JP2753118B2 - 光波長変換装置 - Google Patents
光波長変換装置Info
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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- G02—OPTICS
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/374—Cherenkov radiation
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F2201/30—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ディスク装置やレーザビームプリンタ等
の情報処理装置、光応用計測器等に使用されるレーザ光
を短波長化する際に使用される光波長変換装置に関す
る。
の情報処理装置、光応用計測器等に使用されるレーザ光
を短波長化する際に使用される光波長変換装置に関す
る。
（従来の技術） 光ディスク装置やレーザビームプリンタ等の情報処理
装置、あるいは光応用計測器等では、半導体レーザ素子
から発せられる、集光性および指向性に優れたレーザ光
が使用されている。通常、半導体レーザ素子から発振さ
れるレーザー光の波長は、780nm、830nm等の長波長の近
赤外光であるが、最近では、情報処理装置における処理
情報量を増大させるために、あるいは光応用計測器の計
測精度を向上させるために、レーザ光の短波長化が進め
られている。例えば、光ディスク装置やレーザビームプ
リンタ等の情報装置では、半導体レーザ素子にて発振さ
れたレーザ光を所定位置に集光させて、情報や画像の書
き込みが行われている。レーザ光の波長と集光スポット
の径は、通常、比例関係にあり、レーザ光の波長が短く
なれば、集光スポットの径を小さくできる。集光スポッ
トの径が小さくなれば、光ディスク装置では、光ディス
クに書き込む情報量（記録密度）を増大させることがで
きる。レーザビームプリンタでは、レーザ光の波長が短
くなれば、微小画像を形成し得るために記録密度を増大
させることができ、さらには、解像度を向上させること
ができる。波長の短い緑色や青色のレーザ光が容易に得
られれば、現在使用されている赤色レーザ光と組み合わ
せることにより、高速動作可能な、高解像度のカラープ
リンタも実現し得る。光応用計測器では、レーザ光の波
長を短くすることすることにより、計測精度の向上が図
れる。
装置、あるいは光応用計測器等では、半導体レーザ素子
から発せられる、集光性および指向性に優れたレーザ光
が使用されている。通常、半導体レーザ素子から発振さ
れるレーザー光の波長は、780nm、830nm等の長波長の近
赤外光であるが、最近では、情報処理装置における処理
情報量を増大させるために、あるいは光応用計測器の計
測精度を向上させるために、レーザ光の短波長化が進め
られている。例えば、光ディスク装置やレーザビームプ
リンタ等の情報装置では、半導体レーザ素子にて発振さ
れたレーザ光を所定位置に集光させて、情報や画像の書
き込みが行われている。レーザ光の波長と集光スポット
の径は、通常、比例関係にあり、レーザ光の波長が短く
なれば、集光スポットの径を小さくできる。集光スポッ
トの径が小さくなれば、光ディスク装置では、光ディス
クに書き込む情報量（記録密度）を増大させることがで
きる。レーザビームプリンタでは、レーザ光の波長が短
くなれば、微小画像を形成し得るために記録密度を増大
させることができ、さらには、解像度を向上させること
ができる。波長の短い緑色や青色のレーザ光が容易に得
られれば、現在使用されている赤色レーザ光と組み合わ
せることにより、高速動作可能な、高解像度のカラープ
リンタも実現し得る。光応用計測器では、レーザ光の波
長を短くすることすることにより、計測精度の向上が図
れる。
近時、III−Ｖ族の半導体材料（InGaAlP系）を使用し
た半導体レーザ素子では、発振波長が600nm台（680nm）
のレーザ光が得られているが、III−Ｖ族の半導体材料
では、それ以上の短波長化は困難である。ZnSe、ZnS等
のII−VI族の半導体材料を用いた半導体レーザ素子の研
究も行われているが、現在では、ｐ−ｎ接合も実現され
ていない。このため、緑色、青色等の短波長のレーザ光
を発振し得る半導体レーザ素子は、適当な材料が見あた
らないこともあって、実現されていない。その結果、緑
色や青色等の短波長のレーザ光は、アルゴンイオンレー
ザ等の大型なガスレーザによって発振されているのが現
状である。
た半導体レーザ素子では、発振波長が600nm台（680nm）
のレーザ光が得られているが、III−Ｖ族の半導体材料
では、それ以上の短波長化は困難である。ZnSe、ZnS等
のII−VI族の半導体材料を用いた半導体レーザ素子の研
究も行われているが、現在では、ｐ−ｎ接合も実現され
ていない。このため、緑色、青色等の短波長のレーザ光
を発振し得る半導体レーザ素子は、適当な材料が見あた
らないこともあって、実現されていない。その結果、緑
色や青色等の短波長のレーザ光は、アルゴンイオンレー
ザ等の大型なガスレーザによって発振されているのが現
状である。
このような大型のガスレーザを用いることなく、緑
色、青色等の短波長のレーザ光を得るために、固体レー
ザや半導体レーザ素子から発振されたレーザ光の波長を
変換する光波長変換方法がある。この光波長変換方法と
しては、複数の光の周波数が足し合わされる和周波発
生、特に、同一周波数の２つ、あるいは３つの光の周波
数が足し合わされる第２高調波発生、第３高調波発生を
利用する方法が知られている。現在、第２高調波発生に
より、例えば、波長1.06μｍのYAG（イットニウム・ア
ルミニウム・ガーネット）レーザを用いて波長0.53μｍ
の緑色レーザ光の発生が実現されており、また、波長0.
