JPH03132628A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JPH03132628A JPH03132628A JP1272001A JP27200189A JPH03132628A JP H03132628 A JPH03132628 A JP H03132628A JP 1272001 A JP1272001 A JP 1272001A JP 27200189 A JP27200189 A JP 27200189A JP H03132628 A JPH03132628 A JP H03132628A
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- Japan
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
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- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (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。
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、コヒーレントな短波長光源の実現を可能にす
るレーザ用波長変換素子に関する。
るレーザ用波長変換素子に関する。
波長変換素子、特に第２次高調波発生（ＳＨＧ： ５ｅ
ｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）
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。
ｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）
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。
半導体レーザは、小型で高出力のコヒーレントレーザ光
源として各種の光通信機器や光情報処理機器に使用され
ている。現在、この半導体レーザから得られる光の波長
は０．６８μｍから１．５５μｍの赤色可視光から近赤
外領域の波長である。このため、デイスプレィやより微
少な光スポツト形成など、応用範囲の拡大のなめに、赤
色、緑色、青色等、より短波長で発振が可能な半導体レ
ーザ光源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可視光へ波長変換できる波長変換素
子が実現できるとその効果が甚大である。
源として各種の光通信機器や光情報処理機器に使用され
ている。現在、この半導体レーザから得られる光の波長
は０．６８μｍから１．５５μｍの赤色可視光から近赤
外領域の波長である。このため、デイスプレィやより微
少な光スポツト形成など、応用範囲の拡大のなめに、赤
色、緑色、青色等、より短波長で発振が可能な半導体レ
ーザ光源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可視光へ波長変換できる波長変換素
子が実現できるとその効果が甚大である。
近年、半導体レーザの製作技術が発達して、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、先導波路型の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効率で波長変換素子を実現
できる可能性がある。
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、先導波路型の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効率で波長変換素子を実現
できる可能性がある。
このような例として、第２図に示すニオブ酸リチウム結
晶１に光導波路２を形成し、この光導波路２に近赤外励
起光３を端面結合し、これから結晶基板中に放射（チェ
レンコフ放射）される第２次高調波光４を得る方式のＳ
ＨＧ素子がある。この方式のＳＨＧ素子は、基本波とＳ
ＨＧ波の位相整合が自動的に取れているため、精密な温
度制御が必要ないという特徴を持つ。一方、ＳＨＧ出力
が基板放射光であるなめ波面が特異で、収差の大きな光
が基板の端面から出てくる。このため、この光をガウス
状強度分布の通常の使いやすいビームに変換することは
、この収差を補正するシリンドリカルレンズなどの高級
なレンズ系を必要とする。
晶１に光導波路２を形成し、この光導波路２に近赤外励
起光３を端面結合し、これから結晶基板中に放射（チェ
レンコフ放射）される第２次高調波光４を得る方式のＳ
ＨＧ素子がある。この方式のＳＨＧ素子は、基本波とＳ
ＨＧ波の位相整合が自動的に取れているため、精密な温
度制御が必要ないという特徴を持つ。一方、ＳＨＧ出力
が基板放射光であるなめ波面が特異で、収差の大きな光
が基板の端面から出てくる。このため、この光をガウス
状強度分布の通常の使いやすいビームに変換することは
、この収差を補正するシリンドリカルレンズなどの高級
なレンズ系を必要とする。
この問題点を解決するなめに、光導波路上に、自発分極
が周期的に反転している領域を設けける方式が提案され
ている。この方式では、分極反転周期Δが Δｃ＝２π／ （β （２ω）−２β （ω））１で与
えられるコヒーレント長Δ。と等しくなるように設定す
ることで第２次高調波も導波モードとすることができ集
光性の良い波面を得ることができる。ここでβ（２ω）
、β（ω）はそれぞれ光導波路の第２次高調波、基本波
に対する伝搬定数である。
が周期的に反転している領域を設けける方式が提案され
ている。この方式では、分極反転周期Δが Δｃ＝２π／ （β （２ω）−２β （ω））１で与
えられるコヒーレント長Δ。と等しくなるように設定す
ることで第２次高調波も導波モードとすることができ集
光性の良い波面を得ることができる。ここでβ（２ω）
、β（ω）はそれぞれ光導波路の第２次高調波、基本波
に対する伝搬定数である。
このような自発分極の反転領域を選択的に形成する方法
として、チタンを熱拡散する方法がある。これは、ニオ
ブ酸リチウム結晶の＋０面に、分極反転を起こしない領
域にのみチタンパターンを形成し、１１００℃程度の雰
囲気中で数時間拡散を行うものである。
として、チタンを熱拡散する方法がある。これは、ニオ
ブ酸リチウム結晶の＋０面に、分極反転を起こしない領
域にのみチタンパターンを形成し、１１００℃程度の雰
囲気中で数時間拡散を行うものである。
この方式は、たとえばオプティカル ソサイエティ オ
ブ アメリカ発行のｒ１９８９ テクニカル ダイジ
ェスト シリーズ ボリューム４インテグレーテツド
アンド ガイデッド−ウェーブ オプティカル、ポスト
デッドライン ペーパーズＪ ＰＤ３に掲載の「フア
プリケーションメソッズ フォー プロデューシイング
ペリオディカリー ドメイン−インバーチイツト ウ
ェイブガイズ イン リチウム ナイオベートフォー
セカンド ハーモニクス ジェネレーション」と題する
論文、あるいはオプティカル ソサイエティ オブ ア
メリカ発行のｒ１９８９テクニカル ダイジェスト シ
リーズ ボリューム２ ノンリニア ガイデッド−ウェ
ーブ フェノミナ：フィジクス アンド アプリケーシ
ョンズ、ポストデッドラインペーパーＪ ＰＤ３掲載の
「セカンド ハーモニクス ジェネレーションオブ ブ
ルー アンド グリーン ライト インペリオディ力す
−−ボールド プレーナー リチウム ナイオベート
ウェーブガイズ」と題する論文に詳述されている。
ブ アメリカ発行のｒ１９８９ テクニカル ダイジ
ェスト シリーズ ボリューム４インテグレーテツド
アンド ガイデッド−ウェーブ オプティカル、ポスト
デッドライン ペーパーズＪ ＰＤ３に掲載の「フア
プリケーションメソッズ フォー プロデューシイング
ペリオディカリー ドメイン−インバーチイツト ウ
ェイブガイズ イン リチウム ナイオベートフォー
セカンド ハーモニクス ジェネレーション」と題する
論文、あるいはオプティカル ソサイエティ オブ ア
メリカ発行のｒ１９８９テクニカル ダイジェスト シ
リーズ ボリューム２ ノンリニア ガイデッド−ウェ
ーブ フェノミナ：フィジクス アンド アプリケーシ
ョンズ、ポストデッドラインペーパーＪ ＰＤ３掲載の
「セカンド ハーモニクス ジェネレーションオブ ブ
ルー アンド グリーン ライト インペリオディ力す
−−ボールド プレーナー リチウム ナイオベート
ウェーブガイズ」と題する論文に詳述されている。
以上述べた従来の技術による波長変換素子では、チェレ
ンコフ放射型では既に述べたように集光することが困難
であるという欠点を有する。また分極反転型では次のよ
うな問題点を有している。分極反転を選択的に起こすた
めに、従来では上述のようにチタン拡散法を用いている
が、この方法は同時に拡散部分の屈折率の上昇をも引き
起こす。従って、光導波路を伝搬する光波は、分極の反
転、非反転領域の境界を通過する毎に屈折率の変化を受
けることになり、境界では反射損失が非常に大きなもの
となり、見かけ上導波損失の大きい光導波路となってし
まう。よく知られているように、第２高調波への変換効
率は励起光強度に比例するため、導波損失の大きい導波
路では高い変換効率を達成することは困難である。
ンコフ放射型では既に述べたように集光することが困難
であるという欠点を有する。また分極反転型では次のよ
うな問題点を有している。分極反転を選択的に起こすた
めに、従来では上述のようにチタン拡散法を用いている
が、この方法は同時に拡散部分の屈折率の上昇をも引き
起こす。従って、光導波路を伝搬する光波は、分極の反
転、非反転領域の境界を通過する毎に屈折率の変化を受
けることになり、境界では反射損失が非常に大きなもの
となり、見かけ上導波損失の大きい光導波路となってし
まう。よく知られているように、第２高調波への変換効
率は励起光強度に比例するため、導波損失の大きい導波
