JP2000162656A - 半導体デバイス - Google Patents
半導体デバイスInfo
- Publication number
- JP2000162656A JP2000162656A JP11314136A JP31413699A JP2000162656A JP 2000162656 A JP2000162656 A JP 2000162656A JP 11314136 A JP11314136 A JP 11314136A JP 31413699 A JP31413699 A JP 31413699A JP 2000162656 A JP2000162656 A JP 2000162656A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical device
- optical
- frequency
- modulation region
- optical modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 113
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 60
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 55
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 37
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 20
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CSJLBAMHHLJAAS-UHFFFAOYSA-N diethylaminosulfur trifluoride Substances CCN(CC)S(F)(F)F CSJLBAMHHLJAAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- -1 KH 2 AS O 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017119 AlPO Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 51
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 15
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 238000011160 research Methods 0.000 description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005697 Pockels effect Effects 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002164 ion-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009293 tertiary effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】望ましい周波数の出射放射光線が効率的に得ら
れる光学デバイスを提供する。 【解決手段】光学デバイスは、光学変調領域を有する。
光学変調領域は、少なくとも１つの入射放射光線ビーム
７、８による照射に応答して光学変調領域内を伝播す
る、２つの異なる周波数の信号の間の位相整合を増強す
るための位相整合手段１を有する。位相整合手段１は、
入射放射光線ビーム７、８の通路に沿ってその屈折率に
おいて空間的変化５を有する。
れる光学デバイスを提供する。 【解決手段】光学デバイスは、光学変調領域を有する。
光学変調領域は、少なくとも１つの入射放射光線ビーム
７、８による照射に応答して光学変調領域内を伝播す
る、２つの異なる周波数の信号の間の位相整合を増強す
るための位相整合手段１を有する。位相整合手段１は、
入射放射光線ビーム７、８の通路に沿ってその屈折率に
おいて空間的変化５を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学デバイスの分野
に関する。より具体的には、本発明は所与の周波数の若
しくは周波数バンド内の放射ビームを発生させるために
使用される光学デバイスに関する。
に関する。より具体的には、本発明は所与の周波数の若
しくは周波数バンド内の放射ビームを発生させるために
使用される光学デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】幾つかの商業的に重要な波長バンドにお
いて電磁放射光線を生成する上で困難さが生じる。例え
ば、それ等の範囲は、テラヘルツ（ＴＨｚ）周波数範囲
（１００ＧＨｚ〜２０ＴＨｚ）、近及び中赤外（波長＝
１０００〜５０００ｎｍ）及び青／紫外（波長４００〜
４５０ｎｍ）である。
いて電磁放射光線を生成する上で困難さが生じる。例え
ば、それ等の範囲は、テラヘルツ（ＴＨｚ）周波数範囲
（１００ＧＨｚ〜２０ＴＨｚ）、近及び中赤外（波長＝
１０００〜５０００ｎｍ）及び青／紫外（波長４００〜
４５０ｎｍ）である。
【０００３】このような周波数を生成する可能な方法
は、非線形光学効果を使用することである。入射放射光
線により誘発される材料内の偏光Ｐは、材料を励起する
電界Ｅに関連して、べき級数として次のように表現可能
となる。 Ｐ＝χ1 Ｅ ＋χ2 Ｅ2 ＋χ3 Ｅ3 …… （１） 通常、高次の項は無視できるほど小さいと仮定され、Ｐ
∝Ｅという関係が使用される。この近似は大きなＥには
適用されない。非線形光学はこれらの高次の項に関係す
る。
は、非線形光学効果を使用することである。入射放射光
線により誘発される材料内の偏光Ｐは、材料を励起する
電界Ｅに関連して、べき級数として次のように表現可能
となる。 Ｐ＝χ1 Ｅ ＋χ2 Ｅ2 ＋χ3 Ｅ3 …… （１） 通常、高次の項は無視できるほど小さいと仮定され、Ｐ
∝Ｅという関係が使用される。この近似は大きなＥには
適用されない。非線形光学はこれらの高次の項に関係す
る。
【０００４】もし、材料が２つの異なる周波数で照射さ
れると、入力周波数の和（和周波発生として知られ
る）、入力周波数の差（差周波発生として知られる）で
ある周波数を材料が出射することを第２次項が可能とす
る。第２次感受性はまた、材料が単一入力周波数で照射
された時、異なる光学周波数の発生をもたらす。例え
ば、第２高調波発生が自己和発生からもたらされる。光
学パラメトリック変換において、２つの周波数が入力周
波数から発生される。
れると、入力周波数の和（和周波発生として知られ
る）、入力周波数の差（差周波発生として知られる）で
ある周波数を材料が出射することを第２次項が可能とす
る。第２次感受性はまた、材料が単一入力周波数で照射
された時、異なる光学周波数の発生をもたらす。例え
ば、第２高調波発生が自己和発生からもたらされる。光
学パラメトリック変換において、２つの周波数が入力周
波数から発生される。
【０００５】更に、第３次項χ3 Ｅ3 もまた、第３高調
波周波数及び他の第３次項を生成するように励起可能と
なる。
波周波数及び他の第３次項を生成するように励起可能と
なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような構造におい
て生じるこの問題は、望ましい周波数の出射放射光線を
効率的に得るため、入射放射光線により誘発される偏光
の位相が、望ましい出射放射光線の位相とできるだけ近
づくように整合する必要があることである。
て生じるこの問題は、望ましい周波数の出射放射光線を
効率的に得るため、入射放射光線により誘発される偏光
の位相が、望ましい出射放射光線の位相とできるだけ近
づくように整合する必要があることである。
【０００７】この位相整合問題はまた、第２周波数のビ
ームによって起こる第１周波数の参照ビームの変化が第
２周波数のビームの測定に使用される、特定な型式の検
出器においても生じる。
ームによって起こる第１周波数の参照ビームの変化が第
２周波数のビームの測定に使用される、特定な型式の検
出器においても生じる。
【０００８】ある材料は、複屈折特性による位相整合を
先天的にある程度有し、従って、同材料の少なくもある
長さに亘って位相整合が達成可能となる。しかし、位相
整合をある程度可能とし、従って、材料を周波数コンバ
ータとして完全に実現可能にする複屈折若しくは他の特
性を有し且つ大きな光学非線形性を伴う材料は存在しな
い。
先天的にある程度有し、従って、同材料の少なくもある
長さに亘って位相整合が達成可能となる。しかし、位相
整合をある程度可能とし、従って、材料を周波数コンバ
ータとして完全に実現可能にする複屈折若しくは他の特
性を有し且つ大きな光学非線形性を伴う材料は存在しな
い。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題に対
処し、以下の構成を有する光学デバイスを提供する。即
ち、本発明に係る光学デバイスは光学変調領域を具備
し、前記光学変調領域は、少なくとも１つの入射放射光
線ビームによる照射に応答して前記光学変調領域内を伝
播する、少なくとも２つの異なる周波数の信号の間の位
相整合を増強するための位相整合手段を具備し、前記位
相整合手段は、前記入射放射光線ビームのある方向成分
に沿ってその屈折率において空間的変化を有し、少なく
とも２つの異なる周波数の信号が同位相を維持する前記
変調領域内の距離を最大とするように構成される。
処し、以下の構成を有する光学デバイスを提供する。即
ち、本発明に係る光学デバイスは光学変調領域を具備
し、前記光学変調領域は、少なくとも１つの入射放射光
線ビームによる照射に応答して前記光学変調領域内を伝
播する、少なくとも２つの異なる周波数の信号の間の位
相整合を増強するための位相整合手段を具備し、前記位
相整合手段は、前記入射放射光線ビームのある方向成分
に沿ってその屈折率において空間的変化を有し、少なく
とも２つの異なる周波数の信号が同位相を維持する前記
変調領域内の距離を最大とするように構成される。
【００１０】上述の構成をより明確にすると、前記入射
放射光線ビームのある成分はビームの方向成分である。
放射光線ビームのある成分はビームの方向成分である。
【００１１】もし本発明が周波数変換のために使用され
ると、前記光学変調領域は、望ましくは、前記少なくと
も１つの入射放射光線ビームによる照射に応答して出射
放射光線周波数のビームを出射するための周波数変換手
段を具備し、前記位相整合手段は、前記若しくは別の入
射ビーム及び前記出射ビームにより発生される偏光間の
位相整合を増強する。前記出射ビームは前記入射ビーム
と異なる周波数を有する。
ると、前記光学変調領域は、望ましくは、前記少なくと
も１つの入射放射光線ビームによる照射に応答して出射
放射光線周波数のビームを出射するための周波数変換手
段を具備し、前記位相整合手段は、前記若しくは別の入
射ビーム及び前記出射ビームにより発生される偏光間の
位相整合を増強する。前記出射ビームは前記入射ビーム
と異なる周波数を有する。
【００１２】前記入力放射光線の周波数を変換するた
め、多くの可能な機構が存在する。
め、多くの可能な機構が存在する。
【００１３】新たな周波数が、いわゆる和若しくは差周
波発生により、２つ以上の周波数の入射放射光線から発
生されることが可能となる。
波発生により、２つ以上の周波数の入射放射光線から発
生されることが可能となる。
【００１４】前記光学デバイスは、２つの周波数成分を
有する放射光線で照射されるか、或いは異なる周波数の
２つの放射光線ビームにより照射される。
有する放射光線で照射されるか、或いは異なる周波数の
２つの放射光線ビームにより照射される。
【００１５】パルスレーザにより得られるより高い電界
は、非線形性を起こしやすく、偏光の項の（漸進的に小
さくなる）非線形性にアクセスすることを可能とする。
は、非線形性を起こしやすく、偏光の項の（漸進的に小
さくなる）非線形性にアクセスすることを可能とする。
【００１６】単一のパルスレーザで異なる２つの入射周
波数を発生させることが望ましい。また、パルスレーザ
により生成される放射光線パルスは、広範囲に亘る和若
しくは差周波発生にとって理想的である、多数の異なる
周波数を本質的に含む。
波数を発生させることが望ましい。また、パルスレーザ
により生成される放射光線パルスは、広範囲に亘る和若
しくは差周波発生にとって理想的である、多数の異なる
周波数を本質的に含む。
【００１７】しかし、本発明により達成可能な位相整合
の増強により、相対的に低い電界も使用可能で、従っ
て、２つの周波数は、異なる周波数で駆動される２つの
ＣＷレーザにより提供可能となる。これ等は、パルスシ
ステムのような高い電界を提供しない連続的なビームを
提供するが、非線形効果を依然ＣＷレーザにより起こす
ことが可能である。ＣＷレーザはまた、パルスレーザに
比べて、現在のところ、より遍在し且つ商業的に入手可
能であるという利点を有する。
の増強により、相対的に低い電界も使用可能で、従っ
て、２つの周波数は、異なる周波数で駆動される２つの
ＣＷレーザにより提供可能となる。これ等は、パルスシ
ステムのような高い電界を提供しない連続的なビームを
提供するが、非線形効果を依然ＣＷレーザにより起こす
ことが可能である。ＣＷレーザはまた、パルスレーザに
比べて、現在のところ、より遍在し且つ商業的に入手可
能であるという利点を有する。
【００１８】入射放射光線は、材料の第２次非線形性を
介して、時間依存性の偏光を発生させる。この機構の単
純化された見方は、スプリング上にある材料内の電子を
想像することである。入射放射光線は、入射周波数、そ
れ等の和及び差に対応する周波数で電子を振動させる。
介して、時間依存性の偏光を発生させる。この機構の単
純化された見方は、スプリング上にある材料内の電子を
想像することである。入射放射光線は、入射周波数、そ
れ等の和及び差に対応する周波数で電子を振動させる。
