JP2002303905A

JP2002303905A - 光学装置

Info

Publication number: JP2002303905A
Application number: JP2001109596A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Kiminori Mizuuchi; 公典水内; Yasuo Kitaoka; 康夫北岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】光波長変換を行うＳＨＧ素子の位置ずれを防
止する。【解決手段】位置決め部材５を設け、ＳＨＧ素子７の
出射端部と位置決め部材５を接合する。温度変化、振動
等により、ＳＨＧ素子７に力が働き、ＳＨＧ素子７が位
置ずれしようとしても、位置決め部材５がＳＨＧ素子７
の出射端部を係止し、ＳＨＧ素子７の位置ずれを防止す
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、コヒーレント光を
利用する光情報処理分野、光通信分野または光計測分野
に使用する光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年光学的情報の記録あるいは伝送技術
の発展はめざましく、高密度情報記録あるいは大容量、
高速情報伝達の手段としてレーザ光を強度変調して情報
の記録再生を行う光ディスク装置や、大容量情報伝送を
行う光情報伝送機器などで信頼性の高い装置やシステム
が普及し始めている。これらの機器やシステムを一層高
密度化、高速化、大容量化するために、従来の赤外光や
赤色といった波長８００ｎｍクラスのレーザ光から青色
光や紫色光といった、より波長の短い４００ｎｍクラス
の光源が求められている。

【０００３】そのような中、ＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０
≦Ｘ≦１）等の基板に分極反転構造を有した光波長変換
素子であるＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子
は、現在の技術で容易に作れる８００ｎｍクラスの半導
体レーザを用いて、その半分の波長である４００ｎｍク
ラスの紫色光を比較的容易に得られる技術として、注目
されている。

【０００４】従来技術としてのＳＨＧ素子を用いた光学
装置は、特開平６−３３８６５０号公報等で既に公開さ
れ、前記した光ディスク装置や光伝送、多色光ディスプ
レーなどの分野で活用するための研究開発が盛んに行わ
れている。従来例の構造を図９により簡単に説明する。
図９（ａ）は最も基本的な構造を示し、光学装置１０１
は、パッケージ１０２を有し、パッケージ１０２は、中
空部１０３を有する略直方体状に形成され、パッケージ
１０２の下面内壁には、Ｓｉ等からなり固定及び放熱を
行うサブマウント１０４ａが接合される。そして、サブ
マウント１０４ａの上面に半導体レーザ１０６とＳＨＧ
素子１０７がそれぞれ接合されパッケージ内に固定され
ている。半導体レーザから出射された約８００ｎｍ波長
の基本はＰ１は、ＳＨＧ素子内で波長約４００ｎｍの２
次高調波Ｐ２に変換され、パッケージに設けられた、透
光性の光出射窓から取り出すことができる。

【０００５】また図９（ｂ）に他の従来例を示す。光学
装置１０１は、パッケージ１０２を有し、パッケージ１
０２は、中空部１０３を有する略直方体状に形成され、
パッケージ１０２の下面内壁には、Ｓｉ等からなり固定
及び放熱を行うサブマウント１０４ｂと石英等の支え１
０５とが接合される。そして、サブマウント１０４ｂの
上面に半導体レーザ１０６とＳＨＧ素子１０７の入射部
近傍とがそれぞれ接合される。また、支え１０５の上
に、ＳＨＧ素子１０７が接合されＺ軸方向の位置決め、
およびＳＨＧ素子へ半導体レーザ１０６の発熱を伝わり
にくくしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したようなＳｉの
サブマウント上に半導体レーザおよびＳＨＧ素子を配置
する図９（ａ）に示すような従来技術では、Ｓｉサブマ
ウントの素子固定面積が３６ｍｍ²ほどになりＳｉウエ
ハからの取れ数が少なく非常に高価なものになると言う
課題があった。

【０００７】また図９（ａ）、（ｂ）で示す従来例とも
に、振動等により、ＳＨＧ素子にＸ軸方向の力がかかっ
た場合に、ＳＨＧ素子を係止するものがなく、ＳＨＧ素
子の位置ずれが生じ易く、その結果、ＳＨＧ素子１０７
の出射位置がずれるという問題が生じ、光学装置１を光
ディスクのヘッドに使用する場合、収差が出安くなると
言う課題があった。これを詳しく説明すると、ＳＨＧ素
子１０７の出射位置が数μｍずれると、パッケージの光
出射窓の近傍に精度良く配置され、発散光を平行光に成
形するコリーメータレンズからのビームが平行光からず
れ、ビーム整形プリズムで収差が発生、結果的に集光の
際の収差として光ディスク装置などの再生に影響してい
た。

