JPH0627509A - 波長変換素子 - Google Patents

波長変換素子

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JPH0627509A
JPH0627509A JP18326792A JP18326792A JPH0627509A JP H0627509 A JPH0627509 A JP H0627509A JP 18326792 A JP18326792 A JP 18326792A JP 18326792 A JP18326792 A JP 18326792A JP H0627509 A JPH0627509 A JP H0627509A
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JP
Japan
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refractive index
resonator
crystal
wavelength conversion
polishing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP18326792A
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English (en)
Inventor
Minoru Sumiya
実 角谷
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0627509A publication Critical patent/JPH0627509A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】非線形光学結晶表面下にレンズ作用をもつ高屈
折率部分を設けることにより、安定な共振器構造を有す
る波長変換素子を得る。 【構成】非線形光学結晶であるLiNbO3 結晶5の3
面によってリング共振器を構成している。リング共振器
の光路の1つは波長変換の位相整合が可能な方位である
Y軸方向に一致している。リング共振器の光路上の一面
にレンズ作用をもつ高屈折率部分6を設けることによっ
て、平面だけから構成される共振器を安定にしている。
波長変換の基本波が入射する面にはその波長の光に対し
て高い反射率をもつ高反射膜7を、その他の2面には1
00%に近い反射率をもつ全反射膜8a,8bを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2次の非線形結晶を利
用し、レーザ光を高い効率で2分の1の波長のレーザ光
に変換する波長変換素子に関する。
【0002】
【従来の技術】2次の非線形光学結晶でレーザ光の波長
を効率よく変換する方法の一つに外部共振器法と呼ばれ
る方法がある。非線形結晶をレーザ共振器とは別の共振
器の中に置き、この共振器をレーザの発振波長に共振さ
せることによって、共振器内部の基本波光強度を高め
て、変換効率を高める方法である。この共振器の構成と
して、2つ反射鏡で構成する直線状の共振器や、3つ以
上の反射鏡で構成するリング共振器がある。これらの直
線状の共振器やリング共振器を、個別の反射鏡を用いず
に、非線形光学結晶の2か所、あるいは3カ所以上を研
磨し、この研磨面に多層膜を施すことにより反射鏡とし
て構成することができる。
【0003】結晶表面を反射鏡として、直線状の共振器
やリング共振器を構成した波長変換素子の従来例として
「IEEE Journal of Quantum
Electronics,Vol.24,No.6,
p.923(1988)」に詳しい記述がある。
【0004】この方法によれば、共振器の損失が少ない
ために共振器内のパワー密度を高めることができ、入射
光強度が非常に弱くても、高い変換効率が実現できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の波長変
換素子において、非線形光学結晶の表面を反射鏡として
共振器を構成する場合には、安定な共振器とするため
に、共振器を構成する面のうち、1面以上を凸球面状に
研磨しなければならない。この凸球面研磨には非常に多
くの工数を必要とし、また、1個づつ加工する必要があ
り、低いコストでの大量生産には向かない。
【0006】本発明の目的は、大量生産に適した構造の
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、2次の非線形光学結晶に波長変換のための位相整合
が可能な方位を法線とする互いに平行な2つの研磨面を
設け、前記法線を光軸とするとき、前記研磨面を設けた
うちの片面側あるいは両面側に前記研磨面と前記光軸の
交点を基点に前記光軸方向および前記光軸に直交する方
向に屈折率が連続的に変化するレンズ作用をもつ高屈折
率部分を前記非線形光学結晶の内部に設け、波長変換の
基本波の光に対して高い反射率をもつ多層膜を前記2つ
の研磨面に設けることを特徴とする。
【0008】また、本発明の波長変換素子は、2次の非
線形光学結晶に波長変換するための位相整合が可能な方
位を光路として含むリング共振器を少なくとも3面の研
