JP2910370B2 - Optical wavelength conversion element and short wavelength laser light source using the same - Google Patents

Optical wavelength conversion element and short wavelength laser light source using the same

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JP2910370B2
JP2910370B2 JP131692A JP131692A JP2910370B2 JP 2910370 B2 JP2910370 B2 JP 2910370B2 JP 131692 A JP131692 A JP 131692A JP 131692 A JP131692 A JP 131692A JP 2910370 B2 JP2910370 B2 JP 2910370B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【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等に
使用する光波長変換素子およびそれを用いた短波長レー
ザ光源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical wavelength conversion element used in the field of optical information processing using coherent light or the field of optical measurement and control, and a short wavelength laser light source using the same. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図12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0.53μm)について図を用いて詳しく述べる。
(E.J.Lim, M.M.Fejer, R.L.Byer and W.J.Kozlovsky,
"Blue light generation by frequency doubling in
periodically-poled lithium niobate channel wavegui
de", Electronics Letters, Vol.27, P731-732,1989
年、参照).図12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。こ
れは基本波P1と発生する高調波P2の伝搬定数の不整
合を分極反転層3と非分極反転層5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のであ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 12 shows a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element. Hereinafter, generation of a harmonic (wavelength 0.53 μm) with respect to a fundamental wave having a wavelength of 1.06 μm will be described in detail with reference to the drawings.
(EJLim, MMFejer, RLByer and WJKozlovsky,
"Blue light generation by frequency doubling in
periodically-poled lithium niobate channel wavegui
de ", Electronics Letters, Vol.27, P731-732, 1989
Year, see). As shown in FIG. 12, an optical waveguide 2 is formed on a LiNbO 3 substrate 1, and a layer 3 (a domain-inverted layer) having periodically inverted polarization is formed in the optical waveguide 2. This makes it possible to generate harmonics with high efficiency by compensating for the mismatch between the propagation constants of the fundamental wave P1 and the generated harmonics P2 with the periodic structure of the domain-inverted layer 3 and the non-domain-inverted layer 5.

【0003】まず、図13を用いて高調波増幅の原理を
説明する。分極反転していない非分極反転素子31では
分極反転層は形成されておらず、分極反転方向は一方向
となっている。この非分極反転素子の高調波出力31a
は増減を繰り返しているだけである。これに対して周期
的に分極が反転している分極反転波長変換素子(1次周
期)32の出力32aは図に示されるように素子に形成
された光導波路の長さlの2乗に比例して高調波出力は
増大する。
First, the principle of harmonic amplification will be described with reference to FIG. In the non-polarization inversion element 31 in which the polarization has not been reversed, the polarization inversion layer is not formed, and the polarization inversion direction is one direction. The harmonic output 31a of this non-polarization inversion element
Is merely increasing and decreasing. On the other hand, the output 32a of the domain-inverted wavelength conversion element (primary period) 32 whose polarization is periodically inverted is proportional to the square of the length l of the optical waveguide formed in the element as shown in the figure. As a result, the harmonic output increases.

【0004】ただし分極反転において、基本波P1に対
して高調波P2の出力が得られるのは、擬似位相整合が
成立するときである。この擬似位相整合が成立するの
は、分極反転層の周期Λ1(図13に示す)がλ/(2
(N2ω−Nω))に一致するときに限られる。ここで
Nωは基本波(波長λ)の実効屈折率、N2ωは高調波
(波長λ/2)の実効屈折率である。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するも
のである。
However, in the polarization reversal, the output of the harmonic wave P2 with respect to the fundamental wave P1 is obtained when quasi-phase matching is established. This quasi-phase matching is established when the period of the domain-inverted layer Λ1 (shown in FIG. 13) is λ / (2
(N2ω-Nω)). Here, Nω is the effective refractive index of the fundamental wave (wavelength λ), and N2ω is the effective refractive index of the harmonic wave (wavelength λ / 2). Such a conventional light wavelength conversion element has a domain-inverted structure as a basic component.

【0005】この素子の製造方法について図14を用い
て説明する。同図(a)で非線形光学結晶であるLiN
bO3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20分熱処理
を行った後350℃で3時間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820nm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14.7mWにした
とき高調波P2のパワー940nWが得られていた。
A method for manufacturing this device will be described with reference to FIG. In FIG. 3A, a non-linear optical crystal LiN
A pattern of Ti31 was formed on the bO 3 substrate 1 by lift-off and vapor deposition with a period of several μm in width. Next, FIG.
Then, a heat treatment was performed at a temperature of about 1100 ° C. to form a domain-inverted layer 3 in which the polarization was inverted in the opposite direction to that of the LiNbO 3 substrate 1. Next, as shown in FIG. 3 (c), a heat treatment is performed in benzoic acid (200 ° C.) for 20 minutes, followed by annealing at 350 ° C. for 3 hours to perform optical waveguide 2
To form The optical wavelength conversion element manufactured by the above benzoic acid treatment can obtain a power of 940 nW of the harmonic P2 when the length of the optical waveguide is 1 mm and the power of the fundamental wave P1 is 14.7 mW with respect to the fundamental wave P1 having a wavelength of 820 nm. Had been.

【0006】[0006]

【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
基本波のレーザの波長変動に対する許容度が狭く半値幅
で0.1nmしかない。すなわち、レーザの波長が0.
1nm変動すると出力が半分になってしまう。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
なくなるか、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。これについて詳しく説明する。
In an optical wavelength conversion element based on a domain-inverted layer as described above, when the element length is 5 mm, the tolerance to the wavelength fluctuation of the laser of the fundamental wave is narrow and the half width is only 0.1 nm. . That is, when the wavelength of the laser is 0.1.
If it fluctuates by 1 nm, the output will be halved. Therefore, when the optical wavelength conversion element and the semiconductor laser are combined, there has been a problem that the semiconductor laser causes a wavelength change due to a temperature change, thereby eliminating harmonics, or greatly changing the output of the harmonics. This will be described in detail.

