JP2718259B2 - 短波長レーザ光源 - Google Patents

短波長レーザ光源

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博昭 山本
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コヒーレント光を利用する光情報処理分
野、あるいは光応用計測制御分野に使用する光波長変換
素子および短波長レーザ光源に関するものである。
従来の技術 第7図に従来の光波長変換素子の構成図を示す。以下
1.06μmの波長の基本波に対する高調波発生(波長0.53
μm)について図を用いて詳しく述べる。(E.J.Lim,M.
M.Fejer,R.L.Byer,“Second harmonic generation of b
lue and green light in periodically−poled planar
lithium niobate waveguides",I G W O,1988年、参
照).第7図に示されるようにLiNbO3基板1に光導波路
2が形成され、さらに光導波路2には周期的に分極の反
転した層3(分極反転層)が形成されている。基本波と
発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極反転層3の周
期構造で補償することにより高効率に高調波を出すこと
ができる。光導波路2の入射面10に基本波P1を入射する
と、光導波路2から高調波P2が効率良く発生され、光波
長変換素子として動作する。
このような従来の光波長変換素子は分極反転構造を基
本構成要素としていた。この素子の製造方法について第
8図を用いて説明する。同図(a)で非線形光学結晶で
あるLiNbO3基板1にTi31のパターンをリフトオフと蒸着
により幅数μmの周期で形成していた。次に同図(b)
で1100℃程度の温度で熱処理を行いLiNbO3基板1と分極
が反対向きに反転した分極反転層3を形成した。次に同
図(c)で安息香酸(200℃)中で30分熱処理を行った
後350℃でアニールを行い光導波路2を形成する。上記
安息香酸処理により作製される光波長変換素子は波長1.
06μmの基本波P1に対して、光導波路の長さを1mm、基
本波P1のパワーを1mWにしたとき高調波P2のパワー0.5nW
が得られていた。基本波が40mW入射したとすると800nW
の高調波出力が可能である。この場合1cmの素子での1W
当りの変換効率は5%/W・cmである。
発明が解決しようとする課題 上記のような分極反転層を基本とした光波長変換素子
では素子長5mmのときレーザの波長に対する許容度が狭
く半値幅で0.8nmしかない。そのため光波長変換素子と
半導体レーザと組み合わせた場合、半導体レーザが温度
変化のため波長変動を生じ高調波がでなくなる、または
大きく高調波の出力が変動するといった問題があった。
具体的に半導体レーザが1℃温度変化すると、波長は0.
3nm変化するため、3℃の変化で出力がでなくなってい
た。
課題を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するため分極反転構造を
基本とした光波長変換素子に新たな工夫を加えることに
より半導体レーザの温度変化に対して高調波を安定に出
力する光波長変換素子を提供するものである。つまり、
本発明は半導体レーザと、非線形光学結晶中に形成され
た周期的分極反転層と光導波路とが形成された光波長変
換素子とを備え、前記光波長変換素子は、2つ以上の異
なる周期を持つ分極反転層を有し、前記半導体レーザ
は、高周波駆動によりスペクトルが広げられた基本波を
出射し、前記基本波が前記光波長変換素子に入射させ、
前記素子中で高周波に変換される短波長レーザ光源とす
る。
作用 本発明の短波長レーザ光源により波長に対する許容度
が向上し、安定な高調波発生が得られる。また、本発明
の短波長レーザ光源によれば高周波駆動により半導体レ
ーザのスペクトルを広げることにより高調波の出力安定
度を大幅に向上できる。
実施例 実施例の一つとして本発明の光波長変換素子の構成を
図を用いて説明する。まず、本発明による光波長変換素
子の第1の実施例の構造図を第1図に示す。この実施例
では分極反転型の光波長変換素子としてLiNbO3基板1中
にプロトン交換を用いて作製した光導波路2を用いたも
のである。第1図で1は+Z板(Z軸と垂直に切り出さ
れた基板の+側)のLiNbO3基板、2は形成された光導波
路、10は基本波P1の入射部、12は高調波P2の出射部であ
る。この光導波路2には異なった周期を持つ分極反転挿
による周期構造A,B,C,Dが形成されている。光導波路2
に入った基本波P1は位相整合長Lの長さを持った分極反
転層で高調波P2に変換され、次の同じくLの長さを持っ
た非分極反転層で高調波パワーは増す事になる。このよ
うにして光導波路2内でパワーを増した高調波P2は出射
部12より放射される。第2図に高調波(SHG)出力の波
長依存性を示す。周期Aの部分のみの許容度は半値幅Δ
λと小さいが周期A,B,C,Dの4つの部分でたしあわせら
れるので半値幅Δλが4倍に広がることとなる。
次にこの光波長変換素子の製造方法について図を使っ
て説明する。第3図(a)でまずLiNbO3基板1に通常の
