JP2002055370A - 光波長変換モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した出力の波長変換波を得ることがで
き、しかも高い歩留まりで安価に形成することができる
光波長変換モジュールを得る。 【解決手段】 基本波としてのレーザービーム11を発す
る半導体レーザー10と、レーザービーム11の波長を選択
する導波路型の波長選択素子20と、レーザービーム11を
波長変換する光波長変換素子15とを互いに直接結合して
光波長変換モジュールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光波長変換モジュー
ルに関し、特に詳細には、半導体レーザーから発せられ
たレーザービームを光波長変換素子によって波長変換す
るとともに、このレーザービームの波長を波長選択素子
によって選択するようにした光波長変換モジュールに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１０−２５４００１
号公報に示されるように、非線形光学効果を有する強誘
電体結晶基板に一方向に延びる光導波路が形成されると
ともに、この光導波路に基板の自発分極の向きを反転さ
せたドメイン反転部が周期的に形成されてなり、該光導
波路においてドメイン反転部の並び方向に導波する基本
波を第２高調波等に波長変換する光波長変換素子が知ら
れている。

【０００３】また同公報には、この光波長変換素子に、
基本波としてのレーザービームを入射させる半導体レー
ザーを結合させてなる光波長変換モジュールも示されて
いる。さらに同公報には、上記半導体レーザーに狭帯域
バンドパスフィルター等の波長選択素子を備えた外部共
振器を組み合わせ、この外部共振器の作用によって半導
体レーザーの発振波長を所望波長にロックする技術も開
示されている。

【０００４】図１６は、この外部共振器を備えた光波長
変換モジュールを示すものである。図示のように光波長
変換素子60は、非線形光学効果を有する強誘電体結晶基
板51に一方向に延びる光導波路52が形成されるととも
に、この光導波路52に基板51の自発分極の向きを反転さ
せたドメイン反転部53が周期的に形成されてなり、この
光波長変換素子60に半導体レーザー50が直接結合されて
いる。そして、半導体レーザー50から出射したレーザー
ビーム63を平行光化するコリメーターレンズ54と、平行
光化されたレーザービーム63を収束させる集光レンズ55
と、レーザービーム63の収束位置に配されて該レーザー
ビーム63を半導体レーザー50にフィードバックさせるミ
ラー56と、上記両レンズ54および55の間に配された狭帯
域バンドパスフィルター57とが設けられている。それに
より、図中Ｌで共振器長を示すように、半導体レーザー
50の光波長変換素子60側の端面とミラー56との間で外部
共振器が構成されている。なお58、59、61および62は適
宜のフィルターである。

【０００５】半導体レーザー50にフィードバックされる
レーザービーム63は、狭帯域バンドパスフィルター57に
よって波長選択され、半導体レーザー50の発振波長がそ
の選択された波長にロックされる。なお、狭帯域バンド
パスフィルター57を図中矢印Ａ方向に回転させることに
より、その透過波長を変化させて、半導体レーザー50の
発振波長を調整することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１６に示した従来の
光波長変換モジュールにおいては、発振波長の安定化が
図られた半導体レーザーの駆動電流対光出力特性の直線
性が良くないという問題が認められる。その理由につい
ては、本発明者の研究によると、以下のように考えられ
る。

【０００７】上記構成の光波長変換モジュールにおい
て、半導体レーザーから出射したレーザービームの光路
にミラー等の光学部材が挿入されていると、それらの端
面でそれぞれ反射したレーザービームが半導体レーザー
に戻る。そこでこの半導体レーザーからは、光路長が互
いに異なる光が合成して出射されることになる。このよ
うに光路長が互いに異なる光は、干渉し合う。

【０００８】他方、半導体レーザーの駆動電流を増大さ
せると、この半導体レーザーの温度が変化して長さが変
わり、半導体レーザーのファブリペローモードが長波長
側にシフトする。上記構成の従来の光波長変換モジュー
ルにおいては、外部共振器に設けられたバンドパスフィ
ルター内のファブリペローモードが選択的に発振する。
バンドパスフィルターの透過波長は半導体レーザーの駆
動電流によらず一定であるから、ファブリペローモード
のシフトのために、発振波長は周期的に変化する。この
変化の様子の一例を図１２に示す。なおこの例は、半導
体レーザーの発振波長、長さがそれぞれ約950.0ｎｍ、
１ｍｍで、波長選択素子である狭帯域バンドパスフィル
ターの透過中心波長、透過幅がそれぞれ950.0ｎｍ、0.5
ｎｍの場合のものである。

【０００９】図１６に示した従来の光波長変換モジュー
ルにおいては、ミラー56で反射して光波長変換素子60側
に進行する光と、半導体レーザー50のミラー56側の出射
端面で反射して光波長変換素子60側に進行する光とが干
渉する。この２つの光の光路差は、半導体レーザー50の
ミラー56側の端面とミラー56との間の距離をＬｏとする
と２Ｌｏで与えられる。そこで光の波長つまり発振波長
をλとすると、それらの光は２Ｌｏ／λ＝（２ｍ−１）
πのとき弱め合い、２Ｌｏ／λ＝２ｍπのとき強め合
う。ただしｍ＝１，２，３……である。このような関係
から、発振波長λが変化すると光の強弱が周期的に発生
するのである。

