JP3111786B2

JP3111786B2 - 短波長レーザ光源

Info

Publication number: JP3111786B2
Application number: JP05337782A
Authority: JP
Inventors: 和久山本; 康夫北岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH07202309A

Description

【発明の詳細な説明】

【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または光計測分野に使用する短波長
レーザ光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の短波長レーザの構成図を示
す。ここに示される短波長レーザ光源は半導体レーザ２
１、光波長変換素子２２、コリメータレンズ３７ａ、フ
ォーカスレンズ３７ｂおよび半波長板３３を基本構成要
素としていた。（T. Taniuchiand K. Yamamoto, "Minia
turized light source of coherent blue radiation",C
LEO'87, WP6, 1987年、参照）．光波長変換素子２２上
に形成された光導波路２の入射面１０に半導体レーザ２
１からの基本波Ｐ１をレンズ３７ａ、３７ｂを介して入
射させる。この際、レンズ３７ａ、３７ｂの間に挟まれ
ている半波長板３３は偏光方向を９０度回転させる働き
があり、これにより光導波路２を基本波Ｐ１が導波する
ように偏光方向を一致させることができる。光波長変換
素子２２は素子マウント３８に固定されている。基板中
に放射された高調波Ｐ２は整形レンズ３６により平行光
にされビームスプリッタ３９で分岐され一部をディテク
ター２７で受光される。ここで用いられている光波長変
換素子２２はチェレンコフ放射型と呼ばれておりこの動
作について説明する。以下0.84μｍの波長の基本波に対
する高調波発生（波長0.42μｍ）について詳しく述べ
る。（T. Taniuchi and K. Yamamoto, "Second harmoni
c generation by Cherenkov radiation in proton-exch
anged LiNbO₃ optical waveguide", CLEO'86, WR3, 198
6年、参照）。

【０００３】光波長変換素子となるＬｉＮｂＯ₃基板２
２に形成された埋め込み型の光導波路２の入射面１０に
半導体レーザ２１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２２内に高調波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。このチェレンコ
フ放射型の光波長変換素子は温度特性に優れているが
（半値幅２５℃）、反面変換効率はあまり高くない。

【０００４】次にさらに小型化された他の従来例である
短波長レーザ光源について図８を用いて説明する（山
本、谷内、特開昭６３−１２８９１４号公報、青色レー
ザ光源および光情報記録装置、参照）。

【０００５】短波長レーザ光源は波長0.84μｍの半導体
レーザ２１とＸ板に形成された光波長変換素子２２をＳ
ｉサブマウント２０に固定し直接結合を行っていた。半
導体レーザ２１の出力Ｐ１を１００ｍＷにしたとき、２
ｍＷの高調波Ｐ２（青色レーザ光）が得られていた。こ
の場合の光波長変換素子２２での変換効率Ｐ２／Ｐ１は
２％である。しかしながら光情報処理分野で実用的な１
０ｍＷを得るにはチェレンコフ放射型では困難であっ
た。又、高調波が基板中に放射されるため集光も困難で
あった。

【０００６】最近分極反転構造を基本とする高効率光波
長変換素子がLiTaO₃のＺ板を用いて試作されており、こ
れによれば10ｍＷ以上の青色光が発生できる。(K.Yamam
oto,K.Mizuuchi, Y.Kitaoka, and M.Kato:Applied Phys
ics Letters, 1993年５月号）そのため分極反転構造を
用いた光波長変換素子を半導体レーザと直接結合すれば
コンパクトで量産性に富む短波長光源が製造できる可能
性がある。以下この光波長変換素子について説明する。
図９にこのLiTaO₃のＺ板に形成された光波長変換素子の
構成を示す。

