JP3129028B2 - Short wavelength laser light source - Google Patents

Short wavelength laser light source

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JP3129028B2
JP3129028B2 JP12692593A JP12692593A JP3129028B2 JP 3129028 B2 JP3129028 B2 JP 3129028B2 JP 12692593 A JP12692593 A JP 12692593A JP 12692593 A JP12692593 A JP 12692593A JP 3129028 B2 JP3129028 B2 JP 3129028B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光を利用
する光情報処理分野または光計測分野に使用する短波長
レーザ光源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short-wavelength laser light source used in the field of optical information processing or optical measurement using coherent light.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11に従来の短波長レーザの構成図を
示す。ここに示される短波長レーザ光源は半導体レーザ
21、光波長変換素子22、コリメータレンズ37a、
フォーカスレンズ37bおよび半波長板33を基本構成
要素としていた(T. Taniuchiand K. Yamamoto, "Minia
turized light source of coherent blue radiation",C
LEO'87, WP6, 1987年、参照)。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows a configuration diagram of a conventional short wavelength laser. The short-wavelength laser light source shown here is a semiconductor laser 21, an optical wavelength conversion element 22, a collimator lens 37a,
The focus lens 37b and the half-wave plate 33 were basic components (T. Taniuchi and K. Yamamoto, "Minia
turized light source of coherent blue radiation ", C
LEO'87, WP6, 1987).

【0003】光波長変換素子22上に形成された光導波
路2の入射面10に半導体レーザ21からの基本波P1
をレンズ37a、37bを介して入射させる。この際、
レンズ37a、37bの間に挟まれている半波長板33
は偏光方向を90度回転させる働きがあり、これにより
光導波路2を基本波P1が導波するように偏光方向を一
致させることができる。光波長変換素子22は素子マウ
ント38に固定されている。基板中に放射された高調波
P2は整形レンズ36により平行光にされビームスプリ
ッタ39で分岐され一部をディテクター27で受光され
る。ここで用いられている光波長変換素子22はチェレ
ンコフ放射型と呼ばれておりこの動作について詳しく述
べる。以下0.84μmの波長の基本波に対する高調波発生
(波長0.42μm)について詳しく述べる(T. Taniuchi
and K. Yamamoto, "Second harmonic generation by Ch
erenkov radiation in proton-exchanged LiNbO3 optic
alwaveguide", CLEO'86, WR3, 1986年、参照)。
A fundamental wave P1 from a semiconductor laser 21 is applied to an incident surface 10 of an optical waveguide 2 formed on an optical wavelength conversion element 22.
Through the lenses 37a and 37b. On this occasion,
Half-wave plate 33 sandwiched between lenses 37a and 37b
Has a function of rotating the polarization direction by 90 degrees, whereby the polarization directions can be matched so that the fundamental wave P1 is guided in the optical waveguide 2. The optical wavelength conversion element 22 is fixed to an element mount 38. The harmonic P2 radiated into the substrate is converted into parallel light by the shaping lens 36, branched by the beam splitter 39, and partially received by the detector 27. The light wavelength conversion element 22 used here is called a Cherenkov radiation type, and this operation will be described in detail. Hereinafter, harmonic generation (wavelength 0.42 μm) of a fundamental wave having a wavelength of 0.84 μm will be described in detail (T. Taniuchi
and K. Yamamoto, "Second harmonic generation by Ch
erenkov radiation in proton-exchanged LiNbO 3 optic
alwaveguide ", CLEO'86, WR3, 1986,).

【0004】光波長変換素子となるLiNbO3基板2
2に形成された埋め込み型の光導波路2の入射面10に
半導体レーザ21からの基本波P1の光を入射すると、
基本波の導波モードの実効屈折率N1と高調波の実効屈
折率N2が等しくなるような条件が満足されるとき、光
導波路2からLiNbO3基板22内に高調波P2の光が効率
良く放射され、光波長変換素子として動作する。このチ
ェレンコフ放射型の光波長変換素子は温度特性に優れて
いるが(半値幅25℃)、反面変換効率はあまり高くな
い。
LiNbO 3 substrate 2 serving as an optical wavelength conversion element
When the light of the fundamental wave P1 from the semiconductor laser 21 is incident on the incident surface 10 of the buried optical waveguide 2 formed in FIG.
When the condition that the effective refractive index N1 of the fundamental wave guided mode is equal to the effective refractive index N2 of the harmonic wave is satisfied, light of the harmonic wave P2 is efficiently radiated from the optical waveguide 2 into the LiNbO 3 substrate 22. And operates as an optical wavelength conversion element. This Cherenkov radiation type optical wavelength conversion element has excellent temperature characteristics (half-value width of 25 ° C.), but its conversion efficiency is not so high.

【0005】次にさらに小型化された他の従来例である
短波長レーザ光源について図12を用いて説明する(山
本、谷内、特開昭63−128914、青色レーザ光源
および光情報記録装置、参照)。短波長レーザ光源は波
長0.84μmの半導体レーザ21と光波長変換素子22を
Siサブマウントに固定し直接結合を行っていた。半導
体レーザ21の出力P1を100mWにしたとき、2m
Wの高調波P2(青色レーザ光)が得られていた。この
場合の光波長変換素子3での変換効率P1/P2は2%
である。しかしながら実用的な5mWを得るにはチェレ
ンコフ放射型では困難であった。又、高調波が基板中に
放射されるため集光も困難であった。
Next, another conventional short wavelength laser light source which is further miniaturized will be described with reference to FIG. ). In the short-wavelength laser light source, a semiconductor laser 21 having a wavelength of 0.84 μm and an optical wavelength conversion element 22 are fixed to a Si submount and directly coupled. When the output P1 of the semiconductor laser 21 is 100 mW, 2 m
A harmonic P2 of W (blue laser light) was obtained. In this case, the conversion efficiency P1 / P2 in the light wavelength conversion element 3 is 2%.
It is. However, it was difficult to obtain a practical 5 mW with the Cherenkov radiation type. In addition, it is difficult to collect light because the harmonics are radiated into the substrate.

【0006】また最近分極反転構造を基本とする高効率
光波長変換素子がLiTaO3のZ板を用いて試作されている
が、これによれば10mWの青色光が発生できる。そのた
め分極反転構造を用いた光波長変換素子を半導体レーザ
と直接結合すればコンパクトで量産性に富む短波長光源
が製造できる。
Recently, a high-efficiency optical wavelength conversion device based on a domain-inverted structure has been trial manufactured using a Z plate of LiTaO 3 , which can generate 10 mW blue light. Therefore, if a light wavelength conversion element using a domain-inverted structure is directly coupled to a semiconductor laser, a compact and highly productive short wavelength light source can be manufactured.

