JP2605933B2 - Beam shaping lens and short wavelength laser light source - Google Patents

Beam shaping lens and short wavelength laser light source

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JP2605933B2
JP2605933B2 JP2199437A JP19943790A JP2605933B2 JP 2605933 B2 JP2605933 B2 JP 2605933B2 JP 2199437 A JP2199437 A JP 2199437A JP 19943790 A JP19943790 A JP 19943790A JP 2605933 B2 JP2605933 B2 JP 2605933B2
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light
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light beam
wavelength
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洋一 佐々井
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/372Means for homogenizing the output beam

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コヒ−レント光を利用する光情報処理分
野、あるいは光応用計測制御分野に使用する光波長変換
素子用光束整形レンズおよび光束整形レンズを用いた短
波長レーザ光源に関するものである。
The present invention relates to a light beam shaping lens for a light wavelength conversion element and a light beam shaping lens used in the field of optical information processing using coherent light or in the field of optical measurement and control. It relates to the short-wavelength laser light source used.

従来の技術 第9図に従来の短波長レーザ光源の構成図を示す。第
9図で21は半導体レーザ、24はコリメータレンズ、25は
フォーカスレンズ、27は光波長変換素子である。マウン
ト20に取り付けられた半導体レーザ21は基本波P1を出射
する。発生した基本波P1はコリメータレンズ24で平行光
にされ、半波長板26で偏光方向が90度回転された後、フ
ォーカスレンズ25により集光され光波長変換素子27に形
成された光導波路2の端部より光導波路2に入る。光導
波路2中で高調波P2に変換され外部に放射される。外部
に放射された高調波P2は光束整形レンズ30により平行光
にされる。以下0.84μmの波長の基本波に対する従来の
光束整形レンズによる高調波(波長0.42μm)の整形に
ついて第10図を用いて詳しく述べる。第10図は光波長変
換素子21および従来の光束整形レンズ30の断面図であ
る。(伊藤他、特開平1−280720号参照)光束整形レン
ズ30はa軸の回りに対称となる円錐形状をしており、円
錐の頂点31は光波長変換素子21の高調波であるチェレン
コフ光の出射面3と反対側にある。LiNbO3基板1に形成
された埋め込み型の光導波路2の入射面5に半導体レー
ザからの基本波P1の光を入射すると、基本波の導波モー
ドの実効屈折率と高調波の実効屈折率が等しくなるよう
な条件が満足されるとき、光導波路2からLiNbO3基板1
内にチェレンコフ光である高調波P2の光が効率良く放射
され、光波長変換素子として動作する。高調波P2は基板
外へ放射されるときスネルの法則により屈折されa軸に
対してさらに大きな角度で放射される。このチェレンコ
フ光を光束整形レンズ30により平行にする。光束整形レ
ンズ30は一断面に関してはプリズム的な働きをする。そ
のためチェレンコフ光は第10図の図形を回転対称軸であ
るa軸の回りで回転したときもすべてに対して平行にな
る。具体的に数値を用いて説明すると840nmの波長のレ
ーザ光を光波長変換素子に入射した場合LiNbO3からの出
射角φは52度になり硝材LaK14(屈折率1.716、波長420n
mにて)を用いる頂角αとして33度が得られる。この条
件で作製された光束整形レンズ30を光波長変換素子21の
前に配置し光導波路2の延長線上に光束整形レンズ30の
頂点31を置くと高調波P2はa軸に対して平行となりa軸
を中心に高調波であるチェレンコフ光が平行高となる。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a configuration diagram of a conventional short wavelength laser light source. In FIG. 9, 21 is a semiconductor laser, 24 is a collimator lens, 25 is a focus lens, and 27 is a light wavelength conversion element. The semiconductor laser 21 mounted on the mount 20 emits the fundamental wave P1. The generated fundamental wave P1 is collimated by the collimator lens 24, and after the polarization direction is rotated by 90 degrees by the half-wave plate 26, the condensed light is condensed by the focus lens 25 and is reflected by the optical waveguide 2 formed on the light wavelength conversion element 27. It enters the optical waveguide 2 from the end. The light is converted into a harmonic P2 in the optical waveguide 2 and emitted to the outside. The harmonic P2 emitted to the outside is converted into parallel light by the light beam shaping lens 30. The shaping of a harmonic (wavelength: 0.42 μm) of a fundamental wave having a wavelength of 0.84 μm by a conventional light beam shaping lens will be described in detail with reference to FIG. FIG. 10 is a sectional view of the light wavelength conversion element 21 and the conventional light beam shaping lens 30. (See Ito et al., JP-A-1-280720) The light beam shaping lens 30 has a conical shape that is symmetrical about the a-axis, and the apex 31 of the cone is the peak of the Cherenkov light, which is a harmonic of the light wavelength conversion element 21. It is on the side opposite to the emission surface 3. When light of the fundamental wave P1 from the semiconductor laser is incident on the incident surface 5 of the buried optical waveguide 2 formed on the LiNbO 3 substrate 1, the effective refractive index of the guided mode of the fundamental wave and the effective refractive index of the higher harmonic wave are increased. When the condition for equality is satisfied, the LiNbO 3 substrate 1
The light of the harmonic P2, which is the Cherenkov light, is efficiently radiated therein and operates as an optical wavelength conversion element. When radiated out of the substrate, the harmonic P2 is refracted by Snell's law and radiated at a larger angle with respect to the a-axis. This Cherenkov light is made parallel by the light beam shaping lens 30. The light beam shaping lens 30 functions like a prism in one section. For this reason, the Cherenkov light is parallel to all of the figures shown in FIG. 10 when the figure is rotated around the rotationally symmetric axis a. Explaining concretely using numerical values, when laser light having a wavelength of 840 nm is incident on the light wavelength conversion element, the emission angle φ from LiNbO 3 becomes 52 degrees, and the glass material LaK14 (refractive index 1.716, wavelength 420 n
33 m is obtained as the apex angle α using m). When the light beam shaping lens 30 manufactured under these conditions is arranged in front of the light wavelength conversion element 21 and the vertex 31 of the light beam shaping lens 30 is placed on an extension of the optical waveguide 2, the harmonic P2 becomes parallel to the a-axis and a The Cerenkov light, which is a harmonic wave around the axis, has a parallel height.

