JP3526155B2 - 導波路型光変調素子 - Google Patents
導波路型光変調素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気光学効果を有
する基板に光導波路を形成し、この光導波路に電圧を印
加して導波光を変調する導波路型光変調素子に関し、特
に詳細には、波長変換機能も備えた導波路型光変調素子
に関するものである。
する基板に光導波路を形成し、この光導波路に電圧を印
加して導波光を変調する導波路型光変調素子に関し、特
に詳細には、波長変換機能も備えた導波路型光変調素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば光走査記録装置におい
て記録光を画像信号に基づいて変調する等のために、種
々の光変調素子が提供されている。
て記録光を画像信号に基づいて変調する等のために、種
々の光変調素子が提供されている。
【０００３】そしてこの光変調素子の１つとして、特開
平４−３３３８３５号に示されているように、電気光学
効果を有するＬｉＮｂｘ Ｔａ１−ｘ Ｏ３ （０≦ｘ
≦１）結晶のＺカット（Ｚ軸に直交する面でカット）基
板あるいはそれにＭｇＯがドープされた基板に方向性光
結合器を構成する１対の光導波路を形成し、これらの光
導波路の近傍に該光導波路に電圧を印加するための電極
を形成してなる導波路型の光変調素子も知られている。
平４−３３３８３５号に示されているように、電気光学
効果を有するＬｉＮｂｘ Ｔａ１−ｘ Ｏ３ （０≦ｘ
≦１）結晶のＺカット（Ｚ軸に直交する面でカット）基
板あるいはそれにＭｇＯがドープされた基板に方向性光
結合器を構成する１対の光導波路を形成し、これらの光
導波路の近傍に該光導波路に電圧を印加するための電極
を形成してなる導波路型の光変調素子も知られている。
【０００４】またこの特開平４−３３３８３５号には、
基板として非線形光学効果を有するものを用い、光導波
路を導波して来た変調光を、該光導波路に形成した波長
変換部において波長変換して短波長化することも記載さ
れている。
基板として非線形光学効果を有するものを用い、光導波
路を導波して来た変調光を、該光導波路に形成した波長
変換部において波長変換して短波長化することも記載さ
れている。
【０００５】この波長変換機能を有する導波路型光変調
素子を、前記印加電圧を可変として導波光を強度変調す
るように構成すれば、連続階調画像記録のために用いる
ことも可能となる。その場合、該素子から出射する光が
上記のようにして短波長化されていれば、例えば青色の
変調光を得てカラー画像記録に使用したり、あるいは記
録密度を高めることができる、といった効果が得られ
る。
素子を、前記印加電圧を可変として導波光を強度変調す
るように構成すれば、連続階調画像記録のために用いる
ことも可能となる。その場合、該素子から出射する光が
上記のようにして短波長化されていれば、例えば青色の
変調光を得てカラー画像記録に使用したり、あるいは記
録密度を高めることができる、といった効果が得られ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＺカットのＬ
ｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 結晶基板を用いて光変調素子を形
成した場合は、連続階調画像記録のために一般に必要と
される20ｄＢ以上の消光比を確保することが難しいとい
う問題がある。以下、この問題を図７および８を参照し
て詳しく説明する。
ｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 結晶基板を用いて光変調素子を形
成した場合は、連続階調画像記録のために一般に必要と
される20ｄＢ以上の消光比を確保することが難しいとい
う問題がある。以下、この問題を図７および８を参照し
て詳しく説明する。
【０００７】Ｚカットの結晶基板を用いた場合、電気光
学光変調素子への印加電圧と光出力との関係は、概ね図
７に示すようなものとなる。図示されるように、最大光
出力を得る電圧Ｖ2 と最小光出力を得る電圧Ｖ1 との差
Ｖπの１／３程度のオフセット電圧Ｖo が存在して、印
加電圧が０のとき光出力が０とならないので、バイアス
電圧をかけないで変調を行なうと消光比は５ｄＢ程度に
とどまる。なおこの消光比の値は、本発明者の実験によ
り確認されたものである。
学光変調素子への印加電圧と光出力との関係は、概ね図
７に示すようなものとなる。図示されるように、最大光
出力を得る電圧Ｖ2 と最小光出力を得る電圧Ｖ1 との差
Ｖπの１／３程度のオフセット電圧Ｖo が存在して、印
加電圧が０のとき光出力が０とならないので、バイアス
電圧をかけないで変調を行なうと消光比は５ｄＢ程度に
とどまる。なおこの消光比の値は、本発明者の実験によ
り確認されたものである。
【０００８】そこで光変調素子にＤＣバイアス電圧をか
けて、印加電圧対光出力の関係を図８の破線のようにす
ることが考えられる。その場合、消光比は15ｄＢ以上に
改善される。しかしこのようなＤＣバイアス電圧をかけ
続けると、ＤＣドリフトと呼ばれる動作点変動現象、つ
まり光出力を０とする印加電圧の値が変動する現象が生
じて消光比が経時変化するので、その光変調素子を実用
に供するのは到底不可能となる。
