JPH0197927A - 光波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ光を使用する情報処理装置や光応用計
測の分野に用いられる光波長変換装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 近年、光デイスク装置やレーザビームプリンタなどの半
導体レーザを利用した情報処理装置が実用化されている
。これらの装置の光源として使用される半導体レーザは
、発振波長が、たとえば０゜７８μｍや０．８３μｍな
どであるが、システムの性能向上のため゛に、・さらに
波長の短い半導体レーザが要望されている。

通常、レーザ光の波長と集光スポット径は比例関係にあ
り、レーザ光の波長が短くなれば集光スポット径を小さ
くできる。そして、集光スポット径を小さくできれば、
光デイスク装置では記録密度が増大し、レーザビームプ
リンタでは高解像度が得られる。また、干渉計測などの
光応用計測分野においても、レーザ光の波長が短くなる
ことによって計測精度が向上する。さらに、波長の短い
緑色や青色のレーザ光が簡単に得られれば、現在の赤色
半導体レーザと組合わせて、高速で高分解能のカラーの
プリンタが実現できる。

このため、半導体レーザの短波長化の研究が進められ、
ＩｎＧａＡＩＰ系の材料を使用して、波長０．６μｍ台
の発振波長を持つ赤色の半導体レーザが開発された。し
かし、さらに短波長の緑色、青色の発振波長を得るため
には良好な材料が見当たらない。したがって、短波長の
緑色、青色の発振波長を得るには、アルゴン・イオンレ
ーザなどの大型のガスレーザによらなければならなかっ
た。

ところが、一方で、小型の装置で短波長のレーザ光を得
るために、固体レーザや半導体レーザから発射されたレ
ーザ光の波長を半分の波長に変換する光波長変換装置が
提案された。この装置は、非線形光学結晶による５ＨＧ
（第２高調波発生）現象を利用しており、発振波長１．
０６μｍのＹＡＧレーザを用いて波長０．５３μｍの緑
色レーザ光が、また発振波長０．８４μｍの半導体レー
ザを用いて波長０．４２μｍの青色レーザ光の発生が観
測された。

ここで、上述の半導体レーザを用いた光波長変換装置に
ついて説明する。第５図は、従来の光波長変換装置の概
略図である。半導体レーザ１から出射されたレーザ光の
基本波は、レンズ２により平行光となり、波長板３を通
して偏光面を調整され、レンズ４により集光されて非線
形光学結晶体５中に形成された光導波路６に入る。光導
波路６は、非線形光学結晶であるＬｉＮｂＯ５にオブ酸
リチウム）の結晶Ｚ板５のＹ軸方向に、幅２μｍＳｌさ
０．４８ｐｍで形成されている。ＬｉＮｂ０１結晶は、
非線形光学定数が大きいため、入射した基本波に対して
ＳＨＧ現象により高効率で一第２高調波７を発生する。

この基本波の半波長を持つ第２高調波７は、基本波に対
して位相整合する角度θで、ＬｉＮｂ０．結晶中に放出
される。

そして、結晶内を伝播し、結晶端面より基本波の進行軸
に対し偏角θ′をもって出射される。

このように、第５図の装置においては波長０゜８４μｍ
の半導体レーザ１を使用して、０．４２μｍの青色の第
２高調波７が、θ’−１６．２°の角度で得られている
。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、前記光波長変換装置から出力される第２高調
波ビームは、光導波路６から大気中に出射されると、光
の回折現象によって空間的に周囲）発散する。この光の
回折現象による第２高調波の発散は、出射点のスポット
径、すなわち光導波路６の寸法形状に依存する。つまり
、光導波路６の幅が狭いほど、第５図に示すＺ方向の発
散率が大きくなり、また光導波路の長さが短いほどＸ方
向の発散率が大きくなる。そして光導波路６は一般的に
、光導波路の幅が長さに比べて非常に狭いために第２高
調波ビームは、Ｚ方向に大きく発散し、また結晶面での
屈折の影響などを受け、細長く湾曲した線状のビーム断
面形状を呈するようになる。これは、第２高調波ビーム
の出射側にスクリーン８を置くと、第５図に示すような
遠視野像９のような形状となる。

このような断面形状のビームは、光デイスク装置やレー
ザビームプリンタに使用する場合には不具合を生じる。

すなわち、これらの装置では、できる限りスポット径の
小さい光源が要求されるため、円形断面のレーザビーム
の使用が望ましい。

そこで、出射光の断面が円形となるようにＬｉＮｂＯ３
結晶体５の光導波路６の寸法を選択することが考えられ
るが、本来この寸法は、第２高調波ビームの発生条件に
関係しているので、容易に選択することはできない。

したがって、本発明においては、光の進行方向に対する
直角断面の形状が円形状である第２高調波ビームを出力
する光波長変換装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明における光波長変換装置は、レーザ光源からの出
射光を基本波として、非線形光学結晶中に形成された光
導波路より第２高調波を発生する。

そして、前記光導波路は非線形光学結晶中に複数本形成
されており、また当該装置は、各導波路から出射される
第２高調波の位相を同期させる位相同期手段を有してい
る。

［作用］ 本発明によれば、光導波路が非線形光学結晶中に複数本
形成されており、第２高調波の出射面の実効面幅が広く
なる。また、本装置は位相同期手段を有しているので、
第２高調波は各光導波路から位相同期状態で出射される
。このため、回折現象による発散の影響が小さくなり、
第２高調波の出射ビームの幅方向の拡がりを抑制するこ
とができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

本発明における光波長変換装置は、基本波を発振するレ
ーザ光源と、基本波を導入し第２高調波を発生する光導
波路が複数本形成された非線形光学結晶体とを備えてい
る。

第１図は本発明の一実施例を示す。基本波を発振するレ
ーザ光源１０としてガリウム、アルミニウム・砒素（Ｇ
ａＡ（ＩＡｓ）系の半導体レーザが用いられている。本
レーザ１０は、Ｙ字形結合を有する光導波路１１が１０
組ストライブ状に形成されており、各光導波路から出射
されるレーザ光の位相は、Ｙ字形結合を有する光導波路
の作用によって、すべて同期されている。この作用につ
いては文献「Ａｐｐｌｉｅｄ　　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔ
ｔｅｒｓ、　　Ｖｏｌ１４７　（１９ｇ５）ｐｐ３４１
〜３４３；　　　Ｍ、Ｔａｎｅｙａ　　　ｅｔａｌ、Ｊ
に詳細に説明されている。

半導体レーザ１０の各光導波路１１からの出射光（基本
波）は、レンズ１２、波長板１３およびレンズ１４を介
して、ＬｉＮｂ０．結晶体１５上に形成された光導波路
１６に入射する。この光導波路１６は、次のようにして
形成される。まず、長さ２０ｍｍのＬｉＮｂ０．結晶基
板１５に、タンタル（Ｔａ）を電子ビーム蒸着し、これ
にマスク露光プロセスで、幅２μｍ１中心間距離５μｍ
の１０本のスリットを形成する。そして、これをマスク
として、温度２３０℃のリン酸中で、プロトン交換を行
なった後、Ｔａ層を除去する。これによって、Ｌ　ｉ　
Ｎ　ｂ　Ｏａ結晶体１５上に、１０本の光導波路１６が
並列に形成される。

さて、レーザ光が入射したＬｉＮｂ０．結晶体１５の各
光導波路１６では、そのレーザ光を基本波として非線形
光学結晶体による第２高調波発生現象によって、第２高
調波が発生する。そして、この第２高調波は各光導波路
１６の端面から出射される。したがって、第２高調波の
出射面の実効面幅は、第１図に示すように１０本並列に
形成された光導波路１６群の幅に相当する。また、半導
体レーザ１０から発振した基本波は、すべての位相が同
期しているために、この基本波を基にＬｉＮｂ０．結晶
体１５中で発生した第２高調波ビームも各光導波路１６
より位相の同期した状態で出射される。そして本実施例
では、従来の単一の光導波路型のものに比べ、前述の第
２高調波の出射面の実効面幅が広いため、第２高調波は
この光導波路群の断面横方向への回折現象の影響が小さ
くなる。本実施例の装置においては、第２高調波の出射
ビーム１７の光導波路群の断面横方向への拡がり角φは
約０．５°であり、ビーム１７の端面形状はほぼ円形状
のものが得られた。

また、本実施例では、ＬｉＮｂ０．結晶体１５の出射端
面に、基本波を反射し第２高調波を透過するコーテイン
グ膜１８を形成したところ、基本波が有効に半導体レー
ザ１０に帰還し、そのため出力効率が上がり、高出力ま
で出射ビーム１７の位相同期状態が維持された。そして
、この装置において、半導体レーザ１０の出射光出力４
００ｍＷで出力３ｍＷの円形に近い第２高調波ビーム１
７が得られた。その結果、この出射ビームを使用して、
光デイスク装置の再生が可能となった。なお、本実施例
では半導体レーザ１０の出射端面およびＬ　ｔＮｂＯ，
結晶体１５の入射側端面には透過膜コーティングを、ま
た、半導体レーザ１０の反対側の端面には、高反射膜コ
ーティングを行なっている。

以下には、本発明における他の実施例について説明する
。これらの実施例は、第１の実施例とは主に、第２高調
波の位相を同期させる手段が相違しているものである。

第２図は、本発明の第２の実施例を示している。

この例では、半導体レーザ１９の光導波路２０の出射側
端面と、非線形光学結晶体２１の光導波路２２の入射側
端面が、近接して結合されている。

そして、半導体レーザ１９が発振する基本波の位相を同
期させるための光導波路のＹ字形結合部が、非線形光学
結晶体２１側に形成されている。本例においても、第１
の実施例と同様に位相同期した円形状断面を有する第２
高調波ビーム１７が得られた。

第３図は、本発明の第３の実施例を示している。

本図では、半導体レーザ部分は省略している。本例では
、非線形光学結晶体２３の各光導波路２４の両側に電極
２５が設けられている。各光導波路２４を挾む電極２５
間に電圧を印加すると、電気光学効果により光導波路２
４の屈折率を変化させることができる。そして、屈折率
を変化させ、光導波路２４を伝播する基本波の伝搬定数
を制御することにより、各光導波路の基本波の位相を調
整し、同期状態を作り出すことができる。

第４図は、第３図に対して、各光導波路２６の両側の全
面にわたって制御電極２７を形成した場合である。この
場合には、第３図に比べて各光導波路２６の深さや幅あ
るいは屈折率が不均一であった場合でも、電圧の制御に
よりその影響を補正することができる。

また、第３図や第４図の実施例では、各光導波路の両側
に設けられた電極の電圧を調整することにより、各光等
波路内の第２高調波の位相を制御して、第２高調波ビー
ムを偏向動作することも可能である。

以上のように、第２高調波の位相同期手段として、第１
の実施例では半導体レーザのＹ字形結合による光導波路
が、その役目を果たしており、第２の実施例では、非線
形光学結晶体中に形成されたＹ字形結合による光導波路
がその役目を果たしている。また、第３および第４の実
施例では、非線形光学結晶中に形成された光導波路の両
側に設けられた電極がその役目を果たしている。

しかし、他の手段によっても位相同期を実現することが
できるし、その位相同期手段が、半導体レーザの入射側
と反対位置や、半導体レーザと非線形光学結晶体との間
に置かれるものであっても構わない。

また、非線形光学結晶体としては、ＬｉＮｂ０１に限ら
ずＬｉＴａ０．やＬｉ１Ｏ，などでも同　　　′様の効
果が得られる。そして、光導波路の形成には、Ｔｉ拡散
法などを用いてもよい。

また、光導波路の数は、前記の第１の実施例のように１
０本に限定されるものでなく、第２高調波の出射面の実
効面幅が大きくなるような複数本であればよい。

さらに、前述した第１および第２実施例では、基本波を
発振するレーザ光源として半導体レーザアレイを用いた
が、単一スドライブの半導体レーザやガスまたは固体レ
ーザなどのビームを光源として、その出射光を分割して
非線形光学結晶体の光導波路へ導入しても同様の効果が
得られる。また、広い発光領域を有する、いわゆるブロ
ードエリアの半導体レーザによる基本波を用いてもよい
。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、光の進行方向に直角な
断面形状が円形状であり、かつ位相同期した第２高調波
ビームを出力する光波長変換装置が実現できる。

そして、この装置は、光デイスク装置やレーザプリンタ
などの情報処理装置や、光応用計測の分野などに広く利
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の光波長変換装置を示す平
面模式図である。第２図は、本発明の第２の実施例を示
す平面模式図である。第３図は、第３の実施例で用いら
れる非線形光学結晶体の平面模式図である。そして、第
４図は、第４の実施例で用いられる非線形光学結晶体の
平面模式図である。 さらに、第５図は、従来の光波長変換装置の概略斜視図
である。 図において、１０は半導体レーザアレイ、１１は半導体
レーザアレイに形成された光導波路、１５は非線形光学
結晶体、１６は非線形光学結晶体に形成された光導波路
を示している。 なお、各図中、同一符号は同一または相当する部分を示
す。 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ光源からの出射光を基本波として、非線形光学結
   晶中に形成された光導波路より第２高調波を発生する光
   波長変換装置において、 前記光導波路は、前記非線形光学結晶中に複数本形成さ
   れており、 各光導波路から出射される第２高調波の位相を同期させ
   る位相同期手段が具備されていることを特徴とする、光
   波長変換装置。