発明が解決しようとする課題 上記のように従来の光束整形レンズでは実際には、完
全な平行光にすることはむずかしく、高調波を回折限界
まで集光することが困難であった。すなわち光束整形レ
ンズの頂角αは高調波の出射角φで一義的に決まり、逆
に半導体レーザの発振波長がずれたときまたは、発振波
長のスペクトルが広がっている場合には光束整形レンズ
通過後に平行光からずれたり、または高調波が広がりを
持つ光となる。詳細に図を用いて説明する。第11図に従
来の光束整形レンズの断面を示す。光波長変換素子21か
ら出射された高調波P2は波長が異なることで光波長変換
素子からの出射角に違いがでる。例えば波長λ1に対し
て平行となるように設計された光束整形レンズ30では波
長λ2の高調波に対してはa軸との角度ずれが生じる。
そのためこのような平行光からずれた光を集光すると収
差のため集光が困難となるといった問題があった。
PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION As described above, in the conventional light beam shaping lens, it is actually difficult to convert the light into perfect parallel light, and it has been difficult to collect harmonics to the diffraction limit. That is, the apex angle α of the light beam shaping lens is uniquely determined by the emission angle φ of the harmonic, and conversely, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser is shifted or when the spectrum of the oscillation wavelength is wide, after passing through the light beam shaping lens. The light deviates from the parallel light, or becomes light in which the harmonics have a spread. This will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 11 shows a cross section of a conventional light beam shaping lens. The harmonics P2 emitted from the optical wavelength conversion element 21 have different wavelengths, so that the emission angle from the optical wavelength conversion element differs. For example, in the light beam shaping lens 30 designed to be parallel to the wavelength λ1, an angle shift from the a-axis occurs for a harmonic of the wavelength λ2.
For this reason, there is a problem that if light deviated from such parallel light is condensed, it becomes difficult to collect light due to aberration.

課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するためにチェレンコフ光
の整形レンズに新たな工夫を加えることにより光束整形
レンズ通過後の高調波のパターンの完全な平行出射を可
能とするものである。
Means for Solving the Problems The present invention enables perfect parallel emission of a harmonic pattern after passing through a light beam shaping lens by adding a new device to the shaping lens of Cerenkov light in order to solve the above problems. Things.

そのために本発明の光束整形レンズは光導波路が形成
された基板より成る光波長変換素子より放射されるチェ
レンコフ光に対して透明でかつ波長分散の大きな材料よ
り成り、第1の円錐形状となる部分および第2の円錐形
状よりなる部分を有しなおかつ第1の円錐の中心軸が第
2の円錐の中心軸と一致するという手段を用いるもので
ある。
For this purpose, the light beam shaping lens of the present invention is made of a material that is transparent to Cerenkov light radiated from the light wavelength conversion element formed of the substrate on which the optical waveguide is formed and has a large wavelength dispersion, and has a first conical portion. And a means having a portion having the shape of the second cone and the center axis of the first cone coincides with the center axis of the second cone.

