JP3392931B2

JP3392931B2 - 光波長変換装置

Info

Publication number: JP3392931B2
Application number: JP01745194A
Authority: JP
Inventors: 哲郎遠藤; 毅一郎篠倉
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1994-02-14
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH07225403A; US5546220A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学結晶の導波
路を通過する基本波による第２高調波発生(Second Harm
onic Generation）を利用して、導波路に注入された基
本波の波長を１／２に変換する光波長変換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】かかる光波長変換装置としては、図１に
示すように、基本波の光ビームを発生する光源として半
導体レーザ１を用い、この基本波の波長を例えば１／２
に変換する導波路型光波長変換素子として、非線形光学
材料からなるコア４とこれを囲繞するクラッド基板３と
からなる３次元導波路型光波長変換素子５を用いたもの
がある。かかる光波長変換装置においては、基本波を３
次元導波路コア部の矩形端面（光結合部）に集光して結
合させる集光レンズ２を用いている。

【０００３】従来の導波路型光波長変換素子にはチェレ
ンコフ型、ドメイン反転型、単純複屈折型などがある。
何れもその導波路部分は基本波の波長に対し、単一モー
ド導波条件で設計されており、また第２高調波に対して
もチェレンコフ型を除いては単一モード導波条件で設計
されている。単一モード導波路は、導波路の断面積が小
さく、導波路と基板の屈折率差が小さい。入射した基本
波は単一モードで導波し、非線形光学結晶の２次非線形
光学効果による分極から第２高調波が生じ、基本波及び
第２高調波のモード結合によって徐々に単一モードの第
２高調波に変換される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の導波路型光波長
変換装置においては、基本波の結合光学系の温度変化
や、機械的変化による僅かな変動で基本波の結合率が変
化し、第２高調波出力が不安定になりやすい。また、導
波路の断面積が小さいので入力基本波のパワー密度が高
まり、導波路が高パワー入力に耐えない場合もある。一
方、導波路の断面積を大きくして、単一モード条件を得
ようとすると、導波路と基板の屈折率差が微小となり製
作上の制御が困難となる。

【０００５】また、入力基本波モードを選択できないた
め、単一モード以外の入力での光波長変換ができず、単
一横モードの出力しか得られない。よって、本発明はか
かる問題を解消するためになされたものであり、その目
的は、所望の第２高調波の横モードの出力が得られ、安
定で高出力化が可能でかつ製造容易な、いわゆる実用的
な導波路型光波長変換素子を用いた光波長変換装置を提
供することにある。さらに、高次モードに対しても変換
効率の高く、入出力モードを可変とできる光波長変換装
置の提供をも目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光波長変換装置
は、非線形光学材料をコアとする多モード導波路及びこ
れを囲繞するクラッド基板からなり、導波路に注入され
た基本波の波長の１／２の波長の第２高調波を生ぜしめ
る導波路型光波長変換素子を有する光波長変換装置であ
って、前記多モード導波路の温度を所定温度範囲に亘っ
て変化せしめ前記基本波及び第２高調波の位相整合温度
を保持する温調器を有することを特徴とする。

【０００７】さらに、本発明の光波長変換装置は、非線
形光学材料をコアとする導波路及びこれを囲繞するクラ
ッド基板からなり、導波路に注入された基本波の波長の
１／２の波長の第２高調波を生ぜしめる光波長変換素子
を有する光波長変換装置であって、前記導波路が少なく
とも第２高調波の複数の導波モードを有する多モード導
波路であり、前記多モード導波路の温度を所定温度範囲
に亘って変化せしめ前記基本波及び第２高調波の位相整
合温度を保持する温調器を有し、前記多モード導波路
は、前記所定温度範囲において下記式で示される基本波
に対する屈折率の温度係数と第２高調波に対する屈折率
の温度係数との差Ｋ、