【００１０】駆動電流を変えたとき、半導体レーザーの
発振波長の変化はＬｏには依存しない。したがって、Ｌ
ｏが長ければ長いほど、同じ波長変化が起きたときの強
弱の回数が多くなる。例えばＬｏ＝２０ｍｍの場合、図
１３に示すようなＩＬ（電流−光出力）特性が得られ
た。

【００１１】この図１３に例示したような特性の半導体
レーザーでは、ＡＰＣつまり出力一定化制御がかかった
ときに、光量の時間変動が大きくなる場合がある。つま
り、ノイズが多いという問題がある。特に、図１３の特
性曲線の山の頂上に相当するパワーを設定すると、駆動
電流の切り替わり時にこの問題が起こる場合がある。そ
のような光波長変換モジュールを例えばレーザースキャ
ナの記録光源として応用する場合は、記録画像にノイズ
が多く発生するという問題を招く。

【００１２】上記発振波長の変動を防止するために、半
導体レーザーとして、特開平８−２１１４３３号公報に
示されるように、発振波長可変のＤＢＲレーザーを用い
る方法が知られている。しかし、この発振波長可変のＤ
ＢＲレーザーは、ＤＢＲ区間、位相制御区間および活性
区間が必要なため、複雑な製造工程が必要なものとなっ
ている。また、それぞれの区間が集積されているため、
製品の歩留まりはそれぞれの区間の歩留まりの積とな
り、高い歩留まりを得るのは難しくなっている。

【００１３】さらに、導波路型の光波長変換素子中にＤ
ＢＲグレーティングを有するＤＢＲ部を形成し、このＤ
ＢＲ部から、波長変換部の位相整合波長に選択された光
を半導体レーザーに戻すことも考えられている。そのよ
うにしても、半導体レーザーの発振波長を選択、ロック
して、安定した出力の波長変換波を得ることができる。
しかしこの場合も、光波長変換素子の歩留まりは、波長
変換部とＤＢＲ部の歩留まりの積となり、高い歩留まり
を得るのは難しくなっている。

【００１４】したがって、前述した光波長変換モジュー
ルに、このようなＤＢＲ部を持つ光波長変換素子や、あ
るいは上記のＤＢＲレーザーを適用すると、光波長変換
モジュールのコストは必然的に高いものとなってしま
う。

【００１５】本発明は上記の事情に鑑み、安定した出力
の波長変換波を得ることができ、しかも高い歩留まりで
安価に形成することができる光波長変換モジュールを提
供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による光波長変換
モジュールは、基本波としてのレーザービームを発する
半導体レーザーと、前記レーザービームの波長を選択す
る導波路型の波長選択素子と、前記レーザービームを波
長変換する光波長変換素子とが互いに直接結合されてな
ることを特徴とするものである。

【００１７】なお上述の「直接結合」とは、レンズ光学
系を介さないで結合されていることを指すものであり、
結合される要素が物理的に直接接していない場合も含む
ものとする。

【００１８】上記の構成において波長選択素子として
は、反射型、透過型のいずれのものも用いることができ
る。

【００１９】反射型の波長選択素子を用いる場合は、こ
の波長選択素子と光波長変換素子との間に半導体レーザ
ーを配設してもよいし、あるいは、波長選択素子と半導
体レーザーとの間に光波長変換素子を配設してもよい。

【００２０】そしてこのような場合、つまり波長選択素
子が半導体レーザーと光波長変換素子との間に配設され
ることはない場合は、この波長選択素子の半導体レーザ
ーと反対側の端面が、その光導波路の延びる方向に対し
て斜めにカットされていることが望ましい。

【００２１】また、上述のようにはしないで、波長選択
素子を半導体レーザーと光波長変換素子との間に配設し
ても勿論構わない。

【００２２】そして、上述のような反射型の波長選択素
子としては、ＤＢＲグレーティングを有するものが好適
に用いられる。

【００２３】一方、波長選択素子として透過型のものを
用いる場合は、この波長選択素子を、半導体レーザー
と、この半導体レーザーに向けて光を反射させる反射面
を有する光波長変換素子との間に配設するのが望まし
い。

【００２４】また、波長選択素子を反射型、透過型のい
ずれとする場合も、この波長選択素子として、バンドパ
スフィルターが挿入された光導波路を有するものを好適
に用いることができる。

【００２５】そして、波長選択素子を構成する光導波路
は、例えばＬｉＮｂ_ｘ Ｔａ_１−ｘＯ_３ 光導波路や、
ＧｅＯ_２ ／ＳｉＯ_２ 光導波路等が適用可能である。

【００２６】一方、本発明の光波長変換モジュールを構
成する半導体レーザーとしては、波長選択素子等からな
る複合共振器により発振する構成のものを用いることが
できる。

【００２７】なお、半導体レーザーの駆動電流対光出力
特性におけるうねりの数は、外部共振器長が短くなれば
なるほど少なくなる。したがって、この駆動電流対光出
力特性におけるうねりの影響を少なくするために、外部
共振器長は３ｍｍ以下とするのが望ましい。

