JP3264080B2 - 短波長光発生装置 - Google Patents
短波長光発生装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理分野や光応
用計測制御分野において使用する短波長光発生装置に関
するものである。
用計測制御分野において使用する短波長光発生装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体材料からなる波長変換素子とし
て、LiTaO3を基板とする分極反転構造を有する導波路型
波長変換素子を従来例として挙げる。図５にLiTaO3結晶
を基板とした周期的な分極反転領域をもつ導波路型波長
変換素子の構成図を示す。以下0.87μｍの波長の基本波
に対する高調波発生（波長0.435μｍ）について図６を
用いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and
T.Taniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732
ページ, 1991年６月号、参照）図５に示されるようにLi
TaO3基板５に光導波路６が形成され、さらに光導波路６
には周期的に分極の反転した領域（分極反転領域７）が
形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝
播定数の不整合を分極反転領域７および非分極反転領域
の周期構造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を
出すことができる。光導波路６の入射端面１９に基本波
Ｐ１を入射すると、光導波路６の出射端面２０から高調
波Ｐ２が効率良く発生され、波長変換素子として動作す
る。
て、LiTaO3を基板とする分極反転構造を有する導波路型
波長変換素子を従来例として挙げる。図５にLiTaO3結晶
を基板とした周期的な分極反転領域をもつ導波路型波長
変換素子の構成図を示す。以下0.87μｍの波長の基本波
に対する高調波発生（波長0.435μｍ）について図６を
用いて詳しく述べる。（K.Mizuuchi, K.Yamamoto and
T.Taniuchi, Applied Physics Letters, Vol 58, 2732
ページ, 1991年６月号、参照）図５に示されるようにLi
TaO3基板５に光導波路６が形成され、さらに光導波路６
には周期的に分極の反転した領域（分極反転領域７）が
形成されている。基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝
播定数の不整合を分極反転領域７および非分極反転領域
の周期構造で補償することにより高効率に高調波Ｐ２を
出すことができる。光導波路６の入射端面１９に基本波
Ｐ１を入射すると、光導波路６の出射端面２０から高調
波Ｐ２が効率良く発生され、波長変換素子として動作す
る。
【０００３】この素子の製造方法について説明する。ま
ずLiTaO3基板５に通常のフォトプロセスとドライエッチ
ングを用いてＴａを周期状（周期4.0μm）にパターニン
グする。次にＴａパターンが形成されたLiTaO3基板５に
260℃、30分間プロトン交換を行いＴａで覆われていな
いスリット直下に厚み0.8μｍのプロトン交換層を形成
する。次に590℃の温度で10分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは10℃／分、冷却レートは50℃／分である。
これにより分極反転領域７が形成される。プロトン交換
層直下はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するた
め部分的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：Ｈ
ＮＦ3の１：１混合液にて2分間エッチングしＴａを除去
する。さらに上記分極反転層領域７にプロトン交換を用
いて光導波路６を形成する。光導波路用マスクとしてＴ
ａをストライプ状にパターニングを行うことでＴａマス
クに幅4.0μｍ、長さ12ｍｍのスリットを形成する。こ
のＴａマスクで覆われた基板７０１に２６０℃、１６分
間プロトン交換を行い0.5μｍの高屈折率層を形成す
る。Ｔａマスクを除去した後380℃で10分間熱処理を行
う。プロトン交換された保護マスクのスリット直下の領
域は屈折率が0.02程度上昇した光導波路６となる。
ずLiTaO3基板５に通常のフォトプロセスとドライエッチ
ングを用いてＴａを周期状（周期4.0μm）にパターニン
グする。次にＴａパターンが形成されたLiTaO3基板５に
260℃、30分間プロトン交換を行いＴａで覆われていな
いスリット直下に厚み0.8μｍのプロトン交換層を形成
する。次に590℃の温度で10分間熱処理する。熱処理の
上昇レートは10℃／分、冷却レートは50℃／分である。
これにより分極反転領域７が形成される。プロトン交換
層直下はＬｉが減少しておりキュリー温度が低下するた
め部分的に分極反転を行うことができる。次にＨＦ：Ｈ
ＮＦ3の１：１混合液にて2分間エッチングしＴａを除去
する。さらに上記分極反転層領域７にプロトン交換を用
いて光導波路６を形成する。光導波路用マスクとしてＴ
ａをストライプ状にパターニングを行うことでＴａマス
クに幅4.0μｍ、長さ12ｍｍのスリットを形成する。こ
のＴａマスクで覆われた基板７０１に２６０℃、１６分
間プロトン交換を行い0.5μｍの高屈折率層を形成す
る。Ｔａマスクを除去した後380℃で10分間熱処理を行
う。プロトン交換された保護マスクのスリット直下の領
域は屈折率が0.02程度上昇した光導波路６となる。
【０００４】この波長変換素子を用いた短波長光発生装
置について説明する。図６において１は0.87μm帯の140
mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメート
レンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシング
レンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導
体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーテ
ィングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的
に分極反転領域７が形成されている。コリメートレンズ
２で平行になったレーザー光は、λ／２板３で偏向方向
を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波
路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分
極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の
出射端面より出射される。光導波路６から出射した光は
コリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９
を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミ
ラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反
射になるように設計されている。グレーティング１０は
波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路
６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半
導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整
合波長である870nmに固定されるように、グレーティン
グ１０の角度は設定される。半導体レーザー１の光導波
路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200
％／Ｗ）のブルー光が得られ、波長選択ミラー９により
基本波と分離して取り出された。また、基本波にTi:Sap
phireレーザーを用いて、光導波路６内への入射光強度1
00mWに対し、20mWのブルー光が得られた。
置について説明する。図６において１は0.87μm帯の140
mW級AlGaAs半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメート
レンズ、３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシング
レンズ、８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導
体レーザーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーテ
ィングである。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的
に分極反転領域７が形成されている。コリメートレンズ
２で平行になったレーザー光は、λ／２板３で偏向方向
を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波
路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分
極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の
出射端面より出射される。光導波路６から出射した光は
コリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９
を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミ
ラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反
射になるように設計されている。グレーティング１０は
波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路
６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半
導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整
合波長である870nmに固定されるように、グレーティン
グ１０の角度は設定される。半導体レーザー１の光導波
路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200
％／Ｗ）のブルー光が得られ、波長選択ミラー９により
基本波と分離して取り出された。また、基本波にTi:Sap
phireレーザーを用いて、光導波路６内への入射光強度1
00mWに対し、20mWのブルー光が得られた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】波長変換材料の基板で
ある非線形光学結晶がＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）やＫxＲｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝Ｐま
たはＡｓ）等の他の強誘電体結晶である場合、高出力の
高調波に対して光誘起屈折率変化（光損傷）を生じる。
光誘起屈折率変化とは、光の照射によりトラップ状態に
あった電子が励起され、新しく空間電荷電界が生じ、電
気光学効果により局所的に屈折率変化が生じるというも
のである。光損傷は短波長領域で生じ易く、光の強度が
高いほど大きな屈折率低下が生じる。光導波路内の屈折
率が変化すると分極反転領域の周期が変化するため、位
相整合波長のシフトが1nm程度生じた。位相整合波長が
シフトすると、グレーティングにより半導体レーザーの
波長を再び位相整合波長に可変する必要がある。また、
入射パワーを高くし20ｍＷ以上の高調波光が得られる場
合には、光導波路の入射部と出射部での分極反転領域の
周期がことなるため、時間とともに位相整合波長の許容
度が広がり変換効率が低下し、得られる出力も不安定に
なる。
ある非線形光学結晶がＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）やＫxＲｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝Ｐま
たはＡｓ）等の他の強誘電体結晶である場合、高出力の
高調波に対して光誘起屈折率変化（光損傷）を生じる。
光誘起屈折率変化とは、光の照射によりトラップ状態に
あった電子が励起され、新しく空間電荷電界が生じ、電
気光学効果により局所的に屈折率変化が生じるというも
のである。光損傷は短波長領域で生じ易く、光の強度が
高いほど大きな屈折率低下が生じる。光導波路内の屈折