【０００８】

【数４】１×１０^-3＞Ｋ＝|∂Ｎ_F／∂Ｔ−∂Ｎ_SF／∂Ｔ
|＞５×１０^-5 （式中、∂Ｎ_F／∂Ｔは前記多モード導波路の基本波に
対する実効屈折率の温度係数を表わし、∂Ｎ_SF／∂Ｔは
前記多モード導波路の第２高調波に対する実効屈折率の
温度係数を示す）を有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】すなわち、本発明によれば、基本波及び第２高
調波に対する屈折率差の温度依存性の高い非線形光学材
料からなる多モード導波路を備えた光波長変換素子を用
いることにより、基本波の光源の制約並びに導波路の設
計の制限を緩和し、さらに、多モード導波路の温度を制
御する温調器により、多モード導波路の温度を変化せし
めることにより、基本波及び第２高調波のモード分散に
おける位相整合を実現するとともに、出射する第２高調
波の横モードの選択を容易にする。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明による実施例の光波長変換装
置を図面を参照しつつ説明する。図２に本実施例の光波
長変換装置を示す。この光波長変換装置は、ＫＮｂＯ₃
などの基本波及び第２高調波に対する屈折率差の温度依
存性の高い非線形光学材料からなるコア１１及びそれを
囲繞するクラッド基板１２からなる多モード導波路型光
波長変換素子１３と、所定温度範囲に亘って多モード導
波路１３の温度を変化させ基本波及び第２高調波の位相
整合温度を一定に保つ温調器１４と、を有している。

【００１１】多モード導波路１３は、導波路端面に注入
された基本波の波長の１／２の波長の多モード第２高調
波を生ぜしめる。温調装置１４には、多モード導波路１
３を、例えば１５〜２５℃の温度範囲内で加熱又は冷却
して±０．１℃以内の温度変動幅でその温度を一定に保
つ例えばペルチェ素子１５、温度コントローラ１６及び
サーミスタ１７を含むＴＥ（Thermo-Electric）温調器
を用いる。ペルチェ素子１５の温度制御は、サーミスタ
１７によって検知した信号に応じてペルチェ素子１５へ
の電流供給量を変化させる温度コントローラ１６によっ
て行われる。ペルチェ素子とサーミスタを使った場合、
サーミスタによる温度測定には定電流方式、定電圧方式
があるが、前者なら発生する電圧が一定になるように、
後者なら電流が一定になるようにＴＥ温調器に流す電流
を調整する。

【００１２】基本波を導波路に導光しつつ、温度を所望
モードで整合する温度の計算値（理論値）付近で±２℃
程度ゆっくり（０.０５℃／秒）とスキャンする。する
と、必ず得たいモードが発振する条件があるので、最も
第２高調波出力が強くなる温度に温度設定をする。すな
わち、温調器１４の温度制御によって所望のモード位相
整合を達成する。

【００１３】図２に示すように、光波長変換素子１３に
基本波を供給するために、基本波を出射する半導体レー
ザ等の光源２１が光軸に沿って配置され、さらに、その
下流にその基本波を集光して光波長変換素子１３の入力
端面に結合させる集光光学系２２が光軸に沿って配置さ
れる。これら半導体レーザ２１及び集光光学系２２に
は、所望の基本波の波長、結合モードに適した半導体レ
ーザに限らず可変レーザや、他の光学系を組み合わせる
ことができる。

【００１４】光波長変換素子の多モード導波路は、基本
波に対する屈折率の温度係数と第２高調波に対する屈折
率の温度係数との差Ｋが下記式で示される値を超える非
線形光学材料から形成される。ＫＮｂＯ₃は、バルクで
Ｋ＝１．７２×１０^-4である。

【００１５】

【数５】１×１０^-3＞Ｋ＝｜∂Ｎ_F／∂Ｔ−∂Ｎ_SF／∂
Ｔ｜＞５×１０^-5 式中、∂Ｎ_F／∂Ｔは多モード導波路の基本波に対する
実効屈折率の温度係数を表わし、∂Ｎ_SF／∂Ｔは多モー
ド導波路の第２高調波に対する実効屈折率の温度係数を
示す。

【００１６】このように、本実施例の光波長変換装置
は、基本波と第２高調波の屈折率差の温度依存性の係数
Ｋが５×１０^-5／℃を超える高い値を持つ非線形光学材
料から形成された、単一モード導波路より断面積が大き
くクラッド基板とコアの屈折率差も大きい多モード導波
路を有している。さらに、出射される第２高調波の横モ
ードを選択するために温調器を使い多モード導波路の温
調を行っている。

【００１７】発明者は、基本波と第２高調波の屈折率差
の温度依存性の係数Ｋについて複数の実験による温度変
化と屈折率との関係を下記の如く求め、多モード導波路
の温度制御により位相整合が達成されることを知見し
た。まず、屈折率の波長分散を近似する下記のセルマイ
ヤー式により、非線形光学材料の特性振動数に対応する
波長λ_i及びその定数Ａ_i（ｉ＝１，２，３．．．）並び
結晶軸を考慮して、非線形光学材料の基本波と第２高調
波に対する屈折率ｎ（λ）をそれぞれ求める。

【００１８】

【数６】

【００１９】式中、λは基本波又は第２高調波の波長を
示すが、λ_i及びＡ_iは材料によって異なり、式の第３項
程度（ｉ＝１，２）までの近似で十分である。次に、得
られた基本波及び第２高調波に対する屈折率をそれぞ
れ、非線形光学材料の結晶軸に対応する定数Ｃ_a，Ｃ_bを
考慮した実験による温度変化と屈折率の関係を示す下記
の経験式に入れ、非線形光学材料の基本波と第２高調波
に対する屈折率ｎ（ｔ）をそれぞれ求める。

【００２０】

【数７】ｎ（ｔ）＝ｎ₀＋Ｃ_a（ｔ−ｔ₀）式中、ｔは温度を、ｔ₀はセルマイヤー式を使用したと
きの基準温度を示し、ｎ₀は基準温度における上記セル
マイヤー式で求められた屈折率を示すが、Ｃ_a，Ｃ_bは材
料によって異なる。

【００２１】次に、得られた基本波と第２高調波に対す
る屈折率を、マーカットリ法(E.A.J.Marcatili, "Diele
ctric Rectangular Waveguide and Directional Couple
r for Integrated Optics", The bell system technica
l journal,Vol.48,pp2071-2102,September 1969)によっ
て、非線形光学材料の所定の多モード導波路の基本波及
び第２高調波に対する実効屈折率Ｎ_F及びＮ_SFをそれぞ
れ求め、実効屈折率と温度とをパラメータとした多モー
ド分散曲線を得る。

【００２２】かかる多モード分散曲線から、多モード導
波路の基本波に対する実効屈折率の温度係数∂Ｎ_F／∂
Ｔと、第２高調波に対する実効屈折率の温度係数∂Ｎ_SF
／∂Ｔとを得ることができる。多モード分散曲線におい
て∂Ｎ_F／∂Ｔと∂Ｎ_F／∂Ｔとの差Ｋが大きければ、基
本波及び第２高調波のモード次数ｍを異ならしめる、す
なわち温度を変化させることによって、基本波及び第２
高調波の位相整合が可能となる。

【００２３】実験の結果、∂Ｎ_F／∂Ｔと∂Ｎ_F／∂Ｔと
の差Ｋが５×１０^-5／℃を超える高い値を持つ非線形光
学材料から形成され導波路からなる素子が好ましいこと
が知見された。したがって、本発明においては、多モー
ド導波路における温度に対する多モード分散を利用して
位相整合する。一般に、対称又は非対称３次元導波路の
設計は、上記のマーカットリ法又は等価屈折率法によっ
て、規格化周波数Ｖ、規格化導波路屈折率、非対称尺度
（ｎ₁ ²−ｎ₃ ²）／（ｎ₂ ²−ｎ₁ ²）等を規定して行われ
る。すなわち、導波路モードのカットオフを考慮して、
単一モード又は多モード導波路が得られる。

【００２４】例えば、等価屈折率法によって、図３
（ａ）に示すようなクラッド基板、コア及びコア上のク
ラッドからなるステップ型３次元導波路を設計する場
合、先ず導波路のｘ方向すなわち深さ方向については、
ある波長λの光ビームに対するクラッド基板、コア及び
コアのクラッドの屈折率をそれぞれｎ₁，ｎ₂及びｎ
₃（ｎ₂＞ｎ₁＞ｎ₃）として、次の式から設計される。

【００２５】

【数８】

【００２６】式中、規格化周波数Ｖは求める規格化周波
数を示し、ｍは整数でモード次数を示し、Ｖ_mはモード
次数ｍにおける規格化周波数を示し、Ｖ₀はモード次数
０における規格化周波数を示し、ｈは導波路の光を閉じ
込める深さ又は幅を示し、ｋは伝搬定数を示す。ここ
で、カットオフのときの規格化周波数Ｖの範囲Ｖ_m＜Ｖ
＜Ｖ_m+1を満たすときＴＥ₀〜ＴＥ_mのモードすなわちｍ
＋１個のモードが伝搬可能である。またＴＨモードに関
しても略同様に求めることができる。

【００２７】したがって、従来の第２高調波用のステッ
プ型単一モード導波路では、Ｖ₀＜Ｖ＜Ｖ₁とすればよ
く、深さ方向ｘにおいてはｎ₁≠ｎ₃で幅方向ｙにおいて
はｎ₁＝ｎ₃であるから、コア断面の深さ及び幅をｈ_x及
びｈ_yとすると、下記式で表わされる単一モード条件を
満たすように設計されている。

【００２８】

【数９】

【００２９】（式中、λ_SHは第２高調波の波長を示
す。）然し乍ら、本発明のステップ型多モード導波路ではモー
ド次数ｍがｍ＞０であればよく、下記式、

【００３０】

【数１０】

【００３１】（式中、λ_Fは基本波の波長を示す）を満
たす三次元導波路であれば良い。ここで上記２つの式か
ら、コア断面の深さｈ_x及び幅ｈ_yの大きさを規定してい
るが、基本波の複数のモードのためには深さｈ_x又は幅
ｈ_yの何れかｈが、下記式、

【００３２】

【数１１】

【００３３】を満たせばよい。また、λ_SH＜λ_Fである
から基本波の多モードとなれば、少なくとも第２高調波
においても多モードが分散が得られる。このように、単
一モード導波路と比較すれば、多モード導波路では設計
の制約が緩和される。また、グレーテッド型多モード導
波路では、図３（ｂ）に示すように深さ方向ｘ及び幅方
向ｙにおいて屈折率分布がガウス分布となるので、上記
同様に、モード次数ｍがｍ＞０であればよく、コア断面
の深さ及び幅をｄ_x及びｄ_yとすると、下記式、

【００３４】

【数１２】

【００３５】を満たす三次元導波路であれば良い。基本
波の複数のモードのためには深さｄ_x又は幅ｄ_yの何れか
ｄが、下記式、

【００３６】

【数１３】

【００３７】を満たせばよい。そこで、具体的に光波長
変換装置を作成した。多モード導波路として、光学定数
ｄ₃₂で９０°位相整合する結晶方向の７μｍ ²断面で長
さ８ｍｍのKNbO₃の結晶（ｎ₂＝２．２７７）０を光学ガ
ラス（ｎ₁＝ｎ ₃）中に形成し、これを樹脂（ｎ₁＝ｎ₃＝
１．５０（８６０ｎｍ），ｎ₁＝ｎ₃＝１．５５（４３０
ｎｍ））で埋め込み、両端面を研磨して導波路とした光
波長変換素子を作成した。この多モード導波路の温度を
所定温度範囲に亘って変化できる温調器としてペルチェ
素子を光波長変換素子に接触させて、適当な入出力光学
系を設け光波長変換装置とした。

【００３８】基本波には波長を860nmに安定させた半導
体レーザの光ビームを使用し、導波路への結合モードを
集光角度調整で単一モードに調整した。導波する基本波
のモードは、入射した基本波の空間モードと入射面にお
ける波面の状態とコアの寸法及びコア、クラッドの屈折
率とによって決定された。ペルチェ素子により導波路の
温度を１５〜２５℃まで変化させた結果、ＴＥ11（単
一）、ＴＥ２１，ＴＥ１２，ＴＥ３１，ＴＥ２２モード
の第２高調波が順次得られた。ＴＥ１１の出力時の第２
高調波の出力パワーは、導波路直前の基本波の入力パワ
ー８０ｍＷに対し、３．５ｍＷであった。

【００３９】図４に、試作した光波長変換装置におけ
る、導波路温度と整合モードとの関係のグラフを示す。
グラフ中、横軸が導波路温度を、縦軸が導波路内の等価
屈折率を示す、Ｓ₁₁〜Ｓ₃₃は第２高調波の各ＴＥモード
について、Ｆ₁₁〜Ｆ₃₁は基本波の各ＴＭモードについて
プロットした曲線である。単純複屈折型の多モード導波
路では、これらの交点がそれぞれのモード間の位相整合
点であり、対応する温度で第２高調波発振が得られるこ
とが確認できた。

【００４０】すなわち、図４から明らかなように、例え
ば、基本波がＦ₁₁のモードで結合し導波したとすると、
１６℃〜２６℃の導波路温度ではＳ₁₁，Ｓ₂₁，Ｓ₁₂，Ｓ
₃₁，Ｓ₂₂，Ｓ₃₃の第２高調波モードと位相整合点（Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）を持つ。この導波路では、位相整
合可能な温度幅が０.２ｎｍの波長幅に対し、約０.２℃
の幅であるから導波路温度を位相整合点の温度±０.１
℃で制御してやれば良いことになるが、各モードでの整
合点の温度間隔は１℃以上あり、となりのモードとは完
全に分離できる。非線形光学材料の基本波と第２高調波
に対する屈折率差の温度依存性の上限は、このモード分
離のために必要でＫ＞１×１０^-3／℃以上ではきれいな
モード分離は困難となる。

【００４１】また、本発明では多モード導波路におい
て、単一モードの第２高調波出力も可能であるし、種々
のモードの基本波から種々のモードの第２高調波を温度
制御により得ることができる。さらにまた、高次モード
の基本波を高次モードの第２高調波で結合させた場合に
も第２高調波の出力モードの選択は可能で、モードによ
っては高出力が得られる。

【００４２】このように、KNbO₃は第２高調波発生用の
バルク非線形材料として注目されていたが、単一横モー
ドの導波路化が困難なために導波路型波長変換素子とし
て検討はされていなかったが、本実施例のごとく、KNbO
₃を多モード導波路としてその温調により基本波及び第
２高調波の整合条件を制御して、第２高調波の横モード
を選択的励振することにより、単一モードを含む任意の
低次の第２高調波出力を比較的高効率で得ることができ
る。

【００４３】また、第２高調波の出力モードを選択する
ためには導波路を温調してやれば良いが、基本波の導波
モードが異なると整合温度も異なってくる。そこで、基
本波の導波モードを固定する必要が出てくるが、特に基
本波の導波モードを選択しなくても、基本波は結合光学
系による結合条件である１つの導波モードで結合するの
で、多モード導波路であれば出力モードを制御すること
ができる。

【００４４】しかし、所望のモードをより効率良く得よ
うとする場合には、基本波と第２高調波の電界振幅分布
がなるべく類似したモード同志のペアを選択した方が良
い。電界の重なり積分が大きくなるからである。例えば
図４においてＳ₂₂のモード出力を得ようとした場合にＦ
₁₁と２３．２℃付近で整合（Ｅ）させる方法と、Ｆ₂₁と
１６．３℃で整合（Ｇ）させる方法とがあるが、Ｆ₂₁の
方がＦ₁₁の場合より２倍以上交換効率が高くなる。

【００４５】基本波モード選択の方法としては以下の２
つの方法がある。第１の方法は、導波路を基本波に対し
てだけ単一モード導波路にした多モード導波路とする方
法で、これは特にＳ₁₁，Ｓ₃₁，Ｓ₁₃モードを効率よく得
るのに有効である。この方法ではより高次の第２高調波
モードは放射してしまうので得られないが、第２高調波
モードの選択性は低次モードで得られるし、後述するよ
うな大きい断面積のメリットもある程度得られる。

【００４６】第２の方法は、導波路を基本波に対しても
充分多モードとなるように設計し、基本波の結合用集光
光学系を所望の基本波の導波モードが得られるものに設
定する方法である。導波路内を光が伝播する場合、導波
モードによって導波路及び基板間での反射角度が異な
る。よって、基本波の導波路端面への集光入射角度を結
合用集光光学系で決め、導波路のカットオフのモード次
数以内で、自由な導波モードを設定することができ、よ
り高次な第２高調波モードを得ることができる。

【００４７】本発明では低次モードの第２高調波出力を
得ようとした場合でも、高次の多モード導波路構造を採
用することができるため、導波路の大きい断面積化が可
能となる。特に、この大きい断面積のために、入力する
基本波の光軸や集光点のずれに対し、導波路に結合する
基本波のパワーの変化が小さくなり、結合光学系の機械
的、熱的変化による基本波の結合率の変化が抑制され、
素子の安定性が向上する。

【００４８】第２高調波の光波長変換効率は基本波入力
パワーの密度に比例するが、ある程度以上の変換効率を
越えると、第２高調波に変換された分だけ基本波のパワ
ーが低くなり、変換効率が低下する。よって、より高出
力を得ようとすると高入力パワーが必要である。非線形
光学材料は無機材料で数ギガＷ／cm²、有機材料では数
メガＷ／cm²の耐光破壊強度で、特に実用化においては
その１／1000程度が限界になる。これにより、ワットク
ラスの導波路には５０μｍ²程度以上のコア断面積が必
要なことになる。本発明によれば５０μｍ²程度以上ば
かりか１００μｍ²以上の大きなコア断面積を有する導
波路でも単一モードの第２高調波を得ることができる。

【００４９】以上のように高安定、高出力化のためには
大きいコア断面積の導波路が必要であるが、５０μｍ²
以上のコア断面積の導波路において単一モード導波路の
条件を満すには、コアとクラッドの屈折率差の制御が小
数点以下３〜４ケタまで必要となり、製作上、困難であ
る。これに対して本発明では屈折率差が１でもよく単一
モード導波路に比較して導波路の製作が容易になる。

【００５０】上記実施例においは、非線形材料を単純に
導波路化した導波路について行なってきたが、同様の方
法がＱＰＭ型ＳＨＧ導波路に対しても適応できる。図５
にはＱＰＭ型多モード導波路ＳＨＧ素子の実施例を示
す。これは、基本波及び第２高調波に対する屈折率差の
温度依存性の高い非線形光学材料からなる基板１２上に
多モード導波路１１を形成し、多モード導波路に直角に
伸びる複数の分極反転部３０を多モード導波路上にこれ
に沿って形成した素子である。

【００５１】導波路内の位相速度は、導波路材料の屈折
率と導波路の寸法によって決まるが、基本波と第２高調
波に対する屈折率差の温度依存性の高い材料を使うと、
温調により位相速度を選択することができ、さらにそれ
ぞれの波長の位相速度の差を選択することができる。上
記の第１の実施例は、多モード分散を利用してモード選
択をしている。すなわち、波長を決めてしまうと、ある
温度において基本波と第２高調波の位相整合ができ、基
本波と第２高調波のモードペアを一意に決めることがで
きる。

【００５２】一方、第２の実施例としては、非線形導波
路材料の屈折率分散（構造分散）を利用して、温調器に
より導波路の温度は一定に保ちつつ、多モード導波路の
等価屈折率を基本波の波長変化によって変化せしめて、
出力モード選択を行うことができる。例えば、図４は波
長８６０ｎｍに固定した場合の基本波と第２高調波との
整合について示しているが、上記実施例の固定波長レー
ザに代えて、８６０ｎｍ近傍の可変波長レーザを用いた
場合、Ｓ線とＨ線は基本波の波長が短くなると、それぞ
れ別の割合で図の上の方へ動く、このＫＮｂＯ₃素子の
例ではＳ線のほうがＦ線より速く図の上に動くので、そ
れぞれの位相整合点例えばＡ〜Ｈは右に移動する。図４
のグラフに示すように、温調器により温度が一定（線
Ｔ）となるから、これまで整合していたモードが整合で
きなくなり、次の交点が左から右への動き現在の温度
（線Ｔ）のところに来た時その交点に対応するモードが
発振する。

【００５３】もし非線形光学材料に屈折率差の温度依存
性がない場合、Ｓ及びＦの線は平行で交点を持たない。
すなわち整合するのであれば、Ｓ線及びＦ線の線同志が
殆ど平行に重なった状態となる。よって、例えば、基本
波を数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ以上の大変大きな波長変
化をさせなくては次のモードが整合しない。これに比べ
基本波及び第２高調波の屈折率差の大きな材料からなる
多モード導波路では通常数ｎｍ程度の波長変化でモード
選択ができる。

【００５４】さらにまた、導波路の温度と基本波の波長
の両方を制御することにより、任意の波長で任意のモー
ドを得ることができる。なお、基本波の制御には、基本
波用レーザのミラー系にプリズム又はグレーティング等
の光学系を入れて基本波の入射角度を変え結合モードを
変える方法、基本波用レーザの光路中に複屈折フィルタ
ーや、エタロン板等の光学系を入れて基本波の波長を変
える方法、基本波用レーザに半導体レーザを使用しこの
温度や電流を変え基本波の波長を変える方法がある。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、導波路の多モード化と
基本波及び第２高調波間の屈折率差を温度制御すること
で、光波長変換できる基本波と第２高調波のモードのペ
アを選択できるようにしたため、多様なモードの第２高
調波が高効率で得られる、多モード導波路から選択し
て、単一モードの第２高調波が得られる、自由な基本波
入力モードに対して自由な第２高調波出力モードを得る
ことができる、などの効果がある。

【００５６】また、多モード導波路構造では大きい断面
積のため、高出力、高安定化が可能となり、さらにコア
とクラッド基板の屈折率差を大きくとれるため波長変換
素子の製作が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一モード導波路を有する光波長変換素子を
用いた装置の概略構成図である。

【図２】多モード導波路を有する光波長変換素子およ
びその温調装置からなる本発明の光波長変換装置の概略
構成図である。

【図３】本発明による光波長変換素子の多モード導波
路の断面図である。

【図４】本発明による光波長変換素子の多モード導波
路の温度及び等価屈折率の関係を示すモード分散曲線の
グラフである。

【図５】本発明によるＱＰＭ型多モード導波路ＳＨＧ
素子の斜視図である。

【主要部分の符号の説明】

１１コア１２クラッド基板１３多モード導波路１４温調装置１５温調素子（例えばペルチェ素子）１６温度コントローラ１７サーミスタ２１レーザ光源２２結合光学系３０分極反転部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−155320（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/37 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学材料をコアとする多モード導
波路及びこれを囲繞するクラッドからなり、導波路に注
入された基本波の波長の１／２の波長の第２高調波を生
ぜしめる光波長変換素子を有する光波長変換装置であっ
て、前記多モード導波路の温度を所定温度範囲に亘って
変化せしめ前記基本波及び第２高調波の位相整合温度を
保持する温調装置を有することを特徴とする光波長変換
装置。
【請求項２】非線形光学材料をコアとする導波路及び
これを囲繞するクラッドからなり、導波路に注入された
基本波の波長の１／２の波長の第２高調波を生ぜしめる
光波長変換素子を有する光波長変換装置であって、前記導波路が少なくとも第２高調波の複数の導波モード
を有する多モード導波路であり、前記多モード導波路の温度を所定温度範囲に亘って変化
せしめ前記基本波及び第２高調波の位相整合温度を保持
する温調装置を有し、前記多モード導波路は、前記所定温度範囲において下記
式で示される基本波に対する実効屈折率の温度係数と第
２高調波に対する実効屈折率の温度係数との差Ｋ、【数１】１×１０^-3＞Ｋ＝｜∂Ｎ_F／∂Ｔ−∂Ｎ_SF／∂
Ｔ｜＞５×１０^-5 （式中、∂Ｎ_F／∂Ｔは前記多モード導波路の基本波に
対する実効屈折率の温度係数を表わし、∂Ｎ_SF／∂Ｔは
前記多モード導波路の第２高調波に対する等価屈折率の
温度係数を示す）を有することを特徴とする光波長変換
装置。
【請求項３】前記多モード導波路が下記式、【数２】（式中、ｈは前記導波路の深さ又は幅を、λ_Fは基本波
の波長を、ｎ₁及びｎ₂は基本波に対するクラッド基板及
びコアの屈折率を示す）を満たすステップ型３次元導波
路であることを特徴とする請求項２記載の光波長変換装
置。
【請求項４】前記多モード導波路が下記式、【数３】（式中、ｄは前記導波路の深さ又は幅を、λ_Fは基本波
の波長を、ｎ₁及びｎ₂は基本波に対する基板及び導波路
の屈折率を示す）を満たすグレーテッド型３次元導波路
であることを特徴とする請求項２記載の光波長変換装
置。