JPH05333395A - 光波長変換装置 - Google Patents
光波長変換装置Info
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- JPH05333395A JPH05333395A JP5021153A JP2115393A JPH05333395A JP H05333395 A JPH05333395 A JP H05333395A JP 5021153 A JP5021153 A JP 5021153A JP 2115393 A JP2115393 A JP 2115393A JP H05333395 A JPH05333395 A JP H05333395A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3532—Arrangements of plural nonlinear devices for generating multi-colour light beams, e.g. arrangements of SHG, SFG, OPO devices for generating RGB light beams
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基本波を光波長変換素子に入射させて複数の
波長変換波を得る光波長変換装置において、光波長変換
素子端面における光反射による損失を抑えて、高い波長
変換効率を実現する。 【構成】 非線形光学材料からなる光導波路22に基本波
としてのレーザービーム13、14を入射させて波長変換す
る光波長変換素子20において、光導波路22に基本波と波
長変換波とを位相整合させる複数の周期ドメイン反転構
造23、24、25を形成する。
波長変換波を得る光波長変換装置において、光波長変換
素子端面における光反射による損失を抑えて、高い波長
変換効率を実現する。 【構成】 非線形光学材料からなる光導波路22に基本波
としてのレーザービーム13、14を入射させて波長変換す
る光波長変換素子20において、光導波路22に基本波と波
長変換波とを位相整合させる複数の周期ドメイン反転構
造23、24、25を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第２高調波等
に波長変換する光波長変換装置、特に詳細には、相異な
る波長の複数の波長変換波を得るようにした光波長変換
装置に関するものである。
に波長変換する光波長変換装置、特に詳細には、相異な
る波長の複数の波長変換波を得るようにした光波長変換
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、非線形光学材料を利用して、
レーザービームを第２高調波等に波長変換（短波長化）
する試みが種々なされている。このようにして波長変換
を行なう光波長変換素子として具体的には、バルク結晶
型のものや、光導波路型のもの等が知られている。
レーザービームを第２高調波等に波長変換（短波長化）
する試みが種々なされている。このようにして波長変換
を行なう光波長変換素子として具体的には、バルク結晶
型のものや、光導波路型のもの等が知られている。
【０００３】ところで、上述のようにしてレーザービー
ムを短波長化する場合、相異なる波長の複数の波長変換
波を合波状態で得るために、１つあるいは複数の光源か
ら発せられた基本波を、複数の光波長変換素子に次々と
入射させることが考えられている。すなわち、例えば１
つの基本波を２つの光波長変換素子に次々と入射させ
て、第１の光波長変換素子において第２高調波を発生さ
せ、第２の光波長変換素子において第３高調波を発生さ
せることができる。さらには、第１、第２の基本波を合
波状態で２つの光波長変換素子に次々と入射させ、第１
の光波長変換素子において第１の基本波の第２高調波
を、第２の光波長変換素子において第２の基本波の第２
高調波を発生させることもできる。
ムを短波長化する場合、相異なる波長の複数の波長変換
波を合波状態で得るために、１つあるいは複数の光源か
ら発せられた基本波を、複数の光波長変換素子に次々と
入射させることが考えられている。すなわち、例えば１
つの基本波を２つの光波長変換素子に次々と入射させ
て、第１の光波長変換素子において第２高調波を発生さ
せ、第２の光波長変換素子において第３高調波を発生さ
せることができる。さらには、第１、第２の基本波を合
波状態で２つの光波長変換素子に次々と入射させ、第１
の光波長変換素子において第１の基本波の第２高調波
を、第２の光波長変換素子において第２の基本波の第２
高調波を発生させることもできる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
基本波を複数の光波長変換素子に次々と入射させると、
素子端面において基本波が何回も反射する上に、ある光
波長変換素子で波長変換された波長変換波が別の光波長
変換素子に入射する際にその端面で反射することもある
ので、高強度の波長変換波を得ることが困難となる。
基本波を複数の光波長変換素子に次々と入射させると、
素子端面において基本波が何回も反射する上に、ある光
波長変換素子で波長変換された波長変換波が別の光波長
変換素子に入射する際にその端面で反射することもある
ので、高強度の波長変換波を得ることが困難となる。
【０００５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、光波長変換素子端面での基本波あるいは波長変
換波の反射を極力抑えて、高強度の複数の波長変換波を
合波状態で得ることができる光波長変換装置を提供する
ことを目的とするものである。
であり、光波長変換素子端面での基本波あるいは波長変
換波の反射を極力抑えて、高強度の複数の波長変換波を
合波状態で得ることができる光波長変換装置を提供する
ことを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の光波
