JPH0456926A - 非線形光学素子 - Google Patents

非線形光学素子

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JPH0456926A
JPH0456926A JP2167670A JP16767090A JPH0456926A JP H0456926 A JPH0456926 A JP H0456926A JP 2167670 A JP2167670 A JP 2167670A JP 16767090 A JP16767090 A JP 16767090A JP H0456926 A JPH0456926 A JP H0456926A
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JP
Japan
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nonlinear optical
light
frequency
harmonic
optical waveguide
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Pending
Application number
JP2167670A
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English (en)
Inventor
Hisanao Sato
佐藤 久直
Yoshikazu Hori
義和 堀
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/377Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
    • G02F1/3775Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
    • GPHYSICS
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    • G02F1/35Non-linear optics
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    • G02F1/3558Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
    • GPHYSICS
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    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3544Particular phase matching techniques
    • G02F1/3548Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure

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  • Nonlinear Science (AREA)
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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 本発明は光を用いて情報や信号の記録や演算等の処理を
行う光情報処理分野に関するものであり、非線形光学効
果を用いて入射光の波長を半分の波長の光に変換する素
子、即ち入射する光の周波数を倍に変換するいわゆる第
二次高調波発生素子に係わるものである。特に本発明は
高効率にしかもレーザ光として第二次高調波を発生する
非線形光学素子を実現することを目的とするものである
従来の技術 光の電界の自乗に比例して発生する二次の分極効果 即
ち二次の非線形光学効果を有する光学結晶を用いて、第
二次高調波を発生させる技術は古くより知られており、
既に種々の分野に応用されている。ところ力<、第二次
高調波へのエネルギーの変換効率は入射基本波の光強度
に比例することになるので、連続発振している半導体レ
ーザ等の数十mW以下の強度の低い光を基本波と用いる
場合には第二次高調波への変換効率は極めて低く、光情
報処理を実現できる実用的な強度を得ることは困難であ
った そこで第二次高調波への変換効率を改善するため
!ミ 従来光導波路を利用する次のニガ式が提案されて
いる。
第一の従来例の概略を第4図を用いて説明する。
この図で41は非線形効果を有する光学媒体で形成され
たコア# 42及び43は光を閉じ込めるためのクラッ
ド層を示す。この方式はZ方向に進行する導波モードの
基本波44とZ方向に進行する導波モードの第二次高調
波45の伝搬定数を一致させることにより位相を整合さ
せ、第二次高調波を高効率に発生させようとする方式で
ある。この方式は第二次高調波を高効率に発生させるこ
とが原理的には可能である方丈 基本波とその半分の波
長の第二次高調波の伝搬定数を一致させるために(よ 
導波路の実効屈折率の波長分散と光学媒体の波長分散が
互いに補償しあう導波路構造と非線形媒体を選定しなけ
ればならず、導波路構造や媒体に制限があるとともに 
たとえ位相整合のとれる非線形光導波路の実現が可能で