【０００７】図９に示されるように光波長変換素子２２
となるLiTaO₃基板に光導波路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と非分極反転層４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。まず、図１０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に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３１では光導波路の進行方
向に対して高調波出力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では出力３２ａは
図１０に示されるように光導波路の長さＬの２乗に比例
して高調波出力は増大する。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
位相整合するときだけである。この擬似位相整合が成立
するのは分極反転層の周期Λ１がλ／（２（Ｎ2ω−Ｎ
ω））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。このように高出力化が可能な
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。また、この光波長変換素子は高調波が光導波路から
出射されるため集光が容易という特徴もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体レ
ーザと光導波路を直接結合して小型、軽量化した短波長
レーザ光源に分極反転構造を有する高効率光波長変換素
子を使用すると光波長変換素子がＺ板に形成されている
ため、光導波路中を導波するモードはＴＭ偏光（光導波
路が形成されている面に対して電界が垂直）であり、こ
れに対し半導体レーザから出射される基本波の偏光はＴ
Ｅ偏光（活性層が形成されている面に対して電界が平
行）である。図１１に光の進行方向に対して垂直な面で
切断した(a)半導体レーザ、(b)Ｚ板の光波長変換素子、
(c)Ｘ板の光波長変換素子の断面図および偏光方向を示
す。図１１に示されるように半導体レーザの出射光とＺ
板の光波長変換素子の導波光は９０度偏光方向が異なる
ため、図８で示される短波長レーザ光源のような同一平
面での結合はできない。また、Ｘ板に分極反転構造を有
する素子を形成すると同一偏光であるが、Ｘ板の光波長
変換素子は極端に変換効率が小さくなる。この理由を以
下に詳しく説明する。Ｘ板に形成した光導波路はプロト
ン交換の際にＸ面である表面が荒れるため伝搬損失がＺ
板の５倍程度になる。また、分極反転構造を短周期で作
製することが困難である。これにより光波長変換素子の
変換効率はＺ板の１／５から１／１０程度となる。その
ため短波長レーザ光源の実用レベルである１０ｍＷ以上
の高調波を再現性良くしかも安定に得ることが困難であ
るという問題点があった。

【０００９】また、もう１つの問題点としてＳＨＧ出力
が不安定ということがある。ＳＨＧの波長許容幅は０．
１ｎｍ程度であるのに対して、半導体レーザの波長が一
定していないと出力変動が生じる。これは半導体レーザ
の温度、電流が変化したり、ＳＨＧ素子からの戻り光が
ある場合に発生する。特に光波長変換素子からの戻り光
に対して、半導体レーザの発振波長は不安定となるが、
これに対して戻り光を完全になくすことは困難である。

【００１０】本発明は、半導体レーザと光波長変換素子
を基本とした短波長レーザ光源の構造に新たな工夫を加
えることにより高調波出射パワーの高出力化および安定
化を可能とするものである。つまり、本発明は半導体レ
ーザと光波長変換素子を半波長板を介して直接結合し高
出力でなおかつ安定に動作する超小型の短波長レーザ光
源を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのため本発明の短波長
レーザ光源はサブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
波長変換素子に形成された光導波路中で高調波へと変換
される短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面およびＺ板の光波長変換素子の光導波路
形成面が、複屈折性を有するサブマウントに向き合い、
前記半導体レーザと前記光波長変換素子の間には前記サ
ブマウントに形成された突起を配置し、また、前記突起
には透過フィルターが形成され、なおかつ前記突起の半
導体レーザと対抗する面と前記光導波路に対抗する面が
平行ではなく、前記基本波は前記突起により偏光方向が
９０度回転された後、前記透過フィルターを通過後、前
記光導波路に結合し、また光波長変換素子での反射光は
半導体レーザに帰還されるという手段を有している。

【００１２】また、本発明の短波長レーザ光源はサブマ
ウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備え、
前記半導体レーザの基本波が前記光波長変換素子に形成
された光導波路中で高調波へと変換される短波長レーザ
光源において、前記半導体レーザの活性層の形成面およ
びＺ板の光波長変換素子の光導波路形成面が、複屈折性
を有するサブマウントに向き合い、なおかつ前記半導体
レーザと前記光波長変換素子の間には前記サブマウント
に形成された突起を配置し、また前記光導波路の入射面
には透過フィルターを備え、前記半導体レーザからの基
本波の進行方向に対し光導波路の入射面が垂直ではな
く、前記基本波は前記突起により偏光方向が９０度回転
された後、前記透過フィルターを通過後、前記光導波路
に結合し、また光波長変換素子での反射光は半導体レー
ザに帰還されるという手段を有する。

