DE69303198T2

DE69303198T2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge

Info

Publication number: DE69303198T2
Application number: DE69303198T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kato; Yasuo Kitaoka; Kiminori Mizuuchi; Fumihiro Sogawa; Kazuhisa Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2013-03-03
Also published as: US5301059A; EP0559139A1; DE69303198D1; EP0559139B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge, die einen Halbleiterlaser mit externem Hohlraum (Laserdiode) verwendet und die für ein optisches Plattensystem mit hoher Dichte und anderes anwendbar ist.
Seit kurzem besteht auf den Gebieten der Aufzeichnung mit hoher Dichte auf optischen Platten und der Bildverarbeitung ein Bedarf nach einer Lichtquelle für grünes oder blaues Licht durch Umwandlung von Wellenlänge mit hoher Effizienz unter Anwendung eines Halbleiterlasers, der als erregende (pumpende) Lichtquelle verwendet wird. Das Ausgabelicht von der grünen oder blauen Lichtquelle muß so angeordnet werden, daß es die Gaußschen transversalen Eigenschwingungen aufweist und daß es bis nahe zur Beugungsgrenze konvergiert, weiterhin ist erforderlich, daß es mehrere mW aufweist und stabil hinsichtlich Frequenz und Zeit ist. Zur Erzielung einer derartigen Vorrichtung hoher Leistung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge unter Verwendung eines Halbleiterlasers wird ein Quasi-Phasenanpassungstyp (QPM) eines Wellenleiters ("Optic Letters" Vol. 16, Nr. 15, 1156 (1991), geschrieben von Yamamoto und anderen) als Mittel zur Umwandlung von Wellenlängen verwendet, oder es wird eine Intra-Hohlraum-(Resonator)-Methode verwendet, die harmonisches Licht bietet, wobei das Licht eines Halbleiterlasers als pumpendes Licht verwendet und eine Einrichtung zur Umwandlung von Wellenlänge innerhalb eines Resonators eines Festkörperlasers vorgesehen wird.
Die Fig. 18 zeigt eine schematische Anordnung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge, die einen Halbleiterlaser und einen QPM-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter verwendet. In der Fig. 18 fällt Licht, das von einem Halbleiterlaser 101 ausgestrahlt wird, auf eine Kollimationslinse 102, um in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt zu werden. Dieser parallele Lichtstrahl von der Kollimationslinse 102 kommt an einem Halbwellenplättchen (λ/2) 103 an, so daß sich seine Ablenkungsrichtung dreht, und erreicht dann eine Fokussierlinse 104, deren numerische Apertur (NA) 0,6 ist, so daß er auf eine Einfalls- bzw. Eintrittsendfläche 105 eines Polarisationsumkehrungs-Wellenleiters 106 fokussiert wird, wodurch blaues Licht erhalten wird. Obwohl die Endfläche 105 des Wellenleiters 106 mit einer reflexmindernden Beschich tung versehen ist, um zurückkehrendes Licht zum Halbleiterlaser 101 zu vermeiden, kommt in der Praxis das zurückkehrende Licht mit etwa 1 % vor.
Die Fig. 19 zeigt eine schematische Anordnung eines Intrahohlraumtyps einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge, die einen halbleiterlasergepumpten Festkörperlaser verwendet. In der Fig. 19 fällt Licht, das von einem Halbleiterlaser Jo1 ausgestrahlt wird, auf eine Kollimationslinse J02 ein, um in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt zu werden und dann auf eine Fokussierlinse J03 einzufallen, um auf ein Lasermaterial (Nd YVO&sub4;) J04 fokussiert zu werden. Eine Eintrittsendfläche J05 des Lasermaterials J04 ist beschichtet, um Anti-Reflexion (AR) in bezug auf die Wellenlänge (809 um) des Lichts von dem Halbleiterlaser J01 zu ermöglichen, und um Hoch- Reflexion (HR) in bezug auf eine in Schwingungen versetzte Wellenlänge (1,064 um) und eine Wellenlänge (532 um) von harmonischem Licht zu ermöglichen. Weiterhin ist die andere Oberfläche J06 des Lasermateriais J04 reflexmindernd beschichtet, in bezug auf die in Schwingungen versetzte Wellenlänge und die Wellenlänge von harmonischem Licht. Licht von dem Lasermaterial J04 passiert durch ein nichtlineares optisches Material (Kristall) KTP (KTIOPO&sub4;) J08, um einen Ausgangsspiegel J07 zu erreichen. Der Ausgangsspiegel J07 und die Endfläche J05 des Lasermaterials J04 bilden einen Resonator, dessen Grundwellenlänge 1,064 um beträgt, so daß die harmonische Welle, die von dem nichtlinearen optischen Material KTP J08 in ihrer Wellenlänge umgewandelt wurde, durch den Ausgangsspiegel J07 erhalten werden kann.
Obwohl die Vorrichtung in der Fig. 18 blaues Licht von 1,1 mW in bezug auf eine Intensität des einfallenden Lichts von 25 mW in den QPM-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter erbringen kann, ist, da die Wellenlängen-Akzeptanz der QPM-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Einrichtung nur 0,2 nm beträgt, die Schwankung der Schwingfrequenz gleich 0,2 nm/ºC im Verhältnis zur Schwankung der Temperatur des Halbleiterlasers, und das Umspringen des Modus aufgrund von zurückkehrendem Licht scheint etwa 1 nm zu betragen, und der Ausgang ist nur für mehrere Sekunden stabil. Daher ist eine derartige Anordnung der Vorrichtung nach der Fig. 18 erforderlich, um die Wellenlänge des Halbleiterlasers zu stabilisieren.
Da weiterhin in der Vorrichtung in der Fig. 19 in dem Fall, daß ein einzelner Längsmodus-Halbleiterlaser als pumpender Laser verwendet wird, zurückkehrendes Licht vorkommt, weil der Durchlässigkeitsfaktor der reflexmindernden Beschichtung der Endfläche (Nd : YVO&sub4;) J05 des Lasermaterials etwa 93 % beträgt, werden ein Umspringen des Modus und mehrfache Längsmoden verursacht, wodurch Störungen erzeugt werden, weil die Halbwertsbreite des Absorptionsspektrums mehrere nm in dem Fall von Nd YVO&sub4; beträgt. Daher ist auch eine derartige Anordnung der Vorrichtung in der Fig. 19 erforderlich, um die Wellenlänge des Halbleiterlasers zu stabilisieren.
In den oben beschriebenen Vorrichtungen in den Fig. 18 und 19 wird als eine Gegenmaßnahme für das zurückkehrende Licht in Erwägung gezogen, einen Isolator zu verwenden oder die reflexmindernde Beschichtung auf die Eintrittsendfläche zu verbessern. Der Isolator kann die Schwankung der Wellenlänge aufgrund der Schwankung der Temperatur des Halbleiterlasers nicht verhindern, ohne gleichzeitig teuer und groß zu sein. Des weiteren treten beim derzeitigen Stand der Technik Schwierigkeiten auf, die reflexmindernde Beschichtung zu verbessern.
Das Dokument EP-A-0 473 441, das am 4. März 1992 veröffentlicht wurde und das Prioritätsdatum 28. August 1990 trägt, und das Dokument EP-A-0 485 187, das am 13. Mai 1992 veröffentlicht wurde und die Prioritätsdaten 7. November 1990, 25. Februar 1991 und 18. März 1991 trägt, bilden den Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) und (4) EPÜ für diejenigen Teile der vorliegenden Erfindung, die die Priorität aus dem Prioritätsdokument JP 45319/92 der vorliegenden Anmeldung beanspruchen können.
Aus der EP-A-0 485 187 ist es bekannt, einen harmonischen Generator zu verwenden, bestehend aus einem Halbleiterlaserchip mit einem Quasi-Phasenanpassungs-Element zum Empfangen eines Laserlichtstrahls, der von dem Halbleiterlaserchip ausgestrahlt wird, um unter Verwendung der Laserstrahlen als ein Grundwellenlicht ein zweites harmonisches Licht zu erzeugen.
Aus der EP-A-0 473 441 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge bekannt, bestehend aus einen Quasi-Phasenanpassungs-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Mittel zum Ändern einer Wellenlänge eines einfallenden Lichtstrahls, einer Laserdiode zum Erzeugen eines Laserlichtstrahls und einem externen Gitterspiegelmittel, das ein Reflexionstyp-Beugungsgitter aufweist, um den von der Laserdiode ausgestrahlten Laserlichtstrahl zu reflektieren, um einen Teil des Laserlichtstrahls zu der Laserdiode zurückzuleiten, so daß eine in Schwingungen versetzte Wellenlänge der Laserdiode in die Akzeptanz bzw. Toleranz des Quasi-Phasenanpassung-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Mittels kommt. Weiterhin liefert das externe Gitterspiegelmittel einen Teil des Laserlichtstrahls zu dem Quasi-Phasenanpassungs-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Mittel.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kleine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge zu schaffen, die imstande ist, einen stabilen harmonischen Ausgang mit einer hohen Effizienz zu erzeugen. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen nach den Patentansprüchen 1, 3, 9 und 13 realisiert.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge bestehend aus: Quasi-Phasenanpassungs-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Mitteln zur Umwandlung einer Wellenlänge eines einfallenden Lichtstrahls; Laserlicht erzeugenden Mitteln zum Erzeugen eines Laserlichtstrahls; und externen Gitterspiegelmitteln, die ein Reflexionstyp-Beugungsgitter aufweisen, um den Laserstrahl zu reflektieren, der von dem Laserlicht erzeugenden Mittel ausgestrahlt wird, und um einen Teil des Laserlichtstrahls zu dem Laserlicht erzeugenden Mittel zurückzuleiten, so daß eine in Schwingungen versetzte Wellenlänge des Laserlicht erzeugenden Mittels in eine Wellenlängen-Akzeptanz des Quasi- Phasenanpassungs-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Mittels kommt, und das externe Gitterspiegelmittel liefert einen Teil des Laserlichtstrahls von dem Laserlicht erzeugenden Mittel zum Quasi-Phasenanpassungs-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter- Mittel.
Das externe Gitterspiegelmittel liefert den Beugungsstrahl der Ordnung 0 des Laserlichtstrahls von dem Laserlicht erzeugenden Mittel zu dem Quasi-Phasenanpassung-Polarisationsumkehrung-Wellenleiter-Mittel, oder das externe Gitterspiegelmittel leitet den Beugungsstrahl zweiter Ordnung des Laserlichtstrahls von dem Laserlicht erzeugenden Mittel zu dem Laserlicht erzeugenden Mittel zurück, und das externe Gitterspiegelmittel liefert den Beugungsstrahl erster Ordnung des Laserlichtstrahls von dem Laserlicht erzeugenden Mittel zu dem Quasi-Phasenanpassung-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter-Mittel.
Nach einem anderen Aspekt dieser Erfindung, wie in Patentanspruch 3 beansprucht, wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge geschaffen, bestehend aus: Resonatormitteln einschließlich einem laserschwingenden Material und einem Ausgangsspiegel zum Einnehmen eines resonanten Zustands in bezug auf einen einfallenden Lichtstrahl; einem nichtlinearen optischen Material, das zwischen dem laserschwingenden Material und dem Ausgangsspiegel angeordnet ist, zum Umwandeln einer- Wellenlänge eines Lichtstrahls, der zwischen dem laserschwingenden Material und dem Ausgangsspiegel mitschwingt; Laserlicht erzeugende Mittel zum Erzeugen eines Laserlichtstrahls; und externen Gitterspiegelmitteln, die ein Reflexionstyp-Beugungsgitter zum Reflektieren des Laserlichtstrahls aufweisen, der von dem Laserlicht erzeugenden Mittel ausgestrahlt wird, um einen Teil des Laserlichtstrahls zu dem Laserlicht erzeugenden Mittel zurückzuleiten, so daß eine in Schwingungen versetzte Wellenlänge des Laserlicht erzeugenden Mittels in eine Wellenlängen-Akzeptanz des laserschwingenden Materials kommt, und das externe Gitterspiegelmittel liefert einen Teil des Laserlichtstrahls von dem Laserlicht erzeugenden Mittel zu dem laserschwingenden Material.
Ein Merkmal dieser Erfindung ist es, ein Beugungsgitter zu verwenden, um die Wellenlänge des Laserlichts von einem gewöhnlichen bzw. allgemeinen Halbleiterlaser zu stabilisieren und die Intensität des Laserlichts zu erhöhen. In dieser Erfindung wird ein Teil (zum Beispiel 5 %) des Laserlichts von dem Halbleiterlaser zu dem Halbleiterlaser zurückgeleitet, und der Rest (zum Beispiel 95 %) davon wird zu dem QPM geleitet, wodurch der QPM das Laserlicht empfangen kann, dessen Wellenlänge stabil ist und dessen Intensität hoch ist. Nach dem Stand der Technik wird die Distanz zwischen der Endfläche des Lasers und dem Beugungs gitter als eine Resonatorlänge verwendet (da die Endfläche des Lasers reflexmindernd beschichtet ist, erfolgt keine Schwin gung, wenn das als ein externer Resonator wirkende Beugungsgitter nicht vorgesehen wird). In dieser Erfindung wird die Länge des Lasers als die Resonatorlänge verwendet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgabe und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, von denen:
Fig. 1 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Modifikation der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine Darstellung zur Beschreibung eines Konstruktionsprinzips eines externen Gitterspiegels, der in dieser Erfindung verwendet wird, zeigt;
Fig. 4 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 5 eine Modifikation der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 4 zeigt;
Fig. 6 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Längsmodusspektrum eines Halbleiterlasers zeigt, wenn seine Wellenlänge festgelegt ist;
Fig. 9 und 10 die Zeitcharakteristiken von harmonischen Wellenausgängen zeigen, die von einer Lichtquelle von grünem Licht mit internem Hohlraum ausgestrahlt werden;
Fig. 11 eine Modifikation der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 7 zeigt;
Fig. 12 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 13 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 14 und 15 Modifikationen der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge der sechsten Ausführungsform dieser Erfindung in der Fig. 13 zeigen;
Fig. 16 eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 17 eine Modifikation der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach jeder der ersten bis siebten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 18 und 19 Anordnungen von herkömmlichen Vorrichtungen zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge zeigen; und
Fig. 20 und 21 die Anordnung von herkömmlichen Halbleiterlasern mit externem Hohlraum zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Vorder Beschreibung der Ausführungsformen dieser Erfindung erfolgt eine kurze Beschreibung in Hinsicht auf ein Halbleiterlasersystem mit externem Hohlraum, das stabil einen Laserlichtstrahl erzeugen kann. Auf dem Gebiet der optischen Kommunikation wird ein Halbleiterlaser benötigt, um stabil Licht einer einzelnen Wellenlänge und eines einzelnen Längsmodus unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur zu erzeugen. Für die stabile Schwingung eines Halbleiterlasers ist ein Typ eines Halbleiterlasers mit externem Hohlraum (Resonator) bekannt, der in "Electronic Information Communications Society" (1987) angekündigt wurde. Die Fig. 20 zeigt eine schematische Anordnung eines herkömmlichen Halbleiterlasers mit externem Hohlraum. In der Fig. 20 bezeichnet K01 einen 1,3 um Fabry-Perot-Halbleiterlaser, K02 repräsentiert eine Kollimationslinse, deren numerische Apertur 0.6 ist, K03 kennzeichnet einen externen Gitterspiegel, der in bezug auf die optische Achse schräggestellt angeordnet ist, und K04 bezeichnet ein lineares Reflexionstyp- Beugungsgitter, das an einem Bereich einer Oberfläche des externen Gitterspiegels K03 angeordnet ist. Licht, das von einer Endfläche K05 des Halbleiterlasers K01 ausgestrahlt wird, passiert durch die Kollimationsimse K02, um das Beugungsgitter K04 zu erreichen. Aufgrund der Wellenlängen-Dispersionswirkung des Beugungsgitters K04 kehrt dann nur Licht, das eine bestimmte Wellenlänge λ aufweist, zur Endfläche K05 des Halbleiterlasers K01 zurück, um darauf konzentriert zu werden, um auf optische Weise zu einer aktiven Schicht K06 des Halbleiterlasers K01 zurückgeleitet zu werden. Lichter, die andere Wellenlängen λ' aufweisen, werden um die aktive Schicht K06 zerstreut. Die bestimmte Wellenlänge λ ist von der Teilung des Beugungsgitters K04 und dem Winkel der Schrägstellung des externen Gitterspiegeis K03 abhängig. Die Endfläche K05 des Halbleiterlasers K01 ist reflexmindernd beschichtet. Das Beugungsgitter K04 wird konstruiert, indem ein Elektronenstrahl-Resist auf einem Si- Substrat gebildet wird und weiter durch Anwendung eines Elektronenstrahls. Auf der Oberfläche des Beugungsgitters K04 wird ein Au-Dünnfilm ausgebildet, der eine hohe Reflexion ergeben kann.
Die Fig. 21 zeigt weiterhin eine schematische Anordnung eines anderen herkömmlichen Halbleiterlasersystems mit externem Hohlraum, das nicht über eine Kollimationslinse verfügt, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-209784 veranschaulicht ist. In der Fig. 21 besteht der Unterschied zu der Anordnung in der Fig. 20 darin, daß die Konfiguration eines Beugungsgitters L03 gemäß dem oben erwähnten Beugungsgitter K04 in der Fig. 20 so angeordnet ist, daß sie ein Bestandteil einer Gruppe von nacheinander angeordneten Kreisen ist. Das Weglassen der Kollimationslinse kann die Resonatorlänge verkürzen und die Modulationsfrequenz verbessern. Diese Anordnung kann eine einzelne Längsmodusschwingung mit eine Wellenlänge von etwa 1,3 um realisieren.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge auf der Grundlage eines derartigen Halbleiterlasersystems mit externem Hohlraum bereit.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erfolgt nachstehend eine Beschreibung in Hinsicht auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung. In der Fig. 1 besteht die Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge aus einem AlGaAs- Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 0,83 µm und einer Lichtintensität von 50 mW. An der linken Seite des Halbleiterlasers 101 in der Abbildung befindet sich ein externer Gitterspiegel 103, der so angeordnet ist, daß er um einen Winkel θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 101 schräggestellt ist, der auf seiner Oberfläche an der Seite des Halbleiterlasers 101 ein Reflexionstyp-Beugungsgitter 104 aufweist. Zwischen dem Halbleiterlaser 101 und dem externen Gitterspiegel 103 ist eine Kollimationslinse 102 angeordnet, deren nümerische Apertur N.A. 0.6 ist. Ein Laserlichtstrahl, der von einer Endfläche (der hinteren Endfläche) 105 des Halbleiterlasers 101 ausgestrahlt wird, fällt auf die Kollimationslinse 102 ein, um in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt zu werden, und fällt dann auf das Beugungsgitter 104 auf dem externen Gitterspiegel 103 ein. Aufgrund der Wellenlängen-Dispersionswirkung des Beugungsgitters 104 wird nur Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektiert, um entlang dem gleichen optischen Weg zurückzukehren, das heißt es passiert durch die Kollimationslinse 103 und wird auf der Endfläche 105 des Halbleiterlasers 101 konzentriert. Das heißt, eine optische Rückleitung des reflektierten Lichts von dem Beugungsgitter 104 (dem externen Gitterspiegel 103) erfolgt zu einer aktiven Schicht des Halbleiterlasers 101 hin, wodurch es ermöglicht wird, daß die Wellenlänge des Halbleiterlasers 101 stabil wird.
Das Beugungsgitter 104 weist hier ein lineares Beugungsgitter auf, dessen Teilung d durch die folgende Gleichung gegeben ist.
d = λ/(2sinθ) ... (1)
wobei λ die in Schwingung versetzte Wellenlänge des Halbleiterlasers 101 bezeichnet, und θ repräsentiert den Winkel der Schrägstellung des Beugungsgitters 104 in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 101. Da in dieser Ausführungsform λ = 0,83 µm ist, wird d auf 0,83 µm eingestellt, wenn 0 = 300 ist.
Die Endfläche 105 des Halbleiterlasers 101 ist weiterhin reflexmindernd beschichtet, um eine Schwingung aufgrund eines Resonators zu verhindern, der zwischen der Endfläche 105 und der anderen Endfläche (eine vordere Endfläche) des Halbleiterlasers 101 gebildet wird. In diesem Fall wird die Rückleitungseffizienz (Wirksamkeit) von dem externen Gitterspiegel 103 etwa 93 %, wodurch das Laserlicht von der anderen Endfläche 107 eine Intensität von 40 mW erhält.
Andererseits befindet sich an der rechten Seite des Halbleiterlasers 101 in der Darstellung ein Polarisationsumkehrungs- Wellenleiter 113, bestehend aus einem Lichtwellenleiter und einer Polarisationsumkehrungs-Schicht mit einer Periode von 3,7 µm. Zwischen dem Halbleiterlaser 101 und dem Polarisationsumkehrungs-Wellenleiter 113 sind eine Kollimationslinse 108, ein Halbwellenplättchen 109 und eine Fokussierlinse 110 angeordnet. Das Halbwellenplättchen 109 ist zwischen der Kollimationslinse 108 und der Fokussierlinse 110 angeordnet. Ein Laserlichtstrahl, der eine Wellenlänge von 830 nm aufweist und von der Oberfläche 107 des Halbleiterlasers 101 ausgestrahlt wird, fällt auf die Kollimationsimse 108 ein, um in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt zu werden, und fällt dann auf das Halbwellenplättchen 109 ein, so daß sich seine Ablenkungsrichtung dreht. Der Lichtstrahl von dem Halbwellenplättchen 109 fällt weiter auf die Fokussierlinse 110 ein, die eine N.A. = 0.6 aufweist, um auf eine Endfläche 111 des Polarisationsumkehrungs- Wellenleiters 113 konzentriert zu werden. Der darauf einfallende Lichtstrahlpflanzt sich in dem Polarisationsumkehrungs- Wellenleiter 113 fort, um in der Wellenlänge zu 415 nm umgewandelt zu werden, wodurch ein Licht mit einer harmonischen Welle von der anderen Endfläche des Polarisationsumkehrungs-Wellenleiters 113 nach außen ausgestrahlt wird.
Die oben beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 1 kann modifiziert werden, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. In der Fig. 2 bestehen die Unterschiede der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge zu der Fig. 2 darin, daß die Kollimationslinse weggelassen und ein Beugungsgitter 203 anstelle des oben erwähnten Beugungsgitters 104 vorgesehen wurde. Dieses Beugungsgitter 203 hat, wie in der Fig. 2 dargestellt, eine Gitterkonfiguration, die als Bestandteil einer Anzahl von aufeinanderfolgend angeordneten Kreisen ausgebildet ist. Dies ist für die direkte Rückleitung des Lichtstrahls vom Halbleiterlaser 101 vorgesehen. Diese Anordnung kann die Größe der Vorrichtung weiter reduzieren.
Die Fig. 3 zeigt eine Darstellung für die Beschreibung des Konstruktionsprinzips des externen Gitterspiegels 103. Zuerst wird eine angenommene orthogonale x-y Koordinatenebene auf eine ebene Basis gesetzt, auf der ein Beugungsgitter ausgebildet wird. Weiterhin soll angenommen werden, daß eine Endfläche (ein Punkt) P der aktiven Schicht 106 des Halbleiterlasers 101 (die Endfläche 105), von der und auf die das Licht divergiert und konzentriert wird, auf einer Linie existiert, die um θ in der Richtung der y-Achse in bezug auf die Senkrechte vom Ursprung des vorher erwähnten Koordinatensystems schräggestellt ist, und weiter an einer Position existiert&sub1; die um eine Distanz f vom Ursprung der Koordinatenebene getrennt ist. Licht, das von der Endfläche P ausgestrahlt wird, fällt auf einen Punkt G auf dem Beugungsgitter ein und wird von dort reflektiert, um zum Punkt P zurückzukehren. Wenn das Beugungsgitter hier so ausgebildet ist, daß die Phasen des Lichts sich miteinander decken, kann diese Anordnung als ein externer Gitterspiegel wirken. Das heißt,
2PG = mλ + (Konstante) ... (2)
wobei PG die Distanz zwischen dem Punkt P und dem Punkt G bezeichnet, λ die Wellenlänge des Halbleiterlasers repräsentiert und m eine ganze Zahl angibt.
Wenn die Konstante hier im Ursprung gleich Null ist, kann die Gleichung (2) wie folgt ausgedrückt werden.
x² + (y - f sinθ)² = (mλ / 2 + f)² - (f cosθ)² ... (3)
wo x, y die orthogonalen Koordinaten auf der ebenen Basis repräsentieren, auf der das Beugungsgitter ausgebildet ist, f die Distanz zwischen der Endfläche der aktiven Schicht 106 und des Ursprungs der orthogonalen Koordinate angibt, θ den Winkel bezeichnet, der zwischen einer Linie zwischen der Endfläche der aktiven Schicht und dem Koordinatenursprung und der Senkrechten auf der ebenen Basis gebildet wird, X die in Schwingung versetzte Wellenlänge des Halbleiterlasers kennzeichnet und m eine ganze Zahl ist.
Wenn ein externer Gitterspiegel unter den Bedingungen λ = 0,809 um, f = 2 mm und θ = 45º konstruiert wird, beträgt, da eine Seite der Fläche, die von dem Elektronenstrahl bestrichen werden kann, etwa 1 mm groß ist, die (Feedback-) Rückleitungseffizienz etwa 30 %, und die Intensität des erhaltenen Laserlichts ist etwa 10 mW.
Nachstehend folgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach der zweiten Ausführungsform, worin Teile, die denen in der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Nummern bezeichnet sind. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 4 nach dieser Ausführungsform besteht aus einem Al- GaAs-Halbleiterlaser 101, der eine Wellenlänge von 809 nm und eine Intensität von 60 mW aufweist. An der Rückseite (der imken Seite in der Darstellung) befinden sich eine Kollimationslinse 102 mit einer N.A. = 0,55 und ein externen Gitterspiegel 103, der um einen Winkel θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 101 schräggestellt ist. Auf einer Oberfläche des externen Gitterspiegels 103 ist ein lineares Reflexionstyp- Beugungsgitter 104 ausgebildet, das eine Gitterteilung d aufweist, die durch die oben angeführte Gleichung (1) ausgedrückt wird. Ein Laserlichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser 101 ausgestrahlt wird, erreicht das Beugungsgitter 104, nachdem er durch die Kollimationslinse 102 passiert ist. Gleichermaßen wird, aufgrund der Wellenlängen-Dispersionswirkung, nur das Licht, das eine bestimmte Wellenlänge aufweist, von dem Beugungsgitter 102 reflektiert und auf einer hinteren Endfläche 105 konzentriert, wodurch die optische Rückleitung zu einer aktiven Schicht 106 des Halbleiterlasers 101 erfolgt, wodurch die Wellenlänge des Lichts von dem Halbleiterlaser 101 stabilisiert wird.
In dieser Ausführungsform ist das Beugungsgitter 104 in bezug auf die in Schwingung versetzte Wellenlänge von 809 nm des Halbleiterlasers 101 4erart konstruiert, daß d = 809 nm und θ = 30º sind. Weiterhin ist die hintere Endfläche 105 reflexmindernd beschichtet, um die Schwingung aufgrund der hinteren Endfläche 105 und einer vorderen (herausgehenden) Endfläche 107 des Halbleiterlasers 101 zu unterdrücken. In diesem Fall wird die Rückleitungseffizienz über 90 %, und die Intensität des Lichts von der vorderen Endfläche 107 beträgt 45 mW.
Andererseits sind an der vorderen Seite (der rechten Seite in der Darstellung) des Halbleiterlasers 101 eine Kollimationslinse 108, eine Fokussierlinse 110, ein Lasermaterial (Nd : YVO&sub4;) 410, ein nichtlineares optisches Material (KTP) 414 und ein Ausgangsspiegel 413 angeordnet. Der Lichtstrahl, der eine Wellenlänge von 809 nm aufweist und von der vorderen Endfläche 107 des Halbleiterlasers 101 ausgestrahlt wird, fällt zuerst auf die Kollimationsimse 108 ein, um in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt zu werden, und fällt dann auf die Fokussierlinse 110 ein. In dieser Ausführungsform ist ein Halbwellenplättchen (109 in der Fig. 1) nicht zwischen der Kollimationslinse 108 und der Fokussierlinse 110 vorgesehen. Die Fokussierlinse 110 weist eine Brennweite von f = 12,5 mm auf. Der Licht strahl von der Fokussierlinse 110 wird auf eine Endfläche 411 des Lasermaterials 410 konvergiert. Die Endfläche 411 ist beschichtet, um reflexmindernd in bezug auf die Wellenlänge (809 nm) des Halbleiterlasers 101 zu wirken und weiterhin die hohe Reflexion in bezug auf die in Schwingung versetzte Wellenlänge (1,064 µm) und der harmonischen Wellenlänge (532 nm) zu gestatten. Andererseits ist die andere Endfläche 412 des Lasermaterials 410 beschichtet, um reflexrnindernd in bezug auf die Wellenlängen 1,064 um und 532 nm zu wirken. Das Licht von dem Lasermaterial 410 kommt am Ausgangsspiegel 413 an, nachdem es das nichtlineare optische Material 414 passiert hat. Der Ausgangsspiegel 413 ist beschichtet, um die hohe Reflexion in bezug auf die Wellenlänge 1,064 nm zu gestatten, und der Ausgangsspiegel 413 bildet zusammen mit der einen Endfläche 411 des Lasermaterials 410 einen Resonator in bezug auf die Grundwelle von 1,064 um, wodurch die harmonische Welle, die von dem nichtlinearen optischen Material 414 umgewandelt wurde, vom Ausgangsspiegel 413 erhalten werden kann.
Die Fig. 5 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 4. In der Fig. 5 sind Teile, die denen in der Fig. 4 entsprechen, mit den gleichen Nummern bezeichnet, und die Beschreibung wird aus Gründen der Abkürzung weggelassen. Der Unterschied der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 5 zu der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 4 besteht darin, daß die Kollimationslinse (102) weggelassen ist und daß das divergierte Licht vom Halbleiterlaser 101 direkt von einem Beugungsgitter 503 reflektiert wird, um optisch zum Halbleiteriaser 101 zurückgeleitet zu werden. In diesem Fall uüterscheidet sich das Beugungsgitter 503 in seinem Gittermuster von dem Beugungsgitter in der Fig. 4. Das heißt, daß das Beugungsgitter 503 so angeordnet ist, daß es ein Teil einer Gruppe von aufeinanderfolgend angeordneten Krei sen ist.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung. Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach der dritten Ausführungsform dieser Erfindung. Diese Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 6 besteht aus einem AlGaAs-Halbleiterlaser 601, der eine Wellenlänge von 0,83 µm und eine Intensität von 50 mW aufweist. Eine hintere Endfläche 607 des Halbleiterlasers 601 ist mit einer hoch reflektierenden Beschichtung versehen, und eine herausgehende (vordere) Endfläche 608 davon ist mit einer gering reflektierenden Beschichtung versehen. In dieser Ausführungsform ist ein externer Gitterspiegel nicht an der linken Seite des Halbleiterlasers 601 vorgesehen, ist aber an der rechten Seite (Ausgangsseite) davon vorgesehen. Ein Laserlichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser 601 ausgestrahlt wird, fällt zuerst auf eine Kollimationslinse 602 ein, deren N.A. = 0,55 ist, und fällt dann auf ein Reflexionstyp-Beugungsgitter 606 ein, das auf einer Oberfläche eines externen Gitterspiegels 605 angeordnet ist. Dieser externe Gitterspiegel 605 ist um einen Winkel θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 601 schräggestellt, und das Beugungsgitter 606 hat ein lineares Gittermuster, dessen Teilung in Übereinstimmung mit der oben angeführten Gleichung (1) gegeben ist. In dem Fall, daß der externe Gitterspiegel 605 an der hinteren Seite des Halbleiterlasers 601 angeordnet ist, können wegen der Vorsehung der Kollimationsimse Schwierigkeiten bei der Ausrichtung der optischen Achsen auftreten, und die Rückleitungseffizienz ist aufgrund der Begrenzung der Fläche, die vom Elektronenstrahl bestrichen werden kann, begrenzt. In dem Fall jedoch, daß er an der Ausgangsseite des Halbleiterlasers 601 angeordnet wird, ist es möglich, wenn die Rückleitung von dem Beugungsgitter 606 zu einer aktiven Schicht 609 des Halbleiterlasers 601 etwa 10 % beträgt, die Wellenlänge zu stabilisieren, und es ist möglich, sämtliches andere Licht als das reflektierte Licht herauszunehmen. Dies bedeutet, daß es möglich ist, das Licht mit etwa 90 % des Laserausgangs (der Leistung) zu erhalten. Der Lichtstrahl, der eine Wellenlänge von 830 um aufweist und vom Beugungsgitter 606 reflektiert wird, wird auf ein Halbwellenplättchen 603 gerichtet und dann auf eine Fokussierlinse 604 gerichtet, um auf eine Endfläche 610 eines Polarisationsumkehrungs-Wellenleiters 612 konzentriert zu werden, der aus einer Polarisationsumkehrungs-Schicht besteht, deren Periode 3,7 um beträgt. Das Licht pflanzt sich dann innerhalb des Polarisationsumkehrungs- Wellenleiters 612 fort und wird von der anderen Endfläche 611 ausgegeben, nachdem es so abgeändert wurde, daß es eine Wellenlänge von 415 nm hat.
Die Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung, in der Teile, die denen in der Fig. 6 entsprechen, mit den gleichen Nummern bezeichnet sind. Diese Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge, die einen Festkörperlaser mit internem Hohlraum verwendet. In der Fig. 7 ist mit der Nummer 601 ein Halbleiterlaser bezeichnet, der auf eine Wellenlänge von 809 nm und eine Intensität von 60 mW eingerichtet ist. An der Ausgangsseite des Halbleiterlasers 601 sind eine Kollimationslinse 602 und ein Beugungsgitter 606 auf einem externen Gitterspiegel 605 angeordnet, schräggestellt um θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers. Wenn hier der Einfallswinkel des Beugungsgitters 606 300 beträgt, ist die Tiefe des Beugungsgitters 606 0,29 µm, und die Teilung davon, gegeben durch die oben angeführte Gleichung (1), ist 0,83 µm; die Beugungseffizienz wird etwa 10 %, wodurch eine stabile Einmodenschwingung erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Längsmodusspektrum des Halbleiterlasers 601 so, wie in der Fig. 8 dargestellt. Der Laserlichtstrahl, der von einer Endfläche 608 des Halbleiterlasers 601 ausgestrahlt wird, fällt auf die Kollimationslinse 602 ein und fällt dann auf den externen Gitterspiegel 605 ein, der das Beugungsgitter 606 aufweist. Auf diese Weise wird durch den externen Gitterspiegel 605 ein Teil des einfallenden Lichts zu einer aktiven Schicht 609 des Halbleiterlasers 601 zurückgeleitet, und der Rest davon fällt als ein reflektiertes Licht (Beugungslicht der Ordnung 0) auf eine Fokussierlinse 604 ein, die f = 12,5 mm aufweist, ohne durch ein Halbwellenplättchen zu passieren, um auf eine Endfläche 709 eines Lasermaterials (Nd YVO&sub4;) konzentriert zu werden. Die Grundwelle, die zwischen der Endfläche 709 des Lasermaterials 708 und einem Ausgangsspiegel 710 mitschwingt, wird durch ein nichtlineares optisches Material 711 in der Wellenlänge geändert und dann von dem Ausgangsspiegel 710 ausgegeben.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die Zeit-Charakteristiken von harmonischen Wellen-Ausgängen, die von einer grünen Lichtquelle mit internem Hohlraum ausgestrahlt wurden. Die Fig. 9 zeigt eine Ausgangs-Charakteristik, wenn der Längsmodus des Halbleiterlasers einfach ist, wie in der Fig. 8 dargestellt, und die Fig. 10 zeigt eine Ausgangs-Charakteristik, wenn der Längsmodus des Halbleiterlasers mehrfach ist. Wie aus diesen Darstellungen ersichtlich, ist eine wesentliche Bedingung für die Stabilisierung des Laserausgangs, daß der Längsmodus des Halbleiterlasers den einfachen Zustand annimmt. Die Vorrichtung zur Umkehrung der Polarisation und Anderung der Wellenlänge in der Fig. 6 gestattet es auch, die Wellenlänge des Halbleiterlasers einfach zu halten, so daß die Schwankungen der Wellenlänge innerhalb der Wellenlängen-Akzeptanz von 0,2 nm der Vorrichtung gehalten werden können. Daher kann die Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in der Fig. 6 eine stabile harmonische Welle ausgeben.
Da hier der externe Gitterspiegel in den Vorrichtungen in den Figs. 6 und 7 ein lineares Beugungsgitter ist, dessen Beugungseffizienz etwa 10 % beträgt, wird die Fertigung davon einfach. Obwohl in den Vorrichtungen in den Figs. 6 und 7 das Beugungsgitter auf der gesamten Oberfläche des externen Gitterspiegels ausgebildet ist, ist es weiterhin zweckmäßig, daß ein Beugungsgitter 606A, das eine Konfiguration wie eine Ellipse oder ein Quadrat hat, auf einem Bereich des externen Gitterspiegels 605 ausgebildet wird, wie in der Fig. 11 dargestellt, so daß die Rückleitungseffizienz etwa 10 % beträgt.
Die Fig. 12 zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung. Ein Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß ein Öffnungsbereich 803A mit einer elliptischen oder quadratischen Konfiguration in einem externen Gitterspiegel 803 ausgebildet ist und daß ein Beugungsgitter 804 um den Öffnungsbereich 803A auf dem externen Gitterspiegel 803 ausgebildet ist. Das heißt, ein Laserlichtstrahl, der von einem Halbleiterlaser (zum Beispiel entsprechend dem Halbleiterlaser in der Fig. 7) ausgestrahlt wird, fällt auf eine Kollimationslinse 802 ein, um in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt zu werden, welcher wiederum auf den externen Gitterspiegel 803 einfällt. Ein Teil des einfallenden Lichtstrahls auf dem externen Gitterspiegel 803 wird zum Halbleiterlaser 801 hin reflektiert, und der andere Teil davon passiert durch den öffnüngsbereich 803A des externen Gitterspiegels 803, um durch eine Fokussierlinse 805 zu einem Abschnitt gerichtet zu werden, der aus einem Lasermaterial 806, einem nichtlinearen optischen Material 807 und einem Ausgangsspiegel 808 (entsprechend den Teilen 708, 711 beziehungsweise 710 in der Fig. 7) besteht.
Diese Anordnung hat einen Vorteil derart, daß die Teile linear angeordnet werden können, und ermöglicht es gleichzeitig, die Wellenlänge durch das Beugungsgitter 804, der um den Öffnungsbereich 803A des externen Gitterspiegels 803 angeordnet ist, zu stabilisieren.
Die Fig. 13 zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeu gung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung, in der die Teile, die denen in der Fig. 7 entsprechen, mit den gleichen Nummern bezeichnet sind, und die Beschreibung wird aus Gründen der Abkürzung weggelassen. In der Fig. 13 ist ein Merkmal dieser Ausführungsform, daß eine Kollimationslinse nicht zwischen einem Halbleiterlaser 601 und einem externen Gitterspiegel 605 vorgesehen ist, so daß ein Lichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser 601 ausgestrahlt wird, direkt auf den externen Gitterspiegel 605 gerichtet wird, der um einen Winkel θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 601 schräggestellt ist. Hier hat ein Beugungsgitter 903, das auf dem externen Gitterspiegel 605 auszubilden ist, eine Konfiguration, gegeben in Übereinstimmung mit der oben angeführten Gleichung (3), wie in der Fig. 13 dargestellt. Das heißt, das Beugungsgitter 903 ist als Bestandteil einer Gruppe von aufeinanderfolgend angeordneten Kreisen ausgebildet. Der Lichtstrahl, der von dem Beugungsgitter 993 reflektiert wird, fällt auf eine Fokussierlinse 604 ein, nachdem er eine Kollimationslinse 903 passiert hat. Der Lichtstrahl, der durch die Fokussierlinse 604 konzentriert wird, fällt auf ein Lasermaterial 708 ein. In der Methode der direkten Zurückleitung des Lichts von dem externen Gitterspiegel 605 zu einer aktiven Schicht des Halbleiterlasers 601 wird die Beugungseffizienz des externen Gitterspiegels im allgemeinen zwar gering, wobei Schwierigkeiten bei der Verbesserung der Ausgangseffizienz auftreten. Die oben beschriebene Anordnung nach dieser Ausführungsfom kann die Ausgangseffizienz jedoch verbessern, selbst wenn die Beugungseffizienz unter 10 % liegt.
Die Figuren 14 und 15 zeigen Modifikationen der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach der Fig. 13 nach der sechsten Ausführungsform dieser Erfindung. In der Fig. 14 ist ein Öffnungsbereich mit einer elliptischen Konfiguration in einem externen Gitterspiegels 910 ausgebildet, der um einen Winkel θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 601 schräggestellt ist. Ein Beugungsgitter 911 ist als Bestandteil einer Gruppe von Kreisen ausgebildet und ist um den Öffnungsbereich des externen Gitterspiegels 910 ausgebildet. Andererseits ist in der Fig. 15 ein Öffnungsbereich mit einer kreisförmigen Konfiguration in einem externen Gitterspiegel 920 ausgebildet, der parallel zur Ausgangsoberfläche des Halbleiterlasers 601 angeordnet ist, und ein Beugungsgitter 921 ist als Gruppe von Kreisen ausgebildet, so daß der Öffnungsbereich des externen Gitterspiegels 920 im mittleren Bereich der Gruppe von Kreisen des Beugungsgitters 921 positioniert ist. Diese Anordnungen in den Figs. 14 und 15 gestatten die lineare Anordnung der Komponenten
Die Fig. 16 zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge nach einer siebten Ausführungsforn dieser- Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine Kollimationsimse nicht zwischen einem Halbleiterlaser und einem externen Gitterspiegel vorgesehen, aber ein Beugungsgitter ist angeordnet, um den Beugungsstrahl 2. Ordnung optisch zurückzuleiten und auf einer aktiven Schicht eines Halbleiterlasers zu konzentrieren, und ergibt den Beugungsstrahl 1. Ordnung als kollimiertes Ausgangslicht. Die Vorrichtung in der Fig. 16 besteht aus einem Halbleiterlaser 1001, dessen Wellenlänge 809 nm ist. Der Lichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser 1001 ausgestrahlt wird, wird direkt zu einem Beugungsgitter 1003 geführt, der auf einer Oberfläche eines externen Gitterspiegels 1002 vorhanden ist, welcher um einen Winkel θ in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers 1001 schräggestellt ist. Hier ist das Beugungsgitter 1003 derart konstruiert, daß seine Teilung d zwei Mal so groß ist wie eine Teilung, die in bezug auf die Wellenlänge λ und den Einfallwinkel θ zu vergeben ist. Zum Beispiel ist das Beugungsgitter 1003 derart konstruiert, daß die Teilung d = 1,15 µm, die Tiefe = 0,56 µm und der Einfallwinkel θ = 33,40 betragen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Effizienz der Beugung 1. Ordnung über 55 %, und die Effizienz der Beugung 2. Ordnung wird etwa 20 %. Der Beugungslichtstrahl 1. Ordnung, der von dem Beugungsgitter 1003 kollimiert wird, fällt auf eine Fokussierlinse 1004 ein, um auf eine Endfläche 1006 eines Lasermaterials (Nd : YVO&sub4;) 1005 konzentriert zu werden, wodurch die Grundwelle, die zwischen einem Ausgangsspiegel 1007 und der Endfläche 1006 des Lasermateriais 1005 mitschwingt, durch ein nichtlineares optisches Material (KTP) 1008 in der Wellenlänge geändert und dann von dem Ausgangsspiegel 1007 ausgegeben wird.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen der externe Gitterspiegel so angeordnet ist, daß die Polarisierungsrichtung des Halbleiterlasers im wesentlichen parallel zur Richtung der Kanäle bzw. Spalte des Beugungsgitters ist, ist es zweckmäßig, daß die Kanäle des Beugungsgitters so angeordnet werden, daß sie senkrecht zur Polarisierungsrichtung des Halbleiterlasers sind, wie in der Fig. 17 dargestellt, wo die Nummern entsprechend denen in der Fig. 13 verwendet werden.
Obwohl die Ausführungsformen der Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge in den Figs. 11 bis 17 auf einer Kombination des Halbleiterlasers mit externem Hohlraum und des Festkörperlasers mit internem Hohlraum beruhen, ist es zweckmäßig, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge auf der Grundlage einer Kombination des Halbleiterlasers mit externem Hohlraum und des QPM-Polarisationsumkehrungs-Wellenleiters angeordnet wird, wie in der japanischen Anmeldung Nr. 45319/92 beschrieben. Diese Anordnung kann auch einen stabilen Ausgang der harmonischen Welle mit einer hohen Effizienz erzielen. Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Wellenlänge im Fall des Polarisationsumkehrung- Wellenleiters auf 830 um (geeignet für die Periode der Polarisationsumkehrung) eingestellt ist und die Wellenlänge des Halbleiterlasers in dem Fall, daß Nd : YVO&sub4; als das Lasermaterial verwendet wird (Festkörperlaser), auf 809 nm, das heißt der mittleren Wellenlänge des Absorptionsspektrums des Lasermaterials, festgesetzt ist, ist es möglich, die Wellenlänge des Lasers mit dem Winkel θ des externen Gitterspiegels in bezug auf die optische Achse des Halbleiterlasers wahlweise verändert zu wählen. Das heißt, es ist möglich, ein anderes Festkörpermaterial wie YAG, LiSrF, LiCaF, YLF, NAB, KNP, LNP, NYAB, NPP und GGG zu verwenden, die mit seltenen Erden dotiert sind. Mit diesen Anordnungen ist es möglich, mittleres Infrarotlicht zu erhalten, und weiter ist es möglich, durch die Änderung der Wellenlänge verschiedenes sichtbares Licht (rotes Licht, blaues Licht) zu erhalten. Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen im Fall der Ausführung mit internem Hohlraum KTP (KTiPO&sub4;) als ein Material zum Ändern der Wellenlänge verwendet wird, ist es auch möglich, die organischen nichtlinearen optischen Materialien oder anorganischen nichtlinearen optischen Materialien wie KN (KNbO3), KAP (KAsPO&sub4;), BBO und LBO zu verwenden. Es ist weiter möglich, ein Massentyp-Polarisationsumkehrungs-Element (zum Beispiel LiNbO3, LiTaO3) zu verwenden. Außerdem sind sie anwendbar für Halbleiterlaser mit pumpender Lichtquelle, indem eine Fluoridfaser verwendet wird, in die seltene Erden wie Ho, Er, Tm, Sm und Nd dotiert sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge mit:

Laserlicht-Erzeugungsmitteln (101) zur Erzeugung eines Laser- Lichtstrahls mit einer oszillierenden Wellenlänge;

einer externen Gitter-Spiegeleinrichtung (103, 104, 203), die ein Beugungsgitter (104, 203) vom Reflexions-Typ aufweist, um einen ersten Teil des Laser-Lichtstrahls zu reflektieren, der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (101) abgegeben wird, um den ersten Teil des Laser-Lichtstrahls zu den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (101) zurück zu leiten, wodurch die oszillierende Wellenlänge des Laser-Lichtstrahls so innerhalb einer Wellenlängen-Toleranz von Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mitteln stabilisiert wird, wobei die Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mittel (113) zur Änderung der oszillierenden Wellenlänge eines zweiten Teils des Laser-Lichtstrahls vorgesehen sind, der durch die externe Gitter-Spiegeleinrichtung (103, 104, 203) stabilisiert ist und der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (101) abgegeben wird, wobei die Quasi-Phasen-Übereinstimmungs- Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mittel (113) angeordnet sind, um die Laserlicht-Erzeugungsmittel (101) zwischen den Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mitteln (113) und der externen Gitter-Spiegeleinrichtung (103, 104, 203) zu positionieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit:

einem optischen Koppler (108, 109, 110) zur Weiterleitung des zweiten Teils des Laser-Lichtstrahls, der von den Laserlicht- Erzeugungsmitteln (101) abgegeben wird, zu den Quasi-Phasen- Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mitteln (113).

3. Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge mit:

Resonator-Mitteln (410, 413, 414; 708. 710, 711; 806, 807, 808; 1005, 1007, 1008), die ein Laser-Schwingungsmaterial (410; 708; 806; 1005) und einen Ausgangsspiegel (413; 710; 808; 1007) umfassen, um hinsichtlich eines einfallenden Lichtstrahls einen Resonanz-Zustand einzunehmen;

einem nicht-linearen optischen Material (414; 711; 807; 1008), welches zwischen dem Laser-Schwingungsmaterial und dem Ausgangsspiegel vorgesehen ist, um eine Wellenlänge eines Lichtstrahls zu verändern, der zwischen dem Laser-Schwingungsmaterial und dem Ausgangsspiegel resoniert;

Laserlicht-Erzeugungsmitteln (101; 601; 801; 1001) zur Erzeugung eines Laserlichtstrahls; und

einer externen Gitter-Spiegeleinrichtung (103; 605; 803; 910; 920; 1002), die ein Beugungsgitter (503; 104; 606; 606A) vom Reflexionstyp aufweist, um den Laserlichtstrahl zu reflektieren, der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln abgegeben wird, um einen Teil des Laserlichtstrahls zu den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zurück zu führen, so daß eine oszillierende Wellenlänge der Laserlicht-Erzeugungsmittel innerhalb einer Wellenlängen-Toleranz des Laser-Schwingungsmaterials stabilisiert wird, und daß ein Teil des stabilisierten Laserlichtstrahls von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zu dem Laser-Schwingungsmaterial geleitet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Laserlicht-Erzeugungsmittel (101) zwischen den Resonator-Mitteln (410, 413, 414) und der externen Gitter-Spiegeleinrichtung (103) angeordnet sind, sowie ein optisches Kopplersystem (108, 110) zwischen den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (101) und den Resonator- Mitteln (410, 413, 414) vorgesehen ist, so daß der Laserlichtstrahl von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zu den Resonator- Mitteln (410, 413, 414) geleitet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die externe Gitter-Spiegeleinrichtung (605) zwischen den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (601) und den Resonator-Mitteln (708, 709, 710, 711) angeordnet ist, sowie ein optisches Kopplersystem (604) zwischen der externen Gitter-Spiegeleinrichtung (605) und den Resonator- Mitteln (708, 709, 710, 711) vorgesehen ist, so daß der Laserlichtstrahl, der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln abgegeben wird und von der externen Gitter-Spiegeleinrichtung (605) reflektiert wird zu den Resonator-Mitteln (708, 709, 710, 711) geleitet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die externe Gitter-Spiegeleinrichtung den Beugungslichtstrahl 0-ter Ordnung des Laserlichtstrahls von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zu den Resonator-Mitteln zuführt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die externe Gitter-Spiegeleinrichtung den Beugungslichtstrahl 2-ter Ordnung des Laserlichtstrahls von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zu den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zurück leitet, und wobei die externe Gitter-Spiegeleinrichtung den Beugungslichtstrahl 1-ter Ordnung des Laserlichtstrahls von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln zu den Resonator-Mitteln leitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die externe Gitter-Spiegeleinrichtung (803; 910; 920) einen Öffnungsabschnitt (803A) aufweist, um einen einfallenden Lichtstrahl zu übertragen, und wobei das Beugungsgitter (804; 911; 921) rund um den Öffnungsabschnitt ausgebildet ist.

9. Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge mit:

Laserlicht-Erzeugungsmitteln (601) zur Erzeugung eines Laser- Lichtstrahls mit einer oszillierenden Wellenlänge;

einer externen Gitter-Spiegeleinrichtung (605, 606), die ein Beugungsgitter (606) vom Reflexions-Typ aufweist, um einen er sten Teil des Laser-Lichtstrahls zu beugen, der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (601) abgegeben wird, um den ersten Teil des Laser-Lichtstrahls zu den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (601) zurück zu leiten, sowie zur Reflexion oder Beugung eines zweiten Teils des Laserlichtstrahls, der von den Laserlicht- Erzeugungsmitteln (601) abgegeben wird, wodurch die oszillierende Wellenlänge des Laser-Lichtstrahls durch den ersten Teil des Laserlichtstrahls, der den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (601) wiederum zugeführt wird, so innerhalb einer Wellenlängen-Toleranz von Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs- Umkehr-Wellenleiter-Mitteln stabilisiert wird, wobei die Quasi- Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mittel (612) zur Änderung der oszillierenden Wellenlänge des zweiten Teils des Laser-Lichtstrahls vorgesehen sind, der durch die externe Gitter-Spiegeleinrichtung (605, 606) stabilisiert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, weiterhin mit:

optischen Kopplermitteln (603, 604) zur Weiterleitung des zweiten Teils des Laserlichtstrahls, der von der externen Gitter- Spiegeleinrichtung (605, 606) reflektiert oder gebeugt wird, zu den Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mitteln (612).

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der zweite Teil des Laserlichtstrahls durch die externe Gitter-Spiegeleinrichtung (605, 606) reflektiert wird, um einen Beugungslichtstrahl 0-ter Ordnung des Laserlichtstrahls zu erzeugen, wobei die oszillierende Wellenlänge des Beugungslichts 0-ter Ordnung in den Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs -Umkehr-Wellenleiter- Mitteln (612) verändert wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der erste Teil des Laserlichtstrahls durch die externe Gitter-Spiegeleinrichtung (605, 606) gebeugt wird, um einen Beugungslichtstrahl 2-ter Ordnung des Laserlichtstrahls zu erzeugen, und wobei der zweite Teil des Laserlichtstrahls durch die externe Gitter- Spiegeleinrichtung (605, 606) gebeugt wird, um einen Beugungslichtstrahl 1-ter Ordnung des Laserlichtstrahls zu erzeugen, wobei die oszillierende Wellenlänge des Beugungslichts 2-ter Ordnung in den Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs- Umkehr-Wellenleiter-Mitteln (612) verändert wird.

13. Vorrichtung zur Erzeugung von Licht mit kurzer Wellenlänge mit:

Laserlicht-Erzeugungsmitteln (801) zur Erzeugung eines Laser- Lichtstrahls mit einer oszillierenden Wellenlänge;

einer externen Gitter-Spiegeleinrichtung (803, 804), die ein Beugungsgitter (804) vom Reflexions-Typ aufweist, um einen ersten Teil des Laser-Lichtstrahls zu beugen, der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (801) abgegeben wird, um den ersten Teil des Laser-Lichtstrahls zu den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (801) zurück zu leiten, und um einen zweiten Teil des Laserlichtstrahls zu übertragen, der von den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (801) abgegeben wird, um ein Durchgangslicht des Laserlichtstrahls zu erzeugen, wodurch die oszillierende Wellenlänge des Laser-Lichtstrahls so innerhalb einer Wellenlängen-Toleranz von Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mitteln stabilisiert wird, durch das Beugungslicht des ersten Teils des Laserlichtstrahls, der den Laserlicht-Erzeugungsmitteln (801) wieder zugeführt wird;

Quasi-Phasen-Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mitteln (113, 612) zur Änderung der oszillierenden Wellenlänge des Durchgangslichtes, welches durch die externe Gitter- Spiegeleinrichtung (803, 804) erzeugt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die externe Gitter- Spiegeleinrichtung (803, 804) einen Öffnungsabschnitt aufweist, durch den das Durchgangslicht hindurch die Quasi-Phasen- Übereinstimmungs-Polarisierungs-Umkehr-Wellenleiter-Mittel (113, 612) leitet, und wobei das Beugungsgitter (804) vom Reflexionstyp (804) der externen Gitter-Spiegeleinrichtung (803, 804) rund um den Öffnungsabschnitt ausgebildet ist, um den ersten Teil des Laserlichts zu beugen, der von den Laserlicht- Erzeugungsmitteln (801) abgegeben wird.