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JPH0769555B2 - Optical wavelength converter - Google Patents
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JPH0769555B2 - Optical wavelength converter - Google Patents

Optical wavelength converter

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JPH0769555B2
JPH0769555B2 JP18045187A JP18045187A JPH0769555B2 JP H0769555 B2 JPH0769555 B2 JP H0769555B2 JP 18045187 A JP18045187 A JP 18045187A JP 18045187 A JP18045187 A JP 18045187A JP H0769555 B2 JPH0769555 B2 JP H0769555B2
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wavelength converter
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harmonic
face
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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、レーザ光源用の波長変換器に関するものであ
る。これは光メモリ装置、レーザプリンタに代表される
光情報処理装置、あるいはレーザテレビに代表されるデ
ィスプレイ装置等の短波長光源要素として、極めて利用
範囲の広いものである。特に、半導体レーザに適用した
際には青色光を発生し、これはブルーレーザとして期待
が大きい。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a wavelength converter for a laser light source. This has a very wide range of application as a short wavelength light source element such as an optical memory device, an optical information processing device typified by a laser printer, or a display device typified by a laser television. In particular, when it is applied to a semiconductor laser, it emits blue light, which is highly expected as a blue laser.

従来の技術 非線形光学効果を応用する光波長変換器として、第4図
に示すような素子構成が既に提案されている。これは、
ニオブ酸リチウム単結晶(LiNbO3)基板51の表面にイオ
ン交換法で光導波路52を形成したもので、その実装構成
例を第5図に示した。これは、半導体レーザ53の光をレ
ンズ系54で絞り込み、これを導波路52の端面55に基本波
56として入射させることによって基板中に第二高調波57
を発生させるものである。
2. Description of the Related Art As an optical wavelength converter that applies a nonlinear optical effect, an element configuration as shown in FIG. 4 has already been proposed. this is,
An optical waveguide 52 is formed on the surface of a lithium niobate single crystal (LiNbO3) substrate 51 by an ion exchange method, and a mounting configuration example thereof is shown in FIG. This is because the light of the semiconductor laser 53 is narrowed down by the lens system 54 and the fundamental wave is applied to the end face 55 of the waveguide 52.
By injecting as 56, the second harmonic 57
Is generated.

発明が解決しようとする問題点 このような従来例の構成では、光導波路52が基板51の表
面に形成されているため、基板側にのみ第二高調波が発
生し、出射面58を出たあとのビーム断面形状は、例えば
第6図(a)、(b)に示すような形をしていた。
Problems to be Solved by the Invention In such a configuration of the conventional example, since the optical waveguide 52 is formed on the surface of the substrate 51, the second harmonic is generated only on the substrate side and exits the emission surface 58. The subsequent beam cross-sectional shape was, for example, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).

さらに詳細に述べると、この従来例に代表される光波長
変換器では導波路全長にわたって第二高調波が発生する
ため、この導波路は線状の光源として働く。従って、こ
れより発生する光ビームは、導波路断面の輪郭に垂直な
方向に関しては平行であるが、その他の方向に関しては
広がるという特異な性質を持つ。このビーム断面形状は
導波路断面形状に強く依存し、第6図(a),(c)に
示される断面形状を有する光ビームは、たとえば同図
(b),(d)の様な断面を持つ導波路によって形成さ
れる。また、これらの光ビームは進行するにつれて、よ
り細長いベルト状、あるいはリングの一部を切り取った
ような形状へと形を変えていく。
More specifically, in the optical wavelength converter typified by this conventional example, since the second harmonic is generated over the entire length of the waveguide, this waveguide functions as a linear light source. Therefore, the light beam generated from this has a peculiar property that it is parallel in the direction perpendicular to the contour of the waveguide cross section, but spreads in other directions. This beam cross-sectional shape strongly depends on the waveguide cross-sectional shape, and a light beam having the cross-sectional shapes shown in FIGS. 6 (a) and 6 (c) has cross sections as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (d). It is formed by a waveguide that has. Further, as these light beams advance, they change their shape into a more elongated belt shape or a shape in which a part of the ring is cut off.

ここで応用分野の現状を考えると、一般に光応用機器で
は円形の光ビームが用いられている。これは、光密度が
中央部に集中しているため効率が良く、かつ回転軸対象
であるため取扱いが容易であるという理由による。特に
光メモリ装置では、その特性上、円形の微小スポットの
形成が必要不可欠であるため、楕円型の発光分布を持つ
半導体ビームの光を、いくつかの光学手段によって円形
ビームに変換した後、これをレンズで絞って回折限界の
円形スポットを得る等の工夫がなされている。
Considering the current state of the application field, a circular light beam is generally used in optical application equipment. This is because the light density is concentrated in the central portion, so that the efficiency is good, and because it is the object of the rotation axis, it is easy to handle. In particular, in an optical memory device, it is indispensable to form a circular minute spot because of its characteristics. Therefore, after converting light of a semiconductor beam having an elliptical emission distribution into a circular beam by some optical means, It has been devised to obtain a circular spot of diffraction limit by focusing with a lens.

さて、こうした光応用機器からの要請をふまえ、この光
波長変換器による光源部の構成を想定してみると、この
特異な光ビーム形状は、利用効率の向上、コリメーショ
ン光学系の構成、収差補正といった課題の解決を極めて
困難にすることがわかる。また、いかなる導波路形状で
も円形ビームを得ることができず、このような光波長変
換器は光源部の要素として適しているとはいえない。
Now, considering the demand from such optical application equipment, assuming the configuration of the light source part by this optical wavelength converter, this peculiar light beam shape shows improved utilization efficiency, collimation optical system configuration, aberration correction It turns out that solving such a problem is extremely difficult. Further, a circular beam cannot be obtained with any waveguide shape, and such an optical wavelength converter cannot be said to be suitable as an element of a light source section.

問題点を解決するための手段 このような問題点を解決するため、本発明では、ニオブ
酸リチウム単結晶の内部に埋め込み型導波路を形成する
ことによって光波長変換器を構成した。即ち、一方の端
面から導波路に基本波を入射させ、この全周にわたって
第二高調波を放射させることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems In order to solve such problems, in the present invention, an optical wavelength converter is configured by forming an embedded waveguide inside a lithium niobate single crystal. That is, the fundamental wave is made incident on the waveguide from one end facet, and the second harmonic wave is radiated over the entire circumference.

作用 本発明によれば、導波路の全周にわたって第二高調波が
発生するため、軸対称の光ビームが得られる。さらに、
導波路形状を適切に選択することにより、ほぼ円形のビ
ームが得られる。この軸対称ビーム、及び円形ビーム
は、前述の様に光学系構成上極めて取扱いが容易であ
り、光応用機器の短波長光源要素として極めて有用であ
る。
Effect According to the present invention, since the second harmonic is generated over the entire circumference of the waveguide, an axially symmetric light beam can be obtained. further,
With a proper choice of waveguide shape, a nearly circular beam is obtained. The axially symmetric beam and the circular beam are extremely easy to handle due to the optical system configuration as described above, and are extremely useful as a short wavelength light source element for optical application equipment.

実施例 以下図面に従い、本発明の実施例について詳細に説明す
る。尚、図面中の同一要素については同一の番号によっ
て表記した。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The same elements in the drawings are denoted by the same numbers.

本発明の一つの実施例を第1図に示す。光波長変換器1
は、ニオブ酸リチウム単結晶2の内部に、埋め込み型の
導波路3を設けることによって構成されている。
One embodiment of the present invention is shown in FIG. Optical wavelength converter 1
Is configured by providing a buried waveguide 3 inside a lithium niobate single crystal 2.

こうした構成は例えば表面に導波路を設けたニオブ酸リ
チウム単結晶と他のニオブ酸リチウム単結晶とを接合す
る等の手法によって容易に実現できる。
Such a structure can be easily realized by, for example, a method of joining a lithium niobate single crystal having a waveguide on its surface to another lithium niobate single crystal.