【００１３】また、本発明の短波長レーザ光源は半導体
レーザ、半波長板、および光波長変換素子を備え、前記
半導体レーザの基本波が前記光波長変換素子に形成され
た光導波路中で高調波へと変換される短波長レーザ光源
において、前記半波長板の半導体レーザ側の第１の面と
それに対抗する面が平行ではなく、なおかつ半導体レー
ザからの基本波は前記半波長板により偏光方向が９０度
回転した後、半波長板に形成された透過フィルターを通
過後、光導波路に入射するように配置され、また光波長
変換素子での反射光は半導体レーザに帰還されるという
手段を有する。

【００１４】また、本発明の短波長レーザ光源は半導体
レーザ、半波長板、および光波長変換素子を備え、前記
半導体レーザの基本波が前記光波長変換素子に形成され
た光導波路中で高調波へと変換される短波長レーザ光源
において、半導体レーザからの基本波は前記半波長板に
より偏光方向が９０度回転した後、光導波路に入射する
ように配置され、なおかつ前記光導波路の入射面には透
過フィルターを備え、前記基本波の進行方向に対し光導
波路の入射面が垂直ではなく、また光波長変換素子での
反射光は半導体レーザに帰還されるという手段を有す
る。

【００１５】

【作用】本発明は上記手段により超小型短波長レーザ光
源の基本構成要素としてＺ板に形成された光波長変換素
子を用いることができ、発生する高調波を高効率かつ安
定に発生できる。以下これを詳しく説明する。Ｚ板の分
極反転構造を持つ光波長変換素子は高調波パワーがＸ板
の５倍以上得られる。この高効率光波長変換素子と半導
体レーザを結合するために、半導体レーザの基本波はサ
ブマウントの突起により偏光方向が９０度回転され高効
率で光導波路に入射する構成となる。これは突起が複屈
折性を有しており、主軸を偏光方向に対して４５度に配
置することで偏光方向の回転ができるからである。ま
た、突起に屈折率の大きな材料を用いることで半導体レ
ーザからの基本波の広がりを抑え、光導波路との結合を
大きくしている。そのため短波長レーザ光源としても高
出力高調波を出射することができる。

【００１６】さらに、突起に形成された狭帯域の透過フ
ィルターを通過した光が、光波長変換素子に設けられた
反射面で反射され半導体レーザに帰還され、特定の波長
で安定した発振が起こる。そのためＳＨＧ出力は安定と
なる。この際、突起の半導体レーザと対抗する面と光導
波路に対抗する面が平行ではなく、傾けるという構成を
採用しているために、透過フィルターでの反射光は半導
体レーザに戻ることはなく不安定性を生じない。

【００１７】

【実施例】第１の実施例として本発明の短波長レーザ光
源について図１を用いて説明する。本発明の第１の実施
例の短波長レーザ光源の構造図を図１に示す。この実施
例では短波長レーザ光源として０．８μｍ帯の半導体レ
ーザ、光波長変換素子としてＺ板のLiTaO₃基板を用いた
もので、図１は短波長レーザ光源の上面図および断面図
である。図１で２０はLiNbO₃によるサブマウント、２１
は半導体レーザ、２２は光波長変換素子である。サブマ
ウント２０には突起１が形成され、また突起１には透過
フィルター７０が形成されている。LiNbO₃は複屈折性の
大きな材料で異常光屈折率と常光屈折率の差が０．０８
もある。結晶の角度を傾け複屈折性を０．０１５に設定
すると厚み３０μｍで半波長板の役割を果たす。ここで
用いた半導体レーザ２１は波長０．８４μｍのものであ
る。また、光波長変換素子２２は分極反転構造を有する
LiTaO₃基板に燐酸中でのプロトン交換を行い光導波路２
を形成したものである。本実施例の構成では、半導体レ
ーザ２１の活性層２３の形成面２４および光波長変換素
子２２の光導波路２の形成面２５はサブマウント２０に
向き合っている。半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が、半
波長板の役割をする突起１を介して光導波路２に結合す
る構成となっている。ＴＥ偏光で発生した半導体レーザ
２１からの基本波Ｐ１は突起１により９０度偏光方向が
回転され光導波路２を導波可能なＴＭ偏光と一致し高効
率で結合する。この際、半導体レーザ２１から出た光は
透過フィルター７０を通過後、光導波路２に入射し、反
射面７１で反射された後、半導体レーザ２１に帰還され
波長が固定されるため高調波Ｐ２は安定となる。透過フ
ィルター７０は特定の帯域の基本波を透過させ、他の波
長の基本波を反射するものである。ここでは、透過フィ
ルター７０として、透過光に対して波長半値幅0.7nmの
透過フィルターを用いた。図２を用いて半導体レーザが
安定発振する理由を説明する。図２は透過フィルター形
成部の拡大図である。半導体レーザからの基本波Ｐ１は
突起１を通過後、特定の波長の基本波（透過）Ｐ１ｂが
透過フィルター７０で透過される。これに対して、それ
以外の波長の基本波（反射）Ｐ１ａは透過フィルターで
反射され半導体レーザに戻ることはない。これは、突起
の半導体レーザ側の面と光波長変換素子側の面とが平行
でないためで、平行にすると光が戻り不安定となる。図
３に傾斜角度と反射された光の半導体レーザへの戻り光
量との関係を示す。角度が９度以下では反射戻り光が大
きく、半導体レーザの発振は不安定であるため、この実
施例では角度１０度傾けている。透過フィルター７０を
通過した基本波Ｐ１ａは反射面で反射され同一の光路を
逆にたどり半導体レーザに帰還され、半導体レーザはこ
の特定の波長で発振することとなる。

