wavelength conversion element formed according to the above embodiment will be shown below. Under the electrode (5 mm in length), the width W of the domain inversion layer is 1.7 μm and the period is 1.
A domain inversion layer of 98 μm was formed. Other configurations are similar to those of the above wavelength conversion element. The relationship between the electric field applied to the electrodes and the output wavelength is shown in FIG. The wavelength of the semiconductor laser could be continuously changed by the voltage.
【0042】なお、本実施例では電極下の分極反転層の
幅Wを周期Λの関係をW≠0.5Λとしたが、同様の効
果が分極反転層の深さを光導波路の深さ以下にすること
により得られる。分極反転層の深さが光導波路より浅く
なれば、導波路の平均屈折率を印可電圧により制御でき
るため、SHG出力を印可電圧により制御できる。In this embodiment, the width W of the domain-inverted layer under the electrode is set such that the relationship of the period Λ is W ≠ 0.5Λ, but the same effect can be obtained when the depth of the domain-inverted layer is less than the depth of the optical waveguide. It is obtained by If the depth of the domain inversion layer is shallower than the optical waveguide, the average refractive index of the waveguide can be controlled by the applied voltage, and thus the SHG output can be controlled by the applied voltage.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、周期的分極反転層
を有する光導波路より構成される波長変換素子の表面に
誘電体層を形成し、その上にグレーティングを形成する
ことにより、導波路を伝搬する特定波長の基本光を反射
させることができる。この結果、波長変換素子を励起し
ている半導体レーザの発振波長を安定化することがで
き、波長変換素子の出力を安定化することが可能にな
る。さらに、グレーティングが与える光導波路を伝搬す
るSHG光への影響(散乱、反射)を防止することがで
きるため、非常に高効率の波長変換が可能になり、その
実用効果は大きい。As described above, a waveguide is formed by forming a dielectric layer on the surface of a wavelength conversion element composed of an optical waveguide having a periodically poled layer and forming a grating on the dielectric layer. It is possible to reflect the propagating basic light of a specific wavelength. As a result, the oscillation wavelength of the semiconductor laser exciting the wavelength conversion element can be stabilized and the output of the wavelength conversion element can be stabilized. Furthermore, since it is possible to prevent the influence (scattering and reflection) on the SHG light propagating through the optical waveguide, which is caused by the grating, it is possible to perform wavelength conversion with extremely high efficiency, and its practical effect is great.
【0044】また周期的分極反転層を有する光導波路か
らなる波長変換素子において、導波路に隣接して、グレ
ーティングを形成すると、光導波路を伝搬する特定波長
の基本光を反射させることができる。この結果、波長変
換素子を励起している半導体レーザの発振波長を安定化
することができ、波長変換素子の出力を安定化すること
が可能になる。さらに、グレーティングが与える光導波
路を伝搬するSHG光への影響(散乱、反射)を防止す
ることができるため、非常に高効率の波長変換が可能に
なり、その実用効果は大きい。Further, in a wavelength conversion element composed of an optical waveguide having a periodic domain inversion layer, if a grating is formed adjacent to the waveguide, it is possible to reflect the basic light of a specific wavelength propagating through the optical waveguide. As a result, the oscillation wavelength of the semiconductor laser exciting the wavelength conversion element can be stabilized and the output of the wavelength conversion element can be stabilized. Furthermore, since it is possible to prevent the influence (scattering and reflection) on the SHG light propagating through the optical waveguide, which is caused by the grating, it is possible to perform wavelength conversion with extremely high efficiency, and its practical effect is great.
【0045】また、周期的分極反転層を有する光導波路
からなる波長変換素子に周期Λ=qλ/2Nω(q=
1,2,3,・・・、Nω:基本光に対する光導波路の
実効屈折率)の分極反転層と分極反転層上に形成した電
極を作製することにより、電極に電圧を印可することに
より、電極下の分極反転層の屈折率変化によるグレーテ
ィングを形成でき、かつ印可電圧によりグレーティング
の反射波長を制御することができるため、SHG出力が
変調可能となり、かつ位相整合条件を最適の位置に調整
できるため高効率の波長変換が可能となるためその実用
効果は大きい。Further, in the wavelength conversion element composed of the optical waveguide having the periodically poled layer, the period Λ = qλ / 2Nω (q =
1, 2, 3, ..., Nω: Effective polarization index of the optical waveguide with respect to the fundamental light) By forming a polarization inversion layer and an electrode formed on the polarization inversion layer, a voltage is applied to the electrodes. Since the grating can be formed by changing the refractive index of the polarization inversion layer under the electrode and the reflection wavelength of the grating can be controlled by the applied voltage, the SHG output can be modulated and the phase matching condition can be adjusted to the optimum position. Therefore, highly efficient wavelength conversion becomes possible, and its practical effect is great.
