JPH0667235A

JPH0667235A - 波長変換装置

Info

Publication number: JPH0667235A
Application number: JP22414192A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Mori; 和思森; Mitsuharu Matsumoto; 光晴松本; Tadao Toda; 忠夫戸田; Hideyuki Nonaka; 英幸野中
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-03-11

Abstract

(57)【要約】【目的】非線形光学材料を用いて第２高調波（ＳＨ
波）を発生させる波長変換装置において、十分な位相整
合を行うことができ、高変換効率を得ることを目的とす
る。【構成】基板１と、厚みが一定でないチャンネル部３
ａをもつ非線形光学材料からなるチャンネル型導波路層
３から構成され、該チャンネル部３ａはその厚みに略反
比例した幅をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の波長を短波長に変換
する波長変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報の高密度化が活発になってお
り、光情報機器に用いる光をより短波長化する研究が活
発に行われている。そして、この他にも医療や化学産業
など種々の分野においても短波長コヒーレント光が必要
となっている。

【０００３】短波長コヒーレント光を得る方法として、
非線形光学材料を用いて第２高調波（ＳＨ波）を発生さ
せる波長変換装置が活発に研究されており、青色や緑色
コヒーレント光等を提供するものとして注目されてい
る。

【０００４】ところで、波長変換装置において、基本波
の強度Ｐ_iと高調波の強度Ｐ_oの比は次式（１）で表され
る。

【０００５】Ｐ_o／Ｐ_i＝Ｃ（ω）×Ｐ_i×Ｌ²×ｓｉｎｃ²（Δβ×Ｌ／２）・・・（１）ここで、Δβは次式（２）で表される。

【０００６】 Δβ＝β_o−２β_i＝２π×（ｎ_i−ｎ_o）／λ ・・・（２）ここで、Ｃ（ω）は比例定数、Ｌは導波路長方向の距
離、β_iは基本波の位相定数、β_oは第２高調波の位相定
数、ｎ_iは基本波に対する屈折率、ｎ_oは第２校長波に対
する屈折率、λは第２高調波の波長である。

【０００７】前式（１）と前式（２）から判るように、
斯る波長変換装置において、第２高調波発生（ＳＨＧ）
を効率よく行うためには、基本波（入射光）と第２高調
波の空間的重なりが大きくなるように同じ次数のモード
間で位相整合（Δβ＝０）させる必要がある。即ち、前
記位相整合が行われるとは、基本波の速度と発生する高
調波の速度を等しくすることを意味し、言い換えると基
本波と高調波に対する屈折率を等しくすることを意味す
る。

【０００８】非線形光学結晶が、図１４に示すようなＸ
軸方向の屈折率（曲線Ｘ）及びＺ軸方向の屈折率（曲線
Ｚ）をもつ分散特性（複屈折）を示す光学異方性結晶で
ある場合、図中ａ点の波長はｂ点の波長２λの半分のλ
であり、且つ屈折率が等しくなるので、位相整合条件を
満足する。この分散特性は温度により微調可能で、基本
波または高調波の波長を変えることができる。従って、
所望の波長に変換できる材料を選択すれば、効率よく変
換可能である。

【０００９】しかしながら、所望の波長を得られる良好
な材料が存在しないので、位相整合を行うために様々な
装置が研究されている。この中で、基本波を狭い空間、
所謂チャンネル型導波路に閉じ込める構造の波長変換装
置はより小型化、高出力化が期待されている。図１５
（ａ）及び同図（ｂ）に従来の波長変換装置の一例の斜
視図及び端面図を示す。

【００１０】図中、１０１は例えばＭｇＯ基板であり、
該基板１０１の表面には該表面中央部にストライプ状リ
ッジ形のチャンネル部１０２ａを備え、その両側をこれ
よりも厚さの薄い平坦部１０２ｂ、１０２ｂとした非線
形光学材料、例えばＫＮｂＯ ₃（ニオブ酸カリウム）か
らなるチャンネル型導波路層１０２が形成されている。
尚、基板１０１は前記チャンネル型導波路層１０２に比
べて低い屈折率をもつ材料から選択されている。

【００１１】そして、基本波１０３は前記チャンネル部
１０２ａの一方の端面に入射され、変換された第２高調
波１０４がこのチャンネル部１０２ａの他方の端面から
出射される。