【００２８】

【発明の効果】本発明の光波長変換モジュールにおいて
は、半導体レーザーと直接的にあるいは間に光波長変換
素子を介して導波路型の波長選択素子が結合されている
ので、この波長選択素子から、光波長変換素子の波長変
換部の位相整合波長に選択された光を半導体レーザーに
戻すことができる。それにより、半導体レーザーの発振
波長を選択、ロックして、安定した出力の波長変換波を
得ることができる。

【００２９】そして導波路型の波長選択素子は、前述し
たようにＤＢＲ区間、位相制御区間および活性区間を持
つ発振波長可変のＤＢＲレーザー等と比べれば、高い歩
留まりで製造できるものであるから、それと、光波長変
換素子および一般的な半導体レーザーとを直接結合して
なる本発明の光波長変換モジュールは、比較的安価に形
成できるものとなる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
による光波長変換モジュールを示すものである。図示さ
れるようにこの光波長変換モジュールは、基本波として
のレーザービーム11を発する半導体レーザー10と、この
半導体レーザー10の一端側に直接接合された導波路型の
光波長変換素子15と、半導体レーザー10の他端側に直接
接合された導波路型の波長選択素子20とから構成されて
いる。

【００３１】光波長変換素子15は、非線形光学効果を有
する強誘電体であるＬｉＮｂＯ_３にＭｇＯが例えば５ m
ol％ドープされたもの（以下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）
の結晶からなる基板16に、そのＺ軸と平行な自発分極の
向きを反転させたドメイン反転部17が周期的に形成され
てなる周期ドメイン反転構造と、この周期ドメイン反転
構造に沿って延びるチャンネル光導波路18が形成されて
なるものである。

【００３２】以下図２〜４を参照して、この光波長変換
素子15の作製方法について説明する。図２は、この光波
長変換素子15を作製する一工程を示すものである。図中
のＭｇＯ−ＬＮ基板16は、図３に示すようにＭｇＯ−Ｌ
Ｎのインゴット16’をＺ軸方向に対して角度δ＝３°を
なす方向にカット、研磨して得られたものであり、単分
極化処理がなされて例えば厚さ0.3 ｍｍに形成されてい
る。なお、この研磨角度δ＝３°の精度は±0.1 °であ
る。

【００３３】以上のように形成されたＭｇＯ−ＬＮ基板
16の表面16ａ、16ｂと平行でＸ軸と直交する方向、およ
び基板表面16ａ、16ｂに対して垂直な方向はそれぞれ、
Ｚ軸方向およびＹ軸方向に対して角度δ＝３°をなす方
向となるので、これらの方向を便宜的にそれぞれＺ’方
向、Ｙ’方向と称する（以下、同様）。

【００３４】上記ＭｇＯ−ＬＮ基板16の表面16ａ、16ｂ
に、図２のようにそれぞれ櫛形電極５、平板電極６を取
り付け、＋Ｚ側に位置する櫛形電極５の方が正電位、−
Ｚ側に位置する平板電極６の方が負電位となるようにし
て、両電極５、６間にパルス電圧を印加すると、図４に
概略図示するように、＋Ｚ方向を向いていた基板16の自
発分極の向きが電圧印加部分において反転して、ドメイ
ン反転部17が形成される。なお上記自発分極の向きは、
基板表面16ａに対してδ＝３°傾いており、したがって
ドメイン反転部17の分極の向きも基板表面16ａに対して
同様に傾くことになる。

【００３５】本例では、櫛形電極５および平板電極６を
Ｃｒから形成したが、ＭｇＯ−ＬＮ基板16よりも電気伝
導度が十分低い材料ならば何でも電極材料として用いる
ことができる。櫛形電極５および平板電極６は周知のフ
ォトリソグラフィーによって形成することができ、厚さ
は例えば20〜100 ｎｍ、長さＬ_１ は例えば８ｍｍ、両
電極５、６間のギャップＧは例えば100 〜500 μｍとす
ればよい。また櫛形電極５の周期Λは4.75μｍ、電極指
の長さおよび幅はそれぞれ200μｍ、0.5 μｍとした。
そして平板電極６の幅、すなわちＺ’方向の寸法は100
μｍとした。

【００３６】上記の電圧印加は、電流のリークを防止す
るために真空中で行なった。このときの真空度は、例え
ば５×10^−５Torr以下とする。なお、このように真空中
で電圧印加する代わりに、絶縁オイル中で電圧印加する
ようにしてもよい。また印加電圧のパルス幅は、１〜10
sec とすればよい。

【００３７】各ドメイン反転部17は、印加電圧が大きい
程Ｚ軸と垂直な方向に大きく広がるようになる。周知の
ように、周期ドメイン反転構造を利用して波長変換する
場合の波長変換効率は、ドメイン反転部17と非反転部と
の導波方向の長さの比が１：１のときに最大となる。こ
の比が１：１となるのは、例えば上記ギャップＧが200
μｍの場合は印加電圧を約1500Ｖにしたとき、ギャップ
Ｇが400 μｍの場合は印加電圧を約3000Ｖにしたときで
ある。これらの最適電圧の値は、基板温度を室温に設定
した場合のものであり、基板温度を例えば200 ℃とする
と、各場合の最適電圧は約１／３となる。

