JP2000314903A

JP2000314903A - 光波長変換モジュールの作製方法及び光波長変換モジュール

Info

Publication number: JP2000314903A
Application number: JP11122603A
Authority: JP
Inventors: Masami Hatori; 正美羽鳥
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ＥＯＭと、ＳＨＧとの各々の性能を十分に発
揮でき、容易に高い波長変換効率を得る。【解決手段】レーザビームを出射するＬＤ素子３２
と、電極を備えたＥＯＭ素子３４と、周期ドメイン反転
構造が形成された第２高調波発生器であるＳＨＧ素子３
６の各々のデバイスを個別に作製する。ＬＤ素子３２に
ＥＯＭ素子３４を直接結合し、予め測定した所望のＥＯ
Ｍ素子３４の特性となることを確認した後に、その結合
したブロックにさらにＳＨＧ素子３６を直接結合によ
り、光結合を行って、所望の機能を有する一体の光波長
変換モジュール３０を得る。ＬＤ素子３２とＥＯＭ素子
３４とのブロックはＳＨＧ素子３６と結合する。個別の
素子で十分な特性を得ることができ、全体としては歩留
まりが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長変換モジュ
ールの作製方法及び光波長変換モジュールにかかり、特
に、基本波を波長変換する光波長変換モジュールの作製
方法及び光波長変換モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】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領域を設けた光
波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波長変換
する方法が既にBleombergen等によって提案されている
（Phys.Rev.,vol.１２７,No.６,１９１８(１９６２)参
照）。この方法では、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 β（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（い
わゆる疑似位相整合）を取ることができる。このような
周期ドメイン反転構造を、非線形光学材料からなる光導
波路を導波させた基本波を波長変換する光導波路型の光
波長変換素子に形成して、効率良く位相整合を取る試み
もなされている。

【０００３】一例として、波長変換素子と電気光学変調
器とをモノシリックに集積化した光学素子が知られてい
る（特開平４−３３３８３５号公報参照）。この技術で
は、図１１及び図１２に示すように、光学素子１００と
して、基板上に導波路１０２、１０４が形成され、電極
１２０、１２２を備えたＥＯＭ部（電気光学変調器）１
１４と、周期ドメイン反転構造が形成されたＳＨＧ部
（波長変換器）１１６とから構成されている。周期ドメ
イン反転構造は、クロスポート１０８またはバーポート
１１０の何れかに形成される。周期ドメイン反転構造が
形成されたポートを通過する波長λの光は波長λ／２の
光に変換されて出力される。図１１及び図１２の例で
は、導波路１０２側のバーポート１０６に周期ドメイン
反転構造が形成されている。

【０００４】上記光学素子１００において、波長λの光
を光導波路１０２に入力する場合、電極１２０、１２２
に電圧を印加しないとき、入力された殆どの光はクロス
ポート１０８に乗り移り、バーポート１０６には光が導
波されない。このとき、電極１２０、１２２に電圧を印
加すると、その印加した電圧に応じてクロスポート１０
８に乗り移る光量は減少してバーポート１０６に光が出
力される。このようにして光変調を行うと共に、波長変
換を可能としている。

【０００５】上記波長変換を効率的に行うため、Ｚカッ
ト基板を用いた技術が知られており、上記の技術では、
光学素子として、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等のＺカッ
トの基板を用いている。図１３及び図１４に示すよう
に、電圧印加法では、周期ドメイン反転を形成した場
合、Ｚ軸に沿って反転領域は延びる性質があるため、Ｚ
カット基板を用いた場合、深い周期ドメイン反転構造が
形成できる。従って、光学素子１３０に周期ドメイン反
転構造を形成し、周期ドメイン反転構造が形成されてい
る領域であれば、そこに光導波路１３２を形成すること
によって、高効率な波長変換を行うことができる。

【０００６】しかしながら、Ｚカット基板を用いると、
ドメイン反転構造が深く形成できるものの、光源として
半導体レーザを用いた場合には、基本波の入射光学系が
複雑になったり、焦電効果やバッファ層の屈折率の微妙
な揺らぎ等の要因で電気光学変調器において高い消光比
が得られなかったりする問題があった。

【０００７】このような周期ドメイン反転構造を形成し
た光導波路型の光波長変換素子について説明する。周期
ドメイン反転構造を形成した光導波路型の光波長変換素
子は、基板の自発分極の向きの点から２つのタイプに大
別されている。一方のタイプの光波長変換素子は図１５
に示すように、一つの基板表面２ａ（それに沿って光導
波路１が延びる基板表面）に対して、矢印Ｐで示す基板
２の自発分極の向きが垂直になっているものであり、別
タイプの光波長変換素子は図１６に示すように、上記基
板表面２ａに対して基板２の自発分極の向きが平行にな
っているものである。

【０００８】図１５に示すタイプの光波長変換素子は、
例えば上記の特開平５−２９２０７号等に示されている
ものであり、ドメイン反転部を基板表面から十分に深く
形成できる反面、半導体レーザと組み合わせて用いる場
合には基本波の入射光学系が複雑化する。詳細には、図
１５の構成において、導波光のビームパターンは図中Ａ
で示すように、矢印Ｒで示す偏光ベクトルの向きに平行
な方向のビーム径が小さく、それに直角な方向のビーム
径が大きいものとなる。またこのとき、偏光ベクトルの
向きは基板２の自発分極の向き（一般にＬｉＮｂＯ₃等
の強誘電体において、自発分極の向きはＺ軸と平行であ
る）と一致し、導波モードはＴＭモードとなる。一方、
半導体レーザ３から出射したレーザビーム４のビームパ
ターンは、図中Ｂに示すように、矢印Ｑで示す偏光ベク
トルの向きに平行な方向のビーム径が大きく、それに直
角な方向のビーム径が小さいものとなる。

【０００９】そこで、半導体レーザ３から出射したレー
ザビーム４を光導波路１に入力させるためにそれぞれの
偏光方向を合わせるとビーム形状がミスマッチし、レー
ザビーム４を効率良く光導波路１に入力させることがで
きない。そうであると、第２高調波の強度が小さいもの
となる。

【００１０】そこで、レーザビーム４のビームパターン
はそのままにしてその偏光方向を９０°回転させるため
に、コリメーターレンズ５と集光レンズ６との間にλ／
２板７を配してなる複雑な基本波入射光学系が必要とな
る。

【００１１】これに対して、図１６に示すタイプの光波
長変換素子の場合は、上記λ／２板７を配さない状態で
レーザビーム４の直線偏光方向と基板２のＺ軸方向とが
一致するので、複雑な基本波入射光学系は不要で、また
半導体レーザ３を光導波路１の端面に直接結合すること
も可能となる。なお、このときの導波モードはＴＥモー
ドとなる。

【００１２】しかしながら、図１６に示すタイプの光波
長変換素子は、ドメイン反転部８を基板表面２ａから十
分に深く形成することができない。詳細には、図１７に
おいて、Ｄはドメイン反転部８を形成するための電極を
示している。また、ドメイン反転部８の並び方向および
基板２の厚さ方向は、それぞれ基板のＸ軸方向およびＹ
軸方向である。波長変換する基本波の実際的な波長を考
慮すると、図中ａで示すドメイン反転部８の周期は数μ
ｍ程度となる。これを便宜的に５μｍとすると、最大波
長変換効率を得るためにドメイン反転部８の幅と非反転
部の幅との比を１：１にするためには、ドメイン反転部
８の幅（図中のｂ寸法）は２.５μｍとなる。電極Ｄを
現在の一般的なプロセスで作成する場合、図中ｃで示す
電極線幅を０.５μｍよりも細くするのは困難であり、
ｃ＝０.５μｍとすると、電極Ｄからドメイン反転部８
の並び方向にｄ＝１μｍだけドメイン反転部８を成長さ
せれば、ドメイン反転部８の幅が２.５μｍとなる。

