JPH1152442A - 光波長変換素子および光波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光波長変換素子の光入出射端面のコート成膜
の歩留まりを上げる。 【解決手段】 ＭｇＯ−ＬＮ基板２の基本波入射端面20
a に基本波波長λ₁ に対する無反射コート21を、第二高
調波出射端面20b に第二高調波波長λ₂ に対する無反射
コート22をそれぞれ設け、これらを単層のＳｉＯ_x （１
≦ｘ≦２）からなるコートとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基本波を第二高調
波に変換する光導波路型の光波長変換素子に関し、特に
詳細には、端面コートを改良した光波長変換素子およ
び、この光波長変換素子を利用した光波長変換装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザを励起光源とし
て使用し、半導体レーザからのレーザビームを基本波と
してその波長を１／２の波長に変換して第二高調波を発
振する第二高調波発生装置（光波長変換装置）が広く知
られている。

【０００３】例えば、非線形光学効果を有する強誘電体
の自発分極（ドメイン）を周期的に反転させた領域を設
けた光波長変換素子を用いて、基本波を第２高調波に波
長変換する方法が既にＢleombergenらによって提案され
ている（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（1962）参
照）。この方法においては、ドメイン反転部の周期Λ
を、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することにより、基本波と第２高調波との位相整合
（いわゆる疑似位相整合）を取ることができる。

【０００４】そして、例えば特開平５−２９２０７号に
示されるように、非線形光学材料からなる光導波路を導
波させた基本波を波長変換する光導波路型の光波長変換
素子において、上述のような周期ドメイン反転構造を形
成して、効率良く位相整合を取る試みもなされている。

【０００５】第二高調波発生装置においては、第二高調
波を安定に出力するために種々の試みがなされており、
例えば、特開平７−１５２０５５号には、上述のような
疑似位相整合型光波長変換素子を用い、該素子と半導体
レーザとに加えて透過型もしくは反射型の波長選択素子
を設け、波長をロックさせて縦モードを安定化させた光
波長変換装置が開示されている。

【０００６】例えば図８に示すように、光波長変換装置
は、レーザービームを放射するための活性層（不図示）
を含む半導体レーザ３と、レーザービーム４の少なくと
も一部を受け取り、レーザービーム４の１／２波長の第
二高調波を生成する疑似位相整合型導波路型光波長変換
素子（以下、単にＳＨＧ素子という）20と、半導体レー
ザ３から出射されたレーザービーム４を光波長変換素子
20に入力させるための光学系であるコリメーターレンズ
５および集光レンズ６と、該レンズ５，６の間に配され
たバンドパスフィルタ７とλ／２板９とを備えている。
バンドバスフィルタ７は半導体レーザ３から出射された
レーザービーム４のうち、所定波長帯域に属する光を選
択的に透過するものであり、透過光の一部は、後述する
ように半導体レーザ３の活性層に帰還される。

【０００７】半導体レーザ３から出射された光４が、ま
ず、コリメ−タ−レンズ５によりコリメートされた後、
バンドパスフィルタ７に導かれる。基本波はバンドパス
フィルタ７を透過し、λ／２板９を透過してその偏光方
向が９０°回転せしめられた状態で、集光レンズ６によ
りＳＨＧ素子20の入射端面20a に集光されるが、素子20
の入射端面20a には無反射コーティングが施されていな
いので、１４％程度のフレネル反射が生じる。この入射
端面20a における反射光は半導体レーザ３の活性層に帰
還される。

【０００８】すなわち、半導体レーザとＳＨＧ素子との
間にバンドパスフィルタを挿入することにより、バンド
パスフィルタを透過する基本波のみを半導体レーザに帰
還させることとなり、半導体レーザは単一の縦モードで
安定に発振し、その波長は基本波波長に固定される。

