一种光波导器件，包括转换入射光波长并且发射转换的光的波导层，该光波导器件包括： 设置在该波导层中的脊形波导；和 形成在该脊形波导两侧的条形波导，在该脊形波导和该条形波导之间插入有凹槽部分， 其中该波导层满足对于该入射光的多模条件，并且 传播通过该脊形波导的光为单模。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光信息处理领域和光通信领域中使用的光波导器件，并且涉及使用该光波导器件的光波导激光器和装有该光波导器件的光学装置。
技术介绍
在光信息处理领域和光通信领域中，已经尝试通过光复用通信来提高通信能力。允许很多波长在一根光纤中传输的波长复用使光纤的传输容量急剧增大。对于波长复用传输，根据波长，光路由在去复用和复用光中起着重要的作用。为此，通过将特定波长的光转换成不同波长的光来控制信号光。作为这种光路由的方法，使用利用非线性光学效应的差频转换。信号光和泵浦光被引入非线性光学元件，并且信号光和泵浦光之间的差频光赋予新的信号光，因而该信号光的波长可以一起转换。由于利用了非线性光学效应，所以能以高速转换波长。作为这种波长转换元件，已经提出利用准相位匹配的基于波导的差频发生器件(参见M.H.Chou等人的，OPTICS LETTERS，1998，第23卷，第13期，第1004-1006页)。图10示出常规的基于光波导的差频发生器件的结构。在LiNbO3基板上，形成周期性畴反转结构801和质子交换波导802。在光波导的入射部份，形成部分(segment)锥形波导803。波长在1.56μm波段的光用作信号光，波长为0.78μm的光用作泵浦光，并且波长在1.56μm波段的光用作差频光。为了满足可以引导1.56μm信号光和差频光的条件，光波导具有用于波长为0.78μm的泵浦光的多模条件。在这点上，很难使单模的光与具有多模条件的质子交换波导耦合。由于这个原因，分别为信号光和泵浦光设置入射部分，并且部分锥形波导803用于泵浦光的入射部份。该部分锥形波导803在波导的入射部份给泵浦光提供单模条件，并且逐渐将被引导的光引入具有多模条件的光波导，从而使被引导的光以单模在多模波导中传播。换句话说，部分锥形波导使得可以在波导中进行这样一种转换，从单模波导中的单模传播光转换为多模波导中的单模传播光。允许信号光和泵浦光以单模传播通过具有畴反转结构的光波导，由此增加了波导中的重叠，因此可以高效地产生差频光。然而，在常规光波导器件中使用的光波导是条纹状三维波导，其折射率分布不具有对称结构。因此，发生以下问题仅仅在多模波导中很难从外部激发单模；而且余裕度相当窄。这是因为除非外部入射光的束斑的电场分布和光波导的单模的电场分布精确地一致，否则容易发生多模激发。一般的透镜耦合和光纤耦合仅仅在多模波导中不能选择性地激发单模。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种光波导器件，而且提供使用该光波导器件的光波导激光器和装有该光波导器件的光学装置，该光波导器件使得不同波长的光可以以单模传播。本专利技术的光波导器件包括转换入射光波长并且发射转换光的波导层。该光波导器件包括设置在波导层中的脊形波导；和形成在脊形波导两侧的条形(slab)波导，在脊形波导和条形波导之间插入有凹槽部分。该波导层满足入射光的多模条件，并且传播通过脊形波导的光处于单模。通过在脊形波导的两侧设置有条形波导、而且在脊形波导和条形波导之间插入有凹槽部分的结构，可以实现一种光波导器件，该光波导器件即使是在多模条件下也可以有选择地激发单模光。因此，可以实现不会由于多模而性能退化的光波导器件。在本专利技术的光波导器件中，优选入射光的波长小于转换光的波长。因此，可以实现高效的波长转换元件。在本专利技术的光波导器件中，优选波导层由非线性光学晶体制成，而且转换光的波长是入射光波长的两倍。因此，可以实现高效的降频转换型光波导器件。在本专利技术的光波导器件中，优选波导层由非线性光学晶体制成，入射光包括多种光波长，泵浦光和入射光一样在那里入射，并且转换光是泵浦光和入射光之间的差频光。