JP3156444B2 - Short wavelength laser light source and method of manufacturing the same - Google Patents

Short wavelength laser light source and method of manufacturing the same

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JP3156444B2 JP13178793A JP13178793A JP3156444B2 JP 3156444 B2 JP3156444 B2 JP 3156444B2 JP 13178793 A JP13178793 A JP 13178793A JP 13178793 A JP13178793 A JP 13178793A JP 3156444 B2 JP3156444 B2 JP 3156444B2
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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または光計測分野に使用する短波長
レーザ光源およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short wavelength laser light source used in the field of optical information processing or optical measurement using coherent light and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10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
21、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 andK. Yamamoto, "Second harmonic gen
eration by Cherenkov radiation in proton-exchanged
LiNbO3 optical waveguide", CLEO'86, WR3, 1986年、
参照)。
2. Description of the Related Art FIG. 10 shows a configuration diagram of a conventional short wavelength laser. The short-wavelength laser light source shown here is a semiconductor laser 21, an optical wavelength conversion element 22, a collimator lens 37a,
The focus lens 37b and the half-wave plate 33 were basic components (T. Taniuchi and K. Yamamoto, "Minia
turized light source of coherent blue radiation ", C
LEO'87, WP6, 1987). The semiconductor laser 2 is placed on the incident surface 10 of the optical waveguide 2 formed on the optical wavelength conversion element 22.
The fundamental wave P1 from 1 is incident via the lenses 37a and 37b. At this time, the half-wave plate 33 sandwiched between the lenses 37a and 37b has a function of rotating the polarization direction by 90 degrees, and thereby the polarization directions are matched so that the fundamental wave P1 is guided through the optical waveguide 2. be able to. The optical wavelength conversion element 22 is fixed to an element mount 38. The harmonic P2 radiated into the substrate is converted into parallel light by the shaping lens 36, branched by the beam splitter 39, and partially received by the detector 27. The light wavelength conversion element 22 used here is called a Cherenkov radiation type, and its operation will be described. The harmonic generation (wavelength 0.42 μm) with respect to the fundamental wave having a wavelength of 0.84 μm will be described in detail below (T. Taniuchi and K. Yamamoto, “Second harmonic gen
eration by Cherenkov radiation in proton-exchanged
LiNbO 3 optical waveguide ", CLEO'86, WR3, 1986,
reference).

【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。
[0003] LiNbO 3 substrate 2 serving as an optical wavelength conversion element
When the light of the fundamental wave P1 from the semiconductor laser 21 is incident on the incident surface 10 of the buried optical waveguide 2 formed in FIG.
When the condition that the effective refractive index of the guided mode of the fundamental wave is equal to the effective refractive index of the higher harmonic wave is satisfied, the optical waveguide 2
, The light of the harmonic P2 is efficiently emitted into the LiNbO 3 substrate 22 and operates as an optical wavelength conversion element. This Cherenkov radiation type optical wavelength conversion element has excellent temperature characteristics (half-value width of 25 ° C.), but its conversion efficiency is not so high.

【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11を用いて説明する(山
本、谷内、特願昭63−128914号、青色レーザ光
源および光情報記録装置、参照)。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Si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10
0mWにしたとき、2mW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10mW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。
Next, another prior art short wavelength laser light source which is further miniaturized will be described with reference to FIG. 11 (Yamamoto, Taniuchi, Japanese Patent Application No. 63-128914, blue laser light source and optical information recording apparatus, reference). In the short-wavelength laser light source, a semiconductor laser 21 having a wavelength of 0.84 μm and an optical wavelength conversion element 22 formed on an X plate are fixed to a Si submount 20 and directly coupled. The output P1 of the semiconductor laser 21 is set to 10
At 0 mW, a harmonic P2 (blue laser light) of 2 mW was obtained. In this case, the conversion efficiency P2 / P1 in the light wavelength conversion element 22 is 2%. However, it was difficult to obtain a practical 10 mW in the optical information processing field using the Cherenkov radiation type. In addition, it is difficult to collect light because the harmonics are radiated into the substrate.

【0005】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.Yamamot
o, K.Mizuuchi, Y.Kitaoka, and M.Kato:Applied Physi
cs 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。
Recently, a high-efficiency optical wavelength conversion device based on a domain-inverted structure has been trial manufactured using a Z plate of LiTaO 3 , which can generate blue light of 10 mW or more (K. Yamamot).
o, K. Mizuuchi, Y. Kitaoka, and M. Kato: Applied Physi
cs Letters, May 1993). Therefore, if an optical wavelength conversion element using a domain-inverted structure is directly coupled to a semiconductor laser, there is a possibility that a short wavelength light source that is compact and mass-produced can be manufactured.

【0006】以下この光波長変換素子について説明す
る。図12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。図12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。
Hereinafter, this optical wavelength conversion element will be described. FIG. 12 shows the configuration of the optical wavelength conversion element formed on the LiTaO 3 Z plate. As shown in FIG. 12, an optical waveguide 2 is formed on a LiTaO 3 substrate serving as an optical wavelength conversion element 22, and a layer 3 (a domain-inverted layer) having periodically inverted polarization is formed in the optical waveguide 2. . By compensating for the mismatch between the propagation constant of the fundamental wave and the generated harmonic with the periodic structure of the domain-inverted layer 3 and the non-domain-inverted layer 4, it is possible to emit harmonics with high efficiency.

【0007】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3
2aは図13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(N2
ω−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。
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. In the non-polarization inversion element 31, the harmonic output 31a merely increases and decreases in the traveling direction of the optical waveguide. On the other hand, in the domain-inverted wavelength conversion element (primary cycle) 32 whose polarization is periodically inverted, the output 3
2a, as shown in FIG. 13, the harmonic output increases in proportion to the square of the length L of the optical waveguide. However, the output of the higher harmonic wave P2 with respect to the fundamental wave P1 is obtained only during the quasi-phase matching in the polarization inversion. This quasi-phase matching is established when the period Λ1 of the domain-inverted layer is λ / (2 (N2
ω−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). The optical wavelength conversion element capable of increasing the output in this manner has a polarization inversion structure as a basic component. In addition, the optical wavelength conversion element has a feature that light is easily collected because harmonics are emitted from the optical waveguide.

