JPH0293625A - 光周波数変換素子 - Google Patents

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〕 本発明はレーザ光からさらに短波長光を発生するために
利用する。本発明は、光通信、光測定その他に利用する
。特に゛、入射レーザ光に対して高調波を発生する光周
波数変換素子に関する。

〔概　要〕

本発明は、非線形光学効果を示す結晶を用いて高調波を
発生する光周波数変換素子において、単結晶ファイバを
用い、その表面を低屈折率化処理することにより、 入射効率および変換効率に優れた光フアイバ形の光周波
数変換素子を提供するものである。

〔従来の技術〕

短波長レーザ光、特に可視ないし紫外領域のコヒーレン
ト光を発生するため、赤外半導体レーザの出力光を光周
波数変換素子に入射して高調波を発生させる技術が知−
られている。短波長レーザ光は、高密度光メモリその他
の用途が期待されている。

第４図は従来例光周波数変換素子の斜視図である。

この素子は、非線形光学効果を示す結晶、特にＬｔＮｂ
Ｏｓ基板４１の表面に、プロトン交換処理により光導波
路４２が形成されている。

プロトン交換処理は、安息香酸やビロリン酸を１７０〜
２５０℃程度に加熱した溶液にＬ＋ＮｂＯ３単結晶を浸
すことにより、結晶中のＬｉｔ　と溶液中のＨ゛とを交
換し、結晶表面にＨ）ＩＬＩ　＋−＋ｔＮｂ［１３を形
成する処理である。この処理を行うことにより高屈折率
領域が形成される。

第４図に示した素子を使用するには、光導波路４２の一
端から基本波を入射する。このとき、光導波路４２に沿
って、基本波と同じ位相速度をもつ非線形分極波が生じ
る。このとき光導波路４２で発生する高調波の位相速度
が非線形分極波の位相速度より大きくなるため、Ｌ＋Ｎ
ｂＯ３基板４１内に、特定の角度で高調波が発生する。

この高調波が発生する現象は、チェレンコフ放射と呼ば
れている。このときの高調波の発生角度は、非線形分極
により放射された高調波が位相を強め合う方向であり、
非線形分極波の伝搬方向とは異なる。この高調波の発生
角度をチェレンコフ角という。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第４図に示した従来例の光周波数変換素子では
、光導波路への基本波の結合率が小さく、入射光の３０
〜５０％のエネルギしか光導波路に結合できない欠点が
あった。また、チェレンコフ放射光は特定の角度で放射
され、しかも三日月状となるため、高調波の集光性が悪
い欠点があった。

また、光導波路の断面積が非常に小さく、その−辺の長
さが０．４〜２μ田程度であるため、入射パワーの自乗
に比例して発生する高調波が非常に不安定であった。

さらに、基本波の伝搬損失が１〜３　ｄＢ／ｃｍと大き
く、変換効率が非常に小さくなる欠点があった。

また、プロトン交換処理により、高調波を発生する光導
波路の非線形光学定数が減少するため、さらに変換効率
が小さくなる欠点があった。

本発明は、以上の問題点を解決し、基本波の結合効率お
よび変換効率が高く、集光性のよい光周波数変換素子を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光周波数変換素子は、光導波路が非線形光学効
果を示す単結晶ファイバのコア層として形成され、この
光導波路に基本波光を入射したときに発生するチェレン
コフ放射光を伝搬する高調波伝搬層が単結晶ファイバの
表面を覆うクラッド層として形成されたことを特徴とす
る。

単結晶ファイバはその長さ方向がｙ軸の方向に一致する
Ｌ＋Ｎｂ０１の単結晶ファイバであり、クラッド層は、
この単結晶ファイバの表面に形成されたＨ、Ｌｉｔ−、
ＮｂＯ３層であることが望ましい。

〔作　用〕

表面に低屈折率のクラッド層が形成された単結晶ファイ
バに基本波を入射すると、この基本波はコア層内に閉じ
込められて伝搬する。このとき、単結晶の光学的非線形
性により高調波が発生する。

この高調波はクラッド層に閉じ込められて伝搬する。

特にＬ＋ＮｂＯ３単結晶ファイバを用い、その表面をプ
ロトン交換処理すると、その異常光屈折率ｎｅは０．１
３程度増加するが、常光屈折率ｎ。は０．０４程度減少
する。そこで、この常光屈折率ｎ。の減少を利用して単
結晶ファイバの表面をクラッド層として利用する。この
単結晶ファイバにＴＥモードの基本波を入射すると、こ
の基本波はコア内に閉じ込められる。このとき、ＬｉＮ
ｂ０．単結晶の非線形光学定数ｄ３１により、ＴＭモー
ドの高調波が発生する。しかし、クラッド層の異常光屈
折率ｎ、が大きいため、この高調波はコア層を伝搬でき
ず、クラッド層に閉じ込められて伝搬する。したがって
、コア層の寸法によらず、あらゆる導波路寸法で高調波
を発生させることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例光周波数変換素子の斜視図で
あり、第２図は断面図である。

