JP2000261101A - 波長変換装置 - Google Patents
波長変換装置Info
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザにより励起され、その励起光に
よりレーザ発振する光を波長変換する波長変換装置にお
いて、安定光出力を得、ノイズを低減させる。 【解決手段】 励起光源である半導体レーザ１から発せ
られる光をレンズ２により、伝達および集光し、半導体
光増幅素子３に入射させ、その励起により、半導体光増
幅素子３が発光する。この光を波長変換素子５により、
1/2の波長に変換し、凹面ミラー６から外部に取り出
す。凹面ミラー６は半導体光増幅素子３から発生した光
を半導体光増幅素子３に帰還させ、かつ、波長変換素子
５から発生する光を透過する。半導体光増幅素子３の裏
面に形成している周期構造誘電体膜3dは、半導体レーザ
１からの励起光源を効率良く取り込み、かつ、半導体光
増幅素子３から発生する光を反射する。
よりレーザ発振する光を波長変換する波長変換装置にお
いて、安定光出力を得、ノイズを低減させる。 【解決手段】 励起光源である半導体レーザ１から発せ
られる光をレンズ２により、伝達および集光し、半導体
光増幅素子３に入射させ、その励起により、半導体光増
幅素子３が発光する。この光を波長変換素子５により、
1/2の波長に変換し、凹面ミラー６から外部に取り出
す。凹面ミラー６は半導体光増幅素子３から発生した光
を半導体光増幅素子３に帰還させ、かつ、波長変換素子
５から発生する光を透過する。半導体光増幅素子３の裏
面に形成している周期構造誘電体膜3dは、半導体レーザ
１からの励起光源を効率良く取り込み、かつ、半導体光
増幅素子３から発生する光を反射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換装置、特
にレーザ光学結晶を半導体レーザにより励起し、該レー
ザ光学結晶から発振する光を波長変換素子により波長変
換を行う波長変換装置に関するものである。
にレーザ光学結晶を半導体レーザにより励起し、該レー
ザ光学結晶から発振する光を波長変換素子により波長変
換を行う波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の波長変換装置では、レーザ光学結
晶であるNdドープＹＡＧあるいはＹＶＯ4あるいはNdド
ープＹＬＦ等を用い、これらのレーザ光学結晶を、その
吸収帯域より広い波長で発振する半導体レーザにて励起
し、レーザ光学結晶の発振波長を、非線形結晶や例えば
反転ドメインLiNdO3等の波長変換素子を用いて、1/2の
波長にする等の波長変換を行っていた。
晶であるNdドープＹＡＧあるいはＹＶＯ4あるいはNdド
ープＹＬＦ等を用い、これらのレーザ光学結晶を、その
吸収帯域より広い波長で発振する半導体レーザにて励起
し、レーザ光学結晶の発振波長を、非線形結晶や例えば
反転ドメインLiNdO3等の波長変換素子を用いて、1/2の
波長にする等の波長変換を行っていた。
【０００３】しかし、上記の方法には以下に示すような
問題があった。
問題があった。
【０００４】例えば、レーザ光学結晶ＹＡＧを、809nm
で発振する幅広半導体レーザで励起し、946nmの発振光
を得て、反転ドメインLiNbO3等の波長変換素子を用いて
第２高調波である473nmの青色光を得る場合、励起光源
である幅広半導体レーザにおいては、モード制御が不完
全なためモード変動が生じ、一定の駆動電流において光
出力変動が生じ、いわゆるノイズ（ここでは、光出力の
RFノイズ強度をDCノイズ強度で除した値）を発生させる
ものが多い。また縦モードに関しても、幅広の半導体レ
ーザでは、光出力の増加とともに発振波長半値全幅が広
がり、200から500mＷ程度の出力においても、その値は2
nmを越えるものとなる。
で発振する幅広半導体レーザで励起し、946nmの発振光
を得て、反転ドメインLiNbO3等の波長変換素子を用いて
第２高調波である473nmの青色光を得る場合、励起光源
である幅広半導体レーザにおいては、モード制御が不完
全なためモード変動が生じ、一定の駆動電流において光
出力変動が生じ、いわゆるノイズ（ここでは、光出力の
RFノイズ強度をDCノイズ強度で除した値）を発生させる
ものが多い。また縦モードに関しても、幅広の半導体レ
ーザでは、光出力の増加とともに発振波長半値全幅が広
がり、200から500mＷ程度の出力においても、その値は2
nmを越えるものとなる。
【０００５】ところが、ＹＡＧ結晶は、809nm光の吸収
が小さく、また、809nmの吸収帯域が2nmと狭いために、
先に述べた幅広半導体レーザのノイズの影響を受けて、
発振する946nmレーザ光にもノイズが発生するばかり
か、幅広半導体レーザ光の縦モードの変動により、吸収
帯域を外れる光の影響もあり、さらなるノイズを発生さ
せることとなる。当然のことながらノイズのある946nm
光を波長変換素子にて変換された青色473nmにもノイズ
が生じるという問題が生じる。
が小さく、また、809nmの吸収帯域が2nmと狭いために、
先に述べた幅広半導体レーザのノイズの影響を受けて、
発振する946nmレーザ光にもノイズが発生するばかり