【0008】[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。
When a high-efficiency optical wavelength conversion element having a domain-inverted structure is used in a small-sized and light-weight short-wavelength laser light source by directly coupling a semiconductor laser and an optical waveguide as described above, light wavelength conversion is performed. Since the element is formed on the Z plate, the mode guided in the optical waveguide is TM polarized light (the electric field is perpendicular to the surface on which the optical waveguide is formed), and the mode is emitted from the semiconductor laser. The polarization of the fundamental wave is T
E-polarized light (electric field is parallel to the surface on which the active layer is formed).

【0009】図14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14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11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。
FIG. 14 shows (a) a semiconductor laser cut along a plane perpendicular to the traveling direction of light, (b) an optical wavelength conversion element of a Z plate,
(c) A cross-sectional view and a polarization direction of the light wavelength conversion element of the X plate are shown. As shown in FIG. 14, the output light of the semiconductor laser and Z
Since the directions of polarization of the guided light of the optical wavelength conversion element of the plate are different by 90 degrees, coupling on the same plane as in the short wavelength laser light source shown in FIG. 11 cannot be performed. When an element having a domain-inverted structure is formed on the X-plate, the polarization is the same, but the conversion efficiency of the light-wavelength conversion element on the X-plate is extremely low. The reason will be described in detail below.

【0010】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。
[0010] The optical waveguide formed on the X plate has a surface, which is the X plane, roughened during proton exchange, so that the propagation loss is about five times that of the Z plate. Further, it is difficult to produce a domain-inverted structure in a short period. As a result, the conversion efficiency of the light wavelength conversion element becomes about 1/5 to 1/10 of that of the Z plate. For this reason, there is a problem that it is difficult to obtain a harmonic having a practical level of a short wavelength laser light source of 10 mW or more with good reproducibility and stably.

【0011】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短波長レーザ光源を得る
ことを目的とする。
The present invention makes it possible to increase the output power and stabilize the output power of harmonics by adding a new device to the structure of a short wavelength laser light source based on a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element. . In other words, an object of the present invention is to obtain a short-wavelength laser light source that can operate stably with high output by directly coupling a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element via a half-wave plate.

【0012】[0012]

【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、前記基本波は
前記突起により偏光方向が90度回転され前記光導波路
に結合するという手段を有する。
Therefore, a short wavelength laser light source according to the present invention comprises a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, and an optical waveguide in which a fundamental wave of the semiconductor laser is formed in the optical wavelength conversion element. In the short-wavelength laser light source that is converted into harmonics in the semiconductor laser, the surface on which the active layer of the semiconductor laser is formed and the surface on which the optical waveguide is formed of the optical wavelength conversion element face a submount having birefringence, and the semiconductor laser A projection formed on the submount is arranged between the optical wavelength conversion element and the optical wavelength conversion element, and the fundamental wave has a means in which the polarization direction is rotated by 90 degrees by the projection and coupled to the optical waveguide.

【0013】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導波路に直接結
合す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光波長変換素子の光導波路形成面
がサブマウントに向き合いなおかつ前記光導波路の入射
面には半導体レーザからの前記基本波の偏光方向が90
度回転する複屈折性を有する膜が形成されており、前記
半導体レーザからの基本波が前記膜を介して光導波路に
結合するという手段を有する。
[0013] Also, short wavelength laser light source of the present invention includes a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, the short-wavelength laser light source fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to the optical waveguide, wherein The active layer forming surface of the semiconductor laser and the optical waveguide forming surface of the optical wavelength conversion device face the submount, and the incident surface of the optical waveguide has a polarization direction of the fundamental wave from the semiconductor laser of 90 degrees.
A film having a birefringence that rotates by an angle is formed, and has means for coupling a fundamental wave from the semiconductor laser to the optical waveguide through the film.

【0014】また、本発明の短波長レーザ光源の製造方
法は半導体レーザの基本波が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
の製造方法において、複屈折性を有するサブマウントに
突起を形成する工程と、前記サブマウントに向き合い前
記半導体レーザの活性層の形成面および前記光波長変換
素子の光導波路形成面を固定し、前記半導体レーザから
の基本波が前記サブマウントに形成された突起を介して
光導波路に結合させるように配置する工程とを施すこと
となる。
The method of manufacturing a short-wavelength laser light source according to the present invention is directed to a method of manufacturing a short-wavelength laser light source in which a fundamental wave of a semiconductor laser is converted into a higher harmonic in an optical waveguide formed in an optical wavelength conversion element. Forming a protrusion on the submount having birefringence, fixing the active layer forming surface of the semiconductor laser and the optical waveguide forming surface of the optical wavelength conversion element facing the submount, and Arranging the wave so as to be coupled to the optical waveguide through a protrusion formed on the submount.

【0015】また、本発明の短波長レーザ光源の製造方
法は半導体レーザの基本波が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
の製造方法において、前記光導波路の入射面に前記半導
体レーザからの基本波の偏光方向が90度回転する複屈
折性を有する膜を形成する工程と、前記半導体レーザの
活性層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面
をサブマウントに向き合いなおかつ半導体レーザから出
射される基本波が光導波路に結合するように固定する工
程とを施すこととなる。
The method of manufacturing a short-wavelength laser light source according to the present invention is a method of manufacturing a short-wavelength laser light source in which a fundamental wave of a semiconductor laser is converted into a harmonic in an optical waveguide formed in an optical wavelength conversion element. Forming a film having a birefringent property in which the polarization direction of the fundamental wave from the semiconductor laser rotates by 90 degrees on the incident surface of the optical waveguide; and forming the active layer of the semiconductor laser and the light guide of the optical wavelength conversion element. Fixing the waveguide so that the fundamental wave emitted from the semiconductor laser is coupled to the optical waveguide, with the wave path forming surface facing the submount.