【００１３】ドメイン反転領域の成長速度は、基板２の
自発分極の向きに沿った方向では大きく、自発分極の向
きと垂直な方向（つまりＸ軸方向およびＹ軸方向）では
小さくなっており、また、ドメイン反転領域のＸ軸方向
およびＹ軸方向の成長速度は同じである。したがって、
上述のようにしてドメイン反転部８の幅を２.５μｍと
すると、その深さ（Ｙ軸方向の寸法）は１μｍ程度とな
ってしまう。

【００１４】以上のような理由により、本タイプの従来
の光波長変換素子においては、ドメイン反転部の深さが
導波光の界分布よりも浅い１μｍ程度にとどまってお
り、そのため、ドメイン反転部と導波光の界分布との空
間的な重なりが小さくて波長変換効率が低いものであっ
た。

【００１５】この問題を解決するために、図１８及び図
１９に示すように、周期ドメイン反転を、Ｚ軸に沿って
所定角度傾いた角度で反転領域を形成させる、すなわち
Ｚ軸を基板の厚み方向に傾けた基板を用いる技術が知ら
れている（特開平１０−１６１１６５号公報参照）。こ
の技術では、波長変換部において高効率な波長変換と共
にＥＯＭ部での高い消光比との双方を可能としている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明した従来のものでは、ＥＯＭ部と、ＳＨＧ部とを、同
一の基板上に形成（集積化）するので、ＥＯＭ部及びＳ
ＨＧ部の双方の性能が同時に良好でかつ十分なものとし
なければならない。すなわち、ＥＯＭ部及びＳＨＧ部の
何れか一方の性能が不充分なものであるときには、素子
全体としての性能が不充分となる。

【００１７】本発明は、上記事実を考慮して、ＥＯＭ部
と、ＳＨＧ部との各々の性能を十分に発揮でき、容易に
高い波長変換効率を得ることができる光波長変換モジュ
ールの作製方法及び光波長変換モジュールを得ることが
目的である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光波長変換モジュールの作製方法は、非線形
光学効果を有する強誘電体結晶による光学変調用の基板
に入射光を伝播する少なくとも１本の光導波路を形成
し、前記光導波路に電圧を印加するための電極を前記基
板表面に形成した電気光学変調手段と、非線形光学効果
を有する強誘電体結晶による波長変換用の基板に入射光
を伝播する少なくとも１つの光導波路を形成し、前記光
導波路に基板の自発分極の向きが反転されると共に導波
方向に周期的に形成されたドメイン反転部を形成した光
波長変換手段と、を各々独立して形成する。そして、前
記電気光学変調手段の少なくとも１つの導波路と前記光
波長変換手段の少なくとも１つの導波路とが導波光を伝
播可能となるように、前記電気光学変調手段及び光波長
変換手段を接合する。

【００１９】電気光学変調手段の光導波路には光ビーム
が伝播されるが、電極に電流を注入（電圧印加）するこ
とにより、屈折率変化を伴う電気光学効果によって、伝
播される光ビームが変調される。本発明では、電気光学
変調手段が独立して作製できる。従って、電気光学変調
手段における効率のみを考慮して高い性能の電気光学変
調手段を単体で作製できる。

【００２０】光波長変換手段の光導波路には、基板の自
発分極の向きが反転されかつ導波方向に周期的なドメイ
ン反転部が形成される。これにより、光導波路において
ドメイン反転部の並び方向に導波する基本波を波長変換
できる。本発明では、光波長変換手段を独立して作製で
きる。従って、光波長変換手段における効率のみを考慮
して高い性能の光波長変換手段を単体で作製できる。

【００２１】そして、電気光学変調手段の少なくとも１
つの導波路と光波長変換手段の少なくとも１つの導波路
とが導波光を伝播可能となるように、電気光学変調手段
及び光波長変換手段を接合する。例えば、電気光学変調
手段において変調される光ビームの変調効率が高い１つ
の導波路と、光波長変換手段において波長変換される光
ビームの変換効率が高い１つの導波路とを接合する。こ
れによって、電気光学変調手段及び光波長変換手段の各
々の効率が最大限に引き出された光波長変換モジュール
を作製できる。

【００２２】前記電気光学変調手段の光導波路には光ビ
ームを入射させる必要があるが、この場合、光ビームを
出射する半導体レーザをさらに備えることで達成でき
る。従って、光波長変換モジュールを作製するときに、
電気光学変調手段の光導波路へ光ビームが入射されるよ
うに半導体レーザを接合すればよい。この接合には、電
気光学変調手段と半導体レーザとを直接接合したり、光
ファイバを介して接合したりすることができる。このよ
うにすることによって、半導体レーザから出射された光
ビームは電気光学変調手段において変調され、この変調
された光ビームを基本波として光波長変換手段において
波長変換できる。

【００２３】前記した本発明の光波長変換モジュールの
作製方法によって次の光波長変換モジュールを得ること
ができる。具体的には、光波長変換モジュールは、非線
形光学効果を有する強誘電体結晶による光学変調用の基
板と、前記基板に形成されかつ入射光を伝播する少なく
とも１本の光導波路と、前記光導波路に電圧を印加する
ために前記基板表面に形成された電極と、を有する電気
光学変調手段と、非線形光学効果を有する強誘電体結晶
による波長変換用の基板と、前記基板表面に形成された
少なくとも１つの光導波路と、前記光導波路に基板の自
発分極の向きが反転されると共に導波方向に周期的に形
成されたドメイン反転部と、を有する光波長変換手段
と、の各々が接合されている。

【００２４】前記光波長変換モジュールでは、前記電気
光学変調手段として、複数本の導波路を用いて方向性光
結合器を構成することができる。方向性光結合器を構成
することによって、前記電極に電流を注入（電圧印加）
することにより、屈折率変化を伴う電気光学効果によっ
て、伝播される光ビームが複数本の導波路のいずれかへ
乗り移るその量を制御することができる。なお、その量
の制御をオン／オフとすることによって、スイッチとし
て機能させることができる。

【００２５】なお、前記方向性光結合器の構成に限定さ
れるものではなく、前記光波長変換モジュールでは、電
気光学変調手段をマッハツェンダー型の変調器やスイッ
チ、ＴＥ−ＴＭモード変換型の変調器やスイッチとして
機能するように構成してもよい。

【００２６】前記光波長変換モジュールでは、前記光波
長変換手段の光導波路は、前記基板表面に沿って延びる
ように形成されかつ該基板に対して平行な偏光成分を有
することができる。このようにすることによって、光波
長変換手段を伝播する光ビームは基板に対して平行な偏
光成分となり、ＴＥモードの光ビームのみを効率的に伝
播することができる。従って，電気光学変調手段をＴＥ
−ＴＭモード変換型の変調器やスイッチとして機能する
ように構成した場合、より効率的に伝播する導波光を制
御することが可能となる。

【００２７】また、前記光波長変換モジュールでは、前
記基板の少なくとも一方は、表面と強誘電体結晶の自発
分極とのなす角度θが所定角度範囲内（０°＜θ＜２０
°）となるようにカットされた強誘電体結晶基板を用い
ることができる。

【００２８】この場合、前記角度θは、０．２°を超え
ることが好ましい。

【００２９】また、前記光波長変換モジュールでは、前
記光導波路は、プロトン交換及びアニールにより形成さ
れかつ、前記角度θは、０．５°を超えるように作製す
ることができる。

【００３０】本発明の光波長変換モジュールにおいて、
前記基板の自発分極の向きは、基本波の導波方向に垂直
な面内において該基板の前記表面に対して所定の角度θ
をなして形成することができる。また、この角度θは、
０．２°を超えるように設定することが好ましく、ま
た、前記光導波路をプロトン交換及びアニールにより形
成した場合には角度θは、０．５°を超えるように設定
することが好ましい。

【００３１】このように、基板の表面に対して所定角度
θをなして形成することにより、基板の自発分極の向き
すなわちＺ軸方向が、基板表面に対して垂直ではないの
で、半導体レーザから出射したレーザビームをその直線
偏光方向が基板表面と平行となる状態で光導波路に入射
させても、非線形光学定数ｄ₃₃が利用されて波長変換が
可能となる。