【００１９】どの周波数が出射されるかは、基本周波数
における材料の非線形係数と、和／差周波数における発
生／変換放射光線と非線形偏光との間の位相整合と、に
依存する。
における材料の非線形係数と、和／差周波数における発
生／変換放射光線と非線形偏光との間の位相整合と、に
依存する。
【００２０】和周波発生において、位相整合条件は次式
で与えられる。 Δｋ＝ｋ（ω1 ）＋ｋ（ω2 ）−ｋ（ω3 ）＝０ ここで、ω1 ＋ω2 ＝ω3 であり、またｋ（ω）は周波
数ωにおける材料内の光のｋ（波数）ベクトルである。
で与えられる。 Δｋ＝ｋ（ω1 ）＋ｋ（ω2 ）−ｋ（ω3 ）＝０ ここで、ω1 ＋ω2 ＝ω3 であり、またｋ（ω）は周波
数ωにおける材料内の光のｋ（波数）ベクトルである。
【００２１】差周波発生において、位相整合条件は次式
で与えられる。
で与えられる。
【００２２】 Δｋ＝ｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）−ｋ（ω3 ）＝０ ここで、ω1 −ω2 ＝ω3 である。
【００２３】Ｎ次高調波発生において、位相整合条件は
次式で与えられる。 Δｋ＝Ｎｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）＝０ ここで、Ｎω1 ＝ω2 である。
次式で与えられる。 Δｋ＝Ｎｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）＝０ ここで、Ｎω1 ＝ω2 である。
【００２４】光学パラメトリック発生において、位相整
合条件は次式で与えられる。 Δｋ＝ｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）−ｋ（ω3 ）＝０ ここで、ω1 ＝ω2 ＋ω3 である。
合条件は次式で与えられる。 Δｋ＝ｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）−ｋ（ω3 ）＝０ ここで、ω1 ＝ω2 ＋ω3 である。
【００２５】発生された電界が駆動電界に対して位相外
となる距離として考えることができるコヒーレンス長は
次式のように定義される。 ｌc ＝２／Δｋ 材料の屈折率ｎはｎ＝ｋｃ／ωで定義され、ここで、ｃ
は真空中における光の速度である。多くの非線形材料の
屈折率は周波数ωと共に変化するため、コヒーレント長
は典型的にはほんの数ミクロンである。本発明は、位相
整合条件Δｋ＝０を満足するため、分散即ちωに伴うｎ
の変化を変更する。
となる距離として考えることができるコヒーレンス長は
次式のように定義される。 ｌc ＝２／Δｋ 材料の屈折率ｎはｎ＝ｋｃ／ωで定義され、ここで、ｃ
は真空中における光の速度である。多くの非線形材料の
屈折率は周波数ωと共に変化するため、コヒーレント長
は典型的にはほんの数ミクロンである。本発明は、位相
整合条件Δｋ＝０を満足するため、分散即ちωに伴うｎ
の変化を変更する。
【００２６】差周波発生の技術を使用し、周波数ωTHz
のＴＨｚ放射光線が、２つの可視放射光線周波数ωopt
から発生される場合を考える。入射放射光線の周波数間
の差からＴＨｚ放射光線を発生させるための位相整合は
次式で与えられる。 Δｋ＝ｋ（ωopt ＋ωTHz ）−ｋ（ωopt ）−ｋ（ω
THz ）＝０ 光誘起非線形偏光と、発生ＴＨｚ電界とが同一位相内に
ある距離の単位であるコヒーレント長ｌc は次式で定義
される。
のＴＨｚ放射光線が、２つの可視放射光線周波数ωopt
から発生される場合を考える。入射放射光線の周波数間
の差からＴＨｚ放射光線を発生させるための位相整合は
次式で与えられる。 Δｋ＝ｋ（ωopt ＋ωTHz ）−ｋ（ωopt ）−ｋ（ω
THz ）＝０ 光誘起非線形偏光と、発生ＴＨｚ電界とが同一位相内に
ある距離の単位であるコヒーレント長ｌc は次式で定義
される。
【００２７】 ｌc ＝πｃ／（ωTHz ｜ηvis −ηTHz ｜） ここで、ηvis は可視周波数における材料の屈折率であ
り、ηTHz はＴＨｚ周波数における材料の屈折率であ
る。
り、ηTHz はＴＨｚ周波数における材料の屈折率であ
る。
【００２８】従って、効率的なＴＨｚ発生のために必要
な長いコヒーレント長のためには、ηvis −ηTHz は小
さくなくてはならない。しかし、無機非線形光学材料は
大きな屈折率のミスマッチを有し、従って、ｌc は数ミ
クロンよりも大きくないであろう。
な長いコヒーレント長のためには、ηvis −ηTHz は小
さくなくてはならない。しかし、無機非線形光学材料は
大きな屈折率のミスマッチを有し、従って、ｌc は数ミ
クロンよりも大きくないであろう。
【００２９】本発明は、異なる周波数における屈折率の
この変化を減少させることにより位相整合を増強する。
この変化を減少させることにより位相整合を増強する。
【００３０】同様に、変調領域は、式（１）における第
２次係数による２つの周波数の和がより効率的に出射さ
れるように構成可能となる。代わりに、第２高調波も選
択可能である。
２次係数による２つの周波数の和がより効率的に出射さ
れるように構成可能となる。代わりに、第２高調波も選
択可能である。
【００３１】光学パラメトリック発生によっても稼動可
能である。この場合、光学デバイスは単一レーザで励起
される。
能である。この場合、光学デバイスは単一レーザで励起
される。
【００３２】材料の非線形特性により、異なる周波数の
２つのビームが出射可能となるか、若しくは第２高調波
が出射可能となる。
２つのビームが出射可能となるか、若しくは第２高調波
が出射可能となる。
【００３３】２つの異なる周波数は運動量及びエネルギ
保存により入力周波数と関係する。
保存により入力周波数と関係する。
【００３４】上述のデバイスの入力光は１つ若しくは２
つのダイオードレーザからの放射光線により供給され
る。従って、レーザ及び光学デバイスは単一チップ上に
一体化可能となる。また、パルスレーザは周波数コンバ
ータと共に単一チップ上に一体化可能となる。
つのダイオードレーザからの放射光線により供給され
る。従って、レーザ及び光学デバイスは単一チップ上に
一体化可能となる。また、パルスレーザは周波数コンバ
ータと共に単一チップ上に一体化可能となる。
【００３５】上述の位相整合原理は検出器にも適用可能
で、この場合、変調領域は、望ましくは、第２入力ビー
ムの照射に応答して第１入力ビームの偏光ベクトルを回
転させ、回転された偏光ベクトルのビームを出射するよ
うに構成される。
で、この場合、変調領域は、望ましくは、第２入力ビー
ムの照射に応答して第１入力ビームの偏光ベクトルを回
転させ、回転された偏光ベクトルのビームを出射するよ
うに構成される。
【００３６】第１入力ビームは参照ビームとして考える
ことができ、第２ビームは検出されたビームである。検
出器へ入る前、参照ビーム及び検出ビームの偏光は、こ
れ等が互いに平行で且つ変調領域の通常光軸及び異常光
軸の両者に沿った成分を有するように、回転される。
ことができ、第２ビームは検出されたビームである。検
出器へ入る前、参照ビーム及び検出ビームの偏光は、こ
れ等が互いに平行で且つ変調領域の通常光軸及び異常光
軸の両者に沿った成分を有するように、回転される。
【００３７】参照ビーム及び検出ビームは、望ましく
は、光学変調器に入る前に直線偏光される。しかし、こ
れらの一方若しくは両者は円偏光も可能である。
は、光学変調器に入る前に直線偏光される。しかし、こ
れらの一方若しくは両者は円偏光も可能である。
【００３８】変調領域は、検出されたビーム（もし存在
すれば）が参照ビームの偏光をある角度回転させるよう
に構成される。もし検出ビームが存在しなければ、参照
ビームは、これが光学変調領域を通過する間、幾分楕円
に偏光する可能性がある。この効果を補償するため、変
調領域から出射されたビームは、望ましくは、光学修正
回路に通される。
すれば）が参照ビームの偏光をある角度回転させるよう
に構成される。もし検出ビームが存在しなければ、参照
ビームは、これが光学変調領域を通過する間、幾分楕円
に偏光する可能性がある。この効果を補償するため、変
調領域から出射されたビームは、望ましくは、光学修正
回路に通される。
【００３９】望ましくは、光学修正回路は直線（若しく
は楕円）偏光ビームを円偏光ビームに変換する。
は楕円）偏光ビームを円偏光ビームに変換する。
【００４０】出射された直線（若しくは楕円）偏光ビー
ムは、望ましくは、１／４波長板により円偏光ビームに
変換される。望ましくは、この円偏光ビームは、次に、
円偏光放射光線を２つの直線成分に分割する偏光分波器
（例えばウォラストンプリズム）に導入される。もし検
出ビームが存在しないと、これ等の直性成分は等しい。
もし検出ビームが存在すると、これ等の直性成分は互い
に等しくない。
ムは、望ましくは、１／４波長板により円偏光ビームに
変換される。望ましくは、この円偏光ビームは、次に、
円偏光放射光線を２つの直線成分に分割する偏光分波器
（例えばウォラストンプリズム）に導入される。もし検
出ビームが存在しないと、これ等の直性成分は等しい。
もし検出ビームが存在すると、これ等の直性成分は互い
に等しくない。
【００４１】望ましくは、プリズムからの２つの出力ビ
ームは、平衡化分割フォトダイオードアセンブリに入射
され、これは、２つのビーム間で大きさの相違がある場
合、非ゼロ出力信号を生成する。
ームは、平衡化分割フォトダイオードアセンブリに入射
され、これは、２つのビーム間で大きさの相違がある場
合、非ゼロ出力信号を生成する。
【００４２】代わりに、参照ビームは検出器へ入る前に
円偏光化が可能である。これは、参照ビームが検出器に
到達する前の参照ビームの通路に、１／４波長板を配設
することにより達成可能となる。検出されたビーム（も
し存在すれば）は、円偏光化された参照ビームを楕円偏
光ビームに変える。楕円偏光ビームは次に、上述のウォ
ラストンプリズム等により２つの成分に分離される。
円偏光化が可能である。これは、参照ビームが検出器に
到達する前の参照ビームの通路に、１／４波長板を配設
することにより達成可能となる。検出されたビーム（も
し存在すれば）は、円偏光化された参照ビームを楕円偏
光ビームに変える。楕円偏光ビームは次に、上述のウォ
ラストンプリズム等により２つの成分に分離される。
【００４３】本発明の光学デバイスは、従って、放射光
線の発生及び放射光線の検出の両者に使用可能となる。
従って、本発明を像形成のための光線源（ジェネレー
タ：周波数コンバータ型の）として使用すると共に、本
発明を画像情報を含む光を検出する検出器として使用す
ることにより、撮像システムが提供される。上述のジェ
ネレータ及び検出器のいずれかを、周波数変換検出器若
しくはジェネレータと夫々結合すると、撮像システムが
構成可能であることは自明である。
線の発生及び放射光線の検出の両者に使用可能となる。
従って、本発明を像形成のための光線源（ジェネレー
タ：周波数コンバータ型の）として使用すると共に、本
発明を画像情報を含む光を検出する検出器として使用す
ることにより、撮像システムが提供される。上述のジェ
ネレータ及び検出器のいずれかを、周波数変換検出器若
しくはジェネレータと夫々結合すると、撮像システムが
構成可能であることは自明である。
【００４４】望ましくは、ビームはジェネレータのため
の入力と検出器のための参照ビームとを形成するために
分割される。像形成用放射光線は、サンプルを撮像する
ためにジェネレータにより生成される。画像情報を担持
する放射光線は次に、参照ビームを使用する検出器によ
り検出される。望ましくは、入力ビーム及び参照ビーム
間の時間変化を提供する制御システムが配設される。
の入力と検出器のための参照ビームとを形成するために
分割される。像形成用放射光線は、サンプルを撮像する
ためにジェネレータにより生成される。画像情報を担持
する放射光線は次に、参照ビームを使用する検出器によ
り検出される。望ましくは、入力ビーム及び参照ビーム
間の時間変化を提供する制御システムが配設される。
【００４５】上述の機構のいずれかのための良好な非線
形特性を有する可能な材料は、ＧａＡｓ若しくはＳｉ系
半導体である。より望ましくは、結晶構造が使用され
る。以下に、他の可能な材料の例を示す。
形特性を有する可能な材料は、ＧａＡｓ若しくはＳｉ系
半導体である。より望ましくは、結晶構造が使用され
る。以下に、他の可能な材料の例を示す。
【００４６】ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4 、ＡＤＰ、ＫＨ2 Ｐ
Ｏ4 、ＫＨ2 ＡＳＯ4 、石英、ＡｌＰＯ 4 、ＺｎＯ、Ｃ
ｄＳ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮ
ｂ5 Ｏ15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧ
ｅＡｓ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、及
びＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有
機結晶。
Ｏ4 、ＫＨ2 ＡＳＯ4 、石英、ＡｌＰＯ 4 、ＺｎＯ、Ｃ
ｄＳ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮ
ｂ5 Ｏ15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧ
ｅＡｓ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、及
びＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有
機結晶。
【００４７】一般的に、非中心対称結晶が第２次効果の
ために使用される。第３次効果は、種々の結晶において
様々な強度で見出される。
ために使用される。第３次効果は、種々の結晶において
様々な強度で見出される。
【００４８】望ましくは、このような構造が、入力ビー
ム周波数の少なくとも１つで駆動される導波路内に配置
される。この導波路は、単一クラッド層及びコア層か、
２つのクラッド層間に挟まれたコア層のいずれでも実現
可能となる。例えば、ＡｌＧａＡｓクラッド層間に挟ま
れたＧａＡｓ層が使用される。
ム周波数の少なくとも１つで駆動される導波路内に配置
される。この導波路は、単一クラッド層及びコア層か、
２つのクラッド層間に挟まれたコア層のいずれでも実現
可能となる。例えば、ＡｌＧａＡｓクラッド層間に挟ま
れたＧａＡｓ層が使用される。
【００４９】理想的には、材料はその屈折率に周期的変
化を有する。屈折率は、望ましくは１００ｎｍ〜１０μ
ｍ、より望ましくは０．５μｍ〜５μｍの間のピッチで
変化する。
化を有する。屈折率は、望ましくは１００ｎｍ〜１０μ
ｍ、より望ましくは０．５μｍ〜５μｍの間のピッチで
変化する。
【００５０】屈折率の変化は多くの方法により達成可能
となる。単純な方法は、屈折率の局部的変化がビームの
通路内で引起こされるように、非線形光学材料内に単に
複数の穴をエッチングすることである。
となる。単純な方法は、屈折率の局部的変化がビームの
通路内で引起こされるように、非線形光学材料内に単に
複数の穴をエッチングすることである。
【００５１】これ等の穴は、コア層内だけ、或いは両ク
ラッド層の一方若しくは両方内及びコア層内、或いはコ
ア層内はなしで、両クラッド層の一方若しくは両方内に
形成可能である。より複雑な構造では、異なる屈折率の
２つの材料、例えば、ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓ、を使
用することができる。第１屈折率の第１材料はその内部
に形成された穴若しくはスロットを有し、第１材料と異
なる屈折率を有する第２材料は第１材料の穴若しくはス
ロットを埋める。
ラッド層の一方若しくは両方内及びコア層内、或いはコ
ア層内はなしで、両クラッド層の一方若しくは両方内に
形成可能である。より複雑な構造では、異なる屈折率の
２つの材料、例えば、ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓ、を使
用することができる。第１屈折率の第１材料はその内部
に形成された穴若しくはスロットを有し、第１材料と異
なる屈折率を有する第２材料は第１材料の穴若しくはス
ロットを埋める。
【００５２】屈折率の変化は、屈折率が変化若しくは変
調される方向に沿った方向の波数成分のベクトル（運動
量方向）の変化を引起こす。
調される方向に沿った方向の波数成分のベクトル（運動
量方向）の変化を引起こす。
【００５３】しかし、実際は、ビームの波数ベクトルが
最大の効果を得るために屈折率が変化する方向と平行と
なるように、変調領域の入力表面に対してビームを直角
に配向すべきである。或いは、ビームは入力表面に対し
てある角度で、例えば４５度で入射も可能である。この
場合、入力ビームの波数ベクトルの方向成分は、屈折率
の変化が生じる方向に対して平行な方向のみである。
最大の効果を得るために屈折率が変化する方向と平行と
なるように、変調領域の入力表面に対してビームを直角
に配向すべきである。或いは、ビームは入力表面に対し
てある角度で、例えば４５度で入射も可能である。この
場合、入力ビームの波数ベクトルの方向成分は、屈折率
の変化が生じる方向に対して平行な方向のみである。
【００５４】このような構造は、再成長、イオンビーム
インプランテーション、イオンビームリソグラフィ、及
び標準リソグラフィパターニング技術により達成可能と
なる。望ましくは、上記構造には異なる屈折率の領域間
にスムーズな境界が配設される。
インプランテーション、イオンビームリソグラフィ、及
び標準リソグラフィパターニング技術により達成可能と
なる。望ましくは、上記構造には異なる屈折率の領域間
にスムーズな境界が配設される。
【００５５】場合によっては、単数若しくは複数の入射
ビームを供給するための光線源を光学変調領域と一体化
することが望ましい。この光線源は、和及び差周波発生
のための２つのＣＷ光線源、若しくはパルスレーザ光線
源、若しくは単一ＣＷ光線源（パラメトリック発生若し
くは第２高調波発生において）とすることができる。
ビームを供給するための光線源を光学変調領域と一体化
することが望ましい。この光線源は、和及び差周波発生
のための２つのＣＷ光線源、若しくはパルスレーザ光線
源、若しくは単一ＣＷ光線源（パラメトリック発生若し
くは第２高調波発生において）とすることができる。
【００５６】光学変調領域は、鏡で構成された共振器内
に配設可能となる。更に、少なくとも１つの入射放射光
線ビームがレーザ共振器内で生成され、光学変調領域が
この共振器内に配設されるようにすることが可能であ
る。
に配設可能となる。更に、少なくとも１つの入射放射光
線ビームがレーザ共振器内で生成され、光学変調領域が
この共振器内に配設されるようにすることが可能であ
る。
【００５７】第２の視点において、本発明は以下の構成
を有する放射光線源を提供する。即ち、本発明に係る放
射光線源は、１つ若しくは複数の入力ビームによる照射
に応答して放射光線ビームを出射するための周波数変換
部材具備し、前記出射されたビームは前記１つ若しくは
複数の入力ビームと異なる周波数を有し、前記１つ若し
くは復数の入力ビームは全てレーザ共振器内で生成さ
れ、前記周波数変換部材は前記レーザ共振器内に配設さ
れる。
を有する放射光線源を提供する。即ち、本発明に係る放
射光線源は、１つ若しくは複数の入力ビームによる照射
に応答して放射光線ビームを出射するための周波数変換
部材具備し、前記出射されたビームは前記１つ若しくは
複数の入力ビームと異なる周波数を有し、前記１つ若し
くは復数の入力ビームは全てレーザ共振器内で生成さ
れ、前記周波数変換部材は前記レーザ共振器内に配設さ
れる。
【００５８】前記周波数変換部材は、光学変調領域を参
照して前述された周波数変換手段を有する。望ましく
は、前記周波数変換部材は、２つの入力ビーム間の周波
数の差に実質的に等しい周波数のビームを出射するよう
に構成される。より望ましくは、前記周波数変換部材
は、ＴＨｚ周波数範囲（即ち１００ＧＨｚ〜２０ＴＨ
ｚ）の放射光線を出射するように構成される。
照して前述された周波数変換手段を有する。望ましく
は、前記周波数変換部材は、２つの入力ビーム間の周波
数の差に実質的に等しい周波数のビームを出射するよう
に構成される。より望ましくは、前記周波数変換部材
は、ＴＨｚ周波数範囲（即ち１００ＧＨｚ〜２０ＴＨ
ｚ）の放射光線を出射するように構成される。
【００５９】前記レーザ共振器はパルスレーザのレーザ
共振器とすることができる。また、前記レーザ共振器は
１つ若しくは複数のＣＷレーザ光線源のレーザ共振器、
例えば固体ダイオードとすることができる。
共振器とすることができる。また、前記レーザ共振器は
１つ若しくは複数のＣＷレーザ光線源のレーザ共振器、
例えば固体ダイオードとすることができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の位相整合から得ら
れる４つの発生プロセスを概略的に示す図である。
れる４つの発生プロセスを概略的に示す図である。
【００６１】図１（ａ）は和周波発生を示す。２つの入
力周波数ω1 、ω2 が合算されて周波数ω3 を発生させ
るように、ω1 、ω2 が大きな第２次感受性（χ2 ）を
有する材料に入射される。ここで、ω1 ＋ω2 ＝ω3 で
ある。
力周波数ω1 、ω2 が合算されて周波数ω3 を発生させ
るように、ω1 、ω2 が大きな第２次感受性（χ2 ）を
有する材料に入射される。ここで、ω1 ＋ω2 ＝ω3 で
ある。
【００６２】図１（ｂ）は差周波発生を示す。ここで、
入射周波数ω1 、ω2 が減算されて周波数ω3 を発生さ
せる。ここで、ω1 −ω2 ＝ω3 である。
入射周波数ω1 、ω2 が減算されて周波数ω3 を発生さ
せる。ここで、ω1 −ω2 ＝ω3 である。
【００６３】図１（ｃ）は第２高調波発生を示す。ここ
で、１つの入力周波数ω1 が存在し、発生された周波数
はω1 の２倍である。即ち、ω1 ＋ω1 ＝ω3 である。
で、１つの入力周波数ω1 が存在し、発生された周波数
はω1 の２倍である。即ち、ω1 ＋ω1 ＝ω3 である。
【００６４】図１（ｄ）は光学パラメトリック発生を示
す。ここで、単一入力周波数ω1 が２つの出力周波数ω
2 、ω3 を発生させる。ここで、ω1 ＝ω2 ＋ω3 であ
る。
す。ここで、単一入力周波数ω1 が２つの出力周波数ω
2 、ω3 を発生させる。ここで、ω1 ＝ω2 ＋ω3 であ
る。
【００６５】図２において、実線は、面内波数ベクトル
の関数としてプロットされた、ＧａＡｓコア層及びＡｌ
0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層を有する導波路構造におけ
る光子について計算された分散曲線（周波数ω対波数
ｋ）である。格子の周期性は波数ゾーンの境界を作り出
し、ここで分散曲線が折返される。これは、もし、出射
放射光線（この場合ＴＨｚ）光線の傾斜と等しい傾斜を
有する線により、図上の対応する点が接続されるとする
と、一対の光学モードのために位相整合条件が満足され
ることを可能とする。この構成は、モードのどの組合わ
せが動的に可能であるかを示す。出射ＴＨｚ放射光線の
強度は、初期及び最終状態間の移行マトリックスにより
制御され、同マトリックスは、一方、光バンドギャップ
により導入される混合の程度に依存する。変調が強くな
るほど、ＴＨｚ出射の効率が高くなる。
の関数としてプロットされた、ＧａＡｓコア層及びＡｌ
0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層を有する導波路構造におけ
る光子について計算された分散曲線（周波数ω対波数
ｋ）である。格子の周期性は波数ゾーンの境界を作り出
し、ここで分散曲線が折返される。これは、もし、出射
放射光線（この場合ＴＨｚ）光線の傾斜と等しい傾斜を
有する線により、図上の対応する点が接続されるとする
と、一対の光学モードのために位相整合条件が満足され
ることを可能とする。この構成は、モードのどの組合わ
せが動的に可能であるかを示す。出射ＴＨｚ放射光線の
強度は、初期及び最終状態間の移行マトリックスにより
制御され、同マトリックスは、一方、光バンドギャップ
により導入される混合の程度に依存する。変調が強くな
るほど、ＴＨｚ出射の効率が高くなる。
【００６６】破線はＴＨｚ放射光線を励起するのに使用
可能な他のモード示す。異なる光学モードが、面内波数
ベクトルに整合するように、或いはへきかいエッジにお
いて直接結合するように、異なる入射角で構造を照射す
ることにより励起可能である。
可能な他のモード示す。異なる光学モードが、面内波数
ベクトルに整合するように、或いはへきかいエッジにお
いて直接結合するように、異なる入射角で構造を照射す
ることにより励起可能である。
【００６７】以下において、本発明は可視光分散曲線を
使用して記載するが、位相整合条件が満足されるよう
に、ゾーンの境界でＴＨｚ分散曲線が折返される場合、
逆もまた可能であることに留意すべきである。
使用して記載するが、位相整合条件が満足されるよう
に、ゾーンの境界でＴＨｚ分散曲線が折返される場合、
逆もまた可能であることに留意すべきである。
【００６８】図３は本発明の位相整合を達成する単純な
構造を示す。ＧａＡｓウエハ１がエッチピット３を形成
するようにエッチングされる。エッチピットは非充填状
態で残される。可視周波数及びＴＨｚ周波数の両者にお
いて、空気はＧａＡｓよりも低い屈折率を有する。
構造を示す。ＧａＡｓウエハ１がエッチピット３を形成
するようにエッチングされる。エッチピットは非充填状
態で残される。可視周波数及びＴＨｚ周波数の両者にお
いて、空気はＧａＡｓよりも低い屈折率を有する。
【００６９】構造５のピッチは１．５μｍで、ピットは
深さ１μｍ、幅１μｍとなるようにエッチングされる。
深さ１μｍ、幅１μｍとなるようにエッチングされる。
【００７０】放射光線はサイド７から入射される。これ
は、構造の正確な構成に依存して、ＴＨｚ若しくは青の
放射光線９の出射を可能とする。放射光線はまた、構造
に対して角度をもって入射（８）され、サンプルのエッ
ジで若しくは頂面を通してのいずれかで侵入することが
可能となる。これはまた、図４乃至図１１及び図１４乃
至図１８図示の構造にも適用される。屈折率の変化方向
と平行な運動量波数ベクトルｋの方向成分がある時、位
相整合が生じる。
は、構造の正確な構成に依存して、ＴＨｚ若しくは青の
放射光線９の出射を可能とする。放射光線はまた、構造
に対して角度をもって入射（８）され、サンプルのエッ
ジで若しくは頂面を通してのいずれかで侵入することが
可能となる。これはまた、図４乃至図１１及び図１４乃
至図１８図示の構造にも適用される。屈折率の変化方向
と平行な運動量波数ベクトルｋの方向成分がある時、位
相整合が生じる。
【００７１】レーザ放射光線源はＴｉ：サファイアレー
ザで、これは、典型的には、パルス幅５０ｆｓ及び反復
率８２ＭＨｚで、９００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲の波長
を生成する。他のタイプのレーザも使用可能で、例え
ば、エルビウム添加ファイバーレーザのようなパルスレ
ーザや、半導体パルスレーザが使用可能となる。僅かに
異なる周波数で駆動される２つのＣＷ半導体ダイオード
レーザもまた使用可能である。
ザで、これは、典型的には、パルス幅５０ｆｓ及び反復
率８２ＭＨｚで、９００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲の波長
を生成する。他のタイプのレーザも使用可能で、例え
ば、エルビウム添加ファイバーレーザのようなパルスレ
ーザや、半導体パルスレーザが使用可能となる。僅かに
異なる周波数で駆動される２つのＣＷ半導体ダイオード
レーザもまた使用可能である。
【００７２】一般的には、第２次高周波数を励起するよ
うに中心非対象であれば、いかなる結晶も使用可能であ
る。例えば、次の材料が使用可能である。ＬｉＯ3 、Ｎ
Ｈ4 Ｈ2 ＰＯ4 、ＡＤＰ、ＫＨ2 ＰＯ4 、ＫＨ2 ＡＳＯ
4 、石英、ＡｌＰＯ4 、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＧａＰ、Ｇａ
