JP3163566B2 - Second harmonic generation device - Google Patents

Second harmonic generation device

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JP3163566B2
JP3163566B2 JP11825190A JP11825190A JP3163566B2 JP 3163566 B2 JP3163566 B2 JP 3163566B2 JP 11825190 A JP11825190 A JP 11825190A JP 11825190 A JP11825190 A JP 11825190A JP 3163566 B2 JP3163566 B2 JP 3163566B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 光ディスク・メモリは、現在、データ記憶の方法に革
命を起こしつつある。それは、非常に多くの情報を4 1/
2インチの光ディスクに保管し、読み出すことができる
からである。現在の光ディスクの応用は、コンパクト・
ディスク・プレイヤやコンピュータに使用するディジタ
ル情報の保管にまで及んでいる。この発明は、上記した
光ディスク・メモリや、さらにレーザー・プリンタ、ホ
ログラフィ、レーザー・メス、光計測などに光源として
用いることができる2次高調波発生デバイスに関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION INDUSTRIAL APPLICATION Optical disc memory is currently revolutionizing the way data is stored. It gives so much information 4 1 /
This is because it can be stored on a 2-inch optical disk and read. The current application of optical discs is compact
It extends to the storage of digital information for use in disk players and computers. The present invention relates to a second harmonic generation device that can be used as a light source in the above-described optical disk memory, and further, a laser printer, holography, a laser knife, optical measurement, and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在使用できる最も安価なレーザー素子はGaAsレーザ
ー・ダイオードである。このような半導体レーザー素子
は、材料系AlxGa1-xAsのエピタキシャル層の組み合せを
適当に選んだり、素子の動作温度を適当に選ぶことによ
り、レーザーの発振波長を調節することができる。これ
までに得られている波長領域は780〜840nmである。レー
ザー出力は、日々高まっており、今現在では100mWのオ
ーダーである。
The cheapest laser element currently available is a GaAs laser diode. In such a semiconductor laser device, the oscillation wavelength of the laser can be adjusted by appropriately selecting the combination of the epitaxial layers of the material Al x Ga 1 -x As or by appropriately selecting the operating temperature of the device. The wavelength region obtained so far is 780-840 nm. Laser power is increasing day by day and is currently on the order of 100mW.

レーザー・ダイオードの出力光の周波数てい倍を利用
して半分の波長を持つ光を得ることができる。これを使
えば、最小スポット径をさらに小さくでき、光ディスク
・メモリの容量を大きくできると考えられる。
Light having a half wavelength can be obtained by using the frequency of the output light of the laser diode. By using this, it is considered that the minimum spot diameter can be further reduced and the capacity of the optical disk memory can be increased.

現在の周波数てい倍の方法では、光学的に非線形な結
晶を用いる。そのような非線形結晶は、適当な条件の下
で、また適当な方向から光を入射させたときに、入射光
の強度に応じた2次高調波光やさらに3次以上の高次の
高調波光を発生する。
The current frequency multiplication method uses an optically non-linear crystal. Such a nonlinear crystal can generate a second harmonic light or a third or higher harmonic light according to the intensity of incident light when light is incident under appropriate conditions and in an appropriate direction. appear.

ここで、2次高調波の強度はI2×Lに比例する。ただ
し、Iは入射1次光の強度であり、LはI次光の位相と
2次高調波光の位相がπ/2ラジアンの範囲内で整合して
いる結晶の長さである。したがって、2次高調波光の強
度を高めるためには、1次光の強度か位相整合長のどち
らかを増加させなければならない。
Here, the intensity of the second harmonic is proportional to I 2 × L. Here, I is the intensity of the incident primary light, and L is the length of the crystal where the phase of the I-order light and the phase of the second harmonic light are matched within the range of π / 2 radians. Therefore, to increase the intensity of the second harmonic light, either the intensity of the primary light or the phase matching length must be increased.