【０００９】このような装置の場合、半導体レーザ３の
後端面３a とＳＨＧ素子20の基本波入射端面20a との間
を外部共振器として波長を安定に固定するためには、Ｓ
ＨＧ素子20の第二高調波出射端面20b における基本波の
反射を抑制する必要があり、ＳＨＧ素子20の出射端面20
b には基本波に対する無反射コート22が施されている。
また、この出射端面20b からは第二高調波を効率よく出
射させるために第二高調波波長に対しても無反射コート
である必要がある。

【００１０】このように、従来の波長変換装置において
は構成上、入射端面および出射端面の少なくとも一方の
端面は、異なる２波長に対する無反射コートとする必要
があった。

【００１１】上記のように、出射端面20b に基本波波長
および第二高調波波長に対する無反射コートを施すため
には、一般に複数層の成膜を行い多層構造としなければ
ならなず、そのためにコート構成材料として複数種類の
材料が必要となり、各層の膜厚、屈折率の制御を精密に
行う必要があるため、ＳＨＧ素子のコートの歩留まりが
低くなるという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたものであり、端面の無反射コートの構成
を簡略化し、歩留まりのよい製造を可能とする光波長変
換素子を提供することを目的とするものである。

【００１３】また本発明は、そのような光波長変換素子
を用いた光波長変換装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による光波長変換
素子は、非線形光学効果を有する強誘電体結晶基板に、
その一表面に沿って延びる光導波路が形成されるととも
に、この光導波路に基板の自発分極の向きを反転させた
ドメイン反転部が周期的に形成されてなり、該光導波路
においてドメイン反転部の並び方向に導波する基本波を
該基本波の波長の１／２波長を有する第二高調波に波長
変換する光波長変換素子であって、前記基本波が入射す
る入射端面に前記基本波の波長に対する単層の無反射コ
ートが施され、前記第二高調波が出射する出射端面に前
記基本波の１／２波長に対する単層の無反射コートが施
されていることを特徴とするものである。

【００１５】すなわち、本発明は、各端面をそれぞれ一
つの波長に対する無反射コートとし、その無反射コート
を単層で形成したことを特徴とするものである。

【００１６】前記強誘電体結晶基板として、ＬｉＮｂ_y
Ｔａ_1-y Ｏ₃ 基板（０≦ｙ≦１）またはそれにＭｇＯが
ドープされた基板が用いられていた場合には、前記入射
端面および出射端面に施されている前記各無反射コート
が、それぞれ単層のＳｉＯ_x（１≦ｘ≦２）からなるも
のであることが望ましい。また、さらには、前記入射端
面に施されている前記基本波の波長に対する無反射コー
トの屈折率が１．７以下であることが望ましい。

【００１７】なお、前記光波長変換素子は、基本波の導
波方向に垂直な面内において、基板の自発分極の向きが
該基板の前記一表面に対して、角度θ（０°＜θ＜90
°）をなしているものであることが望ましい。

【００１８】なお、上記角度θの上限値については、前
記光導波路が、前記基板に対してプロトン交換処理を施
すことにより形成されたものである場合には、前記角度
θがθ＜70°の範囲にあることが望ましい。また、前記
光導波路が、前記基板に対してプロトン交換処理および
アニール処理を施すことにより形成されたものである場
合には、前記角度θがθ＜20°の範囲にあることが望ま
しい。

【００１９】一方、上記角度の下限値については、前記
角度θが0.2 °＜θの範囲にあることが望ましく。ま
た、前記光導波路が、前記基板に対してプロトン交換処
理およびアニール処理を施すことにより形成されたもの
である場合には、前記角度θが0.5 °＜θの範囲にある
ことが望ましい。