Ａｓ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ 3 、ＬｉＮｂＯ3 、Ｔ
ｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮｂ
5 Ｏ15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧｅ
Ａｓ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、及び
ＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有機
結晶。
うに中心非対象であれば、いかなる結晶も使用可能であ
る。例えば、次の材料が使用可能である。ＬｉＯ3 、Ｎ
Ｈ4 Ｈ2 ＰＯ4 、ＡＤＰ、ＫＨ2 ＰＯ4 、ＫＨ2 ＡＳＯ
4 、石英、ＡｌＰＯ4 、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＧａＰ、Ｇａ
Ａｓ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ 3 、ＬｉＮｂＯ3 、Ｔ
ｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮｂ
5 Ｏ15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧｅ
Ａｓ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、及び
ＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有機
結晶。
【００７３】図４はクラッド層が配設される点を除いて
図３と類似する構造を示す。ＧａＡｓ基板１３の上面上
にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層１１が形成される。
クラッド層１１上に４００ｎｍのＧａＡｓ層１５が形成
される。次に、ＧａＡｓ層１５がエッチングされ、２０
０ｎｍの深さのエッチピット１７が形成される。構造１
９のピッチはここでも１．５μｍである。入射放射光線
２１がクラッド層１１により光学的に閉じ込められる。
図３と類似する構造を示す。ＧａＡｓ基板１３の上面上
にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層１１が形成される。
クラッド層１１上に４００ｎｍのＧａＡｓ層１５が形成
される。次に、ＧａＡｓ層１５がエッチングされ、２０
０ｎｍの深さのエッチピット１７が形成される。構造１
９のピッチはここでも１．５μｍである。入射放射光線
２１がクラッド層１１により光学的に閉じ込められる。
【００７４】図５は図４と類似するＧａＡｓ基板１３及
びＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層１１を有する構造を
示す。ここで、ＧａＡｓ層２３が形成され、また、Ｇａ
Ａｓ層２３の上面上にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層
２５が形成される。次に、ＧａＡｓ層２５の一部がエッ
チングにより完全に除去され、ＡｌＧａＡｓの島の列が
形成される。
びＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層１１を有する構造を
示す。ここで、ＧａＡｓ層２３が形成され、また、Ｇａ
Ａｓ層２３の上面上にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓクラッド層
２５が形成される。次に、ＧａＡｓ層２５の一部がエッ
チングにより完全に除去され、ＡｌＧａＡｓの島の列が
形成される。
【００７５】ＧａＡｓコア層２３に入射放射光線２７が
主に閉じ込められる。しかし、電界の小さなしかし重要
な部分が、ＡｌＧａＡｓキャップクラッド層２５内にも
存在する。従って、ＡｌＧａＡｓキャップクラッド層２
５の屈折率の変化が、可視光子の運動量に影響し、従っ
て位相整合を増強する。
主に閉じ込められる。しかし、電界の小さなしかし重要
な部分が、ＡｌＧａＡｓキャップクラッド層２５内にも
存在する。従って、ＡｌＧａＡｓキャップクラッド層２
５の屈折率の変化が、可視光子の運動量に影響し、従っ
て位相整合を増強する。
【００７６】図６において、ＧａＡｓ基板３３の上面上
にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ層３１が形成される。層３１の
上面上にＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓクラッド層３５が形成さ
れる。幅１μｍのエッチピットが、層３５を貫通し且つ
層３１に部分的に侵入するように形成される。構造のピ
ッチはここでも１．５μｍで、エッチピットの総計深さ
は１．４μｍである。上側層３５の幅は０．４μｍであ
る。
にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ層３１が形成される。層３１の
上面上にＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓクラッド層３５が形成さ
れる。幅１μｍのエッチピットが、層３５を貫通し且つ
層３１に部分的に侵入するように形成される。構造のピ
ッチはここでも１．５μｍで、エッチピットの総計深さ
は１．４μｍである。上側層３５の幅は０．４μｍであ
る。
【００７７】エッチピットは、ウエットエッチング、反
応性イオンエッチング等により形成することができる。
理想的には、エッチ壁は構造の平面に対して実質的に直
角であり、これは、屈折率の大幅な差異を可能とし、従
って、浅く傾いた側壁の構造に比べて、より良好な位相
整合特性を有する。
応性イオンエッチング等により形成することができる。
理想的には、エッチ壁は構造の平面に対して実質的に直
角であり、これは、屈折率の大幅な差異を可能とし、従
って、浅く傾いた側壁の構造に比べて、より良好な位相
整合特性を有する。
【００７８】図７は２方向における屈折率の変化を伴う
構造を示す。ＧａＡｓ基板４１が一連の穴４３によりエ
ッチングされ、２次元配列が形成される。穴の深さは１
μｍで、幅は１μｍである。非充填穴はＧａＡｓ基板４
１よりも低い屈折率を有する。当然、この２Ｄ構造は図
４乃至図６図示の導波路と共に使用することができる。
構造を示す。ＧａＡｓ基板４１が一連の穴４３によりエ
ッチングされ、２次元配列が形成される。穴の深さは１
μｍで、幅は１μｍである。非充填穴はＧａＡｓ基板４
１よりも低い屈折率を有する。当然、この２Ｄ構造は図
４乃至図６図示の導波路と共に使用することができる。
【００７９】図８は屈折率の変化をもたらすように２つ
の材料を使用した構造の断面を示す。ＧａＡｓ基板５１
の上面上に層Ａ５３が形成される。層Ａ５３の上面上に
層Ｂ５５が形成される。層Ｂは、ウエットエッチング、
反応性イオンビームエッチング等によりエッチングさ
れ、深さ０．４μｍのエッチピット５９が形成される。
次に、層Ｃ５７がエッチングされた層Ｂの上に再成長さ
れる。層Ｃ５７は形成されながら穴５９を満たす。
の材料を使用した構造の断面を示す。ＧａＡｓ基板５１
の上面上に層Ａ５３が形成される。層Ａ５３の上面上に
層Ｂ５５が形成される。層Ｂは、ウエットエッチング、
反応性イオンビームエッチング等によりエッチングさ
れ、深さ０．４μｍのエッチピット５９が形成される。
次に、層Ｃ５７がエッチングされた層Ｂの上に再成長さ
れる。層Ｃ５７は形成されながら穴５９を満たす。
【００８０】多数の層組合わせが層Ａ、Ｂ、Ｃにとって
可能となる。例えば、次のようなものである。 Ａ： ＡｌＡｓ ＡｌＳｂ ＧａＳｂ Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ Ｂ： ＧａＡｓ ＩｎＡｓ ＩｎＡｓ Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ Ｃ： ＡｌＡｓ ＡｌＳｂ ＧａＳｂ Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ、 Ａ： ＩｎＰ ＩｎＰ Ｓｉ（また
はＳｉＧｅ） Ｂ： ＩｎＧａＡｓ ＡｌＩｎＡｓ ＧａＡｓ Ｃ： ＩｎＰ ＩｎＰ Ｓｉ（また
はＳｉＧｅ）。 典型的にはｘは、例えば、０．３３以下とすることがで
きる。
可能となる。例えば、次のようなものである。 Ａ： ＡｌＡｓ ＡｌＳｂ ＧａＳｂ Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ Ｂ： ＧａＡｓ ＩｎＡｓ ＩｎＡｓ Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ Ｃ： ＡｌＡｓ ＡｌＳｂ ＧａＳｂ Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ、 Ａ： ＩｎＰ ＩｎＰ Ｓｉ（また
はＳｉＧｅ） Ｂ： ＩｎＧａＡｓ ＡｌＩｎＡｓ ＧａＡｓ Ｃ： ＩｎＰ ＩｎＰ Ｓｉ（また
はＳｉＧｅ）。 典型的にはｘは、例えば、０．３３以下とすることがで
きる。
【００８１】図９はイオンビームインプランテーション
により作成可能な構造を示す。ＧａＡｓ基板６１上に層
Ａ６３が形成される。層Ａ６３上に層Ｂ６５が形成され
る。次に、層Ｂ６５の領域６９にイオン（例えばＧａ+
イオン）が注入される。イオン注入は、バンドギャップ
に局部的に影響し、従って、屈折率の変化をもたらす。
層Ｂ６５の上に層Ｃ７１が形成される。層Ａ、Ｂ、Ｃに
可能な層構成は図８に関連して与えられている。
により作成可能な構造を示す。ＧａＡｓ基板６１上に層
Ａ６３が形成される。層Ａ６３上に層Ｂ６５が形成され
る。次に、層Ｂ６５の領域６９にイオン（例えばＧａ+
イオン）が注入される。イオン注入は、バンドギャップ
に局部的に影響し、従って、屈折率の変化をもたらす。
層Ｂ６５の上に層Ｃ７１が形成される。層Ａ、Ｂ、Ｃに
可能な層構成は図８に関連して与えられている。
【００８２】図８及び９図示の構造は、図７図示のタイ
プの２Ｄ変調構造へ応用することができる。
プの２Ｄ変調構造へ応用することができる。
【００８３】図１０は基板２０１上に形成された集積デ
バイスを示す。半導体パルスレーザ２０５である光光線
源が基板２０１の上面２０３上に形成される。レーザは
周波数成分ω1 及びω2 を有するパルスビームを出射す
る。このビームは周波数コンバータ２０７に入力され
る。周波数コンバータ２０７には、図３乃至図９図示の
ような周波数変換及び位相整合手段が配設される。
バイスを示す。半導体パルスレーザ２０５である光光線
源が基板２０１の上面２０３上に形成される。レーザは
周波数成分ω1 及びω2 を有するパルスビームを出射す
る。このビームは周波数コンバータ２０７に入力され
る。周波数コンバータ２０７には、図３乃至図９図示の
ような周波数変換及び位相整合手段が配設される。
【００８４】周波数コンバータ２０７からの出射放射光
線は、ω1 ±ω2 の周波数で出射される。
線は、ω1 ±ω2 の周波数で出射される。
【００８５】図１１は図１０と類似する配置を示すが、
ここで、入力周波数は２つのＣＷレーザ、即ちレーザ２
０９（ω1 の周波数で放射光線を出射する）及びレーザ
２１１（ω2 の周波数で放射光線を出射する）により提
供される。
ここで、入力周波数は２つのＣＷレーザ、即ちレーザ２
０９（ω1 の周波数で放射光線を出射する）及びレーザ
２１１（ω2 の周波数で放射光線を出射する）により提
供される。
【００８６】２つの周波数成分は、図１０に関して述べ
たようにω1 ±ω2 の周波数で放射光線を出射するよう
に、周波数コンバータ２０７により組み合わされる。
たようにω1 ±ω2 の周波数で放射光線を出射するよう
に、周波数コンバータ２０７により組み合わされる。
【００８７】図１２は２つの入力周波数の位相整合を必
要とする検出成分を使用する検出システムを示す。検出
システムはＡＣポッケルス効果を使用し、特にＴＨｚ放
射光線の検出に有用となる。
要とする検出成分を使用する検出システムを示す。検出
システムはＡＣポッケルス効果を使用し、特にＴＨｚ放
射光線の検出に有用となる。
【００８８】参照ビームとして作用する可視光ビーム２
２１が検出結晶２２３に入射する。参照ビーム２２１は
直線偏光され、この偏光は検出結晶２２３の通常及び異
常光軸の両者に沿った成分を有するように配向される。
これ等の軸は、通常及び異常光軸に沿って夫々別の屈折
率ｎo 及びｎe を有する。第２放射光線ビーム２２５が
ない場合、直線偏光参照ビーム２２１は、その偏光に無
視できる程度の変化を伴って検出結晶２２３を通過す
る。ここで明確にしたい点は、偏光が回転される角度Θ
が無視できる程度であることである。しかし、直線偏光
ビームは僅かに楕円となることができる。この効果は光
学回路２２７により補償される。
２１が検出結晶２２３に入射する。参照ビーム２２１は
直線偏光され、この偏光は検出結晶２２３の通常及び異
常光軸の両者に沿った成分を有するように配向される。
これ等の軸は、通常及び異常光軸に沿って夫々別の屈折
率ｎo 及びｎe を有する。第２放射光線ビーム２２５が
ない場合、直線偏光参照ビーム２２１は、その偏光に無
視できる程度の変化を伴って検出結晶２２３を通過す
る。ここで明確にしたい点は、偏光が回転される角度Θ
が無視できる程度であることである。しかし、直線偏光
ビームは僅かに楕円となることができる。この効果は光
学回路２２７により補償される。
【００８９】出射ビーム２２９は１／４波長板２２３を
使用して円偏光ビーム２２３に変換される。次に、ウォ
ラストンプリズム２３５（若しくは直交偏光成分を分離
する等価のデバイス）により、これが２直線偏光ビーム
に戻され、偏光ビームの２つの異なる直線成分が平衡化
分割フォトダイオード２３７へ指向される。平衡化分割
フォトダイオード２３７は２つのダイオード間の出力の
差がゼロとなるように平衡化される。
使用して円偏光ビーム２２３に変換される。次に、ウォ
