JPH04338930A - 導波路型波長変換素子 - Google Patents
導波路型波長変換素子Info
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- JPH04338930A JPH04338930A JP1615991A JP1615991A JPH04338930A JP H04338930 A JPH04338930 A JP H04338930A JP 1615991 A JP1615991 A JP 1615991A JP 1615991 A JP1615991 A JP 1615991A JP H04338930 A JPH04338930 A JP H04338930A
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- Japan
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- semiconductor laser
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 10
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 description 4
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Landscapes
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレントな短波長
小型光源の実現を可能にする、半導体レーザ用波長変換
素子に関する。
小型光源の実現を可能にする、半導体レーザ用波長変換
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長変換素子とくに第２次高調波発生（
ＳＨＧ）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。
ＳＨＧ）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。
【０００３】半導体レーザは小型で高出力のコヒーレン
ト光を発振する光源として各種の光通信機器や光情報機
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０．７８μｍ〜１．５５μｍの近赤外領域
の波長である。この半導体レーザをディスプレイ等、さ
らに広く機器に応用するために、赤色、緑色、青色等、
より短波長の光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にわかに実現するのは難かしい。 半導体レーザの出力程度でも効率よく波長変換できる波
長変換素子が実現できるとその効果は甚大である。
ト光を発振する光源として各種の光通信機器や光情報機
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０．７８μｍ〜１．５５μｍの近赤外領域
の波長である。この半導体レーザをディスプレイ等、さ
らに広く機器に応用するために、赤色、緑色、青色等、
より短波長の光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にわかに実現するのは難かしい。 半導体レーザの出力程度でも効率よく波長変換できる波
長変換素子が実現できるとその効果は甚大である。
【０００４】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、光導波路型の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、比較的高い変換高率で波長変
換素子を実現できる可能性がある。その様な例として、
ニオブ酸リチウム結晶に光導波路を形成し、この光導波
路に近赤外光を透過し、これから結晶基板中に放射（チ
ェレンコフ輻射）される第２次高調波を得る方式のＳＨ
Ｇ素子の発明がある（特開昭６０−１４２２２，特開昭
６１−９４０３１）。この方式のＳＨＧ素子は、基本波
とＳＨＧ波との位相整合条件が自動的に取れているため
、精密な温度調節が必要ないという特長を持つ。しかし
ながら、導波光である基本波と放射光であるＳＨＧ光と
は電磁界分布が大幅に異なるため、基本波からＳＨＧ光
への変換効率が低く、半導体レーザの出力レベル（最大
百ｍＷ程度）では０．２％程度と実用的ではない。
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、光導波路型の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、比較的高い変換高率で波長変
換素子を実現できる可能性がある。その様な例として、
ニオブ酸リチウム結晶に光導波路を形成し、この光導波
路に近赤外光を透過し、これから結晶基板中に放射（チ
ェレンコフ輻射）される第２次高調波を得る方式のＳＨ
Ｇ素子の発明がある（特開昭６０−１４２２２，特開昭
６１−９４０３１）。この方式のＳＨＧ素子は、基本波
とＳＨＧ波との位相整合条件が自動的に取れているため
、精密な温度調節が必要ないという特長を持つ。しかし
ながら、導波光である基本波と放射光であるＳＨＧ光と
は電磁界分布が大幅に異なるため、基本波からＳＨＧ光
への変換効率が低く、半導体レーザの出力レベル（最大
百ｍＷ程度）では０．２％程度と実用的ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の従来の導波型ＳＨＧ素子の持つ変換効率が低いという
難点を取り除き、しかも位相整合条件が揺るいという特
長を持つ構造の導波路型波長変換素子を提供することに
ある。
の従来の導波型ＳＨＧ素子の持つ変換効率が低いという
難点を取り除き、しかも位相整合条件が揺るいという特
長を持つ構造の導波路型波長変換素子を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】直線導波路の両端に基本
波を反射させる手段と、該手段における反射の前後で偏
光を９０度変換させる手段と、前記直線導波路に前記基
本波を導く手段とから構成することによって、高効率で
しかも安定な導波路型波長変換素子が得られる。
波を反射させる手段と、該手段における反射の前後で偏
光を９０度変換させる手段と、前記直線導波路に前記基
本波を導く手段とから構成することによって、高効率で
しかも安定な導波路型波長変換素子が得られる。
【０００７】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき図面を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
【０００８】図１は本発明の一実施例である導波路型波
長変換素子の構造を示す図である。１はタンタル酸リチ
ウム（ＬｉＴａＯ３ ）結晶板であり、基板方位はｚ板
（すなわち、基板に立てた法線はｚ軸）である。この結
晶の表面には直線の主導波路２と、結晶端面に接続され
た半導体レーザ１０の出力光を前記主導波路に導くため
の入力導波路３が形成されている。直線の主導波路１の
両端には基本波を反射するための反射手段（この実施例
では結晶端面に誘電体多層膜４および５）が設けられて
いる。この反射手段によって主導波路を往復する基本波
にたいし、往路８と復路９とで偏光が直交するように、
反射面４および５のそれぞれの近傍に交差指電極で成る
偏光を回転させる手段（偏光回転器）６および７が設定
されている。 基板１のｚ方向に偏光した半導体レー
ザ１０を出力する０．８μｍ帯の基本波は、入射導波路
３に注入され、主導波路２に導かれて反射器４に向かう
。 反射器４で反射された導波光は往路の偏光８とは直交し
た基板に平行な偏光９となって主導波路の他端に位置す
る反射器５に向かう。反射器５で反射された導波光は、
今度は基板に垂直な偏光８となって対向する反射器４に
向かう。すなわち反射器４，５と主導波路２とは共振器
を形成している。
長変換素子の構造を示す図である。１はタンタル酸リチ
ウム（ＬｉＴａＯ３ ）結晶板であり、基板方位はｚ板
（すなわち、基板に立てた法線はｚ軸）である。この結
晶の表面には直線の主導波路２と、結晶端面に接続され
た半導体レーザ１０の出力光を前記主導波路に導くため
の入力導波路３が形成されている。直線の主導波路１の
両端には基本波を反射するための反射手段（この実施例
では結晶端面に誘電体多層膜４および５）が設けられて
いる。この反射手段によって主導波路を往復する基本波
にたいし、往路８と復路９とで偏光が直交するように、
反射面４および５のそれぞれの近傍に交差指電極で成る
偏光を回転させる手段（偏光回転器）６および７が設定
されている。 基板１のｚ方向に偏光した半導体レー
ザ１０を出力する０．８μｍ帯の基本波は、入射導波路
３に注入され、主導波路２に導かれて反射器４に向かう
。 反射器４で反射された導波光は往路の偏光８とは直交し
た基板に平行な偏光９となって主導波路の他端に位置す
る反射器５に向かう。反射器５で反射された導波光は、
今度は基板に垂直な偏光８となって対向する反射器４に
向かう。すなわち反射器４，５と主導波路２とは共振器
を形成している。
【０００９】ＬｉＴａＯ３ の２次の非線形光学定数は
ｄ３３おおきく、他の定数（例えば、ｄ１３，ｄ２４，
ｄ１５など）はｄ３３の１／１０以下と小さい。したが
って、基本波導波光がｚ軸に平行な時、ＳＨＧ光を基板
放射光として強く放射する。すなわち、往路偏光８のと
き復路偏光９の場合にくらべて格段に強くＳＨＧ光に変
換される。 上述の如く反射器４，５と主導波路２とが形成する共振
器は通常の共振器と異なり、往復で偏光が異なる共振器
であるため、２方に等しい強さでＳＨＧ光がでるのでは
なく、図１に示すように一方向に強いＳＨＧ光１１の発
生となる。
ｄ３３おおきく、他の定数（例えば、ｄ１３，ｄ２４，
ｄ１５など）はｄ３３の１／１０以下と小さい。したが
って、基本波導波光がｚ軸に平行な時、ＳＨＧ光を基板
放射光として強く放射する。すなわち、往路偏光８のと
き復路偏光９の場合にくらべて格段に強くＳＨＧ光に変
換される。 上述の如く反射器４，５と主導波路２とが形成する共振
器は通常の共振器と異なり、往復で偏光が異なる共振器
であるため、２方に等しい強さでＳＨＧ光がでるのでは
なく、図１に示すように一方向に強いＳＨＧ光１１の発
生となる。
【００１０】反射器４および５に近接してある偏光回転
器は、前述の如く丁度１／４波長版の働きを成している
。この効果は電気光学定数ｅ２４による偏光回転効果を
起こさせることで実現される。図２は、図１の主導波路
２の軸方向に中心で切断した切断面を表わす。導波路上
に設けた交差指電極の作るｙ方向の電界はｅ２４を介し
て基本波の電界成分Ｅｘ とＥｚ 間の結合を生じさせ
る。電極の周期Λが往路偏光モードの等価屈折率と復路
偏光モードの等価屈折率の差の逆数に等しく設定されて
いればこの結合を大きくさせることは良く知られている
。交差指電極に与える電界が適当であれば、反射器４上
で｜Ｅｘ ｜＝｜Ｅｚ ｜（通常の光ビームでの円偏光
状態）とすることができ、偏光回転器６下を往復すると
ことで直交した偏光に変換される。上記の周期Λは、本
実施例の場合の基板であるＬｉＴａＯ３ では屈折率の
異方性が１０−３と小さいために数百μｍと大きく作成
は極めて容易である。
器は、前述の如く丁度１／４波長版の働きを成している
。この効果は電気光学定数ｅ２４による偏光回転効果を
起こさせることで実現される。図２は、図１の主導波路
２の軸方向に中心で切断した切断面を表わす。導波路上
に設けた交差指電極の作るｙ方向の電界はｅ２４を介し
て基本波の電界成分Ｅｘ とＥｚ 間の結合を生じさせ
る。電極の周期Λが往路偏光モードの等価屈折率と復路
偏光モードの等価屈折率の差の逆数に等しく設定されて
いればこの結合を大きくさせることは良く知られている
。交差指電極に与える電界が適当であれば、反射器４上
で｜Ｅｘ ｜＝｜Ｅｚ ｜（通常の光ビームでの円偏光
状態）とすることができ、偏光回転器６下を往復すると
ことで直交した偏光に変換される。上記の周期Λは、本
実施例の場合の基板であるＬｉＴａＯ３ では屈折率の
異方性が１０−３と小さいために数百μｍと大きく作成
は極めて容易である。
【００１１】しかしながら、上記の周期が単一であると
、導波路の厚さや結晶屈折率などにゆらぎや温度変化が
あると、導波路の等価屈折率は変化し、上記の条件が満
たされなくなり、往路復路間の偏光の直交変換は効率よ
く行なわれなくなり、本発明の特長が失なわれる。この
