JPH0820655B2 - 光波長変換素子 - Google Patents
光波長変換素子Info
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- JPH0820655B2 JPH0820655B2 JP63066595A JP6659588A JPH0820655B2 JP H0820655 B2 JPH0820655 B2 JP H0820655B2 JP 63066595 A JP63066595 A JP 63066595A JP 6659588 A JP6659588 A JP 6659588A JP H0820655 B2 JPH0820655 B2 JP H0820655B2
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- optical waveguide
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- optical
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コヒーレント光を利用する光情報処理分
野、あるいは光応用計測制御分野に使用する光波長変換
素子に関するものである。
野、あるいは光応用計測制御分野に使用する光波長変換
素子に関するものである。
従来の技術 第11図に従来の光波長変換素子の構成図を示す。以下
0.84μｍの波長の基本波に対する高調波発生（波長0.42
μｍ）について図を用いて詳しく述べる。［T.Taniuchi
and K.Yamamoto,"Second harmonic generation by Che
renkov radiation in proton-exchanged LiNbO3 optica
l waveguide",シーエルイー（CLEO）'86,WR3,1986年、
参照］。埋め込み型光導波路２の入射面に基本波P1を入
射すると、基本波の導波モードの実効屈折率N1と高調波
の実効屈折率N2が等しくなるような条件が満足されると
き、光導波路２からLiNbO3基板１内に高調波P2が効率良
く放射され、光波長変換素子として動作する。
0.84μｍの波長の基本波に対する高調波発生（波長0.42
μｍ）について図を用いて詳しく述べる。［T.Taniuchi
and K.Yamamoto,"Second harmonic generation by Che
renkov radiation in proton-exchanged LiNbO3 optica
l waveguide",シーエルイー（CLEO）'86,WR3,1986年、
参照］。埋め込み型光導波路２の入射面に基本波P1を入
射すると、基本波の導波モードの実効屈折率N1と高調波
の実効屈折率N2が等しくなるような条件が満足されると
き、光導波路２からLiNbO3基板１内に高調波P2が効率良
く放射され、光波長変換素子として動作する。
このような従来の光波長変換素子は埋め込み型の光導
波路を基本構成要素としていた。この埋め込み型光導波
路の製造方法について説明する。強誘電体基板であるLi
NbO3基板にCrまたはAl等を蒸着し、フォトプロセスおよ
びエッチングにより幅数μｍのスリットを開けたものを
安息香酸中で熱処理を行い高屈折率層（基板との屈折率
差ΔNe＝0.13程度）を形成していた。［J.L.Jackel,C.
E.Rice,and J.J.Veselka,“Proton exchange for high-
index waveguides in LiNbO3 アプライド フィジック
ス レター”（Appl.Phys.Lett.）,Vol41,No.7,pp607-6
08（1982）］参照 第12図に従来の溶液中でのプロトン交換方法を用いた
埋め込み型光導波路の製造方法の斜視図を示す。保護マ
スク４およびスリット５が形成されたLiNbO3基板１を安
息香酸６中で熱処理を行うことでスリット５直下で安息
香酸６中のH+（プロトン）とLiNbO3基板１中のLi+の交
換が生じHxLi1-xNbO3（０≦Ｘ≦１）から成る高屈折率
層２が形成される。このストライプ状の高屈折率層２が
埋め込み型光導波路となる。
波路を基本構成要素としていた。この埋め込み型光導波
路の製造方法について説明する。強誘電体基板であるLi
NbO3基板にCrまたはAl等を蒸着し、フォトプロセスおよ
びエッチングにより幅数μｍのスリットを開けたものを
安息香酸中で熱処理を行い高屈折率層（基板との屈折率
差ΔNe＝0.13程度）を形成していた。［J.L.Jackel,C.
