JPH0534747A - 導波路型波長変換素子 - Google Patents
導波路型波長変換素子Info
- Publication number
- JPH0534747A JPH0534747A JP19435691A JP19435691A JPH0534747A JP H0534747 A JPH0534747 A JP H0534747A JP 19435691 A JP19435691 A JP 19435691A JP 19435691 A JP19435691 A JP 19435691A JP H0534747 A JPH0534747 A JP H0534747A
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- JP
- Japan
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- waveguide
- refractive index
- harmonic
- diffraction grating
- wavelength conversion
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 位相整合を行うのに必要な導波路の等価屈折
率の制御が容易で、安定して第２高調波を発生させられ
るようにする。 【構成】 基板（１）上に非線形媒質からなる導波路
（２）が形成されている。その導波路２の光の伝搬方向
に屈折率変化を与える回折格子（３）を持ち、導波路
（２）がリッジ型三次元導波路で構成されている。そし
て導波路（２）内を、所定波長を有する基本波レーザ光
を通過させて高調波レーザ光を発生させる。
率の制御が容易で、安定して第２高調波を発生させられ
るようにする。 【構成】 基板（１）上に非線形媒質からなる導波路
（２）が形成されている。その導波路２の光の伝搬方向
に屈折率変化を与える回折格子（３）を持ち、導波路
（２）がリッジ型三次元導波路で構成されている。そし
て導波路（２）内を、所定波長を有する基本波レーザ光
を通過させて高調波レーザ光を発生させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第２高調波を発生させ
る素子に関するものである。本発明は第２高調波を発生
させることにより、レーザ光源を小型化でき、光ディス
ク、レーザプリンタに応用できるものである。
る素子に関するものである。本発明は第２高調波を発生
させることにより、レーザ光源を小型化でき、光ディス
ク、レーザプリンタに応用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】波長変換素子特に第２高調波発生（ＳＨ
Ｇ）素子は、非線形効果を持つ光学結晶材料を用いて波
長λのレーザ光を１／２・λの波長に変換する素子であ
る。従来、ＳＨＧ素子には高出力のコヒーレント光源と
非線形結晶のバルク型素子が用いられてきた。しかし現
在、光ディスク装置、レーザプリンタ装置等を小型化す
る要求が強いため、光源として半導体レーザが、ガスレ
ーザに代わり用いられるようになってきた。半導体レー
ザを光源とする場合、その出力が数ｍＷ〜数１０ｍＷで
あるため、高い変換効率を得る必要上、薄膜導波路型の
ＳＨＧ素子が用いられている。そこで変換効率を上げる
ため位相整合条件を満たすことが重要になっているが、
通常は入射光線の角度調整や、非線形媒質の温度制御に
より位相整合をとっている。
Ｇ）素子は、非線形効果を持つ光学結晶材料を用いて波
長λのレーザ光を１／２・λの波長に変換する素子であ
る。従来、ＳＨＧ素子には高出力のコヒーレント光源と
非線形結晶のバルク型素子が用いられてきた。しかし現
在、光ディスク装置、レーザプリンタ装置等を小型化す
る要求が強いため、光源として半導体レーザが、ガスレ
ーザに代わり用いられるようになってきた。半導体レー
ザを光源とする場合、その出力が数ｍＷ〜数１０ｍＷで
あるため、高い変換効率を得る必要上、薄膜導波路型の
ＳＨＧ素子が用いられている。そこで変換効率を上げる
ため位相整合条件を満たすことが重要になっているが、
通常は入射光線の角度調整や、非線形媒質の温度制御に
より位相整合をとっている。
【０００３】この方法の一つとして、特開昭６３−４４
７８１号に開示されている方法がある。この方法は、図
４に示すように、導波路５２に非線形媒質の波長分散に
よる基本波と、高調波の屈折率差を相殺するような屈折
率分散手段である回折格子５４を設けるものである。こ
こで、図４において、符号５０は非線形媒質を示し、例
えばＬｉＮｂＯ3の単結晶で構成され、直方体形状をし
ている。この基板５０上にＴｉを拡散して形成される導
波路５２が非線形媒質５０の結晶軸と同一方向に延長さ
れて形成されている。導波路５２の上面には所定のピッ
チで凸部５３が設けられて、回折格子５４が構成されて
いる。この回折格子５４のピッチは、導波路５２に入射
される基本波の波長と同一であり、ブラック条件を満足
するようになっている。このように、導波路５２に非線
形媒質の波長分散による基本波と高調波の屈折率差を、
相殺するような屈折率分散手段（この場合は回折格子５
４）を設けたことにより、簡単に位相整合をとることが
できる。
７８１号に開示されている方法がある。この方法は、図
４に示すように、導波路５２に非線形媒質の波長分散に
よる基本波と、高調波の屈折率差を相殺するような屈折
