JP2002174833A

JP2002174833A - 波長変換デバイス

Info

Publication number: JP2002174833A
Application number: JP2000373014A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakai; 博酒井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率の波長変換を図ると共に、変換光の波
長が不均一となるのを抑制することが可能な波長変換デ
バイスを提供すること。【解決手段】擬似位相整合型波長変換デバイス１は、
分極反転層５が形成された非線型光学結晶３を含んでい
る。分極反転層５は、擬似位相整合条件を満たすよう
に、非線型光学結晶３内における入射光の進行方向に沿
った断面で見て、所定の周期Λで等間隔の同心円状パタ
ーンを呈するように形成されている。基本波７は、同心
円状パターンを呈して形成された分極反転層５の法線方
向から非線型光学結晶３に入射し、反対側から変換光９
が出射する。非線型光学結晶３は、ＬｉＮｂＯ₃基板に
て構成されている。非線型光学結晶３は、その中心が分
極反転層５の同心円状パターンの中心と一致する円板形
状を呈しており、非線型光学結晶３の入射端面３ａ及び
出射端面３ｂは、分極反転層５の同心円状パターンに沿
った形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換デバイス
に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長変換デバイスの一つとして、擬似位
相整合（Quasi-Phase-Matching：ＱＰＭ）型波長変換デ
バイスが知られている（たとえば、特開平５−２８９１
３７号公報参照）。この擬似位相整合型波長変換デバイ
スは、単結晶の非線型光学定数の符号をコヒーレンス長
（基本波と変換光との位相差がπずれる距離）ごとに反
転させて、位相不整合を補償して変換を行うもので、和
周波発生や差周波発生により、透過領域全ての波長への
変換が可能である。

【０００３】次に、図１１を参照して、従来の擬似位相
整合型波長変換デバイスの構造について説明する。擬似
位相整合型波長変換デバイス１０１は非線型光学結晶１
０３を含んでいる。この非線型光学結晶１０３には、分
極反転層１０５が擬似位相整合条件を満たすように所定
の周期で等間隔の直線縞状に形成されている。なお、図
１１においては、分極反転層１０５をわかり易く示すた
めに、分極反転層１０５が形成されている部分にハッチ
ングを付している。基本波１０７は、直線縞状に形成さ
れた分極反転層１０５に垂直な方向から非線型光学結晶
１０３に入射し、反対側から変換光１０９が出射する。
上述した構成の擬似位相整合型波長変換デバイス１０１
では、非線型光学定数の高い方位を伝搬方向に選ぶこと
ができるため、高い変換効率を得ることでき、小型の可
変波長デバイスとして有望である。

【０００４】次に、図１２及び図１３を参照して、図１
２に示されたような構成の非線型光学結晶の作製方法に
ついて説明する。ＬｉＮｂＯ₃のような強誘電体材料
は、自発分極を反転させることで、非線型光学定数の符
号を反転させることができる。ＺカットＬｉＮｂＯ₃基
板１１１の＋Ｚ面にレジスト１１３を塗布し（図１２
（ａ））、分極反転層と同じパターンのマスクを用いて
パターニングする（図１２（ｂ））。続いて、電極とす
るための金属膜１１５を蒸着し（図１２（ｃ））、レジ
スト１１３を除去することで金属膜（電極）１１５のパ
ターンを形成する（図１２（ｄ））。その後、金属膜
（電極）１１５のパターンの上に絶縁膜１１７を成膜し
（図１２（ｅ））、コンタクトウィンドウに対応する部
分の絶縁膜１１７を除去する（図１２（ｆ））。