【００３８】次に上記ＭｇＯ−ＬＮ基板16に、以下のよ
うにしてチャンネル光導波路18を形成した。まず、ドメ
イン反転が最も深くなっている櫛形電極５の先端近傍
に、周知のフォトリソグラフィーにより、Ｚ’方向の幅
が３〜12μｍ程度の金属（本例ではＴａ）のマスクを形
成する。その後このＭｇＯ−ＬＮ基板16に対して、ピロ
リン酸中で120〜200 ℃で30〜90分間プロトン交換処理
を行ない、Ｔａマスクをエッチング液で除去した後、大
気中において300〜410 ℃で30〜120分間アニールする。
以上の処理により、図１に示すように、ドメイン反転部
17の並び方向に沿って延びるチャンネル光導波路18が形
成される。

【００３９】なお上記プロトン交換処理およぴアニール
処理の条件は、上記の各範囲から、導波光のビーム径と
伝搬損が最適になる条件を選択すればよい。また上記マ
スクの幅は、目的とする波長（基本波900〜1100ｎｍ）
の範囲でシングルモード条件となるように選択する。

【００４０】その後このチャンネル光導波路18の両端面
18ａ、18ｂを含む素子端面を光学研磨し、端面18ａを含
む素子端面に基本波であるレーザービーム11に対するＡ
Ｒ（無反射）コートを施し、端面18ｂを含む素子端面に
後述する第２高調波19およびレーザービーム11に対する
ＡＲコートを施すと、図１に示した光波長変換素子15が
完成する。

【００４１】次に波長選択素子20の製造方法を、図５を
参照して説明する。まず同図（１）に示すようにＭｇＯ
−ＬＮ基板21の表面に、通常のフォトリソグラフィーに
よりレジスト22を形成する。なおこのＭｇＯ−ＬＮ基板
21としては、Ｘカット板あるいはＹカット板、さらには
ＭｇＯ−ＬＮ結晶を、該結晶のＺ軸をＺＸ面内でＸ軸側
に87°回転させた軸に対して垂直な面内でカットしたも
の（87°Ｚカット板）や、同様にＹ軸をＹＺ面内でＺ軸
側に３°回転させた軸に対して垂直な面内でカットした
もの（３°Ｙカット板）等が好適に使用される。波長選
択素子20と光波長変換素子15とを直接結合する場合は、
ビーム径を一致させるという観点から、波長選択素子20
と光波長変換素子15の基板方位が同一であるのが望まし
い。

【００４２】次いでＭｇＯ−ＬＮ基板21の表面にＴａ膜
をスパッタリング法により製膜し、レジスト22をリフト
オフすることにより、同図（２）に示すような幅３〜９
μｍのストライプ（Ｔａ膜の無い部分）を持つＴａマス
ク23を形成する。次に同図（３）に示すように、ピロリ
ン酸24中にこのＭｇＯ−ＬＮ基板21を浸漬してプロトン
交換を行ない、次に同図（４）に示すように大気中でア
ニールする。このときプロトン交換処理の条件は、例え
ばピロリン酸24の温度を150〜200 ℃とし、時間は30〜9
0分間とする。一方アニール処理の条件は、大気中にお
いて350〜410℃で１時間とする。次にＴａマスク23をエ
ッチングすると同図（５）に示すように、チャンネル光
導波路25が形成される。

【００４３】なお上記プロトン交換処理およぴアニール
処理の条件は、上記の各範囲から、導波光のビーム径と
伝搬損が最適になる条件を選択すればよい。また上記マ
スクの幅は、目的とする波長（基本波900〜1100ｎｍ）
の範囲でシングルモード条件となるように選択する。

【００４４】次に、チャンネル光導波路25の光伝搬方向
にＤＢＲグレーティングを形成する。まず同図（６）に
示すように、グレーティングのレジストパターン26を電
子ビームソグラフィーにより作成する。ここでグレーテ
ィングのピッチΛg は、導波光の波長をλ、チャンネル
光導波路25の実効屈折率をＮeff とすると Λg ＝ｑλ／２Ｎeff （ｑ＝１，２，３，……） である。本例ではｑ＝１、λ＝950 ｎｍ、Ｎeff ＝2.21
として、Λg ＝0.214μｍに設定した。

【００４５】その後、同図（７）に示すように、上記レ
ジストパターン26の上に高さ0.2μｍのＴａ_２ Ｏ_５
（屈折率＝２）を製膜してリフトオフすることにより、
ＤＢＲグレーティング27を形成した。グレーティング長
は１〜３ｍｍ程度とし、チップ長も１〜３ｍｍ程度とし
た。このとき、基本波であるレーザービーム11に対する
反射率は90％以上が得られるようにした。

【００４６】そして最後に、同図（８）に示すようにチ
ャンネル光導波路25の端面を含むＭｇＯ−ＬＮ基板21の
両端面を切断、光学研磨し、その研磨面上にＳｉＯ_２
の単層からなる、レーザービーム11に対するＡＲ（無反
射）コートを施すと、ＭｇＯ−ＬＮ基板21にチャンネル
光導波路25が形成され、この光導波路25に沿ってＤＢＲ
グレーティング27が形成されてなる波長選択素子20が完
成する。