E.Rice,and J.J.Veselka,“Proton exchange for high-
index waveguides in LiNbO3 アプライド フィジック
ス レター”（Appl.Phys.Lett.）,Vol41,No.7,pp607-6
08（1982）］参照 第12図に従来の溶液中でのプロトン交換方法を用いた
埋め込み型光導波路の製造方法の斜視図を示す。保護マ
スク４およびスリット５が形成されたLiNbO3基板１を安
息香酸６中で熱処理を行うことでスリット５直下で安息
香酸６中のH+（プロトン）とLiNbO3基板１中のLi+の交
換が生じHxLi1-xNbO3（０≦Ｘ≦１）から成る高屈折率
層２が形成される。このストライプ状の高屈折率層２が
埋め込み型光導波路となる。
次に光波長変換素子の製造工程を第13図を用いて詳し
く説明する。第13図（ａ）でLiNbO3基板１上に通常のフ
ォトプロセスを用いて保護マスク４を形成する。この保
護マスク４の材料はAlである。次に同図（ｂ）で安息香
酸（230℃）中で12分熱処理を行い厚み0.5μｍの埋め込
み型光導波路を形成する。さらに、同図（ｃ）で保護マ
スク４を除去した後、上記埋め込み型光導波路２に垂直
な面を光学研磨し基本波を入射させることで高調波を取
り出していた。
く説明する。第13図（ａ）でLiNbO3基板１上に通常のフ
ォトプロセスを用いて保護マスク４を形成する。この保
護マスク４の材料はAlである。次に同図（ｂ）で安息香
酸（230℃）中で12分熱処理を行い厚み0.5μｍの埋め込
み型光導波路を形成する。さらに、同図（ｃ）で保護マ
スク４を除去した後、上記埋め込み型光導波路２に垂直
な面を光学研磨し基本波を入射させることで高調波を取
り出していた。
上記安息香酸処理により作製される光波長変換素子は
波長0.84μｍの基本波P1に対して導波路の厚み0.5μｍ
で最大変換効率を示し、導波路の長さを6mm、P1＝40mW
にしたときP2＝0.4mWの高調波が得られていた。この場
合の変換効率P1/P2は１％である。
波長0.84μｍの基本波P1に対して導波路の厚み0.5μｍ
で最大変換効率を示し、導波路の長さを6mm、P1＝40mW
にしたときP2＝0.4mWの高調波が得られていた。この場
合の変換効率P1/P2は１％である。
発明が解決しようとする課題 上記のような埋め込み型光導波路を基本とした光波長
変換素子では横方向に対する屈折率差は小さく、横方向
に対する光の閉じ込めが弱いことおよびマスク幅に対し
て実際に作製される光導波路の幅は横方向に広がりさら
に、閉じ込めが悪くなるといった問題点があった。その
ため光波長変換素子の実用レベルである1mW以上の高調
波を得ることが困難であった。
変換素子では横方向に対する屈折率差は小さく、横方向
に対する光の閉じ込めが弱いことおよびマスク幅に対し
て実際に作製される光導波路の幅は横方向に広がりさら
に、閉じ込めが悪くなるといった問題点があった。その
ため光波長変換素子の実用レベルである1mW以上の高調
波を得ることが困難であった。
課題を解決するための手段 本発明は、光導波路を基本とした光波長変換素子の構
造に新たな工夫を加えることにより大幅な変換効率の向
上を可能とするものである。つまり、本発明は基本波に
対してシングルモードのみ伝搬可能となるような上に凸
なプロトン交換光導波路を用い光の閉じ込めを強める構
造を採用し高効率な光波長変換素子を得ることを目的と
する。
造に新たな工夫を加えることにより大幅な変換効率の向
上を可能とするものである。つまり、本発明は基本波に
対してシングルモードのみ伝搬可能となるような上に凸
なプロトン交換光導波路を用い光の閉じ込めを強める構
造を採用し高効率な光波長変換素子を得ることを目的と
する。
作用 上記目的を達成するため、本発明の光波長変換素子は
LiNbxTa1-xO3（０≦Ｘ≦１）基板上に上に凸でなおかつ
基本波に対してシングルモード伝搬が可能な構造を有す
るプロトン交換光導波路と基本波の入射部と高調波の出
射部とを備える構成を用いるものである。
LiNbxTa1-xO3（０≦Ｘ≦１）基板上に上に凸でなおかつ
基本波に対してシングルモード伝搬が可能な構造を有す
るプロトン交換光導波路と基本波の入射部と高調波の出
射部とを備える構成を用いるものである。
実施例 実施例の一つとしてC3F8ガスを用いたECR（Electron
Cyclotron Resonance）エッチングによる光波長変換素
子の製造方法を図を用いて説明する。
Cyclotron Resonance）エッチングによる光波長変換素
子の製造方法を図を用いて説明する。
本発明の光波長変換素子の第１の実施例の構造図を第
１図に示す。この実施例では光波長変換素子としてLiNb
O3基板１上に作製した上に凸な構造を有するリッジ型光
導波路を用いたもので、第１図（ａ）は光波長変換素子
の斜視図、（ｂ）は光導波路に垂直な面で切った断面
図、（ｃ）は光導波路に平行な面で切った断面図であ
る。第１図で１は＋Ｚ板（Ｚ軸と垂直に切り出された基
板の＋側）のLiNbO3基板、２は燐酸中でのプロトン交換
処理により形成された高屈折率層、10は基本波P1の入射
部、12は高調波の出射部である。また高屈折率層２にお
ける2aは光が伝搬する光導波路となるコア部,2bはクラ
ッド部である。高調波の出射部12にはグレーティングが
形成されている。
１図に示す。この実施例では光波長変換素子としてLiNb
O3基板１上に作製した上に凸な構造を有するリッジ型光
導波路を用いたもので、第１図（ａ）は光波長変換素子
の斜視図、（ｂ）は光導波路に垂直な面で切った断面
図、（ｃ）は光導波路に平行な面で切った断面図であ
る。第１図で１は＋Ｚ板（Ｚ軸と垂直に切り出された基
板の＋側）のLiNbO3基板、２は燐酸中でのプロトン交換
処理により形成された高屈折率層、10は基本波P1の入射
部、12は高調波の出射部である。また高屈折率層２にお
ける2aは光が伝搬する光導波路となるコア部,2bはクラ
ッド部である。高調波の出射部12にはグレーティングが
形成されている。
次にこの光波長変換素子の製造方法について図を使っ
て説明する。第２図に本発明の光波長変換素子の製造工
程図を示す。同図（ａ）でLiNbO3基板１に燐酸の一種で
あるピロ燐酸中で230℃、５分間熱処理（プロトン交換
処理）を行い厚み0.37μｍの高屈折率層２を形成する。
次に同図（ｂ）で高屈折率層２上に通常のフォトプロセ
スにより厚み1.2μｍのフォトレジスト７をパターン化
する。次に同図（ｃ）においてTiによる保護マスク4aを
電子ビーム蒸着により0.3μｍ蒸着を行った。TiはC3F8
ガスを用いたECRエッチングによりエッチングされにく
いことおよびリフトオフにより簡単にパターンが形成で
きるという特長を有している。次に同図（ｄ）において
アセトン中でフォトレジスト７を溶解しリフトオフを行
いTiのパターン化を行った。これによりTiからなる幅1.
