JPH05204008A

JPH05204008A - 波長変換素子

Info

Publication number: JPH05204008A
Application number: JP3425092A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fukuda; 浩章福田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1992-01-24
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、短波長光を効率良く出射できる
と同時に光変調をも行なうことが可能である。【構成】基板１上に非線形光学媒質からなる２本の
導波路２，３が交差して形成され、交差部には、導波路
を導波する基本波の光路を変更するための電位差を印加
可能な電極５が設けられている。また、１本の導波路３
には、導波路３を導波する基本波に基づき短波長光を生
成する分極反転層６が形成されている。この場合、導波
路２を導波する基本波ＢＭは、交差部に達すると、電極
５の電位差に応じて光路をＡまたはＢのように変え、光
路がＢに変わるとき短波長光が出射されるので、これに
よって、短波長光を変調することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学媒質を用い
て光ビームの波長をより短波長のものに変換する波長変
換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光源等からの光の波長を非
線形光学媒質を用いてより短波長のものに波長変換する
波長変換素子として第２高調波発生（ＳＨＧ）素子が知
られており、例えば特開昭６３−４４７８１号には、薄
膜導波路型のＳＨＧ素子が開示されている。

【０００３】図８はこの種の薄膜導波路型のＳＨＧ素子
の構成図であり、このＳＨＧ素子では、例えばＬｉＮｂ
Ｏ₃の非線形光学結晶材料からなる基板１０１上にＴｉ
を拡散して導波路１０２が形成され、さらにこの導波路
１０２の上面には所定のピッチで回折格子１０３が形成
されている。このような構成のＳＨＧ素子では、レーザ
光源からの波長λの光ＢＭを導波路１０２の一方の側か
ら入射させ導波路１０２に基本波として導波させると、
この基本波に基づきこの半分の波長（λ／２）の第２高
調波（ＳＨ光）を発生させ導波路１０２の他方の側から
出射させることができる。この際、導波路１０２の上面
に設けられている回折格子１０３は、導波路１０２中で
の基本波の屈折率とＳＨ光の屈折率との差を相殺する機
能を有し、回折格子１０３によって基本波とＳＨ光との
位相を整合させ、ＳＨ光の変換効率を高めることができ
る。なお、このためには、回折格子１０３のピッチを導
波路１０２を導波する基本波の波長と同じに設定し、ブ
ラック条件を満足させておく必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳＨＧ素子
等の波長変換素子は、短波長光を出射可能であるので、
光ディスク等の大容量化に適しており、このため光ディ
スク装置やレーザプリンタ装置などへの適用が要望され
ているが、光ディスク装置等に波長変換素子を適用する
場合には、光ディスク装置等の小型化に支障がないこと
と、短波長光を変調できること，すなわちＯＮ／ＯＦＦ
できることとが不可欠となる。光ディスク装置等の小型
化は、波長変換素子のレーザ光源にガスレーザではな
く、小型化に適した半導体レーザを使用し、またガスレ
ーザに比べて低出力の半導体レーザをレーザ光源として
用いたときにも高い変換効率を期待できる上述のような
導波路型のものとして波長変換素子を構成することによ
り、ある程度達成できる。

【０００５】しかしながら、従来では、短波長光を変調
して出力することは難かしく、このため、短波長光を効
率良く出射できると同時に光変調をも行なうことの可能
な光ディスク装置等に適した波長変換素子を実現するこ
とは極めて困難であった。すなわち、短波長光を変調す
るのに、例えば、半導体レーザ自体を変調しようとする
と、基本波の波長が安定せず、この場合には、短波長光
を効率良く出射できなくなる場合があった。

【０００６】本発明は、短波長光を効率良く出射できる
と同時に光変調をも行なうことの可能な光ディスク装置
等に適した波長変換素子を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、非線形光学媒質からなる複数本の導波路が
基板に交差して形成され、該交差部には、導波路を導波
する基本波の光路を変更するための電位差を印加可能な
電位差印加手段が設けられており、また複数本の導波路
のうちの少なくとも１本の導波路には、導波路を導波す
る基本波に基づき短波長光を生成する短波長光生成部ま
たは発生した短波長光を消滅させる短波長光消滅部が設
けられていることを特徴としている。