この素子は、非線形光学効果を示す結晶により形成され
た光導波路としてコア層１を備え、このコア層ｌに接し
て設けられ、このコア層１の屈折率より小さい屈折率に
設定され、このコア層１に基本波光を入射したときに発
生するチェレンコフ放射光を伝搬する高調波伝搬層とし
てクラッド層２を備える。

ここで、本発明の特徴とするところは、光導波路が単結
晶ファイバのコア層ｌとして形成され、高調波伝搬層が
単結晶ファイバの表面を覆うクラッド層２として形成さ
れたことにある。

単結晶ファイバはその長さ方向がｙ軸の方向に一致する
ＬｉＮｂ０．の単結晶ファイバである。このような単結
晶ファイバは、例えば住友セメント株式会社から新聞発
表されている（昭和６３年７月２１日付は日経産業新聞
）。また、クラッド層２は、この単結晶ファイバの表面
に形成されたＨｘＬｉ＋−＋ｔＮｂＯ。

層である。このような層は、単結晶ファイバをプロトン
交換処理することにより得られる。

この光周波数変換素子にＴＥモードで基本波を入射する
と、コア層１の常光屈折率ｎ。がクラッド層２の常光屈
折率ｎ。より大きいため、基本波がコア層１に閉じ込め
られて伝搬する。このとき、ＬｉＮｂＯ３単結晶の非線
形光学定数ｄ３□により、ＴＭモードの第二高調波が発
生する。しかし、クラッド層２の異常光屈折率ｎ８が大
きいため、この高調波はコア層ｌを伝搬できず、クラッ
ド層に閉じ込められて伝搬し、入射端と反対側から出射
される。高調波の遠視野像はリング状となる。

数値例としてコア層ｌの直径が２μｍ、クラッド層２の
直径が５０μｍの光周波数変換素子では、入射波長が０
．８４μ０、入射光パワーが５０ｍＷのときに、従来例
の５倍以上の変換効率で０．４２ｇｍの第二高調波が得
られる。

コア層１０寸法を変えることにより、０．６〜５μｍの
いずれの入力波長でも高変換効率で高調波が得られる。

第３図は本発明第二実施例光周波数変換素子の断面図で
ある。

この実施例では、クラッド層２の第二高調波出射端面が
レンズ状に研磨されている。これにより、第二高調波を
１０ｇｍ程度のスポット径に集光でき、レンズを用いる
ことなく光ファイバに集光できる。

この場合に、素子の出射端面からは基本波も出射される
が、これはフィルタその他を用いて除去できる。

また、クラッド層２だけでなくコア層ｌもレン　−ズ状
に研磨してもよい。

これらの実施例は、光フアイバ形であるので４取り扱い
が容易であり、高結合効率で結合できる。

また、伝搬損失が０．０１ｄＢ／ｃｍ程度であり、従来
の０、７ｄＢ／ｃｍに比べてかなり小さくなる。さらに
、船釣に、プロトン交換により非線形光学定数が減少す
るが、本発明では、プロトン交換によりクラッド層を形
成するため、コア層の非線形光学定数が減少することが
ない。これらのことから、波長変換効率が従来に比較し
て改善される。

また、高調波をチェレンコフ放射方式によりクラッド層
内に閉じ込めているので、集光性がよく、出力光ファイ
バへの結合効率も８０％以上の値が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光周波数変換素子は、集
光性に優れた短波長光を効率よく発生できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例光周波数変換素子の斜視図。 第２図は第一実施例の断面図。 第３図は本発明第二実施例光周波数変換素子の断面図。 第４図は従来例光周波数変換素子の斜視図。 １・・・コア層、２・・・クラッド層、４１・・・Ｌｔ
−ｘＮｂＯ３基板、４２・・・光導波路。 特許出願人　光計測技術開発株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 第−実施例 凰　１１ＴＴ７１ 断面口 Ｗ−）２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非線形光学効果を示す結晶により形成された光導波
   路と、 この光導波路に接して設けられ、この光導波路に基本波
   光を入射したときに発生する高調波を伝搬する高調波伝
   搬層と を備えた光周波数変換素子において、 上記光導波路は単結晶ファイバのコア層として形成され
   、 上記高調波伝搬層は上記単結晶ファイバの表面を覆うク
   ラッド層として形成された ことを特徴とする光周波数変換素子。 ２、単結晶ファイバはその長さ方向がｙ軸の方向に一致
   するＬｉＮｂＯ＿３の単結晶ファイバであり、クラッド
   層はこの単結晶ファイバの表面に形成されたＨ＿ｘＬｉ
   ＿１＿−＿ｘＮｂＯ＿３層である請求項１記載の光周波
   数変換素子。