5μｍ、長さ8mmのTiよりなる保護マスク4aが高屈折率層
２上に形成された。このように、Tiのパターン化にはリ
フトオフ法を用いるとTi保護マスクパターンの側面が滑
らかになりエッチング後に形成される導波路の側面も滑
らかとなる。その結果、伝搬損失が低減できる。最後に
マスク4aを形成した状態でECRイオン源を用いた反応性
イオンビームエッチング装置によりエッチングを行いマ
スク4a以外の部分をエッチングする。具体的には、C3F8
ガスによるECRエッチングにより400Vの加速電圧,1×10
-4Torrの真空度で,5分間エッチングを行った。高屈折率
層２のエッチング量は2000Aである。その後、Tiマスク4
aを水酸化ナトリウムと過酸化水素の混合液（10:1）で7
0℃、１分で除去して（ｅ）に示す形状のリッジ型光導
波路を形成した。保護マスク4a直下がリッジ型光導波路
のコア部2aとなり、またエッチングされた部分がクラッ
ド部2bとなる。
て説明する。第２図に本発明の光波長変換素子の製造工
程図を示す。同図（ａ）でLiNbO3基板１に燐酸の一種で
あるピロ燐酸中で230℃、５分間熱処理（プロトン交換
処理）を行い厚み0.37μｍの高屈折率層２を形成する。
次に同図（ｂ）で高屈折率層２上に通常のフォトプロセ
スにより厚み1.2μｍのフォトレジスト７をパターン化
する。次に同図（ｃ）においてTiによる保護マスク4aを
電子ビーム蒸着により0.3μｍ蒸着を行った。TiはC3F8
ガスを用いたECRエッチングによりエッチングされにく
いことおよびリフトオフにより簡単にパターンが形成で
きるという特長を有している。次に同図（ｄ）において
アセトン中でフォトレジスト７を溶解しリフトオフを行
いTiのパターン化を行った。これによりTiからなる幅1.
5μｍ、長さ8mmのTiよりなる保護マスク4aが高屈折率層
２上に形成された。このように、Tiのパターン化にはリ
フトオフ法を用いるとTi保護マスクパターンの側面が滑
らかになりエッチング後に形成される導波路の側面も滑
らかとなる。その結果、伝搬損失が低減できる。最後に
マスク4aを形成した状態でECRイオン源を用いた反応性
イオンビームエッチング装置によりエッチングを行いマ
スク4a以外の部分をエッチングする。具体的には、C3F8
ガスによるECRエッチングにより400Vの加速電圧,1×10
-4Torrの真空度で,5分間エッチングを行った。高屈折率
層２のエッチング量は2000Aである。その後、Tiマスク4
aを水酸化ナトリウムと過酸化水素の混合液（10:1）で7
0℃、１分で除去して（ｅ）に示す形状のリッジ型光導
波路を形成した。保護マスク4a直下がリッジ型光導波路
のコア部2aとなり、またエッチングされた部分がクラッ
ド部2bとなる。
第３図に上記条件での未処理のLiNbO3とプロトン交換
処理したLiNbO3（H+−LiNbO3）つまり高屈折率層とのエ
ッチング特性（エッチング時間に対するエッチング量の
関係）を示す。未処理のLiNbO3に比べプロトン交換処理
を行ったLiNbO3は３倍のエッチレートが得られることを
示している。これよりLiNbO3を直接エッチングする方法
に比べてプロトン交換処理を施すことでエッチレートの
大幅改善が見られ微細加工が容易になる。
処理したLiNbO3（H+−LiNbO3）つまり高屈折率層とのエ
ッチング特性（エッチング時間に対するエッチング量の
関係）を示す。未処理のLiNbO3に比べプロトン交換処理
を行ったLiNbO3は３倍のエッチレートが得られることを
示している。これよりLiNbO3を直接エッチングする方法
に比べてプロトン交換処理を施すことでエッチレートの
大幅改善が見られ微細加工が容易になる。
上記のような工程によりリッジ型光導波路が製造され
た。この光導波路はクラッド部2bの厚みｈは0.17μｍ、
コア部2aの厚みｄは0.37μｍでありリッジ比h/dは0.46
となっている。またエッチングにより形成された光導波
路の側面2cは±200A以下と非常に滑らかとなっている。
この高屈折率層２のコア部2aが光導波路となる。この光
導波路２の一部を部分加熱しコア部2aに比べて厚み大と
なる入射部10を形成する。入射部10（第１図に示す）の
厚みを大きくすることで基本波との結合効率が増大す
る。光導波路２に垂直な面を光学研磨し入射部10に入射
面11が作製される。最後に出射部12にフォトプロセスと
ECRエッチングを用いてグレーティングを形成すること
により第１図（ａ）に示される光波長変換素子が製造で
きる。また、この素子の長さは6mmである。（第１図
（ｃ）で基本波P1として半導体レーザ光（波長0.84μ
ｍ）を入射部10より導波させたところシングルモード伝
搬し、波長0.42μｍの高調波P2が出射部12より基板外部
に取り出された。この高調波P2の出射方向は光導波路２
が形成されている面30に対して垂直となっておりこれは
基板に16度の角度で出た高調波が出射部12に形成された
グレーティングにより方向が変換されたものである。こ
のグレーティングの周期は0.2μｍである。これにより
高調波の各部分の光路長が等しくなり、集光したときの
非点収差がなくなる。
