JPS63269132A - 光集積回路 - Google Patents

光集積回路

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JPS63269132A
JPS63269132A JP62105111A JP10511187A JPS63269132A JP S63269132 A JPS63269132 A JP S63269132A JP 62105111 A JP62105111 A JP 62105111A JP 10511187 A JP10511187 A JP 10511187A JP S63269132 A JPS63269132 A JP S63269132A
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JP
Japan
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optical waveguide
light
optical
wavelength
integrated circuit
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Application number
JP62105111A
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English (en)
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Hiroaki Yamamoto
博明 山本
Yoshikazu Hori
義和 堀
Akimoto Serizawa
晧元 芹澤
Rei Otsuka
玲 大塚
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/377Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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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    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
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    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL 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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    • G02F2201/30Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
    • G02F2201/302Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating grating coupler

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  • Nonlinear Science (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光を異なった波長の光に変換する波長変換機能
を有する光集積回路に関するものであり、特に光ディス
ク等への情報の書き込み消去等に用いる光ピツクアップ
用の短波長レーザ光源に利用できる光集積回路に関する
ものである。
従来の技術 近年、光情報処理等の重要性が高まってきており、波長
変換機能を有する光集積回路等の開発が期待されている
。特に光ディスク等用いられる光ピツクアップ等には、
記録密度の向上の期待される短波長レーザ光源が要求さ
れており、特に高性能な第二次高調波発生素子の開発が
期待されている。(輻射科学研究会資料R886−21
)既に光導波路を用いた高効率な第二次高調波発生素子
等の開発が行われているが、第二次高調波がチェレンコ
フ放射により発生するので、第二次高調波の光の波面が
歪んでおり、そのために通常の光学レンズ系で光デイス
ク上に集光する事は困難であり光ピツクアップに応用す
る事は困難である。
第5図に、従来の光導波路を用いた第二次高調波発生素
子の構造を示す。51はニオブ酸リチウム基板であり、
52はプロトン交換光導波路である。光導波路52へ入
射する第一次のレーザ光53は、光導波路52の非線形
光学効果により半波長の第2次高調波に変換されチェレ
ンコフ放射により基板内へ一定の角度で放射される。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら光導波路を伝搬する一次光は伝搬と共に徐
々に第二次高調波のレーザ光に変換されてい(ために、
光強度が減衰してゆき、その結果第二次高調波の光強度
も徐々に減衰する。また第二次高調波が光導波路全体か
ら一定角度で放射されるために出射端面に於いては第二
次高調波出射光強度分布が55に示すごとく縦方向に非
対称となる。従ってまた出射端面におけるニアフィール
ドパターンは円形から大きくかけはなれた三日月型に近
い形状となり、レンズ系で絞る時には大きな非点収差を
持つ事になる。したがって、この素子を光ピツクアップ
等に応用する場合レーザ光をディスク上に絞る場合には
通常のレンズ系では1μm以下のスポット径に絞ること
は不可能であり複雑な光学系が必要となり、技術的に困
難であるのみならず、非球面レンズ等の高価な光学系と
精密な光軸合わせの技術が必要となる。
本発明は、このような問題を解決し、第二次高調波発生
等の波長変換機能を有する高い性能な光集積回路を実現
するものであり、放射光の波面の一様な非点収差の小さ
い短波長レーザ光源用の光集積回路を提供するものであ
る。
問題点を解決するための手段 本発明は ■基板に複数の光導波路を含んで形成される光集積回路
で、前記複数の光導波路のうち少な(とも一つの光導波
路は伝搬する第一次の光の波長を変換しかつ波長変換さ
れた第二次の該光を該光導波路の外部に放射し得る非線
形効果を有する第一の光導波路であり、かつ複数の光導
波路のうち少なくとも一つ以上が前記波長変換された第
二次の光と結合し、該光を導波光として伝搬する第二の
に光導波路である事を特徴とする光集積回路である。
さらに、本発明は次に示す態様をもつことを可能とする
■前記第一の非線形光導波路と前記第二次の波長変換さ
れた光が伝搬する第二の光導波路が互いに対をなして近
接して配置されている。
■前記第一の非線形光導波路が前記基板の第一の面の近
傍に形成され、また第一の非線形光導波路において波長
変換された光が前記基板内に放射され、かつ第二の光導
波路が前記基板の第二の面の近傍に形成されている。
■前記の第一もしくは第二の光導波路が基板の表面近傍
に形成され、かつ第一もしくは第二の光導波路上にバッ
ファ層を介して第二のもしくは第一の光導波路が形成さ
れている。
■前記第二の光導波路の一部に光の伝搬方向に対して実
効的に周期的な屈折率分布が存在するグレーティングが
形成され、グレーティグの回折効果により前記波長変換
され放射される第二次の光が第二の光導波路の導波光が
結合されている。
■前記グレーティングがブレーズグレーティングである
事を特徴とする。
■前記波長変換された光が伝搬する第二の光導波路が単
一モード三次元光導波路である。
■前記波長変換された光が伝搬する第二の光導波路が二
次元光導波路である。
■前記波長変換された第二次の光を伝搬する第二の二次
元光導波路の一部に、伝搬する該第二次の光を該第二の
光導波路の外部に放射せしめるグレーティングが形成さ
れている。
[相]前記第一の非線形光導波路が第二次高調波を発生
する光導波路である。
■前記第一の非線形光導波路がニオブ酸リチウムを主成
分とする光導波路である。
作用 本発明は非線形光導波路を導波して、非線形光学効果に
より波長変換され、チェレンコフ放射により基板内へ一
定の角度で放射する光が他の光導波路と結合する時光導
波路内に於いてその電界分布がガウス分布となって伝搬
するために端面もしくはグレーティングカプラにより出
射される光の波面が揃っており、通常のレンズ系等を用
いる事により容易に集光できる事を利用するものである
実施例 以下、本発明を実施例をもとに説明する。
第1図は本発明の第一の実施例の波長変種能を具備した
光集積回路の概略構成を示すものである。第1図におい
て、1はニオブ酸リチウム基板、2はプロトン交換によ
り形成された第二次高調波発生光導波路、3は同じくプ
ロトン交換法により形成され 第二次高調波に対して単
一モードを伝搬する三次元光導波路、4はブレーズグレ
ーティングである。
以下、本実施例の動作原理について第2図の断面図をも
とに説明する。第二次高調波発生光導波路2に半導体レ
ーザの波長0.8μmの光5が入射すると、このレーザ
光は光導波路2を導波すると共に波長0.4μmの第二
次高調波を発生し、チェレンコフ放射により基板内へ一
定の角度に基板放射光6として放射する。この基板放射
光6は単一モード三次元光導波路3に形成されたブレー
ズグレーティング4へ入射し回折効果によりプロトン交
換単一モード三次元光導波路3と結合し、導波光7とし
て伝搬する。この導波光7はさらに該三次元光導波路3
の端面で外部へ放射光8として放射される。この導波路
は既に記した様に単一モード三次元光導波路であるから
その端面での光強度の空間分布形状は円に近い形状にな
っているのでレンズ系で集光する際の非点収差は小さく
なっている。その結果レンズで絞った時の集光スポット
径は約0.5μmでありほぼ回折限界であった。以上の
ようにして非点収差の小さく、短波長光源としての特長
を発揮することのできる高性能の波長変換装置を構成す
ることができた。
以上の実施例では第二次高調波を伝搬する光導波路が三
次元のシングルモード導波路である場合を示したが、二
次元のスラブ導波路を用いることにより新たな効果をも
たらすことができる。
第3図に二次元のスラブ導波路を用いた場合の実施例を
示す。31は半導体レーザ、32はニオブ酸リチウム基
板、33は基板の片面にイオン交換にて形成された三次
元の非線形光導波路、34は非線形光導波路33から放
射される発散性の第二次高調波を下記の光導波路35に
結合させるためのフォー力ッシンググレーティングカブ
ラ。35は基板の裏面に形成されたスラブ導波路である
。また36は第二次高調波を空間中に放射して光ディス
ク等の表面に集光させるためのフォー力ッシンググレー
ティングカブラである。半導体レーザ31から出射され
た約0.8μmの光が33の光導波路を伝搬するととも
に約0.4μmのレーザ光に変換され、その光が35の
光導波路を伝搬し36のフォー力ッシンググレーティン
グカブラにより空間中に放射され光ディスク等の表面に
集光される。この構成により短波長の光集積化ピックア
ップを容易に実現すること°ができる。
第二の実施例ではグレーティングカブラとして集光機能
を有するフォー力ッシンググレーティングカブラを用い
ているが平行グレーティングを用いて平行ビームとして
空間に放出し、レンズレンズ系で集光させることも可能
である。
第−及び第二の実施例においてはニオブ酸リチウムの基
板を用いイオン拡散することにより導波路を形成してい
るが基板が第二次高調波に対して透明であればこれに限
定されるものではない。また非線形光導波路もニオブ酸
リチウムのイオン交換導波路に限られずタンタル酸リチ
ウム等の酸化物、■−V族化合物或はII−Vl化合物
等非線形効果を有する媒体により形成された光導波路を
用いることも可能である。更に第二次高調波を伝搬する
光導波路は、第二次高調波に対して透明であればいかな
る媒体で形成されていても差し支えない。
また、非線形光導波路と第二次高調波を伝搬する光導波
路は必ずしも基板の両面に形成されている必要はな(、
両者が近接されて配置されていてもよい。この場合の第
三の実施例を第4図を用いて説明する。41はGaAs
基板、42はZnS層、43はZ n S / Z n
 S eの超格子構造の非線形光導波路、44はZn5
eS固溶対層、45はSin”クラッド層、46はSi
N光導波層、47は周期的構造の形成された5in2ク
ラッド層である。また48はAlGaAsを活性層とす
る波長的0.8μm帯の半導体レーザであり上記の光導