【0007】図15に環境温度が変化した場合の半導体
レーザの波長変化に対する、高調波出力の関係を示す。
図15に示すように半導体レーザは波長820nmで出力が
いちばん大きいが、レーザの波長が0.05nmずれただけで
高調波出力は半分になってしまい、半導体レーザの波長
変化に対する許容度は非常に小さいのである。具体的に
環境温度が20℃から21℃に1度変化すると、半導体
レーザの発振波長は820nmから820.2nmに
0.2nmも変化するため、高調波の出力はゼロにな
る。このように環境温度の変化に高調波の出力は大きく
左右されるという欠点があった。
FIG. 15 shows the relationship between the harmonic output and the wavelength change of the semiconductor laser when the environmental temperature changes.
As shown in FIG. 15, the semiconductor laser has the largest output at the wavelength of 820 nm, but the harmonic output is halved only by shifting the wavelength of the laser by 0.05 nm, and the tolerance for the wavelength change of the semiconductor laser is very small. It is. Specifically, when the environmental temperature changes from 20 ° C. to 21 ° C. once, the oscillation wavelength of the semiconductor laser changes from 820 nm to 820.2 nm as much as 0.2 nm, and the output of the harmonic becomes zero. As described above, there is a disadvantage that the output of the harmonic is greatly affected by the change in the environmental temperature.

【0008】そこで本発明は、環境温度に左右されな
い、すなわち環境温度が変わっても安定した高調波の出
力が得られる光波長変換素子、およびそれを用いた短波
長レーザ光源を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical wavelength conversion element which is not affected by the environmental temperature, that is, can obtain a stable harmonic output even when the environmental temperature changes, and a short wavelength laser light source using the same. And

【0009】[0009]

【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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems by adding a new device to an optical wavelength conversion device based on a domain-inverted structure, thereby generating a higher harmonic wave with respect to a temperature change of a semiconductor laser. An object of the present invention is to provide an optical wavelength conversion element that outputs stably.

【0010】つまり本発明は、非線形光学結晶中に分極
反転層および光導波路を有した光波長変換素子におい
て、光導波路状に薄膜ヒーターが形成するという手段を
有するものである。
That is, the present invention provides a light wavelength conversion element having a domain-inverted layer and an optical waveguide in a nonlinear optical crystal, which has means for forming a thin film heater in an optical waveguide shape.

【0011】また、本発明の短波長レーザ光源は安定な
出力を得るために非線形光学結晶中に分極反転層および
光導波路を有する光波長変換素子と半導体レーザを有
し、なおかつ前記光波長変換素子がヒーターにより温度
制御されているという手段を有するものである。
Further, the short wavelength laser light source of the present invention has an optical wavelength conversion element having a domain-inverted layer and an optical waveguide and a semiconductor laser in a nonlinear optical crystal in order to obtain a stable output. Is controlled by a heater.

【0012】[0012]

【作用】本発明の光波長変換素子を薄膜ヒーターを用い
て温度制御することにより、半導体レーザの波長が変化
しても光波長変換素子の温度を変化させることで常に最
高の高調波出力が得られる。これを詳しく説明する。
By controlling the temperature of the optical wavelength conversion element of the present invention using a thin film heater, the highest harmonic output can always be obtained by changing the temperature of the optical wavelength conversion element even if the wavelength of the semiconductor laser changes. Can be This will be described in detail.

【0013】環境温度が変化すると半導体レーザの波長
が変化してしまい、光波長変換素子の擬似位相整合条件
が合わなくなり高調波の出力が得られなくなる。前述し
たように基本波と高調波とが位相整合する条件はΛ1=
λ/(2(N2ω−Nω))である。ここで光波長変換
素子の周期Λ1は光波長変換素子を作製した段階で規定
されてしまうから、環境温度が変化しても変わらない。
ところが、環境温度が変化すると半導体レーザの波長λ
が変化する。すると図15で示したように半導体レーザ
の波長変化に対する許容度が小さいため高調波の出力が
変動することになる。ここで位相整合条件をあわすため
に、半導体レーザの波長λが変化しても、それに応じて
(N2ω−Nω)の値を変化させ、結果的にΛ1=λ/
(2(N2ω−Nω))の条件式をみたすようにする。
When the environmental temperature changes, the wavelength of the semiconductor laser changes, and the quasi-phase matching condition of the optical wavelength conversion element does not match, so that the output of a harmonic cannot be obtained. As described above, the condition under which the fundamental wave and the harmonic wave are phase-matched is Λ1 =
λ / (2 (N2ω−Nω)). Here, the period Λ1 of the light wavelength conversion element is defined at the stage when the light wavelength conversion element is manufactured, and therefore does not change even when the environmental temperature changes.
However, when the environmental temperature changes, the wavelength λ of the semiconductor laser
Changes. Then, as shown in FIG. 15, the output of the harmonic wave fluctuates because the tolerance for the wavelength change of the semiconductor laser is small. Here, in order to satisfy the phase matching condition, even if the wavelength λ of the semiconductor laser changes, the value of (N2ω−Nω) is changed accordingly, and as a result, Λ1 = λ /
The conditional expression (2 (N2ω-Nω)) is satisfied.

【0014】(N2ω−Nω)の値は図16に示すよう
に温度に対して正の傾きをもつものであり、(N2ω−
Nω)の値を大きくするには、光波長変換素子の温度を
あげてやればよい。そのために、光波長変換素子の表面
に薄膜ヒーターを形成して強制的に温度制御を行い、環
境温度が変化して、半導体レーザの波長λが変化して
も、光波長変換素子の温度を制御して、常にΛ1=λ/
(2(N2ω−Nω))の式を満たすようにするのであ
る。
The value of (N2ω-Nω) has a positive slope with respect to temperature as shown in FIG.
In order to increase the value of (Nω), the temperature of the optical wavelength conversion element may be increased. For this purpose, a thin-film heater is formed on the surface of the optical wavelength conversion element to forcibly control the temperature, and the temperature of the optical wavelength conversion element is controlled even if the environmental temperature changes and the wavelength λ of the semiconductor laser changes. And always Λ1 = λ /
The equation (2 (N2ω-Nω)) is satisfied.

【0015】また、半導体レーザの波長λが、最初から
位相整合する波長からずれていたとしても、薄膜ヒータ
ーの温度を変化させ、屈折率差(N2ω−Nω)を変化
させることで擬似位相整合条件Λ1=λ/(2(N2ω−
Nω))を満たすことができるため高調波を高効率に取
り出すことができる。
Further, even if the wavelength λ of the semiconductor laser deviates from the phase matching wavelength from the beginning, the temperature of the thin-film heater is changed to change the refractive index difference (N 2 ω−Nω), so that the quasi-phase matching condition is obtained. Λ1 = λ / (2 (N2ω−
Nω)), so that harmonics can be extracted with high efficiency.