また、本発明の短波長レーザ光源は光導波路が形成さ
れた基板より成る光波長変換素子と前記光波長変換素子
より放射されるチェレンコフ光に対して透明でかつ波長
分散の大きな材料より成る光束整形レンズと半導体レー
ザを備え、前記光束整形レンズが前記光波長変換素子よ
り放射されるチェレンコフ光の延長線状に位置しなおか
つ光導波路の延長線上に円錐の頂点を配しなおかつ光波
長変換素子のチェレンコフ光の出射面側と前記円錐の頂
点が対抗するように配されているという手段を用いるも
のである。
Further, the short wavelength laser light source of the present invention is a light wavelength conversion element comprising a substrate on which an optical waveguide is formed, and a light beam shaping made of a material which is transparent to Cerenkov light emitted from the light wavelength conversion element and has a large wavelength dispersion. A lens and a semiconductor laser, wherein the light beam shaping lens is positioned in an extended line of the Cerenkov light emitted from the optical wavelength conversion element, and the vertex of the cone is arranged on the extension of the optical waveguide, and the Cerenkov of the optical wavelength conversion element is disposed. Means is used in which the light emitting surface side and the apex of the cone are arranged to face each other.

作用 上記手段により光波長変換素子より出射された異なっ
た波長に対して異なった方向に出射される高調波である
チェレンコフ光を完全な平行光に変換が図れ、回折限界
まで集光することが可能となる。
Function By the above means, it is possible to convert the Cherenkov light, which is a higher harmonic wave emitted in different directions for different wavelengths emitted from the optical wavelength conversion element, into a complete parallel light, and to condense it to the diffraction limit. Becomes

実施例 本発明の短波長レーザ光源の実施例について図を用い
て説明する。第1図に本発明の光束整形レンズを用いて
構成される短波長レーザ光源の一種である青色レーザ光
源の構成図を示す。この青色レーザ光源はプロトン交換
法により作製した光導波路2が形成されたLiNbO3基板か
ら成る光波長変換素子27と光束整形レンズ30と半導体レ
ーザ21と半導体レーザ21を駆動する電源である高周波電
源より基本的に構成される。LiNbO3基板1にプロトン交
換法により作製した光導波路(プロトン交換光導波路)
は発生する高調波の均一性が良い。この青色レーザ光源
の動作について簡単に説明する。高周波駆動された半導
体レーザ21から出射された基本波P1はコリメータレンズ
24で平行光にされた後フォーカスレンズ25により光波長
変換素子27に形成された光導波路2中に入射する。ここ
で半導体板26は半導体レーザ21と光導波路2の偏光方向
を合わせるためのものである。入射した基本波P2は光導
波路2で高周波P2に変換されLiNbO3基板1内に放射さ
れ、端面より光波長変換素子27の外部へ出射される。こ
の高周波P2はチェレンコフリング状の発散光(チェレン
コフ光)となるため、光束整形レング30により平行化さ
れ青色レーザ光源の正面へと出射される。
Embodiment An embodiment of the short wavelength laser light source of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of a blue laser light source, which is a kind of short wavelength laser light source constituted by using the light beam shaping lens of the present invention. This blue laser light source is composed of a light wavelength conversion element 27 composed of a LiNbO 3 substrate on which an optical waveguide 2 manufactured by a proton exchange method is formed, a light beam shaping lens 30, a semiconductor laser 21, and a high frequency power supply which is a power supply for driving the semiconductor laser 21. Basically configured. Optical waveguide (proton exchange optical waveguide) fabricated on LiNbO 3 substrate 1 by proton exchange method
Has good uniformity of generated harmonics. The operation of the blue laser light source will be briefly described. The fundamental wave P1 emitted from the high-frequency driven semiconductor laser 21 is a collimator lens
After being converted into parallel light by 24, the light enters the optical waveguide 2 formed in the light wavelength conversion element 27 by the focus lens 25. Here, the semiconductor plate 26 is for adjusting the polarization directions of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2. The incident fundamental wave P2 is converted into a high frequency P2 by the optical waveguide 2, radiated into the LiNbO 3 substrate 1, and emitted from the end face to the outside of the optical wavelength conversion element 27. Since this high frequency P2 becomes Cerenkov ring-shaped divergent light (Cherenkov light), it is collimated by the light beam shaping length 30 and emitted to the front of the blue laser light source.

次に本発明の光束整形レンズの動作について詳しく図
面を用いて説明を行う。第2図に光波長変換素子27およ
び光束レンズ30の断面図を示す。光束整形レンズ30はa
軸の回りに回転対称であり第1の円錐形状となる部分30
aおよび第2の円錐形状となる部分30bより成っている。
また、第1の円錐形状の中心軸と第2の円錐形状の中心
軸はともにa軸であり一致している。従来の光束整形レ
ンズと異なる点は頂点31が光波長変換素子27の高調波の
出射面3側に対抗していることおよび波長分散の大きな
材料を用いていることである。また、従来とは異なり2
つの円錐形状部分を持つ。第2図において基本波P1より
発生する高周波P2の基板内への出射角θは以下の式とな
る。
Next, the operation of the light beam shaping lens of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a sectional view of the light wavelength conversion element 27 and the light beam lens 30. The beam shaping lens 30 is a
A portion 30 that is rotationally symmetric about the axis and has a first conical shape
a and a second conical portion 30b.
The central axis of the first conical shape and the central axis of the second conical shape are both the a-axis and coincide with each other. The difference from the conventional light beam shaping lens is that the apex 31 is opposed to the emission surface 3 side of the harmonic of the light wavelength conversion element 27 and that a material having a large wavelength dispersion is used. In addition, unlike the past, 2
With two conical parts. In FIG. 2, the emission angle θ of the high frequency P2 generated from the fundamental wave P1 into the substrate is represented by the following equation.