フォトプロセスとドライエッチングを用いてSiO26をパ
ターニングする。周期構造A〜Dの周期はそれぞれ3.00
0μm、3.001μm、3.002μm、3.003μmである。この
周期は高調波出力が半分に落ちるところで重なるように
して決めた。次に同図(b)でSiO2が形成されたLiNbO3
基板1に1080℃、90分間熱処理を行いSiO26直下に厚み
1.4μmの分極反転層3を形成する。熱処理の上昇レー
トは10℃/分、冷却レートは50℃/分である。冷却レー
トが遅いと不均一反転が生じるので30℃/分以上が望ま
しい。SiO26直下はLiが減少しておりキュリー温度が低
下するため部分的に分極反転ができる。分極反転層3の
長さLは1.5μmである。次に同図(c)でHF:HNF3の1:
1混合液にて20分間エッチングしSiO26を除去する。次
に上記分極反転層3中にプロント交換を用いて光導波路
2を形成する。光導波路2用マスクとしてTa2O5をスト
ライプ状にパターニングを行った後、Ta2O5マスクに幅
6μm、長さ25mmのスリットが形成されたものに230
℃、2分間プロトン交換を行った。最後にマスクを除去
し後350℃で1時間アニールを行った。アニール処理に
より均一化されロスが減少した上にプロトン交換層に非
線形性が戻る。プロトン交換された保護マスクのスリッ
ト直下の領域は屈折率が0.03程度上昇した高屈折率層2
となる。光は高屈折率層2を伝搬し、これが光導波路2
となる。
上記のような工程により光導波路が製造された。この
光導波路2の厚みdは1.2μmであり分極反転層3の厚
み1.4μmに比べ小さく有効に波長変換される。また、
この光導波路2の非分極反転層4と分極反転層3の屈折
率変化はなく、光が導波する場合の伝搬損失は小さい。
光導波路2に垂直な面を光学研磨し入射部10および出射
部12を形成した。このようにして第1図に示される光波
長変換素子が製造できる。また、この素子の長さは20mm
である。第1図で基本波P1として半導体レーザ光(波長
0.84μm)を入射部10より導波させたところシングルモ
ード伝搬し、波長0.42μmの高調波P2が出射部12より基
板外部に取り出された。光導波路2の伝搬損失は1dB/cm
と小さく高調波P2が有効に取り出された。低損失化の原
因の1つとして燐酸により均一な光導波路が形成された
ことがある。基本波40mWの入力で1mWの高調波P波長0.4
2μm)を得た。
この場合の変換効率は2.5%である。波長に対する許
容度は従来の0.8nmに比べて3.2nmと大幅に改善され実用
性が増した。半導体レーザは10℃程度変化しても高調波
出力は安定に得られた。なお基本波に対してマルチモー
ド伝搬では高調波の出力が不安定で実用的でない。分極
反転層の周期が4つ以上の異なった部分よりなっていれ
ば半導体レーザの通常の変動に対して高調波発生が可能
となり特に有効である。
なお、0.65〜1.6μmの波長の基本波を用いて本光波
長変換素子による高調波発生を確認した。
次に本発明の短波長レーザ光源の第2の実施例を説明
する。第4図の短波長レーザ光源の構成図を示す。短波
長レーザ光源は基本的には半導体レーザ21と光波長変換
素子22および高周波電源23より構成される。A1枠20に固
定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で光波長変換素子22の光導波路2に導入され高調波P2
へと変換される。
ここで光波長変換素子の構成は実施例1と同様であ
る。本実施例ではLiNbO3基板に比べて光損傷に強いMgO
ドープのLiNbO3を用いて1100℃で熱処理し分極反転層を
形成した。LiNbO3に比べて処理温度が高いのはキュリー
温度がMgOドープすることにより80℃程度高いためであ
る。又、光導波路には分極反転層の形成時の熱処理温度
に比べて低温処理が可能であるプロトン交換光導波路を
用いた。この実施例ではこの光波長変換素子と半導体レ
ーザを組み合わせて短波長レーザ光源を作製した。この
短波長レーザ光源に高周波電源23により高周波駆動し半
導体レーザ2から出射される基本波のスペクトルを広げ
た。周波数1GHz、高周波出力2Wである。第5図に半導体
レーザから出射される基本波のスペクトル広がりを示
す。高周波駆動前は0.1nm以下のシングルスペクトルで
あったが駆動後はマルチスペクトルとなり4nmまで広が
った。これによりさらに波長許容度は向上する。駆動周
波数は1GHzであり繰り返しが早いので連続光と変わりは
ない。光波長変換素子の許容度が3.2nmと小さいため、
この場合高調波出力の低下が問題となる。
しかしながら、高周波駆動により半導体レーザのピー
ク出力が向上するため問題は生じない。第6図に高周波
駆動の場合の半導体レーザの時間波形を示す。平均出力
40mWの半導体レーザでピーク出力1W、パルス幅30psとな
っている。高調波への変換効率は基本波出力に比例して
増大するので平均の変換効率も向上する。変換効率は40
mW入力で2%であり、14℃程度の範囲にわたって出力も
非常に安定していた。
次に本発明の光波長変換素子の第3の実施例を説明す
る。光波長変換素子の構成は実施例1と同様である。本
実施例ではLiNbO3基板の代わりにLiTaO3を基板として用
いた。また、周期は5分割した。具体的には4μm、4.