【００１８】次にこの短波長レーザ光源の製造方法につ
いて説明する。まず、LiNbO₃のサブマウント２０に通常
のフォトプロセスおよびドライエッチングプロセスによ
り長さ３０μｍ，深さ１０μｍの突起１を形成した。Li
NbO₃はＸ板をＺ方向に４５度傾けたものを用いた。次
に、突起１の片側に透過フィルターを蒸着した。SiO₂と
Ta₂O₅の積層膜である。次に半導体レーザ２１を活性層
２３の形成面２４をサブマウント２０側に向けてボンデ
ィングを行った。次に半導体レーザ２１に電流を流し基
本波Ｐ１を出射させた後、光導波路２の形成面２５をサ
ブマウント２０側に向けて光波長変換素子２２を突起１
に押し当て固定を行った。サブマウント２０にあらかじ
めＡｌをパターン化しており半導体レーザと接触するこ
とで電流を流すことができた。なお固定の時には、高調
波出力Ｐ２が最大になるようにａ方向のアライメントを
行った。ｂ方向に対しては光導波路２にＳｉＯ₂保護膜
１７を付加しこれにより高さを活性層２３と合わせた。

【００１９】作製されたこの素子の長さは１１ｍｍであ
る。基本波Ｐ１として半導体レーザ光（波長０．８４μ
ｍ）を入射面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が出射面１２よ
り基板外部に取り出された。ここでは、入射面１０が基
本波Ｐ１に対して無反射コートされている。また出射面
１２は無反射コーティングを施していないので基本波は
１４％反射する。これが反射面７１として作用する。半
導体レーザ１００ｍＷで光導波路に６５ｍＷが入射し、
１０ｍＷの高調波（波長０．４２μｍ）を得た。図４に
突起に用いた材料の屈折率と結合効率の関係を示す。屈
折率が高い程半導体レーザの広がり角が小さくなり、光
導波路への結合が大きくなる。本実施例では屈折率２．
２で６５％の結合効率である。結合を取るためには屈折
率１．５以上が望ましい。また、半導体レ−ザは安定に
動作し高調波出力の時間に対する変動は±１％以下であ
った。温度を２度程度変化させた状態においても、±３
％の安定性を得た。従来の半導体レーザの波長固定を行
わない短波長光源に比べて大幅に安定性が向上してい
る。実働時においてはペルチエ素子を用いて光源全体を
温度安定化し使用したため±１％以内の出力安定性を実
現していた。

【００２０】なお、複屈折性が大きな材料、例えば０．
０２以上のものを選べば突起の幅を小さくすることで距
離が小さくなり、結合効率を大きくでき実用的である。

【００２１】本発明の短波長レーザ光源の第２の実施例
の構造図を図５に示す。この実施例では短波長レーザ光
源として０．８μｍ帯の半導体レーザ、光波長変換素子
としてLiTaO₃基板を用いたもので、図５は短波長レーザ
光源の上面図および断面図である。図５で２０はＳｉの
サブマウント、２１は半導体レーザ、２２は光波長変換
素子、６は透過フィルター７０が形成された半波長板で
ある。半波長板６はLiNbO₃を研磨して、基本波が通過す
るところの厚みを１６μｍとした。半波長板６の半導体
レーザ側の第１の面とそれに対抗する面の角度は１１度
になっている。ＴＥ偏光に対して４５度となる角度で半
波長板６の主軸を固定した。この厚みは３／２波長板と
なるが半波長板と同様の作用となる。研磨では５μｍの
厚みにすることが困難なため３／２波長板とした。ここ
で用いた半導体レーザ２１は波長０．８４μｍ、出力１
５０ｍＷのものである。また、光波長変換素子２２はＬ
ｉＴａＯ₃基板に燐酸中でのプロトン交換により光導波
路２を形成したものである。本実施例の構成では、半導
体レーザ２１の活性層２３の形成面２４および光波長変
換素子２２の光導波路２の形成面２５はサブマウント２
０に向き合っている。図４で半導体レーザ２１を駆動し
基本波Ｐ１として活性層２３から出射された半導体レー
ザ光（波長０．８４μｍ）を半波長板６を介して光波長
変換素子２２の入射面１０より光導波路２に結合させる
と基本波Ｐ１はシングルモード伝搬し、光導波路２内の
波長変換部２６で波長０．４２μｍの高調波Ｐ２に変換
され青色レーザ光が出射面１２より基板外部に取り出さ
れる。基本波は透過フィルター７０を通過後、反射面７
１で反射され半導体レーザに戻され波長ロックされる。
この実施例では反射面７１が半導体レーザ２１に近く特
に安定である。

【００２２】この短波長レーザ光源において半導体レー
ザ２１を１５０ｍＷで駆動し１０ｍＷの高調波Ｐ２（波
長０．４２μｍ）を得た。この場合の変換効率は７％で
ある。立ち上がりも１０秒以内であり高調波出力も安定
していた。ここで半波長板により完全に９０度偏光方向
は回転されており光導波路への結合効率は８０％となっ
ていた。

【００２３】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは３
×３×１２ｍｍと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。これにより周囲の温度変化に対して高調
波Ｐ２の出力変化が最小に抑えられる。

【００２４】なおサブマウントとして加工性が良く、熱
伝導に優れたＳｉを用いたがこれに限ることはない。

【００２５】本発明の短波長レーザ光源の第３の実施例
の構造図を図６に示す。この実施例では短波長レーザ光
源として０．８μｍ帯の半導体レーザ、光波長変換素子
としてＺ板のLiNbO₃基板を用いたもので、図６は短波長
レーザ光源の断面図である。図６で２０はＴａ₂Ｏ₅のサ
ブマウント、２１は半導体レーザ、２２は光波長変換素
子である。ここで用いた半導体レーザ２１は波長０．８
６μｍ、出力１００ｍＷのものである。また、光波長変
換素子２２はLiNbO₃基板に燐酸中でのプロトン交換によ
り光導波路２を形成したものである。ここで用いたプロ
トン交換光導波路２は屈折率変化が大きく光の閉じ込め
が良く高調波への変換効率が高いという特徴がある。本
実施例の構成では、半導体レーザ２１の活性層２３の形
成面２４および光波長変換素子２２の光導波路２の形成
面２５はサブマウント２０に向き合っている。活性層２
３の形成面２４とは活性層２３が半導体レーザ２１の基
板にエピ成長された面であり、また光導波路２の形成面
２５とは光波長変換素子２２にプロトン交換により光導
波路２が形成された面のことである。ここで光波長変換
素子２２には透過フィルター７０が形成されている。こ
の透過フィルター７０は入射する基本波Ｐ１に対して垂
直ではなく、斜めに配置されている。つまり、基本波の
進行方向に対して光導波路の入射面は垂直でない。半導
体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１として活性層２３から
出射された半導体レーザ光（波長０．８６μｍ）を光波
長変換素子２２の入射面１０に形成された透過フィルタ
ー７０を通過後、光導波路２に結合される。基本波Ｐ１
は突起１で９０度偏光方向が回転され、光導波路２を伝
搬し、光導波路２内で波長０．４３μｍの高調波Ｐ２に
変換され青色レーザ光が反射面７１を兼ねた出射面１２
より基板外部に取り出される。また反射面７１で反射さ
れた基本波は半導体レーザに帰還され、波長がロックさ
れる。入射面は斜めであるため透過フィルター７０で反
射された波長の基本波は半導体レーザ２１には帰還され
ない。