た。この光導波路はクラッド部2bの厚みｈは0.17μｍ、
コア部2aの厚みｄは0.37μｍでありリッジ比h/dは0.46
となっている。またエッチングにより形成された光導波
路の側面2cは±200A以下と非常に滑らかとなっている。
この高屈折率層２のコア部2aが光導波路となる。この光
導波路２の一部を部分加熱しコア部2aに比べて厚み大と
なる入射部10を形成する。入射部10（第１図に示す）の
厚みを大きくすることで基本波との結合効率が増大す
る。光導波路２に垂直な面を光学研磨し入射部10に入射
面11が作製される。最後に出射部12にフォトプロセスと
ECRエッチングを用いてグレーティングを形成すること
により第１図（ａ）に示される光波長変換素子が製造で
きる。また、この素子の長さは6mmである。（第１図
（ｃ）で基本波P1として半導体レーザ光（波長0.84μ
ｍ）を入射部10より導波させたところシングルモード伝
搬し、波長0.42μｍの高調波P2が出射部12より基板外部
に取り出された。この高調波P2の出射方向は光導波路２
が形成されている面30に対して垂直となっておりこれは
基板に16度の角度で出た高調波が出射部12に形成された
グレーティングにより方向が変換されたものである。こ
のグレーティングの周期は0.2μｍである。これにより
高調波の各部分の光路長が等しくなり、集光したときの
非点収差がなくなる。
基本波40mWの入力で1mWの高調波（波長0.42μｍ）を
得た。この場合の変換効率は2.5％である。変換効率は
従来の埋め込み型光導波路を用いた光波長変換素子に比
べて大幅に向上した。また、伝搬損失は埋め込み型光導
波路とほぼ同程度のものが得られた。これはプロトン交
換処理を行いLiNbO3の微細加工を容易にしたため側面の
凹凸が少なくなったためと考えられる。光導波路厚みｄ
に対する変換効率を第４図に示す。高調波は0.3〜0.42
μｍの間で大きな値を得ており、これは光導波路のカッ
トオフ厚みdcutの1.05〜1.5倍にあたる。このカットオ
フ厚みdcutは以下に示される式で求められる。
得た。この場合の変換効率は2.5％である。変換効率は
従来の埋め込み型光導波路を用いた光波長変換素子に比
べて大幅に向上した。また、伝搬損失は埋め込み型光導
波路とほぼ同程度のものが得られた。これはプロトン交
換処理を行いLiNbO3の微細加工を容易にしたため側面の
凹凸が少なくなったためと考えられる。光導波路厚みｄ
に対する変換効率を第４図に示す。高調波は0.3〜0.42
μｍの間で大きな値を得ており、これは光導波路のカッ
トオフ厚みdcutの1.05〜1.5倍にあたる。このカットオ
フ厚みdcutは以下に示される式で求められる。
ここで、nsはLiNbO3基板１の屈折率、nfは高屈折率層
２の屈折率である。また、k0は波数であり基本波の波長
をλとするとk0＝２π／λである。上記式に、この実施
例で用いた値を代入する。基本波の波長λは0.84μｍ、
その波長でのLiNbO3基板１の屈折率は2.17、そして高屈
折率層の屈折率は2.28である。これよりdcutは0.285μ
ｍとなりピークはこの値の1.05〜1.5倍の間に存在する
こととなる。この実施例で用いたピロ燐酸処理により形
成した高屈折率層２のLiNbO3基板１との最大屈折率差は
安息香酸の溶液処理の値に比べ10％以上高くなってい
る。そのため、光の閉じ込めも大きく変換効率向上の一
要素となっている。また、リッジ比h/dと変換効率の関
係を第５図に示す。h/dが０に近付くほど光の閉じ込め
が良くなるが、同時に伝搬損失が増加するため変換効率
は見かけ上大きくならずh/dが0.4付近でピークを示す。
２の屈折率である。また、k0は波数であり基本波の波長
をλとするとk0＝２π／λである。上記式に、この実施
例で用いた値を代入する。基本波の波長λは0.84μｍ、
その波長でのLiNbO3基板１の屈折率は2.17、そして高屈
折率層の屈折率は2.28である。これよりdcutは0.285μ
ｍとなりピークはこの値の1.05〜1.5倍の間に存在する
こととなる。この実施例で用いたピロ燐酸処理により形
成した高屈折率層２のLiNbO3基板１との最大屈折率差は
安息香酸の溶液処理の値に比べ10％以上高くなってい
る。そのため、光の閉じ込めも大きく変換効率向上の一
要素となっている。また、リッジ比h/dと変換効率の関
係を第５図に示す。h/dが０に近付くほど光の閉じ込め
が良くなるが、同時に伝搬損失が増加するため変換効率
は見かけ上大きくならずh/dが0.4付近でピークを示す。
なお基本波に対してマルチモード伝搬では高調波の出
力が不安定で実用的ではない。
力が不安定で実用的ではない。
次に本発明の光波長変換素子の第２の実施例について
図を用いて説明する。第６図に光波長変換素子の構成図
を示す。第７図にアニール工程および保護膜形成工程を
含む光波長変換素子の製造工程図を示す。第７図（ａ）
においてLiNbO3基板１にプロトン交換後アニール工程を
行った。具体的にはピロ燐酸中で230℃、４分間のプロ
トン交換を行い厚み0.3μｍの高屈折率層２を形成し、
次に空気中190℃、20分アニール処理を行った。アニー
ル処理により高屈折率層２の厚みは0.35μｍまで広がっ
た。このアニール工程によりさらに光導波路が均一化し
伝搬損失が低減された。その後、Tiによる保護マスク4a
をパターニングした。次に同図（ｂ）でECRエッチング
を行った。条件はC3F8ガスにより400Vの加速電圧、１×
10-4Torrの真空度で10分間エッチングした。エッチング
量はほぼ4000A（0.4μｍ）である。最後に同図（ｃ）で
保護膜８としてSiO2をスパッタ蒸着により光導波路上に
形成した。SiO2８の厚みは4000Aである。保護膜としてS
iO2を用いるのが保護膜での散乱および吸収を生じない
のでよい。この保護膜により表面の汚れによる光波長変
換素子の特性劣化が防止できる。第８図にSiO2付きでな
おかつアニールがある場合とSiO2がなく、なおかつアニ
ールもない場合の光導波路幅と伝搬損失の関係を示す。
大幅な伝搬損失の低減が見られる。上記工程により作製
された光波長変換素子のリッジ比h/dは０である。この
光波長変換素子では波長0.78μｍの基本波P1が100mW入
力で10mWの高調波が得られ変換効率は10％であった。な
お第６図（ｂ）において入射部10より入射した基本波は
光導波路2aで高調波P2へと変換されLiNbO3基板１内へ放
射される。この高調波P2は出射部12に形成されているAl
膜13がコーティングされたグレーティングより方向が変
換され光導波路２と垂直方向へ出射される。
図を用いて説明する。第６図に光波長変換素子の構成図
を示す。第７図にアニール工程および保護膜形成工程を
含む光波長変換素子の製造工程図を示す。第７図（ａ）
においてLiNbO3基板１にプロトン交換後アニール工程を
行った。具体的にはピロ燐酸中で230℃、４分間のプロ
トン交換を行い厚み0.3μｍの高屈折率層２を形成し、
次に空気中190℃、20分アニール処理を行った。アニー
ル処理により高屈折率層２の厚みは0.35μｍまで広がっ
た。このアニール工程によりさらに光導波路が均一化し
伝搬損失が低減された。その後、Tiによる保護マスク4a
をパターニングした。次に同図（ｂ）でECRエッチング
を行った。条件はC3F8ガスにより400Vの加速電圧、１×
10-4Torrの真空度で10分間エッチングした。エッチング
量はほぼ4000A（0.4μｍ）である。最後に同図（ｃ）で
保護膜８としてSiO2をスパッタ蒸着により光導波路上に
形成した。SiO2８の厚みは4000Aである。保護膜としてS
iO2を用いるのが保護膜での散乱および吸収を生じない
のでよい。この保護膜により表面の汚れによる光波長変
換素子の特性劣化が防止できる。第８図にSiO2付きでな
おかつアニールがある場合とSiO2がなく、なおかつアニ
ールもない場合の光導波路幅と伝搬損失の関係を示す。
大幅な伝搬損失の低減が見られる。上記工程により作製
された光波長変換素子のリッジ比h/dは０である。この
光波長変換素子では波長0.78μｍの基本波P1が100mW入
力で10mWの高調波が得られ変換効率は10％であった。な
お第６図（ｂ）において入射部10より入射した基本波は
光導波路2aで高調波P2へと変換されLiNbO3基板１内へ放
射される。この高調波P2は出射部12に形成されているAl
膜13がコーティングされたグレーティングより方向が変
換され光導波路２と垂直方向へ出射される。
またMgOがドーピングされている基板を用いると短波
長の光に対しても光損傷が防止でき高調波の出力変動が
ない。なおプロトン交換光導波路を上に三角形状にする
ことにより基本波の伝搬モードの形状が変化しにくくな
りさらに光損傷に強い構造となる。
長の光に対しても光損傷が防止でき高調波の出力変動が
ない。なおプロトン交換光導波路を上に三角形状にする
ことにより基本波の伝搬モードの形状が変化しにくくな
りさらに光損傷に強い構造となる。
次に第３の実施例として本発明の光波長変換素子を基
本波の波長1.06μｍであるYAGレーザの光波長変換に適
用した例について説明する。基本構造は第１図（ａ）に
示されるものを基本とし、また製造方法は第１の実施例
を基本とする。ただし本実施例ではTiによる保護マスク
形成後、さらに保護マスク側面を滑らかにするためにウ
エットエッチングを行った。具体的には、3500AのTiに
よる保護マスク形成後、HF,HNO3およびH2Oからなる混合
液（混合比1:1:800）中で25℃、１分間ウエットエッチ
ングを行い、Tiを500Aエッチングした。これにより側面
の凹凸は±100A以下まで低減された。
本波の波長1.06μｍであるYAGレーザの光波長変換に適
用した例について説明する。基本構造は第１図（ａ）に
示されるものを基本とし、また製造方法は第１の実施例
を基本とする。ただし本実施例ではTiによる保護マスク
形成後、さらに保護マスク側面を滑らかにするためにウ
エットエッチングを行った。具体的には、3500AのTiに
よる保護マスク形成後、HF,HNO3およびH2Oからなる混合
液（混合比1:1:800）中で25℃、１分間ウエットエッチ
ングを行い、Tiを500Aエッチングした。これにより側面
の凹凸は±100A以下まで低減された。
作製された光波長変換素子のコア部2aの厚みは0.55μ
ｍ、クラッド部2bの厚みは0.22μｍでありリッジ比は0.
4である。コア部の厚みｄはカットオフ厚みdcutの1.3倍
である。また、発生した波長0.53μｍの高調波への変換
効率は100mW入力で8.5％であった。このように基本波の
波長が変われば前述した式に従って厚みを設計すれば高
効率に高調波への変換が行える。
ｍ、クラッド部2bの厚みは0.22μｍでありリッジ比は0.
4である。コア部の厚みｄはカットオフ厚みdcutの1.3倍
である。また、発生した波長0.53μｍの高調波への変換
効率は100mW入力で8.5％であった。このように基本波の
波長が変われば前述した式に従って厚みを設計すれば高
効率に高調波への変換が行える。
なお、0.65〜1.6μｍの波長の基本波を用いて本光波
長変換素子による高調波発生を確認した。
長変換素子による高調波発生を確認した。
次に本発明の光波長変換素子の第４の実施例としてリ
ッジ型光導波路を内部に埋め込んだ例を説明する。第９
図（ａ）に断面図を（ｂ）に側断面図を示す。製造方法
としては作製されたリッジ型光導波路をステアリン酸リ
チウムを含んだステアリン酸中で熱処理することにより
低屈折率層９を形成した。低屈折率層９の屈折率はLiNb
O3基板１の屈折率より0.01高い。低屈折率層９の厚みは
0.1μｍ、高屈折率層２の厚みは0.4μｍであり幅は２μ
ｍである。波長0.8μｍに対する伝搬損失は3dB/cmであ
った。このように光導波路を内部に埋め込むことにより
プロトン交換光導波路での散乱による伝搬損失が大幅に
低減された。
ッジ型光導波路を内部に埋め込んだ例を説明する。第９
図（ａ）に断面図を（ｂ）に側断面図を示す。製造方法
としては作製されたリッジ型光導波路をステアリン酸リ
チウムを含んだステアリン酸中で熱処理することにより
低屈折率層９を形成した。低屈折率層９の屈折率はLiNb
O3基板１の屈折率より0.01高い。低屈折率層９の厚みは
0.1μｍ、高屈折率層２の厚みは0.4μｍであり幅は２μ
ｍである。波長0.8μｍに対する伝搬損失は3dB/cmであ
った。このように光導波路を内部に埋め込むことにより
プロトン交換光導波路での散乱による伝搬損失が大幅に
低減された。
第９図（ｂ）において11は基本波の入射部10に形成さ
れた入射面でありSiO2が反射防止膜30として入射面11上
に形成されている。これにより基本波P1の光導波路２へ
の結合効率は15％上昇する。また、出射面12は放射され
る高調波P2に対して垂直に研磨されており高調波P2はそ
のまま垂直にLiNbO3基板１外に抜ける。この構成によれ
ば温度変化による高調波の出射角度変化の影響を受けに
くい。
れた入射面でありSiO2が反射防止膜30として入射面11上
に形成されている。これにより基本波P1の光導波路２へ
の結合効率は15％上昇する。また、出射面12は放射され
る高調波P2に対して垂直に研磨されており高調波P2はそ
のまま垂直にLiNbO3基板１外に抜ける。この構成によれ
ば温度変化による高調波の出射角度変化の影響を受けに
くい。
次に第５の実施例として本発明の光波長変換素子を光
ディスクの読み取りに応用した例について説明する。第
10図にその構成を示す。半導体レーザー16から出た基本
波P1はコリメータレンズ17で平行光にされた後、フォー
カシングレンズ18を用いてLiNbO3基板１の入射部10に結
合される。この基本波P2は光導波路２で高調波P2に変換
されLiNbO3基板１内に放射され出射部12に形成されたAl
反射膜を有するグレーティングにより方向が変換されLi
NbO3基板１の上部より光導波路２の進行方向に対しては
平行光、幅方向に対しては発散光で出射される。この高
調波P2をシリンドリカルレンズ19により発散光側を平行
光になるようにビーム成形を行い、両側ともに平行光と
する。この平行光にされた高調波P2は偏光ビームスプリ
ッタ20を通過後、フォーカシングレンズ21で集光され光
ディスク22上に0.6μｍのスポットを結ぶ。この反射信
号は再び偏光ビームスプリッタ20を通過後、受光器23に
入射する。波長0.84μm,出力60mWの半導体レーザ16を用
い基本波P1として50mWを光導波路２内へ結合させた。こ
れにより1.4mWの高調波P2が放射された。このうち光導
波路２が形成された面と垂直方向に1mWの高調波が出射
され、これが光ディスクの読み取りに使用された。
ディスクの読み取りに応用した例について説明する。第
10図にその構成を示す。半導体レーザー16から出た基本
波P1はコリメータレンズ17で平行光にされた後、フォー
カシングレンズ18を用いてLiNbO3基板１の入射部10に結
合される。この基本波P2は光導波路２で高調波P2に変換
されLiNbO3基板１内に放射され出射部12に形成されたAl
反射膜を有するグレーティングにより方向が変換されLi
NbO3基板１の上部より光導波路２の進行方向に対しては
平行光、幅方向に対しては発散光で出射される。この高
調波P2をシリンドリカルレンズ19により発散光側を平行
光になるようにビーム成形を行い、両側ともに平行光と
する。この平行光にされた高調波P2は偏光ビームスプリ
ッタ20を通過後、フォーカシングレンズ21で集光され光
ディスク22上に0.6μｍのスポットを結ぶ。この反射信
号は再び偏光ビームスプリッタ20を通過後、受光器23に
入射する。波長0.84μm,出力60mWの半導体レーザ16を用
い基本波P1として50mWを光導波路２内へ結合させた。こ
れにより1.4mWの高調波P2が放射された。このうち光導
波路２が形成された面と垂直方向に1mWの高調波が出射
され、これが光ディスクの読み取りに使用された。
このように本発明の光波長変換素子を用いることで従
来使用していた0.8μｍ帯の半導体レーザを用いた光デ
ィスクの読み取り系に比べて半分のスポットに絞ること
ができ光ディスクの記録密度を４倍に向上することがで
きる。また高調波を光導波路が形成されている面に垂直
に出射することにより簡単に非点収差のないスポットを
得ることができる。
来使用していた0.8μｍ帯の半導体レーザを用いた光デ
ィスクの読み取り系に比べて半分のスポットに絞ること
ができ光ディスクの記録密度を４倍に向上することがで
きる。また高調波を光導波路が形成されている面に垂直
に出射することにより簡単に非点収差のないスポットを
得ることができる。
なお上述のグレーティングを用いて光導波路が形成さ
れている面に対して高調波を垂直に出射させるという構
成はリッジ型光導波路に限らず埋め込み型、装荷型など
の各種光導波路構造に適用可能である。
れている面に対して高調波を垂直に出射させるという構
成はリッジ型光導波路に限らず埋め込み型、装荷型など
の各種光導波路構造に適用可能である。
発明の効果 以上説明したように本発明の光波長変換素子によれ
ば、LiNbxTa1-xO3基板上に上に凸でなおかつ基本波に対
してシングルモード伝搬が可能な構造となるプロトン交
換光導波路を用いることにより光の閉じ込めを大きく
し、光波長変換素子の変換効率が大幅に向上する。
ば、LiNbxTa1-xO3基板上に上に凸でなおかつ基本波に対
してシングルモード伝搬が可能な構造となるプロトン交
換光導波路を用いることにより光の閉じ込めを大きく
し、光波長変換素子の変換効率が大幅に向上する。
また、高調波を光導波路が形成されている面に対して
垂直に取り出すことにより簡単に非点収差のないスポッ
トを得ることができ、その実用的効果は極めて大きい。
垂直に取り出すことにより簡単に非点収差のないスポッ
トを得ることができ、その実用的効果は極めて大きい。
第１図（ａ）は本発明の一実施例の光波長変換素子の構
成斜視図、同（ｂ）（ｃ）は同（ａ）の素子の光導波路
に垂直、平行な面で切った断面図、第２図（ａ）〜
（ｅ）は本発明の光波長変換素子の製造方法の一例の工
程断面図，第３図はエッチング時間とエッチング量の関
係を示す図、第４図はプロトン交換導波路厚みに対する
変換効率依存性のグラフ，第５図はリッジ比h/dと変換
効率の関係を示す図、第６図（ａ），（ｂ）は本発明の
光波長変換素子の他の実施例の光導波路に垂直、平行な
図、第７図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施例の工
程断面図、第８図は光導波路幅と伝搬損失の関係を示す
グラフ、第９図（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例の
光導波路に垂直、平行な断面図、第10図は本発明の光波
長変換素子の応用例を示す構成図、第11図は従来の光波
長変換素子の斜視図、断面図、第12図は従来の光波長変
換素子の製造方法を示す図、第13図（ａ）〜（ｃ）は従
来の光波長変換素子の製造工程断面図である。 １……LiNbO3基板、２……高屈折率層、2a……Jp部、10
……入射部、12……出射部。
成斜視図、同（ｂ）（ｃ）は同（ａ）の素子の光導波路
に垂直、平行な面で切った断面図、第２図（ａ）〜
（ｅ）は本発明の光波長変換素子の製造方法の一例の工
程断面図，第３図はエッチング時間とエッチング量の関
係を示す図、第４図はプロトン交換導波路厚みに対する
変換効率依存性のグラフ，第５図はリッジ比h/dと変換
効率の関係を示す図、第６図（ａ），（ｂ）は本発明の
光波長変換素子の他の実施例の光導波路に垂直、平行な
図、第７図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施例の工
程断面図、第８図は光導波路幅と伝搬損失の関係を示す
グラフ、第９図（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例の
光導波路に垂直、平行な断面図、第10図は本発明の光波
長変換素子の応用例を示す構成図、第11図は従来の光波
長変換素子の斜視図、断面図、第12図は従来の光波長変
換素子の製造方法を示す図、第13図（ａ）〜（ｃ）は従
来の光波長変換素子の製造工程断面図である。 １……LiNbO3基板、２……高屈折率層、2a……Jp部、10
……入射部、12……出射部。
Claims (3)
- 【請求項１】LiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）基板上に、上
に凸な形状を有し、なおかつ基本波に対してシングルモ