001μm、4.002μm、4.003μm、4.004μmの5つの周
期である。LiTaO3はキュリー温度が630℃と低く低温で
分極反転処理が可能である。光導波路2の厚みは1.5μ
m、長さ2cmである。LiTaO3基板1aにプロトン交換によ
り作製される光導波路は非線形性が大きいためアニール
処理を行う必要がない。
この実施例での変換効率は40mW入力で1%であり、波
長許容度は4nmであり、またLiTaO3を用いているため光
損傷はなく高調波出力は非常に安定していた。
なお実施例では非線形光学結晶としてLiNbO3、LiTaO3
を用いたがKNbO3、KTP等の強誘電体、MNA等の有機材料
にも適用可能である。
発明の効果 以上説明したように本発明の短波長レーザ光源によれ
ば、異なった周期を持つ分極反転層を形成することによ
り従来の光波長変換素子に比べて大幅に許容度を向上す
ることができる。また、本発明の短波長レーザ光源によ
れば半導体レーザを高周波駆動することで半導体レーザ
の波長スペクトルを広げ大幅に許容度を広げることがで
き安定な動作を実現できる。
また、本発明の短波長レーザ光源により高調波を光導
波路から取り出すことができ簡単に非点収差のないスポ
ットを得ることができ、その実用的効果は極めて大き
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光波長変換素子の第1の実施例の構造
図、第2図は本発明の光波長変換素子の許容度を示すグ
ラフ、第3図は第1の実施例の光波長変換素子の製造工
程図、第4図は本発明の短波長レーザ光源の構成図、第
5図は本発明の短波長レーザ光源に用いる半導体レーザ
のスペクトル図、第6図は高周波駆動時の半導体レーザ
の時間波形図、第7図は従来の光波長変換素子の構成
図、第8図は従来の光波長変換素子の製造工程図であ
る。 1……LiNbO3基板、2……光導波路、3……分極反転
層、P1……基本波、P2……高調波。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 博昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 佐々井 洋一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 谷内 哲夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザと、非線形光学結晶中に形成
    された周期的分極反転層と光導波路とが形成された光波
    長変換素子とを備え、前記光波長変換素子は、2つ以上
    の異なる周期を持つ分極反転層を有し、前記半導体レー
    ザは、高周波駆動によりスペクトルが広げられた基本波
    を出射し、前記基本波が前記光波長変換素子に入射さ
    せ、前記素子中で高周波に変換される短波長レーザ光
    源。
  2. 【請求項2】非線形光学結晶がLiNbxTa1-xO3(0≦x≦
    1)である請求項1に記載の短波長レーザ光源。
  3. 【請求項3】光導波路がプロトン交換光導波路である請
    求項1に記載の短波長レーザ光源。
  4. 【請求項4】光導波路が半導体レーザ光に対してシング
    ルモード伝搬である請求項1に記載の短波長レーザ光
    源。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2783047B2 (ja) * 1992-03-27 1998-08-06 松下電器産業株式会社 光波長変換素子およびそれを用いたレーザ光源
US5307359A (en) * 1992-12-21 1994-04-26 Eastman Kodak Company Monolithic semi-conductor laser producing blue, green and red output wavelengths
DE69427771T2 (de) * 1993-05-21 2004-10-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Vorrichtung mit kurzwelliger Lichtquelle
DE69529378T2 (de) 1994-09-14 2003-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung von höheren harmonischen Wellen und Laserlichtquelle mit kurzer Wellenlänge die dasselbe benutzt

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60236273A (ja) * 1984-05-09 1985-11-25 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置
JPH02248933A (ja) * 1989-03-22 1990-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 短波長レーザ光源および光情報処理装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2676743B2 (ja) * 1987-09-25 1997-11-17 日本電気株式会社 導波路型波長変換素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60236273A (ja) * 1984-05-09 1985-11-25 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置
JPH02248933A (ja) * 1989-03-22 1990-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 短波長レーザ光源および光情報処理装置

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