JPH0445431A - 可同調光導波装置 - Google Patents
可同調光導波装置Info
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- JPH0445431A JPH0445431A JP2411974A JP41197490A JPH0445431A JP H0445431 A JPH0445431 A JP H0445431A JP 2411974 A JP2411974 A JP 2411974A JP 41197490 A JP41197490 A JP 41197490A JP H0445431 A JPH0445431 A JP H0445431A
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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
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
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- G—PHYSICS
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- 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
- G02F1/353—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
- G02F1/3546—Active phase matching, e.g. by electro- or thermo-optic tuning
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- Optical Integrated Circuits (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］
本発明は非線形光学材料より成る第１の層と、この第１
の層とは屈折率の異なる第２の層とを有する導波部分を
具える可同調光導波装置に関するものである。 ［０００２］
の層とは屈折率の異なる第２の層とを有する導波部分を
具える可同調光導波装置に関するものである。 ［０００２］
コンパクトディスクのような光デジタルデータ記憶装置
は最近一般に使用されるようになってきている。代表的
に、このようなディスクでは半導体レーザ（すなわちレ
ーザダイオード）よって放出される光により読取りや書
込みが行われている。しかし、半導体レーザダイオード
によって生ぜしめられる光は電磁波周波数スペクトルの
下側領域（すなわち赤色光或いは赤外光）内にある。光
記憶媒体で読取り及び書込みを行なうのに周波数の高い
光、すなわち上記のスペクトルの青色光側にある光を用
いることにより記憶密度が著しく高まる。しかし不都合
にも、実際的な青色光の半導体レーザはまだ存在しない
。現在までの唯一の青色光レーザは大型のガスレーザで
あり、このガスレーザはコンパクトで廉価な光記憶型の
読取り／書込み装置に用いるのに適していないこと明ら
かであるら従って、容易に入手しうる半導体レーザダイ
オードによって放出される光を青色光に変換しうる装置
が極めて望まれている。赤外光を放出するレーザダイオ
ードは廉価であり、広く入手しうる。青色光の周波数は
赤外光の周波数の２倍である。従って、赤外光の周波数
を２倍にしうる装置は商業上の成功確立が高い。本発明
は、光記憶媒体の読取り及び書込みに用いるのに適した
青色光を得るために赤外光半導体レーザと関連して用い
うる廉価な周波数２倍装置を提供するものである。 ［０００３］ 非線形光学分野は一般に基本周波数の第２高調波発生（
ＳＨＧ）手゛段により周波数２倍器として用いる種々の
装置を提供している。このような装置はバルク材料と非
線形結晶の堆積体とを有している。特に有効な周波数２
倍装置は非線形光導波装置である。光ビームがこの光導
波装置を通過すると、非線形光学効果により入射光波の
第２高調波の光波を発生せしめる。このような光導波装
置は周波数を２倍にするのに極めて有効的となりうる。 ［０００４］ しかし、有効な周波数２倍を行なうには基本波と高調波
との間を正確に位相整合する必要がある。周波数２倍装
置が適正に位相整合しない場合には、干渉効果により第
２高調波を減衰せしめてしまう。導波装置ではその幾何
学的特性及び物理的特性間で正確な位相整合を達成する
ための公差条件を達成するのが極めて困難である。従来
、位相整合を達成するための種々の構造が提案された。 又、位相整合は不活性手段及び活性手段の双方によって
試みられた。不活性的な位相整合は例えば、周波数２倍
装置に周期的な構造を加えることにより達成されている
。 しかし、このような装置は条件の変更に応答しえず、時
間によって精度を失うおそれがある。これに対し、活性
構造のパラメータは周波数２倍された光の測定出力に応
答して制御しうる。従って、位相整合特性を活性的に制
御しうるようにするのが望ましいことである。しかし、
これまでの活性的な位相整合装置は非実用的であったり
、位相整合を十分に制御しえなかったりした。 ［０００５］
は最近一般に使用されるようになってきている。代表的
に、このようなディスクでは半導体レーザ（すなわちレ
ーザダイオード）よって放出される光により読取りや書
込みが行われている。しかし、半導体レーザダイオード
によって生ぜしめられる光は電磁波周波数スペクトルの
下側領域（すなわち赤色光或いは赤外光）内にある。光
記憶媒体で読取り及び書込みを行なうのに周波数の高い
光、すなわち上記のスペクトルの青色光側にある光を用
いることにより記憶密度が著しく高まる。しかし不都合
にも、実際的な青色光の半導体レーザはまだ存在しない
。現在までの唯一の青色光レーザは大型のガスレーザで
あり、このガスレーザはコンパクトで廉価な光記憶型の
読取り／書込み装置に用いるのに適していないこと明ら
かであるら従って、容易に入手しうる半導体レーザダイ
オードによって放出される光を青色光に変換しうる装置
が極めて望まれている。赤外光を放出するレーザダイオ
ードは廉価であり、広く入手しうる。青色光の周波数は
赤外光の周波数の２倍である。従って、赤外光の周波数
を２倍にしうる装置は商業上の成功確立が高い。本発明
は、光記憶媒体の読取り及び書込みに用いるのに適した
青色光を得るために赤外光半導体レーザと関連して用い
うる廉価な周波数２倍装置を提供するものである。 ［０００３］ 非線形光学分野は一般に基本周波数の第２高調波発生（
ＳＨＧ）手゛段により周波数２倍器として用いる種々の
装置を提供している。このような装置はバルク材料と非
線形結晶の堆積体とを有している。特に有効な周波数２
倍装置は非線形光導波装置である。光ビームがこの光導
波装置を通過すると、非線形光学効果により入射光波の
第２高調波の光波を発生せしめる。このような光導波装
置は周波数を２倍にするのに極めて有効的となりうる。 ［０００４］ しかし、有効な周波数２倍を行なうには基本波と高調波
との間を正確に位相整合する必要がある。周波数２倍装
置が適正に位相整合しない場合には、干渉効果により第
２高調波を減衰せしめてしまう。導波装置ではその幾何
学的特性及び物理的特性間で正確な位相整合を達成する
ための公差条件を達成するのが極めて困難である。従来
、位相整合を達成するための種々の構造が提案された。 又、位相整合は不活性手段及び活性手段の双方によって
試みられた。不活性的な位相整合は例えば、周波数２倍
装置に周期的な構造を加えることにより達成されている
。 しかし、このような装置は条件の変更に応答しえず、時
間によって精度を失うおそれがある。これに対し、活性
構造のパラメータは周波数２倍された光の測定出力に応
答して制御しうる。従って、位相整合特性を活性的に制
御しうるようにするのが望ましいことである。しかし、
これまでの活性的な位相整合装置は非実用的であったり
、位相整合を十分に制御しえなかったりした。 ［０００５］
本発明の目的は、電磁波の周波数を２倍にする廉価な装
置を提供せんとするにある。 ［０００６］
置を提供せんとするにある。 ［０００６］
本発明は、非線形光学材料より成る第１の層と、この第
１の層とは屈折率の異なる第２の層とを有する導波部分
を具える可同調光導波装置において、この可同調光導波
装置が、 前記の導波部分から離間するもこれに接近して配置され
、この導波部分との間でギャップを形成する光変調器部
分であって、基板と、この基板上に配置された少なくと
も１つの電極と、この基板上に配置された変形可能な透
明ゲル層と、この透明ゲル層上に配置された金属層とを
含んでいる当該光変調器部分と、前記の電極と前記の金
属層との間に電圧差を与えて前記の透明ゲル層を変形さ
せ、これにより前記の金属層と前記の導波部分との間の
前記のギャップを変え、これにより前記の導波部分を位
相整合させるようにする手段とを具えていることを特徴
とする。 ［０００７］ 平板型の非線形光導波装置を同調させるのに適した光変
調装置を構成する方法及び材料は１９８９年８月１５日
二発行された米国特許第４．８５７．９７８号明細書及
び１９８８年１０月２８日に出願された米国特許出願第
２９２．６３２号明細書に開示されている。これら米国
特許及び特許出願明細書の開示は参考のために導入する
。 ［０００８］ 本発明により構成された周波数２倍装置は、導波部分と
光変調器部分とが複雑でない為に製造するのが比較的容
易である。更に、位相整合が活性的である為に、導波装
置は広い範囲の周囲条件にわたって周波数２倍でき、容
易に自動的に調整しうる。また、この導波装置は製造後
に位相整合しうる為、用いうる製造公差を広くすること
ができる。 ［０００９］
１の層とは屈折率の異なる第２の層とを有する導波部分
を具える可同調光導波装置において、この可同調光導波
装置が、 前記の導波部分から離間するもこれに接近して配置され
、この導波部分との間でギャップを形成する光変調器部
分であって、基板と、この基板上に配置された少なくと
も１つの電極と、この基板上に配置された変形可能な透
明ゲル層と、この透明ゲル層上に配置された金属層とを
含んでいる当該光変調器部分と、前記の電極と前記の金
属層との間に電圧差を与えて前記の透明ゲル層を変形さ
せ、これにより前記の金属層と前記の導波部分との間の
前記のギャップを変え、これにより前記の導波部分を位
相整合させるようにする手段とを具えていることを特徴
とする。 ［０００７］ 平板型の非線形光導波装置を同調させるのに適した光変
調装置を構成する方法及び材料は１９８９年８月１５日
二発行された米国特許第４．８５７．９７８号明細書及
び１９８８年１０月２８日に出願された米国特許出願第
２９２．６３２号明細書に開示されている。これら米国
特許及び特許出願明細書の開示は参考のために導入する
。 ［０００８］ 本発明により構成された周波数２倍装置は、導波部分と
光変調器部分とが複雑でない為に製造するのが比較的容
易である。更に、位相整合が活性的である為に、導波装
置は広い範囲の周囲条件にわたって周波数２倍でき、容
易に自動的に調整しうる。また、この導波装置は製造後
に位相整合しうる為、用いうる製造公差を広くすること
ができる。 ［０００９］
以下図面につき説明するに、図１及び図２は本発明によ
る可同調光導波装置１０を示すもので、図１は光変調器
部分を活性化しない状態を、図２は光変調器部分を活性
化した状態を示している。この可同調光導波装置は導波
部分１２と光変調器部分１４とより成っている。導波部
分１２は例えば”ＫＴＰ”として知られているカリウム
チタネートホスフェート（ＫＴｉＯＰＯ４）のような非
線形光学材料より成る平板層１６を有している。この平
板層１６上にはこの平板層１６よりも屈折率の大きな他
の層１８が配置され、これにより第２高調波を発生せし
めうる非線形光導波部分を形成している。この層１８は
、−平板層１６中にタリウムを拡散するか或いは互いに
異なる屈折率を有する非線形光学材料の２つの別々の層
を連結する技術のような種々の周知の技術により形成し
うる。 ［００１０］ 光変調器部分１４は導波部分１２に対し、これらの間に
ギャップ２０が形成されるように配置する。このギャッ
プ２０は光変調器１４の作用により変えられ、これによ
り光導波装置１０を通過する光を同調（位相整合）せし
める。光変調器部分１４は基板２２を有し、この基板は
例えば珪素とすることができ、その上に少なくとも１つ
の電極２４又は電極２４の列が配置され、これら電極は
電気的な活性化のためのワイヤ２６に接続されている。 電極２４上には変形可能で透明なエラストマー層２８が
配置され、このエラストマー層上に光反射金属層３０が
配置されている。この層３０は透明な導電被膜とするこ
ともできる。 ［００１１］ 光変調器部分１４は米国特許第４８５７９７８号及び米
国特許出願第２９２６３２号の双方又はいずれか一方の
記載に応じて構成しうる。これを簡単に要約すると、変
形可能な透明層２８はポリジメチルシロキザ、ン（ＰＤ
ＭＳ）のような珪素及び酸素含有ゲルを有し、その上側
面はアルミニウム、銀又はインジウムとすることのでき
る金属層３０に容易に固着するように処理される。電極
２４と金属層３０とに直流電圧差を与えると、その間の
静電引力（クローン引力）により光変調器部分１４の上
側面を図２に示すように変形せしめる。この変形により
光変調器部分１４と導波部分１２との間のギャップ２０
を変調させる。光導波装置１０を通る光の伝搬は導波部
分１２、光変調器部分１４及びギャップ（空隙） ２０
を通る光の伝播の関数となる為、このギャップ２０の変
調が、光導波装置全体の位相整合を行なうのに用いられ
る。駆動電圧をスイッチ・オフさせると、ゲル層２８が
装置をその初期状態の形状に、すなわちギャップ２０の
厚さを初期の厚さに戻す。ギャップ２０の厚さは１μｍ
の何分の１かにする［００１２］ ゲル層２８の変形量は、電圧源３５により供給され電極
２４及び金属層３０間に印加される電圧の値によって制
御される。この電圧は単一の駆動電圧Ｕｄの形態で或い
は駆動電圧Ｕｄとバイアス電圧Ｕｂとの組合せにより印
加しうる。バイアス電圧Ｕｂはいかなる時にも存在し、
ゲル層２８に一定の変形を与える。その後、駆動電圧Ｕ
ｄを変えることにより変形をわずかに変えて光導波装置
の位相整合を行なうことができる。ゲル層２８の厚さは
例えば１０〜２０μｍとし、金属層３０の厚さは０．１
〜０．２μｍとする。Ｕｄ及びＵｂにより駆動を行なう
ことにより、ミリ秒のオーダーまでの応答時間で約０．
１〜０．２μｍの変形が達成された。 ［００１３］ 位相整合は電気的手段により調整される為、出力光の強
度、すなわち入力光の第２高調波を検出する光検出器３
６に接続された制御入力端を有する制御回路３８に接続
された電圧源３５に制御入力を与えることにより自動位
相整合を達成しうる。 光検出器３６は出力光の強度に応じて制御回路３８が電
圧源３５の出力電圧を補正し、従って位相整合を達成す
るようにする。制御回路は、出力光の最大強度が位相整
合状態を表わすために複雑にする必要はない。電圧源３
５、制御回路３８及び光検出器３６に用いる実際の回路
は当業者にとって周知であり、その詳細な説明は省略す
る。 ［００１４］ 上述した構成は一例であって、これに限定されるもので
はない。例えば、導波部分は、ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ２）又は非線形周波数２倍導波部分を形成しうる
他の材料のような種々の材料を以って構成しうる。更に
、ＰＤＭＳ以外のエラストマーゲルを用いることもでき
る。本発明による光導波装置は２つ又はそれ以上の光導
波装置間をモード・モード結合するのにも用いうろこと
を銘記すべきである。
る可同調光導波装置１０を示すもので、図１は光変調器
部分を活性化しない状態を、図２は光変調器部分を活性
化した状態を示している。この可同調光導波装置は導波
部分１２と光変調器部分１４とより成っている。導波部
分１２は例えば”ＫＴＰ”として知られているカリウム
チタネートホスフェート（ＫＴｉＯＰＯ４）のような非
線形光学材料より成る平板層１６を有している。この平
板層１６上にはこの平板層１６よりも屈折率の大きな他
の層１８が配置され、これにより第２高調波を発生せし
めうる非線形光導波部分を形成している。この層１８は
、−平板層１６中にタリウムを拡散するか或いは互いに
異なる屈折率を有する非線形光学材料の２つの別々の層
を連結する技術のような種々の周知の技術により形成し
うる。 ［００１０］ 光変調器部分１４は導波部分１２に対し、これらの間に
ギャップ２０が形成されるように配置する。このギャッ
プ２０は光変調器１４の作用により変えられ、これによ
り光導波装置１０を通過する光を同調（位相整合）せし
める。光変調器部分１４は基板２２を有し、この基板は
例えば珪素とすることができ、その上に少なくとも１つ
の電極２４又は電極２４の列が配置され、これら電極は
電気的な活性化のためのワイヤ２６に接続されている。 電極２４上には変形可能で透明なエラストマー層２８が
配置され、このエラストマー層上に光反射金属層３０が
配置されている。この層３０は透明な導電被膜とするこ
ともできる。 ［００１１］ 光変調器部分１４は米国特許第４８５７９７８号及び米
国特許出願第２９２６３２号の双方又はいずれか一方の
記載に応じて構成しうる。これを簡単に要約すると、変
形可能な透明層２８はポリジメチルシロキザ、ン（ＰＤ
ＭＳ）のような珪素及び酸素含有ゲルを有し、その上側
面はアルミニウム、銀又はインジウムとすることのでき
る金属層３０に容易に固着するように処理される。電極
２４と金属層３０とに直流電圧差を与えると、その間の
静電引力（クローン引力）により光変調器部分１４の上
側面を図２に示すように変形せしめる。この変形により
光変調器部分１４と導波部分１２との間のギャップ２０
を変調させる。光導波装置１０を通る光の伝搬は導波部
分１２、光変調器部分１４及びギャップ（空隙） ２０
を通る光の伝播の関数となる為、このギャップ２０の変
調が、光導波装置全体の位相整合を行なうのに用いられ
る。駆動電圧をスイッチ・オフさせると、ゲル層２８が
装置をその初期状態の形状に、すなわちギャップ２０の
厚さを初期の厚さに戻す。ギャップ２０の厚さは１μｍ