【図1】本発明の実施例の波長変換素子構成斜視図FIG. 1 is a perspective view of the configuration of a wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図2】光導波路における光の強度分布あらわす図FIG. 2 is a diagram showing the intensity distribution of light in an optical waveguide.
【図3】グレーティングの周期と反射波長の関係を示す
特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the grating period and the reflection wavelength.
【図4】誘電体膜の厚みとSHG出力の関係を示す特性
図FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of a dielectric film and SHG output.
【図5】本発明の実施例の波長変換素子の構成斜視図FIG. 5 is a configuration perspective view of a wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図6】光導波路における光の強度分布あらわす図FIG. 6 is a diagram showing the intensity distribution of light in an optical waveguide.
【図7】本発明の実施例の波長変換素子の構成斜視図FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of a wavelength conversion element according to an embodiment of the invention.
【図8】(a)は波長変換素子断面図を表す図 (b)は光導波路内の屈折率分布を表す図8A is a diagram showing a cross-sectional view of a wavelength conversion element, and FIG. 8B is a diagram showing a refractive index distribution in an optical waveguide.
【図9】印可電圧とSHG出力の関係を表す特性図FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between applied voltage and SHG output.
【図10】SHG出力の時間変動を表す特性図FIG. 10 is a characteristic diagram showing time variation of SHG output.
【図11】本発明の短波長レーザ光源の構成断面図FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a short wavelength laser light source according to the present invention.
【図12】本発明の波長可変レーザの構成斜視図FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a wavelength tunable laser according to the present invention.
【図13】印可電界と出力波長の関係を示す特性図FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied electric field and an output wavelength.
【図14】従来の波長変換素子の構成図FIG. 14 is a configuration diagram of a conventional wavelength conversion element.
【図15】従来の波長変換素子の構成図FIG. 15 is a configuration diagram of a conventional wavelength conversion element.
1 LiTaO3基板 4 分極反転層 5 プロトン交換光導波路 6 基本光 7 SHG光 8 周期Λ 9 マスク幅W 12 集光光学系 13 半導体レーザ 14 入射部 15 出射部 16 電極 17 分極反転層 27 ディテクタ− 30 Al枠 31 半導体レーザ 33 石英板 34 コリメータレンズ 35 フォーカスレンズ 36 ビームスプリッタ 41 LiNbO3基板 42 第二高調波 43 基本波 44 プロトン交換導波路 45 分極反転層 101 半導体レーザ 102 コリメータレンズ 103 λ/2板 104 フォーカシングレンズ 105 ARコート1 LiTaO 3 Substrate 4 Polarization Inversion Layer 5 Proton Exchange Optical Waveguide 6 Basic Light 7 SHG Light 8 Period Λ 9 Mask Width W 12 Condensing Optical System 13 Semiconductor Laser 14 Incident Port 15 Emitting Portion 16 Electrode 17 Polarization Reversing Layer 27 Detector-30 Al frame 31 Semiconductor laser 33 Quartz plate 34 Collimator lens 35 Focus lens 36 Beam splitter 41 LiNbO3 substrate 42 Second harmonic wave 43 Fundamental wave 44 Proton exchange waveguide 45 Polarization inversion layer 101 Semiconductor laser 102 Collimator lens 103 λ / 2 plate 104 Focusing Lens 105 AR coat
Claims (9)
からなる基板と、前記基板上に形成した1層以上の誘電
体膜と、前記誘電体膜上に形成したグレーティングから
なり、かつ前記グレーティングは前記光導波路の伝搬方
向に形成され、なおかつ前記誘電体膜の厚みTが0<T
<0.1μmであることを特徴とする波長変換素子。1. A substrate made of a non-linear material having an optical waveguide and a polarization inversion layer, one or more dielectric films formed on the substrate, and a grating formed on the dielectric film, and the grating. Is formed in the propagation direction of the optical waveguide, and the thickness T of the dielectric film is 0 <T
<0.1 μm wavelength converter.
からなる基板と、前記基板上に形成したグレーティング
をからなり、かつ前記グレーティングは前記光導波路の
伝搬方向に形成され、なおかつ前記光導波路と前記グレ
ーティングが隣接していることを特徴とする波長変換素
子。2. A substrate made of a non-linear material having an optical waveguide and a polarization inversion layer, and a grating formed on the substrate, wherein the grating is formed in the propagation direction of the optical waveguide and A wavelength conversion element, wherein the gratings are adjacent to each other.