【００２６】以上のように作製した短波長レーザ光源に
おいて半導体レーザ２１を１００ｍＷで駆動し１５ｍＷ
の高調波Ｐ２（波長０．４３μｍ）を得た。この場合の
変換効率は２０％である。ここで結合効率は８０％で基
本波が光波長変換素子２２に入射した。光導波路２は基
本波がスネルの法則に従って入射する方向に形成されて
いるため結合効率が高い。

【００２７】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは４
×４×１５ｍｍと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。

【００２８】なお本実施例ではサブマウント上に突起を
形成し半波長板としたが研磨等で作製し、挟み込んでも
かまわない。

【００２９】なお、光入射方法としてはレンズを介した
構成でも良い。また、実施例では光波長変換用結晶とし
てLiNbO₃およびLiTaO₃を用いたがＫＴＰ（KTiOPO₄）、K
NbO₃等の強誘電体、ＭＮＡ等の有機非線形材料にも適用
可能である。また突起、半波長板としてLiNbO₃、Ta₂O₅
を用いたが、WO₃、Ti₂O₅、ZrO₂、Bi₂O₃、CeO₂の誘電体
等でもかまわない。

【００３０】次に第４の実施例として本発明の短波長レ
ーザ光源を光情報記録装置に組み込み光ディスクの読み
取りおよび書き込みに応用した例について説明する。本
実施例では光情報記録装置は短波長レーザ光源、レン
ズ、偏光ビームスプリッタおよび受光器により構成され
ている。短波長レーザ光源内で半導体レ−ザから出た基
本波は半波長板を介して光波長変換素子に入射し光波長
変換素子で高調波に変換され高調波である青色レーザ光
として外部に放射される。この青色レーザ光をレンズに
より平行光とする。この平行光にされた高調波は偏光ビ
−ムスプリッタを通過後、フォ−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−ムスプリッタを通過後、受光器
に入射する。短波長レーザ光源にて２ｍＷの青色レーザ
光が放射され、これが光ディスクの読み取りに使用され
た。また駆動電流を増加し１０ｍＷの青色レーザ光で書
き込みが行われた。ここで短波長レーザ光源は振動、温
度変化に強く安定に動作した。

【００３１】なお分極反転構造を用いると実施例で示し
たような高効率、高出力の短波長光が発生できる。

【００３２】このように本発明の短波長レーザ光源を用
いることで従来使用していた０．８μｍ帯の半導体レ−
ザを用いた光情報記録装置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情報記録装置の記録密度を
従来の４倍に向上することができる。

【００３３】

【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、半導体レーザとＺ板を用いた高効率光
波長変換素子を、複屈折性を有する突起または半波長板
を介して結合させることで大幅な結合効率の向上が図れ
る。つまり、半導体レーザからの偏光を半波長板により
回転させ偏光方向を一致させることができ、なおかつ屈
折率の高い材料を用いることで半導体レーザからのビー
ム広がりを抑えることができ、光波長変換素子に形成さ
れた光導波路に高効率で入射でき、短波長レーザ光源の
出力が大幅に向上する。その際、透過フィルターを用
い、半導体レーザの発振波長を固定することで安定化も
同時に行うことができる。さらに本発明はコンパクトで
量産化が容易な短波長レーザ光源を提供でき、その工業
的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の短波長レーザ光源の第１の実施例の構
造図

【図２】本発明の短波長レーザ光源の第１の実施例の透
過フィルター部の拡大図

【図３】傾斜角度と半導体レーザへの戻り光量の関係を
示す図

【図４】屈折率と結合効率の関係図

【図５】本発明の短波長レーザ光源の第２の実施例の構
造図

【図６】本発明の短波長レーザ光源の第３の実施例の構
造図

【図７】従来の短波長レーザ光源の構成図

【図８】従来の短波長レーザ光源の構成図

【図９】従来の光波長変換素子の構成図

【図１０】高調波増幅の原理を説明する図

【図１１】半導体レーザおよび光波長変換素子の断面図
および偏光方向を示す図

【符号の説明】

１突起２光導波路６半波長板１０入射面１２出射面１７保護膜２０サブマウント２１半導体レーザ２２光波長変換素子２３活性層４０、４２、４４レンズ４１ビームスプリッター４５Ｓｉディテクター６０短波長レーザ光源７０透過フィルター７１反射面