【００２０】本発明の光波長変換装置は、上述した本発
明による光波長変換素子と、該光波長変換素子の光導波
路に入射せしめる基本波としてのレーザビームを出力す
る半導体レーザと、レーザビームのうち所定の波長域に
属する光を選択的に透過する、該半導体レーザと前記光
波長変換素子との間に設けられた光学素子とを備え、該
光学素子を透過した前記所定の波長に属する光が前記光
波長変換素子の前記後端面において一部反射され、再び
該光学素子を透過し、前記半導体レーザの前記活性層に
帰還されるように、前記半導体レーザと前記波長変換素
子とが配置されていることを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の効果】本発明の光波長変換素子は、基本波が入
射する入射端面および第二高調波を出射する出射端面に
施されている無反射コートが共に単層で形成されてお
り、両端面が単層の無反射コートであるために、各無反
射コート形成時に膜厚を制御すべき層が一層ですみ、多
層の無反射コートを形成する場合と比較して制御が容易
になる。また多層の無反射コートを形成する際には、複
数の種類のコート材料を必要としたが、単層であるため
に一種類のコート材料とすることができる。すなわち、
両端面のコートの成膜が容易になり、結果として光波長
変換素子を歩留まりよく製造することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図１に本発明の一実施形態に係る
光波長変換装置の概略構成（ａ）および斜視図（ｂ）を
示す。図に示すように、本発明の光波長変換装置は、基
本波光源としての半導体レーザ３と、半導体レーザ３か
ら射出されるレーザービーム４の少なくとも一部を受け
取り、レーザービーム４の波長の１／２波長を有する第
二高調波を発生させるドメイン反転型導波路型光波長変
換素子（以下、単にＳＨＧ素子という）20と、半導体レ
ーザ３から出射されたレーザービーム４を光波長変換素
子20に入力させるための光学系であるコリメーターレン
ズ５および集光レンズ６と、該レンズ５，６の間に配さ
れたバンドパスフィルタ７とを備えている。バンドバス
フィルタ７は半導体レーザ３から出射されたレーザービ
ーム４のうち、所定波長帯域に属する光を選択的に透過
するものであり、透過光の一部は、後述するように半導
体レーザ３の活性層に帰還される。

【００２３】本光波長変換装置においては、半導体レー
ザ３として発振波長980 ｎｍ帯のものを用い、ＳＨＧ素
子20により490nm の第二高調波を発生させるものとし
た。ＳＨＧ素子20のドメイン反転部８においては、レー
ザビーム４の導波方向に周期的に繰り返してなる周期ド
メイン反転構造により、基本波としてのレーザビーム４
とその第二高調波とが位相整合（いわゆる疑似位相整
合）する。なお、本例では、コリメーターレンズ５と集
光レンズ６との間に配設されたバンドパスフィルタ７に
より半導体レーザ３の縦モードをロックする構成とし
た。

【００２４】ＳＨＧ素子20の基本波入射端面20a には基
本波波長λ₁ に対する単層のＳｉＯ_x からなる無反射コ
ート21が施されており、第二高調波出射端面20b には第
二高調波波長λ₂（＝λ₁／２）に対する単層のＳｉＯ_x
からなる無反射コート22が施されている。すなわち本装
置は、半導体レーザ３の後端面３a と波長変換素子20の
出射端面20b との間を外部共振器として、出射端面20b
で７％程度反射される基本波により縦モードをロックす
る構成としたものである。

【００２５】半導体レーザ３から出射された光４が、ま
ず、コリメーターレンズ５によりコリメートされた後、
バンドパスフィルタ７に導かれる。基本波はバンドパス
フィルタ７を透過し、集光レンズ６によりＳＨＧ素子20
の入射端面20a に集光される。ここで、素子20の入射端
面20a には基本波に対する無反射コート21が形成されて
いるので基本波はこの面20a でほとんど反射されること
なくＳＨＧ素子20内に入射する。一方、ＳＨＧ素子20の
出射端面20b には第二高調波に対する無反射コート22が
施されており、後述するように基本波は出射端面20b で
７％程度反射され、この出射端面20b における反射光は
半導体レーザ３の活性層に帰還される。この基本波の７
％の反射光により半導体レーザ３は単一縦モードで安定
に発振し波長がロックされる。

