JPH0394237A

JPH0394237A - 光波長変換装置

Info

Publication number: JPH0394237A
Application number: JP1231975A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 昌規渡辺; Osamu Yamamoto; 修山本; Tomohiko Yoshida; 智彦吉田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-04-19

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、光ディスク装置やレーザビームプリンタ等の
情報処理装置、光応用計測器等に使用されるレーザ光を
短波長化する際に使用される光波長変換装置に関する。

（従来の技術）光ディスク装置やレーザビームプリンタ等の情報処理装
置、あるいは光応用計測器等では、半導体レーザ素子か
ら発せられる集光性および指向性に優れたレーザ光が使
用されている。通常、半導体レーザ素子から発振される
レーザー光の波長は、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ等の長波
長の近赤外光であるが、最近では、情報処理装置におけ
る処理情報量を増大させるために、あるいは光応用計測
器の計測精度を向上させるために、レーザ光の短波長化
が進められている。例えば、光ディスク装置やレーザピ
ームプリンタ等の情報装置では、半導体レーザ素子にて
発振されたレーザ光を所定位置に集光させて、情報や画
像の書き込みが行われている。レーザ光の波長と集光ス
ポットの径は、通常、比例関係にあり、レーザ光の波長
が短くなれば、集光スポットの径を小さくできる。集光
スポットの径が小さくなれば、光ディスク装置では、光
ディスクに書き込む情報量（記録密度）を増大させるこ
とができる。レーザビームプリンタでは、レーザ光の波
長が短くなれば、微小画像を形成し得るために記録密度
を増大させることができるとともに、解像度を向上させ
ることができる。波長の短い緑色や青色のレーザ光が容
易に得られれば、現在使用されている赤色レーザ光と組
み合わせることにより、高速動作可能な、高解像度のカ
ラープリンタも実現し得る。光応用計測器では、レーザ
光の波長を短くすることすることにより、計測精度の向
上が図れる。

近時、ＩＩｒ−Ｖ族の半導体材料を使用した半導体レー
ザ素子では、発振波長が６００ｎｍ台（５８０ｎｍ）の
レーザ光が得られているが、■−■族の半導体材料では
、それ以上の短波長化は困難である。Ｚ　ｎ　ＳｅｓＺ
ｎＳ等のＩＩ−ＶＩ族の半導体材料を用いた半導体レー
ザ素子の研究も行われているが、現在では、ｐ一ｎ接合
も実現されていない。このため、緑色、青色等の短波長
のレーザ光を発振し得る半導体レーザ素子は、適当な材
料が見あたらないこともあって、実現されていない。そ
の結果、緑色や青色等の短波長のレーザ光は、アルゴン
イオンレーザ等の大型なガスレーザによって発振されて
いるのが現状である。

このような大型のガスレーザを用いることなく、緑色、
青色等の短波長のレーザ光を得るために、固体レーザや
半導体レーザ素子から発振されたレーザ光の波長を変換
する光波長変換方法がある。

この光波長変換方法としては、複数の光の周波数が足し
合わされる和周波発生、特に、同一周波数の２つ、ある
いは３つの光の周波数が足し合わされる第２高調波発生
、第３高調波発生を利用する方法が知られている。現在
、第２高調波発生により、例えば、波長１．０６μｍの
ＹＡＧ　（イットニウム・アルミニウム・ガーネ／ト）
レーザを用いて波長０．５３μｍの緑色レーザ光の発生
が実現されており、また、波長０．８３〜０．８４μｍ
の半導体レーザを用いて、波長０．４１．５〜０．４２
μｍの青色レーザ光発生が実現されている。

波長０．８４μｍの半導体レーザ光による第２高調波の
発生は、例えば、「応用物理、第５６巻、１２号、１６
３７〜１６４１ベージ（１９８７）　」に報告されてい
る。

コノ報告では、ＬｉＮｂ０３基板上にプロトン交換法に
より光導波路を形或して、０．８４μｍ、４０ｍＷの半
導体レーザ光により、１％の変換交率で、０．４ｍＷの
第２高調波が発生されている。光導波路は、幅２．０μ
ｍ、深さ０．４μ箇に形成されており、該光導波路内に
半導体レーザ光を入射させると、高調波は基板面に対し
て、約１６．２’の傾斜状態で該基板内に放射される。

