JP2899345B2 - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
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- JP2899345B2 JP2899345B2 JP2043008A JP4300890A JP2899345B2 JP 2899345 B2 JP2899345 B2 JP 2899345B2 JP 2043008 A JP2043008 A JP 2043008A JP 4300890 A JP4300890 A JP 4300890A JP 2899345 B2 JP2899345 B2 JP 2899345B2
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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、レーザ光の波長を1/nに短波長化する光学
装置に関し、特に、温度制御を不要にし、高出力・安定
動作が期待できる光学装置に関するものである。
装置に関し、特に、温度制御を不要にし、高出力・安定
動作が期待できる光学装置に関するものである。
従来の技術 レーザ光の波長を短波長にするものとして、SHG（sec
ond harmonic generation、ｎ＝２）、THG（third harm
onic generation、ｎ＝３）等が注目されている。SHGの
例として、第３図に示すものがあった（K.ヌノムラ（Nu
nomura）他”セカンド ハーモニック ジェネレーショ
ン（Second harmonic generation）in aスパッタード
（sputtered）LiNbo3フィルム（film）on MgO",J.クリ
スタル グロース（Crystal Growth）,vol.45,pp.355-3
60（1978）．）。基板１として、MgOの結晶を用い、そ
の上に２次の非線形効果を有するLiNbO3の薄膜を設け、
光導波路２′としている。
ond harmonic generation、ｎ＝２）、THG（third harm
onic generation、ｎ＝３）等が注目されている。SHGの
例として、第３図に示すものがあった（K.ヌノムラ（Nu
nomura）他”セカンド ハーモニック ジェネレーショ
ン（Second harmonic generation）in aスパッタード
（sputtered）LiNbo3フィルム（film）on MgO",J.クリ
スタル グロース（Crystal Growth）,vol.45,pp.355-3
60（1978）．）。基板１として、MgOの結晶を用い、そ
の上に２次の非線形効果を有するLiNbO3の薄膜を設け、
光導波路２′としている。
光導波路２′の端面から波長1.06μｍのYAGレーザ光
４を入射すると、SHGが生じて入射光の波長が1/2にな
り、もう一方の端面から、高調波である波長0.53μｍの
レーザ光５が出射されるというものである。
４を入射すると、SHGが生じて入射光の波長が1/2にな
り、もう一方の端面から、高調波である波長0.53μｍの
レーザ光５が出射されるというものである。
発明が解決しようとする課題 第３図に示した従来の光学装置では、SHGを生じさせ
るために、基本波（入射波と同じ波長）の基本モードTM
0と、波長が1/2の高調波の高次モードTM1を、光導波路
のモード分散を利用して、実効屈折率を一致させるとい
う位相整合を行っている。
るために、基本波（入射波と同じ波長）の基本モードTM
0と、波長が1/2の高調波の高次モードTM1を、光導波路
のモード分散を利用して、実効屈折率を一致させるとい
う位相整合を行っている。
ある温度では、光導波路２の膜厚0.37μｍでこれらの
モードの実効屈折率を一致させることができ、このとき
にSHGが生じる。
モードの実効屈折率を一致させることができ、このとき
にSHGが生じる。
従って、SHGを生じさせるには、光導波路２の膜厚を
厳密に設定することが要求される。
厳密に設定することが要求される。
ところが、膜厚を厳密に設定しても、屈折率が温度依
存性を有するため、このままでは安定動作を実現するの
が難しく、この光学装置には、±数℃の精密温度制御系
が必要であるという課題があった。
存性を有するため、このままでは安定動作を実現するの
が難しく、この光学装置には、±数℃の精密温度制御系
が必要であるという課題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、温度制
御を不要にし、高出力・安定動作が期待できる光学装置
を提供するものである。
御を不要にし、高出力・安定動作が期待できる光学装置
を提供するものである。
課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、基板と、入射
光と出射光の入出力が可能な上記基板上に設けたｎ（ｎ
は２以上の整数）次の非線形光学効果を有するリッジ形
の光導波路と、上記光導波路を挟むように、上記リッジ
形状の両側面以外の領域に設けた、上記光導波路に電界