83〜0.84μｍの半導体レーザを用いて、波長0.415〜0.4
2μｍの青色レーザ光の発生が実現されている。
色、青色等の短波長のレーザ光を得るために、固体レー
ザや半導体レーザ素子から発振されたレーザ光の波長を
変換する光波長変換方法がある。この光波長変換方法と
しては、複数の光の周波数が足し合わされる和周波発
生、特に、同一周波数の２つ、あるいは３つの光の周波
数が足し合わされる第２高調波発生、第３高調波発生を
利用する方法が知られている。現在、第２高調波発生に
より、例えば、波長1.06μｍのYAG（イットニウム・ア
ルミニウム・ガーネット）レーザを用いて波長0.53μｍ
の緑色レーザ光の発生が実現されており、また、波長0.
83〜0.84μｍの半導体レーザを用いて、波長0.415〜0.4
2μｍの青色レーザ光の発生が実現されている。
波長0.84μｍの半導体レーザ光による第２高調波の発
生は、例えば、「応用物理、第56巻、12号、1637〜1641
ページ（1987）」に報告されている。この報告では、第
６図に示すように、LiNbO3基板61上にプロトン交換法に
より光導波路62を形成して、レーザ光源63から発振され
る0.84μｍ、40mWの半導体レーザ光を光導波路62に入射
させることにより、１％の変換効率で、0.4mWの第２高
調波が発生されている。光導波路63は、幅2.0μｍ、深
さ0.4μｍに形成されており、該光導波路63内に半導体
レーザ光を入射させると、高調波は光導波路62に対し
て、約16.2゜の傾斜状態で基板61内に放射される。この
場合、基本波と高調波との位相整合条件は、ほとんど自
動的に満足され、光線と結晶の角度や結晶の温度に対す
る制約がない。しかし、出力される光は、断面形状が軸
対称ではなくて、三日月状になっているために、回折限
界まで集光することができず、使用することができな
い。
生は、例えば、「応用物理、第56巻、12号、1637〜1641
ページ（1987）」に報告されている。この報告では、第
６図に示すように、LiNbO3基板61上にプロトン交換法に
より光導波路62を形成して、レーザ光源63から発振され
る0.84μｍ、40mWの半導体レーザ光を光導波路62に入射
させることにより、１％の変換効率で、0.4mWの第２高
調波が発生されている。光導波路63は、幅2.0μｍ、深
さ0.4μｍに形成されており、該光導波路63内に半導体
レーザ光を入射させると、高調波は光導波路62に対し
て、約16.2゜の傾斜状態で基板61内に放射される。この
場合、基本波と高調波との位相整合条件は、ほとんど自
動的に満足され、光線と結晶の角度や結晶の温度に対す
る制約がない。しかし、出力される光は、断面形状が軸
対称ではなくて、三日月状になっているために、回折限
界まで集光することができず、使用することができな
い。
（発明が解決しようとする課題） このような欠点を解消した光波長変換装置が、平成元
年度秋期応用物理学会予稿集第３分冊、921ページ（198
9）に記載されている。この光波長変換装置は、中空の
ガラス管内に有機非線形材料を充填して結晶化させ、軸
対称なチェレンコフ放射により第２高調波を発生させて
おり、この第２高調波をアキシコレンズを用いて回折限
界まで集光するようにしている。
年度秋期応用物理学会予稿集第３分冊、921ページ（198
9）に記載されている。この光波長変換装置は、中空の
ガラス管内に有機非線形材料を充填して結晶化させ、軸
対称なチェレンコフ放射により第２高調波を発生させて
おり、この第２高調波をアキシコレンズを用いて回折限
界まで集光するようにしている。
しかし、この波長変換装置は、細いガラス管内に非線
形材料を充填しなければならないために、有機材料しか
使用できない。直径が数ミクロンというきわめて細いガ
ラス管を使用するために、ガラス管を再現性よく製造す
ることは困難である。結晶軸は、使用するガラス管と非
線形材料との関係で決まってしまうために、使用される
材料の非線形性が十分に利用されない等の問題がある。
また、有機非線形材料としては、非線形光学定数が大き
いものが得られるが、通常は、融点が低く、熱的に不安
定であり、さらに、結晶軸の制御が困難である。このよ
うに、上述の波長変換装置は、実用化は必ずしも容易で
ない。
形材料を充填しなければならないために、有機材料しか
使用できない。直径が数ミクロンというきわめて細いガ
ラス管を使用するために、ガラス管を再現性よく製造す
ることは困難である。結晶軸は、使用するガラス管と非
線形材料との関係で決まってしまうために、使用される
材料の非線形性が十分に利用されない等の問題がある。
また、有機非線形材料としては、非線形光学定数が大き
いものが得られるが、通常は、融点が低く、熱的に不安
定であり、さらに、結晶軸の制御が困難である。このよ
うに、上述の波長変換装置は、実用化は必ずしも容易で
ない。
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その
目的は、集光特性にすぐれた変換波長光を安定的に出射
させ得る光波長変換装置を提供することにある。
目的は、集光特性にすぐれた変換波長光を安定的に出射
させ得る光波長変換装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の光波長変換装置は、基本波が入射されるよう
に基板上に形成されており、入射された基本波が内部を
伝播する間に基板内に断面形状が三日月状の第２高調波
をチェレンコフ放射するように、該基板が非線形材料で
あるかもしくは非線形材料で構成された波長変換光導波
路と、該波長変換光導波路からチェレンコフ放射される
第２高調波が入射される、該基板の該波長変換光導波路
とは反対側である裏面に設けられた回折格子からなる光
結合器と、該光結合器に入射された第２高調波が、内部
を伝播するように該光結合器に接続されており、内部を
伝播する第２高調波が外部に出射される出射側光導波路
とを具備し、該光結合器の回折格子は波長変換光導波路
から放射角度αでチェレンコフ放射される第２高調波が