【００３２】また、プロトン交換およびその後のアニー
ルによって形成された光導波路において光ビームがＴＥ
シングルモードで導波するのは、Ｚ軸と基板表面とがな
す角度φが０°＜φ＜２０°の場合であることが分かっ
ている。従って、光導波路がプロトン交換およびアニー
ルにより形成されたものである場合は、角度θをθ＜２
０°の範囲に設定すると、波長変換が効率良くなされる
ようになる。

【００３３】一方、最大の波長変換効率が得られる最適
なデューティ比を持つ（つまりドメイン反転部と非反転
部の幅の比が１：１である）ドメイン反転構造を形成し
た場合、角度θが数度以内であれば概ね５０μｍとなる
ことが分かった。また一般に、導波モードの界分布は最
も細くすると１.２μｍ程度にすることができる。従っ
て、θ＝０.２°とすればドメイン反転部の深さが１.２
μｍとなり、ドメイン反転部がその深さ方向において導
波モードの界分布とほぼ同サイズとなる。したがって、
０.２°＜θとすれば、ドメイン反転部が導波モードの
界分布と重なって余りあるものとなり、波長変換が効率
良くなされるようになる。

【００３４】また、前記光波長変換モジュールでは、光
ビームを出射する半導体レーザをさらに備え、前記電気
光学変調手段の光導波路へ光ビームが入射されるように
前記電気光学変調手段に前記半導体レーザをさらに直接
接合または光ファイバを介して接合することができる。

【００３５】従って、光波長変換モジュールによって、
半導体レーザから出射された光ビームは電気光学変調手
段において変調され、この変調された光ビームを基本波
として光波長変換手段において波長変換できる。

【００３６】なお、電気光学変調手段と半導体レーザと
を、光ファイバを介して結合した場合、光ファイバのコ
ア径を光伝播方向に沿って除々に変化させたり、光ファ
イバのコアの形状を光伝播方向に沿って除々に変化させ
たりすることができる。このようにすることによって、
電気光学変調手段と半導体レーザとの双方の入射瞳に合
致した大きさの光ビームを提供することができる。

【００３７】また、光ファイバのコアの形状を楕円とす
ることもできる。このようにすることによって、導波路
の形状に対する光ファイバの形状一致度を増大させるこ
とができる。

【００３８】また、前記光波長変換モジュールでは、発
振波長が調整可能である前記半導体レーザを用いること
ができる。

【００３９】すなわち、前記半導体レーザは、光ビーム
の発振波長の調整機構を備えた分布ブラッグ型ＤＢＲ
（Distributed Bragg Reflector）や分布帰還型ＤＦＢ
（distributed feedback）の半導体レーザを用いること
ができる。このように、光ビームの発振波長を調整可能
な構造とすることにより、光波長変換素子の位相整合波
長に、半導体レーザの発振波長を容易に調整することが
できる。これによって、光波長変換手段の効率が最大と
なる波長に調整することができ、出力光量を最大にする
ことができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。〔第１実施の形態〕図１には、本実施形態にかかる光波
長変換モジュールの斜視形状を示した。

【００４１】図１（Ａ）に示すように、本実施の形態の
光波長変換モジュール３０は、まず、電極を備えた電気
光学変調器（以下、ＥＯＭ素子という）３４と、周期ド
メイン反転構造が形成された第２高調波発生器である光
波長変換器（以下、ＳＨＧ素子という）３６の各々のデ
バイスを個別に作製する。その後に、図１（Ｂ）に示す
ように、半導体レーザ（以下、ＬＤ素子という）３２、
ＥＯＭ素子３４及びＳＨＧ素子３６を直接結合により、
光結合を行って、所望の機能を有する一体の光波長変換
モジュール３０を得ている。

【００４２】ＬＤ素子３２は、光ビームとしてのレーザ
ビームを出射するためのものであり、波長チューニング
機構を有したＬＤ素子を用いても良い。波長チューニン
グ機構を有したＬＤ素子として、発振波長をチューニン
グするために、分布ブラッグ型ＤＢＲ（Distributed Br
agg Reflector）を用いることができる。他例として、
分布帰還型ＤＦＢ（distributed feedback）を用いるこ
とができる。この場合、ＬＤ素子の発振波長は、チュー
ニング可能となりＳＨＧ素子３６の位相整合波長にＬＤ
素子の発振波長が一致するようにロックすることができ
る。

【００４３】ＥＯＭ素子３４は、導波路を伝播する導波
光を変調するためのものであり、本実施の形態では、方
向性光結合器によって導波光を変調する。例えば特開平
１０−１６１１６５号等にも詳細が記載されているが、
電気光学効果を有する２本の光導波路に近接した電極に
電圧を印加することにより、２本の導波路間を切り替え
たり、中間の電圧をとることにより中間レベルの光強度
になるように、導波光を変調する。

【００４４】このＥＯＭ素子３４は、特開平７−１４６
４５７号公報に記載の技術によるセルフアライメント法
によりプロトン交換アニール導波路と電極を作製し、更
に、特開平１０−１３３２３７号公報に記載の技術によ
り電極にメッキ処理を行い、電気抵抗を下げ、変調速度
を上げ作製することが好ましい。また、本実施の形態で
は、ＥＯＭ素子３４の基板にはオフカット基板ＭｇＯド
ープＬｉＮｂＯ₃を用いている。

【００４５】ＳＨＧ素子３６は、入射されたレーザビー
ムの波長を基本波として第２高調波のレーザビームを出
射するものである。ＳＨＧ素子３６は、例えばＭｇＯが
５ｍｏｌ％ドープされたＬｉＮｂＯ₃（以下、ＭｇＯ−
ＬＮと称する）の結晶基板上に例えばプロトン交換によ
り形成された光導波路と、周期ドメイン反転部とを有し
ている（詳細は後述）。周期ドメイン反転部は、ＳＨＧ
素子（第２高調波発生器）を構成しており、ＭｇＯ−Ｌ
Ｎ基板の自発分極（ドメイン）が反転したドメイン反転
部が所定周期で繰り返してなる周期ドメイン反転構造を
有するものである。

【００４６】本実施の形態では、このＳＨＧ素子３６と
して、偏光面が水平に対して若干傾いているオフカット
基板（詳細は後述）により作製する。このオフカット基
板は、特開平９−２１８４３１号公報に示した方法によ
って作製することができる。

【００４７】上記のＬＤ素子３２は、ＥＯＭ素子３４の
光導波路の一方の端面部分において基板同士が直接結合
される。また、ＥＯＭ素子３４の光導波路の他方の端面
部分は、ＳＨＧ素子３６の光導波路４２の端面部分にお
いて基板同士が直接結合される。

【００４８】また、本実施の形態では、ＥＯＭ素子３４
とＳＨＧ素子３６の入出力端には反射防止コート（ＡＲ
コート）が施してある。これにより、端面での反射によ
る損失を抑制することができる。

【００４９】なお、ＴＥモード導波型のＥＯＭ素子３
４、ＳＨＧ素子３６、及び波長チューニング機構を有す
るＬＤ素子３２とを直接結合すれば、各々の素子が同一
のＴＥモード導波となり、光学調整・固定が容易とな
る。さらに、ＬＤが波長ロックしさらに波長チューニン
グ可能な構造（例えば、分布ブラッグ型ＤＢＲ：Distri
buted Bragg Reflector、分布帰還型ＤＢＲ：distribut
ed feedback）を有することにより、ＳＨＧ素子３６の
位相整合波長に発振波長を調整することができる。この
ため、ＳＨＧ効率が最大となるように、ＬＤ素子を調整
でき、出力光量を最大にすることができる。

【００５０】次に、上記構成の光波長変換モジュールの
個別の作成方法を説明する。

【００５１】まず、ＬＤ素子３２単体の作製方法を説明
する。

【００５２】図２に示すように、ＬＤ素子３２は、例え
ば、ＭＯＣＶＤ結晶装置を用いて、ＧａＡｓ基板４０上
に、グラッド層（図示省略）、レーザ発光が行われる活
性層４２、グラッド層（図示省略）、キャップ層４４、
電極４６，４８と順に積層し、形成する。本実施の形態
のＬＤ素子３２は、波長チューニング機構を有してお
り、電極４６側がレーザ発光のための電流注入部４７と
して機能し、電極４８側が発振波長を調整するための波
長チューニング部４９として機能するように構成され
る。波長チューニング部４９には発振波長をロックし、
チューニングするためのグレーティング５０が活性層４
２の近傍に形成されている。レーザ発光用の電極４６に
は、レーザ発振のための電流Ｉ_laserを注入する。これ
により、ＬＤ素子３２が発振する。波長チューニング用
の電極４８には、レーザ発振以下の電流Ｉ_tuneを注入す
る。これにより、素子の屈折率のみを変化させて、グレ
ーティング４２でのブラッグ波長を変化させることがで
きる。なお、ＬＤ素子３２は、これ以外に、より連続的
に波長チューニング可能な位相制御用電極をさらに備え
た３電極タイプのものを用いることができる。

【００５３】次に、ＥＯＭ素子３４及びＳＨＧ素子３６
の作製方法を説明する。ＥＯＭ素子３４及びＳＨＧ素子
３６は、例えばＭｇＯが５ｍｏｌ％ドープされたＬｉＮ
ｂＯ ₃（以下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）の結晶基板上に
例えばプロトン交換により形成された光導波路を有す
る。また、ＥＯＭ素子３４単体の作製方法の詳細として
は、特開平７−１４６４５７号公報に記載の技術や特開
平１０−１３３２３７号公報に記載の技術を用いること
ができる。

【００５４】本実施の形態によるＥＯＭ素子３４は、例
えばＬｉＮｂＯ₃結晶のオフカット基板（詳細は後述）
からなる基板の表面部分に方向性光結合器を構成する２
本のチャンネル光導波路がＹ方向に設けられ、これらチ
ャンネル光導波路の相近接して平行に延びている部分の
各左右側部に電極が形成されてなるものである。電極は
駆動回路に接続され、各チャンネル光導波路に所定の電
圧を印加するために使用される。

【００５５】このＥＯＭ素子３４の作製方法の一例を図
３及び図４を参照して説明する。図３はＥＯＭ素子３４
の作製処理の流れを示すものであり、図４は基板の平面
形状の推移を示している。なお、図３（１）〜図３
（８）はそれぞれ、図４におけるＡ−Ａ線に沿った部分
の立断面形状を示している。

【００５６】まず、基板１０上に、公知のリソグラフィ
法により、チャンネル光導波路１１の形状のレジストパ
ターン２０を形成した後（図３（１）及び図４（１）参
照）、スパッタによりＴａ膜２１、Ａｕ膜２２、Ｔａ膜
２３をこの順に成膜する（図３（２）参照）。次に、基
板１０をアセトンに浸漬し、超音波洗浄して、リフトオ
フ除去する（図３（３）及び図４（２）参照）。次に、
１５０°Ｃ〜２００°Ｃに加熱したピロリン酸中に基板
１０を所定時間浸漬し、それにより基板１０の露出部分
をプロトン交換して、基板１０の表面部分にチャンネル
光導波路１１を形成する（図３（４）参照）。

【００５７】次に、図３（５）に示すように、洗浄後、
３４０°Ｃ〜４００°Ｃで所定時間熱処理した後、フッ
硝酸（１：２）により表面のＴａ膜２３をエッチング除
去した後、中央の電極とパッド電極を接続する配線を形
成するため、この配線部分が開口したレジストパターン
をリソグラフィ法により形成する。次いでＡｕ／Ｃｒを
低抵抗加熱真空蒸着し、上記レジストパターンをリフト
オフ除去すると、図４（３）に示すようにＡｕ／Ｃｒか
らなる接続配線２５が形成される。

【００５８】次に、図３（６）に示すように、次に基板
上にネガ型のフォトレジスト２６を塗布し、電極１２、
１３、１４およびパッド電極１６（図４の（６）参照）
の周縁形状に合わせた形状のフォトマスクを配して基板
表側から露光し、該フォトマスクに隠されていない部分
のフォトレジスト２６を感光させる。その後Ｔａ膜２１
およびＡｕ膜２２をマスクとして作用させて基板裏側か
ら露光し、チャンネル光導波路１１の直上部分のフォト
レジスト２６を感光させる（接続配線２５の部分は感光
しない）。次いで現像を行なうと、フォトレジスト２６
の感光した部分のみが残ってなるレジストパターンが形
成される（図４（４）参照）。

【００５９】次に、図３（７）に示すように、上記フォ
トレジスト２６のパターンをマスクとして電解メッキに
よりＡｕ２７を例えば１〜４μｍの厚さにメッキした
後、図３（８）に示すように、プラズマアッシャーまた
はレジスト剥離液によりフォトレジスト２６のパターン
を除去し（図４の（５）参照）、また上記図３（７）に
示すメッキされたＡｕ２７をマスクとして、Ａｕ膜２２
およびＴａ膜２１をエッチング除去する。以上の処理に
より、それぞれＴａ膜２１、Ａｕ膜２２、および厚いＡ
ｕ２７の積層体からなる電極１２、１３、１４並びにパ
ッド電極１６が形成される（図４（６）参照）。また接
続配線２５も、Ａｕ２７でメッキされて厚いものとな
る。

【００６０】このようにして形成された電極１２、１
３、１４並びにパッド電極１６は、Ｔａ膜２１およびＡ
ｕ膜２２の上に厚いＡｕ２７をメッキしてなるものであ
るから抵抗が低く、従って、例えば数百ＭＨｚ以上の高
い周波数でチャンネル光導波路１１に電圧印加すること
も可能となり、光導波路素子の高速駆動が実現される。

【００６１】本実施の形態では、Ａｕ２７をメッキして
からＴａ膜２１およびＡｕ膜２２を所定形状に加工して
いるが、Ｔａ膜２１およびＡｕ膜２２を所定形状に加工
してからＡｕ２７をメッキすることも可能である。

【００６２】次に、ＳＨＧ素子３６単体の作製方法を説
明する。

【００６３】本実施形態のＳＨＧ素子３６は、非線形光
学効果を有する強誘電体結晶基板に、その表面に沿って
延びる光導波路が形成されると共に、この光導波路に基
板の自発分極の向きを反転させたドメイン反転部が周期
的に形成されてなり、該光導波路においてドメイン反転
部の並び方向に導波する基本波を波長変換するものであ
り、基本波の導波方向に垂直な面内において、基板の自
発分極の向きが該基板の上記一表面に対して、角度θ
（０°＜θ＜２０°）をなして形成することができる。

【００６４】本発明に好適に用いられる強誘電体結晶基
板としては、何もドープされていないＬｉＮｂ_XＴａ
_1-XＯ₃（０≦ｘ≦１）や、ＭｇＯがドープされたＬｉ
ＮｂＯ₃ 基板が挙げられるが、これに限定されるもので
はなく、ＺｎがドープされたＬｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ₃基
板や、Ｓｃ、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂ_XＴａ_1-X
Ｏ₃基板や、ＫＴｉＯＰＯ₄、ＫＮｂＯ₃等のその他の材
料からなる基板を用いることも可能である。上記のＭｇ
ＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃基板は、光損傷に強いの
で、ノンドープのＬｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ₃基板等よりも
好ましい。なお、本実施の形態では、ＳＨＧ素子３６の
基板にはオフカット基板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃を用
いている。

【００６５】このような構成を有するＳＨＧ素子３６で
は、図５に示すように基板２の自発分極の向きすなわち
Ｚ軸方向が、基板表面２ａに対して垂直ではないので、
例えばＬＤ素子３２やＥＯＭ素子３４から出射したレー
ザビームをその直線偏光方向（矢印Ｑ方向）が基板表面
２ａと平行となる状態で光導波路１に入射させても、非
線形光学定数ｄ₃₃が利用されて波長変換が可能となる。
なお、この場合、レーザビーム４の電界ベクトルの向き
は基板表面２ａと平行な向きとなり、レーザビーム４は
光導波路１をＴＥモードで導波する。そのときの実効的
な非線形光学定数はｄ₃₃ｃｏｓθとなる。