因此，可以实现作为利用差频光的波长转换元件的光波导器件。在本专利技术的光波导器件中，优选该脊形波导具有周期性畴反转结构。因此，可以实现高效的波长转换元件。在本专利技术的光波导器件中，优选畴反转结构具有两个区域，该两个区域具有不同的畴反转周期，该区域在光的传播方向上连续设置。该入射光包括多种光波长。此外，第一泵浦光与第二泵浦光和入射光一样入射。假设这两个区域中更接近于光的入射侧的区域是第一区域，而另一个区域是第二区域，在第一区域，入射光转换为与第一泵浦光相关的差频光，并且在第二区域，在第一区域转换的差频光被转换为与第二泵浦光相关的差频光。因此，可以提供一种光波导器件，其中在信号光的波长转换之后频率的大小关系不变。在本专利技术的光波导器件中，优选脊形波导的宽度比条形波导的宽度窄。因此，脊形波导的有效折射率小于条形波导的有效折射率，并且因此多模的被引导光吸收到条形波导。因此，可以有效地产生单模传播。在本专利技术的光波导器件中，优选波导层包括由非线性光学晶体制成的薄膜。因为包括薄膜晶体的波导结构在波导中不包含杂质，所以它可以提供低损耗、高非线性光学常数和对光学破坏有优良的抵抗力。因此，即使在需要引导大功率泵浦光的差频器件中也可以获得稳定的输出特性。在本专利技术的光波导器件中，优选薄膜粘接到光学基板。或者，优选薄膜直接连接到光学基板。在本专利技术的光波导器件中，优选层叠两层或更多覆盖层。由此，即使是在多模条件下，也可以实现具有宽的允许单模传播的波长范围的光波导器件。在本专利技术的光波导器件中，优选覆盖层中与脊形波导接触的覆盖层的折射率高于其它覆盖层的折射率。此外，优选与脊形波导接触的覆盖层包括含Nb的氧化物。在本专利技术的光波导器件中，优选波导层在深度方向上具有步进分布的折射率。由此，可以实现允许单模光的选择性激发的光波导器件。本专利技术的光波导激光器包括光源；和根据任何一种上述结构的光波导器件。在这个光波导激光器中，光波导器件的波导层包括激光介质。由此，可以实现高效和稳定的光波导激光器。优选波导层包括选自Er、Nd、Pr和Tu构成的组中的至少一种。本专利技术的光学装置包括根据任何一种上述结构的光波导器件。由此，可以实现允许高速运转的光学装置。附图说明图1是示出根据实施例1的光波导器件结构的透视图；图2A示意性示出根据实施例1的光波导器件的入射端面处零阶模式中的电场分布；图2B示意性示出根据实施例1的光波导器件的入射端面处一阶模式中的电场分布； 图2C示意性示出根据实施例1的光波导器件的入射端面处二阶模式中的电场分布；图3A是示出具有双层覆盖层结构的光波导器件结构的透视图；图3B示出具有双层覆盖层结构的光波导器件的入射端面；图4A是示出根据实施例3的光波导器件的结构的透视图；图4B示出在根据实施例3的光波导器件中信号光和差频光的频率与它们的强度之间的关系；图5A是示出根据实施例3的另一种光波导器件的结构的透视图；图5B示出在根据实施例3的另一种光波导器件中信号光和差频光的频率与它们的强度之间的关系；图6A是示出根据实施例3的再另一种光波导器件的结构的透视图；图6B是示出根据实施例3的另一种光波导器件的结构的透视图；图7A示出在本专利技术一个实施例的光波导器件和光纤之间耦合功率特性和耦合失配的曲线关系；图7B示出在常规的多模嵌入式光波导器件和光纤之间耦合功率特性和耦合失配的曲线关系；图8是示出根据本专利技术一个实施例的光波导激光器的结构的透视图；图9示意性示出根据实施例4的光波导装置的结构；图10示意性示出常规光波导器件的结构。最佳实施方式首先，下面将说明光波导的横模中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：水内公典，山本和久，今枝美能留，川口龙生，吉野隆史，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：
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