ラストンプリズム２３５（若しくは直交偏光成分を分離
する等価のデバイス）により、これが２直線偏光ビーム
に戻され、偏光ビームの２つの異なる直線成分が平衡化
分割フォトダイオード２３７へ指向される。平衡化分割
フォトダイオード２３７は２つのダイオード間の出力の
差がゼロとなるように平衡化される。
【００９０】しかし、検出器２２３が、参照ビームだけ
でなく、第２次ビーム２２５（この場合、ＴＨｚ範囲の
周波数のビーム）も検出すると、偏光が回転される角度
Θは無視できない程度となる。これは、ＴＨｚ電界が、
軸ｎe 、ｎo の１つに沿って可視（基本）放射光線の屈
折率を変更するからである。これは検出器２２３後の可
視フィールドが楕円となることをもたらし、従って、プ
リズム２３５により分離された偏光成分は等しくなくな
る。出力ダイオード間の電圧の差は検出電圧を出力す
る。
でなく、第２次ビーム２２５（この場合、ＴＨｚ範囲の
周波数のビーム）も検出すると、偏光が回転される角度
Θは無視できない程度となる。これは、ＴＨｚ電界が、
軸ｎe 、ｎo の１つに沿って可視（基本）放射光線の屈
折率を変更するからである。これは検出器２２３後の可
視フィールドが楕円となることをもたらし、従って、プ
リズム２３５により分離された偏光成分は等しくなくな
る。出力ダイオード間の電圧の差は検出電圧を出力す
る。
【００９１】参照ビーム２２１及びＴＨｚビーム２２５
は、結晶を通過する間は同位相にあるべきである。そう
でないと、偏光回転Θが不明確となる。従って、検出結
晶２２３は図３乃至図９を参照して述べたタイプの位相
整合手段を有する。
は、結晶を通過する間は同位相にあるべきである。そう
でないと、偏光回転Θが不明確となる。従って、検出結
晶２２３は図３乃至図９を参照して述べたタイプの位相
整合手段を有する。
【００９２】図１０及び図１１の周波数変換システム及
び図１２の検出システムを使用した、ＴＨｚ適用に特に
適した撮像システムが図１３に示される。
び図１２の検出システムを使用した、ＴＨｚ適用に特に
適した撮像システムが図１３に示される。
【００９３】入力ビームはパルスレーザ光線源２４１に
より提供される。ビームは部分反射ミラー若しくはビー
ムスプリッタ２４３により分割され、ＴＨｚ信号を発生
させるための入力ビーム２４５及び撮像用放射光線を検
出するための参照ビーム２４７が提供される。入力ビー
ム２４５はシステム２５７により時間遅延される。
より提供される。ビームは部分反射ミラー若しくはビー
ムスプリッタ２４３により分割され、ＴＨｚ信号を発生
させるための入力ビーム２４５及び撮像用放射光線を検
出するための参照ビーム２４７が提供される。入力ビー
ム２４５はシステム２５７により時間遅延される。
【００９４】参照ビーム２４５は周波数変換ジェネレー
タ２４９若しくは光導電スイッチ等の他のジェネレータ
へ入力される。ジェネレータ２４９は、ＺｎＴｅ結晶、
若しくは適当な非線形係数を有する他の材料（例えば、
ＬｉＩＯ3 、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ 4 、ＡＤＰ、ＫＨ2 Ｐ
Ｏ4 、ＫＨ2 ＡＳＯ4 、石英、ＡｌＰＯ4 、ＺｎＯ、Ｃ
ｄＳ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮ
ｂ5 Ｏ15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧ
ｅＡｓ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、及
びＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有
機結晶）からなる。撮像されるサンプルはジェネレータ
２４９上に載置されたＸ−Ｙステージ２５１上に載置さ
れる。撮像ＴＨｚビーム２５３は参照ビーム２４７を伴
って検出器結晶２５５上に反射される。
タ２４９若しくは光導電スイッチ等の他のジェネレータ
へ入力される。ジェネレータ２４９は、ＺｎＴｅ結晶、
若しくは適当な非線形係数を有する他の材料（例えば、
ＬｉＩＯ3 、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ 4 、ＡＤＰ、ＫＨ2 Ｐ
Ｏ4 、ＫＨ2 ＡＳＯ4 、石英、ＡｌＰＯ4 、ＺｎＯ、Ｃ
ｄＳ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮ
ｂ5 Ｏ15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧ
ｅＡｓ2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、及
びＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有
機結晶）からなる。撮像されるサンプルはジェネレータ
２４９上に載置されたＸ−Ｙステージ２５１上に載置さ
れる。撮像ＴＨｚビーム２５３は参照ビーム２４７を伴
って検出器結晶２５５上に反射される。
【００９５】検出器結晶２５５からの出射ビームは光学
回路２５９（これは図１１の光学回路２２７と同一であ
る）に供給される。光学回路２５９からの出力は信号処
理ユニット２６１に供給される。信号処理ユニット２６
１は、入力ビーム２４５と参照ビーム２４７との間の遅
延及び撮像サンプル２５１に対するステージ２５３の動
作を制御する制御手段２５８とリンクする。
回路２５９（これは図１１の光学回路２２７と同一であ
る）に供給される。光学回路２５９からの出力は信号処
理ユニット２６１に供給される。信号処理ユニット２６
１は、入力ビーム２４５と参照ビーム２４７との間の遅
延及び撮像サンプル２５１に対するステージ２５３の動
作を制御する制御手段２５８とリンクする。
【００９６】図１４は光学パラメトリック発生、第２高
調波発生、または和周波発生のために使用される位相整
合材料（位相整合済み）を概略的に示す。導波路クラッ
ド領域１０３が基板／バッファ層１０１上に形成され
る。導波路コア領域１０５が導波路クラッド領域１０３
上に形成される。導波路コア領域１０５は導波路クラッ
ド領域１０３よりも大きな有効屈折率を有するように選
択され、光学モードが導波路コア領域１０５に大幅に閉
じ込められるようにする。導波路クラッド領域１０３及
び導波路コア領域１０５は単一若しくは多重の層からな
ることができる。
調波発生、または和周波発生のために使用される位相整
合材料（位相整合済み）を概略的に示す。導波路クラッ
ド領域１０３が基板／バッファ層１０１上に形成され
る。導波路コア領域１０５が導波路クラッド領域１０３
上に形成される。導波路コア領域１０５は導波路クラッ
ド領域１０３よりも大きな有効屈折率を有するように選
択され、光学モードが導波路コア領域１０５に大幅に閉
じ込められるようにする。導波路クラッド領域１０３及
び導波路コア領域１０５は単一若しくは多重の層からな
ることができる。
【００９７】導波路コア領域１０５は導波路クラッド領
域１０３よりも大きな屈折率を有する。例えば、導波路
クラッド領域１０３はＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．
３）からなり、導波路コア領域１０５はＧａＡｓからな
ることができる。導波路クラッド領域１０３は０．５〜
１．０μｍの厚さを有し、導波路コア領域１０５は０．
２〜０．８μｍの厚さを有することができる。他の例と
して、導波路クラッド層は１μｍのＳｉＯ2 からなり、
導波路コアは０．４μｍのＳｉからなることができる。
穴１０７が導波路コア領域１０５及び導波路クラッド領
域１０３の両者に形成される。これ等の穴は、フォトリ
ソグラフィ若しくは電子ビームリソグラフィと関連し
て、標準のドライ若しくはウエットエッチングにより形
成することができる。
域１０３よりも大きな屈折率を有する。例えば、導波路
クラッド領域１０３はＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．
３）からなり、導波路コア領域１０５はＧａＡｓからな
ることができる。導波路クラッド領域１０３は０．５〜
１．０μｍの厚さを有し、導波路コア領域１０５は０．
２〜０．８μｍの厚さを有することができる。他の例と
して、導波路クラッド層は１μｍのＳｉＯ2 からなり、
導波路コアは０．４μｍのＳｉからなることができる。
穴１０７が導波路コア領域１０５及び導波路クラッド領
域１０３の両者に形成される。これ等の穴は、フォトリ
ソグラフィ若しくは電子ビームリソグラフィと関連し
て、標準のドライ若しくはウエットエッチングにより形
成することができる。
【００９８】この構造の上には、エッチング後、導波路
コア領域よりも小さい屈折率を有する誘電体材料の他の
層（図示せず）を任意に配設することができる。
コア領域よりも小さい屈折率を有する誘電体材料の他の
層（図示せず）を任意に配設することができる。
【００９９】もし図１４が光学パラメトリック発生用に
構成されると、この構造は入射周波数ω1 を照射され、
ω1 ＝ω2 ＋ω3 となるように、周波数ω2 及びω3 の
発生が導かれる。穴は、この構造内に、分散を変更する
ことにより位相整合条件Δｋ＝ｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）
−ｋ（ω3 ）＝０を満足するように形成される。周波数
ω1 の光は、導波路に沿って伝播するように、導波路の
側部の導波路領域上に集束させることができる。
構成されると、この構造は入射周波数ω1 を照射され、
ω1 ＝ω2 ＋ω3 となるように、周波数ω2 及びω3 の
発生が導かれる。穴は、この構造内に、分散を変更する
ことにより位相整合条件Δｋ＝ｋ（ω1 ）−ｋ（ω2 ）
−ｋ（ω3 ）＝０を満足するように形成される。周波数
ω1 の光は、導波路に沿って伝播するように、導波路の
側部の導波路領域上に集束させることができる。
【０１００】位相整合条件はまた、効率的な第２高調波
発生を生成するように変更することができる。この場
合、単一周波数（ω1 ）が構造に入射され、ω2 ＝２ω
1 の発生が導かれる。もし位相整合条件Δｋ＝２ｋ（ω
1 ）−ｋ（ω2 ）＝０が満足されると、これが効率的に
達成される。
発生を生成するように変更することができる。この場
合、単一周波数（ω1 ）が構造に入射され、ω2 ＝２ω
1 の発生が導かれる。もし位相整合条件Δｋ＝２ｋ（ω
1 ）−ｋ（ω2 ）＝０が満足されると、これが効率的に
達成される。
【０１０１】図１５は図１４と類似の構造を示し、ここ
で、上部クラッド領域１０９がコア領域上に配設され
る。これは単一若しくは多重の層からなることができ
る。上部クラッド領域１０９は下部クラッド領域１０５
と同じ材料若しくは異なる材料からなることができる。
いずれの場合も、これは導波路コア領域１０７よりも小
さい屈折率を有するべきである。これにより、導波路の
コア領域内での光学モードの閉じ込めを改良するという
利点が得られる。図示の如く、穴は、上部クラッド領域
１０９及びコア領域１０７を貫通し、下部クラッド領域
１０５中へエッチングにより形成される。或いは、エッ
チングされた穴はコア領域１０７内若しくは上部クラッ
ド領域１０９内で終端することができる。
で、上部クラッド領域１０９がコア領域上に配設され
る。これは単一若しくは多重の層からなることができ
る。上部クラッド領域１０９は下部クラッド領域１０５
と同じ材料若しくは異なる材料からなることができる。
いずれの場合も、これは導波路コア領域１０７よりも小
さい屈折率を有するべきである。これにより、導波路の
コア領域内での光学モードの閉じ込めを改良するという
利点が得られる。図示の如く、穴は、上部クラッド領域
１０９及びコア領域１０７を貫通し、下部クラッド領域
１０５中へエッチングにより形成される。或いは、エッ
チングされた穴はコア領域１０７内若しくは上部クラッ
ド領域１０９内で終端することができる。
【０１０２】非線形材料は、位相整合条件を達成するよ
うに多くの方法で調整することができる。例えば、入射
放射光線の角度若しくは波長が変更可能である。或い
は、非線形媒体の温度が変更可能となる。
うに多くの方法で調整することができる。例えば、入射
放射光線の角度若しくは波長が変更可能である。或い
は、非線形媒体の温度が変更可能となる。
【０１０３】図１６及び図１７は入力放射光線源１１３
と一体化された位相整合領域１１１を示す。入力放射光
線源１１３は公知のＣＷ固体レーザダイオードとするこ
とができる。代わりに、入力放射光線源はモードロック
固体レーザダイオードとすることができる。モードロッ
ク固体レーザにおいて、放射光線は短パルス中に集中さ
れ、従って、位相整合材料（位相整合済み）内でより効
率的な非線形周波数変換を生成するという利点が得られ
る。
と一体化された位相整合領域１１１を示す。入力放射光
線源１１３は公知のＣＷ固体レーザダイオードとするこ
とができる。代わりに、入力放射光線源はモードロック
固体レーザダイオードとすることができる。モードロッ
ク固体レーザにおいて、放射光線は短パルス中に集中さ
れ、従って、位相整合材料（位相整合済み）内でより効
率的な非線形周波数変換を生成するという利点が得られ
る。
【０１０４】図１６において、ダイオード１１３からの
光が受動導波路領域１１７により移送整合材料１１１へ
指向される。分布帰還型半導体レーザダイオードとする
ことができるダイオードレーザと、位相整合材料とは、
同じ導波路構造内に配設することが好都合である。ここ
で、構造は下部クラッド領域１１５上に形成される。レ
ーザダイオード及び位相整合材料の活性領域は導波路領
域のコア内に位置する。コア領域は上部クラッド領域１
１９により覆われる。
光が受動導波路領域１１７により移送整合材料１１１へ
指向される。分布帰還型半導体レーザダイオードとする
ことができるダイオードレーザと、位相整合材料とは、
同じ導波路構造内に配設することが好都合である。ここ
で、構造は下部クラッド領域１１５上に形成される。レ
ーザダイオード及び位相整合材料の活性領域は導波路領
域のコア内に位置する。コア領域は上部クラッド領域１