【０００８】また、前記複数本の導波路は、ＬｉＴａＯ
₃の非線形光学媒質により形成されていることを特徴と
している。

【０００９】また、前記短波長光生成部は、基本波とこ
れに基づき発生する短波長光との位相を整合させる位相
整合部により構成されていることを特徴としている。

【００１０】また、前記複数本の導波路は、ＬｉＮｂＯ
₃の非線形光学媒質により、またはＭｇＯがドープされ
たＬｉＮｂＯ₃の非線形光学媒質により形成されている
ことを特徴としている。

【００１１】また、前記位相整合部は、所定周期をもつ
分極反転構造として形成されているか、あるいは非線形
光学媒質の複屈折性により形成されていることを特徴と
している。

【００１２】また、前記複数本の導波路には、プロトン
交換光導波路が用いられていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】複数本の導波路の少なくとも１本の導波路を導
波する基本波または短波長光は、交差部に達すると、電
位差に応じて光路を変える。例えば電位差が所定電位の
ときにはこの導波路に交差する他の導波路に移行し、電
位差が“０”のときには移行せず、元の導波路を直進す
る。従って、基本波が交差部に導波するような場合に、
元の導波路または他の導波路の光出射側に短波長光生成
部を形成しておけば、電位差を変化させることで、短波
長光を変調することができる。すなわち、例えば、他の
導波路の光出射側に短波長光生成部が形成されている場
合、電位差が所定値のときには基本波を他の導波路に移
行させ、それに形成されている短波長光生成部から短波
長光を出射させることができ、電位差が“０”のときに
は基本波の移行が起きないので短波長光は出射されな
い。従って、電位差を変化させて、素子からの短波長光
の出射をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。

【００１４】また、基本波が交差部に達する時点で短波
長光が効率良く生成される場合には、少なくとも１本の
導波路に短波長光消滅部を形成しておく。この場合に
は、少なくとも１本の導波路を伝搬する短波長光は、交
差部の電位差が所定値のときに他の導波路に移行し、電
位差が“０”のときには移行せず、元の導波路を伝搬す
る。従って、元の導波路または他の導波路の光出射側に
短波長光消滅部を形成しておけば、電位差を変化させる
ことで、短波長光生成部を形成する場合と反対の原理で
短波長光を変調することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る波長変換素子の第１の実施例
の構成図である。図１の波長変換素子では、ＬｉＴａＯ
₃の非線形光学材料（方位が−Ｃ板の単結晶）からなる
基板１上に、基板１よりも高い屈折率をもつ２本の導波
路２，３が交差して形成されており、また、その交差部
にプレーナ電極５（５ａ，５ｂ）が配置されている。こ
のプレーナ電極５は、これに正の電圧を印加するとき
に、ポッケルス効果によって基板１内に生じる電界に比
例して屈折率を減少させ電極直下に全反射の境界面を形
成させるために設けられている。基板１として図１のよ
うに−Ｃ板のＬｉＴａＯ₃を用いたりあるいは後述する
Ｃ板のＬｉＮｂＯ₃を用いる場合には、図２により詳細
に示すように、電極直下に発生する表面に垂直な電界成
分を利用するため、プレーナ電極５の一方の電極５ａに
ついてはそのエッジを導波路交差部の中心に合せて導波
路上に配置してこれに所定電圧を印加し、他方の電極５
ｂについてはこれを導波路外に配置して接地電位に保持
する。

【００１６】ここで、導波路２，３の交差部で全反射が
起きる条件は、スネルの法則により次式のようになる。

【００１７】

【数１】ｃｏｓθ＞（ｎ_i−Δｎ_i）／ｎ_i Δｎ₀＝ｎ₀ ³ｒ₁₃Ｅ／２， Δｎ_e＝ｎ_e ³ｒ₃₃Ｅ／２

【００１８】なお、数１において、ｎ_iは媒質の屈折
率、Ｅは基板内に生じる電界、ｒ₁₃，ｒ₃₃はポッケルス
定数であり、例えばＬｉＴａＯ₃基板では、ｒ₁₃は７．
０／１０⁶（μｍ／Ｖ），ｒ₃₃は３０．３／１０⁶（μｍ
／Ｖ）である。従って、導波路２，３の交差部上の電極
５，すなわち５ａに電圧を印加していない状態のときに
は、例えば導波路２を導波する基本波ＢＭは矢印Ａのよ
うに交差部で全反射されずに、導波路２を直進するが、
電極５ａに所定の電圧Ｖを印加している状態では、導波
路２を導波する基本波ＢＭは、矢印Ｂのように交差部で
全反射されて導波路３に移行し、導波路２から導波路３
に光路が切り替わるようになっている。また、この際
に、導波路２，３とプレーナ電極５との交差角度θが小
さい程、数１に従って、光路の切り替えに必要な印加電
圧Ｖは小さくて済む。