cosθ=N/n ここでnは高周波の屈折率、Nは導波する基本波の実
効屈折率であり光導波路の延長線状であるa軸を軸とし
てほぼ対称なチェレンコフリングを描く。これは一般的
にチェレンコフ光と呼ばれる。また基板の屈折率は波長
依存性がありそのため出射角θは基本波の波長に依存す
ることとなる。
cos θ = N / n where n is a high-frequency refractive index, and N is an effective refractive index of a fundamental wave to be guided, and draws a substantially symmetrical Cherenkov ring about an a-axis which is an extension of the optical waveguide. This is generally called Cerenkov light. Further, the refractive index of the substrate is wavelength-dependent, so that the emission angle θ depends on the wavelength of the fundamental wave.

次にLiNbO3基板1からの出射角φはスネルの法則を満
たすため以下に示す式で表すことができる。
Next, the emission angle φ from the LiNbO 3 substrate 1 can be expressed by the following equation to satisfy Snell's law.

φ=sin-1〔nsinθ〕 上述のように出射角φも同様に波長が変化することに
より変わる。すなわち波長変化による出射角θおよび屈
折率nの変化によりφも変化する。第3図に基本波の波
長に対する出射角の変化を示す。波長が短くなると出射
角φは大きくなる。光束整形レンズ30は波長分散が大き
な材料でできており、第2図において光束整形レンズ30
内部では、より短い波長である波長λの光に対しての
屈折率が長い波長である波長λの光の屈折率よりも大
きく、波長λの光の方が大きく曲がる。そのため波長
分散の大きな材料を用い光束整形レンズ30の頂角α1お
よびα2を選べば出射角の異なる光を平行にすることが
できる。ここで頂角は中心軸であるa軸からの角度であ
る。
φ = sin −1 [nsin θ] As described above, the emission angle φ also changes due to a change in wavelength. That is, φ also changes due to the change in the emission angle θ and the refractive index n due to the wavelength change. FIG. 3 shows the change of the emission angle with respect to the wavelength of the fundamental wave. As the wavelength becomes shorter, the emission angle φ becomes larger. The beam shaping lens 30 is made of a material having a large wavelength dispersion.
Inside, the light having the wavelength λ 1 , which is a shorter wavelength, has a larger refractive index than the light having the longer wavelength λ 2 , and the light having the wavelength λ 1 bends more. Therefore, if the apex angles α1 and α2 of the light beam shaping lens 30 are selected using a material having a large wavelength dispersion, the light beams having different emission angles can be made parallel. Here, the apex angle is an angle from the a-axis which is the central axis.

以下具体的な数値を用いて説明する。この実施例では
光束整形レンズの材料として分散の大きなLiNbO3を用い
た。アッベ数は18である。アッベ数νは分散の大きな材
料程小さく以下の式で定義される。
Description will be made below using specific numerical values. In this embodiment, LiNbO 3 having a large dispersion is used as a material of the light beam shaping lens. Abbe's number is 18. The Abbe number ν is smaller for a material having a larger dispersion and is defined by the following equation.

ν=(nd−1)/(nf−nc) ここでnd、nf、ncはそれぞれ波長587nm、486nm、656n
mでの屈折率である。またa軸に高調波が平行になるよ
うに頂角を計算し頂角α1は72度α2は81.5度とした。
半導体レーザ波長は415.0nmより±0.2nmモードホップを
生じたが光束整形レンズより出射される高調波はa軸の
回りに完全な平行光であった。
ν = (n d −1) / (n f −n c ) where n d , n f , and n c are wavelengths of 587 nm, 486 nm, and 656 n, respectively.
The refractive index at m. The apex angle was calculated so that the harmonics became parallel to the a-axis, and the apex angle α1 was 72 degrees and α2 was 81.5 degrees.
Although the semiconductor laser wavelength generated a mode hop of ± 0.2 nm from 415.0 nm, the higher harmonic emitted from the light beam shaping lens was completely parallel light around the a-axis.

