JPH05323401A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
- Publication number
- JPH05323401A JPH05323401A JP13095992A JP13095992A JPH05323401A JP H05323401 A JPH05323401 A JP H05323401A JP 13095992 A JP13095992 A JP 13095992A JP 13095992 A JP13095992 A JP 13095992A JP H05323401 A JPH05323401 A JP H05323401A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- wavelength conversion
- polarization
- inversion
- element substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｌi Ｎb Ｏ3 からなる素子基板１の主面２
に、周期的に分極が反転した複数の分極反転層３を形成
して、主面２を周期的分極反転構造にする。分極反転層
３と交差して伸長する導波路４を形成する。導波路４は
導波方向が素子基板１の長手方向において変位角θで湾
曲している。ただし、θは、 【数１】ｃｏｓθ＝（１＋ｒｚ）／（１−０．５Ｌ・
ｒ）（ただしｒは定数） を満足する。 【効果】 位相整合条件を緩和でき、反転周期を徐々に
変えた素子と同様の効果を有する。波長変換素子の作製
が容易になる。
に、周期的に分極が反転した複数の分極反転層３を形成
して、主面２を周期的分極反転構造にする。分極反転層
３と交差して伸長する導波路４を形成する。導波路４は
導波方向が素子基板１の長手方向において変位角θで湾
曲している。ただし、θは、 【数１】ｃｏｓθ＝（１＋ｒｚ）／（１−０．５Ｌ・
ｒ）（ただしｒは定数） を満足する。 【効果】 位相整合条件を緩和でき、反転周期を徐々に
変えた素子と同様の効果を有する。波長変換素子の作製
が容易になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、準位相整合（ＱＰＭ：
Quasi Phase Matching）により入射波の第２高調波(Sec
ond Harmonic Generation)を発生する波長変換素子に関
する。
Quasi Phase Matching）により入射波の第２高調波(Sec
ond Harmonic Generation)を発生する波長変換素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】波長変換素子に入射した光（波長：λ
0 、周波数：ω）に励起されてその第２高調波（波長：
λ0 ／２、周波数：２ω）が発生するためには、波長変
換素子が位相整合条件を満たしていることが必要とな
る。そこで、準位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matchi
ng）により位相整合条件を波長変換素子に成立させるこ
とが広く行われている。このＱＰＭ素子では、導波路の
導波方向に沿って分極方向が例えばコヒーレンス長ごと
に周期的に反転する分極反転層を形成して分極反転構造
を採ることにより、位相整合条件を成立させている。
0 、周波数：ω）に励起されてその第２高調波（波長：
λ0 ／２、周波数：２ω）が発生するためには、波長変
換素子が位相整合条件を満たしていることが必要とな
る。そこで、準位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matchi
ng）により位相整合条件を波長変換素子に成立させるこ
とが広く行われている。このＱＰＭ素子では、導波路の
導波方向に沿って分極方向が例えばコヒーレンス長ごと
に周期的に反転する分極反転層を形成して分極反転構造
を採ることにより、位相整合条件を成立させている。
【０００３】このコヒーレンス長ｌc は、結晶内部での
入射波及びその第２高調波の屈折率をそれぞれｎ(ω)，
ｎ (2ω)とすると、次式で表される。
入射波及びその第２高調波の屈折率をそれぞれｎ(ω)，
ｎ (2ω)とすると、次式で表される。
【０００４】
【数１】ｌc ＝λ0 ／４（ｎ(2ω)−ｎ(ω)） しかし、数１から判るように、ＱＰＭ素子の温度が変化
して内部の屈折率ｎ(ω)，ｎ(2ω)が変化したり入射波
の波長λ0 が変化するとコヒーレンス長ｌc が変化して
位相整合条件が成立しない。故に、一般にＱＰＭ素子の
