JP2003152263A

JP2003152263A - 光学装置

Info

Publication number: JP2003152263A
Application number: JP2001347220A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Miura; 栄朗三浦; Masami Hatori; 正美羽鳥
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】環境温度の変化に適応して光学モジュールの光
ビーム出射方向を変化させ、光学モジュールと光ビーム
が入射される光学素子との間の光軸ずれを防止すること
ができる適応型の光学装置を提供する。【解決手段】環境温度が低下した場合には、ペルチェ素
子７４上方に配置された基板４８の平面方向の長さは一
定であるのに対し、下方に配置された設置台７２の平面
方向の長さが短くなり、全体として上側に凸に反る。ペ
ルチェ素子７４の中心位置が、ＬＤ−ＳＨＧユニット２
０の前方出射方向に向かってパッケージ３８の中心位置
より後方に在ると、ＬＤ−ＳＨＧユニット２０から出射
されるビームは下方に振れる。設置台７２上に固定配置
されたナイフエッジ７６は、温度が低下して収縮し、そ
の先端部が収縮により下降する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関し、
特に、環境温度の変化に適応できる適応型の光学装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学装置の部分的な温度制御を行
なうために、セラミクス等の２枚の絶縁電熱板の間に複
数のペルチェ素子を配列したペルチェモジュールが使用
されている。ペルチェ素子は、異種の半導体や導体の接
点に電流を通す時、接点で熱の吸収や発生が起こる「ペ
ルチェ効果」を利用した温度調節素子であり、この素子
を用いたペルチェモジュールは、可動部がなく装置全体
の小形化を図ることができると共に、温度を電流により
直接制御できる、という利点を有している。なお、以下
では「ペルチェモジュール」を単に「ペルチェ素子」と
呼ぶ場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ペルチ
ェモジュールは、その所定面上に配置された対象物の温
度を調節することができるが、それ以外の空間（例え
ば、他方の面の下方等）に配置された物の温度を調節す
ることができない。このため、ペルチェモジュールの所
定面上とそれ以外の空間との間にかなりの温度差が発生
する。ペルチェモジュールを用いて光学装置の温度制御
を行なう場合には、この温度差により光学装置を構成す
る他の部品に反りや歪みを生じて、光軸ずれなどの不具
合が発生する、という問題があった。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたものであり、本発明の第１の目的は、環境温度の変
化に適応して光学モジュールの光ビーム出射方向を変化
させ、光学モジュールと光ビームが入射される光学素子
との間の光軸ずれを防止することができる適応型の光学
装置を提供することにある。

【０００５】また、本発明の第２の目的は、環境温度の
変化に適応して光学モジュールの光ビーム入射方向を変
化させ、光学モジュールと光ビームを出射する光学素子
との間の光軸ずれを防止することができる適応型の光学
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１に記載の発明は、所定面上に配置さ
れた対象物を温度調節する平面状の温度調節装置と、該
温度調節装置の所定面上に配置された第１の基板と、該
第１の基板上に配置され、前記所定面と平行な所定方向
に光ビームを出射する光学モジュールと、前記温度調節
装置を介して前記第１の基板と対向するように配置さ
れ、温度調節装置により温度調節されない第２の基板
と、該第２の基板上に配置され、前記光学モジュールか
ら出射された光ビームが入射される光学素子と、を含む
光学装置であって、前記温度調節装置を、該温度調節装
置の中心位置が出射方向に向かって光学モジュールの中
心位置より後方になるように配置したことを特徴とす
る。

【０００７】所定面上に配置された対象物を温度調節す
る平面状の温度調節装置を用い、この温度調節装置の所
定面上に第１の基板を配置し、この第１の基板上に所定
面と平行な所定方向に光ビームを出射する光学モジュー
ルを配置する。この光学モジュールから出射された光ビ
ームが入射される光学素子は、温度調節装置を介して第
１の基板と対向するように配置された第２の基板上に配
置されている。光ビームが入射される光学素子は、温度
調節装置により温度調節されない第２の基板上に配置さ
れているので、同様に温度調節されず、環境温度が上昇
すれば膨張し、環境温度が低下すれば収縮する。

【０００８】一方、温度調節装置は、環境温度が上昇す
れば対象物（第１の基板及び第１の基板上に配置される
光学モジュール）が所定温度となるように対象物を冷却
し、環境温度が低下すれば対象物が所定温度となるよう
に対象物を加熱する等して、対象物が所定温度になるよ
うに温度調節する。

