DE69312110T2

DE69312110T2 - Frequenzverdoppler und eine ihn verwendende kurzwellige Laser-Quelle und eine diese Laser-Quelle benutzendes optisches Datenverarbeitungssystem

Info

Publication number: DE69312110T2
Application number: DE69312110T
Authority: DE
Inventors: Kiminori Mizuuchi; Kazuhisa Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2013-01-27
Also published as: DE69312110D1; EP0556599A1; US5373575A; EP0556599B1; US5515471A; JPH05273624A; JP3036255B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frequenzverdoppler, welcher kohärentes Licht verwendet, zur Verwendung auf dem Gebiet der optischen Datenverarbeitung, oder auf dem Gebiet der angewandten optischen Abmessung skontrolle, eine Kurzwellenlaserquelle und ein optisches Datenverarbeitungsgerät, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdopplers.
Fig. 16 zeigt den Aufbau einer herkönlmlichen Kurzwellenlaserquelle, welche aus einem Halbleiterlaser 21 und einem Frequenzverdoppler 22 aufgebaut ist, in welchem eine vom Halbleiteriaser 21 emittierte Grundwelle P1 durch die Linsen 24, 25 und eine Halbwellenplatte 26 hindurchgeht und dann in einen im Frequenzverdoppler 22 ausgebildeten Wellenleiter 2 eintritt. Die auf diese Weise eingetretene Grundwelle P1 wird durch den Wellenleiter in einem TM&sub0;&sub0;-Modus übertragen, welcher ein Modus niedrigster Ordnung ist, und wird in den TM&sub0;&sub0;-Modus umgewandelt, welcher ein Modus niedrigster Ordnung von hohen harmonischen Wellen ist, welche für einen vom Frequenzverdoppler abgestrahlten Kurzwellenlaserstrahl verwendet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 17, welche eine schematische Ansicht ist, die einen herkömrnlichen Frequenzverdoppler dargestellt, der im wesentlichen einen Wellenleiter verwendet, erfolgt nachfolgend eine detaillierte Erläuterung der Erzeugung einer hohen harmonischen Welle (Wellenlänge 0,42 µm) bezüglich einer Grundwelle, die eine Wellenlänge von 0,84 µm besitzt (siehe "Optic Letters" von K Yamamoto, K Mizuuchi und T. Taniuchi, Bd. 16, Nr.15, August 1991, Seite 1156).
Wie in Fig. 17 gezeigt, ist ein Wellenleiter 2 auf einem LiTaO&sub3;-Träger 1 ausgebildet, und eine Schicht 3, deren Domäne periodisch invertiert ist (Domäne-invertierte Struktur), ist im Wellenleiter 2 ausgebildet. Die hohe harmonische Welle P2 kann mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden, indem die liikonsistenz des Ausbreitungskoeffizienten zwischen der Grundwelle P1 und der zu erzeugenden hohen harmonischen Welle P2 durch die periodische Struktur der Dornäne-invertierten Schicht 3 und einer nicht Domane-invertierten Schicht 4 kornpensiert wird. Wenn die Grundwelle P1 auf die Eintrittsfläche 10 des Wellenleiters 2 einfällt, wird die hohe harmonische Welle P2 in effizienter Weise vom Wellenleiter 2 erzeugt, d.h. der Träger 1 mit der oben erwähnten Strukur dient als Frequenzverdoppler.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung dieses herkönmilichen Frequenzverdopplers unter Bezugnahme auf die Fig. 1 8a bis 1 8d erläutert.
Zuerst wird Bezug auf Fig. 18a genommen, bei der ein periodisches Ta-Muster 6 auf dem LiTaO&sub3;-Träger 1 unter Verwendung von gewöhnhcher Photobearbeitung und Trockenätzen ausgebildet wird. Danach wird der LiTaO&sub3;-Träger mit einem darauf ausgebildeten Ta-Muster 6 für 50 Minuten einem Protonenaustausch bei einer Temperatur von 260ºC unterzogen, so daß Protonenaustauschgebiete mit einer Dicke von 0,8 µm direkt neben Schlitzen, welche nicht mit dem Ta 6 abgedeckt sind, erzeugt werden. Bezugnehmend auf Fig. 13b wird er nachfolgend für 10 Minuten bei 600ºC wärmebehandelt. Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit für die Wärmebehandlung ist auf 50ºC/min festgelegt. Demgemäß werden Domane-mvertierte Gebiete 3 periodisch ausgebildet, da die Protonenaustauschgebiete 7 veriingertes Li besitzen, so daß die Curie-Temperatur im Vergleich zum LiTaO&sub3;-Träger 1 gering ist, wodurch die Dornäne teilweise invertiert werden kann. Dann erfolgt ein 2-minütiges Ätzen unter Verwendung einer Mischlösung im Verhältnis 1:1 aus HF und HNF&sub3;, so daß das Ta 6 entfernt wird. Weiter wird ein Wellenleiter in den oben erwähnten Domäne-invertierten Gebieten unter Verwendung von Protonenaustausch gebildet, und danach wird, wie in Fig. 18c gezeigt, Ta als Maske für den Wellenleiter in Form eines streifenartigen Musters aufgebracht, so daß ein Schlitz mit einer Breite von 4 µm und einer Länge von 12 rnmin der Ta-Maske ausgebildet wird. Der mit der Ta-Maske abgedeckte Träger wird für 16 Minuten einem Protonenaustausch bei einer Temperatur von 260ºC unterzogen, so daß eine Protonenaustauschschicht 5 mit einer Dicke von 0,5 µm gebildet wird. Bezugnehmend auf Fig. 18d wird nachfolgend der Träger für 10 Minuten einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 380ºC unterzogen, nachdem die Ta-Maske entfernt wurde. Das Gebiet direkt unterhalb des Schlitzes in der Schutzschicht, welches dem Protonenaustausch unterzogen wurde, wird in den Wellenleiter 2 verwandelt, der einen um ungefähr 0,03 erhöhten Brechungsindex besitzt. In diesem Fall wird die Kristalhsationsfähigkeit des LiTaO&sub3; beeinträchtigt, so daß ein nichtlinearer optischer Effekt während des Protonenaustausches zum Bilden des Wellenleiters verlorengeht. Das heißt die Schicht 5 von hohem Brechungsindex, welche zuerst dem Protonenaustausch unterzogen wurde, hat ihren nichtlinearen optischen Effekt verloren. Jedoch wird die Protonenaustauschschicht 5 durch die Wärmebehandlung vergrößert, so daß sie zum Wellenleiter 2 gemacht wird, und in diesem Zustand ist die Nichtlinearität weitgehend wiederhergestellt.
Mit dem durch dieses herkörnmliche Verfahren hergestellten Frequenzverdoppler kann der TM&sub0;&sub0;-Modus, welcher der Modus niedrigster Ordnung der hohen harmonischen Welle P2 ist, erzielt werden, und welcher eine Ausgangsleistung von 2,4 mW und einen Umwandlungswirkungsgrad von 2,4% besitzt, bezüglich dem TM&sub0;&sub0;-Modus, welcher der Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle P1 ist und eine Wellenlänge von 0,84 µm besitzt und sich durch den Wellenleiter 2 ausbreitet, weun die Länge des Wellenleiters 2 aufg mm festgelegt ist und die Leistung der Grundwelle P1 auf 99 mW festgelegt ist. In diesem Fall beträgt der verringerte Umwandlungs-Wirkungsgrad pro Watt 24%/W.
Unter Verwendung eines 10 mW-Halbleiterlasers als Kurzwellenlaserquelle, die durch den oben erwähnten Frequenzverdoppler wie dargestellt in den Figuren aufgebaut ist, traten 70 mW des Laserstrahls in den Frequenzverdoppler ein, aus dem 1,2 mW austretendes Laserlicht dann als Kurzwellenlaserstrahl erhalten wurde.
Nachfolgend wird ein weiteres herkömmliches Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In diesem Beispiel sind der TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle und der TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle im Wellenleiter zusammengekoppelt (siehe "Light Wave Guide Electronics", The Japan Society for the Promotion of Science, Seite 88).
Fig. 19a zeigt einen vergrößerten Quersclmitt des Wellenleiters und die Verteilungen der elektrischen Feldstärke der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle. Weiter ist Fig. 19b eine Querschnittan sicht, welche den Wellenleiter im Frequenzverdoppler darstellt.