温度と波長とに対する許容度は小さく、例えば入射波の
波長変動許容幅は０．２nmと非常に小さい。また、分極
反転層の加工精度にも同様のオーダーが必要とされる。
して内部の屈折率ｎ(ω)，ｎ(2ω)が変化したり入射波
の波長λ0 が変化するとコヒーレンス長ｌc が変化して
位相整合条件が成立しない。故に、一般にＱＰＭ素子の
温度と波長とに対する許容度は小さく、例えば入射波の
波長変動許容幅は０．２nmと非常に小さい。また、分極
反転層の加工精度にも同様のオーダーが必要とされる。
【０００５】そこで、例えば波長変動許容幅を広くする
ために、図１に示すように、分極反転構造の反転周期を
導波路の導波方向に沿って徐々に変えた構造が提案され
ている。この構造では、例えば導波路の入射端部近傍と
出射端部近傍との反転周期の差が０．０５μｍ程度にな
るように導波路を形成すると、波長変動許容幅は４ｎｍ
程度に広がり、位相整合条件は緩和される。しかし、入
射端部近傍と出射端部近傍との反転周期の差が０．０５
μｍ程度となるように徐々に反転周期を変えた分極反転
構造を素子に作製することは、加工に高精度が要求され
て非常に困難である。
ために、図１に示すように、分極反転構造の反転周期を
導波路の導波方向に沿って徐々に変えた構造が提案され
ている。この構造では、例えば導波路の入射端部近傍と
出射端部近傍との反転周期の差が０．０５μｍ程度にな
るように導波路を形成すると、波長変動許容幅は４ｎｍ
程度に広がり、位相整合条件は緩和される。しかし、入
射端部近傍と出射端部近傍との反転周期の差が０．０５
μｍ程度となるように徐々に反転周期を変えた分極反転
構造を素子に作製することは、加工に高精度が要求され
て非常に困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点に鑑みなされたもので、位相整合条件を緩和しな
がらも製造の容易な構造の波長変換素子を提供すること
にある。
問題点に鑑みなされたもので、位相整合条件を緩和しな
がらも製造の容易な構造の波長変換素子を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の波長変換素子
は、非線形光学結晶からなる素子基板の主面に、周期的
に分極方向が反転している複数の分極反転層からなる周
期的分極反転構造と、前記分極反転層と交差する方向に
伸長する導波路と、を有する波長変換素子であって、前
記導波路はその導波方向が湾曲しているものである。
は、非線形光学結晶からなる素子基板の主面に、周期的
に分極方向が反転している複数の分極反転層からなる周
期的分極反転構造と、前記分極反転層と交差する方向に
伸長する導波路と、を有する波長変換素子であって、前
記導波路はその導波方向が湾曲しているものである。
【０００８】
【作用】本発明の波長変換素子は、導波路に入射した光
は、導波路の湾曲した導波方向に沿って曲がりながら進
むので、各分極反転層内での光路長は光の導波に伴い徐
々に変化する。故に、導波路の少なくとも１カ所で位相
整合条件が成立して第２高調波が出力される。
は、導波路の湾曲した導波方向に沿って曲がりながら進
むので、各分極反転層内での光路長は光の導波に伴い徐
々に変化する。故に、導波路の少なくとも１カ所で位相
整合条件が成立して第２高調波が出力される。
【０００９】
【実施例】本発明を適用した波長変換素子の一実施例を
添付図面に基づいて説明する。図２において、１は非線
形光学結晶であるニオブ酸リチウム（Ｌi Ｎb Ｏ3 ）か
らなる素子基板で、長手方向の長さがＬ、結晶のｃ面が
主面２に形成され、結晶の自発分極はｃ軸方向、すなわ
ち素子基板１の厚み方向に揃えられている。この主面２
には、自発分極を所定の周期で交互に反転させるため
に、自発分極を反転させた分極反転層３が素子基板１の
長手方向に一定の間隔を介して複数形成されて周期的分
極反転構造が採られている。
添付図面に基づいて説明する。図２において、１は非線
形光学結晶であるニオブ酸リチウム（Ｌi Ｎb Ｏ3 ）か
らなる素子基板で、長手方向の長さがＬ、結晶のｃ面が
主面２に形成され、結晶の自発分極はｃ軸方向、すなわ
ち素子基板１の厚み方向に揃えられている。この主面２
には、自発分極を所定の周期で交互に反転させるため
に、自発分極を反転させた分極反転層３が素子基板１の
長手方向に一定の間隔を介して複数形成されて周期的分
極反転構造が採られている。
【００１０】そして、光の導波路４が例えばプロトン交
換法により各分極反転層３と交差する方向に伸長すると
ともにその導波方向が素子基板１の長手方向に対して湾
曲するように形成され、この導波路４の一端面は光の入
射端面４ａになり、他端面は出射端面４ｂになってい