【００２６】一方、ＳＨＧ素子20の入射端面20a から導
波路に結合した基本波は、導波路を伝播するうちに、波
長490nm の第二高調波に変換される。

【００２７】以上のようにしてＳＨＧ素子20の出射端面
20b からは安定な第二高調波が出力される。

【００２８】次に、上記光波長変換装置に用いられる本
発明の光波長変換素子について以下に説明する。図２
は、本発明の一実施形態に係る光波長変換素子を作成す
る一工程を示すものである。図中の２は、非線形光学効
果を有する強誘電体である、ＭｇＯが５mol ％ドープさ
れたＬｉＮｂＯ₃ （以下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）の基
板である。このＭｇＯ−ＬＮ基板２は、図３に示すよう
にＭｇＯ−ＬＮのインゴット２’をＺ軸方向に対して角
度θ＝３°をなす方向にカット、研磨して得られたもの
であり、単分極化処理がなされて例えば厚さ0.3 ｍｍに
形成されている。なお、この研磨角度θ＝３°の精度は
±0.1 °である。

【００２９】以上のように形成されたＭｇＯ−ＬＮ基板
２の表面２ａ、２ｂと平行でＸ軸と直交する方向、およ
び基板表面２ａ、２ｂに対して垂直な方向はそれぞれ、
Ｚ軸方向およびＹ軸方向に対して角度θ＝３°をなす方
向となるので、これらの方向を便宜的にそれぞれＺ’方
向、Ｙ’方向と称する（以下、同様）。

【００３０】上記ＭｇＯ−ＬＮ基板２の表面２ａ、２ｂ
に、図２のようにそれぞれ櫛形電極10、平板電極11を取
り付け、＋Ｚ側に位置する櫛形電極10の方が正電位、−
Ｚ側に位置する平板電極11の方が負電位となるようにし
て、両電極10、11間にパルス電圧を印加すると、図４に
概略図示するように、＋Ｚ方向を向いていた基板２の自
発分極の向きが電圧印加部分において反転して、ドメイ
ン反転部８が形成される。なお上記自発分極の向きは、
基板表面２ａに対してθ＝３°傾いており、したがって
ドメイン反転部８の分極の向きも基板表面２ａに対して
同様に傾くことになる。

【００３１】本例では、櫛形電極10および平板電極11を
Ｃｒから形成したが、ＭｇＯ−ＬＮ基板２よりも電気抵
抗が十分低い材料ならば何でも電極材料として用いるこ
とができる。櫛形電極10および平板電極11は周知のフォ
トリソグラフィーによって形成することができ、厚さは
例えば20〜100 μｍ、長さＬ₁ は例えば６ｍｍ、両電極
10、11間のギャップＧは例えば100 〜500 μｍとすれば
よい。また櫛形電極10の周期Λは5.3 μｍ、電極指の長
さおよび幅はそれぞれ1000μｍ、0.5 μｍとした。そし
て平板電極11の幅、すなわちＺ’方向の寸法は100 μｍ
とした。

【００３２】上記の電圧印加は、電流のリークを防止す
るために真空中で行なった。このときの真空度は、例え
ば５×10^-5Torr以下とする。なお、このように真空中で
電圧印加する代わりに、絶縁オイル中で電圧印加するよ
うにしてもよい。また印加電圧のパルス幅は、１〜10se
c とすればよい。

【００３３】各ドメイン反転部８は、印加電圧が大きい
程Ｚ軸と垂直な方向に大きく広がるようになる。周知の
ように、周期ドメイン反転構造を利用して波長変換する
場合の波長変換効率は、ドメイン反転部８と非反転部と
の導波方向の長さの比が１：１のときに最大となる。こ
の比が１：１となるのは、例えば上記ギャップＧが200
μｍの場合は印加電圧を約4000Ｖにしたとき、ギャップ
Ｇが400 μｍの場合は印加電圧を約3500Ｖにしたときで
ある。これらの最適電圧の値は、基板温度を室温に設定
した場合のものであり、基板温度を例えば200 ℃とする
と、各場合の最適電圧は約１／３となる。