率分散手段である回折格子５４を設けるものである。こ
こで、図４において、符号５０は非線形媒質を示し、例
えばＬｉＮｂＯ3の単結晶で構成され、直方体形状をし
ている。この基板５０上にＴｉを拡散して形成される導
波路５２が非線形媒質５０の結晶軸と同一方向に延長さ
れて形成されている。導波路５２の上面には所定のピッ
チで凸部５３が設けられて、回折格子５４が構成されて
いる。この回折格子５４のピッチは、導波路５２に入射
される基本波の波長と同一であり、ブラック条件を満足
するようになっている。このように、導波路５２に非線
形媒質の波長分散による基本波と高調波の屈折率差を、
相殺するような屈折率分散手段（この場合は回折格子５
４）を設けたことにより、簡単に位相整合をとることが
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記、
従来の方法では、熱拡散（Ｔｉ等）によって作成された
三次元分布屈折率導波路を用いているため、第２高調波
発生に必要な位相整合をとるために、導波路に与える屈
折率の均一性や、屈折率の深さ方向の分布を正確に制御
するのは困難である。このため位相整合が正確にとりに
くく、第２高調波の発生効率にもばらつきが大きくなる
問題点があった。
従来の方法では、熱拡散（Ｔｉ等）によって作成された
三次元分布屈折率導波路を用いているため、第２高調波
発生に必要な位相整合をとるために、導波路に与える屈
折率の均一性や、屈折率の深さ方向の分布を正確に制御
するのは困難である。このため位相整合が正確にとりに
くく、第２高調波の発生効率にもばらつきが大きくなる
問題点があった。
【０００５】本発明の目的は、位相整合を行うのに必要
な導波路の等価屈折率の制御が容易で、安定して第２高
調波を発生させられる構造を有する導波路型波長変換素
子を提供することにある。
な導波路の等価屈折率の制御が容易で、安定して第２高
調波を発生させられる構造を有する導波路型波長変換素
子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、所定波長を
有する基本波レーザ光を非線形媒質からなる導波路内を
通過させて高調波レーザ光を発生させる導波路型波長変
換素子において、前記導波路の光の伝搬方向に屈折率変
化を与える周期構造を持ち、前記導波路がリッジ型三次
元導波路で構成されている。
有する基本波レーザ光を非線形媒質からなる導波路内を
通過させて高調波レーザ光を発生させる導波路型波長変
換素子において、前記導波路の光の伝搬方向に屈折率変
化を与える周期構造を持ち、前記導波路がリッジ型三次
元導波路で構成されている。
【０００７】
【作用】この発明では、前記導波路が光の伝搬方向に屈
折率変化を与える周期構造を持っていることにより、波
長分散による屈折率差を容易に相殺することができ、簡
単に位相整合が取れる。また、前記三次元導波路が分布
屈折率型ではなく、リッジ型で構成されていることによ
り、導波路内における屈折率、膜厚と、幅の制御が精密
に行なえるため、三次元導波路の等価屈折率が精密に制
御できる。
折率変化を与える周期構造を持っていることにより、波
長分散による屈折率差を容易に相殺することができ、簡
単に位相整合が取れる。また、前記三次元導波路が分布
屈折率型ではなく、リッジ型で構成されていることによ
り、導波路内における屈折率、膜厚と、幅の制御が精密
に行なえるため、三次元導波路の等価屈折率が精密に制
御できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明に係る導波路型波長変換素子の一実施例である三次
元光導波路型ＳＨＧ素子の構造を示す斜視図、図２は図
１のＡ−Ａ断面図である。両図において、符号１はＬｉ
ＴａＯ3よりなる単結晶基板を示し、基板方位はｚ板で
構成される。この他には、基板方位がｙ板であるＬｉＴ
ａＯ3単結晶基板や、ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（ただし、０
≦Ｘ≦１）、ＭｇＯドープしたＬｉＮｂＯ3基板などで
も実現できる。この単結晶基板層１の上にはＬｉＮｂＯ
3からなる導波層２がリッジ状に形成され、その上面に
は導波光の透過屈折率の周期的変化を与える回折格子３
が形成されている。導波路２は結晶基板１上に形成され
た結晶基板１よりも高い屈折率を持っている。導波層２
は基板表面にエピタキシャル成長等によって２次元導波
路を作成し、これをドライまたは化学エッチングで不要
な部分を除去することにより作成する。導波層２の上面
に設けられた回折格子３は、所定の周期Λで屈折率変化
を与える為に設けられている。回折格子３は、二光束干
渉法や電子ビーム描画法等によってパターニングされ
や、レジストを用いてエッチングを行なった後、リフト
オフ法やエッチング法による転写によって作製されるレ
リーフ型グレーティングや、不純物拡散、イオン交換、
イオン注入等の加工を行なって作製される屈折率分布型
グレーティングあるいは体積位相型グレーティングで構
成されている。図１及び図２に示されている回折格子３
はレリーフ型グレーティングであり、図３に示されてい
る回折格子３は屈折率分布型グレーティングである。
発明に係る導波路型波長変換素子の一実施例である三次
元光導波路型ＳＨＧ素子の構造を示す斜視図、図２は図
１のＡ−Ａ断面図である。両図において、符号１はＬｉ
ＴａＯ3よりなる単結晶基板を示し、基板方位はｚ板で
構成される。この他には、基板方位がｙ板であるＬｉＴ
ａＯ3単結晶基板や、ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（ただし、０
≦Ｘ≦１）、ＭｇＯドープしたＬｉＮｂＯ3基板などで
も実現できる。この単結晶基板層１の上にはＬｉＮｂＯ
3からなる導波層２がリッジ状に形成され、その上面に
は導波光の透過屈折率の周期的変化を与える回折格子３
が形成されている。導波路２は結晶基板１上に形成され
た結晶基板１よりも高い屈折率を持っている。導波層２
は基板表面にエピタキシャル成長等によって２次元導波
路を作成し、これをドライまたは化学エッチングで不要
な部分を除去することにより作成する。導波層２の上面
に設けられた回折格子３は、所定の周期Λで屈折率変化
を与える為に設けられている。回折格子３は、二光束干
渉法や電子ビーム描画法等によってパターニングされ
や、レジストを用いてエッチングを行なった後、リフト
オフ法やエッチング法による転写によって作製されるレ
リーフ型グレーティングや、不純物拡散、イオン交換、
イオン注入等の加工を行なって作製される屈折率分布型
グレーティングあるいは体積位相型グレーティングで構
成されている。図１及び図２に示されている回折格子３
はレリーフ型グレーティングであり、図３に示されてい
る回折格子３は屈折率分布型グレーティングである。
【０００９】次に、回折格子３に要求される、屈折率変
化を与える所定の周期Λについて説明する。三次元光導
波路の基本波周波数をω、前記基本波に対する伝搬定数
をβ（ω）、前記基本波の第２高調波に対する伝搬定数
をβ（２ω）とすると、β（２ω）−２β（ω）＝２π
／Λなる関係を満たすように、三次元光導波路の光透過
方向に屈折率変化の周期Λを設ける。上記実施例におい
て、導波層２は非線形媒質ＬｉＮｂＯ3であるので、発
振波長０．８３μｍの光源を考えた場合、その三次元光
導波路の等価屈折率の波長分散は、波長０．８３μｍの
基本波では常光に相当するＥY00モードを用いた場合で
２．２２、異常光に相当するＥX00モードで２．１７、
波長０．４１５μｍの第２高調波では、常光に相当する
ＥY00モードを用いた場合で２．３９、異常光に相当す
るＥX00モードで２．２８である。上記三次元光導波路
で基本波に対する等価屈折率をｎ（ω）、前記基本波の
第２高調波に対する等価屈折率をｎ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２π／Λから ｎ（２ω）−ｎ（ω）＝λ／２Λ の関係を満たす周期Λμｍの屈折率変化の周期があれ
ば、効率のよい第２高調波発生が得られる。結晶基板上
の導波層上面に形成された回折格子３はこの役割を果た
す。
化を与える所定の周期Λについて説明する。三次元光導
波路の基本波周波数をω、前記基本波に対する伝搬定数
をβ（ω）、前記基本波の第２高調波に対する伝搬定数
をβ（２ω）とすると、β（２ω）−２β（ω）＝２π
／Λなる関係を満たすように、三次元光導波路の光透過
方向に屈折率変化の周期Λを設ける。上記実施例におい
て、導波層２は非線形媒質ＬｉＮｂＯ3であるので、発
振波長０．８３μｍの光源を考えた場合、その三次元光
導波路の等価屈折率の波長分散は、波長０．８３μｍの
基本波では常光に相当するＥY00モードを用いた場合で
２．２２、異常光に相当するＥX00モードで２．１７、
波長０．４１５μｍの第２高調波では、常光に相当する
ＥY00モードを用いた場合で２．３９、異常光に相当す
るＥX00モードで２．２８である。上記三次元光導波路
で基本波に対する等価屈折率をｎ（ω）、前記基本波の
第２高調波に対する等価屈折率をｎ（２ω）とすると、 β（２ω）−２β（ω）＝２π／Λから ｎ（２ω）−ｎ（ω）＝λ／２Λ の関係を満たす周期Λμｍの屈折率変化の周期があれ
ば、効率のよい第２高調波発生が得られる。結晶基板上
の導波層上面に形成された回折格子３はこの役割を果た
す。
【００１０】上記等価屈折率分布の場合において、基本
波に常光に相当するＥY00モード、第２高調波に常光に
相当するＥY00モードを用いた場合、回折格子の周期は
約３μｍとなり、基本波に常光に相当するＥY00モー
ド、第２高調波に異常光に相当するＥX00モードを用い
た場合、回折格子の周期は約７μｍとなる。また、基本
波に異常光に相当するＥX00モード、第２高調波に常光
に相当するＥY00モードを用いた場合、回折格子の周期
は約２μｍとなり、基本波に異常光に相当するＥX0 0モ
ード、第２高調波に常光に相当するＥX00モードを用い
た場合、回折格子の周期は約４μｍとなり、それぞれの
場合において通常の回折格子作製技術を用いて容易に形
成することが可能である。また、導波路層２にＭｇＯを
ドープすることにより、光導波層における光損傷が起こ
る入力光のしきい値レベルを高くする事も実現できる。
なお、上の説明においてＥX00，ＥY00等の記載において
成分を表すＸ，Ｙ等は通常の表記ではＥの肩の部分に書
かれるものであるが、表示の都合上、上記の如き表記と
したことを付記しておく。
波に常光に相当するＥY00モード、第２高調波に常光に
相当するＥY00モードを用いた場合、回折格子の周期は
約３μｍとなり、基本波に常光に相当するＥY00モー
ド、第２高調波に異常光に相当するＥX00モードを用い
た場合、回折格子の周期は約７μｍとなる。また、基本
波に異常光に相当するＥX00モード、第２高調波に常光
に相当するＥY00モードを用いた場合、回折格子の周期
は約２μｍとなり、基本波に異常光に相当するＥX0 0モ
ード、第２高調波に常光に相当するＥX00モードを用い
た場合、回折格子の周期は約４μｍとなり、それぞれの
場合において通常の回折格子作製技術を用いて容易に形
成することが可能である。また、導波路層２にＭｇＯを
ドープすることにより、光導波層における光損傷が起こ
る入力光のしきい値レベルを高くする事も実現できる。
なお、上の説明においてＥX00，ＥY00等の記載において
成分を表すＸ，Ｙ等は通常の表記ではＥの肩の部分に書
かれるものであるが、表示の都合上、上記の如き表記と
したことを付記しておく。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、光導波路に光の伝搬方
向に屈折率変化を与える周期構造を持たせたリッジ型三
次元導波路を用いることにより、分布屈折率型三次元光
導波路よりも、第２高調波発生における位相整合が正確
に行なえる。このため安定して第２高調波の発生を行う
ことができる。
向に屈折率変化を与える周期構造を持たせたリッジ型三
次元導波路を用いることにより、分布屈折率型三次元光
導波路よりも、第２高調波発生における位相整合が正確
に行なえる。このため安定して第２高調波の発生を行う
ことができる。
【図１】本発明の一実施例に係る導波路型波長変換素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】屈折率分布型グレーティングによる回折格子で
構成された導波路型波長変換素子の断面図である。
構成された導波路型波長変換素子の断面図である。
【図４】従来の第２高調波発生（ＳＨＧ）素子を説明す
るための図である。
るための図である。
１ 単結晶基板 ２ リッジ状導波層 ３ 回折格子
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】所定波長を有する基本波レーザ光を非線形
媒質からなる導波路内を通過させて高調波レーザ光を発
生させる導波路型波長変換素子において、前記導波路の
光の伝搬方向に屈折率変化を与える周期構造を持つこと
と、前記導波路がリッジ型三次元導波路で構成されてい
ること、とを特徴とする導波路型波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19435691A JPH0534747A (ja) | 1991-05-17 | 1991-08-02 | 導波路型波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11326891 | 1991-05-17 | ||
| JP3-113268 | 1991-05-17 | ||
| JP19435691A JPH0534747A (ja) | 1991-05-17 | 1991-08-02 | 導波路型波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0534747A true JPH0534747A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=26452262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19435691A Pending JPH0534747A (ja) | 1991-05-17 | 1991-08-02 | 導波路型波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0534747A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739779A (en) * | 1995-08-23 | 1998-04-14 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Encoding circuit and decoding circuit |
| US6079041A (en) * | 1995-08-04 | 2000-06-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Digital modulation circuit and digital demodulation circuit |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP19435691A patent/JPH0534747A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6079041A (en) * | 1995-08-04 | 2000-06-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Digital modulation circuit and digital demodulation circuit |
| US5739779A (en) * | 1995-08-23 | 1998-04-14 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Encoding circuit and decoding circuit |
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