該光結合器に入射される点を原点として、該出射側光導
波路の延びる方向をｙ軸方向、このｙ軸方向に対して該
基板の裏面内にて直交する方向をｘ軸方向、両軸方向に
直交する方向をｚ軸方向とし、かつ、該基板の厚さを
ｄ、該波長変換光導波路の等価屈折率をｎ、該出射側光
導波路の等価屈折率をＮ、該光結合器内の第２高調波が
集光する点の該原点からの距離をｆ、第２高調波の波長
をλとした場合に、整数ｍを０、±１、±２、…と変え
て下式、 にて得られる曲線群の格子パターンとなっており、その
ことにより上記目的が達成される。
に基板上に形成されており、入射された基本波が内部を
伝播する間に基板内に断面形状が三日月状の第２高調波
をチェレンコフ放射するように、該基板が非線形材料で
あるかもしくは非線形材料で構成された波長変換光導波
路と、該波長変換光導波路からチェレンコフ放射される
第２高調波が入射される、該基板の該波長変換光導波路
とは反対側である裏面に設けられた回折格子からなる光
結合器と、該光結合器に入射された第２高調波が、内部
を伝播するように該光結合器に接続されており、内部を
伝播する第２高調波が外部に出射される出射側光導波路
とを具備し、該光結合器の回折格子は波長変換光導波路
から放射角度αでチェレンコフ放射される第２高調波が
該光結合器に入射される点を原点として、該出射側光導
波路の延びる方向をｙ軸方向、このｙ軸方向に対して該
基板の裏面内にて直交する方向をｘ軸方向、両軸方向に
直交する方向をｚ軸方向とし、かつ、該基板の厚さを
ｄ、該波長変換光導波路の等価屈折率をｎ、該出射側光
導波路の等価屈折率をＮ、該光結合器内の第２高調波が
集光する点の該原点からの距離をｆ、第２高調波の波長
をλとした場合に、整数ｍを０、±１、±２、…と変え
て下式、 にて得られる曲線群の格子パターンとなっており、その
ことにより上記目的が達成される。
（作用） 本発明の光波長変換装置は、基板に設けられた波長変
換光導波路を伝播する基本波が、第２高調波に変換され
て、基板内にチェレンコフ放射され、この第２高調波
が、光結合器により出射側光導波路内に入射される。そ
して、該出射側光導波路から第２高調波が外部に出射さ
れる。
換光導波路を伝播する基本波が、第２高調波に変換され
て、基板内にチェレンコフ放射され、この第２高調波
が、光結合器により出射側光導波路内に入射される。そ
して、該出射側光導波路から第２高調波が外部に出射さ
れる。
（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。
本発明の光波長変換装置は、第１図（ａ）および
（ｂ）に示すように、非線形光学効果を有する直方体状
の結晶基板11の表面11a上に形成された直線状の波長変
換光導波路12を有する。該波長変換光導波路12は、基板
11の一方の端面11cから中央部に近傍に向かって延びて
おり、該端面11c側の側部にのみ位置している。
（ｂ）に示すように、非線形光学効果を有する直方体状
の結晶基板11の表面11a上に形成された直線状の波長変
換光導波路12を有する。該波長変換光導波路12は、基板
11の一方の端面11cから中央部に近傍に向かって延びて
おり、該端面11c側の側部にのみ位置している。
該波長変換光導波路12の端部が位置する基板11の端面
11cには、一対のレンズ21および22により構成された光
学系20が対向して配設されており、該光学系20には、半
導体レーザ光源30から発振されるレーザ光が透過するよ
うになっている。該レーザ光源30から発振されたレーザ
光は、光学系20を透過して、該光学系20により、基板11
の端面11c内に位置する波長変換光導波路12の端面に集
光され、該端面から該光導波路12内に入射する。
11cには、一対のレンズ21および22により構成された光
学系20が対向して配設されており、該光学系20には、半
導体レーザ光源30から発振されるレーザ光が透過するよ
うになっている。該レーザ光源30から発振されたレーザ
光は、光学系20を透過して、該光学系20により、基板11
の端面11c内に位置する波長変換光導波路12の端面に集
光され、該端面から該光導波路12内に入射する。
光学系20における基板11側の集光レンズ22は、基本波
であるレーザ光の損失をできるだけ避けるために、開口
数（NA）が十分に大きいものが使用されており、本実施
例では、開口数が0.6の集光レンズが使用されている。
であるレーザ光の損失をできるだけ避けるために、開口
数（NA）が十分に大きいものが使用されており、本実施
例では、開口数が0.6の集光レンズが使用されている。
該結晶基板11の裏面11bには、該波長変換光導波路12
が形成された側部とは反対側の側部に、直線状の出射側
光導波路13が形成されている。該出射側の光導波路13
は、基板11における光入射側の端面11cとは反対側の端
面11dから基板11の中央部近傍に向かって延びている。
該出射側光導波路13は、入射側の光導波路12の延長線に
対して平行に状態になるように形成されている。
が形成された側部とは反対側の側部に、直線状の出射側
光導波路13が形成されている。該出射側の光導波路13
は、基板11における光入射側の端面11cとは反対側の端
面11dから基板11の中央部近傍に向かって延びている。
該出射側光導波路13は、入射側の光導波路12の延長線に
対して平行に状態になるように形成されている。
該出射側光導波路13における基板11の中央部側の端部
には、回折格子光結合器14が連続して設けられている。
該回折格子結合器14は、出射側光導波路13側端部の幅寸
法が十分に小さく、該光導波路13の幅寸法に等しくなっ
ており、該光導波路13から離れるにつれて幅寸法が順次
大きくなっている。そして、基板11の中央部から入射側
の光導波路12が形成された側部にかけては、十分に広い
一定の幅寸法になっており、その一定寸法の部分に所定
の格子パターンの回折格子が形成されている。
には、回折格子光結合器14が連続して設けられている。
該回折格子結合器14は、出射側光導波路13側端部の幅寸