Wie in Fig. 19 gezeigt, besitzt der TM&sub0;&sub0;-Modus eine einzige Spitze des elektrischen Feldes. Hingegen besitzt der TM&sub1;&sub0;-Modus zwei elektrische Feldspitzen in Dickenrichtung, und die Phasen dieser Spitzen sind zueinander invertiert. ZnS 2a, das ein nichtlinearer optischer Kristall ist, wird auf einem Glasträger 1b ausgebildet, und danach wird eine lineare Schicht 9, die aus TiO&sub2; besteht, das einen nichtlinearen optischen Effekt besitzt, durch Sputtern aufgedampft. Demgemäß kann die Umwandlung in den TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle und den TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle mit einem großen Wirkungsgrad erfolgen. Das heißt im Fall der Umwandlung in den TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle und den TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle im nichtlinearen optischen Kristall der nichtlinearen Schicht 9 löschen sich die Energien der hohen harmonischen Welle, die auf der +E-Seite und der -E-Seite des elektrischen Feldes erzeugt werden, gegenseitig aus, so daß im wesentlichen keine hohe harmonische Welle erzielt werden kann.
Mit dem oben erwähnten Frequenzverdoppler, der im wesentlichen einen Wellenleiter verwendet, welcher in einem nichtlinearen optischen Kristall wie oben erwähnt ausgebildet ist, wurde im Fall der Umwandlung zwischen den Modi niedrigster Ordnung der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle, d.h. genauer gesagt im Fall der Umwandlung vom TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle in den TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle, das Problem auf, daß eine Schwankung bei der Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle durch ein durch einen optischen Defekt bewirktes Fluktuieren des Brechungsindex herbeigeführt wird. Fig. 20a und 20b zeigen die Verteilungen der elektrischen Feldstärke und die Verteilungen des Brechungsindex des TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle und des TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle im Querschnitt des Wellenleiters. Bei einer normalen Bedingung, bei der kein optischer Defekt vorliegt, ist der Brechungsindex des Wellenleiterteils einheitlich höher als deijenige des LiTaO&sub3;-Trägers, wie in Fig. 20a dargestellt. Auch wenn die tatsächliche Brechungsindexverteilung abgestuft verläuft, wird der Kürze halber bei dieser Erläuterung eine rechteckige Verteilung verwendet. Der optische Defekt tritt bevorzugt im Kurzwellenbereich auf, beispielsweise dem 0,4 µm-Band, d.h. je höher die Lichtintensität desto größer die Abnahme des Brechungsindex. Weun der TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle erzeugt wird, nimrut der Brechungsindex um eine Spitze im elektrischen Feld des TM&sub0;&sub0;-Modus herum ab. Hingegen nimmt der Brechungsindex um den TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle herum zu. Demgemäß wird der TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle zum Träger hin verschoben, so daß die Überlagerung zwischen den Modi der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle vermindert wird, was zu einer Verminderung der Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle führt. Weun die Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle vermindert wird, wird der optische Defekt beseitigt, so daß die ursprüngliche Bedingung wiederhergestellt wird. Danach wird die oben erwähnte Beziehung wiederholt, und demgemäß wird davon ausgegangen, daß die Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle instabil wird. Speziell tritt eine Schwankung der Ausgangsleistung um 50% auf, wenn 3,5 mW der hohen härmonischen Welle erzeugt wird.
Weiter schwankt, im Fall des herkömmlichen Verfahrens, bei welchem eine lineare Schicht auf einem nichtlinearen optischen Kristall durch Sputtern aufgebracht wird, wenn die Umwandlung vom TM&sub0;&sub0;Modus in den TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle ausgeführt wird, die Filrndicke der durch das Sputtern erzeugten Schicht um ungefähr 100 nm, was eine Toleranz von 10 bis 20 nm für die Filrndicke der Vorrichtung bei weitern übersteigt. Somit kann kein hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Wie in diesem Beispiel ist eine lineare Schicht, die durch Bedampfen oder epitaktisches Wachstum aufgebaut wurde, im allgemeinen nicht gleichförmig, und demgemäß werden ähnliche Ergebnisse erzielt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, und demgemäß ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzverdoppler bereitzustellen, der in stabiler Weise eine hohe harmonische Welle erzeugen kann, die hohe Leistung besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung von diesem bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Kurzwellenlaserquelle bereitzustellen, die in stabiler Weise einen Kurzwellenlaserstralil erzeugen kann, der eine hohe Ausgangsleistung ohne Schwankungen besitzt, sowie ein diese verwendendes optisches Hochleitungs-Datenverarbeitungsgerät.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Frequenzverdoppler wie in Anspruch 1 beansprucht bereitgestellt.
Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdopplers wie in den Ansprüchen 17 oder 18 beansprucht bereitgestellt.
Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kurzwellenlaserquelle wie in Anspruch 7 beansprucht bereitgestellt.
Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Datenverarbeitungsgerat wie in Anspruch 3 beansprucht bereitgestellt.
Mit dem Frequenzverdoppler gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem die nichtlineare Degradationsschicht oder die Domäne-reinvertierte Schicht auf der Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls ausgebildet ist, kann die Auslöschung zwischen den elektrischen Feldern der +E-Seite und der -E-Seite des TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle verhindert werden, und kann demgemäß mit hohem Wirkungsgrad und in einfacher Weise erzeugt werden. Eine durch den TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle bewirkte Schwankung des Brechungsindex ist relativ geringer als diejenige, die durch den TM&sub0;&sub0;-Modus bewirkt wird, da die Spitze des elektrischen Felds des TM&sub0;&sub0;-Modus in zwei Teile aufgeteilt ist, und eine Beeinflussung der Grundwelle ist extrem gering, da eine Schwankung des Brechungsindex gleichmäßig bezüglich des TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle verteilt ist. Demgemäß kann der Frequenzverdoppler, der die oben erwähnte Struktur besitzt, eine durch einen optischen Defekt bedingte Schwankung stark vermindern, während die hohe Leistung der hohen harmonischen Welle aufrechterhalten wird, und demgemäß kann eine stabile Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle erzielt werden.
Weiter ist mit der Kurzwellenlaserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die vom Halbleiterlaser kommende Grundwelle aus dem Modus niedriger Ordnung der Grundwelle in dem Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle im Frequenzverdoppler umgewandelt wird, eine durch den TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle bewirkte Schwankung des Brechungsindex relativ geringer als diejenige, die durch den TM&sub0;&sub0;-Modus bewirkt wird, da die elektrische Feldspitze des TM&sub1;&sub0;-Modus in zwei Teile aufgeteilt ist, und ein Einfluß auf die Grundwelle ist extrem gering, da eine Schwankung des Brechungsindex gleichlörmig bezüglich dem TM&sub0;&sub0;-Modus verteilt ist. Demgemäß kann die Kurzwellenlaserquelle, welche die oben erwähnte Anordnung besitzt, eine durch einen optischen Defekt bewirkte Schwankung stark vermindern, während die Ausgang sleistung der hohen harmonischen Welle beibehalten wird, wodurch es möglich ist, einen stabilen Kurzwellenlaserstrahl zu erzielen.
Anderer und weitere Ziele, Merkrnale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung vollständiger und klarer hervor.