【０００８】また、急激な温度変化が生じると、ＳＨＧ
素子１０７とパッケージ１０２とが膨張する。この際、
パッケージ１０２と支え１０５、および支え１０５とＳ
ＨＧ素子１０７とがそれぞれ十分に接合されていると、
ＳＨＧ素子１０７とパッケージ１０２のそれぞれ膨張率
の差により、ＳＨＧ素子１０７に力が働き、ＳＨＧ素子
１０７が割れてしまうおそれがあった。

【０００９】本発明は、Ｓｉサブマントの面積を小さく
し、かつＳＨＧ素子の出射端部の位置ずれを防止し、Ｓ
ＨＧ素子の破壊を防止する光学装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、半
導体レーザの基本波がＳＨＧ素子の光導波路と光学的に
結合され、前記半導体レーザとＳＨＧ素子とをパッケー
ジ内に固定し、かつ前記パッケージの光出射面と前記Ｓ
ＨＧ素子の間に位置決め部材を備え、前記位置決め部材
にＳＨＧ素子の一部が接合されているという構成を有
し、ＳＨＧ素子およびパッケージの光出射面が、位置決
め部材により固定されるため、環境変化や振動によって
も出射光の位置ずれを抑えることができるという作用を
有する。

【００１１】本発明の位置決め部材は、ＳＨＧ素子を係
止する係止部を有し、出射光の位置ずれを抑える機能を
より強化することができる。

【００１２】本発明の光学装置は、パッケージの膨張率
と前記ＳＨＧ素子の膨張率とが近似することを特徴と
し、温度変化によるＳＨＧ素子の破壊を防ぐ事ができる
ものである。

【００１３】本発明の光学装置は、半導体レーザがサブ
マウント上に固定されてパッケージ内に固定され、かつ
前記ＳＨＧ素子の一部が前記サブマウント上に固定され
ている構成により、サブマウントの面積を小さくでき、
かつ半導体レーザの発熱を効果的に放熱すると共に、そ
の熱をＳＨＧ素子に伝えにくくするという作用を有す
る。

【００１４】本発明の光学装置は、サブマウントとＳＨ
Ｇ素子とを接合する接合部材の強度が、前記パッケージ
と前記ＳＨＧ素子とを接合する接合部材の強度より大き
いことを特徴とし、温度変化による膨張でＳＨＧ素子が
破壊されるのを防ぐという作用を有する。

【００１５】本発明の光学装置は、半導体レーザの基本
波がＳＨＧ素子の光導波路と光学的に結合され、半導体
レーザとＳＨＧ素子とをそれぞれパッケージと接合する
ことで、より小型化を実現する事ができるという作用を
有する。

【００１６】本発明の光学装置は、半導体レーザとＳＨ
Ｇ素子が直接接合されているものであり、高効率の光波
長変換および小型化を実現することができるという作用
を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の光学
装置の構成を説明する。図１は一実施の形態の構造図を
示し、図１（ａ）はその側面断面図である。光学装置１
は、半導体レーザ６で生じた基本波Ｐ１を基本波Ｐ１よ
りも波長の短い高調波Ｐ２に変換する。光学装置１は、
パッケージ２に納められており、パッケージ２は、中空
部３を有する略直方体状に形成され、Ｙ軸方向（光出射
方向）の膨張率が１９×１０^-6／度である真鍮で構成さ
れる。パッケージ２は、高調波Ｐ２が外部に出射される
出射面にコーティングされたガラスによる光出射窓８を
有する。高調波Ｐ２が外部に出射される際には、光出射
窓８は赤外光を取り除き、青色光を透過させるフィルタ
ーの役目、およびパッケージと外部の空間を遮断する役
目を果たす。パッケージ２の下面内壁には、Ｓｉからな
るサブマウント４と位置決め部材５とがそれぞれ接合さ
れる。

【００１８】位置決め部材５は、後述する基本波Ｐ１を
高調波Ｐ２に変換するＳＨＧ素子７の出射部７ｂ近傍の
導波路形成面である底面を固定し位置決めをする。位置
決め部材５は、真鍮又は石英からなり、ＳＨＧ素子７の
下方端部を接着などにより固定し、光出射窓８からＳＨ
Ｇ素子までの距離およびパッケージ２の下面内壁からの
高さを安定に保つ役割を果たすものであり、サブマウン
ト４のＺ軸方向の幅と同じになるように、本実施の形態
では、０．５ｍｍに設定されている。

【００１９】サブマウント４の上面には、８００ｎｍ帯
の半導体レーザ６が接合される。半導体レーザ１２は、
活性層を有し、活性層が半導体レーザ６の基板にエピ成
長された面である活性層の形成面をサブマウント４に向
き合うように配置する。また、サブマウント４の上面に
は、ＳＨＧ素子７の入射部７ａ近傍が接合され、位置決
め部材５とＳＨＧ素子７の出射部近傍とが接合される。