【０００５】そして、図１３に示されるように、金属膜
（電極）１１５のパターンが形成されたＬｉＮｂＯ₃基
板１１１をＬｉＣｌからなる液体電極１２１で挟み込
み、液体電極１２１に接している金属膜（電極）１１５
部分から電界を印加する。これにより、ＬｉＮｂＯ₃基
板１１１の金属膜（電極）１１５が形成された部分が自
発分極を反転させて、分極反転層が形成される。液体電
極１２１は、Ｏリング１２３でシールされており、Ａｌ
製の薄板型電極１２５，１２７を介して電源に接続され
る。Ｏリング１２３の外側空間は、Ｏリング１２９でシ
ールされており、シリコーンオイル１３１が充填されて
いる。分極反転層が形成されたＬｉＮｂＯ ₃基板１１１
は、入射端面及び出射端面が研磨され、擬似位相整合型
波長変換デバイスに用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、擬似位相整
合型波長変換デバイス（非線型光学結晶）では、波長変
換は分極反転層の周期に支配される。分極反転層が直線
縞状に形成されている従来の擬似位相整合型波長変換デ
バイスでは、入射角度がずれてしまうと、その光路での
分極反転層の周期が変わってしまう。デバイス全体を小
型にしたり、変換効率を向上させるためには、図１４に
示されるように、集光レンズ１４１等を用いて基本波１
０７を集光する必要がある。基本波１０７を集光した場
合、図１５に示されるように、非線型光学結晶１０３内
に入射したビームの中心（光軸）付近の光と周辺部の光
とでは入射角度にずれθが生じて、分極反転層１０５に
対する入射角度にもずれが生じる。これにより、非線型
光学結晶１０３内に入射したビームの中心での光路での
周期Λに対してビームの端の光路では周期がΛｃｏｓθ
に変化し、光の進行方向（光路）での分極反転層１０５
の周期が変わってしまう。この結果、非線型光学結晶１
０３内に入射したビームの周辺部の光が有効に波長変換
されなかったり、変換光１０９の波長が不均一となると
いう問題が生じることになる。変換光１０９の波長が不
均一となると、出射光（変換光１０９）の波長幅が広が
ってしまい、所望の波長の光量が低下することにもな
る。なお、図１４及び図１５においても、図１１と同様
に、分極反転層１０５が形成されている部分にハッチン
グを付している。

【０００７】変換効率を向上するために導波路構造を採
用することも考えられるが、導波路構造を作製する分コ
スト上昇が生じることになる。また、光パラメトリック
共振器（ＯＰＯ）等の共振器構造を構成する場合には、
導波路構造では共振器を構成することが難しいという問
題も存在する。

【０００８】光パラメトリック増幅（ＯＰＡ）において
は、シグナル光とアイドラ光との２波長の光が発生し、
これらの波長を決定するのは、基本波の光路における分
極反転層の周期である。たとえば、長さＬが５ｍｍの非
線型光学結晶に対して周期２５μｍの直線縞状の分極反
転層を形成し、この非線型光学結晶に波長１．０６４μ
ｍ、ビーム直径２ｍｍの基本波を、焦点距離５ｍｍのレ
ンズで集光した場合、ビームの端はビームの中心に対し
て１０°の入射角度を生じることとなる。このときに発
生するアイドラ光は、ビームの中心と端とで周期が異な
るために、図１６に示されるように不均一になってしま
う。

【０００９】また、第２光調波発生（ＳＨＧ）において
は、基本波を入射させるとその半分の波長の変換光を得
ることができるものの、周期が最適値からずれると変換
されなくなる。波長１．０６４μｍの基本波を波長０．
５３２μｍの変換光に変換するには、周期６．８μｍで
直線縞状の分極反転層を形成する必要がある。角度許容
幅以上に入射角度が生じる場合、図１７に示されるよう
に、ビームの端の部分まで有効に変換されなくなる。な
お、図１７において、破線は、基本波の特性を示し、実
線は、第２光調波発生による変換光の特性を示してい
る。ここでは、波長１．０６４μｍ、ビーム直径２ｍｍ
の基本波を焦点距離５ｍｍのレンズで集光し、角度許容
幅を１０°として計算した。変換光は、図１７において
斜線で示された部分のみになり、変換効率は２０％も低
下することになる。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、高効率の波長変換を図ると共に、変換光の波長が不
均一となるのを抑制することが可能な波長変換デバイス
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る波長変換デ
バイスは、所定の周期で分極反転層が形成された非線型
光学結晶を備えた波長変換デバイスであって、分極反転
層は、非線型光学結晶内における入射光の進行方向に沿
った断面で見て、同心円状パターンを呈するように形成
されていることを特徴としている。

【００１２】本発明に係る波長変換デバイスでは、分極
反転層が、非線型光学結晶内における入射光の進行方向
に沿った断面で見て、同心円状パターンを呈するように
形成されているので、入射角度に多少のずれがあって
も、それぞれの光の進行方向に対して分極反転層の周期
は同じとなる。これにより、入射光の殆どを波長変換す
ることができ、高効率の波長変換が可能となり、また、
変換光の波長が不均一となるのを抑制することができ
る。