磨面を設けて構成し、前記研磨面とリング共振器との光
軸の交点を基点に前記交点を含む研磨面に対する法線の
方向および前記法線に垂直な方向に連続的に屈折率が変
化するレンズ作用をもつ高屈折率部分を前記非線形光学
結晶の内部に少なくとも1ケ所設け、波長変換の基本波
となる波長の光に対して高い反射率をもつ多層膜を前記
研磨面に設けることを特徴とする。
【0009】
【作用】一般に、平面反射鏡のみで構成される共振器
は、安定領域と不安定領域の境界にある。そのため、わ
ずかな外乱により不安定になってしまう。共振器を構成
する反射鏡の内、1つ以上を凹面状に球面加工しておく
と、常に安定な共振器とする事ができる。また、平面反
射鏡のみで構成される共振器内に、レンズを挿入するこ
とにより同様の効果を得ることができる。
【0010】1つの光学結晶の互いに平行な2つの平面
で構成される直線状の共振器や、3面以上の平面でリン
グ共振器が構成されている場合、これらの共振器へはレ
ンズを挿入する事ができないために、安定な共振器には
なりえない。
【0011】古くから、2次の非線形光学結晶として波
長変換に用いられたり、また導波路型の変調器として用
いられてきた波長変換素子に、LiNbO3 がある。こ
の結晶中にチタン(Ti)などの遷移金属を熱拡散する
と屈折率が上昇する性質がある。これはチタン拡散と呼
ばれる方法である。また、この結晶を安息香酸やピロ燐
酸などの酸に浸すと結晶中のLi+ がH+ と交換され、
屈折率が上昇する性質がある。これはプロトン交換と呼
ばれるイオン交換の一種である。結晶表面に円形にチタ
ン酸を設けてチタン拡散を行ったり、円形の穴の開いた
マスクを結晶表面に設けてプロトン交換を行うことによ
り、円形の高屈折率部分を作ることができる。この高屈
折率部分は、円の中心を通る結晶表面に対する法線の方
向および法線と垂直方向に連続的に屈折率が変化する。
そのためこの高屈折率部分はレンズとして作用する。
【0012】このことを利用すると、LiNbO3 を非
線形光学結晶として用いる場合、先に述べた、1つの非
線形光学結晶を平面研磨することによって作る共振器を
安定な共振器とすることができる。共振器を構成する複
数の平面のうちの1面以上に、チタン拡散やプロトン交
換に円形のレンズ作用をもつ高屈折率部分を設ければよ
い。高屈折率部分を設ける位置は、光軸が反射面と交わ
る位置である。
【0013】LiNbO3 を例にとって作用を説明して
きたが、この結晶に限らず、その他の非線形光学結晶で
あっても、遷移金属の熱拡散や、イオン交換など結晶表
面にレンズ作用をもつ高屈折率部分を設けることが可能
な方法があれば本発明を利用できる。
【0014】
【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図1は本発明の第1の実施例を説明するための
図である。
【0015】2次の非線形光学結晶としてLiNbO3
結晶1を用いている。LiNbO3は基本波の波長が1
μm程度の光第2高調波発生(SHG)を行う場合には
基本波をY軸にそって伝搬させる90度位相整合をとる
必要がある。第1の実施例ではこのY軸とする直線状の
共振器を構成している。
【0016】図1において、LiNbO3 結晶1の左右
の面はY軸に対して共に垂直で、またお互いに平行にな
るように研磨されている。その、両面に高屈折率部分2
a、及び2bが設けられている。これらの高屈折率部分
2a,2bは、円弧上の屈折率分布をもち、また左右の
研磨面側からみると円形の屈折率分布をもっている。ま
た、その屈折率変化は連続的である。これらの高屈折率
部分2a、および2bはレンズ作用をもつ。さらにLi
NbO3 結晶1の左側には、基本波の波長に対して高反
射となる誘電体多層膜による高反射膜3が設けられてい
る。
【0017】またLiNbO3 結晶1の右側の面には基
本波の波長に対して100%に近い反射率をもつ、誘電
体多層膜による全反射膜4が設けられている。高反射膜
3、および全反射膜4の間で共振器を構成している。高
反射膜3の反射率は、非線形光学結晶として使われる結
晶の非線形光学係数や、共振器に整合するモードのビー
ム径によって最適値が異なるが、一般に95%以上にな
ることが多い。
【0018】第1の実施例では高反射膜3側と全反射膜
4側の両面に高屈折率部分を設けたが、安定な共振器を
構成できれば、高反射膜3の側あるいは全反射膜4の側
の一方にだけ高屈折率部分を設けてもよい。
【0019】図2は本発明の第2の実施例を説明するた
めの図である。非線形光学結晶にはLiNbO3 結晶5
を用いており、正三角形の板状に加工されている。正三
角形を構成する各面には、波長変換の基本波となる波長
に対して斜入射で高反射となる誘電体多層膜による高反
射膜7、同じく100%に近い反射率をもつ全反射膜8
a,8bが設けられている。これらの反射膜によってリ
ング共振器を構成している。
【0020】正三角形の底辺となっている辺は、LiN
bO3 結晶5のY軸に平行となるようにしてある。こう
することにより、リング共振器の光路のうち、高反射膜
7と全反射膜8bとの間で位相整合がとれる。平面のみ
で構成されるリング共振器は不安定になり易いので、本
実施例では、全反射膜8aを設ける前に、この面の結晶
表面に高屈折部分6を設けてある。この高屈折率部分6
の形成方法及び屈折率分布は、第1の実施例と同じで、
レンズ作用をもつ。
【0021】第2の実施例では、全反射膜8a側にのみ
高屈折率部分6を設けたが、安定な共振器を構成できる
ならば、他の1面だけ、あるいは、任意の組合せの2
面、あるいは3面とも高屈折率部分を設けても同じ効果
が得られる。また、結晶を正三角形に加工してリング共
振器を構成したが、正三角形でなくても、結晶を3面に
よってリング共振器を構成できる形状であればよい。ま
た、4面以上の面を用いてリング共振器を構成してもよ
い。
【0022】第1の実施例で示した波長変換素子は、次
の様な方法で1度に複数の素子を製造することが可能で
ある。まず、板状のY軸カットのLiNbO3 基板の片
面、あるいは両面に2次元アレイ状に複数の高屈折率部
分を設ける。両面に設ける場合、両面でそれぞれ対応す
る高屈折率部分が、基板に対する同じ法線上になければ
ならない。次に、高反射膜3と全反射膜を蒸着により設
ける。最後に、個々の素子に1組、あるいは複数組の高
屈折率部分を含むように基板を切断する。反射膜の蒸着
と基板の切断は順序が逆となってもよい。
【0023】第2の実施例で示した波長変換素子は、次
の様な方法で1度に複数の素子を製造することが可能で
ある。LiNbO3 の三角柱を切り出し、各面を研磨す
る。次に、1次元アレイ状に複数の高屈折率部分を三角
柱の側面の1つ、あるいは2つ、あるいは3つに設け
る。2つあるいは3つの面に設ける場合、各面でそれぞ
れ対応する高屈折率部分が、三角柱の軸に対して垂直な
同一面上になければならない。次に、高反射膜3と全反
射膜を蒸着により設ける。最後に、個々の素子に1組、
あるいは複数組の高屈折率部分を含むように3角柱を切
断する。反射膜の蒸着と基板の切断は順序が逆となって
もよい。
【0024】なお、第1の実施例及び第2の実施例で
は、非線形光学結晶にLiNbO3 を用いたが、レンズ
作用をもつ高屈折率部分を形成することが可能な非線形
光学結晶であればよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、非線形光
学結晶表面下にレンズ作用をもつ高屈折率部分を設ける
ことにより、変換効率を低下させることなく安定にレー
ザ光の第2高調波を発生させる波長変換素子を得ること
ができる。また、低いコストでの大量生産することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1 LiNbO3 結晶 2a,2b 高屈折率部分 3 光反射膜 4 全反射膜 5 LiNbO3 結晶 6 高屈折率部分 7 高反射膜 8a,8b 全反射膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2次の非線形光学結晶に波長変換のため
    の位相整合が可能な方位を法線とする互いに平行な2つ
    の研磨面を設け、前記法線を光軸とするとき、前記研磨
    面を設けたうちの片面側あるいは両面側に前記研磨面と
    前記光軸の交点を基点に前記光軸方向および前記光軸に
    直交する方向に屈折率が連続的に変化するレンズ作用を
    もつ高屈折率部分を前記非線形光学結晶の内部に設け、
    波長変換の基本波の光に対して高い反射率をもつ多層膜
    を前記2つの研磨面に設けることを特徴とする波長変換
    素子。
  2. 【請求項2】 2次の非線形光学結晶に波長変換するた
    めの位相整合が可能な方位を光路として含むリング共振
    器を少なくとも3面の研磨面を設けて構成し、前記研磨
    面とリング共振器との光軸の交点を基点に前記交点を含
    む研磨面に対する法線の方向および前記法線に垂直な方
    向に連続的に屈折率が変化するレンズ作用をもつ高屈折
    率部分を前記非線形光学結晶の内部に少なくとも1ケ所
    設け、波長変換の基本波となる波長の光に対して高い反
    射率をもつ多層膜を前記研磨面に設けることを特徴とす
    る波長変換素子。
JP18326792A 1992-07-10 1992-07-10 波長変換素子 Withdrawn JPH0627509A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997015863A1 (fr) * 1995-10-26 1997-05-01 Mitsubishi Cable Industries, Ltd. Appareil optique
US7051494B2 (en) 2001-04-16 2006-05-30 Tetra Laval Holdings & Finance S.A. Filling method, filling machine and packaging material therefor
JP2023503782A (ja) * 2019-09-30 2023-02-01 ジーエム クルーズ ホールディングス エルエルシー 局所的イオン注入空隙を有する光共振器

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Effective date: 19991005