KURZBESCIIREIBUNG DER ZEICIINUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Kurzwellenlaserquelle in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2a ist eine Vorderansicht, welche die Kurzwellenlaserquelle wie gezeigt in Fig. 1 darstellt, und Fig. 2b ist ein Graph, welcher eine Strahiintensitätsverteilung zeigt;
Fig. 3a ist eine schematische Perspektivansicht, welche einen Frequenzverdoppler darstellt, der in der in Fig. 1 dargestellten Kurzwellenlaserquelle verwendet wird; und
Fig. 3b ist eine schematische Querschnittansicht, welche den in Fig. 3a dargestellten Frequenzverdoppler zeigt;
Fig.4 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, welche einen in der ersten Ausführungsform verwendeten Wellenleiter darstellt;
Fig. 5a und 5b sind Graphen, welche Verteilungen der elektrischen Felder und des Brechungsindex des TM&sub0;&sub0;-Modus einer Grundwelle und der TM&sub0;&sub0;- und TM&sub1;&sub0;-Modi einer hohen harmonischen Welle zeigen;
Fig. 6a bis 6c sind Querschnittansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Frequenzverdopplers in der ersten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine charakteristische Ansicht, welche die Beziehung zwischen den Ausgangsleistungen der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle zeigt;
Fig. 8 ist eine charakteristische Ansicht, welche die Zeitabhängigkeit der Ausgangsleistung der vorn Kurzwellenlaserstrahl emittierten hohen harmonischen Welle zeigt;
Fig. 9 ist eine charakteristische Ansicht, welche die Zeit des Protonenaustauschs und den Wirkungsgrad der Umwandlung in die Ausgang sleistung der hohen harmonischen Welle darstellt;
Fig. 10a bis 10c sind Querschnittansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Frequenzverdopplers in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11a bis 11c sind Querschnittansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Frequenzverdopplers in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht, welche eine Kurzwellenlaserquelle in einer vierten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, welche ein optisches Datenverarbeitungsgerat m einer vierten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung darstellt
Fig. 14a und 14b sind erläuternde Ansichten, welche Stralilabtrennungen des optischen Datenverarbeitungsgerats m der vierten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, welche ein optisches Datenverarbeitungsgerät in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, welche eine herkömmliche Kurzwellenlaserquelle darstellt;
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht, welche einen herkömmlichen Frequenzverdoppler darstellt;
Fig. 18a bis 18d sind Querschnittansichten zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines Frequenzverdopplers;
Fig. 19a und 19b sind Querschnittansichten, welche einen Wellenleiter in einem durch das herkömmliche Verfahren hergestellten Frequenzverdoppler darstellen; und
Fig. 20a und 20b sind Querschnittansichten, welche den Wellenleiter im herkömmlichen Frequenzverdoppler zum Umwandeln des TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle in den TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle darstellen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt eine Kurzwellenlaserquelle in einer Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung, welche aus einem Halbleiterlaser 21 und einem Frequenzverdoppler 22 aufgebaut ist. Ein vom Halbleiterlaser 21 emittierte Grundwelle P1 trifft über Linsen 24, 25 und eine Halbwellenplatte 26 auf einem im Frequenzverdoppler 22 ausgebildeten Wellenleiter 2 auf Weiter werden diese Bauteile alle an einem Gehäuse 20 befestigt. Die Grundwelle P1 breitet sich durch den Wellenleiter 2 in einem TM&sub0;&sub0;-Modus aus, welcher der Modus niedrigster Ordnung ist, und wird dann in einen TM&sub1;&sub0;-Modus umgewandelt, welcher ein Modus hoher Ordnung einer hohen harmonischen Welle ist. Diese hohe harmonische Welle wird als ein Kurzwellenlaserstrahl verwendet, der vom Frequenzverdoppler 22 emittiert wird. Ein Teil dieses Strahls wird unter Verwendung einer Strahlabtreunplatte 30 abgetrennt. Fig. 2a ist eine Vorderansicht, welche die Kurzwellenlaserquelle zeigt, und Fig. 2b zeigt eine Stralntensitätsverteilung, um die Rolle der Strahlabtrennplatte 30 zu erläutern. Der Strahl der hohen harmonischen Welle P2 besitzt zwei Intensitätsspitzen im Wellenleiter, und besitzt ebenso zwei Spitzen auf der Seite des Strahls 1 und der Seite des Strahls 2, wo die Phase jeweils invertiert ist, sogar nachdem er in einen Raum emittiert wurde, wie gezeigt in Fig. 2b. Um einen normalen Einzelstrahl zu erhalten, wird der Strahl 2 von geringer Leisttrng durch eine am Gehäuse 20 befestigte Strahlabtrennplatte hindurchgeleitet, so daß der phaseninvertierte Teil von diesem abgetrennt wird. In dieser Ausführungsform kann mit dieser einfachen Anordnung, bei welcher ein optisches System zum Abtrennen eines Strahls verwendet wird, ein Einzelstrahl erhalten werden. Weiter kann anstelle der Strahlabtreunplatte in zufriedenstellender Weise ein feines Loch verwendet werden.
Nachfolgend wird der Aufbau des Frequenzverdopplers, der ein Grundbauteil der Kurzwellenlaserquelle ist, bezugnehmend auf die Zeichnungen erläutert. Fig. 3a und 3b zeigen den Aufbau des Frequenzverdopplers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Lichtwellenleiter 2 und Domäne-invertierte Gebiete 3 sind auf einem LiTaO&sub3;-Träger ausgebildet, welcher ein nichtlinearer optischer Kristall ist. Im übrigen ist Fig. 3a eine perspektivische Ansicht und Fig. 3b eine Querschnittansicht entlang der Mittellinie des Wellenleiters 2. Eine Degradationsschicht 5, deren Nichtlinearität geringer als diejenige von LiTaO&sub3; ist, ist durch Protonenaustausch auf dem LiTaO&sub3;-Träger 1 gebildet. Da H in Säure mit Li im Träger substituiert wird, so daß die nichtlineare Degradationsschicht 5 gebildet wird, welche eine Protonenaustauschschicht ist, wird ein wesentlicher Teil der Protonenaustauschschicht von LiTaO&sub3;, das einen nichtlinearen optischen Effekt besitzt, in HTaO&sub3; geändert, das keinen nichtlinearen optischen Effekt besitzt, und demgemäß wird die Nichtlinearität von dieser vermindert. Die Grundwelle P1, welche auf dem Wellenleiter 2 aufgetroffen ist, wird im Wellenleiter 2 in die hohe harmonische Welle P2 umgewandelt. Die hohe harmonische Welle P2 wird durch die in periodischer Weise ausgebildeten Domane-mvertierten Gebiete 3 und eine Domäne-nichtinvertierte Schicht 4 vermehrt, und wird dann vorn LiTaO&sub3;-Träger 1 emittiert. Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, welche den Wellenleiter 2 darstellt. Die Grundwelle P1 breitet sich durch den Wellenleiter 2 im TM&sub0;&sub0;-Modus aus, welcher der Modus niedrigster Ordnung ist. Wenn die Grundwelle fälschlicherweise λ1 besitzt, ist der TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle vermutlich mit dem TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle phasenübereinstimmend. Weiter wird, wie in der Figur gezeigt, wenn die Grundwelle P1 eine Wellenlänge λ2 besitzt, diese in den TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle umgewandelt. Dies liegt daran, daß die Wellenlänge, bei welcher Phasenübereinstimmung entstehen kann, durch den effektiven Brechungsindex festgelegt ist, und weiter unterscheidet sich der effektive Brechungsindex für die hohe harmonische Welle in Abhängigkeit von einem Modus.
Der Grund dafür, daß dieser Frequenzverdoppler den T&sub0;&sub0;-Modus und dem TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle liefert, wird nachfolgend erläutert. Wenn sich die falsche Phasenübereinstimmung eingestellt hat, kann die Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle aus der Grundwelle P1 durch die Domäne-Inversion erhalten werden. Die falsche Phasenübereinstimmung kann lediglich dann hergestellt werden, wenn die Periode A der Domäne-invertierten Gebiete mit λ/(2 (N2ω - Nω)) zusammenfällt, d.h. lediglich wenn:
Λ=λ/(2(N2ω-Nω) Gl. 1
hergestellt ist. Dabei ist Nω der effektive Brechungsindex für die Grundwelle (Wellenlänge λ), und N2ω ist ein effektiver Brechungsindex für die hohe harmonische Welle (Wellenlänge λ/2). In der Gleichung Gl. 1 ist, da sich, wie in Fig. 3 gezeigt, die effektiven Brechungsindices (Nω, N2ω, N'ω, N'2ω) des TM&sub0;&sub0;-Modus und des TM&sub1;&sub0;-Modus voneinander unterscheiden , wenn die Periode A der Dornäne-invertierten Gebiete im Frequenzverdoppler konstant ist, die Wellenlänge, welche die Gleichung Gl. 1 erfüllt, zwischen dem TM&sub0;&sub0;-Modus und dem TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle unterschiedlich. Demgemäß ist die Wellenlänge Ä 1 der Grundwelle, welche die hohe harmonische Welle des TM&sub0;&sub0;-Modus erzeugt, bzw. die Wellenlänge Ä2 der Grundwelle, welche die hohe harmonische Welle des TM&sub1;&sub0;-Modus erzeugt, direkt festgelegt. Demgemäß wird, um die hohe harmonische Welle des TM&sub1;&sub0;-Modus zu erzeugen, die Grundwelle (Wellenlänge λ2), welche die Gleichung Gl. 1 erfüllt, eingeführt. Somit kann die hohe harmonische Welle des TM&sub0;&sub0;-Modus und ebenso die hohe harmonische Welle des TM&sub1;&sub0;-Modus erzeugt werden, indem die Wellenlänge der einzuführenden Grundwelle verändert wird. Die oben erwähnte Beziehung ist in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Fig. 4 zeigt die Profile von elektrischen Feldern der Grundwelle des TM&sub0;&sub0;-Modus und der hohen harmonischen Welle des TM&sub1;&sub0;-Modus. Im TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle liegen die +Seite des elektrischen Feldes (+E) und die -Seite des elektrischen Feldes (-E) einander gegenüber, wobei dazwischen der Phasenumkehrpunkt als Grenze liegt. Dieser Phasenumkehrpunkt fällt im wesentlichen mit der Grenze zwischen der nichtlinearen Degradationsschicht 5 und dem nichtlinearen optischen Kristall zusammen. Da die Nichtlinearität auf der +E-Seite vermindert ist, tritt der Energieaustausch zwischen der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle im wesentlichen nicht auf so daß im wesentlichen keine hohe harmonische Welle auf der +E-Seite erzeugt wird. Demgemäß kann die Überlagerung der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle lediglich auf der -E-Seite in Betracht gezogen werden, und demgemäß ist es möglich, in einfacher Weise auf eine Verbesserung des Wirkungsgrads durch Optimierung abzuzielen. Wenn keine Degradationsschicht vorhanden ist, tritt die Auslöschung zwischen den auf der +E-Seite und der -E-Seite erzeugten Energien der hohen harmonischen Welle auf und demgemäß erfolgt die Umwandlung in die hohe harmonische Welle im wesentlichen nicht.
Nachfolgend wird eine durch einen optischen Defekt bewirkte Beeinflussung erläutert. Fig. 5a und 5b zeigen die Verteilungen des elektrischen Feldes des TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle und des TM&sub0;&sub0;-Modus und des TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle, sowie die durch den optischen Defekt bewirkten Schwankungen des Brechungsindex. Der optische Defekt neigt dazu, im Bereich einer kurzen Wellenlänge (beispielsweise im 0,4 µm-Band) aulzutreten, undje größer die Lichtintensität, desto größer die auftretende Verminderung des Brechungsindex. Im Fall des Auftretens des TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle nimmt der Brechungsindex um die Spitze des elektrischen Feldes des TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle herum ab, hingegen steigt der Brechungsindex um diese herum aufgrund des optischen Defekts, und demgemäß wird der TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle nach innen verschoben. Hingegen wiederholen sich, wenn der TM&sub1;&sub0;-Modus auftritt, Teile, in welchen der Brechungsindex sinkt, und Teile, in welchen der Brechungsindex steigt, in feinen Abständen und demgemäß weist die Grundwelle in der Gesamtheit einen durchschnittlichen Brechungsindex auf, so daß die Schwankung des Brechungsindex geringer ist. Weiter wird, da die Tatsache, daß die Leistung in zwei Spitzen aufgeteilt ist, eine Verminderung der Schwankung des Brechungsindex bewirkt, die Grundwelle nicht in Richtung des Trägers verschoben.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Frequenzverdopplers unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Fig. 6a bis 6c zeigen die Herstellungsschritte. Bezugnehmend auf Fig. 6a ist Ta als periodisches Muster auf dem LiTaO&sub3;-Träger 1 aufgebracht, und zwar unter Verwendung von gewöhnlicher Photobearbeitung und Ätzen. Der Träger, auf welchen das Muster des Ta aufgebracht wurde, wird einem 30-minütigen Protonenaustausch in Pyrophosphorsäure bei einer Temperatur von 260ºC unterzogen, so daß eine Protonenaustauschschicht von einer Dicke von 0,65 µm direkt unterhalb der Schlitze gebildet wird, und wird danach für 1 Minute bei einer Temperatur von 55ºC wärmebehandelt. Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit für diese Wärmebehandlung ist auf 50ºC/sec. festgelegt. Demgemäß werden Domäne-invertierte Gebiete 3 gebildet. Da eine nichtgleichförmige Inversion auftritt, wenn die Kühlgeschwindigkeit gering ist, ist dafür 30ºC/min wunschenswert. Li in der Protonenaustauschschicht nimmt ab, so daß die Curie-Temperatur abnimmt und demgernäß kann eine Domäne-Inversion teilweise vorgenommen werden. Dann wird er für 2 Minuten in einer Mischlösung im Verhältnis 1:1 aus HF und HNF3 geätzt, um das Ta zu entfernen. Dann wird, bezugnehmend auf Fig. 6b, eine nichtlineare Degradationsschicht 5 auf den Dornäne-invertierten Gebieten 3 durch Protonen austausch gebildet. Nach dem Aufbringen eines Ta-Musters, um eine Maske für den Protonenaustausch zu bilden, wird der Träger, der einen Schlitz von 4 µm Breite und 12 µm Länge besitzt und in einer Ta-Maske ausgebildet ist, für 12 Minuten einem Protonenaustausch in Pyrophosphorsäure bei einer Temperatur von 260ºC unterzogen. Somit wird eine nichtlineare Degradationsschicht 5 von 0,45 µm Dicke gebildet. Die Nichtlinearität dieser Schicht ist vermindert, so daß die nichtlineare optische Konstante von LiTaO&sub3; auf 1/5 vermindert ist. Nachfolgend wird er, bezugnehmend auf Fig. 6c, nachdem die Ta-Maske entfernt ist, unter Verwendung einer hfrarot-Heizvorrichtung für 30 Minuten bei einer Temperatur von 40ºC wärmebehandelt Mit dieser Wärmebehandlung wird ein Teil der nichtlinearen Degradationsschicht 5 breiter, so daß der Wellenleiter 2 gebildet wird, welcher einen um ungefähr 0,03 erhöhten Brechungsindex besitzt. In dieser Bedingung verbleibt die nichtlineare Degradationsschicht noch. Die Schwankungen bei der Dicke des Wellenieiters 2 und der nichtlinearen Degradationsschicht 5 sind geringer, d.h. weniger als 10 µm. Dies liegt in der Verwendung des Difllisionsphänornens begründet. Schließlich wird SiO&sub3; durch Bedampfen hinzugefügt, so daß ein Schutzfilm von 0,3 µm Dicke gebildet wird. Mit den oben erwähnten Schritten wird der Wellenleiter 2 gebildet. Die Dicke (d) des Wellenleiters 2 beträgt 1,8 µm, was geringer ist als die Dicke von 0,2 µm der Domane-mvertierten Gebiete, und demgemäß ist die Umwandlung der Wellenlänge effektiv. Die Periode der Domäne-invertierten Gebiete beträgt 3,8 µm, was bezüglich einer Wellenlänge von 0,84 µm effektiv ist, und demgemäß kann der TM&sub1;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle erzeugt werden. Es ist festzustellen, daß der TM&sub0;&sub0;-Modus bei 0,81 µm mit dieser Periode erzeugt wird. Die Oberflächen senkrecht zum Wellenleiter 2 sind optisch poliert, so daß eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche gebildet wird. Somit kann die Herstellung der Lichtwellen-Umwandlungsvorrichtung vollendet werden. Im übrigen beträgt die Länge dieser Vorrichtung 10 mm.
Nachfolgend wird die Charakteristik einer Kurzwellenlaserquelle erläutert, welche den oben erwähnten Frequenzverdoppler als Basiskomponente verwendet. 50 % der von einern 80 mW Halbleiterlaser emittierten Grundwelle P1 wird in den Frequenzverdoppler eingebracht. Die Wellenlänge der Grundwelle P1 beträgt 0,84 µm. Die Grundwelle wird vom Eintritt steil geleitet und breitet sich in einem Einzelmodus aus, und die hohe harmonische Welle P2, welche eine Wellenlänge von 0,42 mm besitzt, wird aus dem Austrittsteil des Trägers entnommen. Das heißt der Eingang von 40 mW der Grundwelle kann 4 mW der hohen harmonischen Welle (Wellenlänge 0,42 µm) erzeugen. In diesem Fall beträgt der Wirkungsgrad der Umwandlung 10%, was das Doppelte des Umwandlungs-Wirkungsgrads des herkömmlichen TM&sub0;&sub0;-Modus ist. Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Grundwelle und der hohen harmonischen Welle. Die Ausgangsleistung des TM&sub1;&sub0;-Modus ist doppelt so groß wie die des TM&sub0;&sub0;-Modus. Im Fall der vollständigen Uberlagerung des TM&sub0;&sub0;-Modus der Grundwelle un4 des TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle ist der UmW andlungs-Wirkungsgrad hoch, jedoch ist die Überlagerung der Modi niedrigster Ordnung miteinander schwierig, so daß der Wirkungsgrad vermindert wird. Fig. 8 zeigt die Zeitabhängigkeit der Ausgangsleistung der von der Kurzwellenlaserquelle emittierten hohen harmonischen Welle. Beim TM&sub1;&sub0;-Modus tritt keine wesentliche Schwankung auf Dies ist mit der herkömmlichen Kurzwellenlaserquelle zum Erzeugen des TM&sub0;&sub0;-Modus der hohen harmonischen Welle zu vergleichen, bei welcher die Schwankung bis zu 50% beträgt.
Es ist festzustellen, daß der TM&sub0;&sub0;-Modus und der TM&sub1;&sub0;-Modus als der Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle bzw. der Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle in dieser Ausführrngsform verwendet wird, da die Überlagerung in dieser Kombination am größten ist, so daß der Wirkungsgrad der Umwandlung hoch und effektiv ist.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Zeit des Protonenaustausches und dem Wirkungsgrad der Umwandlung. Am geeignetsten beträgt die Protonenaustauschtemperatur 260ºC und die Protonenaustauschzeit 12 Minuten. Und zwar deshalb, weil die Grenze zwischen der nichtlinearen Degradationsschicht und dem Träger, in welchem die Nichtlinearität nicht vermindert ist, mit dem Phasenumkehrpunkt des TM&sub0;&sub0;-Modus zusammenfällt. Es ist festzustellen, daß der TM&sub0;&sub0;-Modus und der TM&sub1;&sub0;-Modus als der Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle bzw. der Modus höchster Ordnung der hohen harmonischen Welle in dieser Ausfühmngsform verwendet werden, da die Überlagerung in dieser Kombination so groß ist, daß der Wirkungsgrad der Umwandlung groß und effektiv ist.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Frequenzverdopplers in einer zweiten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau des Frequenzverdopplers ist ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird eine reinvertierte Schicht anstelle der nichtlinearen degradierten Schicht verwendet. Fig. 10a bis 10c zeigen die Schritte zur Herstellung des Frequenzverdopplers in dieser Ausführungsform. Bezugnehmend auf Fig. 10a sind Domäne-invertierte Gebiete 3 auf einem LiTaO&sub3;-Träger 1 durch Protonenaustausch und Wärmebehandlung gebildet. Dann wird, bezugnehmend auf Fig. 10b, eine tafelartige Protonenaustauschschicht mit einer Dicke von 0,1 µm gebildet, und wird danach für 1 Minute bei einer Temperatur von 540ºC wärmebehandelt, um so eme reinvertierte Schicht 5a mit einer Dicke von 0,8 µm zu bilden. Die Domäne dieser reinvertierten Schicht 5a ist deijenigen der Domäne-invertierten Gebiete 3 entgegengesetzt, d.h. fällt mit der Domäne-Richtung des LiTaO&sub3;-Trägers 1 zusammen. Nachfolgend wird, bezugnehmend auf Fig. 10c, ein Wellenleiter 2 durch Protonenaustausch in Phosphorsäure gebildet, und wird danach für 3 Minuten bei einer Temperatur von 400ºC wärmebehandelt, und zwar unter Verwendung einer Infrarot-Heizvorrichtung, durch welche ein Aufheizen in einer kurzen Zeit in einer zufriedenstellend steuerbaren Bedingung erfolgen kann. Die Dicke von dieser beträgt 1,9 µm, die Breite 4 µm, und die Dicke der Dornäne-invertierten Gebiete 1,7 µm. Der Umwandlungs-Wirkungsgrad der Ausfühmngsform bezüglich einer Wellenlänge von 0,84 µm ist hoch, da eine Domäne-Inversionsperiode erster Ordnung verwendet wird, d.h. 3 mW der Grundwelle, so daß der Umwandlungs-Wirkungsgrad 7,5% beträgt. Eine durch einen optischen Defekt bewirkte Schwankung tritt nicht auf, so daß die Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle extrem stabil ist.