【００３４】上述のようにして形成されたドメイン反転
部８の深さは２〜３μｍである。次に上記ＭｇＯ−ＬＮ
基板２に、以下のようにしてチャンネル光導波路を形成
した。まず、ドメイン反転が最も深くなっている櫛形電
極10の先端近傍に、周知のフォトリソグラフィーによ
り、Ｚ’方向の幅が５〜９μｍ程度の金属（本例ではＴ
ａ）のマスクを形成する。その後このＭｇＯ−ＬＮ基板
２に対して、ピロリン酸中で160 ℃で64分間プロトン交
換処理を行ない、Ｔａマスクをエッチング液で除去した
後、大気中において350 ℃で１時間アニールする。以上
の処理により、図１に示すように、ドメイン反転部８の
並び方向に沿って延びるチャンネル光導波路１が形成さ
れる。

【００３５】その後、上記ＭｇＯ−ＬＮ基板２の、チャ
ンネル光導波路１の端面を含む−Ｘ面および＋Ｘ面を光
学研磨し、両端面20a,20b にそれぞれ無反射コート21，
22を施すことにより光波長変換素子20が完成する。

【００３６】なお、上述のようにして作製された光波長
変換素子20は、ＭｇＯ−ＬＮ基板２の自発分極の向き、
すなわちＺ軸方向が、基板表面２ａに対して垂直にはな
っていないので、半導体レーザ３から出射したレーザー
ビーム４をその直線偏光方向が基板表面２ａと平行とな
る状態で光導波路１に入射させても、非線形光学定数ｄ
₃₃が利用されて波長変換が可能となる。なおこの場合、
レーザービーム４についての出射ビームパターンと導波
ビームパターンは一致し、ビームパターンのミスマッチ
がないため、該レーザービーム４を高効率で光導波路１
に入力させることができ、発生する第二高調波の強度が
大きくなる。レーザービーム４は光導波路１をＴＥモー
ドで導波し、このときの実効的な非線形光学定数はｄ₃₃
cos θとなる。

【００３７】この場合の波長変換の換算効率は180 ％／
Ｗｃｍ² であり、例えば文献Technical Digest Of The
Fourth Microoptics Conference And The Eleventh Top
icalMeeting On Gradient-index Optical Systems p.15
4等に記載されている、ＸまたはＹカットのＬｉＴａＯ
₃ 基板に光導波路および周期ドメイン反転構造を形成し
てなる従来の光波長変換素子の換算効率55％／Ｗｃｍ²
等と比べて、著しく高いものとなっている。

【００３８】なお、上記実施の形態においては、基板と
して３°Ｙカット基板を用いたが、特願平８−３１４８
００号記載に記載されているような、ＭｇＯ−ＬＮのイ
ンゴットを、そのＺ軸をＺＸ面内でＸ軸側に８７°回転
させた軸に垂直となる面でカットして得られる８７°Ｚ
カット基板を用いてもよい。また、３°Ｙカット基板お
よび８７°Ｚカット基板とは基板表面とＺ軸とがなす角
度がともに３°の基板であるが、このθが３°である基
板に限らず、０°＜θ＜９０°なる範囲の基板のいずれ
をも用いることができる。ただし、光導波路を基板に対
してプロトン交換後、アニールをすることによって形成
する場合には、0.2 °＜θ＜２０°なる範囲、より好ま
しくは0.5 °＜θ＜２０°なる範囲の基板を用いるのが
望ましい。

【００３９】以下に、上記のようなθの範囲が好ましい
理由について簡単に説明する。

【００４０】基板２の自発分極の向きつまりＺ軸方向が
基板表面２ａに対して角度θをなしているとき、図７に
示すようにドメイン反転部８の深さｄは基本的にｄ＝Ｌ
tanθであるが、ドメイン反転作成時におけるドメイン
反転領域の広がり１μｍを考慮すれば ｄ＝Ｌtan θ＋１μｍ ……（１） となる。ここでＬの値は、ドメイン反転させるために電
場を印加する手段（図７では、一例として櫛形電極10と
平板電極11を示す）の大きさによって直接的に定まるも
のではなく、θの値が大きくなるにつれて増大する傾向
を示す。従って、θ＝０°としてドメイン反転部８を形
成する場合にはＬが最小となり、θ＝90°としてドメイ
ン反転部８を形成する場合にはＬが最大（つまり電場印
加用電極に対向する部分全域でドメイン反転が起きる）
となる。

【００４１】そこで、θをある程度大きく設定すること
により、ドメイン反転部８の深さｄを十分に大きくする
ことが可能である。このようにしてドメイン反転部８を
十分に深くすることができれば、ドメイン反転部８と導
波光との重なり積分が大きくなり、高い波長変換効率が
得られるようになる。

【００４２】なお従来より、プロトン交換光導波路にお
いて光ビームがＴＥシングルモードで導波するのは、Ｚ
軸と基板表面とがなす角度φが０°＜φ＜70°の場合で
あると考えられている（例えばJournal of Optical Com
munications 5(1984)1. pp16〜19参照）。本発明におい
ては、この角度φがすなわち角度θであるから、光導波
路がプロトン交換により形成されたものである場合は、
角度θをθ＜70°の範囲に設定すると、波長変換が効率
良くなされるようになる。

【００４３】また、プロトン交換およびその後のアニー
ルによって形成された光導波路において光ビームがＴＥ
シングルモードで導波するのは、Ｚ軸と基板表面とがな
す角度φが０°＜φ＜20°の場合であることが分かって
いる。したがって、光導波路がプロトン交換およびアニ
ールにより形成されたものである場合は、角度θをθ＜
20°の範囲に設定すると、波長変換が効率良くなされる
ようになる。

【００４４】一方、最大の波長変換効率が得られる最適
なデューティ比を持つ（つまりドメイン反転部と非反転
部の幅の比が１：１である）ドメイン反転構造を形成し
た場合、図７に示したＬ寸法は、θが数度以内であれば
概ね50μｍとなることが分かっている。また一般に、導
波モードの界分布は最も細くすると1.2 μｍ程度にする
ことができる。したがって前述の（１）式より、θ＝0.
2 °とすればドメイン反転部の深さｄ＝1.2 μｍとな
り、ドメイン反転部がその深さ方向において導波モード
の界分布とほぼ同サイズとなる。したがって、0.2 °＜
θとすれば、ドメイン反転部が導波モードの界分布と重
なって余りあるものとなり、波長変換が効率良くなされ
るようになる。

【００４５】なお、導波モードの界分布は上述のように
最小で1.2 μｍ程度とすることができるが、この界分布
が大きい程、外部光を光導波路に安定して入射させるこ
とができる。実際上は、この導波モードの界分布が1.4
μｍより大きければ外部光が光導波路に安定して入射す
る。前述の（１）式より、θ＝0.5 °とすればドメイン
反転部の深さｄ＝1.4 μｍとなるので、0.5 °＜θとす
れば基本波が光導波路に安定して入射し、またドメイン
反転部が導波モードの界分布と重なって波長変換が効率
良くなされるようになる。

【００４６】なお、ＭｇＯ−ＬＮ基板２に電場を印加す
るには、以上説明した電極を介して直接電圧を印加する
方法、コロナ帯電法および電子線照射法に限らず、その
他例えば集束イオンビームを照射する方法等を用いるこ
とも可能である。

【００４７】次に、上述の光波長変換素子20の両端面20
a,20b への無反射コート21，22の成膜について説明す
る。

【００４８】本発明の一実施形態である光波長変換素子
20には、基本波が入射される入射端面20a に基本波の波
長λ₁ に対する無反射コート21を施し、第二高調波が出
射される出射端面20b には第二高調波の波長λ₂ ＝λ₁
／２に対する無反射コート２２を施す。

【００４９】波長λｎ に対する無反射コートの屈折率
ｎおよび膜厚ｄとその反射率との関係を図５に示す。図
示するように、所定の波長λn に対して屈折率ｎの所定
の材料を用いてコートを作成する場合、その反射率は膜
厚ｄによって変化し、ｎｄ＝λn ／４の時、波長λn の
光について０．１％以下の反射率を得ることができる。

【００５０】例えば、波長980nm の基本波が入射されて
490nm の第二高調波を発生する光波長変換素子とするた
めには、屈折率1.46であるＳｉＯ₂ を入射端面20a およ
び出射端面20b にそれぞれ167.8nm ，83.9nmの膜厚で形
成すればよい。このとき、それぞれの端面20a,20b にお
ける基本波もしくは、第二高調波の基板およびコートに
おける屈折率は以下の通りである。

【００５１】

【表１】

【００５２】第二高調波出射端面20b では、第二高調波
波長λ₂ （＝λ₁ ／２）に対してｎｄ＝λ₂ ／４となる
ように設定されており、このとき図５から分かるよう
に、基本波波長λは７％程度反射されることになる。７
％程度の基本波が反射され、半導体レーザの活性層に帰
還することにより半導体レーザの縦モードは十分安定に
ロックされる。

【００５３】上記コート成膜はイオンアシスト蒸着によ
り行った。ここでは、蒸着剤としてはＳｉＯ₂ を用い、
基板温度は１００℃で成膜する。この方法によれば、Ｓ
ｉＯ_x のｘとしてほぼ２を得ることができる。

【００５４】なお、コート成膜は、上記のイオンアシス
ト蒸着の他ＳｉＯターゲットを用いた反応スパッタリン
グ（Applied Optics Vol.13, No.4,946(1974) 参照）に
より行うこともできる。この方法によって成膜すると、
スパッタリングの際にアルゴンに混ぜる酸素量を制御す
ることによってコートの屈折率をＳｉＯの屈折率1.9か
らＳｉＯ₂ の屈折率1.46までの間で変化させることがで
きる。具体的には、真空度１×１０^-3torr下において、
ＳｉＯターゲットを用いてアルゴン中の酸素分圧比を０
％〜５０％に変化させてＳｉＯ_x 膜を成膜したところ屈
折率は1.45から1.9 まで変化した。

【００５５】図６には、ＭｇＯ−ＬＮ（屈折率：2.196
）上に屈折率ｎの物質を用いて基本波に対する無反射
コートを行った場合に得られる反射率を示す。なお、図
６には、基板としてノンドープのＬｉＮｂＯ₃ （屈折
率：2.20）およびＬｉＴａＯ₃ （屈折率：2.180 ）を用
いた場合についても同時に示している。図６に示すよう
に、この場合、コート材料の屈折率が増加するに従って
反射率も増加する。素子の入射端面で反射された基本波
が半導体レーザの活性層に戻ると、半導体レーザからノ
イズが生じることとなるため、入射端面における基本波
の反射率は２％程度以下にする必要がある。従って、Ｍ
ｇＯ−ＬＮ基板を用いた場合、基本波に対する無反射コ
ートの屈折率としては１．７以下であることが望まし
い。なお、基板としてノンドープのＬｉＮｂＯ₃ もしく
はＬｉＴａＯ₃ を用いた場合も同様である。

【００５６】従って、ＳｉＯ_x を用いて無反射コートを
作成する場合には屈折率が１．７以下となるようにアル
ゴン中の酸素分圧比や真空度および膜厚等を調整する必
要がある。

【００５７】本発明の光波長変換素子においては上記の
ようにして端面コートが行われるが、両端面共にＳｉＯ
_x からなる単層のコートであるため、コート成膜工程を
簡単なものとすることができ、成膜の歩留まりを向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光波長変換装置を示
す概略図