【００１３】また、非線型光学結晶に入射する光を同心
円状パターンの中心部分に集光するための光学系を更に
備えており、光学系の焦点領域には、分極反転層が形成
されていないことが好ましい。このように構成した場合
には、同心円状パターンの中心部分に分極反転層が存在
しなくなり、同心円状パターンの中心部分から光学系の
焦点領域がずれた場合においても、変換光の波長が不均
一となるのを抑制することができる。また、光学系の焦
点領域の位置合わせを容易に行うことが可能となり、波
長変換デバイスの組み立てが簡易なものとなる。

【００１４】また、非線型光学結晶に入射する光を同心
円状パターンの中心部分に集光するための光学系を更に
備えており、分極反転層は、光学系の焦点領域よりも入
射側となる部分と出射側となる部分とで半周期ずれるよ
うに形成されていることが好ましい。このように構成し
た場合には、同心円状パターンの中心部分から光学系の
焦点領域がずれた場合においても、変換光の波長が不均
一となるのを抑制することができる。

【００１５】また、非線型光学結晶の入射端面及び出射
端面は、同心円状パターンに沿った形状を有しているこ
とが好ましい。このように構成した場合には、如何なる
入射角度であっても光の進行方向に対して分極反転層の
周期を確実に同じにすることができる。

【００１６】また、非線型光学結晶の入射端面は、非線
型光学結晶に入射する光を同心円状パターンの中心部分
に集光するようにレンズ形状を有し、非線型光学結晶の
出射端面は、変換光を所望の方向に屈折するようにレン
ズ形状を有していることが好ましい。このように構成し
た場合には、集光レンズ等を新たに配設する必要がな
く、波長変換デバイスの小型化が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による波長変換デバイスの好適な実施形態について詳細
に説明する。なお、各図において同一要素には同一符号
を付して説明を省略する。本実施形態においては、本発
明を擬似位相整合型（ＱＰＭ）波長変換デバイスに適用
した例を示す。

【００１８】まず、図１及び図２を参照して、擬似位相
整合型波長変換デバイス１の概略構成について説明す
る。擬似位相整合型波長変換デバイス１は、分極反転層
５が形成された非線型光学結晶３を含んでいる。分極反
転層５は、擬似位相整合条件を満たすように、非線型光
学結晶３内における入射光の進行方向に沿った断面で見
て、所定の周期Λで等間隔の同心円状パターンを呈する
ように形成されている。基本波７は、同心円状パターン
を呈して形成された分極反転層５の法線方向から非線型
光学結晶３に入射し、反対側から変換光９が出射する。
なお、図１及び図２においては、分極反転層５をわかり
易く示すために、分極反転層５が形成されている部分に
ハッチングを付している。

【００１９】非線型光学結晶３は、ＬｉＮｂＯ₃基板に
て構成されている。非線型光学結晶３は、その中心が分
極反転層５の同心円状パターンの中心と一致する円板形
状を呈しており、非線型光学結晶３の入射端面３ａ及び
出射端面３ｂは、分極反転層５の同心円状パターンに沿
った形状を有している。

【００２０】同心円状パターンを呈する分極反転層５が
形成された非線型光学結晶３の作製方法は、図１２及び
図１３に示された従来の作製方法を用いることができ
る。レジストのパターニングを行う際に同心円状のマス
クパターンを用いることで、同心円状パターンの金属膜
（電極）を形成することが可能となり、同心円状パター
ンを呈する分極反転層５が形成されることになる。

【００２１】本実施形態において、非線型光学結晶３
（ＬｉＮｂＯ₃基板）は、直径が５ｍｍ、厚さが１ｍｍ
に設定されている。分極反転層５の周期Λは、２５μｍ
に設定されており、分極反転層５は、２００層形成され
ている。

【００２２】擬似位相整合型波長変換デバイス１は、非
線型光学結晶３に入射する光（基本波７）を集光するた
めの光学系としての集光レンズ１１を備えている。この
集光レンズ１１は、その焦点領域が分極反転層５の同心
円状パターンの中心と一致するように配設されており、
基本波７は分極反転層５の同心円状パターンの中心に集
光される。これにより、非線型光学結晶３内に入射した
ビームの中心（光軸）は、分極反転層５の同心円状パタ
ーンの中心を通ることとなる。

【００２３】基本波７を集光レンズ１１により集光して
非線型光学結晶３に入射させた場合、非線型光学結晶３
内に入射したビームの中心付近の光と周辺部の光とでは
入射角度にずれθが生じる。しかしながら、分極反転層
５が、非線型光学結晶３内における入射光の進行方向に
沿った断面で見て、同心円状パターンを呈するように形
成され、集光レンズ１１が基本波７を分極反転層５の同
心円状パターンの中心に集光するので、それぞれの分極
反転層５に対する入射角度にずれが生じることはない。

【００２４】以上のことから、本実施形態によれば、図
２に示されるように、非線型光学結晶３内に入射したビ
ームの中心での光路とビームの端の光路では周期Λが変
化することはなく、光の進行方向（光路）での分極反転
層５の周期は同じとなる。これにより、基本波７の殆ど
を波長変換することができ、高効率の波長変換が可能と
なり、また、変換光９の波長が不均一となるのを抑制す
ることができる。

【００２５】また、非線型光学結晶３の入射端面３ａ及
び出射端面３ｂは、分極反転層５の同心円状パターンに
沿った形状を有していることにより、如何なる入射角度
であっても光の進行方向に対して分極反転層５の周期を
確実に同じにすることができる。

【００２６】なお、非線型光学結晶３においては、円形
の分極反転層５は一方向にしか形成することができない
ため、基本波７を分極反転層５が円形でない方向に集光
することはできない。このため、図３に示されるよう
に、シリンドリカルレンズ２１を用いて、Ｙ軸方向にお
いてのみ基本波を集光することが好ましい。また、Ｚ軸
方向においても基本波が非線型光学結晶３に入射するよ
うに、長焦点レンズ２３等を用いてビーム径を小さくし
ておくことが好ましい。図３に示された非線型光学結晶
３においては、その入射端面３ａ及び出射端面３ｂが平
面形状を有している。図３においても、図１及び図２と
同様に、分極反転層５が形成されている部分にハッチン
グを付している。

【００２７】擬似位相整合型波長変換デバイス１を光パ
ラメトリック増幅（ＯＰＡ）に用いた場合、集光レンズ
１１の焦点と分極反転層５の同心円状パターンの中心と
を完全に一致させれば、入射角度により変換光９の波長
が不均一となる要因がなくなる。

【００２８】たとえば、非線型光学結晶３に波長１．０
６４μｍ、ビーム直径２ｍｍの基本波を、焦点距離５ｍ
ｍのレンズで集光した場合、非線型光学結晶３から発生
する変換光（アイドラ光）は、図４に示されるスペクト
ル特性を有し、図１６に示された従来の波長変換デバイ
スにおける変換光のスペクトル特性と比べても、変換光
の波長が略均一となっている。図４に示されたスペクト
ル特性における波長の幅は、基本波７自体が有している
波長の幅（１ｃｍ^-1）によるものだけである。なお、強
度（縦軸）の単位は任意定数（ａ．ｕ．）としている
が、図１６に示されたスペクトル特性とは規格化してお
り、強度はそのまま比較できるようになっている。

【００２９】次に、集光レンズ１１の焦点と分極反転層
５の同心円状パターンの中心とがずれた場合における変
換光９の波長変化について説明する。まず、最も中心に
ある分極反転層５の１周期分における変換光９の波長変
化を計算により求めた。この計算の結果を、図５及び図
６に示す。

【００３０】図５は、図１に示された擬似位相整合型波
長変換デバイス１において、集光レンズ１１の焦点が分
極反転層５の同心円状パターンの中心から図１における
Ｙ軸方向にずれたときの変換光９の波長変化を示してい
る。実線で示された特性Ａ１は、ビームの中心付近の光
での変換光９の波長変化を表しており、破線で示された
特性Ａ２は、ビームの周辺部の光での変換光９の波長変
化を表している。なお、実線で示された特性Ｂ１は、図
１４に示された従来の波長変換デバイス（擬似位相整合
型波長変換デバイス）における、ビームの中心付近の光
での変換光の波長変化を表しており、破線で示された特
性Ｂ２は、同じく図１４に示された従来の波長変換デバ
イスにおける、ビームの周辺部の光での変換光の波長変
化を表している。なお、ビームの中心付近の光と周辺部
の光とでの入射角度のずれθは、１０°に設定してい
る。

【００３１】図６は、図１に示された擬似位相整合型波
長変換デバイス１において、集光レンズ１１の焦点が分
極反転層５の同心円状パターンの中心から図１における
Ｘ軸方向にずれたときの変換光９の波長変化を示してい
る。実線で示された特性Ａ３は、ビームの中心付近の光
での変換光９の波長変化を表しており、破線で示された
特性Ａ４は、周辺部の光での変換光９の波長変化を表し
ている。なお、破線で示された特性Ｂ４は、図１４に示
された従来の波長変換デバイスにおける、ビームの周辺
部の光での変換光の波長変化を表している。なお、図１
４に示された従来の波長変換デバイスにおける、ビーム
の中心付近の光での変換光の波長変化の特性Ｂ３は、特
性Ａ３と同じとなる。なお、ビームの中心付近の光と周
辺部の光とでの入射角度のずれθは、１０°に設定して
いる。

【００３２】集光レンズ１１の焦点が分極反転層５の同
心円状パターンの中心から図１におけるＹ軸方向にずれ
た場合には、図５に示されるように、特性Ａ１と特性Ａ
２とは、その差は小さいものの、Ｙ軸方向のずれが大き
くなるにしたがって変換光９の波長が長波長側にシフト
している。集光レンズ１１の焦点が分極反転層５の同心
円状パターンの中心と一致したとき、すなわちＹ軸方向
のずれが０のときにおける波長からの変化量が、特性Ｂ
１と特性Ｂ２との差よりも大きくなるのは、Ｙ軸方向の
ずれが２μｍ程度となったときである。

【００３３】集光レンズ１１の焦点が分極反転層５の同
心円状パターンの中心から図１におけるＸ軸方向にずれ
た場合には、図６に示されるように、特性Ａ３は変化し
ないものの、特性Ａ４はＸ軸方向のずれが大きくなるに
したがって波長が短波長側にシフトしている。特性Ａ４
が特性Ｂ４を下回る、すなわち、特性Ａ３と特性Ａ４と
の差が特性Ｂ３と特性Ｂ４との差よりも大きくなるの
は、Ｘ軸方向のずれが１１μｍ程度となったときであ
る。

【００３４】このように、集光レンズ１１の焦点と分極
反転層５の同心円状パターンの中心とがＹ軸方向におい
て２μｍ以上ずれた場合、あるいは、Ｘ軸方向で１１μ
ｍ以上ずれた場合、本実施形態における擬似位相整合型
波長変換デバイス１は、図１４に示された従来の擬似位
相整合型波長変換デバイスよりも性能が低くなってしま
う。

【００３５】しかしながら、上述した点は、最も中心に
ある分極反転層５の１周期分における変換光９の波長変
化に関するものである。実際には、分極反転層５は他に
２００周期も存在しており、これらの分極反転層５に関
しては、最も中心にある分極反転層５に比して、その半
径が大きいため、周期のずれはずっと小さくなる。

【００３６】図７は、各周期毎の変換光９の波長変化を
示したものであり、実線で示された特性Ｃ１は、Ｘ軸方
向のずれが２μｍである場合の変換光９の波長変化を表
し、破線で示された特性Ｃ２は、Ｘ軸方向のずれが４μ
ｍである場合の変換光９の波長変化を表し、実線で示さ
れた特性Ｃ３は、Ｘ軸方向のずれが６μｍである場合の
変換光９の波長変化を表し、破線で示された特性Ｃ４
は、Ｘ軸方向のずれが８μｍである場合の変換光９の波
長変化を表し、実線で示された特性Ｃ５は、Ｘ軸方向の
ずれが１０μｍである場合の変換光９の波長変化を表し
ている。また、破線で示された特性Ｄ１は、図７に示さ
れた従来の波長変換デバイスにおける、ビームの周辺部
の光での変換光の波長変化を表している。なお、いずれ
の特性Ｃ１〜Ｃ６も、ビームの周辺部の光での変換光９
の波長変化を示しており、ビームの中心付近の光と周辺
部の光とでの入射角度のずれθは、１０°に設定してい
る。

【００３７】図７からも分かるように、Ｘ軸方向のずれ
が２μｍである場合には、２周期目から従来の波長変換
デバイスにおける変換光の波長変化に比して波長の短波
長側へのシフト量が少なくなっている。また、Ｘ軸方向
のずれが１０μｍである場合には、６周期目から従来の
波長変換デバイスにおける変換光の波長変化に比して波
長の短波長側へのシフト量が少なくなっている。このよ
うに、集光レンズ１１の焦点が分極反転層５の同心円状
パターンの中心からずれたとしても、中心付近の分極反
転層５が有効に機能しないだけであり、そこから発生し
た変換光９は全体の変換光９の強度に比べれば微々たる
ものであり、波長の不均一として顕著に現れるものでは
ない。

【００３８】次に、同心円状パターンの中心付近の分極
反転層５による変換光９を除去する変形例を、図８に基
づいて説明する。なお、図８においても、図１及び図２
と同様に、分極反転層５が形成されている部分にハッチ
ングを付している。

【００３９】図８に示された変形例では、集光レンズ１
１の焦点領域となる同心円状パターンの中心付近に、分
極反転層５を形成していない。これにより、集光レンズ
１１の焦点領域となる同心円状パターンの中心部分に分
極反転層５が存在しなくなり、同心円状パターンの中心
部分から集光レンズ１１の焦点領域がずれた場合におい
ても、変換光９の波長が不均一となるのを抑制すること
ができる。また、集光レンズ１１の焦点領域となる同心
円状パターンの中心部分に分極反転層５が存在しないの
で、集光レンズ１１の焦点領域の位置合わせを容易に行
うことが可能となり、擬似位相整合型波長変換デバイス
１の組み立てが簡易なものとなる。

【００４０】図８に示された、最も中心の分極反転層５
のみを形成していない非線型光学結晶３を用いた場合に
は、集光レンズ１１の焦点と分極反転層５の同心円状パ
ターンの中心とのずれの許容範囲を５μｍにまで拡大す
ることができる。なお、図８においては、最も中心の分
極反転層５のみが形成されていないが、波長変化の度合
いによっては、より多くの分極反転層５を形成しないよ
うにしてもよい。

【００４１】また、基本波７を集光している以上、集光
レンズ１１の焦点付近の分極反転層５による波長変換の
寄与は大きい。万が一、同心円状パターンの中心付近の
分極反転層５による波長変換が全体に対して支配的とな
る場合には、集光レンズ１１の焦点と分極反転層５の同
心円状パターンの中心とが２μｍ以上ずれてはいけない
ことになる。そこで、集光レンズ１１の焦点と分極反転
層５の同心円状パターンの中心とずれの許容範囲を拡大
できる変形例を、図９に基づいて説明する。なお、図９
においても、図１及び図２と同様に、分極反転層５が形
成されている部分にハッチングを付している。

【００４２】図９に示された変形例では、同心円状パタ
ーンの中心付近の分極反転層５を基本波７の入射側と変
換光９の出射側とで半分に分けて、この部分の分極反転
層５が、集光レンズ１１の焦点領域（同心円状パターン
の中心）よりも基本波７の入射側となる部分と変換光９
の出射側となる部分とで半周期ずれるように形成されて
いる。これにより、同心円状パターンの中心部分から集
光レンズ１１の焦点領域がずれた場合においても、変換
光９の波長が不均一となるのを抑制することができる。
図９に示された変形例においては、集光レンズ１１の焦
点と分極反転層５の同心円状パターンの中心とのずれの
許容範囲を２．２μｍにまで拡大することができる。

【００４３】擬似位相整合型波長変換デバイス１を第２
光調波発生（ＳＨＧ）に用いた場合、図１７に示された
基本波の波形全体の部分が有効に変換されることにな
り、変換効率が２０％程度向上することになる。集光レ
ンズ１１の焦点と分極反転層５の同心円状パターンの中
心とのずれに対する波長変化の挙動は、上述したＯＰＡ
の場合と同様となるが、周期が小さくなるために、集光
レンズ１１の焦点と分極反転層５の同心円状パターンの
中心とのずれの許容範囲は狭くなる。

【００４４】次に、図１０に基づいて、本実施形態に係
る擬似位相整合型波長変換デバイスの変形例を示す。な
お、図１０においても、図１及び図２と同様に、分極反
転層５が形成されている部分にハッチングを付してい
る。

【００４５】この変形例の擬似位相整合型波長変換デバ
イスに含まれる非線型光学結晶３３において、その入射
端面３３ａは、非線型光学結晶３３に入射する基本波７
を分極反転層５の同心円状パターンの中心部分に集光す
るようにレンズ形状を有している。また、非線型光学結
晶３３の出射端面３３ｂは、変換光９を所望の方向に屈
折するようにレンズ形状を有している。非線型光学結晶
３３の入射端面３３ａ及び出射端面３３ｂがレンズ形状
を有することにより、集光レンズ１１等を新たに配設す
る必要がなく、擬似位相整合型波長変換デバイス３１の
小型化が可能となる。

