緑色の高出力コヒーレント光源として広い用途が期待できる導波路型第二高調波 発生の高出力化、ならびにその半導体レーザ基本波光源に関する研究を行い、以下の 成果を得た。
最初に成果の概要を以下に示す。
1.
チャンネル導波路型ＳＨＧ素子の基本横モードを励振しやすい構成を提案し、第 二高調波出力 360 ｍＷ、変換効率 38％が得られることを示した。2.
Ｙカット酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムをコアとするプレーナ導波路型 ＳＨＧ素子を提案し、導波路損失を 2 ｍ－１に改善でき、第二高調波出力 1.6 Ｗ、変 換効率 40％が得られることを示した。3.
砒化インジウムガリウム単一歪量子井戸を備えたプレーナ構造のテーパ型光増幅 器を、バイコニカルマイクロレンズで像変換したシード光でビーム制御する方法を提 案し、波長 1064 ｎｍ、光出力 5.5 Ｗ、ビーム品質 1.5 が得られることを示した。ま た、テーパ型光増幅器とプレーナ導波路型ＳＨＧ素子を 4 枚のシリンドリカルレンズ で光学結合した実験から、結合効率に見合った第二高調波出力が得られ、両デバイス が計算どおりに動作していることを確認した。次に、成果の詳細について以下に示す。
1.
チャンネル導波路型ＳＨＧ素子の導波路の端面を光軸と垂直にして、モード整合 したガウスビームでと導波路の基本横モードのみを励振する方法で、高次モードや漏 洩モードの発生を低減し、第二高調波出力 360 ｍＷ、波長変換効率 38％という実験 値を得ることができた。一方、導波路側面の±Ｚ面のエッチング速度の差による凸凹 で 66 ｍ－１という大きな導波路損失が発生することが明らかになった。2.
Ｙカットの酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムを使用したコア厚 3 μｍのプレーナ導波路とすることで、表面に凹凸の無い導波路を作製し、導波路損失 が 2 ｍ－1に改善できた。この素子による第二高調波発生実験で、基本波入力 4 Ｗに 対し第二高調波出力 1.6 Ｗ、波長変換効率 40％という値が得られ、導波路型第二高 調波発生素子の高出力化研究を大幅に進めることができた。
3.
プレーナ導波路型ＳＨＧ素子の半導体レーザ基本波光源として、テーパ型半導体 光増幅器をバイコニカルマイクロレンズで像変換したシード光でビーム制御する ＭＯＰＡを提案した。有機金属化学気相成長法により、砒化インジウムガリウム単一 歪量子井戸構造、閉じ込め率 1.2％、長さ 3 ｍｍのテーパ型光増幅器を作製し、バイ コニカルマイクロレンズで像変換したシード光でビーム制御することで、動作電流 9 Ａにおいて光出力 5.5 Ｗ、ビーム品質 1.5 が得られた。また､この光出力の 85％が 回折限界光であることから、プレーナ導波路型ＳＨＧ素子の基本波光源として十分な 性能をもつことを示すことができた。また、テーパ型光増幅器とプレーナ導波路型ＳＨＧ素子を 4 枚のシリンドリカルレ ンズで光学結合して第二高調波発生実験を行った結果、結合効率 20％に見合った第二 高調波出力が得られ、テーパ型光増幅器とプレーナ導波路型ＳＨＧ素子が計算どおり に動作することを実証できた。
謝辞
本研究をまとめるに当たり、終始親切な御指導、御鞭撻を賜りました電気通信大学 教授木村忠正博士に心より感謝の意を表します。また、本論文を纏めるに際し、有益 な御助言を頂きました電気通信大学准教授一色秀夫博士に深く感謝いたします。
ご多忙中にも関わらず、審査をお引き受け頂きました電気通信大学教授渡辺昌良博 士、准教授上野芳康博士、准教授西岡一博士には、熱心な御討論と貴重な御意見、御 指導を賜りました。ここに深く感謝致します。
本研究をまとめる機会を与えて下さいました三菱電機株式会社情報技術総合研究 所長西井龍五博士に深謝いたします。
本研究の機会を与えて頂くとともに、御指導、御鞭撻を頂きました三菱電機株式会 社情報技術総合研究所 光･電波部門統括千葉勇博士に深謝いたします。
本研究の遂行にあたり、御鞭撻、御助言を頂きました菱電湘南エレクトロニクス株 式会社技師長和高修三博士、秋田県立大学教授磯田陽次博士に深謝いたします。また、
本研究の遂行を始め、長年の御指導、御鞭撻を頂きました高周波光デバイス製作所主 管技師長山下純一郎氏に深謝いたします。
本研究の機会を与え、御指導を頂きました三菱電機株式会社情報技術総合研究所 光･マイクロ波回路技術部長宮崎守泰博士、次長平野嘉仁博士に感謝いたします。
本論文の実験および試作に協力頂きました情報技術総合研究所 板倉成孝氏、高周 波光デバイス製作所 八木哲哉博士、金子進一博士、高木晋一氏、根岸将人氏、柴田 公孝氏、花巻吉彦博士、島田尚之博士、鎌倉製作所 今城正雄氏、小矢田康晴氏、河 野実氏、近藤洋介氏、生産技術センター 福田圭一氏、ならびに伊東秀幸氏に感謝致 します。