【0016】また、本発明の短波長レーザ光源によれ
ば、同様な作用により高調波の出力安定度を大幅に向上
できる。
Further, according to the short-wavelength laser light source of the present invention, the output of harmonics can be greatly improved by the same action.

【0017】[0017]

【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。 光波長変換素子の構成 まず、本発明による光波長変換素子の第1の実施例の構
造図を図1に示す。従来の光波長変換素子と異なるの
は、分極反転層か形成された光導波路上に薄膜ヒーター
が形成されているところである。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。
図1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、3は分極
反転層、10は基本波P1の入射部、12は高調波P2
の出射部、15は光導波路上に形成されたNi-Crの薄膜
ヒーターである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As one of the embodiments, the configuration of the optical wavelength conversion element of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a structural diagram of a first embodiment of an optical wavelength conversion device according to the present invention. The difference from the conventional optical wavelength conversion element is that a thin film heater is formed on an optical waveguide formed with a domain-inverted layer. In this embodiment, an optical waveguide 2 manufactured by using proton exchange in a LiNbO 3 substrate 1 is used as a domain-inverted optical wavelength conversion element.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a + Z plate (+ of a substrate cut out perpendicular to the Z axis).
Side) LiNbO 3 substrate, 2 formed optical waveguide, 3 domain-inverted layer, 10 incident part of fundamental wave P1, 12 harmonic wave P2
Reference numeral 15 denotes a Ni-Cr thin film heater formed on the optical waveguide.

【0018】光導波路2に入った基本波P1(波長840
nm)は位相整合長Lの長さを持った分極反転層で高調
波P2(波長420nm)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。
The fundamental wave P1 (wavelength 840) entering the optical waveguide 2
nm) is converted into a harmonic P2 (wavelength 420 nm) by the domain-inverted layer having the length L of the phase matching length, and the harmonic power is increased by the next non-domain-inverted layer having the same length L. Become. The harmonic P2 having increased power in the optical waveguide 2 in this manner is radiated from the emission unit 12.

【0019】図2にヒーター温度に対する高調波(Seco
nd Harmonic Generation)出力を示す。いま、半導体
レーザの発振波長は840nmであるから、光波長変換
素子の温度が50℃のときに高調波の出力が最大であ
る。したがって、光波長変換素子の温度を50℃になる
ように保っておけばよい。
FIG. 2 shows the harmonics (Seco) with respect to the heater temperature.
nd Harmonic Generation) output. Now, since the oscillation wavelength of the semiconductor laser is 840 nm, the output of the harmonic is maximum when the temperature of the optical wavelength conversion element is 50 ° C. Therefore, the temperature of the light wavelength conversion element may be kept at 50 ° C.

【0020】ヒーター温度に対する許容度は半値幅Tで
0.5℃と小さい。つまり、ヒータ温度が最適値の50
℃から0.25度ずれると出力はゼロになる。しかし、
薄膜ヒーター15により光波長変換素子は50℃の一定
に温度コントロールされているので、環境温度が変化し
ても一定した高調波出力が得られるのである。 光波長変換素子の製造方法 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。図3(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。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SiO2
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3
0℃/分以上が望ましい。
The tolerance for the heater temperature is a small half-width T of 0.5 ° C. That is, the heater temperature is set to the optimum value of 50.
The output goes to zero when it deviates by 0.25 degrees from ° C. But,
Since the temperature of the light wavelength conversion element is controlled to be constant at 50 ° C. by the thin film heater 15, a constant harmonic output can be obtained even when the environmental temperature changes. Next, a method for manufacturing the optical wavelength conversion element will be described with reference to the drawings. In FIG. 3A, first, SiO 2 6 is patterned on the LiNbO 3 substrate 1 by using a normal photo process and dry etching. Next, LiNbO 3 on which SiO 2 is formed in FIG.
The substrate 1 is subjected to a heat treatment at 1080 ° C. for 90 minutes to form SiO 2 6
A 1.4 μm-thick domain-inverted layer 3 is formed immediately below. The heat treatment rate is 10 ° C./min, and the cooling rate is 50 ° C./min. If the cooling rate is slow, non-uniform reversal occurs.
0 ° C./min or more is desirable.

【0021】SiO26直下は基板1中のLiが減少してお
り、その部分のキュリー温度だけが基板に比べて低下す
る。そこで基板のキュリー温度以下で、かつSiO26直下
のキュリー温度以上の温度で熱処理をすると、SiO26直
下だけ基板に対して分極の反転した分極反転層ができ
る。ここで分極反転層3の長さLは1.5μmである。
[0021] Immediately below SiO 2 , Li in the substrate 1 is reduced, and only the Curie temperature of that portion is lower than that of the substrate. Therefore the following substrate Curie temperature, and when the heat treatment at the Curie temperature or higher immediately under SiO 2 6, it is inverted polarization inversion layer of polarization with respect to the substrate only immediately below SiO 2 6. Here, the length L of the domain-inverted layer 3 is 1.5 μm.

【0022】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中にプロトン交換を用いて光導波
路2を形成する方法について図4を用いて説明する。
Next, as shown in FIG. 2C, etching is performed for 20 minutes with a 1: 1 mixed solution of HF: HNF 3 to remove SiO 2 6.
Next, a method of forming the optical waveguide 2 in the domain-inverted layer 3 using proton exchange will be described with reference to FIG.

【0023】図4(a)で光導波路2用マスクとしてT
a13をスパッタ蒸着する。次に図4(b)でストライ
プ状にパターニングを行った後、Taマスク13に幅6
μm、長さ25mmのスリットが形成されたものに図4
(c)でピロ燐酸中で230℃、2分間プロトン交換を
行った。次に図4(d)でTaマスク13を除去した後
350℃で1時間アニールを行った。アニール処理によ
りプロトン交換層は均一化されロスが減少する。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。光はこの
高屈折率層を伝搬するので、これが光導波路2となる。
In FIG. 4A, T is used as a mask for the optical waveguide 2.
a13 is sputter deposited. Next, after patterning in a stripe shape as shown in FIG.
FIG. 4 shows a slit having a slit of 25 μm and a length of 25 μm.
In (c), proton exchange was performed in pyrophosphoric acid at 230 ° C. for 2 minutes. Next, after removing the Ta mask 13 in FIG. 4D, annealing was performed at 350 ° C. for 1 hour. By the annealing treatment, the proton exchange layer is made uniform and the loss is reduced. The area immediately below the slit of the proton-exchanged protective mask becomes the high refractive index layer 2 whose refractive index has increased by about 0.03. Since light propagates through the high refractive index layer, this becomes the optical waveguide 2.