【0016】また、本発明の短波長レーザ光源の製造方
法は半導体レーザの基本波が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
の製造方法において、前記光導波路の入射面に複屈折性
を有する膜を形成する工程と、前記半導体レーザの基本
波の出射面に複屈折性を有する膜を形成する工程と、前
記半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子
の光導波路形成面をサブマウントに向き合いなおかつ半
導体レーザから出射される基本波が光導波路に結合する
ように固定する工程と、前記光導波路の入射面に形成さ
れた複屈折性を有する膜と前記半導体レーザの出射面に
形成された複屈折を有する膜をアニールにより接着する
工程とを施すこととなる。
The method of manufacturing a short-wavelength laser light source according to the present invention is a method of manufacturing a short-wavelength laser light source in which a fundamental wave of a semiconductor laser is converted into a higher harmonic in an optical waveguide formed in an optical wavelength conversion element. Forming a film having birefringence on the incident surface of the optical waveguide, forming a film having birefringence on the emission surface of the fundamental wave of the semiconductor laser, and forming the active layer of the semiconductor laser And fixing the optical waveguide forming surface of the optical wavelength conversion element so as to face the submount and couple the fundamental wave emitted from the semiconductor laser to the optical waveguide, and the birefringence formed on the incident surface of the optical waveguide. And bonding the film having birefringence formed on the emission surface of the semiconductor laser by annealing.

【0017】[0017]

【作用】本発明は上記手段により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
にできる。以下これを詳しく説明する。
According to the present invention, it is possible to use the optical wavelength conversion element formed on the Z plate by the above-mentioned means, and it is possible to increase the generated harmonics with high efficiency. Hereinafter, this will be described in detail.

【0018】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。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。
An optical wavelength conversion element having a Z-plate polarization inversion structure can obtain higher harmonic power than the X-plate by 5 times or more. In order to couple the high-efficiency optical wavelength conversion element with the semiconductor laser, the fundamental wave of the semiconductor laser is rotated by 90 degrees by the protrusion of the submount, and is incident on the optical waveguide with high efficiency. This is because the protrusions have birefringence, and the polarization direction can be rotated by arranging the main axis at 45 degrees with respect to the polarization direction. Therefore, a high output harmonic can be emitted even as a short wavelength laser light source.

【0019】[0019]

【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。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。ここで用いた半導体レーザ21は波長0.84
μmのものである。また、光波長変換素子22はLiTaO3
基板に燐酸中でのプロトン交換を行い分極反転層3およ
び光導波路2を形成したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a first embodiment, a short wavelength laser light source of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a structural diagram of a short wavelength laser light source according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a semiconductor laser of 0.8 μm band is used as a short wavelength laser light source, and a Z plate LiTaO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 1 is a sectional view of the short wavelength laser light source. FIG.
Reference numeral 20 denotes a submount made of LiNbO 3 , 21 denotes a semiconductor laser, and 22 denotes an optical wavelength conversion element. LiNbO 3 is a material having a large birefringence, and the difference between the extraordinary refractive index and the ordinary refractive index is 0.08.
There is also. The semiconductor laser 21 used here has a wavelength of 0.84.
μm. The light wavelength conversion element 22 is made of LiTaO 3
In this example, a domain-inverted layer 3 and an optical waveguide 2 are formed on a substrate by proton exchange in phosphoric acid.

【0020】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。又、半導体レーザ21の活性層23と光導波路2
は同軸上にあり半導体レーザ21の基本波P1が突起1
を介して直接結合する構成となっている。突起1により
TE偏光で発生した半導体レーザからの基本波P1は9
0度回転され光導波路を導波可能なTM偏光と一致し高
効率で結合する。この実施例では半導体レーザ21の放
熱用に第2のサブマウント28として銅ブロックが用い
られている。このため半導体レーザ21の熱はすべて第
2のサブマウント28に逃げ、放熱の悪いLiNbO3のサブ
マウント20側には伝わらない。
In the structure of this embodiment, the surface 24 on which the active layer 23 of the semiconductor laser 21 is formed and the surface 25 on which the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 is formed face the submount 20. The active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2
Is coaxial and the fundamental wave P1 of the semiconductor laser 21 is the projection 1
Directly connected via the The fundamental wave P1 from the semiconductor laser generated as TE polarized light by the projection 1 is 9
The optical waveguide is rotated by 0 degrees and coincides with the TM polarized light that can be guided, and is coupled with high efficiency. In this embodiment, a copper block is used as the second submount 28 for heat radiation of the semiconductor laser 21. For this reason, all the heat of the semiconductor laser 21 escapes to the second submount 28 and is not transmitted to the submount 20 of LiNbO 3 having poor heat radiation.

【0021】次にこの短波長レーザ光源の製造方法につ
いて図2を用いて説明する。まず、図2(a)でLiNbO3
サブマウント20を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幅5.4μm,深さ10μm
の突起1を形成した。LiNbO3はX板をC方向に45度傾
けたものを用いた。次に、同図(b)で半導体レーザ2
1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。先に半導体レーザ21の裏
面29a(活性層23が形成されている面24の反対
面)を第2のサブマウント28にボンディングが行われ
ている。次に同図(c)で半導体レーザ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を半
導体レーザ21に押し当て固定を行った。この際、光波
長変換素子22の入射面10は光導波路2の形成面25
に対してほぼ90度の角度となっている。また、入射面
10での反射による活性層23への戻り光も少なくでき
る。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。
Next, a method of manufacturing the short wavelength laser light source will be described with reference to FIG. First, in FIG. 2A, a LiNbO 3 submount 20 is 5.4 μm wide and 10 μm deep by a normal photo process and dry etching process.
The projection 1 was formed. LiNbO 3 used was obtained by inclining an X plate by 45 degrees in the C direction. Next, in FIG.
1 was bonded with the formation surface 24 of the active layer 23 facing the submount 20 side. First, the back surface 29a of the semiconductor laser 21 (the surface opposite to the surface 24 on which the active layer 23 is formed) is bonded to the second submount 28. Next, after a current is applied to the semiconductor laser 21 to emit a fundamental wave P1 in FIG.
The optical wavelength conversion element 22 was pressed against the semiconductor laser 21 with the substrate facing the sub-mount 20 side, and was fixed. At this time, the incidence surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 is formed on the formation surface 25 of the optical waveguide 2.
Is approximately 90 degrees. Further, the amount of light returning to the active layer 23 due to reflection on the incident surface 10 can be reduced. Al was patterned on the submount 20 in advance, and a current was able to flow by contacting the semiconductor laser. When fixed, the alignment in the direction A was performed so that the harmonic output P2 was maximized. In the direction B, an SiO 2 protective film 17 was added to the optical waveguide 2, and the height was adjusted to the active layer 23.