を印加する電極を備え、上記入射光の波長における上記
光導波路の屈折率は、上記入射光の波長の1/nの上記出
射光の波長における上記基板の屈折率よりも大きいこと
を特徴とする。
光と出射光の入出力が可能な上記基板上に設けたｎ（ｎ
は２以上の整数）次の非線形光学効果を有するリッジ形
の光導波路と、上記光導波路を挟むように、上記リッジ
形状の両側面以外の領域に設けた、上記光導波路に電界
を印加する電極を備え、上記入射光の波長における上記
光導波路の屈折率は、上記入射光の波長の1/nの上記出
射光の波長における上記基板の屈折率よりも大きいこと
を特徴とする。
作用 本発明は、非線形光学効果を有する媒体が、通常、電
気光学効果を有することに着目し、温度変化によって位
相整合する条件がずれても設けた電極に電圧を印加し
て、電気光学効果により光導波路の屈折率を変化させる
ことにより、位相整合をさせるものである。
気光学効果を有することに着目し、温度変化によって位
相整合する条件がずれても設けた電極に電圧を印加し
て、電気光学効果により光導波路の屈折率を変化させる
ことにより、位相整合をさせるものである。
特に、リッジ形の光導波路を採用し、リッジ形状の両
側面以外の領域に、上記導波路を挟み込むように電極を
形成することにより、導波損失が少なく、電極の製造が
容易で、しかも、低電圧で位相整合させることが可能に
なる。
側面以外の領域に、上記導波路を挟み込むように電極を
形成することにより、導波損失が少なく、電極の製造が
容易で、しかも、低電圧で位相整合させることが可能に
なる。
従って、本発明の光学装置は、温度制御の必要はな
く、高調波の高出力化・安定動作が実現される。
く、高調波の高出力化・安定動作が実現される。
実施例 第１図は本発明の一実施例の光学装置の構成図であ
る。
る。
基板１上に、リッジ形の光導波路２を形成し、その光
導波路２を挟み込むように電極３が設けてある。基板１
としてMgOの結晶を用い、MgOの（111）面の上に、RFス
パッタ法により、２次の非線形光学効果を有するLiNbO3
を、例えば0.37μｍ、Ｃ軸配向のエピタキシャル成長さ
せた。
導波路２を挟み込むように電極３が設けてある。基板１
としてMgOの結晶を用い、MgOの（111）面の上に、RFス
パッタ法により、２次の非線形光学効果を有するLiNbO3
を、例えば0.37μｍ、Ｃ軸配向のエピタキシャル成長さ
せた。
次に、例えば、幅３μｍ、長さ5mm、中央部に残すよ
うに、イオンビームエッチングで、LiNbO3薄膜を、例え
ば膜厚0.2μｍ削り取り、リッジ形の光導波路２を形成
した。
うに、イオンビームエッチングで、LiNbO3薄膜を、例え
ば膜厚0.2μｍ削り取り、リッジ形の光導波路２を形成
した。
LiNbO3薄膜を、本実施例では、光導波層と呼ぶことに
するが、実際に光が伝搬する（光導波路となる）のは、
ほとんど、膜厚が厚いリッジ形状部である。リッジ形状
部でない光導波層の厚さは、例えば、0.17μｍとした
が、なくても良い。
するが、実際に光が伝搬する（光導波路となる）のは、
ほとんど、膜厚が厚いリッジ形状部である。リッジ形状
部でない光導波層の厚さは、例えば、0.17μｍとした
が、なくても良い。
この光導波路２を挟み込むように、例えばAl、Au等の
金属で電極３を１対形成した。第１図に示すように、こ
の電極３は光導波路２に電界が印加されるように、リッ
ジ形状部の両側面以外の、表面を削り取ったLiNbO3薄膜
（光導波層）上に設けたが、光導波層中、または、基板
１上や基板１中に設けてもよい。
金属で電極３を１対形成した。第１図に示すように、こ
の電極３は光導波路２に電界が印加されるように、リッ
ジ形状部の両側面以外の、表面を削り取ったLiNbO3薄膜
（光導波層）上に設けたが、光導波層中、または、基板
１上や基板１中に設けてもよい。
リッジ形の光導波路２は、導波光が、効率よく導波路
内に閉じこめられ（光は表面付近に分布する）、光導波
路２を挟み込むように設けた電極３から発生する電界が
光に対してほぼ水平方向に相互作用をするため、電界集
中が生じ、その結果、低電圧で位相整合させることが可
能になる。
内に閉じこめられ（光は表面付近に分布する）、光導波
路２を挟み込むように設けた電極３から発生する電界が
光に対してほぼ水平方向に相互作用をするため、電界集
中が生じ、その結果、低電圧で位相整合させることが可
能になる。
第１図に示すように、電極３をリッジ形状の両側面以
外の領域に形成することにより、導波損失は小さいまま
で、しかも金属薄膜（電極３）を形成するのは、平坦な
構造上であるため、製造も容易である。
外の領域に形成することにより、導波損失は小さいまま
で、しかも金属薄膜（電極３）を形成するのは、平坦な
構造上であるため、製造も容易である。
尚、電極３を、リッジ形状部の両側面に形成した場
合、光導波路からわずかにしみ出している導波光が金属
薄膜の電極３に吸収され、導波損失が大きくなり、第２
高調波の出力が低下するという欠点と、作製が難しいと
いう欠点がある。
合、光導波路からわずかにしみ出している導波光が金属
薄膜の電極３に吸収され、導波損失が大きくなり、第２
高調波の出力が低下するという欠点と、作製が難しいと