【0007】以下この光波長変換素子について説明す
る。図13にこの光波長変換素子の構成を示す。図13
に示されるように光波長変換素子22となるLiTaO3基板
に光導波路2が形成され、さらに光導波路2には周期的
に分極の反転した層3(分極反転層)が形成されてい
る。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極
反転層3と非分極反転層4の周期構造で補償することに
より高効率に高調波を出すことができる。まず、図14
を用いて高調波増幅の原理を説明する。分極反転してい
ない非分極反転素子31では分極反転層は形成されてお
らずに分極反転方向は一方向となっている。この非分極
反転素子31では光導波路の進行方向に対して高調波出
力31aは増減を繰り返しているだけである。これに対
して周期的に分極が反転している分極反転波長変換素子
(1次周期)32では出力32aは図14に示されるよ
うに光導波路の長さLの2乗に比例して高調波出力は増
大する。ただし分極反転において基本波P1に対して高
調波P2の出力が得られるのは擬似位相整合するときだ
けである。この擬似位相整合が成立するのは分極反転層
の周期Λ1がλ/(2(N2ω−Nω))に一致すると
きに限られる。ここでNωは基本波(波長λ)の実効屈
折率、N2ωは高調波(波長λ/2)の実効屈折率であ
る。このように高出力化が可能な光波長変換素子は分極
反転構造を基本構成要素としていた。また、この光波長
変換素子は高調波が光導波路から出射されるため集光が
容易という特徴もある。
Hereinafter, this light wavelength conversion element will be described. FIG. 13 shows the configuration of this optical wavelength conversion element. FIG.
As shown in FIG. 1, an optical waveguide 2 is formed on a LiTaO 3 substrate serving as an optical wavelength conversion element 22, and a layer 3 (a domain-inverted layer) having periodically inverted polarization is formed in the optical waveguide 2. By compensating for the mismatch between the propagation constant of the fundamental wave and the generated harmonic with the periodic structure of the domain-inverted layer 3 and the non-domain-inverted layer 4, it is possible to emit harmonics with high efficiency. First, FIG.
Will be used to explain the principle of harmonic amplification. In the non-polarization inversion element 31 in which the polarization has not been reversed, the polarization inversion layer is not formed and the polarization inversion direction is one direction. In the non-polarization inversion element 31, the harmonic output 31a merely increases and decreases in the traveling direction of the optical waveguide. On the other hand, in the domain-inverted wavelength conversion element (primary cycle) 32 whose polarization is periodically inverted, the output 32a has a higher harmonic in proportion to the square of the length L of the optical waveguide as shown in FIG. The output increases. However, the output of the higher harmonic wave P2 with respect to the fundamental wave P1 is obtained only during the quasi-phase matching in the polarization inversion. This quasi-phase matching is established only when the period Λ1 of the domain-inverted layer matches λ / (2 (N2ω-Nω)). Here, Nω is the effective refractive index of the fundamental wave (wavelength λ), and N2ω is the effective refractive index of the harmonic wave (wavelength λ / 2). The optical wavelength conversion element capable of increasing the output in this manner has a polarization inversion structure as a basic component. In addition, the optical wavelength conversion element has a feature that light is easily collected because harmonics are emitted from the optical waveguide.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のような直接結合
して小型、軽量化した短波長レーザ光源に分極反転構造
を有する高効率光波長変換素子を使用して光情報処理等
で必要な5mW以上の出力を得ようとすると光波長変換
素子の温度許容幅の狭さのために高調波を最大に、また
は安定に取り出すことは困難である。この理由を以下に
詳しく説明する。図15に短波長レーザ光源モジュール
各点(図12に示される)における温度分布を示す。半
導体レーザ21は電力の70%程度を光ではなく熱に変
えている。そのため半導体レーザ21自体発熱源となり
図15に示すような温度分布が光波長変換素子の長さ方
向に対して生じる。光波長変換素子の温度許容幅が3℃
しかないために一部分でしか位相整合せず高調波パワー
が大幅に低くなる。また半導体レーザ21を点灯してか
ら温度が一定の安定状態になるまで30分という長い時
間がかかっていた。そのため短波長レーザ光源の実用レ
ベルである5mW以上の高調波を再現性良くしかも安定
に得ることが困難であるという問題点があった。
A 5 mW required for optical information processing and the like by using a high-efficiency optical wavelength conversion element having a domain-inverted structure in a short-wavelength laser light source that is directly and compactly reduced in size and weight as described above is used. When trying to obtain the above output, it is difficult to extract harmonics to the maximum or stably due to the narrow allowable temperature range of the optical wavelength conversion element. The reason will be described in detail below. FIG. 15 shows a temperature distribution at each point (shown in FIG. 12) of the short wavelength laser light source module. The semiconductor laser 21 converts about 70% of electric power into heat instead of light. Therefore, the semiconductor laser 21 itself becomes a heat source and a temperature distribution as shown in FIG. 15 is generated in the length direction of the light wavelength conversion element. Temperature tolerance of optical wavelength conversion element is 3 ℃
Because of this, only a part is phase-matched, and the harmonic power is greatly reduced. In addition, it took a long time of 30 minutes from turning on the semiconductor laser 21 until the temperature reached a stable state. Therefore, there is a problem in that it is difficult to obtain a harmonic having a practical level of a short wavelength laser light source of 5 mW or more with good reproducibility and stability.

【0009】本発明は、半導体レーザと光波長変換素子
を基本とした短波長レーザ光源の構造に新たな工夫を加
えることにより高調波出射パワーの高出力化および安定
化を可能とするものである。つまり、本発明は半導体レ
ーザと光波長変換素子を直接結合し高出力でなおかつ安
定に動作する短波長レーザ光源を得ることを目的とす
る。
According to the present invention, it is possible to increase the output power and stabilize the output power of harmonics by adding new ideas to the structure of a short wavelength laser light source based on a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element. . That is, an object of the present invention is to obtain a short-wavelength laser light source that can be operated stably with high output by directly coupling a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】 そのため 本発明の短波長
レーザ光源は、サブマウント上に半導体レーザおよび光
波長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記
光導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前
記半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子
の光導波路形成面がサブマウントに向き合いなおかつ前
記光波長変換素子の波長変換部直下のサブマウントには
溝またはテーパ部が形成されておりサブマウントと波長
変換部が非接触となる手段を有する。
Short-wavelength laser light source SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly the present invention comprises a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, short-wavelength laser fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to the optical waveguide In the light source, the surface on which the active layer of the semiconductor laser is formed and the surface on which the optical waveguide of the optical wavelength conversion element is formed face the submount, and a groove or a taper is formed in the submount immediately below the wavelength conversion section of the optical wavelength conversion element. And a means for making the submount and the wavelength converter non-contact.

【0012】[0012]

【0013】また、本発明の短波長レーザ光源は、サブ
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面
がサブマウントに向き合いなおかつ前記光波長変換素子
の波長変換部が長さ方向にわたって前記半導体レーザか
ら等距離となる手段を有する。
Further, the short-wavelength laser light source according to the present invention comprises a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to the optical waveguide. Means are provided such that the active layer forming surface of the laser and the optical waveguide forming surface of the optical wavelength conversion element face the submount, and the wavelength conversion section of the optical wavelength conversion element is equidistant from the semiconductor laser in the length direction.

【0014】また、本発明の短波長レーザ光源は、サブ
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザに
対して光波長変換素子が直角に配置されており、なおか
つ前記半導体レーザの活性層の形成面がサブマウントに
向き合う構成となる。
The short-wavelength laser light source according to the present invention comprises a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to the optical waveguide. The optical wavelength conversion element is arranged at right angles to the laser, and the surface on which the active layer of the semiconductor laser is formed faces the submount.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【作用】本発明は上記手段により半導体レーザ駆動によ
り発生する熱を光波長変換素子に伝えることなく、光波
長変換素子から出射される高調波パワーを安定かつ高効
率にできる。以下これを詳しく説明する。半導体レーザ
は電流を流すと、発振と同時に発熱を始める。この熱は
サブマウントに伝わるが光波長変換素子の波長変換部は
サブマウントから遮断されているため熱は伝わらず、ほ
ぼ一定温度で動作する。これにより3℃以下の温度許容
幅を持つ分極反転構造を持つ光波長変換素子であっても
高調波パワーの劣化はない。また、半導体レーザ点灯に
よるサブマウントの温度上昇の影響を受けず高調波の立
ち上がりも速い。
According to the present invention, the harmonic power emitted from the optical wavelength conversion element can be made stable and highly efficient without transmitting the heat generated by driving the semiconductor laser to the optical wavelength conversion element. Hereinafter, this will be described in detail. When a current flows, the semiconductor laser starts generating heat simultaneously with oscillation. Although this heat is transmitted to the submount, since the wavelength conversion portion of the optical wavelength conversion element is shielded from the submount, the heat is not transmitted and the device operates at a substantially constant temperature. As a result, even if the optical wavelength conversion element has a domain-inverted structure having a temperature tolerance of 3 ° C. or less, there is no deterioration in harmonic power. Also, the rise of the harmonics is fast without being affected by the temperature rise of the submount due to the semiconductor laser lighting.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の短波長レーザ光源の第1の実施例の
構造図を図1に示す。この実施例では短波長レーザ光源
として0.8μm帯の半導体レーザ、光波長変換素子と
してLiTaO3基板を用いたもので、図1は短波長レーザ光
源の断面図である。図1で20はSiのサブマウント、
21は半導体レーザ、22は光波長変換素子である。こ
こで用いた半導体レーザ21は波長0.86μm、出力
100mWのものである。また、光波長変換素子22は
LiTaO3基板に燐酸中でのプロトン交換により周期
状分極反転層3および光導波路2を形成したものであ
る。ここで用いたプロトン交換光導波路2は屈折率変化
が大きく光の閉じ込めが良く高調波への変換効率が高い
という特徴がある。
FIG. 1 is a structural view of a short wavelength laser light source according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a 0.8 μm band semiconductor laser is used as a short wavelength laser light source, and a LiTaO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 1 is a sectional view of the short wavelength laser light source. In FIG. 1, 20 is a submount of Si,
21 is a semiconductor laser, 22 is an optical wavelength conversion element. The semiconductor laser 21 used here has a wavelength of 0.86 μm and an output of 100 mW. The optical wavelength conversion element 22 is one in which a periodically poled layer 3 and an optical waveguide 2 are formed on a LiTaO 3 substrate by proton exchange in phosphoric acid. The proton exchange optical waveguide 2 used here is characterized by a large change in refractive index, good confinement of light, and high conversion efficiency to harmonics.

【0018】本実施例の構成では、半導体レーザ21の
活性層23の形成面24および光波長変換素子22の光
導波路2の形成面25はサブマウント20に向き合って
いる。活性層23の形成面24とは活性層23が半導体
レーザ21の基板にエピ成長された面であり、また光導
波路2の形成面25とは光波長変換素子22にプロトン
交換により光導波路2が形成された面のことである。
又、半導体レーザ21の活性層23と光導波路2は同軸
上にあり半導体レーザ21の基本波P1が光導波路2へ
直接結合する構成となっている。
In the structure of this embodiment, the surface 24 on which the active layer 23 of the semiconductor laser 21 is formed and the surface 25 on which the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 is formed face the submount 20. The surface 24 on which the active layer 23 is formed is a surface on which the active layer 23 is epitaxially grown on the substrate of the semiconductor laser 21. The surface 25 on which the optical waveguide 2 is formed is a surface where the optical waveguide 2 is It is the formed surface.
The active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2 are coaxial, and the fundamental wave P1 of the semiconductor laser 21 is directly coupled to the optical waveguide 2.

【0019】また基本波を高調波へ変換する波長変換部
26はサブマウント21には接触していないため熱的に
遮断されている。そのため半導体レーザ21からの熱の
影響はない。図1で半導体レーザ21を駆動し基本波P
1として活性層23から出射された半導体レーザ光(波
長0.86μm)を光波長変換素子22の入射面10よ
り光導波路2に直接結合させると基本波P1はシングル
モード伝搬し、光導波路2内の波長変換部26で波長
0.43μmの高調波P2に変換され青色レーザ光が出
射面12より基板外部に取り出される。
The wavelength converter 26 for converting a fundamental wave into a higher harmonic wave is not in contact with the submount 21 and is thermally cut off. Therefore, there is no influence of heat from the semiconductor laser 21. In FIG. 1, the fundamental wave P
When the semiconductor laser light (wavelength 0.86 μm) emitted from the active layer 23 is directly coupled to the optical waveguide 2 from the incident surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 as the fundamental wave 1, the fundamental wave P1 propagates in a single mode, and Is converted into a harmonic P2 having a wavelength of 0.43 μm by the wavelength converter 26, and blue laser light is extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate.

【0020】次にこの短波長レーザ光源の製造方法につ
いて説明する。半導体レーザ21を活性層23の形成面
24をサブマウント20側に向けてボンディングを行っ
た。半導体レーザ21に電流を流し基本波P1を出射さ
せた後、光導波路2の形成面25をサブマウント20側
に向けて光波長変換素子22を半導体レーザ21に押し
当て固定を行った。この際、光波長変換素子22の入射
面10は光導波路2の形成面25に対して90度以下の
角度となっており、半導体レーザ21の出射面と接触し
て半導体レーザを破壊することはない。また、入射面1
0での反射による活性層23への戻り光も少なくでき
る。
Next, a method for manufacturing the short wavelength laser light source will be described. The semiconductor laser 21 was bonded with the formation surface 24 of the active layer 23 facing the submount 20. After a current was applied to the semiconductor laser 21 to emit the fundamental wave P1, the optical wavelength conversion element 22 was pressed against the semiconductor laser 21 with the formation surface 25 of the optical waveguide 2 facing the submount 20 and fixed. At this time, the incidence surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 has an angle of 90 degrees or less with respect to the formation surface 25 of the optical waveguide 2, and it is not possible to break the semiconductor laser by contacting the emission surface of the semiconductor laser 21. Absent. Also, the incident surface 1
Light returning to the active layer 23 due to reflection at 0 can be reduced.

【0021】固定の時には、高調波出力P2が最大にな
るように光波長変換素子22を動かしてX方向のアライ
メントを行った。従来のレンズ系を用いる短波長レーザ
光源ではX,Y,Zの3軸のアライメントが必要である
が、この構成によればX方向のみのアライメントで良
い。これは、Z方向は半導体レーザにおしあてられてお
り、またY方向は半導体レーザ21の活性層23と光波
長変換素子22の光導波路2の高さが一致しているため
アライメントが必要ないことによる。Y方向に対しては
光導波路2にSiO2保護膜17を付加しこれにより高
さを活性層23と合わせた。サブマウント20の表面か
らの光導波路2の高さは4μmとなっている。
When fixed, the alignment in the X direction was performed by moving the optical wavelength conversion element 22 so that the harmonic output P2 was maximized. A short-wavelength laser light source using a conventional lens system requires alignment in three axes of X, Y, and Z. According to this configuration, alignment in only the X direction is sufficient. This is because the Z direction is applied to the semiconductor laser, and in the Y direction, the height of the active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the height of the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 match, so that no alignment is required. It depends. An SiO 2 protective film 17 was added to the optical waveguide 2 in the Y direction, and the height was adjusted to the height of the active layer 23. The height of the optical waveguide 2 from the surface of the submount 20 is 4 μm.

【0022】以上のように作製した短波長レーザ光源に
おいて半導体レーザ21を100mWで駆動し7mWの
高調波P2(波長0.43μm)を得た。この場合の変
換効率は7%である。図2に温度分布を示す。光波長変
換素子22の波長変換部26の長さ方向に対する温度差
は1℃以内であり効率を劣化させることはない。また立
ち上がりも1分以内であり装置として使用する際問題は
ない。ここで結合効率は76%で基本波が光波長変換素
子22に入射した。図1において10は光波長変換素子
22の入射面でありSiO2が反射防止膜として入射面
10上に形成されている。これにより基本波P1の光導
波路2への結合効率は15%上昇する。また、この反射
防止膜により半導体レーザへの戻り光による半導体レー
ザの不安定動作が防止できる。
In the short-wavelength laser light source produced as described above, the semiconductor laser 21 was driven at 100 mW to obtain a harmonic P2 (wavelength 0.43 μm) of 7 mW. The conversion efficiency in this case is 7%. FIG. 2 shows the temperature distribution. The temperature difference in the length direction of the wavelength conversion section 26 of the optical wavelength conversion element 22 is within 1 ° C., and the efficiency does not deteriorate. In addition, the rise time is within one minute, and there is no problem when used as an apparatus. Here, the coupling efficiency was 76% and the fundamental wave was incident on the light wavelength conversion element 22. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an incident surface of the light wavelength conversion element 22, and SiO 2 is formed on the incident surface 10 as an antireflection film. Thereby, the coupling efficiency of the fundamental wave P1 to the optical waveguide 2 increases by 15%. In addition, the antireflection film can prevent unstable operation of the semiconductor laser due to return light to the semiconductor laser.

【0023】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは4
×4×10mmと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。
The size of the short wavelength laser light source of this embodiment is 4
The size is as small as 4 × 10 mm. In addition, there is no portion causing an optical axis shift, and the structure is extremely resistant to temperature change and vibration.

【0024】次に本発明の第2の実施例の短波長レーザ
光源について説明する。図3に実施例2の短波長レーザ
光源の構成を示す。この実施例では実施例1の短波長レ
ーザ光源をパッケージ50に封入した。パッケージ50
には窒素ガスを入れ外気と遮断した。また高調波P2は
コーティングされたガラスによる窓51より外部に取り
出される。51は赤外光カットでかつ青色光透過のフィ
ルターの役目も兼ねている。52は石英による光波長変
換素子22のささえであり、これにより振動ぶれを防止
している。この短波長レーザ光源全体をペルチエによる
±1℃の温度制御を行い安定化を図った。これにより周
囲の温度変化に対して高調波P2の出力変化はほとんど
生じなかった。図4に環境温度に対する高調波出力の関
係を示す。また窒素ガスにて封入することで空気中での
酸化による反射防止膜等の劣化が防止できる。
Next, a short wavelength laser light source according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows the configuration of the short wavelength laser light source according to the second embodiment. In this embodiment, the short wavelength laser light source of the first embodiment is enclosed in a package 50. Package 50
Was filled with nitrogen gas and shut off from outside air. The harmonic P2 is taken out of the window 51 made of coated glass. Reference numeral 51 denotes an infrared light cutoff filter that also functions as a blue light transmission filter. Reference numeral 52 denotes a support for the optical wavelength conversion element 22 made of quartz, which prevents vibration blur. The entire short wavelength laser light source was stabilized by performing temperature control of ± 1 ° C. using a Peltier. As a result, the output of the harmonic P2 hardly changed with respect to the change in the ambient temperature. FIG. 4 shows the relationship between the harmonic output and the environmental temperature. In addition, by filling with nitrogen gas, deterioration of the antireflection film and the like due to oxidation in air can be prevented.

【0025】本発明の短波長レーザ光源の第3の実施例
の構造図を図5に示す。この実施例では短波長レーザ光
源として0.8μm帯の半導体レーザ、光波長変換素子
としてLiTaO3基板を用いたもので、図5は短波長レーザ
光源の断面図である。図5で20はSiのサブマウン
ト、21は半導体レーザ、22は光波長変換素子であ
る。ここで用いた半導体レーザ21は波長0.84μ
m、出力150mWのものである。また、光波長変換素
子22はLiTaO3基板に燐酸中でのプロトン交換に
より周期状分極反転層3および光導波路2を形成したも
のである。本実施例の構成では、半導体レーザ21の活
性層23の形成面24および光波長変換素子22の光導
波路2の形成面25はサブマウント20に向き合ってい
る。又、半導体レーザ21の活性層23と光導波路2は
同軸上にあり半導体レーザ21の基本波P1が直接結合
する構成となっている。またサブマウントにはエッチン
グにより溝が形成されている。基本波を高調波へ変換す
る波長変換部26は溝8によりサブマウント21には接
触していないため熱的に遮断されている。図5で半導体
レーザ21を駆動し基本波P1として活性層23から出
射された半導体レーザ光(波長0.84μm)を光波長
変換素子22の入射面10より光導波路2に直接結合さ
せると基本波P1はシングルモード伝搬し、光導波路2
内の波長変換部26で波長0.42μmの高調波P2に
変換され青色レーザ光が出射面12より基板外部に取り
出される。
FIG. 5 is a structural diagram of a third embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention. In this embodiment, a semiconductor laser of 0.8 μm band is used as a short wavelength laser light source, and a LiTaO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 5 is a sectional view of the short wavelength laser light source. In FIG. 5, reference numeral 20 denotes a Si submount, 21 denotes a semiconductor laser, and 22 denotes an optical wavelength conversion element. The semiconductor laser 21 used here has a wavelength of 0.84 μm.
m and an output of 150 mW. The optical wavelength conversion element 22 is one in which a periodically poled layer 3 and an optical waveguide 2 are formed on a LiTaO 3 substrate by proton exchange in phosphoric acid. In the configuration of the present embodiment, the formation surface 24 of the active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the formation surface 25 of the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 face the submount 20. The active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2 are coaxial and have a configuration in which the fundamental wave P1 of the semiconductor laser 21 is directly coupled. A groove is formed in the submount by etching. The wavelength converter 26 for converting the fundamental wave into a harmonic wave is not in contact with the submount 21 by the groove 8 and is thus thermally cut off. In FIG. 5, when the semiconductor laser 21 (wavelength 0.84 μm) emitted from the active layer 23 as the fundamental wave P1 by driving the semiconductor laser 21 is directly coupled to the optical waveguide 2 from the incident surface 10 of the optical wavelength conversion element 22, the fundamental wave P1 propagates in single mode, and the optical waveguide 2
The blue laser light is converted into a harmonic P2 having a wavelength of 0.42 μm by the wavelength conversion unit 26 and is extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate.

【0026】次にこの短波長レーザ光源の製造方法につ
いて説明する。まず、Siのサブマウント20を通常の
フォトプロセスおよびドライエッチングプロセスにより
幅6mm,深さ100μmの溝8を形成した。次に、半
導体レーザ21を活性層23の形成面24をサブマウン
ト20側に向けてボンディングを行った。半導体レーザ
21に電流を流し基本波P1を出射させた後、光導波路
2の形成面25をサブマウント20側に向けて光波長変
換素子22を半導体レーザ21に押し当て固定を行っ
た。この際、光波長変換素子22の入射面10は光導波
路2の形成面25に対して90度以下の角度となってお
り、半導体レーザ21の出射面と接触して半導体レーザ
を破壊することはない。また、入射面10での反射によ
る活性層23への戻り光も少なくできる。また光導波路
2上には厚み300nmのTi膜蒸着による薄膜ヒータ
ー15aが形成されており電流を流すことで波長変換部
26の温度を一定にしている。この温度が一定になるの
は溝によりSiサブマウント20から熱的に遮断されて
いるからである。なお固定の時には、高調波出力P2が
最大になるようにX方向のアライメントを行った。Y方
向に対しては光導波路2にSiO2保護膜17を付加し
これにより高さを活性層23と合わせた。
Next, a method of manufacturing the short wavelength laser light source will be described. First, a groove 8 having a width of 6 mm and a depth of 100 μm was formed in a Si submount 20 by a normal photo process and a dry etching process. Next, the semiconductor laser 21 was bonded with the formation surface 24 of the active layer 23 facing the submount 20 side. After a current was applied to the semiconductor laser 21 to emit the fundamental wave P1, the optical wavelength conversion element 22 was pressed against the semiconductor laser 21 with the formation surface 25 of the optical waveguide 2 facing the submount 20 and fixed. At this time, the incidence surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 has an angle of 90 degrees or less with respect to the formation surface 25 of the optical waveguide 2, and it is not possible to break the semiconductor laser by contacting the emission surface of the semiconductor laser 21. Absent. Further, the amount of light returning to the active layer 23 due to reflection on the incident surface 10 can be reduced. Further, a thin film heater 15a is formed on the optical waveguide 2 by depositing a Ti film having a thickness of 300 nm, and the temperature of the wavelength conversion section 26 is kept constant by flowing a current. This temperature is constant because the groove is thermally insulated from the Si submount 20. When fixed, alignment in the X direction was performed so that the harmonic output P2 was maximized. An SiO 2 protective film 17 was added to the optical waveguide 2 in the Y direction, and the height was adjusted to the height of the active layer 23.

【0027】以上のように作製した短波長レーザ光源に
おいて半導体レーザ21を150mWで駆動し10mW
の高調波P2(波長0.42μm)を得た。この場合の
変換効率は7%である。立ち上がりも10秒以内であり
高調波出力も安定していた。薄膜ヒーターが付加されて
いるので立ち上がりがこのように早くなったと考えられ
る。
In the short-wavelength laser light source manufactured as described above, the semiconductor laser 21 is driven at 150 mW and is driven at 10 mW.
(Wavelength 0.42 μm) was obtained. The conversion efficiency in this case is 7%. The rise was within 10 seconds and the harmonic output was stable. It is considered that the rise was quickened in this way because the thin film heater was added.

【0028】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは3
×3×12mmと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。これにより周囲の温度変化に対して高調
波P2の出力変化が最小に抑えられる。
The size of the short wavelength laser light source of this embodiment is 3
It is as small as 3 x 12 mm. In addition, there is no portion causing an optical axis shift, and the structure is extremely resistant to temperature change and vibration. As a result, a change in the output of the harmonic P2 with respect to a change in the ambient temperature is minimized.

【0029】なおサブマウントとして加工性が良く、熱
伝導に優れたSiを用いたがこれに限ることはない。
Although the submount is made of Si having good workability and excellent heat conductivity, the present invention is not limited to this.

【0030】第4の実施例として本発明の短波長レーザ
光源について図6を用いて説明する。本発明の第4の実
施例の短波長レーザ光源の構造図を図6に示す。この実
施例では短波長レーザ光源として0.8μm帯の半導体
レーザ、光波長変換素子としてLiNbO3基板を用いたもの
で、図6は短波長レーザ光源の断面図である。図6で2
0は石英ガラスによるサブマウント、21は半導体レー
ザ、22は光波長変換素子である。ここで用いた半導体
レーザ21は波長0.84μm,のものである。また、
光波長変換素子22はLiNbO3基板に燐酸中でのプ
ロトン交換を行い分極反転層3および光導波路2を形成
したものである。本実施例の構成では、半導体レーザ2
の活性層23の形成面24および光波長変換素子22の
光導波路2の形成面25はサブマウント20に向き合っ
ている。又、半導体レーザ21の活性層23と光導波路
2は同軸上にあり半導体レーザ21の基本波P1が直接
結合する構成となっている。この実施例では半導体レー
ザ21の放熱用に第2のサブマウント28として銅ブロ
ックが用いられている。このため半導体レーザ21の熱
は第2のサブマウント28に逃げ、放熱の悪い石英のサ
ブマウント20側には伝わらない。組立は先に半導体レ
ーザ21の裏面29a(活性層23が形成されている面
24の反対面)を第2のサブマウント28にボンディン
グを行った。次にサブマウント20に固定し、光波長変
換素子22を押しあてた。作製されたこの素子の長さは
8mmである。基本波P1として半導体レーザ光(波長
0.84μm)を入射面10より導波させたところシン
グルモード伝搬し、波長0.42μmの高調波P2が出
射面12より基板外部に取り出された。出射面が基本波
および高調波に対してARコートされていることにより
高調波の出力が有効に取り出せ15%のアップが図れ
た。基本波70mWで5mWの高調波(波長0.42μ
m)を得た。また反射光を大幅に減らすことができたた
め半導体レーザは安定に動作し高調波出力の変動は±3
%以下であった。
As a fourth embodiment, a short wavelength laser light source according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a structural diagram of a short wavelength laser light source according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, a 0.8 μm band semiconductor laser is used as a short wavelength laser light source, and a LiNbO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 6 is a cross-sectional view of the short wavelength laser light source. 6 in FIG.
Reference numeral 0 denotes a submount made of quartz glass, reference numeral 21 denotes a semiconductor laser, and reference numeral 22 denotes an optical wavelength conversion element. The semiconductor laser 21 used here has a wavelength of 0.84 μm. Also,
The light wavelength conversion element 22 is obtained by performing proton exchange in phosphoric acid on a LiNbO 3 substrate to form a domain-inverted layer 3 and an optical waveguide 2. In the configuration of this embodiment, the semiconductor laser 2
The formation surface 24 of the active layer 23 and the formation surface 25 of the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 face the submount 20. The active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2 are coaxial and have a configuration in which the fundamental wave P1 of the semiconductor laser 21 is directly coupled. In this embodiment, a copper block is used as the second submount 28 for heat radiation of the semiconductor laser 21. For this reason, the heat of the semiconductor laser 21 escapes to the second submount 28 and is not transmitted to the quartz submount 20 having poor heat radiation. First, the back surface 29a of the semiconductor laser 21 (the surface opposite to the surface 24 on which the active layer 23 is formed) was bonded to the second submount 28. Next, the optical wavelength conversion element 22 was fixed to the submount 20 and pressed. The length of this fabricated element is 8 mm. When a semiconductor laser beam (wavelength 0.84 μm) was guided from the incident surface 10 as the fundamental wave P1, it propagated in a single mode, and a harmonic P2 having a wavelength of 0.42 μm was extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate. Since the emission surface is AR-coated with respect to the fundamental wave and the harmonics, the output of the harmonics can be effectively taken out and the output can be increased by 15%. A harmonic of 5 mW at a fundamental wave of 70 mW (wavelength 0.42 μm)
m) was obtained. Also, since the reflected light was greatly reduced, the semiconductor laser operated stably, and the fluctuation of the harmonic output was ± 3.
% Or less.

【0031】なお基本波に対してマルチモード伝搬では
高調波の出力が不安定で実用的ではない。又、半導体レ
ーザと光波長変換素子の距離が30μm以上となると結
合効率が小さくなり実用的ではない。
In the multi-mode propagation with respect to the fundamental wave, the output of the higher harmonic wave is unstable and not practical. On the other hand, if the distance between the semiconductor laser and the optical wavelength conversion element is 30 μm or more, the coupling efficiency becomes small, which is not practical.

【0032】第5の実施例として本発明の短波長レーザ
光源について図を用いて説明する。本発明の第5の実施
例の短波長レーザ光源の構造図を図7に示す。この実施
例では短波長レーザ光源として波長0.79μmの半導
体レーザ、光波長変換素子としてKTP(KTiOPO4)基
板を用いたもので、図7は短波長レーザ光源の断面図で
ある。KTPは光損傷に強いという特徴がある。図7で
20はSiのサブマウント、21は半導体レーザ、22
は光波長変換素子である。光波長変換素子22の入射面
10は研磨により45度の角度が付けられている。また
光波長変換素子22は半導体レーザ21に対し垂直に配
置されている。また、光波長変換素子22はKTP基板
にイオン交換を行い分極反転層3および光導波路2を形
成したものである。半導体レーザ21から出射された基
本波P1は入射面10で全反射されて光導波路2に入射
する。基本波を高調波へ変換する波長変換部26はサブ
マウント21には接触していないため熱的に遮断されて
いる。半導体レーザ21を駆動し基本波P1として活性
層23から出射された半導体レーザ光(波長0.79μ
m)を光波長変換素子22の入射面10より光導波路2
に直接結合させると基本波P1はシングルモード伝搬
し、光導波路2内の波長変換部26で波長0.395μ
mの紫外の高調波P2に変換され出射面12より基板外
部に取り出される。
As a fifth embodiment, a short wavelength laser light source according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows a structural diagram of a short wavelength laser light source according to a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a semiconductor laser having a wavelength of 0.79 μm is used as a short wavelength laser light source, and a KTP (KTiOPO 4 ) substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 7 is a sectional view of the short wavelength laser light source. KTP is characterized by being resistant to optical damage. In FIG. 7, reference numeral 20 denotes a Si submount, 21 denotes a semiconductor laser,
Is an optical wavelength conversion element. The incident surface 10 of the light wavelength conversion element 22 is formed at an angle of 45 degrees by polishing. The light wavelength conversion element 22 is arranged perpendicular to the semiconductor laser 21. The optical wavelength conversion element 22 is obtained by performing ion exchange on a KTP substrate to form a domain-inverted layer 3 and an optical waveguide 2. The fundamental wave P1 emitted from the semiconductor laser 21 is totally reflected by the incident surface 10 and enters the optical waveguide 2. The wavelength converter 26 that converts the fundamental wave into a harmonic wave is not in contact with the submount 21 and is thermally cut off. The semiconductor laser 21 (wavelength 0.79 μm) emitted from the active layer 23 as the fundamental wave P1 by driving the semiconductor laser 21
m) from the incident surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 to the optical waveguide 2
When coupled directly, the fundamental wave P1 propagates in a single mode, and the wavelength conversion section 26 in the optical waveguide 2 has a wavelength of 0.395 μm.
The light is converted into an ultraviolet harmonic P2 of m and is extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate.

【0033】次に第6の実施例である本発明のレーザ光
源の構成を図8を用いて説明する。図8に本発明の短波
長レーザ光源の構成図を示す。レーザ光源は基本的には
Siサブマウント20と半導体レーザ21と光導波路が
形成された光波長変換素子22により構成される。ま
た、光波長変換素子22の光導波路2上にはTa2O5によ
るグレーティング7が形成されている。サブマウント2
0に固定された半導体レーザ21から出射された光P1
は直接光導波路2に導入される。入力部にはテーパ光導
波路9が形成されておりアライメントの尤度を向上させ
ている。放熱対策としてSiサブマウントは斜めに削ら
れている。これにより波長変換部26に熱が伝わること
はない。
Next, the configuration of a laser light source according to the present invention, which is a sixth embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a configuration diagram of the short wavelength laser light source of the present invention. The laser light source basically includes a Si submount 20, a semiconductor laser 21, and an optical wavelength conversion element 22 in which an optical waveguide is formed. A grating 7 of Ta 2 O 5 is formed on the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22. Submount 2
Light P1 emitted from the semiconductor laser 21 fixed to 0
Is directly introduced into the optical waveguide 2. A tapered optical waveguide 9 is formed in the input section to improve the likelihood of alignment. The Si submount is slanted for heat dissipation. Thereby, heat is not transmitted to the wavelength conversion unit 26.

【0034】光導波路2に入った基本波P1はグレーテ
ィング7により一部が反射され半導体レーザに帰還され
る。そのため半導体レーザはグレーティング7の周期と
基板の屈折率で決まる波長に固定され発振する。
The fundamental wave P1 entering the optical waveguide 2 is partially reflected by the grating 7 and is returned to the semiconductor laser. Therefore, the semiconductor laser oscillates at a wavelength determined by the period of the grating 7 and the refractive index of the substrate.

【0035】光導波路2はピロ燐酸中でのプロトン交換
により作製した。以下基板への分極反転層、光導波路お
よびグレーティング作製方法について説明する。最初に
分極反転層3を形成する。LiTaO3基板にTaを厚み20nm、
スパッタ蒸着した後、通常のフォトプロセスとドライエ
ッチングを用いてTaを周期状にパターニングする。Taに
よるパターンが形成されたLiTaO3基板をピロ燐酸中で26
0℃、20分間浸し、プロトン交換を行いプロトン交換層
を形成する。その後、540℃の温度で20秒間熱処理す
る。これにより厚み2μmの周期状の分極反転層が形成
される。次にテーパ光導波路9を形成する。LiTaO3基板
にTaを厚み20nm、スパッタ蒸着した後、通常のフォトプ
ロセスとドライエッチングを用いてTaをパターニングす
る。テーパ光導波路を形成するため、Taによるパターン
が形成されたLiTaO3基板の一部をピロ燐酸中で260℃、5
0分間浸し、プロトン交換を行い、スリット直下に厚み
1.2μmのテーパ光導波路となるプロトン交換層を形成
する。その後、420℃の温度で20分間熱処理する。これ
により厚み5μmのテーパ光導波路が形成される。さら
に光導波路2を形成するために、ピロ燐酸中で260℃、1
2分間プロトン交換を行い、スリット直下に厚み0.5μm
のプロトン交換層を形成した後、420℃の温度で1分間熱
処理する。次にTa2O5を膜として30nmの厚みで形成す
る。次にフォトリソとドライエッチングを用いてTa2O5
の周期的パターンを形成する。これがグレーティング7
となる。グレーティングの周期は0.8μmであり、1次
周期0.2μmの4倍を用いている。このように周期は1
次周期の整数倍であれば用いることができる。最後に研
磨により入出射面を形成する。光導波路2は厚みは1.9
μm、長さは5mmである。また、グレーティングの反射
率は10%である。この程度の反射量で充分波長安定化が
図れる。
The optical waveguide 2 was manufactured by proton exchange in pyrophosphoric acid. Hereinafter, a method for producing a domain-inverted layer, an optical waveguide, and a grating on a substrate will be described. First, the domain-inverted layer 3 is formed. 20nm thick Ta on LiTaO 3 substrate,
After sputter deposition, Ta is patterned in a periodic manner using a normal photo process and dry etching. LiTaO 3 substrate patterned with Ta
Immersion at 0 ° C. for 20 minutes to perform proton exchange to form a proton exchange layer. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 540 ° C. for 20 seconds. As a result, a periodic domain-inverted layer having a thickness of 2 μm is formed. Next, the tapered optical waveguide 9 is formed. After Ta is sputter-deposited on a LiTaO 3 substrate to a thickness of 20 nm, the Ta is patterned using a normal photo process and dry etching. To form a tapered optical waveguide, a part of the LiTaO 3 substrate on which a pattern of Ta was formed was heated at 260 ° C and 5 ° C in pyrophosphoric acid.
Soak for 0 minutes, perform proton exchange, and place
A proton exchange layer serving as a 1.2 μm tapered optical waveguide is formed. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 420 ° C. for 20 minutes. Thereby, a 5 μm-thick tapered optical waveguide is formed. Further, in order to form the optical waveguide 2, 260 ° C.
Proton exchange for 2 minutes, 0.5μm thickness just under the slit
After forming the proton exchange layer, heat treatment is performed at 420 ° C. for 1 minute. Next, a film of Ta 2 O 5 is formed with a thickness of 30 nm. Next, using photolithography and dry etching, Ta 2 O 5
Is formed. This is grating 7
Becomes The grating period is 0.8 μm, which is four times the primary period of 0.2 μm. Thus, the period is 1
Any integer multiple of the next period can be used. Finally, an incoming / outgoing surface is formed by polishing. The optical waveguide 2 has a thickness of 1.9
μm, and the length is 5 mm. The reflectivity of the grating is 10%. With this amount of reflection, the wavelength can be sufficiently stabilized.

【0036】次に長さ10mmのSiによるサブマウン
ト20上に半導体レーザ21の活性層23側を下にして
ボンディングする。サブマウント20は研磨により一部
テーパ状に加工されている。リード線を付けて半導体レ
ーザを光らせながら、光導波路が形成された光波長変換
素子22を光導波路から出射する基本波P1が最大にな
るところで接着する。以上の工程により、コンパクトな
短波長レーザ光源が作製できた。基本波50mWで5m
Wの高調波(波長0.42μm)を得た。またグレーテ
ィングで半導体レーザの波長はロックされているので安
定に動作し高調波出力の変動は±1%以下であった。
Next, bonding is performed on a submount 20 made of Si having a length of 10 mm with the active layer 23 side of the semiconductor laser 21 facing down. The submount 20 is partially tapered by polishing. While the semiconductor laser is illuminated with the lead wire, the optical wavelength conversion element 22 having the optical waveguide formed thereon is bonded at a position where the fundamental wave P1 emitted from the optical waveguide is maximized. Through the above steps, a compact short-wavelength laser light source was manufactured. 5m with 50mW fundamental wave
A harmonic of W (wavelength 0.42 μm) was obtained. Further, since the wavelength of the semiconductor laser was locked by the grating, the semiconductor laser operated stably and the fluctuation of the harmonic output was ± 1% or less.

【0037】なお、光入射方法としては直接結合以外に
もレンズを介した構成でも良い。また、Siをサブマウ
ントとして用いたがCuやC等他の熱電導の良い材料で
あれば良い。また、実施例では結晶としてLiNbO3および
LiTaO3を用いたがKNbO3等の強誘電体、MNA等の有機
非線形材料にも適用可能である。
The light incident method may be a structure via a lens other than the direct coupling. Further, although Si is used as the submount, any other material having good thermal conductivity such as Cu or C may be used. In the examples, LiNbO 3 and
Although LiTaO 3 is used, the present invention can be applied to a ferroelectric material such as KNbO 3 and an organic nonlinear material such as MNA.

【0038】次に第7の実施例として本発明の短波長レ
ーザ光源を光情報記録装置に組み込み光ディスクの読み
取りに応用した例について説明する。図9にその構成を
示す。本実施例では光情報記録装置は短波長レーザ光
源、レンズ、偏光ビームスプリッタおよび受光器により
構成されている。短波長レーザ光源60内で半導体レー
ザ21から出た基本波P1は光波長変換素子22で高調
波P2に変換され高調波P2である青色レーザ光として
外部に放射される。この青色レーザ光P2をレンズ40
により平行光とする。この平行光にされた高調波P2は
偏光ビームスプリッタ41を通過後、フォーカシングレ
ンズ42で集光され光ディスク43上に0.6μmのス
ポットを結ぶ。この反射信号は再び偏光ビームスプリッ
タ41を通過後、受光器45に入射する。短波長レーザ
光源60にて2mWの青色レーザ光P2が放射され、こ
れが光ディスクの読み取りに使用された。また駆動電流
を増加し10mWの青色レーザ光で書き込みが行われ
た。ここで短波長レーザ光源は振動、温度変化に強く安
定に動作した。
Next, as a seventh embodiment, an example in which the short-wavelength laser light source of the present invention is incorporated in an optical information recording apparatus and applied to reading of an optical disk will be described. FIG. 9 shows the configuration. In the present embodiment, the optical information recording device includes a short wavelength laser light source, a lens, a polarizing beam splitter, and a light receiver. The fundamental wave P1 emitted from the semiconductor laser 21 in the short-wavelength laser light source 60 is converted into a higher harmonic P2 by the light wavelength conversion element 22, and emitted to the outside as blue laser light, which is the higher harmonic P2. This blue laser light P2 is
To make parallel light. After passing through the polarization beam splitter 41, the harmonic P2 converted into parallel light is condensed by the focusing lens 42 and forms a 0.6 μm spot on the optical disk 43. The reflected signal again passes through the polarization beam splitter 41 and then enters the light receiver 45. The short-wavelength laser light source 60 emitted blue laser light P2 of 2 mW, which was used for reading an optical disk. The drive current was increased and writing was performed with a 10 mW blue laser beam. Here, the short-wavelength laser light source was stable against vibration and temperature change and operated stably.

【0039】第8の実施例として本発明の短波長レーザ
光源について図10を用いて説明する。本発明の第8の
実施例の短波長レーザ光源の構造図を図10に示す。こ
の実施例では短波長レーザ光源として0.8μm帯の半
導体レーザ、光波長変換素子としてLiTaO3基板を用いた
もので、図10は短波長レーザ光源の光導波路の中心で
光導波路形成面に平行に切った断面図である。21は半
導体レーザ、22は光波長変換素子、2は光導波路、2
6は波長変換部である。波長変換部26は曲がり光導波
路で構成されており、発熱源である半導体レーザ21か
ら同心円上にあり温度は一定となっている。そのため高
調波への変換は安定に行うことができる。
As an eighth embodiment, a short wavelength laser light source according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a structural diagram of a short wavelength laser light source according to an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, a 0.8 μm band semiconductor laser is used as a short wavelength laser light source, and a LiTaO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 10 shows the center of the optical waveguide of the short wavelength laser light source parallel to the optical waveguide forming surface. FIG. 21 is a semiconductor laser, 22 is an optical wavelength conversion element, 2 is an optical waveguide, 2
Reference numeral 6 denotes a wavelength converter. The wavelength converter 26 is formed of a bent optical waveguide, and is concentric with the semiconductor laser 21 as a heat source and has a constant temperature. Therefore, conversion to harmonics can be performed stably.

【0040】なお分極反転構造を用いると実施例で示し
たような高効率、高出力の短波長光が発生できる。欠点
である温度許容幅の狭さに対しては本発明のように半導
体レーザと熱的に遮断することで解決できる。
When a domain-inverted structure is used, high-efficiency, high-output short-wavelength light can be generated as shown in the embodiment. The disadvantage of the narrow allowable temperature range can be solved by thermal isolation from the semiconductor laser as in the present invention.

【0041】このように本発明の短波長レーザ光源を用
いることで従来使用していた0.8μm帯の半導体レー
ザを用いた光情報記録装置の読み取り系に比べて半分の
スポットに絞ることができ光情報記録装置の記録密度を
従来の4倍に向上することができる。
As described above, by using the short wavelength laser light source of the present invention, it is possible to narrow the spot to half of the reading system of an optical information recording apparatus using a 0.8 μm band semiconductor laser conventionally used. The recording density of the optical information recording device can be improved to four times the conventional value.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように本発明の短波長レー
ザ光源によれば半導体レーザと高効率光波長変換素子を
レンズを介さず直接結合させることで大幅な結合効率の
向上が図れ、その際半導体レーザからの発熱が光波長変
換素子の波長変換部に伝わるのを防ぎ、短波長レーザ光
源の出力および安定度が大幅に向上する。さらに、立ち
上がり特性も優れたものとなりその工業的価値は極めて
大きい。
As described above, according to the short wavelength laser light source of the present invention, the coupling efficiency can be greatly improved by directly coupling the semiconductor laser and the high-efficiency optical wavelength conversion element without using a lens. Heat generated from the semiconductor laser is prevented from being transmitted to the wavelength conversion section of the optical wavelength conversion element, and the output and stability of the short wavelength laser light source are greatly improved. Furthermore, the rising characteristics are also excellent, and the industrial value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の短波長レーザ光源の第1の実施例の構
造図である。
FIG. 1 is a structural diagram of a first embodiment of a short wavelength laser light source according to the present invention.

【図2】本発明の短波長レーザ光源の温度分布図であ
る。
FIG. 2 is a temperature distribution diagram of the short wavelength laser light source of the present invention.

【図3】本発明の短波長レーザ光源の第2の実施例の構
造図である。
FIG. 3 is a structural diagram of a second embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図4】本発明の短波長レーザ光源の環境温度と高調波
出力の特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram of the ambient temperature and the harmonic output of the short wavelength laser light source of the present invention.

【図5】本発明の短波長レーザ光源の第3の実施例の構
造図である。
FIG. 5 is a structural diagram of a third embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図6】本発明の短波長レーザ光源の第4の実施例の構
造図である。
FIG. 6 is a structural view of a short-wavelength laser light source according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の短波長レーザ光源の第5の実施例の構
造図である。
FIG. 7 is a structural view of a short-wavelength laser light source according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の短波長レーザ光源の第6の実施例の構
造図である。
FIG. 8 is a structural view of a short wavelength laser light source according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施例の光情報処理装置の構成
図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of an optical information processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の短波長レーザ光源の第8の実施例の
構造図である。
FIG. 10 is a structural diagram of an eighth embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図11】従来の短波長レーザ光源の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional short wavelength laser light source.

【図12】従来の短波長レーザ光源の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional short wavelength laser light source.

【図13】従来の光波長変換素子の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element.

【図14】高調波増幅の原理を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating the principle of harmonic amplification.

【図15】従来の短波長レーザ光源の温度分布図であ
る。
FIG. 15 is a temperature distribution diagram of a conventional short wavelength laser light source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 光導波路 3 分極反転層 4 非分極反転層 7 グレーティング 8 溝 9 テーパ光導波路 10 入射面 12 出射面 15 電極 15a 薄膜ヒーター 17 保護膜 20 サブマウント 21 半導体レーザ 22 光波長変換素子 23 活性層 26 波長変換部 40、42、44 レンズ 41 ビームスプリッター 45 Siディテクター 50 パッケージ 51 窓 60 短波長レーザ光源 Reference Signs List 2 optical waveguide 3 domain-inverted layer 4 non-domain-inverted layer 7 grating 8 groove 9 tapered optical waveguide 10 incident surface 12 emission surface 15 electrode 15a thin-film heater 17 protective film 20 submount 21 semiconductor laser 22 optical wavelength conversion element 23 active layer 26 wavelength Conversion unit 40, 42, 44 Lens 41 Beam splitter 45 Si detector 50 Package 51 Window 60 Short wavelength laser light source

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−301582(JP,A) 特開 昭50−29282(JP,A) 特開 平4−181928(JP,A) 特開 平1−297632(JP,A) 特開 昭64−32206(JP,A) 特開 平4−84481(JP,A) 特開 平4−9830(JP,A) 特開 平5−127208(JP,A) 特開 平5−19310(JP,A) 特開 平2−101438(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-301582 (JP, A) JP-A-50-29282 (JP, A) JP-A-4-181928 (JP, A) JP-A-1-297632 (JP) JP-A-64-32206 (JP, A) JP-A-4-84481 (JP, A) JP-A-4-9830 (JP, A) JP-A-5-127208 (JP, A) 5-19310 (JP, A) JP-A-2-101438 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
波長変換素子の光導波路に直接結合する短波長レーザ光
源において、前記半導体レーザの活性層の形成面および
光波長変換素子の光導波路形成面がサブマウントに向き
合いなおかつ前記光波長変換素子の波長変換部直下のサ
ブマウントには溝またはテーパ部が形成されておりサブ
マウントと波長変換部が非接触となることを特徴とする
短波長レーザ光源。
1. A short wavelength laser light source comprising a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to an optical waveguide of the optical wavelength conversion element. The formation surface and the optical waveguide formation surface of the optical wavelength conversion element face the submount, and a groove or a tapered part is formed in the submount immediately below the wavelength conversion part of the optical wavelength conversion element. A non-contact short-wavelength laser light source.
【請求項2】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
波長変換素子の光導波路に直接結合する短波長レーザ光
源において、前記半導体レーザの活性層の形成面および
光波長変換素子の光導波路形成面がサブマウントに向き
合いなおかつ前記光波長変換素子の波長変換部が長さ方
向にわたって前記半導体レーザから等距離となることを
特徴とする短波長レーザ光源。
2. A short wavelength laser light source comprising a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to an optical waveguide of the optical wavelength conversion element. A short-wavelength laser light source, wherein the surface on which the optical wavelength conversion element is formed and the optical waveguide formation surface of the optical wavelength conversion element face the submount, and the wavelength conversion section of the optical wavelength conversion element is equidistant from the semiconductor laser in the length direction. .
【請求項3】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
波長変換素子の光導波路に直接結合する短波長レーザ光
源において、前記半導体レーザに対して光波長変換素子
が直角に配置されており、なおかつ前記半導体レーザの
活性層の形成面がサブマウントに向き合う構成となるこ
とを特徴とする短波長レーザ光源。
3. A short wavelength laser light source comprising a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to an optical waveguide of the optical wavelength conversion element. A short-wavelength laser light source, wherein an optical wavelength conversion element is disposed at a right angle, and a surface on which an active layer of the semiconductor laser is formed faces a submount.
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