【0022】作製されたこの素子の長さは10mm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。出射面が基本波および高調
波に対してARコートされていることにより高調波の出
力が有効に取り出せ15%のアップが図れた。基本波7
0mWで10mWの高調波(波長0.42μm)を得
た。図3に高調波の時間変化を示す。半導体レ−ザは安
定に動作し高調波出力の変動は±1%以下であった。従
来のレンズを用いた短波長光源に比べて大幅に安定性が
向上している。
The length of the manufactured element is 10 mm. Semiconductor laser light (wavelength 0.84 μm) as the fundamental wave P1
When m) was guided from the incident surface 10, it propagated in single mode, and a harmonic P2 having a wavelength of 0.42 μm was extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate. Since the emission surface is AR-coated with respect to the fundamental wave and the harmonics, the output of the harmonics can be effectively taken out and the output can be increased by 15%. Fundamental wave 7
A harmonic of 10 mW (wavelength: 0.42 μm) was obtained at 0 mW. FIG. 3 shows the time change of the harmonic. The semiconductor laser operated stably and the fluctuation of the harmonic output was less than ± 1%. The stability is greatly improved as compared with a short wavelength light source using a conventional lens.

【0023】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い。又、半導体レ
ーザと光波長変換素子の距離が20μm以上となると結
合効率が小さくなり実用的ではないが複屈折性の大きな
材料を選べば突起の幅を小さくすることができ問題はな
い。
In multi-mode propagation with respect to the fundamental wave, the output of the higher harmonic wave is unstable and not practical. When the distance between the semiconductor laser and the light wavelength conversion element is 20 μm or more, the coupling efficiency becomes small and is not practical. However, if a material having a large birefringence is selected, the width of the protrusion can be reduced, and there is no problem.

【0024】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4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4は短波長レーザ
光源の断面図である。図4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
半波長板である。半波長板6はX板のLiNbO3を研磨して
16μmの厚みとした。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0.84μ
m、出力150mWのものである。また、光波長変換素
子22はLiTaO3基板に燐酸中でのプロトン交換に
より周期状分極反転層3および光導波路2を形成したも
のである。
FIG. 4 is a structural view of a second embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention. In this embodiment, a semiconductor laser of 0.8 μm band is used as a short wavelength laser light source, and a LiTaO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 4 is a cross-sectional view of the short wavelength laser light source. In FIG. 4, reference numeral 20 denotes a Si submount, 21 denotes a semiconductor laser, 22 denotes an optical wavelength conversion element, and 6 denotes a half-wave plate. The half-wave plate 6 was polished from the X plate LiNbO 3 to have a thickness of 16 μm. The main axis of the half-wave plate 6 was fixed at an angle of 45 degrees with respect to the TE polarized light. This thickness is 3/2
Although it becomes a wave plate, the operation is the same as that of a half-wave plate. Since it is difficult to reduce the thickness to 5 μm by polishing, a 3/2 wavelength plate was used. The semiconductor laser 21 used here has a wavelength of 0.84 μm.
m and an output of 150 mW. The optical wavelength conversion element 22 is one in which a periodically poled layer 3 and an optical waveguide 2 are formed on a LiTaO 3 substrate by proton exchange in phosphoric acid.

【0025】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。又、半導体レーザ21の活性層23と光導波路2
は同軸上にあり半導体レーザ21の基本波P1が直接結
合する構成となっている。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に直接結
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P
2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。
In the structure of this embodiment, the surface 24 on which the active layer 23 of the semiconductor laser 21 is formed and the surface 25 on which the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 is formed face the submount 20. The active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2
Are coaxial and have a configuration in which the fundamental wave P1 of the semiconductor laser 21 is directly coupled. In FIG. 4, the semiconductor laser 21 (wavelength: 0.84 μm) emitted from the active layer 23 as the fundamental wave P1 by driving the semiconductor laser 21 is transmitted from the incident surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 through the half-wave plate 6 to the optical waveguide 2. When coupled directly to the fundamental wave P1, the fundamental wave P1 propagates in a single mode, and the harmonic wave P having a wavelength of 0.42 μm is propagated by the wavelength converter 26 in the optical waveguide 2.
2, and the blue laser light is extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate.

【0026】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。
In this short-wavelength laser light source, the semiconductor laser 21 was driven at 150 mW to obtain a harmonic P2 (wavelength 0.42 μm) of 10 mW. The conversion efficiency in this case is 7%. The rise was within 10 seconds and the harmonic output was stable. Here, the polarization direction was completely rotated by 90 degrees by the half-wave plate, and the coupling efficiency to the optical waveguide was 80%.

【0027】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。
The size of the short wavelength laser light source of this embodiment is 3
It is as small as 3 x 12 mm. In addition, there is no portion causing an optical axis shift, and the structure is extremely resistant to temperature change and vibration. As a result, a change in the output of the harmonic P2 with respect to a change in the ambient temperature is minimized.

【0028】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。
Although the submount is made of Si having good workability and excellent heat conductivity, the present invention is not limited to this.

