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非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置

国内特許コード P06A008992
整理番号 A041P54
掲載日 2006年6月16日
出願番号 特願2000-292422
公開番号 特開2002-099008
登録番号 特許第4848496号
出願日 平成12年9月26日(2000.9.26)
公開日 平成14年4月5日(2002.4.5)
登録日 平成23年10月28日(2011.10.28)
発明者
  • 石原 照也
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 独立行政法人理化学研究所
発明の名称 非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置
発明の概要 【課題】 第二高調波発生に使用する物質を選ばず、かつ、使用するレーザー波長を選ばずに第二高調波を生成できる、非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置を提供する。
【解決手段】 励起光1の電界方向(x)に対称性を有さない分極率分布を光導波路内に周期配列した非対称分極率分布周期配列光導波路を有し、この非対称分極率分布周期配列光導波路に所定の波長及び所定の伝搬モードの励起光1を入射させ、光第二高調波を発生させる。
従来技術、競合技術の概要


光第二高調波発生(SHG)装置は、例えば、赤外レーザー光を青色レーザー光に、あるいは、青色レーザー光を紫外レーザー光に変換する等、入射レーザー光の1/2波長のレーザー光を出力する装置である。既存のレーザーからは直接得られない波長のレーザー光を得ることができ、特定の波長のレーザー光を必要とする化学反応制御、各種の成膜装置、あるいは、レーザーを使用する医療装置等においては、無くてはならない装置である。
従来、光第二高調波の発生は、自然界に存在する電気光学結晶の内、その結晶構造が反転対称性を有しない電気光学結晶、例えば、LiNbO3 単結晶、KTP(KTiOPO4 )単結晶等を用いて行われてきた。
しかしながら、これらの単結晶では、光学非線形性の起源がその結晶構造に由来しているため、より高性能の材料を探索する場合に、対象が極めて限られるという課題があった。



また、これらの単結晶を用いた光第二高調波発生では、入射レーザー光、すなわち励起光と、第二高調波の位相速度の違いのために、励起光と第二高調波が結晶を伝搬するにつれ、位相が合わなくなり、第二高調波出力が小さくなると言った問題がある。このため、これらの装置においては、励起光と第二高調波の位相を合わせる手段、すなわち、位相整合手段が不可欠であった。位相整合手段には、使用する電気光学結晶の複屈折を利用したもの、チェレンコフ放射を利用したもの、あるいは、ドメイン反転を利用した擬似位相整合等があった。
しかしながら、これらの位相整合手段は、使用できる単結晶の種類をさらに制限してしまい、あるいは、複雑な装置構成を必要とし、かつ、結晶の光損傷等による特性の劣化があるといった課題があった。



このような中で、近年の結晶成長技術や半導体微細加工技術の進歩により半導体量子構造を意のままに製作できるようになった。これに伴い、フォトニック結晶や半導体微小共振器を用いた、輻射場と物質系の相互作用に関する研究が盛んに行われている。これらの研究の成果は基礎物理学の理解に寄与するだけでなく、高性能の光デバイスへの応用も可能である。

産業上の利用分野


本発明は、非対称分極率分布周期配列を有する光導波路による光第二高調波発生装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
励起光の電界方向に非対称な分極率分布を光導波路内に周期配列した非対称分極率分布周期配列光導波路を有し、
上記非対称分極率分布周期配列光導波路は、第一の分極率を有する透明物質からなる非対称レリーフと、この第一の分極率を有する透明物質からなる非対称レリーフ上に積層した第一の分極率と異なる分極率を有する光閉じ込め用の透明物質とから構成され、
所定の波長とTM又はTEの伝搬モードとを有している上記励起光を上記非対称分極率分布周期配列光導波路に入射させ、光第二高調波を発生させることを特徴とする、非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置。

【請求項2】
励起光の電界方向に非対称な分極率分布を光導波路内に周期配列した非対称分極率分布周期配列光導波路を有し、
上記非対称分極率分布周期配列光導波路は、第一の分極率を有する透明物質からなる対称レリーフと、この対称レリーフに非対称に積層した第二の分極率を有する透明物質とから構成され、
所定の波長とTM又はTEの伝搬モードとを有している上記励起光を上記非対称分極率分布周期配列光導波路に入射させ、光第二高調波を発生させることを特徴とする、非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置。

【請求項3】
励起光の電界方向に非対称な分極率分布を光導波路内に周期配列した非対称分極率分布周期配列光導波路を有し、
上記非対称分極率分布周期配列光導波路は、第一の分極率を有する透明物質からなる非対称レリーフと、この非対称レリーフに積層した第二の分極率を有する透明物質とから構成され、
所定の波長とTM又はTEの伝搬モードとを有している上記励起光を上記非対称分極率分布周期配列光導波路に入射させ、光第二高調波を発生させることを特徴とする、非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置。

【請求項4】
前記周期配列の周期は、前記励起光のコヒーレンス長よりも短いことを特徴とする、請求項1~3の何れかに記載の非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置。

【請求項5】
前記周期配列の周期は、この周期をΛ、前記励起光の真空での波長をλ、上記励起光の前記非対称分極率分布周期配列光導波路における屈折率をn、前記第二高調波の上記光導波路における屈折率をn、及びmを正の整数として、
Λ=mλ/(2n-n)であることを特徴とする、請求項1~3の何れかに記載の非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置。

【請求項6】
前記非対称分極率分布周期配列光導波路の表面は、第三の分極率を有する光閉じ込め用の透明物質で覆われていることを特徴とする、請求項2又は3に記載の非対称分極率分布周期配列型光第二高調波発生装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2000292422thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 量子効果等の物理現象 領域
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