次に短波長レーザ光源の一種である青色レーザ光源の
製造方法について説明を行う。短波長レーザ光源の製造
方法としてはまず第1図でマウント20に光波長変換素子
27の光導波路2の形成されている面側を接着した。次に
NAが0.6のフォーカスレンズ25および半導体板26をマウ
ント20中に挿入し固定した。次にNAが0.3のコリメータ
レンズ24、半導体レーザ21を挿入した後、半導体レーザ
21を駆動し基本波P1が光波長変換素子27の光導波路2の
入射部に焦点を結ぶようにコリメータレンズ24および半
導体レーザ21を動かし出射する高調波P2が最大になるよ
うにした後、固定を行った。その後、光束整形レンズ30
をマウント20に取り付けた。光束整形レンズ30はマウン
ト20に固定するため半分に切断した。光波長変換素子27
に形成されている光導波路2の延長線上に光束整形レン
ズ30の頂点31を配置し高調波P2が平行に出射されるよう
にした。第1図で半導体レーザ21は830nmの発振波長の
ものでCW電源より一定電流をまた高周波電源よりサイン
状の高周波(1GHz)が印加されており平均パワー40mWの
基本波P1が出射されている。この基本波P1がレンズ24,2
5および半波長板26を用いて光波長変換素子27に入射し
高調波P2が発生した。この光波長変換素子27では光導波
路2の内部に25mWの基本波P1が入射し、1.2mWの高調波
が得られトータルの変換効率は3%であった。出射され
た高周波P2は光束整形レンズ30により平行化され広がり
角1mmrad以下であった。従来の光束整形レンズを用いた
ものは10mmradであった。この実施例のように本発明の
光束整形レンズを用いることで大幅に平行度を改善でき
る。
Next, a method for manufacturing a blue laser light source, which is a kind of short wavelength laser light source, will be described. As a method of manufacturing a short wavelength laser light source, first, an optical wavelength conversion element is mounted on a mount 20 in FIG.
The surface on which 27 optical waveguides 2 were formed was bonded. next
A focus lens 25 and a semiconductor plate 26 having an NA of 0.6 were inserted into the mount 20 and fixed. Next, after inserting the collimator lens 24 and the semiconductor laser 21 having an NA of 0.3, the semiconductor laser
Then, the collimator lens 24 and the semiconductor laser 21 are moved so that the fundamental wave P1 is focused on the incident portion of the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 27 so that the output harmonic wave P2 is maximized and fixed. Was done. After that, the beam shaping lens 30
Was mounted on the mount 20. The light beam shaping lens 30 was cut in half to be fixed to the mount 20. Optical wavelength conversion element 27
The vertex 31 of the light beam shaping lens 30 is arranged on an extension of the optical waveguide 2 formed in the above, so that the harmonic P2 is emitted in parallel. In FIG. 1, the semiconductor laser 21 has an oscillation wavelength of 830 nm, a constant current is applied from a CW power supply, and a sine-shaped high frequency (1 GHz) is applied from a high-frequency power supply, and a fundamental wave P1 having an average power of 40 mW is emitted. This fundamental wave P1 is the lens 24,2
Using 5 and the half-wave plate 26, the light was incident on the optical wavelength conversion element 27, and a harmonic P2 was generated. In this optical wavelength conversion element 27, a fundamental wave P1 of 25 mW was incident inside the optical waveguide 2, a harmonic of 1.2 mW was obtained, and the total conversion efficiency was 3%. The emitted high frequency P2 was collimated by the light beam shaping lens 30 and had a divergence angle of 1 mmrad or less. The one using the conventional light beam shaping lens was 10 mmrad. By using the light beam shaping lens of the present invention as in this embodiment, the parallelism can be greatly improved.

また、0.65〜1.6μmの波長の基本波を用いた光波長
変換素子により高調波発生に対し光束整形レンズが有効
であること、また短波長レーザ光源からの出射光が平行
化されることを確認した。
In addition, it was confirmed that a light shaping lens was effective for generating harmonics by using an optical wavelength conversion element using a fundamental wave with a wavelength of 0.65 to 1.6 μm, and that the emitted light from a short-wavelength laser light source was collimated. did.

次に第2の実施例として本発明の光束整形レンズを実
施例1と同じくLiNbO3により構成したものについて説明
する。第4図において30は光束整形レンズであり凸状の
第1の円錐形状となる部分の頂点31と削り取られた第2
の円錐形状となる部分の頂点32を持つ。頂角はα1が60
度、α2が99.9度である。この実施例では830nmの半導
体レーザを高周波駆動して用い出力された基本波は光波
長変換素子に結合され、発生した高調波P2は波長λ1か
らλ2までのスペクトル広がりを持つ。第5図は光束整
形レンズを通過した後の高調波の波長に対するa軸から
の広がり角である。実際高調波は415nmを中心として±1
nmのスペクトル広がりを持つ。そのため従来の光束整形
レンズでは±0.1度の広がり角を持っていたが、本発明
の光束整形レンズでは広がりがなくなった。この実施例
で示されるように本発明の光束整形レンズを用いること
で完全に広がりを抑えることができた。
Next, a description will be given of a second embodiment in which the light beam shaping lens of the present invention is made of LiNbO 3 as in the first embodiment. In FIG. 4, reference numeral 30 denotes a light beam shaping lens, which is a vertex 31 of a convex first conical portion and a second shaved portion.
Has a vertex 32 of a conical portion. The vertical angle α1 is 60
Degrees, α2 is 99.9 degrees. In this embodiment, the fundamental wave output by driving the 830 nm semiconductor laser at high frequency is coupled to the optical wavelength conversion element, and the generated harmonic P2 has a spectrum spread from wavelengths λ1 to λ2. FIG. 5 shows the spread angle from the a-axis with respect to the wavelength of the harmonic after passing through the light beam shaping lens. Actually, harmonics are ± 1 around 415nm
It has a spectral spread of nm. Therefore, the conventional light beam shaping lens had a divergence angle of ± 0.1 degrees, but the light beam shaping lens of the present invention no longer spreads. As shown in this example, the spread could be completely suppressed by using the light beam shaping lens of the present invention.

次に第3の実施例として本発明の光束整形レンズを実
施例1と同じくLiNbO3により構成したものについて説明
する。第6図において27は光導波路2が形成された光波
長変換素子、30は光束整形レンズであり円錐の頂点31が
光波長変換素子27の高調波の出射面3に対抗している。
この実施例の光束整形レンズ30では円錐の頂点31は1つ
しかなくレンズ加工が簡単である。頂角α1は66.2度で
あった。これにより2mmrad以下の平行光が得られた。な
お円錐の頂角は60度未満では光束整形レンズが大きくな
りすぎるため実用的ではなく85度以上では補正の効果が
少なくなる。
Next, a description will be given of a third embodiment in which the light beam shaping lens of the present invention is made of LiNbO 3 as in the first embodiment. In FIG. 6, reference numeral 27 denotes an optical wavelength conversion element in which the optical waveguide 2 is formed, and reference numeral 30 denotes a light beam shaping lens. The apex 31 of the cone opposes the emission surface 3 of the harmonic of the optical wavelength conversion element 27.
In the light beam shaping lens 30 of this embodiment, there is only one vertex 31 of the cone, and lens processing is simple. The apex angle α1 was 66.2 degrees. Thereby, a parallel light of 2 mmrad or less was obtained. If the apex angle of the cone is less than 60 degrees, the light beam shaping lens becomes too large, so that it is not practical.

次に第4の実施例として本発明の光束整形レンズの材
料として硝材SFS9により構成したものについて説明す
る。SFS9はSF系の硝材であり波長415nmの高調波に対し
て透明であり、アッベ数も24と小さい。第7図において
30は光束整形レンズであり円錐の頂点31、32を持つ。こ
の実施例の光束整形レンズでは材料が硝材であるためレ
ンズ加工が簡単であり材料も安価という特徴がある。頂
角α1は68度でり、α2は73度であった。これにより2m
mrad以下の平行光が得られた。
Next, a description will be given of a fourth embodiment in which the light beam shaping lens of the present invention is made of a glass material SFS9 as a material. SFS9 is a SF-based glass material that is transparent to harmonics having a wavelength of 415 nm, and has a small Abbe number of 24. In FIG.
Reference numeral 30 denotes a light beam shaping lens having vertices 31 and 32 of a cone. The light beam shaping lens of this embodiment is characterized in that since the material is a glass material, the lens processing is simple and the material is inexpensive. The vertex angle α1 was 68 degrees and α2 was 73 degrees. This gives 2m
Parallel light of mrad or less was obtained.

なお本実施例では材料としてSFS9を用いたが他のSFS9
0等のアッベ数30以下の高分散な硝材も低価格であり有
効である。
In this example, SFS9 was used as a material.
Highly dispersed glass materials having an Abbe number of 30 or less, such as 0, are also inexpensive and effective.

次に第5の実施例として本発明の光束整形レンズを有
機非線系材料に応用した例について説明する。第8図に
本実施例の構成を示す。27はガラスファイバー1a中に有
機非線形材料であるMNAを光導波路2として作製した光
波長変換素子、30は材料にZnSを用いた光束整形レンズ
である。ZnSは吸収端が360nmと短くまた分散も非常に大
きい。半導体レーザから出射された基本波P1はMNAでで
きた光導波路2中に伝搬し、高調波P2に変換されガラス
でできたクラッド中を伝搬し外部に放射される。これを
ZnSで作られた光束整形レンズ30によりスペクトル広が
りによる出射角の広がった光も完全に平行化され出射さ
れた。
Next, as a fifth embodiment, an example in which the light beam shaping lens of the present invention is applied to an organic nonlinear material will be described. FIG. 8 shows the configuration of this embodiment. Reference numeral 27 denotes an optical wavelength conversion element in which MNA, which is an organic nonlinear material, is formed as an optical waveguide 2 in a glass fiber 1a, and reference numeral 30 denotes a light beam shaping lens using ZnS as a material. ZnS has a short absorption edge of 360 nm and a very large dispersion. The fundamental wave P1 emitted from the semiconductor laser propagates in the optical waveguide 2 made of MNA, is converted into a higher harmonic wave P2, propagates through the cladding made of glass, and is emitted to the outside. this
The light with a wide emission angle due to the spectrum spread was completely collimated and emitted by the light beam shaping lens 30 made of ZnS.

次に第6の実施例として本発明の短波長レーザ光源を
光ディスクの読み取りに応用した光情報処理装置につい
て説明する。実施例2で説明したように高調波は光束整
形レンズにより広がりがなく完全に平行光にされる。こ
の高調波は偏光ビームスプリッタを通過後、フォーカシ
ングレンズで集光され光ディスク上に0.6μmのスポッ
トを結ぶ。この反射信号は再び偏光ビームスプリッタを
通過後、受光器に入射する。波長0.84μm,出力40mWの半
導体レーザを用い960MHzで高周波駆動することにより2m
Wの高調波が放射された。
Next, an optical information processing apparatus in which the short wavelength laser light source of the present invention is applied to reading of an optical disk will be described as a sixth embodiment. As described in the second embodiment, the harmonic wave is made completely parallel by the light beam shaping lens without spreading. After passing through the polarizing beam splitter, these harmonics are condensed by a focusing lens and form a 0.6 μm spot on the optical disk. The reflected signal again passes through the polarization beam splitter and then enters the light receiver. 2m by high frequency driving at 960MHz using semiconductor laser with wavelength 0.84μm and output 40mW
W harmonics were emitted.

このように本発明の光束整形レンズを半導体レーザを
高周波ドライブした短波長レーザ光源に用いることで回
折限界まで集光可能でしかも高出力の高調波を取り出す
ことができる。そのため、従来使用していた0.8μm帯
の半導体レーザを用いた光ディスクの読み取り系に比べ
て半分のスポットに絞ることができ光ディスクの記録密
度を4倍に向上することができる。
As described above, by using the light beam shaping lens of the present invention as a short-wavelength laser light source in which a semiconductor laser is driven at a high frequency, it is possible to collect light to the diffraction limit and to extract a high-power harmonic. For this reason, it is possible to narrow the spot to half of the reading system of an optical disk using a 0.8 μm band semiconductor laser which has been conventionally used, and to improve the recording density of the optical disk four times.

なお光ディスク以外にもレーザプリンタ、製版機など
の集光が不可欠な光情報処理装置にも利用することがで
きる。
In addition to the optical disk, the present invention can be used for an optical information processing apparatus such as a laser printer and a plate making machine, which requires light collection.

また、実施例では基板として非線形光学定数の大きな
LiNbO3を用いたが、他にLiNbO3、KNbO3などの強誘電
体、有機物質、またはZnSなどの化合物半導体などの非
線形光学定数の大きな基板でチェレンコフ放射による高
周波発生が可能あれば用いることができる。
In the embodiment, the substrate has a large nonlinear optical constant.
Although LiNbO 3 was used, it is also recommended to use a ferroelectric substance such as LiNbO 3 or KNbO 3 , an organic substance, or a substrate with a large nonlinear optical constant such as a compound semiconductor such as ZnS if it can generate high frequency by Cherenkov radiation. it can.

発明の効果 以上説明したように本発明の光束整形レンズによれ
ば、材料に大きな波長分散を持たせることで半導体レー
ザを高周波で駆動し光波長変換素子から放射される高調
波のスペクトルが広がった場合または半導体レーザの波
長がホップした場合においても高調波を平行にすること
ができ回折限界まで集光させることが可能となる。
Effect of the Invention As described above, according to the light beam shaping lens of the present invention, by giving a large wavelength dispersion to the material, the semiconductor laser is driven at a high frequency, and the spectrum of the harmonic emitted from the light wavelength conversion element is broadened. Even in the case where the wavelength of the semiconductor laser hops, the harmonics can be made parallel, and the light can be focused to the diffraction limit.

また、短波長レーザ光源として本光束整形レンズを組
み込んだものは1mmrad以内の極めて広がりの少ない平行
レーザ光の出射が可能でありその実用的価値は極めて大
きい。
A short-wavelength laser light source incorporating the light beam shaping lens can emit a parallel laser light having a very small spread of 1 mmrad or less, and its practical value is extremely large.