と、前記基板内に形成した周期構造からなる分極反転層
と、前記分極反転層上の一部または全部に形成した電極
からなり、かつ前記電極下の分極反転層の光導波路伝搬
方向に対する周期Λが前記光導波路を伝搬する波長λの
基本光の実効屈折率Nωに対し、λ=2Nω・Λ/q
(q=1,2,3,・・・)の関係をとることを特徴と
する波長変換素子。3. A substrate made of a non-linear material having an optical waveguide, a polarization inversion layer having a periodic structure formed in the substrate, and an electrode formed on a part or all of the polarization inversion layer, and The period Λ of the polarization inversion layer under the electrode in the propagation direction of the optical waveguide is λ = 2Nω · Λ / q with respect to the effective refractive index Nω of the fundamental light having the wavelength λ propagating in the optical waveguide.
A wavelength conversion element having a relationship of (q = 1, 2, 3, ...).
る請求項1、2、3いずれか1項記載の波長変換素子。4. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the substrate is LiTa (1-x) Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1).
転層の周期Λに対しWa≠Λ−Waである請求項3記載の
波長変換素子。5. The wavelength conversion element according to claim 3, wherein the width Wa of the polarization inversion layer under the electrode is Wa ≠ Λ−Wa with respect to the period Λ of the polarization inversion layer.
換素子と半導体レーザとを備えたことを特徴とする短波
長レーザ装置。6. A short-wavelength laser device comprising the wavelength conversion element according to claim 1, 2 or 3 and a semiconductor laser.
板内に形成した周期構造からなる分極反転層と、前記分
極反転層の上に形成された電極と、半導体レーザをから
なり、かつ前記光導波路に前記半導体レーザから出射さ
れる光が入射されていることを特徴とする波長可変レー
ザ装置。7. An electro-optical substrate having an optical waveguide, a domain-inverted layer having a periodic structure formed in the substrate, an electrode formed on the domain-inverted layer, and a semiconductor laser. A wavelength tunable laser device in which light emitted from the semiconductor laser is incident on an optical waveguide.
の周期Λに対しWa≠Λ−Waである請求項7記載の波長
可変レーザ装置。8. The wavelength tunable laser device according to claim 7, wherein the width Wa of the domain-inverted layer is Wa ≠ Λ−Wa with respect to the period Λ of the domain-inverted layer.
の深さDwに対し、Da<Dwである請求項7記載の波
長可変レーザ装置。9. The wavelength tunable laser device according to claim 7, wherein the depth Da of the domain inversion layer is Da <Dw with respect to the depth Dw of the optical waveguide.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4204815A JPH0651359A (en) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Wavelength conversion element, short wavelength laser device and wavelength variable laser device |
US08/091,955 US5619369A (en) | 1992-07-16 | 1993-07-15 | Diffracting device having distributed bragg reflector and wavelength changing device having optical waveguide with periodically inverted-polarization layers |
DE69327738T DE69327738T2 (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Wavelength change device and laser beam generating device |
EP96113153A EP0753767B1 (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Diffracting optical apparatus |
EP93305618A EP0579511B1 (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Diffracting optical apparatus |
DE69325210T DE69325210T2 (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Optical grating device |
EP96113155A EP0753768B1 (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Wavelength changing device and laser beam generating apparatus |
DE69329912T DE69329912T2 (en) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | Diffractive optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4204815A JPH0651359A (en) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Wavelength conversion element, short wavelength laser device and wavelength variable laser device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0651359A true JPH0651359A (en) | 1994-02-25 |
Family
ID=16496841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4204815A Pending JPH0651359A (en) | 1992-07-16 | 1992-07-31 | Wavelength conversion element, short wavelength laser device and wavelength variable laser device |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0651359A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6181462B1 (en) | 1998-05-27 | 2001-01-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Second harmonic wave-generation device |
JP2002055370A (en) * | 1999-12-06 | 2002-02-20 | Fuji Photo Film Co Ltd | Optical wavelength conversion module |
JP2002092923A (en) * | 1996-05-22 | 2002-03-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical disk system |
JP2002109770A (en) * | 1996-05-22 | 2002-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical disk system |
US6496299B2 (en) | 1994-09-14 | 2002-12-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for stabilizing output of higher harmonic waves and short wavelength laser beam source using the same |
JP2014224896A (en) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社島津製作所 | Optical waveguide type diffraction grating and optical module |
-
1992
- 1992-07-31 JP JP4204815A patent/JPH0651359A/en active Pending
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US6496299B2 (en) | 1994-09-14 | 2002-12-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for stabilizing output of higher harmonic waves and short wavelength laser beam source using the same |
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