長変換装置は、基本波としてのレーザービームを発する
基本波光源と、非線形光学材料からなる光導波路を有
し、該光導波路に入射してそこを導波する上記レーザー
ビームを波長変換する光波長変換素子とからなる光波長
変換装置において、上記光導波路に、上記レーザービー
ムと波長変換波とを位相整合させる周期ドメイン反転構
造が複数形成されたことを特徴とするものである。
長変換装置は、基本波としてのレーザービームを発する
基本波光源と、非線形光学材料からなる光導波路を有
し、該光導波路に入射してそこを導波する上記レーザー
ビームを波長変換する光波長変換素子とからなる光波長
変換装置において、上記光導波路に、上記レーザービー
ムと波長変換波とを位相整合させる周期ドメイン反転構
造が複数形成されたことを特徴とするものである。
【０００７】また本発明による第２の光波長変換装置
は、基本波としてのレーザービームを発する基本波光源
と、非線形光学材料のバルク結晶からなり、そこに入射
した上記レーザービームを波長変換する光波長変換素子
とからなる光波長変換装置において、上記バルク結晶
に、上記レーザービームと波長変換波とを位相整合させ
る周期ドメイン反転構造が複数形成されていることを特
徴とするものである。
は、基本波としてのレーザービームを発する基本波光源
と、非線形光学材料のバルク結晶からなり、そこに入射
した上記レーザービームを波長変換する光波長変換素子
とからなる光波長変換装置において、上記バルク結晶
に、上記レーザービームと波長変換波とを位相整合させ
る周期ドメイン反転構造が複数形成されていることを特
徴とするものである。
【０００８】なおこれらの光波長変換装置それぞれの好
ましい実施態様においては、基本波光源として、第１の
レーザービームを発するものと、この第１のレーザービ
ームとは波長が異なる第２のレーザービームを発するも
のとが設けられ、周期ドメイン反転構造として、上記第
１のレーザービームとその第２高調波とを位相整合させ
る第１の周期ドメイン反転構造と、上記第２のレーザー
ビームとその第２高調波とを位相整合させる第２の周期
ドメイン反転構造と、第１のレーザービームおよび第２
のレーザービームとそれらの和周波とを位相整合させる
第３の周期ドメイン反転構造とが設けられる。
ましい実施態様においては、基本波光源として、第１の
レーザービームを発するものと、この第１のレーザービ
ームとは波長が異なる第２のレーザービームを発するも
のとが設けられ、周期ドメイン反転構造として、上記第
１のレーザービームとその第２高調波とを位相整合させ
る第１の周期ドメイン反転構造と、上記第２のレーザー
ビームとその第２高調波とを位相整合させる第２の周期
ドメイン反転構造と、第１のレーザービームおよび第２
のレーザービームとそれらの和周波とを位相整合させる
第３の周期ドメイン反転構造とが設けられる。
【０００９】また、特に第２の光波長変換装置の好まし
い実施態様においては、非線形光学材料のバルク結晶
が、基本波としてのレーザービームを共振させる外部共
振器を構成するように形成される。
い実施態様においては、非線形光学材料のバルク結晶
が、基本波としてのレーザービームを共振させる外部共
振器を構成するように形成される。
【００１０】
【作用および発明の効果】上記構成における周期ドメイ
ン反転構造とは、非線形光学効果を有する強誘電体の自
発分極（ドメイン）を周期的に反転させた構造である。
このような周期ドメイン反転構造を有する非線形光学材
料の結晶を用いて、基本波を第２高調波に波長変換する
方法が既にＢleombergenらによって提案されている（Ｐ
hys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。この
方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。周期ドメイン反転構造を備えない非線
形光学材料のバルク結晶を用いて波長変換する場合は、
位相整合する波長が結晶固有の特定波長に限られるが、
上記の方法によれば、任意の波長に対して(1) を満足す
る周期Λを選択することにより、効率良く位相整合を取
ることが可能となる。
ン反転構造とは、非線形光学効果を有する強誘電体の自
発分極（ドメイン）を周期的に反転させた構造である。
このような周期ドメイン反転構造を有する非線形光学材
料の結晶を用いて、基本波を第２高調波に波長変換する
方法が既にＢleombergenらによって提案されている（Ｐ
hys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参照）。この
方法においては、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。周期ドメイン反転構造を備えない非線
形光学材料のバルク結晶を用いて波長変換する場合は、
位相整合する波長が結晶固有の特定波長に限られるが、
上記の方法によれば、任意の波長に対して(1) を満足す
る周期Λを選択することにより、効率良く位相整合を取
ることが可能となる。
【００１１】また、第１および第２の基本波から和周波
を発生させる場合は、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／［β（ω3 ）−｛β（ω1 ）＋β
（ω2 ）｝］ ただしβ（ω3 ）は和周波の伝搬定数 β（ω1 ）は第１の基本波の伝搬定数 β（ω2 ）は第２の基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定すれば、２つの基本波と和周波との間で良好に位相
整合が取られる。
を発生させる場合は、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／［β（ω3 ）−｛β（ω1 ）＋β
（ω2 ）｝］ ただしβ（ω3 ）は和周波の伝搬定数 β（ω1 ）は第１の基本波の伝搬定数 β（ω2 ）は第２の基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定すれば、２つの基本波と和周波との間で良好に位相
