JPH06265952A - 光波長変換素子 - Google Patents

光波長変換素子

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JPH06265952A
JPH06265952A JP5401093A JP5401093A JPH06265952A JP H06265952 A JPH06265952 A JP H06265952A JP 5401093 A JP5401093 A JP 5401093A JP 5401093 A JP5401093 A JP 5401093A JP H06265952 A JPH06265952 A JP H06265952A
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JP
Japan
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waveguide
wavelength conversion
conversion element
optical wavelength
fundamental wave
Prior art date
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JP5401093A
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English (en)
Inventor
Kenji Todori
顕司 都鳥
Yasushi Mori
寧 森
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 変換効率が高く、入射基本波の未変換光の処
理も要しない光波長変換素子を提供する。 【構成】 非線形光学材料から成る導波部(コア)1
と、前記導波部1に一体的に配設されたアモルファス材
料から成る導波支持部(クラッド)2と、前記導波部1
の導波方向両端面にそれぞれ一体的に配設され、導波部
1に入射された基本波を反射する反射膜3とを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光を用いる情
報処理などにおいて使用される光波長変換素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を利用したオプトロニクスの分
野においては、たとえば光記録などを行う際の情報密度
を上げるため、光源の短波長化,高出力化,小形化の要
求が高まっている。そして、この光源に関しては、小
形,安価で、かつ注入電流で直接変調が可能な半導体レ
ーザを一般的に利用しているが、この種の半導体レーザ
は、波長 600nm以下の発振が困難であるため、非線形光
ファイバや非線形光導波管などを用いて、入射波の 1/
2、もしくは 1/ 3の波長である第二高調波発生(SHG
) 、もしくは第三高調波発生(THG )を行い、波長の
短波長化が試みられている。ここで、半導体レーザと組
み合わせる光波長変換素子としては、クラッド(導波支
持部)としてのガラス製もしくはプラスチックス製のキ
ャピラリー内部に、非線形光学効果を有する有機単結
晶、より具体的には SHG活性や THG活性の有機単結晶を
コア(導波部)として充填して成るファイバー型の光波
長変換素子、あるいは同じく非線形光学効果を有するニ
オブ酸リチウム(LiNbO3 )など無機化合物を導波部とす
る平面型の光波長変換素子がよく知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記光
波長変換素子の場合は、いずれも変換効率が低い状況に
あり、実用化において問題がある。たとえば、ファイバ
ー型の光波長変換素子の場合は、発生した第2高調波ま
たは第3高調波の集光やエネルギーの分散を避けるた
め、入射される基本波の横モードを単一に設定する必要
があり、そのためにコア径を、たとえば 1μm 程度と、
基本波の波長程度まで小さくすると、入射時のカップリ
ング効率が大幅に低下し、所望の機能が得られない。ま
た、特に非線形光学効果を有する有機単結晶を用いたフ
ァイバー型の光波長変換素子の場合、製造時にコアとク
ラッドとの間に隙間が生じるため、この隙間において第
2高調波または第3高調波のチェレンコフ放射の損失が
問題となる。すなわち、非線形光学効果を有する有機単
結晶を用いたファイバー型の光波長変換素子は、先ず長
さ数10cmのガラス製のキャピラリーの内部に、前記 SHG
活性,もしくは THG活性の有機単結晶を恒温炉内で成長
させ、キャピラリーをクラッド,有機単結晶をコアとす
るファイバーを作製した後、このファイバーを 5〜10mm
程度の長さに切断することにより一般的に製造されてい
る。このとき、前記有機単結晶を成長させる段階で、ク
ラッドのガラスとコアの非線形光学効果を有する有機単
結晶との熱膨脹率の違いから、コアとクラッドとの間に
隙間が生じる。そして、前記コアとクラッドとの隙間の
屈折率が約 1.0で、コアおよびクラッドの屈折率と大き
く異なるので、この屈折率の相違がチェレンコフ放射条
件を変化させて、変換効率の低減をもたらしている。
【0004】さらに、従来の光波長変換素子の場合は、
大部分の基本波は変換されることがないので、未変換光
の処理が求められている。つまり、一端面から入射させ
た基本波のうち、変換されない基本波が光波長変換素子
外に放射されるため、その散乱光、特に目に見えない赤
外光の存在が危険性を及ぼすという問題がある。
【0005】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、変換効率が高く、入射基本波の未変換光の処理も要
しない光波長変換素子の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光波長変換
素子は、非線形光学材料から成る導波部と、前記導波部
に一体的に配設されたアモルファス材料から成る導波支
持部と、前記導波部の導波方向両端面にそれぞれ一体的
に配設され、導波部に入射された基本波を反射する反射
膜とを具備して成ることを特徴とする。
【0007】本発明に係る光波長変換素子は、いわゆる
ファイバー型もしくは平面型の光波長変換素子に、共振
作用を持たせるため、導波部の両端面に基本波を反射す
る反射膜を配設することを骨子とする。つまり、本発明
は、必ずしも導波部の端面から基本波を入射せずに、導
波部の周面側から入射した場合でも、所要の光波長変換
機能を十分に呈することに着目して成されたものであ
る。ここで、導波部両端面に付設する反射膜は、たとえ
ばAu,Ag,Al,誘電体多層膜などが挙げられ、基本波に
対して反射率が高いほど望ましい。
【0008】なお、本発明において、前記導波支持部と
は、ファイバー型の光波長変換素子の場合はクラッド、
平面型の光波長変換素子の場合は基板に相当し、また、
前記導波部とは、ファイバー型の光波長変換素子の場合
はコア、平面型の光波長変換素子の場合は導波路に相当
する。さらに、本発明において、非線形光学材料として
有機単結晶を用いてファイバー型の光波長変換素子を構
成する場合、基本波の波長における屈折率がコアの屈折
率よりも低く、かつ融点が前記有機単結晶およびクラッ
ドで使用されたアモルファス材料よりも低い有機高分子
化合物を充填剤として、コアとクラッドとの隙間に注入
・充填しておくことが好ましく、この様な充填剤の注入
・充填はたとえば毛細管現象を利用することにより容易
に行うことができる。
【0009】
【作用】本発明によれば、ファイバー型や平面型の光波
長変換素子の導波部の両端面に、入射した基本波を反射
する反射膜を付設して、光波長変換素子を共振器化した
構成と成すことにより、基本波のパワーが共振器内に蓄
積され、第2高調波または第3高調波への変換効率が大
幅に向上する。なお、この構成では、導波部端面からは
基本波を導入し得ないが、導波部の周面側(たとえば反
射膜が付設されたクラッド端面部などや主面側)から基
本波を導波部に入射させることが可能である。また、入
射した基本波は導波部の内部に閉じ込められるため、基
本波中の未変換光の後処理も不要となる。
【0010】なお、前記共振器化した構成の、光波長変
換素子内部に立つ波動の縦モード周波数間隔△νは、導
波部の屈折率をn,光速をc,共振器長をLとすると、 △ν=c/( 2・n・L) で示される。ここで、c= 3×108 m/s ,n= 1.7,L
=0.01m とすると、△ν= 8.8×109 となるので、これ
以上の半値幅をもつレーザー光を基本波として入射させ
た場合、縦モードが立つことになり、 1×1012Hz程度の
周波数半値幅をもつ光を発振るできる大部分の半導体レ
ーザについては、前記条件を満することができる。
【0011】
【実施例】以下図1〜図4を参照して本発明の実施例を
説明する。
【0012】実施例1 この実施例は、本発明を光ファイバー型の第2高調波発
生素子に適用した例である。
【0013】図1は第2高調波発生素子の要部構成例を
示す縦断面図、図2はこの第2高調波発生素子の使用態
様例を模式的に示す縦断面図である。
【0014】先ず、図1において、1は4-( N,N-ジメチ
ルアミノ)-3-アセトアミドニトロベンゼン (DAN)から成
る直径 1μm のファイバー状の導波部(コア)、2は前
記導波部1の外周面を一体的に被覆する厚さ約 0.5mmの
ガラスから成る導波支持部(クラッド)、3は前記導波
部1の両端面に、たとえば気相成長によって被着形成さ
れたAuから成る反射膜であり、このとき反射膜3の周辺
部が導波支持部2端面を一部または全部被覆してもよ
い。
【0015】また、上記構成においては、基本波として
入射される cwYAGレリーザー光の波長ωにおける導波部
1および導波支持部2の屈折率はそれぞれnc (ω)=
1.720,nk (ω)= 1.718でかつ第2高調波の波長 2
ωにおける導波支持部2の屈折率はnk (2ω)= 1.722
で、nk (ω)<nc (ω)<nk (2ω)のチェレンコ
フ放射条件が成立する。
【0016】前記構成の第2高調波発生素子について、
図2に模式的に示すごとく、導波部1の端面に付設され
た反射膜3の外側から、集光レンズ10を用いて cwYAGレ
リーザーを光源11とした波長1064nm,パワー 500mWの基
本波をリング状に入射したところ、第2高調波パワー約
80mW,波長 532nmの第2高調波8が2方向へ発生した。
この第2高調波発生は、前記反射膜3を付設しない外は
同一構成とし、同一条件で第2高調波を発生した場合
(比較例)の第2高調波パワー 5mWに較べて遥かに大き
い変換効率である。
【0017】なお、上記第2高調波発生素子の構成にお
いて、さらに導波部(コア)1と導波支持部(クラッ
ド)2との隙間に、たとえば屈折率1.54のポリエチレン
樹脂を130℃の溶融状態として、毛細管現象により注入
・充填した場合、約 100mWの第2高調波パワーが発生し
た。そして、本発明に係る第2高調波発生素子の場合
は、いずれも入射した基本波が外部で観測されなかっ
た。
【0018】実施例2 この実施例は本発明を平面型の第2高調波発生素子に適
用した例であり、図3はその要部構成例を示す縦断面
図、図4は第2高調波発生素子の使用態様例を模式的に
示す縦断面図である。
【0019】図3において、導波支持部5は厚さ 2mm程
度のニオブ酸リチウムから成る基板、4は前記導波支持
部5面上に形成されたプロトン交換型ニオブ酸リチウム
(LiNbO3 )から成る厚さ 1μm 程度の薄膜導波部であ
り、反射膜6は前記導波部4の両端面に、たとえばエピ
タキシャル成長によって被着形成されたAuでそれぞれ構
成されている。
【0020】また、上記構成においては、基本波として
入射される cwYAGレーザー光の波長ωにおける導波部4
および導波支持部5の屈折率をそれぞれng (ω),n
s(ω),第2高調波の波長 2ωにおける導波支持部5
の屈折率をns (2ω)としたとき、ns (ω)<n
g (ω)<ns (2ω)のチェレンコフ放射条件が成立す
る。
【0021】前記構成の第2高調波発生素子について、
図4に模式的に示すごとく、導波部4の主面から、集光
レンズ10およびプリズム7を用いて cwYAGレーザーを光
源11とした波長1064nm,パワー 500mWの基本波を入射し
たところ、第2高調波パワー約70mW,波長 532nmの第2
高調波9が2方向へ発生した。この第2高調波発生は、
前記反射膜6を付設しない外は同一構成とし、同一条件
で第2高調波を発生した場合(比較例)の第2高調波パ
ワー 3mWに較べて遥かに大きい変換効率である。また、
本発明に係る第2高調波発生素子の場合は、入射した基
本波が外部で観測されなかった。
【0022】なお、上記光波長変換素子の構成例におい
て、ファイバー型の場合、導波部を成す有機単結晶とし
て、2-メチル -4-ニトロアニリン (MNA),N-(4-ニトロ
フェニル)-(S)- プロリノール (NPP),3-メチル (2,4-
ジニトロフェニル)アミノプロピオネート (MAP)などを
用いても、また平面型の場合、プロトン交換型ニオブ酸
リチウム以外の、他の非線形光学効果を有する無機化合
物を用いても、同様に高い変換効率が得られ、かつ未変
換光に対する処理も不要な光波長変換素子として機能し
得る。
【0023】
【発明の効果】上記説明したごとく、本発明に係る光波
長変換素子によれば、導波部に入射された基本波は導波
部内部に閉じ込められ共振し、光波長変換素子外に放射
されないため、第2高調波または第3高調波±k変換効
率が著しく向上し、かつ危険性を考慮した基本波の未変
換光の後処理も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るファイバー型の第2高調波発生素
子の要部構成例を示す縦断面図。
【図2】本発明に係るファイバー型の第2高調波発生素
子の使用態様例を模式的に示す縦断面図。
【図3】本発明に係る平面型の第2高調波発生素子の要
部構成例を示す縦断面図。
【図4】本発明に係る平面型の第2高調波発生素子の使
用態様例を模式的に示す縦断面図。
【符号の説明】
1,4…導波部 2,5…導波支持部 3,6…反
射膜 7…プリズム 8,9…第2高調波 10…集光レンズ 11…光源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学材料から成る導波部と、前記
    導波部に一体的に配設されたアモルファス材料から成る
    導波支持部と、前記導波部の導波方向両端面にそれぞれ
    一体的に配設され、導波部に入射された基本波を反射す
    る反射膜とを具備して成ることを特徴とする光波長変換
    素子。
JP5401093A 1993-03-15 1993-03-15 光波長変換素子 Pending JPH06265952A (ja)

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JP5401093A JPH06265952A (ja) 1993-03-15 1993-03-15 光波長変換素子

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Cited By (3)

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Date Code Title Description
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Effective date: 20021126