【０００９】このため、環境温度が上昇した場合は、上
方に配置された第１の基板の平面方向の長さは一定であ
るのに対し、下方に配置された第２の基板の平面方向の
長さが長くなり、一体に形成された第１の基板、温度調
節装置、及び第２の基板は全体として下側に凸に反る。
また、環境温度が低下した場合は、上方に配置された第
１の基板の平面方向の長さは一定であるのに対し、下方
に配置された第２の基板の平面方向の長さが短くなり、
一体に形成された第１の基板、温度調節装置、及び第２
の基板は全体として上側に凸に反る。

【００１０】このとき、温度調節装置を、該温度調節装
置の中心位置が出射方向に向かって光学モジュールの中
心位置より後方になるように配置することにより、環境
温度が上昇して第２の基板上に配置された光学素子が膨
張すると、一体に形成された第１の基板、温度調節装
置、及び第２の基板が下側に凸に反り、光学モジュール
から出射される光ビームが上方に振れると共に、環境温
度が低下して第２の基板上に配置された光学素子が収縮
すると、一体に形成された第１の基板、温度調節装置、
及び第２の基板が上側に凸に反り、光学モジュールから
出射される光ビームが下方に振れる。即ち、本発明の光
学装置では、環境温度の変化に適応して光学モジュール
の光ビーム出射方向を変化させ、光学モジュールと光ビ
ームが入射される光学素子との間の光軸ずれを防止する
ことができる。

【００１１】上記第２の目的を達成するために、請求項
２に記載の発明は、所定面上に配置された対象物を温度
調節する平面状の温度調節装置と、該温度調節装置の所
定面上に配置された第１の基板と、該第１の基板上に配
置され、前記所定面と平行な所定方向から光ビームが入
射される光学モジュールと、前記温度調節装置を介して
前記第１の基板と対向するように配置され、温度調節装
置により温度調節されない第２の基板と、該第２の基板
上に配置され、前記光学モジュールに光ビームを出射す
る光学素子と、を含む光学装置であって、前記温度調節
装置を、該温度調節装置の中心位置が入射方向に向かっ
て光学モジュールの中心位置より後方に配置したことを
特徴とする。

【００１２】所定面上に配置された対象物を温度調節す
る平面状の温度調節装置を用い、この温度調節装置の所
定面上に第１の基板を配置し、この第１の基板上に所定
面と平行な所定方向から光ビームが入射される光学モジ
ュールを配置する。この光学モジュールに入射される光
ビームを出射する光学素子は、温度調節装置を介して第
１の基板と対向するように配置された第２の基板上に配
置されている。光ビームを出射する光学素子は、温度調
節装置により温度調節されない第２の基板上に配置され
ているので、同様に温度調節されず、環境温度が上昇す
れば膨張し、環境温度が低下すれば収縮する。一方、温
度調節装置は、対象物が所定温度になるように温度調節
する。

【００１３】上記の通り、環境温度が上昇した場合は、
一体に形成された第１の基板、温度調節装置、及び第２
の基板は全体として下側に凸に反り、環境温度が低下し
た場合は、一体に形成された第１の基板、温度調節装
置、及び第２の基板は全体として上側に凸に反る。

【００１４】このとき、温度調節装置を、該温度調節装
置の中心位置が出射方向に向かって光学モジュールの中
心位置より後方になるように配置することにより、環境
温度が上昇して第２の基板上に配置された光学素子が膨
張すると、一体に形成された第１の基板、温度調節装
置、及び第２の基板が下側に凸に反り、光ビームが上方
から光学モジュールに入射されるようになると共に、環
境温度が低下して第２の基板上に配置された光学素子が
収縮すると、一体に形成された第１の基板、温度調節装
置、及び第２の基板が上側に凸に反り、光ビームが下方
から光学モジュールに入射されるようになる。即ち、本
発明の光学装置では、環境温度の変化に適応して光学モ
ジュールの光ビーム入射方向を変化させ、光学モジュー
ルと光ビームを出射する光学素子との間の光軸ずれを防
止することができる、という効果を奏する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
適用した光波長変換モジュールの実施の形態について詳
細に説明する。

【００１６】本実施の形態に係る光波長変換モジュール
は、図１に示すように、第１の端面（後方出射端面）と
この第１の端面に対向する第２の端面（前方出射端面）
とを備え、赤外領域の発振波長を有する半導体レーザ１
０と、半導体レーザ１０の前方出射端面と共に外部共振
器を構成する反射部材としてのミラー１２と、半導体レ
ーザ１０から出射された基本波を波長変換して第２高調
波を出力する導波路型の光波長変換素子１４と、を備え
ている。