場合には、これも良く知られているように、電極周期を
チャープ化して設ける（光が進む方向に周期が徐々に変
化する構造）ことに拠って、冗長性を持たせることが出
来る。
、導波路の厚さや結晶屈折率などにゆらぎや温度変化が
あると、導波路の等価屈折率は変化し、上記の条件が満
たされなくなり、往路復路間の偏光の直交変換は効率よ
く行なわれなくなり、本発明の特長が失なわれる。この
場合には、これも良く知られているように、電極周期を
チャープ化して設ける（光が進む方向に周期が徐々に変
化する構造）ことに拠って、冗長性を持たせることが出
来る。
【００１２】ここでは、入射導波路に導く光の偏光を基
板に垂直なｚ軸に平行な場合を述べたが、基板に平行な
偏光を入力してもよい、この場合には、ＳＨＧ光は図１
に示した端面と反対側の、半導体レーザ１０を接続して
ある面から出射する。
板に垂直なｚ軸に平行な場合を述べたが、基板に平行な
偏光を入力してもよい、この場合には、ＳＨＧ光は図１
に示した端面と反対側の、半導体レーザ１０を接続して
ある面から出射する。
【００１３】本発明は、上記の実施例で述べた材料に限
るものではなく、偏光回転器の電極周期を変えることに
よって、ニオブ酸リチウム、ＫＴＰ等多くの他の非線形
光学結晶材料に適用することが出来る。
るものではなく、偏光回転器の電極周期を変えることに
よって、ニオブ酸リチウム、ＫＴＰ等多くの他の非線形
光学結晶材料に適用することが出来る。
【００１４】また、基本波を反射する手段として結晶端
面に誘電体多層膜を設ける場合を述べたが、導波光の反
射手段として良く知られるグレーティングを用いること
も出来る。
面に誘電体多層膜を設ける場合を述べたが、導波光の反
射手段として良く知られるグレーティングを用いること
も出来る。
【００１５】
【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば高効
率でしかも安定な導波路型波長変換素子が得られる。
率でしかも安定な導波路型波長変換素子が得られる。
【図１】本発明の一実施例の導波路型波長変換素子の構
造を説明する斜視図。
造を説明する斜視図。
【図２】偏光回転器の断面構造を表わす断面図。
１ ＬｉＴａＯ３ 基板
２ 主導波路
３ 入力導波路
４，５ 反射器（誘電体多層膜）６，７
偏向回転器 １０ 半導体レーザ
偏向回転器 １０ 半導体レーザ
Claims (1)
- 【請求項１】 直線導波路の両端に基本波を反射させ
る手段と、該手段における反射の前後で偏光を９０度変
換させる手段と、前記直線導波路に前記基本波を導く手
段とから構成することを特徴とする導波路型波長変換素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3016159A JP2738155B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 導波路型波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3016159A JP2738155B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 導波路型波長変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04338930A true JPH04338930A (ja) | 1992-11-26 |
| JP2738155B2 JP2738155B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=11908732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3016159A Expired - Fee Related JP2738155B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 導波路型波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2738155B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62104092A (ja) * | 1985-04-17 | 1987-05-14 | クワントロニツクス コ−ポレ−シヨン | 周波数２倍レ−ザ |
| JPH01152782A (ja) * | 1987-12-10 | 1989-06-15 | Sony Corp | レーザ光源 |
| JPH02239238A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-09-21 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | コヒーレント青緑色光放射線を発生する装置 |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP3016159A patent/JP2738155B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62104092A (ja) * | 1985-04-17 | 1987-05-14 | クワントロニツクス コ−ポレ−シヨン | 周波数２倍レ−ザ |
| JPH01152782A (ja) * | 1987-12-10 | 1989-06-15 | Sony Corp | レーザ光源 |
| JPH02239238A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-09-21 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | コヒーレント青緑色光放射線を発生する装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2738155B2 (ja) | 1998-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971216 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |