JP2000321610A - Optical wavelength converting element and coherent light generating device and optical information processor using the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the allowance for the wavelength of an optical wavelength converting element while maintaining the phase matching characteristics showing wide flatness near the peak (peak-flat characteristics) and to provide the optical wavelength converting element having stable wavelength converting characteristics. SOLUTION: This optical wavelength converting element has a nonlinear optical crystal and a periodical polarization inversion structure formed in the nonlinear optical crystal. The polarization inversion structure has a single periodical part 603 having a single period Λ0 and a chirp period part 602 where the period gradually changes. Thereby, the mismatching of phase is distributed in both ends of the nonlinear optical crystal and the phase matching characteristics can be converted into peak-flat characteristics.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光源
を応用した光情報処理或いは光応用計測分野に使用され
る波長変換素子、並びにそれを使用したコヒーレント光
発生装置、及びそのコヒーレント光発生装置を用いた光
情報処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion element used in optical information processing or optical measurement using a coherent light source, a coherent light generator using the same, and a coherent light generator using the same. Optical information processing device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】非線形光学効果を利用した光波長変換素
子は、波長変換により光の波長を変換することでレーザ
光源の使用波長の拡大が図れるため、多くの分野で利用
されている。例えば、第２高調波を利用した波長変換で
は、レーザ光を、半分の波長の第２高調波に波長変換
し、従来は難しかった短波長の光の実現を可能にする。
更に、パラメトリック発振を利用すると、単一波長の光
源から連続的に波長の異なる光を発生することが可能と
なり、波長可変光源を実現できる。また、和周波数を利
用すれば、波長の異なる２つの光を第３の波長の光に変
換することができる。2. Description of the Related Art An optical wavelength conversion element utilizing a non-linear optical effect is used in many fields because the wavelength used by a laser light source can be expanded by converting the wavelength of light by wavelength conversion. For example, in the wavelength conversion using the second harmonic, the laser light is wavelength-converted into the second harmonic having a half wavelength, thereby realizing short wavelength light which has been difficult in the past.
Furthermore, if parametric oscillation is used, light of a different wavelength can be continuously generated from a light source of a single wavelength, and a wavelength tunable light source can be realized. Further, if the sum frequency is used, two lights having different wavelengths can be converted into light having a third wavelength.

【０００３】このような非線形光学効果を利用した光の
波長変換には、変換する前の基本波と変換後の高調波と
の間で、位相整合条件が成立する必要がある。このため
の手法としては、例えば、結晶の複屈折を利用して基本
波と高調波との間で結晶中の伝搬速度を揃える複屈折率
法、非線形グレーティングを利用して位相整合をとる擬
似位相整合法などがある。In the wavelength conversion of light utilizing such a nonlinear optical effect, a phase matching condition needs to be established between a fundamental wave before conversion and a harmonic wave after conversion. For this purpose, for example, a birefringence index method in which the propagation velocity in a crystal is made uniform between a fundamental wave and a harmonic wave using birefringence of a crystal, and a quasi-phase method in which phase matching is performed using a nonlinear grating There is a matching method.

【０００４】ところが、実際には、これらの位相整合条
件を満足する波長の許容度が極端に狭いため、基本波の
波長を非常に高い精度で制御する必要があり、出力を安
定させることが困難である。However, in practice, the tolerance of the wavelength satisfying these phase matching conditions is extremely narrow, so that it is necessary to control the wavelength of the fundamental wave with very high accuracy, and it is difficult to stabilize the output. It is.

【０００５】そこで、これらの波長許容度を広げて、光
波長変換の安定性を増す検討が行われた。図１９には、
波長許容度の拡大を目的とした従来の光波長変換素子の
構成図を示す（特願平３−１６１９８号参照）。以下に
は、０．８４μｍの波長の基本波Ｐ１に対する波長０．
４２μｍの２次高調波Ｐ２の発生について、図１９を参
照して詳しく述べる。Therefore, studies have been made to increase the tolerance of these wavelengths to increase the stability of light wavelength conversion. In FIG.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element for the purpose of expanding the wavelength tolerance (see Japanese Patent Application No. 3-16198). In the following, the wavelength 0.
The generation of the second harmonic P2 of 42 μm will be described in detail with reference to FIG.

【０００６】図１９の構成では、ＬｉＮｂＯ₃基板６１
０１に光導波路６１０２が形成され、更に光導波路６１
０２には、周期的に分極の反転した層６１０３（分極反
転層）が形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波
Ｐ２との伝搬定数の不整合を分極反転層６１０３の周期
構造で補償することにより、高効率に第２高調波Ｐ２を
発生することができる。In the configuration shown in FIG. 19, a LiNbO ₃ substrate 61
01, an optical waveguide 6102 is formed, and furthermore, an optical waveguide 61 is formed.
In the layer 02, a layer 6103 (a domain-inverted layer) having periodically inverted domains is formed. The second harmonic P2 can be generated with high efficiency by compensating for the mismatch of the propagation constant between the fundamental wave P1 and the generated harmonic P2 with the periodic structure of the domain-inverted layer 6103.

【０００７】このように周期的な分極反転層６１０３に
より波長変換を行う光波長変換素子は、高い変換効率を
持つ反面で、波長変換が可能となる位相整合波長許容度
が非常に狭い。そこで、図１９の構成では、光導波路６
１０２の伝搬定数を部分的に変えることにより、光波長
変換素子の波長許容度の拡大を図っている。光導波路６
１０２の伝搬定数を変えると、光導波路６１０２におけ
る位相整合波長が変化する。位相整合条件とは、波長変
換素子において波長変換が可能となる条件のことで、こ
の条件が成立する入射光の波長のことを位相整合波長と
いう。そこで、光導波路６１０２の幅を領域Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄと部分的に変化させると、それぞれの領域におけ
る光導波路６１０２の幅に応じて、位相整合波長が異な
ってくる。そのため、入射光の波長が変わっても、異な
る光導波路幅を有する領域Ａ〜Ｄの何れかで位相整合条
件が成立するため、素子全体の位相整合波長が増大す
る。その結果、光波長変換素子の波長許容度が増加し、
安定な波長変換素子が作製できる。各領域Ａ〜Ｄの間の
位相整合条件は、各領域Ａ〜Ｄのにおける光導波路６１
０２の深さ、または、各領域Ａ〜Ｄの間の分極反転層６
１０３の周期を変えても実現できて、これらの場合でも
同様に、波長許容度の大きな光波長変換素子が得られ
る。As described above, the optical wavelength conversion element that performs wavelength conversion by the periodic domain inversion layer 6103 has high conversion efficiency, but has a very narrow phase matching wavelength allowance that enables wavelength conversion. Therefore, in the configuration of FIG.
By partially changing the propagation constant of 102, the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element is expanded. Optical waveguide 6
Changing the propagation constant of 102 changes the phase matching wavelength in optical waveguide 6102. The phase matching condition is a condition under which wavelength conversion can be performed in the wavelength conversion element, and a wavelength of incident light that satisfies this condition is referred to as a phase matching wavelength. Therefore, the width of the optical waveguide 6102 is changed to the regions A, B,
When C and D are partially changed, the phase matching wavelength differs according to the width of the optical waveguide 6102 in each region. Therefore, even if the wavelength of the incident light changes, the phase matching condition is satisfied in any of the regions A to D having different optical waveguide widths, and the phase matching wavelength of the entire device increases. As a result, the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element increases,
A stable wavelength conversion element can be manufactured. The phase matching condition between the regions A to D is such that the optical waveguide 61 in each of the regions A to D
02 or the domain-inverted layer 6 between the regions A to D
This can be realized even by changing the period of 103, and in these cases as well, an optical wavelength conversion element having a large wavelength tolerance can be obtained.

【０００８】更に、周期状の分極反転構造と位相制御部
とを組み合わせた構成についても、報告されている（特
願平４−０７０７２６号）。図２０には、そのような手
法によって許容度拡大を実現した従来の光波長変換素子
の構成を示す。Further, a configuration in which a periodic domain-inverted structure is combined with a phase control unit has also been reported (Japanese Patent Application No. 4-070726). FIG. 20 shows a configuration of a conventional optical wavelength conversion element in which the tolerance is expanded by such a method.

【０００９】図２０に示された光波長変換素子は、非線
形光学結晶６１０１の上に、複数の分極反転領域６１０
５と、分極反転領域６１０５の間に形成された位相制御
部６１０６と、を備える。各分極反転領域６１０５にお
ける位相整合条件の差を利用し、位相整合波長許容度の
拡大を図るとともに、各分極反転領域６１０５の間で発
生する位相不整合を位相制御部６１０６により調整する
ことで、基本波Ｐ１の波長変動に対する高調波Ｐ２の出
力変動の低減を図っている。The optical wavelength conversion element shown in FIG. 20 has a plurality of domain-inverted regions 610 on a nonlinear optical crystal 6101.
5 and a phase control unit 6106 formed between the domain-inverted regions 6105. By using the difference in the phase matching condition in each domain-inverted region 6105 to increase the phase matching wavelength tolerance and adjusting the phase mismatch generated between the domain-inverted regions 6105 by the phase control unit 6106, The output fluctuation of the harmonic P2 with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave P1 is reduced.

【００１０】更に、分極反転領域６１０５の数を増大さ
せることで、更に広い波長範囲に渡って、位相整合波長
許容度の拡大が可能である。例えば、分極反転領域６１
０５が３分割構造（ｎ＝３）及び４分割構造（ｎ＝４）
を有する場合の基本波波長と第２高調波（ＳＨＧ）出力
との関係を示した位相整合特性（チューニングカーブ）
を、図２１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。これよ
り、分割数を増すことで、波長許容度を大幅に拡大でき
ることがわかる。Further, by increasing the number of domain-inverted regions 6105, it is possible to increase the tolerance of the phase matching wavelength over a wider wavelength range. For example, the domain-inverted region 61
05 is a three-segment structure (n = 3) and a four-segment structure (n = 4)
Matching characteristic (tuning curve) showing the relationship between the fundamental wavelength and the second harmonic (SHG) output in the case of having
Are shown in FIGS. 21A and 21B, respectively. From this, it can be seen that the wavelength tolerance can be greatly increased by increasing the number of divisions.

【００１１】更に、分極反転の周期構造を変調すること
で位相整合波長許容度の拡大を可能にする試みも、報告
されている。[0011] Further, attempts have been reported to modulate the periodic structure of the domain inversion to increase the tolerance of the phase matching wavelength.

【００１２】例えば、栖原らによりIEEE Journal of Qu
antum Electronics、ｖｏｌ．２６、ｐｐ．１２６５−
１２７６、１９９０に報告されているように、分極反転
の周期構造をチャープ状に変化させることで、位相整合
波長の許容度を拡大する方法が報告されている。具体的
には、ここでは、分極反転の周期を距離に比例して増大
させる線形チャープ構造による位相整合波長許容度の拡
大方法が、提案されている。この場合には、位相ズレが
線形に変化する分極反転構造により、位相整合カーブの
大幅な増大が可能である。For example, by Suhara et al., IEEE Journal of Qu
antum Electronics, vol. 26 pp. 1265-
As reported in 1276 and 1990, there has been reported a method of expanding the tolerance of the phase matching wavelength by changing the periodic structure of the domain inversion into a chirp. Specifically, here, a method of extending the phase matching wavelength tolerance by a linear chirp structure that increases the period of polarization inversion in proportion to the distance has been proposed. In this case, the phase matching curve can be greatly increased by the domain-inverted structure in which the phase shift changes linearly.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来の分極反転構造を
用いた光波長変換素子における位相整合波長許容度の拡
大方法の課題は、位相整合特性、即ち位相整合波長をチ
ューニングしたときのＳＨＧ出力特性の形状が、ピーク
近傍で大きく変動する点である。The problem of the conventional method of expanding the tolerance of the phase matching wavelength in the optical wavelength conversion device using the domain-inverted structure is that the phase matching characteristic, that is, the SHG output characteristic when the phase matching wavelength is tuned. Is that the shape greatly changes near the peak.

【００１４】上記のように、分極反転層を基本とした光
波長変換素子において、素子を２つ以上の領域に分割
し、各領域間の位相整合条件を変えることにより波長変
換素子変換素子の波長許容度を増大させる方法では、各
領域における位相整合波長が異なるため、広い波長範囲
において第２高調波が発生する。しかし、各領域で発生
する第２高調波が互いに干渉するため、図２１（ａ）及
び（ｂ）に示すように、ＳＨＧの出力ピーク近傍で、基
本光の波長変動に対する高調波の出力変動が大きい。As described above, in the optical wavelength conversion device based on the domain-inverted layer, the device is divided into two or more regions, and the phase matching condition between the regions is changed to change the wavelength of the wavelength conversion device conversion device. In the method of increasing the tolerance, the second harmonic is generated in a wide wavelength range because the phase matching wavelength in each region is different. However, since the second harmonics generated in the respective regions interfere with each other, as shown in FIGS. 21A and 21B, near the output peak of the SHG, the output fluctuation of the harmonic with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental light varies. large.

【００１５】また、分極反転周期を線形チャープ構造に
することで位相整合波長の大幅な増大が可能であるが、
この方法でも、チューニングカーブのピーク近傍に大き
なリップルは発生する。Further, the phase matching wavelength can be greatly increased by making the domain inversion period a linear chirp structure.
Even in this method, a large ripple occurs near the peak of the tuning curve.

【００１６】以上のように、従来の方法では、チューニ
ングカーブのピーク近傍で平坦な出力特性が得られな
い。このため、位相整合波長許容度内における基本波波
長のわずかな変動に対して高調波出力が変化して、安定
な出力が得られない。As described above, according to the conventional method, a flat output characteristic cannot be obtained near the peak of the tuning curve. For this reason, the harmonic output changes with a slight change in the fundamental wavelength within the phase matching wavelength tolerance, and a stable output cannot be obtained.

【００１７】更に、分極反転領域間に位相制御部を設け
ることで各分極反転領域間で発生する高調波間の干渉を
低減し、基本波の波長変動に対する高調波の出力変動の
低減を図っている従来の光波長変換素子において、高調
波の出力は、なお１０％以上の変動を有しており、この
ために、出力の安定化を実現するために必要なピーク値
近傍での平坦性を実現することが、困難である。Furthermore, by providing a phase control section between the domain-inverted regions, interference between harmonics generated between the domain-inverted regions is reduced, and the output fluctuation of the harmonic with respect to the wavelength fluctuation of the fundamental wave is reduced. In the conventional optical wavelength conversion device, the output of the harmonic wave still has a fluctuation of 10% or more, and therefore, the flatness near the peak value necessary for stabilizing the output is realized. It is difficult to do.

【００１８】更に、従来の光波長変換素子は、比較的広
い範囲に波長許容を拡大することは容易であるが、波長
変換素子の変換効率の低下が激しい。例えば、同一の長
さの結晶を用いた場合、１／９以上に変換効率が低下す
る。すなわち、従来技術では、高効率の波長変換特性を
保ったままで波長許容度を拡大することが、困難であ
る。Further, in the conventional optical wavelength conversion element, it is easy to expand the wavelength tolerance to a relatively wide range, but the conversion efficiency of the wavelength conversion element is greatly reduced. For example, when crystals of the same length are used, the conversion efficiency is reduced to 1/9 or more. That is, in the related art, it is difficult to increase the wavelength tolerance while maintaining high-efficiency wavelength conversion characteristics.

【００１９】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、（１）ピーク近傍に広
い平坦性を有する位相整合特性（ピークフラットな特
性）を維持しながら波長許容度の拡大を実現して、安定
な波長変換特性を有する光波長変換素子を提供するこ
と、（２）上記のような光波長変換素子と半導体レーザ
とを用いてコヒーレント光発生装置を構成することで、
半導体レーザにおける発振波長の変動を安定化し、安定
な出力特性を有するコヒーレント光発生装置を提供する
こと、並びに（３）上記のようなコヒーレント光発生装
置を用いた光情報処理装置を提供すること、を目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has the following objects: (1) To maintain a wavelength matching while maintaining a phase matching characteristic having a wide flatness near a peak (peak flat characteristic). Providing an optical wavelength conversion element having stable wavelength conversion characteristics by realizing an increase in tolerance, (2) configuring a coherent light generation device using the above-described optical wavelength conversion element and a semiconductor laser. By that
To provide a coherent light generator having stable output characteristics by stabilizing the fluctuation of the oscillation wavelength in a semiconductor laser, and (3) to provide an optical information processing apparatus using the above coherent light generator. With the goal.

【００２０】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の光波長変換素子
は、非線形光学結晶と、該非線形光学結晶に形成した周
期状の分極反転構造と、を備え、該分極反転構造が、単
一の周期Λ₀を有する単一周期部分と、徐々に周期が変
化しているチャープ周期部分と、を有していて、そのこ
とによって、上記の目的が達成される。An optical wavelength conversion device according to the present invention comprises a nonlinear optical crystal and a periodically poled structure formed in the nonlinear optical crystal, wherein the poled structure is a single poled structure. It has a single period part having a period Λ ₀ and a chirp period part whose period is gradually changing, thereby achieving the above object.

【００２１】例えば、前記単一周期部分が前記分極反転
構造のほぼ中心部近傍に位置し、前記チャープ周期部分
が該分極反転構造の両端近傍に位置している。For example, the single periodic portion is located near the center of the domain-inverted structure, and the chirped periodic portion is located near both ends of the domain-inverted structure.

【００２２】本発明の他の光波長変換素子は、非線形光
学結晶と、該非線形光学結晶に形成した周期状の分極反
転構造と、を備え、該分極反転構造の周期が、Λ_-m、Λ
_{-(m- 1)}、・・・、Λ_-2、Λ_-1、Λ₀、Λ₁、Λ₂、・・、
Λ_m-1、Λ_mと表される分極反転周期であり、該分極反転
周期は、位相不整合量の分布ｆ（ｚ）を有しており、該
分布ｆ（ｚ）は、 ｆ（ｉ＊Λ₀）＝（Λ₁＋Λ₂＋・・・＋Λ_i）−ｉ＊
Λ₀、及び ｆ（−ｉ＊Λ₀）＝（Λ_-1＋Λ_-2＋・・・＋Λ_-i）−ｉ
＊Λ₀、 但し、ｉ＝１、２、３、・・・ なる関係を満足し、ｚ＝０の近傍で、ｆ（ｚ）＝０とな
り、更に、該分布ｆ（ｚ）は、ｆ（ｉ＊Λ₀）＝−ｆ
（−ｉ＊Λ₀）なる関係を満足し、該分布ｆ（ｚ）の少
なくとも一部において、２次の微分係数が該非線形光学
結晶の端部に向かって増大しており、そのことによっ
て、前述の目的が達成される。According to another aspect of the present invention, there is provided an optical wavelength conversion device comprising:
Crystal and the periodic polarization reaction formed in the nonlinear optical crystal.
And the period of the domain-inverted structure is Λ_-m, Λ
_{-(m- 1)}, ..., Λ_-2, Λ_-1, Λ₀, Λ₁, Λ_Two,,,,
Λ_m-1, Λ_mAnd the polarization inversion cycle represented by
The period has a distribution f (z) of the amount of phase mismatch, and
The distribution f (z) is given by f (i * Λ₀) = (Λ₁+ Λ_Two+ ・ ・ ・ + Λ_i) -I *
Λ₀, And f (−i * Λ₀) = (Λ_-1+ Λ_-2+ ・ ・ ・ + Λ_-i) -I
* Λ₀Where i = 1, 2, 3,..., And f (z) = 0 when z = 0.
Furthermore, the distribution f (z) is f (i * Λ₀) =-F
(-I * Λ₀) Is satisfied, and the distribution f (z) is small.
At least in part, the second derivative is
Increasing towards the edge of the crystal,
Thus, the above-mentioned object is achieved.

【００２３】ある実施形態では、前記分極反転構造の全
長をＬとすると、前記分布ｆ（ｚ）が、 ｆ（ｚ）＝ａ・｜ｓｉｎ（ｂｚ）｜^m ｚ＞０ ｆ（ｚ）＝−ａ・｜ｓｉｎ（ｂｚ）｜^m ｚ＜０ であり、２＜ｍ＜６及びｂ・Ｌ／２＜０．５・πなる関
係を満足する。In one embodiment, when the total length of the domain-inverted structure is L, the distribution f (z) is expressed as f (z) = a · sin (bz) | ^m z> 0 f (z) = − a · | sin (bz) | a ^m z <0, satisfying 2 <m <6 and b · L / 2 <0.5 · π becomes relevant.

【００２４】他の実施形態では、前記分布ｆ（ｚ）が ｆ（ｚ）＝ａ・｜ｚ｜^m ｚ＞０ ｆ（ｚ）＝−ａ・｜ｚ｜^m ｚ＜０ であり、２＜ｍ＜４なる関係を満足する。In another embodiment, the distribution f (z) is f (z) = a · | z | ^m z> 0 f (z) = − a · | z | ^m z <0, and 2 < The relationship of m <4 is satisfied.

【００２５】本発明の更に他の光波長変換素子は、互い
に等しい分極反転構造を有する複数の非線形光学結晶
と、該非線形光学結晶の間に配置された位相制御部と、
を備え、該位相制御部が、該非線形光学結晶とは異なる
周期の分極反転構造から構成されていて、そのことによ
って、前述の目的が達成される。Still another optical wavelength conversion element according to the present invention comprises: a plurality of nonlinear optical crystals having the same domain-inverted structure; a phase control unit disposed between the nonlinear optical crystals;
And the phase control unit is formed of a domain-inverted structure having a different period from that of the nonlinear optical crystal, whereby the object described above is achieved.

【００２６】好ましくは、前記分極反転構造の全長をＬ
とすると、前記光波長変換素子の両端における位相不整
合量を規格化した値の絶対値｜ｆ（Ｌ／２）／Λ₀｜
が、０．４〜１の値を有する。Preferably, the total length of the domain-inverted structure is L
Then, the absolute value | f (L / 2) / Λ ₀ | of the value obtained by normalizing the amount of phase mismatch at both ends of the optical wavelength conversion element
Has a value of 0.4-1.

【００２７】上記の構成において、前記非線形光学結晶
の中で基本波が高調波に変換され、該基本波の伝搬損失
が、該高調波の伝搬損失のほぼ半分であり得る。In the above configuration, a fundamental wave is converted into a harmonic in the nonlinear optical crystal, and a propagation loss of the fundamental wave may be substantially half of a propagation loss of the harmonic.

【００２８】本発明の他の局面によれば、上記のような
本発明の光波長変換素子と、レーザ光源と、を備え、該
レーザ光源の光が、該光波長変換素子により波長変換さ
れているコヒーレント光発生装置が提供される。According to another aspect of the present invention, the optical wavelength conversion device of the present invention as described above and a laser light source are provided, and the light of the laser light source is wavelength-converted by the optical wavelength conversion device. A coherent light generator is provided.

【００２９】例えば、前記レーザ光源は、波長可変機能
を有する半導体レーザである。For example, the laser light source is a semiconductor laser having a wavelength tunable function.

【００３０】例えば、前記半導体レーザが高周波重畳さ
れている。For example, the semiconductor laser is superimposed at a high frequency.

【００３１】好ましくは、前記光波長変換素子の波長許
容度が、前記半導体レーザの縦モード間隔より広い。Preferably, the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element is wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser.

【００３２】本発明の他の局面によれば、上記のような
本発明のコヒーレント光発生装置と、集光光学系と、を
備え、該コヒーレント光発生装置から出射されるコヒー
レント光を該集光光学系により集光している光情報処理
装置が提供される。According to another aspect of the present invention, there is provided the coherent light generating device of the present invention as described above, and a condensing optical system, and the coherent light emitted from the coherent light generating device is condensed by the condensing light. Provided is an optical information processing device that collects light by an optical system.

【００３３】[0033]

【発明の実施の形態】本発明は、非線形光学効果を利用
した光波長変換素子における出力の安定化を目的とした
素子構造、並びにそれを用いたコヒーレント光源及び光
情報処理装置に関する。具体的には、光波長変換素子を
構成する分極反転の周期構造に特別な構造を用いること
で、広い波長許容度を有し、かつ平坦なピークを有する
位相整合特性を実現する方法を新たに提供する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to an element structure for stabilizing the output of an optical wavelength conversion element utilizing a nonlinear optical effect, and to a coherent light source and an optical information processing apparatus using the same. Specifically, by using a special structure for the periodic structure of polarization reversal that constitutes the optical wavelength conversion element, a method for realizing phase matching characteristics with a wide wavelength tolerance and a flat peak has been newly added. provide.

【００３４】より具体的には、以下に示す４つの項目： ・単一周期構造と線形チャープ構造を組み合わせた分極
反転構造を有する非線形光学素子 ・関数ｆ（ｚ）を用いて分極反転周期構造を変調した場
合の非線形光学素子 ・半導体レーザと光波長変換素子とから構成されるコヒ
ーレント光源において、常に安定な出力特性の実現が可
能な構造 ・出力が安定化されたコヒーレント光発生装置と集光光
学系とにより、安定な特性を有する光情報処理装置の構
造について、実施の形態を用いてそれぞれ説明する。More specifically, the following four items: a nonlinear optical element having a domain-inverted structure combining a single periodic structure and a linear chirp structure; and a domain-inverted periodic structure using a function f (z). Nonlinear optical element when modulated ・ Structure that can always realize stable output characteristics in coherent light source composed of semiconductor laser and optical wavelength conversion element ・ Coherent light generator with stable output and focusing optics The structure of an optical information processing device having stable characteristics depending on the system will be described using embodiments.

【００３５】（擬似位相整合の原理について）まず最初
に、擬似位相整合型ＳＨＧ素子における光波長変換及び
位相整合について、説明する。(Principle of Quasi-Phase Matching) First, optical wavelength conversion and phase matching in a quasi-phase matching type SHG element will be described.

【００３６】２次の非線形光学効果を利用した光の波長
変換には、第２高調波発生、パラメトリック発生、和周
波発生、差周波発生などの方式があるが、何れの方法に
おいても、波長λ１、波長λ２、波長λ３の３つの光の
相互作用により、光の波長変換が行われる。このとき、
光の波長は、 １／λ１＝１／λ２＋１／λ３ （１） の関係を満足しなければならない。The wavelength conversion of light using the second-order nonlinear optical effect includes a method such as second harmonic generation, parametric generation, sum frequency generation, and difference frequency generation. , Wavelength λ2, and wavelength λ3, the wavelength of the light is converted. At this time,
The wavelength of the light must satisfy the following relationship: 1 / λ1 = 1 / λ2 + 1 / λ3 (1)

【００３７】例えば、第２高調波発生は、λ２＝λ３の
場合であり、このときに式（１）は、 １／λ１＝２／λ２ （２） となり、基本波の波長λ１に対して、半分の波長λ２を
有する光が発生する。For example, the second harmonic is generated when λ2 = λ3. At this time, equation (1) becomes 1 / λ1 = 2 / λ2 (2), and for the wavelength λ1 of the fundamental wave, Light having half the wavelength λ2 is generated.

【００３８】パラメトリック発生は、波長λ１の基本波
に対して、波長λ２及びλ３の光がそれぞれ発生する現
象である。また、波長λ２の光と波長λ３の光とに対し
て、波長λ１の光が発生する現象が和周波発生、一方、
波長λ１の光と波長λ２の光とから波長λ３の光が発生
する現象が、差周波発生である。Parametric generation is a phenomenon in which light of wavelengths λ2 and λ3 is generated for a fundamental wave of wavelength λ1. In addition, the phenomenon that light of wavelength λ1 is generated with respect to light of wavelength λ2 and light of wavelength λ3 is a sum frequency generation, while
The phenomenon in which light of wavelength λ3 is generated from light of wavelength λ1 and light of wavelength λ2 is difference frequency generation.

【００３９】これらの波長変換において、高効率の波長
変換の実現に必要になることが、位相整合条件の成立で
ある。位相整合とは、波長変換に関係する３つの光の波
長λ１、λ２、λ３の波長の位相関係が、伝搬する媒質
（例えば、非線形光学結晶、光導波路等）において整合
することであり、 Ｎ１・２π／λ１＝Ｎ２・２π／λ２＋Ｎ３・２π／λ３ （３） の関係を満足することである。ここで、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ
３は、波長λ１、λ２、λ３の光が実際に感じる光の屈
折率（実効屈折率）であり、光導波路の場合及びバルク
結晶の場合では異なり、また、光の偏光方向などによっ
ても異なる。In these wavelength conversions, what is necessary for realizing high-efficiency wavelength conversion is the establishment of the phase matching condition. The phase matching means that the phase relationship between the wavelengths λ1, λ2, and λ3 of the three lights related to the wavelength conversion is matched in a propagating medium (for example, a nonlinear optical crystal, an optical waveguide, or the like). 2π / λ1 = N2 · 2π / λ2 + N3 · 2π / λ3 (3) Where N1, N2, N
Reference numeral 3 denotes a refractive index (effective refractive index) of light actually sensed by light of wavelengths λ1, λ2, and λ3, which differs depending on the optical waveguide and the bulk crystal, and also depending on the polarization direction of the light.

【００４０】２次の非線形光学効果における３つの波長
の位相関係は、伝搬方向の距離ｚに対し、 Ａ・ｅｘｐ｛i（−Ｎ１・２π／λ１＋Ｎ２・２π／λ２ ＋Ｎ３・２π／λ３）ｚ｝ （４） で表され、距離に対する光の変換効率は、式（４）の距
離ｚに対する定積分値の２乗に比例する。例えば、式
（３）の条件が満足されない式（４）は、 Ａ・ｅｘｐ｛i・β・ｚ｝ （５） となり、その積分値は振動関数となって、Ａ／βの値以
上にはならない。The phase relationship between the three wavelengths in the second-order nonlinear optical effect is represented by A.exp {i (-N1.2π / λ1 + N2.2π / λ2 + N3.2π / λ3) z} with respect to the distance z in the propagation direction. (4), and the light conversion efficiency with respect to distance is proportional to the square of the definite integral value with respect to distance z in equation (4). For example, the expression (4) in which the condition of the expression (3) is not satisfied is given by A · exp {i · β · z} (5), and its integral value becomes a vibration function, and the integral value becomes equal to or larger than the value of A / β. No.

【００４１】一方、式（３）の条件が満足された場合、
式（４）は、 Ａ （６） となり、その積分値はＡ・ｚとなって、距離に比例して
増大する。この状態が位相整合条件を満足した場合で、
変換効率は距離の二乗に比例して増大し、高効率の変換
を可能にする。On the other hand, when the condition of equation (3) is satisfied,
Equation (4) becomes A (6), and its integral value becomes A · z, which increases in proportion to the distance. When this condition satisfies the phase matching condition,
The conversion efficiency increases in proportion to the square of the distance, enabling high efficiency conversion.

【００４２】ところが、一般に全ての物質は波長分散を
有しており、その屈折率は光の波長によって変化する。
従って、式（１）と式（２）とを同時に満足することは
難しい。これを解決する方法が、非線形分極の周期状な
反転を利用した擬似位相整合である。擬似位相整合で
は、周期Λの非線形グレーティング構造を設けること
で、式（３）の伝搬定数の関係に、グレーティングによ
る伝搬ベクトルを付加することが可能となる。即ち、周
期Λの分極反転構造を非線形光学結晶内に形成した場
合、式（４）の位相関係は、 Ａ’・ｅｘｐ｛i（−Ｎ１・２π／λ１＋Ｎ２・２π／λ２ ＋Ｎ３・２π／λ３−ｑ・２π／Λ）ｚ｝ （７） 但し、ｑ＝１、２、３・・・・ で表され、ｑ＝１のときを１次の周期構造、ｑ＝２のと
きを２次の周期構造とよぶ。即ち、非線形グレーティン
グ構造によって位相不整合量（−Ｎ１・２π／λ１＋Ｎ
２・２π／λ２＋Ｎ３・２π／λ３）を相殺すること
で、位相整合条件を成立させることが可能となる。However, in general, all substances have wavelength dispersion, and the refractive index changes depending on the wavelength of light.
Therefore, it is difficult to satisfy Expression (1) and Expression (2) at the same time. A method for solving this is quasi-phase matching using periodic inversion of nonlinear polarization. In the quasi-phase matching, by providing a nonlinear grating structure having a period Λ, it is possible to add a propagation vector by the grating to the relationship of the propagation constant in Expression (3). That is, when a domain-inverted structure having a period Λ is formed in a nonlinear optical crystal, the phase relationship of the equation (4) is expressed as A ′ · exp ｛i (−N1 · 2π / λ1 + N2 · 2π / λ2 + N3 · 2π / λ3− q ・ 2π / Λ) z｝ (7) where q = 1, 2, 3,..., where q = 1 is a first-order periodic structure, and q = 2 is a second-order period. Called structure. That is, the amount of phase mismatch (−N1 · 2π / λ1 + N) is caused by the nonlinear grating structure.
By canceling (2 · 2π / λ2 + N3 · 2π / λ3), the phase matching condition can be satisfied.

【００４３】擬似位相整合条件を成立させるための分極
反転周期は、１次周期構造の場合、式（１）より、 −Ｎ１・２π／λ１＋Ｎ２・２π／λ２＋Ｎ３・２π／λ３ ＝２π／Λ （８） と導き出せる。例えば、第２高調波発生の場合、式
（８）より Λ＝λ１／２（Ｎ２−Ｎ１） （９） が得られる。In the case of a first-order periodic structure, the polarization inversion period for satisfying the quasi-phase matching condition is given by the following equation (1). ) Can be derived. For example, in the case of the second harmonic generation, Λ = λ1 / 2 (N2−N1) (9) is obtained from Expression (8).

【００４４】（位相不整合量について）本願発明者ら
は、周期状分極反転構造における位相整合の不整合状態
を制御することで、位相整合波長許容度の制御が効率的
に行えることを見出した。即ち、分極反転構造を、図１
（ａ）に示すように、Λ_-m、Λ_-(m-1)、・・・、Λ_-2、
Λ _-1、Λ₀、Λ₁、Λ₂、・・・、Λ_m-1、Λ_mと表される
分極反転周期を有する分極反転領域６０１が配置された
構造とし、グレーティングの全長Ｌを、 Ｌ＝Λ_-m＋Λ_-(m-1)＋・・・＋Λ_-2＋Λ_-1＋Λ₀＋Λ₁＋
Λ₂＋・・・＋Λ_m-1＋Λ_m とする。また、位相不整合量の分布関数としてｆ（ｚ）
を仮定し、 ｆ（ｉ＊Λ₀）＝（Λ₁＋Λ₂＋・・・＋Λ_i）−ｉ＊
Λ₀、及び ｆ（−ｉ＊Λ₀）＝（Λ_-1＋Λ_-2＋・・・＋Λ_-i）−ｉ
＊Λ₀、 但し、ｉ＝１、２、３、・・・ とする。位相不整合量ｆ（ｚ）を規格化すると、 ｆ（ｚ）／Λ₀ （１０） で表される。以下の位相不整合量は、上記の規格化され
た値とする。(Regarding the amount of phase mismatch) The present inventors
Is the mismatch state of the phase matching in the periodically poled structure.
Control of phase matching wavelength tolerance by controlling
I found that I can do it. That is, the domain-inverted structure is shown in FIG.
As shown in FIG._-m, Λ_-(m-1), ..., Λ_-2,
Λ _-1, Λ₀, Λ₁, Λ_Two, ..., Λ_m-1, Λ_mIs represented by
A domain-inverted region 601 having a domain-inverted period is arranged.
And the total length L of the grating is L = 、_-m+ Λ_-(m-1)+ ・ ・ ・ + Λ_-2+ Λ_-1+ Λ₀+ Λ₁+
Λ_Two+ ・ ・ ・ + Λ_m-1+ Λ_m And Further, as a distribution function of the amount of phase mismatch, f (z)
And f (i * Λ₀) = (Λ₁+ Λ_Two+ ・ ・ ・ + Λ_i) -I *
Λ₀, And f (−i * Λ₀) = (Λ_-1+ Λ_-2+ ・ ・ ・ + Λ_-i) -I
* Λ₀, Where i = 1, 2, 3,... When the amount of phase mismatch f (z) is normalized, f (z) / Λ₀ It is represented by (10). The following phase mismatch amounts are standardized above.
Value.

【００４５】分極反転構造の周期Λ₀における位相整合
条件は式（９）で表され、これを満足する基本波波長λ
０に対して、位相整合条件が成立する。The phase matching condition at the period 反 転₀ of the domain-inverted structure is expressed by the following equation (9).
For 0, the phase matching condition is satisfied.

【００４６】次に、従来の分極反転構造における位相不
整合量の発生について説明する。Next, the occurrence of a phase mismatch in the conventional domain-inverted structure will be described.

【００４７】中心波長λ０の基本波に対して、分極反転
構造の周期をΛ₀からずらした場合に、位相不整合量が
どのように発生するかを、図２（ａ）及び（ｂ）を参照
して説明する。[0047] with respect to the fundamental wave of the center wavelength .lambda.0, when shifted period of the domain inversion structure from lambda _0, or phase mismatch amount how to generate, FIG 2 (a) and (b) It will be described with reference to FIG.

【００４８】例えば、従来技術として示したチャープ状
に変化する周期構造の場合、分極反転周期のｚ方向の距
離に伴う変化を図示すると、図２（ａ）となる。周期が
直線的に変化することより、位相不整合量は線形関数の
積分となり、２次関数で表されて、図２（ｂ）に示すよ
うな変化となる。For example, in the case of the periodic structure which changes in a chirp shape shown as the prior art, FIG. 2A shows the change of the domain inversion period with the distance in the z direction. Since the period changes linearly, the amount of phase mismatch becomes an integral of a linear function, is expressed by a quadratic function, and changes as shown in FIG. 2B.

【００４９】また、従来技術で示されている分割周期構
造に関して、３分割構造による位相整合波長許容度を実
現した構造として、異なる周期Λ１、Λ２、Λ３を有す
る分極反転構造と位相制御部δ１及びδ２とからなる分
極反転構造における、分極反転周期のｚ方向の距離に伴
う変化を図２（ｃ）に、位相不整合量の関係を図２
（ｄ）に示す。中心周期をΛ２とし、中心周期に対する
位相不整合量を図示している。この場合の位相不整合量
は、位相制御部で発生した位相不整合量と、周期の異な
る分極反転構造で発生した位相不整合量と、の和とな
る。また、周期状の分極反転構造内に位相シフト部を形
成した場合も、同様に位相不整合を表すことができる。Further, with respect to the divided periodic structure shown in the prior art, a structure in which the phase matching wavelength tolerance is realized by the three-divided structure includes a domain-inverted structure having different periods Λ1, Λ2, Λ3, a phase control unit δ1, FIG. 2C shows a change in the domain-inverted period with the distance in the z direction in the domain-inverted structure composed of δ2, and FIG.
(D). The center period is set to Λ2, and the amount of phase mismatch with respect to the center period is illustrated. In this case, the amount of phase mismatch is the sum of the amount of phase mismatch generated by the phase control unit and the amount of phase mismatch generated by the domain-inverted structures having different periods. Also, when a phase shift portion is formed in a periodically poled structure, phase mismatch can be similarly expressed.

【００５０】一方、位相シフトだけを与えた構造では、
分極反転周期は一定であるから、図３（ａ）に示すよう
に、分極反転周期は距離ｚに関係なく一定である。しか
し、位相不整合量は、図３（ｂ）に示すように、位相制
御部で発生している。On the other hand, in a structure in which only the phase shift is given,
Since the polarization inversion period is constant, the polarization inversion period is constant irrespective of the distance z, as shown in FIG. However, as shown in FIG. 3B, the amount of phase mismatch occurs in the phase control unit.

【００５１】（擬似位相整合の課題について）ここで
は、擬似位相整合を利用した光波長変換素子における課
題である、位相整合波長の許容度について説明する。(Regarding the Problem of Quasi-Phase Matching) Here, the tolerance of the phase matching wavelength, which is a problem in the optical wavelength conversion element utilizing the quasi-phase matching, will be described.

【００５２】擬似位相整合による波長変換では、非線形
グレーティングにより位相整合条件を擬似的に成立さ
せ、素子長の２乗に比例して高い変換効率を実現でき
る。しかし、グレーティングの作用長に反比例して、位
相整合条件を満足させる波長許容度の幅が減少する。例
えば、素子長１０ｍｍのＬｉＮｂＯ₃を用いた擬似位相
整合型のＳＨＧ素子において、波長８５０ｎｍの光を波
長４２５ｎｍの第２高調波に変換する場合を例にとる
と、分極反転の周期は約３．２μｍとなる。このとき、
擬似位相整合条件を成立させるための基本波の波長許容
度は、半値全幅で０．１ｎｍ以下となる。この値は、安
定な波長変換を行う場合には非常に厳しい値であり、周
辺温度などの環境変化により、出力が不安定になるとい
う問題がある。In wavelength conversion by quasi-phase matching, a phase matching condition is quasi-established by a nonlinear grating, and high conversion efficiency can be realized in proportion to the square of the element length. However, the width of the wavelength tolerance satisfying the phase matching condition decreases in inverse proportion to the working length of the grating. For example, in a quasi phase matching type SHG element using LiNbO ₃ having an element length of 10 mm, when converting light of a wavelength of 850 nm to a second harmonic of a wavelength of 425 nm, the period of polarization inversion is about 3. 2 μm. At this time,
The wavelength tolerance of the fundamental wave for satisfying the quasi-phase matching condition is 0.1 nm or less in full width at half maximum. This value is extremely severe when performing stable wavelength conversion, and there is a problem that the output becomes unstable due to environmental changes such as ambient temperature.

【００５３】以下では、本発明の具体的な幾つかの実施
の形態を、添付の図面を参照して説明する。Hereinafter, some specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【００５４】（実施の形態１）ここでは、広い波長許容
度を有する光波長変換素子の構造について述べる。具体
的には、位相不整合量の分布を制御して、光波長変換素
子の波長許容度を拡大している。(Embodiment 1) Here, the structure of an optical wavelength conversion element having a wide wavelength tolerance will be described. Specifically, the distribution of the amount of phase mismatch is controlled to increase the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element.

【００５５】本願発明者は、光波長変換素子の位相整合
波長の許容度を拡大する新たな方法を見出した。本発明
の光波長変換素子は、図１（ａ）に示すように、周期状
の分極反転領域６０１の周期を部分的に変化させること
により、位相整合波長許容度を拡大する。より具体的に
は、図１（ｂ）に示すように、単一周期の分極反転構造
を有する単一周期部６０３とチャープ状の周期構造を有
するチャープ周期部６０２とを組み合わせることで、位
相整合波長の許容度を拡大する。これによって、広い波
長許容度を有すると同時に、基本波の波長変動に対する
高調波の出力変化を極端に少ないレベルに抑制すること
ができる。すなわち、ピークフラットなチューニングカ
ーブが実現される。更に、波長許容度拡大による波長変
換効率の低下を最小限に抑え、波長許容度の拡大と高効
率特性とを同時に達成することができる。また、位相整
合特性の設計の自由度が増し、波長許容度の拡大率を自
由に設計できる。The inventor of the present application has found a new method for expanding the tolerance of the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element. As shown in FIG. 1A, the optical wavelength conversion element according to the present invention enlarges the phase matching wavelength tolerance by partially changing the period of the periodically poled region 601. More specifically, as shown in FIG. 1B, by combining a single periodic portion 603 having a single-period domain-inverted structure and a chirp periodic portion 602 having a chirped periodic structure, phase matching is achieved. Increase wavelength tolerance. As a result, it is possible to have a wide wavelength tolerance, and at the same time, suppress a change in output of a harmonic with respect to a wavelength change of a fundamental wave to an extremely small level. That is, a peak flat tuning curve is realized. Furthermore, it is possible to minimize the decrease in the wavelength conversion efficiency due to the increase in the wavelength allowance, and to simultaneously achieve the increase in the wavelength allowance and high efficiency characteristics. Further, the degree of freedom in designing the phase matching characteristics is increased, and the enlargement ratio of the wavelength tolerance can be freely designed.

【００５６】従来より、いくつかの構造で、位相整合波
長許容度の拡大が可能であることが示されている。これ
らは、例えば、１）分割周期構造（周期の異なる分極反
転構造を組み合わせた構造）や、２）チャープ状の周期
構造である。しかし、従来の方法では、波長許容度の大
幅な拡大は可能であるが、位相整合カーブのピーク近傍
に大きなリップルが生じるため、ＳＨＧの出力を安定に
保つことは困難であった。Conventionally, it has been shown that the phase matching wavelength tolerance can be increased in some structures. These are, for example, 1) a divided periodic structure (a structure in which domain-inverted structures having different periods are combined) and 2) a chirped periodic structure. However, according to the conventional method, although the wavelength tolerance can be greatly increased, a large ripple is generated near the peak of the phase matching curve, so that it has been difficult to keep the output of the SHG stable.

【００５７】これに対して本願発明では、この分極反転
構造に特別な工夫を加えることで、波長許容度の拡大
と、ピークフラットな位相整合特性の実現とを可能にし
た。即ち、従来の光波長変換素子との構造上の違いは、
位相不整合量に着目し、この分布の制御により、位相整
合特性の設計を可能にした点である。On the other hand, in the present invention, by adding special measures to this domain-inverted structure, it is possible to increase the wavelength tolerance and to realize a peak-flat phase matching characteristic. That is, the structural difference from the conventional optical wavelength conversion element is as follows.
Focusing on the amount of phase mismatch, it is possible to design phase matching characteristics by controlling this distribution.

【００５８】分割周期構造における分極反転周期及び位
相不整合量とｚ方向の距離との関係を、図４（ａ）及び
（ｂ）にそれぞれ示す。２分割の分割周期構造は、図４
（ａ）の分極反転周期の図からわかるように、分極反転
構造の中心に対して、２つの異なる周期構造を組み合わ
せて構成されている。この場合、位相不整合量の発生
は、図４（ｂ）に示すように、１次関数と位相シフトと
の組み合わせで表される。このときの位相整合特性に
は、図４（ｃ）に示すように、大きなリップルを生じて
いる。FIGS. 4A and 4B show the relationship between the polarization inversion period and the amount of phase mismatch in the divided periodic structure and the distance in the z direction. FIG.
As can be seen from the diagram of the domain-inverted period in (a), two different periodic structures are combined with the center of the domain-inverted structure. In this case, the occurrence of the amount of phase mismatch is represented by a combination of a linear function and a phase shift, as shown in FIG. At this time, a large ripple occurs in the phase matching characteristic as shown in FIG.

【００５９】一方、従来のチャープ構造における分極反
転周期及び位相不整合量とｚ方向の距離との関係を、図
５（ａ）及び（ｂ）に示す。このとき、位相不整合量
は、２次関数に従って発生する。また、このときの位相
整合特性を、図５（ｃ）に示す。図４（ｃ）に比べて、
図５（ｃ）におけるピーク近傍のリップルが、かなり低
減されている。このことより、本願発明者らは、位相不
整合量の発生が、１次関数から２次関数に従うようにな
ることで、位相整合特性のピーク近傍におけるリップル
の大きさが低減されていると推測した。On the other hand, FIGS. 5A and 5B show the relationship between the polarization inversion period and the amount of phase mismatch in the conventional chirp structure and the distance in the z direction. At this time, the amount of phase mismatch occurs according to a quadratic function. FIG. 5C shows the phase matching characteristics at this time. Compared to FIG.
The ripple near the peak in FIG. 5C is significantly reduced. From this, the present inventors presume that the occurrence of the amount of phase mismatch follows the quadratic function from the linear function, thereby reducing the magnitude of the ripple near the peak of the phase matching characteristic. did.

【００６０】そこで、本願発明者らは、位相不整合量が
幾つかの関数系に従って発生（分布）する構造に関し
て、検討を行った。Therefore, the present inventors have studied a structure in which the amount of phase mismatch occurs (distributes) according to some functional systems.

【００６１】まず最初に、高次のべき関数に従って位相
不整合量を発生させる構造を検討した。分極反転構造と
しては、周期Λ₀を中心として中心対称な構造を仮定
し、位相整合特性を計算した。即ち、分極反転の周期Λ
（ｚ）＝Λ₀＋ｆ（ｚ）にて、 ｆ（ｚ）＝ａ・｜ｚ｜^m ｚ＞０ ｆ（ｚ）＝−ａ・｜ｚ｜^m ｚ＜０ とし、ｆ（ｚ）を、分極反転周期構造の中心対称な奇関
数のべき関数として設計を行って、ピークフラットに最
も近い形状を有する位相整合カーブ（チューニングカー
ブ、すなわち位相整合特性）を、べき関数の次数ｍの幾
つかの値について求めた。その結果を図６に示す。First, a structure for generating the amount of phase mismatch according to a higher-order power function was examined. The poled structure, assuming a centrosymmetric structure about a period lambda _0, and calculates the phase matching characteristics. That is, the period of polarization inversion Λ
Where (z) = Λ ₀ + f (z), f (z) = a · | z | ^m z> 0 f (z) = − a · | z | ^m z <0, and f (z) is Design is performed as a power function of a centrally symmetric odd function of the domain-inverted periodic structure, and a phase matching curve (tuning curve, that is, phase matching characteristic) having a shape closest to a peak flat is calculated by several functions of the power function order m. Values were determined. FIG. 6 shows the result.

【００６２】図６にて、（１）はａ＝Λ₀×１．２×１
０^-4、ｍ＝１、（２）はａ＝Λ₀×２．５×１０^-8、ｍ
＝２、（３）はａ＝Λ₀×６．３×１０^-12、ｍ＝３、及
び（４）はａ＝Λ₀×３．２×１０^-15、ｍ＝４の場合の
結果を、それぞれ示している。In FIG. 6, (1) is a = Λ ₀ × 1.2 × 1
0 ⁻⁴ , m = 1, (2) is a = Λ ₀ × 2.5 × 10 ⁻⁸ , m
= 2, (3) is the result when a = Λ ₀ × 6.3 × 10 ⁻¹² , m = 3, and (4) is the result when a = Λ ₀ × 3.2 × 10 ⁻¹⁵ , m = 4. , Respectively.

【００６３】具体的には、図６において、カーブ（１）
は２分割周期構造の場合に相当し、周期の異なる２つの
分極反転構造を結合させた場合である。カーブ（２）
は、線形チャープ構造の場合に相当し、直線的に分極反
転周期が変化している場合を示す。図６から分かるよう
に、カーブ（１）及び（２）はともに位相整合カーブの
ピーク近傍で変動が大きく、フラットピーク特性を得る
ことができない。これに対して、カーブ（３）では、ピ
ークフラットな特性が得られた。更に、ｍ＝４である
（４）になると、最大値の値が低下している。Specifically, in FIG. 6, curve (1)
Corresponds to the case of a two-segment periodic structure, in which two domain-inverted structures having different periods are combined. Curve (2)
Represents the case of a linear chirp structure, and shows a case where the polarization inversion period changes linearly. As can be seen from FIG. 6, both the curves (1) and (2) have large fluctuations near the peak of the phase matching curve, so that a flat peak characteristic cannot be obtained. On the other hand, in the curve (3), a peak flat characteristic was obtained. Furthermore, when m = 4 (4), the maximum value decreases.

【００６４】以上の結果より、べき関数の場合は、次数
ｍが２＜ｍ＜４の場合に、ピークフラットな位相整合特
性が得られることが明らかになった。特に、ｍ＝３の近
傍で、図６のカーブ（３）に示すように、非常にフラッ
ト位相整合特性が得られた。すなわち、従来の線形チャ
ープ構造（ｍ＝２の場合）に比べて、次数ｍの値を大き
くすることで、ピークフラットな位相整合特性を実現で
きることが明らかになった。From the above results, it has been clarified that in the case of a power function, a peak-flat phase matching characteristic can be obtained when the order m is 2 <m <4. In particular, in the vicinity of m = 3, a very flat phase matching characteristic was obtained as shown by a curve (3) in FIG. In other words, it has been clarified that, by increasing the value of the order m as compared with the conventional linear chirp structure (when m = 2), a peak-flat phase matching characteristic can be realized.

【００６５】また、より良好なピークフラット特性を実
現するには、位相不整合量の分布が従う関数ｆ（ｚ）
に、幾つかの規制を設ける必要があることが判明した。In order to realize better peak flat characteristics, the function f (z) that the distribution of the amount of phase mismatch follows
Found that it was necessary to establish some regulations.

【００６６】関数ｆ（ｚ）は、分極反転構造の中心を原
点とする奇関数であることが好ましい。これは、位相整
合特性が対称構造となり、効率が最も高くなる構造であ
る。しかし、光の伝搬損失や変換効率が高まった場合に
は、基本波が高調波に変換されてその強度が低下する現
象（ポンプデプレッション）等の影響で、分極反転構造
から発生する高調波変換効率の対称性が崩れる場合があ
るため、分極反転構造の中心は、僅かにずれる場合もあ
る。The function f (z) is preferably an odd function having the origin at the center of the domain-inverted structure. This is a structure in which the phase matching characteristics have a symmetrical structure and the efficiency is highest. However, when the light propagation loss and the conversion efficiency increase, the harmonic conversion efficiency generated from the domain-inverted structure is affected by the phenomenon (pump depletion) in which the fundamental wave is converted into a harmonic and the intensity is reduced. In some cases, the center of the domain-inverted structure may be slightly displaced because the symmetry of the domain may be lost.

【００６７】また、ピークフラットな位相整合特性が得
られた場合の規格化された位相不整合量の分布（式（１
０）で規定）を、図７に示す。図７のカーブ（１）
（２）（３）（４）は、それぞれ図６のカーブ（１）
（２）（３）（４）に対応している。Further, the distribution of the normalized phase mismatch amount when the peak flat phase matching characteristic is obtained (formula (1)
0)) is shown in FIG. Curve (1) in FIG.
(2), (3) and (4) are curves (1) in FIG.
(2), (3) and (4) are supported.

【００６８】分極反転構造の両端の位相不整合量の値
は、図７から分かるように、０．５〜１の近傍に集中し
ている。カーブ（４）の場合にだけ２に近い値をとる
が、図６からわかるように、この場合の位相整合カーブ
は、ピークフラット形状とかなり異なった値を取ってい
る。As can be seen from FIG. 7, the values of the phase mismatch amounts at both ends of the domain-inverted structure are concentrated around 0.5 to 1. Although it takes a value close to 2 only in the case of curve (4), as can be seen from FIG. 6, the phase matching curve in this case takes a value considerably different from the peak flat shape.

【００６９】これより、ｆ（ｚ）の関数の次数ｍに関係
なく、位相不整合量が分極反転構造の両端で０．５〜１
の近傍の値をとる場合に、位相整合特性はピークフラッ
トな形状に近づくことが確認された。それ以外の範囲で
は、リップルが大きすぎるために、良好な特性は得られ
なかった。Thus, regardless of the order m of the function of f (z), the amount of phase mismatch is 0.5 to 1 at both ends of the domain-inverted structure.
It was confirmed that the phase matching characteristic approaches a peak flat shape when a value near the value is taken. In other ranges, good characteristics could not be obtained because the ripple was too large.

【００７０】更に、図７に示す位相不整合量の発生を観
測すると、ピークフラットな位相整合特性を実現する関
数ｆ（ｚ）としては、次数の高いべき関数のみならず、
他の関数系も使用し得ると推測された。そこで、ｆ
（ｚ）として三角関数を用いることを試みた。具体的に
は、周期Λ₀を中心周期として、 Λ（ｚ）＝Λ₀＋ｆ（ｚ） ｆ（ｚ）＝ａ・｜ｓｉｎ（ｂｚ）｜^m ｚ＞０ ｆ（ｚ）＝−ａ・｜ｓｉｎ（ｂｚ）｜^m ｚ＜０ として計算した。Further, when observing the occurrence of the amount of phase mismatch shown in FIG. 7, the function f (z) for realizing the peak-flat phase matching characteristic is not only a power function having a high order but also a function f (z).
It was speculated that other functional systems could be used. Then f
An attempt was made to use a trigonometric function as (z). Specifically, with the period Λ ₀ as the center period, Λ (z) = Λ ₀ + f (z) f (z) = a · | sin (bz) | ^m z> 0 f (z) = − a · | sin (bz) | was calculated as ^m z <0.

【００７１】まず、ｂの値について検討したところ、ｂ
の値が大きくなると、ｆ（ｚ）はｓｉｎ関数であるため
振動する。このとき、変換効率は大幅に低下した。ｆ
（ｚ）が増加または減少関数であるときのみ、ピークフ
ラットでかつ効率の高い位相整合特性が得られた。従っ
て、分極反転構造の中心から端までの距離Ｌ／２に対し
て、ｂ・（Ｌ／２）＜０．５πでなけらばならないこと
が明らかになった。First, the value of b was examined.
When the value of becomes large, f (z) vibrates because it is a sin function. At this time, the conversion efficiency was greatly reduced. f
Only when (z) was an increasing or decreasing function, a phase-flat characteristic with high peak flatness and high efficiency was obtained. Therefore, it became clear that b · (L / 2) <0.5π must be satisfied for the distance L / 2 from the center to the end of the domain-inverted structure.

【００７２】次に、次数ｍについて検討するために、多
項式の場合と同様に、ｍの値と位相整合特性との関係を
計算した。それらの結果を、図８Ａ（ａ）〜８Ｄ（ｂ）
に示す。具体的には、ｍ＝２の場合の位相整合カーブ及
びそのときの規格化された位相不整合量の分布を、図８
Ａ（ａ）及び（ｂ）に、ｍ＝３の場合の位相整合カーブ
及びそのときの規格化された位相不整合量の分布を、図
８Ｂ（ａ）及び（ｂ）に、ｍ＝４の場合の位相整合カー
ブ及びそのときの規格化された位相不整合量の分布を、
図８Ｃ（ａ）及び（ｂ）に、ｍ＝５の場合の位相整合カ
ーブ及びそのときの規格化された位相不整合量の分布
を、図８Ｄ（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ示している。Next, in order to examine the order m, the relationship between the value of m and the phase matching characteristic was calculated as in the case of the polynomial. The results are shown in FIGS. 8A (a) to 8D (b).
Shown in Specifically, the phase matching curve when m = 2 and the distribution of the normalized phase mismatch amount at that time are shown in FIG.
A (a) and (b) show the phase matching curve when m = 3 and the distribution of the normalized phase mismatch amount at that time, and FIGS. 8B (a) and (b) show the case where m = 4. The phase matching curve of the case and the distribution of the standardized phase mismatch amount at that time,
FIGS. 8C (a) and 8 (b) show the phase matching curve in the case of m = 5 and the distribution of the normalized amount of phase mismatch at that time, respectively, in FIGS. 8D (a) and 8 (b). I have.

【００７３】図８Ａ（ａ）、図８Ｂ（ａ）、図８Ｃ
（ａ）、及び図８Ｄ（ａ）を参照すると、図８Ａ（ａ）
に示すｍ＝２の場合は、ピークフラット部にリップルが
生じているが、図８Ｂ（ａ）、図８Ｃ（ａ）、及び図８
Ｄ（ａ）に示すｍ＝３〜５の場合においては、ほぼピー
クフラットな特性が得られた。例えば、図８Ｂ（ａ）に
示すｍ＝３の場合には、カーブ（３）、（４）、（５）
にて、ほぼピークフラットな特性が得られた、このとき
の位相不整合量は、０．６〜０．７程度であった。ま
た、図８Ｃ（ａ）に示すｍ＝４の場合は、カーブ
（３）、（４）、（５）にて、ほぼピークフラットな特
性が得られた。このときの位相不整合量は、０．６〜
０．７程度であった。また、図８Ｄ（ａ）に示すｍ＝５
の場合には、カーブ（２）、（３）、（４）、（５）に
て、ほぼピークフラットな特性が得られた。このときの
位相不整合量は、０．５〜０．８近傍であった。FIGS. 8A (a), 8B (a), 8C
8A (a) and FIG. 8D (a), FIG.
In the case of m = 2 shown in FIG. 8, although a ripple occurs in the peak flat portion, FIG. 8B (a), FIG. 8C (a), and FIG.
In the case of m = 3 to 5 shown in D (a), almost peak flat characteristics were obtained. For example, when m = 3 shown in FIG. 8B (a), curves (3), (4), (5)
, A substantially peak flat characteristic was obtained, and the amount of phase mismatch at this time was about 0.6 to 0.7. When m = 4 shown in FIG. 8C (a), almost flat characteristics were obtained in the curves (3), (4), and (5). The amount of phase mismatch at this time is 0.6 to
It was about 0.7. Further, m = 5 shown in FIG.
In the case of (1), almost flat peak characteristics were obtained in the curves (2), (3), (4), and (5). The amount of phase mismatch at this time was around 0.5 to 0.8.

【００７４】また、ピークフラットな特性が得られたｍ
＝３〜５の場合については、計算に用いたａ及びｂの値
を、該当する各々の図面中に記している。これらの結果
より、ｂの値が０．００００５〜０．０００３の範囲に
設定されている場合でのみ、ピークフラットな特性が得
られることが分かる。Also, the peak flat characteristic was obtained.
In the case of = 3 to 5, the values of a and b used in the calculation are shown in the respective drawings. From these results, it can be seen that a peak flat characteristic can be obtained only when the value of b is set in the range of 0.00005 to 0.0003.

【００７５】一方、図示していないが、ｍ＝６の場合に
は、ピーク値の値が大幅に低下した。On the other hand, although not shown, when m = 6, the peak value was greatly reduced.

【００７６】従って、次数ｍが２＜ｍ＜６の範囲で、ピ
ークフラットな特性が得られることが分かった。ただ
し、ｍの値は実数である。Therefore, it was found that peak flat characteristics were obtained when the order m was in the range of 2 <m <6. Here, the value of m is a real number.

【００７７】また、位相不整合量の分布に関しては、図
８Ａ（ｂ）、図８Ｂ（ｂ）、図８Ｃ（ｂ）、及び図８Ｄ
（ｂ）を参照すると、分極反転構造の両端における規格
化した位相不整合量の値は何れも、０．５〜１の値を取
っていることがわかる。規格化した位相不整合量の値が
１以上になると変換効率の大幅な低下が生じ、０．５以
下になると、位相整合カーブのリップルが増大してい
る。8A (b), 8B (b), 8C (b) and 8D.
Referring to (b), it can be seen that the values of the normalized amounts of phase mismatch at both ends of the domain-inverted structure take values of 0.5 to 1. When the normalized value of the amount of phase mismatch is 1 or more, the conversion efficiency is significantly reduced. When the value is 0.5 or less, the ripple of the phase matching curve is increased.

【００７８】これより、ピークフラット位相整合カーブ
を得るには、周期構造の両端における位相不整合量の値
を０．５〜１の範囲に限定しなければならない。Thus, in order to obtain a peak flat phase matching curve, the value of the amount of phase mismatch at both ends of the periodic structure must be limited to the range of 0.5 to 1.

【００７９】また、位相不整合量の分布が従うべき関数
ｆ（ｚ）としてｔａｎ（ｚ）関数のべき関数を用いた場
合も、同様にピークフラットな位相整合特性が得られ
た。Also, when a power function of the tan (z) function was used as the function f (z) to be followed by the distribution of the amount of phase mismatch, a peak-flat phase matching characteristic was similarly obtained.

【００８０】以上の結果、位相不整合量の分布が従うべ
き関数ｆ（ｚ）としては、２次より大きなべき関数、ま
たは三角関数（ｓｉｎ関数或いはｔａｎ関数）を用いる
ことで、ピークフラットな特性を実現できた。更に、べ
き関数と三角関数との組み合わせ、例えばｆ（ｘ）＝ａ
ｘⁿ＊｜ｓｉｎ（ｂｘ）｜^mまたはｆ（ｘ）＝ａｘⁿ＊｜
ｔａｎ（ｂｘ）｜^mでも、ピークフラットな位相整合特
性が実現できた。このとき、２＜ｎ＊ｍ＜６の範囲で、
ピークフラットな特性が得られた。As a result, as a function f (z) to be followed by the distribution of the amount of phase mismatch, a power function larger than the second order or a trigonometric function (sin function or tan function) is used to obtain a peak flat characteristic. Was realized. Further, a combination of a power function and a trigonometric function, for example, f (x) = a
^{x n * | sin (bx)} | m or ^{f (x) = ax n *} |
Even at tan (bx) | ^m , a peak-flat phase matching characteristic was realized. At this time, in the range of 2 <n * m <6,
Peak flat characteristics were obtained.

【００８１】次に、ピークフラットな位相整合特性が実
現可能な位相不整合量分布を、図７、図８Ａ（ｂ）、図
８Ｂ（ｂ）、図８Ｃ（ｂ）、及び図８Ｄ（ｂ）から分析
した。Next, FIG. 7, FIG. 8A (b), FIG. 8B (b), FIG. 8C (b), and FIG. 8D (b) show the phase mismatch distribution which can realize the peak flat phase matching characteristic. Was analyzed.

【００８２】これより、ピークフラットな位相整合特性
を実現する位相不整合量分布を実現するためには、分極
反転構造の中心部に、位相整合波長の中心波長と整合す
るほぼ単一周期Λ₀を有する単一周期構造の部分が存在
し、かつ、位相不整合量が、分極反転周期構造の両端に
向かって徐々に増大する構造が必要であることが分か
る。更に、図示されているいずれの位相不整合量分布に
おいても、ｆ（ｚ）は、その傾きが増大する部分を有す
る。更に分析すると、べき関数及びｓｉｎ関数ともに、
次数ｍとして２以上の値が必要であって、ｆ（ｚ）の２
次の微分係数が、分極反転構造の両端に向かって増大す
る部分を有している必要がある。更に、分極反転構造の
両端における位相不整合量の規格化した値｜ｆ（ｚ）／
Λ₀｜の値は、いずれの場合においても、０．５〜１の
範囲となっている。これらの条件を満足する位相不整合
量分布を与えれば、位相整合特性をピークフラットな形
状に設計できる。Thus, in order to realize a phase mismatch distribution which realizes a peak flat phase matching characteristic, a substantially single period Λ ₀ matching the center wavelength of the phase matching wavelength is provided at the center of the domain-inverted structure. It is understood that there is a need for a structure having a single-period structure having the following structure and in which the amount of phase mismatch gradually increases toward both ends of the domain-inverted periodic structure. Further, in any of the illustrated phase mismatch distributions, f (z) has a portion where the slope increases. Further analysis shows that both the power function and the sin function
A value of 2 or more is required as the order m, and 2 of f (z) is required.
The next derivative must have a portion that increases toward both ends of the domain-inverted structure. Further, a normalized value of the amount of phase mismatch at both ends of the domain-inverted structure | f (z) /
The value of Λ ₀ | is in the range of 0.5 to 1 in each case. If a phase mismatch distribution that satisfies these conditions is given, the phase matching characteristics can be designed to have a flat peak shape.

【００８３】次に、図７に示す位相不整合量分布の特性
を、より簡便な構成で実現する方法について検討した。Next, a method for realizing the characteristics of the phase mismatch amount distribution shown in FIG. 7 with a simpler configuration was examined.

【００８４】ピークフラットな位相整合特性を実現する
には、図７に示した位相不整合量の分布を、分極反転周
期構造に与えればよい。即ち、分極反転周期構造に、上
記で図７及び図８Ａ（ａ）〜８Ｄ（ｂ）を参照して説明
した位相不整合量の分布を近似的に与えることで、同様
の位相整合特性が得られる。ここで、図７及び図８Ａ
（ａ）〜８Ｄ（ｂ）においてピークフラットな位相整合
特性を実現した位相不整合量分布を近似的に表せば、分
極反転構造の中心近傍では中心周期Λ₀の単一周期構造
をとり、分極反転構造の両端近傍で位相不整合量が増加
する構造が必要である。In order to realize a peak flat phase matching characteristic, the distribution of the amount of phase mismatch shown in FIG. 7 may be given to the domain-inverted periodic structure. That is, similar phase matching characteristics can be obtained by approximately giving the distribution of the phase mismatch amount described with reference to FIGS. 7 and 8A (a) to 8D (b) to the domain-inverted periodic structure. Can be Here, FIGS. 7 and 8A
Expressed phase mismatching amount distribution that achieves peak flat phase matching properties in (a) ~8D (b) an approximation, taking a single periodic structure of the central period lambda ₀ is near the center of the poled structure, polarization A structure in which the amount of phase mismatch increases near both ends of the inversion structure is required.