この場合、基本波と高調波との位相整合条件は、ほとん
ど自動的に満足され、光線と結晶の角度や結晶の温度に
対する制約がない。しかし、高調波出力は、０．４ｍＷ
と低く、光ディスク等に使用するためには、出力は１桁
不足している。

波長変換効率は、基本波密度に比例して増大するため、
高調波出力は基本波密度の２乗に比例する。そこで、基
本波密度を増加するために、光共振器を用いた例が、ｒ
ＩＥＥＥ　　ジャーナル　オブ　カンタム　エレクトロ
ニクス、２４巻、６号、９１３〜９１９ページ（１９８
８）　Ｊに記載されている。この光波長変換装置は、第
６図に示すように、ＹＡＧレーザ９１から照射された基
本波が、両端面を精密に加工してその両端面に反射膜コ
ートが施された非線形光学結晶であるＭｇＯドープＬｉ
ＮｂＯ３結晶９２内へその端面から入射される。該結晶
９２は、オーブン９６内に収容されて、所定温度となる
ように加熱されている。ＬｉＮｂＯ３結晶９２に入射し
た基本波は、該結晶９２の両端面および側面で反射され
、同一光路を周回する。このとき、基本波が周回する光
路における光損失がきわめて小さいために、共振条件が
満足されると、光路を周回する基本波の強度は、入射光
の数十倍になる。高調波は、基本波との位相が整合され
た部分から、該結晶９２の基本波が入射される瑞面とは
反対側の端面から、破線で示すように、該端面により屈
折されて出射される。

結晶９２は、一対の電極９３ａおよび９３ｂに挟まれた
状態になっており、両＠　％　９　３　ａおよび９３ｂ
間に電圧が印加されて、結晶９２に電圧が印加されるこ
とにより、該結晶９２内の光の共振制御が行われる。両
電極９３ａおよび９３ｂ間に印加される電圧は、基本波
が入射される結晶９２の端面にて反射される該基本波の
反射光により制御され、該反射光が受光素子９４にて受
光されて所定の電気信号に変換され、制御回路９５によ
りその反射光が最小になるように、両電極９３ａおよび
９３ｂ間に印加される電圧が制御される。このような波
長変換装置では、５２．６ｍＷのＹＡＧレーザを結晶９
２内に入力すると、２９．７＋ｎ＊の高出力の高調波が
得られており、その変換効率は５６％にもなっている。

（発明が解決しようとする課題）このような光波長変換装置では、実用上、いくつかの問
題がある。まず、非線形光学結晶９２の両端面は、微妙
な曲率を有するように研磨しなければならず、しかも、
誘電体反射膜でコートする必要があり、その加工は容易
ではない。また、光線と非線形光学結晶との位置関係が
少しでもずれると、基本波と高調波との位相整合条件が
満足されないために、両者の位置関係を高精度に設定す
る必要がある。さらに、基本波と高調波との位相整合条
件を満足するためには、非線形光学結晶９２を所定温度
（例えばｌ０７”ｃ）に厳密に制御しなければならず、
例えば、結晶９２全体をオーブン９６等により加熱しな
ければならない。

このような欠点を解消した、実用的な高効率光波長変換
装置として、導波路型共振器を用いた構成が提案されて
おり、本願発明者等は、導波路をリング状の共振器にし
て、高調波出力を基板への放出光として取り出すように
した光波長変換装置を提案している（特願平１−７７８
２３号参照）。

この光波長変換装置は、第７図に示すように、非線形光
学効果を有する結晶基板８１（例えば、Ｙカットされた
ＭｇＯドーブのＬ　ｉ　ＮｂＯｓ　）上に、環状の光導
波路８２が形成されている。該光導波路８２内には、レ
ーザ光源８４から発振されたレーザ光（基本波）が、光
学系８５を介して入射され、リング状の光導波路８２内
を周回する。この基本波は、直線状の高調波発生部８２
ａ内を伝播される間に第２高調波に変換されて、基板８
１内に放射され、該第２高調波Ａが該基板８１の端面か
ら出力として取り出される。

他方、光導波路８２内を周回する基本波は、直線状の高
調波発生部８２ａに対向する位置に略平行状態で形成さ
れたモニター波発生部８２ｄを伝播する間に第２高調波
Ｂに変換され、該第２高調波Ｂが、基板８ｌの基本波入
射側の端面から出射され、受光器８６に入射される。該
受光器８６に入射した第２高調波Ｂが所定の電気信号に
変換されて、制御回路８７に入力される。該制御回路８
７は、光導波路８２におけるモニター波発生部８２ｄの
上流部を挟むように対向配設された一対の電極８３およ
び８３に印加される電圧を制御して、該光導波路８２の
モニター波発生部Ｈｄを伝播する光波長を変更し、受光
器８６にて受光される第２高調波の出力が最大となるよ
うに、光導波路８２の共振器条件を満足させる。光導波
路８２におけるモニター波発生部８２ｄを伝播した基本
波は、非対称合流部８２ｆから、高調波発生部８２ａ内
へと還流される。

このような構或の光波長変換装置では、リング状の光導
波路８２内を周回する基本は、非対称合流部８２ｆから
高調波発生部８２ａへ還流される際に、約１．０ｄＢ　
（２０％）の結合損失が生じるという問題がある。この
ため、リング状の光導波路８２における他の部分での伝
播損失が１０％以上あると、基本波を３倍以上に増幅で
きなくなる。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目
的は、比較的低出力の基本波を高効率で波長変換するこ
とができ、高出力の変換波長光を発生し得る光波長変換
装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段〉本発明の光波長変換装置は、基板上に、両端部が連結さ
れていない線状であって、一方の端部から基本波が入射
されるように形成された第１光導波路と、該第ｌ光導波
路とはその一部同士が方向性結合器により連結されてお
り、非線形光学効果により内部を伝播する基本波から基
板に第２高調波光または和周波光を放射するべく形成さ
れた環状の第２光導波路と、を具備してなり、そのこと
により上記目的が達或される。

（実施例）以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の光波長変換装置は、第１図に示すように、非線
形光学効果を有する直方体状の結晶基板１１と、該基板
ｌｌ上に形成されたそれぞれの端部が連結されていない
第ｌ光導波路１２と、該第１光導波路１２とは分離状態
で該基板ｌｌ上に形成された環状の第２光導波路１３と
、を有する。該結晶基板Ｈは、例えば、Ｚカットされた
ＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３が使用されている。

環状の第２光導波路１３は、基板Ｌ１の上面の長辺１１
ａに沿って延びる長円形状に形成されており、該長辺１
１ａに近接した位置および離れた位置にてそれぞれ該長
辺１１ａに平行状態で延びる一対の直線部分１３ａおよ
び１３ｂと、両直線部分１３ａおよび１３ｂの各端部同
士を連結する半円状の湾曲部分１３ｃおよび１３ｄとを
有する。他方の第ｌ光導波路１２は、該第２光導波路１
３を囲むように、Ｕ字状に形成されている。

該第ｌ光導波路１２の一方の端部は、基板ｌ１上面にお
ける長辺１１ａに連なっており、該端部から該長辺１１
ａとは直交する方向に延びる直線状の入射部１２ａが設
けられている。該入射部１２ａは円弧状の湾曲部１２ｂ
を介して、該入射部１２ａとは略直交する状態の接続部
１２ｃに連なっている。該接続部１２ｃは、湾曲部１２
ｂに近接する部分が、環状の第２光導波路１３における
長辺１１ａから離れた位置に形成された直線部１３ｂと
は間隔が狭い平行状態になっており、該直線部１３ｂに
おける端部の所定長さしにわたって該接続部１２ｃが隣
接した平行状態になっている。そして、この近接した両
導波路ｌ２および１３間では、徐々にエネルギーが移行
する方向性光結合器１２ｆになっており、該方向性光結
合器１２ｆにより、第１光導波路１２内を伝播する基本
波が、徐々に環状の第２光導波路１３内へと伝播する。

該第１光導波路１２の接続部１２ｃにおける方向性光結
合器１２ｆを構戊する部分以外の部分は、方向性光結合
器１２ｆにおける第２光導波路ｌ２の直線部１３ｂに対
して間隔が広い平行状態になっている。そして、該接続
部１２ｃは、円弧状の湾曲部１２ｄを介して、基板１ｌ
の長辺１１ａとは直交する直線状の出射部１２ｅに連な
っている。そして、該出射部１２ｅの端部が、基板ｌ１
の長辺１１ａに連なっている。

基板１１における第１光導波路１２の各端部が位置する
長辺１１ａの側方には、該第ｌ光導波路ｌ２の入射部１
２ａの端部に対向して、光学系１５が配設されており、
レーザ光源１４から発振されるレーザ光が、該光学系１
５を介して、該光導波路１２における入射部Ｌ２ａの端
部に照射される。該第ｌ光導波路ｌ２における入射部１
２ａの端部に照射されたレーザ光（基本波）は、該第ｌ
光導波路ｌ２内を伝播する。また、基板Ｈの該長辺１１
ａの側方には、第１光導波路１２の出射部１２ｅにおけ
る端部に対向して、受光器１６が配設されている。該受
光器１６は、第１光導波路ｌ２内を伝播して、該出射部
１２ｅから出射されるレーザ光を受光する。そして、該
受光部１６は、受光されたレーザ光量に対応した電気信
号を制御回路ｌ７へ出力し、該制御回路ｌ７は、受光器
１６の信号に基づいて、該受光器ｌ６が受光するレーザ
光盟が最小になるように、レーザ光１１４から発振され
るレーザ光量を制御する。

このような構成の光波長変換装置では、レーザ光源１４
から発振されたレーザ光が光学系１５を介して基板１１
の第１光導波路ｌ２内に基本波として入射される。光導
波路１２内に入射した基本波は、基板ｔｉがＺカットさ
れたＬｉＨｂ０３結晶であるため、該第１光導波路ｌ２
における接続部１２ｃ内を伝播する間に、その一部が、
方向性光結合器１２ｆにより、環状の第２光導波路１３
内に伝播される。そして、基本波が、該環状の第２光導
波路ｌ３内を伝播する間に、方向性光結合器１２ｆによ
り、その一部が、徐々に、環状の第２光導波路１３内へ
と伝播される。該方向性光結合器１２ｆは、近接した両
導波路１２および１３間で徐々にエネルギーが移行する
ため、第１導波路ｌ２から第２導波路ｌ３へと伝播され
る基本波には急激なモード変換がなく、結合損失は、多
くても数％以内になる。

第１光導波路ｌ２内を伝播して、方向性光結合器１２ｆ
により、第２光導波路１３内に伝播されない基本波は、
該第ｌ光導波路１２の出射部１２ｅの端部から出射され
、受光０１６に受光される。そして、該受光器ｌ６にて
受光された光量に対応した電気信号が、制御回路ｌ７に
出力され、該制御回路１７は、レーザ光［１４の注入電
流を制御して、受光器１６が受光する光量が極小となる
ように、発振波長を変更する。

これにより、環状の第２光導波路ｌ３内を伝播する基本
波の共振条件が満足される。

このようにして、環状の第２導波路１３内に伝播された
基本波は、該第２光導波路１３内を伝播する間に、共振
条件を満足され、該第２光導波路ｌ３内の各部分から高
調波が基板Ｉｌ内に放射される。

本実施例では、基板１ｌの長辺１１ａから離れた側に位
置する第２光導波路１３の直線部１３ｂから基板１ｉ内
に放射された高調波を、該基板１１の端面から取り出し
て、レンズ１８により、平行光としている。

ＺカットされたＭｇＯドープのＬｉＮｂ０３基板１１を
用いた本実施例の光波長変換装置では、例えば、各光導
波路１２および１３は、２２０゜Ｃのリン酸に２５分浸
漬して、深さ０．４μ園のプロトン交換層を形成して作
製される。そして、各光導波路１２および１３の幅を、
！．０μｖ＋ｓｙＲ状の第２光導波路ｌ３の各直線部１
３ａおよび１３ｂの長さを、それぞれ２．０口、各湾曲
部１３ｃおよび１３ｄを半径０．　５ｍ＋ａの円弧とし
たところ、該第２光導波路の伝播損失係数は、０．８６
Ｂ／ｃｍであった。

プロトン交換光導波路の場合は、光導波路部分の屈折率
の増加が、約０．１３と大きいので、該第２光導波路ｌ
３における曲率半径が０．　５＋ｍである各湾曲部１３
ｃおよび１３ｄの曲がり損失は無視でき、環状の該第２
光導波路１３での損失は、ほぼ伝播損失のみによって与
えられる。

基板ｔｉにおける第１光導波路ｌ２の入射部１２ａ端部
および出射部１２ｅ端部が位置する側面と、高調波が出
射される端面とは、光学研磨し、それぞれの面を通過す
る光の波長に対する反射防止膜をそれぞれの面にコーテ
ィングした。このように、基本波が入射する面と、高調
波が出射する面とを基板１１の異なる面とすることによ
り、それぞれの面にそれぞれの波長に適した反射防止膜
をコーティングできる。また、本実施例のように、基本
波が入射する面と高調波が出射する面とを、対向する面
同士とすることなく、隣接する面同士とすることにより
、基本波が入射される面の光導波路１２の端部内に入射
せず、その面から基板１１内に直接入射した基本波が、
高調波に混入するおそれがない。

本実施例では、半導体レーザ素子を用いたレーザ光［１
４の波長を、制御回路ｌ７により制御される注入電流に
より変更して、環状の第２光導波路１３内を伝播する基
本波の共振条件を満足するようにしているが、このよう
な制御方法では、半導体レーザ素子のモードホッピング
により、制御が不安定になる。このため、半導体レーザ
素子の温度を略一定となるようにした。なお、半導体レ
ーザ素子を完全な定電流駆動として、その温度を制御す
ることにより、波長を変更して、環状の第２光導彼路１
３内における基本波の共振条件を満足させるようにして
もよい。

このような光波長変換装置では、基本波の光量が１００
ｍＷであって、第１光導波路１２への結合光量が約３５
ｍＷの場合に、レンズ１８を通過した高調波の強度は、
約３ｍＷであった。これにより、環状の第２光導波路１
３から発生する高調波の光量の総和は、約１０＋Ｊに達
すると推定される。

本実施例の光波長変換装置における第２光導波路１３の
共振条件について以下に説明する。方向性光結合器１２
ｆにおいて損失がないものとし、第１図に示すように、
該方向性光結合器１２ｆに入射される基本波の強度をＰ
１、環状の第２光導波路１３に伝播された基本波の該第
２導波路ｌ３における入射強度をＰ４とすると、ｈ　　（１−ｃｏｓ（Δ／２）　ｔ）２＋４ｔ−ｃｏｓ
（Δ／２）ｓｉｎ２（δ／２）ただし、 Δ：方向性光結合器の長さＬに比例する定数で・あり、
方向性光結合器の偶数モード、奇数モードの伝播定数を
それぞれβｅ，β０とすると、Δ＝（βｅ−βｏ）　Ｌとなる。なお、方向性光結合器における完全結合長Ｌｃ
（第１光導波路のみを励振したときに環状の第２光導波
路へ光が完全に移行する最小距離）は、Δ＝＋πの場合
である。

ｔ：環状の第２導波路を１周した光の振幅を表すパラメ
ータであり、　（Ｐ２／Ｐ４）　Ｉ／２で表される。

ただしＰ２は環状の第２光導波路を１周した光の強度で
ある。

δ：環状の第２光導波路（共＠器）の位相であり、 δ＝　　（２π−ａ−ｈ／λ）＋（β０＋βｅ）Ｌ／２
で与えられる。ここで、Ｎは環状の第２光導波路の等価
屈折率、ｈは環状の第２光導波路の周長、λは波長であ
る。

特に第ｌ光導波路への入射光が第２光導波路に全て移行
される最適結合条件は、ｃｏｓ　（Δ／２）　＝　ｔで与えられる。

環状の第２光導波路の位柑δと基本波の増幅率との関係
の計算結果を第２図のグラフに示す。ただし、環状第２
光導波路を光が１周するときの損失を１０％と仮定した
。位相δが００近傍でのみ共振状態となることがわかる
。

方向性光結合器における長さ（第１導波路と第２導波路
とが近接して平行になっている長さ）Ｌを、２０〜２０
００μｍの間で変更するとともに、両者の間隔を０．５
〜５．０μｍの間で変更して、各光導波路を作製し、そ
のときの共振状態での基本波増幅率の計算結果を第３図
のグラフに示す。ただし、環状の第２光導波路を光が１
周するときの損失を１０％と仮定した。完全結合長をＬ
ｃとすると、最小の最適結合長は、約０．２・Ｌｃとな
る。最小の最適結合長は、環状の第２光導波路損失が小
さくなるほど小さくなる。

