DE69529378T2

DE69529378T2 - Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung von höheren harmonischen Wellen und Laserlichtquelle mit kurzer Wellenlänge die dasselbe benutzt

Info

Publication number: DE69529378T2
Application number: DE69529378T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kato; Yasuo Kitaoka; Kiminori Mizuuchi; Kazuhisa Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2015-09-12
Also published as: EP0703649A3; US5936985A; EP0703649A2; DE69529378D1; US6496299B2; US20020126369A1; US6323990B1; EP0703649B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen, welche auf den Gebieten der optischen Informationsverarbeitung, der optischen Anwendungs-Messungs-Steuerung, und ähnlichem verwendet werden unter Verwendung von kohärentem Licht, und auf eine Laserstrahlquelle mit kurzer Wellenlänge, welche das Verfahren verwendet.

2. Beschreibung des technologischen Hintergrundes:

Auf dem Gebiet der optischen Informationsverarbeitung erfordern Laserstrahlquellen mit kurzer Wellenlänge für die optische Aufzeichnung eine Ausgabe von einigen mW oder mehr. Als blaue Laserstrahlquellen ist die Kombination eines Halbleiter-Lasers, welcher Grundwellen emittiert, und einem Bauelement zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, welche höher harmonische Wellen der Grundwellen erzeugt, erfolgsversprechend.
Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer herkömmlichen Laserstrahlquelle 5000 für kurze Wellenlänge, welche blaues Licht emittiert. Die Grundwellen P1, welche von einem Halbleiter-Laser 121 emittiert werden, werden kollimiert bzw. gesammelt von einer Kollimatorlinse 124 und auf einen optischen Wellenleiter 102 fokussiert, welcher innerhalb eines Bauelements 122 zur Umwandlung einer Licht-Wellenlänge ausgebildet ist, durch eine Fokussier-Linse 125. Die Grundwellen P1 werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 in dem optischen Wellenleiter 102 und werden ausgegeben. Jede Komponente der Laserstrahlquelle 5000 für kurze Wellenlänge ist auf einem Basiselement 120 hergestellt aus A1, befestigt. Das Bauelement 122 zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge ist auf einer Quarz-Platte 123 positioniert, wobei die Oberseite, welche den optischen Wellenleiter 102 aufweist, nach unten weist.
Als Nächstes wird das Bauelement 122 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, welches in der herkömmlichen Laserstrahlquelle 5000 für kurze Wellenlänge verwendet wird, beschrieben werden.
Fig. 23A ist eine perspektivische Ansicht des herkömmlichen Bauelements 122 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge; Fig. 23B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 23B-23B von Fig. 23A. Hiernach wird die Arbeitsweise des Bauelements 122 zur Umwandlung der Licht-Wellenlänge beschrieben werden durch Veranschaulichung der Erzeugung von höher harmonischen Wellen (Wellenlänge: 437 nm) aus Grundwellen (Wellenlänge: 873 nm) (siehe K. Yamamoto und K. Mizuuchi, "Blue light generation by frequency doubling of a laser diode in a periodically-domain inverted LiTaO&sub3;, waveguide", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 4, Nr. 5, S. 435-437, 1992).
Wie in den Fig. 23A und 23B gezeigt, umfasst das Bauelement 122 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge den optischen Wellenleiter 102, welcher in einem LiTaO&sub3; Substrat 101 ausgebildet ist. Der optische Wellenleiter 102 ist mit periodischen Domänen-invertierten Schichten (Domänen-invertierten Bereichen) 103 versehen. Die Fehlanpassung der Ausbreitungs-Konstanten zwischen den Grundwellen P1 und den höher harmonischen Wellen P2, welche erzeugt werden sollen, wird kompensiert durch eine periodische Struktur, welche zusammengesetzt ist aus den Domänen-invertierten Bereichen 103 und den Nicht-Domänen- invertierten Bereichen 104. Dies ermöglicht es, dass die Grundwellen P1 umgewandelt werden in die höher harmonischen Wellen P2 mit einem hohen Wirkungsgrad, um so ausgegeben zu werden. Die Pfeile in Fig. 23B stellen die Richtung einer Domäne in jedem Bereich dar.
Als Nächstes wird das Prinzip der Verstärkung von höher harmonischen Wellen in dem Bauelement 122 zur Umwandlung der Licht-Wellenlänge beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Fig. 24A und 24B.
Fig. 24A zeigt schematisch die inneren Strukturen, nämlich die Richtung der Domänen eines Bauelements 131, welche keine Domänen-invertierten Bereiche hat und eines Bauelements 132, welches Domänen-invertierte Bereiche hat. Die Pfeile in Fig. 24A stellen die Richtung einer Domäne in jedem Bereich dar.
In dem Bauelement 131 sind die Domänen-invertierten Bereiche nicht ausgebildet und die Richtungen der Domänen sind in eine Richtung ausgerichtet. Wenn Grundwellen durch das Bauelement 131 hindurchtreten, werden die Wellen zum Teil umgewandelt in höher harmonische Wellen. Jedoch wiederholt bei der Struktur des Bauelements 131 eine Ausgabe der höher harmonischen Wellen 131a einfach das Erhöhen und Verringern entlang der Durchgangsrichtung des optischen Wellenleiters, wie in Fig. 24B gezeigt.
Andererseits steigt eine Ausgabe von höher harmonischen Wellen 132a proportional zu dem Quadrat der Länge L des optischen Wellenleiters an, wie in Fig. 24B gezeigt, in dem Bauelement 132, welches periodische Domänen- invertierte Bereiche erster Ordnung hat. Es sollte angemerkt werden, dass nur wenn ein Quasi-Phasenabgleich festgelegt wird, die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 erhalten werden kann aus den einfallenden Grundwellen P1 in der Domänen-invertierten Struktur. Der Quasi-Phasenabgleich wird nur hergestellt bzw. festgelegt, wenn eine Periode Λ1 des Domänen-invertierten Bereiches identisch ist zu λ/(2(N2ω-Nω)), wobei Nw ein effektiver Brechungsindex der Grundwellen (Wellenlänge λ) ist, und N2ω ist ein effektiver Brechungsindex der höher harmonischen Wellen (Wellenlänge: λ/2).
Ein Verfahren zur Herstellung eines herkömmlichen Bauelements 5000 zur Umwandlung einer Licht-Wellenlänge mit der oben erwähnten Domänen- invertierten Struktur als eine grundlegende Struktur-Komponente wird beschrieben werden.
Zuerst wird ein periodisches Ta Film-Muster mit einer Breite von einigen um ausgebildet auf dem LiTaO&sub3; Substrat 101, hergestellt aus einem nicht-linearen optischen Kristall, durch Abscheid aus der Dampfphase bzw. Aufdampfung und Fotolithografie. Das Ta Film-Muster wird einer Protonen-Austausch-Behandlung bei 260ºC unterzogen, gefolgt durch eine Hitzebehandlung bei ungefähr 550ºC. Demzufolge werden die Domänen-invertierten Bereiche 103 ausgebildet in dem LiTaO&sub3; Substrat 101. Dann wird ein Ta Film-Spalt ausgebildet auf dem LiTaO&sub3; Substrat 101, hitzebehandelt in Pyrophosphorsäure bei 260ºC für 12 min. und einer Glüh-Behandlung bei 420ºC für 1 min unterzogen. So wird der optische Wellenleiter 102 ausgebildet.
Wenn der optische Wellenleiter 102 eine Länge von 10 mm hat und die Grundwellen P1 eine Leistung von 37 mW haben in Bezug auf eine Wellenlänge von 873 nm und dem Bauelement 122 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge eingegeben werden, welches wie oben beschrieben hergestellt wurde, können höher harmonische Wellen P2 mit einer Leistung von 1,1 mW ausgegeben werden.
Jedoch ist die erlaubbare Breite des Bauelements 122 zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge in Bezug auf die Wellenlänge der Grundwellen im Allgemeinen so klein wie 0,1 nm. Aus diesem Grund kann das Bauelement 122 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ein Moden-Springen eines Halbleiter-Lasers und die Ausbreitung der Wellenlänge des Ausgabe-Lichtes nicht ermöglichen.
Zum Beispiel ist die Zulässigkeit bei dem herkömmlichen Bauelement 122 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge mit den oben erwähnten Domänen-invertierten Bereichen in Bezug auf die Wellenlängen-Schwankung des Laserstrahls einer Grundwelle mit einer Bauelementlänge von 10 mm sehr schmal; gewöhnlich eine erlaubbare Wellenlänge-Halbwert-Breite von ungefähr 0,1 nm. Die erlaubbare Veränderung in Bezug auf die Temperatur ist gewöhnlich so klein wie 3ºC. Aufgrund davon entstehen die folgenden Probleme; wenn ein Bauelement zur Umwandlung einer Licht-Wellenlänge kombiniert ist mit einem Halbleiter-Laser: Es ist wahrscheinlich, dass die Ausgabe des Halbleiter-Lasers beeinflusst wird durch die Veränderung der Temperatur und folglich tritt eine Schwankung der Wellenlänge des Ausgabelichts auf; als Ergebnis werden die Grundwellen nicht umgewandelt in höher harmonische Wellen oder die Ausgabe der höher harmonischen Wellen, umgewandelt von den Grundwellen, schwankt erheblich.
Die oben erwähnten Probleme werden nachfolgend im Detail beschrieben werden.
Gewöhnlich wird die Ausgabe von höher harmonischen Wellen, welche erhalten werden sollen, die Hälfte eines beabsichtigten Wertes, wenn die Wellenlänge eines Halbleiter-Lasers sich um nur 0,05 nm verschiebt. Die Erlaubbarkeit in Bezug auf die Veränderung der Wellenlänge eines Halbleiterlasers ist gering. Zum Beispiel wenn die Umgebungstemperatur während des Betriebs eines Halbleiterlasers sich von 20ºC zu 21ºC verschiebt, verschiebt sich der vertikale Modus des Halbleiter- Lasers um eins und die Oszillations-Wellenlänge verschiebt sich von 820,0 nm auf 820,2 nm. Aufgrund hiervon wird die Ausgabe von höher harmonischen Wellen null.
Bezüglich der erlaubbaren Breite des Bauelements 122 zur Umwandlung der Licht- Wellenlänge in Bezug auf die Veränderung der Temperatur, kann die Ausgabe von höher harmonischen Wellen nicht erhalten werden, selbst wenn die oszillierende bzw. Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers stabil ist, wenn sich die Umgebungstemperatur verändert. Des Weiteren führt ein häufiges Auftreten eines Moden-Springens zu einem Rauschen, was zu Problemen beim Lesen von optischen Disks führt.
Die EP-A-0 585 758 beschreibt einen Wandler für eine optische Wellenlänge, wobei eine Schwingungswellenlänge von einem Halbleiterlaser auf ein nichtlineares optisches Element fällt mit periodischen Domänen-invertierten Bereichen, zum Umwandeln in höher harmonische Wellen. Die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers wird verändert durch das Steuern eines Ansteuerstromes des Lasers durch Rückkopplung, wodurch die Schwingungswellenlänge an einen Spitzenwert der höher harmonischen Wellen angepasst wird, um eine konstante Ausgabe der höher harmonischen Wellen zu erhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist definiert in den unabhängigen Ansprüchen 1, 3 und 4. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Demzufolge ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile von (1) Schaffen eines Verfahrens zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen, welche die stabile Ausgabe von höher harmonischen Wellen ermöglichen, welche erhalten werden unabhängig von der Umgebungstemperatur und (2) Schaffen einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge unter Verwendung davon.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten offensichtlich werden beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 1, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen dem angelegten Strom und der Schwingungswellenlänge eines Halbleiter-Lasers in Beispiel 1.
Fig. 3 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Umgebungstemperatur und der Ausgabe von höher harmonischen Wellen.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 2, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5A bis 5D sind Querschnittsansichten und zeigen die Schritte der Herstellung eines Bauelements zum Umwandeln einer Licht- Wellenlänge, welches in der Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge von Fig. 4 enthalten ist.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 3, welches nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 7 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen dem Ansteuerstrom eines Halbleiterlasers und der Leistung der davon emittierten Grundwellen.
Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt ein Verfahren zum Stabilisieren der Ausgabe von höher harmonischen Wellen in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen dem Ansteuerstrom bei einem Verteilungs-Bragg-Reflexions(DBR)-Teil eines Halbleiterlasers und die Schwingungswellenlänge davon in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt ein Verfahren zum Stabilisieren der Ausgabe von höher harmonischen Wellen in dem Fall der Verwendung eines Peltier-Bauelements für die Feinsteuerung in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur eines Bauelements zur Umwandlung von Licht-Wellenlänge, welches enthalten ist in einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 5, welches nützlich zum Verstehen der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 12 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Wellenlänge der Grundwellen, eingegeben in das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge von Fig. 11, und die Ausgabe von höher harmonischen Wellen davon.
Fig. 13A ist ein Diagramm und zeigt die ausgegebenen elektrischen Signale von einem Detektor, wenn die Schwingungswellenlänge eines Halbleiterlasers verändert wird in der Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 5, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13B ist ein Diagramm und zeigt eine Differenz-Ausgabe, wenn die Schwingungswellenlänge eines Halbleiterlasers verändert wird in der Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 5, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 ist eine Draufsicht und zeigt eine Struktur eines Bauelements zum Umwandeln einer Lichtwellenlänge, welches enthalten ist in einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 6, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 7, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur eines Halbleiterlasers, welcher enthalten ist in einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 18 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der effektiven Resonatorlänge (Hohlraum- bzw. Cavity-Länge) und dem vertikalen Moden-Intervall.
Fig. 19 ist ein Querschnittsansicht und zeigt eine andere Struktur eines Halbleiterlasers, welcher enthalten ist in der Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 10, welches nützlich ist zum Verstehen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen dem vertikalen Moden-Intervall und der erlaubbaren Wellenlängen-Breite von höher harmonischen Wellen.
Fig. 22 ist ein Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer herkömmlichen Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge.
Fig. 23A ist eine perspektivische Ansicht und zeigt eine Struktur eines herkömmlichen Bauelements zum Umwandeln von Licht- Wellenlänge;
Fig. 23B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 23B-23B von Fig. 23A.
Fig. 24A und 24B sind Ansichten und veranschaulichen das Prinzip der Wellenlängen-Umwandlung durch das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Beispiel 1

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge in Beispiel 1.
Die Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge umfasst ein Bauelement 22a zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, in welchem periodisch Domänen-invertierte Bereiche 3 auf der Oberfläche eines Substrats, hergestellt aus einem nicht-linearen optischen Kristall, LiTaO&sub3; ausgebildet sind. Des Weiteren ist ein optischer Wellenleiter 2 ausgebildet durch Protonen-Austausch auf der Oberfläche des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, auf welchem die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 ausgebildet sind.
Die Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge umfasst auch einen Halbleiterlaser eines Verteilungs-Bragg-Reflexions-Typs (hiernach als ein DBR Halbleiterlaser bezeichnet) 21a mit einem Teil variabler Wellenlänge. Der DBR Halbleiterlaser 21a und das Bauelement 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind auf einem Basiselement 20, hergestellt aus A1, befestigt. Die Grundwellen P1, emittiert von dem Halbleiterlaser 21a, werden kollimiert bzw. gesammelt durch eine Kollimatorlinse 24, treten durch eine Halb-Wellenlänge Platte 26 hindurch, werden fokussiert durch eine Fokussierlinse 25 und fallen auf den optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge durch eine Einfallsoberfläche 10. Die Halb-Wellenlänge Platte 26 wird so eingefügt, um die Polarisationsrichtung der Grundwellen P1 um 90º zu drehen und diese an die Polarisationsrichtung des optischen Wellenleiters 2 anzupassen bzw. abzugleichen.
Die Grundwellen P1 fallen auf den optischen Wellenleiter 2 ein und werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 in dem Domänen-invertierten Bereich 3 mit einer Phasen-abgeglichen Länge L. Dann wird die Leistung der höher harmonischen Wellen P2 verstärkt in dem nachfolgenden Nicht-Domänen- invertierten Bereich 4, welcher auch eine Phasen-abgeglichene Länge L hat. Die höher harmonischen Wellen P2, welche so verstärkt sind in dem optischen Wellenleiter 2, werden ausgegeben über eine Ausgabeoberfläche 12.
Die Wellenlänge, bei welcher die höher harmonischen Wellen erzeugt werden (Phasen-abgeglichene Wellenlänge) wird bestimmt durch einen Quasi- Phasenabgleich, basierend auf dem Brechungsindex des nicht-linearen optischen Kristalls und der Periode der Domänen-invertierten Bereiche 3. Aufgrund davon verursacht die Veränderung der Umgebungstemperatur die. Veränderung des Brechungsindex des nicht-linearen optischen Kristalls; als Ergebnis verändert sich die Phasen-abgeglichene Wellenlänge.
Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21a beschrieben werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21a umfasst einen Licht-emittierenden Teil 42, einen Phasen-Regel-Teil 41 und einen DBR Teil 40. Der Licht-emittierende Teil 42, der Phasen-Regel-Teil 41 und der DBR Teil 40 können unabhängig gesteuert werden durch die Elektroden 42a, 41a bzw. 40a. Wenn ein Strom in den Lichtemittierenden Teil 42 über die Elektrode 42a eingespeist bzw. injiziert wird, emittiert eine aktive Schicht 44 Licht. Wenn der injizierte Strom eine Schwingungsgrenze überschreitet, ermöglicht es die Reflexion, verursacht durch eine vordere Aufspaltungs(cleavage)-Oberfläche 45 des Halbleiterlasers 21a und ein Beugungsgitter 43, vorgesehen auf dem DBR Teil 40, dass eine Oszillation bzw. Schwingung auftritt, wodurch ein Laser schwingt.
Die Veränderung des in den DBR Teil 40 des Halbleiterlasers 21a injizierten bzw. eingespeisten Stromes bewirkt die Veränderung des Brechungsindex; als Ergebnis verändert sich die Rückkopplungs-Wellenlänge. Unter Verwendung dieses Prinzips kann der DBR Teil 40 betrieben werden als ein Teil mit variabler Wellenlänge, wodurch die Schwingungswellenlänge eines Lasers verändert werden kann.
Des Weiteren kann die Schwingungswellenlänge kontinuierlich verändert werden, wenn ein Strom injiziert wird in den Phasenregelteil 41 über die Elektrode 41a. Demzufolge arbeitet der Phasenregelteil 41 auch als ein Teil mit variabler Wellenlänge.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Stabilisieren der Abgabe bzw. Ausgabe von höher harmonischen Wellen beschrieben werden.
Wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verändert sich die Phasen- abgeglichene bzw. -angepasste Wellenlänge des Bauelements 22a zur Umwandlung der Licht-Wellenlänge. Durch die Veränderung der Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers 21a kann die Schwingungswellenlänge des Lasers 21a abgeglichen bzw. angepasst werden an die veränderte Phasen-abgeglichene Wellenlänge in dem Bauelement 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.
Zu dieser Zeit wird die Ausgabe von höher harmonischen Wellen von dem Bauelement 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge unterteilt durch einen Strahlenteiler 27 und ein Teil der Ausgabe kann überwacht werden durch einen Si Detektor 28. Gemäß dieser Struktur kann ein Wert eines Stromes, welcher angelegt werden soll an die Elektroden 40a und 41a, so reguliert werden, dass die Ausgabe von höher harmonischen Wellen immer den höchsten Wert annimmt und die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 kann stabil gehalten werden bei einem beabsichtigten Wert.
Die Ausgabe von höher harmonischen Wellen kann zum Beispiel durch das folgende Verfahren gesteuert bzw. geregelt werden.
Zuerst wird der Wert eines Stroms, welcher in die Elektroden 40a und 41a injiziert bzw. eingespeist werden soll, ein wenig verändert in die (+) Richtung, und die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 wird detektiert. Wenn die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 abnimmt, wird der Wert des Stromes verändert in die (-) Richtung, wodurch die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 ansteigt. Wenn die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 ansteigt von dem beabsichtigten Wert, wird der Wert des Stromes in die (+) Richtung verändert. Durch die Wiederholung dieses Vorgangs kann die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 immer bei ungefähr einem Spitzenwert gehalten werden.
Fig. 2 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen dem Strom, welcher angelegt wird an die Elektrode 40a in dem Halbleiterlaser 21a und die Schwingungswellenlänge davon. Wie aus Fig. 2 verstanden wird, verändert sich die Schwingungswellenlänge um ungefähr 10 nm, wenn sich der injizierte bzw. eingespeiste Strom verändert um ungefähr 150 mA. Demzufolge wird die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers in einem weiten Bereich verändert durch das Steuern des Wertes des injizierten Stromes, so dass die Schwingungswellenlänge an die Phasen-abgeglichene Wellenlänge angepasst wird, selbst wenn sich die Quasi-Phasen-abgeglichene Wellenlänge verändert.
Fig. 3 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Umgebungstemperatur und der Ausgabe von höher harmonischen Wellen. Wie aus Fig. 3 verstanden wird, schwankt die Ausgabe der höher harmonischen Wellen innerhalb von ±3%, wenn die Umgebungstemperatur in dem Bereich von 0 bis 70ºC ist.
In der Laserstrahlquelle 100 mit kurzer Wellenlänge in dieser Ausführungsform werden die Grundwellen umgewandelt in die höher harmonischen Wellen mit einem Wirkungsgrad von 5% in Bezug auf die Eingangsleistung von 40 mW. Selbst nachdem eine Betriebszeit verstrichen ist, werden optische Beschädigungen nicht verursacht; zum Beispiel ist die Schwankung der Ausgabe der höher harmonischen Wellen während des kontinuierlichen bzw. Dauerbetriebs von 500 h sehr stabil, d. h. innerhalb von ±3%.
Des Weiteren wird die Reflexion in Bezug auf die Grundwellen verhindert und ein stabiler Betrieb des DBR Halbleiterlasers kann realisiert werden, wenn die Einfallsoberfläche 10 und die Abgabe bzw. Ausgabeoberfläche 12 des Bauelements 22a zur Umwandlung der Licht-Wellenlänge mit einer Beschichtung versehen werden zum Zweck der Verhinderung von Reflexion. Vorzugsweise wird der Reflexionsgrad in Bezug auf die Grundwellen festgelegt, so dass er 0,2% oder weniger ist. Wenn der Reflexionsgrad größer als dieser Wert ist, gibt es Fälle, bei welchen der Betrieb bzw. die Arbeitsweise instabil wird.
Als Nächstes wird die Modulation der Ausgabe der höher harmonischen Wellen beschrieben werden.
Bei der oben erwähnten Struktur der Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge verändert sich der Brechungsindex effizient in Bezug auf den Strom, welcher an den DBR Teil 40 angelegt wird. Dies ermöglicht es, dass die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21a moduliert wird. Zum Beispiel verändert sich der Brechungsindex erheblich und die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21a verschiebt sich von der Phasen-abgeglichen Wellenlänge des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, wenn ein Strom angelegt wird an den DBR Teil 40 unter der Bedingung, dass die Phase in dem Anfangszustand abgeglichen ist. Demzufolge kann die An/Aus Steuerung der Ausgabe der höher harmonischen Wellen durchgeführt werden unter Verwendung der Veränderung eines Stromes, welcher in den DBR Teil 40 injiziert wird. In der Struktur der Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge wird bestätigt, dass die Ausgabe der höher harmonischen Wellen moduliert wird durch das Anlegen eines Injektions-Stromes, welcher angelegt wird mit einem modulierten Signal von 10 MHz, an die Elektrode 40a.

Beispiel 2

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle 200 für kurze Wellenlänge in Beispiel 2.
Die Laserstrahlquelle 200 für kurze Wellenlänge umfasst ein Bauelement 22b zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, in welchem periodisch Domänen-invertierte Bereiche 3 ausgebildet sind auf der Oberfläche eines LiTaO&sub3; Substrats der -Z Platte (Minus-Seite eines Substrats ausgeschnitten in der vertikalen Richtung einer Z- Achse). Des Weiteren ist ein optischer Wellenleiter 2 ausgebildet durch einen Protonen-Austausch auf der Oberfläche des Bauelements 22b zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, auf welcher die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 ausgebildet sind. LiTaO&sub3; ist ein Material, bei welchem der optische Wellenleiter 2 und der Domänen-invertierte Bereich 3 leicht ausgebildet sind.
Die Laserstrahlquelle 200 für kurze Wellenlänge enthält auch einen DBR Halbleiter-Laser 21b mit einem Teil mit variabler Wellenlänge. Der DBR Halbleiterlaser 21b und das Bauelement 22b zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge sind auf einem Basiselement 20 hergestellt aus A1 befestigt. Die Grundwellen P1, emittiert von dem Halbleiterlaser 21b, werden kollimiert bzw. gesammelt durch eine Kollimator-Linse 24, treten durch eine Halb-Wellenlängen Platte 26 hindurch, werden fokussiert durch eine Fokussier-Linse 25 und fallen auf den optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22b zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge über eine Einfalls-Oberfläche 10. Die Halb-Wellenlängen Platte 26 wird so eingefügt, um die Polarisationsrichtung der Grundwellen P1 um 90º zu drehen und diese an die Polarisationsrichtung des optischen Wellenleiters 2 anzupassen bzw. abzugleichen.
Die Grundwellen P1 fallen auf den optischen Wellenleiter 2 ein und werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 in dem Domänen-invertierten Bereich 3 mit einer Phasen-abgeglichen Länge L. Dann wird die Leistung der höher harmonischen Wellen P2 verstärkt in dem nachfolgenden Nicht-Domänen- invertierten Bereich 4, welcher auch eine Phasen-abgeglichene Länge L hat. Die höher harmonischen Wellen P2, welche so verstärkt sind in dem optischen Wellenleiter 2, werden ausgegeben von einer Ausgabeoberfläche 12.
Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21b beschrieben werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21b umfasst einen Licht-emittierenden Teil 42 und einen DBR Teil 40. Wenn ein Strom in den Licht-emittierenden Teil 42 injiziert wird durch die Elektrode 42a, emittiert eine aktive Schicht 44 Licht. Wenn der injizierte bzw. eingespeiste Strom einen Schwingungs-Grenzwert überschreitet, ermöglicht die Reflexion verursacht durch eine vordere Aufspaltungs(cleavage)-Oberfläche 45 des Halbleiterlasers 21b und ein Beugungsgitter 43, vorgesehen auf dem DBR Teil 40, dass eine Oszillation bzw. Schwingung auftritt, wodurch ein Laser schwingt. Durch das Injizieren eines vorgegebenen Stromes in die Elektrode 42a wird die Leistung der Grundwellen P1, welche oszilliert bzw. angeregt werden sollen, konstant.
Als Nächstes wird eine stabile Arbeitsweise der Laserstrahlquelle 200 für kurze Wellenlänge beschrieben werden.
In der Laserstrahlquelle 200 für kurze Wellenlänge, welche in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Dünnfilm-Heizelement 15 ausgebildet auf dem optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22b zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge. Der Reflexionsgrad von LiTaO&sub3; verändert sich mit der Veränderung der Temperatur, was die Veränderung der Phasen-abgeglichenen Wellenlänge verursacht; jedoch wird die Oberflächentemperatur des Bauelements 22b zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge bei einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten aufgrund des Dünnfilm-Heizelements 15. Andererseits wird die Temperatur des DBR Halbleiterlasers 21b bei einer konstanten Temperatur gehalten, zum Beispiel 20ºC, durch ein Peltier-Bauelement 48, welches auf der rückseitigen Oberfläche des Basiselements 20 vorgesehen ist.
Die Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers 21b ist stabil, verglichen mit der von gewöhnlichen Fabry-Pero-Lasern. Der Grund dafür ist wie folgt: Die Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers wird bestimmt, basierend auf der Periode des Beugungsgitters 43 des DBR Teiles 40 und dem effektiven Brechungsindex davon. Selbst wenn ein Strom, welcher injiziert bzw. eingespeist wird in die aktive Schicht 44 über die Elektrode 42a, verändert wird, wird die Schwingungswellenlänge kaum beeinflusst. Deshalb verändert sich die Schwingungswellenlänge nicht, wenn die Temperatur konstant gehalten wird.
Obwohl die Veränderung des Brechungsindex ein wenig die Wellenlänge über einen langen Zeitraum schwanken lassen kann, ist die Menge einer solchen Veränderung vernachlässigbar; demzufolge kann einer solchen Veränderung Rechnung getragen werden durch eine geringfügige Veränderung eines Ansteuerstromes für den Halbleiterlaser 21b. Ebenso kann die große Veränderung der Schwingungswellenlänge stabilisiert werden durch das Verändern der Temperatur des Dünnfilm-Heizelements des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Fig. 5A bis 5D.
Wie in Fig. 5A gezeigt, ist ein Ta Film 6a auf einem LiTaO&sub3; Substrat 1 ausgebildet in einem vorgegebenen periodischen Muster durch einen gewöhnlichen Foto-Prozess und Trocken-Ätzen. Das LiTaO&sub3; Substrat 1 mit dem darauf ausgebildeten Ta Film 6a wird einer Protonen-Austausch Bearbeitung bei 260ºC während 30 min in Pyrophosphorsäure unterzogen, wodurch eine Protonen- Austausch-Schicht mit einer Dicke von 0,8 um ausgebildet wird auf Teilen der Oberfläche des Substrats 1, welche nicht mit dem Ta Film 6a bedeckt sind. Danach wird das erhaltene Substrat bei 550ºC während 1 min hitzebehandelt. Als Ergebnis werden periodische Domänen-invertierte Bereiche 3 ausgebildet, wie in Fig. 5B gezeigt. Die Bereiche, welche mit dem Ta Film 6a bedeckt sind, entsprechen den Nicht-Domänen-invertierten Bereichen 4.
Dann wird der Ta Film 6a entfernt und ein anderer Ta Film mit einer Dicke von 30 nm wird auf der Oberfläche des Substrats 1 in einem Streifen-Muster als eine Schutzmaske für den Protonen-Austausch in dem nachfolgenden Schritt der Ausbildung eines optischen Wellenleiters ausgebildet. Danach wird das erhaltene Substrat 1 einer Protonen-Austausch-Bearbeitung bei 260ºC für 16 min unterzogen, gefolgt durch ein Glühen bzw. Härten bei 380ºC für 10 min. Als Ergebnis wird ein optischer Wellenleiter 2 wie in Fig. 5C gezeigt ausgebildet. Der Ta Film wird dann entfernt.
Des Weiteren wird, wie in Fig. 5D gezeigt, eine SiO&sub2; Schicht 14 ausgebildet auf dem resultierenden Substrat 1 als Schutzfilm und ein Ti Film wird ausgebildet auf dem SiO&sub2; Film 14. Die Dicke des Ti Filmes ist gewöhnlich ungefähr 200 nm. Dann wird der Ti Film gemustert bzw. strukturiert in eine vorgegebene Form unter Verwendung von Fotolithografie und Ätzen, um ein Dünnfilm-Heizelement 15 auszubilden.
Schließlich werden die Einfalls- und Ausgangs-Oberflächen ausgebildet auf den jeweiligen Facetten bzw. kleinen Flächen des Substrats 1 durch Schleifen bzw. Polieren.
Der optische Wellenleiter 2, ausgebildet durch den oben erwähnten Prozess, hat gewöhnlich eine Breite von ungefähr 4 um und eine Länge von ungefähr 1 cm. Die Domänen-invertieren Bereiche 3 haben eine Periode von ungefähr 3,8 um und eine Dicke von ungefähr 2,0 um. Die Pfeile in den Fig. 5A bis 5D stellen die Richtung der Domänen in jedem Bereich dar.
In dem Bauelement 200 zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, welches mit dem Dünnfilm-Heizelement 15 versehen ist, wirkt sich die Veränderung der Quasi- Phasen-abgeglichenen Wellenlänge kaum auf die Betriebseigenschaften aus; demzufolge kann das Bauelement 200 in einem breiten Bereich von Umgebungstemperaturen verwendet werden. Der Wirkungsgrad der Umwandlung von den Grundwellen P1 in die höher harmonischen Wellen P2 ist 2,5% in Bezug auf die Eingabe von 40 mW bei einer Wellenlänge von 858 nm. Ebenso kann in dem Bauelement 200 die Ausgabe von höher harmonischen Wellen in einer sehr stabilen Art ohne irgendwelche optischen Beschädigungen erhalten werden. Des Weiteren kann ein Punkt ohne Astigmatismus leicht und stabil erhalten werden, bezüglich der Ausgabe der höher harmonischen Wellen aus dem optischen Wellenleiter 2.

Beispiel 3

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle 300 für kurze Wellenlänge in Beispiel 3.
Die Laserstrahlquelle 300 für kurze Wellenlänge umfasst im Wesentlichen einen Fabry-Perot Halbleiterlaser 21c und ein Bauelement 22c zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, welches auf einer 51 Montagebasis 20a befestigt ist.
Die Grundwellen P1, welche von dem Halbleiterlaser 21c emittiert werden, werden direkt einem optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge eingeleitet und umgewandelt in höher harmonische Wellen P2, während sie durch den optischen Wellenleiter 2 ausgebreitet bzw. geleitet werden. Hier hat das Bauelement 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge die gleiche Domänen-invertierte Struktur wie diejenige des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge in Ausführungsform 1.
In dem Bauelement 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge dieser Ausführungsform wird ein LiNbO&sub3; Substrat 1a, dotiert mit MgO, hitzebehandelt bei 1120ºC, um Domänen-invertierte Bereiche 3 auszubilden. Des Weiteren wird als der optische Wellenleiter 2 ein Protonen-Austausch optischer Wellenleiter verwendet, welcher ausgebildet werden kann durch eine Behandlung bei einer Temperatur, welche niedriger ist als diejenige der Wärme- bzw. Hitzebehandlung in dem Verlauf der Ausbildung der Domänen-invertierten Bereiche 3. Ein Dünnfilm-Heizelement 15 ist auf dem optischen Wellenleiter 2 ausgebildet. Das Bauelement 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge mit der obigen Struktur ist positioniert auf der 51 Montagebasis 20a, so dass das Dünnfilm-Heizelement 15 der Si Montagebasis 20a gegenüberliegt.
Die Grundwellen P1, emittiert von dem Halbleiterlaser 21c, werden reflektiert durch ein Beugungsgitter 17 und haben eine festgestellte bzw. fixierte Wellenlänge, nachdem diese auf das Bauelement 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge einfallen. Andererseits wird ein Teil P1a der Grundwellen P1 von der kleinen Oberfläche bzw. Facette des Halbleiterlasers 21c gegenüberliegend der Ausgabeoberfläche ausgegeben (Facette, welche dem Bauelement 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge gegenüberliegt), und die Menge bzw. Größe des Teils P1a wird detektiert durch einen 51 Detektor 28. Wenn der Steuerstrom des Halbleiterlasers 21c durch die Rückkopplungs-Steuerung bzw. -Regelung reguliert wird, basierend auf der detektierten Menge des Teiles Pla, so dass die Ausgabe der Grundwellen P1, welche dem Bauelement 22c zur Umwandlung der Licht-Wellenlänge zugeführt wird, maximal wird, kann die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 folglich konstant gehalten werden.
Fig. 7 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen dem Ansteuerstrom des Halbleiterlasers 21c und der Leistung der Grundwellen.
Unter der Bedingung, wenn eine optische Rückkopplung festgelegt wird, ist die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21a festgelegt auf einen Modus bzw. eine Mode, welche am nächsten bei der Rückkopplungs-Mode bzw. -Wellentyp liegt (bestimmt durch die Länge und den Brechungsindex des Halbleiterlasers 21c). Jedoch wird eine Mode bzw. Wellentyp, bei welchem die Schwingungswellenlänge festgelegt ist, durch eine andere Mode ersetzt, wenn sich die Temperatur und der Ansteuerstrom verändert. Zum Beispiel bei der Veränderung des Ansteuerstromes, wenn der Wert des Steuerstromes übereinstimmt bzw. zusammenfällt mit demjenigen eines Stromes, welcher ein Moden-Springen verursacht, wird die Ausgabe des Halbleiterlasers 21c minimal; andererseits, wenn der Wert des Ansteuerstromes mit demjenigen eines Stromes übereinstimmt bzw. zusammenfällt, welcher eine Schwingungswellenlänge erzeugt identisch mit einer Spitzen(peak)- Wellenlänge, welche rückgekoppelt werden soll, wird die Ausgabe des Halbleiterlasers 21c maximal. Aufgrund dieses Umstandes werden das periodische Ansteigen und Abnehmen der Ausgabe, wie in Fig. 7 gezeigt wahrgenommen bzw. erkannt, wenn der Wert des Ansteuerstromes ansteigt.
In der Struktur der in Fig. 6 gezeigten Laserstrahlquelle 300 für kurze Wellenlänge hat die Größe des Teils P1a, emittiert von dem Halbleiterlaser 21c auf der gegenüberliegenden Seite des Bauelements 22c zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge, eine Korrelation zu der Menge bzw. Größe der Grundwellen P1, welche auf das Bauelement 22c zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge fallen. Demzufolge kann, selbst wenn sich die Temperatur verändert, eine Stabilisierungs- Steuerung zum Versetzen der Ausgabe der Grundwellen in einen Spitzenwert- Zustand, d. h. zum Beibehalten eines stabilen Zustands eines Schwingungstyps bzw. einer Mode durchgeführt werden durch das Detektieren der Ausgabe des Teils Pla durch den Detektor 28 und das Rückkoppeln des detektierten Ergebnisses, um den Ansteuerstrom zu verändern. Aufgrund dieser Stabilisierungs-Steuerung können die Grundwellen von 80 mW umgewandelt werden in höher harmonische Wellen mit einem Umwandlungsgrad von 4% und es kann eine sehr stabile Ausgabe erhalten werden in einem Temperaturbereich von ungefähr ±30ºC.
Wie oben beschrieben, wird bei der Laserstrahlquelle 300 für kurze Wellenlänge in diesem Beispiel die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21c stabilisiert, und selbst wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, wird die Temperatur des optischen Wellenleiters 2 des Bauelements 22c zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge konstant gehalten durch das Dünnfilm-Heizelement 15. Aufgrund dieses Umstandes kann die maximale Ausgabe der höher harmonischen Wellen (3 mW) immer konstant gehalten werden. Die Intensität des relativen Rausch- Feldes ist sehr niedrig, d. h. -140 dB/Hz, was ein praktischer Wert ist. Wenn ein Moden-Springen der Grundwellen stattfindet, erhöht sich das Rauschen, was es schwierig macht, Information von einer optischen Disk zu lesen; jedoch wird gemäß dieser Ausführungsform verhindert, dass das Moden-Springen auftritt, was zur Verbesserung der Nützlichkeit von Laserbauelementen für kurze Wellenlänge führt.
Es wird angemerkt, dass die Überwachung der Ausgabe der Grundwellen durch den Detektor 28 durchgeführt werden kann in Bezug auf die Ausgabe der Grundwellen von dem optischen Wellenleiter 2.
Demzufolge wird durch die Veränderung des Ansteuerstroms des Halbleiterlasers 21c die Schwingungswellenlänge so reguliert bzw. eingestellt, dass sie stabilisiert wird. Wie oben beschrieben, wenn die Schwingungswellenlänge festgelegt wird durch optische Rückkopplung, erhöhen und verringern sich die Grundwellen periodisch und ein Spitzenwert kann leicht detektiert werden. Als Verfahren für die optische Rückkopplung können andere als das oben beschriebene DBR verwendet werden. Zum Beispiel kann ein externes Beugungsgitter, die Reflexion bei einem konfokalen optischen System, etc. angewendet werden.

Ausführungsform 4

Eine Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden.
Die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform hat die gleiche Struktur wie diejenige der Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge, welche in Beispiel 1 unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde. Ein Steuerverfahren in dieser Ausführungsform ist von dem von Beispiel 1 verschieden; diese Ausführungsform verwendet beides, eine Feinsteuerung und eine Grobsteuerung.
Die Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge umfasst ein Bauelement 22a zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, in welchem periodisch Domänen-invertierte Bereiche 3 ausgebildet sind auf der Oberfläche eines Substrats 1, hergestellt aus einem nicht-linearen optischen Kristall, LiTaO&sub3;. Des Weiteren ist ein optischer Wellenleiter 2 ausgebildet durch Protonen-Austausch auf der Oberfläche des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, auf welchem die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 ausgebildet sind.
Die Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge enthält auch einen DBR Halbleiterlaser 21a mit einem Teil mit variabler Wellenlänge. Der DBR Halbleiterlaser 21a und das Bauelement 22a zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge sind auf einem Basiselement 20 hergestellt aus A1 befestigt. Die Grundwellen P1, emittiert von dem Halbleiterlaser 21a, werden kollimiert bzw. gesammelt durch eine Kollimatorlinse 24, treten durch eine Halb-Wellenlängen Platte 26 hindurch, werden fokussiert durch eine Fokussierlinse 25, und fallen auf den optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge über eine Einfallsoberfläche 10. Die Halb-Wellenlänge Platte 26 ist so eingefügt, um die Polarisationsrichtung der Grundwellen P1 um 90º zu drehen und diese an die Polarisationsrichtung des optischen Wellenleiters 2 anzupassen bzw. abzugleichen.
Die Grundwellen P1, welche auf dem optischen Wellenleiter 2 auftreffen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 in dem Domänen-invertierten Bereich 3 mit einer Phasen-abgeglichenen Länge L. Dann wird die Leistung der höher harmonischen Wellen P2 verstärkt in dem nachfolgenden Nicht-Domänen- invertierten Bereich 4, welcher auch eine Phasen-abgeglichene Länge L hat. Die höher harmonischen Wellen P2, welche in dem optischen Wellenleiter 2 so verstärkt sind, werden über eine Ausgabe-Oberfläche 12 ausgegeben.
Die Wellenlänge, bei welcher die höher harmonischen Wellen erzeugt werden (Phasen-abgeglichene Wellenlänge), wird bestimmt durch einen Quasi- Phasenabgleich, basierend auf dem Brechungsindex des nicht-linearen optischen Kristalls und der Periode der Domänen-invertierten Bereiche 3. Aufgrund davon verursacht die Veränderung der Umgebungstemperatur die Veränderung des Brechungsindex des nicht-linearen optischen Kristalls; als Ergebnis verändert sich die Phasen-angepasste bzw. Phasen-abgeglichene Wellenlänge.
Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21a beschrieben werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21a umfasst einen Licht-emittierenden Teil 42, einen Phasen-Steuer-Teil 41, und einen DBR Teil 40. Der Licht-emittierende Teil 42, der Phasen-Steuer-Teil 41 und der DBR Teil 40 können unabhängig gesteuert werden durch die Elektroden 42a, 41a bzw. 40a. Wenn ein Strom in den Lichtemittierenden Teil 42 über die Elektrode 42a injiziert bzw. eingespeist wird, emittiert eine aktive Schicht 44 Licht. Wenn der injizierte Strom einen Schwingungs-Grenzwert überschreitet, ermöglicht die Reflexion, verursacht durch eine vordere Aufspaltungs-Oberfläche 45 des Halbleiterlasers 21a und ein Beugungsgitter 43, vorgesehen auf dem DBR Teil 40, dass die Oszillation bzw. Schwingung auftritt, wodurch ein Laser schwingt.
Die Veränderung des in den DBR Teil 40 des Halbleiterlasers 21a injizierten Stromes verursacht die Veränderung des Brechungsindex; als Ergebnis verändert sich die Rückkopplungs-Wellenlänge. Unter Verwendung dieses Prinzips kann der DBR Teil 40 als ein erster Teil mit variabler Wellenlänge betrieben werden, wodurch die oszillierende bzw. Schwingungswellenlänge eines Lasers verändert werden kann.
Des Weiteren kann die Schwingungswellenlänge kontinuierlich verändert werden, wenn ein Strom in den Phasen-Regel-Teil bzw. Phasen-Steuer-Teil 41 über die Elektrode 41a injiziert wird. Demzufolge arbeitet der Phasen-Regel-Teil 41 als ein zweiter Teil mit variabler Wellenlänge.
Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform angenommen, dass die Steuerung durch den DBR Teil 40 eine Grobsteuerung ist und es wird angenommen, dass die Steuerung durch den Phasenregelteil 41 eine Feinsteuerung ist. Ein Verfahren zum Stabilisieren der Ausgabe von höher harmonischen Wellen in dieser Ausführungsform wird beschrieben werden durch Veranschaulichen der Anstiegszeit der Laserstrahlquelle 100 für kurze Wellenlänge unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm in Fig. 8.
Es wird angenommen, dass wenn eine Energie- bzw. Leistungsquelle angeschaltet wird, die Schwingungswellenlänge verschoben wird von der Phasen-abgeglichenen Wellenlänge und höher harmonische Wellen werden nicht erzeugt. Die Ausgabe von höher harmonischen Wellen wird geteilt durch einen Strahlteiler 27 und ein Teil davon wird überwacht durch einen Si-Detektor 28.
Als Erstes wird ein Ansteuerstrom eines DBR Teiles 40 verändert (Schritt 810). Wie aus dem Diagramm verstanden wird, welches das Verhältnis zwischen dem Ansteuer-Strom-Wert und der Schwingungswellenlänge in Fig. 9 zeigt, verändert sich die Schwingungswellenlänge, während zum Teil das Moden-Springen durchgeführt wird, wenn der Ansteuerstrom, welcher durch die Elektrode 40a des DBR Teiles 40 fließt, verändert wird. Wenn die Schwingungswellenlänge nahe an die Phasen-abgeglichene Wellenlänge kommt, werden höher harmonische Wellen P2 erzeugt. Wenn die Erzeugung der höher harmonischen Wellen P2 detektiert wird (Schritt 820), wird ein Strom, welcher zu dem DBR Teil 40 fließt, festgelegt (Schritt 830).
Als Nächstes wird in Schritt 840 ein Strom, welcher durch die Elektrode 41a des Phasenregelteiles 41 fließt, verändert (Schritt 840). In dem Fall, wenn der Strom, welcher zu dem Phasenregelteil 41 fließt, verändert wird, ist ein Bereich, in welchem sich die Schwingungswellenlänge verändern kann, ohne Moden-Springen, breiter verglichen mit dem Fall, wenn der Strom des DBR Teiles 40 verändert wird. Aufgrund dieses Umstandes kann die Schwingungsfrequenz leicht eingestellt bzw. angepasst werden an die Wellenlänge, bei welcher die Ausgabe der höher harmonischen Wellen einen Spitzenwert erreicht. Auf diese Art wird detektiert (Schritt 850), ob die Ausgabe der höher harmonischen Wellen maximal wird oder nicht, und wenn die Ausgabe maximal wird, wird ein Strom, welcher durch den Phasen-Regel-Teil 41 fließt, festgelegt (Schritt 860).
Bei der oben erwähnten Arbeitsweise wird die Schwingungswellenlänge festgelegt auf eine solche Art, dass die maximale Ausgabe der höher harmonischen Wellen erhalten wird.
Wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verändert sich die Phasen- abgeglichene Wellenlänge des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge. In diesem Fall kann die Schwingungswellenlänge abgeglichen werden mit der so veränderten Quasi-Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements 22a zum Umwandeln der Licht-Elemente, durch das Verändern der Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers 21a. Insbesondere können in dem gleichen Verfahren wie oben beschrieben die höher harmonischen Wellen P2 stabil erhalten werden durch das Regeln eines Stromes, welcher an die Elektroden 40a und 41a angelegt wird, auf eine solche Art, dass die Ausgabe der höher harmonischen Wellen immer den maximalen Wert hat. Des Weiteren kann bezüglich der Veränderung der Quasi-Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers reguliert bzw. eingestellt werden in Abhängigkeit von der Veränderung der Phasen-abgeglichenen Wellenlänge durch das Verändern der Schwingungswellenlänge in einem breiten Bereich.
Bei dieser Ausführungsform kann ein Schwanken der Ausgabe der höher harmonischen Wellen unterdrückt werden innerhalb von ±2% bei einer Temperatur in dem Bereich von 0 bis 70ºC. Der Umwandlungs-Wirkungsgrad, bei welchem die Grundwellen umgewandelt werden in die höher harmonischen Wellen, beträgt 5% in Bezug auf eine Eingabe von 40 mW. Selbst wenn die Steuerung, wie in dem Ablaufdiagramm von Fig. 8 gezeigt, durchgeführt wird, ist die Anstiegszeit des Halbleiterlasers kurz, d. h. innerhalb von 0,1 s. Des Weiteren werden optische Beschädigungen nicht verursacht, selbst nach einem Dauerbetrieb für eine lange Zeitdauer, d. h. 500 h. Die Ausgabe der höher harmonischen Wellen ist sehr stabil, d. h. innerhalb ±2%.
Eine solche stabile Arbeitsweise kann erhalten werden durch die Kombination der Grobsteuerung und der Feinsteuerung in Bezug auf die Schwingungswellenlänge. Insbesondere wird das Anlegen eines Stromes an den DBR Teil 40, welcher in der Lage ist, die Schwingungswellenlänge in einem breiten Bereich zu verändern, obwohl ein wenig Moden-Springen erzeugt wird, bei der Veränderung der Schwingungswellenlänge, verwendet für die Grobsteuerung; andererseits wird das Anlegen eines Stromes an den Phasen-Regel-Teil 41, in welchem ein variabler Bereich der Schwingungswellenlänge schmal ist, obwohl ein Moden-Springen nicht erzeugt wird, verwendet für die Feinsteuerung. Auf diese Art kann die Schwingungswellenlänge in einem breiten Bereich bei einer hohen Geschwindigkeit gesteuert werden.
Bei der oben erwähnten Abfolge der Steuerungen, oben unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben, wird die Veränderung der Temperatur durch das Peltier- Bauelement für die Feinsteuerung verwendet. Fig. 10 zeigt das Steuer- Ablaufdiagramm in diesem Fall. Insbesondere wird die Veränderung der Temperatur verursacht durch das Steuern des Stromes, welcher durch das Peltier- Bauelement fließt (Schritte 845 und 865), anstelle der Steuerung (Schritte 840 und 860) eines Stromes, welcher durch den Phasenregelteil fließt, welcher in Fig. 8 gezeigt ist. Durch eine solche Vorgehensweise wird die Schwingungswellenlänge gesteuert in Kombination mit der Steuerung eines Stromes, welcher durch den DBR Teil 40 fließt. Die anderen Schritte in Fig. 10 sind die gleichen wie diejenigen in Fig. 8; deshalb wird die Beschreibung davon hier ausgelassen.
Gemäß einem Steuerverfahren, welches das in Fig. 10 gezeigte Peltier- Bauelement verwendet, kann die Schwankung der Ausgabe der höher harmonischen Wellen innerhalb von ±2% unterdrückt werden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Phasensteuerteil 41 in dem Halbleiterlaser auszubilden; deshalb kann der Halbleiterlaser mit einer guten Ausbeute hergestellt bzw. ausgebildet werden.
Durch das Ausbilden des Dünnfilm-Heizelements, um den durchfließenden Strom zu steuern, kann auch eine Feinsteuerung durchgeführt werden. Insbesondere kann der Halbleiterlaser oder die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge miniaturisiert werden, wenn das Heizelement auf dem DBR Halbleiterlaser integriert ist.
Solange die Schwingungswellenlänge in einem breiten Bereich verändert werden kann, können alle Verfahren für die Grobsteuerung verwendet werden. Ebenso kann eine Feinsteuerung durchgeführt werden unter Verwendung des hindurchfließenden Stromes, indem das Dünnfilm-Heizelement auf dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ausgebildet wird. Insbesondere kann eine kontinuierliche Feinsteuerung der Schwingungswellenlänge durchgeführt werden, selbst wenn der zweite Teil mit variabler Wellenlänge in dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge vorgesehen ist.

Beispiel 5

Eine Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben werden.
In dieser Ausführungsform wird ein Bauelement 22d zum Umwandeln einer Licht- Wellenlänge eines optischen Wellenleiter-Typs verwendet als dasjenige, welches in einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge enthalten ist. In dem Bauelement 22d zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind periodische Domänen-invertierte Bereiche 3 ausgebildet in einem LiTaO&sub3; Substrat 1 und ein optischer Wellenleiter 2 ist ausgebildet durch Protonen-Austausch. Die Grundwellen P1, welche über eine Einfallsoberfläche 10 einfallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2, während sie sich ausbreiten durch den optischen Wellenleiter 2 und werden ausgegeben von einer Ausgabe-Oberfläche 12.
Als ein Steuerverfahren zum Stabilisieren der Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2, welche ausgegeben werden sollen, wird ein Verfahren der Differenz- Detektion verwendet in dem Bauelement 22d zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge. Zu diesem Zweck sind in dem Bauelement 22d zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge zweite periodische Domänen-invertierte Bereiche 3a mit einer kurzen Periode (Periode: Λ1) und dritte periodische Domänen-invertierte Bereiche 3b mit einer langen Periode (Periode: Λ2) ausgebildet in Teilen, welche näher an der Einfalls-Oberfläche 10 liegen, zusätzlich zu den ersten periodischen Domänen- invertierten Bereichen 3, welche eine gewöhnliche Umwandlung der Wellenlänge durchführen. Insbesondere sind drei Arten der periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a, 3b bzw. 3 mit verschiedenen Perioden vorgesehen. Das Verhältnis zwischen den Perioden ist Λ1 < Λ < Λ2.
Des Weiteren sind Beugungsgitter 17a und 17b mit verschiedenen Abständen bzw. Unterteilungen ausgebildet auf den periodischen Domänen-invertierten Bereichen 3a bzw. 3b. Die Beugungsgitter 17a und 17b ermöglichen es, dass die Grundwellen P1, welche durch die Einfallsoberfläche 10 einfallen, hindurchtreten. Jedoch werden höher harmonische Wellen P2a und P2b, umgewandelt von den Grundwellen P1 durch die zweiten und dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a und 3b, gebeugt in Richtung der Innenseite eines Substrats 1. Des Weiteren sind Detektoren 28a und 28b vorgesehen auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats 1, um es so zu ermöglichen, dass die gebeugten höher harmonischen Wellen P2a und P2b darauf einfallen.
Obwohl es nicht in Fig. 11 gezeigt ist, wird als ein Halbleiterlaser ein DBR Halbleiterlaser mit einer Funktion für eine variable Wellenlänge verwendet. Die Grundwellen P1, welche emittiert werden von dem Halbleiterlaser, fallen auf den optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22d zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge. Die Grundwellen P1, welche auf den optischen Wellenleiter 2 fallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2a, P2b und P2 durch die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3, 3a bzw. 3b.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Wellenlänge der Grundwellen, welche eingegeben werden sollen und der Ausgabe der höher harmonischen Wellen, welche erzeugt werden sollen aus den Grundwellen. Ein Bereich, in welchem die zweiten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a ausgebildet sind, hat eine Länge von 1 mm, eine Phasen-abgeglichene Wellenlänge (Spitzenwert-Wellenlänge) von 861 nm, und eine Halbwertsbreite der Wellenlänge von 1 nm. Ein Bereich, in welchem die dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3b ausgebildet sind, hat eine Länge von 1 mm, eine Phasen-abgeglichene Wellenlänge von 862 nm, und eine Halbwertsbreite der Wellenlänge von 1 nm. Ein Bereich, in welchem die ersten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 ausgebildet sind, hat eine Länge von 9 mm, eine Phasen-abgeglichene Wellenlänge von 861,5 nm, und eine Halbwertsbreite der Wellenlänge von 0,1 nm.
Wenn die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers abgeglichen ist mit der Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zur Inversion bzw. Umwandlung der Licht-Wellenlänge, reagieren bzw. wirken die ersten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3, um die höher harmonischen Wellen P2 zu erzeugen, welche von der Ausgabeoberfläche 12 ausgegeben werden. Jedoch reagieren bzw. wirken die zweiten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a, um die höher harmonischen Wellen P2a zu erzeugen, wenn die Schwingungswellenlänge kürzer ist als die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln bzw. Umkehren (inversion) der Licht-Wellenlänge. Alternativ reagieren bzw. wirken die dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3b, um die höher harmonischen Wellen P2b zu erzeugen, wenn die Schwingungswellenlänge länger ist als die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zur Inversion bzw. Umwandlung der Licht-Wellenlänge. Die jeweils erzeugten höher harmonischen Wellen P2a und P2b werden gebeugt durch die Beugungsgitter 17a und 17b und fallen auf die Detektoren 28a und 28b. Diese höher harmonischen Wellen P2a und P2b werden umgewandelt in elektrische Signale durch die Detektoren 28a und 28b.
Fig. 13A zeigt ausgegebene elektrische Signale (Ausgabe-Strom-Werte) der Detektoren 28a und 28b in dem Fall, wenn die Wellenlänge des DBR Halbleiterlasers verändert ist. Hier wird angenommen, dass das Signal des Detektors 28a I ist, und das Signal des Detektors 28b ist II, die Differenz-Ausgabe davon ist I-II.
Fig. 13B zeigt eine Differenz-Ausgabe I-II in dem Fall, wenn die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers gesteuert wird mit einem angelegten Strom. Bei der tatsächlichen Steuerung wird die Schwingungswellenlänge gesteuert mit einem angelegten Strom, so dass die Schwankung der Differenz-Ausgabe I-II innerhalb von ±2% liegt. Aufgrund dieser Tatsache kann der Wert der Ausgabe der höher harmonischen Wellen immer in der Nähe eines Spitzenwertes gehalten werden. Insbesondere wird die Ausgabe der höher harmonischen Wellen verändert bzw. fluktuiert, zum Beispiel innerhalb von ±1%, wenn die Temperaturveränderungen in dem Bereich von 5 bis 70% liegen.
Wie oben beschrieben, kann die Ausgabe der höher harmonischen Wellen einfach und ausreichend stabilisiert werden unter Verwendung der Differenz-Ausgabe. Der Umwandlungs-Wirkungsgrad, bei welchem die Grundwellen P1 umgewandelt werden in die höher harmonischen Wellen P2 beträgt 5% in Bezug auf eine Eingabe von 60 mW. Die ersten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 zum Erhalten einer tatsächlichen Ausgabe von höher harmonischen Wellen und die zweiten und dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a und 3b, welche verwendet werden für die Differenz-Detektion, können erzeugt werden auf dem gleichen Substrat 1 mit der gleichen Maske durch den gleichen Prozess bzw. Verfahren. Deshalb ist das Verhältnis zwischen den Phasen-abgeglichenen Wellenlängen der periodischen Domänen-invertieren Bereiche 3, 3a und 3b konstant und die Schwingungswellenlänge wird leicht festgelegt auf einen Spitzenwert der Ausgabe der höher harmonischen Wellen durch die Differenz- Detektion bzw. -Erkennung.
In der obigen Beschreibung wird die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers verändert; jedoch können ähnliche Effekte erhalten werden, selbst wenn die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge verändert wird durch das Regulieren bzw. Einstellen der Bedingungen der Temperatur und eines elektrischen Feldes.

Beispiel 6

Eine Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 6 wird beschrieben werden. Fig. 14 ist eine Draufsicht und zeigt eine Struktur eines Bauelements 22e zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, welches verwendet wird für die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform.
In diesem Beispiel wird ein Bauelement 22e zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge eines optischen Wellenleiter-Typs verwendet als dasjenige, welches in einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge enthalten ist. In dem Bauelement 22e zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind periodische Domänen-invertierte Bereiche 3 ausgebildet in einem LiTaO&sub3; Substrat 1 und ein optischer Wellenleiter 2 ist durch Protonen-Austausch ausgebildet. Die Grundwellen P1, welche über eine Einfalls-Oberfläche 10 einfallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2, während sie sich ausbreiten durch den optischen Wellenleiter 2 und werden ausgegeben von einer Ausgabe-Oberfläche 12.
Als Steuerverfahren zum Stabilisieren der Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2, welche ausgegeben werden sollen, wird ein Verfahren zur Differenz-Detektion verwendet in dem Bauelement 22e zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge. Zu diesem Zweck sind in dem Bauelement 22e zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge zweite periodische Domänen-invertierte Bereiche 3a mit einer kurzen Periode (Periode: Λ1) und dritte periodische Domänen-invertierte Bereiche 3b mit einer langen Periode (Periode: Λ2) ausgebildet in Teilen, welche näher sind an der Einfalls-Oberfläche 10, zusätzlich zu den ersten periodischen Domänen-invertierten Bereichen 3, welche die gewöhnliche Wellenlängen-Umwandlung durchführen. Insbesondere sind drei Arten der periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a, 3b bzw. 3 mit verschiedenen Perioden vorgesehen. Das Verhältnis zwischen den Perioden ist Λ1 < Λ < Λ2.
Des Weiteren sind verzweigte bzw. Zweige der optischen Wellenleiter 2a und 2b ausgebildet auf den zweiten und dritten periodischen Domänen-invertierten Bereichen 3a bzw. 3b. Die Grundwellen P1 werden gekoppelt mit den verzweigten optischen Wellenleitern 2a und 2b über einen Richtungs-Koppler 50. Höher harmonische Wellen P2a und P2b, welche erzeugt werden, basierend auf den Grundwellen P1, welche sich durch die verzweigten optischen Wellenleiter 2a und 2b ausbreiten, werden ausgegeben außerhalb eines Substrats 1. Des Weiteren sind die Detektoren 28a und 28b vorgesehen auf der Seiten-Oberfläche des Substrats 1, um es den gebeugten, höher harmonischen Wellen P2a und P2b zu ermöglichen, darauf einzufallen.
Obwohl es nicht in Fig. 14 gezeigt ist, wird als ein Halbleiterlaser ein DBR Halbleiterlaser mit einer Funktion variabler Wellenlänge verwendet. Die Grundwellen P1, welche von dem Halbleiterlaser emittiert werden, fallen auf den optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22e zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge. Die Grundwellen P1, welche auf den optischen Wellenleiter 2 fallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 durch die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3. Die umgewandelten höher harmonischen Wellen P2 breiten sich durch den optischen Wellenleiter 2 aus und werden ausgegeben nach Außen von einer Ausgabe-Oberfläche 12.
Andererseits werden die Grundwellen P1, welche nicht umgewandelt werden, gekoppelt mit den verzweigten optischen Wellenleitern 2a und 2b über den Richtungs-Koppler 50. Die Grundwellen P1, welche sich ausbreiten über die verzweigten optischen Wellenleiter 2a und 2b, werden umgewandelt in die höher harmonischen Wellen P2a und P2b durch die zweiten und dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a und 3b, welche bei den Enden der optischen Wellenleiter 2a und 2b vorgesehen sind.
Ein Bereich, in welchem die zweiten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a (Periode: Λ1) ausgebildet sind, hat eine Länge von 1 mm, eine Phasen- abgeglichene Wellenlänge von 861 nm, und eine Halbwertsbreite der Wellenlänge von 1 nm. Ein Bereich, in welchem die dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3b (Periode: Λ2) ausgebildet sind, hat eine Länge von 1 mm, eine Phasen-abgeglichene Wellenlänge von 862 nm, und eine Halbwertsbreite der Wellenlänge von 1 nm. Ein Bereich, in welchem die ersten periodischen Domänen- invertierten Bereiche 3 ausgebildet sind, hat eine Länge von 9 mm, eine Phasen- abgeglichene Wellenlänge von 861,5 nm, und eine Halbwertsbreite der Wellenlänge von 0,1 nm.
Wie in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben, reagieren die ersten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3, um die höher harmonischen Wellen P2 zu erzeugen, welche von der Ausgabeoberfläche 12 ausgegeben werden, wenn die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers abgeglichen ist mit der Phasen- abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln bzw. Umkehren der Licht-Wellenlänge. Jedoch reagieren die zweiten periodischen Domänen- invertierten Bereiche 3a, um die höher harmonischen Wellen P2a zu erzeugen, wenn die Schwingungswellenlänge kürzer ist als die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln bzw. zur Inversion der Licht- Wellenlänge. Alternativ reagieren die dritten periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3b, um die höher harmonischen Wellen P2b zu erzeugen, wenn die Schwingungswellenlänge länger ist als die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zur Inversion bzw. Umwandlung der Licht-Wellenlänge. Die jeweils erzeugten höher harmonischen Wellen P2a und P2b fallen auf die Detektoren 28a und 28b und werden darin umgewandelt in elektrische Signale. So wird ein Differenz-Signal aus Signalen erhalten, welche von den Detektoren 28a und 28b detektiert wurden, basierend auf dem gleichen Prinzip wie dasjenige der vorhergehenden Ausführungsform. Die Schwingungswellenlänge wird gesteuert mit einem angelegten Strom, so dass die Schwankung des Differenz-Signals innerhalb von ±2% liegt, wodurch der Wert der Ausgabe der höher harmonischen Wellen immer in der Nähe eines Spitzenwertes gehalten werden kann. Insbesondere schwankt die Ausgabe der höher harmonischen Wellen zum Beispiel innerhalb von ±1%, wenn die Temperaturveränderungen in dem Bereich von 5 bis 70ºC liegen.
Der Umwandlungs-Wirkungsgrad, mit welchem die Grundwellen P1 umgewandelt werden in die höher harmonischen Wellen P2 beträgt 7% in Bezug auf eine Eingabe von 60 mW. Wenn die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3a und 3b für die Differenz-Detektion auf der Seite der Ausgabeoberfläche 12 ausgebildet sind, wie bei dieser Ausführungsform, können die "verwendeten" Grundwellen, welche schon der Umwandlung in höher harmonischen Wellen ausgesetzt waren, verwendet werden; deshalb wird der Umwandlungs- Wirkungsgrad nicht beeinflusst.
In der obigen Beschreibung wird die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers verändert; jedoch können ähnliche Effekte erhalten werden, selbst wenn die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zur Umwandlung der Licht- Wellenlänge verändert wird durch das Regulieren bzw. Einstellen der Bedingungen der Temperatur und eines elektrischen Feldes.

Ausführungsform 7

Eine Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform.
Die Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge enthält ein Bauelement 22f zur Umwandlung einer Licht-Wellenlänge, in welchem periodische Domänen- invertierte Bereiche 3 ausgebildet sind in einem Substrat 1, hergestellt aus LiTaO&sub3;, was ein nichtlineares optisches Kristall ist. Des Weiteren ist in dem Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge kein optischer Wellenleiter ausgebildet auf der Oberfläche, wo periodische Domänen-invertierte Bereiche ausgebildet sind. Insbesondere ist das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge dieser Ausführungsform ein Bauelement eines Masse (bulk)-Typs. Die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 können ausgebildet werden durch das Anlegen eines elektrischen Feldes oder ähnliches.
Die Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge enthält einen DBR Halbleiterlaser 21f mit einem Teil variabler Wellenlänge. Der DBR Halbleiterlaser 21f und das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind auf einem Basiselement 20, hergestellt aus A1, befestigt. Die Grundwellen P1, welche von dem Halbleiterlaser 21f emittiert werden, werden durch eine Kollimator-Linse 24a kollimiert bzw. gesammelt und fallen auf das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge durch eine Einfalls-Oberfläche 10.
Die Grundwellen P1, welche auf das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge fallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 in dem Domänen-invertierten Bereich 3 mit einer Phasen-abgeglichenen Länge L. Dann wird die Leistung der höher harmonischen Wellen P2 verstärkt in dem nachfolgenden Nicht-Domänen-invertierten Bereich 4, welcher auch eine Phasen- abgeglichene Länge L hat. Die höher harmonischen Wellen P2, welche so in dem Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge verstärkt werden, werden ausgegeben von einer Ausgabeoberfläche 12.
Die Wellenlänge, bei welcher die höher harmonischen Wellen erzeugt werden (Phasen-abgeglichene Wellenlänge) wird bestimmt durch einen Quasi- Phasenabgleich basierend auf dem Brechungsindex des nicht-linearen optischen Kristalls und der Periode der Domänen-invertierten Bereiche 3. Aufgrund hiervon verursacht die Veränderung der Umgebungstemperatur die Veränderung des Brechungsindex des nicht-linearen optischen Kristalls; als Ergebnis verändert sich die Phasen-abgeglichene Wellenlänge.
Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21f beschrieben werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21f enthält einen Licht-emittierenden Teil 42 und einen DBR Teil 40. Der Licht-emittierende Teil 42 und der DBR Teil 40 können unabhängig gesteuert werden durch die Elektroden 42a bzw. 40a. Wenn ein Strom in den Licht-emittierenden Teil 42 durch die Elektrode 42a injiziert wird, emittiert eine aktive Schicht 44 Licht. Wenn der injizierte Strom einen Schwingungs- Grenzwert überschreitet, erlaubt die Reflexion, verursacht durch eine vordere Aufspaltungs-Oberfläche 45 des Halbleiterlasers 21f und ein Beugungsgitter 43, vorgesehen auf dem DBR Teil 40, dass eine Schwingung auftritt, wodurch ein Laser oszilliert bzw. schwingt.
Die Veränderung des Stromes, welcher in den DBR Teil 40 des Halbleiterlasers 21f injiziert wurde, bewirkt die Veränderung des Brechungsindex; als Ergebnis verändert sich die Rückkopplungs-Wellenlänge. Unter Verwendung dieses Prinzips kann der DBR Teil 40 als ein Teil variabler Wellenlänge betrieben werden, wodurch die Schwingungswellenlänge eines Lasers verändert werden kann.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Stabilisieren der Ausgabe von höher harmonischen Wellen beschrieben werden.
Die Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge ist vollständig auf einen Peltier- Bauelement 48 befestigt bzw. angebracht, so dass deren Temperatur immer konstant gehalten wird, unabhängig von der Veränderung der Umgebungstemperatur. Jedoch verändert sich die Quasi-Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge oder die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21f, wenn die Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge über einen langen Zeitraum verwendet wird; als Ergebnis wird die Quasi-Phasen-abgeglichene Wellenlänge verschoben von der Oszillations- bzw. Schwingungswellenlänge. In diesem Fall kann die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21f abgeglichen werden mit der Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge durch das Verändern der Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlaser 21f.
Die höher harmonischen Wellen P2 von dem Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge werden durch einen Strahlen-Teiler 27 geteilt, und ein Teil von diesen kann durch einen Si Detektor 28 überwacht werden. Gemäß dieser Struktur kann ein Strom reguliert bzw. eingestellt werden, welcher an die Elektrode 40a angelegt werden soll, durch die Verwendung der Detektionsergebnisse eines Detektors 28, so dass die Ausgabe der höher harmonischen Wellen immer einen Maximalwert annimmt; demzufolge kann die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 stabil gehalten werden bei einem beabsichtigten Wert.
Die Struktur des Detektors 28 ist nicht begrenzt auf die Detektion der höher harmonischen Wellen P2, erhalten durch die Ausgabeoberfläche 12, wie in Fig. 15 gezeigt. Alternativ wird ein Teil der höher harmonischen Wellen, umgewandelt in dem Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, nach außen über die Einfallsoberfläche 10 des Bauelements 22f zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge ausgegeben. Demzufolge kann der Detektor 28 oberhalb einer Spalte bzw. eines Zwischenraumes zwischen dem Halbleiterlaser 21f und dem Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge positioniert werden, um so die höher harmonischen Wellen zu detektieren, welche ausgegeben werden durch die Einfallsoberfläche 10 des Bauelements 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Schwankung der Ausgabe der höher harmonischen Wellen unterdrückt werden innerhalb von ±3% bei einer Temperatur in dem Bereich von 0 bis 60ºC. Der Umwandlungs-Wirkungsgrad, mit welchem die Grundwellen umgewandelt werden in die höher harmonischen Wellen, beträgt 0,5% in Bezug auf eine Eingabe von 30 mW, und blaues Licht mit einer Ausgabe von 1,5 mW kann erhalten werden. Das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge eines Masse (bulk)-Typs, wie in der Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform enthalten, ermöglicht es, dass ein optischer Weg leicht ausgerichtet wird und ist beständig bezüglich mechanischer Schwingung; demzufolge ist das Bauelement 700 praktisch. Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21f durch HF angesteuert in der Struktur der Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge von Fig. 15.
Insbesondere wird ein sinusförmiger Strom mit einer Frequenz von 800 MHz angelegt an die Elektrode 40a. Aufgrund davon kann die Ausgabe der höher harmonischen Wellen P2 mit einer Leistung von 2 mW erhalten werden in Bezug auf eine durchschnittliche Leistung von 100 mW der Grundwellen P1.
Weil der Umwandlungs-Wirkungsgrad des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge proportional zu einer Leistung der Grundwellen ist, kann der Umwandlungs-Wirkungsgrad verbessert werden durch das HF Ansteuern des Halbleiterlasers 21f und durch das Eingeben der Grundwellen P1 in das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge in der Impulsfolge. Der DBR Halbleiterlaser 21f zeigt keine Störung einer vertikalen Mode bei einer HF Ansteuerung und eine effektive Wellenlänge-Umwandlung wird durchgeführt.
Die HF Ansteuerung des Halbleiterlasers ist nicht auf den Fall begrenzt, wenn das Bauelement 22f zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge eines Masse-Typs verwendet wird, wie in dieser Ausführungsform, und kann angewendet werden bei der Struktur einer Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge einschließlich eines Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge eines optischen Wellenleiter- Typs. Gemäß der Erfindung wird die Grobsteuerung und die Feinsteuerung, wie in Ausführungsform 4 beschrieben, bei der Struktur der Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge einschließlich des Bauelements 22f zur Umwandlung der Licht- Wellenlänge des Masse-Typs in dieser Ausführungsform angewendet.

Ausführungsform 8

Als Nächstes wird die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle 800 für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform.
Bei der in Fig. 16 gezeigten Laserstrahlquelle 800 für kurze Wellenlänge wird die Temperatur der Laserstrahlquelle 800 für kurze Wellenlänge reguliert durch ein Peltier-Bauelement 48. Jedoch ist die Anordnung der Laserstrahlquelle 800 für kurze Wellenlänge von derjenigen der Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform verschieden. Insbesondere ist ein Kupfer-Block 59a so angeordnet, um einem DBR Halbleiterlaser 21g gegenüber zu liegen, wobei ein Basiselement 20 dazwischen angeordnet ist. Ähnlich ist ein Kupfer-Block 59b so angeordnet, um einem Bauelement 22g zur Umwandlung der Licht-Wellenlänge gegenüber zu liegen, wobei das Basiselement 20 dazwischen angeordnet ist. Das Basiselement 20 ist gewöhnlich aus Messing hergestellt und hat eine Dicke von zum Beispiel 0,5 mm. Aufgrund davon ist es nicht wahrscheinlich, dass Wärme von dem DBR Halbleiterlaser 21g zu dem Bauelement 22g zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge übertragen wird.
Eine erste Oberfläche 48a des Peltier-Bauelements 48 ist im Kontakt mit dem Kupfer-Block 59a, und eine zweite Oberfläche 48b ist im Kontakt mit dem Kupfer- Block 59b. Wenn ein Strom an das Peltier-Bauelement 48 angelegt wird, zeigen die ersten und zweiten Oberflächen 48a und 48b Temperatur-Kennlinien, welche zueinander entgegengesetzt sind. Zum Beispiel weist die zweite Oberfläche 48b eine Kühl-Funktion auf, welche Wärme absorbiert bzw. aufnimmt, in dem Fall, wenn die erste Oberfläche 48a eine Heiz-Funktion aufweist, welche Wärme erzeugt. Aufgrund davon kann die Temperatur des Halbleiterlasers 21g im Kontakt mit der ersten Oberfläche 48a des Peltier-Bauelements 48 über den Kupfer-Block 59a und die Temperatur des Bauelements 22g zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge im Kontakt mit der zweiten Oberfläche 48b über den Kupfer-Block 59b reguliert werden durch das Steuern eines Stromes, welcher an das Peltier- Bauelement 48 angelegt werden kann.
Zum Beispiel wenn die Temperatur des Kupfer-Blockes 59a verändert wird von ungefähr 5ºC auf ungefähr 55ºC über eine Raumtemperatur von 30ºC, verändert sich die Temperatur des Kupfer-Blockes 59b von ungefähr 10ºC zu ungefähr 50ºC. Als Ergebnis kann die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 21g in einem Bereich von zum Beispiel 2,6 nm verändert werden, während die Phasen- abgeglichene Wellenlänge des Bauelements 22g zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge verändert werden kann in einem Bereich von zum Beispiel 2,0 nm. Demzufolge kann die Wellenlänge reguliert bzw. eingestellt werden in einem Bereich von insgesamt 4,6 nm. Die Laserstrahlquelle 700 für kurze Wellenlänge, wie in Fig. 15 gezeigt, ist vollständig auf der gleichen Oberfläche des Peltier- Bauelements 48 über dem Substrat 20 angeordnet. In diesem Fall wird die Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 0,6 nm verändert. Demzufolge kann gemäß der Struktur dieser Ausführungsform die Wellenlänge in einem 8-fachen breiteren Bereich gesteuert werden.
Des Weiteren verändern sich die Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers 21g und die Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements 22g zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge kontinuierlich mit der Temperatur. Aufgrund davon kann eine stabile und gleichmäßige bzw. glatte Einstellung bzw. Abstimmung der Wellenlänge durchgeführt werden.

Ausführungsform 9

Eine Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur eines Halbleiterlasers, welcher in der Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform enthalten ist.
Die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge enthält ein Bauelement zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, in welchem periodische Domänen-invertierte Bereiche ausgebildet sind auf einem Substrat, hergestellt aus KNbO&sub3;, was ein nichtlinearer optischer Kristall ist. KNbO&sub3; ist ein Material, welches mit der Wellenlänge des Halbleiterlasers mit einer Schwingungswellenlänge von 800 nm Phasen- abgeglichen bzw. Phasen-angepasst ist. Die periodischen Domänen-invertierten Bereiche können ausgebildet werden durch Ionen-Implantation oder ähnliches.
Die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform verwendet einen DBR Halbleiterlaser 21h mit einem Teil mit variabler Wellenlänge. Der DBR Halbleiterlaser 21h ist auf einem Basiselement 20, hergestellt aus A1, befestigt. Die Grundwellen P1, welche von dem Halbleiterlaser 21h emittiert werden, werden durch eine Kollimatorlinse kollimiert bzw. gesammelt, fokussiert durch eine Fokussier-Linse durch eine Halb-Wellenlängen Platte, und fallen auf einen optischen Wellenleiter des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge (in Fig. 17 nicht gezeigt) durch eine Einfalls-Oberfläche. Die Halb-Wellenlängen Platte ist so eingefügt, um die Polarisationsrichtung der Grundwellen P1 um 90º zu drehen und diese an die Polarisationsrichtung des optischen Wellenleiters anzupassen.
Die Grundwellen P1, welche auf die Licht-Wellenlänge bzw. das Bauelement zum Umwandeln der Lichtwellenlänge einfallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen in dem Domänen-invertierten Bereich mit einer Phasen- abgeglichenen Länge L. Dann wird die Leistung der höher harmonischen Wellen verstärkt in dem nachfolgenden Nicht-Domänen-invertierten Bereich, welcher auch eine Phasen-abgeglichene Länge L hat. Die höher harmonischen Wellen, welche so in dem optischen Wellenleiter verstärkt sind, werden von einer Ausgabe-Oberfläche ausgegeben.
Bei dieser Ausführungsform ist, wie später beschrieben, die Stabilisierung der höher harmonischen Wellen nur durch das Anlegen eines Stromes realisiert, um die Steuerung zu vereinfachen.
Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21h beschrieben werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21h enthält einen Licht-emittierenden Teil 42, einen DBR Teil 40 und einen Verstärker-Teil 47. Der Licht-emittierende Teil 42, der DBR Teil 40 und der Verstärker-Teil 47 können unabhängig durch die Elektroden 42a, 40a bzw. 47a gesteuert werden. Wenn ein Strom in den Licht-emittierenden Teil 42 durch die Elektrode 42a injiziert bzw. eingespeist wird, emittiert eine aktive Schicht 44 Licht. Wenn der injizierte Strom einen Schwingungs-Grenzwert überschreitet, ermöglicht es die Reflexion, verursacht durch eine rückseitige Spaltoberfläche 46a des Halbleiterlasers 21h und ein Beugungsgitter 43, vorgesehen auf dem DBR Teil 40, dass eine Schwingung auftritt, wodurch ein Laser schwingt.
Die Veränderung des Stromes, welche in den DBR Teil 40 des Halbleiterlasers 21h injiziert bzw. eingespeist wird, verursacht die Veränderung des Brechungsindex; als Ergebnis verändert sich die Rückkopplungs-Wellenlänge. Unter Ausnutzung dieses Prinzips kann der DBR Teil 40 als ein Teil variabler Wellenlänge betrieben werden, wodurch die Schwingungswellenlänge eines Lasers verändert werden kann.
Licht, welches bei dem Licht-emittierenden Teil 42 erzeugt wurde, wird emittiert, nachdem es durch den Verstärker-Teil 47 verstärkt wurde. Wenn eine nichtreflektierende Beschichtung bei einer vorderen Spaltoberfläche 45 des Halbleiterlasers 21h vorgesehen ist, kann die Reflexion der Spaltoberfläche 45 auf 0,01% verringert werden. Aufgrund davon wird keine komplexe Mode festgelegt.
Bei dieser Ausführungsform wird eine effektive Resonatorlänge (Cavity-Länge) D zwischen der rückseitigen Spaltungsebene 46 des Halbleiterlasers 21h und die effektive Reflexions-Oberfläche des DBR Teils 40 bei 150 um festgelegt, und das Intervall der vertikalen Mode wird bei 0,7 nm festgelegt. Aufgrund davon kann in einem Bereich von 0,7 nm die Wellenlänge kontinuierlich gesteuert werden, nur durch das Steuern eines Stromes, welcher an die Elektrode 40a angelegt wird, ohne das Moden-Springen zu verursachen. Der DBR Teil 40 hat eine ausreichende Breite einer Reflexions-Wellenlänge von 1 nm.
Fig. 18 ist ein Diagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Resonator- bzw. Cavity-Länge D und dem Intervall der vertikalen Mode. Wie in Fig. 18 gezeigt, ist die Resonator-Länge D umgekehrt proportional zu dem Intervall der vertikalen Mode. Die Wellenlänge kann verändert werden ohne Moden-Springen innerhalb des Intervalls der vertikalen Mode. Des Weiteren kann der einstellbare Bereich der Wellenlänge verbreitert werden, wenn das Intervall der vertikalen Mode verbreitert wird durch das Verringern der Resonator (Cavity) Länge D.
Um die Schwankung der Phase-abgeglichen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge in einem Temperaturbereich von 20ºC zu kompensieren, wird die Wellenlänge wünschenswert in einem Bereich von 0,5 nm verändert. Wie aus Fig. 18 klar ist, wird die Resonator-Länge D wünschenswert bei 200 um oder weniger festgelegt. Die Resonator-Länge D wird noch wünschenswerter bei 100 um oder weniger festgelegt, weil die Wellenlänge entsprechend einem Temperaturbereich von 40ºC eingestellt werden kann.
Im Allgemeinen verringert sich eine Leistung eines Laserstrahls, welcher schwingen bzw. oszillieren soll, wenn die Resonator-Länge D kürzer wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Halbleiterlaser 21h mit dem Verstärkerteil 47 versehen, wodurch ein schwach schwingender bzw. oszillierender Laserstrahl verstärkt wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Stabilisieren der Ausgabe von höher harmonischen Wellen beschrieben werden.
Wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verändert sich die Phasen- abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge. Gemäß der Erfindung kann durch das Verändern der Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers 21h auf die gleiche Art wie bei den oben erwähnten Ausführungsformen die Schwingungswellenlänge des Lasers 21h abgeglichen werden mit der so veränderten Phasen-abgeglichenen Wellenlänge in dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Ausgabe der höher harmonischen Wellen von dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge unterteilt durch einen Strahlenteiler, und ein Teil der Ausgabe kann durch einen 51 Detektor überwacht werden. Gemäß dieser Struktur kann ein Wert eines Stromes, welcher an die Elektroden 40a angelegt werden soll, so reguliert bzw. eingestellt werden, dass die Ausgabe von höher harmonischen Wellen immer den höchsten Wert annimmt unter Verwendung der Detektions-Ergebnisse des Detektors und die Ausgabe der höher harmonischen Wellen kann stabil bei dem beabsichtigten Wert gehalten werden.
Zum Beispiel verändert sich die Schwingungswellenlänge um zum Beispiel ungefähr 0,6 nm, wenn der Strom, welcher an die Elektrode 40a angelegt werden soll, um 40 mA verändert wird. Demzufolge kann die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers in einem breiten Bereich verändert werden in Abhängigkeit von der Veränderung der Quasi-Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.
Insbesondere liegt die Schwankung der Ausgabe der höher harmonischen Wellen innerhalb von ±3%, wenn sich die Temperatur in dem Bereich von 15 bis 45ºC verändert. Bei dieser Ausführungsform liegt der Umwandlungs-Wirkungsgrad, mit welchem die Grundwellen umgewandelt werden in die höher harmonischen Wellen, bei 5% in Bezug auf eine Eingabe von 40 mW.
Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht eines DBR Halbleiterlasers 21j mit einer Struktur, bei welcher die Elektrode 40a nicht auf dem DBR Teil 40 ausgebildet ist, als ein modifiziertes Beispiel der Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge dieser Ausführungsform. In dieser Struktur wird ein Strom an die Elektrode 42a angelegt, welche auf dem Licht-emittierenden Teil 42 vorgesehen ist, um eine Laser- Schwingung zu erzeugen, und die Menge eines Stromes, welcher angelegt wird an die Elektrode 42a, wird verändert, um die Schwingungswellenlänge zu regulieren bzw. einzustellen. Insbesondere hat der Licht-emittierende Teil 42, welcher eine Licht-emittierende Funktion hat, welche bei dem Anlegen eines Stromes an die Elektrode 42a beteiligt ist, weiterhin eine Phasen-Regel-Funktion zum Regeln der Schwingungswellenlänge, welche bei dem Steuern der Menge des angelegten Stromes beteiligt ist. Der Ausgabepegel des zu oszillierenden Laserstrahls wird reguliert durch das Steuern bzw. Regeln der Menge des Stromes, welcher angelegt werden soll an die Elektrode 47a, welche auf dem Verstärkerteil 47 vorgesehen ist.
Bei der Struktur des Halbleiterlasers dieser Ausführungsform, wie in Fig. 17 oder 19 gezeigt, ist ein konkaver Teil vorgesehen zwischen dem DBR Teil 40 und einer Aufspaltungsoberfläche, um einen Reflektor zu bilden, wodurch ein kurzer Resonator ausgebildet werden kann. Eine solche Struktur kann einen Resonator mit einer sehr kurzen Resonator (Cavity-Länge) D realisieren.

Beispiel 10

Eine Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge in Beispiel 10 wird beschrieben werden. Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine Struktur einer Laserstrahlquelle 1000 für kurze Wellenlänge dieses Beispiels.
Die Laserstrahlquelle 1000 für kurze Wellenlänge enthält ein Bauelement 22k zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge, in welchem periodisch Domänen-invertierte Bereiche (nicht gezeigt) auf der Oberfläche eines Substrats 22, hergestellt aus einem nicht-linearen optischen Kristall LiTaO&sub3;, ausgebildet sind. Des Weiteren ist ein optischer Wellenleiter 2 ausgebildet durch Protonen-Austausch auf der Oberfläche des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, auf welchem die periodischen Domänen-invertierten Bereiche 3 ausgebildet sind.
Die Laserstrahlquelle 1000 für kurze Wellenlänge enthält auch einen DBR Halbleiterlaser 21k mit einem Teil variabler Wellenlänge. Bei dieser Ausführungsform ist ein Reflektor 58 ausgebildet auf einer Ausgabeoberfläche 12 des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, und das Licht, welches davon reflektiert wird, wird rückgekoppelt auf eine aktive Schicht 44, um die Schwingungswellenlänge zu steuern. Demzufolge kann ein vertikales Moden- Intervall bemerkbar verringert werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21k ist auf einem Basiselement (nicht gezeigt) befestigt. Die Grundwellen P1, welche von dem Halbleiterlaser 21k emittiert werden, werden kollimiert bzw. gesammelt durch eine Kollimator-Linse 25a und fallen auf den optischen Wellenleiter 2 des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge durch bzw. über eine Einfalls-Oberfläche 10.
Die Grundwellen P1, welche auf die Licht-Wellenlänge bzw. den optischen Wellenleiter 2 fallen, werden umgewandelt in höher harmonische Wellen P2 in dem Domänen-invertierten Bereich mit einer Phasen-abgeglichenen Länge L. Dann wird die Leistung der höher harmonischen Wellen P2 verstärkt in dem nachfolgenden Nicht-Domänen-invertierten Bereich, welcher auch einen Phasen- abgeglichene Länge L hat. Die höher harmonischen Wellen P2, welche so in dem optischen Wellenleiter 2 verstärkt sind, werden über eine Ausgabe-Oberfläche 12 ausgegeben.
Als Nächstes wird der DBR Halbleiterlaser 21k beschrieben werden.
Der DBR Halbleiterlaser 21k umfasst einen Licht-emittierenden Teil 42 und einen DBR Teil 40. Der Licht-emittierende Teil 42 und der DBR Teil 40 können unabhängig gesteuert werden durch die Elektroden 42a bzw. 40a. Wenn ein Strom in den Licht-emittierenden Teil 42 durch die Elektrode 42a injiziert wird, emittiert eine aktive Schicht 44 Licht. Wenn der injizierte Strom einen Oszillations- bzw. Schwingungs-Grenzwert überschreitet, ermöglicht die Reflexion, verursacht durch einen Reflektor 58, vorgesehen auf dem Bauelement 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge und ein Beugungsgitter 43, vorgesehen in dem DBR Teil 40, dass eine Oszillation bzw. Schwingung auftritt, wodurch ein Laser oszilliert bzw. schwingt.
Eine nichtreflektierende Beschichtung ist vorgesehen auf einer vorderen Aufspaltungsoberfläche 45 des Halbleiterlasers 21k. Der Reflektor 58 reflektiert Grundwellen mit einer Wellenlänge von 800 nm mit 98% und überträgt höher harmonische Wellen mit einer Wellenlänge von 400 nm mit 95%.
Weil der Brechungsindex verändert ist durch das Verändern eines Stromes, welcher in den DBR Teil 40 des Halbleiterlasers 21k injiziert werden soll, wird die Wellenlänge, welche rückgekoppelt werden soll, verändert. Unter Verwendung dieses Prinzips kann der DBR Teil 40 als ein Teil variabler Wellenlänge betrieben werden, wodurch die Schwingungswellenlänge des Lasers verändert werden kann.
Bei der Struktur dieses Beispiels wird eine Resonator-Länge D, welche ein Abstand zwischen dem Reflektor 58 und der effektiven Reflexions-Oberfläche des DBR Teiles 40 ist, auf 11 mm festgelegt und ein vertikales Mode-Intervall wird festgelegt auf 0,01 nm. Die Wellenlänge kann offensichtlich und kontinuierlich verändert werden durch das Verringern des Intervalls der vertikalen Mode. Die erlaubbare Halbwertsbreite der Wellenlänge des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge beträgt 0,2 nm.
Das Bauelement 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge dieses Beispiels führt die stabile Ausgabe der höher harmonischen Wellen bei einem niedrigen Rauschen in einem Temperaturbereich von 60ºC zu. Bei dieser Ausführungsform ist der Reflektor 58 auf der Ausgabe-Seite des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge vorgesehen. Aufgrund dieser Struktur können die Grundwellen reflektiert werden durch den Reflektor 58, nachdem sie sich ausgebreitet haben durch das Bauelement 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge; deshalb kann eine Leistung effektiv verwendet werden, wenn die Grundwellen in die höher harmonischen Wellen umgewandelt werden. Jedoch kann der Reflektor 58 auf der Einfalls-Seite des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge vorgesehen sein.
Wie bei diesem Beispiel beschrieben, werden die höher harmonischen Wellen immer ausgegeben, wenn die erlaubbare Halbwertsbreite der Wellenlänge des Bauelements 22k zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge breiter ist als das Intervall der vertikalen Mode des Halbleiterlasers 21k. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 21 beschrieben werden.
Fig. 21 ist ein Diagramm und zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der vertikalen Mode des Halbleiterlasers und der Intensität der höher harmonischen Wellen des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge. Diese Figur zeigt den Fall, wenn zwei vertikale Moden A und B in der erlaubbaren Halbwertsbreite der Wellenlänge vorliegen. Unabhängig davon, ob irgendeine dieser beiden vertikalen Moden A und B ausgewählt ist, wird die Ausgabe-Intensität des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge 1 oder mehr; jedoch kann der Pegel der Intensität verringert werden durch das Steuern der Ausgabe des Halbleiterlasers. Demzufolge kann die tatsächliche Ausgabe des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge konstant gehalten werden.
Wie oben beschrieben, ist ein Verfahren zum Verlängern der Resonator-Länge D des Halbleiterlasers effektiv, um die erlaubbare Halbwertsbreite der Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge größer zu machen als das Intervall der vertikalen Mode des Halbleiterlasers. Alternativ ist ein Verfahren zum teilweisen Verändern der Periode der Domänen-invertieren Bereiche des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge effektiv. Gemäß dem letzteren Verfahren können Bauelemente zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge mit einer frei wählbaren erlaubbaren Breite realisiert werden durch das allmähliche bzw. stufenweise Verändern der Periode der Domänen-invertierten Bereiche, oder auf einer Gruppen-Basis in der Richtung der Länge des optischen Wellenleiters.
Bei den Halbleiterlasern der oben erwähnten Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass der Licht-emittierende Bereich auf der Seite positioniert ist, welche näher bei dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge liegt, und der DBR Teil positioniert ist auf der Seite, welche weiter weg ist von dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge. Dies ist so, weil eine solche Anordnung den Verlust eines Laserstrahls, welcher auf das Bauelement zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge fällt, verringert.
Ein Laserstrahl erhält eine Verstärkung bei dem Licht-emittierenden Teil; deshalb kann eine Leistung, welche ausgegeben werden soll, den besten möglichen Nutzen erreichen, wenn der Licht-emittierende Teil auf der Seite positioniert ist, welche näher bei der Ausgabe-Facette bzw. kleinen Fläche des Halbleiterlasers ist, d. h. auf der Seite, welche näher bei dem Bauelement zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge liegt. Des Weiteren wird ein Laserstrahl, welcher emittiert wird von dem Licht-emittierenden Teil zu dem DBR Teil fast durch das Beugungsgitter des DBR Teils gebeugt. Der Beugungs-Wirkungsgrad kann frei festgelegt werden durch das geeignete Festlegen des Abstandes bzw. der Teilung (pitch) des Beugungsgitters. Das Beugungsgitter wird zum Beispiel auf ungefähr 90% festgelegt.
Wenn der DBR Teil auf der Seite positioniert ist, welche näher bei dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ist, und der Licht-emittierende Teil auf der Seite positioniert ist, welche weiter entfernt von dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ist, wird ein Laserstrahl, welcher emittiert wird von dem Licht-emittierenden Teil, gewöhnlich gebeugt mit ungefähr 90%, bevor er auf das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge fällt und zu dem Licht-emittierenden Teil zurückkehrt. Als Ergebnis wird ein Laserstrahl kaum ausgegeben von der Facette auf der Seite des DBR Teiles an das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.
Des Weiteren sind die aktive Schicht des Halbleiterlasers und der optische Wellenleiter des optischen Wellenleiters des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge vorzugsweise so positioniert, um weit weg zu sein von dem metallischen Substrat aus den folgenden Gründen, wenn das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge des Halbleiterlasers auf einem metallischen Basiselement befestigt ist.
Es ist insbesondere erforderlich, eine Mehrzahl von Elektroden in den Halbleiterlasern vorzusehen; deshalb werden die Elektroden vorzugsweise auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlasers positioniert, um den Schritt der Ausbildung der Verdrahtungen, welche mit den Elektroden verbunden werden sollen durch Draht-Verbindung oder ähnliches, zu ermöglichen.
Wenn ein Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge so positioniert ist, dass dessen optischer Wellenleiter direkt im Kontakt mit dem metallischen Substrat steht, tritt ein optischer Verlust auf in Richtung des metallischen Basiselements mit einem großen Brechungsindex. Um einen solchen optischen Verlust zu verhindern, sollte ein Schutzfilm, wie zum Beispiel ein SiO&sub2; Film, ausgebildet sein bzw. werden zwischen dem Basiselement und dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge (optischer Wellenleiter). Jedoch kann ein solcher Schutzfilm ausgelassen werden, wenn der optische Wellenleiter auf der oberen Seite positioniert ist.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird LiTaO&sub3; oder LiNbO&sub3; als der nicht-lineare optische Kristall verwendet. Anstelle dieser kann KTP(KTiOPO&sub4;); KNbO&sub3;; LiTaO&sub3; oder LiNbO&sub3; dotiert mit MgO, Nb oder Nd; und Ferroelektrika, wie zum Beispiel LiNb(1-x)TaxO&sub3; (0 ≤ X ≤ 1), was ein gemischtes bzw. Misch- Kristall aus LiTaO&sub3; und LiNbO&sub3; ist, verwendet werden. Alternativ kann ein organischer nichtlinearer optischer Kristall, wie zum Beispiel MNA und DAN verwendet werden.
Es ist überflüssig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung bei dem Fall eingesetzt werden kann, wenn eine Mehrzahl von Spitzenwerten in der Ausgabe der höher harmonischen Wellen vorliegen, der Fall, wenn eine vorgegebene Ausgabe erforderlich ist, etc.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch das geringfügige bzw. leichte Verändern eines Ansteuerstromes eines Halbleiterlasers eine Schwingungswellenlänge verändert werden, um eine Phasen-abgeglichene Wellenlänge eines Bauelements zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge einzustellen bzw. abzugleichen (Bauelement zur Erzeugung der zweiten Oberwelle = SHG). Gewöhnlich, wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verändert sich die Quasi-abgeglichene Wellenlänge und die Bedingungen zum Festlegen bzw. Herstellen des Quasi-Phasenabgleichs des Bauelements zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge werden nicht erfüllt; als Ergebnis kann die Ausgabe der höher harmonischen Wellen nicht erhalten werden. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung, selbst wenn sich die Phasen-abgeglichene Wellenlänge verändert, eine Schwingungswellenlänge λ des Halbleiterlasers verändert, um die Phasen-abgeglichene Wellenlänge einzustellen durch das Verändern des Ansteuerstromes, wodurch die Bedingungen zum Erhalten der höchsten Ausgabe der höher harmonischen Wellen beibehalten werden können.
In einem DBR Halbleiterlaser verändert sich eine Schwingungswellenlänge kaum, selbst wenn ein Strom, welcher an eine aktive Schicht angelegt wird, verändert wird bzw. ist; jedoch wird, wenn ein DBR Teil mit einer Strom-Injektions- Funktion versehen ist und es erlaubt ist, dass ein Strom darin fließt, ein Brechungsindex verändert, um eine Veränderung einer Reflexions-Wellenlänge zu verursachen. Auf diese Art kann eine Schwingungswellenlänge verändert werden. Insbesondere wird durch das Verändern des Injektions-Stromes bei dem DBR Teil der Brechungsindex so verändert, um die Schwingungswellenlänge zu verändern, welche rückgekoppelt wird. Demzufolge kann die Schwingungswellenlänge eines Lasers verändert werden, um die Quasi-Phasen-abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge einzustellen.
Höher harmonische Wellen können stabil aufrecht erhalten werden durch das Überwachen der Ausgabe der höher harmonischen Wellen und das Einstellen eines Stromes, so dass dieser immer den höchsten Wert hat. Selbst wenn die Schwingungswellenlänge verschoben ist von der Quasi-Phasen-abgeglichenen Wellenlänge, können die Bedingungen zum Festlegen bzw. Erzeugen des Quasi- Phasen-Abgleichs erfüllt werden durch das Anlegen eines Stromes, und demzufolge können höher harmonische Wellen mit einem hohen Wirkungsgrad herausgenommen werden.
Des Weiteren verändert sich gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der oben erwähnten Struktur der Brechungsindex effizient im Bezug auf das Anlegen eines Stromes, und die Ausgabe von höher harmonischen Wellen kann moduliert werden. Insbesondere, in dem Fall, wenn eine Phase in dem anfänglichen Zustand abgeglichen ist, wird der Brechungsindex erheblich verändert durch das Anlegen eines Stromes, und die Schwingungswellenlänge wird sich von der Phasen- abgeglichenen Wellenlänge verschieben. Unter Verwendung dieses Prinzips kann eine AN/AUS Steuerung der Ausgabe von höher harmonischen Wellen durchgeführt werden, in Abhängigkeit von der Veränderung eines Stromes, welcher angelegt werden soll.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Verfahren zum Stabilisieren der Ausgabe von höher harmonischen Wellen der vorliegenden Erfindung die Schwingungswellenlänge gesteuert durch das Verändern eines Stromes des Halbleiterlasers, um so die Schwingungswellenlänge mit der Quasi-Phasen- abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge abzugleichen. Demzufolge kann die Ausgabe von höher harmonischen Wellen leicht stabilisiert werden.
Des Weiteren ist die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge der vorliegenden Erfindung in der Lage höher harmonische Wellen leicht und stabil zu erzeugen unter der Bedingung, dass die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers mit der Quasi-Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge abgeglichen ist.
Des Weiteren ist die Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge der vorliegenden Erfindung in der Lage zu verhindern, dass die Wellenlänge des Halbleiterlasers schwankt, um so höher harmonische Wellen mit einem niedrigen Rauschen auszugeben. Insbesondere kann die Wellenlänge stabil reguliert bzw. eingestellt werden in einem weiten Bereich, um so stabilisiert zu werden, wenn ein DBR Halbleiterlaser verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Arbeitsgeschwindigkeit der Stabilisierung der Wellenlänge erhöht werden durch das Vorsehen des Teiles der variablen Wellenlänge in dem Halbleiterlaser; demzufolge ist die vorliegende Erfindung effektiv im Hinblick auf den praktischen Gebrauch.
Des Weiteren können im Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge der vorliegenden Erfindung höher harmonische Wellen aus dem optischen Wellenleiter herausgenommen werden, um einen Lichtpunkt ohne irgendeinen Astigmatismus zu erhalten.
Verschiedene andere Modifikationen werden den Fachleuten offensichtlich sein und können von diesen leicht durchgeführt werden, ohne von dem Schutzbereich dieser Erfindung, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen mit den Schritten:

Umwandeln von Grundwellen (P1), welche von einem Verteilungs-Bragg-Reflexions (DBR) Halbleiterlaser (21a) mit einem Teil variabler Wellenlänge emittiert wurden, in höher harmonische Wellen (22) in einem Bauelement (22a) zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge; und

Steuern eines an den Teil variabler Wellenlänge des DBR Halbleiterlasers anzulegenden Stromes, um eine Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers zu verändern, wobei

der Teil variabler Wellenlänge des DBR Halbleiterlasers eine erste Vorrichtung (40, 40a) variabler Wellenlänge und eine zweite Vorrichtung (41, 41a) variabler Wellenlänge hat, und

der Steuer-Schritt aus einer Grob-Steuerung einer Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers durch die erste Vorrichtung (40, 40a) variabler Wellenlänge und einer Fein-Steuerung der Schwingungswellenlänge durch die zweite Vorrichtung (41, 41a) variabler Wellenlänge besteht, wodurch die Schwingungswellenlänge mit einem Spitzenwert der höher harmonischen Wellen (P2) abgeglichen wird, um eine konstante Ausgabe der höher harmonischen Wellen zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Steuer- bzw. Regel-Schritt aus dem Durchführen einer Differenz-Detektion der Ausgabe der höher harmonischen Wellen (P2), dem Steuern eines an den Teil variabler Wellenlänge des DBR Halbleiterlasers anzulegenden Stromes unter Verwendung eines Detektionsergebnisses besteht, um eine Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers zu verändern.

3. Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge mit:

einem Bauelement zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge mit periodischen Domänen-invertierten Bereichen, welche ausgebildet sind in einem nicht-linearen optischen Kristall, und einem DBR Halbleiterlaser,

wobei die Grundwellen, welche von dem DBR Halbleiterlaser emittiert werden, umgewandelt werden in höher harmonische Wellen in dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge,

der DBR Halbleiterlaser (21a) hat einen Teil variabler Wellenlänge,

eine Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers wird bzw. ist so verändert, um mit einem Spitzenwert der höher harmonischen Wellen (P2) übereinzustimmen durch Steuern eines Stromes, welcher angelegt werden soll an den Teil variabler Wellenlänge des DBR Halbleiterlasers; wodurch eine konstante Ausgabe der höher harmonischen Wellen erhalten wird,

der DBR Halbleiterlaser (21a) hat eine erste Vorrichtung (40, 40a) variabler Wellenlänge und eine zweite Vorrichtung (41, 41a) variabler Wellenlänge,

die erste Vorrichtung variabler Wellenlänge führt eine Grob-Regelung bzw. Grob- Steuerung einer Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers durch, und

die zweite Vorrichtung variabler Wellenlänge führt eine Fein-Steuerung bzw. Fein- Regelung der Schwingungswellenlänge durch, wodurch die Schwingungswellenlänge angepasst bzw. abgeglichen wird mit einem Spitzenwert der höher harmonischen Wellen, um eine konstante Ausgabe der höher harmonischen Wellen zu erhalten.

4. Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge mit:

einem Bauelement (22a) zum Umwandeln einer Licht-Wellenlänge mit periodischen Domänen-invertierten Bereichen (3), welche in einem nicht-linearen optischen Kristall (1) ausgebildet ind, und einem DBR Halbleiterlaser (21a),

wobei Grundwellen (P1), emittiert von dem DBR Halbleiterlaser, umgewandelt werden in höher harmonische Wellen (P2) in dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge,

der DBR Halbleiterlaser hat eine erste Vorrichtung (40, 40a) variabler Wellenlänge, und das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge hat eine zweite Vorrichtung variabler Wellenlänge;

die erste Vorrichtung variabler Wellenlänge führt eine Grob-Steuerung bzw. Grob- Regelung einer Schwingungswellenlänge des DBR Halbleiterlasers durch, und

die zweite Vorrichtung variabler Wellenlänge führt eine Fein-Steuerung bzw. Fein- Regelung einer Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge durch, wodurch die Schwingungswellenlänge abgeglichen ist mit einem Spitzenwert der höher harmonischen Wellen, um eine konstante Ausgabe der höher harmonischen Wellen zu erhalten.

5. Laserstrahlquelle für kurze Wellenlänge nach Anspruch 3 oder 4, wobei

das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge mindestens drei periodische Domänen-invertierte Bereiche hat, ausgebildet in dem nicht-linearen optischen Kristall, und die mindestens drei periodischen Domänen-invertierten Bereiche haben einen ersten periodischen Domänen-invertierten Bereich mit einer Periode Λ, einen zweiten periodischen Domänen-invertierten Bereich mit einer Periode Λ1, und einen dritten periodischen Domänen-invertierten Bereich mit einer Periode Λ2, wobei das Verhältnis zwischen den Perioden Λ1 < Λ < Λ2 ist, und

höher harmonische Wellen, welche in dem zweiten periodischen Domänen- invertierten Bereich erzeugt werden, haben eine Periode Λ1 und höher harmonische Wellen, welche erzeugt werden in dem dritten periodischen Domänen-invertierten Bereich, haben einer Periode Λ2 und werden durch verschiedene Detektoren jeweils detektiert.

6. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ein optischer Wellenleiter-Typ ist.

7. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ein optischer Wellenleiter-Typ ist.

8. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ein Masse (Bulk)-Typ ist.

9. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ein Masse-Typ ist.

10. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei der nicht-lineare optische Kristall LiNbxTa1-xO&sub3; ist, wobei 0 ≤ x ≤ 1.

11. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach Anspruch 7, wobei der optische Wellenleiter ein Protonen-ausgetauschter optischer Wellenleiter ist.

12. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5. weiter aufweisend einen Detektor und einen Strahlen-Teiler.

13. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei eine Ausgabe der Grundwellen überwacht wird, um den Strom zu steuern.

14. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei eine Ausgabe der Grundwellen überwacht wird, um den Strom zu steuern, welcher angelegt wird an den Teil variabler Wellenlänge des DBR Halbleiterlasers.

15. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach Anspruch 1, wobei ein Reflektor weiter vorgesehen ist zwischen einer Aufspaltungs- Oberfläche des Halbleiterlasers und einem DBR Teil, so dass ein Intervall der vertikalen Mode so festgelegt ist, dass es 1 nm oder größer ist.

16. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei ein Reflektor weiter vorgesehen ist zwischen einer Aufspaltungs(cleavage)-Oberfläche des Halbleiterlasers und einem DBR Teil, so dass ein Intervall der vertikalen Mode so festgelegt ist, dass es 1 nm oder größer ist.

17. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei das reflektierte zurückkehrende Licht der Grundwellen in dem Bauelement für die Licht- Wellenlänge 0,2% oder weniger ist.

18. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei der DBR Halbleiterlaser HF-gesteuert ist.

19. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei die Temperatur des Halbleiterlasers gesteuert ist auf einer ersten Oberfläche eines Peltier- Bauelements, die Temperatur des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge ist gesteuert auf einer zweiten Oberfläche des Peltier-Bauelements und eine Veränderung der Temperatur der ersten Oberfläche ist entgegengesetzt zur Veränderung der Temperatur der zweiten Oberfläche.

20. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei eine Wellenlänge der Grundwellen verschoben ist von einer Phasen-abgeglichenen Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, um eine Ausgabe der höher harmonischen Wellen zu modulieren.

21. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei eine Wellenlänge der Grundwellen abgeglichen ist mit bzw. angepasst ist an eine Phasen- abgeglichene Wellenlänge des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge, und danach wird ein Ansteuerstrom des Halbleiterlasers so reguliert bzw. eingestellt, um die Ausgabe der höher harmonischen Wellen einzustellen.

22. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach Anspruch 1, wobei der Teil variabler Wellenlänge in dem DBR Halbleiterlaser auf einer Seite positioniert ist, welche weit entfernt ist von dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.

23. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach Anspruch 3, wobei der Teil variabler Wellenlänge in dem DBR Halbleiterlaser auf einer Seite positioniert ist, welche weit weg ist von dem Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge.

24. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach Anspruch 1, wobei der DBR Halbleiterlaser und das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge auf einem Basiselement befestigt sind, eine aktive Schicht des DBR Halbleiterlasers und ein optischer Wellenleiter des Bauelements, zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind jeweils positioniert auf einer Seite, welche weit weg ist von dem Basiselement.

25. Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgabe von höher harmonischen Wellen nach Anspruch 2, wobei der Halbleiterlaser und das Bauelement zum Umwandeln der Licht- Wellenlänge auf einem Basiselement befestigt sind, eine aktive Schicht des Halbleiterlasers und ein optischer Wellenleiter des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind jeweils positioniert auf einer Seite, welche weit weg von dem Basiselement ist.

26. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach den Ansprüchen 3 oder 4, wobei der DBR Halbleiterlaser und das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge auf einem Basiselement befestigt sind, eine aktive Schicht des DBR Halbleiterlasers und ein optischer Wellenleiter des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind jeweils auf einer Seite weit entfernt von dem Basiselement positioniert.

27. Strahlquelle für kurze Wellenlänge nach Anspruch 5, wobei der Halbleiterlaser und das Bauelement zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge auf einem Basiselement befestigt sind, eine aktive Schicht des Halbleiterlasers und ein optischer Wellenleiter des Bauelements zum Umwandeln der Licht-Wellenlänge sind jeweils auf einer Seite weit entfernt von dem Basiselement positioniert.