の何分の１かにする［００１２］ ゲル層２８の変形量は、電圧源３５により供給され電極
２４及び金属層３０間に印加される電圧の値によって制
御される。この電圧は単一の駆動電圧Ｕｄの形態で或い
は駆動電圧Ｕｄとバイアス電圧Ｕｂとの組合せにより印
加しうる。バイアス電圧Ｕｂはいかなる時にも存在し、
ゲル層２８に一定の変形を与える。その後、駆動電圧Ｕ
ｄを変えることにより変形をわずかに変えて光導波装置
の位相整合を行なうことができる。ゲル層２８の厚さは
例えば１０〜２０μｍとし、金属層３０の厚さは０．１
〜０．２μｍとする。Ｕｄ及びＵｂにより駆動を行なう
ことにより、ミリ秒のオーダーまでの応答時間で約０．
１〜０．２μｍの変形が達成された。 ［００１３］ 位相整合は電気的手段により調整される為、出力光の強
度、すなわち入力光の第２高調波を検出する光検出器３
６に接続された制御入力端を有する制御回路３８に接続
された電圧源３５に制御入力を与えることにより自動位
相整合を達成しうる。 光検出器３６は出力光の強度に応じて制御回路３８が電
圧源３５の出力電圧を補正し、従って位相整合を達成す
るようにする。制御回路は、出力光の最大強度が位相整
合状態を表わすために複雑にする必要はない。電圧源３
５、制御回路３８及び光検出器３６に用いる実際の回路
は当業者にとって周知であり、その詳細な説明は省略す
る。 ［００１４］ 上述した構成は一例であって、これに限定されるもので
はない。例えば、導波部分は、ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ２）又は非線形周波数２倍導波部分を形成しうる
他の材料のような種々の材料を以って構成しうる。更に
、ＰＤＭＳ以外のエラストマーゲルを用いることもでき
る。本発明による光導波装置は２つ又はそれ以上の光導
波装置間をモード・モード結合するのにも用いうろこと
を銘記すべきである。
【図１】
電極へ印加する電圧をターン・オフさせた状態の本発明
による光導波装置を示す断面図である。
による光導波装置を示す断面図である。
【図２】
電極へ印加する電圧をターン・オンさせた状態の本発明
による光導波装置を示す断面図である。
による光導波装置を示す断面図である。
１０ 光導波装置
１２ 導波部分
１４ 光変調器部分
１６ 非線形光学材料の平板層
１８層
２０ ギャップ
２２ 基板
２４ 電極
２６ ワイヤ
２８ エラストマー層（変形可能な透明層）光反射金
属層 電圧源 光検出器 制御回路
属層 電圧源 光検出器 制御回路
図面
Claims (4)
- 【請求項１】非線形光学材料より成る第１の層と、この
第１の層とは屈折率の異なる第２の層とを有する導波部
分を具える可同調光導波装置において、この可同調光導
波装置が、 前記の導波部分から離間するもこれに接近して配置され
、この導波部分との間でギャップを形成する光変調器部
分であって、基板と、この基板上に配置された少なくと
も１つの電極と、この基板上に配置された変形可能な透
明ゲル層と、この透明ゲル層上に配置された金属層とを
含んでいる当該光変調器部分と、前記の電極と前記の金
属層との間に電圧差を与えて前記の透明ゲル層を変形さ
せ、これにより前記の金属層と前記の導波部分との間の
前記のギャップを変え、これにより前記の導波部分を位
相整合させるようにする手段とを具えていることを特徴
とする可同調光導波装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の可同調光導波装置におい
て、前記の導波部分がＫＴｉＯＰＯ＿４材料を有してい
ることを特徴とする可同調光導波装置。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載の可同調光導波装置
において、この可同調光導波装置が、電圧差を与える前
記の手段を制御する制御回路を具えていることを特徴と
する可同調光導波装置。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の可同
調光導波装置において、この可同調光導波装置が、前記
の導波部分から生じる光出力を測定する光測定装置を具
え、この光測定装置の出力端が、前記の電極と前記の金
属層との間に印加される電圧を制御する制御回路の制御
入力端に接続されていることを特徴とする可同調光導波
装置。
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| JP (1) | JP2960783B2 (ja) |
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