【００８５】そこで、図９（ａ）及び（ｂ）に示すよう
な位相不整合量分布特性を設定した。分極反転構造とし
ては、図９（ａ）に示すように、中心部は周期Λ₀であ
り、端に向かって、分極反転周期がチャープ状に変化し
ている。位相不整合量分布としては、図１０（ｂ）に示
すように、中心近傍は単一周期のために位相不整合量は
０であり、両端には、距離に依存して増大する位相不整
合量分布を有している。位相不整合量の増加の傾きも、
両端に向かって増加するように設定されている。このよ
うな、単一周期構造とチャープ周期構造とを組み合わせ
た構造により、図６とほぼ等しい位相整合特性が実現で
きた。Accordingly, distribution characteristics of the amount of phase mismatch as shown in FIGS. 9A and 9B are set. In the domain-inverted structure, as shown in FIG. 9A, the central portion has a period of 、 ₀ , and the domain-inverted period changes in a chirp toward the end. As shown in FIG. 10B, the phase mismatch amount distribution is 0 because the period near the center is a single period, and the phase mismatch amount at both ends increases depending on the distance. It has a quantity distribution. The slope of the increase in the amount of phase mismatch also
It is set to increase toward both ends. With such a structure in which the single periodic structure and the chirp periodic structure are combined, the phase matching characteristics almost equal to those in FIG. 6 can be realized.

【００８６】更に、図７に示した位相不整合量分布を近
似した他の構造についても、検討した。Further, another structure approximating the phase mismatch distribution shown in FIG. 7 was examined.

【００８７】即ち、中心周期をΛ₀とし、分極反転構造
の一方の端に向かって周期Λ₀＋α１及びΛ₀＋α２の分
極反転領域を設け、反対側の端に向かって周期Λ₀−α
１及びΛ₀−α２の分極反転領域を設ける（ただし、α
２＞α１）。これは、べき関数に従って変化する位相不
整合量分布を、２つの領域の間で周期が変化している構
造に簡略化した５分割分極反転構造である。この構造で
は、分極反転周期が、中心から端に向かって２段階に分
かれて変化し、その変化量は端に近いほど大きい。これ
は、べき関数を近似した構造であって、周期構造の端に
向かって位相不整合が増大する構造である。That is, the center period is set to Λ _0, and domain-inverted regions with periods Λ ₀ + α1 and Λ ₀ + α 2 are provided toward one end of the domain-inverted structure, and the period Λ ₀ -α is set toward the opposite end.
1 and a domain-inverted region of Λ ₀ -α2 (provided that α
2> α1). This is a five-division domain-inverted structure in which the phase mismatch distribution that changes according to a power function is simplified to a structure in which the period changes between two regions. In this structure, the domain inversion period changes in two steps from the center to the end, and the change amount increases as the position approaches the end. This is a structure approximating a power function, in which phase mismatch increases toward the end of the periodic structure.

【００８８】実際には、図１０（ａ−２）、（ｂ−
２）、（ｃ−２）、（ｄ−２）にそれぞれ示すようなグ
レーティング長（距離）依存性を有する位相不整合量分
布についてシミュレーションを行って、各場合の位相整
合特性を求めたところ、図１０（ａ−１）、（ｂ−
１）、（ｃ−１）、（ｄ−１）にそれぞれ示す特性が得
られた。これらの図に描かれている特性を比較すれば、
位相不整合量のグレーティング長（距離）依存性を変え
ることで、ピークフラットに近い特性を呈する構造が実
現でき、これによって、位相整合波長許容度も自由に設
計できることがわかる。また、グレーティングの両端で
の位相不整合量の大きさが大きくなるにつれて、許容度
が拡大していることが分かる。グレーティングの両端に
おける位相不整合量の値として、０．５〜１の範囲であ
る場合に、ほぼピークフラットな位相整合特性が実現で
きた。Actually, FIGS. 10 (a-2) and (b-
2) A simulation was performed on the phase mismatch distribution having grating length (distance) dependence as shown in (c-2) and (d-2), and the phase matching characteristics in each case were obtained. 10 (a-1), (b-
The characteristics shown in 1), (c-1), and (d-1) were obtained. By comparing the characteristics depicted in these figures,
By changing the dependence of the amount of phase mismatch on the grating length (distance), it is possible to realize a structure exhibiting a characteristic close to a peak flat, and thereby it is possible to freely design the tolerance of the phase matching wavelength. Also, it can be seen that the tolerance increases as the magnitude of the phase mismatch at both ends of the grating increases. When the value of the amount of phase mismatch at both ends of the grating is in the range of 0.5 to 1, a substantially flat phase matching characteristic can be realized.

【００８９】上記の構造と位相シフト構造との違いは、
より広い範囲に位相整合特性を拡大できる点である。等
しい周期を有する分極反転構造に位相シフトを挿入する
位相シフト構造の場合、０．８５μｍの位相整合波長に
対する波長許容度の拡大範囲は、位相整合波長領域を同
程度の大きさに３分割する構造の場合で、０．１〜０．
１３ｎｍ程度である。これに対して、本発明の構造で
は、０．２ｎｍ以上に波長許容度を拡大できる。The difference between the above structure and the phase shift structure is as follows.
The point is that the phase matching characteristics can be expanded to a wider range. In the case of a phase shift structure in which a phase shift is inserted into a domain-inverted structure having the same period, the expanded range of the wavelength tolerance for a phase matching wavelength of 0.85 μm is a structure in which the phase matching wavelength region is divided into three equal sizes. In the case of 0.1 to 0.1.
It is about 13 nm. On the other hand, in the structure of the present invention, the wavelength tolerance can be expanded to 0.2 nm or more.

【００９０】分割数を更に増やすと、よりピークフラッ
トな特性が実現できる。例えば、７分割構造の場合につ
いて、図１１（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）、
（ｄ−２）にそれぞれ示すようなグレーティング長（距
離）依存性を有する位相不整合量分布についてシミュレ
ーションを行って、各場合の位相整合特性を求めたとこ
ろ、図１１（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）、（ｄ
−１）にそれぞれ示す特性が得られた。これより、分割
数を増加させてもピークフラットに近い位相整合特性が
実現でき、波長許容幅も自由に設計できることが分か
る。If the number of divisions is further increased, a more flat peak characteristic can be realized. For example, in the case of a seven-segment structure, FIGS. 11 (a-2), (b-2), (c-2),
Simulations were performed on the phase mismatch distribution having grating length (distance) dependence as shown in (d-2), and the phase matching characteristics in each case were obtained. b-1), (c-1), (d
The characteristics shown in -1) were obtained. From this, it can be seen that even if the number of divisions is increased, a phase matching characteristic close to a peak flat can be realized, and the allowable wavelength width can be freely designed.

【００９１】以上より分かるように、ピークフラットな
位相整合特性を実現する波長許容度拡大を実現する構造
としては、中央部に位相不整合条件を満足する単一周期
部分を有し、両端に向かって位相不整合量が増加する構
造で、かつ位相不整合量の増加の傾きが両端に向かって
増えていることが必要である。即ち、分極反転構造が、
中央部に単一周期構造を有し、その両側には、分極反転
の一方の端に向かって分極反転周期Λが減少するチャー
プ構造と、分極反転の他方の端に向かって分極反転周期
Λが増大するチャープ構造と、を有しているときに、位
相整合特性の波長許容度をピークフラットな形状で拡大
できることが分かった。As can be seen from the above description, the structure for realizing the extension of the wavelength tolerance for realizing the peak flat phase matching characteristic has a single period portion which satisfies the phase mismatch condition at the center, and is located toward both ends. Therefore, it is necessary that the amount of phase mismatch increases and the slope of the increase in the amount of phase mismatch increases toward both ends. That is, the domain-inverted structure is
It has a single periodic structure in the center, and on both sides a chirp structure in which the domain inversion period Λ decreases toward one end of domain inversion, and a domain inversion period 向 か っ て toward the other end of domain inversion. It has been found that when having an increasing chirp structure, the wavelength tolerance of the phase matching characteristic can be expanded in a peak flat shape.

【００９２】なお、本実施の形態では、光波長変換素子
の形状については述べなかったが、バルク型または光導
波路型の何れの構造にも、本発明は適用可能である。光
導波路型の構造に本発明を適用する場合には、導波光間
で光波長変換を行うことで光の閉じ込めを強化し、かつ
長い相互作用長を実現できるため、高効率の波長変換が
可能であり有効である。また、バルク型の構造に本発明
を適用する場合には、結晶を共振器構造内に設置するこ
とで、変換効率の大幅な向上が可能となる。In this embodiment, the shape of the optical wavelength conversion element has not been described, but the present invention is applicable to any structure of the bulk type or the optical waveguide type. When the present invention is applied to an optical waveguide type structure, high-efficiency wavelength conversion is possible by performing light wavelength conversion between guided lights to enhance light confinement and realize a long interaction length. It is effective. In addition, when the present invention is applied to a bulk type structure, the conversion efficiency can be significantly improved by disposing the crystal in the resonator structure.

【００９３】また、周期状の分極反転構造としては、Ｌ
ｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＫＴＰにおいて短周期の分極
反転構造の形成が可能であり、光波長変換素子として高
効率の変換が達成できる。The periodic domain-inverted structure includes L
In iNbO ₃ , LiTaO ₃ , and KTP, a short-period domain-inverted structure can be formed, and high-efficiency conversion can be achieved as an optical wavelength conversion element.

【００９４】（実施の形態２）ここでは、位相シフト分
極反転構造を他の構造により実現する方法について、説
明する。(Embodiment 2) Here, a method of realizing the phase shift domain inversion structure by another structure will be described.

【００９５】分極反転構造により波長許容度を拡大する
方法として、位相シフト分極反転構造がある。これは、
等しい周期を有する分極反転構造間に位相シフト部（位
相制御部）を挿入し、位相整合波長許容度を拡大する方
法である。この構造では、挿入された位相シフト部で、
位相不整合量を発生する。As a method of expanding the wavelength tolerance by using the domain-inverted structure, there is a phase-shift domain-inverted structure. this is,
In this method, a phase shift unit (phase control unit) is inserted between domain-inverted structures having the same period to increase the phase matching wavelength tolerance. In this structure, the inserted phase shift section
Generates a phase mismatch amount.

【００９６】これに対して、本実施形態では、同様の位
相不整合の発生を、異なる分極反転周期を有する周期構
造を挿入することで実現する。具体的には、図１２
（ａ）に示すように、従来の位相シフト部の代わりに、
分極反転周期がΛ₀である分極反転領域６１３の間に、
周期の異なる分極反転領域６１４及び６１５、具体的に
は、周期Λ₀＋αで＋δの位相シフトを与える分極反転
領域６１４と周期Λ₀−αで−δの位相シフトを与える
分極反転領域６１５とを、位相制御部６１４及び６１５
として挿入する。この場合の位相不整合量を図示する
と、図１２（ｂ）となる。このように、位相シフトが、
位相制御部６１４及び６１５で分布をもって形成され
る。ただし、位相整合特性は、従来の位相シフト部で位
相シフトδを与えた場合に、ほぼ等しい。このような構
成に基本波６０６を入射させれば、高調波６０７が得ら
れる。On the other hand, in the present embodiment, similar occurrence of phase mismatch is realized by inserting periodic structures having different polarization inversion periods. Specifically, FIG.
As shown in (a), instead of the conventional phase shift unit,
During the poling period is lambda ₀ polarization inversion region 613,
Domain-inverted regions 614 and 615 having different periods, specifically, domain-inverted regions 614 giving a phase shift of + δ with period Λ ₀ + α and domain-inverted regions 615 giving a phase shift of −δ with period Λ ₀ -α. , Phase control units 614 and 615
Insert as FIG. 12B illustrates the amount of phase mismatch in this case. Thus, the phase shift is
It is formed with a distribution by the phase controllers 614 and 615. However, the phase matching characteristics are substantially equal when a phase shift δ is given by a conventional phase shift unit. When the fundamental wave 606 is incident on such a configuration, a harmonic 607 is obtained.

【００９７】本実施形態の構成では、従来の位相シフト
構造に比べて、ピークフラットな位相整合波長特性の許
容度拡大率を大きくすることができる。従来の位相シフ
ト構造の場合、０．８５μｍの位相整合波長に対する波
長許容度の拡大範囲は、位相整合波長領域を同程度の大
きさに３分割する構造の場合で、０．１〜０．１３ｎｍ
程度である。これに対して、本発明の構造では、０．１
８ｎｍ以上に波長許容度を拡大できる。このように波長
許容度の拡大率の設計値が増大することで、より安定な
出力特性を有する光波長変換素子が製造できる。In the configuration of the present embodiment, it is possible to increase the allowable magnification of the peak flat phase matching wavelength characteristic as compared with the conventional phase shift structure. In the case of the conventional phase shift structure, the expanded range of the wavelength tolerance with respect to the phase matching wavelength of 0.85 μm is 0.1 to 0.13 nm in the case of the structure in which the phase matching wavelength region is divided into the same size into three.
It is about. In contrast, in the structure of the present invention, 0.1
The wavelength tolerance can be expanded to 8 nm or more. By increasing the design value of the enlargement ratio of the wavelength tolerance in this way, an optical wavelength conversion element having more stable output characteristics can be manufactured.

【００９８】（実施の形態３）ここでは、半導体レーザ
と光波長変換素子からなるコヒーレント光発生装置（コ
ヒーレント光源とも称する）において、常に安定な出力
特性の実現が可能な構造について述べる。(Embodiment 3) Here, a coherent light generator (also referred to as a coherent light source) comprising a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element will be described in terms of a structure capable of always achieving stable output characteristics.

【００９９】具体的には、本実施形態では、半導体レー
ザと光波長変換素子によりコヒーレント光源を構成する
場合に、光波長変換素子から出射する高調波出力を安定
化させるために、最低不可欠な光波長変換素子の波長許
容度及びチューニングカーブ特性を明らかにしている。More specifically, in the present embodiment, when a coherent light source is constituted by a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, at least the light indispensable for stabilizing the output of harmonics emitted from the optical wavelength conversion element is required. The wavelength tolerance and tuning curve characteristics of the wavelength conversion element are clarified.

【０１００】図１３に、本実施形態によるコヒーレント
光源の構造を示す。この構成は、光波長変換素子６２１
と半導体レーザ６２２とから構成されて、光波長変換素
子６２１は、入射部６２３と出射部６２４を有する。半
導体レーザ６２２は、出射波長を可変できる機能を有し
ており、光波長変換素子６２１の位相整合条件を満足す
る波長に出射波長を合わせることで、出力の安定化を図
っている。FIG. 13 shows the structure of the coherent light source according to the present embodiment. This configuration is based on the optical wavelength conversion element 621.
The optical wavelength conversion element 621 includes an incident part 623 and an emission part 624. The semiconductor laser 622 has a function of changing the emission wavelength, and stabilizes the output by adjusting the emission wavelength to a wavelength that satisfies the phase matching condition of the optical wavelength conversion element 621.

【０１０１】この様な構成において、光波長変換素子６
２１から出射される高調波の出力安定化のために必要な
特性について、検討した。In such a configuration, the optical wavelength conversion element 6
The characteristics required for stabilizing the output of the harmonics emitted from 21 were examined.

【０１０２】半導体レーザの発振波長は、グレーティン
グフィードバックや波長フィルターを利用した光フィー
ドバックにより、可変できる。また、半導体レーザにお
ける光導波路の一部にＤＢＲグレーティングを集積化
し、ＤＢＲグレーティングの反射波長を温度やプラズマ
効果を利用して可変することによっても、半導体レーザ
の発振波長を可変することが可能である。しかし、半導
体レーザは、半導体レーザの共振器構造に起因する縦モ
ード間隔でしか発振しないため、その発振波長は、飛び
飛びの発振波長でのみ可変となる。例えば、０．１ｎｍ
程度の間隔で、発振波長を制御できる。The oscillation wavelength of a semiconductor laser can be varied by grating feedback or optical feedback using a wavelength filter. Also, the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be varied by integrating the DBR grating in a part of the optical waveguide in the semiconductor laser and varying the reflection wavelength of the DBR grating by using the temperature and the plasma effect. . However, since the semiconductor laser oscillates only at the longitudinal mode interval due to the resonator structure of the semiconductor laser, its oscillation wavelength can be changed only at discrete oscillation wavelengths. For example, 0.1 nm
The oscillating wavelength can be controlled at such intervals.

【０１０３】一方、光波長変換素子は、通常、波長許容
度の非常に狭い特性を有する。例えば、素子長１０ｍｍ
のＬｉＮｂＯ₃で作製した導波路型光波長変換素子など
では、０．１ｎｍ以下の半値全幅を有する。このときの
光波長変換素子の位相整合特性と、半導体レーザの発振
波長との関係を、図１４（ａ）及び（ｂ）に模式的に示
す。図１４（ａ）及び（ｂ）において、６２５は半導体
レーザの発振モード（縦モード）であり、６２６が光波
長変換素子のチューニングカーブである。On the other hand, an optical wavelength conversion element usually has a very narrow wavelength tolerance. For example, the element length is 10 mm
In such a waveguide type optical wavelength conversion element manufactured in LiNbO ₃ of, it has the following FWHM 0.1 nm. FIGS. 14A and 14B schematically show the relationship between the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element and the oscillation wavelength of the semiconductor laser at this time. 14A and 14B, reference numeral 625 denotes an oscillation mode (longitudinal mode) of the semiconductor laser, and 626 denotes a tuning curve of the optical wavelength conversion element.

【０１０４】図１４（ａ）においては、チューニングカ
ーブ６２６のピークと半導体レーザの発振モード６２５
が重なっている。この場合、半導体レーザの縦モード６
２５をチューニングカーブ６２６のピークの位置に調整
することで、最大の高調波出力が得られる。ところが、
図１４（ｂ）に示すように、チューニングカーブ６２６
のピークが半導体レーザの縦モード６２５の中央近傍に
位置する場合、半導体レーザの発振波長を調整しても、
高調波の出力を最大にすることができなくなる。従っ
て、このようなコヒーレント光源においては、半導体レ
ーザの波長を調整しても、安定な高調波出力が得られな
い。In FIG. 14A, the peak of the tuning curve 626 and the oscillation mode 625 of the semiconductor laser are shown.
Are overlapping. In this case, the longitudinal mode 6 of the semiconductor laser
By adjusting 25 to the peak position of the tuning curve 626, the maximum harmonic output can be obtained. However,
As shown in FIG. 14B, the tuning curve 626
Is located near the center of the longitudinal mode 625 of the semiconductor laser, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser is adjusted,
Harmonic output cannot be maximized. Therefore, in such a coherent light source, a stable harmonic output cannot be obtained even if the wavelength of the semiconductor laser is adjusted.

【０１０５】これを解決するには、光波長変換素子のチ
ューニングカーブの平坦部分が、少なくとも半導体レー
ザの縦モード６２５の間隔より広いことが要求される。
チューニングカーブの平坦部分が半導体レーザの縦モー
ド６２５の間隔より広い場合、すなわち、図１５（ａ）
及び（ｂ）に示すチューニングカーブ６３６の場合に
は、チューニングカーブ６３６のピークと半導体レーザ
の縦モード６２５との位置関係に関わらず、高調波の最
大出力が得られる。これによって、半導体レーザの波長
を可変することで、出力の安定化を図ることができる。To solve this, it is required that the flat portion of the tuning curve of the optical wavelength conversion element is wider than at least the interval between the longitudinal modes 625 of the semiconductor laser.
When the flat portion of the tuning curve is wider than the interval between the longitudinal modes 625 of the semiconductor laser, that is, FIG.
In the case of the tuning curve 636 shown in (b), the maximum output of the harmonic is obtained regardless of the positional relationship between the peak of the tuning curve 636 and the longitudinal mode 625 of the semiconductor laser. Thus, the output can be stabilized by varying the wavelength of the semiconductor laser.

【０１０６】次に、半導体レーザからの出力を変調し、
コヒーレント光源から出射する高調波出力を変調するこ
とを試みた。その結果、半導体レーザの発振波長のチャ
ーピングの問題が明らかになった。半導体レーザのチャ
ーピングとは、半導体レーザの出力を変調すると、出力
強度に比例して半導体レーザの活性層の温度が変化し、
これによって、半導体レーザの発振波長が変動する現象
である。Next, the output from the semiconductor laser is modulated,
An attempt was made to modulate the harmonic output from a coherent light source. As a result, the problem of chirping of the oscillation wavelength of the semiconductor laser became clear. Chirping of a semiconductor laser means that when the output of a semiconductor laser is modulated, the temperature of the active layer of the semiconductor laser changes in proportion to the output intensity.
This is a phenomenon in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser fluctuates.

【０１０７】例えば、図１６（ａ）に示すように、半導
体レーザの出力を一定の状態Ａから特定の周波数で変調
する状態Ｂにすると、状態Ａと状態Ｂでは、平均の光強
度が異なる。これによって、状態Ａ及びＢで、半導体レ
ーザ活性層の温度が異なり、発振波長は、状態Ａから状
態Ｂに変わった瞬間に、数１０μｓオーダで変化する。
このときのコヒーレント光源からの高調波出力をモニタ
ーすると、図１６（ｂ）に示すように、出力が徐々に変
化する。For example, as shown in FIG. 16A, when the output of the semiconductor laser is changed from a constant state A to a state B in which the output is modulated at a specific frequency, the average light intensity differs between the state A and the state B. As a result, the temperature of the semiconductor laser active layer differs between the states A and B, and the oscillation wavelength changes on the order of several tens of μs at the moment when the state A changes from the state A to the state B.
When the harmonic output from the coherent light source at this time is monitored, the output gradually changes as shown in FIG.

【０１０８】これに対して、先に図１５（ｂ）に示した
ように半導体レーザの縦モード間隔より広い波長許容度
を有する光波長変換素子を用いて半導体レーザの変調特
性を測定したところ、図１６（ｃ）に示すように、安定
な変調特性が得られた。この特性を更に分析すると、半
導体レーザの発振波長のチャーピング波長は、最大で、
半導体レーザの縦モード間隔だけ変化することを見出し
た。すなわち、光フィードバックで半導体レーザの発振
波長を安定化させても、半導体レーザの活性層の温度が
変化することで、発振モードの波長が変動する。このた
めに、発振波長が、最大で縦モード間隔だけ変動する。
これを安定化させるためには、光波長変換素子のチュー
ニングカーブがピーク近傍で平坦部を有し、かつ平坦部
が半導体レーザの縦モード間隔より大きいことが重要で
あることが分かった。On the other hand, when the modulation characteristics of the semiconductor laser were measured using an optical wavelength conversion element having a wavelength tolerance wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser as shown in FIG. As shown in FIG. 16C, a stable modulation characteristic was obtained. Further analysis of this characteristic shows that the chirped wavelength of the oscillation wavelength of the semiconductor laser is a maximum,
It has been found that it changes by the longitudinal mode interval of the semiconductor laser. That is, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized by optical feedback, the wavelength of the oscillation mode varies due to a change in the temperature of the active layer of the semiconductor laser. For this reason, the oscillation wavelength fluctuates at most by the longitudinal mode interval.
In order to stabilize this, it has been found that it is important that the tuning curve of the optical wavelength conversion element has a flat portion near the peak and that the flat portion is larger than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser.

【０１０９】ここで注意しなければならないのは、光波
長変換素子における波長許容度と変換効率とが、トレー
ドオフの関係にあることである。すなわち、波長許容度
を増大させるに従って、光波長変換素子の変換効率は低
下する。従って、光波長変換素子の波長許容度の拡大
は、必要最小限にとどめる必要がある。It should be noted here that there is a trade-off between the wavelength tolerance and the conversion efficiency in the optical wavelength conversion device. That is, as the wavelength tolerance increases, the conversion efficiency of the optical wavelength conversion element decreases. Therefore, it is necessary to minimize the increase in the wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element.

【０１１０】以上の結果、半導体レーザの波長を制御し
てコヒーレント光源を安定化させるには、光波長変換素
子のチューニングカーブがピーク近傍で平坦であり、か
つ平坦な部分が半導体レーザの縦モード間隔より大きい
必要がある。チューニングカーブの平坦性は、コヒーレ
ント光源に要求される出力変動の範囲に依存する。通常
のレーザ光源では５％程度の出力変動が許されるが、こ
のような場合には、半導体レーザの縦モード間隔に相当
する波長範囲におけるチューニングカーブの平坦度は、
５％以下であればよい。一方、更に厳しい特性が要求さ
れる用途においては、より平坦なチューニングカーブが
要求される。As a result, in order to stabilize the coherent light source by controlling the wavelength of the semiconductor laser, the tuning curve of the optical wavelength conversion element is flat near the peak, and the flat part is the vertical mode interval of the semiconductor laser. Need to be bigger. The flatness of the tuning curve depends on the range of output fluctuation required for the coherent light source. In a normal laser light source, an output fluctuation of about 5% is allowed. In such a case, the flatness of the tuning curve in the wavelength range corresponding to the longitudinal mode interval of the semiconductor laser is:
What is necessary is just 5% or less. On the other hand, in applications requiring more severe characteristics, a flatter tuning curve is required.

【０１１１】上記の検討結果に基づいて、実施の形態１
に示した光波長変換素子と半導体レーザによりコヒーレ
ント光源を構成し、出力の安定化実験を行った。しか
し、半導体レーザの波長調整することで光波長変換素子
の位相整合波長に一致させ、高調波出力の安定化を図っ
たところ、出力が大きく変動し、設計通りの安定化が得
られない場合があることが明らかになった。そこで、高
調波出力変動の要因について更に検討を行うため、図１
７に示すように、基本波の波長を連続的に変化させて、
高調波出力の変化を観測した。Embodiment 1 based on the above study results
A coherent light source was constructed by using the optical wavelength conversion element and the semiconductor laser shown in (1), and an output stabilization experiment was performed. However, by adjusting the wavelength of the semiconductor laser to match the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element and stabilizing the harmonic output, the output fluctuates greatly, and there may be cases where the designed stabilization cannot be obtained. It turned out that there was. Therefore, in order to further study the factors of the harmonic output fluctuation, FIG.
As shown in FIG. 7, by continuously changing the wavelength of the fundamental wave,
A change in harmonic output was observed.

【０１１２】その結果、光波長変換素子の許容度の範囲
で、高調波出力が細かく変動していることが明らかにな
った。この原因を検討したところ、基本波及び高調波が
光波長変換素子の入射部端面及び出射部端面でフレネル
反射し、この光が互いに干渉することで、高調波出力を
不安定にしていることが明らかになった。すなわち、入
射部及び出射部における端面反射光が互いに干渉し、か
つ波長の変化により光波長変換素子の光路長が変化する
ことで、端面反射光の干渉度合いが変化して、出力を不
安定にしている。更に、基本波出力を変調して高調波の
出力を変調する場合にも、同様の出力変動が観測され
た。As a result, it was clarified that the harmonic output fluctuated finely within the allowable range of the optical wavelength conversion element. After examining the cause, it was found that the fundamental wave and the harmonic wave are Fresnel-reflected at the incident end face and the exit end face of the optical wavelength conversion element, and this light interferes with each other, thereby rendering the harmonic output unstable. It was revealed. That is, the end face reflected light at the incident part and the output part interfere with each other, and the optical path length of the optical wavelength conversion element changes due to the change in wavelength, so that the degree of interference of the end face reflected light changes and the output becomes unstable. ing. Further, when the output of the harmonic was modulated by modulating the output of the fundamental wave, the same output fluctuation was observed.

【０１１３】このように、半導体レーザを変調すると、
半導体レーザの波長が変化するため、波長許容度を拡大
した光波長変換素子を用いても出力の安定化が難しく、
高調波の雑音レベルを大幅に増大させる。この問題を解
決するためには、端面反射による干渉を防止する方法と
して、入射部または出射部の少なくとも何れか一方に、
高調波及び基本波に対する反射防止膜を形成する。端面
に反射防止膜を堆積することでフレネル反射を防止し、
端面反射による干渉効果を低減できる。その結果、非常
に安定な出力特性を有するコヒーレント光源を実現でき
る。As described above, when the semiconductor laser is modulated,
Because the wavelength of the semiconductor laser changes, it is difficult to stabilize the output even if an optical wavelength conversion element with an increased wavelength tolerance is used,
Significantly increase the noise level of harmonics. In order to solve this problem, as a method of preventing interference due to end face reflection, at least one of the incident portion and the outgoing portion,
An anti-reflection film for a harmonic and a fundamental wave is formed. Prevent Fresnel reflection by depositing an anti-reflection film on the end face,
The interference effect due to the end face reflection can be reduced. As a result, a coherent light source having very stable output characteristics can be realized.

【０１１４】更に、基本波に対する反射防止膜は、入射
部及び出射部ともに形成するのが望ましい。半導体レー
ザでは、外部に出射した光が再び活性層内に戻ること
で、雑音の増大や出力の変動などの問題が発生する。こ
れを防止するために、基本波に対する反射防止膜は、出
射部及び入射部の両方に形成することが望ましい。一
方、高調波に対する反射防止膜は、入射部または出射部
のどちらか一方でよいが、出射部に形成するのが望まし
い。これは、出射部に高調波の反射防止膜を形成するこ
とで、端面のフレネル反射による損失を防止し、より高
出力の高調波を得ることができるためである。Further, it is desirable to form an antireflection film for the fundamental wave on both the incident part and the outgoing part. In the semiconductor laser, light emitted to the outside returns to the active layer again, which causes a problem such as an increase in noise and a change in output. In order to prevent this, it is preferable that the antireflection film for the fundamental wave is formed on both the emission part and the incidence part. On the other hand, the antireflection film for harmonics may be provided on either the incident portion or the output portion, but is preferably formed on the output portion. This is because, by forming a harmonic antireflection film on the emission section, loss due to Fresnel reflection at the end face can be prevented, and higher output harmonics can be obtained.

【０１１５】従って、望ましい構成としては、出射部に
は、基本波及び高調波ともに反射防止効果を有する反射
防止膜を形成し、入射部には、基本波に対する反射防止
膜を形成する。Therefore, as a desirable configuration, an anti-reflection film having an anti-reflection effect for both the fundamental wave and the harmonics is formed in the emission portion, and an anti-reflection film for the fundamental wave is formed in the incidence portion.

【０１１６】入射部及び出射部における端面反射の干渉
効果により高調波出力が不安定になる問題を解決する他
の方法として、半導体レーザの駆動電流に高周波を重畳
する方法がある。As another method for solving the problem that the harmonic output becomes unstable due to the interference effect of the end face reflection at the incident portion and the emission portion, there is a method of superimposing a high frequency on the drive current of the semiconductor laser.

【０１１７】端面反射光が干渉を起こす原因として、光
のコヒーレンスが高いために、互いに光が干渉しあうこ
とがある。そこで、この点を克服するために、コヒーレ
ンスを低下させて、干渉度を低減させることが考えられ
る。これは、半導体レーザの駆動電流を高い周波数で変
調することでコヒーレンスを低下させる方法であって、
数１００ＭＨｚ以上の高い周波数で変調を加える。この
とき、半導体レーザの発振波長がシングルモードからマ
ルチモードになって広がるが、このようなマルチモード
化は、ＤＢＲグレーティング等を用いて強い光フィード
バックを活性層内に帰還することで、防止できる。As a cause of the interference of the end face reflected light, the light may interfere with each other due to the high coherence of the light. Therefore, in order to overcome this point, it is conceivable to reduce coherence and reduce the degree of interference. This is a method of reducing the coherence by modulating the driving current of the semiconductor laser at a high frequency,
Modulation is applied at a high frequency of several hundred MHz or more. At this time, the oscillation wavelength of the semiconductor laser spreads from a single mode to a multimode, but such a multimode can be prevented by feeding back strong optical feedback into the active layer using a DBR grating or the like.

【０１１８】このように、半導体レーザに高周波を重畳
することで、端面干渉を低減して、高調波出力の安定性
を確保することができる。As described above, by superposing the high frequency on the semiconductor laser, it is possible to reduce the end face interference and to ensure the stability of the harmonic output.

【０１１９】更に、高周波重畳には、光波長変換素子の
効率を大幅に増大させるという特徴がある。光波長変換
素子の効率は、基本波のパワーに比例して増大する。半
導体レーザを高周波重畳で駆動すると、尖塔値の高いパ
ルス列発振となり、各ピークの値が数倍から１０倍以上
に増加する。このため、高強度のパルス光の波長変換と
なり、変換効率が大幅に増大する。実験では、２〜３倍
以上の変換効率向上が観測された。この点からも、高周
波重畳した半導体レーザを用いることは、有効である。Further, the high frequency superposition has a feature that the efficiency of the optical wavelength conversion element is greatly increased. The efficiency of the optical wavelength conversion element increases in proportion to the power of the fundamental wave. When the semiconductor laser is driven by superimposition of high frequency, pulse train oscillation having a high spire value occurs, and the value of each peak increases from several times to ten times or more. For this reason, wavelength conversion of high intensity pulsed light is performed, and the conversion efficiency is greatly increased. In the experiment, a conversion efficiency improvement of 2 to 3 times or more was observed. From this point as well, it is effective to use a semiconductor laser with high frequency superposition.

【０１２０】更に、高周波重畳によって半導体レーザの
発振波長の幅がわずかに広がる場合にも、波長許容度を
拡大した光波長変換素子においては、半導体レーザの発
振波長より広い波長許容度を実現することができるた
め、全ての光を効率よく波長変換することが可能とな
り、高効率で光波長変換が行える。Furthermore, even in the case where the width of the oscillation wavelength of a semiconductor laser is slightly widened by high-frequency superposition, a wavelength tolerance wider than the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be realized in an optical wavelength conversion element having an increased wavelength tolerance. Therefore, it is possible to efficiently convert the wavelength of all light, and to perform light wavelength conversion with high efficiency.

【０１２１】（実施の形態４）ここでは、光波長変換素
子を用いたコヒーレント光発生装置について述べる。(Embodiment 4) Here, a coherent light generator using an optical wavelength conversion element will be described.

【０１２２】前述した実施形態による光波長変換素子の
構成により、高効率で安定な光波長変換素子の実現が可
能となる。そこで、本光波長変換素子を用いたコヒーレ
ント光発生装置として、短波長光源の作製を試みた。こ
の短波長光源は、波長８５０ｎｍ帯の半導体レーザと、
集光光学系と、光波長変換素子より構成され、半導体レ
ーザから出射された光を、集光光学系により光波長変換
素子の導波路短面に集光し、導波モードを励起する。光
波長変換素子の他の導波路端面より、波長変換されたＳ
ＨＧ光が出射する。With the configuration of the optical wavelength conversion device according to the above-described embodiment, a highly efficient and stable optical wavelength conversion device can be realized. Therefore, an attempt was made to produce a short-wavelength light source as a coherent light generator using the present light wavelength conversion element. This short wavelength light source includes a semiconductor laser having a wavelength of 850 nm,
It is composed of a condensing optical system and a light wavelength conversion element. Light emitted from the semiconductor laser is condensed on the short surface of the waveguide of the light wavelength conversion element by the condensing optical system to excite a waveguide mode. S wavelength-converted S from the other waveguide end face of the optical wavelength conversion element.
HG light is emitted.

【０１２３】本発明によって変換効率が高い光波長変換
素子が実現したため、上記のような構成を有する本実施
形態の短波長光源（コヒーレント光発生装置）では、出
力１００ｍＷ程度の半導体レーザを用いて、１０ｍＷの
青色ＳＨＧ光が得られた。また、用いた波長変換素子は
波長許容度が拡大されており、かつフラットなチューニ
ング特性を有するため、波長変動に対して安定な出力特
性が得られる。この結果、出力変動を５％以下に抑える
ことができる。Since the optical wavelength conversion device having high conversion efficiency is realized by the present invention, the short-wavelength light source (coherent light generation device) of the present embodiment having the above-described configuration uses a semiconductor laser having an output of about 100 mW, 10 mW blue SHG light was obtained. Further, the wavelength conversion element used has an increased wavelength tolerance and has a flat tuning characteristic, so that a stable output characteristic with respect to wavelength fluctuation can be obtained. As a result, output fluctuation can be suppressed to 5% or less.

【０１２４】４００ｎｍ帯の波長は、印刷製版、バイオ
エンジニアリング、蛍光分光特性などの特殊計測分野
や、光ディスク分野など、広い応用分野において望まれ
ている。本発明の光波長変換素子を用いた短波長光源
は、出力特性及び動作安定性の両面から、これらの応用
分野での実用化が可能である。The wavelength in the 400 nm band is desired in a wide range of application fields such as printing plate making, bioengineering, special measurement fields such as fluorescence spectroscopic properties, and optical disc fields. The short-wavelength light source using the optical wavelength conversion element of the present invention can be put to practical use in these application fields in view of both output characteristics and operational stability.

【０１２５】なお、本実施の形態では、半導体レーザの
光を集光光学系を用いて光導波路に結合させたが、半導
体レーザと光導波路を直接結合させることも可能であ
る。具体的には、ＴＥモード伝搬の光導波路を用いる
と、光導波路内の電界分布を、半導体レーザの導波モー
ドと等しくすることが可能となるため、集光レンズなし
でも高効率で結合できる。実験では、結合効率８０％で
直接結合が可能であり、レンズ結合とほぼ同等の結合特
性が得られることを確認した。直接結合を用いると、小
型で低価格の光源が実現でき、有望である。In this embodiment, the light of the semiconductor laser is coupled to the optical waveguide by using the condensing optical system. However, the semiconductor laser and the optical waveguide can be directly coupled. Specifically, when an optical waveguide propagating in the TE mode is used, the electric field distribution in the optical waveguide can be made equal to the waveguide mode of the semiconductor laser, so that coupling can be performed with high efficiency without a condenser lens. In experiments, it was confirmed that direct coupling was possible with a coupling efficiency of 80%, and that coupling characteristics almost equivalent to lens coupling were obtained. With direct coupling, a small and inexpensive light source can be realized and is promising.

【０１２６】更に、パラメトリック発振を利用しても、
波長可変レーザの可変波長領域の拡大が可能である。Further, even if parametric oscillation is used,
The tunable wavelength range of the tunable laser can be expanded.

【０１２７】周期状の分極反転構造を有する光波長変換
素子とレーザ光源を用いれば、パラメトリック発振が可
能である。パラメトリック発振によれば、波長λ３の基
本波を入力すると、１／λ３＝１／λ１＋１／λ２の関
係を満足する波長λ２のシグナル光及び波長λ１のアイ
ドラー光を発生することが可能である。これより、波長
λ３の基本波を用いて、上記の条件を満足する波長を有
する光を、波長可変しながら出力することができて、波
長可変なレーザ光源が実現できる。If an optical wavelength conversion element having a periodically poled structure and a laser light source are used, parametric oscillation is possible. According to the parametric oscillation, when a fundamental wave of the wavelength λ3 is input, it is possible to generate signal light of the wavelength λ2 and idler light of the wavelength λ1 satisfying the relationship of 1 / λ3 = 1 / λ1 + 1 / λ2. As a result, light having a wavelength satisfying the above condition can be output while tunable using the fundamental wave of wavelength λ3, and a tunable laser light source can be realized.

【０１２８】このようなパラメトリック発振を可能にす
る構成において、本発明の光波長変換素子を用いれば、
広い波長許容度を有する光波長変換素子が実現できるた
め、安定な出力を得ることができる。In the configuration enabling such parametric oscillation, if the optical wavelength conversion element of the present invention is used,
Since an optical wavelength conversion element having a wide wavelength tolerance can be realized, a stable output can be obtained.

【０１２９】更に、従来のパラメトリック発振で問題と
なっていた波長可変範囲の拡大を、実現できる。Further, it is possible to expand the wavelength variable range which has been a problem in the conventional parametric oscillation.

【０１３０】周期Λの分極反転構造を用いてパラメトリ
ック発振を行った場合、Λ＝２ｍπ／（β３−β１−β
２）の関係を満足する波長λ１の光と波長λ２の光が発
生可能である。しかし、従来技術では、Λの条件を満足
する波長許容度が狭いため、同一の周期構造内で発生条
件を満足する波長の条件が狭く、波長可変の範囲が極端
に狭いという問題があった。これに対して、本発明の光
波長変換素子を用いると、位相整合波長許容度の拡大
が、ピークフラットなチューニングカーブで実現する。
これによって基本波の波長変動に対する許容度が拡大さ
れるが、パラメトリック発振の場合は、シグナル光及び
アイドラー光に対する波長許容をも、拡大することが可
能となる。従って、従来の光波長変換素子では難しかっ
た出力波長の可変波長範囲を、大幅に拡大できる。When parametric oscillation is performed using a domain-inverted structure with a period Λ, Λ = 2mπ / (β3-β1-β
Light having a wavelength λ1 and light having a wavelength λ2 that satisfy the relationship 2) can be generated. However, in the prior art, there is a problem that the wavelength tolerance satisfying the condition for generation is narrow in the same periodic structure because the wavelength tolerance that satisfies the condition of Λ is narrow, and the range of tunable wavelength is extremely narrow. On the other hand, when the optical wavelength conversion element of the present invention is used, the phase matching wavelength tolerance can be expanded with a peak flat tuning curve.
As a result, the tolerance for the wavelength variation of the fundamental wave is increased. In the case of parametric oscillation, the wavelength tolerance for the signal light and the idler light can be increased. Therefore, the variable wavelength range of the output wavelength, which was difficult with the conventional optical wavelength conversion element, can be greatly expanded.

【０１３１】更に、ピークフラットなチューニングカー
ブを有しているため、出力強度をほぼ一定に保ったまま
で、発振波長を可変できる。Furthermore, since the tuning curve has a flat peak, the oscillation wavelength can be varied while the output intensity is kept almost constant.

【０１３２】（実施の形態５）ここでは、本発明によっ
て構成される光情報処理装置について、説明を行う。(Embodiment 5) Here, an optical information processing apparatus constituted by the present invention will be described.

【０１３３】図１８に、本発明の光情報処理装置の構成
を示す。図１８において、実施の形態６に示した特徴を
有するコヒーレント光発生装置６４０から出た出力１０
ｍＷのビームは、ビームスプリッタ６４１を透過し、レ
ンズ６４２により、情報再生媒体である光ディスク６４
３に照射される。光ディスク６４３からの反射光は、逆
にレンズ６４２によりコリメートされ、ビームスプリッ
タ６４１で反射されて、光検出器６４４で信号が読みと
られる。更に、コヒーレント光発生装置６４０の出力を
強度変調することで、光ディスク６４３に情報を書き込
むことができる。FIG. 18 shows the configuration of the optical information processing apparatus of the present invention. In FIG. 18, the output 10 from the coherent light generation device 640 having the features shown in the sixth embodiment
The mW beam passes through a beam splitter 641 and is transmitted by a lens 642 to an optical disc 64 as an information reproducing medium.
3 is irradiated. Conversely, the reflected light from the optical disk 643 is collimated by a lens 642, reflected by a beam splitter 641, and a signal is read by a photodetector 644. Further, by modulating the intensity of the output of the coherent light generator 640, information can be written to the optical disk 643.

【０１３４】本発明によれば、コヒーレント光発生装置
６４０を構成する光波長変換素子の許容度が拡大されて
いるので、出力の安定化が図れて、外部の温度変化に対
しても５％以下の出力変動に抑えることができる。According to the present invention, the tolerance of the optical wavelength conversion element constituting the coherent light generating device 640 is expanded, so that the output can be stabilized, and 5% or less against an external temperature change. Output fluctuations.

【０１３５】更に、高出力の青色光の発生が可能となる
ため、読み取りだけでなく、上記のように、光ディスク
６４３へ情報を書き込むことも可能となる。また、半導
体レーザを基本波光源として用いることで、非常に小型
になるため、民生用の小型の光ディスク読み取り／記録
装置にも利用できる。Further, since high-output blue light can be generated, not only reading but also writing information on the optical disk 643 as described above is possible. In addition, since a semiconductor laser is used as a fundamental wave light source, it becomes very small, so that it can be used for a small-sized consumer optical disk reading / recording device.

【０１３６】光ディスク６４３への書き込みには出力を
変調する必要があるが、本発明の光情報処理装置では、
半導体レーザの出力強度を変調することで、コヒーレン
ト光発生装置６４０からの出力変調を行っている。半導
体レーザの波長を変調すると発振波長が変動するが、前
述のように、光波長変換素子がフラットピークな位相整
合特性を有するために、半導体レーザの変調による高調
波出力の不安定性は発生しない。その結果、安定な変調
出力特性が得られて、低ノイズの特性が実現される。It is necessary to modulate the output for writing to the optical disk 643, but in the optical information processing apparatus of the present invention,
The output from the coherent light generator 640 is modulated by modulating the output intensity of the semiconductor laser. When the wavelength of the semiconductor laser is modulated, the oscillation wavelength fluctuates. However, as described above, since the optical wavelength conversion element has a flat peak phase matching characteristic, instability of the harmonic output due to the modulation of the semiconductor laser does not occur. As a result, stable modulation output characteristics are obtained, and low noise characteristics are realized.

【０１３７】更に、光波長変換素子の光導波路幅を最適
化することで、出力ビームのアスペクト比の最適化が行
える。例えば、光導波路上に光導波路幅より狭い高屈折
率層を有する導波路構造を設けることで、出射ビームの
アスペクト比を１:１に近づけることが可能となる。こ
れによって、ビーム成形プリズムなどを用いずに光ピッ
クアップの集光特性を向上させることが可能になって、
高い伝達効率、優れた集光特性、低価格化が実現でき
る。更に、ビーム成形時に発生する散乱光のノイズが低
減できて、ピックアップの簡素化が実現される。Further, by optimizing the width of the optical waveguide of the optical wavelength conversion element, the aspect ratio of the output beam can be optimized. For example, by providing a waveguide structure having a high refractive index layer narrower than the width of the optical waveguide on the optical waveguide, the aspect ratio of the output beam can be made closer to 1: 1. This makes it possible to improve the light-collecting characteristics of the optical pickup without using a beam forming prism or the like.
High transmission efficiency, excellent light collection characteristics, and low cost can be realized. Further, noise of scattered light generated during beam shaping can be reduced, and simplification of the pickup can be realized.

【０１３８】[0138]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、光波長変換素子において、単一周期構造とチャープ
周期構造とからなる分極反転構造を用いることで、ピー
クフラットな位相整合特性を実現できる。更に、位相不
整合量の分布を利用して、光波長変換素子の位相整合特
性を設計する新たな手法が提供される。この結果、光波
長変換素子における位相整合波長許容度の設計自由度が
大幅に増し、従来の１．５倍以上の波長許容度の拡大が
実現した。この構成により、安定な出力特性を有する光
波長変換素子の実現が可能となった。As described above, according to the present invention, a peak flat phase matching characteristic can be obtained by using a polarization inversion structure including a single periodic structure and a chirp periodic structure in an optical wavelength conversion element. realizable. Further, a new method for designing the phase matching characteristics of the optical wavelength conversion element by utilizing the distribution of the amount of phase mismatch is provided. As a result, the degree of freedom in designing the phase matching wavelength tolerance in the optical wavelength conversion element is greatly increased, and the wavelength tolerance is increased by 1.5 times or more as compared with the related art. With this configuration, an optical wavelength conversion element having stable output characteristics can be realized.

【０１３９】更に、光波長変換素子と半導体レーザによ
り構成するコヒーレント光発生装置（コヒーレント光
源）において、出力安定化が実現される。具体的には、
コヒーレント光発生装置に含まれる光波長変換素子が、
半導体レーザの縦モード間隔より広い波長許容度を有
し、かつ波長許容度内でチューニングカーブがフラット
な特性を有することで、半導体レーザの波長を常に波長
許容度内に安定化することが可能になる。その結果、コ
ヒーレント光の出力変動を押さえて、安定な出力特性を
有するコヒーレント光源を実現することが可能になり、
その実用効果は大きい。Further, in a coherent light generator (coherent light source) composed of an optical wavelength conversion element and a semiconductor laser, output stabilization is realized. In particular,
The light wavelength conversion element included in the coherent light generation device,
With a wavelength tolerance wider than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser and a characteristic that the tuning curve is flat within the wavelength tolerance, it is possible to always stabilize the wavelength of the semiconductor laser within the wavelength tolerance. Become. As a result, it is possible to realize a coherent light source having stable output characteristics by suppressing output fluctuation of the coherent light,
Its practical effect is great.

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

【図１】（ａ）は、本発明の光波長変換素子における分
極反転構造の構成図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造に
おける分極反転周期の分布を表す図である。FIG. 1A is a configuration diagram of a domain-inverted structure in an optical wavelength conversion device of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a distribution of domain-inverted periods in the structure of FIG.

【図２】（ａ）は、線形チャープ分極反転構造における
分極反転周期の分布を表す図であり、（ｂ）は、線形チ
ャープ分極反転構造における位相不整合量の分布を表す
図であり、（ｃ）は、分割周期分極反転構造における分
極反転周期の分布を表す図であり、（ｄ）は、分割周期
分極反転構造における位相不整合量の分布を表す図であ
る。FIG. 2A is a diagram illustrating a distribution of a domain inversion period in a linearly chirped domain-inverted structure; FIG. 2B is a diagram illustrating a distribution of a phase mismatch amount in the linearly chirped domain-inverted structure; (c) is a diagram showing the distribution of the domain-inverted periods in the divided periodic domain-inverted structure, and (d) is a diagram showing the distribution of the amount of phase mismatch in the divided periodic domain-inverted structure.

【図３】（ａ）は、位相シフトが存在する分極反転構造
の分極反転周期の分布を表す図であり、（ｂ）は、位相
シフトが存在する分極反転構造の位相不整合量の分布を
表す図である。FIG. 3A is a diagram illustrating a distribution of a domain inversion period of a domain-inverted structure having a phase shift, and FIG. 3B is a diagram illustrating a distribution of a phase mismatch amount of a domain-inverted structure having a phase shift. FIG.

【図４】（ａ）は、２分割された周期分極反転構造の分
極反転周期の分布を表す図であり、（ｂ）は、２分割さ
れた周期分極反転構造の位相不整合量の分布を表す図で
あり、（ｃ）は、得られる位相整合特性（チューニング
カーブ）を表す図である。FIG. 4A is a diagram illustrating a distribution of a domain inversion period of a periodically divided domain-inverted structure divided into two, and FIG. FIG. 3C is a diagram illustrating a phase matching characteristic (tuning curve) obtained.

【図５】（ａ）は、線形チャープ周期の分割周期分極反
転構造の分極反転周期の分布を表す図であり、（ｂ）
は、線形チャープ周期の分極反転構造の位相不整合量の
分布を表す図であり、（ｃ）は、得られる位相整合特性
（チューニングカーブ）を表す図である。FIG. 5 (a) is a diagram showing the distribution of the domain-inverted period of a divided-period domain-inverted structure having a linear chirp period, and FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a distribution of a phase mismatch amount of a domain-inverted structure having a linear chirp period, and FIG. 3C is a diagram illustrating an obtained phase matching characteristic (tuning curve).

【図６】本発明の分極反転構造において、位相不整合量
分布が従う関数ｆ（ｚ）がべき関数の場合の位相整合特
性を表す図であり、（１）次数ｍ＝１の場合、（２）次
数ｍ＝２の場合、（３）次数ｍ＝３の場合、（４）次数
ｍ＝４の場合である。FIG. 6 is a diagram showing phase matching characteristics when the function f (z) followed by the phase mismatch amount distribution is a power function in the domain-inverted structure of the present invention. (1) When the order m = 1, ( 2) When the order m = 2, (3) When the order m = 3, and (4) When the order m = 4.

【図７】本発明の分極反転構造において、位相不整合量
分布が従う関数ｆ（ｚ）がべき関数の場合の位相不整合
量分布を表す図であり、（１）次数ｍ＝１の場合、
（２）次数ｍ＝２の場合、（３）次数ｍ＝３の場合、
（４）次数ｍ＝４の場合である。FIG. 7 is a diagram showing a phase mismatch distribution when the function f (z) followed by the phase mismatch distribution is a power function in the domain-inverted structure of the present invention, and (1) when the order m = 1. ,
(2) When order m = 2, (3) When order m = 3,
(4) The case where the order m = 4.

【図８Ａ】（ａ）は、本発明の分極反転構造において、
位相不整合量分布が従う関数ｆ（ｚ）が三角関数（次数
ｍ＝２）の場合の位相整合特性を表す図であり、（ｂ）
は、その場合の位相不整合量分布を表す図である。FIG. 8A shows a domain-inverted structure of the present invention,
It is a figure showing the phase matching characteristic in case the function f (z) which a phase mismatch amount distribution follows is a trigonometric function (order m = 2), (b)
FIG. 4 is a diagram showing a phase mismatch amount distribution in that case.

【図８Ｂ】（ａ）は、本発明の分極反転構造において、
位相不整合量分布が従う関数ｆ（ｚ）が三角関数（次数
ｍ＝３）の場合の位相整合特性を表す図であり、（ｂ）
は、その場合の位相不整合量分布を表す図である。FIG. 8A is a diagram showing a domain-inverted structure according to the present invention;
It is a figure showing the phase matching characteristic when the function f (z) which a phase mismatch amount distribution follows is a trigonometric function (order m = 3), (b)
FIG. 4 is a diagram showing a phase mismatch amount distribution in that case.

【図８Ｃ】（ａ）は、本発明の分極反転構造において、
位相不整合量分布が従う関数ｆ（ｚ）が三角関数（次数
ｍ＝４）の場合の位相整合特性を表す図であり、（ｂ）
は、その場合の位相不整合量分布を表す図である。FIG. 8 (a) shows a domain-inverted structure of the present invention,
It is a figure showing the phase matching characteristic when the function f (z) which a phase mismatch amount distribution follows is a trigonometric function (order m = 4), (b)
FIG. 4 is a diagram showing a phase mismatch amount distribution in that case.

【図８Ｄ】（ａ）は、本発明の分極反転構造において、
位相不整合量分布が従う関数ｆ（ｚ）が三角関数（次数
ｍ＝５）の場合の位相整合特性を表す図であり、（ｂ）
は、その場合の位相不整合量分布を表す図である。FIG. 8A is a diagram illustrating a domain-inverted structure according to the present invention.
It is a figure showing the phase matching characteristic when the function f (z) which a phase mismatch amount distribution follows is a trigonometric function (order m = 5), (b)
FIG. 4 is a diagram showing a phase mismatch amount distribution in that case.

【図９】（ａ）は、本発明の光波長変換素子における位
相整合特性を表す図であり、（ｂ）は、その場合の位相
不整合量分布を表す図である。9A is a diagram illustrating a phase matching characteristic in the optical wavelength conversion element of the present invention, and FIG. 9B is a diagram illustrating a phase mismatch amount distribution in that case.

【図１０】（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）、（ｄ
−１）は、位相不整合分布がそれぞれ（ａ−２）、（ｂ
−２）、（ｃ−２）、（ｄ−２）である場合（５分割構
造）に得られる位相整合特性を示す図である。FIG. 10 (a-1), (b-1), (c-1), (d)
-1) indicates that the phase mismatch distributions are (a-2) and (b), respectively.
FIG. 4 is a diagram illustrating phase matching characteristics obtained in cases of (-2), (c-2), and (d-2) (five-division structure).

【図１１】（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）、（ｄ
−１）は、位相不整合分布がそれぞれ（ａ−２）、（ｂ
−２）、（ｃ−２）、（ｄ−２）である場合（７分割構
造）に得られる位相整合特性を示す図である。11 (a-1), (b-1), (c-1), (d)
-1) indicates that the phase mismatch distributions are (a-2) and (b), respectively.
FIG. 4 is a diagram illustrating phase matching characteristics obtained in cases of (-2), (c-2), and (d-2) (seven-division structure).

【図１２】（ａ）は、本発明の位相制御部を有する分極
反転構造において得られる位相整合特性を表す図であ
り、（ｂ）は、その場合の位相不整合量分布を表す図で
ある。12A is a diagram illustrating a phase matching characteristic obtained in a domain-inverted structure having a phase control unit according to the present invention, and FIG. 12B is a diagram illustrating a phase mismatch amount distribution in that case. .

【図１３】本発明のコヒーレント光発生装置の構造図で
ある。FIG. 13 is a structural diagram of a coherent light generation device of the present invention.

【図１４】（ａ）は、光波長変換素子のチューニングカ
ーブの最大値と半導体レーザの発振波長とが一致してい
る場合の、半導体レーザの発振波長と位相整合特性の関
係を表す図であり、（ｂ）は、発振波長がチューニング
カーブの最大値近傍からずれた場合における、半導体レ
ーザの発振波長と位相整合特性の関係を表す図である。FIG. 14A is a diagram illustrating a relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic when the maximum value of the tuning curve of the optical wavelength conversion element matches the oscillation wavelength of the semiconductor laser. FIGS. 3B and 3B are diagrams illustrating the relationship between the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the phase matching characteristic when the oscillation wavelength deviates from the vicinity of the maximum value of the tuning curve.

【図１５】（ａ）は、本発明のコヒーレント光発生装置
において、光波長変換素子のチューニングカーブの最大
値と半導体レーザの発振波長とが一致している場合の、
半導体レーザの発振波長と位相整合特性の関係を表す図
であり、（ｂ）は、本発明のコヒーレント光発生装置に
おいて、発振波長がチューニングカーブの最大値近傍か
らずれた場合における、半導体レーザの発振波長と位相
整合特性の関係を表す図である。FIG. 15A shows a case where the maximum value of the tuning curve of the optical wavelength conversion element coincides with the oscillation wavelength of the semiconductor laser in the coherent light generation device of the present invention.
FIG. 3B is a diagram illustrating a relationship between an oscillation wavelength of the semiconductor laser and a phase matching characteristic. FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between wavelength and phase matching characteristics.

【図１６】（ａ）は、コヒーレント光発生装置における
基本波の変調出力を示す図であり、（ｂ）は、従来の光
波長変換素子を用いたコヒーレント光発生装置の出力変
動を示す図であり、（ｃ）は、本発明の光波長変換素子
を用いたコヒーレント光発生装置の出力変動を示す図で
ある。16A is a diagram showing a modulation output of a fundamental wave in a coherent light generation device, and FIG. 16B is a diagram showing an output variation of a coherent light generation device using a conventional optical wavelength conversion element. FIG. 4C is a diagram showing the output fluctuation of the coherent light generator using the optical wavelength conversion element of the present invention.

【図１７】コヒーレント光発生装置の基本波波長を変化
させた場合の出力特性を表す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating output characteristics when the fundamental wavelength of the coherent light generation device is changed.

【図１８】本発明の光情報処理装置の構成図である。FIG. 18 is a configuration diagram of an optical information processing device of the present invention.

【図１９】従来の光波長変換素子の構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram of a conventional light wavelength conversion element.

【図２０】従来の光波長変換素子の構成図である。FIG. 20 is a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element.

【図２１】（ａ）は、従来の２分割構造光波長変換素子
における位相整合特性を表す図であり、（ｂ）は、従来
の３分割構造光波長変換素子における位相整合特性を表
す図である。21A is a diagram illustrating a phase matching characteristic in a conventional two-segment structure optical wavelength conversion element, and FIG. 21B is a diagram illustrating a phase matching characteristic in a conventional three-segment structure optical wavelength conversion device. is there.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

６０１ 分極反転領域 ６０２ チャープ周期部 ６０３ 単一周期部 ６０６ 基本波 ６０７ 高調波 ６１３ 分極反転領域 ６１４ 位相制御部 ６１５ 位相制御部 ６２１ 光波長変換素子 ６２２ 半導体レーザ ６２３ 入射部 ６２４ 出射部 ６２５ 半導体レーザの発振モード（縦モード） ６２６ 光波長変換素子のチューニングカーブ ６３６ 本発明による光波長変換素子のチューニングカ
ーブ ６４０ コヒーレント光発生装置 ６４１ ビームスプリッタ ６４２ レンズ ６４３ 光ディスク ６４４ 光検出器 ６１０１ ＬｉＮｂＯ₃基板（非線形光学結晶） ６１０２ 光導波路 ６１０３ 分極反転層 ６１０５ 分極反転領域 ６１０６ 位相制御部601 Domain-inverted region 602 Chirp period 603 Single period 606 Fundamental wave 607 Harmonic 613 Domain-inverted region 614 Phase controller 615 Phase controller 621 Optical wavelength conversion element 622 Semiconductor laser 623 Incident part 624 Emitting part 625 Semiconductor laser oscillation Mode (longitudinal mode) 626 Tuning curve of optical wavelength conversion element 636 Tuning curve of optical wavelength conversion element according to the present invention 640 Coherent light generator 641 Beam splitter 642 Lens 643 Optical disk 644 Photodetector 6101 LiNbO ₃ substrate (non-linear optical crystal) 6102 Optical waveguide 6103 Domain-inverted layer 6105 Domain-inverted region 6106 Phase controller

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 非線形光学結晶と、 該非線形光学結晶に形成した周期状の分極反転構造と、
を備え、 該分極反転構造が、単一の周期Λ₀を有する単一周期部
分と、徐々に周期が変化しているチャープ周期部分と、
を有している、光波長変換素子。A nonlinear optical crystal; a periodically poled structure formed in the nonlinear optical crystal;
Wherein the domain-inverted structure has a single period portion having a single period Λ ₀ , a chirp period portion having a gradually changing period,
An optical wavelength conversion element comprising: 【請求項２】 前記単一周期部分が前記分極反転構造の
ほぼ中心部近傍に位置し、前記チャープ周期部分が該分
極反転構造の両端近傍に位置している、請求項１に記載
の光波長変換素子。2. The optical wavelength according to claim 1, wherein the single periodic portion is located near the center of the domain-inverted structure, and the chirped periodic portion is located near both ends of the domain-inverted structure. Conversion element. 【請求項３】 非線形光学結晶と、 該非線形光学結晶に形成した周期状の分極反転構造と、
を備え、 該分極反転構造の周期が、Λ_-m、Λ_-(m-1)、・・・、Λ
_-2、Λ_-1、Λ₀、Λ₁、Λ₂、・・、Λ_m-1、Λ_mと表され
る分極反転周期であり、 該分極反転周期は、位相不整合量の分布ｆ（ｚ）を有し
ており、該分布ｆ（ｚ）は、 ｆ（ｉ＊Λ₀）＝（Λ₁＋Λ₂＋・・・＋Λ_i）−ｉ＊
Λ₀、及び ｆ（−ｉ＊Λ₀）＝（Λ_-1＋Λ_-2＋・・・＋Λ_-i）−ｉ
＊Λ₀、 但し、ｉ＝１、２、３、・・・ なる関係を満足し、ｚ＝０の近傍で、ｆ（ｚ）＝０とな
り、更に、該分布ｆ（ｚ）は、ｆ（ｉ＊Λ₀）＝−ｆ
（−ｉ＊Λ₀）なる関係を満足し、該分布ｆ（ｚ）の少
なくとも一部において、２次の微分係数が該非線形光学
結晶の端部に向かって増大する、光波長変換素子。3. A nonlinear optical crystal, a periodically poled structure formed in the nonlinear optical crystal,
Wherein the period of the domain-inverted structure is Λ _-m , Λ- _(m-1) , ..., Λ
₋₂ , Λ ₋₁ , Λ ₀ , Λ ₁ , Λ ₂ ,..., Λ _{m −1} , Λ _m, and the domain inversion period is a distribution f ( has a z), the distribution f (z) _{is, f (i * Λ 0)} = (Λ 1 + Λ 2 + ··· + Λ i) -i *
Λ ₀ and f (−i * Λ ₀ ) = (＝ _-1 + Λ _-2 +... + Λ _-i ) −i
* Λ ₀ , where i = 1, 2, 3,..., And f (z) = 0 near z = 0, and the distribution f (z) is f (z) i * Λ ₀ ) = − f
An optical wavelength conversion element that satisfies a relationship of (−i * Λ ₀ ) and a second-order differential coefficient increases toward an end of the nonlinear optical crystal in at least a part of the distribution f (z). 【請求項４】 前記分極反転構造の全長をＬとすると、 前記分布ｆ（ｚ）が、 ｆ（ｚ）＝ａ・｜ｓｉｎ（ｂｚ）｜^m ｚ＞０ ｆ（ｚ）＝−ａ・｜ｓｉｎ（ｂｚ）｜^m ｚ＜０ であり、 ２＜ｍ＜６、及び ｂ・Ｌ／２＜０．５・π なる関係を満足する、請求項３に記載の光波長変換素
子。4. Assuming that the total length of the domain-inverted structure is L, the distribution f (z) is as follows: f (z) = a · | sin (bz) | ^m z> 0 f (z) = − a · | sin (bz) | a ^{m z <0, 2 <m} <6, and satisfies b · L / 2 <0.5 · π the relationship, the optical wavelength conversion device according to claim 3. 【請求項５】 前記分布ｆ（ｚ）が ｆ（ｚ）＝ａ・｜ｚ｜^m ｚ＞０ ｆ（ｚ）＝−ａ・｜ｚ｜^m ｚ＜０ であり、 ２＜ｍ＜４ なる関係を満足する、請求項３に記載の光波長変換素
子。Wherein said distribution f (z) is f (z) = a · | z | m z> 0 f (z) = - a · | z | a ^m z <0, becomes 2 <m <4 The optical wavelength conversion device according to claim 3, which satisfies a relationship. 【請求項６】 互いに等しい分極反転構造を有する複数
の非線形光学結晶と、 該非線形光学結晶の間に配置された位相制御部と、を備
え、 該位相制御部が、該非線形光学結晶とは異なる周期の分
極反転構造から構成されている、光波長変換素子。6. A non-linear optical crystal, comprising: a plurality of nonlinear optical crystals having the same domain-inverted structure; and a phase control unit disposed between the nonlinear optical crystals, wherein the phase control unit is different from the nonlinear optical crystal. An optical wavelength conversion element composed of a periodically poled structure. 【請求項７】 前記分極反転構造の全長をＬとすると、
前記光波長変換素子の両端における位相不整合量を規格
化した値の絶対値｜ｆ（Ｌ／２）／Λ₀｜が、０．４〜
１の値を有する、請求項１から６の何れかに記載の光波
長変換素子。7. When the total length of the domain-inverted structure is L,
The absolute value | f (L / 2) / Λ ₀ | of the value obtained by normalizing the amount of phase mismatch at both ends of the optical wavelength conversion element is 0.4 to 0.4.
The optical wavelength conversion device according to claim 1, having a value of 1. 【請求項８】 前記非線形光学結晶の中で基本波が高調
波に変換され、 該基本波の伝搬損失が、該高調波の伝搬損失のほぼ半分
である、請求項１から７の何れかに記載の光波長変換素
子。8. The method according to claim 1, wherein a fundamental wave is converted into a harmonic in the nonlinear optical crystal, and a propagation loss of the fundamental wave is substantially half of a propagation loss of the harmonic. An optical wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 7. 【請求項９】 請求項１から８の何れかに記載の光波長
変換素子と、 レーザ光源と、を備え、 該レーザ光源の光が、該光波長変換素子により波長変換
されている、コヒーレント光発生装置。9. A coherent light, comprising: the optical wavelength conversion element according to claim 1; and a laser light source, wherein the light of the laser light source is wavelength-converted by the optical wavelength conversion element. Generator. 【請求項１０】 前記レーザ光源は、波長可変機能を有
する半導体レーザである、請求項９に記載のコヒーレン
ト光発生装置。10. The coherent light generation device according to claim 9, wherein said laser light source is a semiconductor laser having a wavelength tunable function. 【請求項１１】 前記半導体レーザが高周波重畳されて
いる、請求項１０に記載のコヒーレント光発生装置。11. The coherent light generation device according to claim 10, wherein said semiconductor laser is superimposed at a high frequency. 【請求項１２】 前記光波長変換素子の波長許容度が、
前記半導体レーザの縦モード間隔より広い、請求項９か
ら１１の何れかに記載のコヒーレント光発生装置。12. The wavelength tolerance of the optical wavelength conversion element,
The coherent light generation device according to claim 9, wherein the coherent light generation device is wider than a longitudinal mode interval of the semiconductor laser. 【請求項１３】 請求項９から１２の何れかに記載のコ
ヒーレント光発生装置と、 集光光学系と、を備え、 該コヒーレント光発生装置から出射されるコヒーレント
光を、該集光光学系により集光している、光情報処理装
置。13. A coherent light generator according to claim 9, further comprising: a condensing optical system, wherein coherent light emitted from the coherent light generating device is condensed by the condensing optical system. An optical information processing device that is collecting light.