【００１９】また、図１の例では、導波路３上には、導
波路３を導波する基本波をこれよりも短波長の光，例え
ばＳＨ光に効率良く変換するための位相整合部６が設け
られている。位相整合部６は、例えば、プロトン交換
後、熱処理することによって形成された分極反転層から
なっており、この分極反転層６によって基本波及びこれ
に基づき発生するＳＨ光に対し、非線形定数の周期的変
化を与えるようになっている。なお、導波路３中での基
本波，ＳＨ光の周波数をそれぞれω，２ωとし、また導
波路３における基本波，ＳＨ光の伝搬定数をそれぞれβ
（ω），β（２ω）とすると、基本波とＳＨ光との位相
を整合させるためには、分極反転の周期Λは、次式の関
係を満たす必要がある。

【００２０】

【数２】 β（２ω）−２β（ω）＝２π・（２ｍ−１）／Λ （ｍ：自然数）

【００２１】導波路３において基本波に対する等価屈折
率をＮ（ω）、ＳＨ光に対する等価屈折率をＮ（２ω）
とすると、等価屈折率Ｎと伝搬定数βとはβ＝２πＮ／
λの関係があるので、上記数２はさらに、次式のように
置き換えられる。

【００２２】

【数３】 Λ＝（２ｍ−１）λ／２｛Ｎ（２ω）−Ｎ（ω）｝（ｍ：自然数）

【００２３】上記数３の関係を満たす周期Λの分極反転
構造があれば、ＳＨ光を効率良く得ることができるの
で、分極反転層６は、この周期Λのピッチで分極ドメイ
ンが作成されているのが良い。

【００２４】例えば、基本波が０．８３μｍの波長λの
ものであり、さらにその電界方向がｘ軸方向のＥ_xooモ
ードのもの（常光）を用いると、この基本波の導波路３
（ＬｉＴａＯ₃）における等価屈折率の波長分散は２．
１５３８となる。また、この基本波に基づき非線形光学
結晶材料の非線形定数ｄ₃₁により発生する０．４１５μ
ｍの波長（λ／２）のＥ_zooモードのＳＨ光の導波路３
における等価屈折率の波長分散は２．２８１４となる。
従って、この場合の屈折率変化の周期Λは、数３により
約３．３μｍとなり、この場合、約３．３μｍのピッチ
で分極反転層６の分極ドメインを作成すれば、分極反転
層６において基本波とＳＨ光との位相を整合させること
ができる。

【００２５】また、例えば、基本波が０．８３μｍの波
長λのものであり、さらにその電界方向がｚ軸方向のＥ
_zooモードのもの（異常光）を用いると、この基本波の
導波路（ＬｉＴａＯ₃）における等価屈折率の波長分散
は２．１５７８となる。また、この基本波に基づき非線
形光学結晶材料の非線形定数ｄ₃₃により発生する０．４
１５μｍの波長（λ／２）のＥ_zooモードのＳＨ光の導
波路における等価屈折率の波長分散は２．２８１４とな
る。従って、この場合の分極反転の周期Λは、数３によ
り約３．４μｍとなり、この場合、約３．４μｍのピッ
チで分極反転層６の分極ドメインを作成すれば、分極反
転層６において基本波とＳＨ光との位相を整合させるこ
とができる。

【００２６】また、例えば、基本波が１．２μｍの波長
λのものであり、さらにその電界方向がｘ軸方向のＥ
_xooモードのもの（常光）を用いると、この基本波の導
波路（ＬｉＴａＯ₃）における等価屈折率の波長分散は
２．１３０５となる。また、この基本波に基づき非線形
光学結晶材料の非線形定数ｄ₃₁により発生する０．６μ
ｍの波長（λ／２）のＥ_zooモードのＳＨ光の導波路に
おける等価屈折率の波長分散は２．１８７８となる。従
って、この場合の分極反転の周期Λは、数３により約１
０．５μｍとなり、この場合、約１０．５μｍのピッチ
で分極反転層６の分極ドメインを作成すれば、分極反転
層６において基本波とＳＨ光との位相を整合させること
ができる。

【００２７】また、例えば、基本波が１．２μｍの波長
λのものであり、さらにその電界方向がｚ軸方向のＥ
_zooモードのもの（異常光）を用いると、この基本波の
導波路（ＬｉＴａＯ₃）における等価屈折率の波長分散
は２．１３４１となる。また、この基本波に基づき非線
形光学結晶材料の非線形定数ｄ₃₃により発生する０．６
μｍの波長（λ／２）のＥ_zooモードのＳＨ光の導波路
における等価屈折率の波長分散は２．１８７８となる。
従って、この場合の屈折率変化の周期Λは、数３により
約１１．２μｍとなり、この場合、約１１．２μｍのピ
ッチで分極反転層６の分極ドメインを作成すれば、分極
反転層６において基本波とＳＨ光との位相を整合させる
ことができる。

【００２８】なお、図１のような波長変換素子は以下の
ような仕方で作成することができる。すなわち、例えば
ＬｉＴａＯ₃の非線形光学材料からなる基板１表面にＴ
ｉ，Ｃｕ等を約１０００℃程度の温度で拡散して導波路
２，３を形成する。導波路２，３としては、単一モード
のものに作成されるのが望ましい。その後、切出したチ
ップのＣ軸方向にキュリー点近くの温度で電場を印加
し、ポーリングを行ない分極方向をそろえる。さらに、
基板１上面の斜線部（図１参照）以外をマスクした後、
安息香酸溶液中において約２５０℃程度の温度でプロト
ン交換し、これをＬｉＴａＯ₃のキュリー点（Ｔｃ〜６
００℃）直下の温度で熱処理することにより、マスクさ
れていない部分に位相整合部，すなわち分極反転層６を
形成することができる。分極反転層６の厚さは、昇温速
度を変化させることにより調整でき、また、分極反転層
６の導波路３の幅方向の長さは、導波路３の幅と必ずと
も一致していなくても良い。すなわち、導波路３上だけ
でなく、基板上面ｙ方向にわたって分極反転層６を形成
しても良い。

【００２９】また、プレーナ電極５（５ａ，５ｂ）は、
プラズマＣＶＤ法を使って形成したシリコン酸化膜のバ
ッファ層上に電解めっき法を用いて形成することができ
る。すなわち、バッファ層上に接着層としてＮｉＣｒ−
Ａｕを蒸着した後、厚膜レジストをパターニングし、そ
のパターンをガイドにしてＡｕを電解めっきで成長さ
せ、しかる後、レジストを除去し、Ａｕめっき部分以外
をエッチング除去することにより、電極５（５ａ，５
ｂ）を作成できる。

【００３０】導波路２，３については、上記のような作
成の仕方以外にも、Ｔｉ，ＣＵ等のかわりに、Ｒｂ，Ｃ
ｓ，Ａｇ等の約３００〜４００℃付近で拡散できる金属
を用いることができる。このときには、最初に分極反転
層６を上記と同様の手順で形成し、しかる後、金属イオ
ンをイオン拡散するか、あるいは安息香酸，ピロリン酸
等でプロトン交換することにより、導波路２，３を形成
することができる。また、電極５（５ａ，５ｂ）の材料
としてＡｕのかわりにＡｕやＮｉを用いることもでき
て、この場合、電極５（５ａ，５ｂ）は、リフトオフ法
やフォトリソグラフィー，電解めっき法等で形成され
る。

【００３１】次に図１のような構成の波長変換素子の動
作について説明する。導波路２に例えばレーザ光源から
の光を入射し、導波路２に基本波ＢＭを導波させると、
この基本波は導波路２をプレーナ電極５の位置まで，す
なわち交差部まで伝搬する。いま、電極５ａに電圧が印
加されていないときには、導波路２を伝搬する基本波は
交差部で反射されずに矢印Ａに示すように同じ導波路２
を直進し、導波路２から出射され、導波路２から導波路
３への基本波の移行は生じない。なお、この際に、導波
路２中を伝搬する基本波に基づいて導波路２中にはＳＨ
光も発生するが、導波路２においては基本波とＳＨ光と
の位相整合がなされていないので、ＳＨ光への変換効率
は極めて悪く、従って、導波路２からは実質上、基本波
のみが出射され、ＳＨ光は出射されない。また、導波路
３への基本波の移行がないので、導波路３からもＳＨ光
は出射されない。

【００３２】このような状態において、電極５ａへの印
加電圧を上昇させると、２本の導波路２，３の交差部に
はポッケルス効果により反射面が形成され、導波路２か
ら導波路３への基本波の移行が生じ、電極５ａへの電圧
を所定電圧Ｖにすると、交差部には全反射面が形成され
るので、導波路２上を交差部まで伝搬した基本波は、交
差部のところで矢印Ｂに示すように導波路３に全て移行
する。導波路３に移行した基本波は、導波路３を伝搬
し、位相整合部，すなわち分極反転層６のところで実質
的にＳＨ光を生成する。すなわち、分極反転層６のとこ
ろでは、基本波とこれに基づき発生するＳＨ光との位相
が整合し、基本波をＳＨ光に効率良く変換できる。これ
により、導波路３からはＳＨ光が出射される。

【００３３】このように図１の例では、電極５ａへの電
圧Ｖを変化させることにより、導波路２から導波路３へ
の基本波の移行を制御し、ＳＨ光を実質的に変調させる
ことができる。すなわち、電圧ＶをＯＮ／ＯＦＦさせる
ことにより、ＳＨ光の出射をＯＮ／ＯＦＦさせることが
可能となる。

【００３４】より具体的には、導波路とプレーナ電極５
との交差角度θを１／１００ラジアンとし、波長λが例
えば０．８３μｍでＥ_xooモードの基本波を導波路２に
導波させて、Ｅ_zooモードのＳＨ光を導波路３から出射
させたいときには、交差部での基本波の全反射に必要な
電界強度は３．０Ｖ／μｍ以上である。また、波長λが
例えば０．８３μｍで、Ｅ_zooモードの基本波を導波路
２に導波させて、Ｅ_zooモードのＳＨ光を導波路３から
出射させたいときには、交差部での基本波の全反射に必
要な電界強度は０．７Ｖ／μｍ以上である。また、波長
が例えば１．２μｍでＥ_xooモードの基本波を導波路２
に導波させるときには、全反射に必要な電界強度は３．
１Ｖ／μｍ以上であり、波長が例えば１．２μｍでＥ
_zooモードの基本波を導波路２に導波させるときには、
全反射に必要な電界強度は０．７２Ｖ／μｍ以上であ
る。

【００３５】図３乃至図４は図１に示した波長変換素子
の変形例を示す図である。なお図３乃至図４において、
図１と同様の箇所には同じ符号を付している。

【００３６】図３に示す波長変換素子では、図１の波長
変換素子に形成されている位相整合部６と同様の位相整
合部１１が導波路２に形成されている。この場合にも、
図１の例と同様に、電極５ａへの電圧を変化させること
により、導波路２から導波路３への基本波の移行を制御
し、ＳＨ光を実質的に変調させることができるが、図３
の波長変換素子では図１の波長変換素子とは反対に、電
圧が所定電圧Ｖのときには、ＳＨ光は出射されず、電圧
が“０”のときに導波路２からＳＨ光を出射させること
ができる。すなわち、電圧をＯＮ／ＯＦＦさせることに
より、ＳＨ光の出射をＯＦＦ／ＯＮさせることができ
る。

【００３７】また、図４に示す波長変換素子では、交差
部に対して光の入射側に位相整合部，すなわち分極反転
層２０が設けられている。この場合には、導波路２にお
いて基本波が交差部に達する前に、分極反転層２０のと
ころでＳＨ光を効率良く発生させ、電極５ａの電圧によ
りＳＨ光自体の経路を制御することができて、ＳＨ光を
導波路２，３のいずれか一方から常に出射させることが
できる。すなわち電圧が“０”のときにはＳＨ光を導波
路２から出射させ、また電圧が所定値Ｖ以上のときには
ＳＨ光を導波路３から出射させることができる。なお、
交差角度θが１／１００ラジアンであるとき、基本波が
波長０．８３μｍである場合には、全反射に必要な電界
強度は０．６３Ｖ／μｍ以上であり、また、基本波が波
長１．２μｍである場合には、全反射に必要な電界強度
は０．６８Ｖ／μｍ以上である。

【００３８】上述した第１の実施例では、基板１にＬｉ
ＴａＯ₃を用いており、ＬｉＴａＯ₃は光損傷閾値が一般
に高いので、光損傷の度合が小さく、従って、基板１に
ＬｉＴａＯ₃を用いることにより長期間使用したとして
も、素子の性能を差程劣化させずに済む。また、ＬｉＴ
ａＯ₃のキュリー点Ｔｃは、６００℃程度と低いので、
波長変換素子を比較的低い温度で作成することができ
る。

【００３９】これに対し、従来非線形光学結晶として良
く用いられているＬｉＮｂＯ₃，またはＭｇＯドープの
ＬｉＮｂＯ₃は、ＬｉＴａＯ₃よりも光損傷閾値が低いの
で、光損傷を受け易く、また、これらのキュリー点Ｔｃ
は、約１１００℃と高いので、波長変換素子の作成にＬ
ｉＴａＯ₃に比べて高温の処理を必要とする。しかしな
がら、ＬｉＮｂＯ₃，ＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ₃を基板
に用いて第１の実施例の波長変換素子と同様の機能をも
つ波長変換素子を作成することはもちろん可能である。

【００４０】図５は本発明に係る波長変換素子の第２の
実施例の構成図であって、この第２の実施例では、Ｌｉ
ＮｂＯ₃，またはＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ₃の非線形光
学材料（方位がＣ板の単結晶）を基板２１として用いて
いる。図５の波長変換素子は図１に対応した構成となっ
ており、上記基板２１上には、２つの導波路２２，２３
が交差して形成され、また、その交差部にはプレーナ電
極２５（２５ａ，２５ｂ）が設けられ、さらに、導波路
２３上には位相整合部としての分極反転層２６が形成さ
れている。

【００４１】分極反転層２６の分極ドメインのピッチ
は、分極反転層６におけるのと同様に、数３によって定
まる周期Λで作成されている。但し、いまの場合、基板
１にＬｉＴａＯ₃ではなく、ＬｉＮｂＯ₃，またはＭｇＯ
ドープのＬｉＮｂＯ₃を用いているので、周期Λは図１
の場合と異なっている。

【００４２】すなわち、例えば、基本波が０．８３μｍ
の波長λのものであり、さらその電界方向がｘ軸方向の
Ｅ_xooモードのもの（常光）を用いると、この基本波の
導波路（ＬｉＮｂＯ₃）における等価屈折率の波長分散
は２．２２となる。また、この基本波に基づき非線形光
学結晶材料の非線形定数ｄ₃₁により発生する０．４１５
μｍの波長（λ／２）のＥ_zooモードのＳＨ光の導波路
における等価屈折率の波長分散は２．２２となる。従っ
て、この場合の分極反転の周期Λは、数３により約７μ
ｍとなり、この場合、約７μｍのピッチで分極反転層２
６の分極ドメインを作成すれば、分極反転層２６におい
て基本波とＳＨ光との位相を整合させることができる。

【００４３】また、例えば、基本波が０．８３μｍの波
長λのものであり、さらその電界方向がｚ軸方向のＥ
_zooモードのもの（異常光）を用いると、この基本波の
導波路（ＬｉＮｂＯ₃）における等価屈折率の波長分散
は２．１７となる。また、この基本波に基づき非線形光
学材料の非線形定数ｄ₃₁により発生する０．４１５μｍ
の波長（λ／２）のＥ_zooモードのＳＨ光の導波路にお
ける等価屈折率の波長分散は２．２８となる。従って、
この場合の屈折率変化の周期Λは、数３により約３．８
μｍとなり、この場合、約３．８μｍのピッチで分極反
転層２６の分極ドメインを作成すれば、分極反転層２６
において基本波とＳＨ光との位相を整合させることがで
きる。

【００４４】図５のような構成の波長変換素子も図１の
波長変換素子と同様に動作し、電極２５ａへの電圧を変
化させることにより、導波路２２から導波路２３への基
本波の移行を制御してＳＨ光を実質的に変調させること
ができる。この場合、ポッケルス定数は、ｒ₁₃が８．６
／１０⁶（μｍ／Ｖ），ｒ₃₃が３０．８／１０⁶（μｍ／
Ｖ）である。従って、導波路とプレーナ電極２５との交
差角度θを１／１００ラジアンとし、基本波に例えば波
長０．８３μｍ，Ｅ_xooモードのものを用いる場合、全
反射に必要な電界強度は２．３Ｖ／μｍ以上であり、ま
た、基本波に例えば波長０．８３μｍ，Ｅ_zooモードの
ものを用いる場合、全反射に必要な電界強度は０．６８
Ｖ／μｍ以上である。

【００４５】なお、この第２の実施例では、基板にＬｉ
ＮｂＯ₃のＣ板を用いているので、全反射を生じさせる
ための印加電圧は、第１の実施例と異なり、負の電圧で
ある。また、第２の実施例においても図５の波長変換素
子を第１の実施例における図３乃至図４のような構成の
ものに変形することもできる。

【００４６】図６は本発明に係る波長変換素子の第３の
実施例の構成図である。なお図６において図５と同様の
箇所には同じ符号を付している。この第３の実施例で
は、第２の実施例と同様に、ＬｉＮｂＯ₃またはＭｇＯ
ドープのＬｉＮｂＯ₃の基板２１上に２本の導波路２
２，２３が交差して形成され、交差部には、電極２５
（２５ａ，２５ｂ）が設けられているが、導波路２２，
２３上には、分極反転層が形成されていない。すなわ
ち、この構成においては、基本波として約１μｍ以上の
波長λのＥ_xooのものが使用されることを前提としてお
り、基本波が約１μｍ以上の波長λのＥ_xooモードのも
のでＳＨ光にＥ_zooモードのものを用いる場合には、Ｌ
ｉＮｂＯ₃の複屈折性を用いて位相整合をとることがで
きるため導波光の等価屈折率の周期的変化を与える分極
反転層を必要とせずに、導波路２２，２３のいずれにお
いてもＳＨ光を効率良く発生させることができる。但
し、この場合には、電極２５ａへの電圧を変化させても
導波路２２，２３のいずれか一方から常にＳＨ光が出射
されてしまうので、ＳＨ光の変調を行なうため、導波路
２２の一部の表面にはクラッディングされた金属層２７
を形成している。金属層２７としては、Ａｌを用いるこ
とができ、またＡｌのかわりにＮｂ₂Ｏ₅スパッタ膜を用
いることができる。

【００４７】このような構成では、基本波として、波長
が約１μｍ以上でＥ_xooモードのものを導波路２２に入
射させると、導波路２２にはＳＨ光が効率良く発生し、
このＳＨ光は交差部のところまで達する。ここで、電極
２５ａへの電圧が所定電圧Ｖのときには、交差部に達し
たＳＨ光は、導波路２３に移行し、導波路２３から出射
される。これに対し、電極２５ａへの電圧が“０”のと
きには、交差部に達したＳＨ光は導波路２３に移行せ
ず、導波路２２をさらに伝搬するが、このときにクラッ
ディングされた金属層２７により吸収され、導波路２２
からはＳＨ光は出射されない。これにより、電圧ＶのＯ
Ｎ／ＯＦＦによりＳＨ光の出射をＯＮ／ＯＦＦさせるこ
とができる。

【００４８】図７は本発明に係る波長変換素子の第４の
実施例の構成図である。この第４の実施例では、ＬｉＮ
ｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃等の非線形光学材料からなる基板３
１上にプロトン交換のなされた導波路３２，３３が交差
して形成され、交差部には電極３５（３５ａ，３５ｂ）
が設けられており、また導波路３２の一部の表面には、
クラッディングされた金属層３７が形成されている。

【００４９】このような構成では、導波路３２，３３に
プロトン交換光導波路が用いられているので、分極反転
層が別途設けられておらずとも、導波路３２，３３にお
いてチェレンコフ放射を利用してＳＨ光を発生させるこ
とができる。この場合も、導波路３２上にクラッディン
グされた金属層３７が形成されるので、導波路３２から
出射されようとするＳＨ光をこの金属層３７により吸収
し、電圧ＶのＯＮ／ＯＦＦによりＳＨ光の出射をＯＮ／
ＯＦＦさせることができる。

【００５０】以上のように、上述の各実施例では、短波
長光を生成する機能とこの短波長光を変調する機能とを
同一の基板上に簡単な構成でコンパクトに実現できるの
で、波長変換素子の小型化を維持することができる。ま
た、短波長光を容易に変調できるので、光ディスク装置
に適した波長変換素子を提供することができる。

【００５１】なお、上述の各実施例では、導波路の本数
を２本としたが、さらにそれ以上の本数の導波路を用い
て、より複雑な光変調制御を行なうことも可能である。
また、上述の各実施例において、導波路２，２２，３２
に光を入射させる場合には、導波路３，２３，３３の交
差部より手前側は、基板端面まで形成されていなくとも
良い。さらに基板中央についてｙ軸に対称な構造となる
よう導波路を交差させることもできる。

