JPH07181533A - 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
- JPH07181533A JPH07181533A JP11130291A JP11130291A JPH07181533A JP H07181533 A JPH07181533 A JP H07181533A JP 11130291 A JP11130291 A JP 11130291A JP 11130291 A JP11130291 A JP 11130291A JP H07181533 A JPH07181533 A JP H07181533A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- waveguide
- wavelength conversion
- conversion element
- fundamental wave
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
に変換する。 【構成】非線形光学結晶1の表面に基本波によって励起
される2次分極波の電界の位相が結晶基板とは反転する
層2を表面に形成し、該表面に基本波に対する導波路3
を形成する。これによって、基本波によって励起される
2次分極波の回折の主方向と、基本波とSHG光との位
相整合条件を満たしているチェレンコフ角と一致させる
ことができ、高効率のチェレンコフ放射型の波長変換素
子が得られる。
Description
小型光源の実現を可能にする、半導体レーザ用波長変換
素子に関する。
(SHG)素子は、エキシマレーザなどでは得にくいコ
ヒーレントな短波長光を得るデバイスとして産業上極め
て重要である。
ト光を発振する光源として各種の光通信機器や光情報機
器に使用されている。現在この半導体レーザから得られ
る光の波長は0.63μm〜1.55μmの赤色から近
赤外領域の波長である。この半導体レーザをディスプレ
イ等、さらに広く機器に応用するために、緑色,青色
等、より短波長の光が求められているが、現在の技術で
はこの種の半導体レーザをにわかに実現するのは難し
い。半導体レーザの出力程度でも効率よく波長変換でき
る波長変換素子が実現できるとその効果は甚大である。
従来にも増して高出力の特性が得られるようになってき
た。このため、光導波路型のSHG素子を構成すれば、
光の回折によるエネルギ密度の減少を回避でき、半導体
レーザ程度の光強度でも、比較的高い変換高率で波長変
換素子を実現できる可能性がある。その様な例として、
ニオブ酸リチウム結晶に光導波路を形成し、この光導波
路に近赤外光を透過し、これから結晶基板中に放射(チ
ェレンコフ輻射)される第2次高調波を得る方式のSH
G素子の発明がある(特開昭60−14222,特開昭
61−94031)。この方式のSHG素子は、基板波
とSHG波との位相整合条件が自動的に取れているた
め、精密な温度調節が必要ないという特長を持つ。しか
しながら、導波光である基本波と放射光であるSHG光
とは電磁界分布が大幅に異なるため、基本波からSHG
光への変換効率が低く、半導体レーザの出力レベル(最
大百mW程度)では0.2%程度と実用的ではない。
への変換の効率に寄与する因子としては、非線形光学定
数の大小および位相整合がとれていることは勿論である
が、上で述べた基本波とSHG放射光ととの電磁界分布
の整合がもうひとつ重要である。これを詳しく分析すれ
ば、導波路を伝わる基本波は、非線形光学定数を介し
て、基本波の界分布に対応した分布の、2倍の周波数の
分極波を生成する。この分極波の回折パターンの主峰の
方向と基本波の位相速度(屈折率)と合致する方向とが
等しい時に、その方向へ分極波が加算的に累積され、効
率の良いSHG光が放射される。
μmの場合で、チェレンコフ放射角は16.2度と報告
されている。一方、導波路を導かれている基本波のモー
ド分布は、直径2μm程度のガウス分布と近似され、発
生する2次分極波の分布もこれと等しい。この分極波の
回折パターンはエアリ回折パターンで大まかではあるが
近似され、導波路進行方向が最大で、基板深さ斜め方向
の角度には急激に強度を低下させる。直径2μmの分極
波のエアリ回折像の最初の強度0となる角度は7度程度
であり、上記のチェレンコフ放射角16.2度はその外
であるため、分極波の強度は極めて小さい。上記の従来
例の効率の悪さはここで述べたように概略解釈できる。
レンコフ放射角とを等しくできれば、効率の高い導波路
型波長変換素子が構成できる。2つの角度を合わせる考
え方は2つ可能である。
の従来の導波型SHG素子の持つ変換効率が低いという
難点を取り除き、しかも位相整合条件がゆるいという特
長を持つ構造の導波路型波長変換素子を提供することに
ある。
る2次分極波の電界の位相が結晶基板とは反転する層を
基板表面に形成し、該層表面に基本波に対する導波路を
形成することによって、高効率で安定な導波路型波長変
換素子が得られる。
細に説明する。
長変換素子の構造を示す図である。1は有効な2次非線
