DE68925254T2

DE68925254T2 - Generator für die zweite Harmonische und denselben benutzendes Informationssystem

Info

Publication number: DE68925254T2
Application number: DE68925254T
Authority: DE
Inventors: Kimio Tatsuno
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2009-09-12
Also published as: JP2738713B2; EP0360122A2; EP0360122A3; US4972422A; JPH0281035A; DE68925254D1; EP0360122B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen von Oberwellenlicht, das Cerenkov-Strahlung verwendet und als Quelle kohärenten, kurzwelligen Lichts von Nutzen ist. Derartiges Licht ist zum optischen Lesen oder Aufzeichnen von Nutzen, wie bei optischen Platten, Laserdruckern oder Farbdruckern. Derartige Vorrichtungen ziehen aus Licht mit höherer Freguenz und demgemäß kürzerer Wellenlänge Nutzen. Licht kürzerer Wellenlänge sorgt z.B. bei Laserdruckern für erhöhte Auflösung und bei optischen Platten für erhöhte Datendichte.
Es wurde erkannt, daß trotz der begrenzten optischen Frequenzspektren, wie sie von derzeitigen Halbleiterlaser-Bauelementen erhältlich sind, derartige Beschränkungen dadurch überwunden werden können, daß ein Effekt benutzt wird, gemäß dem Wellen mit einer Phasengeschwindigkeit über der Phasengeschwindigkeit in einem Medium unter einem gegebenen Winkel (Cerenkov-Winkel) Energie in das Medium einstrahlen.
Daher war bisher eine Technologie zum Erzeugen der zweiten Harmonischen von cerenkov-Strahlung durch Ausbilden eines nichtlinearen optischen, organischen Materials in Faserform und Eingeben von kohärentem Primärlicht in diese bekannt, wie in Nonlinear Optical Materials - Extended Abstract, 1985, S. 97 berichtet und in US-3,297,875 offenbart. Der Strahl hat jedoch die Form eines Konus und kann nicht zu einem guten Fleck fokussiert werden, was eine Schwierigkeit bei der Benutzung des Strahls darstellt, insbesondere angesichts der Tatsache, daß nur ein kleiner Bruchteil der gesamten Laserenergie den Strahl ausbildet.
Erzeugung der zweiten Harmonischen durch Cerenkov-Strahlung aus Wellenleitern unter Verwendung von Lithiumniobat (LiNbO&sub3;) als Substrat ist in CLEO '87 Technical Digest, S. 198 berichtet. Ein Bauelement auf Grundlage desselben Prinzips ist in Patent Abstracts of Japan zu JP-A-61-189524 offenbart. Dieses Verfahren hat viele Vorteile dahingehend, daß das Licht der ersten Oberwelle mit einer Wellenlänge der Hälfte derjenigen des Ausgangslichts erzeugt werden kann. Dieses Verfahren bewahrt gleichzeitig einen hohen Umwandlungswirkungsgrad. Die Phasen des Primär- und des Sekundärlichts haben auch verschiedene Wellenlängen, mit relativ einfacher Anpaßbarkeit. Durch dieses Verfahren wird jedoch ein Strahlungsmode von einem engen, linienförmigen Wellenleiter in das Substrat hinein errichtet, wodurch das Licht in der Strahlungsrichtung divergiert, während es in der dazu rechtwinkligen Richtung auf parallelen Verlauf kollimiert wird. Demgemäß verzerrt sich die Wellenfront. Daher kann Licht nicht auf einen Punkt unter Beibehaltung der beugungsbegrenzten Genauigkeit der Wellenfront fokussiert werden, was ein entscheidender Mangel ist, der die Anwendung auf optisches Aufzeichnen oder Lesen, wie bei optischen Platten oder Laserdruckern, verhindert.
Ein solches früheres Verfahren ist in Fig. 4 veranschaulicht. Dabei besteht das Substrat des Wellenleiters einfach aus einem Block mit flacher Oberfläche. Der durch das Substrat laufende Strahl entwickelt eine große Aberration, jedoch wurde noch nie eine Einrichtung zum Korrigieren der Aberration verwendet.
Weitere Bauelemente zuin Erzeugen von Oberwellenlicht sind in EP-A-0 352 751 und EP-A-0 342 523 beschrieben, die Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ darstellen. In diesen Bauelementen wird das Oberwellenlicht durch den Cerenkov-Effekt in der Mantelschicht einer optischen Faser erzeugt. Der Oberwellenlichtstrahl hat ringförmigen Querschnitt, der schwer auf einen einzelnen Punkt fokussiert werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches System zu schaffen, das einen kollimierten Strahl von Oberwellenlicht erzeugt, der auf einen kleinen Punkt fokussiert werden kann.
Diese Aufgabe ist durch das System jedes der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Gemäß einer Realisierung der Erfindung ist ein optisches System geschaffen, in dem das Wellenleitersubstrat mit Aberraturkorrekturfunktion oder Strahlformungsfunktion versehen ist, um die Ebenheit der Wellenfront zu verbessern, wie sie durch den emittierten Strahl gebildet wird, und um den Strahl durch eine Linse hindurch zu einem beugungsbegrenzten Fleck zu fokussieren.
D.h., daß der Cerenkov-Strahl der zweiten Harmonischen, wie er durch den aus einem nichtlinearen optischen Material bestehenden Wellenleiter erhalten wird, eine Wellenfront, d.h. eine gleichphasige Front der Wellenbewegung, aufweist, die konische Form einnimmt, mit der Faser als Mittellinie. Das Vorhandensein von Licht rechtwinklig zur konischen Wellenfront ergibt sich aus der Malus-Theorie. Jedoch ist es erwünscht, daß diese Strahlen entlang den Mittellinien der Fasern parallel zueinander verlaufen.
Daher beruht eine erste Maßnahme auf dem Snellschen Gesetz, wie es gilt, wenn ein Lichtstrahl durch eine Grenze zu den Medien mit verschiedenen Brechungsindizes läuft. D.h., daß das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung ein halbkonisches Prisma verwendet, wie es unten detaillierter beschneben wird, um eine konische Wellenfront in eine parallele, ebene Welle umzusetzen. Eine derartige Maßnahme wird geeignet auf einen Cerenkov-Strahl vom Wellenleitertyp angewandt, der so erscheint, als sei ein Cerenkov-Strahl vom Fasertyp zweigeteilt.
Eine zweite Ausführungsforin der Erfindung wendet das Reflexionsgesetz an, im Gegensatz zur oben genutzten Anwendung des Brechungsgesetzes. D.h., daß das &ubstrat dergestalt bearbeitet ist, daß es eine totalreflektiernde Innenfläche mit halbkonischer Form aufweist, die sich in derjenigen Richtung erstreckt, in der ein Lichtstrahl läuft. Ferner ist der auf die Mittellinie der Konusachse bezogene Winkel so definiert, daß der Lichtstrahl totalreflektiert wird und alles parallel zum Wellenleiter läuft.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung sorgt dafür, daß im Wellenleitersubstrat ausgebildete Erzeugungsbereiche für den Cerenkov-Strahl der zweiten Harmonischen mehrfach vorhanden sind. Bisher war nur ein einzelner vorhanden. Die lasenden Phasen unter den Cerenkov-Strahlen werden dann gekoppelt, um kohärente Strahlen zu erhalten. Diese Ausführungsforin sorgt für ein noch größeres optisches Ausgangssignal. D.h., daß es durch die erste, zweite oder dritte Ausführungsform ermöglicht ist, eine optische Quelle für die zweite Harmonische zu erzeugen, die einen Lichtstrahl auf einen einzelnen Fleck nahe der Beugungsgrenze fokussieren kann, aber dennoch eine große Ausgangsleistung aufrechterhält.
Um Cerenkov-Strahlung in der Form paralleler Strahlen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zu erhalten, d.h. gemäß dem Gesetz der Lichtbrechung, sollte das Snellsche Gesetz für eine Ebene berücksichtigt werden, die Wellenleiter zum Erzeugen von Cerenkov-Strahlen beinhaltet. Wenn der Winkel eines Cerenkov-Strahls mit α bezeichnet wird, der Eintrittswinkel eines Strahls und der Brechungswinkel an der Mantelfläche mit i und j bezeichnet werden, der Brechungsindex des Mantels mit n bezeichnet wird und der vertikale Winkel des Konus mit Φ bezeichnet wird, wie in Fig. 2 oder 3 dargestellt, gilt gemäß dem Snellschen Gesetz die folgende Beziehung:
n(sin i) = sin j.
Ferner ergibt sich der vertikale Winkel Φ des Konus aus der folgenden Beziehung:
Φ = 90º - j,
und wenn der Lichtstrahl nach der Beugung parallel zum Wellenleiter ist, gilt:
Φ = 90º - tan&supmin;¹[sin α/(cos α - 1/n)].
Umgekehrt gilt, daß dann, wenn der vertikale Winkel Φ des Konus wie oben angegeben festgelegt ist, der Cerenkov-Strahl nach der Brechung ein Parallelstrahl wird und auf einen Punkt fokussiert werden kann. Um gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, d.h. gemäß dem Reflexionsgesetz für Lichtstrahlung, Cerenkov-Strahlen zu erhalten, die alle parallel zueinander sind, wird dagegen das Reflexionsgesetz auf eine die Wellenleiter beinhaltende Ebene angewandt. Wie in Fig. 5 dargestellt, wird der unter einem Cerenkov-Winkel α abgestrahlte Strahl an der Rückseite des Wellenleitersubstrats totalreflektiert, um das Reflexionsgesetz i' = j' zu erfüllen. In diesem Fall wird die Rückseite mit konischer Form ausgebildet und der durch den vertikalen Winkel des Konus aufgespannte Winkel τ, d.h. der durch die Achse des Wellenleiters und die Erzeugende aufgespannte Winkel ist so ausgewählt, daß folgendes gilt:
τ = i' = j' = (1/2) α,
wodurch die reflektierten Lichtstrahlen alle parallel zu den Wellenleitern werden. Wenn das Substrat so geformt ist, wie oben angegeben, werden parallele, ebene Wellen erhalten, die unter Aufrechterhaltung der Beugungsgrenze durch eine Linse auf einen Punkt fokussiert werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, die die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Vergleichsbeispiele veranschaulicht, und in der:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das ein Vergleichsbeispiel veranschaulicht, wobei Fig. 1(a) eine Seitenansicht ist und Fig. 1(b) eine Ansicht ist, die das Aussehen eines konischen Prismas zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das ein Vergleichsbeispiel veranschaulicht, wobei Fig. 2(a) eine Seitenansicht ist und Fig. 2(b) eine Ansicht ist, die das Aussehen eines Fasermantelbereichs zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei Fig. 3(a) eine Seitenansicht ist und Fig. 3(b) eine Ansicht ist, die das Aussehen eines Wellenleitersubstrats zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das ein herkömmliches Beispiel einer Erzeugungseinrichtung für Cerenkov-Wellen veranschaulicht;
Fig. 5 ein Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei Fig. 5(a) eine Seitenansicht ist, Fig. 5(b) eine Vorderansicht ist und Fig. 5(c) eine Ansicht ist, die das Aussehen eines Wellenleitersubstrats zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, das Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht, wobei Fig. 6(a) eine Seitenansicht ist, Fig. 6(b) eine Draufsicht ist und Fig. 6(c) eine Ansicht ist, die ein Beispiel für die Verwendung von Fasern oder Wellenleitern zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei Fig. 7(a) eine Draufsicht ist und die Fig. 7(b), 7(c) und 7(d) Ansichten sind, die einen Phasenkorrekturbereich mit vergrößertem Maßstab zeigen;
Fig. 8 eine Draufsicht ist, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 9 ein Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel einer optischen Plattenvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 10 ein Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel eines Laserdruckers gemäß der Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 11 ein Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem ein externer Hohlraumresonator verwendet ist, um den Wirkungsgrad bei der Erzeugung der zweiten Harmonischen zu erhöhen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie von Beispielen

Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, wobei erkennbar ist, daß Fig. 1 ein Beispiel veranschaulicht, bei dem ein Halbleiterlaser 1 als optische Ausgangsquelle dient. Der Strahl der optischen Ausgangsquelle wird durch eine Linse 2 fokussiert, abgebildet und auf eine Fläche einer Faser 3 aus einem nichtlinearen optischen Material übertragen, das auf ein induziertes elektrisches Feld hin eine charakteristische Polarisation zeigt. Dann wird in der Faser 3 eine Polarisationswelle induziert. Wenn die Phasengeschwindigkeit schneller als diejenige des Mediums wird, wird eine Polarisationswelle als sogenannte Cerenkov-Strahlung 4 abgestrahlt, bei der es sich im allgemeinen um blaues Licht mit einer Wellenlänge handelt, die die Hälfte derjenigen des eingegebenen Ausgangslichts ist, wobei ein Winkel α eingehalten wird. Ein derartiger Strahl divergiert, wobei seine Äguiphasenfläche konische Form hat. Wenn ein solcher Strahl durch ein konisches Prisma 5 mit einer Spitze in der Richtung, in der das Licht läuft fokussiert wird, sind Lichtstrahlen, die durch das Prisma 5 gelaufen sind, in der Richtung der Faser 3 parallel, und sie sind in eine parallele, ebene Welle umgesetzt, die durch eine Fokussierlinse 6 bis zur Beugungsgrenze in einen Fleck 7 fokussiert wird.
Fig. 2 veranschaulicht ein zweites Beispiel, bei dem der die Faser 3 umschließende Mantel 8 erhöhten Durchmesser hat und er als einstückige Struktur zusammenhängend mit einem konischen Prisma 5 ausgebildet ist. Z.B. kann dann ein kollimierter Strahl erhalten werden, wenn α = 16º und Φ = 61º gelten.
Fig. 3 veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wellenleiter 9 zum Erzeugen der zweiten Harmonischen auf einem nichtlinearen optischen Kristall 10 ausgebildet, und Cerenkov-Strahlung wird durch ein optisches System kollimiert. D.h., daß der Strahl vom Halbleiterlaser 1 mittels einer Linse 2 fokussiert und abgebildet wird und er auf die Eintrittsf läche des Wellenleiters 9 fallen kann. Das Licht der Grundwelle erzeugt im Wellenleiter 9 eine Polarisationswelle, wodurch ein Cerenkov-Strahl abgestrahlt wird, der einen Winkel α einhält, mit einem Querdivergenzwinkel Θ. Dabei nimmt die Vorderfläche (Austrittsfläche) des Substrats 10 für den Wellenleiter 9 konische Form ein, die halb abgeschnitten ist, wie in Fig. 3(b) dargestellt. Der vertikale Winkel Φ der Konusforin (Winkel, wie er durch die Achse und die Erzeugende aufgespannt wird) wird durch das oben beschriebene Verfahren berechnet. Demgemäß wird ein Strahl 11 erhalten, der als paralleles Licht kollimiert wird. Abhängig von den Größen des Wellenleiters 9 und des Substrats 10 kann der Strahl 11 jedoch eine anisotrope Stärkeverteilung aufweisen. In diesem Fall wird ein einzelnes anamorphotisches Prisma 12 oder mehrere zum Formen des Strahls verwendet, wodurch eine ebene Welle 13 erhalten wird, die isotrope Intensitätsverteilung aufweist, über saubere Phasen verfügt und kleine Aberration hat. Ein derartiger Strahl kann bis zur Beugungsgrenze in einen Punkt fokussiert werden.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein herkömmliches Beispiel veranschaulicht, bei dem jede Aberraturkorrektur hinsichtlich durch cerenkov-Strahlung erzeugter zweiter Harmonischer fehlt; d.h., daß nur blaues Licht erhalten wird. Dieses Beispiel kann nicht auf ein an der Beugungsgrenze arbeitendes optisches System wie auf optische Platten oder Laserdrucker angewandt werden.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele dienen dazu, einen parallelen Strahl unter Verwendung eines ersten Gesichtspunkts der Erfindung zu erhalten, d.h. unter Verwendung des Brechungsgesetzes für Strahlen. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel zum Kollimieren eines Cerenkov-Strahls mittels des Reflexionsgesetzes beschrieben. D.h., daß, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, ein Cerenkov-Strahl durch die Rückseite des Wellenleitersubstrats 10 einmal totalreflektiert wird. Die Neigung der Rückseite wird dann so bestimmt, daß der reflektierte Lichtstrahl parallel zum Wellenleiter 9 läuft. Da dies für alle Cerenkov-Strahlen gilt, müssen die reflektierten Strahlen in allen die Wellenleiter 9 enthaltenden Querschnitten parallel werden. Zu diesem Zweck muß die Außenseite daher konische Form aufweisen, wie in Fig. 5(a) dargestellt. In diesem Fall ist der vertikale Winkel des Konus (Winkel, wie er durch die Achse des Konus und die Erzeugende aufgespannt wird) T wie folgt bestimmt:
τ = i' = j' α/2,
wenn die Richtung des Wellenleiters 9 parallel zum reflektierten Strahl verläuft.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann ferner auch die Intensitätsverteilung geformt werden. Wenn die Länge des Wellenleiters 9 und der Radius des Konus festgelegt werden, ist es möglich, einen Strahl 14 auszubilden, der nahezu isotrope Intensitätsverteilung aufweist. Die Strahlformung ist in keiner Weise nur auf dieses Verfahren beschränkt, sondern es kann auch das unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene Verfahren unter Verwendung eines Prismas verwendet werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Erhöhen des optischen Ausgangssignals des Cerenkov-Strahls der zweiten Harmonischen, wie er durch Kollimieren der so erhaltenen hochparallellen ebenen Wellen gebildet wird, beschrieben. Dies bildet einen anderen Gesichtspunkt der Erfindung. D.h., daß das Umsetzvermögen hinsichtlich der Wellenlänge begrenzt ist, wenn der Wellenleiter oder die Faser aus einem einzelnen Streifen besteht. Daher sind mehrere Wellenleiter vorhanden. Statt dessen kann hier daran gedacht werden, die Breite des Wellenleiters zu erhöhen. In diesem Fall werden jedoch auch Transversalmoden höherer Ordnung im Wellenleiter erzeugt und es wird ein ungleichmäßiges Fernfeld der Cerenkov-Strahlung ausgebildet, was es erschwert, einen einzelnen Mode zu erhalten. Daher werden Wellenleiter zum Führen des Einzelmode in mehreren Exemplaren angeordnet, um ein optisches Ausgangssignal zu erhalten, das entsprechend der Anzahl erhöht ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. D.h., daß ein Strahl von einem Halbleiterlaser 1 durch eine Linse 2 so fokussiert wird, daß ein Bild erzeugt wird, das dann auf die arrayförmig angeordneten Wellenleiter 15 fallen kann. In diesem Fall verfügt das Wellenleitersubstrat 10 über eine konische Vorderseite oder Außenseite, wie in Fig. 3 oder 5 dargestellt. Diese Herstellung ermöglicht es, ein größeres Ausgangssignal für die zweite Harmonische zu erhalten als dann, wenn ein einzelner Wellenleiter verwendet wird. Selbstverständlich werden verbesserte Wirkungen selbst dann erzielt, wenn Halbleiterlaser arrayförmig angeordnet werden, um eine optische Quelle für die Grundwelle mit großem Ausgangssignal zu erhalten. Beim Beispiel von Fig. 6(c) sind Fasern ebenfalls arrayförmig angeordnet. In jedem Fall müßten die Phasen zwischen den Wellenleitern oder Fasern gekop pelt sein. Demgemäß erzeugt das Wellenleiterarray oder Faserarray Gerenkov-Strahlen der zweiten Harmonischen, die kohärent zueinander sind.
Daher muß auch der Fall berücksichtigt werden, daß Laserschwingungen vom Halbleiterlaserarray für die Grundwelle Phasen aufweisen, die um π bezogen auf Nachbarphasen abweichen. In einem solchen Fall ist zwischen dem Halbleiterlaserarray und dem Wellenleiterarray zum Erzeugen der zweiten Harmonischen eine Phasenkorrigiereinrichtung 6 angebracht, wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 7(a) oder (b) dargestellt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist eine Phasenkorrigiereinrichtung 17 oder 18 an der Vorderseite des Wellenleiterarrays ausgebildet, wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 7(c) oder 7(d) dargestellt. Die Funktion ist die, die Phasen der auf das Wellenleiterarray treffenden Laserstrahlen völlig gleich zu machen. Dies ermöglicht es, die Phasen der zweiten Harmonischen im erhaltenen Cerenkov- Strahl ziemlich gleich zu machen.
Ferner wird dann, wenn die Vergrößerung (Verkleinerungsverhältnis) der Linse 2 zum Herstellen des Bilds auf z.B. 1/2 eingestellt wird, die Leistungsdichte des auf das Wellenleiterarray fallenden Strahls vervierfacht, was es ermöglicht, einen hohen Wirkungsgrad bei der Wellenlängenumsetzung zu erzielen, was ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist.
Gemäß Fig. 8 ist das Halbleiterlaserarray 1 direkt mit dem Wellenleiterarray gekoppelt, um die Größe des gesamten Generators für die zweite Harmonische zu verringern.
Fig. 9 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Strahl mit großer Ausgangsleistung und hoher Qualität, wie er wie vorstehend beschrieben erhalten wird, als optische Quelle für Aufzeichnungs- und/oder Lesevorgänge auf oder von einer optischen Platte verwendet wird. D.h., daß der Strahl von einem erfindungsgemäßen Generator 19 für die zweite Harmonische (Quelle blauen Lichts) durch einen Strahlteiler 20 und einen Spiegel 21 laufen kann und durch eine Fokussierlinse 22 auf einen winzigen Fleck fokussiert wird, um Grübchen auf einer optischen Platte 23 aufzuzeichnen. Dabei wird der Halbleiterlaser für die Grundwelle direkt abhängig von Modulationssignalen moduliert, die durch eine Signalschaltung 24 aufzuzeichnen sind. Die auf der optischen Platte 23 aufgezeichneten Grübchen werden als Intensitätsänderungen von an der optischen Platte reflektiertem Licht gelesen. Das Licht wird durch den Strahlteiler 20 reflektiert und durch eine Verarbeitungsschaltung 25 für ein Wiedergabesignal verarbeitet.
Fig. 10 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem der erfindungsgemäße Generator 19 für die zweite Harmonische als optische Quelle für einen Laserdrucker verwendet wird. D.h., daß der durch die Aufzeichnungssignalschaltung 26 direkt modulierte Strahl durch einen Polygonspiegel 27 durchgerastert wird und mittels einer Abrasterlinse 28 auf einen Fleck fokussiert wird, um eine Abrasterung auf der photoempfindlichen Trommel 29 auszuführen. Durch einen Druckprozeß wird ein auf der photoempfindlichen Trommel ausgebildetes Negativbild auf Papier übertragen, um einen Hochgeschwindigkeits-Druckvorgang auszuführen.
Demgemäß lehrt die Erfindung ein System, das mit einem Wellenleiter vom Cerenkov-Typ arbeitet, der eine zweite Harmonische mit hohem Umsetzwirkungsgrad unter Verwendung hoher optischer Leistungsdichte erzeugt und der eine einfache Einstellung von Phasen ermöglicht. Es ist eine Quelle kurzwelligen, kohärenten Lichts geschaffen, in der eine optische Fokussierquelle als einheitliche Struktur ausgebildet ist, was bisher nicht möglich war, die klein ist, die es ermöglicht, daß die Intensität von Licht direkt modifiziert werden kann, und die kohärentes Licht kurzer Wellenlänge erzeugt, das in hohem Ausmaß planarkollimiert ist.
Wenn eine derartige kompakte Quelle für Licht kurzer Wellenlänge, das direkt moduliert werden kann, als optische Quelle für eine optische Platte verwendet wird, wie in Fig. 9 dargestellt, kann Aufzeichnung und Wiedergabe mit einer Wellenlänge erfolgen, die die Hälfte der Wellenlänge eines herkömmlichen Halbleiterlasers ist. Daher wird die Dichte zum Aufzeichnen von Daten vervierfacht oder die erforderliche Lichtausgangsleistung verringert sich auf ein Viertel. Wenn die optische Quelle auf den in Fig. 10 dargestellten Laserdrucker angewandt wird, kann ein Druckvorgang ausgeführt werden, bei dem eine Auflösung erhalten wird, die das Vierfache derjenigen beim Stand der Technik ist. Auch nimmt die Empfindlichkeit der photoempfindlichen Trommel zu. Daher kann ein Druckvorgang bei günstigen Bedingungen wie hohen Druckgeschwindigkeiten ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Quelle für kurze Wellenlänge findet einen weiten Bereich von Anwendungen, zu denen nicht nur das vorstehend genannte Gebiet der Datenverarbeitung gehört, sondern auch die Gebiete von Anzeigen und Farbdruckern.
Die herkömmliche Technologie zum Erzeugen der zweiten Harmonischen beinhaltet eine Schwierigkeit dahingehend, daß der verwendete nichtlineare optische Kristall optisch beschädigt wird. Dies rührt von der Tatsache her, daß einem hohem Umwandlungswirkungsgrad in die zweite Harmonische zu viel Aufmerksamkeit geschenkt wird, wobei die Leistungsdichte des Lichts der Grundwelle im Wellenleiter zu groß wird. Daher wird dann, wenn sich im Wellenleiter oder im Substrat optische Schäden entwickeln, das Licht vermehrt absorbiert und das Ausgangssignal der zweiten Harmonischen nimmt ab. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind jedoch mehrere Wellenleiter in Arrayform angeordnet und die Leistungsdichte des Lichts ist geeignet verringert, um das Problem optischer Schäden zu beseitigen.
Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das für verbesserten Wirkungsgrad bei der Erzeugung einer zweiten Harmonischen sorgt. Es ist allgemein wohlbekannt, daß ein externer Hohlraumresonator für einen Grundwellenstrahl von Wirkung ist, um den Wirkungsgrad bei der Erzeugung einer zweiten Harmonischen zu erhöhen. Derartige Resonatoren sind leicht auf die vorliegende Erfindung anwendbar.
Fig. 11(a) veranschaulicht einen Fabry-Perot-Resonator 30. Der Resonator 30 ist als monolithischer Einfach- oder Mehrfachtyp geeignet. Fig. 11(b) veranschaulicht den Einbau eines Resonators 31 mit verteilter Rückkopplung in einen nichtlinearen optischen Kristall. Kombinationen des in Fig. 11 veranschaulichten Typs sorgen für einen SHG-Strahl mit guter Qualität der Wellenfront und mit hoher Leistung. Die erhöhte Leistung ermöglicht optische Aufzeichnungssysteme mit höherer Datenrate bei Anwendungen wie optischen Platten und Laserdruckern.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben. Offensichtlicherweise sind beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung weitere Modifizierungen ersichtlich. Alle derartigen Modifizierungen sollen enthalten sein, insoweit sie in den Schutzbereich der Ansprüche fallen.

Claims

1. Optisches System zur Erzeugung von harmonischem Licht, umfassend:

ein Substrat und einen optischen Wellenleiter (9) mit nicht-linearer optischer Charakteristik, der auf dem genannten Substrat (10) ausgebildet ist, um das harmonische Licht als Cherenkov-Strahlung zu erzeugen, die in das Substrat hinein ausgestrahlt wird und an einer vorbestimmten Fläche des Substrats aus diesem austritt, und

eine Einrichtung (1, 2) zum Einleiten von kohärentem Licht in den Wellenleiter (9), um darin harmonisches Licht zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Austrittsfläche des Substrats (10) eine halb-konische Form, die zur Kollimierung des zweiten harmonischen Lichts mittels Brechung in einen parallelen Strahl (11) eingerichtet ist, aufweist.

2. Optisches System zur Erzeugung harmonischen Lichts, umfassend:

ein Substrat und einen optischen Wellenleiter (9) mit nicht-linearer optischer Charakteristik, der auf dem Substrat (10) ausgebildet ist, um harmonisches Licht als in das Substrat hinein emittierte Cherenkov-Strahlung zu erzeugen, und

eine Einrichtung (1, 2) zum Einleiten kohärenten Lichts in den Wellenleiter (9), um darin harmonisches Licht zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß

derjenige Bereich des Substrats (10), der dem Wellenleiter (9) gegenüberliegt, eine halb-konische Oberfläche aufweist und zur Kollimierung des zweiten harmonischen Lichts durch Reflexion in einen parallelen Strahl (14) eingerichtet ist, wobei die Konus-Achse auf die Achse des optischen Wellenleiters ausgerichtet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das harmonische Licht zweites harmonisches Licht ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 31 mit einer Strahlformeinrichtung (12) zur Formung des parallelen Strahls harmonischen Lichts (13) so, daß dieser eine isotrope Intensitätsverteilung aufweist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (10) eine Vielzahl von Wellenleitern (15) ausgebildet ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl von Wellenleitern (15) mit Phasenkorrektureinrichtungen (16, 17, 18) versehen ist.

7. Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Erzeugung eines Lichtstrahls zum Schreiben/Lesen auf oder von einer optischen Platte (23) oder photoempfindlichen Druckertrommel (29).