【００１７】半導体レーザ（ＬＤ）１０は半導体レーザ
用のマウント１６に保持され、２次高調波発生素子（Ｓ
ＨＧ）で構成された光波長変換素子１４は光波長変換素
子用のマウント１８に保持されている。半導体レーザ１
０と光波長変換素子１４とは、マウントに保持された状
態で、半導体レーザ１０の出射部分と光波長変換素子１
４の導波路部分（入射部分）とが一致するように位置合
わせされ、ＬＤ−ＳＨＧユニット２０が構成されてい
る。このＬＤ−ＳＨＧユニット２０は、基板２２上に固
定されている。これにより半導体レーザ１０の前方出射
端面に光波長変換素子１４が直接結合される。半導体レ
ーザ１０と光波長変換素子１４とを直接結合することに
より、簡単な構成で、半導体レーザ１０から出射される
基本波を光波長変換素子１４により直接波長変換するこ
とができ、発振波長選択の自由度が大きくなり、高速変
調を行うことが可能となる。

【００１８】半導体レーザ１０は、ファブリペロー型
（ＦＰ型）の単峰性の空間モード（横シングルモード）
を有する通常の半導体レーザ（レーザダイオード）であ
る。横シングルモードの半導体レーザを使用することに
より、横モードホップの問題が発生しない。半導体レー
ザ１０の両端面（劈開面）には、発振波長の光に対する
ＬＲ（低反射率）コート２４Ａ、２４Ｂが施されてい
る。例えば、ＬＲコート２４Ａの基本波に対する反射率
を３０％、ＬＲコート２４Ｂの基本波に対する反射率を
３０％とすることができる。

【００１９】光波長変換素子１４は、非線形光学効果を
有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ₃にＭｇＯが例えば５
ｍｏｌ％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２６を備えており、この基板２
６には、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２８が後述する所定周期Λで形成された
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３０と、が形成されて
いる。また、光波長変換素子１４の半導体レーザ側端面
には、基本波に対するＡＲ（透過性）コート３２Ａが施
され、出射側端面には第２高調波及び基本波に対するＡ
Ｒコート３２Ｂが施されている。なお、周期ドメイン反
転構造を有する導波路型の光波長変換素子１４の作製方
法については、特開平１０−２５４００１号公報等に詳
細に記載されている。

【００２０】また、光波長変換素子１４の前方出射端面
は斜めに研磨されて、チャンネル光導波路３０が延びる
方向に垂直な面に対して、チャンネル光導波路３０が延
びる方向に角度θ（３°≦θ）以上傾斜した傾斜面が形
成されている。このように光導波路端面を含む前方出射
端面を斜めに研磨したことにより、基本波がチャンネル
光導波路３０に再入射するのを防止し、半導体レーザ１
０への戻り光を少なくすることができる。なお、光波長
変換素子１４の前方出射端面は光軸に対し垂直に研磨さ
れていてもよい。

【００２１】ＬＤ−ＳＨＧユニット２０には、半導体レ
ーザ１０の後方出射端面から発散光状態で出射したレー
ザビーム（後方出射光）３４Ｒを平行光化するコリメー
タレンズ３６が取り付けられている。ＬＤ−ＳＨＧユニ
ット２０及びコリメータレンズ３６は、気密封止部材と
してのパッケージ３８内にドライ窒素等の不活性ガスま
たはドライ空気と共に気密封止され、パッケージ３８内
に固定されている。パッケージ内に半導体レーザ１０及
び光波長変換素子１４を含む少数部品のみを気密封止す
るので、作製が容易であると共に、気密封止される部品
点数が少ないので、各部品から発生するガスによる封止
された部品の経時劣化等を防止することができる。な
お、コリメータレンズ３６としては、セルフォックレン
ズ（商品名）のような分布屈折率ロッドレンズ、非球面
レンズ、及び球面レンズのいずれをも使用することがで
きる。

【００２２】パッケージ３８には、半導体レーザ１０か
らの後方出射光３４Ｒが透過する窓孔４０Ａと光波長変
換素子１４からの前方出射光６２が透過する窓孔４０Ｂ
とが形成され、この窓孔４０Ａと窓孔４０Ｂには、それ
ぞれ透明な窓板４２Ａと窓板４２Ｂとが気密状態を保つ
ように被着されている。また、パッケージ３８には、ワ
イヤ取出孔に低融点ガラス等を気密状態で嵌合させたワ
イヤ取出部４４が形成され、半導体レーザ１０の両電極
に結線された２本のワイヤ４６Ａ、４６Ｂがワイヤ取出
部４４を貫通して引き出されている。