なお、レーザ光源としては、単一モード半導体レーザに
限らず、マルチモード半導体レーザであってもよい。特
に、環状の第２光導波路（共振器）の共振波長間隔の整
数倍が半導体レーザの縦モード間隔となる場合には、マ
ルチモード半導体レーザの出力がほとんど該第２光導波
路内へと伝播するため、高効率で第２高調波を発生させ
ることができる。このとき、厳密には、半導体レーザの
異なる縦モードの周波数が足し合わされて高調波を発生
する一種の和周波も発生する。

本発明の光波長変換装置の他の実施例を第４図に示す。

本実施例では、例えば、ＹカットされたＭｇＯドーブの
ＬｉＮｂＯ３を用いた基板２１上に、長円形状をした環
状の第２光導波路２３が設けられており、該第２光導波
路２３の側方に、直線状の第１光導波路２２が設けられ
ている。環状の第２光導波路２３の一方の直線部分は、
基板２１上に配設された一対の電極２９ａおよび２９ｂ
にて挟まれており、両電極２９ａおよび２９ｂは、該第
２光導波路２３のその直線部分を伝播する光に所定の電
圧を印加する。

直線状の第１光導波路２２は、環状の第２光導波路２３
とは所定の長さにわたって近接した平行状態になってお
り、その部分で、方向性光結合器２２ｄが形成されてい
る。直線状の該第ｌ光導波路２２の各端部は、基板２１
上に形成されたグレーティングカブラ２２ａおよび２２
ｂにそれぞれ連結されている。そして、一方のグレーテ
ィングカブラ２２ａには、ＹＡＧレーザ光源２４から出
射されるレーザ光が照射され、該レーザ光が直線状の第
ｌ光導波路２２内を伝播される。他方のグレーティング
カプラ２２ｂには、受光器２６が対向して配設されてお
り、該第ｌ光導波路２２内を伝播した光が該受光器２６
にて受光される。該受光器２６は受光した光量に対応し
た電気信号を制御回路２７に出力し、該制御回路２７は
、上述した一対の電極２９ａおよび２９ｂ間に印加され
る電圧を制御する。対向配設されて両電極２９ａおよび
２９ｂ間の第２光導波路を伝播する光は、両電極２９ａ
および２９ｂ間に印加される電圧により、電気光学効果
に基づいて屈折率が変更され、共振条件が満足されるよ
うに、位相調整される。そして、該第２光導波路２３内
を伝播する光の共振条件が満足されると、該第２光導波
路２３内から高調波が基板２ｌ内に放射され、両電極２
９ａおよび２９ｂ間に位置する第２光導波路２３の一方
の直線部分とは異なる他方の直線部分から放射される高
調波が、レンズ２８により平行光として取り出される。

本実施例では、基板２１として、ＹカットされたＬｉＮ
ｂ０３を用いているために、該基板２１上にバッファ層
を介することなく電極２９ａおよび２９ｂを直接形成す
ることができる。また、基本波としてＹＡＧレーザを用
いているために、第ｌおよび第２の光導波路２２および
２３の深さは、基本波として半導体レーザを用いる場合
とは異なり、例えば０．５５μｍとされる。第ｌ光導波
路２２への基本波の入射および該第ｌ光導波路２２から
の基本波の出射を基板２１の側面ではなく、グレーティ
ングヵプラ２２ａおよび２２ｂを用いているために、基
板２ｌの側面の研磨の必要がなく、経済性に優れており
、容易に大量生産し得る。

本実施例では、基本波の光量が１００ｍＷ、第１光導波
路２２内への結合光量が１　５ｍＷの場合には、レンズ
２８を通過した高調波の光強度は約１ｍＷであった。

なお、導波路材料としては、非線形光学効果を有する有
機材料を用いてもよい。第５図は、導波路材料として大
きな非線形光学効果を有するＭＮＡ（２−メチル−４−
ニトロアニリン）を用いた場合の導波路の構造を説明す
るための斜視図である。ガラス基板３ｌに、ｌ−１０μ
ｍ程度の微少な厚さのＭＮＡ層３２が積層されており、
該ＭＮＡ！３２の上部にＺｎＯ薄膜層３３が埋め込まれ
た状態で配設されている。そして、該ＺｎＯ薄膜層３３
上面およびＭＮＡ層３２上面にガラス基板３４が積層さ
れている。ＺｎＯ薄膜層３３は、例えば、第１図の第１
光導波路１２および第２光導波路ｌ３と同様の形状で、
第１および第２光導波路が形成されている。このような
構造では、基本波は、ＺｎＯ薄膜層３３に沿って伝播し
、非線形光学効果を有するＭＮＡ層３２はクラノド層と
して機能する。そして、ＺｎＯ薄膜層３３とＭＮＡ層３
２との屈折率の関係で、第２高調波放射条件が満足され
る。

