光導波路では,光をその波長程度のサイズの導波層に閉じ込めて伝搬させることができるので,高い光パワー密度と長い相互作用長とを両立させることができ,これを生かして高い変換効率を実現できる.また,異方性媒質を使用してもウォークオフが生じないことも重要な利点である.

8・3・1 導波路における位相整合

光導波路中の光は,特定の伝搬定数を有する固有モードとして伝搬し,その伝搬定数は導淡路のサイズに依存して変化する.このことを利用して位相整合を達成することが可能で,バルク結晶の場合と比較して格段に位相整合の自由度を拡大することができる.これによって,バルク結晶では満足に利用できないd成分(d33などの対角成分や,複屈折の関係で位相整合不可能な成分)が利用可能となる.

導波路におけるSHGの位相整合条件は,

式8・42

と表される.βω,βはそれぞれ基本波,第二高調波の伝搬定数である.これを実効屈折率を用いて表すと,

式8・43

となる.ここで,nerrωωλ/2π,nerrωλ/4πは基本波,第二高調波の実効屈折率である.

3層スラブ導波路におけるモード分散曲線と位相整合の例を図8・9に示す(簡単のためにTEモードのみを示した).第二高調波導波モードを利用する導波ー導波型のモード位相整合が白四角で示したガイド層厚で可能である.また,A=λ/2(nerr-nerrω)の周期で非線形光学定数の符号を反転させることで第二高調波導波モードへの擬似位相整合(QPM)が達成できる.さらに,第二高調波放射モードを利用すれば,黒矢印で示したガイド層厚の範囲でチェレンコフ放射型位相整合が可能となる.

図8・9

8・3・2 モード位相整合

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