CN1383239A - 波长变换装置 - Google Patents

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    • H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure

Abstract

一种波长变换装置,利用SHG变换波长,产生激光的波长变换装置,备有:具有多个电极的衬底;和安装在衬底上电连接多个电极的半导体激光器件;和具有使从半导体激光器件射出的激光作导波,变换其波长的光导波线路的非线性光学元件。然后,非线性光学元件被安装在该衬底上,该非线性光学元件的光导波线路与衬底的中心线隔开。以此,获得在半导体衬底上集成化安装半导体激光器件和光导波线路装置的小型波长变换装置,使用该波长变换装置的光盘的光拾取部分可小型化。

Description

波长变换装置
                          技术领域
本发明涉及把半导体激光器件和形成平面型光导波线路的非线性光学元件在衬底集成化安装的波长变换装置。
                          背景技术
为了实现光盘的高密度及显示器的高清晰度，产生从蓝色到紫色的激光的小型短波长光源。作为用于获得该波长区域的激光，具体的方法是，通过使用平面型光导波线路的准相位匹配方式(a quasi-quase-matching method)的波长变换装置，使发生第二谐波，半导体激光的波长从850nm到425nm的变换方法(a second harmonic-wave generation method，下面称为SHG)。
在根据该方法的短波长光源的小型化方面，有效的是使波长变换装置和半导体激光器件集成安装在一块衬底上。
作为象这样的小型的短波长光源的一个例子，在图15中展示了公开于特开2000-284135号公报中的波长变换装置。
在硅衬底300上集成安装半导体激光器件306和平面型光导波线路装置305。平面型光导波线路装置305是在Mg掺杂的LiNbO3衬底302上形成质子交换平面型光导波线路304和形成周期极化颠倒区域的折射光栅(未图示)的波长变换装置。而且，在硅衬底300上形成与半导体激光器件306电连接的电极307，在与平面型光导波线路304相距10μm位置上形成调整键301。平面型光导波线路304的两侧用与调整键301同样的材料(例如Ta制)及同样厚度的膜附加调整键303。而且，在半导体激光器件306上也形成调整键308。
这里，半导体激光器件306是分布布拉格反射型(Distributed BraggReflector，下面称为DBR)半导体激光器件，如图15所示，电极307对应于作为波长控制区域的一种的DBR区域与半导体激光器件306的增益区域连接。
并且，半导体激光器件306和平面型光导波线路装置305安装在硅衬底300上，使得从半导体激光器件306中射出的激光沿平面型光导波线路装置305的光导波线路304中引向，并且，调整键308、303、301被配置在所定的位置上。然后，在该波长变换器装置中，硅衬底300的中心线M1-M2、半导体激光器件306的中心线M3-M4及平面型光导波线路装置305的中心线M5-M6的每个大体一致。
将来为了比现状进一步使光盘和使用显示器的光信息处理系统小型化，有必要使光盘等的光拾取部分小型化。为了使光拾取部分小型化，有效的是进一步使波变换装置的小型化。
另一方面，在电驱动象这样波长变换装置的情况下，必须控制从半导体激光器件306中射出的激光振荡波长，使依据SHG的该激光的变换效率最大。
图15所示的波长变换装置中，在电极307内利用在与DBR区域连接的电极上通过的电流值调整，使DBR区域的折射率变化，通过改变布拉格波长控制振荡波长。在该波长变换装置中，由于半导体激光器件306仅由增益区域和DBR区域2个区域组成，所以，不能控制射出的激光的相位。因此，如果通过加电在DBR区域的布拉格波长改变，那么，振荡的波长变得不连续，产生所谓模式电波反射。在该情况下，振荡波长的控制变得困难，往往会引起重大故障。
                          发明内容
本发明目的在于提供一种小型波长变换装置，在半导体衬底上成集成安装半导体激光器件和光导波线路装置。
为了达到上述目的，本发明的波长变换装置，利用SHG进行波长变换产生激光，其特征是，备有：具有多个电极的衬底；安装在衬底上，对多个电极进行电连接的半导体激光器件；具有对从半导体激光器件射出的激光作导波，变换其波长的光导波线路的非线性光学元件。并且，非线性光学元件被安装在该衬底上，该非线性光学元件的光导波线路与衬底的中心线隔离。
并且，为了达到上述目的，本发明的波长变换装置，利用SHG进行波长变换产生激光，其特征是，具有多个电极的衬底；与多个电极进行电连接的半导体激光器件；具有对从半导体激光器件射出的激光导波，变换其波长的光导波线路的非线性光学元件。并且，半导体激光器件、非线性光学元件及多个电极在衬底上大致被安装在同一直线上。
还有，本发明目的在于提供一种波长变换装置，可稳定地控制从半导体激光器件射出的激光的振荡波长。
为了达到上述目的，本发明的波长变换装置，利用SHG进行波长变换产生激光，其特征是，备有：具有多个电极的衬底；安装在衬底上，由增益区域、相位控制区域、波长控制区域的3个区域构成的半导体激光器件；安装在衬底上，变换从所述半导体激光器件射出的激光的波长的非线性光学元件。而且，多个电极由对应于3个区域形成的第一电极组，和用于与外部电源的布线导线的第二电极组组成，半导体激光器件的3个区域与第一电极组对应的的电极作电连接，还有，该第一电极组通过各导线与第二电极组对应的电极连接。这些导线内，在波长控制区域上分别与至少半导体激光器件的相位控制区域连接的导线，具有起电阻作用的部分。
                           附图说明
图1是表示实施例1的波长变换装置的平面图；
图2是表示实施例2的波长变换装置的平面图；
图3是表示实施例3的波长变换装置的平面图；
图4是表示实施例3的波长变换装置的平面图；
图5是表示实施例5的波长变换装置的平面图；
图6是表示实施例6的波长变换装置的平面图；
图7是表示实施例7的波长变换装置的平面图；
图8是表示实施例8的波长变换装置的平面图；
图9是表示实施例9的波长变换装置的平面图；
图10是表示实施例10的波长变换装置的平面图；
图11是表示实施例11的波长变换装置的平面图；
图12是表示实施例12的波长变换装置的平面图；
图13是表示半导体激光器件的振荡纵向模式次数和DBR区域和给相位控制区域通电的电流大小关系图表；
图14是表示用同一电压驱动半导体激光器件的相位控制区域和DBR区域的状态的电路图；
图15是表示已有技术的波长变换装置的平面图。
                          具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。
实施例1
图1是表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底5(宽3mm、长15mm)作出电极1、电极2、电极3图形，集成化安装DBR激光器件4(宽0.3mm、长1.2mm)及非线性光学元件7(宽2.8mm、长10mm)。6是光导波线路；8是在光导波线路6上形成的折射光栅。100是光导波线路6的中心线。M1a-M2a是硅衬底5的宽度方向的中心线，M5a-M6a是非线性光学元件7的宽度方向中心线。下面，在本发明的波长变换装置中，把与光导波线路垂直的方向称为宽度方向，把与光导波线路平行的方向称为长度方向。
DBR激光器件4由调节射出的激光的输出强度的增益区域、使激光相位变化的相位控制区域、及使具有振荡波长的激光返回到谐振器方向的DBR区域的3个区域(即便在以下的实施例中这些区域的功能也相同)构成。
在该3个区域上，形成各个在电气上分别独立的电极(未图示)。DBR激光器件4使具有其pn结的面向着硅衬底5侧，通过减结，对应增益区域、相位控制区域、DBR区域的电极分别焊接到硅衬底5上的电极1、电极2、电极3，安装在硅衬底5上。而且，在各电极上，形成用于进行与外部电源的导线布线的导线焊接区域，使得可电驱动增益区域、相位控制区域、DBR区域的各区域。
这样，DBR激光器件4的增益区域、相位控制区域、DBR区域分别与电极1、电极2、电极3电连接。在该状态下，利用向各电机极发送电信号，可使从DBR激光元件4射出的激光振荡波长变化。从DBR激光器件4射出的激光其振荡表波长被设定为820nm，用单一纵向方式振荡。
而且，非线性光学元件7由LiNbO3组成，形成具有折射光栅8的光导波线路6。非线性光学元件7利用紫外线固化材料等粘接剂固定在硅衬底5的规定位置上。
折射光栅8利用施加的外部电场，使LiNbO3的结晶极化颠倒形成。光导波线路6与DBR激光器件4以3μm以下的间隔设置，使从DBR激光器件4射出的激光被可靠地导入。
激光当沿光导波线路6中导波时，利用根据折射光栅8的折射，通过使非线性光学元件7中产生的波长410nm的第二高次谐波光(下面称为SHG光)，和振荡波长820nm的激光作准相位匹配，得到输出强度高的SHG光。而且，通过控制从DBR激光器件4射出的激光振荡波长，也可提高向SHG光的变换效率。
在本实施例中，如图1所示，非线性光学元件7在衬底上的安装状态是，其光导波线路6的中心线100距硅衬底5的中心线M1a-M2a相隔1.0mm。象这样，光导波线路6未必形成在非线性光学元件7的中心线M5a-M6a上。
并且，在图1中，尽管非线性光学元件7被安装成硅衬底5的中心线M1a-M2a和非线性光学元件7的中心线M5a-M6a一致，但是，两者未必一致。
还有，在非线性光学元件7中，光导波线路6的SHG光射出侧端部位于距硅衬底5的边缘5μm外侧。以此，在本实施例中，通过硅衬底5反射而不散射，在从非线性光学元件7射出的SGH光中得到良好的远视野象。
根据本实施例，非线性光学元件7通过与其光导波线路6距硅衬底5中心线M1a-M2a相隔离状态被安装在衬底上，可使波长变换装置的宽度窄至5mm以下。获得大体与非线性光学元件7的大小相等的小型波长变换装置。
实施例2
图2表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底5(宽度2mm、长度6mm)上作出电极1、电极2、电极3的图形，集成安装DBR激光器件4(宽度0.3mm、长度1.2mm)及非线性光学元件7(宽度2.8mm、长度10mm)。6是光导波线路，8是由光导波线路6形成的折射光栅。100是光导波线路6的中心线。M1b-M2b是硅衬底5的宽度方向中心线，M5b-M6b是非线性光学元件7的宽度方向中心线。象这样，在本实施例的波长变换装置中，有关使硅衬底5小型化，规定在硅衬底5上的长度方向安装DBR激光器件4的区域的长度为3mm这一点，非线性光学元件7以其光导波线路6的中心线100离硅衬底5的中心线0.7mm的状态被安装在衬底上这一点以外的构成，所包括的由光导波线路6使从DBR激光元件4射出的激光可靠地被导入，非线性光学元件7以与DBR激光器件4相隔3μm以下的间隔被设置这一点，在非线性光学元件7中，射出光导波线路6的SHG光侧的端部置于距硅衬底5的边缘5μm外侧这一点，由于与实施例1的波长变换装置构成一样，所以说明从略。
根据本实施例，不仅获得与实施例1相同的效果，而且，通过缩短硅衬底5的长度，由于非线性光学元件7安装在硅衬底5上的区域窄，所以非线性光学元件7和硅衬底5接触产生的光导波线路6的挠度可减少，也可提高从由DBR激光器件4射出的激光向SHG光的变换效率。
实施例3
图3表示本实施例波长变换装置的平面图。在硅衬底5(宽度为3.0mm、长度为12mm)上，作电极9、电极10、电极11的图形，集成化安装DBR激光器件4(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件7(宽度为2.8mm、长度为10mm)。6是由光导波线路，8为在光导波线路6形成的折射光栅。100是光导波线路6的中心线。M1c-M2c是硅衬底5的宽度方向的中心线，M5c-M6c是非线性光学元件7的宽度方向的中心线。
DBR激光器件4由增益区域、相位控制区域、及DBR区域3个区域构成。
在该3个区域上形成各个电气独立的电极(未图示)。DBR激光器件4使具有其pn结的面向着硅衬底5侧，利用结减少，对应于增益区域、相位控制区域、DBR区域的电极分别焊接在各电极9的区域9b、电极10的区域10b、电极11的区域11b上，安装在硅衬底5上。
在电极9、10、11上为了可分别电气驱动DBR激光器件4的增益区域、相位控制区域、DBR区域的各区域，形成用于进行与外部电源导线布线的导线焊接区域9a、10a、11a。并且，与这些导线焊接区域和在DBR激光器件4的各区域上形成的电极连接的区域9b、10b、11b(下面称为连接区域)之间的横宽要小于导线焊接区域和连接区域的各区域的横宽。这样，利用在硅衬底5上形成的各电极宽度的一部分变窄，可减少这些电极的寄生电容。
象这样，本实施例的波长变换装置有关使在硅衬底5上形成的各电极的宽度一部分作窄这一点，非线性光学元件7以其光导波线路6的中心线100与硅衬底5的中心线隔离1.0mm的状态被安装在衬底上这一点以外的结构，所包括的非线性光学元件7以与DBR激光器件4相隔3μm以下的间隔设置这一点，在非线性光学元件7中，光导波线路6的射出SHG光侧端部位于距硅衬底5边缘5μm外侧这一点，由于与实施例1的波长变换装置的构成相同，所以说明从略。
根据本实施例，不仅取得与实施例1同样的效果，而且，通过硅衬底5上形成的各电极的宽度一部分作窄，可减少这些电极的寄生电容，可提高DBR激光器件4的电调制波。
实施例4
图4表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底5(宽度为2.0mm、长度为6.0mm)上作成电极9、电极10、电极11图形，集成安装DBR激光器件4(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件7(宽度为2.8mm、长度为10mm)。6为光导波线路，8为由光导波线路6形成的折射光栅。100是光导波线路6的中心线。M1d-M2d是硅衬底5的宽度方向的中心线，M5d-M6d是非线性光学元件7的宽度方向的中心线。
DBR激光器件4由增益区域、相位控制区域、及DBR区域的3个区域组成。
在3个区域上分别电气独立地形成电极(未图示)。DBR激光器件4使具有其pn结的面朝向硅衬底5侧，利用结减少，对应于增益区域、相位控制区域、DBR区域的电极被焊接在各个电极9的区域9b、电极10的区域10b、电极11的区域11b上，安装在硅衬底5上。
在电极9、10、11上为了可分别电气驱动DBR激光器件4的增益区域、相位控制区域、DBR区域的各区域，形成用于进行与外部电源导线布线的导线焊接区域9a、10a、11a。并且，与这些导线焊接区域和在DBR激光器件4的各区域上形成的电极连接的区域9b、区域10b、区域11b(下面称为连接区域)之间的横宽要小于导线焊接区域和连接区域的各区域的横宽。这样，利用在硅衬底5上形成的各电极宽度的一部分变窄，可减少这些电极的寄生电容。象这样，本实施例的波长变换装置有关硅衬底5小型化，规定在硅衬底5上的长度方向安装DBR激光器件4的区域长度为3mm这一点，非线性光学元件7以其光导波线路6的中心线100与硅衬底5的中心线隔离0.7mm的状态被安装在衬底上这一点，使在硅衬底5上形成的各电极宽度部分变窄这一点外的结构，所包括的非线性光学元件7以与DBR激光器件4相隔3μm以下的间隔设置这一点，在非线性光学元件7中，射出光导波线路6的SHG光侧端部位于距硅衬底5边缘5μm外侧这一点，由于与实施例1的波长变换装置的构成相同，所以说明从略。
根据本实施例，不但取得与实施例1同样的效果，而且通过缩短硅衬底5的长度，由于在硅衬底5上安装非线性光学元件7的区域作窄，所以通过非线性光学元件7和硅衬底5的接触产生的光导波线路6的挠度得以减少，从由DBR激光器件4射出的激光向SHG光的变换效率也可提高。而且，利用在硅衬底5上形成的各电极的宽度部分作窄，能降低这些电极的寄生电容，可提高DBR激光器件4的电解调频率。
实施例5
图5表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底112(宽度为3mm、长度为15mm)上作成电极101、电极102、电极103、电极104、电极105、电极106的图形，集成安装DBR激光器件107(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件115(宽度为2.8mm、长度为10mm)。110为光导波线路，111为由光导波线路110形成的折射光栅。100是光导波线路110的中心线。
DBR激光器件107由增益区域、相位控制区域、及DBR区域的3个区域组成。
在3个区域上分别电气独立地形成电极(未图示)。DBR激光器件107使具有其pn结的面朝向硅衬底112侧，利用结减少，对应于增益区域、相位控制区域、DBR区域的电极被焊接在各个电极101、电极102、电极103(下称连接电极)，安装在硅衬底112上。
而且，电极104、105、106为了能分别电驱动DBR激光器件107的增益区域、相位控制区域、DBR区域的各区域，可作为用于进行与外部电源的导线布线的导线焊接电极。并且，这些导线焊接电极和对应于DBR激光器件107的各区域形成的连接电极之间分别利用导线13a、13b、13c连接。在该状态下，通过给各连接电极发送电信号，可改变从DBR激光器件107中射出的激光的振荡波长。从DBR激光器件107中射出的激光其振荡波长被设定成820nm，以单一模式振荡。
并且，非线性光学元件115由LiNbO3组成，形成具有折射光栅111的光导波线路110。非线性光学元件115利用紫外线固化材料等粘接剂固定在硅衬底112的一定位置上。
折射光栅111利用施加外部电场，使LiNbO3结晶极化颠倒形成。光导波线路110为了可靠地导入从DBR激光器件107中射出的激光，设置在与DBR激光器件107的3μm以下间隔中。
激光在沿导波线路110中导波时，通过使由根据折射光栅111形成的折射产生的波长410nm的SHG光和振荡波长820nm的激光作准相位匹配，得到输出强度高的SGH光。而且，利用从DBR激光器件107中射出的激光的振荡波长的控制，也可提高从该激光向SHG光的变换效率。
在本实施例中，DBR激光器件107、非线性光学元件115的光导波线路110及电极101-106在硅衬底112上以直线100排列。
此外，在本实施例中，在非线性光学元件115中，射出光导波线路110的SHG光的侧端部位于距硅衬底112边缘5μm外侧。这样，通过硅衬底112的反射不容易产生散乱反射，在从非线性光学元件115射出的SHG光中得到良好的远视野像。
根据本实施例，DBR激光器件107、非线性光学元件115的光导波线路110、及电极101-106在硅衬底112上以直线100配列，所以可使波长变换装置的宽度窄至5mm以下，获得其宽度大体等于非线性光学元件115的宽度的小型波长变换装置。
实施例6
图6是表示本实施例的波长变换装置的平面图。有关把硅衬底112的长度方向的长度设定为实施例5的硅衬底112的长度(15mm)的1/2以下的6mm，把在硅衬底112上的长度方向安装DBR激光器件107的区域的长度规定为3mm这一点以外的构成，包括非线性光学元件115以与DBR激光器件107相隔3μm以下设置这一点与实施例5的波长变换装置的构成相同，所以说明从略。
根据本实施例，不仅取得与实施例5同样的效果，而且，通过缩短硅衬底112的长度，使硅衬底112更小型化，可实现波长变换装置的小型化、低成本化。并且，由于把非线性光学元件115安装在硅衬底112上的区域变窄，所以，可降低因非线性光学元件115和硅衬底112的接触产生的光导波线路110的挠度，效率能提高DBR激光元件107射出的激光向SHG光变换效率。
实施例7
图7是表示本实施例的波长变换装置的平面图。使硅衬底112的横宽要比实施例6的硅衬底112的宽度(3mm)窄0.5mm，设定为2.5mm这一点以外的构成，包括规定在硅衬底112长度方向安装DBR激光器件107的区域长度为3mm这一点，非线性光学元件115与DBR激光器件107相隔3μm以下设置这一点，与实施例6的波长变换装置的构成相同，所以说明从略。
根据本实施例，不仅取得与实施例6同样的效果，而且，硅衬底112更小型化，实现波长变换装置的小型化，低成本化。
实施例8
图8表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底112(宽度为3mm、长度为15mm)上，作成电极101、电极102、电极103、电极104、电极105、电极106的图形，集成安装DBR激光器件107(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件115(宽度为1.5mm、长度为10mm)。110为光导波线路，111为由光导波线路110形成的折射光栅。100是光导波线路110的中心线。M100-M200是硅衬底112的宽度方向的中心线，M500-M600是非线性光学元件115的宽度方向的中心线。
在本实施例中，DBR激光器件107、非线性光学元件115的光导波线路110及电极101-106在硅衬底112上以直线100排列。而且，使连接导线13a、13b、13c在硅衬底112上的横向，对电极101-103，全部在同侧布线，硅衬底112的横宽比实施例7的硅衬底112的宽度(2.5mm)再窄0.5mm，设定为2mm。
而且，非线性光学元件115其光导波线路110的中心线100以与硅衬底112的中心线M100-M200隔离0.5mm，并且，与非线性光学元件115的中心线M500-M600隔离0.3mm的状态在硅衬底112上安装着。然后这样，非线性光学元件115的宽度比2mm再缩短设定为1.5mm。
而且，与实施例7一样，设定在硅衬底112上的长度方向安装DBR激光器件107的区域的长度为3mm，非线性光学元件115设置成与DBR激光器件107间隔在3μm以下。
根据本实施例，不仅取得与实施例7同样的效果，而且，连接导线13a、13b、13c在硅衬底112上对电极101-103，全部在同侧配线，及非线性光学元件115以其光导波线路110与硅衬底112的中心线M100-M200隔离，而且，与非线性光学元件115的中心线隔离的状态被安装在硅衬底112上，这样，在硅衬底112中，可减少不形成部件和布线的区域，硅衬底112的宽度可缩减，满足得到的波长变换装置的小型化。
实施例9
图9表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底212(宽度为3mm、长度为15mm)上，作成电极201、电极202、电极203、电极204、电极205的图形，集成安装DBR激光器件207(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件215(宽度为2.8mm、长度为10mm)。210为光导波线路，211为由光导波线路210形成的折射光栅。100是光导波线路210的中心线。
DBR激光器件107由增益区域、相位控制区域、及DBR区域的3个区域组成。
在DBR激光器件207的3个区域上分别形成独立的电极(未图示)。DBR激光器件207使具有其pn结的面朝着硅衬底212侧，利用减少结，对应于增益区域、相位控制区域、DBR区域的电极分别被焊接在电极201、电极202、电极203(连接电极)上，安装在硅衬底212上。
还有，电极204、电极205分别为了能电驱动DBR激光器件207的增益区域、相位控制区域、DBR区域的各区域而作为用于进行与外部电源导线布线的导线焊接电极。然后在对应于这些导线焊接电极和DBR激光器件207的各区域形成的连接电极之间利用导线214和213进行连接。导线214被连接到增益区域上，导线213被连接到相位控制区域和DBR区域导线上。导线214是金属制的，导线213是p型多晶硅制的，在其一部分上形成电阻213a。
在该状态下，通过把电信号发送到各连接电极上，可使从DBR激光器件207射出的激光的振荡波长改变。改变施加到电极205上的电压值，控制在DBR激光器件207的增益区域上通电的电流值，控制激光输出强度。从DBR激光器件207中射出的激光其振荡波长被设定成820nm，以单一纵模式振荡。
另外，非线性光学元件215由LiNbO3组成，形成具有折射光栅211的光导波线路210。非线性光学元件215利用紫外线固化材料粘接，固定在硅衬底212的所定位置上。
折射光栅211利用施加外部电场使LiNbO3的结晶极化颠倒形成。光导波线路210为了可靠地导入自DBR激光器件207射出的激光，设置成与DBR激光器件207间隔为3μm以下。
激光导入光导波线路210时，通过使根据折射光栅211产生的折射形成的波长410nm的SHG光和振荡波长820nm的激光作准相位匹配，得到输出强度高的SHG光。并且，通过控制从DBR激光器件207射出的激光的振荡波长，也能提高从该激光向SHG光的变换效率。
在本实施例中，DBR激光器件207、非线性光学元件215的光导波线路210、及电极201-205在硅衬底212上以直线100排列。据此，可使波长变换装置的宽度窄到5mm以下，可得到其宽度大体等于非线性光学元件215的宽度的小型波长变换装置。
在DBR激光器件207中，除增益区域和DBR区域以外，通过设置相位控制区域，不产生所谓模式电波反射，可连续控制振荡波长。相位控制区域与增益区域不同，成为经通电不能得到增益的被动区域。而且，由于不具备象DBR区域的折射光栅，所以无波长选择性。当在相位控制区域上通电，则内部光导波线路的有效折射率变化，可使处于谐振状态的激光相位变化。
图13是表示在AlGaAs系列激光器件中，使振荡纵模式次数、和给DBR区域和相位控制区域通电的电流大小关系图形化。一旦在DBR区域上注入电流，那么，有效折射率提高，布拉格波长变化到波长长的一侧，所以振荡纵模式次数从N次到N-1次，在低次侧产生模式电波反射。另一方面，如果在相位控制区域上注入电流，那么，有效折射率提高，有效的振荡器长变长，所以振荡纵模式次数从N次到N+1次，在高次侧产生模式电波反射。
从而，如图13的虚线所示，DBR区域和相位控制区域的每个上通电的电流值之比在所定的状态下，如果向DBR区域通电，那么，布拉格波长移至长波长侧，模式增益最高的振荡波长移到波长长侧。而且，如果向相位控制区域通电，那么，该区域的有效折射率高，有效谐振器变长，即使振荡波长移到长波长，也能维持以同一N次模式的振荡相同的相位状态，可防止模式电波反射。
图14表示对于半导体激光器件401的相位控制区域401a和DBR区域401b，分别串联连接电阻，利用电源404施加同一偏压驱动各区域的状态的电路图。这时，在注入相位控制区域和DBR区域的每个中的电流值之间，以下面式子表示的关系。
         IDBR＝(R2+RDBR)/(R1+Rphase)×Iphase…(1)
这里，Iphase、IDBR分别是相位控制区域，注入DBR区域的电流值。而且，R1、Rphase分别是相位控制区域的微分电阻值(所定值)、连接到相位控制区域的电阻402的值。R2、RDBR是DBR区域的微分电阻值(所定值)、连接到DBR区域的电阻403值。
从而，如式1所示，利用改变与相位控制区域、DBR区域连接的电阻值Rphase、RDBR，能调节与电流值IDBR和Iphase之比(R2+RDBR)/(R1+Rphase)(下面称为电流值之比)。
在本实施例中，如图9所示，在连接到半导体激光器件的相位控制区域和DBR区域的导线的一部分中，形成电阻213a。若设电阻213a值为R，则电流值的比由1式得出IDBR/Iphase＝(R2+R)/(R1+R)。因此，调节电阻213a的值R，规定振荡纵模式次数非模式电波反射，在半导体激光器件中，可使射出的激光振荡波长连续地变化。此外，R值最好是10-3至106Ω·cm。
根据本实施例，使连接到相位控制区域和DBR区域的导线的一部分具有电阻功能，通过调节该电阻值可稳定控制从半导体激光器件从射出的激光的振荡波长。
实施例10
图10表示本实施例的波长变换装置的平面图。设定硅衬底212长方的长度为实施例9的硅衬底212的长度(15mm)的1/2以下的6mm，在硅衬底212的长度方向设定安装DBR激光器件207的区域的长度为3mm这一点，使硅衬底212的横宽比实施例9的硅衬底212的宽度(3mm)窄1mm，为2mm这一点以外的构成，包括与DDR激光器件207相隔3μm以下设置非线性光学元件215这一点与实施例9的波长变换装置的构成相同，所以说明从略。
根据本实施例，不但取得与实施例9同样的效果，而且，通过缩短硅衬底212的长度，使硅衬底212小型化，实现波长变换装置的小型化、低成本化。并且，由于使非线性光学元件215安装在硅衬底212上的区域变窄，所以可降低非线性光学元件215和硅衬底212接触产生的光导波线路210的挠度，所以也可提高由DBR激光器件207射出的激光变换成SHG光的变换效率。
实施例11
图11表示本实施例的波长变换装置的平面图。在硅衬底212(宽度为3.2mm、长度为11.5mm)上，作成电极221、电极222、电极223、电极224、电极225的图形，集成安装DBR激光器件227(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件215(宽度为3mm、长度为10mm)。210为光导波线路，211为由光导波线路210形成的折射光栅。100是光导波线路210的中心线。M10a-M20a是硅衬底212的宽度方向的中心线，M50a-M60a是非线性光学元件215的宽度方向的中心线。
DBR激光器件227由增益区域、相位控制区域及DBR区域的3个区域组成。
在这3个区域上，分别形成在电方面独立的电极(未图示)。DBR激光器件227使具有其pn结的面朝着硅衬底212侧，利用结的减少，使对应于增益区域、相位控制区域、DBR区域的电极分别焊接到电极221、电极222、电极223(连接电极)上，安装在硅衬底212上。
而且，电极224、225分别是用于与外部电源的导线布线的导线焊接电极，使可电驱动DBR激光器件227的增益区域、相位控制区域、DBR区域的各区域。然后，在电极221和电极224之间利用导线214连接，在电极222及电极223和电极225之间用导线213连接。导线214用金属制造，导线213是p型用多晶硅制造，在其一部上形成电阻213a。
在该状态下，通过向各连接电极上发送电信号，可改变DBR激光器件227射出激光振荡波长。通过在电极224上施加的电压值的变化控制在DBR激光器件227增益区域上通电的电流值，控制激光的输出强度。从DBR激光器件227射出的激光其振荡波长设定成820nm，是以单一纵模式振荡。
而且，非线性光学元件215由LiNbO3组成，形成具有折射光栅211的光导波线路210。非线性光学元件215利用紫外线固化等材料粘接剂固定在硅衬底212的所定位置上。
折射光栅210利用施加外部电场使LiNbO3的结晶极化颠倒形成。光导波线路210为了可靠地导入从DBR激光器件207射出的激光，与DBR激光器件207隔开3μm以下设置。
激光在沿光导波线路210导波时，对根据折射光栅211折射产生的波长410nm的SHG光和振荡波长820nm激光作准相位匹配，得到输出强度高的SHG光。还有，经控制DBR激光器件227射出的激光的振荡波长，可提高从该激光向SHG光变换的效率。
在本实施例中，如图11所示，非线性光学元件215被安装在以其光导波线路210中心线100距硅衬底212中心线M10a-M20a的1.0mm的状态被安装在衬底上。这样，光导波线路210不一定要形成在非线性光学元件215的中心线M50a-M60a上。
而且，在图11中，尽管为了使硅衬底212的中心线M10a-M20a和非线性光学元件215的中心线M50a-M60a一致而安装在非线性光学元件上，但不一定使两者的中心线一致。
而且，在非线性光学元件215中，光导波线路210的SHG光射出侧的端部位于距硅衬底212边缘5μm的外侧。这样，利用硅衬底212反射而不容易产生散射，得到从非线性光学元件215射出的SHG光中的良好远视野像。
在本实施例中，在与半导体激光器件相位控制区域和DBR区域连接在导线的一部分中形成电阻213a。然后，根据与实施例9的同样原理，通过改变电阻213a的电阻值R，调节电流值，使得振荡纵模式次数无模式电波反射，在半导体激光器件中，射出的激光的振荡波长可作连续变化。此外，R值最好是10-3至106Ω·cm范围。
根据本实施例，与相位控制区域和DBR区域连接的导线的一部分具有电阻功能，通过该电阻值的调节，可稳定地控制从半导体激光器件中射出的激光的振荡波长。
还有，非线性光学元件215在光导波线路210与硅衬底212中心线M10a-M20a相隔状态下被安装在衬底上，以此可使波长变换装置的宽度窄5mm以下，得到大体与非线性光学元件215的大小相等的小型波长变换装置。并且进一步使硅衬底112小型化，也可实现波长变换装置的小型化，低成本化。
实施例12
图12是表示本实施例波长变换装置的平面图。在硅衬底212(宽度为2.0mm、长度为6mm)上，作成电极221、电极222、电极223、电极224、电极225的图形，集成安装DBR激光器件227(宽度为0.3mm、长度为1.2mm)及非线性光学元件215(宽度为2.8mm、长度为10mm)。210为光导波线路，211为由光导波线路210形成的折射光栅。100是光导波线路210的中心线。M10b-M20b是硅衬底212的宽度方向的中心线，M50b-M60b是非线性光学元件215的宽度方向的中心线。这样，在本实施例的波长变换装置中有关硅衬底212小型化，规定在硅衬底212上的长度方向安装DBR激光器件227的区域长度为3mm这一点，非线性光学元件215以其光导波线路210的中心线100与硅衬底212的中心线隔离0.7mm的状态被安装在衬底上这一点外的结构，所包括的非线性光学元件215以与DBR激光器件4相隔3μm以下的间隔设置，使光导波线路6可靠地被导入从DBR激光器件227射出的激光这一点，由于与实施例11的波长变换装置的构成相同，所以说明从略。
根据本实施例，不但取得与实施例11同样的效果，而且，利用缩短硅衬底212的长度，由于使非线性光学元件安装在硅衬底212上的区域变窄，所以可降低非线性光学元件215和硅衬底212的接触产生的光导波线路210的挠度，也能提高由DBR激光器件227射出的激光变换成SHG光的变换效率。
如上所述，在本发明中，尽管在衬底上全部使用硅材料，但是，例如如果使用碳化硅或AlN，那么散热性能提高，半导体激光元件的工作电流值降低，可谋求工作温度的扩大。而且，例如，也可使用塑料等树脂。如果使用树脂衬底，则通过在衬底上使电气布线集成化，又使重量减轻，体积小，获得低成本的波长变换装置。
还有，尽管非线性光学元件全部使用LiNbO3材料，但是也可使用例如LiTaO3、KTiOPO4、KNbO3。
而且，尽管在半导体激光器件中使用DBR激光器件，但是，也可使用例如，多电极法布里·珀罗模式振荡的半导体激光器件、多电极分布反馈型(DistributedFeedback简称为DFB。)激光器件、多电极双稳态半导体器件、脉冲激光器等，多电极驱动型激光器件。以此，缓解对SHG光输出强度的时间依赖性。而且，取代DBR激光器件，也可使用可控制波长的激光器件。
并且，尽管规定半导体激光器件具有3种区域，但是，只要适当控制射出的激光振荡波长，使用具有2种区域的半导体激光器件和具有4种以上的区域的半导体激光器件也行。
另外，作为集成化的部件，除半导体激光器件和非线性光学元件外，例如即使将透镜、多折射率材料、棱镜、反射镜、光调制器等的光学部件集成化也可得到小型波长变换装置。
再有，连接各部件的导线也可直接在硅衬底上集成化。当衬底为硅的情况下，作为导线材料，，取代金属，可使用多晶硅、p型硅、n型硅。

Claims (32)

1.一种波长变换装置，利用SHG进行波长变换产生激光，其特征是，
具有多个电极的衬底；
安装在衬底上，与所述多个电极进行电连接的半导体激光器件；
具有对从半导体激光器件射出的激光作导波，变换其波长的光导波线路的非线性光学元件；
所述非线性光学元件被安装在该衬底上，该非线性光学元件的所述光导波线路与所述衬底的中心线隔离。
2.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述光导波线路和所述衬底的中心线的隔离距离为0.3至1mm。
3.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述多个电极形成在该衬底上，使得对于所述衬底的中心线成为非对称。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底的多个电极包括：与所述半导体激光器件作电连接的第一区域；进行与外部电源的导线布线的第二区域；在该电极中，所述第一区域和所述第二区域之间的横宽比这些各个区域的横宽要窄。
5.根据权利要求1或4的任意一项所述的波长变换装置，其特征是，所述半导体激光器件是DBR半导体激光器件。
6.根据权利要求5所述的波长变换装置，其特征是，所述DBR半导体激光器件由增益区域、相位控制区域、及波长控制区域的3个区域构成。
7.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的光导波线路备有折射光栅。
8.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底由硅、碳化硅、AlN或树脂的任意一种材料组成。
9.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底的横宽比所述非线性光学元件的横宽窄。
10.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的光导波线路的激光射出侧端部位于所述衬底边缘的外侧。
11.根据权利要求1所述的波长变换装置，其特征是，所述多个电极内，至少一个电极被分成多个区域。
12.一种波长变换装置，利用SHG进行波长变换产生激光，其特征是，
具有多个电极的衬底；
与多个电极进行电连接的半导体激光器件；
具有使从所述半导体激光器件射出的激光导波，变换其波长的光导波线路的非线性光学元件；
所述半导体激光器件、所述非线性光学元件及所述多个电极在所述衬底上大致被安装在同一直线上。
13.根据权利要求12所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的横宽为1.5至3mm的范围。
14.根据权利要求12或13所述的波长变换装置，其特征是，所述半导体激光器件是DBR半导体激光器件。
15.根据权利要求14所述的波长变换装置，其特征是，所述DBR半导体激光器件由增益区域、相位控制区域、及波长控制区域的3个区域组成。
16.根据权利要求12所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的光导波线路备有折射光栅。
17.根据权利要求12所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底由硅、碳化硅、AlN或树脂的任意一种材料组成。
18.根据权利要求12所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底的横宽比所述非线性光学元件的横宽窄。
19.根据权利要求12所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的光导波线路的激光的射出侧的端部位于所述衬底边缘的外侧。
20.根据权利要求12或13所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件被安装在该衬底上，该非线性光学元件的所述光导波线路离开所述衬底的中心线。
21.根据权利要求12所述的波长变换装置，其特征是，所述多个电极内至少1个电极被分割成多个区域。
22.一种波长变换装置，用SHG进行波长变换产生激光，其特征是，
具有多个电极的衬底；
安装在所述衬底上，由增益区域、相位控制区域、波长控制区域的3个区域构成的半导体激光器件；
安装在衬底上，变换从所述半导体激光器件射出的激光的波长的非线性光学元件；
所述多个电极由对应于3个区域形成的第一电极组，和用于与外部电源的布线导线的第二电极组组成；
所述半导体激光器件的3个区域与所述第一电极组对应的的电极作电连接，还有，该第一电极组通过各导线与所述第二电极组对应的电极连接；
这些导线内，在波长控制区域上分别与至少所述半导体激光器件的相位控制区域连接的导线，具有起电阻作用的部分。
23.根据权利要求22所述的波长变换装置，其特征是，所述半导体器件、所述非线性光学元件的光导波线路、及所述多个电极在所述衬底上大体以同一直线安装。
24.根据权利要求22或23所述的波长变换装置，其特征是，起电阻作用的部分的电阻值在10-3至106Ω·cm的范围内。
25.根据权利要求22或23所述的波长变换装置，其特征是，连接到所述半导体激光器件的相位控制区域和波长控制区域的各个导线共享起到电阻作用的部分。
26.根据权利要求22或23所述的波长变换装置，其特征是，所述半导体激光器件是DBR半导体激光器件。
27.根据权利要求22所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的光导波线路备有折射光栅。
28.根据权利要求22或23所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件被安装在该衬底上，该非线性光学元件的光导波线路离开所述衬底的中心线。
29.根据权利要求22所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底由硅、碳化硅、AlN或树脂的任意一种材料组成。
30.根据权利要求22所述的波长变换装置，其特征是，所述衬底的横宽比所述非线性光学元件的横宽窄。
31.根据权利要求22所述的波长变换装置，其特征是，所述非线性光学元件的光导波线路的激光的射出侧的端部位于所述衬底边缘的外侧。
32.根据权利要求22所述的波长变换装置，其特征是，所述起电阻作用的部分由p型多晶硅构成。
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