【００４７】次に、この波長選択素子20と光波長変換素
子15との間に半導体レーザー10が位置する状態にしてそ
れら３者を直接接合すると、図１に示した本発明の第１
の実施形態による光波長変換モジュールが得られる。な
お半導体レーザー10の光出射面となる両端面には、レー
ザービーム11に対するＬＲ（低反射）コートが施されて
いる。本実施形態において、光波長変換素子15、半導体
レーザー10、波長選択素子20の素子長はそれぞれ、10ｍ
ｍ、１ｍｍ、１〜２ｍｍである。

【００４８】以下、この光波長変換モジュールの作用に
ついて説明する。半導体レーザー10の前方端面（図１中
の左端面）から発せられた中心波長950 ｎｍのレーザー
ビーム11は、光波長変換素子15のチャンネル光導波路端
面18ａから該光導波路18内に入射する。このレーザービ
ーム11はチャンネル光導波路18をＴＥモードで導波し
て、波長が１／２つまり475 ｎｍの第２高調波19に波長
変換される。その際、周期ドメイン反転領域で位相整合
（いわゆる疑似位相整合）が取られ、この第２高調波19
もチャンネル光導波路18を導波モードで伝搬して、光導
波路18の端面18ｂから出射する。

【００４９】半導体レーザー10の後方端面（図１中の右
端面）からも中心波長950 ｎｍのレーザービーム11が発
せられ、このレーザービーム11は、波長選択素子20のチ
ャンネル光導波路端面25ａから該光導波路25内に入射す
る。このレーザービーム11はチャンネル光導波路25を導
波し、ＤＢＲグレーティング27で反射回折して半導体レ
ーザー10に戻る。このとき、ＤＢＲグレーティング27の
波長選択作用により、反射回折するレーザービーム11の
波長が選択される。このように波長選択されたレーザー
ビーム11が半導体レーザー10に戻ることにより、該半導
体レーザー10の発振波長が選択、ロックされるので、安
定した出力の第２高調波19を得ることができる。

【００５０】具体的に、波長選択素子20の素子長が２ｍ
ｍの場合の第２高調波19の光強度対電流特性を、図１４
に例示する。この図１４の特性を図１３の特性と比較す
ると、外部共振器長が20ｍｍから２ｍｍと１／１０にな
っていることにより、光強度対電流特性のうねりの周期
ΔＩ（図１３参照）が大きくなり、実用上はこのうねり
が無くなるなったものとみなせる。

【００５１】そして導波路型の波長選択素子20は、ＤＢ
Ｒ区間、位相制御区間および活性区間を持つ発振波長可
変のＤＢＲレーザー等と比べれば高い歩留まりで製造で
きるものであるから、この波長選択素子20と、光波長変
換素子15と、一般的な半導体レーザー10とを直接結合し
てなる本実施形態の光波長変換モジュールは、比較的安
価に形成できるものとなる。

【００５２】次に図６を参照して、本発明の第２の実施
形態による光波長変換モジュールについて説明する。こ
の第２の実施形態の光波長変換モジュールは、図１に示
した第１実施形態のものと比較すると、波長選択素子20
に代えて別の方法で作成された波長選択素子30が用いら
れた点のみが異なるものであって、全体形状は図１のも
のと同様であるから、全体形状の図示は省略する。

【００５３】図６はこの波長選択素子30の作成手順を示
すものであり、以下、それに沿って説明する。まず同図
（１）に示すようにＳｉＯ_２ 基板31上に、プラズマＣ
ＶＤにより、ＧｅＯ_２ を混合したＳｉＯ_２ 膜32を３
〜10μｍ程度成膜する。次に同図（２）に示すように、
その上にフォトリソグラフィーによりストライプ状のレ
ジストパターン33を形成する。次いでＣＦ_４ ガスを用
いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりＧｅＯ
_２ ／ＳｉＯ_２ 膜32をエッチングして、同図（３）に
示すようにストライプを形成する。

【００５４】その後同図（４）に示すように、ＳｉＯ
_２ 基板31上に、プラズマＣＶＤによってＳｉＯ_２ を
成膜して上記ストライプを埋め込み、このＧｅＯ_２ ／
ＳｉＯ _２ ストライプからなるチャンネル光導波路32’
を形成する。次いで同図（５）に示すように、波長 248
ｎｍのエキシマレーザを用いた二光束干渉露光により、
光導波路32’の光が照射された部分の屈折率変化（上
昇）を利用してＤＢＲグレーティング34を形成する。

【００５５】次に同図（６）に示すように、チャンネル
光導波路32’の両端面を含む基板両端面を切断、光学研
磨し、それらの端面に例えばＳｉＯ_２ ／Ａｌ_２ Ｏ
_３ の３層コートからなる、基本波に対するＡＲコート
35を施すことにより、波長選択素子30が完成する。

【００５６】この波長選択素子30と、図１に示したよう
な光波長変換素子15および半導体レーザー10とを直接結
合してなる本実施形態の光波長変換モジュールも、第１
の実施形態の光波長変換モジュールと同様の効果を奏す
ることができる。

【００５７】次に図７を参照して、本発明の第３の実施
形態による光波長変換モジュールについて説明する。な
おこの図７において、図１中の要素と同等の要素には同
番号を付し、それらについての説明は省略する（以下、
同様）。

【００５８】この第３の実施形態の光波長変換モジュー
ルは、図１に示した第１実施形態のものと比較すると、
ＤＢＲグレーティングを有する波長選択素子20に代え
て、バンドパスフィルターが挿入された光導波路を有す
る波長選択素子40が用いられた点が異なるものである。

【００５９】図８はこの波長選択素子40の作成手順を示
すものであり、以下、それに沿って説明する。まず同図
（１）に示すようにＭｇＯ−ＬＮ基板41の表面に、通常
のフォトリソグラフィーによりレジスト42を形成する。
なおこのＭｇＯ−ＬＮ基板41としては、Ｘカット板ある
いはＹカット板、さらにはＭｇＯ−ＬＮ結晶を、該結晶
のＺ軸をＺＸ面内でＸ軸側に87°回転させた軸に対して
垂直な面内でカットしたもの（87°Ｚカット板）や、同
様にＹ軸をＹＺ面内でＺ軸側に３°回転させた軸に対し
て垂直な面内でカットしたもの（３°Ｙカット板）等が
好適に使用される。波長選択素子20と光波長変換素子15
とを直接結合する場合は、ビーム径を一致させるという
観点から、波長選択素子20と光波長変換素子15の基板方
位が同一であるのが望ましい。

【００６０】次いでＭｇＯ−ＬＮ基板41の表面にＴａ膜
をスパッタリング法により製膜し、レジスト22をリフト
オフすることにより、同図（２）に示すような幅３〜９
μｍのストライプ（Ｔａ膜の無い部分）を持つＴａマス
ク43を形成する。次に同図（３）に示すように、ピロリ
ン酸44中にこのＭｇＯ−ＬＮ基板41を浸漬してプロトン
交換を行ない、次に同図（４）に示すように大気中でア
ニールする。このときプロトン交換処理の条件は、例え
ばピロリン酸44の温度を150〜200 ℃とし、時間は30〜9
0分間とする。一方アニール処理の条件は、大気中にお
いて350〜410℃で１時間とする。次にＴａマスク43をエ
ッチングすると同図（５）に示すように、チャンネル光
導波路45が形成される。

【００６１】なお上記プロトン交換処理およぴアニール
処理の条件は、上記の各範囲から、導波光のビーム径と
伝搬損が最適になる条件を選択すればよい。また上記マ
スクの幅は、目的とする波長（基本波900〜1100ｎｍ）
の範囲でシングルモード条件となるように選択する。

【００６２】次に、チャンネル光導波路45の一部にバン
ドパスフィルターを挿入する。まず同図（６）に示すよ
うにＭｇＯ−ＬＮ基板41に、ダイシングソーを用いて、
チャンネル光導波路45を横断する溝46を形成する。この
とき、チャンネル光導波路45の延びる方向に対する溝46
の傾き角は、バンドパスフィルターの透過中心波長と、
光波長変換素子15における第２高調波の位相整合波長と
の関係から決定する。すなわち、上記傾き角をより大き
く設定するほど透過中心波長が短波長化するという性質
を利用する。

【００６３】次に同図（７）に示すように、チャンネル
光導波路45の両端面を含む基板両端面を光学研磨し、反
射型の波長選択素子を得る場合は一方の端面にＡＲコー
ト、他方の端面にＨＲコートを施す。また、透過型の波
長選択素子を得る場合は両方の端面に基本波に対するＡ
Ｒコートを施す。次に同図（８）に示すように、上記溝
46にバンドパスフィルター48を挿入すると、波長選択素
子40が完成する。このバンドパスフィルター48は、例え
ばＢＫ７ガラス上にイオンアシスト蒸着により誘電体多
層膜を形成し、そのＢＫ７ガラスは板厚が10μｍ以下と
なるように薄く研磨した。なお本例における素子長は、
１ｍｍ以下とした。

【００６４】この波長選択素子40と、第１および第２実
施形態のものと同様の光波長変換素子15および半導体レ
ーザー10とを直接結合してなる本実施形態の光波長変換
モジュールも、第１および第２の実施形態の光波長変換
モジュールと同様の効果を奏することができる。

【００６５】次に図９を参照して、本発明の第４の実施
形態による光波長変換モジュールについて説明する。こ
の第４実施形態の光波長変換モジュールは図１に示した
第１実施形態のものと比較すると、半導体レーザー10、
光波長変換素子15および波長選択素子20の配置関係が異
なるものであり、ここでは、光波長変換素子15が半導体
レーザー10と波長選択素子20との間に配設されている。

【００６６】この場合、半導体レーザー10が発する基本
波としてのレーザービームの波長に対して、該半導体レ
ーザー10の光波長変換素子15側の端面およびそれと反対
側の端面にはそれぞれＬＲ（低反射）コート、ＨＲ（高
反射）コートが、光波長変換素子15の両端面にはともに
ＡＲ（無反射）コートが、そして波長選択素子20の光波
長変換素子15側の端面およびそれと反対側の端面にはそ
れぞれＡＲコート、ＡＲコートが施されている。