形光学材料であるタンタル酸リチウム(LiTaO3 )
結晶板であり、基板方位はz板(すなわち、基板に立て
た法線はz軸)である。この結晶の表面層2は後に述べ
る方法によって自発分極の方向が反転させてある。さら
に、この表面層2の上には、簡便な導波路構造の一つで
ある装荷型の導波路を形成するように、基板であるタン
タル酸リチウムより、基本波の波長において屈折率が高
い誘電体、例えば酸化チタン(TiO2 )の膜3がチャ
ンネル状に設けられてある。基本波の光源である半導体
レーザ10は、基本波を効率よく前記の装荷型の導波路
3にTM波として注入されるようにタンタル酸リチウム
結晶板端面に近接して置かれてある。基本波は、装荷型
の導波路に導かれて行くうちに、効率よくSHG放射光
6を基板中に放出する。本発明では、タンタル酸リチウ
ム結晶板の表面に自発分極反転層2を設けてある。この
ために、分極波の主回折方向とチェレンコフ角(位相整
合角)とが等しくなり、基本波からSHG光への変換効
率がきわめて高い。この関係を図2を用いて説明する。
沿った断面図を示す。分極反転層2の自発分極8の方向
は、基板の自発分極7とは方向を反転させてあり、その
厚さをここでは0.4μm程度としてある。TiO2 装
荷膜導波路3によって導波される基本波TM波の電界分
布4は分極反転層2とタンタル酸リチウム結晶板(基
板)1の間では屈折率の違いが無いために分極反転層2
の有無に関わりなく最低次のモード分布を示す。この基
本波によって非線形光学定数d33を介して発生する2次
分極波の電界分布5は、基板と分極反転層とで自発分極
の方向が反対であるため、分極反転層2内と基板1内と
では極性が反転している。回折光学の分野で知られてい
るように、幅aで上下に2分され、位相が反転した開口
からのフラウンホーフェル回折パターンの強度Iは、 I=Sin2 (aR/2)/aR/2 で与えられ、強度Iが最大となるaRm は2.35程度
である。このRm の値から計算される強度最大の回折方
向の角度θm は、θm =2.35λ/(2πan)で与
えられる。ここでλは分極波の波長、nはこの波長にお
ける結晶の屈折率である。波長0.42μm、この波長
でのLiTaO3 結晶の屈折率ne =2.267を用い
ると、回折最大方向の角度θm は10度程度となる。
=10度となる基本波の導波路透過屈折率の大きさは
2.232となり、この大きさは、TiO2 の厚さを
0.2μm程度装荷することによって得ることが出来
る。
選ぶことによって、チェレンコフ角と回折強度最大の方
向を一致させることが出来るため、効率の高いSHG波
のチェレンコフ放射が得られる。
を介した同じ変更の間の波長変換の場合を述べた。例え
ば、LiNbO3 結晶の場合のように含屈折が大きい場
合、基本波をEy (またはEx )、SHG波をEZ のよ
うに、直交する変更間での変換の場合にも適用できる。
すなわち、分極反転層の厚さを選んで回折角を定め、こ
れに合わせるように装荷誘電体の厚さを選んでチェレン
コフ角を調整すればよい。
転した層を基板表面に有することである。タンタル酸リ
チウムやニオブ酸リチウムの表面に自発分極の反転した
層を設ける方法は、中村,安藤,細矢,清水の共著の論
文「プロトン交換を利用したLiTaO3 板の分極反転
層の形成」(電気通信学会、技術報告書、US87−3
7、1987年)や、同じく中村、安藤、清水の共著の
論文「LiNbO3 端結晶における分極反転層の形成と
その圧電振動子への応用」(電気通信学界、技術報告
書、US86−18、1986年)に詳しく述べられて
いるように、通常に利用できる方法である。
の位相の反転する表面層を設けることがポイントであ
る。従って、上の説明では強誘電体の結晶を用い、自発
分極を反転させる場合の実施例を述べたが、強誘電体で
あることや、結晶軸の反転は必ずしも必要な条件ではな
く、必要なのは、関与する非線形光学定数の符号が表面
層と基板とで異符号であることである。従って、例え
ば、無機や有機の非線形光学結晶の上に、関与する非線
形光学定数の符号が異なり、基本波の波長に追て屈折率
が基板とする結晶より屈折率が大きい別なる無機や有機
の非線形結晶膜を形成できれば同じように機能を満たす
ことが出来る。
率でしかも安定な導波路型波長変換素子が得られる。
造を説明する斜視図。
Claims (1)
- 【請求項1】 基本波によって励起される2次分極波の
電界の位相が結晶基板とは反転する層を基板表面に形成
し、該層表面に基本波に対する導波路を形成したことを
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 |
---|---|---|---|
JP11130291A JP2982366B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 導波路型波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130291A JP2982366B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 導波路型波長変換素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07181533A true JPH07181533A (ja) | 1995-07-21 |