合わせて、本論文の試作に協力頂きました日本ガイシ（株）吉野隆史氏、山口省一 郎氏、並木精密宝石（株）、日本真空光学（株）、日立マクセル（株）に、この場を借 りて感謝致します。
また、校正を手伝って頂きました高橋希さんに感謝致します。
公聴会を始めとして、各種発表会や手続きに際して、木村・一色研究室の方々には お世話になりました。この場を借りて感謝致します。
関連論文の印刷公表の方法及び時期
（ａ）論文
［１］全著者名 K. Sakai, H. Aruga, S. Takagi, M. Kawano, M. Negishi, Y. Kondoh, and S. Kaneko
論文題目「1.3-µm uncooled DFB laser-diode module with a coupled differential feed for 10-Gb/s Ethernet applications」
IEEE J. Lightwave Technol., vol. 22, no. 2, pp. 574-581, 2004.
（本文第 4 章に関連）
［２］全著者名 K. Sakai, Y. Koyata, Y. Hirano
論文題目「Planar-waveguide quasi-phase-matched
second-harmonic-generation device in Y-cut MgO-doped LiNbO3」
OSA Opt. Lett., vol. 31, no. 21, pp. 3134-3136, 2006.
（本文第 3 章に関連）
［３］全著者名 K. Sakai, Y. Koyata, Y. Hirano
論文題目「Blue light generation in a ridge waveguide MgO:LiNbO3 crystal pumped by a fiber Bragg grating stabilized laser diode」
OSA Opt. Lett., vol. 32, no. 16, pp. 2342-2346, 2007.
（本文第 2 章に関連）
［４］全著者名 K. Sakai, Y. Koyata, N. Shimada, K. Shibata, Y. Hanamaki, S. Itakura, T. Yagi, and Y. Hirano
論文題目「Master-oscillator power-amplifier scheme for efficient green-light generation in a planar MgO:PPLN waveguide」
Opt. Lett., vol. 33, no. 5, pp. 431-433, 2008.
（本文第 4 章に関連）
［５］全著者名 K. Sakai, N. Shimada, K. Shibata, Y. Hanamaki, S. Itakura, M. Imaki, T. Yagi, and Y. Hirano
論文題目「High-power 1.06-µm near-diffraction-limited planar tapered amplifier injected with seed light through a fiber biconical microlens」
IEEE J. Lightwave Technol., vol. 26, no. 6, pp. 710-719, 2008.
（本文第 4 章に関連）
［６］全著者名 K. Sakai, Y. Koyata, S. Itakura, and Y. Hirano
論文題目「High-power, highly efficient second harmonic generation in a periodically poled MgO:LiNbO3 planar waveguide」
IEEE J. Lightwave Technol., 採録決定済み, vol. 27, 2009.
（本文第 3 章に関連）
（ｂ）国際学会
［１］ 全著者名 K. Sakai, H. Aruga, S. Takagi, M. Kawano, M. Negishi, Y. Kondoh, S. Kaneko
論文題目「A coaxial DFB laser-diode module with a differen tial feed for 10-Gb/s Ethernet applications」
Optical Fiber Communication Conference, Technical Digest (Optical Society of America, 2003), paper FG3.
（本文第 4 章に関連）
［２］ 全著者名 K. Sakai, M. Kawano, H. Aruga, S. Takagi, M. Kawano, M. Negishi, Y. Kondoh, S. Kaneko 論文題目「Catadioptric system with an offset parabolic mir
ror and a spherical lens for 10-Gb/s coaxial rec eiver module」
29th European Conference on Optical Communication and 14th International Conference on Integrated Optics and Optical Fibre Communication (ECOC-IOOC 2003), Proceedings (Associa zione Elettrotecnica ed Elettronica Italiana, 2003), paper WE4.
（本文第 4 章に関連）
［３］ 全著者名 Y. Koyata, K. Sakai, Y. Hirano
論文題目「Planar-waveguide quasi-phase matched wecond-harmo nic generation Device in Y-Cut MgO-Doped LiNbO3」 Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronic s and Laser Science Conference and Photonic Applications S ystems Technologies, Technical Digest (Optical Society of America, 2006), paper CMK2.
（本文第 3 章に関連）
（ｃ）国内学会・研究会
z 研究会
［１］ 全著者名 酒井清秀、八田竜夫、澤井章能、永瀬徹、田島実、
岡田規男、久保和夫、有賀博、高野自平、財前志保、
河野実、比嘉盛雄、本島邦明
論文題目「短距離通信用40Gbpsトランスポンダー」
信学技報、EMD2004-34/CPM2004-60/OPE2004-117/LQE2004-32巻、
19～23頁（2004）．
（本文第 4 章に関連）
［２］ 全著者名 酒井清秀、島田尚往、柴田公隆、花巻吉彦、
今城正雄、八木哲哉、平野嘉仁
論文題目「テーパ型レーザ増幅器と光ファイバ回折格子制御レ ーザによるハイブリッド・MOPAの1064nm高出力動作」
信学技報、LQE2006-15巻、69～73頁（2006）.
（本文第 4 章に関連）
［３］ 全著者名 酒井清秀、小矢田康晴、板倉成孝、平野嘉仁 論文題目「プレーナ導波路型PPMgLNによる二次高調波発生の高
出力・高効率化」
信学技報、EMD2007-53/CPM2007-74/OPE2007-91/LQE2007-54巻、
127～132頁（2007）.
（本文第 3 章に関連）
［４］ 全著者名 酒井清秀、島田尚往、柴田公隆、花巻吉彦、
板倉成孝、八木哲哉、平野嘉仁
論文題目「高出力擬似回折限界テーパ型光増幅器」
電気学会技報、OQD-07-53巻、1～6頁（2007）.
（本文第 4 章に関連）
z 国内学会
［１］全著者名 小矢田康晴、酒井清秀、平野嘉仁
講演題目「プレーナ導波路型 PPMgLN による高出力第 2 高調波発生」
第 53 回（2006 年春季）応用物理学関係連合講演会、25p-Y-1．
（本文第 3 章に関連）
［２］全著者名 酒井清秀、島田尚往、柴田公孝、花巻吉彦、板倉成孝、
八木哲哉、平野嘉仁
講演題目「「高出力擬似回折限界テーパ型レーザ増幅器」
第 67 回（2006 年秋季）応用物理学会学術講演会、29a-ZT-2．
（本文第 4 章に関連）
［３］全著者名 小矢田康晴、酒井清秀、平野嘉仁
講演題目「プレーナ導波路型 PPMgLN による第 2 高調波発生の高出力・
高効率化」
第 67 回（2006 年秋季）応用物理学会学術講演会、30p-ZX-14．
（本文第 3 章に関連）
［４］全著者名 酒井清秀、小矢田康晴、平野嘉仁
講演題目「プレーナ導波路型 PPMgLN による第 2 高調波発生の高出 力・高効率化」
第 54 回（2007 年春季）応用物理学会関係連合講演会、29p-ZS-13．
（本文第 3 章に関連）
［５］全著者名 酒井清秀、島田尚往、柴田公孝、花巻吉彦、板倉成孝、
八木哲哉、平野嘉仁
講演題目「高出力擬似回折限界テーパ型レーザ増幅器」
電子情報通信学会 2007 年総合大会、C-4-9．
（本文第 4 章に関連）