率が変化すると分極反転領域の周期が変化するため、位
相整合波長のシフトが1nm程度生じた。位相整合波長が
シフトすると、グレーティングにより半導体レーザーの
波長を再び位相整合波長に可変する必要がある。また、
入射パワーを高くし20ｍＷ以上の高調波光が得られる場
合には、光導波路の入射部と出射部での分極反転領域の
周期がことなるため、時間とともに位相整合波長の許容
度が広がり変換効率が低下し、得られる出力も不安定に
なる。
【０００６】ＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）やＫx
Ｒｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）
結晶は、非線形光学定数が大きく、また分極反転構造を
有する波長変換素子の場合、変換効率が高いので、得ら
れる短波長光の出力も大きく、そのため光誘起屈折率変
化の効果も大きく現れる。
Ｒｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）
結晶は、非線形光学定数が大きく、また分極反転構造を
有する波長変換素子の場合、変換効率が高いので、得ら
れる短波長光の出力も大きく、そのため光誘起屈折率変
化の効果も大きく現れる。
【０００７】高調波光を安定に得るためには、基板であ
る非線形結晶の耐光損傷性を向上させる必要があり、耐
光損傷性を向上させるためには、結晶内部の電子の移動
度を高め、発生した空間電荷電界をキャンセルすること
が重要である。
る非線形結晶の耐光損傷性を向上させる必要があり、耐
光損傷性を向上させるためには、結晶内部の電子の移動
度を高め、発生した空間電荷電界をキャンセルすること
が重要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため光波長変換素子に新たな工夫を加えること
により電子の移動度を高め耐光損傷性の向上し、安定な
出力の短波長光を提供するものである。
解決するため光波長変換素子に新たな工夫を加えること
により電子の移動度を高め耐光損傷性の向上し、安定な
出力の短波長光を提供するものである。
【０００９】つまり本発明は、 （１）半導体レーザと導波路型波長変換素子を有し、前
記導波路型波長変換素 子の導波路出射端面に反射膜が付
加され、前記導波路型波長変換素子で波長変換された高
調波光が前記導波路型波長変換素子の出射端面で反射
し、前記出射端面で反射した前記高調波光が前記導波路
型波長変換素子を再度伝播していることにより、空間電
荷電界が補償され、電荷分布が均一になり、前記導波路
型波長変換素子の導波路内の屈折率が光の伝搬方向に対
して一定にすることで、安定な短波長光発生装置を提供
するものである。
記導波路型波長変換素 子の導波路出射端面に反射膜が付
加され、前記導波路型波長変換素子で波長変換された高
調波光が前記導波路型波長変換素子の出射端面で反射
し、前記出射端面で反射した前記高調波光が前記導波路
型波長変換素子を再度伝播していることにより、空間電
荷電界が補償され、電荷分布が均一になり、前記導波路
型波長変換素子の導波路内の屈折率が光の伝搬方向に対
して一定にすることで、安定な短波長光発生装置を提供
するものである。
【００１０】
【作用】本発明の光波長変換素子は、短波長光によって
発生する電子の空間電荷分布を、短波長光の照射により
基板内の電子の移動度を高めることでキャンセルし、耐
光損傷性を向上しようとするもので、安定な高出力短波
調光の発生装置を実現するものである。
発生する電子の空間電荷分布を、短波長光の照射により
基板内の電子の移動度を高めることでキャンセルし、耐
光損傷性を向上しようとするもので、安定な高出力短波
調光の発生装置を実現するものである。
【００１１】
【実施例】本発明の参考例１では波長変換素子にピーク
波長が550nm以下の光が照射され、耐光損傷性の向上が
なされた短波長光発生装置について、図１を用いて説明
する。本参考例１では、波長変換素子として、強誘電体
材料LiTaO3基板上に形成された周期的な分極反転領域を
有する分極反転型導波路素子を用いた。分極反転領域及
び光導波路の形成方法は従来例と同様である。
波長が550nm以下の光が照射され、耐光損傷性の向上が
なされた短波長光発生装置について、図１を用いて説明
する。本参考例１では、波長変換素子として、強誘電体
材料LiTaO3基板上に形成された周期的な分極反転領域を
有する分極反転型導波路素子を用いた。分極反転領域及
び光導波路の形成方法は従来例と同様である。
【００１２】図１において１は0.87μm帯の140mW級AlGa
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。紫外線ランプ１１（波長23
0〜500nm）は波長変換素子の耐光損傷性向上のために、
波長変換素子上に取り付けられている。コリメートレン
ズ２で平行光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向
方向を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型
導波路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μm
の分極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路
６の出射端面より出射される。光導波路６から出射した
光はコリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラ
ー９を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選
択ミラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して
高反射になるように、設計されている。グレーティング
１０は波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光
導波路６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還
し、半導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の
位相整合波長である870nmに固定されるように、グレー
ティング１０の角度は設定される。半導体レーザー１の