けて、印加電圧対光出力の関係を図８の破線のようにす
ることが考えられる。その場合、消光比は15ｄＢ以上に
改善される。しかしこのようなＤＣバイアス電圧をかけ
続けると、ＤＣドリフトと呼ばれる動作点変動現象、つ
まり光出力を０とする印加電圧の値が変動する現象が生
じて消光比が経時変化するので、その光変調素子を実用
に供するのは到底不可能となる。
【０００９】またＤＣドリフトを解消する方法として、
特開平７−２９４８０号に示されるように、光変調素子
の駆動信号に高周波を重畳させる方法があるが、この場
合もバイアス電圧をかけないと消光比は５ｄＢ程度にと
どまる。バイアス電圧をかけると消光比は改善するが、
平均電圧が０でないためにＤＣドリフトが生じてしま
う。
特開平７−２９４８０号に示されるように、光変調素子
の駆動信号に高周波を重畳させる方法があるが、この場
合もバイアス電圧をかけないと消光比は５ｄＢ程度にと
どまる。バイアス電圧をかけると消光比は改善するが、
平均電圧が０でないためにＤＣドリフトが生じてしま
う。
【００１０】他方、ＸカットあるいはＹカットのＬｉＮ
ｂx Ｔａ1-x Ｏ3 結晶基板を用いて光変調素子を形成す
ることも考えられており、その場合はオフセット電圧が
小さいために、上記の高周波重畳方法を用いて消光比を
15ｄＢ以上（本発明者の実験による確認値）確保するこ
とができる。しかし、このＸカットあるいはＹカットの
基板を用いる場合、波長変換部の波長変換効率はＺカッ
トの基板を用いる場合と比べて著しく低下するので、変
調光の出力が極めて低いものとなってしまう。
ｂx Ｔａ1-x Ｏ3 結晶基板を用いて光変調素子を形成す
ることも考えられており、その場合はオフセット電圧が
小さいために、上記の高周波重畳方法を用いて消光比を
15ｄＢ以上（本発明者の実験による確認値）確保するこ
とができる。しかし、このＸカットあるいはＹカットの
基板を用いる場合、波長変換部の波長変換効率はＺカッ
トの基板を用いる場合と比べて著しく低下するので、変
調光の出力が極めて低いものとなってしまう。
【００１１】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、高い消光比と高い波長変換効率を共に実現でき
る、波長変換機能を備えた導波路型光変調素子を提供す
ることを目的とするものである。
であり、高い消光比と高い波長変換効率を共に実現でき
る、波長変換機能を備えた導波路型光変調素子を提供す
ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による導波路型光
変調素子は、電気光学効果および非線形光学効果を有す
る強誘電体結晶基板と、この基板に形成された複数の光
導波路と、これらの光導波路の少なくとも１つに電圧を
印加する電極と、この電極よりも導波方向下流側におい
て上記光導波路に形成された波長変換部とを有してな
り、前記電圧の印加状態に応じて前記複数の光導波路の
間での導波光の乗り移りを制御することにより、前記波
長変換部を通過する光を変調する導波路型光変調素子に
おいて、基板として、その表面と強誘電体結晶のＺ軸と
がなす角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされ
たものが用いられるとともに、前記波長変換部が、前記
強誘電体結晶基板の自発分極の向きを１８０°反転させ
て該自発分極の向きと平行に延びるドメイン反転部が周
期的に配置されてなる周期ドメイン反転構造から構成さ
れていることを特徴とするものである。
変調素子は、電気光学効果および非線形光学効果を有す
る強誘電体結晶基板と、この基板に形成された複数の光
導波路と、これらの光導波路の少なくとも１つに電圧を
印加する電極と、この電極よりも導波方向下流側におい
て上記光導波路に形成された波長変換部とを有してな
り、前記電圧の印加状態に応じて前記複数の光導波路の
間での導波光の乗り移りを制御することにより、前記波
長変換部を通過する光を変調する導波路型光変調素子に
おいて、基板として、その表面と強誘電体結晶のＺ軸と
がなす角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされ
たものが用いられるとともに、前記波長変換部が、前記
強誘電体結晶基板の自発分極の向きを１８０°反転させ
て該自発分極の向きと平行に延びるドメイン反転部が周
期的に配置されてなる周期ドメイン反転構造から構成さ
れていることを特徴とするものである。
【００１３】なお上記の構成において、光導波路がプロ
トン交換およびアニールによって形成されたものであ
り、光導波路に形成された周期ドメイン反転構造により
波長変換部が構成されている場合、上記の角度θはθ≦
20°なる範囲にあるのが望ましい。
トン交換およびアニールによって形成されたものであ
り、光導波路に形成された周期ドメイン反転構造により
波長変換部が構成されている場合、上記の角度θはθ≦
20°なる範囲にあるのが望ましい。
【００１４】また上記のように光導波路がプロトン交換
およびアニールによって形成されたものであり、光導波
路に形成された周期ドメイン反転構造により波長変換部
が構成されている場合、上記の角度θは0.2 °≦θなる
範囲、より好ましくは0.5 °≦θなる範囲にあるとよ
い。