１９により覆われる。
【０１０５】図１７は図１６に類似するが、位相整合材
料１１１とレーザダイオード１１３との間に導波路が存
在しない。代わりに、リソグラフィ及びエッチングによ
り形成された２つの成分の間に空隙が存在する。レーザ
ダイオードからの出力放射光線の位相整合材料への結合
を最大化するため、これ等の分離は小さくするべきであ
る。
料１１１とレーザダイオード１１３との間に導波路が存
在しない。代わりに、リソグラフィ及びエッチングによ
り形成された２つの成分の間に空隙が存在する。レーザ
ダイオードからの出力放射光線の位相整合材料への結合
を最大化するため、これ等の分離は小さくするべきであ
る。
【０１０６】図１８は光学パラメトリック発振器の概略
図を示し、ここで、光学パラメトリック発生のために位
相整合される非線形材料（４０１）の両側に夫々ミラー
（４０３、４０５）が配置される。ミラー（４０３、４
０５）は周波数ω2 で高い反射率を有するように設計さ
れる。このデバイスにおいて、周波数ω2 で光学フィー
ルドの増強が存在する。ミラー（４０３、４０５）は非
線形材料（４０１）の端部を誘電体薄膜コーティングに
より被覆することにより作成することができる。代わり
に、ミラー（４０３、４０５）は他の光バンドギャップ
材料を使用して作成することができる。
図を示し、ここで、光学パラメトリック発生のために位
相整合される非線形材料（４０１）の両側に夫々ミラー
（４０３、４０５）が配置される。ミラー（４０３、４
０５）は周波数ω2 で高い反射率を有するように設計さ
れる。このデバイスにおいて、周波数ω2 で光学フィー
ルドの増強が存在する。ミラー（４０３、４０５）は非
線形材料（４０１）の端部を誘電体薄膜コーティングに
より被覆することにより作成することができる。代わり
に、ミラー（４０３、４０５）は他の光バンドギャップ
材料を使用して作成することができる。
【０１０７】位相整合材料（４０１）（位相整合済み）
はまた、図１９に概略を示すように、共振器内即ちレー
ザ（４０２）の共振器内に配設することができる。この
場合、ポンプ周波数ω1 で利得を生成する材料、及び非
線形材料の両者は、レーザ共振器の高反射ミラー（４０
３、４０５）の内側に配置される。共振器ミラー（４０
３、４０５）は、ポンプ周波数ω1 及び信号周波数ω2
の両者を高度に反射するように設計される。従って、こ
れ等は両周波数において強い発振フィールドを支持す
る。
はまた、図１９に概略を示すように、共振器内即ちレー
ザ（４０２）の共振器内に配設することができる。この
場合、ポンプ周波数ω1 で利得を生成する材料、及び非
線形材料の両者は、レーザ共振器の高反射ミラー（４０
３、４０５）の内側に配置される。共振器ミラー（４０
３、４０５）は、ポンプ周波数ω1 及び信号周波数ω2
の両者を高度に反射するように設計される。従って、こ
れ等は両周波数において強い発振フィールドを支持す
る。
【０１０８】図２０は共振器内光学パラメトリック発振
器の例を示し、ここで、光学パラメトリック発生のため
に位相整合（３０７）される非線形材料（３０５）の両
側に夫々ミラー（３０１、３０３）が配置される。ミラ
ー（３０１、３０３）は周波数ω2 で高い反射率を有す
るように設計される。このデバイスにおいて、周波数ω
2 で光学フィールドの増強が存在する。ミラー（３０
１、３０３）は非線形材料（３０５）の端部を誘電体薄
膜コーティングにより被覆することにより作成すること
ができる。代わりに、ミラー（３０１、３０３）は他の
光バンドギャップ材料を使用して作成することができ
る。
器の例を示し、ここで、光学パラメトリック発生のため
に位相整合（３０７）される非線形材料（３０５）の両
側に夫々ミラー（３０１、３０３）が配置される。ミラ
ー（３０１、３０３）は周波数ω2 で高い反射率を有す
るように設計される。このデバイスにおいて、周波数ω
2 で光学フィールドの増強が存在する。ミラー（３０
１、３０３）は非線形材料（３０５）の端部を誘電体薄
膜コーティングにより被覆することにより作成すること
ができる。代わりに、ミラー（３０１、３０３）は他の
光バンドギャップ材料を使用して作成することができ
る。
【０１０９】図２０図示のデバイスにおいて、図１５及
び図１７に概略的に示されるように、同じ基板上で、位
相整合領域が半導体レーザダイオードと集積される。こ
のような集積構造は、作成及び組立てコストを低下させ
ると共に、構造自体がよりコンパクトとなる。
び図１７に概略的に示されるように、同じ基板上で、位
相整合領域が半導体レーザダイオードと集積される。こ
のような集積構造は、作成及び組立てコストを低下させ
ると共に、構造自体がよりコンパクトとなる。
【０１１０】図２１乃至図２３は前述の光バンドギャッ
プ構造のためのバンド構造の計算結果を示す。図２１乃
至図２３図示のバンド構造をモデル化に使用された計算
結果は、空穴の格子を伴う半導体板を使用する新規な導
波路のためのマックスウエルの方程式の正確な解答であ
る。ここで、導波路の頂部及び底部に、このモデルを閉
じ込める完全な反射ミラーが存在するものと仮定した。
これは当然、導波路クラッド界面による閉じ込めがかな
り弱い可能性もある、実際の導波路構造の正確なモデル
ではない。
プ構造のためのバンド構造の計算結果を示す。図２１乃
至図２３図示のバンド構造をモデル化に使用された計算
結果は、空穴の格子を伴う半導体板を使用する新規な導
波路のためのマックスウエルの方程式の正確な解答であ
る。ここで、導波路の頂部及び底部に、このモデルを閉
じ込める完全な反射ミラーが存在するものと仮定した。
これは当然、導波路クラッド界面による閉じ込めがかな
り弱い可能性もある、実際の導波路構造の正確なモデル
ではない。
【０１１１】この計算は、平面波基礎状態に代え、ＴＥ
及びＴＭ導波路モードが使用される点を除いて、Cassag
ne等による方法（Phys. Rev. B 53,7134 (1996)）にか
なり近く従う。ｚ方向における厚さｄの板のため、ｋ＝
（ｋx ，ｋy ）を面内方向ｒ＝（ｘ，ｙ）における波ベ
クトルとして採用し、ｑ＝π／ｄとすると、これ等のモ
ードは次式で与えられる。
及びＴＭ導波路モードが使用される点を除いて、Cassag
ne等による方法（Phys. Rev. B 53,7134 (1996)）にか
なり近く従う。ｚ方向における厚さｄの板のため、ｋ＝
（ｋx ，ｋy ）を面内方向ｒ＝（ｘ，ｙ）における波ベ
クトルとして採用し、ｑ＝π／ｄとすると、これ等のモ
ードは次式で与えられる。
【０１１２】
【数１】
【０１１３】同じ結果が、波ベクトルに対する軸成分ｑ
を伴う平面波を使用するだけで得られる。適切な導波路
モードの利点は、計算されたバンドを特徴づけるのに役
立つということである。
を伴う平面波を使用するだけで得られる。適切な導波路
モードの利点は、計算されたバンドを特徴づけるのに役
立つということである。
【０１１４】周期的なパターニングにより、ブリリュア
ンゾーンにおける波ベクトルのためのフィールドが、逆
格子ベクトルＧにより相違する波ベクトルを伴うこれ等
のモードの直線的な組合わせとして表現可能となる。
ンゾーンにおける波ベクトルのためのフィールドが、逆
格子ベクトルＧにより相違する波ベクトルを伴うこれ等
のモードの直線的な組合わせとして表現可能となる。
【０１１５】
【数２】
【０１１６】マトリックス方程式の解答は、逆格子ベク
トルＧの有限な組合わせからなる基礎内の標準数値対角
行列により得られる。この解答は、ブリリュアンゾーン
における主要な方向に沿った一連のｋにおいて得られ
る。
トルＧの有限な組合わせからなる基礎内の標準数値対角
行列により得られる。この解答は、ブリリュアンゾーン
における主要な方向に沿った一連のｋにおいて得られ
る。
【０１１７】図２１はＧａＡｓ内の穴の三角格子のため
のバンド構造を示す。格子定数は２００ｎｍである。穴
は半径５４．６ｎｍの円形の穴である。フィルファクタ
は０．２７である。外部屈折率は３．５で、内部屈折率
は１．０である。図２１のバルク計算結果は、特に、空
導波路分散 Ｅ（ｋ）α（ｑ2 ＋ｋ2 ）1/2 が概ね放物線状であるところの、カットオフに近いと、
導波路構造の理想モデルではなく、一方、バルクの場
合、これは直線的でカットオフが無い。
のバンド構造を示す。格子定数は２００ｎｍである。穴
は半径５４．６ｎｍの円形の穴である。フィルファクタ
は０．２７である。外部屈折率は３．５で、内部屈折率
は１．０である。図２１のバルク計算結果は、特に、空
導波路分散 Ｅ（ｋ）α（ｑ2 ＋ｋ2 ）1/2 が概ね放物線状であるところの、カットオフに近いと、
導波路構造の理想モデルではなく、一方、バルクの場
合、これは直線的でカットオフが無い。
【０１１８】低エネルギバンドの放物線形態は図２２に
示され、これは、厚さｄ＝４００ｎｍの導波路の存在を
除いて図２１と同じである。１ｅＶより上の、測定が行
われた領域における２つの計算結果の相違はかなり小さ
く、概ね同じエネルギで現れるギャップを伴う。これ
は、格子定数が導波路幅よりも小さく、従って、測定領
域における非折り曲げｋ値と比較してｑはそれ程重要で
はないからである。空導波路とバルク分散との間の相違
はこのような大きなｋにおいて小さい。
示され、これは、厚さｄ＝４００ｎｍの導波路の存在を
除いて図２１と同じである。１ｅＶより上の、測定が行
われた領域における２つの計算結果の相違はかなり小さ
く、概ね同じエネルギで現れるギャップを伴う。これ
は、格子定数が導波路幅よりも小さく、従って、測定領
域における非折り曲げｋ値と比較してｑはそれ程重要で
はないからである。空導波路とバルク分散との間の相違
はこのような大きなｋにおいて小さい。
【０１１９】もしバンドギャップが空導波路分散の放物
線状部分へ移動可能であると、バンドギャップへのより
大きな効果が可能になると信じられている。これを達成
するため、放物線状部分を興味深いエネルギへ移動させ
るようにガイド層の厚さは減少させることが必要で、ま
た、逆格子ベクトルを小さくするように格子定数は減少
させことが必要である。
線状部分へ移動可能であると、バンドギャップへのより
大きな効果が可能になると信じられている。これを達成
するため、放物線状部分を興味深いエネルギへ移動させ
るようにガイド層の厚さは減少させることが必要で、ま
た、逆格子ベクトルを小さくするように格子定数は減少
させことが必要である。
【０１２０】図２３は、導波路厚さｄ＝１３０ｎｍで、
格子定数が１０００ｎｍの場合の典型的な結果を示す。
図２１及び図２２と同様、フィルファクタは２７％であ
る。この構造では、約２００ｍｅＶの幅の完全なバンド
ギャップが存在する。
格子定数が１０００ｎｍの場合の典型的な結果を示す。
図２１及び図２２と同様、フィルファクタは２７％であ
る。この構造では、約２００ｍｅＶの幅の完全なバンド
ギャップが存在する。
【０１２１】
【発明の効果】本発明によれば、望ましい周波数の出射
放射光線が効率的に得られる光学デバイスを提供するこ
とができる。
放射光線が効率的に得られる光学デバイスを提供するこ
とができる。
【図１】和周波発生、差周波発生、第２高調波発生、及
び光学パラメトリック発生を示す概略図。
び光学パラメトリック発生を示す概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る構造における可視光
子の分散モードを示す概略図。
子の分散モードを示す概略図。
【図３】本発明の実施の形態に係る構造を示す概略図。
【図４】図３図示の構造と類似し且つ複数のクラッド層
を有する構造を示す図。
を有する構造を示す図。
【図５】図３図示の構造と類似し且つ複数のクラッド層
を有する構造を示す図。
を有する構造を示す図。
【図６】図３図示の構造と類似し且つ複数のクラッド層
を有する構造を示す図。
を有する構造を示す図。
【図７】２次元光学構造を示す図。
【図８】再成長を使用して作成した本発明の実施の形態
を示す図。
を示す図。
【図９】イオンビームインプランテーションを使用して
作成した本発明の実施の形態を示す図。
作成した本発明の実施の形態を示す図。
【図１０】単一レーザ光線源を有する本発明の実施の形
態を示す図。
態を示す図。
【図１１】２つのレーザ光線源を有する本発明の実施の
形態を示す図。
形態を示す図。
【図１２】本発明の光学デバイスを使用した検出システ
ムを示す図。
ムを示す図。
【図１３】本発明の光学デバイスを使用した撮像システ
ムを示す図。
ムを示す図。
【図１４】光学パラメトリック発生、和発生、または高
調波発生のために使用される本発明の実施の形態を示す
図。
調波発生のために使用される本発明の実施の形態を示す
図。
【図１５】光学パラメトリック発生、和調波発生、また
は高調波発生のために使用される本発明の実施の形態を
示す図。
は高調波発生のために使用される本発明の実施の形態を
示す図。
【図１６】光学変調領域と一体化されたレーザ光線源を
有する本発明の実施の形態を示す図。
有する本発明の実施の形態を示す図。
【図１７】図１６図示の構造と類似するが導波路構成が
異なる構造を示す図。
異なる構造を示す図。
【図１８】共振器内に配設された光学パラメトリック発
振器を示す概略図。
振器を示す概略図。
【図１９】駆動レーザと同じ共振器内に配設された光学
パラメトリック発振器を示す概略図。
パラメトリック発振器を示す概略図。
【図２０】共振器内光学パラメトリック発振器を示す
図。
図。
【図２１】「バルク」の場合のＧａＡｓ内の穴の三角格
子のバンド構造の計算結果を示す図。
子のバンド構造の計算結果を示す図。
【図２２】有限厚さの導波路が作成された場合のバンド
構造の他の計算結果を示す図。
構造の他の計算結果を示す図。
【図２３】有限厚さの導波路の場合の更に他のバンド構
造の計算結果を示す図。
造の計算結果を示す図。
１…ＧａＡｓウエハ ３…エッチピット ５…空間的変化構造 ７、８…入射放射光線ビーム ９…出射放射光線
フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・ドミニク・アーノン イギリス国、シービー４ ０ダブリュイ ー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケ ンブリッジ・サイエンス・パーク 260、 ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリー トーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテ ッド内 (72)発明者 アンドリュー・ジェームズ・シールズ イギリス国、シービー４ ０ダブリュイ ー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケ ンブリッジ・サイエンス・パーク 260、 ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリー トーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテ ッド内 (72)発明者 クライグ・マイケル・シーズラ イギリス国、シービー４ ０ダブリュイ ー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケ ンブリッジ・サイエンス・パーク 260、 ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリー トーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテ ッド内 (72)発明者 リチャード・アンドリュー・ホグ イギリス国、シービー４ ０ダブリュイ ー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケ ンブリッジ・サイエンス・パーク 260、 ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリー トーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテ ッド内 (72)発明者 デイビッド・マーク・ウィットテイカー イギリス国、シービー４ ０ダブリュイ ー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケ ンブリッジ・サイエンス・パーク 260、 ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリー トーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテ ッド内 (72)発明者 アレクサンダー・ジルス・デイビーズ イギリス国、シービー３・０エイチイー、 ケンブリッジ、メイディングレイ・ロー ド、ユニバーシティー・オブ・ケンブリッ ジ、ケバンディッシュ・ラボラトリー内 (72)発明者 エドモンド・ハロルド・リンフィールド イギリス国、シービー３・０エイチイー、 ケンブリッジ、メイディングレイ・ロー ド、ユニバーシティー・オブ・ケンブリッ ジ、ケバンディッシュ・ラボラトリー内
Claims (26)
- 【請求項１】光学変調領域を具備し、前記光学変調領域
は、少なくとも１つの入射放射光線ビームによる照射に
応答して前記光学変調領域内を伝播する、少なくとも２
つの異なる周波数の信号の間の位相整合を増強するため
の位相整合手段を具備し、前記位相整合手段は、前記入
射放射光線ビームのある方向成分に沿ってその屈折率に
おいて空間的変化を有し、少なくとも２つの異なる周波
数の信号が同位相を維持する前記変調領域内の距離を最
大とするように構成される、ことを特徴とする光学デバ
イス。 - 【請求項２】前記変調領域は、前記少なくとも１つの入
力ビームによる照射に応答する周波数を持つ放射光線ビ
ームを出射するための周波数変換手段を更に具備し、前
記出射ビームは前記若しくは別の入射ビームと異なる周
波数を有することと、前記位相整合手段は、前記若しく
は別の入射ビーム及び前記出射ビームにより発生される
偏光間の位相整合を増強することと、を特徴とする請求
項１に記載の光学デバイス。 - 【請求項３】前記光学変調領域は、２つの入射ビーム間
の周波数の差に実質的に等しい周波数のビームを出射す
るように構成されることを特徴とする請求項２に記載の
光学デバイス。 - 【請求項４】前記デバイスは１００ＧＨｚ〜２０Ｔｈｚ
の範囲の放射光線を出射するように構成されることを特
徴とする請求項２または３に記載の光学デバイス。 - 【請求項５】前記光学変調領域は、２つの入射ビームの
周波数の和に実質的に等しい周波数のビームを出射する
ように構成されることを特徴とする請求項２に記載の光
学デバイス。 - 【請求項６】前記光学変調領域は、単一の入射ビームの
周波数と異なる周波数のビームを出射するように構成さ
れることを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。 - 【請求項７】前記光学変調領域は、単一の入射ビームの
周波数の整数倍に実質的に等しい周波数のビームを出射
するように構成されることを特徴とする請求項２に記載
の光学デバイス。 - 【請求項８】前記変調領域は、第２入力ビームの照射に
応答して第１入力ビームの偏光ベクトルを回転させ、回
転された偏光ベクトルのビームを出射するように構成さ
れることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。 - 【請求項９】前記位相整合手段の屈折率の変化は、前記
若しくは他の入射ビームの成分と概ね平行であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光学デバ
イス。 - 【請求項１０】前記屈折率の変化は実質的に周期的であ
ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の
光学デバイス。 - 【請求項１１】前記屈折率の周期的変化のピッチは１０
０ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項
１０に記載の光学デバイス。 - 【請求項１２】前記光学変調領域は半導体を具備するこ
とを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の光
学デバイス。 - 【請求項１３】前記光学変調領域は結晶を具備すること
を特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の光学
デバイス。 - 【請求項１４】前記光学変調領域は、ＬｉＩＯ3 、ＮＨ
4 Ｈ2 ＰＯ4 、ＡＤＰ、ＫＨ2 ＰＯ4、ＫＨ2 ＡＳ
Ｏ4 、石英、ＡｌＰＯ4 、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＧａＰ、Ｇ
ａＡｓ、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、
Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ2 ＮａＮｂ5 Ｏ
15、ＡｇＡｓＳ3 、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧｅＡｓ
2 、ＡｇＧａＳｅ2 、ＡｇＳｂＳ3 、ＺｎＳ、ＤＡＳＴ
（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）、及びＳｉから選
択された１つ若しくは複数を具備することを特徴とする
請求項１乃至１３のいずれかに記載の光学デバイス。 - 【請求項１５】前記光学変調領域は導波路構造内に配設
されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに
記載の光学デバイス。 - 【請求項１６】前記光学変調領域は第１クラッド層及び
コア層を具備することを特徴とする請求項１乃至１５の
いずれかに記載の光学デバイス。 - 【請求項１７】前記光学変調領域は第２クラッド層を更
に具備し、前記コア層は前記第１及び第２クラッド層間
に挟まれることを特徴とする請求項１６に記載の光学デ
バイス。 - 【請求項１８】前記変調領域はビームの通路に形成され
た１つ若しくは複数の穴を有することを特徴とする請求
項１乃至１７のいずれかに記載の光学デバイス。 - 【請求項１９】前記光学変調領域はクラッド層及びコア
層を具備し、前記穴は前記クラッド層に形成されないこ
とを特徴とする請求項１８に記載の光学デバイス。 - 【請求項２０】前記光学変調領域はクラッド層及びコア
層を具備し、前記穴は前記クラッド層に形成されること
を特徴とする請求項１８に記載の光学デバイス。 - 【請求項２１】前記入射放射光線のための光線源を更に
具備することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか
に記載の光学デバイス。 - 【請求項２２】前記光線源はダイオードレーザであるこ
とを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。 - 【請求項２３】前記光線源として２つのダイオードレー
ザが配設されることを特徴とする請求項２１に記載の光
学デバイス。 - 【請求項２４】前記光線源はパルスレーザであることを
特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。 - 【請求項２５】前記光学変調領域はミラー共振器内に配
設されることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか
に記載の光学デバイス。 - 【請求項２６】前記少なくとも１つの入射放射光線ビー
ムはレーザ共振器内で生成され、前記光学変調領域は前
記共振器内に配設されることを特徴とする請求項１乃至
２５のいずれかに記載の光学デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9824058A GB2343964B (en) | 1998-11-03 | 1998-11-03 | An optical device |
| GB9824058.3 | 1999-02-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000162656A true JP2000162656A (ja) | 2000-06-16 |
Family
ID=10841763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11314136A Pending JP2000162656A (ja) | 1998-11-03 | 1999-11-04 | 半導体デバイス |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000162656A (ja) |
| GB (2) | GB2343964B (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000214506A (ja) * | 1998-11-03 | 2000-08-04 | Toshiba Research Europe Ltd | 放射光線源及び撮像システム |
| JP2004279604A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Fuji Xerox Co Ltd | 波長変換装置 |
| JP2006235381A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁波発生装置およびその製造方法 |
| KR100787988B1 (ko) * | 2003-06-25 | 2007-12-24 | 캐논 가부시끼가이샤 | 고주파 전기 신호 제어 장치 및 센싱 시스템 |
| CN100440020C (zh) * | 2006-12-27 | 2008-12-03 | 华中科技大学 | 一种微纳硅基光放大器及该放大器的增益介质的制备方法 |
| JP2010054611A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | テラヘルツ波発生装置及びテラヘルツ波発生方法 |
| JP5363678B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2013-12-11 | 日本碍子株式会社 | 電磁波放射素子およびその製造方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2001267061A1 (en) | 2000-06-09 | 2001-12-17 | Linda P. B. Katehi | Scanning electromagnetic-field imager with optical-fiber-based electro-optic field-mapping system |
| US6684008B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-01-27 | The University Of British Columbia | Planar photonic bandgap structures for controlling radiation loss |
| US6906506B1 (en) | 2001-06-08 | 2005-06-14 | The Regents Of The University Of Michigan | Method and apparatus for simultaneous measurement of electric field and temperature using an electrooptic semiconductor probe |
| JP3828111B2 (ja) * | 2001-07-02 | 2006-10-04 | 株式会社アドバンテスト | 伝搬測定装置及び伝搬測定方法 |
| DE102007025891A1 (de) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main | Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung und Erfassung kohärenter elektromagnetischer Strahlung im THz-Frequenzbereich |
| US8682129B2 (en) | 2012-01-20 | 2014-03-25 | Micron Technology, Inc. | Photonic device and methods of formation |
| WO2014191344A1 (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-04 | Paul Scherrer Institut | Terahertz laser system |
| CN103411903B (zh) * | 2013-07-29 | 2015-04-29 | 南开大学 | 光丝阵列增强THz辐射方法 |
| JP6397318B2 (ja) * | 2014-11-26 | 2018-09-26 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電場ベクトル検出方法及び電場ベクトル検出装置 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4884276A (en) * | 1987-11-25 | 1989-11-28 | Amoco Corporation | Optical feedback control in the frequency conversion of laser diode radiation |
| JPH03251826A (ja) * | 1990-01-25 | 1991-11-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 第２高調波発生素子 |
| JP2721436B2 (ja) * | 1990-11-07 | 1998-03-04 | 沖電気工業株式会社 | 第２高調波発生装置 |
| US5038352A (en) * | 1990-11-13 | 1991-08-06 | International Business Machines Incorporation | Laser system and method using a nonlinear crystal resonator |
| US5363388A (en) * | 1991-10-18 | 1994-11-08 | Cedars-Sinai Medical Center | Continuously tunable solid state ultraviolet coherent light source |
| US5619369A (en) * | 1992-07-16 | 1997-04-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Diffracting device having distributed bragg reflector and wavelength changing device having optical waveguide with periodically inverted-polarization layers |
| US5345457A (en) * | 1993-02-02 | 1994-09-06 | Schwartz Electro-Optics, Inc. | Dual wavelength laser system with intracavity sum frequency mixing |
| JP3187290B2 (ja) * | 1995-07-25 | 2001-07-11 | 沖電気工業株式会社 | 波長変換装置および波長変換方法 |
| US5802086A (en) * | 1996-01-29 | 1998-09-01 | Laser Power Corporation | Single cavity solid state laser with intracavity optical frequency mixing |
| US5640405A (en) * | 1996-02-01 | 1997-06-17 | Lighthouse Electronics Corporation | Multi quasi phase matched interactions in a non-linear crystal |
| US5673281A (en) * | 1996-04-20 | 1997-09-30 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Solid state system for frequency conversion using raman-active media and non-linear media |
| US5789750A (en) * | 1996-09-09 | 1998-08-04 | Lucent Technologies Inc. | Optical system employing terahertz radiation |
-
1998
- 1998-11-03 GB GB9824058A patent/GB2343964B/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-02-12 GB GB9903307A patent/GB2347756B/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-04 JP JP11314136A patent/JP2000162656A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000214506A (ja) * | 1998-11-03 | 2000-08-04 | Toshiba Research Europe Ltd | 放射光線源及び撮像システム |
| JP2004279604A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Fuji Xerox Co Ltd | 波長変換装置 |
| KR100787988B1 (ko) * | 2003-06-25 | 2007-12-24 | 캐논 가부시끼가이샤 | 고주파 전기 신호 제어 장치 및 센싱 시스템 |
| US7630588B2 (en) | 2003-06-25 | 2009-12-08 | Canon Kabushiki Kaisha | High frequency electrical signal control device and sensing system |
| US7689070B2 (en) | 2003-06-25 | 2010-03-30 | Canon Kabushiki Kaisha | High frequency electrical signal control device and sensing system |
| JP2006235381A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁波発生装置およびその製造方法 |
| CN100440020C (zh) * | 2006-12-27 | 2008-12-03 | 华中科技大学 | 一种微纳硅基光放大器及该放大器的增益介质的制备方法 |
| JP2010054611A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | テラヘルツ波発生装置及びテラヘルツ波発生方法 |
| JP5363678B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2013-12-11 | 日本碍子株式会社 | 電磁波放射素子およびその製造方法 |
| US8730565B2 (en) | 2011-03-17 | 2014-05-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Electromagnetic wave radiation element and method for producing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9824058D0 (en) | 1998-12-30 |
| GB2343964B (en) | 2000-11-01 |
| GB2343964A (en) | 2000-05-24 |
| GB2347756B (en) | 2001-08-01 |
| GB9903307D0 (en) | 1999-04-07 |
| GB2347756A (en) | 2000-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6388799B1 (en) | Optical device and imaging system | |
| US5321718A (en) | Frequency converted laser diode and lens system therefor | |
| US7339718B1 (en) | Generation of terahertz radiation in orientation-patterned semiconductors | |
| US7272158B1 (en) | Highly efficient waveguide pulsed THz electromagnetic radiation source and group-matched waveguide THz electromagnetic radiation source | |
| US6757463B2 (en) | Narrowband resonant transmitter | |
| US6738397B2 (en) | Solid-state light source apparatus | |
| US6597721B1 (en) | Micro-laser | |
| US6744552B2 (en) | Photonic signal frequency up and down-conversion using a photonic band gap structure | |
| US5216727A (en) | Integrated nonlinear waveguide spectrometer | |
| JP2000162656A (ja) | 半導体デバイス | |
| US5640480A (en) | Zig-zag quasi-phase-matched wavelength converter apparatus | |
| US20100195675A1 (en) | Terahertz and millimeter wave source | |
| EP0346930B1 (en) | Optical harmonic generator | |
| US5109462A (en) | Light wavelength converter | |
| US9057891B2 (en) | Nonlinear frequency conversion in nanoslab optical waveguides | |
| Espinosa et al. | Tunable four-wave mixing in AlGaAs waveguides of three different geometries | |
| Vakhshoori et al. | Demonstration of an AlGaAs/GaAs integrable optical correlator using surface‐emitting second‐harmonic generation | |
| US5408110A (en) | Second-harmonic generation in semiconductor heterostructures | |
| US6658029B2 (en) | Laser beam-generating apparatus | |
| US20020117612A1 (en) | Method for laser cooling of atoms and apparatus therefor as well as coherent light source used for laser cooling of atoms | |
| JP4766775B2 (ja) | テラヘルツ光発生デバイス及びテラヘルツ光発生方法 | |
| US11314145B1 (en) | Efficient ultrathin all-dielectric nonlinear optical device | |
| US7091506B2 (en) | Semiconductor surface-field emitter for T-ray generation | |
| Janz et al. | Surface emitted second-harmonic generation from a quasi-phase matched waveguide in an Al x Ga 1-x As/Al 2 O 3 microcavity | |
| EP1436662B1 (en) | Acousto-optical device based on phonon-induced polaritonic band gaps |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090901 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100209 |