【0024】最後に図3(d)で蒸着によりSiO214を
300nm付加した後、Ni-Cr層を厚み200nm形成し
た。このNi-Cr層が薄膜ヒーター15となる。SiO214は
なくても温度制御は可能であるが、SiO214を形成した
ほうが金属である薄膜ヒーター15と光導波路2が直接
接触しないから光導波路を導波する光の伝搬損失を抑え
るという効果がある。
Finally, after adding 300 nm of SiO 2 14 by vapor deposition in FIG. 3D, a 200 nm thick Ni-Cr layer was formed. This Ni—Cr layer becomes the thin film heater 15. While if not SiO 2 14 temperature control is possible, of suppressing the propagation loss of light better to form a SiO 2 14 is guided through the optical waveguide from the thin film heater 15 and the optical waveguide 2 is not in direct contact is a metal effective.

【0025】上記のような工程により薄膜ヒーター15
付き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、光導波路を導波する光はすべて分極反転層を
導波するから有効に波長変換される。分極反転層3の周
期は3μmであり波長840nmに対しては温度50℃で動
作する。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。このようにして図1に示
される光波長変換素子が製造できる。
The thin film heater 15 is formed by the above-described steps.
An optical waveguide was manufactured. The thickness d of the optical waveguide 2 is 1.2 μm, which is smaller than the thickness of the domain-inverted layer 3 of 1.4 μm. Since all light guided through the optical waveguide is guided through the domain-inverted layer, the wavelength is effectively converted. . The period of the domain-inverted layer 3 is 3 μm, and operates at a temperature of 50 ° C. for a wavelength of 840 nm. The surface perpendicular to the optical waveguide 2 is optically polished and
And the emission part 12 were formed. Thus, the optical wavelength conversion device shown in FIG. 1 can be manufactured.

【0026】高調波の出力結果 図1で基本波P1として半導体レーザ光(波長840nm)
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420nm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。高出力化の原因の
1つとしてピロ燐酸により均一な光導波路が形成された
ことがある。
Output result of harmonics In FIG. 1, semiconductor laser light (wavelength 840 nm) is used as fundamental wave P1.
When the light was guided from the incident part 10, it propagated in the single mode, and a harmonic P2 having a wavelength of 420 nm was extracted from the emission part 12 to the outside of the substrate. The propagation loss of the optical waveguide 2 was as small as 1 dB / cm, and the harmonic P2 was effectively extracted. One of the causes of high output is that a uniform optical waveguide is formed by pyrophosphoric acid.

【0027】薄膜ヒーター15に10Vの電圧を加える
ことにより電流を流し加熱を行い光波長変換素子の温度
50℃に制御した。すると基本波40mWの入力で1m
Wの高調波(波長0.42μm)を得た。 本発明の特徴 光波長変換素子の波長に対する許容度小さいが、この半
導体レーザの波長変動を光波長変換素子の温度を変化さ
せて補正し、高調波が安定に出力されるようにしたのが
本発明の大きな特徴である。
The thin film heater 15 was heated by applying a voltage of 10 V to the thin film heater 15 to control the temperature of the light wavelength conversion element to 50 ° C. Then 1m with input of fundamental wave 40mW
A harmonic of W (wavelength 0.42 μm) was obtained. Features of the present invention Although the tolerance for the wavelength of the optical wavelength conversion element is small, the wavelength fluctuation of this semiconductor laser is corrected by changing the temperature of the optical wavelength conversion element so that harmonics can be output stably. This is a major feature of the invention.

【0028】そこで次に、半導体レーザの波長変化に対
する本発明の光波長変換素子の最適温度との関係を図5
に示す。この図から、半導体レーザの波長が840nmであ
るとき、光波長変換素子の温度が50℃が最適温度とな
るよう設定してある。またこの図から、半導体レーザの
波長が1nmずれても、ヒータで温度を5℃変化させる
と、最適温度となるので高調波出力は最大になる。以上
のように高調波出力の安定度は従来の光波長変換素子に
比べ大幅に改善され実用性が増した。
Next, the relationship between the wavelength change of the semiconductor laser and the optimum temperature of the optical wavelength conversion element of the present invention is shown in FIG.
Shown in From this figure, when the wavelength of the semiconductor laser is 840 nm, the temperature of the optical wavelength conversion element is set so that the optimum temperature is 50 ° C. Further, from this figure, even if the wavelength of the semiconductor laser is shifted by 1 nm, if the temperature is changed by 5 ° C. by the heater, the optimum temperature is reached, and the harmonic output becomes maximum. As described above, the stability of the harmonic output was greatly improved as compared with the conventional optical wavelength conversion element, and the practicality was increased.

【0029】いま環境温度が20℃、ヒーターが50℃
で位相整合して効率よく高調波が出力しているとする。
この状態から、環境温度が20℃から40℃へ20度程
度変化して、半導体レーザの発振波長が840nmから844nm
になったとする。しかし、薄膜ヒーターにより光導波路
の温度を50℃より最適温度の70℃に変え、位相整合条件
を満たすことで高調波出力は安定に得られる。さらに薄
膜ヒーターは消費電力が少なく、しかもμs程度の速さ
で応答が可能なので波長変動に対して追随させるには効
果的である。
Now, the ambient temperature is 20 ° C. and the heater is 50 ° C.
It is assumed that the phases are matched and harmonics are output efficiently.
From this state, the ambient temperature changes from 20 ° C. to 40 ° C. by about 20 degrees, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser changes from 840 nm to 844 nm.
Let's say However, the temperature of the optical waveguide is changed from 50 ° C. to the optimum temperature of 70 ° C. by the thin film heater, and the harmonic output can be stably obtained by satisfying the phase matching condition. Further, the thin film heater consumes less power and can respond at a speed of about μs, so that it is effective to follow the wavelength fluctuation.

【0030】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はなくシングルモード
が有効である。
In the multi-mode propagation with respect to the fundamental wave, the output of the harmonic is unstable and impractical, and the single mode is effective.