およびアニールによって形成されたものであり、光導波
路に形成された周期ドメイン反転構造により波長変換部
が構成されている場合、上記の角度θは0.2 °≦θなる
範囲、より好ましくは0.5 °≦θなる範囲にあるとよ
い。
【００１５】さらに、上記強誘電体結晶基板としてより
具体的には、該結晶のＹ軸をＹＺ面内でＺ軸側に３°回
転させた軸に対して垂直な面でカットされたものや、Ｚ
軸をＺＸ面内でＸ軸側に87°回転させた軸に対して垂直
な面でカットされたものが好適に用いられる。
具体的には、該結晶のＹ軸をＹＺ面内でＺ軸側に３°回
転させた軸に対して垂直な面でカットされたものや、Ｚ
軸をＺＸ面内でＸ軸側に87°回転させた軸に対して垂直
な面でカットされたものが好適に用いられる。
【００１６】また基板を構成する強誘電体としてより具
体的には、ＬｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3（０≦ｘ≦１）や、
あるいはそれにＭｇＯまたはＺｎＯがドープされたもの
が好適に用いられる。
体的には、ＬｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3（０≦ｘ≦１）や、
あるいはそれにＭｇＯまたはＺｎＯがドープされたもの
が好適に用いられる。
【００１７】さらに、本発明の導波路型光変調素子にお
いて好ましくは、光導波路が波長変換部において基板の
Ｘ軸あるいはＹ軸方向に延びるように形成され、この光
導波路に形成された周期ドメイン反転構造により波長変
換部が構成される。
いて好ましくは、光導波路が波長変換部において基板の
Ｘ軸あるいはＹ軸方向に延びるように形成され、この光
導波路に形成された周期ドメイン反転構造により波長変
換部が構成される。
【００１８】また本発明の導波路型光変調素子において
好ましくは、方向性光結合器を構成する複数本の光導波
路が設けられ、上記電極は、電圧印加によりこれらの光
導波路間における光結合を制御できるように配設され
る。さらに本発明の導波路型光変調素子は、波長変換部
に入射する前の光に対する消光比が10ｄＢ以上であるよ
うに構成されることが望ましい。
好ましくは、方向性光結合器を構成する複数本の光導波
路が設けられ、上記電極は、電圧印加によりこれらの光
導波路間における光結合を制御できるように配設され
る。さらに本発明の導波路型光変調素子は、波長変換部
に入射する前の光に対する消光比が10ｄＢ以上であるよ
うに構成されることが望ましい。
【００１９】
【発明の効果】前述したように、ＸカットあるいはＹカ
ットの強誘電体結晶基板を用いる場合、波長変換部の波
長変換効率はＺカットの基板を用いる場合と比べて著し
く低下するが、本発明者の研究によると、基板表面と強
誘電体結晶のＺ軸とがなす角度θが０°＜θ＜90°とな
るようにカットされた基板を用いる場合は、Ｚカットの
基板を用いる場合と同程度の波長変換効率が得られる。
ットの強誘電体結晶基板を用いる場合、波長変換部の波
長変換効率はＺカットの基板を用いる場合と比べて著し
く低下するが、本発明者の研究によると、基板表面と強
誘電体結晶のＺ軸とがなす角度θが０°＜θ＜90°とな
るようにカットされた基板を用いる場合は、Ｚカットの
基板を用いる場合と同程度の波長変換効率が得られる。
【００２０】また、基板表面と強誘電体結晶のＺ軸とが
なす角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされた
基板を用いる場合、電気光学的光変調における消光比に
ついては、ＸカットあるいはＹカットの基板を用いる場
合と同様に15ｄＢ以上確保することができる。
なす角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされた
基板を用いる場合、電気光学的光変調における消光比に
ついては、ＸカットあるいはＹカットの基板を用いる場
合と同様に15ｄＢ以上確保することができる。
【００２１】一方、波長変換波の強度は基本波強度の２
乗に比例するから、電気光学的光変調における消光比が
10ｄＢのとき波長変換波の消光比は20ｄＢとなる。した
がって、電気光学的光変調における消光比が上記のよう
に15ｄＢ以上となれば、波長変換波については、連続階
調画像記録に必要な20ｄＢ以上の消光比が確保される。
そこで、このように基板表面と強誘電体結晶のＺ軸と
がなす角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされ
た基板を用いる本発明の導波路型光変調素子によれば、
高い消光比と高い波長変換効率が共に得られるようにな
る。
乗に比例するから、電気光学的光変調における消光比が
10ｄＢのとき波長変換波の消光比は20ｄＢとなる。した
がって、電気光学的光変調における消光比が上記のよう
に15ｄＢ以上となれば、波長変換波については、連続階
調画像記録に必要な20ｄＢ以上の消光比が確保される。
そこで、このように基板表面と強誘電体結晶のＺ軸と
がなす角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされ
た基板を用いる本発明の導波路型光変調素子によれば、
高い消光比と高い波長変換効率が共に得られるようにな
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１および図２はそれぞ