光導波路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効
率：200％／Ｗ）のブルー光が得られた。また、Ti:Sapp
hireレーザーを用いて、100mWの入射光強度に対して20m
Wのブルー出力が得られた。LiTaO3結晶は非線形光学定
数が大きく、さらに周期的な分極反転領域を有する波長
変換素子では変換効率も大きく、得られるブルー光も大
きいため、光誘起屈折率変化の効果も大きく現れる。
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。紫外線ランプ１１（波長23
0〜500nm）は波長変換素子の耐光損傷性向上のために、
波長変換素子上に取り付けられている。コリメートレン
ズ２で平行光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向
方向を回転され、フォーカシングレンズ４で分極反転型
導波路素子の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μm
の分極反転領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路
６の出射端面より出射される。光導波路６から出射した
光はコリメートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラ
ー９を通過し、グレーティング１０に導かれる。波長選
択ミラー９は基本波に対し無反射、また高調波に対して
高反射になるように、設計されている。グレーティング
１０は波長分散効果を持っていて、波長870nmの光が光
導波路６に再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還
し、半導体レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の
位相整合波長である870nmに固定されるように、グレー
ティング１０の角度は設定される。半導体レーザー１の
光導波路６内への入射光強度40mWに対し3.2mW（変換効
率：200％／Ｗ）のブルー光が得られた。また、Ti:Sapp
hireレーザーを用いて、100mWの入射光強度に対して20m
Wのブルー出力が得られた。LiTaO3結晶は非線形光学定
数が大きく、さらに周期的な分極反転領域を有する波長
変換素子では変換効率も大きく、得られるブルー光も大
きいため、光誘起屈折率変化の効果も大きく現れる。
【００１３】従来例では、光導波路６内への入射光強度
40mWに対し、位相整合波長が1nmシフトした。（入射光
強度が1mWの時には、位相整合波長が869nmであったが、
40mW入射時では870nmであった。）また、入射光強度を1
00mWにした時、20mWのブルー光が得られたが、ブルー発
生３分後には得られるブルー出力が12mWまで低下した。
40mWに対し、位相整合波長が1nmシフトした。（入射光
強度が1mWの時には、位相整合波長が869nmであったが、
40mW入射時では870nmであった。）また、入射光強度を1
00mWにした時、20mWのブルー光が得られたが、ブルー発
生３分後には得られるブルー出力が12mWまで低下した。
【００１４】本参考例１では、紫外線ランプ１１が波長
変換素子上に取り付けられ、光導波路６内およびLiTaO3
基板５内での電子の移動度を向上させているので、位相
整合波長シフト量が0.5nmまで低減した。また、100mWの
基本波入射光強度に対し15mWのブルー出力が長時間にわ
たって安定に得られた。本実施例で用いられた紫外線ラ
ンプ１１の強度は、10W/cm2であった。
変換素子上に取り付けられ、光導波路６内およびLiTaO3
基板５内での電子の移動度を向上させているので、位相
整合波長シフト量が0.5nmまで低減した。また、100mWの
基本波入射光強度に対し15mWのブルー出力が長時間にわ
たって安定に得られた。本実施例で用いられた紫外線ラ
ンプ１１の強度は、10W/cm2であった。
【００１５】紫外線ランプ１１の代わりに可視光領域
（ブルー、グリーン領域）のランプを使用しても耐光損
傷性の改善が得られた。しかしながら、波長550nmより
長波のランプを照射しても、耐光損傷性の改善は見られ
なかった。
（ブルー、グリーン領域）のランプを使用しても耐光損
傷性の改善が得られた。しかしながら、波長550nmより
長波のランプを照射しても、耐光損傷性の改善は見られ
なかった。
【００１６】また、本参考例１では波長変換素子の上部
に紫外線ランプ１１が取り付けられたが、波長変換素子
の下部及び周辺部に取り付けても同様の効果が得られ
た。
に紫外線ランプ１１が取り付けられたが、波長変換素子
の下部及び周辺部に取り付けても同様の効果が得られ
た。
【００１７】また、本参考例１では分極反転領域の周期
が4.0μmの波長変換素子であり、基本波の波長が870nm
の時、位相整合が起こり、435nmのブルー出力が得られ
たが、分極反転領域の周期を3.0μm程度にすることで、
位相整合波長が800nmになり、得られる高調波も400nmと
紫外の領域となる。この場合、光損傷による屈折率変化
量も大きくなり、耐光損傷性の向上がさらに重要とな
る。波長800nmの基本波入射光強度40mWに対して、3mWの
高調波出力が得られた。紫外線ランプの照射１１がない
場合、位相整合波長のシフト量は2nm程度あったが、紫
外線ランプの照射により、0.6nm程度まで改善された。
が4.0μmの波長変換素子であり、基本波の波長が870nm
の時、位相整合が起こり、435nmのブルー出力が得られ
たが、分極反転領域の周期を3.0μm程度にすることで、
位相整合波長が800nmになり、得られる高調波も400nmと
紫外の領域となる。この場合、光損傷による屈折率変化
量も大きくなり、耐光損傷性の向上がさらに重要とな
る。波長800nmの基本波入射光強度40mWに対して、3mWの
高調波出力が得られた。紫外線ランプの照射１１がない
場合、位相整合波長のシフト量は2nm程度あったが、紫
外線ランプの照射により、0.6nm程度まで改善された。
【００１８】本参考例２では、紫外線ランプの代わりに
GaN青色発光ダイオード（ピーク波長480nm）が用いられ
た。発光ダイオード（ＬＥＤ）１２の出力強度は約1mW
である。紫外線ランプに比べると出力強度が小さいが、
集光性は高い。そのため、シリンドリカルレンズ１３で
光導波路６上に集光している。入射光強度40mWに対し3.
2mWのブルー出力が得られた時、位相整合波長のシフト
量は約0.3nmであり、耐光損傷性は大幅に向上した。さ
らに、集光性を高め光導波路６上での光密度を高めるこ
とで、耐光損傷性の改善が見られた。
GaN青色発光ダイオード（ピーク波長480nm）が用いられ
た。発光ダイオード（ＬＥＤ）１２の出力強度は約1mW
である。紫外線ランプに比べると出力強度が小さいが、
集光性は高い。そのため、シリンドリカルレンズ１３で
光導波路６上に集光している。入射光強度40mWに対し3.
2mWのブルー出力が得られた時、位相整合波長のシフト
量は約0.3nmであり、耐光損傷性は大幅に向上した。さ
らに、集光性を高め光導波路６上での光密度を高めるこ
とで、耐光損傷性の改善が見られた。
【００１９】また、分極反転領域７の周期が3.0μmの波
長変換素子においても、位相整合波長のシフト量を0.4n
mまで低減することができた。
長変換素子においても、位相整合波長のシフト量を0.4n
mまで低減することができた。
【００２０】また、GaP緑色発光ダイオードを用いて
も、効果はGaN発光ダイオードより小さいが耐光損傷性
は向上した。しかしながら、InGaAlP系の赤色や黄色の
ＬＥＤを照射しても耐光損傷性の改善は見られなかっ
た。
も、効果はGaN発光ダイオードより小さいが耐光損傷性
は向上した。しかしながら、InGaAlP系の赤色や黄色の
ＬＥＤを照射しても耐光損傷性の改善は見られなかっ
た。
【００２１】ＬＥＤの波長としては、380〜450nmが特に
望ましい。またＬＥＤは紫外線ランプよりも低コストで
あり、実用的なデバイスが実現できる。
望ましい。またＬＥＤは紫外線ランプよりも低コストで
あり、実用的なデバイスが実現できる。
【００２２】本参考例３では、分極反転型導波路素子の
光導波路に耐光損傷性を向上させるために、青色半導体
レーザーを同時に伝ぱんさせた短波長光発生装置につい
て説明する。
光導波路に耐光損傷性を向上させるために、青色半導体
レーザーを同時に伝ぱんさせた短波長光発生装置につい
て説明する。
【００２３】図３において１は0.8μm帯の100mW級AlGaA
s半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して置されたグレーティングであ
る。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反転
領域７が形成されている。また、１４は波長480nmのZnS
e系の1mW級青色半導体レーザーであり、１５はコリメー
トレンズ、１６はλ／２板である。半導体レーザー１か
らのコリメートされた波長800nmの光と半導体レーザー
１４からの波長480nmの光は波長選択ミラー１７で合波
され、フォーカシングレンズ４で波長変換素子の光導波
路６に結合される。周期3.0μmの分極反転領域７をもつ
光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端面より出射さ
れる。光導波路６から出射した光はコリメートレンズ８
で平行光になり、波長選択ミラー９を通過し、グレーテ
ィング１０に導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対
し無反射、また高調波に対して高反射になるように、設
計されている。グレーティング１０は波長分散効果を持
っていて、波長800nmの光が光導波路６に再結合し、半
導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の
波長が分極反転型導波路素子の位相整合波長である800n
mに固定されるように、グレーティング１０の角度は設
定される。半導体レーザー１の光導波路６内への入射光
強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー
光が得られた。光導波路６内に結合した波長480nmの光
は100μW程度で、この時従来観測された位相整合波長の
シフトは0.1nm程度しか観測されなかった。
s半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して置されたグレーティングであ
る。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反転
領域７が形成されている。また、１４は波長480nmのZnS
e系の1mW級青色半導体レーザーであり、１５はコリメー
トレンズ、１６はλ／２板である。半導体レーザー１か
らのコリメートされた波長800nmの光と半導体レーザー
１４からの波長480nmの光は波長選択ミラー１７で合波
され、フォーカシングレンズ４で波長変換素子の光導波
路６に結合される。周期3.0μmの分極反転領域７をもつ
光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端面より出射さ
れる。光導波路６から出射した光はコリメートレンズ８
で平行光になり、波長選択ミラー９を通過し、グレーテ
ィング１０に導かれる。波長選択ミラー９は基本波に対
し無反射、また高調波に対して高反射になるように、設
計されている。グレーティング１０は波長分散効果を持
っていて、波長800nmの光が光導波路６に再結合し、半
導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体レーザー１の
波長が分極反転型導波路素子の位相整合波長である800n
mに固定されるように、グレーティング１０の角度は設