波路とモノリシックに形成されている。半導体レーザか
ら出射される光は43の非線形光導波路を伝搬し、波長
変換された波長0.4μmの光がその上に形成された光
導波路に同様の原理で結合され46の光導波路を伝搬し
、端面49がら放射される。一方端面50からは波長変
換により多少減衰された光が放射される。この構成によ
れば、三波長のレーザ光源が容易に形成され、光ディス
クの情報の記録及び消去を同時に実現可能な光ピツクア
ップ用の光源として期待される。
本実施例ではAlGaAsを活性層とする波長的0.8
μm帯の半導体レーザを用いているが、これに限られず
0.6μm帯のAlGa1nP系の半導体レーザであれ
ば、0.3μm帯の光源としても用いることができるの
で、更にその効果は大きい。また本実施例では半導体レ
ーザがモノリシック一体化されているが、前記実施例1
および2のようにハイブリッド構成でも何ら問題ない。
発明の詳細 な説明したように、本発明によれば非点収差の小さく、
簡単な光学系で集光可能な波長変換機能を持つ光集積回
路を提供することができ、例えば短波長の光ピツクアッ
プ用の素子としてその実6用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の光集積回路の要部概略
斜視図、第2図は第1図の断面図、第3図は本発明の第
二の実施例の光集積回路の概略斜視図、第4図は本発明
の第三の実施例の同概略断釦図、第5図は従来の波長変
換素子の概略斜視図である。 1・・・ニオブ酸リチウム基板、2・・・プロトン交換
第二次高調波発生光導波路、3・・・プロトン交換単一
モード三次元光導波路、4・・・ブレーズグレーティン
グ、5・・・入力レーザ光、6・・・基板放射光、7・
・・導波光、8・・・放射光、31・・・半導体レーザ
、32・・・ニオブ酸リチウム基板、33・・・イオン
交換三次元非線形光導波路、34・・・フォー力ッシン
ググレーティングカブラ、35スラブ導波路、36・・
・フォー力ッシンググレーティングカプラ、41・・・
GaAS基板、42・−・ZnS層、43・・・Z n
 S / Z n S eの超格子構造非線形光導波路
、44・・・Zn5eS固溶対層、45・・・5in2
クラッド層、46@・・SiN光導波層、47・・・S
in”クラッド層、48・・・半導体レーザ。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名第2図 5光    6基扶農#光

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板に複数の光導波路を含んで形成され、前記複
    数の光導波路のうち少なくとも一つの光導波路は伝搬す
    る第一次の光の波長を変換しかつ波長変換された第二次
    の光を前記光導波路の外部に放射し得る非線形効果を有
    する第一の光導波路であり、かつ複数の光導波路のうち
    少なくとも一つ以上が前記波長変換された第二次の光と
    結合し、前記光を導波光として伝搬する第二の光導波路
    である事を特徴とする光集積回路。
  2. (2)第一の非線形光導波路と前記第二次の波長変換さ
    れた光が伝搬する第二の光導波路が互いに対をなして近
    接して配置されている事を特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の光集積回路。
  3. (3)第一の非線形光導波路が前記基板の第一の面の近
    傍に形成され、また第一の非線形光導波路において波長
    変換された光が前記基板内に放射され、かつ第二の光導
    波路が前記基板の第二の面の近傍に形成されている事を
    特徴とする特許請求の範囲第2項記載の光集積回路。
  4. (4)第一もしくは第二の光導波路が基板の表面近傍に
    形成され、かつ第一もしくは第二の光導波路上にバッフ
    ァ層を介して第二のもしくは第一の光導波路が形成され
    ている事を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の光集
    積回路
  5. (5)第二の光導波路の一部に光の伝搬方向に対して実
    効的に周期的な屈折率分布が存在するグレーティングが
    形成され、グレーティグの回折効果により前記波長変換
    され放射される第二次の光が第二の光導波路の導波光が
    結合されている事を特徴とする特許請求の範囲第1項か
    ら第4項のいずれかに記載の光集積回路。
  6. (6)グレーティングがブレーズグレーティングである
    事を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の光集積回路
  7. (7)波長変換された光が伝搬する第二の光導波路が単
    一モード三次元光導波路である事を特徴とする特許請求
    の範囲第1項から第6項のいずれかに記載の光集積回路
  8. (8)波長変換された光が伝搬する第二の光導波路が二
    次元光導波路である事を特徴とする特許請求の範囲第1
    項から第6項のいずれかに記載の光集積回路。
  9. (9)波長変換された第二次の光を伝搬する第二の二次
    元光導波路の一部に、伝搬する該第二次の光を該第二の
    光導波路の外部に放射せしめるグレーティングが形成さ
    れている事を特徴とするに特許請求の範囲第8項記載の
    光集積回路。
  10. (10)第一の非線形光導波路が第二次高調波を発生す
    る光導波路である事を特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の光集積回路。
  11. (11)第一の非線形光導波路がニオブ酸リチウムを主
    成分とする光導波路である事を特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の光集積回路。
JP62105111A 1987-04-28 1987-04-28 光集積回路 Pending JPS63269132A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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