れ、本発明の第１の実施形態による導波路型光変調素子
の斜視形状、平面形状を示すものである。
施の形態を詳細に説明する。図１および図２はそれぞ
れ、本発明の第１の実施形態による導波路型光変調素子
の斜視形状、平面形状を示すものである。
【００２３】図示されるようにこの導波路型光変調素子
は、ＭｇＯが５ mol％ドープされたＬｉＮｂＯ3 （以
下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）の結晶基板10上に例えばプ
ロトン交換により形成された２つのチャンネル光導波路
11、12と、これらの光導波路11、12の各々の脇に形成さ
れた平板状電極13、14Ａ、14Ｂと、一方の光導波路12に
形成された波長変換部15とを有している。
は、ＭｇＯが５ mol％ドープされたＬｉＮｂＯ3 （以
下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）の結晶基板10上に例えばプ
ロトン交換により形成された２つのチャンネル光導波路
11、12と、これらの光導波路11、12の各々の脇に形成さ
れた平板状電極13、14Ａ、14Ｂと、一方の光導波路12に
形成された波長変換部15とを有している。
【００２４】一方のチャンネル光導波路12には、半導体
レーザー20から発せられた波長950ｎｍのレーザービー
ム21が入力される。本例においてこの半導体レーザー20
は、光導波路11の端面部分において基板10に直接結合さ
れる。しかしそれに限らず、基板10と離して半導体レー
ザー20を配設し、光学系によって収束させたレーザービ
ーム21を光導波路11の端面部分に照射させて、該光導波
路11に入力させるようにしてもよい。なお半導体レーザ
ー20の縦モードは、公知の方法によりロックされてい
る。
レーザー20から発せられた波長950ｎｍのレーザービー
ム21が入力される。本例においてこの半導体レーザー20
は、光導波路11の端面部分において基板10に直接結合さ
れる。しかしそれに限らず、基板10と離して半導体レー
ザー20を配設し、光学系によって収束させたレーザービ
ーム21を光導波路11の端面部分に照射させて、該光導波
路11に入力させるようにしてもよい。なお半導体レーザ
ー20の縦モードは、公知の方法によりロックされてい
る。
【００２５】一方電極13は、画像信号Ｓを受ける変調駆
動回路25に接続され、電極14Ａ、14Ｂは接地されてい
る。また波長変換部15は、ＭｇＯ−ＬＮ基板10の自発分
極（ドメイン）が反転したドメイン反転部16が所定周期
で繰り返してなる周期ドメイン反転構造を有するもので
ある。
動回路25に接続され、電極14Ａ、14Ｂは接地されてい
る。また波長変換部15は、ＭｇＯ−ＬＮ基板10の自発分
極（ドメイン）が反転したドメイン反転部16が所定周期
で繰り返してなる周期ドメイン反転構造を有するもので
ある。
【００２６】以下、上記構成の導波路型光変調素子の作
成方法を説明する。基板10は図３に示すように、電気光
学効果および非線形光学効果を有する強誘電体であるＭ
ｇＯ−ＬＮのインゴット10’を、そのＹ軸をＹＺ面内で
Ｚ軸側にθ＝３°回転させた軸Ｙ’に垂直となる面でカ
ット、研磨して得られたもの（３°Ｙカット基板）であ
り、単分極化処理がなされて例えば厚さ0.3 ｍｍに形成
されている。なお図３において、角度θは誇張して示し
てある。
成方法を説明する。基板10は図３に示すように、電気光
学効果および非線形光学効果を有する強誘電体であるＭ
ｇＯ−ＬＮのインゴット10’を、そのＹ軸をＹＺ面内で
Ｚ軸側にθ＝３°回転させた軸Ｙ’に垂直となる面でカ
ット、研磨して得られたもの（３°Ｙカット基板）であ
り、単分極化処理がなされて例えば厚さ0.3 ｍｍに形成
されている。なお図３において、角度θは誇張して示し
てある。
【００２７】こうして形成されたＭｇＯ−ＬＮ基板10の
表面10ａ、10ｂに、図４に示すようにそれぞれ櫛形電極
30、平板電極31を取り付け、＋Ｚ側に位置する櫛形電極
30の方が正電位、−Ｚ側に位置する平板電極31の方が負
電位となるようにして、両電極30、31間にパルス電圧を
印加すると、図５に概略図示するように、＋Ｚ方向を向
いていた基板10の自発分極の向きが電圧印加部分におい
て反転して、ドメイン反転部16が形成される。なお上記
自発分極の向きは、基板表面10ａに対してθ＝３°傾い
ており、したがってドメイン反転部16の分極の向きも基
板表面10ａに対して同様に傾くことになる。
表面10ａ、10ｂに、図４に示すようにそれぞれ櫛形電極
30、平板電極31を取り付け、＋Ｚ側に位置する櫛形電極
30の方が正電位、−Ｚ側に位置する平板電極31の方が負
電位となるようにして、両電極30、31間にパルス電圧を
印加すると、図５に概略図示するように、＋Ｚ方向を向
いていた基板10の自発分極の向きが電圧印加部分におい
て反転して、ドメイン反転部16が形成される。なお上記
自発分極の向きは、基板表面10ａに対してθ＝３°傾い
ており、したがってドメイン反転部16の分極の向きも基
板表面10ａに対して同様に傾くことになる。
【００２８】なお、ＭｇＯ−ＬＮ基板10の表面10ａ、10
ｂと平行でＸ軸と直交する方向、および基板表面10ａ、