整合が取られる。
【００１２】第１の光波長変換装置において、上記のよ
うな周期ドメイン反転構造を光導波路に複数設ければ、
その１つの光導波路により複数の波長変換波を得ること
ができる。つまり、１つあるいは複数の基本波を、この
光導波路からなる光波長変換素子に１回入射させるだけ
で複数の波長変換波を得ることができるので、素子端面
における基本波の反射は最少限に抑えられることにな
る。したがってこの光波長変換装置によれば、高い波長
変換効率を得ることが可能となる。
うな周期ドメイン反転構造を光導波路に複数設ければ、
その１つの光導波路により複数の波長変換波を得ること
ができる。つまり、１つあるいは複数の基本波を、この
光導波路からなる光波長変換素子に１回入射させるだけ
で複数の波長変換波を得ることができるので、素子端面
における基本波の反射は最少限に抑えられることにな
る。したがってこの光波長変換装置によれば、高い波長
変換効率を得ることが可能となる。
【００１３】以上述べた基本波の反射に関しては、非線
形光学材料のバルク結晶に周期ドメイン反転構造を複数
設けた第２の光波長変換装置においても同様のことが言
え、したがってこの第２の光波長変換装置を用いても、
高い波長変換効率を得ることが可能となる。
形光学材料のバルク結晶に周期ドメイン反転構造を複数
設けた第２の光波長変換装置においても同様のことが言
え、したがってこの第２の光波長変換装置を用いても、
高い波長変換効率を得ることが可能となる。
【００１４】また、前述した好ましい実施態様の光波長
変換装置においては、相異なる波長の３つの波長変換波
が得られるので、赤色、緑色および青色の３色光を得る
ことも可能となり、したがってこの装置はカラー画像記
録装置に好適に利用され得るものとなる。
変換装置においては、相異なる波長の３つの波長変換波
が得られるので、赤色、緑色および青色の３色光を得る
ことも可能となり、したがってこの装置はカラー画像記
録装置に好適に利用され得るものとなる。
【００１５】また、前述した第２の光波長変換装置の好
ましい実施態様において、非線形光学材料のバルク結晶
を基本波の外部共振器として構成すれば、各周期ドメイ
ン反転構造に特に高強度の基本波が入射するようにな
り、よって、特に高い波長変換効率を得ることが可能と
なる。
ましい実施態様において、非線形光学材料のバルク結晶
を基本波の外部共振器として構成すれば、各周期ドメイ
ン反転構造に特に高強度の基本波が入射するようにな
り、よって、特に高い波長変換効率を得ることが可能と
なる。
【００１６】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による光
波長変換装置を示すものである。この光波長変換装置
は、基本波光源としての第１の半導体レーザー11および
第２の半導体レーザー12と、光導波路型の光波長変換素
子20とから構成されている。
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による光
波長変換装置を示すものである。この光波長変換装置
は、基本波光源としての第１の半導体レーザー11および
第２の半導体レーザー12と、光導波路型の光波長変換素
子20とから構成されている。
【００１７】光波長変換素子20は図２にも示す通り、非
線形光学材料であるＬｉＴａＯ3 の結晶からなる基板
（以下、ＬＴ基板と称する）21に薄膜光導波路22が形成
され、そしてこの光導波路22の部分に第１の周期ドメイ
ン反転構造23、第２の周期ドメイン反転構造24および第
３の周期ドメイン反転構造25が設けられなる。これらの
周期ドメイン反転構造23、24および25は、単分極化処理
がなされたＬＴ基板21に、一例として電子ビーム描画装
置により電子線を照射して所定の周期パターンを描画す
る、等により形成することができる。本実施例では、光
導波路22の厚みｄ＝2.5 μｍであり、第１の周期ドメイ
ン反転構造23の周期Λ1 ＝12μｍ、第２の周期ドメイン
反転構造24の周期Λ2 ＝4.2 μｍ、そして第３の周期ド
メイン反転構造25の周期Λ3 ＝7.5 μｍである。
線形光学材料であるＬｉＴａＯ3 の結晶からなる基板
（以下、ＬＴ基板と称する）21に薄膜光導波路22が形成
され、そしてこの光導波路22の部分に第１の周期ドメイ
ン反転構造23、第２の周期ドメイン反転構造24および第
３の周期ドメイン反転構造25が設けられなる。これらの
周期ドメイン反転構造23、24および25は、単分極化処理
がなされたＬＴ基板21に、一例として電子ビーム描画装
置により電子線を照射して所定の周期パターンを描画す
る、等により形成することができる。本実施例では、光
導波路22の厚みｄ＝2.5 μｍであり、第１の周期ドメイ
ン反転構造23の周期Λ1 ＝12μｍ、第２の周期ドメイン
反転構造24の周期Λ2 ＝4.2 μｍ、そして第３の周期ド
メイン反転構造25の周期Λ3 ＝7.5 μｍである。
【００１８】一方、第１の半導体レーザー11としては波
長λ1 ＝1300ｎｍのレーザービーム13を発するものが用
いられ、第２の半導体レーザー12としては波長λ2 ＝90
0 ｎｍのレーザービーム14を発するものが用いられてい
る。レーザービーム13はコリメーターレンズ15によって
平行光化された後ダイクロイックミラー17で反射し、レ
ーザービーム14はコリメーターレンズ16によって平行光
化された後ダイクロイックミラー17を透過する。こうし
て合波されたレーザービーム13、14は、集光レンズ18に
より光導波路22の端面22ａで収束するように集光され
て、この端面22ａから光導波路22内に入射する。
長λ1 ＝1300ｎｍのレーザービーム13を発するものが用
いられ、第２の半導体レーザー12としては波長λ2 ＝90
0 ｎｍのレーザービーム14を発するものが用いられてい
る。レーザービーム13はコリメーターレンズ15によって
平行光化された後ダイクロイックミラー17で反射し、レ
ーザービーム14はコリメーターレンズ16によって平行光
化された後ダイクロイックミラー17を透過する。こうし
て合波されたレーザービーム13、14は、集光レンズ18に
より光導波路22の端面22ａで収束するように集光され
て、この端面22ａから光導波路22内に入射する。
【００１９】光導波路22内を導波モードで進行するレー
ザービーム13、14は、非線形光学材料であるＬｉＴａＯ
3 により、それぞれ波長が１／２の第２高調波26、27に
波長変換されるとともに、和周波28に波長変換される。
すなわち、第１の周期ドメイン反転構造23においては波
長λ1 ＝1300ｎｍのレーザービーム13とその第２高調波
26（波長＝650 ｎｍ）との間でいわゆる疑似位相整合が
取られ、第２の周期ドメイン反転構造24においては波長
λ2 ＝900 ｎｍのレーザービーム14とその第２高調波27
（波長＝450 ｎｍ）との間で疑似位相整合が取られ、そ
して第３の周期ドメイン反転構造25においては２つの基
本波であるレーザービーム13、14と波長λ3 ＝532 ｎｍ
の和周波28との間で疑似位相整合が取られる。なお、１
／λ3 ＝１／λ1 ＋１／λ2 である。
ザービーム13、14は、非線形光学材料であるＬｉＴａＯ
3 により、それぞれ波長が１／２の第２高調波26、27に
波長変換されるとともに、和周波28に波長変換される。
すなわち、第１の周期ドメイン反転構造23においては波
長λ1 ＝1300ｎｍのレーザービーム13とその第２高調波
26（波長＝650 ｎｍ）との間でいわゆる疑似位相整合が
取られ、第２の周期ドメイン反転構造24においては波長
λ2 ＝900 ｎｍのレーザービーム14とその第２高調波27
（波長＝450 ｎｍ）との間で疑似位相整合が取られ、そ
して第３の周期ドメイン反転構造25においては２つの基
本波であるレーザービーム13、14と波長λ3 ＝532 ｎｍ
の和周波28との間で疑似位相整合が取られる。なお、１
／λ3 ＝１／λ1 ＋１／λ2 である。
【００２０】以上のようにして本実施例においては、波
長が650 ｎｍの赤色光である第２高調波26と、波長が45
0 ｎｍの青色光である第２高調波27と、波長が532 ｎｍ
の緑色光である和周波28とが得られる。これらの第２高
調波26、27および和周波28は光導波路22の端面22ｂから
出射し、コリメーターレンズ19によって平行光化され、
例えばカラー画像記録用等に使用される。
長が650 ｎｍの赤色光である第２高調波26と、波長が45
0 ｎｍの青色光である第２高調波27と、波長が532 ｎｍ
の緑色光である和周波28とが得られる。これらの第２高
調波26、27および和周波28は光導波路22の端面22ｂから
出射し、コリメーターレンズ19によって平行光化され、
例えばカラー画像記録用等に使用される。
【００２１】なお、上記の波長変換波26、27および28と
ともに光波長変換素子20から出射するレーザービーム1
3、14は、例えば公知のダイクロイックミラー等を用い
て、波長変換波26、27および28から分離させることがで
きる。
ともに光波長変換素子20から出射するレーザービーム1
3、14は、例えば公知のダイクロイックミラー等を用い
て、波長変換波26、27および28から分離させることがで
きる。
【００２２】次に図３を参照して、本発明の第２実施例
について説明する。なおこの図３において、図１、２中
の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについて
の重複した説明は省略する（以下、同様）。
について説明する。なおこの図３において、図１、２中
の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについて
の重複した説明は省略する（以下、同様）。
【００２３】この第２実施例においては、光波長変換素
子30を構成するＬＴ基板21にＹ型のチャンネル光導波路
31が形成されている。そして第１の半導体レーザー11、
第２の半導体レーザー12はそれぞれチップ状態のまま、
上記チャンネル光導波路31の２つの分岐路部分31ａ、31
ｂの端面に対向する状態で、基板端面21ａに直接結合さ
れている。これらの半導体レーザー11、12から発せられ
たレーザービーム13、14は、チャンネル光導波路31の上
記分岐路部分31ａ、31ｂに入射し、そこを各々進行した
後に合波される。
子30を構成するＬＴ基板21にＹ型のチャンネル光導波路
31が形成されている。そして第１の半導体レーザー11、
第２の半導体レーザー12はそれぞれチップ状態のまま、
上記チャンネル光導波路31の２つの分岐路部分31ａ、31
ｂの端面に対向する状態で、基板端面21ａに直接結合さ
れている。これらの半導体レーザー11、12から発せられ
たレーザービーム13、14は、チャンネル光導波路31の上
記分岐路部分31ａ、31ｂに入射し、そこを各々進行した
後に合波される。
【００２４】光導波路31の、合波したレーザービーム1
3、14が進行する部分31ｃには、第１実施例におけるの
と同様の第１の周期ドメイン反転構造23、第２の周期ド
メイン反転構造24および第３の周期ドメイン反転構造25
が設けられている。これらの周期ドメイン反転構造23、
24および25の各周期、および光導波路31の厚みは第１実
施例におけるのと同様であり、一方光導波路31の幅Ｗは
４μｍとされている。
3、14が進行する部分31ｃには、第１実施例におけるの
と同様の第１の周期ドメイン反転構造23、第２の周期ド
メイン反転構造24および第３の周期ドメイン反転構造25
が設けられている。これらの周期ドメイン反転構造23、
24および25の各周期、および光導波路31の厚みは第１実
施例におけるのと同様であり、一方光導波路31の幅Ｗは
４μｍとされている。
【００２５】上記構成の第２実施例装置においても、第
１実施例におけるのと同様にして、波長が650 ｎｍの赤
色光である第２高調波26と、波長が450 ｎｍの青色光で
ある第２高調波27と、波長が532 ｎｍの緑色光である和
周波28とが得られる。それに加えて本実施例において
は、各波長変換波26、27および28を光波長変換素子30に
おいて変調することが可能となっている。以下、その点
について説明する。
１実施例におけるのと同様にして、波長が650 ｎｍの赤
色光である第２高調波26と、波長が450 ｎｍの青色光で
ある第２高調波27と、波長が532 ｎｍの緑色光である和
周波28とが得られる。それに加えて本実施例において
は、各波長変換波26、27および28を光波長変換素子30に
おいて変調することが可能となっている。以下、その点
について説明する。
【００２６】ＬＴ基板21上には、第１の周期ドメイン反
転構造23を挾む状態にして１対の電極33ａ、33ｂが設け
られ、同様に第２の周期ドメイン反転構造24を挾む状態
にして１対の電極34ａ、34ｂが、また第３の周期ドメイ
ン反転構造25を挾む状態して１対の電極35ａ、35ｂが設
けられている。電極33ａと33ｂとの間、電極34ａと34ｂ
との間、そして電極35ａと35ｂとの間には、それぞれ変
調回路36により独自に所定の電圧が印加される。例えば
電極33ａと33ｂとの間に電圧が印加されると、その電圧
印加部分（つまり第１の周期ドメイン反転構造23が設け
られている部分）の光導波路31の屈折率が電気光学効果
により変化するので、この第１の周期ドメイン反転構造
23による疑似位相整合が取れなくなる。したがってこの
電圧印加時には、赤色光である第２高調波26は消光状態
となる。
転構造23を挾む状態にして１対の電極33ａ、33ｂが設け
られ、同様に第２の周期ドメイン反転構造24を挾む状態
にして１対の電極34ａ、34ｂが、また第３の周期ドメイ
ン反転構造25を挾む状態して１対の電極35ａ、35ｂが設
けられている。電極33ａと33ｂとの間、電極34ａと34ｂ
との間、そして電極35ａと35ｂとの間には、それぞれ変
調回路36により独自に所定の電圧が印加される。例えば
電極33ａと33ｂとの間に電圧が印加されると、その電圧
印加部分（つまり第１の周期ドメイン反転構造23が設け
られている部分）の光導波路31の屈折率が電気光学効果
により変化するので、この第１の周期ドメイン反転構造
23による疑似位相整合が取れなくなる。したがってこの
電圧印加時には、赤色光である第２高調波26は消光状態
となる。
【００２７】これは、第２の周期ドメイン反転構造24お
よび第３の周期ドメイン反転構造25についても同様であ
り、電極34ａおよび34ｂによる電圧印加時には青色光で
ある第２高調波27が消光状態となり、電極35ａおよび35
ｂによる電圧印加時には緑色光である和周波28が消光状
態となる。このように本実施例の装置は、各波長変換波
26、27および28を変調可能であるので、カラー画像記録
装置に好適に利用され得るものとなる。
よび第３の周期ドメイン反転構造25についても同様であ
り、電極34ａおよび34ｂによる電圧印加時には青色光で
ある第２高調波27が消光状態となり、電極35ａおよび35
ｂによる電圧印加時には緑色光である和周波28が消光状
態となる。このように本実施例の装置は、各波長変換波
26、27および28を変調可能であるので、カラー画像記録
装置に好適に利用され得るものとなる。
【００２８】以上説明した第１実施例においても、また
第２実施例においても、１つの光波長変換素子によって
複数の波長変換波を発生可能となっているから、複数の
波長変換波を得るために基本波を複数の光波長変換素子
に次々と入射させる従来装置と比べれば、素子端面にお
ける基本波あるいは波長変換波の反射を少なく抑えて、
高い波長変換効率を得ることができる。例えば第１実施
例においては、半導体レーザー11、12の出力がともに10
0 ｍＷのとき、それぞれ約１ｍＷの第２高調波26、27お
よび和周波28を得ることができる。
第２実施例においても、１つの光波長変換素子によって
複数の波長変換波を発生可能となっているから、複数の
波長変換波を得るために基本波を複数の光波長変換素子
に次々と入射させる従来装置と比べれば、素子端面にお
ける基本波あるいは波長変換波の反射を少なく抑えて、
高い波長変換効率を得ることができる。例えば第１実施
例においては、半導体レーザー11、12の出力がともに10
0 ｍＷのとき、それぞれ約１ｍＷの第２高調波26、27お
よび和周波28を得ることができる。
【００２９】次に図５を参照して、本発明の第４実施例
について説明する。この第４実施例の光波長変換装置
は、図１に示した第１実施例装置と比べると、光導波路
型光波長変換素子20の代りにバルク結晶型の光波長変換
素子50が用いられている点が異なる。この光波長変換素
子50はＬｉＴａＯ3 （ＬＴ）の結晶からなり、長さ７ｍ
ｍ、厚さ3.5 ｍｍに形成されている。
について説明する。この第４実施例の光波長変換装置
は、図１に示した第１実施例装置と比べると、光導波路
型光波長変換素子20の代りにバルク結晶型の光波長変換
素子50が用いられている点が異なる。この光波長変換素
子50はＬｉＴａＯ3 （ＬＴ）の結晶からなり、長さ７ｍ
ｍ、厚さ3.5 ｍｍに形成されている。
【００３０】この光波長変換素子50には、第１の周期ド
メイン反転構造23、第２の周期ドメイン反転構造24およ
び第３の周期ドメイン反転構造25が設けられている。こ
れらの周期ドメイン反転構造23、24および25は第１実施
例装置のものと同様であり、すなわち、第１の周期ドメ
イン反転構造23の周期Λ1 ＝12μｍ、第２の周期ドメイ
ン反転構造24の周期Λ2 ＝4.2 μｍ、そして第３の周期
ドメイン反転構造25の周期Λ3 ＝7.5 μｍである。また
本実施例では特に、この光波長変換素子50を基本波用リ
ング共振器として構成するために、その光入射端面50ａ
および光出射端面50ｂは曲率半径５ｍｍの円弧面に、側
端面50ｃは平坦面に研磨されている。
メイン反転構造23、第２の周期ドメイン反転構造24およ
び第３の周期ドメイン反転構造25が設けられている。こ
れらの周期ドメイン反転構造23、24および25は第１実施
例装置のものと同様であり、すなわち、第１の周期ドメ
