JPH0331829A - 光波長変換素子 - 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、光導波路型の光波長変換素子に係り、特に第
２高調波への変換効率を高めた光波長変換素子に関する
ものである。

［従来の技術］ 第３図に従来例を示すｅ　ＬｉＮｂ０．結晶等の材料よ
りなり非線形光学効果を有する基板１の表面に、光導波
路２がプロトン交換法、あるいはＴｉＯ□等の物質のＥ
Ｂ蒸着、スパッタリング等の方法により形成されている
。該光導波路２に適当な条件、即ちプロトン交換法でＬ
ｉＮｂ０一基板に形成されたものの場合、基板に垂直な
偏光方向の基本波４　（ＴＭ波）を入射すると、チェレ
ンコフ放射により第２高調波５が容易にられる。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明の目的は、光導波路素子においてチェレンコフ放
射による第２高調波発生の変換効率を向上させることを
目的としている。

装荷型の光導波路構造をもつ素子については、特開昭６
０−１４２２２号に述べているが、装荷する膜は、基板
、光導波路、装荷膜の屈折率をそれぞれｎｚ、ｒｌ＋＋
ｎｘとするとｒｌＩ＞　ｎ　ｓ　＞　ｎ　２なる条件が
必要とされている。この例では、屈折率ｎ、＝＝２．２
４のＬｉＮｂＯ５単結晶Ｙ板（結晶Ｙ軸に垂直に切断し
たもの）の基板上に、Ｔｉ熱拡散あるいはに１イオン交
換等により屈折率ｎ＋＝２．３５の光導波路を形成し、
上部層として屈折率ｎ５＝２．３０のＺｎＳを５μｍの
膜厚で設けた光波長変換素子について記載されている。

近年、非線形光学効果を利用した光波長変換素子の第２
高調波への変換効率の向上が求められており、本発明は
従来素子よりもさらに変換効率を向上せしめた素子を新
規に提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、結晶Ｚ軸に垂直に切断した非線形光学単結晶
の基板と、該基板の表面に形成された光導波路と、該光
導波路上に装荷され基本波に対する屈折率が該光導波路
より大きく、かつ厚さがｌμｌ以下の装荷膜とよりなる
光波長変換素子を提供するものである。

本発明の素子を、第１図に基いて説明する。

非線形光学効果を有する基板１の表面に光導波路２が形
成され、その上に光導波路２よりも基本波に対する屈折
率の大きい物質が装荷膜３として形成されている。基板
としては、大きな２次の非線形光学定数をもつものが良
く、酸化物単結晶のＬｉＮｂＯ５，ＫＮｂＯｓ、β−Ｂ
ａＢ２０＜　、あるいはＭＮＡ（２−メチル−４−ニト
ロアニリン）などの有機物が用いられる。光導波路２は
基板物質によってその作製法が異なるが、装荷膜３のな
い状態でも変換効率の高い構造であることが望ましい。

例えば、プロトン交換法によるＬｉＮｂ０．光導波路（
屈折率約２６３程度）などである。装荷膜３としては、
基本波に対する屈折率が大きいほどよいが、波長分散は
重要ではない。

装荷膜３の屈折率は３程度が上限として好ましく、３よ
り太き（なると光の吸収が大きくなり透過損失が大きく
なる。

また、その厚さは光導波路構造に依存するが、１μｍ程
度より小さい方が好ましい。それより、膜厚が大きい場
合は、逆に変換効率が装荷膜がない場合よりも落ちてし
まうことが認められた。また、０．０１μｍより小さく
なると装荷膜３を設けない場合とほとんど同程度の変換
効率になってしまうことが確かめられた。従って、厚さ
は０．０１−１μｍの範囲が好ましい。装荷膜の材料と
しては、屈折率約２．３１のＴｉＯ□、屈折率約２，３
７のＺｎ５ｅ、屈折率約２．３１のＡＳｉＳｘが使用で
きる。

ここで、第１図（ａ）は埋込み型の光導波路を示し、（
ｂ）はリッジ型の光導波路を示すものであるが、いずれ
もプロトン交換法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング法等に
よって作製でき、本発明素子はどちらでも応用可能であ
る。

［作用］ 本発明において、その作用は必ずしも明確ではないが１
次のように考えられる。

チェレンコフ放射においては、基板に対しである角度を
なす方向で、基本波と高調波の位相整合が取れる。その
出力は放射角が小さい捏上がる傾向にある。放射角と基
本波の伝搬定数とは一対一の関係にあり、伝搬定数を上
げることによって放射角を小さ（し、出力を高めること
ができる。この伝搬定数を上げる方法としては、その１
つに本発明で用いた装荷膜を形成するという方法がある
ことは既知である。しかし、ここで相反する効果もあり
、あまり伝搬定数を上げると０次の他に１次モードも伝
搬するようになり、出力としては低下してしまうことで
ある。したがって、出力を太き（するためには、０次モ
ードのみが伝搬される範囲で伝搬定数を上げることが有
効である。これには本発明のように、屈折率の大きい物
質をシングルモードとなる厚さで装荷すれば良い。屈折
率が先導波路より小さい物質を厚めに装荷しても同様の
伝搬定数を得ることはできるが、前記の場合に比べて基
本波の界分布がブロードになり、基本波のパワー密度の
低下を招き高調波の発生に不利である。

［実施例］ 第２図に本発明の実施例を示す。

ｚ−ｃｕｔのＬｉＮｂＯ５単結晶６（屈折率２．１７）
の基板に、バターニングをし、プロトン交換法により屈
折率２．３のチャンネル型光導波路のプロトン交換層７
が厚さ０．３５μｍで形成されている。

その表面には屈折率２．５３のＺｎ５ｅ膜８が０．１０
μｍ蒸着されている。この素子に波長８３０ｎｍの基本
波１０ｍＷを入射したところ、第２高調波（波長４１５
　ｎｍ）の出力０．１４ｍＷが得られ、装荷膜がない場
合に比べてｚ、４４＠の高調波出力が得られた。

第２の実施例として、上記実施例と同じ基板および先導
波路を用い、その表面に屈折率２，３１のＴｌＯ２膜を
０．１５μｍの膜厚でスパッタ法により形成した。この
素子に波長８３０ｎｍの基本波１．０ｍＷを入射したと
ころ、第２高調波（波長４１５１Ｌｍ）の出力８８μＷ
が得られ、装荷膜がない場合に比べて１．４倍の高調波
出力が得られた。

第３の実施例として、上記実施例と同じ基板および先導
波路を用い、その表面に屈折率２，３７のＡＳ２Ｓ３膜
を０，２μｍの膜厚でスパッタ法により形成した。この
素子に波長８３０ｎｍの基本波５ｍＷを入射し、たどこ
ろ５π２高調波（波長４１５μｍ）の出カフ０μＷが得
られ、装荷膜がない場合に比べて１．２倍の高調波出力
が得られた。

また、上記実施例と同じ基板および先導波路を用い、そ
の表面に例えば屈折率２．５３のＡＳｚＳｉ膜を１μｍ
以上の膜厚で形成し、た場合は、その膜厚が大きくなれ
ばなるほど、装荷膜を導波する基本波の成分が大きくな
り、しかも装ｆｔ膜中においてマルチモードの分布で伝
搬するようになり基板からの第２高調波出力が大きく低
下し、装荷膜がない場合よりも出力の低下を招いてしま
う。

［発明の効果］ 本発明は、第２高調波発生の変換効率が向トするという
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第】図と第２図は実施例を示し、第】図（ａ）は埋込み
型の光導波路の斜視図であり、第１図（Ｉ））けリッジ
型の先導波路の斜視図であｌ］、第２図はＬｉＮｂＯｘ
結晶の基板にブロトンシ換層の光導波路を形成したもの
の斜視図であり、第３図は従来例の斜視図である。 ３・・・装荷膜、　　　８・・・ＡｓｚＳｉ膜第１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 結晶Ｚ軸に垂直に切断した非線形光学単結 晶の基板と、該基板の表面に形成された光導波路と、該
   光導波路上に装荷され基本波に対する屈折率が該光導波
   路より大きく、かつ厚さが１μｍ以下の装荷膜とよりな
   る光波長変換素子。