いう欠点がある。
そのため、第１図のように、電極３はリッジ形状部以
外の領域に設ける。
外の領域に設ける。
光導波路２の膜厚が、例えば、0.37μｍで、温度が23
度では、光導波路２の端面に波長1.06μｍのYAGレーザ
光４を基板１に垂直方向に直線偏光して入射すると、SH
Gが生じて入射光の波長が1/2になり、もう一方の端面か
ら、波長0.53μｍのレーザ光５が出射された。
度では、光導波路２の端面に波長1.06μｍのYAGレーザ
光４を基板１に垂直方向に直線偏光して入射すると、SH
Gが生じて入射光の波長が1/2になり、もう一方の端面か
ら、波長0.53μｍのレーザ光５が出射された。
第２図に、本実施例の場合の光導波路の膜厚と導波光
の実効屈折率との関係を示す。同図は、電圧印加の効果
を説明するためのもので、温度が23℃の場合である。
の実効屈折率との関係を示す。同図は、電圧印加の効果
を説明するためのもので、温度が23℃の場合である。
波長1.06μｍの基本波の基本モードの曲線はTM
0（ω）、波長0.53μｍの高調波の一次モードの曲線はT
M1（２ω）でそれぞれ実線で示されており、光導波路２
の膜厚0.37μｍでこれらの曲線は交わり（交点１）、一
致する（位相整合条件）。このときにSHGが生じる。
0（ω）、波長0.53μｍの高調波の一次モードの曲線はT
M1（２ω）でそれぞれ実線で示されており、光導波路２
の膜厚0.37μｍでこれらの曲線は交わり（交点１）、一
致する（位相整合条件）。このときにSHGが生じる。
本実施例では、光導波路２の膜厚が0.37μｍでありSH
Gの条件を満たしており、入射光４は基本波の基本モー
ドTM0を励振し、実効屈折率の等しい高調波の高次モー
ドTM1に一部変換されて、波長0.53μｍのレーザ光５が
出射されたものである。
Gの条件を満たしており、入射光４は基本波の基本モー
ドTM0を励振し、実効屈折率の等しい高調波の高次モー
ドTM1に一部変換されて、波長0.53μｍのレーザ光５が
出射されたものである。
次に、電極３に電圧を印加し、光導波路２に電界がか
かるようにする。
かるようにする。
LiNbO3等の２次の非線形光学効果を有する媒体は、通
常、電気光学効果を有するため、電界をかけると、電界
の大きさと方向に依存して屈折率が変化する。電極３に
電圧Ｖを印加したときのTM0（ω）、TM1（２ω）の曲線
を、それぞれTM0（ω、Ｖ）、TM1（２ω、Ｖ）で点線を
示す。これらの曲線の交点（交点２）の位置は、交点１
から変化させることができる。
常、電気光学効果を有するため、電界をかけると、電界
の大きさと方向に依存して屈折率が変化する。電極３に
電圧Ｖを印加したときのTM0（ω）、TM1（２ω）の曲線
を、それぞれTM0（ω、Ｖ）、TM1（２ω、Ｖ）で点線を
示す。これらの曲線の交点（交点２）の位置は、交点１
から変化させることができる。
光導波路２、基板１の屈折率は、温度に依存してお
り、温度が変化すると、TM0（ω）、TM1（２ω）の曲線
は変化し、同時に、交点１の光導波路２の膜厚も変わる
ことになる。従って、SHGの変換効率は悪くなり、安定
動作ができなくなる。
り、温度が変化すると、TM0（ω）、TM1（２ω）の曲線
は変化し、同時に、交点１の光導波路２の膜厚も変わる
ことになる。従って、SHGの変換効率は悪くなり、安定
動作ができなくなる。
本実施例では、このとき電極３に電圧を印加すると、
交点の位置を変化させて、位相整合条件を初期の交点の
光導波路２の膜厚の値（0.37μｍ）に戻すことができる
ため、安定な動作が実現できる。
交点の位置を変化させて、位相整合条件を初期の交点の
光導波路２の膜厚の値（0.37μｍ）に戻すことができる
ため、安定な動作が実現できる。
本実施例では、基本波の波長における光導波路２の屈
折率は、高調波の波長における基板１の屈折率よりも大
きいため、第２図のように、基本波と高調波をある膜厚
で導波モードで位相整合をさせることができ、高調波を
光導波路２の端面から出射させることができた。
折率は、高調波の波長における基板１の屈折率よりも大
きいため、第２図のように、基本波と高調波をある膜厚
で導波モードで位相整合をさせることができ、高調波を
光導波路２の端面から出射させることができた。
従って、基本波の波長における光導波路２の屈折率
は、高調波の波長における基板１の屈折率よりも大きい
ということが、本発明の条件の１つになる。
は、高調波の波長における基板１の屈折率よりも大きい
ということが、本発明の条件の１つになる。
以上説明したのは、２次の非線形効果を示すLiNbO3を
光導波路に用いたSHGの場合であるが、ｎ（ｎは２以上
の整数）次の非線形光学効果を示す物質を光導波路用い
れば本発明の効果はある。
光導波路に用いたSHGの場合であるが、ｎ（ｎは２以上
の整数）次の非線形光学効果を示す物質を光導波路用い
れば本発明の効果はある。
この場合の高調波の波長は1/nである。特に、ｎ＝２
の場合には、電気光学効果を効率よく示し、本発明の効
果は大きい。
の場合には、電気光学効果を効率よく示し、本発明の効
果は大きい。
例えば、LiIO3、KNbO3、KTiOPO4や、MNA（メチルニト