イン反転構造23の周期Λ1 ＝12μｍ、第２の周期ドメイ
ン反転構造24の周期Λ2 ＝4.2 μｍ、そして第３の周期
ドメイン反転構造25の周期Λ3 ＝7.5 μｍである。また
本実施例では特に、この光波長変換素子50を基本波用リ
ング共振器として構成するために、その光入射端面50ａ
および光出射端面50ｂは曲率半径５ｍｍの円弧面に、側
端面50ｃは平坦面に研磨されている。
【００３１】上記構成の光波長変換素子50は、例えば以
下のようにして作成することができる。まず図６の
（１）に示すように、単分極化処理がなされた厚さ0.5
ｍｍのＬＴの単結晶基板（ｚ板）51を用意し、そこに電
子ビーム描画装置により電子線を照射して所定の周期パ
ターンを描画し、周期ドメイン反転構造23、24および25
を形成する。次いで同図の（２）に示すように、後述の
端面研磨加工を容易にするために、上記ＬＴ基板51の表
裏両面にそれぞれ厚さ２ｍｍのＬＴ基板52、53を貼り付
ける。そして端面50ａ、50ｂおよび端面50ｃを上記の通
りの形状に研磨加工し、また端面50ａと端面50ｂには、
波長1300ｎｍ、 900ｎｍ、 650ｎｍ、 450ｎｍおよび 5
32ｎｍの光に対して下記の特性となるコーティングを施
して光波長変換素子50を得る。
下のようにして作成することができる。まず図６の
（１）に示すように、単分極化処理がなされた厚さ0.5
ｍｍのＬＴの単結晶基板（ｚ板）51を用意し、そこに電
子ビーム描画装置により電子線を照射して所定の周期パ
ターンを描画し、周期ドメイン反転構造23、24および25
を形成する。次いで同図の（２）に示すように、後述の
端面研磨加工を容易にするために、上記ＬＴ基板51の表
裏両面にそれぞれ厚さ２ｍｍのＬＴ基板52、53を貼り付
ける。そして端面50ａ、50ｂおよび端面50ｃを上記の通
りの形状に研磨加工し、また端面50ａと端面50ｂには、
波長1300ｎｍ、 900ｎｍ、 650ｎｍ、 450ｎｍおよび 5
32ｎｍの光に対して下記の特性となるコーティングを施
して光波長変換素子50を得る。
【００３２】 1300ｎｍ 900ｎｍ 650ｎｍ 450ｎｍ 532ｎｍ 端面50ａ 90％反射 90％反射 − − − 端面50ｂ 99.9％反射 99.9％反射 90％透過 90％透過 90％透過 第１実施例におけるのと同様に、第１の半導体レーザー
11としては波長λ1 ＝1300ｎｍのレーザービーム13を発
するものが用いられ、第２の半導体レーザー12としては
波長λ2 ＝900 ｎｍのレーザービーム14を発するものが
用いられている。ダイクロイックミラー17により合波さ
れたレーザービーム13、14は、集光レンズ18によりＬＴ
基板51内で収束するように集光されて、端面50ａから光
波長変換素子50内に入射する。なおこの際、ＬＴの大き
な非線形光学定数ｄ33を利用するために、レーザービー
ム13、14の直線偏光の向きをＬＴ基板51のｚ軸方向に合
わせる。
11としては波長λ1 ＝1300ｎｍのレーザービーム13を発
するものが用いられ、第２の半導体レーザー12としては
波長λ2 ＝900 ｎｍのレーザービーム14を発するものが
用いられている。ダイクロイックミラー17により合波さ
れたレーザービーム13、14は、集光レンズ18によりＬＴ
基板51内で収束するように集光されて、端面50ａから光
波長変換素子50内に入射する。なおこの際、ＬＴの大き
な非線形光学定数ｄ33を利用するために、レーザービー
ム13、14の直線偏光の向きをＬＴ基板51のｚ軸方向に合
わせる。
【００３３】光波長変換素子50内に入射したレーザービ
ーム13、14は、この素子50の端面50ｂ、50ｃおよび50ａ
で次々に反射してリング状光路を辿り、共振して高強度
になった状態で周期ドメイン反転構造23、24および25を
通過する。それにより、第１実施例におけるのと同様に
位相整合が取られて、レーザービーム13の第２高調波26
（波長＝650 ｎｍ）、レーザービーム14の第２高調波27
（波長＝450 ｎｍ）、およびレーザービーム13、14の和
周波28（波長＝532 ｎｍ）が得られる。このようにして
得られた第２高調波26、第２高調波27および和周波28
は、直線偏光の向きがＬＴ基板51のｚ軸方向と一致した
ものとなり、それらの大部分（90％）が端面50ｂを透過
して光波長変換素子50外に出射する。
ーム13、14は、この素子50の端面50ｂ、50ｃおよび50ａ
で次々に反射してリング状光路を辿り、共振して高強度
になった状態で周期ドメイン反転構造23、24および25を
通過する。それにより、第１実施例におけるのと同様に
位相整合が取られて、レーザービーム13の第２高調波26
（波長＝650 ｎｍ）、レーザービーム14の第２高調波27
（波長＝450 ｎｍ）、およびレーザービーム13、14の和
周波28（波長＝532 ｎｍ）が得られる。このようにして
得られた第２高調波26、第２高調波27および和周波28
は、直線偏光の向きがＬＴ基板51のｚ軸方向と一致した
ものとなり、それらの大部分（90％）が端面50ｂを透過
して光波長変換素子50外に出射する。
【００３４】以上説明した第４実施例においても、１つ
の光波長変換素子50によって複数の波長変換波を発生可
能となっているから、複数の波長変換波を得るために基
本波を複数の光波長変換素子に次々と入射させる従来装
置と比べれば、素子端面における基本波あるいは波長変
換波の反射を少なく抑えて、高い波長変換効率を得るこ
とができる。またこの第４実施例においては特に、基本
波であるレーザービーム13、14を共振させ、高強度にし
て周期ドメイン反転構造23、24および25に通しているか
ら、特に高い波長変換効率を得ることができる。例え
ば、半導体レーザー11、12の出力がともに200 ｍＷのと
き、約40ｍＷの第２高調波26、約60ｍＷの第２高調波27
および約50ｍＷの和周波28を得ることができる。
の光波長変換素子50によって複数の波長変換波を発生可
能となっているから、複数の波長変換波を得るために基
本波を複数の光波長変換素子に次々と入射させる従来装
置と比べれば、素子端面における基本波あるいは波長変
換波の反射を少なく抑えて、高い波長変換効率を得るこ
とができる。またこの第４実施例においては特に、基本
波であるレーザービーム13、14を共振させ、高強度にし
て周期ドメイン反転構造23、24および25に通しているか
ら、特に高い波長変換効率を得ることができる。例え
ば、半導体レーザー11、12の出力がともに200 ｍＷのと
き、約40ｍＷの第２高調波26、約60ｍＷの第２高調波27
および約50ｍＷの和周波28を得ることができる。
【００３５】なお光波長変換素子50は上述の通りリング
共振器を構成しているが、このリング共振器において
は、周期ドメイン反転構造23、24および25等における反
射により、逆回りリング光が生じる。この逆回りリング
光は半導体レーザー11、12に戻るので、いわゆる光フィ
ードバックがかかり、それらの各発振波長が、リング共
振器の共振周波数（波長）に一致するようにロックされ
る。
共振器を構成しているが、このリング共振器において
は、周期ドメイン反転構造23、24および25等における反
射により、逆回りリング光が生じる。この逆回りリング
光は半導体レーザー11、12に戻るので、いわゆる光フィ
ードバックがかかり、それらの各発振波長が、リング共
振器の共振周波数（波長）に一致するようにロックされ
る。
【００３６】以上説明したようなバルク結晶型の光波長
変換素子は、図６に示した方法以外の方法によって作成
することも可能である。例えば図７の（１）に示すよう
に、例えば１ｍｍ程度と少し厚めのＬＴ基板51に前述と
同様にして周期ドメイン反転構造23、24および25を形成
したならば、次いで同図の（２）に示すように、該ＬＴ
基板51をそのまま端面研磨加工して光波長変換素子とし
てもよい。
変換素子は、図６に示した方法以外の方法によって作成
することも可能である。例えば図７の（１）に示すよう
に、例えば１ｍｍ程度と少し厚めのＬＴ基板51に前述と
同様にして周期ドメイン反転構造23、24および25を形成
したならば、次いで同図の（２）に示すように、該ＬＴ
基板51をそのまま端面研磨加工して光波長変換素子とし
てもよい。
【００３７】次に図８を参照して、本発明の第５実施例
について説明する。この第５実施例の光波長変換装置
は、図５に示した第４実施例装置と比べると、バルク結
晶型の光波長変換素子60が基本波用外部共振器の機能を
備えていない点で異なる。すなわちこの光波長変換素子
60は、例えば図６の（２）までの工程、あるいは図７の
（１）までの工程で作成されるものである。
について説明する。この第５実施例の光波長変換装置
は、図５に示した第４実施例装置と比べると、バルク結
晶型の光波長変換素子60が基本波用外部共振器の機能を
備えていない点で異なる。すなわちこの光波長変換素子
60は、例えば図６の（２）までの工程、あるいは図７の
（１）までの工程で作成されるものである。
【００３８】したがってこの第５実施例の装置において
は、基本波としてのレーザービーム13、14は周期ドメイ
ン反転構造23、24および25を基本的に各１回だけ通過す
る。この構成においては、例えば半導体レーザー11、12
の出力がともに１ｍＷのとき、約13ｍＷの第２高調波2
6、約20ｍＷの第２高調波27および約18ｍＷの和周波28
が得られる。
は、基本波としてのレーザービーム13、14は周期ドメイ
ン反転構造23、24および25を基本的に各１回だけ通過す
る。この構成においては、例えば半導体レーザー11、12
の出力がともに１ｍＷのとき、約13ｍＷの第２高調波2
6、約20ｍＷの第２高調波27および約18ｍＷの和周波28
が得られる。
【００３９】なお本発明において、基本波光源の数およ
び周期ドメイン反転構造の数は、以上説明した各実施例
における数に限られるものではない。例えば図４に示さ
れる第３実施例においては、基本波光源として半導体レ
ーザー11が１つだけ設けられ、また光波長変換素子40の
光導波路22には２つの周期ドメイン反転構造41、42が設
けられている。この場合第１の周期ドメイン反転構造41
は、基本波であるレーザービーム13とその第２高調波43
とを位相整合させる周期を有するものとされ、一方第２
の周期ドメイン反転構造42は、レーザービーム13とその
第３高調波44とを位相整合させる周期を有するものとさ
れている。
び周期ドメイン反転構造の数は、以上説明した各実施例
における数に限られるものではない。例えば図４に示さ
れる第３実施例においては、基本波光源として半導体レ
ーザー11が１つだけ設けられ、また光波長変換素子40の
光導波路22には２つの周期ドメイン反転構造41、42が設
けられている。この場合第１の周期ドメイン反転構造41
は、基本波であるレーザービーム13とその第２高調波43
とを位相整合させる周期を有するものとされ、一方第２
の周期ドメイン反転構造42は、レーザービーム13とその
第３高調波44とを位相整合させる周期を有するものとさ
れている。
【００４０】この第３実施例装置のように基本波光源が
１つだけ設けられる場合でも、複数の波長変換波を得る
ために基本波を複数の光波長変換素子に次々と入射させ
る従来装置と比べれば、素子端面における基本波あるい
は波長変換波の反射を少なく抑えて、高い波長変換効率
を得ることができる。
１つだけ設けられる場合でも、複数の波長変換波を得る
ために基本波を複数の光波長変換素子に次々と入射させ
る従来装置と比べれば、素子端面における基本波あるい
は波長変換波の反射を少なく抑えて、高い波長変換効率
を得ることができる。
【００４１】また、本発明において用いられる非線形光
学材料も前述のＬＴに限られるものではなく、その他例
えば、ＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）、ＭｇＯ−ＬＴ、ＭｇＯ−
ＬＮ、ＫＮｂＯ3 、ＫＴＰ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等が用いら