【００６６】上記のように、レーザビーム４をその直線
偏光方向が基板表面２ａと平行となる状態で光導波路１
に入射させるのであれば、直線偏光方向を回転させるた
めのλ／２板等は不要で基本波入射光学系は簡単なもの
となり、ＬＤ素子３２を光導波路１の端面に直接結合す
ることも可能となる。また、レーザビーム４をこのよう
にして光導波路１に入射させる場合は、レーザビーム４
の光導波路１への入力効率も高くなる。

【００６７】そして、基板２の自発分極の向きすなわち
Ｚ軸方向が基板表面２ａに対して角度θをなしていると
き、図６に示すようにドメイン反転部８の深さｄは基本
的にｄ＝Ｌ・ｔａｎθであるが、ドメイン反転領域の広
がり１μｍを考慮すれば、ｄ＝Ｌ・ｔａｎθ＋１μｍ ……（１）となる。ここで、Ｌの値は、ドメイン反転させるために
電場を印加する手段（図６では、一例として櫛形電極Ｅ
ｕと平板電極Ｅｄを示した）の大きさによって直接的に
定まるものではなく、θの値が大きくなるにつれて増大
する傾向を示す。なお、θ＝０°としてドメイン反転部
８を形成すると、Ｌが最小となり、図１５の例ではθ＝
９０°としてドメイン反転部８を形成するためＬが最大
（つまり電場印加用電極に対向する部分全域でドメイン
反転が起きる）となる。

【００６８】そこで、角度θをある程度大きく設定する
ことにより、ドメイン反転部８の深さｄを十分に大きく
することができる。このようにしてドメイン反転部８を
十分に深くすることができれば、ドメイン反転部８と導
波光との重なり積分が大きくなり、高い波長変換効率が
得られるようになる。

【００６９】ところで、プロトン交換光導波路において
光ビームがＴＥシングルモードで導波するのは、Ｚ軸と
基板表面とがなす角度φが０°＜φ＜７０°の場合であ
ると考えられている（例えばJournal of Optical Commu
nications ５(１９８４)１.pp１６〜１９参照）。本発
明では、この角度φがすなわち角度θであるから、光導
波路がプロトン交換により形成されたものである場合
は、角度θをθ＜７０°の範囲に設定すると、波長変換
が効率良くなされるようになる。

【００７０】また、プロトン交換およびその後のアニー
ルによって形成された光導波路において光ビームがＴＥ
シングルモードで導波するのは、Ｚ軸と基板表面とがな
す角度φが０°＜φ＜２０°の場合であることが分かっ
ている。従って、光導波路がプロトン交換およびアニー
ルにより形成されたものである場合は、角度θをθ＜２
０°の範囲に設定すると、波長変換が効率良くなされる
ようになる。

【００７１】一方、最大の波長変換効率が得られる最適
なデューティ比を持つ（つまりドメイン反転部と非反転
部の幅の比が１：１である）ドメイン反転構造を形成し
た場合、図６に示したＬ寸法は、θが数度以内であれば
概ね５０μｍとなることが分かった。また一般に、導波
モードの界分布は最も細くすると１.２ μｍ程度にす
ることができる。したがって前述の（１）式より、θ＝
０.２°とすればドメイン反転部の深さｄ＝１.２μｍと
なり、ドメイン反転部がその深さ方向において導波モー
ドの界分布とほぼ同サイズとなる。したがって、０.２
°＜θとすれば、ドメイン反転部が導波モードの界分布
と重なって余りあるものとなり、波長変換が効率良くな
されるようになる。

【００７２】なお、導波モードの界分布は上述のように
最小で１.２μｍ程度とすることができるが、この界分
布が大きい程、外部光を光導波路に安定して入射させる
ことができる。実際上は、この導波モードの界分布が
１.４μｍより大きければ外部光が光導波路に安定して
入射する。前述の（１）式より、θ＝０.５°とすれば
ドメイン反転部の深さｄ＝１.４μｍとなるので、０.５
°＜θとすれば基本波が光導波路に安定して入射し、ま
たドメイン反転部が導波モードの界分布と重なって波長
変換が効率良くなされるようになる。

【００７３】従って、本実施の形態のＳＨＧ素子３６
は、ＬｉＮｂＯ₃基板表面にプロトン交換及びアニール
処理により形成するため、基板表面の近傍に導波路がで
き、導波路を伝播するレーザビームも表面近傍を導波す
ることになる。

【００７４】次に、ＬＤ素子３２と、ＥＯＭ素子３４
と、ＳＨＧ素子３６との結合時点の光学調整について説
明する。まず、ＬＤ素子３２とＥＯＭ素子３４とを光結
合効率が最大となるように調整しながらまたは調整して
結合する。次に、ＬＤ素子３２及びＥＯＭ素子３４を結
合したブロックと、ＳＨＧ素子３６との光結合効率が最
大となるように調整し結合する。ＬＤ素子３２はＴＥモ
ード導波であり、ＥＯＭ素子３４及びＳＨＧ素子３６も
同様にＴＥモード導波構造のため、問題なく結合するこ
とができる。

【００７５】上記のように、ＬＤ素子３２とＥＯＭ素子
３４とのブロックは予め測定した所望のＥＯＭ素子３４
の特性となることを確認した後に、ＳＨＧ素子３６と結
合する。このように、個別の素子において十分な特性を
得ることができるので、これらを組み合わせて全体とし
ては性能向上につながり、性能不十分の光波長変換モジ
ュール作製を抑制することができる。また、素子毎に個
別に作製が可能であるため、不良個所（不良素子）の特
定が容易にでき、組立時のトラブルを減少させることが
できる。

【００７６】本発明者は、モジュール作製を行ったとこ
ろ、ＥＯＭ素子とＳＨＧ素子とを同一基板上で作製した
集積デバイスの場合は、合格率は２５％という結果を得
た。その内訳を解析した結果、各々の性能合格率は５０
％であるが、複合的に作製するため、低下することが判
った。すなわち、同一基板でモジュールを作成した場合
は、各々の歩留まりの積が得率になる。例えば、従来：
０．５×０．５＝０．２５である。しかし、本実施の形
態では、素子毎に個別に作製が可能であるため、素子毎
に０．５であっても得率は０．２５と低下することがな
い。

【００７７】従って、本実施の形態では、各々個別に作
製し合格率が５０％のものを組み立てることができるの
で、全体としても略５０％の合格率となり、得率が２倍
と増加することとなった。

【００７８】ところで、ＳＨＧ素子３６は、入射光パワ
ー密度が大きい程、ＳＨＧ発生効率が高いので、プロト
ン交換アニール導波路の条件は、導波光の閉じ込めが良
好で、ビームのプロファイルが浅い条件のものほど、高
いＳＨＧ効率が得られる。例えばＭｇＯドープＬｉＮｂ
Ｏ₃基板にプロトン交換１６０°Ｃ６４分を行い、次に
アニール温度が３７０°Ｃアニール時間６０分と３５０
°Ｃアニール時間６０分で比較すると、３５０°Ｃの方
がプロトンが拡散しないため、導波光プロファイルが３
７０°Ｃの４μｍに対して、３．７μｍと小さく、ＳＨ
Ｇ効率が高い。

【００７９】ところが、導波光の閉じこめが良いと導波
路外への滲みが小さいため、ＥＯＭ素子における導波路
の導波路間距離が狭くないと結合が生じない。その結
果、導波路間上に作製するＥＯＭ素子の電極の幅は、３
５０°Ｃでは１．８μｍの線幅が必要となり、３７０°
Ｃの２．８μｍより小さくなり、電極作製が難しくな
る。そこで、これまでは、作製可能な３７０°Ｃの条件
で作製し、ＳＨＧ効率の低下は避けられなかった。

【００８０】本実施の形態では、ＥＯＭ素子３４は３７
０°Ｃで作製し、ＳＨＧ素子３６は３５０°Ｃで作製し
て、その後、直接結合を行いモジュール作製できるた
め、高いＳＨＧ出力を得ることができた。なお、３５０
°Ｃと３７０°Ｃとの導波光のビーム径違いによる損失
は非常に少なく、直接結合の結合効率は９９．７％が得
られた。このとき、ＬＤ素子３２とＥＯＭ素子３４間の
結合効率は、従来と同等の５０〜６０％効率であった。
なお、ＥＯＭ素子３４とＳＨＧ素子３６との結合と比較
して、効率が低い原因は、ＥＯＭ素子３４の導波路とＬ
Ｄ素子３２とのビーム径の差が大きいことによるものと
考えられる。

【００８１】〔第２実施の形態〕本実施の形態は、上記
実施の形態と同様の構成のため、同一部分には同一符号
を付して詳細な説明を省略する。上記実施の形態では、
ＥＯＭ素子３４及びＳＨＧ素子３６の基板にはオフカッ
ト基板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃を用いているが、本発
明はこれに限定されるものではない。本実施の形態で
は、ＥＯＭ素子３４の基板としてＸカット基板、例えば
ＸカットＭｇＯドーブＬｉＮｂＯ₃を用いている。

【００８２】すなわち、従来、ＥＯＭ素子３４及びＳＨ
Ｇ素子３６を同一基板上に作製する必要があったため、
ＳＨＧ素子３６に合わせていた。本実施の形態では、Ｅ
ＯＭ素子３４及びＳＨＧ素子３６を個別に作製可能であ
るため、同一基板に限定されない。

【００８３】本発明者は、ＥＯＭ素子３４の基板には、
Ｘカット基板及びオフカット基板のいずれであっても同
一の特性を得ることができる、という知見を得た。オフ
カット基板は、上述のように、ＳＨＧ効率を高めるた
め、採用している基板方位である。そこで、ＥＯＭ素子
３４は安価な汎用に販売されているＸカットでもよい。
本実施の形態では、ＸカットのＥＯＭ素子３４とオフカ
ット基板のＳＨＧ素子３６との組み合わせでの結合をお
こなったところ、従来と同一の特性を得ることができ
た。

【００８４】従って、上記実施の形態を考慮すると、Ｅ
ＯＭ素子３４とＳＨＧ素子３６との組み合わせは、性能
や価格に応じて、オフカット基板のＥＯＭ素子３４とオ
フカット基板のＳＨＧ素子３６、やＸカット基板のＥＯ
Ｍ素子３４とオフカット基板のＳＨＧ素子３６との組み
あわせが選択可能となる。

【００８５】〔第３実施の形態〕本実施の形態は、上記
実施の形態と同様の構成のため、同一部分には同一符号
を付して詳細な説明を省略する。上記実施の形態では、
ＳＨＧ素子３６の導波路に、プロトン交換アニール導波
路を用いている。これは、プロトン交換アニール導波路
が、光損傷特性に優れているためである。光損傷特性
は、短波長、特に可視光の光に対して耐性がない性質
で、デバイス上好ましくない。Ｔｉ拡散導波路は、この
光損傷の影響が多い導波路であり、通常、可視光を発生
させるＳＨＧ素子３６には用いることができない。Ｔｉ
拡散導波路を用いると、光損傷現象のため、強い光パワ
ーが変換できず、非実用的なものになる。

【００８６】ところが、Ｔｉ拡散導波路は、基板に水平
な偏光を有するＴＥモードと、垂直な偏光モードを有す
るＴＭモードの双方を導波させることが可能である。こ
れに対して、プロトン交換アニール導波路は、ＴＥモー
ドかＴＭモードの何れか一方のみのモードの光しか導波
できない。

【００８７】また、Ｔｉ拡散導波路は、プロトン交換ア
ニール導波路よりＥＯＭ特性のＤＣドリフト特性に優れ
ている。ＤＣドリフト特性とは、ＥＯＭ素子３４の入力
電圧に対する特性が、安定せず、ドリフトする現象で、
デバイス上好ましくない特性である。ＤＣドリフトの原
因は、いくつかの原因の中で導波路中のプロトンイオン
によるものが関与しているとされている。

【００８８】従って、プロトンを主要成分としているプ
ロトン交換アニール導波路は、非常に大きいドリフトが
存在している。このため、これを正常に動作させるため
には、ＤＣドリフトを解消する対策が不可欠である。こ
のドリフト対策の一例としては特開平７−２９４８６０
号に記載の技術がある。

【００８９】本実施の形態は、Ｔｉ拡散導波路の特性を
有効に利用するものである。すなわち、ＳＨＧ励起のた
めのＬＤ素子３２は、基本波長が９５０ｎｍと赤外光で
あるため、Ｔｉ拡散導波路を用いた場合であっても光損
傷による影響は少ない。そこで、ＥＯＭ素子３４の導波
路は、ＤＣドリフト特性が良好なＴｉ拡散導波路を形成
し、ＳＨＧ素子３６の導波路は、ＳＨＧ効率を高めるた
め、プロトン交換アニール導波路を形成する。すなわち
ＥＯＭ素子３４の部分のみＴｉ拡散導波路を用いて、Ｓ
ＨＧ素子３６は光損傷に耐性があるプロトン交換アニー
ル導波路を用いる。このようにすることによって、ＥＯ
Ｍ素子３４の入力電圧に対する特性が安定しかつ光損傷
の影響を抑制した光波長変換モジュールを得ることがで
きる。この構成により、ＤＣドリフトが少なく、光損傷
に耐性のある短波長光源を作製することができる。

【００９０】このような異なる作製プロセスの導波路を
同一基板で作製すると、例えば、Ｔｉ拡散は約１０００
°Ｃの高温の処理であり、プロトン交換は約２００°Ｃ
の低温の処理であるため、作製上の制約が大きくなる。
従って、ＥＯＭ素子３２及びＳＨＧ素子３６の双方の特
性を損なうことになく作製するプロセスを開発する必要
があるが、本実施の形態では、個別に作製が可能である
ため、従来のプロセスを用いて容易に作製することがで
きる。

【００９１】従って、本実施の形態によれば、ＥＯＭ素
子３４とＳＨＧ素子３６との組み合わせとして、Ｔｉ拡
散Ｘカット基板のＥＯＭ素子３４とプロトン交換アニー
ルオフカット基板のＳＨＧ素子３６が追加となる。

【００９２】〔第４実施の形態〕本実施の形態は、ＴＥ
−ＴＭモード変換機能を有するＥＯＭ素子を含む光波長
変換モジュールに本発明を適用したものである。本実施
の形態は、上記実施の形態と同様の構成のため、同一部
分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。Ｔｉ拡
散を用いたＥＯＭ素子は、ＴＥモードとＴＭモードの両
方のモードによる光を伝播可能なため、プロトン交換ア
ニール導波路では不可能であったＴＥ−ＴＭモード変換
型スイッチとして用いることができる。そこで、本実施
の形態の光波長変換モジュールでは、ＥＯＭ素子３４と
して、ＴＥ−ＴＭモード変換型スイッチ６０を用いてい
る。

【００９３】図７（Ａ），図７（Ｂ）に示すように、本
実施の形態の光波長変換モジュールにおけるＴＥ−ＴＭ
モード変換型スイッチ６０は、Ｔｉ拡散ＸカットＬｉＮ
ｂＯ ₃基板６２にＴｉ拡散導波路６４が形成されてお
り、その表面に、櫛形電極６６、６８が形成されてい
る。櫛形電極６６には供給回路７０が接続されており、
櫛形電極６８は接地されている。

【００９４】Ｔｉ拡散ＴＥ−ＴＭモード変換型スイッチ
６０はＺ軸方向に光伝播方向をとり、供給回路７０によ
って電圧が印加されると、図７（Ａ）に示すように、入
射光の偏光がＴＥモードのときはＴＭモードにモード変
換しかつ、図７（Ｂ）に示すように、入射光の偏光がＴ
ＭモードのときはＴＥモードにモード変換するデバイス
となる。

【００９５】図８に示すように、上記Ｔｉ拡散ＴＥ−Ｔ
Ｍモード変換型スイッチ６０をＥＯＭ素子３４として、
ＬＤ素子３２及びＳＨＧ素子３６と結合して、光波長変
換モジュールを作製する。ここで、ＬＤ素子３２は、Ｔ
Ｅモードのレーザビームを発振するものである。また、
ＳＨＧ素子３６は、プロトン交換アニール導波路を備え
ている。

【００９６】ここで、Ｘカット、Ｙカット、またはオフ
カットのＬｉＮｂＯ₃基板を用いたプロトン交換アニー
ル導波路は、ＴＥモードのみしか導波しない。すなわ
ち、プロトン交換導波路は、Ｚ軸方向のみしか屈折率増
加がないため、Ｚ軸方向にのみ偏光成分を有するＴＥモ
ードしか導波しない。従って、ＳＨＧ素子３６では、Ｔ
Ｅモードと偏光方向が直交しているＴＭモードは導波で
きずに、基板内に放射されるリーキモードとなる。

【００９７】Ｔｉ拡散Ｚ軸伝播ＸカットＬｉＮｂＯ₃導
波路基板のＴＥ−ＴＭモード変換型スイッチ６０である
ＥＯＭ素子３４には、ＬＤ素子３２で発振されるＴＥモ
ードの光は導波路結合される。従って、供給回路７０に
よる電圧がＯＮのとき、ＬＤ素子３２で発振されるＴＥ
モードの光は、その偏光方向が９０度回転され、ＴＭモ
ードの光としてＳＨＧ素子３６に伝播される。ＳＨＧ素
子３６では、入射されたＴＭモードの光を導波できずリ
ーキモードとなり、ＳＨＧ光は発生しない。一方、供給
回路７０による電圧がＯＦＦのとき、ＬＤ素子３２で発
振されたＴＥモードのままの光がＳＨＧ素子３６に伝播
される。ＳＨＧ素子３６では、プロトン交換アニール導
波路は導波モードとなるので、入射されたＴＥモードの
光を基本波として、ＳＨＧ光が発生する。

【００９８】このように、本実施の形態では、ＥＯＭ素
子３４としてＴｉ拡散Ｚ軸伝播ＸカットＬｉＮｂＯ₃導
波路基板を用いることができるので、プロトン交換アニ
ール導波路では不可能であったＴＥ−ＴＭモード変換型
スイッチとして用いることができる。

【００９９】〔第５実施の形態〕本実施の形態は、ＬＤ
素子３２から発振されるレーザビームを変調する光波長
変換モジュールに本発明を適用したものである。本実施
の形態は、上記実施の形態と同様の構成のため、同一部
分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１００】ＬＤ素子３２は電流注入することによりレ
ーザ発振させるデバイスであるため、その影響でＬＤ素
子３２の内部温度が上昇し、発光効率が低下し、その結
果、光出力が低下する。この現象は、ドループと呼ばれ
ており、全てのＬＤ素子で観測される。

【０１０１】このため、ＬＤ素子３２を単純なＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御ではなく、光量を精密に制御するシステム、例
えば写真感材等への応用に適用する場合には、このドル
ープ現象が障害となる。このため、従来、バルク型のＡ
ＯＭ（音響光学素子）を用いて光出力が低下しないよう
に変調していた。ところが、ＡＯＭを用いた場合には、
光学系が大型になるという問題点がある。

【０１０２】そこで、本実施の形態では、ＥＯＭ素子３
４において、このドループを補正するように制御するも
のである。

【０１０３】図９（Ａ）に示すように、電極１２、１４
は接地し、電極１３にドループ補正回路７２を接続す
る。このドループ補正回路７２は、ＬＤ素子３２の内部
温度の上昇して発光効率が低下することを抑制するた
め、光出力が安定的となるように、予め内部温度に対す
る供給電圧を定めたテーブルを記憶しテーブルを参照し
て供給電圧を定めたり、光出力を検知（図示省略）して
その光出力変動に応じて供給電圧を定めたりする。これ
によって、ドループ現象の影響を受けることなく、安定
した光出力を得ることができる。

【０１０４】また、本実施の形態のように、導波路型の
ＥＯＭ素子を用いることによって、ＬＤ素子３２とＥＯ
Ｍ素子３４とを直接結合できるので、ＡＯＭを用いた場
合に比べて光学系を小型化することができる。さらに、
ＥＯＭ素子３４は、高周波駆動が容易なため、高速変調
を可能とすることができる。

【０１０５】また、ＬＤ素子３２とＥＯＭ素子３４とを
分離作製して直接結合できるので、図９（Ｂ）に示すよ
うに、ＥＯＭ素子３４を多段に結合することができる。
この場合、高消光比の光波長変換モジュールを得ること
ができる。なお、ＥＯＭ素子３４を多段に構成する技術
として、特開平１１−４４８９６号に記載された方法を
用いてもよい。

【０１０６】なお、上記ＬＤ素子３２を高周波で駆動す
る場合、光信号は、高周波成分が殆どなくなるため、低
周波成分のノイズがなくなり、ノイズによる問題が解消
される。また、ＬＤ素子３２がＳＨＧ素子３６の励起用
の場合には、ＬＤ素子３２の平均パワーは同一であって
もＳＨＧ効率が基本波パワーの２乗に比例する性質よ
り、交流駆動またはパルス駆動の方が、高いＳＨＧ出力
を得ることができる。この場合の高周波の周波数は、用
いる変調周波数より高い周波数であればよい。

【０１０７】また、ＬＤ素子３２がＳＨＧ素子３６の励
起用の場合、ＬＤ素子３２の発振波長が９３０ｎｍから
１１００ｎｍのとき、ＳＨＧ素子３６の波長は、その半
分の４６５ｎｍから５５０ｎｍとなり、発光色としてブ
ルーからグリーンまでの間の色出力が可能である。この
波長帯のＬＤ素子３２は、現在存在しないため、利用価
値が高い。この波長帯のＬＤ素子は、上記でも説明した
が、基板ＧａＡｓ上にグラッド、ガイド層、活性層Ｉｎ
ＧａＡｓあるいはＩｎＧａＮＡｓ、ガイド層、グラッド
層の順に成長させ、形成することができる。ガイド層
は、グラッド層に対して屈折率が高くなるように設計
し、導波路として作用している。活性層ＩｎＧａＡｓあ
るいはＩｎＧａＮＡｓは、そのバンドギャップより９１
０ｎｍから１１００ｎｍの波長を発振することが可能で
ある。

【０１０８】上記のＬＤ素子３２の発振波長を選択する
ために、波長選択素子を用いることが好ましい。この波
長選択素子は、多層膜バンドパスフィルタ、回折格子、
ファイバグレーティング、エタロン、及び特開平１０−
２５４００１号公報に示されるリオフィルタを用いるこ
とができる。

【０１０９】〔第６実施の形態〕上記実施の形態では、
ＬＤ素子３２とＥＯＭ素子３４とを直接結合している
が、本発明はこれに限定されるものではない。本実施の
形態では、光ファイバー等の光学素子を用いてＬＤ素子
３２とＥＯＭ素子３４と光学的に結合したものである。
本実施の形態は、上記実施の形態と同様の構成のため、
同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１１０】図１０に示すように、ＬＤ素子３２とＥＯ
Ｍ素子３４とを、光ファイバ７４の両端に直接結合する
ことによって光結合する。ここで、ＬＤ素子３２から出
射されるレーザビームのビーム形状は、例えば、垂直方
向×水平方向＝１μｍ×３μｍであり、ＥＯＭ素子３４
の導波路の入射部形状は３μｍ×６μｍであるというよ
うに、異なるものとなる。このため、ＬＤ素子３２から
ＥＯＭ素子３４の導波路の入射部へ向かって光ファイバ
７４のコアの直径や形状を徐々に変化させることでＬＤ
素子３２とＥＯＭ素子３４との結合効率を向上すること
ができる。また、光ファイバ７４の断面形状は、円形に
限定されるものではなく、ＬＤ素子３２から出射される
レーザビームのビーム形状やＥＯＭ素子３４の導波路の
入射部形状を少なくとも含むように楕円形状であっても
よい。

【０１１１】なお、上記実施の形態で説明したＬＤ素子
３２にグレーティングを設けることなく、光ファイバ７
４中にグレーティングを設けることによって、ＬＤ素子
３２の波長をロックすることもできる。

【０１１２】以上説明したように、本各実施の形態によ
れば、各素子を独立して作製することができるので、歩
留まりを向上させることができる。すなわち、従来、同
一基板では各々の歩留まりの積が得率であったが、独立
して作製した素子を結合できるので、得率が低下するこ
とがない。

【０１１３】また、各素子を独立して作製することがで
きるので、異種基板や異種導波路を混在させてモジュー
ルを作成することができる。このため、異なる機能同士
の結合が可能となり、モジュールの多機能化を図ること
ができる。また、従来、不可能であった機能を有するモ
ジュールを作成することができる。

【０１１４】また、各素子を独立して作製することがで
きるので、各々の素子で最良の作製プロセスを選択する
ことができる。また、他の素子による影響を考慮するこ
とがなく、各々の素子のみを作製するための最良のプロ
セスを開発すれば良い。

【０１１５】さらに、各々の素子の性能を確認した後
に、モジュールとして結合することができるので、不良
個所を素子毎に特定することができる。

【０１１６】なお、上記実施の形態において、光導波路
を形成する基板は、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃
基板に限らず、その他のＬｉＮｂＯ₃基板やノンドープ
のＬｉＮｂＯ₃、ＺｎＯやＳｃがドープされたＬｉＮｂ
Ｏ₃基板、ＬｉＴａＯ₃基板、ＭｇＯやＺｎＯがドープ
されたＬｉＴａＯ₃基板等を利用することもできる。

【０１１７】また、上記実施の形態では、ＬＤ素子３２
と、ＥＯＭ素子３４と、ＳＨＧ素子３６とを直接結合ま
たは光ファイバを介して結合する場合について説明した
が、結合するときの両者の間にＳｉＯ₂薄膜を介して互
いに結合させてもよい。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気光学変調手段及び光波長変換手段の各々を、自己の効
率のみを考慮して高い性能を発揮できるように独立して
作製できるので、電気光学変調手段と光波長変換手段と
を接合することによって、電気光学変調手段及び光波長
変換手段の各々の効率が最大限に引き出された光波長変
換モジュールを作製できる、という効果がある。

【０１１９】また、光ビームを出射する半導体レーザを
さらに備えることで、光波長変換モジュールのみによっ
て、半導体レーザから出射された光ビームを電気光学変
調手段で変調し、変調された光ビームを基本波として光
波長変換手段で波長変換できる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態にかかる光波長変換モ
ジュールの斜視形状を示すイメージ図である。

【図２】本発明の第１実施の形態にかかるＬＤ素子の側
面形状及び正面形状を示すイメージ図である。

【図３】本発明の第１の実施形態によるＥＯＭ素子の電
極形成方法を工程を追って示す説明図である。

【図４】図３の各工程における光導波路基板の平面形状
を示す平面図である。

【図５】本発明の第１実施の形態にかかるＳＨＧ素子の
概略形状を斜視図で示すイメージ図である。

【図６】本発明の第１実施の形態にかかるＳＨＧ素子の
基板の分極の向きを説明するための説明図である。

【図７】本発明の第４実施の形態にかかるＴＥ−ＴＭモ
ード変換機能を有するＥＯＭ素子を説明するための説明
図である。

【図８】本発明の第４実施の形態にかかる光波長変換モ
ジュールを示すイメージ図である。

【図９】本発明の第５実施の形態にかかる光波長変換モ
ジュールを示すイメージ図である。

【図１０】本発明の第６実施の形態にかかる光波長変換
モジュールを示すイメージ図である。

【図１１】従来の導波路型光変調素子の斜視形状を示す
イメージ図である。

【図１２】従来の導波路型光変調素子の平面形状を示す
イメージ図である。

【図１３】従来のＺカット基板を用いた導波路型光変調
素子の斜視形状を示すイメージ図である。

【図１４】従来のＺカット基板を用いた導波路型光変調
素子の側面形状を示すイメージ図である。

【図１５】光波長変換素子の一例を示すイメージ図であ
る。

【図１６】光波長変換素子の他例を示すイメージ図であ
る。

【図１７】光波長変換素子の問題点を説明するための説
明図である。

【図１８】従来のＺ軸を基板の厚み方向に傾けた基板を
用いた導波路型光変調素子の斜視形状を示すイメージ図
である。

【図１９】従来のＺ軸を基板の厚み方向に傾けた基板を
用いた導波路型光変調素子の側面形状を示すイメージ図
である。

【符号の説明】

３０光波長変換モジュール３２ＬＤ素子３４ＥＯＭ素子３６ＳＨＧ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
よる光学変調用の基板に入射光を伝播する少なくとも１
本の光導波路を形成し、前記光導波路に電圧を印加する
ための電極を前記基板表面に形成した電気光学変調手段
と、非線形光学効果を有する強誘電体結晶による波長変換用
の基板に入射光を伝播する少なくとも１つの光導波路を
形成し、前記光導波路に基板の自発分極の向きが反転さ
れると共に導波方向に周期的に形成されたドメイン反転
部を形成した光波長変換手段と、を各々独立して形成し、前記電気光学変調手段の少なく
とも１つの導波路と前記光波長変換手段の少なくとも１
つの導波路とが導波光を伝播可能となるように、前記電
気光学変調手段及び光波長変換手段を接合する光波長変
換モジュールの作製方法。
【請求項２】光ビームを出射する半導体レーザをさら
に備え、前記電気光学変調手段の光導波路へ光ビームが
入射されるように前記電気光学変調手段に前記半導体レ
ーザをさらに直接接合または光ファイバを介して接合す
ることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換モジュ
ールの作製方法。
【請求項３】非線形光学効果を有する強誘電体結晶に
よる光学変調用の基板と、前記基板に形成されかつ入射
光を伝播する少なくとも１本の光導波路と、前記光導波
路に電圧を印加するために前記基板表面に形成された電
極と、を有する電気光学変調手段と、非線形光学効果を有する強誘電体結晶による波長変換用
の基板と、前記基板表面に形成された少なくとも１つの
光導波路と、前記光導波路に基板の自発分極の向きが反
転されると共に導波方向に周期的に形成されたドメイン
反転部と、を有する光波長変換手段と、の各々が接合された光波長変換モジュール。
【請求項４】前記電気光学変調手段は、複数本の導波
路を備え、方向性光結合器を構成することを特徴とする
請求項３に記載の光波長変換モジュール。
【請求項５】前記光波長変換手段の光導波路は、前記
基板表面に沿って延びるように形成されかつ該基板に対
して平行な偏光成分を有することを特徴とする請求項３
または４に記載の光波長変換モジュール。
【請求項６】前記基板の少なくとも一方は、表面と強
誘電体結晶の自発分極とのなす角度θが所定角度範囲内
（０°＜θ＜２０°）となるようにカットされた強誘電
体結晶基板であることを特徴とする請求項３乃至請求項
５の何れか１項に記載の光波長変換モジュール。
【請求項７】前記角度θは、０．２°を超えることを
特徴とする請求項６に記載の光波長変換モジュール。
【請求項８】前記光導波路は、プロトン交換及びアニ
ールにより形成されかつ、前記角度θは、０．５°を超
えることを特徴とする請求項６に記載の光波長変換モジ
ュール。
【請求項９】光ビームを出射する半導体レーザをさら
に備え、前記電気光学変調手段の光導波路へ光ビームが
入射されるように前記電気光学変調手段に前記半導体レ
ーザをさらに直接接合または光ファイバを介して接合す
ることを特徴とする請求項３乃至請求項８の何れか１項
に記載の光波長変換モジュール。
【請求項１０】前記半導体レーザは、発振波長が調整
可能であることを特徴とする請求項３乃至請求項９の何
れか１項に記載の光波長変換モジュール。