上記短波長レーザ光源を組み込んだ光情報処理装置と
しては高出力で安定は短波長光を利用でき記録密度およ
び感度が大幅に向上する。
As an optical information processing apparatus incorporating the above short wavelength laser light source, high output and stable short wavelength light can be used, and the recording density and sensitivity are greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は第1の実施例である本発明の短波長レーザ光源
の構成図、第2図は本発明の第1の実施例である光束整
形レンズの断面図、第3図は基本波の波長に対する高調
波出射角依存性を示すグラフ、第4図は本発明の第2の
実施例である光束整形レンズの断面図、第5図は高調波
の波長に対する広がり角を示すグラフ、第6図は本発明
の第3の実施例である光束整形レンズの断面図、第7図
は本発明の第4の実施例である光束整形レンズの断面
図、第8図は本発明の第5の実施例である光束整形レン
ズの断面図、第9図は従来の短波長レーザ光源の構成
図、第10図は従来の光束整形レンズの断面図、第11図は
従来の光束整形レンズの原理を示す断面図である。 である。 1……LiNbO3基板、2……光導波路、21……半導体レー
ザ、27……光波長変換素子、30……光束整形レンズ、P2
……高調波。
FIG. 1 is a block diagram of a short-wavelength laser light source according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a light beam shaping lens according to the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the dependence of a harmonic emission angle on wavelength, FIG. 4 is a sectional view of a light beam shaping lens according to a second embodiment of the present invention, FIG. FIG. 7 is a sectional view of a light beam shaping lens according to a third embodiment of the present invention, FIG. 7 is a sectional view of a light beam shaping lens according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 9 is a sectional view of a conventional short-wavelength laser light source, FIG. 10 is a sectional view of a conventional light-beam shaping lens, and FIG. 11 is a sectional view of a conventional light-beam shaping lens. FIG. It is. 1 ...... LiNbO 3 substrate, 2 ...... waveguide, 21 ...... semiconductor laser, 27 ...... light wavelength conversion device, 30 ...... beam shaping lens, P2
……harmonic.

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光導波路が形成された基板より成る光波長
変換素子より放射されるチェレンコフ光に対して透明で
かつ波長分散の大きな材料より成り、第1の円錐形状と
なる部分および第2の円錐形状より成る部分を有し、前
記第1の円錐の中心軸が前記第2の円錐の中心軸と一致
することを特徴とする光束整形レンズ。
A first conical portion made of a material which is transparent to Cerenkov light radiated from an optical wavelength conversion element comprising a substrate on which an optical waveguide is formed and has a large wavelength dispersion, and a second conical portion; A light beam shaping lens having a portion having a conical shape, wherein a central axis of the first cone coincides with a central axis of the second cone.
【請求項2】光導波路が形成された基板より成る光波長
変換素子と前記光波長変換素子より放射されるチェレン
コフ光に対して透明でかつ波長分散の大きな材料より成
る光束整形レンズと半導体レーザとを備え、前記光束整
形レンズが前記光波長変換素子より放射されるチェレン
コフ光の延長線上に位置し前記光導波路の延長線上に円
錐の頂点を配し前光波長変換素子のチェレンコフ光の出
射面側と前記円錐の頂点が対抗するように配されている
ことを特徴とする短波長レーザ光源。
2. An optical wavelength conversion device comprising a substrate on which an optical waveguide is formed, a light beam shaping lens comprising a material transparent to Cerenkov light radiated from the optical wavelength conversion device and having a large wavelength dispersion, and a semiconductor laser. Wherein the light beam shaping lens is located on an extension of the Cerenkov light emitted from the light wavelength conversion element, and a vertex of a cone is arranged on the extension of the optical waveguide, and the Cerenkov light emission surface side of the front light wavelength conversion element is provided. And a vertex of the cone is arranged to oppose each other.
【請求項3】光導波路が形成された基板としてLiNbXTa
1-XO3(0≦X≦1)基板を使用したことを特徴とする
請求項(1)記載の光束整形レンズ。
3. The method according to claim 1, wherein the substrate on which the optical waveguide is formed is LiNb X Ta.
1-X O 3 (0 ≦ X ≦ 1) beam shaping lens according to claim (1), wherein the using the substrate.
【請求項4】光導波路が形成された基板としてLiNbXTa
1-XO3(0≦X≦1)基板を使用したことを特徴とする
請求項(2)記載の短波長レーザ光源。
4. The method according to claim 1, wherein the substrate on which the optical waveguide is formed is LiNb X Ta.
3. The short-wavelength laser light source according to claim 2, wherein a 1- XO.sub.3 (0.ltoreq.X.ltoreq.1) substrate is used.
【請求項5】SF系の硝材を材料としたことを特徴とする
請求項(1)記載の光束整形レンズ。
5. The light beam shaping lens according to claim 1, wherein a SF-based glass material is used as a material.
【請求項6】SF系の硝材を材料としたことを特徴とする
請求項(2)記載の短波長レーザ光源。
6. The short-wavelength laser light source according to claim 2, wherein a SF-based glass material is used.
【請求項7】LiNbO3を材料としたことを特徴とする請求
項(1)記載の光束整形レンズ。
7. The light beam shaping lens according to claim 1, wherein LiNbO 3 is used as a material.
【請求項8】LiNbO3を材料としたことを特徴とする請求
項(2)記載の短波長レーザ光源。
8. The short-wavelength laser light source according to claim 2, wherein LiNbO 3 is used as a material.
【請求項9】アッベ数が30以下の材料を用いたことを特
徴とする請求項(1)記載の光束整形レンズ。
9. The light beam shaping lens according to claim 1, wherein a material having an Abbe number of 30 or less is used.
【請求項10】アッベ数が30以下の材料を用いたことを
特徴とする請求項(2)記載の短波長レーザ光源。
10. The short-wavelength laser light source according to claim 2, wherein a material having an Abbe number of 30 or less is used.
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