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−297632（ＪＰ，Ａ) 特開平３−210513（ＪＰ，Ａ) 特開平４−320078（ＪＰ，Ａ) 特開平５−323404（ＪＰ，Ａ) 特開平５−273623（ＪＰ，Ａ) 特開平５−257184（ＪＰ，Ａ) 特開平５−173213（ＪＰ，Ａ) 実開平４−3416（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/10 - 3/109 G02F 1/37 H01S 5/00 - 5/50 G02B 5/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
波長変換素子に形成された光導波路中で高調波へと変換
される短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面およびＺ板の光波長変換素子の光導波路
形成面が、複屈折性を有するサブマウントに向き合い、
前記半導体レーザと前記光波長変換素子の間には前記サ
ブマウントに形成された突起を配置し、また、前記突起
には透過フィルターが形成され、なおかつ前記突起の半
導体レーザと対抗する面と前記光導波路に対抗する面が
平行ではなく、前記基本波は前記突起により偏光方向が
９０度回転された後、前記透過フィルターを通過後、前
記光導波路に結合し、また光波長変換素子での反射光は
半導体レーザに帰還されることを特徴とする短波長レー
ザ光源。
【請求項２】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
波長変換素子に形成された光導波路中で高調波へと変換
される短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面およびＺ板の光波長変換素子の光導波路
形成面が、複屈折性を有するサブマウントに向き合い、
なおかつ前記半導体レーザと前記光波長変換素子の間に
は前記サブマウントに形成された突起を配置し、また前
記光導波路の入射面には透過フィルターを備え、前記半
導体レーザからの基本波の進行方向に対し光導波路の入
射面が垂直ではなく、前記基本波は前記突起により偏光
方向が９０度回転された後、前記透過フィルターを通過
後、前記光導波路に結合し、また光波長変換素子での反
射光は半導体レーザに帰還されることを特徴とする短波
長レーザ光源。
【請求項３】半導体レーザ、半波長板、および光波長変
換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光波長
変換素子に形成された光導波路中で高調波へと変換され
る短波長レーザ光源において、前記半波長板の半導体レ
ーザ側の第１の面とそれに対抗する面が平行ではなく、
なおかつ半導体レーザからの基本波は前記半波長板によ
り偏光方向が９０度回転した後、半波長板に形成された
透過フィルターを通過後、光導波路に入射するように配
置され、また光波長変換素子での反射光は半導体レーザ
に帰還されることを特徴とする短波長レーザ光源。
【請求項４】半導体レーザ、半波長板、および光波長変
換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光波長
変換素子に形成された光導波路中で高調波へと変換され
る短波長レーザ光源において、半導体レーザからの基本
波は前記半波長板により偏光方向が９０度回転した後、
光導波路に入射するように配置され、なおかつ前記光導
波路の入射面には透過フィルターを備え、前記基本波の
進行方向に対し光導波路の入射面が垂直ではなく、また
光波長変換素子での反射光は半導体レーザに帰還される
ことを特徴とする短波長レーザ光源。
【請求項５】光波長変換素子として分極反転構造を有す
ることを特徴とする請求項１または２または３または４
項記載の短波長レーザ光源。
【請求項６】半波長板がLiNbO₃であることを特徴とする
請求項３または４項記載の短波長レーザ光源。
【請求項７】サブマウントがLiNbO₃であることを特徴と
する請求項１または２項記載の短波長レーザ光源。
【請求項８】光波長変換素子としてＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ
₃（０≦Ｘ≦１）基板を使用したことを特徴とする請求
項１または２または３または４項記載の短波長レーザ光
源。
【請求項９】突起の屈折率が１．５以上であることを特
徴とする請求項１または２項記載の短波長レーザ光源。
【請求項１０】半波長板の屈折率が１．５以上であるこ
とを特徴とする請求項３または４項記載の短波長レーザ
光源。