【００６７】このような構成においても、波長選択素子
20に入射した基本波の一部がそこで波長選択されつつ反
射回折して半導体レーザー10に戻り、それにより半導体
レーザー10の発振波長が選択、ロックされるので、安定
した出力の第２高調波を得ることができる。

【００６８】本装置においては、上述のように基本波を
反射回折させる波長選択素子20と、半導体レーザー10の
ＨＲコートが施された端面との間、かつ半導体レーザー
10の両端面の間で基本波を共振させる複合共振器が構成
されている。

【００６９】次に図１０を参照して、本発明の第５の実
施形態による光波長変換モジュールについて説明する。
この第５実施形態の光波長変換モジュールも図１に示し
た第１実施形態のものと比較すると、半導体レーザー1
0、光波長変換素子15および波長選択素子20の配置関係
が異なるものであり、ここでは、波長選択素子20が半導
体レーザー10と光波長変換素子15との間に配設されてい
る。

【００７０】この場合、半導体レーザー10が発する基本
波としてのレーザービームの波長に対して、該半導体レ
ーザー10の波長選択素子20側の端面およびそれと反対側
の端面にはそれぞれＬＲコート、ＨＲコートが、波長選
択素子20の両端面にはともにＡＲコートが、そして光波
長変換素子15の両端面にはともにＡＲコートが施されて
いる。

【００７１】このような構成においても、波長選択素子
20に入射した基本波の一部がそこで波長選択されつつ反
射回折して半導体レーザー10に戻り、それにより半導体
レーザー10の発振波長が選択、ロックされるので、安定
した出力の第２高調波を得ることができる。

【００７２】本装置においても、上述のように基本波を
反射回折させる波長選択素子20と、半導体レーザー10の
ＨＲコートが施された端面との間、かつ半導体レーザー
10の両端面の間で基本波を共振させる複合共振器が構成
されている。

【００７３】次に図１１を参照して、本発明の第６の実
施形態による光波長変換モジュールについて説明する。
この第６実施形態の光波長変換モジュールも図１に示し
た第１実施形態のものと同様に、半導体レーザー10が波
長選択素子20と光波長変換素子15との間に配設されてい
る。

【００７４】この場合、半導体レーザー10が発する基本
波としてのレーザービームの波長に対して、該半導体レ
ーザー10の両端面にはともにＬＲコートが、波長選択素
子20の両端面にはともにＡＲコートが、そして光波長変
換素子15の両端面にはともにＡＲコートが施されてい
る。

【００７５】この構成においては、半導体レーザー10か
ら光波長変換素子15と反対側に出射したレーザービーム
（いわゆる後方出射光）が波長選択素子20で波長選択さ
れつつ反射回折して半導体レーザー10に戻り、それによ
り半導体レーザー10の発振波長が選択、ロックされるの
で、安定した出力の第２高調波を得ることができる。

【００７６】なお本実施形態では特に、波長選択素子20
の半導体レーザー10と反対側の端面20ａが、該波長選択
素子20の光導波路の延びる方向に対して斜めにカットさ
れているので、この端面20ａで反射した基本波が波長選
択素子20の光導波路に再入射することがなくなる。そう
であれば、この再入射した基本波が半導体レーザー10に
いわゆる戻り光となって入射することがなくなるので、
この戻り光によるノイズの発生や出力変動の問題を防止
することができる。

【００７７】次に図１５を参照して、本発明の第７の実
施形態による光波長変換モジュールについて説明する。
この第７実施形態の光波長変換モジュールは、透過型の
波長選択素子120が半導体レーザー10と光波長変換素子1
5との間に配設されてなるものである。

【００７８】この場合、半導体レーザー10が発する基本
波としてのレーザービームの波長に対して、該半導体レ
ーザー10の両端面にはともにＬＲコートが、波長選択素
子120の両端面にはともにＡＲコートが、そして光波長
変換素子15の波長選択素子120の端面にはＡＲコート
が、その反対側の端面にはＨＲコートが施されている。

【００７９】この構成において、波長選択素子120を透
過して波長選択された基本波は、上記光波長変換素子15
のＨＲコートが施された端面で反射して半導体レーザー
10に戻る。それにより本例においても、半導体レーザー
10の発振波長が選択、ロックされるので、安定した出力
の第２高調波を得ることができる。

【００８０】なお、本出願人による特願平１１−１４１
３１１号明細書に記載されているように、半導体レーザ
ーの駆動電流に高周波を重畳して半導体レーザーの縦モ
ード競合による波長変換波の光量変動を抑制する技術が
知られている。本発明の光波長変換モジュールにおいて
も、この高周波重畳駆動を行なえば、波長変換波につい
てより滑らかな光強度対電流特性を得ることができる。

【００８１】また特開平１０−１６１１６５号に示され
るように、電気光学効果および非線形光学効果を有する
基板上に波長変換部を有する光導波路と、そこを導波す
る導波光を変調する電気光学光変調器とを形成してなる
導波路型光変調素子が公知となっているが、本発明の光
波長変換素子は、このような電気光学光変調器を設けて
波長変換波を変調するように構成することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光波長変換モジュ
ールを示す概略平面図