【００１２】ここで、チャンネル部１０２ａの厚みＴ
Ｒ、チャンネル部１０２ａの段差幅Ｄ、チャンネル部１
０２ａの幅Ｗ、及び平坦部１０２ｂ、１０２ｂの厚みＴ
Ｆは基本波１０３と高調波１０４の位相整合が行えるよ
うに、即ち基本波１０３と高調波１０４に対する実効屈
折率が等しくなるように設定されている。

【００１３】斯る波長変換装置の製造は例えば以下の様
に行われる。

【００１４】最初に、基板１０１上に前記非線形光学材
料からなる薄膜を液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）、
又はスパッタリング法等を用いて成膜する。その後、前
記薄膜上にフォトリソグラフィ技術等により前記チャン
ネル部１０２ａに対応する部分にストライプ状マスクを
形成し、該マスクを介してドライエッチング等により平
坦部１０２ｂ、１０２ｂを形成すると共にチャンネル部
１０２ａを形成して完成される。

【００１５】しかしながら、成膜時における基板１０１
の温度勾配等の原因により、前記基板１０１上に形成す
る非線形光学材料からなる薄膜の膜厚が不均一になる。
この結果、光軸方向の一部しか位相整合が成立しないた
め、良好な位相整合が行われず、十分な変換効率が得ら
れないといった問題があった。

【００１６】更に、別の方法として、非線形光学材料か
ら成る導波路の光学特性に周期的な変化を導入するもの
（擬位相整合法）が知られている。このとき、Δβは周
期的な光学特性変化を引き起こす摂動項が加えられて、
Δβは次式（３）のように表される。

【００１７】 Δβ＝β_i−２β_o＋２π／Λ ・・・（３）この場合、一般にΔβ−２π／Λ＝０の時に位相整合す
る。ここで、Λは前記光学特性変化の１周期長である。

【００１８】従って、この方法を用いる装置では、Δβ
−２π／Λ＝０となるように周期Λを設定することによ
り、位相整合が行えるのである。

【００１９】このように光学特性に周期的変化を導入す
るものとしては、強誘電体である非線形光学材料に周期
的な分極反転を設ける所謂周期ドメイン反転構造の波長
変換装置が知られている。図１６に斯る波長変換装置の
一例の斜視図を示す。

【００２０】図中、１１１は例えばＬｉＴａＯ₃非線形
光学結晶基板である。１１２は前記基板１１１の表面中
央部に酸処理等により形成されたストライプ状埋め込み
構造のチャンネル部で、Ｌｉ（リチウム）がＨ（水素）
に置換されてＬｉＴａＯ₃に比べて高屈折率になってい
る。

【００２１】そして、１１３、１１３、・・は前記基板
１１１の表面の分極が該基板１１１自体の分極と反転し
て成る分極反転領域で、例えばＴｉ（チタン）等を拡散
した後、加熱して形成される。

【００２２】この装置では、周期的な分極反転に対応し
て二次非線形光学定数の符号が反転される、即ち分極反
転領域では発生する高調波の位相がπだけシフト（これ
は図１７に示すように基本波の位相が該反転領域で位相
がπだけシフトすると同じことである）するので、分極
の反転周期Λを次式（４）を満足するように設定するこ
とにより位相速度を巨視的にみた場合に見かけ上速度を
一致させることが可能である。

【００２３】 Λ／２＝（２ｍ＋１）／４×２λ／（ｎ_o−ｎ_i）・・・（４）ここで、２λは真空中での基本波の波長、ｍは任意の整
数を示している。尚、Δβ−２π／Λ＝０を満足するの
は、（４）式中でｍ＝０となる場合であるが、ｍが０以
外の場合でも位相整合可能である。

【００２４】また、光学特性に周期的変化を導入した別
の装置としては、非線形光学材料からなる導波路に周期
的な間隔をもつ電極を設け、該電極に電圧を印加して導
波路の光の通過する部分の屈折率を周期的に変化させる
装置が、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅ
ｒｓ，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．７，１，Ａｐｒｉｌ，１９
７５のｐ３７５〜ｐ３７７に記載されている。

【００２５】更に、非線形光学材料からなる導波路に接
触させて回折格子を形成する方法、や周期的に非線形光
学定数を変調する方法などがある。

【００２６】しかしながら、非線形光学材料から成る導
波路の光学特性に周期的な変化を導入する装置では、基
本波の波長２λが少しずれただけで位相整合条件を満足
しなくなり、変換効率が急激に低下するといった問題が
あった。また、前記周期には０．０１Å程度の精度が必
要であり、このような精度をもった周期構造を数ｍｍ〜
数ｃｍの範囲に亘って作製することは困難であった。

【００２７】上述したように、非線形光学材料を用いて
第２高調波（ＳＨ波）を発生させる従来の波長変換装置
では、十分な位相整合を行うことが困難であり、高変換
効率を得ることができなかった。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題点
を鑑み成されたものであり、十分な位相整合が可能な波
長変換装置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の波長変換装置
は、基板と、該基板上に形成された厚みが変化している
チャンネル部を持つ非線形光学材料からなるチャンネル
型導波路とから構成され、該導波路を用いて基本波から
第２高調波を発生させる波長変換装置において、該チャ
ンネル部はその厚みに略反比例した幅をもつことを特徴
とする。

【００３０】本発明の別の波長変換装置は、基板と、該
基板上に形成された非線形光学材料からなる導波路とか
ら構成され、該導波路を用いて基本波から第２高調波を
発生させる波長変換装置において、該導波路に弾性波発
生装置を機械的に関連付け、該弾性波発生装置から発生
する表面弾性波を前記導波路中にその導波路長方向に伝
播させることを特徴とする。

【００３１】

【作用】厚みが変化しているチャンネル部をもつ非線形
光学材料からなるチャンネル型導波路から構成され、該
導波路を用いて基本波から第２高調波を発生させる波長
変換装置において、該チャンネル部はその厚みに略反比
例した幅をもつようにすると、良好な位相整合が可能と
なり、基本波から第２高調波への変換効率が良好にな
る。

【００３２】また、基板と、非線形光学材料からなる導
波路とから構成され、該導波路を用いて基本波から第２
高調波を発生させる波長変換装置において、該導波路に
表面弾性波をその導波路長方向に伝播させ、該弾性波の
音響光学効果により、該導波路の屈折率に高精度な周期
的変化を生じさせることができるので、良好な位相整合
が可能となり、基本波から第２高調波への変換効率が良
好になる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明に係る一実施例のチャンネル型
導波路をもつ波長変換装置について図１を参照しつつ説
明する。

【００３４】図１（ａ）はＭｇＯ基板１の一主面である
（１１０）面上にＫＮｂＯ₃（ニオブ酸カリウム）非線
形光学結晶膜２を液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ
法）により堆積した場合のウエハの断面図である。この
ＫＮｂＯ₃膜２の膜厚測定を、波長変換装置とした場合
の導波路長（光軸）方向（長さＬＬ＝１０ｍｍ）に沿っ
て行った。この測定の結果、端ａと端ｂでの膜厚がそれ
ぞれＴａ＝２．３０μｍ、Ｔｂ＝２．４２μｍで、両端
間ａ、ｂの膜厚は直線的に変化していた。

【００３５】図１（ｂ）は斯るウエハを用いて作製した
波長変換装置の上面図であり、図１（ｃ）は同図（ｂ）
中の破線Ｘ−Ｘでの断面図である。

【００３６】図１（ｂ）及び図１（ｃ）中、３はＫＮｂ
Ｏ₃非線形光学単結晶からなるチャンネル型導波路層
で、前記ＭｇＯ基板１の一主面である（１１０）面上の
中央部にリッジ形チャンネル部３ａを備え、その両側を
これよりも厚さの薄い平坦部３ｂ、３ｂが形成されてい
る。

【００３７】基本波の波長が０．８８μｍの場合に位相
整合が行えるように、前記チャンネル部３ａは、端ａで
の幅Ｗａが４．０２μｍ、端ｂでの幅Ｗｂが３．８６μ
ｍで、両端ａ、ｂ間での幅は直線的に変化するように設
定され、また、平坦部３ｂの厚みは元のウエハのＫＮｂ
Ｏ₃膜２の膜厚より０．３０μｍ小さく設定されてい
る。

【００３８】ここで、前記リッジ形チャンネル部３ａの
幅は次の様に設定した。上述のようにＫＮｂＯ₃膜２の
膜厚が直線的に変化している場合は、位相整合するため
のチャンネル部３ａの幅も略直線的に変化するので、チ
ャンネル部３ａの両端ａ、ｂでの位相整合幅を計算によ
り得、該両端ａ、ｂ間のチャンネル部３ａの幅は直線的
に変化させた。

【００３９】前記チャンネル型導波路層３は、前記チャ
ンネル部３ａに対応するレジストパターン膜を電子ビー
ム描画法、または光強度変調を使ったレーザビーム描画
法等により前記ウエハのＫＮｂＯ₃膜２上に形成し、該
レジストパターン膜をマスクとしてドライエッチング等
により除去して平坦部３ｂ、３ｂを形成すると共にリッ
ジ形チャンネル部３ａを作製して形成される。

【００４０】本実施例の波長変換装置と、チャンネル部
の構造が幅３．９４μｍと一定である以外は本実施例と
同じである比較例の波長変換装置との波長０．８８μｍ
から０．４４μｍへの変換効率を測定した。ここで、波
長０．８８ｎｍの光を出力する光源として、ここでは半
導体レーザ装置を用いた。尚、比較例装置のチャンネル
部のストライプ幅はチャンネル部の両端の膜厚Ｔａ＝
２．３０μｍと膜厚Ｔｂ＝２．４２μｍの中間をとった
値２．３６μｍに対応して設定した。

【００４１】この測定の結果は、本実施例の装置が比較
例の装置に比べて約４倍の変換効率であった。

【００４２】次に第２実施例のリッジ構造の波長変換装
置について説明する。

【００４３】図２（ａ）はＭｇＯ基板１１の一主面であ
る（１１０）面上にＫＮｂＯ₃非線形光学結晶膜１２を
スパッタリング法により堆積した場合のウエハの断面図
である。このＫＮｂＯ₃膜１２の膜厚測定を、波長変換
装置とした場合の導波路長方向（長さＬＬ＝１０ｍｍ）
に沿って行った。この測定の結果、前記膜１２は端ａと
端ｂでの膜厚がそれぞれＴａ＝２．２７μｍ、Ｔｂ＝
２．３１μｍで、両端間ａ、ｂの中央の膜厚がＴｃ＝
２．３６μｍである円弧形状であった。

【００４４】図２（ｂ）は斯るウエハを用いて作製した
波長変換装置の上面図である。

【００４５】図２（ｂ）中、１３は非線形光学単結晶Ｋ
ＮｂＯ₃からなるチャンネル型導波路層で、該基板１１
の一主面である（１１０）面上に該面中央部にリッジ形
チャンネル部１３ａを備え、その両側をこれよりも厚さ
の薄い平坦部１３ｂ、１３ｂで構成されている。

【００４６】基本波の波長を０．８８μｍとした場合に
位相整合が行えるように、前記チャンネル部１３ａは、
端ａでの幅Ｗａが４．０５μｍ、端ｂでの幅Ｗｂが４．
０１μｍで、中央ｃは幅Ｗｃが３．９２μｍとなるよう
に鏡映対称の関係にある２つの円弧で挟まれた形状に設
定され、また、平坦部１３ｂ、１３ｂの厚みは元のウエ
ハのＫＮｂＯ₃膜１２の膜厚より０．３０μｍ小さく設
定している。尚、前記チャンネル型導波路層１３は、第
１実施例と同様の方法で形成し、またチャンネル部１３
ａの幅も第１実施例と同様にストライプ状のリッジ形チ
ャンネル部をもつ波長変換装置が位相整合を行う幅と略
同じ値に設定した。

【００４７】本実施例の波長変換装置の波長０．８８μ
ｍから０．４４μｍへの変換効率を第１実施例と同様の
方法で測定した。

【００４８】この測定の結果、本実施例の装置は上記Ｋ
ＮｂＯ₃膜１２の上記３点ａ、ｂ、ｃでの膜厚の平均値
２．３１μｍの膜厚において位相整合する一定幅４．０
１μｍのチャンネル部をもつ以外は、本実施例と同じで
ある比較例の波長変換装置に比べて約３．５倍であっ
た。

【００４９】このように第１、第２実施例では、非線形
光学材料からなるチャンネル型光導波路層のチャンネル
部の幅をチャンネル部の厚みに対応して変化（略反比例
して変化）するので、良好な位相整合が行える。従っ
て、基本波から高調波に効率よく変換できる。

【００５０】ここで、厚みの異なるチャンネル部の幅
は、厚みの一定なストライプ状のリッジ形チャンネル部
をもつ図１５に示す従来の波長変換装置おける該厚みを
前記厚みの異なるチャンネル部の厚みに等しくした場合
に、位相整合する幅と略同等の幅に設定するのがよい。

【００５１】尚、上述の第１、第２実施例ではチャンネ
ル型光導波路をリッジ構造とした波長変換装置について
説明したが、誘電体装荷構造あるいはその他の構造の波
長変換装置ににも適宜利用でき、勿論非線形光学材料も
ＫＮｂＯ₃、そして基板もＭｇＯに限定されることはな
く、適宜変更可能である。

【００５２】次に、第３実施例についてその斜視図を参
照しつつ説明する。

【００５３】図３中、２１は例えばＬｉＮｂＯ₃（ニオ
ブ酸リチウム）基板で、例えば導波路長は５〜１０ｍ
ｍ、幅３〜５μｍである。２２は前記基板２１の表面中
央部に酸処理等によるプロトン交換法により形成された
ストライプ状埋め込み構造のチャンネル部（光導波路）
で、Ｌｉ（リチウム）がＨ（水素）に置換されてＬｉＮ
ｂＯ₃ に比べて高屈折率になっている。

【００５４】前記基板２１の光入射側端面には、チャン
ネル部２２への光入射を妨げないように該チャンネル部
２２に隣接して例えば左側に表面弾性波を発生する弾性
波発生装置（トランジューサ）２３が接着材等により固
着されている。この発生する表面弾性波はチャンネル歩
２２内を導波路長方向へ伝播する。

【００５５】そして、前記基板２１の光出射側端面のチ
ャンネル部２２の両側には、表面弾性波が反射して前記
光入射側に戻るのを防ぐために、例えばアルキド系非導
電性樹脂等の弾性波吸収体２４、２４が接着材等に固着
されている。

【００５６】本実施例では基本波としてＴＭ−ｌｉｋｅ
モード（電界の振動方向が基板２１の表面と垂直であ
る）の光を前記チャンネル部２２に入射し、表面弾性波
として、前記基板端面に対して垂直に振動する横波に近
いものを用いた。

【００５７】そして、斯る波長変換装置を図４に示す光
学素子と組み合わせたシステムにおいて次の波長変換実
験を行った。

【００５８】即ち、前記弾性波発生装置２３を作動し、
表面弾性波を発生させた状態で、図示しない半導体レー
ザ装置から出力した波長８３０ｎｍのレーザ光（基本
波）をレンズ２５により斯る波長変換装置のチャンネル
部２２に集光、入射した。そして、前記表面弾性波の周
波数ｆを１ＧＨｚ付近に調整した時、前記チャンネル部
２２から高調波に変換されなかったレーザ光を除去する
フイルター２６を介して波長４１５ｎｍの光（第２高調
波）を従来に比べて高効率に取り出せた。

【００５９】また、前記半導体レーザ装置に代えて、波
長１．０６μｍの光を出力するＹＡＧレーザ装置を用い
て上述と同様な波長変換実験も行った。

【００６０】この時、前記弾性波発生装置２３から発生
する表面弾性波の周波数ｆを数十〜数百ＭＨｚの間に設
定することにより波長０．５３μｍの光を従来に比べて
高効率に取り出せた。

【００６１】このように、高効率に波長変換できたの
は、前記表面弾性波の周波数ｆ（＝ｖ／Λ）を調整して
十分な位相整合（即ちΔβ−２π／Λ＝０）が行えたた
めである。ここで、Δβはπ／μｍ程度であり、ｖは表
面弾性波の速度で、通常上述のようなチャンネル部２２
においては数千ｍ／秒である。

【００６２】次に、第４実施例について図５を参照しつ
つ説明する。尚、第３実施例と同一部分、又は対応する
部分には同一符号を付す。

【００６３】ここで、上記第３実施例と異なる点は、前
記基板２１の光入射側端面にチャンネル部２２への光入
射を妨げないように該チャンネル部２２に隣接して右側
にも、即ち該チャンネル部２２の両側に隣接して表面弾
性波を発生する弾性波発生装置２３、２３を接着材等に
より固着した点である。

【００６４】斯る波長変換装置では、弾性波発生装置２
３、２３がチャンネル部２２の両側に隣接して、即ちチ
ャンネル部２２に対称に光入射側端面に設けられている
ので、該弾性波発生装置２３、２３からそれぞれ発生さ
れ、干渉した表面弾性波の波面はチャンネル部２２内に
おいて完全に対称になり、また、表面弾性波の強度を上
記実施例に比べて２倍にすることができる。従って、第
３実施例よりも変換効率が向上した。

【００６５】次に、第５実施例について図６を参照しつ
つ説明する。尚、第３実施例と同一部分、又は対応する
部分には同一符号を付す。

【００６６】ここで、上記第３実施例と異なる点は、第
３実施例において設けていた弾性波吸収体２４、２４を
取り除いて、基板２１の光入射側端面に設けられた弾性
波発生装置２３と対角に位置する基板２１の光出射側端
面に弾性波発生装置２３を設けた点である。

【００６７】斯る波長変換装置は、弾性波発生装置２
３、２３から発生する表面弾性波を定在波にできるの
で、周期Λが高精度になり、第３実施例に比べて変換効
率が大きくなる。尚、この装置では、定在波でなくとも
略定在波であれば効果があった。

【００６８】次に、第６実施例について図７を参照しつ
つ説明する。

【００６９】上記第３実施例と異なる点は、第３実施例
において弾性波発生装置２３と対向する側の基板２１の
長手端面全域に導波路構成用溝２７を設けた点である。

【００７０】斯る波長変換装置は、弾性波発生装置２１
から発生する表面弾性波が広がらずに進行し、弾性波の
パワーが集中するので、変換効率が大きくなる。尚、上
述のような構造に限らず、表面弾性波の横方向への進行
を制限する溝等を設けることにより変換効率を大きくで
きる。

【００７１】次に、第７実施例について図８を参照しつ
つ説明する。

【００７２】第３実施例と異なる点は弾性波発生装置２
３を取り除き、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）基板
２１自体の圧電特性を利用して、該基板２１自体に弾性
波発生装置と同様の動作を行わせる点である。

【００７３】図８中、２８ａ、２８ｂは基板２１上面の
一方の端側にチャンネル部２２及び該チャンネル部２２
の両側を跨り、噛合した状態で構成される銅、アルミニ
ウム等からなる櫛型電極で、蒸着法等により形成され
る。

【００７４】斯る波長変換装置は、表面弾性波がチャン
ネル部２２内を対称に伝播するので、周期Λがより高精
度になり、第３実施例に比べて変換効率が大きくなる。
また、この構造では、部品点数が少なくでき、製造工程
の簡略化、低コストにできるといった利点がある。

【００７５】上記第３〜第７実施例に示した以外にも適
宜種々の位置に弾性波発生装置を設けても効果がある。
例えば、基板の端面のうちチャンネル部に近接した下側
に設けた場合も効果がある。この場合はチャンネル部内
を伝播する表面弾性波が完全に対称になるのでより変換
効率が大きくなる。

【００７６】また、波長変換装置としては、チャンネル
型構造以外の種々の構造のものに適用できる。

【００７７】ところで、上記各実施例のように構成すれ
ば、従来に比べて位相整合が十分に行える波長変換装置
を提供できる。しかしながら、従来の波長変換装置を始
め、上記各実施例の波長変換装置は、一般に基本波の波
長２λが数百ｎｍ、導波路長が数ｍｍであるので、一般
式（１）から判るように、屈折率が１０^-5のわずかな変
動でも位相整合が十分に行われず、変換効率が著しく劣
化する。このことからも判るように、温度等の変動によ
り装置の屈折率が変化する場合にも変換効率の劣化が生
じるといった問題があった。この問題は装置の温度制御
や電界の印加等の方法で補正が可能であるが、前式
（１）中のｙ＝ｓｉｎｃ(ｘ)関数は図９に示すように変
動が大きいので、単に高調波の出力をモニターして補正
するのことは困難である。何故なら、装置の温度制御や
電界の印加等により補正する場合、高調波の強度は無数
の点で極大値をもつので、最大極大値（Δβ＝０）であ
るかを判定するために、温度または電界等のパラメータ
を連続的に変化させる必要があり、補正するのに多大な
時間を要した。しかも基本波光源が出力する基本波（通
常レーザ光）も一般に一定でないので、最大極大値（Δ
β＝０）であるかを判定するのがより困難であった。

【００７８】従って、位相整合が行えるように短時間に
補正できないので、基本波から第２高調波への変換効率
が小さくなるといった問題があった。

【００７９】ここで、この温度等の変動による位相整合
の劣化を正確に且つ短時間にモニターできる装置につい
て説明する。

【００８０】まず、原理を説明する。導波路中の高調波
の強度分布は前式（１）により求めることができる。例
えば、ΔβＬ＝０、π、３π、又は５πの場合、導波路
中の入射端から距離Ｌの位置と高調波の強度は図１０に
示すようになる。ここで、図１０は出力端での強度が１
となるように正規化している。

【００８１】この図１０から判るように、出力端におけ
る高調波強度が極大になるように温度調節を行うこと
は、ΔβＬが０、またはπ×奇数に対応する。従って、
このように一旦高調波強度が極大に設定した場合、出力
端の高調波強度に対する導波路中の任意の距離Ｌ（Ｌ＝
０を除く）の位置における高調波強度の比率は、基本波
を出力する光源の出力変動や光軸ずれ等による導波路に
入射する基本波の入力変動に依存せず一定である。この
結果、出力端の高調波強度と導波路中の任意の距離Ｌ
（Ｌ＝０を除く）における高調波強度をモニター，演算
処理して得られる強度比をΔβ＝０の場合の強度比と比
較することにより、現在のΔβ値を検値できる。

【００８２】次に、斯る方法を前述した図１６に示す波
長変換装置と同様のドメイン反転構造の波長変換装置に
適用して位相整合を調整した例について図１１の装置斜
視図と、図１２にその装置回路図を用いて説明する。
尚、図１６と同一部分または対応する部分には同一符号
を付す。尚、基本波としては、半導体レーザ装置が出力
する波長８３０ｎｍのレーザ光を用いた。

【００８３】図１１及び図１２中、３０ａ、３０ｂは基
本波である波長８３０ｎｍの光をカットするフィルター
３１ａ、３１ｂをそれぞれ備えた例えばフォトダイオー
ド素子からなる光検出器であり、このうち、一方の光検
出器３０ａは光導波路１１２上面のうち出力端に載置さ
れており、他方の光検出器３０ｂは例えば光導波路１１
２上面のうち入力端から距離３／５×Ｌの位置に載置さ
れている。ここで、両検出器３０ａ、３０ｂは導波路１
１２より漏れるストーリク光（高調波）を検出する。

【００８４】そして、図１２中、３２ａ、３２ｂは前記
光検出器３０ａ、３０ｂでそれぞれ検出された波長４１
５ｎｍの光に関する信号をアナログ信号からデジタル信
号にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器で、３３はＡ／Ｄ変換
された前記光検出器３０ａと光検出器３０ｂからの信号
強度比を算出し、該信号強度比をΔβ＝０の場合の信号
強度比と比較して得られたΔβの値に基づいて波長変換
装置の温度調整を行う温度調整装置３４に制御信号を送
る制御回路である。

【００８５】次に、位相整合の調整動作を図１３のフロ
ーチャート図を用いて説明する。

【００８６】まず最初に、前記半導体レーザ装置を動作
させて、斯る波長変換装置のチャンネル部に例えばレー
ザ光を入力する。その後、図示しない制御装置からの信
号により前記温度調整装置３４が作動して波長変換装置
の温度を連続的に上昇（または降下）させて、前記光検
出器３０ａの出力信号が最初に極大になる（即ち現動作
条件近傍で極大になる）温度に設定する（動作１）。

【００８７】続いて、前記光検出器３０ａ、３０ｂから
の出力信号をそれぞれＡ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂでデ
ジタル信号に変換した後、両デジタル信号は制御回路３
３に送られて、前記光検出器３０ａと光検出器３０ｂか
らの信号強度比を算出する（動作２）。

【００８８】その後、前記制御回路３３内で前記光検出
器３０ａと光検出器３０ｂからの信号強度比と、Δβ＝
０の場合の信号強度比とを比較して、Δβ値を算出する
（動作３）。

【００８９】そして、前記Δβ値が略０の場合は、前記
制御装置からの信号により前記温度調節装置３４が作動
し、前記光検出器３０ａの出力信号を検出しつつ波長変
換装置の温度を上下に微調節して前記光検出器３０ａの
出力信号を最大にする（動作４）。