【0029】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Z板のLiNbO3基板を用いたもので、図5は短波長
レーザ光源の断面図である。図5で20はSiのサブマ
ウント、21は半導体レーザ、22は光波長変換素子で
ある。ここで用いた半導体レーザ21は波長0.86μ
m、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周
期状分極反転層3および光導波路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2
2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23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。又、半導体レーザ21の活性層23と光導波路2は
同軸上にあり半導体レーザ21の基本波P1が光導波路
2へ直接結合する構成となっている。ここで光波長変換
素子22には半波長板の役目を果たす複屈折膜5が形成
されている。また基本波を高調波へ変換する波長変換部
26はサブマウント21には接触していないため熱的に
遮断されている。そのため半導体レーザ21からの熱の
影響はない。図5で半導体レーザ21を駆動し基本波P
1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よ
り光導波路2に直接結合させると基本波P1は複屈折膜
5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内の波長変換部26で波長0.43μm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。
FIG. 5 is a structural diagram of a third embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention. In this embodiment, a 0.8 μm band semiconductor laser is used as a short wavelength laser light source, and a Z plate LiNbO 3 substrate is used as an optical wavelength conversion element. FIG. 5 is a sectional view of the short wavelength laser light source. In FIG. 5, reference numeral 20 denotes a Si submount, 21 denotes a semiconductor laser, and 22 denotes an optical wavelength conversion element. The semiconductor laser 21 used here has a wavelength of 0.86 μm.
m and an output of 100 mW. The light wavelength conversion element 22 is obtained by forming a periodically poled layer 3 and an optical waveguide 2 on a LiNbO 3 substrate by proton exchange in phosphoric acid. The proton exchange optical waveguide 2 used here is characterized by a large change in refractive index, good confinement of light, and high conversion efficiency to harmonics. In the configuration of this embodiment, the surface 24 on which the active layer 23 of the semiconductor laser 21 is formed and the light wavelength conversion element 2
The formation surface 25 of the second optical waveguide 2 faces the submount 20. The surface 24 on which the active layer 23 is formed is a surface on which the active layer 23 is epitaxially grown on the substrate of the semiconductor laser 21. The surface 25 on which the optical waveguide 2 is formed is a surface where the optical waveguide 2 is It is the formed surface. The active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the optical waveguide 2 are coaxial, and the fundamental wave P1 of the semiconductor laser 21 is directly coupled to the optical waveguide 2. Here, a birefringent film 5 serving as a half-wave plate is formed on the light wavelength conversion element 22. The wavelength converter 26 for converting a fundamental wave into a higher harmonic wave is not thermally in contact with the submount 21 because it is not in contact with the submount 21. Therefore, there is no influence of heat from the semiconductor laser 21. The semiconductor laser 21 is driven in FIG.
When the semiconductor laser light (wavelength 0.86 μm) emitted from the active layer 23 is directly coupled to the optical waveguide 2 from the incident surface 10 of the optical wavelength conversion element 22 as the fundamental wave 1, the fundamental wave P 1 is polarized at 90 degrees by the birefringent film 5 Is rotated and propagates through the optical waveguide 2,
The light is converted into a harmonic P2 having a wavelength of 0.43 μm by the wavelength converter 26 in the optical waveguide 2 and blue laser light is extracted from the emission surface 12 to the outside of the substrate.

【0030】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。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。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を半導体レーザ21に押し
当て固定を行った。この際、光波長変換素子22の入射
面10には複屈折膜5を形成した。これについて図6を
用いて詳しく説明する。
Next, a method of manufacturing the short wavelength laser light source will be described. The semiconductor laser 21 was bonded with the formation surface 24 of the active layer 23 facing the submount 20. After a current was applied to the semiconductor laser 21 to emit the fundamental wave P1, the optical wavelength conversion element 22 was pressed against the semiconductor laser 21 with the formation surface 25 of the optical waveguide 2 facing the submount 20 and fixed. At this time, the birefringent film 5 was formed on the incident surface 10 of the light wavelength conversion element 22. This will be described in detail with reference to FIG.

【0031】図6は複屈折膜を形成する電子ビーム蒸着
装置である。光波長変換素子の光導波路2の形成面25
に対して45度の角度で治具70に固定する。るつぼ7
1に入れたTa2O572を電子ビームを照射し蒸発させ入
射面10に斜め蒸着する。厚み4μmで複屈折膜として
のTa2O5膜が形成された。次の工程として固定の時に
は、高調波出力P2が最大になるように光波長変換素子
22を動かしてA方向のアライメントを行った。従来の
レンズ系を用いる短波長レーザ光源ではA,B,Cの3
軸のアライメントが必要であるが、この構成によればA
方向のみのアライメントで良い。これは、C方向は半導
体レーザにおしあてられており、またB方向は半導体レ
ーザ21の活性層23と光波長変換素子22の光導波路
2の高さが一致しているためアライメントが必要ないこ
とによる。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。サブマウント20の表面からの光導波路2の高さは
4μmとなっている。また、光波長変換素子の長さは8
mmである。
FIG. 6 shows an electron beam evaporation apparatus for forming a birefringent film. Forming surface 25 of optical waveguide 2 of optical wavelength conversion element
Is fixed to the jig 70 at an angle of 45 degrees. Crucible 7
The Ta 2 O 5 72 placed in 1 is irradiated with an electron beam to evaporate it and obliquely deposit it on the incident surface 10. A Ta 2 O 5 film as a birefringent film having a thickness of 4 μm was formed. When the next step was fixed, the alignment in the direction A was performed by moving the optical wavelength conversion element 22 so that the harmonic output P2 was maximized. In a short wavelength laser light source using a conventional lens system, three of A, B, and C are used.
Axis alignment is required, but according to this configuration, A
Only alignment in the direction is sufficient. This is because the direction C is applied to the semiconductor laser, and the direction B does not require alignment because the height of the active layer 23 of the semiconductor laser 21 and the height of the optical waveguide 2 of the optical wavelength conversion element 22 match. It depends. In the direction B, an SiO 2 protective film 17 was added to the optical waveguide 2, and the height was adjusted to the active layer 23. The height of the optical waveguide 2 from the surface of the submount 20 is 4 μm. The length of the optical wavelength conversion element is 8
mm.

【0032】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20mW
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。
In the short-wavelength laser light source manufactured as described above, the semiconductor laser 21 is driven at 100 mW and is driven at 20 mW.
(Wavelength 0.43 μm) was obtained. The conversion efficiency in this case is 20%. Here, the coupling efficiency was 80%, and the fundamental wave was incident on the light wavelength conversion element 22.

【0033】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは4
×4×10mm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。
The size of the short wavelength laser light source of this embodiment is 4
The size is as small as 4 × 10 mm. In addition, there is no portion causing an optical axis shift, and the structure is extremely resistant to temperature change and vibration.

【0034】図7に実施例3の短波長レーザ光源をパッ
ケ−ジングした構成を示す。パッケージ50には窒素ガ
スを入れ外気と遮断した。また高調波P2はコーティン
グされたガラスによる窓51より外部に取り出される。
51は赤外光カットでかつ青色光透過のフィルターの役
目も兼ねている。52は石英による光波長変換素子22
のささえであり、これにより振動ぶれを防止している。
この短波長レーザ光源全体をペルチエによる±1℃の温
度制御を行い安定化を図った。これにより周囲の温度変
化に対して高調波P2の出力変化はほとんど生じなかっ
た。また窒素ガスにて封入することで空気中での酸化に
よる反射防止膜等の劣化が防止でき効果的である。
FIG. 7 shows a configuration in which the short wavelength laser light source of the third embodiment is packaged. The package 50 was filled with nitrogen gas and shut off from outside air. The harmonic P2 is taken out of the window 51 made of coated glass.
Reference numeral 51 denotes an infrared light cutoff filter that also functions as a blue light transmission filter. 52 is an optical wavelength conversion element 22 made of quartz.
This prevents vibration blur.
The entire short wavelength laser light source was stabilized by performing temperature control of ± 1 ° C. using a Peltier. As a result, the output of the harmonic P2 hardly changed with respect to the change in the ambient temperature. In addition, by filling with nitrogen gas, deterioration of the antireflection film and the like due to oxidation in the air can be prevented, which is effective.

【0035】次に第4の実施例である本発明の短波長レ
ーザ光源の製造方法について説明する。構成は実施例3
と同様である。基板としてはLiTaO3を用いた。本実施例
では半導体レーザの出射面および光導波路入射面にWO
3による複屈折膜を形成しアニールにより接着した。製
造工程を図8に示す。まず半導体レーザ21の出射面に
複屈折膜5aを2.5μm蒸着する。次に光波長変換素
子を製造する。以下基板への分極反転層、光導波路およ
びグレーティング作製方法について説明する。最初に分
極反転層3を形成する。LiTaO3基板にTaを厚み20nm、ス
パッタ蒸着した後、通常のフォトプロセスとドライエッ
チングを用いてTaを周期状にパターニングする。Taによ
るパターンが形成されたLiTaO3基板をピロ燐酸中で260
℃、20分間浸し、プロトン交換を行いプロトン交換層を
形成する。その後、540℃の温度で20秒間熱処理する。
これにより厚み2μmの周期状の分極反転層が形成され
る。さらに光導波路2を形成するために、ピロ燐酸中で
260℃、12分間プロトン交換を行い、スリット直下に厚
み0.5μmのプロトン交換層を形成した後、420℃の温度
で1分間熱処理する。次にTa2O5を膜として300nmの厚み
で形成する。次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、長さは5mmである。最後に図8
(b)のように電子ビーム蒸着により半導体レーザに付け
たのと同じWO3による複屈折膜5bを2.5μm入射面上
に形成する。次に同図(c)のように長さ7mmのSiに
よるサブマウント20上に半導体レーザ21の活性層2
3側を下にしてボンディングする。リード線を付けて半
導体レーザを光らせながら、光導波路が形成された光波
長変換素子22を光導波路から出射する基本波P1が最
大になるところで接着する。その後200℃、1時間ア
ニールを行い複屈折膜5aおよび5bを接着する。これ
により空気層を介することによる反射損を防止できる。
以上の工程により、コンパクトな短波長レーザ光源が作
製できた。入射した基本波50mWで8mWの高調波
(波長0.42μm)を得た。短波長レーザ光源は安定
に動作し高調波出力の変動は±1%以下であった。
Next, a description will be given of a method of manufacturing a short wavelength laser light source according to a fourth embodiment of the present invention. Configuration is Example 3
Is the same as LiTaO 3 was used as a substrate. In the present embodiment, the emission surface of the semiconductor laser and the incidence surface of the optical waveguide are WO
A birefringent film of 3 was formed and bonded by annealing. FIG. 8 shows the manufacturing process. First, a birefringent film 5a is deposited on the emission surface of the semiconductor laser 21 by 2.5 μm. Next, an optical wavelength conversion element is manufactured. Hereinafter, a method for producing a domain-inverted layer, an optical waveguide, and a grating on a substrate will be described. First, the domain-inverted layer 3 is formed. After a Ta film having a thickness of 20 nm is sputter-deposited on a LiTaO 3 substrate, the Ta film is periodically patterned using a normal photo process and dry etching. LiTaO 3 substrate patterned with Ta
C., immersion for 20 minutes to perform proton exchange to form a proton exchange layer. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 540 ° C. for 20 seconds.
As a result, a periodic domain-inverted layer having a thickness of 2 μm is formed. In order to further form the optical waveguide 2, in pyrophosphoric acid
Proton exchange is performed at 260 ° C. for 12 minutes to form a 0.5 μm-thick proton exchange layer immediately below the slit, and then heat-treated at 420 ° C. for 1 minute. Next, a film of Ta 2 O 5 is formed with a thickness of 300 nm. Next, an input / output surface is formed by polishing. The optical waveguide 2 has a thickness of 1.9 μm and a length of 5 mm. Finally, FIG.
As shown in (b), a birefringent film 5b made of WO 3 which is the same as that applied to a semiconductor laser by electron beam evaporation is formed on a 2.5 μm incident surface. Next, as shown in FIG. 3C, the active layer 2 of the semiconductor laser 21 is placed on a submount 20 made of Si having a length of 7 mm.
Bonding with the 3 side down. While the semiconductor laser is illuminated with the lead wire, the optical wavelength conversion element 22 having the optical waveguide formed thereon is bonded at a position where the fundamental wave P1 emitted from the optical waveguide is maximized. Thereafter, annealing is performed at 200 ° C. for one hour to bond the birefringent films 5a and 5b. Thereby, reflection loss due to the air layer can be prevented.
Through the above steps, a compact short-wavelength laser light source was manufactured. A harmonic of 8 mW (wavelength 0.42 μm) was obtained at an incident fundamental wave of 50 mW. The short-wavelength laser light source operated stably, and the fluctuation of the harmonic output was ± 1% or less.

【0036】なお、光入射方法としては直接結合以外に
もレンズを介した構成でも良い。また、Siをサブマウ
ントとして用いたがCuやC等他の熱電導の良い材料で
あれば良い。また、実施例では結晶としてLiNbO3および
LiTaO3を用いたがKTP(KTiOPO4)、KNbO3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
た複屈折膜、突起、半波長板としてLiNbO3、Ta2O5、WO3
をもちいたがTi2O5、ZrO2、Bi2O3、CeO2の誘電体等でも
かまわない。
The light incident method may be a structure via a lens other than the direct coupling. Further, although Si is used as the submount, any other material having good thermal conductivity such as Cu or C may be used. In the examples, LiNbO 3 and
Although LiTaO 3 is used, the present invention is also applicable to ferroelectric materials such as KTP (KTiOPO 4 ) and KNbO 3 and organic nonlinear materials such as MNA. LiNbO 3 , Ta 2 O 5 , WO 3
However, a dielectric such as Ti 2 O 5 , ZrO 2 , Bi 2 O 3 , or CeO 2 may be used.

【0037】次に第5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。図
9にその構成を示す。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60内
で半導体レ−ザ21から出た基本波P1は複屈折膜5を
介して光波長変換素子22に入射し光波長変換素子22
で高調波P2に変換され高調波P2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P2をレン
ズ40により平行光とする。この平行光にされた高調波
P2は偏光ビ−ムスプリッタ41を通過後、フォ−カシ
ングレンズ42で集光され光ディスク43上に0.6μ
m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41を通過後、受光器45に入射する。短波長
レーザ光源60にて2mWの青色レーザ光P2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。
Next, as a fifth embodiment, an example in which the short-wavelength laser light source of the present invention is incorporated in an optical information recording device and applied to reading and writing of an optical disk will be described. FIG. 9 shows the configuration. In the present embodiment, the optical information recording device includes a short wavelength laser light source, a lens, a polarizing beam splitter, and a light receiver. The fundamental wave P1 emitted from the semiconductor laser 21 in the short-wavelength laser light source 60 is incident on the light wavelength conversion element 22 via the birefringent film 5, and is turned on.
And is radiated to the outside as blue laser light, which is the harmonic P2. This blue laser light P2 is converted into parallel light by the lens 40. After passing through the polarization beam splitter 41, the harmonic P2 converted into parallel light is condensed by the focusing lens 42 and is collected on the optical disk 43 by 0.6 μm.
m spots. The reflected signal again passes through the polarizing beam splitter 41 and then enters the light receiver 45. The short-wavelength laser light source 60 emitted blue laser light P2 of 2 mW, which was used for reading an optical disk. The drive current was increased and writing was performed with a 10 mW blue laser beam. Here, the short-wavelength laser light source was stable against vibration and temperature change and operated stably.

【0038】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。
When the domain-inverted structure is used, high-efficiency, high-output short-wavelength light can be generated as shown in the embodiment.

【0039】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。
As described above, by using the short wavelength laser light source of the present invention, a 0.8 μm band semiconductor laser conventionally used was used.
As compared with the reading system of the optical information recording apparatus using the laser, the spot can be narrowed to half, and the recording density of the optical information recording apparatus can be improved to four times that of the conventional one.

【0040】[0040]

【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
長変換素子をレンズを介さず直接結合させることで大幅
な結合効率の向上が図れ、その際半導体レーザからの偏
光を複屈折性を有する突起または板または膜により回転
させ光波長変換素子に形成された光導波路に高効率で入
射し、短波長レーザ光源の出力が大幅に向上する。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。
As described above, according to the short-wavelength laser light source of the present invention, the coupling efficiency is greatly improved by directly coupling the semiconductor laser and the high-efficiency optical wavelength conversion element using the Z plate without using a lens. At that time, the polarized light from the semiconductor laser is rotated by a birefringent projection or plate or film, and is incident on the optical waveguide formed on the optical wavelength conversion element with high efficiency, and the output of the short wavelength laser light source is significantly increased. improves. Further, the present invention can provide a short-wavelength laser light source which is compact and easily mass-produced, and has an extremely large industrial value.

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

【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
FIG. 1 is a structural diagram of a first embodiment of a short wavelength laser light source according to the present invention.

【図2】本発明の短波長レーザ光源の第1の実施例の製
造工程図
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a first embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図3】本発明の短波長レーザ光源の高調波出力の時間
依存性を示す図
FIG. 3 is a diagram showing the time dependence of the harmonic output of the short wavelength laser light source of the present invention.

【図4】本発明の短波長レーザ光源の第2の実施例の構
造図
FIG. 4 is a structural diagram of a second embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図5】本発明の短波長レーザ光源の第3の実施例の構
造図
FIG. 5 is a structural diagram of a third embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図6】本発明の短波長レーザ光源の第3の実施例の複
屈折膜の蒸着方法を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a method for depositing a birefringent film according to a third embodiment of the short wavelength laser light source of the present invention.

【図7】本発明の短波長レーザ光源の第3の実施例のパ
ッケージングされた構造図
FIG. 7 is a view showing a packaged structure of a third embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention;

【図8】本発明の短波長レーザ光源の第4の実施例の製
造工程図
FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a fourth embodiment of the short wavelength laser light source according to the present invention.

【図9】本発明の第5の実施例の光情報処理装置の構成
FIG. 9 is a configuration diagram of an optical information processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】従来の短波長レーザ光源の構成図FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional short wavelength laser light source.

【図11】従来の短波長レーザ光源の構成図FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional short wavelength laser light source.

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

【図13】高調波増幅の原理を説明する図FIG. 13 is a diagram illustrating the principle of harmonic amplification.

【図14】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
FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional view and a polarization direction of a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 突起 2 光導波路 3 分極反転層 4 非分極反転層 5 複屈折膜 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 26 波長変換部 40、42、44 レンズ 41 ビームスプリッター 45 Siディテクター 50 パッケージ 51 窓 60 短波長レーザ光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projection 2 Optical waveguide 3 Polarization inversion layer 4 Non-polarization inversion layer 5 Birefringent film 6 Half-wave plate 10 Incident surface 12 Emission surface 17 Protective film 20 Submount 21 Semiconductor laser 22 Optical wavelength conversion element 23 Active layer 26 Wavelength conversion part 40 , 42, 44 Lens 41 Beam splitter 45 Si detector 50 Package 51 Window 60 Short wavelength laser light source