基本波となる半導体レーザ4の光はレンズ系5によって
集光され、第1の端面6から導波路3に入射する。これ
が、導波路3を伝ぱんする際、位相整合条件を満たす角
度θの方向に、非線形光学効果による第二高調波7が発
生する。この第二高調波7は前記基本波の半分の波長を
有し、導波路3の全長、かつ全周にわたって放射され
る。従って、導波路3は短波長の線状光源とみなすこと
ができ、この断面形状を円形に選んだ場合、円錐状の第
二高調波が発生する。光波長変換器1の第2の断面8
は、前記角度θを補正すべく円錐状に加工されており、
これを出射した第二高調波7は、ほぼ一様な光強度分布
をもつ円形ビームとなる。これは前述のように、光関連
機器への応用に際し取扱いが容易で、かつ利用効率も良
好な最適ビームである。
The light of the semiconductor laser 4 which becomes a fundamental wave is condensed by the lens system 5 and enters the waveguide 3 from the first end face 6. When this propagates through the waveguide 3, the second harmonic wave 7 due to the nonlinear optical effect is generated in the direction of the angle θ that satisfies the phase matching condition. The second harmonic wave 7 has a wavelength half that of the fundamental wave and is radiated over the entire length and the entire circumference of the waveguide 3. Therefore, the waveguide 3 can be regarded as a short-wavelength linear light source, and when the cross-sectional shape is selected to be circular, a conical second harmonic wave is generated. Second cross section 8 of optical wavelength converter 1
Is processed into a conical shape to correct the angle θ,
The second harmonic wave 7 emitted from this becomes a circular beam having a substantially uniform light intensity distribution. As described above, this is an optimum beam that is easy to handle and has good utilization efficiency when applied to optical-related equipment.

また、第2図は本発明のもう一つの実施例であるが、全
樹の実施例と異なる点は、第2の端面9にて放射角度を
補正する円錐加工がなされていないことである。この様
な構成であっても、得られる光ビームの特性は良好で、
本発明の工業的価値を何ら低めるものではない。すなわ
ち、平面である第2の端面9を出た後の光ビームは放射
状となっているが、近接して配置した集光レンズ10によ
って平行なリング状光ビーム11への変換が可能である。
これも円形光ビームと同様に軸対象であるため、取扱い
が容易である。例えば、光メモリ装置への応用として、
絞りレンズ12によりこのリング状光ビーム11を絞る場合
を考えると、形成される微小な光スポット13は円形光ビ
ームの場合と同様に、円形の極めて良好な光スポットと
なる。
Although FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, the difference from the embodiment of the whole tree is that the second end face 9 is not conical to correct the radiation angle. Even with such a configuration, the characteristics of the obtained light beam are good,
It does not lower the industrial value of the present invention. That is, the light beam after exiting the second end surface 9 which is a flat surface is radial, but can be converted into the parallel ring-shaped light beam 11 by the condensing lens 10 arranged in close proximity.
This is also symmetrical about the axis like the circular light beam, and is therefore easy to handle. For example, as an application to an optical memory device,
Considering the case where the ring-shaped light beam 11 is narrowed down by the diaphragm lens 12, the minute light spot 13 formed is an extremely good circular light spot as in the case of a circular light beam.

尚、第1の端面6、及び第2の端面8、9にはそれぞれ
基本波、及び第二高調波に適した反射防止膜を施すこと
が望ましいのは言うまでもない。また、導波路内の基本
波が全て第二高調波に変換されるわけではないので、第
2の端面側の導波路端面には、変換されなかった基本波
の成分が伝達されてくる。これを局部的な吸収手段、あ
るいは散乱手段にて処理し、第二高調波の出力に漏れ混
まないようにすることが好ましい。もしくは、この基本
波を積極的に利用することも可能である。再び、光メモ
リ装置への応用を考えると、情報の書き込みや読み取り
には短波長である第二高調波が適しているが、これを位
置制御するための検出光として、あるいは情報の消去光
として、この基本波が利用できる。
Needless to say, it is desirable to provide the first end face 6 and the second end faces 8 and 9 with antireflection films suitable for the fundamental wave and the second harmonic, respectively. Further, not all the fundamental wave in the waveguide is converted into the second harmonic, so that the unconverted fundamental wave component is transmitted to the waveguide end face on the second end face side. It is preferable that this is processed by a local absorbing means or a scattering means so as not to leak into the output of the second harmonic. Alternatively, it is possible to positively use this fundamental wave. Considering the application to the optical memory device again, the second harmonic, which is a short wavelength, is suitable for writing and reading information, but as the detection light for controlling the position of this, or as the information erasing light, This fundamental wave can be used.

さて、さらに次のような手段を講じることによって第二
高調波の出力を高め、同時にビーム径を拡大することも
できる。第3図に実施例を示し、説明を加える。
By taking the following measures, the output of the second harmonic wave can be increased and the beam diameter can be increased at the same time. An embodiment is shown in FIG. 3 and further description will be added.

光波長変換器1の第1の端面6には、基本波を透過し、
第二高調波を反射する2波長分離手段14が設けられてい
る。また、第2の端面には、基本波を反射し、第二高調
波を透過する第2の2波長分離手段15が設けられてい
る。第1の2波長分離手段を透過して、第1の端面から
入射する基本波が導波路3を伝ぱんする途中(往復)
で、非線形光学効果による第二高調波7が発生すること
は前にも述べた通りである。さて、第2の端面に到達し
た基本波は、第2の波長分離手段15によって反射され、
再び導波路を逆向きに伝ぱんするが(復路)、この過程
においても同様の原理で第二高調波7′が発生する。こ
の第二高調波7′は、第1の端面6で第1の波長分離手
段14によって反射され、第2の端面8に向かう。このよ
うに、往路と復路で発生した第二高調波7、及び7′
は、第2の端面8で出会い、1つのビームとして出射す
る。その結果、第二高調波の全光量が増大し、同時にそ
のビーム径が拡大される。これが機器への応用に際し極
めて有用であることは言うまでもない。導波路の損失、
及び光波長変換に伴うエネルギー損失のために、往路に
比べて復路の方が第二高調波の出力は低くなるが、その
光強度分布、及び波面は軸対象となり、これまで述べて
きたようにその特性は良好である。尚、復路を伝ぱんし
てきた基本波が再びレンズ系5を通じて半導体レーザ4
の発光点に帰還することを避けるために、レンズ系5の
一部にビームスプリッタ16を設ける等の適切な処置を施
すことが好ましい。
The fundamental wave is transmitted to the first end face 6 of the optical wavelength converter 1,
Two-wavelength separating means 14 for reflecting the second harmonic is provided. Further, the second end facet is provided with a second two-wavelength separating means 15 which reflects the fundamental wave and transmits the second harmonic wave. The fundamental wave that has passed through the first two-wavelength separation means and is incident from the first end face is being propagated through the waveguide 3 (reciprocating).
As described above, the second harmonic wave 7 is generated due to the nonlinear optical effect. Now, the fundamental wave reaching the second end face is reflected by the second wavelength separating means 15,
Although it propagates through the waveguide in the opposite direction again (return path), the second harmonic wave 7'is also generated in this process by the same principle. The second harmonic wave 7 ′ is reflected by the first wavelength separating means 14 on the first end face 6 and travels toward the second end face 8. In this way, the second harmonics 7 and 7'generated in the forward and return paths
Meet at the second end face 8 and are emitted as one beam. As a result, the total light quantity of the second harmonic increases, and at the same time, the beam diameter of the second harmonic increases. It goes without saying that this is extremely useful for application to equipment. Waveguide loss,
Also, due to energy loss due to light wavelength conversion, the output of the second harmonic is lower in the return path than in the outward path, but its light intensity distribution and wave front are subject to axial adjustment, as described above. Its properties are good. In addition, the fundamental wave propagating on the return path is again transmitted through the lens system 5 to the semiconductor laser 4
In order to avoid returning to the light emitting point of (1), it is preferable to take appropriate measures such as providing a beam splitter 16 in a part of the lens system 5.

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば導波路の全周に
わたって第二高調波が発生するため、軸対称、さらに円
形の良好な光ビームが形成できる。これは、光関連機器
への適用上大変有用であり、極めて工業的価値の高いも
のである。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, since the second harmonic is generated over the entire circumference of the waveguide, it is possible to form a good light beam having axial symmetry and circular shape. This is very useful when applied to optical-related equipment and has extremely high industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例における光波長変換器原理
図、第2図は、本発明の他の実施例における光波長変換
器の原理図、第3図は、本発明のさらに他の実施例にお
ける光波長変換器の原理図、第4図は、従来例の光波長
変換器の外観図、第5図は、同原理図、第6図は、従来
例の光波長変換器によるビーム形状と導波路断面形状の
関係図である。 1……光波長変換器、2……ニオブ酸リチウム単結晶、
3……導波路、4……半導体レーザ、5……レンズ系、
6……第1の端面、7……第二高調波、8……第2の端
面、14……第1の二波長分離手段、15……第2の二波長
分離手段
FIG. 1 is a principle diagram of an optical wavelength converter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a principle diagram of an optical wavelength converter according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is still another embodiment of the present invention. 4 is a view showing the principle of the optical wavelength converter in the embodiment of the present invention, FIG. 4 is an external view of the conventional optical wavelength converter, FIG. 5 is the same principle diagram, and FIG. 6 is a conventional optical wavelength converter. It is a relationship diagram of a beam shape and a waveguide cross-sectional shape. 1 ... Optical wavelength converter, 2 ... Lithium niobate single crystal,
3 ... Waveguide, 4 ... Semiconductor laser, 5 ... Lens system,
6 ... First end face, 7 ... Second harmonic wave, 8 ... Second end face, 14 ... First two-wavelength separating means, 15 ... Second two-wavelength separating means

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ニオブ酸リチウム単結晶の内部に形成され
た埋め込み型導波路に、第1の端面から基本波を入射
し、この基本波の第二高調波を前記導波路の全周にわた
って放射させ、第2の端面から前記第二高調波を得るこ
とを特徴とする光波長変換器。
1. A fundamental wave is made incident on a buried type waveguide formed inside a lithium niobate single crystal from a first end face, and a second harmonic of the fundamental wave is radiated over the entire circumference of the waveguide. And an optical wavelength converter, wherein the second harmonic is obtained from the second end face.
【請求項2】表面に導波路が形成されたニオブ酸リチウ
ム単結晶を複数個接合することにより埋め込み型導波路
を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の光波長変換器。
2. The optical wavelength converter according to claim 1, wherein a buried type waveguide is constituted by joining a plurality of lithium niobate single crystals having a waveguide formed on the surface thereof. .
【請求項3】表面に導波路が形成されたニオブ酸リチウ
ム単結晶と他のニオブ酸リチウム単結晶を接合すること
により埋め込み型導波路を構成したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の光波長変換器。
3. A buried waveguide is formed by joining a lithium niobate single crystal having a waveguide formed on its surface to another lithium niobate single crystal. The optical wavelength converter described.
【請求項4】基本波を透過し、この基本波の第二高調波
を反射する手段を第1の端面に設け、前記基本波を反射
し、前記第二高調波を透過する手段を第2の端面に設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光波長
変換器。
4. A means for transmitting a fundamental wave and reflecting a second harmonic of the fundamental wave is provided on the first end face, and a means for reflecting the fundamental wave and transmitting the second harmonic is second. The optical wavelength converter according to claim 1, wherein the optical wavelength converter is provided on an end face of the.
【請求項5】埋め込み型導波路の断面形状を円形とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光波長変
換器。
5. The optical wavelength converter according to claim 1, wherein the buried waveguide has a circular cross-sectional shape.
【請求項6】第2の端面を円錐状としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の光波長変換器。
6. The optical wavelength converter according to claim 1, wherein the second end face has a conical shape.
JP18045187A 1987-07-20 1987-07-20 Optical wavelength converter Expired - Lifetime JPH0769555B2 (en)

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