る。この導波路４の湾曲の度合は、以下のようにして決
められる。
換法により各分極反転層３と交差する方向に伸長すると
ともにその導波方向が素子基板１の長手方向に対して湾
曲するように形成され、この導波路４の一端面は光の入
射端面４ａになり、他端面は出射端面４ｂになってい
る。この導波路４の湾曲の度合は、以下のようにして決
められる。
【００１１】例えば、図２に示すように、位相整合条件
を緩和するために、導波路４の導波方向が直線的に形成
されるとともに周期的分極反転構造の反転周期が導波路
４の入射端面４ａから出射端面４ｂに向けて徐々に広げ
て形成された素子基板１の場合、光の導波方向をｚ軸方
向に採って、図示の如く素子基板１の座標を設定する
と、分極の反転周期Λは、
を緩和するために、導波路４の導波方向が直線的に形成
されるとともに周期的分極反転構造の反転周期が導波路
４の入射端面４ａから出射端面４ｂに向けて徐々に広げ
て形成された素子基板１の場合、光の導波方向をｚ軸方
向に採って、図示の如く素子基板１の座標を設定する
と、分極の反転周期Λは、
【００１２】
【数２】Λ（ｚ）＝Λ0 ／（１＋ｒｚ） Λ0 ：ｚ＝０での反転周期 ｒ＜０：反転周期の変化の割合 と表せる。
【００１３】一方、導波路４の導波方向を素子基板１の
長手方向から曲げた場合、図３に示すように、素子基板
１の長手方向に対する導波路４の導波方向の変位角をθ
とすれば、光の導波に対する実際の反転周期は等価的
に、
長手方向から曲げた場合、図３に示すように、素子基板
１の長手方向に対する導波路４の導波方向の変位角をθ
とすれば、光の導波に対する実際の反転周期は等価的
に、
【００１４】
【数３】Λ ／ ｃｏｓ θ となる。
【００１５】よって、図１の波長変換素子において、数
２及び数３から図２と等価になる各分極反転層３での光
の光路長は、
２及び数３から図２と等価になる各分極反転層３での光
の光路長は、
【００１６】
【数４】 Λ（−Ｌ／２）／ｃｏｓθ＝Λ0 ／（１＋ｒｚ） となる。故に、導波路４の変位角θは、
【００１７】
【数５】 ｃｏｓθ＝（１＋ｒｚ）／（１−０．５Ｌ・ｒ） を満足する角度になり、ｚの関数になる。すなわち、導
波路４の変位角θは、入射端面では素子基板１の長手方
向を向き、光の導波に伴い変位角θは大きくなって素子
基板１の長手方向より徐々にずれていく。例えば、反転
周期が３．５μｍで素子基板１の幅方向に±０．５μｍ
のずれを生じさせる場合、変位角θは９．６°になる。
波路４の変位角θは、入射端面では素子基板１の長手方
向を向き、光の導波に伴い変位角θは大きくなって素子
基板１の長手方向より徐々にずれていく。例えば、反転
周期が３．５μｍで素子基板１の幅方向に±０．５μｍ
のずれを生じさせる場合、変位角θは９．６°になる。
【００１８】次に上記実施例の作用について説明する。
例えば半導体レーザ（図示せず）を出射した光（波長：
λ0 、周波数：ω）が入射波として導波路４の入射端面
４ａに入射すると、この光は導波路４を導波するにつれ
て第２高調波が励起されてこの第２高調波が出射端面４
ｂより出力される。
例えば半導体レーザ（図示せず）を出射した光（波長：
λ0 、周波数：ω）が入射波として導波路４の入射端面
４ａに入射すると、この光は導波路４を導波するにつれ
て第２高調波が励起されてこの第２高調波が出射端面４
ｂより出力される。
【００１９】そして、入射光が導波される導波路４が素
子基板１の長手方向に対して湾曲しその変位角θは徐々
に大きくなるので、光が導波する光路上の分極の実際の
反転周期は、入射端面４ａから出射端面４ｂに向けて徐
々に長くなっている。すなわち、入射光の波長変動や素
子基板１の屈折率の変動などのゆらぎを吸収して導波路
４上の少なくとも一カ所において必ず位相整合条件を成
立さることで、第２高調波を安定して出力させることが
できる。
子基板１の長手方向に対して湾曲しその変位角θは徐々
に大きくなるので、光が導波する光路上の分極の実際の
反転周期は、入射端面４ａから出射端面４ｂに向けて徐
々に長くなっている。すなわち、入射光の波長変動や素
子基板１の屈折率の変動などのゆらぎを吸収して導波路
４上の少なくとも一カ所において必ず位相整合条件を成
立さることで、第２高調波を安定して出力させることが
できる。
【００２０】また、周期的分極反転構造の反転周期を一
定に形成するので分極反転層３の加工精度を緩和でき、
反転周期を徐々に変化させた素子に比較すると、本実施
例の波長変換素子は簡単に製造することができる。な
お、素子基板１はＬi Ｎb Ｏ3 に限らずタンタル酸リチ
ウム（Ｌi Ｔa Ｏ3）などＱＰＭにより第２高調波を発
生する適宜の非線形光学結晶にて作製でき、同様の効果