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdopplers in der dritten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau des Frequenzverdopplers ist ähnlich zu dem der ersten Ausfühmngsform In dieser Ausführungsform wird eine nichtlineare Degradationsschicht verwendet, älmlich zur ersten Ausfühmngsform Fig. 11a bis 11c zeigen die Schritte zur Herstellung des Frequenzverdopplers in dieser Ausfühmngsform Bezugnehmend auf Fig. 11a wird SiO&sub2; auf dem LiNbO&sub3;-Träger 1 gebildet, der dann bei 1030ºC 90 Minuten lang wärmbehandelt wird, um so Domäne-invertierte Gebiete zu bilden, und dann wird das SiO&sub2; entfernt. Nachfolgend wird, bezugnehmend auf Fig. 11b, durch Protonenaustausch in Pyrophosphorsäure für zwei Minuten bei einer Temperatur von 230ºC ein Wellenleiter 2 gebildet und danach für 60 Minuten bei einer Temperatur von 350ºC in einer Sauerstoffatmosphäre wärmebehandelt, und der gebildete Wellenleiter 2 besitzt eine Dicke von 2 µm, eine Breite von 4 µm und eine Länge von 1 cm. Bezugnehmend auf Fig. 11c wird eine tafelartige Protonenaustauschschicht durch eine 10-minütige Wärmebehandlung in Pyrophosphorsäure bei einer Temperatur von 230ºC gebildet. Diese Protonenaustauschschicht dient als nichtlineare Degradationsschicht 5. Diese Nichtlinearität der Schicht wird auf 1/7 der Nichtlinearität des LiTaO&sub3;-Trägers abgesenkt. Die Periode der Domäne- Inversion beträgt 9 µm und die Dicke der Domäne-invertierten Gebiete beträgt 1,5 µm. Der Umwandlungs-Wirkungsgrad der Ausfühmngsform bezüglich einer Wellenlänge von 0,84 µm ist hoch, da eine Domäne- Inversionsperiode dritter Ordnung verwendet wird, welche 1% bezüglich der Eingangsgröße von 40 mW der Grundwelle beträgt. Ein optischer Defekt tritt nicht auf, so daß die Ausgangsleistung der hohen harmonischen Welle extrem stabil ist. So wie bei dieser Ausfühmngsform wird, wenn die nichtlineare Degradationsschicht nach der Bildung des Wellenleiters gebildet wird, der nichtlineare optische Effekt weiter vermindert, so daß der Wirkungsgrad höher wird; Weiter kann durch Verwendung von lonenimplantation, beispielsweise werden He, Ar oder dergleichen, in die Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls implantiert, die nichtlineare Degradationsschicht in ähnlicher Weise gebildet werden. Weiter kann der TE&sub0;&sub0;-Modus als Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle verwendet werden, während der TE&sub1;&sub0;-Modus oder dergleichen als Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle verwendet werden kann.
Nachfolgend wird ein optisches Datenverarbeitungsgerät in einer vierten Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 12 zeigt den Aufbau einer Kurzwellenlaserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung, welche aus einem Halbleiterlaser 21 und einem Frequenzverdoppler 22 aufgebaut ist. Die vom Halbleiteriaser 21 emittierte Grundwelle P1 wird über Linsen 24, 25 und die Halbwellenplatte 26 in einem im Frequenzverdoppler 22 ausgebildeten Wellenleiter 2 eingebracht. Die Grundwelle P1 breitet sich im Wellenleiter 2 im TM&sub0;&sub0;-Modus aus, welches der Modus niedrigster Ordnung ist, und wird dann in den TM&sub1;&sub0;-Modus urngewandelt, welcher der Modus niedrigster Ordnung der hohen harmonischen Welle ist, welcher dann vom Frequenzverdoppler 22 emittiert und als Kurzwellenlaserstralil verwendet wird. In dieser Ausfühmngsform wird ein optisches System zum Abtrennen eines Teils des Strahls nicht verwendet, im Unterschied zur ersten Ausfühmngsform Fig. 13 zeigt ein optisches Datenverarbeitungsgerät; 3 mW des von der oben erwähnten Kurzwelleniaserquelle 40 emittierten Strahls geht durch einen Strahlteiler 41 hindurch und wird dann mittels einer Linse 42 auf eine optische Platte 43 aufgestrahlt, welche ein Datenwidergabemedium ist. Bine von dieser reflektierte Welle wird umgekehrt durch die Linse 42 kollimiert und dann durch den Strahlteiler 41 reflektiert. Somit kann ein aus Si bestehender Detektor ein Signal lesen. Fig. 14a und 14 b zeigen den Teil der Linse 42 in einer vergrößerten Ansicht. Der von der Kurzwellenlaserquelle 40 emittierte Strahl wird in zwei Strahlen aufgeteilt und kann demnach nicht direkt bis zur Beugungsgrenze konvergiert werden. Somit wird der Strahl 2 durch die Linse 42 abgetrennt, während der Strahl 1 allein in die Linse 42 hineingeht und dann auf die optische Platte 43 fokussiert wird. Die NA (numerische Apertur) der Linse 42 beträgt 0,6 und die Seite des fokussierten Lichtflecks 0,6 µm . Der durch die hohe harmonische Welle erhaltene Strahl ist stabil und demnach kann ein High-Density-Lesegerät verwirklicht werden. Die Aufreichnungsdichte ist viermal so hoch wie die unter Verwendung eines herkömmlichen 0,78 µm Halbleiterlasers erzielte.
Nachfolgend wird eine Kurzwellenlaserquelle und ein diese verwendendes optisches Datenverarbeitungsgerät als eine fünfte Ausfühmngsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 15 zeigt den Aulbau des optischen Datenverarbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Aulban der Kurzwellenlaserquelle 40 ist ähnlich demjenigen der zweiten Ausfühmngsform Ein von der Kurzwellenlaserquelle 40 emittierter Strahl wird durch einen Polygonalspiegel 47 reflektiert und auf einen A1-Film 49 aufgestrahlt, der mit einem photo sensitiven Medium beschichtet ist und als Aufzeichnungsmedium dient, nachdem er eine Linse 48 durchlaufen hat. Durch Drehen des Polygonalspiegels 47 kann das photosensitive Medium 50 mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden. Die Brennweite der Linse 48 beträgt 30 mm, und die Größe des fokussierten Lichtflecks des Strahls beträgt 20 µm. Weiter wird der Halbleiterlaser durch eine Modulationsfrequenz von 10 MHz moduliert. Somit wird das Autzeichnungsmedium dadurch teilweise exponiert. Dieses Phänomen kann zur Bildung eines Abdruckoriginals verwendet werden. Mit diesem Gerät kann ein hochgenaues Drucken mit einer Autlösung von 50 Zeilen/mm realisiert werden. Weiter liegt die Stabilität der hohen harmonischen Welle innerhalb 1%, und derngemäß kann ein Abdruckoriginal erzielt werden, das eine geringere Unregelmäßigkeit besitzt.
Es ist festzustellen, daß es nicht erforderlich ist, den Strahl abzutrennen, falls für die Form des fokussierten Lichtflecks keine Begrenzung gegeben ist, wie dies bei dieser Ausfühmngsform der Fall ist.
Weiter können, auch wenn LiTaO&sub3; und LiNbO&sub3; als nichtlinearer optischer Kristall verwendet werden, ferroelektrische Materialien wie beispielsweise KNbO&sub3; oder KTP verwendet werden. Weiter kann der TE&sub0;&sub0;-Modus und der TE&sub1;&sub0;-Modus oder dergleichen als Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle bzw. Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle verwendet werden. Tabelle 1