【００２３】パッケージ３８は、ＬＤ−ＳＨＧユニット
２０とコリメータレンズ３６とを気密封止した状態で、
ミラー１２と共に基板４８上に固定されている。基板４
８には、熱伝導性の良好なアルミニウム基板等が使用さ
れる。ミラー１２は、そのレーザビーム入射側の面には
ＡＲコート５０が施され、入射側の面と反対側の面には
ＨＲコート５２が施されている。このようなコートを施
すことにより、ミラー表面でのビームスポット径が大き
くなってミラー表面にゴミが付着し難くなり、ゴミの付
着によりミラーの反射率が低下するのを防止することが
できる。

【００２４】パッケージ３８の窓板４２Ａとミラー１２
との間には、ホルダー５４に回転可能に保持された波長
選択素子としての狭帯域バンドパスフィルタ５６と、レ
ーザビーム３４Ｒの光路を略１８０°折り曲げるための
一対の全反射プリズム５８Ａ及び５８Ｂと、一対の全反
射プリズム５８Ａ及び５８Ｂにより略１８０°折り曲げ
られた光路を再度略１８０°折り曲げるための一対の全
反射プリズム５８Ｃ及び５８Ｄと、平行光化されたレー
ザビーム３４Ｒをミラー１２のＨＲコート５２の表面に
収束させる集光レンズ６０と、がこの順に配置され、基
板４８上に固定されている。ミラー１２のＨＲコート５
２の基本波に対する反射率は９５％とするのが好まし
い。

【００２５】ミラー１２と半導体レーザ１０の前方出射
端面とによって構成される外部共振器の共振器長（即
ち、半導体レーザ１０の前方出射端面からミラー１２の
ＨＲコート５２の表面までの光学長）が、半導体レーザ
から出射される基本波のコヒーレント長よりも長くなる
ように、半導体レーザ１０とミラー１２とが配置されて
いる。基本波のコヒーレント長Ｌは、そのレーザビーム
固有の可干渉距離であり、レーザビームの波長をλ、ス
ペクトル幅をΔλとすると、下記式に従い算出すること
ができる。基本波のコヒーレント長Ｌは、一般には１０
０ｍｍ程度であるので、外部共振器の共振器長を、例え
ば１００ｍｍを超える長さとすることができる。

【００２６】Ｌ＝λ²／２πｎΔλ また、パッケージ３８の窓板４２Ｂの外側には、光波長
変換素子１６の前方出射端面から出射した第２高調波６
２（基本波３４を含む）を平行光化するコリメータレン
ズ６４、平行光化された第２高調波６２（基本波３４を
含む）から赤外光成分を除去するＩＲカットフィルタ６
６、第２高調波６２の偏光方向を９０°回転させる１／
２波長板６７、ハーフミラー６８、及びフォトダイオー
ド７０が配置され、基板４８上に固定されている。コリ
メータレンズ６４としては、収差の少ない非球面レンズ
が好ましい。また、ハーフミラー６８及びフォトダイオ
ード７０は、散乱光がフォトダイオード７０に入射しな
いように、遮光板７３により外部共振器を構成する光学
系から遮光されている。

【００２７】ＩＲカットフィルタ６６は、光軸に対して
傾斜配置され、１／２波長板６７は、光軸に対して略垂
直に、好ましくは光軸と直交する面と０．５°以下の角
度を成すように配置されている。これは１／２波長板６
７を光軸に対して０．５°を超えて傾けると、光波長変
換モジュールの消光比が劣化するからである。

【００２８】図２に示すように、上記の通りパッケージ
３８等が配置された基板４８が、設置台７２に固定さ
れ、基板４８と設置台７２との間にはペルチェ素子７４
が挿入されている。ペルチェ素子７４は、その中心位置
が、ＬＤ−ＳＨＧユニット２０の前方出射方向に向かっ
てパッケージ３８の中心位置より後方になるように配置
されている。このペルチェ素子７４により、基板４８に
固定された各光学要素は、基板４８を媒介して所定温度
に調節される。なお、基板４８に固定された各光学要素
は、基板４８及びペルチェ素子７４と共に、レーザビー
ムの出射部分が透明な防塵用カバー７５により覆われて
いる。

【００２９】また、設置台７２上には、第２高調波６２
の収束位置の近傍に、ビーム整形用遮光板としてのナイ
フエッジ７６が固定配置されている。後述するように、
光波長変換素子１４のチャンネル光導波路３０を１次モ
ードで伝搬した後に出射した第２高調波６２は、設置台
７２の設置面に対して垂直方向（基板２６の厚さ方向）
下部にサイドローブを有しているが、ナイフエッジ７６
はこのサイドローブの部分をカットするように配置され
ており、サイドローブがナイフエッジ７６によりカット
されて、得られる第２高調波６２Ｇは、ビーム断面内の
光強度分布が略ガウス分布となったガウシアンビームと
なる。なお、本実施の形態では、ナイフエッジ７６を第
２高調波６２の収束位置の近傍に配置したが、光波長変
換素子１４の前方出射端面に密接または近接させて配置
してもよい。

【００３０】図３に示すように、半導体レーザ１０は、
防塵用カバー７５の外に引出されたワイヤ４６Ａ、４６
Ｂを介して駆動回路７８に接続されている。駆動回路７
８の概略構成を図４に示す。この駆動回路７８は、自動
出力制御機構（ＡＰＣ）を備えた直流電源回路８０、交
流電源８４、及びバイアスＴ８８からなり、バイアスＴ
８８はコイル８２とコンデンサ８６とから構成されてお
り、直流電源回路８０から発せられてコイル８２を経た
直流電源成分に、交流電源８４から発せられてコンデン
サ８６を経た高周波が重畳され、この高周波重畳された
電流が半導体レーザ１０に印加される。出力する第２高
調波のノイズを低減するために、重畳される高周波の周
波数は３００〜４００ＭＨｚとするのが好ましく、変調
度は３０〜７０％とするのが好ましい。

【００３１】フォトダイオード７０の両電極には２本の
ワイヤ７１Ａ、ワイヤ７１Ｂが結線されており、ワイヤ
７１Ａ、ワイヤ７１Ｂは、防塵用カバー７５の外に引出
されている。フォトダイオード７０は、防塵用カバー７
５の外に引出されたワイヤ７１Ａ、ワイヤ７１Ｂを介し
てＡＰＣを備えた直流電源回路８０に接続されている。
このＡＰＣにより、第２高調波６２の光出力が所定値と
なるように、半導体レーザ１０に印加する電流量を制御
する。

【００３２】また、ペルチェ素子７４は、温度コントロ
ーラ９０に接続されている。さらに、防塵用カバー７５
により覆われた装置内部には、装置内の温度を調節する
ためのサーミスタ（図示せず）が設けられており、この
サーミスタも温度コントローラ９０に接続されている。
温度コントローラ９０は、サーミスタの出力に基づい
て、装置内部が、使用環境で光学系が結露しない温度範
囲（例えば、使用環境温度が３０℃であれば、３０℃以
上）に維持されるように、ペルチェ素子７４を制御す
る。

【００３３】次に、この光波長変換モジュールの動作に
ついて説明する。

【００３４】まず、環境温度への適応動作について説明
する。図５（Ａ）に示すように、使用環境の温度が低下
した場合には、ペルチェ素子７４は加熱素子として働
き、ペルチェ素子７４の上方に配置された基板４８が加
熱されて所定温度に調節され、その平面方向の長さは一
定に維持される。一方、ペルチェ素子７４の下方に配置
された設置台７２は、ペルチェ素子７４により温度調節
されないので温度が低下して収縮し、その平面方向の長
さが短くなる。ペルチェ素子７４、基板４８、及び設置
台７２は一体に形成されているので、全体として上側に
凸に反る。

【００３５】このとき、ペルチェ素子７４の中心位置
が、ＬＤ−ＳＨＧユニット（図示せず）の前方出射方向
に向かってパッケージ３８の中心位置より後方に在る
と、ＬＤ−ＳＨＧユニット（図示せず）から出射される
ビーム（第２高調波６２）は下方に振れる。

【００３６】一方、設置台７２上に固定配置されたナイ
フエッジ７６は、ペルチェ素子７４により温度調節され
ないので、温度が低下して収縮する。この通り、ＬＤ−
ＳＨＧユニット（図示せず）から出射されるビームが下
方に振れると共に、ナイフエッジ７６の先端部が収縮に
より下降するので、第２高調波６２のビーム下部に在る
サイドローブがナイフエッジ７６によりカットされて、
良好なガウシアンビームを得ることができる。

【００３７】図５（Ｂ）に示すように、使用環境の温度
が上昇した場合には、ペルチェ素子７４は冷却素子とし
て働き、ペルチェ素子７４の上方に配置された基板４８
が加熱されて所定温度に調節され、その平面方向の長さ
は一定に維持される。一方、ペルチェ素子７４の下方に
配置された設置台７２は、ペルチェ素子７４により温度
調節されないので温度が上昇して膨張し、その平面方向
の長さが長くなる。ペルチェ素子７４、基板４８、及び
設置台７２は一体に形成されているので、全体として下
側に凸に反る。

【００３８】このとき、ペルチェ素子７４の中心位置
が、ＬＤ−ＳＨＧユニット（図示せず）の前方出射方向
に向かってパッケージ３８の中心位置より後方に在る
と、ＬＤ−ＳＨＧユニット（図示せず）から出射される
ビーム（第２高調波６２）は上方に振れる。

【００３９】一方、設置台７２上に固定配置されたナイ
フエッジ７６は、ペルチェ素子７４により温度調節され
ないので、温度が上昇して膨張する。この通り、ＬＤ−
ＳＨＧユニット（図示せず）から出射されるビームが下
方に振れると共に、ナイフエッジ７６の先端部が膨張に
より上昇するので、第２高調波６２のビーム下部に在る
サイドローブがナイフエッジ７６によりカットされて、
良好なガウシアンビームを得ることができる。

【００４０】次に、図１及び図２を参照してレーザビー
ムの出力動作について説明する。半導体レーザ１０から
光波長変換素子１４に向かわずに後方側に発せられたレ
ーザビーム３４Ｒ（後方出射光）は、コリメータレンズ
３６によって平行光化され、平行光化されたレーザビー
ム３４Ｒは狭帯域バンドパスフィルタ５６を透過した
後、一対の全反射プリズム５８Ａ及び５８Ｂにより光路
を略１８０°折り曲げられ、もう一対の全反射プリズム
５８Ｃ及び５８Ｄにより光路を再度略１８０°折り曲げ
られて、集光レンズ６０により集光されてミラー１２上
において収束する。ミラー１２で反射されたレーザビー
ム３４Ｒは、それまでの光路を逆に辿って半導体レーザ
１０にフィードバックされる。即ち、この装置では、ミ
ラー１２と半導体レーザ１０の前方端面とによって半導
体レーザ１０の外部共振器が構成されている。

【００４１】この外部共振器の中に配された狭帯域バン
ドパスフィルタ５６により、フィードバックされるレー
ザビーム３４Ｒの波長が選択される。半導体レーザ１０
はこの選択された波長で発振し、選択波長は狭帯域バン
ドパスフィルタ５６の回転位置に応じて変化するので、
この狭帯域バンドパスフィルタ５６を適宜回転させるこ
とにより、半導体レーザ１０の発振波長を、光波長変換
素子１４のドメイン反転部２８の周期と位相整合する波
長に選択、ロックすることができる。

【００４２】一方、所定波長にロックされ、半導体レー
ザ１０から前方側に発せられたレーザビーム３４は、チ
ャンネル光導波路３０内に入射する。このレーザビーム
３４はチャンネル光導波路３０をＴＥモードで導波し、
その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）して、波長が１／２、例えばレーザビーム３４
の中心波長が９５０ｎｍとすると４７５ｎｍの第２高調
波６２に波長変換される。この第２高調波６２もチャン
ネル光導波路３０を導波モードで伝搬し、光導波路端面
から出射する。

【００４３】なお、本発明者等の研究によると、光導波
路を０次モードより１次モードで伝搬する第２高調波の
方が基本波との重なり積分が大きいことが分かった。即
ち、１次モードで伝搬する第２高調波と基本波とを位相
整合させた方が、波長変換効率が高くなる。このため、
本実施の形態では、光波長変換素子１４のチャンネル光
導波路３０を１次モードで伝搬する第２高調波６２と基
本波３４とが擬似位相整合するように、周期ドメイン反
転構造の周期Λが設定されている。具体的には、光導波
路の基本波に対する実効屈折率をｎω、第２高調波に対
する実効屈折率をｎ₂ω、基本波の波長をλ_Fとしたと
き、下記式を満足するように周期Λを設定している。

【００４４】ｎ₂ω−ｎω＝λ_F／２Λ また、光導波路端面からは、波長変換されなかったレー
ザビーム３４も発散光状態で出射し、第２高調波６２と
共にコリメータレンズ６４によって平行光化される。光
波長変換素子１４の光導波路端面から出射された光は、
コリメータレンズ６４によって平行光化された後、ＩＲ
カットフィルタ６６によって基本波３４が除去されて第
２高調波６２が分離され、１／２波長板６７により第２
高調波６２の偏光方向が９０°回転されて出射される。
出射された第２高調波６２は、その一部がハーフミラー
６８で反射されてフォトダイオード７０により検出さ
れ、この検出結果に基づいてレーザビームのパワー制御
が行われる。

【００４５】以上説明したように、本実施の形態の光波
長変換モジュールは、設置台上に固定配置されたナイフ
エッジはペルチェ素子により温度調節されていないの
で、環境温度により収縮または膨張するが、ＬＤ−ＳＨ
Ｇユニットから出射されるビームも、ナイフエッジが収
縮したときは下方に振れ、ナイフエッジが膨張したとき
は上方に振れるというように、環境温度の変化に適応し
て光学モジュールの光ビーム出射方向を変化させて光軸
を合せることができるので、光軸ずれを防止することが
できる。

【００４６】また、本実施の形態では、光波長変換素子
から出射される第２高調波の偏光方向は設置台と平行な
方向であるが、偏光制御用の１／２波長板を用いて、設
置台と垂直な方向に偏光した第２高調波を得ることがで
きる。このとき光波長変換素子とＩＲカットフィルタと
の間に１／２波長板が配置されているので、１／２波長
板に到達する光からは基本波が除去されている。従っ
て、基本波が１／２波長板により反射されて戻り光とな
ることがなく、半導体レーザに戻り光によるノイズが発
生せず、安定に波長変換波を得ることができる。

【００４７】また、本実施の形態では、半導体レーザか
ら出射されるレーザ光を所定波長にロックしているの
で、波長変換波を安定に出力することができる。更に、
波長をロックする際に、外部共振器の共振器長を基本波
のコヒーレント長より長くすることにより、戻り光によ
る干渉が無くなり、ＩＬ特性の直線性を維持することが
できる。外部共振器を備えた構造では、外部共振器から
の戻り光など光路長が異なる光が合成されて出射光にな
るが、光路長の異なる光は互いに干渉するので、光の干
渉状態が変化するとＩＬ特性の直線性が悪化する場合が
ある。

【００４８】例えば、半導体レーザに印加する電流を増
加すると半導体レーザ自体が発熱して半導体レーザの屈
折率と長さとが変化するため半導体レーザの発振波長が
変化する。このような発振波長の変化は光の干渉状態を
変化させ、ＩＬ特性の直線性を悪化させるが、本実施の
形態のように外部共振器の共振器長を基本波のコヒーレ
ント長より長くすると、外部共振器の共振器長が多少変
動しても半導体レーザの発振波長に大きな影響を与えな
いようになる。従って、本実施の形態では、半導体レー
ザ及び光波長変換素子を含む少数部品を気密封止するこ
とにより使用環境の湿度や気圧の変化にも十分対応する
ことができ、波長変換波を安定して出力することができ
る。なお、本実施の形態では、上記の通り外部共振器の
共振器長が長くなるが、外部共振器は光路を折り曲げる
構成として光波長変換モジュールをより小型化する工夫
をしている。

【００４９】また、本実施の形態では、半導体レーザの
駆動電流に高周波を重畳して変調駆動しているため、縦
モード競合が抑制される。波長選択素子の透過帯域を、
半導体レーザの両劈開面間のファブリペローモード間隔
よりも広く設定すると、半導体レーザは複数の縦モード
で発振するようになる。このような状態では、半導体レ
ーザの駆動電流を固定していても、各縦モードへの電力
配分率が時間によって変化する縦モード競合という現象
が起きるが、本実施の形態の光波長変換モジュールで
は、半導体レーザの駆動電流に高周波を重畳して変調駆
動しているため、駆動電流が縦モード競合を起こす領域
に留まることが無くなる。

【００５０】なお、得られる第２高調波はガウシアンビ
ームであるため、記録光をより小さなスポットに絞るこ
とができ、光走査記録装置の記録光源として好適に使用
することができる。

【００５１】上記の実施の形態では、温度調節素子とし
てペルチェ素子を用いる例について説明したが、所定面
上に配置された対象物を温度調節する平面状の温度調節
装置を構成できる温度調節素子であればよく、他の温度
調節素子を用いることができる。

【００５２】上記の実施の形態では、光ビームを出射す
る光学モジュールとして、半導体レーザと光波長変換素
子とを直接結合した光波長変換モジュールを用いた例に
ついて説明したが、半導体レーザと光波長変換素子とを
レンズを介して結合した光波長変換モジュールや半導体
レーザ装置など、他の光学モジュールを用いてもよい。
また、光ビームが入射する光学素子として、ビーム整形
用遮光板としてのナイフエッジを用いる例について説明
したが、レンズや受光素子、外部変調器等の他の光学素
子を用いてもよい。

【００５３】上記の実施の形態では、光ビームを出射す
る光学モジュールを基板を介して温度調節し、光学モジ
ュールから出射された光ビームを温度調節されていない
光学素子に入射させる例について説明したが、光ビーム
を入射させる光学モジュールを基板を介して温度調節
し、温度調節されていない光学素子から光学モジュール
に光ビームを入射させてもよい。

【００５４】上記の実施の形態では、全反射プリズムを
使用して外部共振器の光路を折り返す例について説明し
たが、全反射プリズムに代えて全反射ミラーを使用する
こともできる。この場合、全反射ミラーはその反射面が
全反射プリズムの斜面の位置に対応するように配置され
る。

【００５５】上記の実施の形態では、波長板として１／
２波長板を用いる例について説明したが、光波長変換モ
ジュールの使用目的に応じて波長板の種類を適宜変更す
ることができる。例えば、光波長変換モジュールの出力
光として円偏光を得たい場合には、１／２波長板に代え
て１／４波長板を用いればよい。なお、１／２波長板、
１／４波長板の他に、１／８波長板、３／４波長板等、
種々の位相差の波長板が入手可能である。

【００５６】

【発明の効果】請求項１に記載の光学装置は、環境温度
の変化に適応して光学モジュールの光ビーム出射方向を
変化させ、光学モジュールと光ビームが入射される光学
素子との間の光軸ずれを防止することができる、という
効果を奏する。

【００５７】また、請求項２に記載の光学装置は、環境
温度の変化に適応して光学モジュールの光ビーム入射方
向を変化させ、光学モジュールと光ビームを出射する光
学素子との間の光軸ずれを防止することができる、とい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の光波長変換モジュールの平面図
である。

【図２】本実施の形態の光波長変換モジュールの光軸に
沿った断面図である。

【図３】本実施の形態の光波長変換モジュールの配線を
示す説明図である。

【図４】本実施の形態の光波長変換モジュールの駆動回
路を示す回路図である。

【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の光波長変
換モジュールの環境温度への適応動作を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０半導体レーザ１２ミラー１４光波長変換素子２０ＬＤ−ＳＨＧユニット２６、４８基板２８ドメイン反転部３０チャンネル光導波路３４Ｒレーザビーム（後方出射光）３６、６４コリメータレンズ３８パッケージ４２Ａ、４２Ｂ窓板５０ＡＲコート５２ＨＲコート５６狭帯域バンドパスフィルター５８Ａ〜Ｄ全反射プリズム６０集光レンズ６２第２高調波６６ＩＲカットフィルタ６７１／２波長板７０フォトダイオード７２設置台７３遮光板７４ペルチェ素子７５防塵用カバー７６ナイフエッジ７８駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定面上に配置された対象物を温度調節す
る平面状の温度調節装置と、該温度調節装置の所定面上に配置された第１の基板と、該第１の基板上に配置され、前記所定面と平行な所定方
向に光ビームを出射する光学モジュールと、前記温度調節装置を介して前記第１の基板と対向するよ
うに配置され、温度調節装置により温度調節されない第
２の基板と、該第２の基板上に配置され、前記光学モジュールから出
射された光ビームが入射される光学素子と、を含む光学装置であって、前記温度調節装置を、該温度調節装置の中心位置が出射
方向に向かって光学モジュールの中心位置より後方にな
るように配置した光学装置。
【請求項２】所定面上に配置された対象物を温度調節す
る平面状の温度調節装置と、該温度調節装置の所定面上に配置された第１の基板と、該第１の基板上に配置され、前記所定面と平行な所定方
向から光ビームが入射される光学モジュールと、前記温度調節装置を介して前記第１の基板と対向するよ
うに配置され、温度調節装置により温度調節されない第
２の基板と、該第２の基板上に配置され、前記光学モジュールに光ビ
ームを出射する光学素子と、を含む光学装置であって、前記温度調節装置を、該温度調節装置の中心位置が入射
方向に向かって光学モジュールの中心位置より後方に配
置した光学装置。