10ｂに対して垂直な方向はそれぞれ、Ｚ軸方向およびＹ
軸方向に対して３°の角度をなす方向となるので、これ
らの方向を便宜的にそれぞれＺ’方向、Ｙ’方向と称す
る。
ｂと平行でＸ軸と直交する方向、および基板表面10ａ、
10ｂに対して垂直な方向はそれぞれ、Ｚ軸方向およびＹ
軸方向に対して３°の角度をなす方向となるので、これ
らの方向を便宜的にそれぞれＺ’方向、Ｙ’方向と称す
る。
【００２９】次に上記ＭｇＯ−ＬＮ基板10に、周知のフ
ォトリソグラフィーにより、チャンネル光導波路11、12
の形状に対応した開口を有する金属（本例ではＴａ）の
マスクを形成する。その後このＭｇＯ−ＬＮ基板10を、
160 ℃に加熱したピロリン酸中に64分間浸漬してプロト
ン交換を行ない、Ｔａマスクをエッチング液で除去した
後、大気中において350 ℃で１時間アニールする。
ォトリソグラフィーにより、チャンネル光導波路11、12
の形状に対応した開口を有する金属（本例ではＴａ）の
マスクを形成する。その後このＭｇＯ−ＬＮ基板10を、
160 ℃に加熱したピロリン酸中に64分間浸漬してプロト
ン交換を行ない、Ｔａマスクをエッチング液で除去した
後、大気中において350 ℃で１時間アニールする。
【００３０】以上の処理により、図１および２に示すよ
うなチャンネル光導波路11、12が形成される。なおこの
際チャンネル光導波路12は、ドメイン反転部16が形成さ
れている部分を、これらのドメイン反転部16の並び方向
に沿って延びるように形成される。
うなチャンネル光導波路11、12が形成される。なおこの
際チャンネル光導波路12は、ドメイン反転部16が形成さ
れている部分を、これらのドメイン反転部16の並び方向
に沿って延びるように形成される。
【００３１】次に上記ＭｇＯ−ＬＮ基板10の、チャンネ
ル光導波路11、12の端面を含む−Ｘ面および＋Ｘ面を光
学研磨すると、導波路型光変調素子が完成する。
ル光導波路11、12の端面を含む−Ｘ面および＋Ｘ面を光
学研磨すると、導波路型光変調素子が完成する。
【００３２】図１および２に示す通り、上記構成の導波
路型光変調素子において、レーザービーム21は一方のチ
ャンネル光導波路12に入力されてそこを導波し、後述の
電位差Ｖに応じて、両光導波路11、12が近接している部
分（結合部）において他方のチャンネル光導波路11に乗
り移る。
路型光変調素子において、レーザービーム21は一方のチ
ャンネル光導波路12に入力されてそこを導波し、後述の
電位差Ｖに応じて、両光導波路11、12が近接している部
分（結合部）において他方のチャンネル光導波路11に乗
り移る。
【００３３】チャンネル光導波路12を導波したレーザー
ビーム21は、波長変換部15において波長が１／２つまり
475 ｎｍの青色の第２高調波22に変換される。すなわち
この波長変換部15においては、ドメイン反転部16がレー
ザービーム21の導波方向に周期的に繰り返してなる周期
ドメイン反転構造により、基本波としてのレーザービー
ム21とその第２高調波22とが位相整合（いわゆる疑似位
相整合）する。なお本例において、周期ドメイン反転構
造が形成されている部分の光導波路12の長さ、つまり波
長変換のための相互作用長Ｌは10ｍｍである。
ビーム21は、波長変換部15において波長が１／２つまり
475 ｎｍの青色の第２高調波22に変換される。すなわち
この波長変換部15においては、ドメイン反転部16がレー
ザービーム21の導波方向に周期的に繰り返してなる周期
ドメイン反転構造により、基本波としてのレーザービー
ム21とその第２高調波22とが位相整合（いわゆる疑似位
相整合）する。なお本例において、周期ドメイン反転構
造が形成されている部分の光導波路12の長さ、つまり波
長変換のための相互作用長Ｌは10ｍｍである。
【００３４】ここで、両チャンネル光導波路11、12の結
合部において、電極14Ａ、14Ｂの部分は接地電位に保持
される。一方電極13には変調駆動回路25から可変電圧が
印加され、この電極13と電極14Ａ、14Ｂとの間の電位差
Ｖに応じて、上記レーザービーム21の乗り移りが制御さ
れる。
合部において、電極14Ａ、14Ｂの部分は接地電位に保持
される。一方電極13には変調駆動回路25から可変電圧が
印加され、この電極13と電極14Ａ、14Ｂとの間の電位差
Ｖに応じて、上記レーザービーム21の乗り移りが制御さ
れる。
【００３５】つまり、この電位差Ｖが０（ゼロ）のと
き、チャンネル光導波路12を導波したレーザービーム21
は基本的に全て光導波路11に乗り移り、該電位差Ｖが増
大するのに応じてこの乗り移り量が低下し、逆に光導波
路12を導波する光量は増大する。Ｖが所定の値Ｖπのと
き、乗り移りはなくなって、レーザービーム21は基本的
に全て光導波路12を導波する。そこで、電極13への印加
電圧を画像信号Ｓに基づいて制御することにより、チャ
ンネル光導波路12を導波するレーザービーム21を強度変
調することができ、ひいては青色の第２高調波22を画像
信号Ｓに基づいて強度変調可能となる。
き、チャンネル光導波路12を導波したレーザービーム21
は基本的に全て光導波路11に乗り移り、該電位差Ｖが増
大するのに応じてこの乗り移り量が低下し、逆に光導波
路12を導波する光量は増大する。Ｖが所定の値Ｖπのと
き、乗り移りはなくなって、レーザービーム21は基本的