【００２０】本実施の形態において各素子の大きさは、
半導体レーザ６が幅１ｍｍ×長さ１ｍｍ×高さ０．３ｍ
ｍ、ＳＨＧ素子が幅１ｍｍ×長さ１２ｍｍ×高さ０．５
ｍｍ、サブマウントが幅１ｍｍ×長さ２ｍｍ×高さ０．
５ｍｍ、位置決め部材が幅１ｍｍ×長さ１ｍｍ×高さ
０．５ｍｍ、パッケージは幅３ｍｍ×長さ１５ｍｍ×高
さ３ｍｍと極めて小型の素子である。またサブマント上
にＳＨＧ素子７の入射部近傍が固定される長さは０．５
ｍｍ〜３ｍｍ程度、位置決め部材５にＳＨＧ素子７の出
射部７ｂ近傍が固定される長さは０．３ｍｍ〜１ｍｍ程
度であり、サブマント上で固定される長さは、ＳＨＧ素
子と半導体レーザを精度良く固定することから位置決め
部材上の固定長より長くされ、このことは、接着強度も
サブマント側を強くすることに役に立つものである。

【００２１】図１（ｂ）は上記した光学装置１の上面断
面図を示している。パッケージ２のほぼ中心線に沿っ
て、前記したサブマウント２、半導体レーザ６、ＳＨＧ
素子７、位置決め部材５、光出射窓８は配置されてい
る。ここでは、パッケージの中心線に沿ってほぼ中央に
各素子が直線で配置された例を示したが、ＳＨＧ素子端
面を意識的に傾斜させたものの場合は、光出射窓に対し
光が垂直方向で出射させるために、ＳＨＧ素子端面が傾
斜している量に相当する角度を、パッケージ内で傾斜し
て配置することは、本発明の範囲内である。

【００２２】また、図１（ｃ）で示すように、サブマン
ト４上には、半導体レーザを駆動するための電極が設け
られ、それぞれの駆動用端子がパッケージの外に導体に
より引き出されている。本実施の形態では、半導体レー
ザ６は、波長安定化するためのフィードバック構造を有
するものであり、一般的にＤＢＲレーザと呼ばれてい
る。端子ＬＤは共通グランド端子ＧＮＤとの間にレーザ
発光用の電流を流すためのものである。ＤＢＲ端子は後
ろ光を反射させるための回折素子の屈折率を温度により
変化させ、波長を安定化するための制御用電流を流す端
子であり、ＰＨ端子は、半導体レーザの導波路の屈折率
を温度により変化させ、発振光の位相を制御するための
制御端子である。ＤＢＲ端子、ＰＨ端子共にＧＮＤ端子
との間に波長安定化の為の制御電流を流す為のものであ
る。図示はしないが、必要に応じ半導体レーザからの後
ろ光を検出し、レーザの出力強度を制御するための光検
出器および、その為の端子をサブマント上に設け外部に
取り出す構造を有するようにしても良い。

【００２３】上記した構造により、本発明の光学装置
は、パッケージの光出射窓８と、ＳＨＧ素子７、半導体
レーザの位置決めがより確実になり、経時変化や温度変
化、衝撃などに対しても安定に二次高調波である青色光
をパッケージの光出射窓から取り出すことが可能になる
ものである。

【００２４】なお、位置決め部材５は石英で説明した
が、真鍮やステンレスなどパッケージと同じ材質で構成
することも有効であり、その場合は位置決め部材を一体
成型したパッケージを用いることができ、一層の低コス
ト化を可能にできるものである。

【００２５】本発明の光学装置における他の実施の形態
の構造図を図２に示す。光学装置１０は、半導体レーザ
１２で生じた基本波Ｐ１を基本波Ｐ１よりも波長の短い
高調波Ｐ２に変換し、光学装置１０は、パッケージ１４
を有する。

【００２６】パッケージ１４は、中空部１６を有する略
直方体状に形成され、Ｙ軸方向（光出射方向）の膨張率
が１９×１０^-6／度である真鍮で構成される。パッケー
ジ１４は、高調波Ｐ２が外部に出射される出射面１８に
コーティングされたガラスによる光出射窓２０を有す
る。高調波Ｐ２が外部に出射される際には、光出射窓２
０は赤外光を取り除き、青色光を透過させるフィルター
の役目を果たす。パッケージ１４の下面内壁には、Ｓｉ
からなるサブマウント２２と位置決め部材２４とがそれ
ぞれ接合される。

【００２７】位置決め部材２４は、後述する基本波Ｐ１
を高調波Ｐ２に変換するＳＨＧ素子２６の位置決めをす
る。位置決め部材２４は、石英からなり、ＳＨＧ素子２
６の下方端部を係止する凹部からなる係止部２８を有す
る。係止部２８は、図２およびパッケージ１４の出射面
１８近傍の上面図である図３が示すように、ＳＨＧ素子
２６の下方端部に沿うように形成される。位置決め部材
２４は、Ｙ軸方向（光出射方向）の最短距離が、Ｌ１に
なるように設定される。また、図２に示すように、ＳＨ
Ｇ素子２６のＺ軸方向の最短幅Ｌ２が、サブマウント２
２のＺ軸方向の幅と同じになるように（本実施の形態で
は、０．５ｍｍ）設定される。

【００２８】サブマウント２２の上面には、８００ｎｍ
帯の半導体レーザ１２が接合される。

【００２９】本実施の形態では、半導体レーザ１２は波
長８２０ｎｍ、出力１００ｍＷのものを用いる。半導体
レーザ１２は、活性層３０を有し、活性層３０が半導体
レーザ１２の基板にエピ成長された面である活性層３０
の形成面３２をサブマウント２２に向き合うように配置
する。また、サブマウント２２の上面には、ＳＨＧ素子
２６の入射部近傍が接合され、位置決め部材２４の係止
部２８とＳＨＧ素子２６の出射部近傍とが接合される。

【００３０】ＳＨＧ素子２６はＹ軸方向（光出射方向）
の膨張率が１５×１０^-6／度である非線形光学効果を有
するＬｉＮｂＯ₃からなる基板３４を有する。基板３４
には、燐酸中でのプロトン交換により周期状分極反転層
３６および光導波路３８が形成される。ここで用いたプ
ロトン交換光導波路３８は屈折率変化が大きく、光の閉
じ込めが良く基本波Ｐ１から高調波Ｐ２への変換効率が
高いという特徴がある。光導波路３８は、基本波Ｐ１を
高調波Ｐ２に変換する波長変換部４０を有する。半導体
レーザ１２で生じた熱がサブマウント２２を介して波長
変換部４０に伝わらないように、ＳＨＧ素子２６の波長
変換部４０に対応する部分には、サブマウント２２が接
合されない。ＳＨＧ素子２６にプロトン交換により光導
波路３８が形成された面である光導波路３８の形成面４
２が、サブマウント２２および位置決め部材２４に向き
合うように配置されている。

【００３１】また、半導体レーザ１２の活性層３０とＳ
ＨＧ素子２６の光導波路３８は同軸上に配置され、半導
体レーザ１２の基本波Ｐ１がＳＨＧ素子２６の光導波路
３８へ直接結合する構成となっている。なお、半導体レ
ーザ１２の活性層３０とＳＨＧ素子２６の光導波路３８
とを同軸上に配置するために、ＳＨＧ素子２６の下面に
ＳｉＯ₂保護膜を付加して調整しても良い。本実施の形
態では、サブマウント２２の上面からの光導波路３８の
高さは４μｍとなっている。

【００３２】半導体レーザ１２を駆動し活性層３０から
出射された半導体レーザ光である基本波Ｐ１（波長８２
０ｎｍ）をＳＨＧ素子２６の入射面４４より光導波路３
８に直接結合させる。すると、基本波Ｐ１はシングルモ
ード伝搬し、光導波路３８内の波長変換部４０で高調波
Ｐ２（波長４１０ｎｍ）に変換され、青色レーザ光がＳ
ＨＧ素子２６の出射面４６より出射される。

【００３３】次に光学装置１０の製造方法について説明
する。半導体レーザ１２を活性層３０の形成面３２をサ
ブマウント２２側に向けてボンディングを行い各電極を
半導体レーザにボンディングし、発光動作可能な状態に
する。そして、半導体レーザ１２に電流を流し基本波Ｐ
１を出射させた後、光導波路３８の形成面４２をサブマ
ウント２２側に向けて、ＳＨＧ素子２６を半導体レーザ
１２に押し当て接合する。次に、ＳＨＧ素子２６を位置
決め部材２４の係止部に接着した後、半導体レーザ１２
とＳＨＧ素子が接合されたサブマウント２２をパッケー
ジ１４の下面内壁に接合する。

【００３４】この際、ＳＨＧ素子２６の入射面４４は、
光導波路３８の形成面４２に対して９０度以下の角度と
なっており、半導体レーザ１２の出射面４８と完全接触
して、半導体レーザを破壊することはない。また、入射
面４８での反射による活性層３０への戻り光を少なくで
きる。

【００３５】半導体レーザ１２とＳＨＧ素子２６との接
合の際には、高調波Ｐ２の出力が最大になるようにＳＨ
Ｇ素子２６を半導体レーザ１２に対して動かして、Ｘ軸
方向のアライメントを行い、その後、ＳＨＧ素子２６を
サブマウント２２と接合する。レンズ系を用いる光学装
置１０ではＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向の
アライメントが必要であるが、この構成によればＸ軸方
向のみのアライメントで良い。これは、ＳＨＧ素子２６
は半導体レーザ１２に押し当てられて位置決めされるた
め、Ｙ軸方向のアライメントを行う必要がないからであ
る。

【００３６】また、半導体レーザ１２の活性層３０とＳ
ＨＧ素子２６の光導波路３８のそれぞれの高さは一致す
るように設定されているため、Ｚ軸方向のアライメント
を行う必要ない。パッケージ１４と接合された位置決め
部材２４と、ＳＨＧ素子２６とを接合することで、位置
決め部材２４のＹ軸方向の最短距離をＬ１に設定してい
るため、ＳＨＧ素子２６の出射面４６をパッケージ１４
の出射面１８から距離Ｌ１の位置に位置決めできる。そ
の後、パッケージ１４に、窒素ガスを入れ外気と遮断す
る。

【００３７】以上のように作製した光学装置１０におい
て半導体レーザ１２を１００ｍＷで駆動し３０ｍＷの高
調波Ｐ２（波長４１０ｎｍ）を得た。この場合の変換効
率は３０％である。

【００３８】本実施の形態のサブマウント２２、半導体
レーザ１２およびＳＨＧ素子２６からなるモジュールの
大きさは幅４×長さ１０×高さ４ｍｍであり、小型化で
きる。

【００３９】また、振動等によりＳＨＧ素子２６に力が
働き、ＳＨＧ素子２６がＸ軸方向に位置ずれしようとし
ても、位置決め部材２４の係止部２８がＳＨＧ素子２６
の出射端部を係止し、ＳＨＧ素子２６の位置ずれが防止
できる。

【００４０】また、振動等によりＳＨＧ素子２６に力が
働き、ＳＨＧ素子２６がＹ軸方向に位置ずれしようとし
ても、位置決め部材２４の係止部２８がＳＨＧ素子２６
の出射端部を係止し、また、半導体レーザ１２がＳＨＧ
素子２６の入射端部を係止するため、ＳＨＧ素子２６の
位置ずれが防止できる。

【００４１】また、振動等によりＳＨＧ素子２６に力が
働き、ＳＨＧ素子２６がＺ軸方向でかつ、サブマウント
２２側に位置ずれしようとしても、位置決め部材２４の
係止部２８がＳＨＧ素子２６を係止し、ＳＨＧ素子２６
の位置ずれが防止できる。

【００４２】光ヘッドにこの光学装置１０を組み込み、
高密度光ディスク記録、再生を行った。ＳＨＧ素子２６
の出射端部が位置決めされているため、安定に光ディス
ク記録および再生を行うことができる。

【００４３】また、光学装置１０に用いるサブマウント
２２の体積は、ＳＨＧ素子２６全面にサブマウント２２
を接合した場合と比べて、約５分の１で良く、サブマウ
ント２２のコストを約１／５に低減できる。

【００４４】さらに、ＳＨＧ素子２６を構成するＬｉＮ
ｂＯ₃のＹ軸方向（光出射方向）の膨張率は（１５×１
０^-6／度）、パッケージ１４を構成する真鍮の光出射方
向の膨張率（１９×１０^-6／度）と近似する。そのた
め、環境温度が急激に変化しても、ＳＨＧ素子２６とパ
ッケージ１４とのそれぞれ膨張する長さに差が生じるこ
とはなく、ＳＨＧ素子２６に力が働かず、ＳＨＧ素子２
６が壊れることを防止できる。

【００４５】また、ＳＨＧ素子２６の波長変換部４０に
対応する部分には、サブマウント２２が接合されないた
め、半導体レーザ１２で生じた熱がサブマウント２２を
介して波長変換部４０に伝わらない。その結果、高調波
Ｐ２を再現性よく、かつ、安定に取り出すことができ
る。

【００４６】本実施の形態では、ＳＨＧ素子２６の下方
端部とパッケージ１４の下面内壁とを位置決め部材２４
を用いて接合したが、図４に示すように、ＳＨＧ素子２
６の出射面４６の上端部とパッケージ１４の出射面内壁
とを位置決め部材２４ｂを用いて接合しても良い。この
場合も、位置決め部材２４ｂはＳＨＧ素子２６の位置を
固定し、振動等によるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方
向のＳＨＧ素子２６の位置ずれを防止できる、また、本
実施の形態では、パッケージ１４の材料として、ＬｉＮ
ｂＯ₃の光出射方向の膨張率（１５×１０^-6／度）とほ
ぼ同じ光出射方向の膨張率である真鍮（１９×１０^-6／
度）を用いた。しかし、これに限定されず、ステンレス
（１６×１０^-6／度）や、銅（１６×１０^-6／度）のよ
うな、ＬｉＮｂＯ₃の光出射方向の膨張率と近似する他
の材料を用いても良い。

【００４７】また、本実施の形態では、サブマウント２
２とＳＨＧ素子２６とを接合する接着剤の硬度、パッケ
ージ１８とＳＨＧ素子２６それぞれと位置決め部材２４
とを接合する接着剤の硬度を共に十分に設定している
が、サブマウント２２とＳＨＧ素子２６とを接合する接
着剤の硬度を７０以上１００以下に設定し、パッケージ
１８とＳＨＧ素子２６の少なくとも一方と位置決め部材
２４とを接合する接着剤の硬度を１０以上６５以下に設
定しても良い。この場合には、環境温度が急激に変化し
て、ＳＨＧ素子２６とパッケージ１４とのそれぞれ膨張
する長さに差が生じると、ＳＨＧ素子２６とパッケージ
１４の少なくとも一方が、位置決め部材２４から離れる
ため、ＳＨＧ素子２６に力が働かず、ＳＨＧ素子２６が
壊れることを防止できる。

【００４８】本実施の形態では、ＳＨＧ素子２６となる
基板３４として、ＬｉＮｂＯ₃基板を用いたが、これに
限定されず、ＬｉＮｂＯ₃基板３４など、非線形光学効
果を有する他のＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０≦Ｘ≦１）基
板を用いて良い。

【００４９】本実施の形態では、ＳＨＧ素子２６の出射
端部に位置決め部材２４を接合したが、図５に示すよう
に、ＳＨＧ素子２６とパッケージ１４の内壁との間を、
樹脂からなる位置決め部材２４ｃで埋めるようにしても
良い。

【００５０】この実施の形態では８００ｎｍ帯の半導体
レーザ１２として波長８４０ｎｍ、出力１５０ｍＷのも
のを用いた。また、ＳＨＧ素子２６はＬｉＴａＯ₃基板
３２に燐酸中でのプロトン交換により周期状分極反転層
３６および光導波路３８を形成したものを用いた。この
場合でも、位置決め部材２４ｃはＳＨＧ素子２６の位置
を固定し、振動等によるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸
方向のぶれを防止する。つまり、ＳＨＧ素子２６の出射
位置のずれを防止できる。

【００５１】次にこの光学装置１０の製造方法について
説明する。半導体レーザ１２を活性層３０の形成面３２
をサブマウント２２側に向けてボンディングを行った。
半導体レーザ１２に電流を流し基本波Ｐ１を出射させた
後、ＳＨＧ素子２６を光導波路３８の形成面４２をサブ
マウント２２側に向けて、ＳＨＧ素子２６を半導体レー
ザ１２に押し当て接合を行った。この後、サブマウント
２２をパッケージ１４に接合し、パッケージ１４とＳＨ
Ｇ素子２６との隙間に、樹脂を埋めこみ、ＳＨＧ素子２
６の波長変換部４０に対応する部分を樹脂で包み込む。
この際、出射光路をふさぐことがないように治具などを
用いる事は有効な手段である。この製造方法では、位置
決め部材２４ｃの高さをサブマウント２２に一致させる
工程を省くことができる。

【００５２】以上のように製造した光学装置１０におい
て半導体レーザ１２を１５０ｍＷで駆動し３０ｍＷの高
調波Ｐ２（波長４２０ｎｍ）を得た。この場合の変換効
率は２０％である。

【００５３】本実施の形態のサブマウント２２、半導体
レーザ１２およびＳＨＧ素子２６からなるモジュールの
大きさは幅３×高さ３×長さ１２ｍｍでありさらに小型
化でき、パッケージ位置決め部材も含め樹脂により構成
することでより安価な光学装置を提供することを可能に
できる。

【００５４】さらに、本実施の形態では、サブマウント
２２として加工性が良く、熱伝導に優れたＳｉを用いた
が、放熱の良いＳｉＣ等他の材料を用いても良い。

【００５５】さらに、先に説明した実施の形態では、位
置決め部材２４をＳＨＧ素子２６の下方出射端部に接合
したが、図６に示すように、位置決め部材２４ｄをＳＨ
Ｇ素子２６の下方出射端部のみならず、上方出射端部に
接合しても良い。この場合には、ＳＨＧ素子２６のＸ軸
方向の位置ずれだけでなく、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の
位置ずれも防止できる。

【００５６】また、先の実施の形態は、ＳＨＧ素子２６
とパッケージ１４とを位置決め部材２４、２４ｂ、２４
ｃ、２４ｄ等を介して接合したが、図７、図８に示すよ
うに、ＳＨＧ素子２６とパッケージ１４とを接合しても
良い。この場合には、部品点数か減少するため、コスト
をさらに削減できると共に、組立性を一層向上でき、モ
ジュールをさらに小型化できる。さらに、直接パッケー
ジに固定されているためＺ方向の温度変化による位置ず
れが極めて少なくて済むという効果がある。パッケージ
下面を基準面にすると、パッケージ部分の厚みが０．３
ｍｍ程度であり、その分だけの膨張であり極めて小さ
く、かつ全体に共通なため、光出射位置は僅かに影響を
受けるが、Ｚ方向に破壊される要因全く無くす留事がで
きるという効果も奏する。

【００５７】図７の実施の形態では、パッケージ上に直
接半導体レーザ、ＳＨＧ素子を配置しているため、パッ
ケージに前記した各種の駆動、制御用電極を配置する事
が有効である。そのためにはパッケージ全体を樹脂と
し、樹脂上に電極を接着固定する事も可能である。その
場合半導体レーザの放熱の問題が生じる可能性があるた
め、半導体レーザのパッケージ接触面とは反対面に金属
の放熱器を備えるように構成することで解決することが
できる。

【００５８】また図７の実施の形態で前記したような膨
張率などの問題を解決するため、パッケージを真鍮やス
テンレスで構成する場合は、パッケージの半導体レーザ
配置面にＳｉＯ₂などの絶縁性膜を表面に構成させ、そ
の上に駆動あるいは制御用の電極を配置することで放熱
性と部品点数の削減を両立することができるものであ
る。さらに図示しないが図７の構成においても、ＳＨＧ
素子とパッケージの出射窓との距離を一定に保つため、
図４の２４ｂで示すような位置決め部材を配置すること
も有効な構造である。

【００５９】また、図８に示す実施の形態において、サ
ブマウント２２とＳＨＧ素子２６とを接合する接着剤強
度をサブマントとＳＨＧ素子の接着強度をＳＨＧ素子と
位置決め部材の接着強度より強く構成することで、さら
に破壊に対して強い構造とすることができる。一例とし
ては、サブマウント２２とＳＨＧ素子２６とを接合する
接着剤の硬度を７０以上１００以下に設定し、パッケー
ジ１４とＳＨＧ素子２６とを接合する接着剤の硬度を１
０以上６５以下に設定することで、環境温度が急激に変
化して、ＳＨＧ素子２６とパッケージ１４とのそれぞれ
膨張する長さに差が生じると、ＳＨＧ素子２６がパッケ
ージ１４から離れるため、ＳＨＧ素子２６に力が働か
ず、ＳＨＧ素子２６が壊れることを防止できる。

【００６０】上記各種の構造で説明した本発明実施の形
態では、サブマウント２２として加工性が良く、熱伝導
に優れたＳｉを用いたが、放熱の良いＳｉＣ等他の材料
を用いても良い。さらに、各種説明した実施の形態では
半導体レーザとＳＨＧ素子は直接結合する構造で説明し
たが、これに限定されず、半導体レーザとＳＨＧ素子の
間に、コリメートレンズや集光レンズ、波長選択フィル
タなどを挿入し、調整は複雑になるが、よりＳＨＧ素子
への入射光強度、波面を理想的な状態とし、変換効率を
向上させワンパッケージ化した構造の光学素子にも本発
明は適用されるものである。

【００６１】本発明の光学装置を、各種のシステムに組
み込む際の組立性を良くするため、本願発明のパッケー
ジにねじ固定用の部材を追加したり、光出射窓や接続用
の端子の向きを明確にするため、パッケージ形状を非対
称にしたり、極性指示用のマーク等を設けることも、本
発明の範囲に含まれることは自明である。

【００６２】

【発明の効果】本発明の光学装置は、上記した位置決め
部材、パッケージとの組み合わせにより、経年変化や温
度変化などに対してＳＨＧ素子の出射端部の位置ずれを
防止できると共に、位置決め部材の係止構造や接着強度
を工夫することにより、衝撃や急激な温度変化による破
壊に対しても強い、青色光を発光する光学装置を、小
型、ローコストで提供することを可能にし、光記録分
野、光情報通信分野、光計測分野での飛躍的な発展に寄
与することができるものである。

【００６３】また、サブマントとＳＨＧ素子の接合を少
なくすることや、半導体レーザと亜ＳＨＧ素子を直接結
合し、光学装置に用いるサブマウントの体積を減少で
き、これにより光学装置のコストを低減できるととも
に、半導体レーザの発熱がＳＨＧ素子の波長変換部分へ
伝わりにくくなるため、青色光の発光安定度を向上させ
ることも可能とするものであり、その工業的価値は極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態を示す構造図

【図２】他の実施の形態を示す構造図

【図３】パッケージの出射面近傍の上面図

【図４】他の実施の形態を示す構造図

【図５】他の実施の形態を示す構造図

【図６】他の実施の形態を示す構造図

【図７】他の実施の形態を示す構造図

【図８】他の実施の形態を示す構造図

【図９】従来技術を示す構造図

【符号の説明】

１，１０光学装置６，１２半導体レーザ２，１４パッケージ４，２２サブマウント２４，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ位置決め部材７，２６ＳＨＧ素子８光出射窓２８係止部３６分極反転層

フロントページの続き (72)発明者北岡康夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2K002 AA01 AA02 AA04 AB12 BA01 CA03 DA06 FA26 GA05 HA20 5F073 AA65 AB23 AB25 BA01 BA06 BA09 EA03 EA15 FA13 FA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの基本波が光波長変換素子の
光導波路と光学的に結合され、前記半導体レーザと光波
長変換素子とをパッケージ内に固定し、かつ前記パッケ
ージの光出射面と前記光波長変換素子の間に前記光波長
変換素子を固定する位置決め部材を備え、前記位置決め
部材に光波長変換素子の一部が接合されていることを特
徴とする光学装置。
【請求項２】前記光波長変換素子の位置決め部材と接合
する部分は、少なくとも前記光波長変換素子の出射部近
傍を含むことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】前記位置決め部材は、前記光波長変換素子
を係止する係止部を有することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の光学装置。
【請求項４】前記位置決め部材を前記光波長変換素子の
外面に沿う形状にしたことを特徴とする請求項１から請
求項３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】前記位置決め部材は、前記パッケージと前
記光波長変換素子との隙間を樹脂で埋めることにより形
成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいず
れかに記載の光学装置。
【請求項６】前記パッケージの膨張率と前記光波長変換
素子の膨張率とが近似することを特徴とする請求項１か
ら請求項５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】前記パッケージの光出射方向の膨張率と前
記光波長変換素子の光出射方向の膨張率とが近似するこ
とを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載
の光学装置。
【請求項８】前記パッケージは、ステンレスであること
を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の
光学装置。
【請求項９】前記パッケージは、真鍮であることを特徴
とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の光学装
置。
【請求項１０】前記半導体レーザがサブマウント上に固
定されてパッケージ内に固定され、かつ前記光波長変換
素子の一部が前記サブマウント上に固定されていること
を特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の
光学装置。
【請求項１１】半導体レーザの基本波が前記光波長変換
素子の光導波路と光学的に結合し、前記半導体レーザを
サブマウント上に固定し、かつ前記光波長変換素子の一
部をサブマウントに固定し、前記サブマウントと光波長
変換素子の一部とをそれぞれパッケージと接合した光学
装置。
【請求項１２】前記光波長変換素子の前記パッケージと
接合する部分は、少なくとも前記光波長変換素子の出射
部近傍を含むことを特徴とする請求項１１記載の光学装
置。
【請求項１３】前記サブマウントと前記光波長変換素子
とを接合する接合部材の強度が、前記パッケージと前記
光波長変換素子とを接合する接合部材の強度より大きい
ことを特徴とするを請求項１０から請求項１２のいずれ
かに記載の光学装置。
【請求項１４】前記サブマウントと前記光波長変換素子
とを接合する接合部材の硬度を７０以上１００以下に設
定し、前記パッケージと前記光波長変換素子の少なくと
も一方と、位置決め部材とを接合する接合部材の硬度を
１０以上６５以下に設定したことを特徴とする請求項１
０から請求項１２のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１５】半導体レーザの基本波が光波長変換素子
の光導波路と光学的に結合され、前記半導体レーザと光
波長変換素子とをそれぞれパッケージと接合した光学装
置。
【請求項１６】前記光波長変換素子として、分極反転構
造を有し、前記半導体レーザの波長を２次以上の高調波
に変換することを特徴とする請求項１から請求項１５の
いずれかに記載の光学装置。
【請求項１７】前記光波長変換素子となる非線形光学効
果を有する基板として、ＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０≦Ｘ
≦１）基板を用いたことを特徴とする請求項１から請求
項１６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１８】前記半導体レーザと光波長変換素子が直
接接合されていることを特徴とする請求項１から請求項
１７のいずれかに記載の光学装置。