JP2982366B2 JP2982366B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=14557780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11130291A Expired - Fee Related JP2982366B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 導波路型波長変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2982366B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010256502A (ja) * | 2009-04-22 | 2010-11-11 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 波長分離導波路及びそれを用いた波長変換素子 |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP11130291A patent/JP2982366B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010256502A (ja) * | 2009-04-22 | 2010-11-11 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 波長分離導波路及びそれを用いた波長変換素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2982366B2 (ja) | 1999-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5640405A (en) | Multi quasi phase matched interactions in a non-linear crystal | |
US5838702A (en) | Method of electrically controlling regions of ferroelectric polarization domains in solid state bodies | |
JPH05333395A (ja) | 光波長変換装置 | |
KR0174775B1 (ko) | 파장변환 도파로형 레이저 장치 | |
US5205904A (en) | Method to fabricate frequency doubler devices | |
US7911683B2 (en) | Harmonic generator | |
JP2982366B2 (ja) | 導波路型波長変換素子 | |
JP3296500B2 (ja) | 波長変換素子およびその製造方法 | |
JP2643735B2 (ja) | 波長変換素子 | |
JPH05341344A (ja) | 波長変換素子 | |
JPH0651359A (ja) | 波長変換素子、短波長レーザ装置および波長可変レーザ装置 | |
JP2718259B2 (ja) | 短波長レーザ光源 | |
JP2921208B2 (ja) | 波長変換素子および短波長レーザ光源 | |
JP3049986B2 (ja) | 光波長変換素子 | |
JP2658381B2 (ja) | 導波路型波長変換素子 | |
JPH06265951A (ja) | 光波長変換装置 | |
JP2666540B2 (ja) | 導波路型波長変換素子 | |
JP2738155B2 (ja) | 導波路型波長変換素子 | |
JPH04296731A (ja) | 短波長レーザ光源 | |
JP2822807B2 (ja) | 波長変換素子 | |
JPH0262522A (ja) | 導波路型波長変換素子 | |
JP3526155B2 (ja) | 導波路型光変調素子 | |
JPH07261211A (ja) | 第二高調波発生素子 | |
JPH0331828A (ja) | 波長変換素子 | |
JPH10301154A (ja) | 光第2高調波発生素子及びそれを用いた光デバイス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990824 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100924 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |