JPH05297428A - 波長変換方法 - Google Patents

波長変換方法

Info

Publication number
JPH05297428A
JPH05297428A JP3062799A JP6279991A JPH05297428A JP H05297428 A JPH05297428 A JP H05297428A JP 3062799 A JP3062799 A JP 3062799A JP 6279991 A JP6279991 A JP 6279991A JP H05297428 A JPH05297428 A JP H05297428A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
wavelength
wavelength conversion
fundamental wave
harmonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3062799A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Yamamoto
博昭 山本
Kazuhisa Yamamoto
和久 山本
Yoichi Sasai
洋一 佐々井
Tetsuo Yanai
哲夫 谷内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP3062799A priority Critical patent/JPH05297428A/ja
Publication of JPH05297428A publication Critical patent/JPH05297428A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 非線形光学効果をもつLiNbO3からなる基板1
に光導波路2を形成する。光導波路2の幅と厚さは基本
波P1と高調波P2の実効屈折率が等しくなるように選んで
おり、幅が3μm,1.2μmである。 【効果】 基本波P1(波長1.56μm)は光導波路2を伝搬
し、波長の半分の高調波P2(波長0.78μm)に変換され
る。基本波P1に対する0次モート゛の実効屈折率n1と、高調波
P2の2次モート゛の実効屈折率n2が等しくなるよう光導波路
2の幅と厚さを選んでいるために、高調波P2は導波路2
内を伝搬し効率の良い波長変換が行われる。また高調波
P2は出射部11を中心として発散する光となるため単純
な凸レンズで簡単に平行光にできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、光応用計測分野、光通信分野に使
用する波長変換方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光情報処理分野、光応用計測分野、光通
信分野ではファイバーロスの少ない波長1.5μm帯で
高精度に波長が安定した標準レーザ光源が必要とされて
いる。この標準レーザ光源を実現するために波長変換を
用いたシステムが用いられている。
【0003】1.5μm帯用波長変換方法としては図9
に示すような光波長変換素子が用いられてきた。以下
従来の波長変換素子について述べる。LiNbO3から
なる基板1に作製された光導波路2の入射部10に基本
波P1を入射する。高調波を効率よく発生させるには基
本波と高調波の速度を等しくする必要がある。一般的に
誘電体では光の波長が短くなるに従って屈折率が大きく
なり結果として基本波と高調波の速度のズレが生じる。
このため従来では光導波路2の厚さを制御して、光導波
路2から基板1内に高調波P2を斜めに放射させ実効的
に速度を合わせていた。
【0004】図10は従来の波長変換素子で光導波路を
伝搬する基本波を同一の光導波路を伝搬する高調波に変
換するものである。1はLiNbO3基板、2はチタン
を拡散することにより形成した光導波路である。入射部
10より入射した基本波P1(波長1.05μm)は光
導波路2の非線形光学効果で光導波路2を伝搬する高調
波P2に変換され出射部11より出射する。
【0005】この波長変換素子は基本波P1と高調波P
2の偏光方向を互いに垂直にすることにより基板の複屈
折利用して速度の整合をとっている。本素子においては
高調波P2が光導波路を伝搬するために高効率な変換が
可能でる。また出射部11から点光源として外部へ出射
するため凸レンズにより簡単に平行光に変換できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら標準レー
ザ光源にSHGを適用する場合十分な特性を得るために
はP2の出力として1μW以上が必要であるが図9 で
示す従来の波長変換方法はこの波長領域では不十分であ
り、高出力化が課題であった。また高調波は実用上平行
光線に変換する必要がありるが、従来の波長変換素子に
よって変換された高調波は複雑な光学レンズが必要であ
り、単純なレンズによる平行光線化も課題であった。
【0007】図10で示す波長変換素子を用いた波長変
換素子では上記課題は存在しないが、波長分散のため波
長1.5μmから1.6μmの基本波の波長変換はでき
なかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】波長1.5μm以上1.
6μm以下の基本波を高調波に変換する波長変換素子を
LiNbO3結晶のZ面表面に形成された非線形光学効
果を有するプロトン交換光導波路で作製する。この時プ
ロトン交換光導波路の厚さ及び幅が基本波の伝搬定数と
高調波の伝搬定数が等しくなるように選択する。
【0009】
【作用】基本波の伝搬定数と高調波の伝搬定数が等しい
ため光導波路内で基本波から高調波への変換が効率良く
行われる。また高調波は光導波路内部を伝搬するため平
行光線に変換しやすい形で取り出すことができる。
【0010】
【実施例】図1は第一の発明の実施例1の波長変換装置
の斜視図である。以下この図面をもとに本発明の波長変
換装置について説明する。
【0011】1はLiNbO3からなる基板でZ軸に垂
直な平面(Z面)を表面として持つものである。2は基
板1にピロリン酸によるプロトン交換層からなる光導波
路である。プロトン交換層の非線形光学効果は基板に比
べ小さいが内部を伝搬する光は同時に基板にも存在する
ため結果として光導波路は非線形光学効果を持つことと
なる。なお光導波路2の端部には入射部10、出射部1
1が設けられている。
【0012】以下第一の実施例の波長変換方法について
説明する。基本波P1(波長1.56μm)は入射部1
0から光導波路2を伝搬する。光導波路2を伝搬する基
本波P1は光導波路2の非線形光学効果により波長の半
分の高調波P2(波長0.78μm)に変換される。従
来の波長変換装置では光導波路2における基本波P1の
実効屈折率と高調波P2の実効屈折率が異なるため高調
波P2は光導波路2から基板1に斜めに放射していた。
ところが、本発明では基本波P1と高調波P2の実効屈
折率を等しくなるように光導波路の幅および厚さを決定
している。
【0013】図2はLiNbO3およびプロトン交換層
の波長分散を表している。ns wは基板の基本波の屈折率
をnf wはプロトン交換層の基本波の屈折率を表してい
る。n s 2wは基板の高調波の屈折率をnf 2wはプロトン交
換層の高調波の屈折率を表している。一般に光導波路2
を伝搬する光の実効屈折率は光導波路の厚さに対応して
基板1の屈折率と光導波路2の屈折率の間で変化する。
したがって図より目的とする波長1.5μmから1.6
μmの範囲では基本波と高調波の屈折率が等しくなりう
ることがわかる。このため光導波路2の厚さを最適化す
ることによりこれを実現する。
【0014】図3は基本波P1の波長が1.56μmの
光導波路の厚さと実効屈折率の関係を表す図である。n
1が基本波P1に対する0次モードの実効屈折率を、n
2が高調波P2の二次モードの実効屈折率である。図3
より厚さ1.3μmで基本波P1と高調波P2の実効屈
折率が等しくなる。
【0015】このようにして基本波P1と高調波P2の
実効屈折率が等しくした場合、高調波P2は導波路2内
に留まりP1と同速度で伝搬し効率の良い波長変換が行
われる。光導波路2内に留まり伝搬する高調波P2は出
射部11から波長変換素子外へ出射する。なおここでP
2の0次および1次モードを使用しなかったのは、これ
らの実効屈折率が基本波P1の0次モードに等しくなる
点が存在しなかったためである。
【0016】光導波路2の出射部11から出射した高調
波P2は出射部11を中心として発散する光となる。こ
のような一点から発散する光は単純な凸レンズで簡単に
平行光にできる。
【0017】次にこの光波長変換素子の製造方法につい
て図4を使って説明する。まずLiNbO3基板1に光
導波路2を作製するためのマスク20を作製する(図4
(a))。マスク20はTaの薄膜(300A)からな
り光導波路を形成する部分にはストライプ窓(幅1μ
m)が形成されている。作製にはスパッタによるTa膜
作製とフォトプロセス、ドライエッチングプロセスを用
いる。
【0018】このマスクを作製後これをピロ隣酸中で2
30℃、50分間熱処理する。このとき基板1のストラ
イプ窓部分がプロトン交換され、幅3μm厚さ1.3μ
mの光導波路2が形成される(図4(b))。
【0019】最後にマスク20を除去(図4(c))し
た後基板を端面研磨し入射部10および出射部11を形
成する(図4(d))。
【0020】このようにして図1に示される光波長変換
素子が製造できる。この素子の長さは6mmである。図
1で基本波P1として半導体レーザ光(波長1.56μ
m)を入射部3より導波させたところ、波長0.78μ
mの高調波P2が出射部11より取り出された。基本波
10mWの入力で2.4μWの高調波を得た。高調波の
近視野像は図5に示すような2次モードのであり点光源
であることを示している。この高調波は凸レンズにより
簡単に平行光に変換することができた。
【0021】基本波の波長が1.5μmから1.6μm
の範囲の任意の波長変換素子を実現するためには光導波
路の厚さを最適化する必要がある。 図6は基本波P1
の波長に対する最適光導波路厚さを示すものである。波
長1.5μmから波長1.6μmの範囲を変換するため
には光導波路の深さが1.2μmから1.4μmの範囲
でなけれはならない。
【0022】高調波P2の出力は光導波路の幅に依存し
所望の出力を得るためには光導波路の幅が重要となる。
図7は光導波路幅と高調波P2の関係を示すもので、光
導波路の厚さは図6の最適値の1.3μm、基本波P1
の波長が1.56μmの場合のものである。基本波P1
が10mWのとき1μW以上の高調波P2を得るために
は光導波路幅が2μm以上7μm以下の範囲である必要
がある。
【0023】次に、本波長変換方法の第2の実施例につ
いて図8を用いて説明する。21は温度調整用ク−ラ−
内蔵の半導体レ−ザ、22、23、24はレンズ、25
は第一実施例で用いたSHG素子、26はルビジウム原
子もしくはセシウム原子蒸気を封入したセル、27はS
iからなる光検出器、28はLD制御回路、29は同期
検波器、30は参照信号発振器である。半導体レ−ザ2
1の発振波長は摂氏25度において1.56μmであ
る。半導体レ−ザ21の注入電流は微小変調をLD制御
回路13によって印加され、半導体レ−ザ21の発振波
長を僅かに変化させる。その際、半導体レ−ザ21は
0.1度の温度精度で制御されている。
【0024】この半導体レーザ1からの基本光P1をレ
ンズ22、23によりSHG素子25に入射させる。こ
のとき基本光P1はSHG素子25により波長変換され
波長780nmの高調波P2へと変換される。この変換
された高調波はレンズ24により平行光線に変換され、
セル26を透過し光検出器により検出される。
【0025】セル26を透過し光検出器27で受光され
た信号を同期検波器29で検出し微分処理する。その微
分成分がゼロとなるときが透過光強度が最小となる。そ
の前後で符号が変わるのでこれを制御信号として、吸収
線の中心に高調波P2の波長を安定化させることが可能
となる。高調波P2の波長はSHG素子25により基本
波P1の波長を半分の波長に変換したものであるため、
高調波P2が安定化されることは基本波P1が安定化さ
れることと等価である。以上により本発明を用いること
により波長1.56μmの安定化した光源が実現でき
る。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明によると変換効率の
良い、かつ高調波の平行光線化の容易な波長変換方法を
実現でき、波長基準レーザ等の応用に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の波長変換素子の斜視図である。
【図2】LiNbO3およびプロトン交換層の波長分散
を表す図である。
【図3】光導波路の厚さと実効屈折率の関係を表す図で
ある。
【図4】波長変換素子の製造方法を表す図である
【図5】高調波の近視野像を表わす図である。
【図6】基本波P1の波長に対する最適光導波路厚さを
表す図である
【図7】図7は光導波路幅と高調波P2の関係を表す図
である。
【図8】本発明の第2の実施例を表わす波長安定化光源
の構成図である。
【図9】従来の波長変換方法を表す図である。
【図10】従来の導波路−導波路型波長変換素子の斜視
図である。
【符号の説明】
1 LiNbO3基板 2 光導波路 10 入射部 11 出射部 20 マスク P1 基本波 P2 高調波 21 温度調整用ク−ラ−内蔵の半導体レ−ザ 22 レンズ 23 レンズ 24 レンズ 25 SHG素子 26 セル 27 光検出器 28 LD制御回路 29 同期検波器 30 参照信号発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷内 哲夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波長1.5μm以上1.6μm以下の基
    本波を波長変換素子を用いて第二次高調波に変換する波
    長変換方法で、前期波長変換素子がZ軸に垂直な面を持
    つLiNbO3結晶と、前記LiNbO3結晶の前期Z軸
    に垂直な面に形成されたプロトン交換光導波路を有し、
    前記プロトン交換光導波路の厚さ及び幅が前記基本波の
    伝搬定数と前記第二次高調波の伝搬定数が等しくなるよ
    うに選択されることを特徴とする波長変換方法。
  2. 【請求項2】 基本波が波長1.5μm以上1.6μm
    以下であり、前記プロトン交換光導波路の厚さが1.2
    μm以上1.4μm以下、幅が2μm以上7μm以下で
    あることを特徴とする請求項1記載の波長変換方法。
JP3062799A 1991-03-27 1991-03-27 波長変換方法 Pending JPH05297428A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3062799A JPH05297428A (ja) 1991-03-27 1991-03-27 波長変換方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3062799A JPH05297428A (ja) 1991-03-27 1991-03-27 波長変換方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05297428A true JPH05297428A (ja) 1993-11-12

Family

ID=13210758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3062799A Pending JPH05297428A (ja) 1991-03-27 1991-03-27 波長変換方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05297428A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305185C (zh) * 1995-06-02 2007-03-14 松下电器产业株式会社 激光光源
US7769061B2 (en) 2006-09-29 2010-08-03 Seiko Epson Corporation Laser light source device, illumination apparatus, monitor, and projector

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305185C (zh) * 1995-06-02 2007-03-14 松下电器产业株式会社 激光光源
US7769061B2 (en) 2006-09-29 2010-08-03 Seiko Epson Corporation Laser light source device, illumination apparatus, monitor, and projector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5247528A (en) Second harmonic generator using a laser as a fundamental wave source
US5515471A (en) Frequency doubler and short wave laser source using the same and optical data processing apparatus using the short wave laser source
JP2685969B2 (ja) 第2高調波発生装置
US5109462A (en) Light wavelength converter
US4925263A (en) Proton-exchanged waveguides for sum-frequency generation
JP2525879B2 (ja) ファイバ―型光波長変換素子
JP3129028B2 (ja) 短波長レーザ光源
US6785457B2 (en) Optical waveguide device and coherent light source and optical apparatus using the same
JP3506304B2 (ja) 光発生装置及びその製造方法
JP3156444B2 (ja) 短波長レーザ光源およびその製造方法
JP2725302B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JPH05297428A (ja) 波長変換方法
JP2676743B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JP2963196B2 (ja) 光導波体および光導波体の製造方法
JP2658381B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JPH0566440A (ja) レーザ光源
JPH05323405A (ja) 波長変換素子およびレーザ光源
JPH0820655B2 (ja) 光波長変換素子
JPH03191332A (ja) 光波長変換素子およびその製造方法
JPH0728112A (ja) 導波路型第2高調波発生光源
JP2921207B2 (ja) 光波長変換素子およびその製造方法
JP2666540B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JPH05249520A (ja) 光第2高調波発生器
JPH0667234A (ja) 導波路内部共振型shg光源
JP2004020571A (ja) 波長変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080820

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081217