定される。半導体レーザー１の光導波路６内への入射光
強度40mWに対し3.2mW（変換効率：200％／Ｗ）のブルー
光が得られた。光導波路６内に結合した波長480nmの光
は100μW程度で、この時従来観測された位相整合波長の
シフトは0.1nm程度しか観測されなかった。
【００２４】（実施例） 本実施例は、参考例１〜３のように外部から光を照射し
たり、別の半導体レーザーを同時に伝播させることで、
耐光損傷性の向上を図るのではなく、本発明で ある波長
変換により得られた高調波光を再び光導波路に伝播させ
ることで、耐光損傷性の向上を行おうとするものであ
る。
たり、別の半導体レーザーを同時に伝播させることで、
耐光損傷性の向上を図るのではなく、本発明で ある波長
変換により得られた高調波光を再び光導波路に伝播させ
ることで、耐光損傷性の向上を行おうとするものであ
る。
【００２５】図４において１は0.87μm帯の140mW級AlGa
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。コリメートレンズ２で平行
光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向方向を回転
され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波路素子
の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分極反転
領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端
面より出射される。光導波路６から出射した光はコリメ
ートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９を通過
し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミラー９
は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反射にな
るように、設計されている。グレーティング１０は波長
分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路６に
再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体
レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整合波
長である870nmに固定されるように、グレーティング１
０の角度は設定される。周期的な分極反転領域７を有す
る光導波路６内で、基本波870nmの光は、波長435nmの光
に波長変換される。光導波路６の出射端面には高調波光
反射膜１８が形成されていて、波長変換された高調波43
5nmの光のうち20%の光が半導体レーザー１の方向へ再び
光導波路６を伝播する。半導体レーザー１の光導波路６
内への入射光強度40mWに対し2.5mWのブルー光が得られ
た。本実施例においても位相整合波長のシフトは0.2nm
程度しか観測されなかった。しかしながら、出射端面で
の高調波光の反射率を10%以下にすると、シフト量は0.6
nm程度まで多くなり、高調波光反射膜１８の反射率は20
%以上が望ましい。
As半導体レーザー、２はN.A.=0.5のコリメートレンズ、
３はλ／２板、４はN.A.=0.5のフォーカシングレンズ、
８はN.A.=0.6のコリメートレンズ、１０は半導体レーザ
ーの光軸に対して傾斜して設置されたグレーティングで
ある。LiTaO3基板５上には光導波路６と周期的に分極反
転領域７が形成されている。コリメートレンズ２で平行
光にされたレーザー光は、λ／２板３で偏向方向を回転
され、フォーカシングレンズ４で分極反転型導波路素子
の光導波路６の端面に集光され、周期4.0μmの分極反転
領域７をもつ光導波路６を伝播し、光導波路６の出射端
面より出射される。光導波路６から出射した光はコリメ
ートレンズ８で平行光になり、波長選択ミラー９を通過
し、グレーティング１０に導かれる。波長選択ミラー９
は基本波に対し無反射、また高調波に対して高反射にな
るように、設計されている。グレーティング１０は波長
分散効果を持っていて、波長870nmの光が光導波路６に
再結合し、半導体レーザー１の活性層に帰還し、半導体
レーザー１の波長が分極反転型導波路素子の位相整合波
長である870nmに固定されるように、グレーティング１
０の角度は設定される。周期的な分極反転領域７を有す
る光導波路６内で、基本波870nmの光は、波長435nmの光
に波長変換される。光導波路６の出射端面には高調波光
反射膜１８が形成されていて、波長変換された高調波43
5nmの光のうち20%の光が半導体レーザー１の方向へ再び
光導波路６を伝播する。半導体レーザー１の光導波路６
内への入射光強度40mWに対し2.5mWのブルー光が得られ
た。本実施例においても位相整合波長のシフトは0.2nm
程度しか観測されなかった。しかしながら、出射端面で
の高調波光の反射率を10%以下にすると、シフト量は0.6
nm程度まで多くなり、高調波光反射膜１８の反射率は20
%以上が望ましい。
【００２６】上記の反射率を１００％に設定し、光学系
の配置を変更し、以下のような構成により波長変換され
た高調波光を取り出す。波長選択ミラー９をコリメート
レンズ３とフォーカシングレンズ４の間に配置し、導波
路型波長変換素子の出射端面高調波光反射膜１８の反射
率を１００％に設定する。導波路内で波長変換され、得
られた高調波光は出射端面高調波光反射膜１８で反射
し、再び導波路を伝搬する。導波路の入射端面から出射
した光は、フォーカシングレンズ４により平行光に変換
され、コリメートレンズ３とフォーカシングレンズ４の
間に配置した波長選択ミラー９により反射し、出力光と
して得ることができる。このとき、位相整合波長のシフ
ト量は０．１ｎｍ以下となり、耐光損傷性の大幅な改善
が見られた。
の配置を変更し、以下のような構成により波長変換され
た高調波光を取り出す。波長選択ミラー９をコリメート
レンズ３とフォーカシングレンズ４の間に配置し、導波
路型波長変換素子の出射端面高調波光反射膜１８の反射
率を１００％に設定する。導波路内で波長変換され、得
られた高調波光は出射端面高調波光反射膜１８で反射
し、再び導波路を伝搬する。導波路の入射端面から出射
した光は、フォーカシングレンズ４により平行光に変換
され、コリメートレンズ３とフォーカシングレンズ４の
間に配置した波長選択ミラー９により反射し、出力光と
して得ることができる。このとき、位相整合波長のシフ
ト量は０．１ｎｍ以下となり、耐光損傷性の大幅な改善
が見られた。
【００２７】また、本実施例では出射端面での反射光を
耐光損傷性の向上に利用したが、出射端面での散乱光を
用いても同様の効果が得られる。
耐光損傷性の向上に利用したが、出射端面での散乱光を
用いても同様の効果が得られる。
【００２８】なお、参考例１〜３ではLiTaO3基板を用い
た周期的分極反転領域を有する導波路型波長変換素子に
ついて説明した。他の無機非線形光学結晶や有機非線形
光学結晶を基板として用いた波長変換素子においても同
様の効果が見られる。しかし、LiTaO3、LiNbO3やKTP(KT
iOPO4)のような非線形光学定数が大きく、波長変換素子
としての変換効率の大きな結晶では、得られる高調波光
出力も大きく、光誘起屈折率変化の効果も大きく現れる
ため、波長変換素子に波長550nm以下の光を照射し、耐
光損傷性の向上を行うとき、その効果は非常に大きい。
た周期的分極反転領域を有する導波路型波長変換素子に
ついて説明した。他の無機非線形光学結晶や有機非線形
光学結晶を基板として用いた波長変換素子においても同
様の効果が見られる。しかし、LiTaO3、LiNbO3やKTP(KT
iOPO4)のような非線形光学定数が大きく、波長変換素子
としての変換効率の大きな結晶では、得られる高調波光
出力も大きく、光誘起屈折率変化の効果も大きく現れる
ため、波長変換素子に波長550nm以下の光を照射し、耐
光損傷性の向上を行うとき、その効果は非常に大きい。
【００２９】また、参考例１〜３では波長変換素子とし
て導波路型を例に挙げて説明したが、半導体レーザーの
外部共振器型や半導体レーザー励起固体レーザーの内部
共振器型の共振器内部に挿入されたバルク型の波長変換
素子においても、波長550nm以下の光を照射することで
耐光損傷性の向上を図ることができる。しかしながら、
導波路型波長変換素子では光の伝播部分での光密度が大
きいため、波長550nm以下の光を照射し、耐光損傷性の
向上を行うとき得られる効果は、バルク型波長変換素子
よりも大きい。
て導波路型を例に挙げて説明したが、半導体レーザーの
外部共振器型や半導体レーザー励起固体レーザーの内部
共振器型の共振器内部に挿入されたバルク型の波長変換
素子においても、波長550nm以下の光を照射することで
耐光損傷性の向上を図ることができる。しかしながら、
導波路型波長変換素子では光の伝播部分での光密度が大
きいため、波長550nm以下の光を照射し、耐光損傷性の
向上を行うとき得られる効果は、バルク型波長変換素子
よりも大きい。
【００３０】なお、分極反転型の位相整合方式だけでな
く、屈折率の分散関係を利用した角度位相整合方式や温
度位相整合方式を用いた場合でも、耐光損傷性の向上を
図ることで安定に高出力の短波長光を得ることができ、
その効果は大きい。
く、屈折率の分散関係を利用した角度位相整合方式や温
度位相整合方式を用いた場合でも、耐光損傷性の向上を
図ることで安定に高出力の短波長光を得ることができ、
その効果は大きい。
【００３１】
【発明の効果】強誘電体結晶からなる波長変換素子にピ
ーク波長550nm以下の光を照射することで、波長光波長
変換素子の耐光損傷性が向上し、光損傷に強い高効率で
安定な波長変換が実現される。
ーク波長550nm以下の光を照射することで、波長光波長
変換素子の耐光損傷性が向上し、光損傷に強い高効率で
安定な波長変換が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する参考例１の紫外線ランプを有す
る短波長光発生装置の概略構成図
る短波長光発生装置の概略構成図
【図２】本発明に関する参考例２の発光ダイオードを有
する短波長光発生装置の概略構成図
する短波長光発生装置の概略構成図
【図３】本発明に関する参考例３の可視光半導体レーザ
ーを有する短波長光発生装置の概略構成図
ーを有する短波長光発生装置の概略構成図
【図４】本発明の高調波光反射膜を有する短波長光発生
装置の概略構成図
装置の概略構成図
【図５】本発明の周期的な分極反転領域を有する導波路
型波長変換素子の概略構成図
型波長変換素子の概略構成図
【図６】従来の短波長光発生装置の概略構成図
１ 半導体レーザー ２ コリメートレンズ ３ λ／２板 ４ フォーカシングレンズ ５ ＬｉＴａＯ3基板 ６ 光導波路 ７ 分極反転領域 ８ コリメートレンズ ９ 波長選択ミラー １０ グレーティング １１ 紫外線ランプ １２ 発光ダイオード １３ シリンドリカルレンズ １４ 可視光半導体レーザー １５ コリメートレンズ １６ λ／２板 １７ 波長選択ミラー １８ 高調波光反射膜 １９ 入射端面 ２０ 出射端面 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 高調波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 義和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−120318（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−115215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/37
Claims (6)
- 【請求項１】半導体レーザと導波路型波長変換素子を有
し、前記導波路型波長変換素子の導波路出射端面に反射
膜が付加され、 前記導波路型波長変換素子 で波長変換された高調波光が
前記導波路型波長変換素子の出射端面で反射し、前記出
射端面で反射した前記高調波光が前記導波路型波長変換
素子を再度伝播していることにより、空間電荷電界が補
償され、電荷分布が均一になり、前記導波路型波長変換
素子の導波路内の屈折率が光の伝搬方向に対して一定で
あることを特徴とする短波長光発生装置。 - 【請求項２】前記導波路型波長変換素子内の光導波路の
出射端面での前記反射膜の高調波光に対する反射率が２
０％以上であることを特徴とする請求項１記載の短波長
光発生装置。 - 【請求項３】前記導波路型波長変換素子の基板がＬｉＮ
ｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする
請求項１または２に記載の短波長光発生装置。 - 【請求項４】前記導波路型波長変換素子の基板がＫxＲ
ｂ1-xＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の短波長
光発生装置。 - 【請求項５】前記導波路型波長変換素子は、前記半導体
レーザーから出射される基本波を前記波長変換素子内で
第２高調波に変換するものであることを特徴とする請求
項１から４のいずれかに記載の短波長光発生装置。 - 【請求項６】前記導波路型波長変換素子が周期的な分極
反転領域を有することを特徴とする請求項５記載の短波
長光発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03436994A JP3264080B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 短波長光発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03436994A JP3264080B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 短波長光発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07244307A JPH07244307A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3264080B2 true JP3264080B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=12412263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03436994A Expired - Fee Related JP3264080B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 短波長光発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3264080B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011024392A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2013-01-24 | パナソニック株式会社 | 波長変換素子の製造方法 |
| JP2013061454A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Ricoh Co Ltd | 光ビーム走査装置 |
| JP2013140328A (ja) | 2011-12-06 | 2013-07-18 | Ricoh Co Ltd | 光学装置、光偏向装置及び光変調装置 |
| JP2014026229A (ja) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可変焦点レンズ |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP03436994A patent/JP3264080B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07244307A (ja) | 1995-09-19 |
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