【図２】上記光波長変換モジュールを構成する光波長変
換素子を作成する様子を示す概略図

【図３】図２の光波長変換素子に用いられる基板のカッ
ト状態を説明する概略図

【図４】図２の光波長変換素子に形成されるドメイン反
転部を示す概略斜視図

【図５】図１の光波長変換モジュールを構成する波長選
択素子を作成する様子を示す概略図

【図６】本発明の第２実施形態による光波長変換モジュ
ールを構成する波長選択素子を作成する様子を示す概略
図

【図７】本発明の第３実施形態による光波長変換モジュ
ールを示す概略平面図

【図８】図７の光波長変換モジュールを構成する波長選
択素子を作成する様子を示す概略図

【図９】本発明の第４実施形態による光波長変換モジュ
ールを示す概略平面図

【図１０】本発明の第５実施形態による光波長変換モジ
ュールを示す概略平面図

【図１１】本発明の第６実施形態による光波長変換モジ
ュールを示す概略平面図

【図１２】半導体レーザーの駆動電流変化による発振波
長の変化の様子を示すグラフ

【図１３】従来の光波長変換素子モジュールにおける第
２高調波の光強度対電流特性の一例を示すグラフ

【図１４】本発明の光波長変換素子モジュールにおける
第２高調波の光強度対電流特性の一例を示すグラフ

【図１５】本発明の第７実施形態による光波長変換モジ
ュールを示す概略平面図

【図１６】従来の光波長変換モジュールの一例を示す概
略側面図

【符号の説明】

10 半導体レーザー 11 レーザービーム（基本波） 15 光波長変換素子 16 ＭｇＯ−ＬＮ結晶基板 17 ドメイン反転部 18 チャンネル光導波路 18ａ、18ｂ チャンネル光導波路の端面 19 第２高調波 20、120 波長選択素子 25 チャンネル光導波路 27 ＤＢＲグレーティング 30 波長選択素子 32’ チャンネル光導波路 34 ＤＢＲグレーティング 30 波長選択素子 40 波長選択素子 41 ＭｇＯ−ＬＮ基板 45 チャンネル光導波路 48 バンドパスフィルター 50 半導体レーザー 51 強誘電体結晶基板 52 光導波路 53 ドメイン反転部 54 コリメーターレンズ 55 集光レンズ 56 ミラー 57 狭帯域バンドパスフィルター 60 光波長変換素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本波としてのレーザービームを発する
   半導体レーザーと、前記レーザービームの波長を選択す
   る導波路型の波長選択素子と、前記レーザービームを波
   長変換する光波長変換素子とが互いに直接結合されてな
   る光波長変換モジュール。
2. 【請求項２】 前記波長選択素子として反射型のものが
   用いられ、この波長選択素子と前記光波長変換素子との
   間に前記半導体レーザーが配設されていることを特徴と
   する請求項１記載の光波長変換モジュール。
3. 【請求項３】 前記波長選択素子として反射型のものが
   用いられ、 この波長選択素子と前記半導体レーザーとの間に前記光
   波長変換素子が配設されていることを特徴とする請求項
   １記載の光波長変換モジュール。
4. 【請求項４】 前記波長選択素子として反射型のものが
   用いられ、 この波長選択素子の前記半導体レーザーと反対側の端面
   が、その光導波路の延びる方向に対して斜めにカットさ
   れていることを特徴とする請求項２または３記載の光波
   長変換モジュール。
5. 【請求項５】 前記波長選択素子として反射型のものが
   用いられ、 この波長選択素子が、前記半導体レーザーと前記光波長
   変換素子との間に配設されていることを特徴とする請求
   項１記載の光波長変換モジュール。
6. 【請求項６】 前記波長選択素子が、ＤＢＲグレーティ
   ングを有するものであることを特徴とする請求項１から
   ５いずれか１項記載の光波長変換モジュール。
7. 【請求項７】 前記波長選択素子として透過型のものが
   用いられ、 この波長選択素子が、前記半導体レーザーと、この半導
   体レーザーに向けて光を反射させる反射面を有する光波
   長変換素子との間に配設されていることを特徴とする請
   求項１記載の光波長変換モジュール。
8. 【請求項８】 前記波長選択素子が、バンドパスフィル
   ターが挿入された光導波路を有するものであることを特
   徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光波長変換
   モジュール。
9. 【請求項９】 前記波長選択素子が、ＬｉＮｂ_ｘ Ｔａ
   _１−ｘＯ_３ 光（０≦ｘ≦１）導波路からなるものであ
   ることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の
   光波長変換モジュール。
10. 【請求項１０】 前記波長選択素子が、ＧｅＯ_２ ／Ｓ
    ｉＯ_２ 光導波路からなるものであることを特徴とする
    請求項１から８いずれか１項記載の光波長変換モジュー
    ル。
11. 【請求項１１】 前記半導体レーザーが複合共振器によ
    り発振する構成とされていることを特徴とする請求項１
    から１０いずれか１項記載の光波長変換モジュール。