【００５２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の波長変換
素子によれば、非線形光学媒質からなる複数本の導波路
の交差部には電位差が印加可能に構成されており、複数
本の導波路のうちの少なくとも１本の導波路には、導波
路を導波する基本波に基づき短波長光を効率良く生成さ
せる短波長光生成部または発生した短波長光を消滅させ
る短波長光消滅部が設けられているので、複数本の導波
路において少なくとも１本の導波路に基本波となる光を
入射させ、交差部の電位差を変化させて、基本波または
短波長光の光路を変更することにより、この波長変換素
子から変調された短波長光を効率良く出射させることが
できる。

【００５３】上記複数本の導波路をＬｉＴａＯ₃の非線
形光学媒質により形成することによって、長時間使用に
よる素子の性能劣化を抑え、また素子を比較的低い温度
で作成することができる。

【００５４】また、上記短波長光生成部が、基本波とこ
れに基づき発生する短波長光との位相を整合させる位相
整合部により構成されている場合には、これにより、短
波長光を効率良く生成することができる。また、上記短
波長光消滅部が、基本波に基づき発生した短波長光を吸
収するクラッディング金属層から構成されている場合に
は、これにより、短波長光を確実に吸収し消滅させるこ
とができる。

【００５５】また、複数本の導波路をＬｉＮｂＯ₃の非
線形光学媒質により、またはＭｇＯがドープされたＬｉ
ＮｂＯ₃の非線形光学媒質により形成することによっ
て、導波路においてＬｉＮｂＯ₃の複屈折性を用いて位
相整合をとることができ、この場合には、短波長光生成
部を別途設けずとも短波長光を効率良く生成できて、こ
れを変調するには短波長光消滅部を設ければ良い。

【００５６】また、前記複数本の導波路にプロトン交換
光導波路を用いているときには、チェレンコフ放射を利
用して短波長光を生成でき、この場合に、複数本の導波
路のうちの少なくとも１本の導波路に短波長光消滅部を
設けることにより、短波長光を変調することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波長変換素子の第１の実施例の構
成図である。

【図２】プレーナ電極に電圧を印加したときの状態を説
明するための図である。

【図３】図１に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。

【図４】図１に示す波長変換素子の変形例を示す図であ
る。

【図５】本発明に係る波長変換素子の第２の実施例の構
成図である。

【図６】本発明に係る波長変換素子の第３の実施例の構
成図である。

【図７】本発明に係る波長変換素子の第４の実施例の構
成図である。

【図８】従来の導波路型のＳＨＧ素子の構成図である。

【符号の説明】

１，２１，３１基板２，３，２２，２３，３２，３３導波路５，２５，３５電極６，１１，２０，２６位相整合部（分極
反転層）２７，３７クラッディングさ
れた金属層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学媒質からなる複数本の導波路
が基板に交差して形成され、該交差部には、導波路を導
波する基本波の光路を変更するための電位差を印加可能
な電位差印加手段が設けられており、また複数本の導波
路のうちの少なくとも１本の導波路には、導波路を導波
する基本波に基づき短波長光を生成する短波長光生成部
または発生した短波長光を消滅させる短波長光消滅部が
設けられていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】前記複数本の導波路は、ＬｉＴａＯ₃の
非線形光学媒質により形成されていることを特徴とする
請求項１記載の波長変換素子。
【請求項３】前記短波長光生成部は、基本波とこれに
基づき発生する短波長光との位相を整合させる位相整合
部により構成され、前記短波長光消滅部は、基本波に基
づき発生した短波長光を吸収するクラッディング金属層
から構成されていることを特徴とする請求項１記載の波
長変換素子。
【請求項４】前記複数本の導波路は、ＬｉＮｂＯ₃の
非線形光学媒質により、またはＭｇＯがドープされたＬ
ｉＮｂＯ₃の非線形光学媒質により形成されていること
を特徴とする請求項１記載の波長変換素子。
【請求項５】前記位相整合部は、所定周期をもつ分極
反転構造として形成されているか、あるいは非線形光学
媒質の複屈折性により形成されていることを特徴とする
請求項１記載の波長変換素子。
【請求項６】前記複数本の導波路には、プロトン交換
光導波路が用いられており、この場合に、複数本の導波
路のうちの少なくとも１本の導波路には、短波長光消滅
部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の波
長変換素子。