か、幅広半導体レーザ光の縦モードの変動により、吸収
帯域を外れる光の影響もあり、さらなるノイズを発生さ
せることとなる。当然のことながらノイズのある946nm
光を波長変換素子にて変換された青色473nmにもノイズ
が生じるという問題が生じる。
【０００６】また、レーザ光学結晶の発振波長は、添加
された希土類の遷移過程を利用しているため、ある限ら
れた発振波長の光しか得られず、この為、この得られた
波長の光を波長変換して得られる第２次高調波はその半
分の波長の光となり、得られる波長が限定されてしまう
という制限がある。
された希土類の遷移過程を利用しているため、ある限ら
れた発振波長の光しか得られず、この為、この得られた
波長の光を波長変換して得られる第２次高調波はその半
分の波長の光となり、得られる波長が限定されてしまう
という制限がある。
【０００７】また、第２高調波を変調する場合、ＡＯ
（音響光学効果）変調器等を用いて変調するかわりに、
励起光源である半導体レーザの直接変調により変調する
と、半導体レーザの発振波長幅が例えば2nm以上に容易
に広がり、その波長幅がレーザ結晶であるＹＡＧの吸収
波長帯域より広がる。このため、効率の低下が起きた
り、また、励起光源である半導体レーザの光出力が広が
った縦モードになるため、モード競合による出力変化を
生じ、安定でかつ効率の良い波長変換された変調光を得
ることは困難であった。
（音響光学効果）変調器等を用いて変調するかわりに、
励起光源である半導体レーザの直接変調により変調する
と、半導体レーザの発振波長幅が例えば2nm以上に容易
に広がり、その波長幅がレーザ結晶であるＹＡＧの吸収
波長帯域より広がる。このため、効率の低下が起きた
り、また、励起光源である半導体レーザの光出力が広が
った縦モードになるため、モード競合による出力変化を
生じ、安定でかつ効率の良い波長変換された変調光を得
ることは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
波長変換装置では、レーザ光学結晶を用いていたため、
その狭い吸収帯域のために、励起光源の光を効率良く利
用できず、ノイズを発生させるという問題があり、長期
的に安定な光出力を得る光源としては適当でなかった。
波長変換装置では、レーザ光学結晶を用いていたため、
その狭い吸収帯域のために、励起光源の光を効率良く利
用できず、ノイズを発生させるという問題があり、長期
的に安定な光出力を得る光源としては適当でなかった。
【０００９】また、得られる光の波長も使用するレーザ
光学結晶により限定されてしまうために、自由に可視か
ら紫外域の光を得ることが困難であった。
光学結晶により限定されてしまうために、自由に可視か
ら紫外域の光を得ることが困難であった。
【００１０】本発明は上記事情に鑑みて、長期的に安定
な光出力を得る波長変換装置を提供することを目的とす
るものである。
な光出力を得る波長変換装置を提供することを目的とす
るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の波長変換装置
は、活性層を含む半導体レーザからなる励起光源と、励
起光源から発せられる励起光によりレーザ発振する光増
幅素子と、光増幅素子と光増幅素子の外部に備えられた
ミラーにより形成される共振器と、前記共振器内に配置
された波長変換素子とを備えてなる波長変換装置におい
て、光増幅素子が、基板上に活性領域を備えた半導体光
増幅素子であることを特徴とするものである。すなわ
ち、従来のレーザ光学結晶のかわりに、半導体光増幅素
子を用いることを特徴とするものである。
は、活性層を含む半導体レーザからなる励起光源と、励
起光源から発せられる励起光によりレーザ発振する光増
幅素子と、光増幅素子と光増幅素子の外部に備えられた
ミラーにより形成される共振器と、前記共振器内に配置
された波長変換素子とを備えてなる波長変換装置におい
て、光増幅素子が、基板上に活性領域を備えた半導体光
増幅素子であることを特徴とするものである。すなわ
ち、従来のレーザ光学結晶のかわりに、半導体光増幅素
子を用いることを特徴とするものである。
【００１２】上記半導体レーザの発振波長は、半導体光
増幅素子の発振波長より短いことが望ましい。
増幅素子の発振波長より短いことが望ましい。
【００１３】また、ミラーは、凹面ミラーであっても良
く、半導体光増幅素子への帰還光の焦点面が半導体光増
幅素子の内部に位置するように配置されていることが望
ましい。
く、半導体光増幅素子への帰還光の焦点面が半導体光増
幅素子の内部に位置するように配置されていることが望
ましい。
【００１４】また、半導体レーザの活性層はAlxGa1-xAs
（0≦x≦0.4）、GaAsxP1-x（0≦x≦0.4）、InxGa1-xAsy
P1-y（0≦x≦0.4、0.7≦y≦1）、InxGa1-xAs（0≦x≦0.
5）およびInxAlyGa1-x-yAs（0≦x≦0.5、0≦y≦0.4）か
ら選ばれる１つ以上で構成されることが望ましい。
（0≦x≦0.4）、GaAsxP1-x（0≦x≦0.4）、InxGa1-xAsy
P1-y（0≦x≦0.4、0.7≦y≦1）、InxGa1-xAs（0≦x≦0.
5）およびInxAlyGa1-x-yAs（0≦x≦0.5、0≦y≦0.4）か
ら選ばれる１つ以上で構成されることが望ましい。
【００１５】半導体レーザの活性層の幅は３μm以上で
あることが望ましい。
あることが望ましい。
【００１６】また、半導体光増幅素子の活性領域はAlxG
a1-xAs（0≦x≦0.4）、GaAsxP1-x（0≦x≦0.4）、InxGa
1-xAsyP1-y（0≦x≦0.4、0.7≦y≦1）、InxGa1-xAs（0
≦x≦0.5）、InxAlyGa1-x-yAs（0≦x≦0.5、0≦y≦0.
4）、InPおよびInAlGaAsPから選ばれる１つ以上で構成
されることが望ましい。
a1-xAs（0≦x≦0.4）、GaAsxP1-x（0≦x≦0.4）、InxGa
1-xAsyP1-y（0≦x≦0.4、0.7≦y≦1）、InxGa1-xAs（0
≦x≦0.5）、InxAlyGa1-x-yAs（0≦x≦0.5、0≦y≦0.
4）、InPおよびInAlGaAsPから選ばれる１つ以上で構成
されることが望ましい。
【００１７】また、半導体光増幅素子の活性領域は、半
導体光増幅素子内部に生じる定在波の電界強度の高い位
置に１個以上配置されていることが望ましい。
導体光増幅素子内部に生じる定在波の電界強度の高い位
置に１個以上配置されていることが望ましい。
【００１８】また、半導体光増幅素子は、その出射端面
に誘電体膜を備えたものでもよく、その誘電体は、SiO
2、Al2O3、Ti02、SiN4またはSiから選ばれる１つ以上か
らなるものが望ましく、その形成方法としてＥＣＲスパ
ッターを用いてもよい。
に誘電体膜を備えたものでもよく、その誘電体は、SiO
2、Al2O3、Ti02、SiN4またはSiから選ばれる１つ以上か
らなるものが望ましく、その形成方法としてＥＣＲスパ
ッターを用いてもよい。
【００１９】また、半導体光増幅素子は、励起光が入射
する部分にのみ活性領域を有し、かつ、活性領域以外に
励起光を遮る構造を有することが望ましい。
する部分にのみ活性領域を有し、かつ、活性領域以外に
励起光を遮る構造を有することが望ましい。
【００２０】さらに、半導体光増幅素子の活性領域は、
量子井戸構造を１つ以上有することが望ましい。
量子井戸構造を１つ以上有することが望ましい。
【００２１】また、半導体光増幅素子は、その活性領域
以外にp型、またはn型となる不純物を5E17cm-3以上注入
されていることが望ましい。
以外にp型、またはn型となる不純物を5E17cm-3以上注入
されていることが望ましい。
【００２２】また、半導体光増幅素子の活性領域の出射
面とは反対側に、半導体光増幅素子の発振光に対して高
い反射率が得られる周期構造を備えていることが望まし
く、また、その周期構造は、少なくとも屈折率の異なる
２種類以上の半導体材料からなり、かつ、その半導体材
料の光吸収係数が半導体光増幅素子の発光波長に対して
５×102以下であることが望ましい。
面とは反対側に、半導体光増幅素子の発振光に対して高
い反射率が得られる周期構造を備えていることが望まし
く、また、その周期構造は、少なくとも屈折率の異なる
２種類以上の半導体材料からなり、かつ、その半導体材
料の光吸収係数が半導体光増幅素子の発光波長に対して
５×102以下であることが望ましい。
【００２３】また、半導体レーザから発せられる励起光
が半導体光増幅素子の基板側から供給され、基板と反対
面側から、基板に垂直な方向に発光するものであっても
よく、この場合、半導体光増幅素子の入射側に誘電体膜
を備えていても良く、また、半導体光増幅素子の入射側
の反射率が、励起光源の発光波長に対し30％以下であ
り、かつ、半導体光増幅素子の発振波長に対して50％以
上であることが望ましい。また、半導体光増幅素子の出
射側の反射率が、半導体光増幅素子の発光波長に対して
30％以下であることが望ましい。
が半導体光増幅素子の基板側から供給され、基板と反対
面側から、基板に垂直な方向に発光するものであっても
よく、この場合、半導体光増幅素子の入射側に誘電体膜
を備えていても良く、また、半導体光増幅素子の入射側
の反射率が、励起光源の発光波長に対し30％以下であ
り、かつ、半導体光増幅素子の発振波長に対して50％以
上であることが望ましい。また、半導体光増幅素子の出
射側の反射率が、半導体光増幅素子の発光波長に対して
30％以下であることが望ましい。
【００２４】また、半導体光増幅素子から発振する光
が、基板に対して垂直に出射し、半導体レーザから発せ
られる励起光が、半導体光増幅素子から発振する光が出
射する面と同一の面から入射するものであってもよい。
また、この時、半導体レーザから発せられる励起光が、
半導体光増幅素子の基板に対し斜めに入射するものであ
ってもよい。また、この時、半導体光増幅素子からの発
振する光の光路上にビームスプリッターを備えており、
ビームスプリッターによって半導体レーザから発せられ
る励起光を半導体光増幅素子の基板に対して垂直に供給
するものであってもよい。この場合、半導体光増幅素子
の入射および出力側の反射率が、半導体レーザの発光波
長に対して30％以下の反射率を有し、かつ、半導体光増
幅素子の発振波長に対して30％以下であることが望まし
い。
が、基板に対して垂直に出射し、半導体レーザから発せ
られる励起光が、半導体光増幅素子から発振する光が出
射する面と同一の面から入射するものであってもよい。
また、この時、半導体レーザから発せられる励起光が、
半導体光増幅素子の基板に対し斜めに入射するものであ
ってもよい。また、この時、半導体光増幅素子からの発
振する光の光路上にビームスプリッターを備えており、
ビームスプリッターによって半導体レーザから発せられ
る励起光を半導体光増幅素子の基板に対して垂直に供給
するものであってもよい。この場合、半導体光増幅素子
の入射および出力側の反射率が、半導体レーザの発光波
長に対して30％以下の反射率を有し、かつ、半導体光増
幅素子の発振波長に対して30％以下であることが望まし
い。
【００２５】半導体レーザから発せられる励起光が、半
導体光増幅素子の基板に対し斜めに入射する場合、半導
体光増幅素子の入射面に対しＰ偏光で入射することが望
ましい。また、その入射角度はブリュスター角±10度以
内であることが望ましい。
導体光増幅素子の基板に対し斜めに入射する場合、半導
体光増幅素子の入射面に対しＰ偏光で入射することが望
ましい。また、その入射角度はブリュスター角±10度以
内であることが望ましい。
【００２６】半導体光増幅素子の発振光と、ミラーおよ
び波長変換素子から前記半導体光増幅素子への帰還光と
の共通の光路上に、フィルターを備えたものでもよく、
そのフィルターが複屈折フィルター、エタロンまたは誘
電体フィルターのいずれか１つであることが望ましい。
び波長変換素子から前記半導体光増幅素子への帰還光と
の共通の光路上に、フィルターを備えたものでもよく、
そのフィルターが複屈折フィルター、エタロンまたは誘
電体フィルターのいずれか１つであることが望ましい。
【００２７】また、波長変換素子の入射光側は、半導体
レーザから発せられる励起光の波長に対して30％以下の
反射率を有しすることが望ましく、波長変換素子の出射
光側は、波長変換素子の発振波長に対して30％以下の反
射率を有することが望ましい。
レーザから発せられる励起光の波長に対して30％以下の
反射率を有しすることが望ましく、波長変換素子の出射
光側は、波長変換素子の発振波長に対して30％以下の反
射率を有することが望ましい。
【００２８】また、半導体レーザは、直流電流と高周波
電流とを印加されて駆動するもの、パルス電流を印加さ
れて駆動するもの、または、パルス電流と直流電流を印
加されて駆動するもののいずれかであってよい。
電流とを印加されて駆動するもの、パルス電流を印加さ
れて駆動するもの、または、パルス電流と直流電流を印
加されて駆動するもののいずれかであってよい。
【００２９】また、半導体光増幅素子は、半導体レーザ
からの励起光と、外部からの電流印加によりレーザ発振
するものでもよい。
からの励起光と、外部からの電流印加によりレーザ発振
するものでもよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明の波長変換発光装置によると、レ
ーザ光学結晶のかわりに、基板上に活性領域を備えた半
導体光増幅素子を用いているので、半導体光増幅素子の
吸収帯域が、励起光源である半導体レーザの励起光の波
長帯域より広いため、半導体レーザの励起光を効率よく
吸収でき、安定な光出力を得ることができ、ノイズを低
減することができる。
ーザ光学結晶のかわりに、基板上に活性領域を備えた半
導体光増幅素子を用いているので、半導体光増幅素子の
吸収帯域が、励起光源である半導体レーザの励起光の波
長帯域より広いため、半導体レーザの励起光を効率よく
吸収でき、安定な光出力を得ることができ、ノイズを低
減することができる。
【００３１】このため、これまでのようにレーザ光学結
晶を用いた場合、レーザ光学結晶の吸収波長帯と励起光
源である半導体レーザの発振波長帯を合わせるため必要
であった精密な温度制御が不要になるという利点があ
る。
晶を用いた場合、レーザ光学結晶の吸収波長帯と励起光
源である半導体レーザの発振波長帯を合わせるため必要
であった精密な温度制御が不要になるという利点があ
る。
【００３２】また、半導体光増幅素子の活性領域を構成
する半導体材料を適宜選択し、その組成を制御すること
により、750nmから1400nmまでの波長を出すことがで
き、第２高調波を得る場合、波長変換素子により、375n
mから700nmまでの可視から紫外域にわたる光出力を得る
ことができる。
する半導体材料を適宜選択し、その組成を制御すること
により、750nmから1400nmまでの波長を出すことがで
き、第２高調波を得る場合、波長変換素子により、375n
mから700nmまでの可視から紫外域にわたる光出力を得る
ことができる。
【００３３】また、レーザ光学結晶の代わりに半導体光
増幅素子を用いることにより、励起光源である半導体レ
ーザの直接変調により変調光を得る場合においても、安
定な第２次高調波出力を得ることができる。
増幅素子を用いることにより、励起光源である半導体レ
ーザの直接変調により変調光を得る場合においても、安
定な第２次高調波出力を得ることができる。
【００３４】
【実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面により
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００３５】図１に本発明の第１の実施の形態である、
励起光源を半導体光増幅素子の裏面から供給するタイプ
の波長変換装置の構造図を示す。図１に示すように、励
起光源である半導体レーザ１から発せられる光をレンズ
２により、伝達および集光し、半導体光増幅素子３の裏
面からその基板に対し垂直に入射させる。その励起光に
より、半導体光増幅素子３が発光する。この光を複屈折
フィルター４により、縦モードを制御し、反転ドメイン
MgOドープLiNbO3からなる波長変換素子５により、1/2の
波長の光に変換し、凹面ミラー６から外部に取り出す。
凹面ミラー６は半導体光増幅素子３から発生する光を半
導体光増幅素子に帰還させ、かつ、波長変換素子５から
発生する光を透過する役割を持つ。また、凹面ミラー６
の焦点面を半導体光増幅素子３の周期構造誘電体膜3b表
面からその内部に設定することにより、半導体光増幅素
子で発生する光の効率を上げることができる。
励起光源を半導体光増幅素子の裏面から供給するタイプ
の波長変換装置の構造図を示す。図１に示すように、励
起光源である半導体レーザ１から発せられる光をレンズ
２により、伝達および集光し、半導体光増幅素子３の裏
面からその基板に対し垂直に入射させる。その励起光に
より、半導体光増幅素子３が発光する。この光を複屈折
フィルター４により、縦モードを制御し、反転ドメイン
MgOドープLiNbO3からなる波長変換素子５により、1/2の
波長の光に変換し、凹面ミラー６から外部に取り出す。
凹面ミラー６は半導体光増幅素子３から発生する光を半
導体光増幅素子に帰還させ、かつ、波長変換素子５から
発生する光を透過する役割を持つ。また、凹面ミラー６
の焦点面を半導体光増幅素子３の周期構造誘電体膜3b表
面からその内部に設定することにより、半導体光増幅素
子で発生する光の効率を上げることができる。
【００３６】半導体光増幅素子３の裏面に、半導体レー
ザ１からの励起光源を効率良く取り込むため、30％以下
望ましくは１％以下の反射率を有し、かつ、半導体光増
幅素子３から発生する光を反射させるため、30％以上望
ましくは95％以上の反射率を有する周期構造誘電体膜3d
を備えている。
ザ１からの励起光源を効率良く取り込むため、30％以下
望ましくは１％以下の反射率を有し、かつ、半導体光増
幅素子３から発生する光を反射させるため、30％以上望
ましくは95％以上の反射率を有する周期構造誘電体膜3d
を備えている。
【００３７】なお、周期構造誘電体膜3dの代わりに、半
導体多層膜ミラーを用いてもよい。
導体多層膜ミラーを用いてもよい。
【００３８】また、半導体レーザ１からの励起光の入射
方向は半導体光増幅素子３の入射面に対して垂直でなく
傾いていても良い。
方向は半導体光増幅素子３の入射面に対して垂直でなく
傾いていても良い。
【００３９】上記のように、レーザ光学結晶の代わり
に、吸収帯が広く、かつ、吸収係数も大きい半導体光増
幅素子３を用いることにより、励起光の吸収率が高く、
効率良く励起光を取り込めるため、安定した光出力を得
ることができ、ノイズを低減することができる。また、
半導体光増幅素子３の吸収帯域が広いため、励起光源の
発振波長に合わせるための温度制御が不要であるという
利点もある。
に、吸収帯が広く、かつ、吸収係数も大きい半導体光増
幅素子３を用いることにより、励起光の吸収率が高く、
効率良く励起光を取り込めるため、安定した光出力を得
ることができ、ノイズを低減することができる。また、
半導体光増幅素子３の吸収帯域が広いため、励起光源の
発振波長に合わせるための温度制御が不要であるという
利点もある。
【００４０】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。
明する。
【００４１】図２に本発明の第２の実施の形態である、
半導体光増幅素子の発振光が出力される側から励起光源
を入射するタイプの波長変換素子の構成図を示す。図２
に示すように、励起光源である半導体レーザ11から発せ
られる光をレンズ12により、伝達および集光し、半導体
光増幅素子13にＰ偏光で、ブリュースター角に近い角度
で周期構造誘電体膜13b側から入射させる。入射角をブ
リュースター角近傍にすることにより、容易に効率良く
半導体レーザ11からの励起光を吸収することができる。
その後、励起光により半導体光増幅素子13は入射面と同
一面から発光する。この光をエタロン14により縦モード
を制御し、波長変換素子15により、1/2の波長の光に変
換し、凹面レンズ16から外部に取り出す。
半導体光増幅素子の発振光が出力される側から励起光源
を入射するタイプの波長変換素子の構成図を示す。図２
に示すように、励起光源である半導体レーザ11から発せ
られる光をレンズ12により、伝達および集光し、半導体
光増幅素子13にＰ偏光で、ブリュースター角に近い角度
で周期構造誘電体膜13b側から入射させる。入射角をブ
リュースター角近傍にすることにより、容易に効率良く
半導体レーザ11からの励起光を吸収することができる。
その後、励起光により半導体光増幅素子13は入射面と同
一面から発光する。この光をエタロン14により縦モード
を制御し、波長変換素子15により、1/2の波長の光に変
換し、凹面レンズ16から外部に取り出す。
【００４２】半導体光増幅素子13は活性領域の入射側と
は反対側に、半導体レーザ11からの励起光と半導体光増
幅素子13からの発光光の波長に対して、30％以上望まし
くは95％以上の高い反射率を有する半導体周期構造ミラ
ー13aを備えている。また、入射面には、半導体光増幅
素子13の発光光を効率良く取り出し、かつ、励起光を効
率良く取り込むため、発光光と励起光の波長に対して、
30％以下望ましくは１％以下の反射率を持つ周期構造誘
電体膜13bを備えている。
は反対側に、半導体レーザ11からの励起光と半導体光増
幅素子13からの発光光の波長に対して、30％以上望まし
くは95％以上の高い反射率を有する半導体周期構造ミラ
ー13aを備えている。また、入射面には、半導体光増幅
素子13の発光光を効率良く取り出し、かつ、励起光を効
率良く取り込むため、発光光と励起光の波長に対して、
30％以下望ましくは１％以下の反射率を持つ周期構造誘
電体膜13bを備えている。
【００４３】なお、波長変換素子15としては、ＫＴＰや
ＫＮや反転ドメインLiNbO3等を使用することが望まし
い。
ＫＮや反転ドメインLiNbO3等を使用することが望まし
い。
【００４４】第２の実施の形態においても、上記第１の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。
実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。
説明する。
【００４６】図３に第３の実施の形態である、半導体光
増幅素子から発生する光が出力される側からビームスプ
リッターを用いて励起光源を入射するタイプの波長変換
装置の構成図を示す。図３に示すように、励起光源であ
る半導体レーザ21から発せられる光をレンズ22により、
伝達および集光し、ビームスプリッター27により反射さ
せ、半導体光増幅素子23の基板に対し垂直な方向に入射
させる。その励起光により半導体光増幅素子23は、励起
光が入射した面と同一の面から発振し、その発振光を半
導体光増幅素子23に直接結合された波長変換素子25によ
り1/2の波長に変換し、ビームスプリッター27を透過さ
せて凹面ミラー６から外部に取り出す。
増幅素子から発生する光が出力される側からビームスプ
リッターを用いて励起光源を入射するタイプの波長変換
装置の構成図を示す。図３に示すように、励起光源であ
る半導体レーザ21から発せられる光をレンズ22により、
伝達および集光し、ビームスプリッター27により反射さ
せ、半導体光増幅素子23の基板に対し垂直な方向に入射
させる。その励起光により半導体光増幅素子23は、励起
光が入射した面と同一の面から発振し、その発振光を半
導体光増幅素子23に直接結合された波長変換素子25によ
り1/2の波長に変換し、ビームスプリッター27を透過さ
せて凹面ミラー６から外部に取り出す。
【００４７】第２の実施の形態と同様に、半導体光増幅
素子23は、活性領域の励起光の入射面とは反対側に半導
体周期構造ミラー23aと、入射面には誘電体多層膜23bを
備えている。なお、波長変換素子15には、ＫＴＰやＫＮ
や反転ドメインLiNbO3等を使用することが望ましい。
素子23は、活性領域の励起光の入射面とは反対側に半導
体周期構造ミラー23aと、入射面には誘電体多層膜23bを
備えている。なお、波長変換素子15には、ＫＴＰやＫＮ
や反転ドメインLiNbO3等を使用することが望ましい。
【００４８】上記第３の実施の形態においても、第１、
２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】上記第１から第３の実施の形態では、波長
変換素子の位相整合を環境に対して安定にするためのペ
ルチェ等による温度制御機構、および、半導体光増幅素
子および半導体レーザで発生する熱を放熱するヒートシ
ンクは図示および説明を省略している。
変換素子の位相整合を環境に対して安定にするためのペ
ルチェ等による温度制御機構、および、半導体光増幅素
子および半導体レーザで発生する熱を放熱するヒートシ
ンクは図示および説明を省略している。
【００５０】ここで、波長変換装置のレーザ光学結晶の
代わりに半導体光増幅素子を用いた場合の問題点につい
て述べる。
代わりに半導体光増幅素子を用いた場合の問題点につい
て述べる。
【００５１】波長変換装置に半導体光増幅素子を用いた
場合、励起光源の動作電流によっては、第２高調波出力
が不安定になることがある。しかし、このような場合
は、励起光源の駆動方法を高周波重畳あるいはパルス変
調を加えることにより、安定化することが可能であり、
実用上問題はない。また、この時、波長変換素子の持つ
変換効率の非線形性により、変換効率が向上するという
利点がある。
場合、励起光源の動作電流によっては、第２高調波出力
が不安定になることがある。しかし、このような場合
は、励起光源の駆動方法を高周波重畳あるいはパルス変
調を加えることにより、安定化することが可能であり、
実用上問題はない。また、この時、波長変換素子の持つ
変換効率の非線形性により、変換効率が向上するという
利点がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す波長変換装置
の構成図
の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す波長変換装置
の構成図
の構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す波長変換装置
の構成図
の構成図
1,11,21 半導体レーザ 2,12,22 レンズ 3,13,23 半導体光増幅素子 13a,23a 半導体周期構造ミラー 3b,3d,13b 周期構造誘電体膜 23b 誘電体多層膜 13c,23c 基板 4 複屈折フィルター 14 エタロン 27 ビームスプリッター 5,15,25 波長変換素子 6,16,26 凹面ミラー
Claims (33)
- 【請求項１】 活性層を含む半導体レーザからなる励起
光源と、前記励起光源から発せられる励起光によりレー
ザ発振する光増幅素子と、前記光増幅素子と前記光増幅
素子の外部に備えられたミラーにより形成される共振器
と、前記共振器内に配置された波長変換素子とを備えて
なる波長変換装置において、 前記光増幅素子が、基板上に活性領域を備えた半導体光
増幅素子であることを特徴とする波長変換装置。 - 【請求項２】 前記半導体レーザの発振波長が、前記半
導体光増幅素子の発振波長より短いことを特徴とする請
求項１記載の波長変換装置。 - 【請求項３】 前記ミラーが、凹面ミラーであり、前記
半導体光増幅素子への帰還光の焦点面が前記半導体光増
幅素子の内部に位置するように配置されていることを特
徴とする請求項１または２記載の波長変換装置。 - 【請求項４】 前記半導体レーザの活性層がAlxGa1-xAs
（0≦x≦0.4）、GaAsxP1-x（0≦x≦0.4）、InxGa1-xAsy
P1-y（0≦x≦0.4、0.7≦y≦1）、InxGa1-xAs（0≦x≦0.
5）およびInxAlyGa1-x-yAs（0≦x≦0.5、0≦y≦0.4）か
ら選ばれる１つ以上で構成されることを特徴とする請求
項１、２または３記載の波長変換装置。 - 【請求項５】 前記半導体レーザの活性層のストライプ
幅が３μm以上であることを特徴とする請求項１から４
のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項６】 前記半導体光増幅素子の活性領域がAlxG
a1-xAs（0≦x≦0.4）、GaAsxP1-x（0≦x≦0.4）、InxGa
1-xAsyP1-y（0≦x≦0.4、0.7≦y≦1）、InxGa1-xAs（0
≦x≦0.5）、InxAlyGa1-x-yAs（0≦x≦0.5、0≦y≦0.
4）、InPおよびInAlGaAsPの直接遷移形半導体結晶から
選ばれる１つ以上で構成されることを特徴とする請求項
１から５のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項７】 前記半導体光増幅素子の活性領域が、前
記半導体光増幅素子内部に生じる定在波の電界強度の高
い位置に１個以上配置されていることを特徴とする請求
項１から６のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項８】 前記半導体光増幅素子の出射端面に誘電
体膜を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれ
か１項記載の波長変換装置。 - 【請求項９】 前記誘電体が、SiO2、Al2O3、Ti02、SiN
4またはSiから選ばれる１つ以上からなることを特徴と
する請求項８記載の波長変換装置。 - 【請求項１０】 前記誘電体膜がＥＣＲスパッターによ
り形成されていることを特徴とする請求項８または９記
載の波長変換装置。 - 【請求項１１】 前記半導体光増幅素子が、前記励起光
が入射する部分にのみ前記活性領域を有し、かつ、前記
活性領域以外に励起光を遮る構造を有することを特徴と
する請求項１から10のいずれか１項記載の波長変換装
置。 - 【請求項１２】 前記半導体光増幅素子の活性領域が、
量子井戸構造を１つ以上有することを特徴とする請求項
１から11のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項１３】 前記半導体光増幅素子の活性領域以外
にp型、またはn型となる不純物を5E17cm-3以上注入され
ていることを特徴とする請求項１から12のいずれか１項
記載の波長変換装置。 - 【請求項１４】 前記半導体光増幅素子の活性領域の出
射面とは反対側に、前記光増幅素子の発振光に対して高
い反射率が得られる周期構造を備えたことを特徴とする
請求項１から13のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項１５】 前記周期構造が、少なくとも屈折率の
異なる２種類以上の半導体材料からなり、かつ、該半導
体材料の光吸収係数が前記半導体光増幅素子の発光波長
に対して５×102以下であることを特徴とする請求項14
記載の波長変換装置。 - 【請求項１６】 前記半導体レーザから発せられる光が
前記半導体光増幅素子の基板側から供給され、前記基板
と反対面側から、前記基板に垂直な方向に発光すること
を特徴とする請求項１から15のいずれか１項記載の波長
変換装置。 - 【請求項１７】 前記半導体光増幅素子の入射側に誘電
体膜を備えたことを特徴とする請求項16記載の波長変換
装置。 - 【請求項１８】 前記半導体光増幅素子の入射側の反射
率が、前記励起光源の発光波長に対し30％以下であり、
かつ、前記半導体光増幅素子の発振波長に対して50％以
上であることを特徴とする請求項16または17記載の波長
変換装置。 - 【請求項１９】 前記半導体光増幅素子の出射側の反射
率が、前記半導体光増幅素子の発光波長に対して30％以
下であることを特徴とする請求項16、17または18項記載
の波長変換装置。 - 【請求項２０】 前記半導体光増幅素子から発振する光
が、基板に対して垂直に出射し、前記半導体レーザから
発せられる励起光が、前記半導体光増幅素子から発振す
る光が出射する面と同一の面から入射することを特徴と
する請求項１から15のいずれか１項記載の波長変換装
置。 - 【請求項２１】 前記半導体光増幅素子の入射および出
力側の反射率が、前記半導体レーザの発光波長に対して
30％以下の反射率を有し、かつ、前記半導体光増幅素子
の発振波長に対して30％以下であることを特徴とする請
求項20記載の波長変換装置。 - 【請求項２２】 前記半導体レーザから発せられる励起
光が、前記半導体光増幅素子の基板に対し斜めに入射す
ることを特徴とする請求項20項記載の波長変換装置。 - 【請求項２３】 前記半導体光増幅素子からの発振する
光の光路上にビームスプリッターを備えており、前記ビ
ームスプリッターによって前記半導体レーザから発せら
れる励起光を前記半導体光増幅素子の基板に対して垂直
に供給することを特徴とする請求項20記載の波長変換装
置。 - 【請求項２４】 前記半導体レーザから発せられる光が
前記半導体光増幅素子の入射面に対しＰ偏光で入射する
ことを特徴とする請求項22記載の波長変換装置。 - 【請求項２５】 前記励起光源から発せられる光が前記
半導体光増幅素子の入射する角度がブリュスター角±10
度以内であることを特徴とする請求項22または24記載の
波長変換装置。 - 【請求項２６】 前記半導体光増幅素子の発振光と、前
記ミラーおよび波長変換素子から前記半導体光増幅素子
への帰還光との共通の光路上に、フィルターを備えたこ
とを特徴とする請求項１から25記載の波長変換装置。 - 【請求項２７】 前記フィルターが複屈折フィルター、
エタロンまたは誘電体フィルターのいずれか１つである
ことを特徴とする請求項26記載の波長変換装置。 - 【請求項２８】 前記波長変換素子の入射光側が、前記
半導体レーザから発せられる励起光の波長に対して30％
以下の反射率を有することを特徴とする請求項１から27
のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項２９】 前記波長変換素子の出射光側が、前記
波長変換素子の発振波長に対して30％以下の反射率を有
することを特徴とする請求項１から27のいずれか１項記
載の波長変換装置。 - 【請求項３０】 前記半導体レーザが、直流電流と高周
波電流とを印加されて駆動することを特徴とする請求項
１から29のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項３１】 前記半導体レーザが、パルス電流を印
加されて駆動することを特徴とする請求項１から29のい
ずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項３２】 前記半導体レーザが、パルス電流と直
流電流を印加されて駆動することを特徴とする請求項１
から29のいずれか１項記載の波長変換装置。 - 【請求項３３】 前記半導体光増幅素子が、前記半導体
レーザからの励起光に加えて電流を印加されてレーザ発
振することを特徴とする請求項１から32のいずれか１項
記載の波長変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6165399A JP2000261101A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 波長変換装置 |
| US09/521,916 US6570897B1 (en) | 1999-03-09 | 2000-03-09 | Wavelength conversion apparatus using semiconductor optical amplifying element for laser oscillation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6165399A JP2000261101A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261101A true JP2000261101A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13177410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6165399A Withdrawn JP2000261101A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 波長変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6570897B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000261101A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106058633A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-10-26 | 青岛镭视光电科技有限公司 | 一种双波长激光器 |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| US8811468B2 (en) * | 2005-05-26 | 2014-08-19 | Broadcom Corporation | Method and system for FM interference detection and mitigation |
| JP2007081233A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Topcon Corp | レーザ発振装置 |
| JP5117878B2 (ja) * | 2008-02-13 | 2013-01-16 | 富士フイルム株式会社 | 内視鏡光源装置 |
| JPWO2017022142A1 (ja) * | 2015-08-04 | 2017-11-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5412674A (en) * | 1992-10-26 | 1995-05-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Compact rapidly modulatable diode-pumped visible laser |
| US5408481A (en) * | 1992-10-26 | 1995-04-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Intracavity sum frequency generation using a tunable laser containing an active mirror |
| US5390210A (en) * | 1993-11-22 | 1995-02-14 | Hewlett-Packard Company | Semiconductor laser that generates second harmonic light with attached nonlinear crystal |
| US5363390A (en) | 1993-11-22 | 1994-11-08 | Hewlett-Packard Company | Semiconductor laser that generates second harmonic light by means of a nonlinear crystal in the laser cavity |
-
1999
- 1999-03-09 JP JP6165399A patent/JP2000261101A/ja not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-03-09 US US09/521,916 patent/US6570897B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106058633A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-10-26 | 青岛镭视光电科技有限公司 | 一种双波长激光器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6570897B1 (en) | 2003-05-27 |
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