に全て光導波路12を導波する。そこで、電極13への印加
電圧を画像信号Ｓに基づいて制御することにより、チャ
ンネル光導波路12を導波するレーザービーム21を強度変
調することができ、ひいては青色の第２高調波22を画像
信号Ｓに基づいて強度変調可能となる。
【００３６】次に、この導波路型光変調素子の波長変換
効率および消光比、それに前述のオフセット電圧Ｖo
（図７参照）を調べた結果について説明する。なお消光
比は、波長変換前の値である。比較のため上述の基板10
に代えて、図６に示すようにＭｇＯ−ＬＮのインゴット
10”を、そのＺ軸をＺＸ面内でＸ軸側に87°回転させた
軸Ｚ”に垂直となる面でカット、研磨して得た基板（87
°Ｚカット基板）を用いたもの（本発明の第２実施形
態）、さらに従来から知られているＺカット基板、Ｘカ
ット基板、およびＹカット基板を用いたものについても
同様に波長変換効率、消光比およびオフセット電圧Ｖo
を調べた。なおそれらの導波路型光変調素子は、基板の
カット方位以外の点は、基本的に全て上記第１実施形態
と同様に構成されたものである。ただし、上記87°Ｚカ
ット基板を用いる場合、光導波路はＹ軸方向に延びるよ
うに形成される。結果を下の（表１）に示す。
効率および消光比、それに前述のオフセット電圧Ｖo
（図７参照）を調べた結果について説明する。なお消光
比は、波長変換前の値である。比較のため上述の基板10
に代えて、図６に示すようにＭｇＯ−ＬＮのインゴット
10”を、そのＺ軸をＺＸ面内でＸ軸側に87°回転させた
軸Ｚ”に垂直となる面でカット、研磨して得た基板（87
°Ｚカット基板）を用いたもの（本発明の第２実施形
態）、さらに従来から知られているＺカット基板、Ｘカ
ット基板、およびＹカット基板を用いたものについても
同様に波長変換効率、消光比およびオフセット電圧Ｖo
を調べた。なおそれらの導波路型光変調素子は、基板の
カット方位以外の点は、基本的に全て上記第１実施形態
と同様に構成されたものである。ただし、上記87°Ｚカ
ット基板を用いる場合、光導波路はＹ軸方向に延びるよ
うに形成される。結果を下の（表１）に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】この（表１）において、波長変換効率は換
算効率ηで示してある。換算効率ηは、基本波であるレ
ーザービーム21のパワーをＰFM（ｍＷ）、第２高調波22
のパワーをＰSHG （ｍＷ）、相互作用長をＬ（ｍｍ）と
したとき、 η（％／Ｗｃｍ2 ）＝ＰFM／ＰSHG ×1000×（10／Ｌ）
2 で与えられるものである。
算効率ηで示してある。換算効率ηは、基本波であるレ
ーザービーム21のパワーをＰFM（ｍＷ）、第２高調波22
のパワーをＰSHG （ｍＷ）、相互作用長をＬ（ｍｍ）と
したとき、 η（％／Ｗｃｍ2 ）＝ＰFM／ＰSHG ×1000×（10／Ｌ）
2 で与えられるものである。
【００３９】ここに示されている通り、本発明の第１実
施形態および第２実施形態の導波路型光変調素子におい
ては、Ｚカット基板を用いる場合と同程度に高い波長変
換効率が得られる一方、消光比はＸカット基板あるいは
Ｙカット基板を用いる場合と同様に15ｄＢ以上である。
そこで第２高調波22については、前述した理由により、
連続階調画像記録のために一般に必要とされる20ｄＢ以
上が確保される。
施形態および第２実施形態の導波路型光変調素子におい
ては、Ｚカット基板を用いる場合と同程度に高い波長変
換効率が得られる一方、消光比はＸカット基板あるいは
Ｙカット基板を用いる場合と同様に15ｄＢ以上である。
そこで第２高調波22については、前述した理由により、
連続階調画像記録のために一般に必要とされる20ｄＢ以
上が確保される。
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】また本発明においては、上記特開平７−２
９４８６０号に示されるように、電極13に印加される電
圧に高周波を重畳することにより、前述したＤＣドリフ
トの問題を解決し、かつ20ｄＢ以上の消光比を得ること
ができる。
９４８６０号に示されるように、電極13に印加される電
圧に高周波を重畳することにより、前述したＤＣドリフ
トの問題を解決し、かつ20ｄＢ以上の消光比を得ること
ができる。
【００４５】また以上、３°Ｙカット基板と87°Ｚカッ
ト基板、つまり基板表面とＺ軸とがなす角度θがともに
３°である基板を用いた実施形態について説明したが、
本発明ではこのθが３°である基板に限らず、０°＜θ
＜90°なる範囲の基板を全て用いて、基本的に上記の同
様の効果を奏することができる。ただし、光導波路をプ
ロトン交換およびアニールによって形成し、かつ周期ド
メイン反転構造により波長変換部を構成する場合におい
て、Ｚカット基板を用いる場合とほぼ同等の波長変換効
率を得るためには、0.2 °≦θ≦20°なる範囲、より好
ましくは0.5 °≦θ≦20°なる範囲の基板を用いるのが
望ましい。
ト基板、つまり基板表面とＺ軸とがなす角度θがともに
３°である基板を用いた実施形態について説明したが、
本発明ではこのθが３°である基板に限らず、０°＜θ
＜90°なる範囲の基板を全て用いて、基本的に上記の同
様の効果を奏することができる。ただし、光導波路をプ
ロトン交換およびアニールによって形成し、かつ周期ド