路では高い変換効率を達成することは困難である。
本発明は、上述の問題点を解決し、高変換効率で、かつ
集光性の良好な波長変換素子を提供することを目的とす
る。
集光性の良好な波長変換素子を提供することを目的とす
る。
以上述べた従来技術の持つ課題を解決するために、本発
明が用いる手段は、ニオブ酸リチウム結晶に設けた光導
波路に、チタンを選択的に熱拡散して形成した自発分極
反転領域を有する波長変換素子において、前記チタン拡
散領域に酸化マグネシウムを追拡散したことを特徴とす
る構成になつている。
明が用いる手段は、ニオブ酸リチウム結晶に設けた光導
波路に、チタンを選択的に熱拡散して形成した自発分極
反転領域を有する波長変換素子において、前記チタン拡
散領域に酸化マグネシウムを追拡散したことを特徴とす
る構成になつている。
本発明では、分極反転を用いて位相整合を達成する第２
高調波発生素子において、チタン拡散に伴う分極反転部
の屈折率上昇を補償するために、酸化マグネシウムを追
拡散する方法を用いる。酸化マグネシウムの追拡散によ
りチタン拡散部の屈折率が低下することは、たとえば応
用物理学会光学懇話会編の「光集積回路基礎と応用」
（１９８８年朝倉書店発行）の第１２６ページから１２
７ページに記載されている。従って、酸化マグネシウム
をチタン拡散部に合致するようにパターニングし、追拡
散を行うことにより、分極反転部と非反転部の屈折率差
を小さくすることができる。境界部での反射が小さくな
ることから伝搬損失の小さい光導波路を作製することが
でき、結果として高い変換効率を有する波長変換素子を
実現することができる。
高調波発生素子において、チタン拡散に伴う分極反転部
の屈折率上昇を補償するために、酸化マグネシウムを追
拡散する方法を用いる。酸化マグネシウムの追拡散によ
りチタン拡散部の屈折率が低下することは、たとえば応
用物理学会光学懇話会編の「光集積回路基礎と応用」
（１９８８年朝倉書店発行）の第１２６ページから１２
７ページに記載されている。従って、酸化マグネシウム
をチタン拡散部に合致するようにパターニングし、追拡
散を行うことにより、分極反転部と非反転部の屈折率差
を小さくすることができる。境界部での反射が小さくな
ることから伝搬損失の小さい光導波路を作製することが
でき、結果として高い変換効率を有する波長変換素子を
実現することができる。
以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の詳細な説明するための図である。ニオ
ブ酸リチウム結晶１にチタン拡散法により分極反転領域
を作製し、その領域と重なるように酸化マグネシウムの
追拡散を行い屈折率がチタンの非拡散領域とほぼ等しい
、低屈折率分極反転領域６が形成されている。光導波路
７はプロトン交換により低屈折率分極反転領域６と交わ
るように作製している。励起光８を光導波路７の端面か
ら結合させる。第２高調波光９はほぼ光導波路の導波モ
ードとなり、光導波路端面から出射する。第３図Ａ、Ｂ
は本素子の構成を示すための平面図及び断面図である。
ブ酸リチウム結晶１にチタン拡散法により分極反転領域
を作製し、その領域と重なるように酸化マグネシウムの
追拡散を行い屈折率がチタンの非拡散領域とほぼ等しい
、低屈折率分極反転領域６が形成されている。光導波路
７はプロトン交換により低屈折率分極反転領域６と交わ
るように作製している。励起光８を光導波路７の端面か
ら結合させる。第２高調波光９はほぼ光導波路の導波モ
ードとなり、光導波路端面から出射する。第３図Ａ、Ｂ
は本素子の構成を示すための平面図及び断面図である。
低屈折率分極反転領域６の深さ及び幅はプロトン交換光
導波路７の深さ及び幅よりも十分深く、かつ広くなるよ
うに設定している。
導波路７の深さ及び幅よりも十分深く、かつ広くなるよ
うに設定している。
第４図は、本発明による素子の作製プロセスを説明する
ための図である。チタン薄膜１０をＺカットニオブ酸リ
チウム結晶１１の＋０面上に作製しく第４図Ａ）、フォ
トプロセス、エツチングにより分極反転パターンに対応
したチタンパターン１２を形成する（第４図Ｂ）。１１
００°Ｃ程度の温度で数時間処理することにより分極反
転領域１３が形成される（第４図Ｃ）。この分極反転領
域１３に一致するようにＭｇＯパターン１４を形成する
（第４図Ｄ）。Ｍｇ０層の形成は例えばスパッタ法によ
り作製することができる。また、Ｍ ｇ Ｏのパターン
はリフトオフ法や、ドライエツチング法等、公知の技術
を用いて行うことができる。ＭｇＯの追拡散は、数百°
Ｃの拡散温度で、チタンの拡散とほぼ同様の手法で行う
ことができ、これにより低屈折率分極反転領域１５が形
成される（第４図Ｅ）。その後、公知の技術であるプロ
トン交換法により光導波路１６を形成する（第４図Ｆ）
。
ための図である。チタン薄膜１０をＺカットニオブ酸リ
チウム結晶１１の＋０面上に作製しく第４図Ａ）、フォ
トプロセス、エツチングにより分極反転パターンに対応
したチタンパターン１２を形成する（第４図Ｂ）。１１
００°Ｃ程度の温度で数時間処理することにより分極反
転領域１３が形成される（第４図Ｃ）。この分極反転領
域１３に一致するようにＭｇＯパターン１４を形成する
（第４図Ｄ）。Ｍｇ０層の形成は例えばスパッタ法によ
り作製することができる。また、Ｍ ｇ Ｏのパターン
はリフトオフ法や、ドライエツチング法等、公知の技術
を用いて行うことができる。ＭｇＯの追拡散は、数百°
Ｃの拡散温度で、チタンの拡散とほぼ同様の手法で行う
ことができ、これにより低屈折率分極反転領域１５が形
成される（第４図Ｅ）。その後、公知の技術であるプロ
トン交換法により光導波路１６を形成する（第４図Ｆ）
。
本発明によれば、特殊なレンズ系を用いることなく集光
が可能で、かつ高変換効率な波長変換素子を提供するこ
とができる。
が可能で、かつ高変換効率な波長変換素子を提供するこ
とができる。
第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は従
来の技術を説明するための図、第３図、第４図は本発明
の詳細な説明するための図である。図において、 １．５・・・ニオブ酸リチウム結晶、２，７．１６・・
・光導波路、３．８・・・励起光、４．９・・・第２高
調波光、６，１５・・・低屈折率分極反転領域、１０・
・・チタン薄膜、１１・・・Ｚカットニオブ酸リチウム
結晶、１２・・・チタンパターン、１３・・・分極反転
領域、１４・・Ｍｇ○パターン である。
来の技術を説明するための図、第３図、第４図は本発明
の詳細な説明するための図である。図において、 １．５・・・ニオブ酸リチウム結晶、２，７．１６・・
・光導波路、３．８・・・励起光、４．９・・・第２高
調波光、６，１５・・・低屈折率分極反転領域、１０・
・・チタン薄膜、１１・・・Ｚカットニオブ酸リチウム
結晶、１２・・・チタンパターン、１３・・・分極反転
領域、１４・・Ｍｇ○パターン である。
Claims (1)
- ニオブ酸リチウム結晶に設けた光導波路に、チタンを選
択的に熱拡散して形成した自発分極反転領域を有する波
長変換素子において、前記チタン拡散領域に酸化マグネ
シウムを追拡散したことを特徴とする波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1272001A JPH03132628A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1272001A JPH03132628A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03132628A true JPH03132628A (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=17507764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1272001A Pending JPH03132628A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03132628A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1355188A3 (en) * | 2002-04-02 | 2006-06-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Systems and a method for generating blue laser beam |
| WO2006059389A1 (ja) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 光波長変換光源 |
-
1989
- 1989-10-18 JP JP1272001A patent/JPH03132628A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1355188A3 (en) * | 2002-04-02 | 2006-06-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Systems and a method for generating blue laser beam |
| WO2006059389A1 (ja) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 光波長変換光源 |
| JPWO2006059389A1 (ja) * | 2004-12-03 | 2008-06-05 | 三菱電機株式会社 | 光波長変換光源 |
| US7605973B2 (en) | 2004-12-03 | 2009-10-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical wavelength conversion light source |
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