を有する。
定に形成するので分極反転層３の加工精度を緩和でき、
反転周期を徐々に変化させた素子に比較すると、本実施
例の波長変換素子は簡単に製造することができる。な
お、素子基板１はＬi Ｎb Ｏ3 に限らずタンタル酸リチ
ウム（Ｌi Ｔa Ｏ3）などＱＰＭにより第２高調波を発
生する適宜の非線形光学結晶にて作製でき、同様の効果
を有する。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、導波路の導波方向が湾
曲して形成されて、導波路における実際の反転周期が光
の導波方向に沿って徐々に変化するために、入射波の波
長や屈折率の変動などのゆらぎを吸収できるので位相整
合条件を緩和できる。
曲して形成されて、導波路における実際の反転周期が光
の導波方向に沿って徐々に変化するために、入射波の波
長や屈折率の変動などのゆらぎを吸収できるので位相整
合条件を緩和できる。
【図１】周期的分極反転構造の反転周期を徐々に変化さ
せた従来の波長変換素子の上面図である。
せた従来の波長変換素子の上面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す波長変換素子の斜視図
である。
である。
【図３】同上上面図である。
１ 素子基板 ２ 主面 ３ 分極反転層 ４ 導波路
Claims (1)
- 【請求項１】 非線形光学結晶からなる素子基板の主面
に、周期的に分極方向が反転している複数の分極反転層
からなる周期的分極反転構造と、前記分極反転層と交差
する方向に伸長する導波路と、を有する波長変換素子で
あって、 前記導波路はその導波方向が湾曲していることを特徴と
する波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13095992A JPH05323401A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13095992A JPH05323401A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05323401A true JPH05323401A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15046636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13095992A Pending JPH05323401A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05323401A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002350915A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-04 | Ngk Insulators Ltd | 波長変換素子、波長変換用光導波路デバイス、高調波発生装置および波長変換素子の製造方法 |
| US6785457B2 (en) | 2001-08-01 | 2004-08-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical waveguide device and coherent light source and optical apparatus using the same |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP13095992A patent/JPH05323401A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002350915A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-04 | Ngk Insulators Ltd | 波長変換素子、波長変換用光導波路デバイス、高調波発生装置および波長変換素子の製造方法 |
| US6785457B2 (en) | 2001-08-01 | 2004-08-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical waveguide device and coherent light source and optical apparatus using the same |
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