法が十分に小さく、該光導波路13の幅寸法に等しくなっ
ており、該光導波路13から離れるにつれて幅寸法が順次
大きくなっている。そして、基板11の中央部から入射側
の光導波路12が形成された側部にかけては、十分に広い
一定の幅寸法になっており、その一定寸法の部分に所定
の格子パターンの回折格子が形成されている。
半導体レーザ光源30からは、例えば波長830nmのレー
ザ光が基本波として発振され、そのレーザ光は、光学系
20を透過して、入射側の光導波路12内に入射される。入
射側の光導波路12内に入射した基本波は、波長変換光導
波路12内で、波長415nmの第２高調波に変換される。波
長変換光導波路12内にて変換された第２高調波は、基本
波と位相整合させるために、基板11の内部に例えば放射
角度αで放射される、いわゆるチェレンコフ放射とな
る。
ザ光が基本波として発振され、そのレーザ光は、光学系
20を透過して、入射側の光導波路12内に入射される。入
射側の光導波路12内に入射した基本波は、波長変換光導
波路12内で、波長415nmの第２高調波に変換される。波
長変換光導波路12内にて変換された第２高調波は、基本
波と位相整合させるために、基板11の内部に例えば放射
角度αで放射される、いわゆるチェレンコフ放射とな
る。
基板11の内部に放射された第２高調波は、回折格子光
結合器14に入射される。該回折格子光結合器14は、チェ
レンコフ放射光を全て吸収できるように、十分な幅寸法
を有しており、該回折光結合器14内に吸収された第２高
調波は、回折格子光結合器14における順次幅寸法が減少
する部分を伝播する間に、単一モードとされて、出射側
光導波路13内に入射される。
結合器14に入射される。該回折格子光結合器14は、チェ
レンコフ放射光を全て吸収できるように、十分な幅寸法
を有しており、該回折光結合器14内に吸収された第２高
調波は、回折格子光結合器14における順次幅寸法が減少
する部分を伝播する間に、単一モードとされて、出射側
光導波路13内に入射される。
出射側光導波路13は、波長変換光導波路12に比べて厚
さが薄くなっており、内部を伝播する第２高調波が単一
モード条件になるようにされている。従って、出射側光
導波路13内を伝播し、基板11の出射側端面11dから出射
される。第２高調波は回折限界まで集光することができ
る。
さが薄くなっており、内部を伝播する第２高調波が単一
モード条件になるようにされている。従って、出射側光
導波路13内を伝播し、基板11の出射側端面11dから出射
される。第２高調波は回折限界まで集光することができ
る。
該結晶基板11は、例えば、非線形光学定数が大きいLi
NbO3が使用されており、波長変換光導波路12は、プロト
ン交換法により、例えば、次のように製造される。Ｚ板
LiNbO3製の結晶基板11に、モリブデン（Mo）等のマスク
用金属薄膜を電子ビーム蒸着法等により蒸着した後に、
通常のホトリソグラフィー法により、ホトレジストで基
板11の表面11aに波長変換光導波路12パターンマスクを
形成し、このホトレジストパターンをマスクとして、Mo
等の金属膜をエッチングする。これにより、波長変換光
導波路12を形成する。その後に、基板11の裏面11bに
も、同様の方法で、表面11aに形成された波長変換光導
波路12に対して所定の位置となるように位置合わせされ
た出射側の光導波路13のパターンマスクを形成し、Mo膜
をマスクとしてプロトン交換を行うことにより、出射側
光導波路13を形成する。本実施例では、まず、波長変換
光導波路12および出射側光導波路13を、0.3μｍの深さ
になるまで200℃のプロトン交換液に浸し、その後に、
基板11の表面11aに形成される波長変換光導波路12の深
さが0.4μｍになるまでプロトン交換を再度行うことに
より、それぞれ所定の深さの光導波路12および13を形成
し得る。このようにして光導波路12および13が形成され
ると、その後に、Mo膜が除去されて端面が光学研磨され
る。
NbO3が使用されており、波長変換光導波路12は、プロト
ン交換法により、例えば、次のように製造される。Ｚ板
LiNbO3製の結晶基板11に、モリブデン（Mo）等のマスク
用金属薄膜を電子ビーム蒸着法等により蒸着した後に、
通常のホトリソグラフィー法により、ホトレジストで基
板11の表面11aに波長変換光導波路12パターンマスクを
形成し、このホトレジストパターンをマスクとして、Mo
等の金属膜をエッチングする。これにより、波長変換光
導波路12を形成する。その後に、基板11の裏面11bに
も、同様の方法で、表面11aに形成された波長変換光導
波路12に対して所定の位置となるように位置合わせされ
た出射側の光導波路13のパターンマスクを形成し、Mo膜
をマスクとしてプロトン交換を行うことにより、出射側
光導波路13を形成する。本実施例では、まず、波長変換
光導波路12および出射側光導波路13を、0.3μｍの深さ
になるまで200℃のプロトン交換液に浸し、その後に、
基板11の表面11aに形成される波長変換光導波路12の深
さが0.4μｍになるまでプロトン交換を再度行うことに
より、それぞれ所定の深さの光導波路12および13を形成
し得る。このようにして光導波路12および13が形成され
ると、その後に、Mo膜が除去されて端面が光学研磨され
る。
次に、回折格子光結合器14の具体的な格子パターンに
ついて説明する。例えば、第１図（ａ）および（ｂ）に
示すように、波長変換光導波路12から放射角度αでチェ
レンコフ放射される第２高調波が回折格子光結合器14に
入射される点を原点Ｏとして、出射側光導波路13が延び
る方向をｙ軸方向、このｙ軸方向に対して、基板11の裏
面11b内にて直交する方向をｘ軸方向、両軸方向に直交
する方向をｚ軸方向とする。基板11の厚さをｄ、波長変
換光導波路12の等価屈折率をｎ、出射側光導波路13の等
価屈折率をN,回折格子光結合器14内の第２高調波が集光
する点をＦ、原点Ｏからこの点Ｆまでの距離をｆ、第２
高調波の波長をλとすると、回折格子光結合器14は、次
の式で示され、整数ｍを0,±1,±2,…と変えて得られる
曲線群の格子パターンとされ、その各曲線に沿って、屈
折率、層厚等を変化させることにより製造される。
ついて説明する。例えば、第１図（ａ）および（ｂ）に
示すように、波長変換光導波路12から放射角度αでチェ
レンコフ放射される第２高調波が回折格子光結合器14に
入射される点を原点Ｏとして、出射側光導波路13が延び
る方向をｙ軸方向、このｙ軸方向に対して、基板11の裏
面11b内にて直交する方向をｘ軸方向、両軸方向に直交
する方向をｚ軸方向とする。基板11の厚さをｄ、波長変
換光導波路12の等価屈折率をｎ、出射側光導波路13の等
価屈折率をN,回折格子光結合器14内の第２高調波が集光
する点をＦ、原点Ｏからこの点Ｆまでの距離をｆ、第２
高調波の波長をλとすると、回折格子光結合器14は、次
の式で示され、整数ｍを0,±1,±2,…と変えて得られる
曲線群の格子パターンとされ、その各曲線に沿って、屈
折率、層厚等を変化させることにより製造される。
この式によりしめされる格子パターンを第２図に示
す。このようなパターンは、まず、第３図（ａ）に示す
ように、出射側光導波路13に合わせて、通常のホトリソ
グラフィー法に用いて、ホトレジストパターン14aを形
成し（第３図（ａ）〜（ｃ）では、第１図に示す基板11
の状態とは上下方向が反対になっている）、この上から
TiO2、ITO等のように、屈折率が基板11の屈折率に近
く、透明な材料14bを通常の電子ビーム蒸着法、または
スパッタ蒸着法等により蒸着した後に（第３図
（ｂ））、通常のリフトオフ法によって形成される（第
３図（ｃ））。第３図（ｃ）に示す回折格子は、断面方
形状になっているが、三角形状、鋸歯状等の任意の形状
にすることができる。
す。このようなパターンは、まず、第３図（ａ）に示す
ように、出射側光導波路13に合わせて、通常のホトリソ
グラフィー法に用いて、ホトレジストパターン14aを形
成し（第３図（ａ）〜（ｃ）では、第１図に示す基板11
の状態とは上下方向が反対になっている）、この上から
TiO2、ITO等のように、屈折率が基板11の屈折率に近
く、透明な材料14bを通常の電子ビーム蒸着法、または
スパッタ蒸着法等により蒸着した後に（第３図
（ｂ））、通常のリフトオフ法によって形成される（第
３図（ｃ））。第３図（ｃ）に示す回折格子は、断面方
形状になっているが、三角形状、鋸歯状等の任意の形状
にすることができる。
第４図（ａ）および（ｂ）に本発明の波長変換素子の
別の実施例を示す。本実施例の波長変換素子では、基板
41の表面41aに、深さ0.4μｍの直線状の波長変換光導波
路42が形成されている。該波長変換光導波路42は、一方
の端部が基板41の中央部近傍に位置しており、他方の端
部は、基板41の側部上に設けられた回折格子光結合器44
に接続されている。そして、該回折格子光結合器44に、
半導体レーザ光源30から発振されるレーザ光が照射され
る。該レーザ光は、回折格子光結合器44により、波長変
換光導波路42内に入射される。
別の実施例を示す。本実施例の波長変換素子では、基板
41の表面41aに、深さ0.4μｍの直線状の波長変換光導波
路42が形成されている。該波長変換光導波路42は、一方
の端部が基板41の中央部近傍に位置しており、他方の端
部は、基板41の側部上に設けられた回折格子光結合器44
に接続されている。そして、該回折格子光結合器44に、
半導体レーザ光源30から発振されるレーザ光が照射され
る。該レーザ光は、回折格子光結合器44により、波長変
換光導波路42内に入射される。
基板41の表面41aにおける回折格子光結合器44が設け
られた側部とは反対側の側部には、0.3μｍの深さの直
線状の出射側光導波路43が設けられている。該出射側光
導波路の一方の端部は、基板41表面41aの中央部近傍に
設けられた回折格子光結合器45に接続されており、他方
の端部は、基板41の端面に連なっている。
られた側部とは反対側の側部には、0.3μｍの深さの直
線状の出射側光導波路43が設けられている。該出射側光
導波路の一方の端部は、基板41表面41aの中央部近傍に
設けられた回折格子光結合器45に接続されており、他方
の端部は、基板41の端面に連なっている。
波長変換光導波路42に入射された基本波は、該波長変
換光導波路42内を伝播する間に、第２高調波に変換さ
れ、この第２高調波は、基板41内にチェレンコフ放射に
よりを放射される。基板41内に放射された第２高調波
は、基板41の裏面41bにて反射されて、回折格子光結合
器45に照射され、出射側光導波路43内に入射される。該
出射側光導波路43内を伝播する第２高調波は、基板41の
端面41dから出射される。
換光導波路42内を伝播する間に、第２高調波に変換さ
れ、この第２高調波は、基板41内にチェレンコフ放射に
よりを放射される。基板41内に放射された第２高調波
は、基板41の裏面41bにて反射されて、回折格子光結合
器45に照射され、出射側光導波路43内に入射される。該
出射側光導波路43内を伝播する第２高調波は、基板41の
端面41dから出射される。
本実施例の波長変換素子も、前記実施例と同様にして
製造できるが、波長変換光導波路42および出射側光導波
路43は、基板41における表面41aに形成されるために、
ホトレジストマスクパターンを１回のホトリソグラフィ
ー法により形成することができる。波長変換光導波路42
および出射側光導波路43は、前記実施例と同様に、0.3
μｍの深さになるまでプロトン交換を実施した後に、出
射側光導波路43上にMo膜を蒸着して、波長変換光導波路
42の深さが0.4μｍになるまで、再度、プロトン交換を
行うことにより形成される。
製造できるが、波長変換光導波路42および出射側光導波
路43は、基板41における表面41aに形成されるために、
ホトレジストマスクパターンを１回のホトリソグラフィ
ー法により形成することができる。波長変換光導波路42
および出射側光導波路43は、前記実施例と同様に、0.3
μｍの深さになるまでプロトン交換を実施した後に、出
射側光導波路43上にMo膜を蒸着して、波長変換光導波路
42の深さが0.4μｍになるまで、再度、プロトン交換を
行うことにより形成される。
第５図に本発明の波長変換装置のさらに別の実施例を
示す。本実施例では、基板51の表面51aにおける一方の
側部に、直線状の入射側光導波路52が設けられている。
該入射側光導波路52は、一方の端面51cから他方の端面5
1dにまで達しており、その中央部が基板51の中央部寄り
に位置した直線部分52aになっている。基板51表面51aに
は、リング状の波長変換光導波路53が設けられている。
該波長変換光導波路53は、入射側光導波路52の中央部の
直線部分と平行になった直線部分53aを有しており、両
直線部分52aおよび53aにより方向性結合器54を形成して
いる。
示す。本実施例では、基板51の表面51aにおける一方の
側部に、直線状の入射側光導波路52が設けられている。
該入射側光導波路52は、一方の端面51cから他方の端面5
1dにまで達しており、その中央部が基板51の中央部寄り
に位置した直線部分52aになっている。基板51表面51aに
は、リング状の波長変換光導波路53が設けられている。
該波長変換光導波路53は、入射側光導波路52の中央部の
直線部分と平行になった直線部分53aを有しており、両
直線部分52aおよび53aにより方向性結合器54を形成して
いる。
基板51における一方の端面51cには半導体レーザ光源3
0が光学系20を介して対向した状態で設けられており、
該レーザ光源30から発振されるレーザ光が入射側光導波
路52内に入射される。該入射側光導波路52内に入射され
た基本波は、方向性結合器54により、波長変換光導波路
53内に入射され、該波長変換光導波路53内を伝播する。
0が光学系20を介して対向した状態で設けられており、
該レーザ光源30から発振されるレーザ光が入射側光導波
路52内に入射される。該入射側光導波路52内に入射され
た基本波は、方向性結合器54により、波長変換光導波路
53内に入射され、該波長変換光導波路53内を伝播する。
波長変換光導波路53における方向性結合器を構成する
直線部分53aとは反対側は、直線状の第２高調波発生部5
3bになっている。該第２高調波発生部53bは、波長変換
光導波路53の他の部分よりも厚くなっており、この第２
高調波発生部53bにより第２高調波が基板51内にチェレ
ンコフ放射される。基板51内に放射された第２高調波
は、基板51の裏面51bにより反射される。
直線部分53aとは反対側は、直線状の第２高調波発生部5
3bになっている。該第２高調波発生部53bは、波長変換
光導波路53の他の部分よりも厚くなっており、この第２
高調波発生部53bにより第２高調波が基板51内にチェレ
ンコフ放射される。基板51内に放射された第２高調波
は、基板51の裏面51bにより反射される。
基板51の表面51aには、基板51の裏面51bにより反射さ
れた第２高調波が入射されるように、回折格子光結合器
55が形成されている。そして、基板51の表面51aには、
回折格子光結合器55に接続された出射側光導波路56が形
成されている。該出射側光導波路56は、基板51の一方の
端面51cに連なっている。回折格子光結合器55に入射さ
れた第２高調波は、出射側光導波路56に入射されて、該
出射側光導波路56内を伝播して、基板51の端面51cから
出射される。
れた第２高調波が入射されるように、回折格子光結合器
55が形成されている。そして、基板51の表面51aには、
回折格子光結合器55に接続された出射側光導波路56が形
成されている。該出射側光導波路56は、基板51の一方の
端面51cに連なっている。回折格子光結合器55に入射さ
れた第２高調波は、出射側光導波路56に入射されて、該
出射側光導波路56内を伝播して、基板51の端面51cから
出射される。
第２高調波発生部53bから放射されて、基板51の裏面5
1bにて反射された第２高調波の一部は、基板51表面51a
に設けられた光検知器57に入射されるようになってい
る。該光検知器57の出力は、増幅器58をに与えられてお
り、該増幅器58の出力が、波長変換光導波路53における
第２高調波発生部53bに伝播される基本波を制御する一
対の電極59aおよび59bに与えられている。増幅器58は、
光検知器57にて検知される第２高調波の出力が最大にな
るように、一対の電極59aおよび59bに印加される電圧を
制御する。一対の電極59aおよび59b間が所定の電位差に
なることにより、両電極59aおよび59bに挟まれた波長変
換光導波路53部分の屈折率が電気光学効果により変化
し、波長変換光導波路53の光学的長さが変化する。その
結果、波長変換光導波路53の導波路長が制御される。
1bにて反射された第２高調波の一部は、基板51表面51a
に設けられた光検知器57に入射されるようになってい
る。該光検知器57の出力は、増幅器58をに与えられてお
り、該増幅器58の出力が、波長変換光導波路53における
第２高調波発生部53bに伝播される基本波を制御する一
対の電極59aおよび59bに与えられている。増幅器58は、
光検知器57にて検知される第２高調波の出力が最大にな
るように、一対の電極59aおよび59bに印加される電圧を
制御する。一対の電極59aおよび59b間が所定の電位差に
なることにより、両電極59aおよび59bに挟まれた波長変
換光導波路53部分の屈折率が電気光学効果により変化
し、波長変換光導波路53の光学的長さが変化する。その
結果、波長変換光導波路53の導波路長が制御される。
なお、上記各実施例では、基板としてLiNbO3を使用し
たが、これに限定されるものではなく、光導波路を形成
できて、しかも、非線形光学効果を有するものであれば
よく、例えば、LiTaO3、KTP、BBO、KTA、KNbO3等が使用
される。
たが、これに限定されるものではなく、光導波路を形成
できて、しかも、非線形光学効果を有するものであれば
よく、例えば、LiTaO3、KTP、BBO、KTA、KNbO3等が使用
される。
（発明の効果） 本発明の光波長変換装置は、このように、基板に設け
られた波長変換光導波路の全体から第２高調波がチェレ
ンコフ放射されてその第２高調波が出射側光導波路から
出射されるために、高出力の第２高調波が得られる。第
２高調波が出射側光導波路に入射されて該出射側光導波
路から出射されるために、集光性にすぐれた第２高調波
が容易に得られる。また、第２図に示す格子パターンで
形成された光結合器により、波長変換光導波路からチェ
フレンコ放射された第２高調波を出射側光導波路に入射
させることができる。
られた波長変換光導波路の全体から第２高調波がチェレ
ンコフ放射されてその第２高調波が出射側光導波路から
出射されるために、高出力の第２高調波が得られる。第
２高調波が出射側光導波路に入射されて該出射側光導波
路から出射されるために、集光性にすぐれた第２高調波
が容易に得られる。また、第２図に示す格子パターンで
形成された光結合器により、波長変換光導波路からチェ
フレンコ放射された第２高調波を出射側光導波路に入射
させることができる。
第１図（ａ）は本発明の光波長変換装置の構成を示す斜
視図、第１図（ｂ）はその正面図、第２図は回折格子光
結合器の格子パターンの一例を示すグラフ、第３図
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回折格子光結合器の製造工程
を示す基板の断面図、第４図（ａ）は本発明の波長変換
装置の別の実施例の斜視図、第４図（ｂ）はその正面
図、第５図は本発明の波長変換装置のさらに別の実施例
の斜視図、第６図は従来の光波長変換装置の概略図であ
る。 11……基板、11a……表面、11b……裏面、12……波長変
換光導波路、13……出射側光導波路、14……回折格子光
結合器、20……光学系、30……半導体レーザ光源、41…
…基板、42……波長変換光導波路、43……出射側光導波
路、45……回折格子光結合器、51……基板、52……入射
側光導波路、53……波長変換光導波路、54……方向性光
結合器、55……回折格子光結合器、56……出射側光導波
路。
視図、第１図（ｂ）はその正面図、第２図は回折格子光
結合器の格子パターンの一例を示すグラフ、第３図
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回折格子光結合器の製造工程
を示す基板の断面図、第４図（ａ）は本発明の波長変換
装置の別の実施例の斜視図、第４図（ｂ）はその正面
図、第５図は本発明の波長変換装置のさらに別の実施例
の斜視図、第６図は従来の光波長変換装置の概略図であ
る。 11……基板、11a……表面、11b……裏面、12……波長変
換光導波路、13……出射側光導波路、14……回折格子光
結合器、20……光学系、30……半導体レーザ光源、41…
…基板、42……波長変換光導波路、43……出射側光導波
路、45……回折格子光結合器、51……基板、52……入射
側光導波路、53……波長変換光導波路、54……方向性光
結合器、55……回折格子光結合器、56……出射側光導波
路。
Claims (1)
- 【請求項１】基本波が入射されるように基板上に形成さ
れており、入射された基本波が内部を伝播する間に基板
内に断面形状が三日月状の第２高調波をチェレンコフ放
射するように、該基板が非線形材料であるかもしくは非
線形材料で構成された波長変換光導波路と、 該波長変換光導波路からチェレンコフ放射される第２高
調波が入射される、該基板の該波長変換光導波路とは反
対側である裏面に設けられた回折格子からなる光結合器
と、 該光結合器に入射された第２高調波が、内部を伝播する
ように該光結合器に接続されており、内部を伝播する第
２高調波が外部に出射される出射側光導波路と、 を具備し、 該光結合器の回折格子は、該波長変換光導波路から放射
角度αでチェレンコフ放射される第２高調波が該光結合
器に入射される点を原点として、該出射側光導波路の延
びる方向をｙ軸方向、このｙ軸方向に対して該基板の裏
面内にて直交する方向をｘ軸方向、両軸方向に直交する
方向をｚ軸方向とし、かつ、該基板の厚さをｄ、該波長
変換光導波路の等価屈折率をｎ、該出射側光導波路の等
価屈折率をＮ、該光結合器内の第２高調波が集光する点
の該原点からの距離をｆ、第２高調波の波長をλとした
場合に、整数ｍを０、±１、±２、…と変えて下式、 にて得られる曲線群の格子パターンとなっている光波長
変換装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2172285A JP2753118B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 光波長変換装置 |
| EP91305914A EP0463886B1 (en) | 1990-06-28 | 1991-06-28 | A light wavelength converter |
| DE69126240T DE69126240T2 (de) | 1990-06-28 | 1991-06-28 | Lichtwellenlängenwandler |
| US07/723,500 US5224195A (en) | 1990-06-28 | 1991-06-28 | Light wavelength converter for a wavelength of laser beams into a short wavelength |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2172285A JP2753118B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 光波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0460524A JPH0460524A (ja) | 1992-02-26 |
| JP2753118B2 true JP2753118B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=15939095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2172285A Expired - Fee Related JP2753118B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 光波長変換装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5224195A (ja) |
| EP (1) | EP0463886B1 (ja) |
| JP (1) | JP2753118B2 (ja) |
| DE (1) | DE69126240T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5233621A (en) * | 1991-06-27 | 1993-08-03 | Intellectual Property Development Associates Of Connecticut, Inc. | Second harmonic generation and self frequency doubling laser materials comprised of bulk germanosilicate and aluminosilicate glasses |
| US5493628A (en) * | 1991-10-17 | 1996-02-20 | Lawandy; Nabil M. | High density optically encoded information storage using second harmonic generation in silicate glasses |
| US5350961A (en) * | 1992-07-31 | 1994-09-27 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Acoustic wave devices for controlling high frequency signals |
| AU712344B2 (en) * | 1995-04-24 | 1999-11-04 | Rovi Guides, Inc. | Electronic television program guide schedule system and method with remote product ordering |
| JP2001110801A (ja) * | 1999-10-05 | 2001-04-20 | Takeshi Yao | パターン形成方法、並びに電子素子、光学素子及び回路基板 |
| US7058245B2 (en) * | 2000-04-04 | 2006-06-06 | Waveguide Solutions, Inc. | Integrated optical circuits |
| US7189497B2 (en) * | 2002-07-24 | 2007-03-13 | Intel Corporation | Method for writing a planar waveguide having gratings of different center wavelengths |
| JP2007326048A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Bridgestone Corp | オートクレーブの減圧方法およびオートクレーブ |
| JP5016518B2 (ja) * | 2008-02-21 | 2012-09-05 | 富士フイルム株式会社 | 位置合わせ装置およびそのプログラム |
| US9791622B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-10-17 | Oclaro Japan, Inc. | Optical semiconductor resonator, optical semiconductor device, and optical module |
| US11979194B2 (en) * | 2019-02-21 | 2024-05-07 | King Abdullah University Of Science And Technology | Large-area waveguided photodetection for optical wireless communication |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3822927A (en) * | 1972-11-16 | 1974-07-09 | Perkin Elmer Corp | Phase matched optical wave generator for integrated optical circuits |
| FR2533714A1 (fr) * | 1982-09-28 | 1984-03-30 | Thomson Csf | Dispositif coupleur optique integre non lineaire et oscillateur parametrique comprenant un tel dispositif |
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| US4830447A (en) * | 1987-02-13 | 1989-05-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength conversion device |
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