Claims

1. Frequenzverdoppler zum Umwandeln eines Modus niedrigster Ordnung einer Grundwelle (P1) von einer Wellenlänge λ, welche in diesem in eine hohe harmonische Welle (P2) erregt wird, aufweisend:

einen Träger (1), der aus einem nichtlinearen optischen Kristall besteht,

einen Wellenleiter (2), der aus dem nichtlinearen optischen Kristall an einer Oberfläche des Trägers (1) ausgebildet ist und sich in der Ausbreitungsrichtung der Grundwelle (P1) erstreckt und

eine periodische Struktur, die aus Dornäne-invertierten Gebieten und nicht Domäne-invertierten Gebieten des nichtlinearen optischen Kristalls besteht, der innerhalb des Wellenieiters (2) in Ausbreitungsrichtung der Grundwelle (Pl) ausgebildet ist, wobei die Periode A der periodischen Struktur folgender Beziehung genügt

Λ=λ/(2(N2ω-Nω) Gl. 1

wobei Nω und N2ω den Brechungsindex des Modus niedrigster Ordnung der Grnndwelle (P1) bzw. den Brechungsindex der hohen harmonischen Welle (P2) darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Periode Λ festgelegt ist mit einern N2ω, welches den Brechungsindex eines Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle (P2) darstellt, und

eme nichtlineare Degradationschicht (5), welche eine Nichtlinearität besitzt, die bezüglich deijenigen des Trägers abgeschwächt ist, oder eine reinvertierte Schicht (5a) an der Oberfläche der periodischen Struktur innerhalb des Wellenleiters (2) ausgebildet ist.

2. Frequenzverdoppler (22) nach Anspruch 1, wobei ein TM&sub0;&sub0; Modus als Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle (P1) verwendet wird, und ein TM&sub0;&sub0; Modus als Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle (P2) verwendet wird.

3. Frequenzverdoppler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nichtlineare optische Kristall (1) ein LiNbxTa1-xO&sub3; - Träger ist, mit 0 ≤ X ≤ 1.

4. Frequenzverdoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Grenze zwischen der nichtlinearen Degradationsschicht (5) oder der reinvertierten Schicht (5a) und dem nichtlinearen optischen Kristall (1) mit einem Phasenumkehrpunkt eines TM&sub1;&sub0; Modus einer hohen harmonischen Welle (P2) zusammenfällt.

5. Frequenzverdoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenleiter (2) durch Verwendung von Protonen-Austausch gebildet ist.

6. Frequenzverdoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Infrarotheizvorrichtung zur Bildung der Domäne-invertierten Gebiete (3) oder des Wellenleiters (2) verwendet wird.

7. Kurzwellenlaserquelle, die einen Halbleiterlaser (21) und einen Frequenzverdoppler (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei eine vorn Halbleiterlaser (21) emittierte Grundwelle (P1) in einen im Frequenzverdoppler ausgebildeten Wellenleiter (2) eingeleitet wird, und ein niedrigster Modus der leitungsgebundenen Grundwelle (Pl) in einen Modus hoher Ordnung einer hohen harmonischen Welle (P2) umgewandelt wird, welche dann von einer Endfläche des Wellenleiters (2) emittiert wird.

8. Optisches Datenverarbeitungsgerät aufweisend eine Kurzwellenlaserquelle (40), die aus einem Halbleiterlaser (21) und einen Frequenzverdoppler (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufgebaut ist, und ein Datenaufzeichnungs oder Datenwiedergabemedium (50), wobei eine vom Halbleiterlaser (21) emittierte Grundwelle (P1) in einen im Frequenzverdoppler (22) ausgebildeten Wellenleiter (2) eingeleitet wird, und ein Modus hoher Ordnung einer hohen harmonischen Welle (P2), welche im Wellenleiter (2) erzeugt wird, von einer Endfläche des Wellenleiters (2) in einen Raum emittiert wird, so daß ein Strahl der in den Raum emittierten hohen harmonischen Weile auf das Aulzeichnungs- oder Wiedergabemedium (50) aufgestrahlt wird.

9. Kurzwellenlaserquelle nach Anspruch 7, wobei ein optisches System (30) zum Abschneiden eines Teils des Strahls der hohen harmonischen Weile vorgesehen ist.

10. Optisches Datenverarbeitungsgerät nach Anspruch 8, wobei ein optisches System (30) zum Abtrennen eines Teils des Strahls der hohen harmonischen Weile vorgesehen ist.

11. Kurzwellenlaserquelle (40) nach Anspruch 7 oder 9, wobei eine Fokussier- oder Kollimatorlinse (42) so angeordnet ist, daß ein Teil des Strahls der hohen harmonischen Weile (P2) abgetrennt wird.

12. Optisches Datenverarbeitungsgerät nach Anspruch 8 oder 10, wobei eine Fokussier- oder Kollimatorlinse (42) so angeordnet ist, daß ein Teil des Strahls der hohen harmonischen Weile (P2) abgetrennt wird.

13. Kurzwellenlaserquelle (40) nach Anspruch 7, wobei ein feines Loch oder eine Strahltrennplatte als optisches System zum Abtrennen eines Strahls der hohen harmonischen Welle (P2) vorgesehen ist.

14. Optisches Datenverarbeitungsgerät nach Anspruch 8, wobei ein feines Loch oder eine Strahltrennplatte als optisches System zum Abtrennen eines Strahls der hohen harmonischen Welle (P2) vorgesehen ist.

15. Kurzweilenlaserquelle nach einem der Ansprüche 7, 9, 11 oder 13, wobei ein Bereich, bei dem ein Strahl der hohen harmonischen Weile (P2) abgetrennt wird, sich in einem Phasenumkehrteil (-E) befindet.

16. Optisches Datenverarbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 8, 10, 12 oder 14, wobei ein Bereich, bei dem ein Strahl der hohen harmonischen Welle (P2) abgetrennt wird, sich in einem Phasenumkehrteil (-E) befindet.

17. Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdopplers zur Umwandlung eines Modus niedrigster Ordnung einer Grundwelle von einer Wellenlänge λ in eine hohe harmonische Welle, welches folgende Schritte umfaßt:

Ausbilden, und zwar aus einem nichtlinearen optischen Kristall, an der Oberfläche eines Trägers, der aus dem nichtlinearen optischen Kristall besteht, einer periodischen Struktur, die aus Domäne-invertierten Gebieten und nicht Dornäne-invertierten Gebieten besteht und sich in Ausbreitungsrichtung der Grundwelle erstreckt, wobei die periodische Struktur eine Periode A besitzt, die folgender Beziehung genügt:

Λ=λ/(2(N2ω-Nω) Gl. 1

wobei N2ω den Brechung sindex der hohen harmonischen Welle und Nω den Brechungsindex des Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle darstellt, und

Ausbilden eines Wellenleiters an der Oberfläche des Trägers entlang der periodischen Struktur in der Ausbreitungsrichtung der Grundwelle,

gekennzeichnet durch das Ausbilden der periodischen Struktur mit einem N2ω, welches den Brechungsindex eines Modus hoher Ordnung der hohen harmonischen Welle darstellt, und

durch das Ausbilden, und zwar an der Oberfläche der periodischen Struktur innerhalb des Wellenleiters, einer nichtlinearen Degradationschicht, welche eine Nichtlinearität besitzt, die bezüglich deijenigen des Trägers abgeschwächt ist, indem die periodische Struktur einem Protonen-Austausch oder einer Ionenimplantation unterzogen wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdopplers zur UmW andiung eines Modus niedrigster Ordnung einer Grundwelle von einer Wellenlänge λ in eine hohe harmonische Welle, welches folgende Schritte umfaßt:

Ausbilden, und zwar aus einem nichtlinearen optischen Kristall, an der Oberfläche eines Trägers, der aus dem nichtlinearen optischen Kristall besteht, einer periodischen Struktur aus Domäne-invertierten Gebieten und nicht Dornäne-invertierten Gebieten, die sich in Ausbreitungsrichtung der Grundwelle erstreckt, wobei die periodische Struktur eine Periode Λ besitzt, die folgender Beziehung genügt:

Λ=λ/(2(N2ω-Nω) Gl. 1

wobei N2ω den Brechungsindex der hohen harmonischen Welle und Nω den Brechungsindex des Modus niedrigster Ordnung der Grundwelle darstellen, und

durch das Ausbilden einer reinvertierten Schicht an der Oberfläche der periodischen Struktur durch Reformieren.

19. Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdoppler nach Anspruch 18, wobei der nichtlineare optische Kristall ein LiNbxTa1-xO&sub3; -Träger ist mit 0≤x≤1.

20. Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdoppler nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei eine Grenze zwischen der nichtlinearen Degradationsschicht oder der reinvertierten Schicht und dem nichtlinearen optischen Kristall mit einem Phasenumkehrpunkt eines TM Modus einer hohen harmonischen Welle zusammenfällt.

21. Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdoppler nach einem der Ansprüche 17, 18, 19 oder 20, wobei der Wellenleiter durch Verwendung von Protonen-Austausch gebildet ist.

22. Verfahren zur Herstellung eines Frequenzverdopplers nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei eine Infrarotheizvorrichtung zur Bildung der Domäne-invertierten Gebiete oder des Wellenleiters verwendet wird.