あるとしても導波路のコア層の膜厚等の製造許容誤差が
小さく、実用的な第二次高調波発生素子を製造すること
は困難であった 次に実用レベルに近い従来例の概略を
第5図を用いて説明する。この図で51はコア# 52
及び53は基本波を閉じ込めるためのクラッド層であり
、以上の層の一つもしくは複数の層は非線形効果を有す
る光学媒体で形成されていも 例えばリチウムニオベー
ト基板をクラッドとして用いその表面にプロトン交換層
をコア層として形成し 空気をクラッド層として用いる
場合には非線形光学効果はおもにリチウムニオベート基
板に存在し そして基本波54は導波モードとしてZ方
向に伝搬する方丈 第二次高調波55は放射モードとな
り自動的に位相整合条件を満足する一定角度56を有す
る方向に放射される。この方式は前記第一の従来例に比
較してコア層の膜厚等の製造許容誤差が大きく、また温
度が変化しても第二次高調波は自動的に位相整合条件を
満足する方向に放射されるので特に温度制御を必要とせ
ず比較的容易に第二次高調波を発生させることが可能で
あa ところがこの方式で発生される第二次高調波は放
射される光の波面が複雑であり、光ディスクへの応用等
光情報処理に利用するためにレンズ等の光学系を用いて
一点に集光させることば極めて困難であり、 しかもた
とえ特殊レンズ等を用いて特定の条件で集光可能となっ
たとしてもその波面の状態が導波路の製造条件や温度で
変化するために集光状態が悪化するという問題があっ九 発明が解決しようとする課題 本発明は以上のような課題を解決し 製造許容誤差が大
きく容易に製造が可能で、温度制御が不要で、しかも高
効率に第二次高調波を発生する非線形光学素子を提供す
るものであ4 課題を解決するための手段 本発明の非線形光学素子は (1)二次の非線形光学効果を有する光学媒体を含んで
構成された非線形光導波路内に第一の周波数を有する光
の空間周期的な強度分布を特定方向に形成し 且つこの
空間周期が前記第一の周波数の倍の第二の周波数を有す
る光の導波路中での波長の奇数倍と設定することにより
、前記光学媒体の二次の非線形光学効果により光導波路
中を前記特定方向に伝搬する第二の周波数を有する第二
次高調波が発生することを特徴とする。
(2)前記非線形光導波路に対して前記第二次高調波の
伝搬方向に対して垂直に一対の鏡が形成され 該一対の
鏡が前記第一の周波数の光に対してファプリーペロー共
振器を構成していることを特徴とすも (3)前記非線形光導波路に前記特定の方向に伝搬すへ
く第二の周波数を有する光を入射し 前記空間周期な強
度分布を形成すべく第一の周波数の光を照射することに
より、前記第二の周波数の光を増幅することを特徴とす
る。
(4)前記非線形光導波路に前記特定の方向に垂直に一
対の反射端面が形成されており、該一対の反射端面によ
り第二次高調波が共振していることを特徴とする。
(5)前記光導波路の表面もしくは内部に前記空間周期
的な光遮断マスクが形成されており、前記マスクを通し
て前記光導波路の表面から前記第の周波数の光が照射さ
れることを特徴とする。
作用 本発明は導波路中を伝搬する第二次高調波と同位相の分
極を、周期的な強度分布を有する基本波で形成し 基本
波と第二次高調波の位相整合を実現することにより、導
波モードの第二次高調波が発生もしくは増幅し得ること
を利用するものである。
実施例 本発明の詳細を実施例を用いて説明すも 第1図は本発
明の波長変換素子の第一の実施例の構成を示している。
リチウムニオベート基板lの表面に一様にプロトン交換
法で光導波路2が形成されまた二酸化タンタルのストラ
イプ3が光の進行方向に装荷付設されることにより三次
元光導波路が形成されている。また二酸化タンタルの表
面には周期的構造を有するフォトマスク4が形成されフ
ォトマスクをとうして波長0. 8μmの基本波5が入
射されも フォトマスク4の空間周期は0゜4μmの第
二次高調波の導波路中での波長的0. 18μmに等し
く基本波の強度分布の位相と第二次高調波の位相が整合
されている。その結果非線形光学効果により入射した基
本波は第二次高調波に変換され この第二次高調波は光
導波路を前記空間周期方向に左右に伝搬し 導波路の端
面6、及び7より0.4μmの第二次高調波8及び9が
放出される。この実施例においてはフォトマスク4の空
間周期は0. 4μmの第二次高調波の導波路中での波
長に等しく設定されている方丈 この三低 五倍等奇数
倍であっても差し支えな(を 以上の様に第一の実施例で本発明の基本的な波長変換素
子を示した方丈 波長変換効率を向上させるために入射
基本波の強度分布を高めるために非線形光導波路の表面
及び裏面に一対の鏡を形成し ファプリーペロー共振を
利用することができる。第2図は本発明の波長変換素子
の光導波路の第二の実施例の構成を示していも リチウ
ムニオベート基板21の表面に一様にプロトン交換法で
光導波路22が形成され また二酸化タンタルのストラ
イプ23が光の進行方向に装荷付設されることにより三
次元光導波路が形成されている。光導波路の表面には周
期的構造を有する前記と同様のフォトマスク24が形成
され フォトマスクをとうして波長0.8μmの基本波
25が入射されもこの基本波は基板の裏面に設置された
反射鏡26と表面27の間でファプリーペロー共振する
ように構成されている。その結果非線形光学効果により
入射した光は第二次高調波に変換され 第二次高調波は
光導波路を伝搬し 導波路の端面28、及び29より0
.4μmの第二次高調波が放出される。以上のでは 基
本波と第二次高調波の位相整合をとるためにフォトマス
クの空間周期を導波路の第二次高調波の実効屈折率に応
じて調整すればよく、前記第一の従来例の様に基本波に
対する実効屈折率と第二次高調波に対する実効屈折率を
同時に特定の値に制御する必要がないので、製造が容易
となる。以上の実施例では第二次高調波を発生させる素
子を示した力(この素子を用いることにより、二倍の波
長の光を増幅することも可能である。第3図に増幅素子
の概略構成図を示す。リチウムニオベート基板31の表
面に一様にプロトン交換法で光導波路32が形成され 
また二酸化タンタルのストライプ33が光の進行方向に
装荷付設されることにより三次元光導波路が形成されて
いも 光導波路の表面には周期的構造を有する前記と同
様のフォトマスク34が形成され フォトマスクをとう
して波長0.8μmの基本波35が入射されも また光
導波路の端面36、及び37には第二次高調波の波長に
対して反射性の膜が形成されており、ファオブリーペロ
ー共振器が形成されていも 光導波路の一端面36より
入射した光38はこの非線形導波路を伝搬すると共に非
線形効果により増幅されもう一方の端面から出射されも 発明の効果 以上示すように 本発明は製造が容易でしかも導波モー
ドの第二次高調波を発生させるおよび増幅することが可
能であるので、 レンズ等の光学系を用いて容易に集光
ができ、実用的な波長変換素子を提供するものである。
本発明の波長変換素子は高密度な光デイスク装置をはじ
め光情報処理の多岐の分野に応用でき産業上大きな価値
を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の波長変換素子の第一の実施例の概略構
成@ 第2図は本発明の波長変換素子の第二の実施例の
概略構成は 第3図は本発明の光増幅素子の実施例の概
略構成図 第4図は従来の第二次高調波発生素子の概略
構F&d  第5図は従来の第二次高調波発生素子の概
略構成図である。 1・・・基板(クラッド)2・・・プロトン交ml <
コア)、 4・・・フォトマス久 5・・・基本波、6
,7・・・端献 8,9・・・第2高調嘉 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名画 図 第3図 47オlマスク 富 図 第4図 43クラソY

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)二次の非線形光学効果を有する光学媒体を含んで
    構成された非線形光導波路内に第一の周波数を有する光
    の空間周期的な強度分布を特定方向に形成し、且つこの
    空間周期が前記第一の周波数の倍の第二の周波数を有す
    る光の導波路中での波長の奇数倍と設定することにより
    、前記光学媒体の二次の非線形光学効果により光導波路
    中を前記特定方向に伝搬する第二の周波数を有する第二
    次高調波が発生することを特徴とする非線形光学素子。 (2)非線形光導波路に対して前記第二次高調波の伝搬
    方向に対して垂直に一対の鏡が形成され前記一対の鏡が
    前記第一の周波数の光に対してファブリーペロー共振器
    を構成していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の非線形光学素子。 (3)非線形光導波路に前記特定の方向に伝搬すべく第
    二の周波数を有する光を入射し、前記空間周期の強度分
    布を形成すべく第一の周波数の光を照射することにより
    、前記第二の周波数の光を増幅することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の非線形光学素子。(4)非線
    形光導波路に前記特定の方向に垂直に一対の反射端面が
    形成されており、該一対の反射端面により第二次高調波
    が共振していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    項記載の非線形光学素子。 (5)光導波路の表面もしくは内部に前記空間周期的な
    光遮断マスクが形成されており、前記マスクを通して前
    記光導波路の表面から前記第一の周波数の光が照射され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非線形
    光学素子。
JP2167670A 1990-06-26 1990-06-26 非線形光学素子 Pending JPH0456926A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5715092A (en) * 1994-06-29 1998-02-03 Eastman Kodak Company Ferroelectric light frequency doubler device with a surface coating and having an inverted domain structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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