メイン反転構造により波長変換部を構成する場合におい
て、Ｚカット基板を用いる場合とほぼ同等の波長変換効
率を得るためには、0.2 °≦θ≦20°なる範囲、より好
ましくは0.5 °≦θ≦20°なる範囲の基板を用いるのが
望ましい。
【００４６】すなわち、光導波路をプロトン交換および
アニールによって形成する場合、導波モードがカットオ
フとならないθの範囲は20°以下となる。そしてこの場
合、導波モードの界分布は、最も浅くしたときで1.2 μ
ｍ程度となる。それに対応させてドメイン反転部の深さ
を1.2 μｍ以上とするためには、θを0.2 °以上にすれ
ばよい。一方、光導波路への光入力を容易にするために
は、導波モードの界分布は1.4 μｍ以上とするのが望ま
しく、それに対応させてドメイン反転部の深さを1.4 μ
ｍ以上にするためには、θを0.5 °以上とすればよい。
アニールによって形成する場合、導波モードがカットオ
フとならないθの範囲は20°以下となる。そしてこの場
合、導波モードの界分布は、最も浅くしたときで1.2 μ
ｍ程度となる。それに対応させてドメイン反転部の深さ
を1.2 μｍ以上とするためには、θを0.2 °以上にすれ
ばよい。一方、光導波路への光入力を容易にするために
は、導波モードの界分布は1.4 μｍ以上とするのが望ま
しく、それに対応させてドメイン反転部の深さを1.4 μ
ｍ以上にするためには、θを0.5 °以上とすればよい。
【００４７】さらに本発明の導波路型光変調素子は、先
に述べたプロトン交換光導波路に限らず、その他のＴｉ
拡散光導波路等を設けて構成することも可能である。
に述べたプロトン交換光導波路に限らず、その他のＴｉ
拡散光導波路等を設けて構成することも可能である。
【００４８】また光導波路を形成する基板も、前述のＭ
ｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ3 基板に限らず、その他
のＬｉＮｂＯ3 基板、ＺｎＯがドープされたＬｉＮｂＯ
3 基板、ＬｉＴａＯ3 基板、ＭｇＯやＺｎＯがドープさ
れたＬｉＴａＯ3 基板等を利用することもできる。
ｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ3 基板に限らず、その他
のＬｉＮｂＯ3 基板、ＺｎＯがドープされたＬｉＮｂＯ
3 基板、ＬｉＴａＯ3 基板、ＭｇＯやＺｎＯがドープさ
れたＬｉＴａＯ3 基板等を利用することもできる。
【図１】本発明の第１実施形態である導波路型光変調素
子の斜視図
子の斜視図
【図２】上記導波路型光変調素子の平面図
【図３】上記導波路型光変調素子に用いられた基板のカ
ット状態を説明する概略図
ット状態を説明する概略図
【図４】上記導波路型光変調素子を作成する様子を示す
概略斜視図
概略斜視図
【図５】上記導波路型光変調素子に形成されるドメイン
反転部を示す概略斜視図
反転部を示す概略斜視図
【図６】本発明の第２実施形態に用いられた基板のカッ
ト状態を説明する概略図
ト状態を説明する概略図
【図７】電気光学光変調素子の印加電圧と光出力との概
略関係を示すグラフ
略関係を示すグラフ
【図８】電気光学光変調素子におけるバイアス電圧を説
明するグラフ
明するグラフ
10 ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ3 基板
11、12、50、51 チャンネル光導波路
13、14Ａ、14Ｂ 電極
15 波長変換部
16 ドメイン反転部
20 半導体レーザー
21 レーザービーム（基本波）
22 第２高調波
25 変調駆動回路
30 櫛形電極
31 平板電極
60、61 ３ｄＢカプラー部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−273817（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−333835（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−13929（ＪＰ，Ａ)
1983 ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹ
ＭＰＯＳＩＵＭ，1983年，527−530
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/37
Claims (11)
- 【請求項１】 電気光学効果および非線形光学効果を有
する強誘電体結晶基板と、 この基板に形成された複数の光導波路と、 これらの光導波路の少なくとも１つに電圧を印加する電
極と、 この電極よりも導波方向下流側において前記光導波路に
形成された波長変換部とを有してなり、 前記電圧の印加状態に応じて前記複数の光導波路の間で
の導波光の乗り移りを制御することにより、前記波長変
換部を通過する光を変調する導波路型光変調素子におい
て、 前記基板として、その表面と強誘電体結晶のＺ軸とがな
す角度θが０°＜θ＜90°となるようにカットされたも
のが用いられるとともに、 前記波長変換部が、前記強誘電体結晶基板の自発分極の
向きを１８０°反転させて該自発分極の向きと平行に延
びるドメイン反転部が周期的に配置されてなる周期ドメ
イン反転構造から構成されていることを特徴とする導波
路型光変調素子。 - 【請求項２】 前記光導波路がプロトン交換およびアニ
ールによって形成されたものであり、 前記波長変換部が、前記光導波路に形成された周期ドメ
イン反転構造により構成され、 前記角度θがθ≦20°なる範囲にあることを特徴とする
請求項１記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項３】 前記光導波路がプロトン交換およびアニ
ールによって形成されたものであり、 前記波長変換部が、前記光導波路に形成された周期ドメ
イン反転構造により構成され、 前記角度θが0.2 °≦θなる範囲にあることを特徴とす
る請求項１または２記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項４】 前記角度θが0.5 °≦θなる範囲にある
ことを特徴とする請求項３記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項５】 前記強誘電体結晶基板が、該結晶のＹ軸
をＹＺ面内でＺ軸側に３°回転させた軸に対して垂直な
面でカットされたものであることを特徴とする請求項１
から４いずれか１項記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項６】 前記強誘電体結晶基板が、該結晶のＺ軸
をＺＸ面内でＸ軸側に87°回転させた軸に対して垂直な
面でカットされたものであることを特徴とする請求項１
から４いずれか１項記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項７】 前記強誘電体がＬｉＮｂｘ Ｔａ
１−ｘ Ｏ３ （０≦ｘ≦１）またはそれにＭｇＯある
いはＺｎＯがドープされたものであることを特徴とする
請求項１から６いずれか１項記載の導波路型光変調素
子。 - 【請求項８】 前記光導波路が、前記波長変換部におい
て基板のＸ軸方向に延びるように形成され、 この光導波路に形成された周期ドメイン反転構造により
前記波長変換部が構成されていることを特徴とする請求
項１から７いずれか１項記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項９】 前記光導波路が、前記波長変換部におい
て基板のＹ軸方向に延びるように形成され、 この光導波路に形成された周期ドメイン反転構造により
前記波長変換部が構成されていることを特徴とする請求
項１から７いずれか１項記載の導波路型光変調素子。 - 【請求項１０】 前記光導波路として、方向性光結合器
を構成する複数本の光導波路が設けられ、 前記電極が、電圧印加によりこれらの光導波路間におけ
る光結合を制御可能に配設されていることを特徴とする
請求項１から９いずれか１項記載の導波路型光変調素
子。 - 【請求項１１】 前記波長変換部に入射する前の光に対
する消光比が10ｄＢ以上であることを特徴とする請求項
１から１０いずれか１項記載の導波路型光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31480096A JP3526155B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 導波路型光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31480096A JP3526155B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 導波路型光変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10161165A JPH10161165A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3526155B2 true JP3526155B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=18057757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31480096A Expired - Fee Related JP3526155B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 導波路型光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3526155B2 (ja) |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP31480096A patent/JP3526155B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９８３ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ，１９８３年，５２７−５３０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10161165A (ja) | 1998-06-19 |
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