れてもよい。さらに、図６で説明したようにしてバルク
結晶型光波長変換素子を作成する場合、非線形光学材料
の表裏両面に貼り付ける部材は、必ずしもこの非線形光
学材料と同じものを使用する必要はなく、例えば第４実
施例の場合はＬＴ基板51の表裏両面にそれぞれガラス
や、ＬＮ基板等を貼り付けてもよい。
学材料も前述のＬＴに限られるものではなく、その他例
えば、ＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）、ＭｇＯ−ＬＴ、ＭｇＯ−
ＬＮ、ＫＮｂＯ3 、ＫＴＰ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等が用いら
れてもよい。さらに、図６で説明したようにしてバルク
結晶型光波長変換素子を作成する場合、非線形光学材料
の表裏両面に貼り付ける部材は、必ずしもこの非線形光
学材料と同じものを使用する必要はなく、例えば第４実
施例の場合はＬＴ基板51の表裏両面にそれぞれガラス
や、ＬＮ基板等を貼り付けてもよい。
【図１】本発明の第１実施例装置の側面図
【図２】上記第１実施例装置の光波長変換素子を示す斜
視図
視図
【図３】本発明の第２実施例装置の斜視図
【図４】本発明の第３実施例装置の側面図
【図５】本発明の第４実施例装置の側面図
【図６】上記第４実施例装置のバルク結晶型光波長変換
素子の作成方法を示す説明図
素子の作成方法を示す説明図
【図７】バルク結晶型光波長変換素子の別の作成方法を
示す説明図
示す説明図
【図８】本発明の第５実施例装置の側面図
11、12 半導体レーザー 13、14 レーザービーム（基本波） 20、30、40 光導波路型光波長変換素子 21、51、52、53 ＬＴ基板 22、31 光導波路 23、24、25、41、42 周期ドメイン反転構造 26、27、43 第２高調波 28 和周波 33ａ、33ｂ、34ａ、34ｂ、35ａ、35ｂ 電極 44 第３高調波 50、60 バルク結晶型光波長変換素子 50ａ、50ｂ、50ｃ バルク結晶型光波長変換素子の端
面
面
Claims (4)
- 【請求項１】 基本波としてのレーザービームを発する
基本波光源と、 非線形光学材料からなる光導波路を有し、該光導波路に
入射してそこを導波する前記レーザービームを波長変換
する光波長変換素子とからなる光波長変換装置におい
て、 前記光導波路に、前記レーザービームと波長変換波とを
位相整合させる周期ドメイン反転構造が複数形成されて
いることを特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項２】 基本波としてのレーザービームを発する
基本波光源と、 非線形光学材料のバルク結晶からなり、そこに入射した
前記レーザービームを波長変換する光波長変換素子とか
らなる光波長変換装置において、 前記バルク結晶に、前記レーザービームと波長変換波と
を位相整合させる周期ドメイン反転構造が複数形成され
ていることを特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項３】 前記非線形光学材料のバルク結晶が、前
記基本波としてのレーザービームを共振させる外部共振
器を構成してい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】 前記基本波光源として、第１のレーザー
ビームを発するものと、この第１のレーザービームとは
波長が異なる第２のレーザービームを発するものとが設
けられ、 前記周期ドメイン反転構造として、前記第１のレーザー
ビームとその第２高調波とを位相整合させる第１の周期
ドメイン反転構造と、前記第２のレーザービームとその
第２高調波とを位相整合させる第２の周期ドメイン反転
構造と、前記第１のレーザービームおよび第２のレーザ
ービームとそれらの和周波とを位相整合させる第３の周
期ドメイン反転構造とが設けられていることを特徴とす
る請求項１から３いずれか１項記載の光波長変換素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021153A JPH05333395A (ja) | 1992-04-03 | 1993-02-09 | 光波長変換装置 |
| US08/040,201 US5436757A (en) | 1992-04-03 | 1993-04-01 | Optical wavelength converting apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8198492 | 1992-04-03 | ||
| JP4-81984 | 1992-04-03 | ||
| JP5021153A JPH05333395A (ja) | 1992-04-03 | 1993-02-09 | 光波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05333395A true JPH05333395A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=26358182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5021153A Pending JPH05333395A (ja) | 1992-04-03 | 1993-02-09 | 光波長変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5436757A (ja) |
| JP (1) | JPH05333395A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075876A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-12 | Nidek Co Ltd | 角膜手術装置 |
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