このような導波路部分は、一方のガラス基板３４に、Ｚ
ｎＯ薄膜層３３が積層されて、該ガラス基板３４に他方
のガラス基板３ｌを所定の間隔をあけて対向配設し、そ
の間隔内に融点以上の温度で液状になったＭＮＡを注入
して、該ＭＮＡを冷却して固化することにより製造され
る。

本実施例では、基本波としてＹＡＧレーザを用い、また
、材料の性質上、電気光学効果により基本波の制御が行
えないので、屈折率の温度変化による光路長の変化を利
用するべく、全体の温度調整をして基本波の共振条件を
満足させることにより、第２高調波を発生させることが
できる。ＭＮＡは、非常に高い非線形光学定数を有して
いるので、導波路損失、ＭＮＡの配同性等を改善するこ
とにより、良好な効率で高調波を発生させることができ
る。

本発明の光波長変換装置に使用される非線形材料は、高
調波が基板中へ放射される条件（チェレンコフ放射条件
）を満足するものであればよく、例えば、ＬｉＮｂＯ３
、ＫＮｂＯ３、β−ＢａＢ２０４、ＢＮＮ　（Ｂａ２Ｎ
ａＮｂｓＯ＋ｓ）、ＫＤＰ　（ＫＨ２ＰＯ４）、ＫＴＰ
　（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＫＴＡ（　ＫＴｔＯＡｓＯ４）
等の無機材料、ＭＮＡ，　ＭＡＰ　（３−メチル２．４
−ジニトロフェニルアミノブロバネート）、ｍＮＡ（メ
タニトロアニリン）　、ＬＡＰ　（Ｌ−アルギニンフォ
スフェイトモノハイドレイト）、ＤＬＡＰ　（重水素化
ＬＡＰ）、尿素等の有機材料を用いることができる。

このような非線形光学材料は、基板として直接用いるこ
とも可能であり、また、第５図に示す実施例のように、
ガラス基板、サファイア、ＭｇＯ，　　シリコン、Ｇａ
Ａｓ等の基板に積層した状態で用いてもよい。

（発明の効果）本発明の光波長変換装置は、このように、基板に設けら
れた第ｌ光導波路を伝播する基本波が、方向性光結合器
により、環状の第２光導波路に移行されるために、環状
の第２光導波路内を伝播する光の損失がきわめて良好に
低減され、高い基本波増幅率が得られる。その結果、高
効率で基本波を高調波等に変換し得て、高出力の高調波
等を発生させることができる。

４．　　　の．　な言Ｈ第１図は本発明の光波長変換装置の平面図、第２図は環
状の第２光導波路の位相を制御した場合の該導波路内の
基本波増幅率の計算結果を示すグラフ、第３図は方向性
光結合器長を変化させた場合の環状の第２導波路内の基
本波増幅率の計算結果を示すグラフ、第４図は本発明の
光波長変換装置の他の実施例の平面図、第５図は本発明
の光波長変換装置の池の実施例における導波路構造の説
明図、第６図および第７図はそれぞれ従来の光波長変換
装置の概略図である。

１１．　２１・・・基板、１２．　２２・・・第１光導
波路、１２ｆ，　２２ｄ・・・方向性光結合器、１３．
２３・・・第２光導波路、１４．　２４・・・レーザ光
源、１５．　２５・・・光学系、１６．　２６・・・受
光器。

以上

Claims

【特許請求の範囲】１、基板上に、両端部が連結されていない線状であって
、一方の端部から基本波が入射されるように形成された
第１光導波路と、該第１光導波路とはその一部同士が方向性結合器により
連結されており、非線形光学効果により内部を伝播する
基本波から基板に第２高調波光または和周波光を放射す
るべく形成された環状の第２光導波路と、を具備する光波長変換装置。