【００４６】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。本実施形態においては、非線型光学結晶
３をＬｉＮｂＯ₃基板にて構成しているが、これに限ら
れることなく、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃基板、ＬｉＴａＯ₃
基板、ＫＴＰ基板、ＧａＡｓ基板等の擬似位相整合型波
長変換デバイスに適用できる材質にて構成してもよい。

【００４７】また、本発明に係る波長変換デバイスは、
上述したＯＰＡ、ＳＨＧ以外に、和周波混合、差周波混
合、共振器構造を有する構成（外部共振器構造、内部共
振器構造、光パラメトリック共振器構造（ＯＰＯ））に
も用いることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、高効率の波長変換を図ると共に、変換光の波長
が不均一となるのを抑制することが可能な波長変換デバ
イスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスを示
す概略構成図である。

【図２】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスを示
す要部拡大概略構成図である。

【図３】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスの変
形例を示す概略構成図である。

【図４】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスにお
ける変換光のスペクトル特性を示す線図である。

【図５】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスにお
ける、集光レンズの焦点と分極反転層の同心円状パター
ンの中心とのずれに対する変換光の波長の変化を示す線
図である。

【図６】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスにお
ける、集光レンズの焦点と分極反転層の同心円状パター
ンの中心とのずれに対する変換光の波長の変化を示す線
図である。

【図７】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスにお
ける、集光レンズの焦点と分極反転層の同心円状パター
ンの中心とのずれに対する変換光の波長の変化を示す線
図である。

【図８】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスの変
形例を示す要部拡大概略構成図である。

【図９】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスの変
形例を示す要部拡大概略構成図である。

【図１０】本発明の実施形態に係る波長変換デバイスの
変形例を示す要部拡大概略構成図である。

【図１１】従来の波長変換デバイスを示す概略構成図で
ある。

【図１２】従来の波長変換デバイスの作製方法を説明す
るための図である。

【図１３】従来の波長変換デバイスの作製方法を説明す
るための図である。

【図１４】従来の波長変換デバイスを示す概略構成図で
ある。

【図１５】従来の波長変換デバイスを示す要部拡大概略
構成図である。

【図１６】従来の波長変換デバイスにおける変換光のス
ペクトル特性を示す線図である。

【図１７】従来の波長変換デバイスにおける基本波及び
変換光の入射角度に対する強度の変化を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１，１０１…擬似位相整合型波長変換デバイス、３，３
３，１０３…非線型光学結晶、３ａ，３３ａ…入射端
面、３ｂ，３３ｂ…出射端面、５，１０５…分極反転
層、７，１０７…基本波、９，１０９…変換光、１１，
１４１…集光レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周期で分極反転層が形成された非
線型光学結晶を備えた波長変換デバイスであって、前記分極反転層は、前記非線型光学結晶内における入射
光の進行方向に沿った断面で見て、同心円状パターンを
呈するように形成されていることを特徴とする波長変換
デバイス。
【請求項２】前記非線型光学結晶に入射する光を前記
同心円状パターンの中心部分に集光するための光学系を
更に備えており、前記光学系の焦点領域には、前記分極反転層が形成され
ていないことを特徴とする請求項１に記載の波長変換デ
バイス。
【請求項３】前記非線型光学結晶に入射する光を前記
同心円状パターンの中心部分に集光するための光学系を
更に備えており、前記分極反転層は、前記光学系の焦点領域よりも入射側
となる部分と出射側となる部分とで半周期ずれるように
形成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長
変換デバイス。
【請求項４】前記非線型光学結晶の入射端面及び出射
端面は、前記同心円状パターンに沿った形状を有してい
ることを特徴とする請求項１に記載の波長変換デバイ
ス。
【請求項５】前記非線型光学結晶の入射端面は、前記
非線型光学結晶に入射する光を前記同心円状パターンの
中心部分に集光するようにレンズ形状を有し、前記非線型光学結晶の出射端面は、変換光を所望の方向
に屈折するようにレンズ形状を有していることを特徴と
する請求項１に記載の波長変換デバイス。