ード伝搬が可能な構造を有するプロトン交換光導波路が
形成され、前記光導波路への前記基本波の入射部と高調
波の出射部とを備え、前記基本波は前記光導波路で高調
波に変換されることを特徴とする光波長変換素子。 - 【請求項２】プロトン交換光導波路のコア部の厚みｄク
ラッド部の厚みｈとの比（h/d）が０≦h/d≦0.7の範囲
にあることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換素
子。 - 【請求項３】プロトン交換光導波路のコア部の厚みｄ
が、カットオフ厚みの1.05〜1.5倍であることを特徴と
する請求項１に記載の光波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066595A JPH0820655B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 光波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066595A JPH0820655B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 光波長変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01238631A JPH01238631A (ja) | 1989-09-22 |
| JPH0820655B2 true JPH0820655B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=13320443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63066595A Expired - Fee Related JPH0820655B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 光波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820655B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719004B2 (ja) * | 1989-12-20 | 1995-03-06 | 松下電器産業株式会社 | 光波長変換素子およびその製造方法 |
| EP0782017B1 (en) * | 1995-12-28 | 2009-08-05 | Panasonic Corporation | Optical waveguide, optical wavelength conversion device, and methods for fabricating the same |
| US6002515A (en) * | 1997-01-14 | 1999-12-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing polarization inversion part, optical wavelength conversion element using the same, and optical waveguide |
| US6519077B1 (en) | 1999-03-23 | 2003-02-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical waveguide, optical wavelength conversion device, method for producing the same, short wavelength light generation apparatus using the same, optical information processing apparatus using the same, coherent light generation apparatus using the same, and optical system using the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61189524A (ja) * | 1985-02-19 | 1986-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換装置 |
| JP2640452B2 (ja) * | 1986-07-07 | 1997-08-13 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換素子 |
-
1988
- 1988-03-18 JP JP63066595A patent/JPH0820655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01238631A (ja) | 1989-09-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |