JP2003015176A - 波長変換光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長可変半導体レーザから発せられたレーザ
ビームを変調し、第２高調波に変換して出力する波長変
換光源装置において、波長変動を抑えた上で、低コスト
化を実現する。 【解決手段】 レーザビーム１を発する波長可変半導体
レーザ10と、非線形光学材料からなる光導波路45および
それに沿って形成された周期分極反転構造を有し、この
光導波路45に入射して導波するレーザビーム１を第２高
調波２に変換する疑似位相整合方式の光波長変換素子60
との間に、レーザビーム１を変調する電界吸収型半導体
光変調器40を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザから
発せられたレーザビームを光波長変換素子によって第２
高調波に変換する波長変換光源装置に関し、特に詳細に
は、変調機能を備えた波長変換光源装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば記録密度の向上が求められ
ている光ディスク装置の書込、読取用光源として、青色
領域等にある短波長のレーザビームを発する短波長光源
装置の開発が盛んになされている。

【０００３】そのような短波長光源装置の一つとして、
発振波長が近赤外領域にある半導体レーザと、非線形光
学材料からなる光導波路およびそれに沿って形成された
周期分極反転構造を有し、該光導波路に入射してそこを
導波するレーザビームを第２高調波に変換する疑似位相
整合方式の光波長変換素子とを組み合わせてなる波長変
換光源装置が知られている。この種の波長変換光源装置
においては、近赤外領域のレーザビームを波長が１／２
の第２高調波に変換して、緑色や青色のレーザビームを
得ることが可能になっている。

【０００４】上記構成の波長変換光源装置においては、
半導体レーザが発する基本波としてのレーザビームの波
長を光波長変換素子の位相整合波長に正確に合致させる
必要があり、そのために、半導体レーザとして波長可変
半導体レーザが用いられることも多い。従来、波長可変
半導体レーザとしては、発振波長を制御する機能と位相
を制御する機能とを併せ持った３電極方式の分布ブラッ
グ反射型半導体レーザ（以下、ＤＢＲ−ＬＤという）が
広く知られており、上記短波長光源装置においても、こ
の３電極方式のＤＢＲ−ＬＤを用いる試みが多くなされ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
波長変換光源装置を光ディスク装置の書込用光源等とし
て用いる場合は、短波長化されたレーザビームを画像信
号等に基づいて変調することが必要になる。そのため
に、３電極方式のＤＢＲ−ＬＤ等の波長可変半導体レー
ザを直接変調することが考えられているが、そのような
半導体レーザは、変調動作によって発振波長が変動して
しまうという問題が認められる。こうして発振波長が変
動すれば、当然、出力される第２高調波の波長が変動し
てしまう。

【０００６】そこで、短波長化されたレーザビームをＡ
ＯＭ（音響光学光変調器）やＥＯＭ（電気光学光変調
器）等からなる外部変調器に通して変調することも考え
られているが、その場合は、それらの外部変調器が高価
であることから短波長光源装置のコストが著しく高くな
ってしまう。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑み、波長変動の無
い、変調された短波長のレーザビームを出力可能で、そ
して安価に形成され得る波長変換光源装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による波長変換光
源装置は、基本波としてのレーザビームを発する波長可
変半導体レーザと、非線形光学材料からなる光導波路お
よびそれに沿って形成された周期分極反転構造を有し、
前記光導波路に入射してそこを導波する前記レーザビー
ムを第２高調波に変換する疑似位相整合方式の光波長変
換素子とを備えてなる波長変換光源装置において、光波
長変換素子と波長可変半導体レーザとの間に、前記レー
ザビームを変調する電界吸収型半導体光変調器が設けら
れたことを特徴とするものである。

【０００９】なお上記の波長可変半導体レーザ、電界吸
収型半導体光変調器および光波長変換素子は、例えばレ
ンズ光学系を介して結合することができる。

【００１０】

【発明の効果】本発明の波長変換光源装置においては、
光波長変換素子に入射する前の基本波としてのレーザビ
ームを電界吸収型半導体光変調器に通すように構成した
ので、この電界吸収型半導体光変調器によって基本波を
変調し、ひいては第２高調波を変調することができる。

【００１１】そして上記の電界吸収型半導体光変調器
は、ＡＯＭやＥＯＭ等に比べれば安価であり、また、波
長可変半導体レーザを直接変調する場合と異なって、変
調動作によって発振波長を変動させることのないもので
ある。したがって本発明の波長変換光源装置は、変調動
作による波長変動の無い短波長の第２高調波を出力可能
で、また安価に形成され得るものとなる。

【００１２】

【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。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態による
波長変換光源装置の側面形状を示すものである。この波
長変換光源装置は、分布ブラッグ反射型半導体レーザ
（ＤＢＲ−ＬＤ）10と、そこから発散光状態で出射した
基本波としてのレーザビーム１を収束させる例えばセル
フォックレンズからなる集光レンズ30と、収束したレー
ザビーム１をその光吸収層45中に入射させて後述のよう
に変調する電界吸収型半導体光変調器（以下、ＥＡ−Ｍ
ＯＤという）40と、変調されて該ＥＡ−ＭＯＤ40から発
散光状態で出射したレーザビーム１を収束させる例えば
セルフォックレンズからなる集光レンズ50と、収束した
レーザビーム１をその光導波路63中に入射させて後述の
ように第２高調波２に変換する光波長変換素子60とから
構成されている。

【００１４】以下、上記ＤＢＲ−ＬＤ10の構成につい
て、図２を参照して製造方法とともに説明する。このＤ
ＢＲ−ＬＤ10は、活性領域21、位相制御領域22およびＤ
ＢＲ領域23の３つの領域に電気的に分離された構造を有
し、位相制御領域22およびＤＢＲ領域23に注入する電流
の値によって発振波長を制御可能となっている。

【００１５】このＤＢＲ−ＬＤ10は、ＭＯＶＰＥ（有機
金属気相成長）法による結晶成長と半導体プロセスによ
って作製される。すなわち、まずn-GaAs基板11上にn-In
GaPクラッド層12、InGaAsPガイド層13、InGaAs量子井戸
活性層14、InGaAsP障壁層15を成長させ、その後干渉露
光法または電子描画法によりInGaAsP障壁層15の一部の
領域に回折格子16を選択的に形成する。その後第二回目
の結晶成長によりp-InGaPクラッド層17を成長させ、光
導波路を形成するためにこのp-InGaPクラッド層17を一
部がリッジ状に残るようにエッチングし、次いで第三回
目の結晶成長によりn-AlGaInP電流ブロック層18を選択
的に成長させる。その後、全面にp-GaAsコンタクト層19
を成長させた後、チタン、白金、金等から構成される電
極膜にてｐ電極20を形成し、そしてn-GaAs基板11の裏側
にｎ電極25を形成すると、ＤＢＲ−ＬＤ10が得られる。

【００１６】上記構成のＤＢＲ−ＬＤ10は、出力が100
ｍＷ、940ｎｍから950ｎｍまでの範囲にある任意の波長
で発振可能とされているが、図１の装置の適用される場
合は波長946ｎｍで発振するようにチューニングされ
る。

【００１７】次に図３を参照して、ＥＡ−ＭＯＤ40につ
いて説明する。このＥＡ−ＭＯＤ40は、フランツケルデ
ィッシュ効果や量子閉じ込めシュタルク効果等を利用し
た導波路型光変調器であって、半導体レーザにおけるの
とは反対方向に電圧を印加して、入射された光を吸収す
ることにより変調を行なう素子である。印加電圧の値は
通常２〜５Ｖ程度に設定される。

【００１８】このＥＡ−ＭＯＤ40も、ＭＯＶＰＥ法によ
る結晶成長と半導体プロセスによって作製されるもの
で、n-GaAs基板41の上方中央部に形成された多層半導体
からなる光吸収領域42と、n-GaAs基板41の上方で光吸収
領域42の左右両側方に形成された多層半導体からなる電
流狭窄部43、43とを有している。

【００１９】上記光吸収領域42は、n-GaAs基板41の上に
順次形成されたn-InGaP下部クラッド層44、i-InGaAsP光
吸収層45、p-InGaP上部第１クラッド層46、p-AlGaAs上
部第２クラッド層47、およびp-GaAsコンタクト層48から
構成されている。

【００２０】一方電流狭窄部43は、上記と同様にn-GaAs
基板41の上に順次形成されたn-InGaP下部クラッド層4
4、i-InGaAsP光吸収層（光導波層）45、p-InGaP上部第
１クラッド層46、n-InGaP電流ブロック層49、p-AlGaAs
上部第２クラッド層47、およびp-GaAsコンタクト層48か
ら構成されている。

【００２１】１対の電流狭窄部43にはそれぞれ、上面か
らi-InGaAsP光吸収層45まで至る深さで、i-InGaAsP光吸
収層45をレーザ光が導波する方向（図中の矢印Ａ方向）
に延びる開放溝51が形成されている。なお本実施の形態
では、これらの開放溝51どうしの間隔は30μｍとされて
いる。また、これらの開放溝51の上面とp-GaAsコンタク
ト層48の上面には、レーザ光が導波する方向に沿った矩
形の領域を除いて絶縁膜52が形成され、この絶縁膜52お
よび露出しているp-GaAsコンタクト層48の上にはｐ電極
53が形成されている。そしてn-GaAs基板41の裏側にはｎ
電極54が形成されている。

【００２２】次に図４を参照して、光波長変換素子60に
ついて説明する。図示のようにこの光波長変換素子60
は、非線形光学効果を有する強誘電体であるLiNbO_３にM
gOが例えば５mol％ドープされたものの結晶からなるＸ
カット基板61に、そのＺ軸と平行な自発分極（ドメイ
ン）の向きを局部的に反転させたドメイン反転部62が周
期的に形成されるとともに、これらのドメイン反転部62
に沿って延びるチャンネル光導波路63が形成されてなる
ものである。ドメイン反転部62の周期は、入力波長946
ｎｍに対して例えば１次の周期となるように設定されて
いる。この構成の光波長変換素子60によれば、例えば波
長946ｎｍ、出力50ｍＷのレーザ光を基本波として入力
させたとき、出力１ｍＷの波長473ｎｍの第２高調波を
得ることが可能である。

【００２３】以上説明したＤＢＲ−ＬＤ10、ＥＡ−ＭＯ
Ｄ40および光波長変換素子60を図１に示すように集光レ
ンズ30、50によって結合し、各素子間の結合効率は70％
となるように調整した。この図１の構成において、ＤＢ
Ｒ−ＬＤ10は一例として出力100ｍＷで駆動され、そこ
から出射した波長946ｎｍのレーザビーム１はＥＡ−Ｍ
ＯＤ40のi-InGaAsP光吸収層45に入射して、該光吸収層4
5を導波する。

【００２４】その際、前記ｐ電極53およびｎ電極54を介
してＥＡ−ＭＯＤ40に、n-GaAs基板41側が正でp-GaAsコ
ンタクト層48側が負となるように電圧を印加すると、i-
InGaAsP光吸収層45の光吸収効果が増大し、そこを導波
するレーザビーム１が消光する。この場合の消光比は、
（電圧印加時の導波損失）／（電圧非印加時の導波損
失）となる。なお上記の導波損失は、（出射端面におけ
る出射光強度）／（入射端面から光吸収層45に結合され
る光の強度）である。

【００２５】以上のように、ＥＡ−ＭＯＤ40に対する電
圧印加の有無に応じて、該ＥＡ−ＭＯＤ40を導波するレ
ーザビーム１が変調される。変調されたレーザビーム１
は光波長変換素子60に入射し、波長が１／２すなわち47
3ｎｍの第２高調波２に変換される。この際、上記ドメ
イン反転部62からなる周期分極反転構造によって位相整
合（いわゆる疑似位相整合）が取られる。

【００２６】本例では、ＥＡ−ＭＯＤ40に電圧を印加し
ないとき第２高調波２の出力は0.5ｍＷであり、それに
対してＥＡ−ＭＯＤ40に−２Ｖの電圧を印加すると、第
２高調波２の出力は0.01ｍＷ以下まで減衰する。またこ
のＥＡ−ＭＯＤ40は、変調速度を５ＧＨｚまで上げても
安定に駆動し、変調動作による第２高調波２の波長変動
も認められなかった。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態による波
長変換光源装置の側面形状を示すものである。なおこの
図５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特に必要のない限り省略
する。

【００２８】この図５の波長変換光源装置は図１に示し
た装置と比べると、ＤＢＲ−ＬＤ10に代えて、温度調節
機能付きの分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢ−Ｌ
Ｄという）70が用いられた点が異なるものであり、その
他の点は図１の装置と基本的に同様に形成されている。

【００２９】以下、上記ＤＦＢ−ＬＤ70の構成につい
て、図６を参照して製造方法とともに説明する。このＤ
ＦＢ−ＬＤ70は、ＭＯＶＰＥ法による結晶成長と半導体
プロセスによって作製される。すなわち、まずn-GaAs基
板71上にn-InGaPクラッド層72を成長させ、次いでこのn
-InGaPクラッド層72の上面に干渉露光法または電子描画
法により回折格子73を形成する。

【００３０】その後第二回目の結晶成長により、n-InGa
Pクラッド層72の上に、InGaAsPガイド層、InGaAs量子井
戸活性層およびInGaAsPガイド層からなる活性層74と、p
-InGaPクラッド層75とを成長させる。次いで光導波路を
形成するために、p-InGaPクラッド層75を一部が残るよ
うにエッチングした後、第三回目の結晶成長によりn-Al
GaInP電流ブロック層76を選択的に成長させる。

【００３１】引き続き第四回目の結晶成長により、p-In
GaPクラッド層77、p-GaAsコンタクト層78を成長させた
後、チタン、白金、金等から構成される電極膜にて選択
的にｐ電極79を形成する。さらにその上にSiO_２からな
る絶縁膜80を被覆し、活性層74のストライプ領域の上方
に当たる位置に選択的に、白金からなるヒータ81を配置
し、その上に金からなるヒータ用電極82を形成するとと
もに、n-GaAs基板71の裏側にｎ電極83を形成すると、ヒ
ータ搭載型ＤＦＢ−ＬＤ70が得られる。

【００３２】このＤＦＢ−ＬＤ70の光出力は80ｍＷ、発
振波長は944ｎｍから948ｎｍまでチューニング可能で、
図５の装置においては946ｎｍにチューニングして使用
される。なお図５の装置におけるＥＡ−ＭＯＤ40は、図
３に示したものと同等品である。本実施の形態では、印
加電圧を−２Ｖ電圧として、１０ｄＢの消光比が得られ
ている。また光波長変換素子60も、図４に示したものと
同等品である。

【００３３】以上説明したＤＦＢ−ＬＤ70、ＥＡ−ＭＯ
Ｄ40および光波長変換素子60を図５に示すように集光レ
ンズ30、50によって結合し、各素子間の結合効率は70％
となるように調整した。この図５の構成において、ＤＦ
Ｂ−ＬＤ70は一例として出力80ｍＷで駆動され、そこか
ら出射した波長946ｎｍのレーザビーム１がＥＡ−ＭＯ
Ｄ40によって変調される。そして、変調されたレーザビ
ーム１は光波長変換素子60に入射し、波長が１／２すな
わち473ｎｍの第２高調波２に変換される。

【００３４】本例では、ＥＡ−ＭＯＤ40に電圧を印加し
ないとき第２高調波２の出力は0.3ｍＷであり、それに
対してＥＡ−ＭＯＤ40に−２Ｖの電圧を印加したとき、
第２高調波２の出力は０ｍＷであった。この際ＥＡ−Ｍ
ＯＤ40は、変調速度を10ＧＨｚまで上げても安定に駆動
し、変調動作による第２高調波２の波長変動も認められ
なかった。

【００３５】上述のように変調動作が安定していて、か
つ高速変調も可能である本発明の波長変換光源装置は、
例えばカラー感光材料にカラー写真画像を記録する光走
査記録装置において、変調された青色や緑色の記録光を
得るために好適に用いられ得るものであり、そうした場
合は、高精細なカラー写真画像を高速で記録可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による波長変換光源
装置を示す概略側面図

【図２】図１の波長変換光源装置に用いられた波長可変
半導体レーザを示す概略斜視図

【図３】図１の波長変換光源装置に用いられた電界吸収
型半導体光変調器を示す概略斜視図

【図４】図１の波長変換光源装置に用いられた光波長変
換素子を示す概略斜視図

【図５】本発明の第２の実施の形態による波長変換光源
装置を示す概略側面図

【図６】図５の波長変換光源装置に用いられた波長可変
半導体レーザを示す概略斜視図

【符号の説明】

１ レーザビーム ２ 第２高調波 10 分布ブラッグ反射型半導体レーザ 30、50 集光レンズ 40 電界吸収型半導体光変調器 60 光波長変換素子 70 分布帰還型半導体レーザ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本波としてのレーザビームを発する波
   長可変半導体レーザと、 非線形光学材料からなる光導波路およびそれに沿って形
   成された周期分極反転構造を有し、前記光導波路に入射
   してそこを導波する前記レーザビームを第２高調波に変
   換する疑似位相整合方式の光波長変換素子と、 この光波長変換素子と前記波長可変半導体レーザとの間
   に配されて、前記レーザビームを変調する電界吸収型半
   導体光変調器とからなる波長変換光源装置。
2. 【請求項２】 前記波長可変半導体レーザ、電界吸収型
   半導体光変調器および光波長変換素子がレンズ光学系を
   介して結合されていることを特徴とする請求項１記載の
   波長変換光源装置。