【図２】本発明の一実施形態に係る光波長変換素子を作
成する様子を示す概略斜視図

【図３】図２の光波長変換素子に用いられる基板のカッ
ト状態を説明する概略図

【図４】図２の光波長変換素子に形成されるドメイン反
転部を示す概略斜視図

【図５】波長、端面コートの屈折率および膜厚と反射率
との関係を示すグラフ

【図６】端面コートの屈折率と反射率との関係を示すグ
ラフ

【図７】本発明の光波長変換素子における基板の分極の
向きを説明する概略図

【図８】従来の波長変換素子および波長変換装置を示す
概略図

【符号の説明】

１ 光導波路 ２ 基板 ２ａ、２ｂ 基板の表面 ３ 半導体レーザ ４ レーザービーム（基本波） ５、50 コリメーターレンズ ６ 集光レンズ ７ バンドパスフィルタ ８ ドメイン反転部 ９ λ／２板 10 櫛形電極 11 平板電極 20 光波長変換素子 20a 光波長変換素子の基本波入射端面 20b 光波長変換素子の第二高調波出射端面 21，22 無反射コート

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非線形光学効果を有する強誘電体結晶基
   板に、その一表面に沿って延びる光導波路が形成される
   とともに、この光導波路に基板の自発分極の向きを反転
   させたドメイン反転部が周期的に形成されてなり、該光
   導波路においてドメイン反転部の並び方向に導波する基
   本波を該基本波の波長の１／２波長を有する第二高調波
   に波長変換する光波長変換素子であって、 前記基本波が入射する入射端面に前記基本波の波長に対
   する単層の無反射コートが施され、前記第二高調波が出
   射する出射端面に前記基本波の１／２波長に対する単層
   の無反射コートが施されていることを特徴とする光波長
   変換素子。
2. 【請求項２】 前記強誘電体結晶基板として、ＬｉＮｂ
   _y Ｔａ_1-y Ｏ₃ 基板（０≦ｙ≦１）またはそれにＭｇＯ
   がドープされた基板が用いられていることを特徴とする
   請求項１項記載の光波長変換素子。
3. 【請求項３】 前記入射端面および出射端面に施されて
   いる前記各無反射コートが、それぞれ単層のＳｉＯ_x
   （１≦ｘ≦２）からなるものであることを特徴とする請
   求項２記載の光波長変換素子。
4. 【請求項４】 前記入射端面に施されている前記基本波
   の波長に対する無反射コートの屈折率が１．７以下であ
   ることを特徴とする請求項２または３いずれか記載の光
   波長変換素子。
5. 【請求項５】 前記基本波の導波方向に垂直な面内にお
   いて、前記基板の自発分極の向きが該基板の前記一表面
   に対して角度θ（０°＜θ＜90°）をなしていることを
   特徴とする請求項１から４いずれか記載の光波長変換素
   子。
6. 【請求項６】 前記光導波路が、前記基板に対してプロ
   トン交換処理を施すことにより形成されたものであっ
   て、前記角度θがθ＜70°の範囲にあることを特徴とす
   る請求項５記載の光波長変換素子。
7. 【請求項７】 前記光導波路が、前記基板に対してプロ
   トン交換処理およびアニール処理を施すことにより形成
   されたものであって、前記角度θがθ＜20°の範囲にあ
   ることを特徴とする請求項５記載の光波長変換素子。
8. 【請求項８】 前記角度θが0.2 °＜θの範囲にあるこ
   とを特徴とする請求項５から７いずれか記載の光波長変
   換素子。
9. 【請求項９】 前記光導波路が、前記基板に対してプロ
   トン交換処理およびアニール処理を施すことにより形成
   されたものであって、前記角度θが0.5 °＜θの範囲に
   あることを特徴とする請求項５から７いずれか記載の光
   波長変換素子。
10. 【請求項１０】 請求項１から９いずれか記載の光波長
    変換素子と、 該光波長変換素子の光導波路に入射せしめる基本波とし
    てのレーザビームを出力する半導体レーザと、 該半導体レーザと前記光波長変換素子との間に配され
    た、前記レーザビームのうち所定の波長域に属する光を
    選択的に透過する光学素子とを備え、 該光学素子を透過した前記所定の波長域に属する光が前
    記光波長変換素子の前記後端面において一部反射され、
    再び該光学素子を透過し、前記半導体レーザに帰還され
    るように、前記半導体レーザと前記波長変換素子とが配
    置されていることを特徴とする光波長変換装置。