【0031】この実施例で半導体レーザの波長に対する
光波長変換素子の最適温度(図5)は、本発明の光波長
変換素子の使用条件を考慮して設定してある。すなわ
ち、通常、光波長変換素子を使用する環境条件の一つと
して、使用温度は室温近辺であり、50℃を越えること
はない。よって、ここでは最適温度を使用温度より高い
50℃に設定しているのである。もし、環境温度が10
0℃となるような場所で使用するなら、最適温度が10
0℃以上となるように設定するのが望ましい。環境温度
が最適温度を越えてしまうと光波長変換素子はヒータで
はなく、環境温度に左右されてしまう可能性があるから
である。
In this embodiment, the optimum temperature of the optical wavelength conversion device with respect to the wavelength of the semiconductor laser (FIG. 5) is set in consideration of the use conditions of the optical wavelength conversion device of the present invention. That is, as one of the environmental conditions for using the light wavelength conversion element, the use temperature is usually around room temperature and does not exceed 50 ° C. Therefore, here, the optimum temperature is set to 50 ° C., which is higher than the use temperature. If the ambient temperature is 10
If used in a place where the temperature will be 0 ° C, the optimal temperature is 10
It is desirable to set the temperature to 0 ° C. or higher. If the environmental temperature exceeds the optimum temperature, the light wavelength conversion element is not a heater but may be affected by the environmental temperature.

【0032】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。図6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により構成される。Al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。また、23は石英板であ
り断熱のためのものである。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110
0℃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。
Next, a description will be given of a second embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention. FIG. 7 shows a configuration diagram of the short wavelength laser light source of FIG. 6. The short wavelength laser light source basically includes a semiconductor laser 21 and an optical wavelength conversion element 22. The fundamental wave P1 emitted from the semiconductor laser 21 fixed to the Al frame 20 is converted into parallel light by the collimator lens 24, and then introduced into the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 by the focus lens 25 to become a harmonic P2. Is converted. Reference numeral 23 denotes a quartz plate for heat insulation. Here, the configuration of the optical wavelength conversion element is the same as that of the first embodiment. The LiNbO 3 strong MgO doped optical damage than the LiNbO 3 substrate used in this example 110
Heat treatment was performed at 0 ° C. to form a domain-inverted layer. The processing temperature is higher than that of LiNbO 3 because the Curie temperature is higher by about 80 ° C. due to MgO doping. In addition, a proton exchange optical waveguide that can be processed at a lower temperature than the heat treatment temperature at the time of forming the domain-inverted layer was used as the optical waveguide.

【0033】この実施例ではこの光波長変換素子22と
半導体レーザ21を組み合わせて短波長レーザ光源を作
製した。出力される高調波P2の出力はビームスプリッ
タ26により分岐され、Siディテクター27により検
出され電気処理によりフィードバックがかかり高調波出
力の最大点で光波長変換素子22に形成されている薄膜
ヒーターの温度が一定に保たれる。830nmの波長で
55℃が動作点である。ヒーターを使用するため室温に
対して高温側に動作点をとる必要があり、室温が40℃
まで上昇する場合を考えると特に動作点は50℃以上が
望ましい。この点については第1の実施例中で述べた。
この動作点は分極反転層の周期を変えるだけで自由に設
定が可能である。半導体レーザ21の波長変動に追随し
て光波長変換素子22に形成された薄膜ヒーターにより
光波長変換素子22の光導波路2の温度が変化し高調波
出力は安定化される。図7に作製された短波長レーザ光
源の環境温度依存性を示す。
In this embodiment, a short wavelength laser light source is manufactured by combining the optical wavelength conversion element 22 and the semiconductor laser 21. The output of the output harmonic P2 is split by the beam splitter 26, detected by the Si detector 27 and fed back by electric processing, and the temperature of the thin film heater formed on the light wavelength conversion element 22 at the maximum point of the output of the harmonic is reduced. Be kept constant. The operating point is 55 ° C. at a wavelength of 830 nm. Since the heater is used, it is necessary to set an operating point on the high temperature side with respect to the room temperature.
Considering the case where the temperature rises to 50 ° C., it is particularly desirable that the operating point be 50 ° C. or higher. This point has been described in the first embodiment.
This operating point can be freely set only by changing the period of the domain-inverted layer. The temperature of the optical waveguide 2 of the light wavelength conversion element 22 changes by the thin film heater formed on the light wavelength conversion element 22 following the wavelength fluctuation of the semiconductor laser 21, and the harmonic output is stabilized. FIG. 7 shows the environmental temperature dependency of the manufactured short wavelength laser light source.

【0034】従来の短波長レーザ光源は環境温度が変化
すると、高調波出力がゼロになっていたが、本発明のレ
ーザ光源は、環境温度が変化しても高調波出力が得られ
る。実際、30℃程度の範囲にわたって出力も非常に安
定していた。
In the conventional short wavelength laser light source, when the ambient temperature changes, the harmonic output becomes zero. However, the laser light source of the present invention can obtain the harmonic output even when the environmental temperature changes. In fact, the output was very stable over the range of about 30 ° C.

【0035】図8に示すように、従来の短波長レーザ光
源と本発明の短波長レーザ光源の環境温度25℃と35
℃での高調波出力の比較を示す。25℃の環境温度では
従来の短波長レーザ光源の光波長変換素子も擬似位相整
合条件を満たしているため高調波は最高出力の3mWと
なっているが、35℃では光波長変換素子の温度は環境
温度の影響を受け擬似位相整合条件からずれるため高調
波出力は0である。これに対して本発明の光波長変換素
子では環境温度が変わっても、光波長変換素子の光導波
路の温度がヒーターにより制御されており常に最大の高
調波出力(3mW)が保たれることとなる。
As shown in FIG. 8, the ambient temperature of the conventional short-wavelength laser light source and that of the short-wavelength laser light source of the present invention are 25.degree.
3 shows a comparison of harmonic output at ° C. At an ambient temperature of 25 ° C., the optical wavelength conversion element of the conventional short-wavelength laser light source also satisfies the quasi-phase matching condition, so that the highest harmonic has a maximum output of 3 mW. Harmonic output is 0 because of deviation from quasi-phase matching condition under the influence of environmental temperature. On the other hand, in the optical wavelength conversion device of the present invention, even if the environmental temperature changes, the temperature of the optical waveguide of the optical wavelength conversion device is controlled by the heater, and the maximum harmonic output (3 mW) is always maintained. Become.

【0036】なお、本実施例では、薄膜ヒーターを用い
たが通常のヒーターで制御することも可能である。
In this embodiment, a thin film heater is used, but it is also possible to control with a normal heater.

【0037】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。LiTaO3はキュリー温度が620℃と低
く低温で分極反転処理が可能である。光導波路2はピロ
燐酸中でのプロトン交換により作製しその厚みは2μ
m、幅4μm、長さは2cmである。また、光導波路の
上に薄膜ヒーターとしてTiを200nm蒸着により形成
している。分極反転の周期は4μm、分極反転層の厚み
は1.5μmである。図9に半導体レーザの波長に対す
る光波長変換素子の最適温度との関係を示す。波長862n
mに対しての動作点は55℃である。この実施例での変
換効率は40mW入力で2%である。光損傷はなく高調
波出力は非常に安定していた。
Next, a description will be given of a third embodiment of the optical wavelength conversion element according to the present invention. The configuration of the light wavelength conversion element is the same as that of the first embodiment. In this example, LiTaO 3 was used as the substrate instead of the LiNbO 3 substrate. LiTaO 3 has a low Curie temperature of 620 ° C. and can be subjected to polarization reversal at a low temperature. The optical waveguide 2 is manufactured by proton exchange in pyrophosphoric acid and has a thickness of 2 μm.
m, width 4 μm, and length 2 cm. Further, Ti is formed as a thin film heater on the optical waveguide by 200 nm vapor deposition. The period of the domain inversion is 4 μm, and the thickness of the domain inversion layer is 1.5 μm. FIG. 9 shows the relationship between the wavelength of the semiconductor laser and the optimum temperature of the optical wavelength conversion element. 862n wavelength
The operating point for m is 55 ° C. The conversion efficiency in this embodiment is 2% at 40 mW input. There was no light damage and the harmonic output was very stable.

【0038】次に本発明の光波長変換素子の第4の実施
例を説明する。光波長変換素子の構成を図10に示す。
本実施例ではLiTaO3を基板として用いた。LiTaO3基板1
aの−Z面上に分極反転層3および光導波路2が形成さ
れその上に薄膜ヒーター15が光導波路2の進行方向に
対して3段階で厚みを変えて作製されている。ここで薄
膜ヒータの厚みを変えているのは基本波P1(半導体レ
ーザの波長)に対する高調波の出力の許容度を大きくす
るためである。その理由について詳しく説明する。
Next, a fourth embodiment of the optical wavelength conversion device of the present invention will be described. FIG. 10 shows the configuration of the optical wavelength conversion element.
In this embodiment, LiTaO 3 was used as the substrate. LiTaO 3 substrate 1
The domain-inverted layer 3 and the optical waveguide 2 are formed on the -Z plane of a, and a thin film heater 15 is formed thereon with three different thicknesses in the traveling direction of the optical waveguide 2. Here, the reason why the thickness of the thin film heater is changed is to increase the tolerance of the output of the harmonic with respect to the fundamental wave P1 (the wavelength of the semiconductor laser). The reason will be described in detail.

【0039】解決すべき課題でも述べ、図15にも示し
たように、基本波P1の波長に対する高調波の許容度は
小さい。そこで実施例1から3では、光波長変換素子の
上に薄膜ヒータを形成して温度制御し、安定した高調波
を出力するものであった。本実施例では光波長変換素子
の上に、薄膜ヒータの厚みを変えることで光波長変換素
子に温度勾配をつけ、許容度を大きくする。すなわち基
本波の波長λに対して高調波を出力する位相整合条件
は、Λ1=λ/(2(N2ω−Nω))であった。この式
から光波長変換素子の温度を変えることによって、図1
6に示したように(N2ω−Nω)の値は変わるから、
位相整合する波長λは変化することがわかる。この現象
を基本波の波長許容度を大きくするのに利用すればよ
い。これを図17を用いて説明する。
As described in the problem to be solved and as shown in FIG. 15, the tolerance of the harmonic to the wavelength of the fundamental wave P1 is small. Therefore, in the first to third embodiments, a thin film heater is formed on the light wavelength conversion element to control the temperature and output a stable harmonic. In this embodiment, a temperature gradient is given to the light wavelength conversion element by changing the thickness of the thin film heater on the light wavelength conversion element, thereby increasing the tolerance. That is, the phase matching condition for outputting a harmonic with respect to the wavelength λ of the fundamental wave was Λ1 = λ / (2 (N2ω−Nω)). By changing the temperature of the optical wavelength conversion element from this equation, FIG.
Since the value of (N2ω-Nω) changes as shown in FIG.
It can be seen that the wavelength λ for phase matching changes. This phenomenon may be used to increase the wavelength tolerance of the fundamental wave. This will be described with reference to FIG.

【0040】図17(a)に薄膜ヒータの厚みを3段階に
変えた光波長変換素子の断面図を示す。領域A、領域
B、領域Cによって、薄膜ヒータの厚みは変化してお
り、ヒータの厚みが大きいほど、電流の抵抗は小さいか
ら温度は低くなる。同図(b)に示すとおりヒータによる
温度勾配は領域AはTA、領域BはTB、領域CはTC
なる(TA<TB<TC)。
FIG. 17A is a sectional view of an optical wavelength conversion element in which the thickness of the thin film heater is changed in three stages. The thickness of the thin-film heater changes depending on the region A, the region B, and the region C. The larger the thickness of the heater, the lower the current resistance and the lower the temperature. As shown in FIG. 3B, the temperature gradient by the heater is T A in the area A , T B in the area B , and T C in the area C (T A <T B <T C ).

【0041】同図(c)に基本波の波長に対する高調波
(SHG)出力を示す。この図よりヒータの温度によ
り、基本波が高調波に変換される最適波長が変化してい
ることがわかる。それは位相整合条件、Λ1=λ/(2
(N2ω−Nω))式の(N2ω−Nω)の値が温度によ
り変わるため、この位相整合条件式を満たすためには、
λが変化するのである。領域Aでの最適波長はλA、領
域Bでの最適波長はλB、領域Cでの最適波長はλCとな
っている。
FIG. 3C shows the harmonic (SHG) output with respect to the wavelength of the fundamental wave. From this figure, it can be seen that the optimum wavelength at which the fundamental wave is converted into a harmonic changes depending on the temperature of the heater. It is the phase matching condition, Λ1 = λ / (2
Since the value of (N2ω-Nω) in the equation (N2ω-Nω) changes with temperature, in order to satisfy this phase matching condition,
λ changes. The optimum wavelength in the region A is λ A , the optimum wavelength in the region B is λ B , and the optimum wavelength in the region C is λ C.

【0042】ここで波長変換素子に波長λBの基本光が
入射した場合、領域Aは領域Aの波長変換可能な波長域
からずれているため波長変換が行われず基本波は通過す
る。この通過した基本波は領域Bでは波長変換可能な波
長域を満足するため波長変換される。また領域B、Cで
は領域Aと同様の理由で波長変換なしで高調波およびB
で変換されなかった基本波はそのまま通過し素子外へ取
り出される。
Here, when the fundamental light having the wavelength λ B is incident on the wavelength conversion element, the region A is shifted from the wavelength range in which the wavelength can be converted in the region A, so that the wavelength conversion is not performed and the fundamental wave passes. The passed fundamental wave is wavelength-converted in the region B so as to satisfy the wavelength range in which the wavelength can be converted. In the regions B and C, the harmonics and B
The fundamental wave which has not been converted by the above passes as it is and is taken out of the element.

【0043】波長λA、λCの基本波についても同様に対
応する領域(領域A、C)のみで波長変換され他の領域
はそのまま通過する。
Similarly, the fundamental waves of wavelengths λ A and λ C are wavelength-converted only in the corresponding regions (regions A and C), and pass through the other regions as they are.

【0044】以上が本実施例の光波長変換素子の動作で
あり波長λA、λB、λCのすべての基本波が変換可能で
あり、波長λAからλCの範囲の基本波λを入力すれば、
高調波P2に変換が可能であり、波長許容度が従来の3
倍になるというものである。
The operation of the optical wavelength conversion element of this embodiment has been described above. All the fundamental waves of wavelengths λ A , λ B and λ C can be converted, and the fundamental wave λ in the range of wavelengths λ A to λ C can be converted. If you enter
It can be converted to harmonic P2, and the wavelength tolerance is 3
It is to be doubled.

【0045】このように本実施例では光波長変換素子の
上に薄膜ヒータを用いて温度勾配をつけ基本波に対する
高調波の出力の許容度を大きくする。
As described above, in the present embodiment, a temperature gradient is provided by using a thin film heater on the optical wavelength conversion element to increase the tolerance of the output of the harmonic with respect to the fundamental wave.

【0046】以下、この光波長変換素子の製造方法につ
いて図11を用いて説明する。図11(a)でLiTaO3
板1aに通常のフォトプロセスとドライエッチングを用
いてTa6aを周期状にパターニングする。次に同図
(b)でTa6aによるパターンが形成されたLiTaO3
板1aにピロ燐酸中で260℃、30分間プロトン交換を行
いスリット直下に厚み0.8μmのプロトン交換層を形成
した後、550℃の温度で1分間熱処理する。これにより
分極反転層3が周期的に形成される。次に同図(c)で
プロトン交換用保護マスクとしてTaを30nmストライプ
状にパターニングした後、260℃、16分間プロトン交換
を行った。その後380℃、10分間アニールを行い光導
波路2が形成される。さらに同図(d)でSiO214を保
護膜として形成した後、薄膜ヒーター15となるTi膜を
形成する。次に同図(e)でTiパターンをマスクプロ
セスを用いてさらに2段階厚みを変えて蒸着した。Ti
の厚みは100nm、200nm、300nmである。最後に研磨によ
り入出射面を形成する。光導波路2は厚みは1.9μm、
幅4μm、長さは1cmである。分極反転の周期Λ1は
3.8μm、分極反転層の厚みは1.8μmである。薄
膜ヒーター15となるTiの厚みを段階的に変化させる
ことで光導波路の進行方向に対し光導波路の温度が変化
することとなる。これにより温度制御の精度を緩和する
ことができる。波長に対する許容度0.1nmに対して段階
的な変化がない場合は2℃の精度の温度コントロールが
必要であるが、この実施例のように3段階にすることで
18℃まで緩和できた。波長840nmに対しての動作
点は55℃である。
Hereinafter, a method for manufacturing the optical wavelength conversion element will be described with reference to FIG. Patterning the periodic the Ta6a using ordinary photo process and dry etching the LiTaO 3 substrate 1a in FIG. 11 (a). Next, proton exchange is performed in pyrophosphoric acid at 260 ° C. for 30 minutes on the LiTaO 3 substrate 1 a on which the pattern of Ta6a is formed in FIG. At a temperature of 1 minute. Thereby, the domain-inverted layer 3 is formed periodically. Next, after patterning Ta into a 30 nm stripe as a protective mask for proton exchange in FIG. 3C, proton exchange was performed at 260 ° C. for 16 minutes. Thereafter, annealing is performed at 380 ° C. for 10 minutes to form the optical waveguide 2. Further, after forming SiO 2 14 as a protective film in FIG. 3D, a Ti film to be the thin film heater 15 is formed. Next, as shown in FIG. 4E, a Ti pattern was further deposited by changing the thickness in two steps using a mask process. Ti
Are 100 nm, 200 nm, and 300 nm. Finally, an incoming / outgoing surface is formed by polishing. The optical waveguide 2 has a thickness of 1.9 μm,
The width is 4 μm and the length is 1 cm. The period of domain inversion Λ1 is 3.8 μm, and the thickness of the domain-inverted layer is 1.8 μm. By changing the thickness of Ti which becomes the thin film heater 15 stepwise, the temperature of the optical waveguide changes in the traveling direction of the optical waveguide. Thereby, the accuracy of the temperature control can be eased. If there is no stepwise change with respect to the wavelength tolerance of 0.1 nm, temperature control with an accuracy of 2 ° C. is necessary. The operating point for a wavelength of 840 nm is 55 ° C.

【0047】なお、実施例では薄膜ヒーターの厚みを段
階的に変化させたが幅、組成等を光導波路の進行方向に
変化させることでも実現できる。また、段階的に変化さ
せる代わりになめらかに変化させることでも同様の効果
は得られる。
In the embodiment, the thickness of the thin film heater is changed stepwise, but it can be realized by changing the width, the composition and the like in the traveling direction of the optical waveguide. The same effect can be obtained by smoothly changing the value instead of changing the value stepwise.

【0048】また、実施例では非線形光学結晶としてLi
NbO3および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。
In the embodiment, the non-linear optical crystal is Li
Although NbO 3 and LiTaO 3 are used, the present invention is also applicable to ferroelectrics such as KNbO 3 and KTP, and organic materials such as MNA.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光波長変換
素子によれば、分極反転層を持つ光波長変換素子上に薄
膜ヒーターを形成し光波長変換素子を温度コントロール
することにより擬似位相整合波長に合わせることで簡単
になおかつ安定に高調波発生を行うことができる。ま
た、本発明の短波長レーザ光源によれば半導体レーザの
波長変動をヒーターによる温度制御により補正すること
で、高調波出射の安定な動作を実現できる。
As described above, according to the optical wavelength conversion device of the present invention, quasi-phase matching is achieved by forming a thin film heater on an optical wavelength conversion device having a domain-inverted layer and controlling the temperature of the optical wavelength conversion device. Harmonic generation can be performed easily and stably by adjusting to the wavelength. Further, according to the short-wavelength laser light source of the present invention, a stable operation of emitting harmonics can be realized by correcting the wavelength fluctuation of the semiconductor laser by controlling the temperature with a heater.

【0050】また、本発明の光波長変換素子により高調
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
ないスポットを安定に得ることができ、その実用的効果
は極めて大きい。
Further, the harmonics can be extracted from the optical waveguide by the optical wavelength conversion element of the present invention, and a spot free of astigmatism can be easily and stably obtained, and its practical effect is extremely large.

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

【図1】本発明の光波長変換素子の第1の実施例の構造
図である。
FIG. 1 is a structural diagram of a first embodiment of an optical wavelength conversion element of the present invention.

【図2】本発明の光波長変換素子の温度に対する高調波
出力の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a harmonic output and a temperature of the optical wavelength conversion element of the present invention.

【図3】本発明の光波長変換素子の製造工程断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the optical wavelength conversion element of the present invention.

【図4】本発明の光波長変換素子の光導波路の製造工程
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the optical waveguide of the optical wavelength conversion element of the present invention.

【図5】半導体レーザの波長変化に対する光波長変換素
子の最適温度を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an optimum temperature of an optical wavelength conversion element with respect to a wavelength change of a semiconductor laser.

【図6】本発明の短波長レーザ光源の構成断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of a short wavelength laser light source according to the present invention.

【図7】環境温度に対する高調波出力の依存性の従来例
と本発明の短波長レーザ光源の比較図である。
FIG. 7 is a comparison diagram of a conventional example and the short wavelength laser light source according to the present invention in which the harmonic output depends on the environmental temperature.

【図8】環境温度に対する従来例と本発明の短波長レー
ザ光源の高調波出力の比較図である。
FIG. 8 is a comparison diagram of the harmonic output of the conventional example and the short wavelength laser light source of the present invention with respect to the environmental temperature.

【図9】半導体レーザの波長変化に対する光波長変換素
子の温度最適値を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an optimum temperature value of the optical wavelength conversion element with respect to a change in the wavelength of the semiconductor laser.

【図10】本発明の第4の実施例の光波長変換素子の構
成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of an optical wavelength conversion element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施例の光波長変換素子の製
造工程図である。
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of an optical wavelength conversion element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】従来の光波長変換素子の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional optical wavelength conversion element.

【図13】光波長変換素子による波長変換の原理を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating the principle of wavelength conversion by an optical wavelength conversion element.

【図14】従来の光波長変換素子の製造工程断面図であ
る。
FIG. 14 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional optical wavelength conversion element.

【図15】温度を変化させた場合の波長に対する光波長
変換素子の高調波出力を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the harmonic output of the optical wavelength conversion element with respect to the wavelength when the temperature is changed.

【図16】温度と屈折率差(N2ω−Nω)の関係を示
す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between temperature and refractive index difference (N2ω-Nω).

【図17】(a)本発明の光波長変換素子の断面図であ
る。 (b)各領域の温度分布を示す図である。 (c)最適波長に対する高調波の出力を示す図である。
FIG. 17 (a) is a sectional view of an optical wavelength conversion element of the present invention. (B) It is a figure which shows the temperature distribution of each area | region. (C) is a diagram showing the output of the harmonic with respect to the optimum wavelength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 LiNbO3基板 2 光導波路 3 分極反転層 15 薄膜ヒーター 21 半導体レーザ 22 光波長変換素子 P1 基本波 P2 高調波REFERENCE SIGNS LIST 1 LiNbO 3 substrate 2 optical waveguide 3 domain inversion layer 15 thin film heater 21 semiconductor laser 22 optical wavelength conversion element P1 fundamental wave P2 harmonic

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−70703(JP,A) SPIE vol.651 Integ rated Optical Circ uit Engineering ▲I II▼第221〜228頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/37 Continuation of front page (56) References JP-A-64-70703 (JP, A) SPIE vol. 651 Integrated Optical Circuit Engineering II I pp. 221-228 (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/37

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】非線形光学結晶中に分極反転層および光導
波路を有した光波長変換素子において、前記光導波路上
に薄膜ヒーターが形成されており、前記薄膜ヒーターに
より加熱される光導波路の温度が、前記光導波路の進行
方向に対してなめらかに、または段階的に変化している
ことを特徴とする光波長変換素子。
1. A nonlinear optical crystal optical wavelength conversion element having a polarization inversion layer and the optical waveguide in the thin film heater is formed on the optical waveguide, in the thin film heater
The temperature of the optical waveguide, which is further heated, increases the progress of the optical waveguide.
An optical wavelength conversion element characterized by changing smoothly or stepwise in a direction .
【請求項2】非線形光学結晶中に分極反転層および光導
波路を有する光波長変換素子と半導体レーザよりなり、
前記光波長変換素子がヒーターにより温度制御されて
り、前記ヒーターにより加熱される光波長変換素子の温
度が、前記光導波路の進行方向に対してなめらかに、ま
たは段階的に変化し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 having a domain-inverted layer and an optical waveguide in a nonlinear optical crystal, and a semiconductor laser.
The light wavelength conversion element is temperature-controlled by a heater .
The temperature of the light wavelength conversion element heated by the heater.
The degree is smoothly and smoothly with respect to the traveling direction of the optical waveguide.
Short-wavelength laser light source other, characterized in that you are changed stepwise.
【請求項3】非線形光学結晶中に分極反転層および光導
波路を有した光波長変換素子において、前記光導波路上
に薄膜ヒーターが形成されており、前記薄膜ヒーターの
厚さ、幅、組成のうちの少なくとも1つが前記光導波路
における光進行方向に沿って変化していることを特徴と
する光波長変換素子。
3. A polarization-inverted layer and a light guide in a nonlinear optical crystal.
An optical wavelength conversion element having a waveguide, wherein the optical waveguide
A thin film heater is formed in the thin film heater.
At least one of a thickness, a width, and a composition is the optical waveguide.
Characterized by changing along the light traveling direction at
Light wavelength conversion element.
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