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−262385(JP,A) 特開 平3−138992(JP,A) 特開 昭64−32206(JP,A) 特開 平6−283791(JP,A) 特開 平5−257184(JP,A) 特開 平5−297429(JP,A) 特表 平4−507299(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/094 - 3/0947 H01S 3/109 G02B 6/12 - 6/138 G02F 1/37 - 1/383 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-262385 (JP, A) JP-A-3-138992 (JP, A) JP-A-64-32206 (JP, A) JP-A-6-283791 (JP) JP-A-5-257184 (JP, A) JP-A-5-297429 (JP, A) JP-A-4-507299 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01S 3/094-3/0947 H01S 3/109 G02B 6/12-6/138 G02F 1/37-1/383

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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、前記基本波は
前記突起により偏光方向が90度回転され前記光導波路
に結合することを特徴とする短波長レーザ光源。
1. A short wavelength laser light source comprising a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is converted into a harmonic in an optical waveguide formed in the optical wavelength conversion element. Wherein the surface on which the active layer of the semiconductor laser is formed and the surface on which the optical waveguide is formed of the optical wavelength conversion element face a submount having birefringence, and the submount is provided between the semiconductor laser and the optical wavelength conversion element. A short-wavelength laser light source, wherein a polarization direction of the fundamental wave is rotated by 90 degrees by the projection and the fundamental wave is coupled to the optical waveguide.
【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
導波路に直接結合す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光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合いなおかつ前記
光導波路の入射面には半導体レーザからの前記基本波の
偏光方向が90度回転する複屈折性を有する膜が形成さ
れており、前記半導体レーザからの基本波が前記膜を介
して光導波路に結合することを特徴とする短波長レーザ
光源。
2. A short wavelength laser light source comprising a semiconductor laser and an optical wavelength conversion element on a submount, wherein a fundamental wave of the semiconductor laser is directly coupled to the optical waveguide. The optical waveguide forming surface of the wavelength conversion element faces the submount, and the incident surface of the optical waveguide is formed with a film having birefringence in which the polarization direction of the fundamental wave from the semiconductor laser rotates 90 degrees, A short wavelength laser light source, wherein a fundamental wave from a semiconductor laser is coupled to an optical waveguide through the film.
【請求項3】半導体レーザの基本波が光波長変換素子に
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
ーザ光源の製造方法において、複屈折性を有するサブマ
ウントに突起を形成する工程と、前記サブマウントに向
き合い前記半導体レーザの活性層の形成面および前記光
波長変換素子の光導波路形成面を固定し、前記半導体レ
ーザからの基本波が前記サブマウントに形成された突起
を介して光導波路に結合させるように配置する工程とを
含むことを特徴とする短波長レーザ光源の製造方法。
3. A method for manufacturing a short wavelength laser light source in which a fundamental wave of a semiconductor laser is converted into a higher harmonic wave in an optical waveguide formed in an optical wavelength conversion element, wherein a projection is formed on a submount having birefringence. And fixing the surface on which the active layer of the semiconductor laser is formed and the optical waveguide forming surface of the optical wavelength conversion element facing the submount, and the fundamental wave from the semiconductor laser is formed on the submount. Arranging the short-wavelength laser light source so as to be coupled to the optical waveguide through the light source.
【請求項4】半導体レーザの基本波が光波長変換素子に
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
ーザ光源の製造方法において、前記光導波路の入射面に
前記半導体レーザからの基本波の偏光方向が90度回転
する複屈折性を有する膜を形成する工程と、前記半導体
レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の光導波
路形成面をサブマウントに向き合いなおかつ半導体レー
ザから出射される基本波が光導波路に結合するように固
定する工程とを含むことを特徴とする短波長レーザ光源
の製造方法。
4. A method of manufacturing a short wavelength laser light source in which a fundamental wave of a semiconductor laser is converted into a higher harmonic wave in an optical waveguide formed in an optical wavelength conversion element. Forming a film having a birefringence in which the polarization direction of the fundamental wave rotates by 90 degrees, and facing the submount with the formation surface of the active layer of the semiconductor laser and the formation surface of the optical waveguide of the optical wavelength conversion element. Fixing the fundamental wave emitted from the laser beam so as to be coupled to the optical waveguide.
【請求項5】半導体レーザの基本波が光波長変換素子に
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
ーザ光源の製造方法において、前記光導波路の入射面に
複屈折性を有する膜を形成する工程と、前記半導体レー
ザの基本波の出射面に複屈折性を有する膜を形成する工
程と、前記半導体レーザの活性層の形成面および光波長
変換素子の光導波路形成面をサブマウントに向き合いな
おかつ半導体レーザから出射される基本波が光導波路に
結合するように固定する工程と、前記光導波路の入射面
に形成された複屈折性を有する膜と前記半導体レーザの
出射面に形成された複屈折を有する膜をアニールにより
接着する工程とを含むことを特徴とする短波長レーザ光
源の製造方法。
5. A method for manufacturing a short-wavelength laser light source in which a fundamental wave of a semiconductor laser is converted into a higher harmonic wave in an optical waveguide formed in an optical wavelength conversion element, wherein the incident surface of the optical waveguide has birefringence. Forming a film having a birefringence on an emission surface of the fundamental wave of the semiconductor laser, and forming a surface on which an active layer of the semiconductor laser is formed and an optical waveguide forming surface of an optical wavelength conversion element. A step of fixing the fundamental wave emitted from the semiconductor laser facing the submount so as to be coupled to the optical waveguide; and forming a birefringent film formed on the incident surface of the optical waveguide and the emission surface of the semiconductor laser. Bonding the formed film having birefringence by annealing.
【請求項6】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3〜5いずれか1項に記載の
短波長レーザ光源の製造方法。
6. The method for manufacturing a short wavelength laser light source according to claim 3, wherein the light wavelength conversion element has a domain-inverted structure.
【請求項7】光波長変換素子としてLiNbxTa1-x
3(0≦X≦1)基板を使用したことを特徴とする請求
3〜5いずれか1項記載の短波長レーザ光源の製造方
法。
7. A LiNb x Ta 1 -x O as an optical wavelength conversion element.
6. The method of manufacturing a short wavelength laser light source according to claim 3, wherein a (0 ≦ X ≦ 1) substrate is used.
【請求項8】基板としてZ板を使用したことを特徴とす
る請求項項記載の短波長レーザ光源の製造方法。
8. The method according to claim 7 , wherein a Z-plate is used as the substrate.
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