ロアニリン）等のベンゼン環をもったπ電子共役系化合
物を含む高分子等を光導波路に用いれば効果は大きい。
ロアニリン）等のベンゼン環をもったπ電子共役系化合
物を含む高分子等を光導波路に用いれば効果は大きい。
また、基板としては、Ｃ軸配向のLiNbO3が成長しやす
いものとしてMgOを用いたが、これに限らない。
いものとしてMgOを用いたが、これに限らない。
発明の効果 以上のように本発明によれば、温度制御を不用にし、
安定動作・高出力化が期待できる光学装置が構成可能で
あるという効果を有する。
安定動作・高出力化が期待できる光学装置が構成可能で
あるという効果を有する。
第１図は本発明の一実施例の光学装置の構成図、第２図
は本発明の一実施例の電圧印加の効果を説明するための
光導波路膜厚と実効屈折率との関係を示すグラフ、第３
図は従来の光学装置の構成図である。 １……基板、２……光導波路、３……電極、４……入射
光、５……出射光。
は本発明の一実施例の電圧印加の効果を説明するための
光導波路膜厚と実効屈折率との関係を示すグラフ、第３
図は従来の光学装置の構成図である。 １……基板、２……光導波路、３……電極、４……入射
光、５……出射光。
Claims (2)
- 【請求項１】基板と、入射光と出射光の入出力が可能な
上記基板上に設けたｎ（ｎは２以上の整数）次の非線形
光学効果を有するリッジ形の光導波路と、上記光導波路
を挟むように、上記リッジ形状の両側面以外の領域に設
けた、上記光導波路に電界を印加する電極を備え、上記
入射光の波長における上記光導波路の屈折率は、上記入
射光の波長の1/nの上記出射光の波長における上記基板
の屈折率よりも大きいことを特徴とする光学装置。 - 【請求項２】ｎは２であることを特徴とする請求項１に
記載の光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2043008A JP2899345B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2043008A JP2899345B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03245131A JPH03245131A (ja) | 1991-10-31 |
| JP2899345B2 true JP2899345B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=12651963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2043008A Expired - Fee Related JP2899345B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2899345B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100349060C (zh) * | 2002-06-25 | 2007-11-14 | 松下电器产业株式会社 | 光信号－电信号变换装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4662872B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2011-03-30 | 日本碍子株式会社 | 波長変換素子 |
| WO2018031916A1 (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | President And Fellows Of Harvard College | Micro-machined thin film lithium niobate electro-optic devices |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6423234A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-25 | Canon Kk | Optical second higher harmonic generating device |
| JPH02240639A (ja) * | 1989-03-15 | 1990-09-25 | Hitachi Metals Ltd | 波長変換光素子 |
-
1990
- 1990-02-23 JP JP2043008A patent/JP2899345B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100349060C (zh) * | 2002-06-25 | 2007-11-14 | 松下电器产业株式会社 | 光信号－电信号变换装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03245131A (ja) | 1991-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |