JP2005250156A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ素子と第２高調波発生素子とを備える光源装置において、半導体レーザ素子の出力や発振波長の安定化を図る。
【解決手段】半導体レーザ素子３１と、光導波路に周期分極反転構造が形成された第２高調波発生素子４１とが備えられ、前記第２高調波発生素子４１は、前記光導波路の一側が露出することを予定して前記光導波路が形成され、前記半導体レーザ素子３１の出射光を前記第２高調波発生素子４１の光導波路に入射させて、入射光の第２高調波を出射する光源装置において、前記第２高調波発生素子４１における光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材を塗布形成してある。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザ素子と、光導波路に周期分極反転構造が形成された第２高調波発生素子とが備えられ、前記第２高調波発生素子は、前記光導波路の一側が露出することを予定して前記光導波路が形成され、前記半導体レーザ素子の出射光を前記第２高調波発生素子の光導波路に入射させて、入射光の第２高調波を出射する光源装置に関する。

かかる光源装置は、半導体レーザ素子の出射光を第２高調波発生素子の光導波路に入射させて、入射レーザ光の１／２の波長の第２高調波を取り出す装置である。このような形式の光源装置としては、光導波路に周期分極反転構造を形成することにより高い変換効率が得られるものが実用化されている。
下記特許文献１にも記載のように、一般に、この第２高調波発生素子の光導波路は、光導波路の一側を露出させて、光導波路の一側が空気（あるいは真空）となるように作製されている。従って、光導波路の寸法や周囲との屈折率差等が、光導波路の一側が露出することを予定して設計されている。
通常、この露出面側から各種の手法により光導波路や周期分極反転構造を作り込む。
特開２００３−１８８４６９号公報

ところが、上述のような構成の第２高調波発生素子をその設計仕様通りに使用していると、半導体レーザ素子の出力が不安定になると共に発振波長が変動してマルチモード化してしまう場合があった。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、光源装置において、半導体レーザ素子の出力や発振波長の安定化を図る点にある。

本出願の第１の発明は、半導体レーザ素子と、光導波路に周期分極反転構造が形成された第２高調波発生素子とが備えられ、前記第２高調波発生素子は、前記光導波路の一側が露出することを予定して前記光導波路が形成され、前記半導体レーザ素子の出射光を前記第２高調波発生素子の光導波路に入射させて、入射光の第２高調波を出射する光源装置において、前記第２高調波発生素子における光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材を塗布形成してある。

本発明の発明者は、半導体レーザの出射光を第２高調波発生素子の光導波路に入射させたとき、光導波路の光入射端面からの反射とは考えにくい反射方向の反射光が存在することを発見した。
この反射光を生じさせる可能性のあるものの一つとして周期分極反転構造が考えられるので、本来は露出させるはずの光導波路の一側に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材を塗布し、光導波路の境界での屈折率差を小さくして光の反射率を小さくしたところ、半導体レーザ素子の光出力の変動が低減すると共に、発振波長が安定化する傾向を有することを確認した。

すなわち、半導体レーザ素子に戻り光が入射すると半導体レーザ素子の出力や発振波長が不安定になるという現象は良く知られており、光導波路の露出面からの反射光が、半導体レーザ素子への戻り光となって、半導体レーザ素子の出力や波長の変動の一因となっていることを突き止めたのである。
そこで、本来は光導波路の一側を露出させたままの状態で使用するはずの第２高調波発生素子において、光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材を塗布形成して、光源装置を構成したのである。
尚、光導波路が露出する面にこのような部材を塗布形成することで、光導波路での光の伝播効率が低下することになるが、塗布する部材の屈折率を光導波路の屈折率に極端に近づけない限り実用上は問題ない。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記第２高調波発生素子における光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する光学用の接着剤を塗布形成してある。
すなわち、光学部品の組み立て等に利用する光学用の接着剤が適切な屈折率を有しており、又、光導波路に塗布する作業も容易に行える。

又、本出願の第３の発明は、上記第２の発明の構成に加えて、前記光学用の接着剤として、屈折率が１．４〜１．７の範囲のものを使用する。
この範囲の屈折率に設定すると、効果的に半導体レーザ素子の出力等を安定化させることができ、又、このような屈折率を有する光学用の接着剤は容易に入手できる。

上記第１の発明によれば、光導波路の露出面からの反射光が半導体レーザ素子への戻り光となって、半導体レーザ素子の出力変動等の一因となっているという知見に基づいて、光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材を塗布形成することで、光源装置において、半導体レーザ素子の出力や発振波長を安定化できるものとなった。
又、上記第２の発明によれば、簡単な作製作業で、半導体レーザ素子の出力や発振波長を安定化できるものとなった。
又、上記第３の発明によれば、入手が容易な光学用の接着剤を利用して、効果的に半導体レーザ素子の出力等を安定化させることができるものとなった。

以下、本発明の光源装置を写真プリントシステムにおける露光用の光源として備えた場合の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態で例示する写真プリントシステムＤＰは、いわゆるデジタルミニラボ機として知られているものであり、図６のブロック構成図に示すように、現像処理済みの写真フィルムやメモリーカード，ＭＯあるいはＣＤ−Ｒ等から写真プリントを作製するための画像データを入力する画像入力装置ＩＲと、画像入力装置ＩＲにて入力した画像データを印画紙２に露光処理する露光・現像装置ＥＰとから構成されている。

〔画像入力装置ＩＲの概略構成〕
画像入力装置ＩＲには、図６に概略的に示すように、写真フィルムの駒画像を読み取るフィルムスキャナ３と、メモリーリーダ，ＭＯドライブ及びＣＤ−Ｒドライブ等を備えた外部入出力装置４と、パーソナルコンピュータにて構成されてフィルムスキャナ３や外部入出力装置４の制御のほか写真プリントシステムＤＰ全体の管理を実行する主制御装置５とが備えられ、更に、主制御装置５には、仕上がりプリント画像をシミュレートしたシミュレート画像や各種の制御用の情報を表示するモニタ５ａと、露光条件の手動設定等や制御情報の入力操作をするための操作卓５ｂとが接続されている。

〔露光・現像装置ＥＰの全体構成〕
露光・現像装置ＥＰは、筐体内部に、画像露光装置ＥＸと、画像露光装置ＥＸにて露光された印画紙２を現像処理する現像処理装置ＰＰと、印画紙マガジン６から引き出された印画紙２を多数の搬送ローラ９等にて現像処理装置ＰＰへ搬送する印画紙搬送系ＰＴとが設けられている。
図示を省略するが、露光・現像装置ＥＰの筐体外部には、現像処理装置ＰＰにて現像処理及び乾燥処理された印画紙２をオーダ毎に分類するためのソータが備えられ、このソータへ印画紙２を搬送するコンベア１０が筐体上面に備えられている。
更に、印画紙搬送系ＰＴの搬送経路の途中には、印画紙マガジン６から引き出された長尺の印画紙２を設定プリントサイズに切断するカッタ１１と、一列で搬送される印画紙２を複数の搬送列に振り分けるための振り分け装置１２とが備えられている。

〔画像露光装置ＥＸの構成〕
画像露光装置ＥＸは、印画紙２に対してレーザビームを走査することにより印画紙２上に露光画像を形成する露光ユニット１３と、露光ユニット１３を制御する露光制御装置１４とを主要部として構成されている。
〔露光ユニット１３の構成〕
露光ユニット１３は、レーザを光源として印画紙２上に画像を露光するいわゆるレーザ露光式を採用しており、その概略構成を図５のブロック構成図に示す。
露光ユニット１３には、赤色光源装置２１と、緑色光源装置２２と、青色光源装置２３と、緑色光源装置２２及び青色光源装置２３から出射したレーザビームを強度変調するための音響光学変調素子２４（以下、「ＡＯＭ素子２４」と略記する）と、レーザビームの光路を屈曲させるミラー２５と、球面レンズ２６と、シリンドリカルレンズ２７と、図示を省略するモータにて回転駆動されるポリゴンミラー２８と、ｆ−θ特性と面倒れ補正機能とを有するレンズ群２９とが備えられている。

〔光源装置２１，２２，２３の構成〕
赤色光源装置２１は、図示を省略するが、赤色半導体レーザ素子と赤色半導体レーザ素子の出射光を集光する集光レンズとが備えられ、緑色光源装置２２及び青色光源装置２３と異なり、半導体レーザ素子の駆動電流を直接変調することによって出射レーザビームを強度変調している。
緑色光源装置２２と青色光源装置２３とは基本的な構成は共通であり、これらの構成を緑色光源装置２２によって代表して説明する。
図２に示すように、緑色光源装置２２には、近赤外半導体レーザ装置２２ａと、近赤外半導体レーザ装置２２ａの出射レーザ光の第２高調波を生成する第２高調波発生装置２２ｂと、第２高調波発生装置２２ｂの出射光をコリメートするコリメートレンズ２２ｃとが備えられ、図示を省略するが、コリメートレンズ２２ｃの後段には、更に、コリメートレンズ２２ｃを通過したレーザビームをＡＯＭ素子２４の受光開口に集光するための集光レンズが備えられている。

近赤外半導体レーザ装置２２ａは、図２に示すように、半導体レーザ素子３１と、半導体レーザ素子３１を支持するレーザ支持部材３２と、半導体レーザ素子３１の温度調整をするための熱電冷却装置３３とが備えられ、半導体レーザ素子３１の出射光は、半導体レーザ素子３１の光出射位置に正確に位置決めされた光ファイバ３５にて第２高調波発生装置２２ｂへ導かれる。
第２高調波発生装置２２ｂは、図２に示すように、第２高調波発生素子４１と、第２高調波発生素子４１を支持するＳＨＧ支持部材４２と、第２高調波発生素子４１の温度調整をするための熱電冷却装置４３と、光ファイバ３５の一端を支持するファイバ支持部材４４とが備えられて構成されている。

第２高調波発生素子４１は、光導波路型の第２高調波発生素子であり、図１の平面図に示すように、その光導波路４１ａに周期分極反転構造４１ｂが形成されている。この光導波路４１ａの一端（光入射端）に光ファイバ３５の先端が位置決めされている。
本実施の形態では、第２高調波発生素子４１の基板としてＬｉＮｂＯ_３を用いており、光導波路４１ａはプロトン交換法等により形成し、周期分極反転構造４１ｂは、電界印加法あるいはＴｉ拡散法等で周期的に分極を反転させることにより形成する。

第２高調波発生素子４１は、光導波路４１ａの一側（第２高調波発生素子４１の上面側）が露出しており、この一側が空気層となることを予定して、光導波路４１ａの寸法等が設計されている。
従って第２高調波発生素子４１の上面側は露出させたままで使用するのが本来の標準的な使用態様であるが、図３の斜視図及び図１に示すように、この光導波路４１ａが露出する面に、光導波路４１ａの屈折率よりも小さい屈折率を有する部材ＧＬを塗布形成している。尚、図３では、図面を見易くするために周期分極反転構造４１ｂの記載を省略している。
この光導波路４１ａの屈折率よりも小さい屈折率を有する部材ＧＬとして、具体的には、光学用の接着剤を用いている。

図４に、光導波路４１ａの露出面（第２高調波発生素子４１の上面）に光学用の接着剤を塗布する場合と、塗布しないで標準の使用状態とした場合との半導体レーザ素子３１の発光スペクトルの測定結果を示す。
図４（ａ）は、光学用の接着剤を塗布しない場合の典型的な発光スペクトルであり、図４（ｂ）は光学用の接着剤を塗布した場合の典型的な発光スペクトルを示している。図４（ｂ）のデータは、光導波路４１ａの屈折率２．２に対して、屈折率が１．５９の光学用の接着剤を塗布したときのデータを示している。
光学用の接着剤を塗布しない場合では、発光スペクトルがマルチモード化し、光出力が不安定となるのに対し、光学用の接着剤を塗布することによって、シングルモード発振となって発振波長が安定している。これに伴って半導体レーザ素子３１の出力も安定している。

又、塗布する光学用の接着剤としては、屈折率が１．４〜１．７の範囲のものを使用することで、良好な特性が得られることを確認できた。
以上、緑色光源装置２２について説明したが、上述のように、青色光源装置２３の構成要素は緑色光源装置２２の構成要素と共通であり、使用する半導体レーザ素子の発振波長や、第２高調波発生素子の周期分極反転構造の周期等の、光の波長に関する部分が異なる。

〔露光制御装置１４の構成〕
露光制御装置１４には、図５に概略的に示すように、上記構成の露光ユニット１３を制御するために、画像入力装置ＩＲから入力される赤色，緑色及び青色夫々の露光用画像データを露光ユニット１３の露光特性を考慮した画像データに補正するルックアップテーブル５１と、ルックアップテーブル５１にて補正された画像データを赤色，緑色及び青色の各色毎に記憶する画像データメモリ５２と、赤色，緑色及び青色の各色毎に備えられて画像データメモリ５２の出力データをＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバータ５３と、緑色及び青色についてＤ／Ａコンバータ５３からの入力信号に応じて変調されたＡＯＭ素子２４の駆動信号を生成するＡＯＭ制御回路５４と、赤色光源装置２１の半導体レーザ素子の駆動電流を変調するＬＤ駆動回路５５とが備えられている。

オペレータが、フィルムスキャナ３あるいは外部入出力装置４からプリント対象の画像データを入力すると、適宜に画像処理等が施され、画像処理後の露光用画像データがルックアップテーブル５１へ送信される。
画像入力装置ＩＲから入力された赤色，緑色及び青色の露光用画像データに基づいて、ＡＯＭ素子２４及びＬＤ駆動回路５５にて強度変調された赤色，緑色及び青色のレーザビームは、各光学部品を通過してポリゴンミラー２８の反射面に照射され、回転駆動されているポリゴンミラー２８の反射面で反射されたレーザビームは、レンズ群２９によって印画紙２上に集光される。レーザビームの走査方向（主走査方向）は印画紙２の搬送方向（副走査方向）と直交しており、レーザビームの走査と印画紙２の搬送移動によって、印画紙２上にプリントする画像が潜像として形成される。これが現像処理装置ＰＰで現像処理されて写真プリントとして仕上がる。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、光導波路４１ａが露出する面に光学用の接着剤を塗布する場合を例示しているが、適切な屈折率を有するものであれば、各種の部材を用いることができる。
（２）上記実施の形態では、光源装置２２，２３において半導体レーザ素子３１の出射光を光ファイバ３５にて第２高調波発生素子４１の光導波路４１ａへ導いているが、例えば、レンズにて光導波路４１ａの光入射端に集光する等、光導波路４１ａへの半導体レーザ素子３１の出射光の導入形態は、種々変更可能である。

本発明の実施の形態にかかる第２高調波発生素子の平面図 本発明の実施の形態にかかる光源装置の概略構成図 本発明の実施の形態にかかる第２高調波発生素子の斜視図 本発明の実施の形態にかかる半導体レーザ素子の発光スペクトルを示す図 本発明の実施の形態にかかる画像露光装置の概略構成図 本発明の実施の形態にかかる写真プリントシステムの概略ブロック構成図

符号の説明

３１ 半導体レーザ素子
４１ 第２高調波発生素子
４１ａ 光導波路
４１ｂ 周期分極反転構造

Claims (3)

1. 半導体レーザ素子と、光導波路に周期分極反転構造が形成された第２高調波発生素子とが備えられ、
   前記第２高調波発生素子は、前記光導波路の一側が露出することを予定して前記光導波路が形成され、
   前記半導体レーザ素子の出射光を前記第２高調波発生素子の光導波路に入射させて、入射光の第２高調波を出射する光源装置であって、
   前記第２高調波発生素子における光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材を塗布形成してある光源装置。
2. 前記第２高調波発生素子における光導波路が露出する面に、光導波路の屈折率よりも小さい屈折率を有する光学用の接着剤を塗布形成してある請求項１記載の光源装置。
3. 前記光学用の接着剤の屈折率が、１．４〜１．７の範囲である請求項２記載の光源装置。

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