【００９０】また、前記ａｂｓ（Δβ）＞＞０の場合に
は、あらかじめ調べてデータ化した前記Δβ値に対応す
る温度幅で下降（または上昇）させ、この動作によりΔ
β値を略０にする。この時、前記光検出器３０ａの出力
信号が先の極大値より小さいときは、前記温度幅の２倍
の温度幅まで上昇させ、この動作によりΔβ値を略０に
する（動作５）。その後、動作４と同様の動作を行う。

【００９１】尚、波長変換装置が作動中は前記動作１〜
動作５が繰り返されるようにしてもよい。

【００９２】この例では、ΔβＬが１５πより小さい時
に良好に位相整合できた。尚、光検出器３０ｂの位置を
適宜変えることにより、ΔβＬがより大きい範囲で位相
整合できるようにすることができる。

【００９３】斯る装置では、光導波路上の光出射側端部
と該端部以外に光検出素子を設けて、位相整合の補正を
行っているが、光導波路上の少なくとも２ケ所に光検出
素子を設けてもΔβ値を求めることができる。尚、前記
例では温度調節器により位相整合整合行うようにした
が、光導波路上に電極を設けて、該電極に印加する電圧
の制御により位相整合を行うようにしてもよい。また、
種々の波長変換装置においても利用できるのは勿論であ
る。

【００９４】このように少なくとも２ケ所に高調波の強
度を検出する検出器を設け、このうち１つの光検出器の
出力を極大値になるように一旦設定した後は、該光検出
器と他の光検出器の出力を比較して、Δβを求めること
ができるので、基本波の出力変化に拘ず、位相不整合に
よる高調波出力の低下時のみ作動して位相整合を行うこ
とができる。

【００９５】

【発明の効果】本発明の波長変換装置は、そのチャンネ
ル部の厚みに略反比例した幅をもつので、良好な位相整
合が可能となり、基本波から第２高調波への変換効率が
良好になる。

【００９６】また、本発明の別の波長変換装置と、導波
路に表面弾性波をその導波路長方向に伝播させるので、
該導波路の屈折率に高精度な周期的変化を生じさせるこ
とができる。この結果、良好な位相整合が可能となり、
基本波から第２高調波への変換効率が良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る波長変換装置を示す
図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る波長変換装置を示す
図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る波長変換装置を示す
図である。

【図４】上記第３実施例に係る光学系システムを示す断
面図である。

【図５】本発明の第４実施例に係る波長変換装置を示す
斜視図である。

【図６】本発明の第５実施例に係る波長変換装置を示す
斜視図である。

【図７】本発明の第６実施例に係る波長変換装置を示す
斜視図である。

【図８】本発明の第７実施例に係る波長変換装置を示す
図である。

【図９】ｙ＝ｓｉｎｃ(ｘ)関数を示す図である。

【図１０】第２高調波の強度と導波路の距離との関係を
示す図である。

【図１１】本発明の第８実施例に係る波長変換装置を示
す図である。

【図１２】上記第８実施例に係る回路図である。

【図１３】上記第８実施例に係るフローチャート図であ
る。

【図１４】異方性光学結晶の分散特性を示す図である。

【図１５】従来のチャンネル型導波路構造の波長変換装
置を示す図である。

【図１６】従来の周期ドメイン反転構造の波長変換装置
を示す斜視図である。

【図１７】基本波及び第２高調波の位相を示す図であ
る。

【符号の説明】

１基板３チャンネル型導波路層３ａチャンネル部３ｂ平坦部１１基板１３ａチャンネル部１３ｂ平坦部２１基板２２導波路層２３弾性波発生装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野中英幸大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成された厚みが変
化しているチャンネル部を持つ非線形光学材料からなる
チャンネル型導波路とから構成され、該導波路を用いて
基本波から第２高調波を発生させる波長変換装置におい
て、該チャンネル部はその厚みに略反比例した幅をもつこと
を特徴とする波長変換装置。
【請求項２】基板と、該基板上に形成された非線形光
学材料からなる導波路とから構成され、該導波路を用い
て基本波から第２高調波を発生させる波長変換装置にお
いて、該導波路に弾性波発生装置を機械的に関連付け、
該弾性波発生装置から発生する表面弾性波を前記導波路
中にその導波路長方向に伝播させることを特徴とする波
長変換装置。