最近、種々の方法で位相整合長を長くする試みがなさ
れている。ひとつは非線形基板に作りつけた光導波路を
用いる方法である。この方法では、導波モードと非線形
基板中で発生した2次高調波の放射モードとの間で位相
整合が図られる。この、いわゆるチェレンコフ法では、
1次光源にレーザー・ダイオードを用いて、最高1mWま
での連続光(CW)出力が得られている。
Recently, attempts have been made to increase the phase matching length by various methods. One is a method using an optical waveguide formed on a nonlinear substrate. In this method, phase matching is achieved between the guided mode and the radiation mode of the second harmonic generated in the nonlinear substrate. In this so-called Cherenkov method,
Using a laser diode as the primary light source, continuous light (CW) output up to 1 mW has been obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

光ディスクの記憶容量は、現在のところ、レーザー・
ビームの分解能で制限されている。そして、この分解能
を制限しているのはレーザー光線の波長である。現在市
販されている最も安いレーザー素子はGaAs/AlGaAsレー
ザー・ダイオードであるが、これらのレーザー素子の波
長領域は780〜860nmであるから、得られるビームの最小
スポット径はこの波長の係数倍にしかならない。
Currently, the storage capacity of optical discs is
Limited by beam resolution. It is the wavelength of the laser beam that limits this resolution. Currently, the cheapest laser devices on the market are GaAs / AlGaAs laser diodes, but since the wavelength range of these laser devices is 780 to 860 nm, the minimum spot diameter of the beam obtained is only a factor times this wavelength. No.

これに対し、400nm領域の波長すなわち青色領域で発
振する安価なレーザー素子を作ることができれば、記憶
容量を4倍に高めることができる。
On the other hand, if an inexpensive laser element that oscillates in the wavelength region of 400 nm, that is, in the blue region, can be manufactured, the storage capacity can be quadrupled.

しかしながら、レーザー素子そのものを青色領域で発
振させることは困難であり、非線形結晶からなる2次高
調波発生物質を利用して、400nm領域の波長すなわち青
色領域の光を2次高調波光として得るようにしている。
However, it is difficult to cause the laser element itself to oscillate in the blue region, and it is necessary to use a second-harmonic substance made of a nonlinear crystal to obtain a wavelength in the 400 nm region, that is, light in the blue region as second-harmonic light. ing.

現在開発されている2次高調波発生デバイスでは、前
記したようにチェレンコフ法を用い、長い位相整合長で
大きな出力を得ようとしている。
The currently developed second harmonic generation device uses the Cherenkov method as described above to obtain a large output with a long phase matching length.

しかし、この方法では、1次レーザー光を微細な光導
波路に集光しなければならないので、いくつもの部品を
正確に調整して組み立てる必要があり、また、この2次
高調波発生デバイスからなる光源からの出力は発散性で
あるので、出力を収束させるレンズも必要である。これ
らの結果、このタイプは、大型化するとともに信頼性が
低く、さらにかなり高価となる。
However, in this method, the primary laser light must be focused on a fine optical waveguide, so that it is necessary to accurately adjust and assemble a number of parts, and a light source comprising this secondary harmonic generation device Since the output from is divergent, a lens that converges the output is also required. As a result, this type is bulky, unreliable and considerably more expensive.

他の方法では、KTPと呼ばれる結品(KTiOPO4)のよう
に、非線形で複屈折性を持つ結晶を用いる。しかし、こ
のような結晶はきわめて高価であり、しかも、位相を整
合させるためには厳密に結晶方位を選ばなければならな
い。また、この方法で2次高調波を得るためには強い1
次光が必要である。その結果、この方法もかなり高価と
なるのは避けられない。
Another method uses a non-linear, birefringent crystal, such as KTP (KTiOPO 4 ). However, such a crystal is extremely expensive, and the crystal orientation must be strictly selected in order to match the phases. In order to obtain the second harmonic by this method, a strong 1
Next light is needed. As a result, this method is inevitably too expensive.

この発明の目的は、小型化できるとともに信頼性を高
めることができ、しかも1次光の共鳴条件に簡単に同期
させることができ、さらに安価な2次高調波発生デバイ
スを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inexpensive secondary harmonic generation device which can be miniaturized and can enhance reliability, and can be easily synchronized with the resonance condition of primary light.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

請求項(1)記載の2次高調波発生デバイスは、第1
の多層積層反射鏡に積層され1次光を発生する半導体レ
ーザを構成する化合物半導体多層積層構造と、前記化合
物半導体多層積層構造に積層され前記第1の多層積層反
射鏡とともに前記化合物半導体多層構造を挟んで前記1
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成する第2の
多層積層反射鏡と、前記第2の多層積層反射鏡に積層さ
れ前記半導体レーザからの1次光が入射する2次高調波
発生物質層と、前記2次高調波発生物質層に積層され前
記第2の多層積層反射鏡とともに前記2次高調波発生物
質層を挟んで前記2次高調波発生物質層内の1次光に対
してファブリ・ペロー共振器を構成する第3の多層積層
反射鏡とを備えている。
The second harmonic generation device according to claim (1) has a first harmonic generation device.
A compound semiconductor multi-layer laminated structure that constitutes a semiconductor laser that generates primary light by being laminated on the multilayer laminated reflecting mirror; and the compound semiconductor multilayer structure that is laminated on the compound semiconductor multilayer laminated structure and the first multilayer laminated reflecting mirror. 1
A second multi-layer laminated reflecting mirror constituting a Fabry-Perot resonator for the next light, and a second harmonic generating material laminated on the second multi-layer laminated reflecting mirror and receiving primary light from the semiconductor laser A second layer and a second multi-layer laminated reflecting mirror interposed between the second harmonic generating material layer and the second harmonic generating material layer with respect to primary light in the second harmonic generating material layer. A third multi-layer laminated reflecting mirror constituting a Fabry-Perot resonator.

請求項(2)記載の2次高調波発生デバイスは、1次
光を発生する半導体レーザを構成する化合物半導体多層
積層構造と、前記化合物半導体多層積層構造に順次積層
された第1および第2の多層積層反射鏡と、前記第2の
多層積層反射鏡に積層され前記半導体レーザからの1次
光が入射する2次高調波発生物質層と、前記2次高調波
発生物質層に積層された第3の多層積層反射鏡とを備
え、前記第1の多層積層反射鏡は2次高調波発生物質層
で発生した2次高調波光を反射するとともに前記1次光
を透過し、前記第2の多層積層反射鏡は前記1次光を反
射し、前記第3の多層積層反射鏡は前記1次光を反射す
るとともに前記2次高調波を透過することを特徴とす
る。
The second harmonic generation device according to claim 2, wherein the compound semiconductor multilayer structure forming the semiconductor laser for generating the primary light, and first and second layers sequentially stacked on the compound semiconductor multilayer structure. A multi-layer laminated reflecting mirror, a second harmonic generating material layer laminated on the second multi-layer laminated reflecting mirror, into which primary light from the semiconductor laser is incident, and a second harmonic generating material layer laminated on the second harmonic generating material layer. And the first multilayer laminated reflecting mirror reflects the second harmonic light generated in the second harmonic generating material layer and transmits the first light, and the second multilayer laminated reflecting mirror comprises: The laminated reflecting mirror reflects the primary light, and the third multilayer reflecting mirror reflects the primary light and transmits the second harmonic.

〔作用〕[Action]

請求項(1)記載の構成によれば、化合物半導体多層
積層構造で構成された半導体レーザから1次光が発生
し、1次光が化合物半導体多層積層構造に積層された2
次高調波発生物質層中に1次光が入射すると、2次高調
波発生物質層が2次高調波光を発生する。この際、2次
高調波発生物質層中の1次光は、ファブリ・ペロー共振
器内で共振して光強度が高められることになり、2次高
調波発生物質層中での2次高調波発生効率が高められ、
発生する2次高調波光の光強度が増大する。
According to the configuration described in claim (1), the primary light is generated from the semiconductor laser having the compound semiconductor multilayer structure, and the primary light is stacked in the compound semiconductor multilayer structure.
When the primary light enters the second harmonic generation material layer, the second harmonic generation material layer generates the second harmonic light. At this time, the primary light in the second harmonic generation material layer resonates in the Fabry-Perot resonator to increase the light intensity, and the second harmonic in the second harmonic generation material layer Generation efficiency is increased,
The light intensity of the generated second harmonic light increases.

特に、一対の多層積層反射鏡のうちの一方の多層積層
反射鏡が、2次高調波に対して透明であり、さらに、半
導体多層積層反射鏡とともに1次光に対するファブリ・
ペロー共振器を構成する誘電体多層積層反射鏡とするこ
とにより、以下のような作用が得られる。すなわち、一
方の多層積層反射鏡が誘電体で構成されているとはい
え、1次光に対するファブリ・ペロー共振器を構成する
鏡となっているため、2次高調波発生物質層内の1次光
の強度を高めることができ、結果として2次高調波光の
強度を高めることができる。そしてさらに、発生した2
次高調波光に対しては誘電体多層積層反射鏡が透明であ
るため、2次高調波光の誘電体多層積層鏡中での吸収が
発生せず、効率よく外に2次高調波光を取り出すことが
可能となる。
In particular, one of the pair of multilayer laminated reflecting mirrors is transparent to the second harmonic, and furthermore, the semiconductor multilayer laminated reflecting mirror and the Fabry / Multilayer reflecting mirror for the primary light are used.
The following effects can be obtained by using the dielectric multilayer laminated mirror constituting the Perot resonator. That is, although one of the multilayer laminated reflecting mirrors is made of a dielectric material, it is a mirror forming a Fabry-Perot resonator for the primary light. The intensity of light can be increased, and as a result, the intensity of second harmonic light can be increased. And furthermore, 2
Because the dielectric multilayer reflector is transparent to the second harmonic light, the second harmonic light is not absorbed in the dielectric multilayer mirror, and the second harmonic light can be efficiently extracted outside. It becomes possible.

また、1次光を発生する半導体レーザを構成する化合
物半導体多層積層構造に対してもファブリ・ペロー共振
器を形成している、つまり、2次高調波発生物質層中の
1次光の強度を高くするために2次高調波物質層を挟む
ように構成されたファブリ・ペロー共振器だけでなく、
1次光を発生する半導体レーザにもファブリ・ペロー共
振器を構成しているため、そもそも半導体レーザから発
せられる1次光強度も高くすることができ、結果として
さらに2次高調波光の強度を高めることが可能となる。
Also, a Fabry-Perot resonator is formed for the compound semiconductor multilayer laminated structure constituting the semiconductor laser that generates the primary light, that is, the intensity of the primary light in the secondary harmonic generation material layer is reduced. In addition to the Fabry-Perot resonator that is configured to sandwich the second harmonic material layer to increase the height,
Since the Fabry-Perot resonator is also configured for the semiconductor laser that generates the primary light, the primary light intensity emitted from the semiconductor laser can be increased in the first place, and as a result, the intensity of the second harmonic light can be further increased. It becomes possible.

請求項(2)記載の構成によれば、第2の多層積層反
射鏡と第3の多層積層反射鏡とにより2次高調波物質層
内の1次光の強度を高めるファブリ・ペロー共振器を構
成したことによって、上記の請求項(1)のように1次
光の強度を高めることだけではなく、第1の多層積層反
射鏡を設けたことにより2次高調波光の外側への出力を
高めることができる。
According to the configuration described in claim (2), a Fabry-Perot resonator that enhances the intensity of the primary light in the second harmonic material layer by the second multilayer laminated reflector and the third multilayer laminated mirror is provided. With this configuration, not only is the intensity of the primary light increased as in claim (1) but also the output of the second harmonic light to the outside is increased by providing the first multilayer laminated reflecting mirror. be able to.

すなわち、2次高調波物質層内で発生した2次高調波
光は一方向だけでなく、それとは180度逆の方向にも発
せられるわけであるが、そうすると発生した2次高調波
の半分は1次光を発生する半導体レーザの方に戻ること
になる。半導体レーザの方に戻ってしまった2次高調波
は半導体レーザの活性領域で消費されてしまうため、せ
っかく発生した2次高調波の半分が無駄になってしま
う。そこで、請求項(2)のように、第1の多層積層反
射鏡(2次高調波発生物質層で発生した2次高調波光を
反射するとともに1次光を透過する)を形成すると、本
来なら半導体レーザ側に戻ってしまう2次高調波が再び
2次高調波発生物質層側に反射して戻って外部に出力さ
れるため、請求項(1)に記載の発明と比較すると原理
的に2次高調波光の外部への出力を倍増させることがで
きる。
That is, the second-harmonic light generated in the second-harmonic material layer is emitted not only in one direction but also in a direction 180 degrees opposite thereto, but half of the generated second-harmonic is 1 The process returns to the semiconductor laser that generates the next light. Since the second harmonic returned to the semiconductor laser is consumed in the active region of the semiconductor laser, half of the generated second harmonic is wasted. Therefore, if a first multilayer laminated reflecting mirror (reflecting the second harmonic light generated in the second harmonic generation material layer and transmitting the first light) is formed as described in claim (2), originally, Since the second harmonic returning to the semiconductor laser side is reflected again to the second harmonic generating material layer side and output to the outside, it is theoretically 2nd in comparison with the invention described in claim (1). The output of the second harmonic light to the outside can be doubled.

上記請求項(1)記載の構成によって、下記のような
2種の大きな利点が得られる。
The configuration described in claim 1 provides the following two major advantages.

a 1次光を発生する半導体レーザと1次光に対して
ファブリ・ペロー共振器を構成する一対の反射鏡と2次
高調波発生物質(非線形物質)とを個別に作成してそれ
らを一体的に組み合わせる代わりに、半導体レーザを構
成する化合物半導体多層積層構造と2次高調波発生物質
層とを積層するとともに、少なくとも2次高調波発生物
質層を挟んだ状態にファブリ・ペロー共振器を構成する
一対の多層積層反射鏡を積層したので、一つの部品で1
次光を発生する機能と1次光に対するファブリ・ペロー
共振器の機能と2次高調波発生の機能を持たせることが
でき、組立作業や調整作業が不要であり、小形で信頼性
の高い2次高調波発生デバイスを実現できる。
a A semiconductor laser that generates primary light, a pair of reflecting mirrors that constitute a Fabry-Perot resonator for the primary light, and a second harmonic generating material (nonlinear material) are separately formed and integrated. Instead of laminating a compound semiconductor multi-layer structure forming a semiconductor laser and a second harmonic generation material layer, a Fabry-Perot resonator is formed with at least the second harmonic generation material layer interposed therebetween. Since a pair of multi-layer laminated reflectors are stacked, one part
It has the function of generating the secondary light, the function of the Fabry-Perot resonator for the primary light, and the function of generating the second harmonic. A second harmonic generation device can be realized.

b ファブリ・ペロー共振器の共振器長を小さくとれ
るため、ファブリ・ペロー共振器の共鳴ピークのモード
間隔(自由スペクトル領域)を大きくとることができ
る。また、分解能(共鳴幅)を十分大きくとれるので、
1次入射のレーザー光(1次光)の波長は、動作温度を
調節することによって、簡単に共鳴条件に同期させるこ
とができる。
b. Since the length of the Fabry-Perot resonator can be reduced, the mode interval (free spectral range) of the resonance peak of the Fabry-Perot resonator can be increased. Also, since the resolution (resonance width) can be made sufficiently large,
The wavelength of the primary incident laser light (primary light) can be easily synchronized with the resonance conditions by adjusting the operating temperature.

上記請求項(2)の構成による利点は請求項(1)の
場合と同様である。
The advantage of the configuration of claim (2) is the same as that of claim (1).

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、図面を参照しながら、上記のファブリ・ペロー
共振器を備えたモノリシックタイプの2次高調波発生デ
バイスについて、実施例を説明する。なお、実施例の説
明に先立って、本発明の基礎となる2次高調波発生デバ
イスについて説明する。
Hereinafter, examples of a monolithic type second harmonic generation device including the above Fabry-Perot resonator will be described with reference to the drawings. Prior to the description of the embodiments, a second harmonic generation device which is a basis of the present invention will be described.

本発明の基礎となる2次高調波発生デバイスは、2次
高調波発生物質層を1次光に対してファブリ・ペロー共
振器を構成する半導体多層積層反射鏡(波長選択反射
鏡)と誘電体多層積層反射鏡(波長選択反射鏡)とで挟
んだ構造を示すものである。この基礎となるものでは、
外部のレーザー・ダイオードを励起源(1次光源)とし
て用いており、透過モードおよび反射モードのいずれで
も、2次高調波光を発生することができる。
The second harmonic generation device which forms the basis of the present invention is a semiconductor multilayer laminated reflection mirror (wavelength selective reflection mirror) and a dielectric which constitute a Fabry-Perot resonator for the second harmonic generation material layer for primary light. It shows a structure sandwiched between a multilayer laminated reflecting mirror (wavelength selective reflecting mirror). In this foundation,
An external laser diode is used as an excitation source (primary light source), and can generate second harmonic light in both the transmission mode and the reflection mode.

この基礎となるものは、実施例に用いる一般的な構成
を示すものである。
The basis of this is a general configuration used in the embodiments.

実施例は、上記基礎となるものの構成と表面放射型レ
ーザーとをモノリシックに組み合わせた構成を示し、半
導体青色レーザー光源を提供するものである。
The embodiment shows a configuration in which the configuration of the above-mentioned basic component and a surface emitting laser are monolithically combined to provide a semiconductor blue laser light source.

基礎となる2次高調波発生デバイス 基礎となる2次高調波発生デバイスを第1図ないし第
3図に基づいて説明する。
Second Harmonic Generation Device as a Base A second harmonic generation device as a base will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

この基礎となる2次高調波発生デバイスは、第1図
(a)に示すように、適当な基板10上にバッファ層20を
積層した後、半導体多層積層反射鏡(λ/4波長選択反射
鏡)30と、光学的な非線形物質からなる2次高調波発生
物質層40と、誘電体多層積層反射鏡(λ/4波長選択反射
鏡)50とを順次成長させることで、2次高調波発生物質
層40を挟んだ状態に半導体多層積層反射鏡30および誘電
体多層積層反射鏡50を積層し、外部から1次光を2次高
調波発生物質層40に入射させる構成で、半導体多層積層
反射鏡30および誘電体多層積層反射鏡50は外部から2次
高調波発生物質層40に入射する1次光に対してファブリ
・ペロー共振器を構成している。
As shown in FIG. 1 (a), the second harmonic generation device on which this is based is formed by laminating a buffer layer 20 on a suitable substrate 10 and then forming a semiconductor multilayer laminated reflector (λ / 4 wavelength selective reflector). 30), a second harmonic generation material layer 40 composed of an optically nonlinear material, and a dielectric multilayer laminated reflecting mirror (λ / 4 wavelength selective reflecting mirror) 50 are sequentially grown to produce the second harmonic generation. The semiconductor multilayer laminated reflection mirror 30 and the dielectric multilayer laminated reflection mirror 50 are laminated with the material layer 40 interposed therebetween, and primary light is incident on the second harmonic generation material layer 40 from the outside. The mirror 30 and the dielectric multilayer reflecting mirror 50 constitute a Fabry-Perot resonator for primary light incident on the second harmonic generation material layer 40 from the outside.

基板10側の半導体多層積層反射鏡30は、バッファ層20
の上に、真空中の波長λにおける屈折率がnAで厚さがλ
/4nAの低屈折率層31を積層し、その上に真空中の波長λ
における屈折率がnG(nG>nA)で厚さがλ/4nGの高屈折
率層32を積層し、以下屈折率がnAで厚さがλ/4nAの低屈
折率層31と屈折率がnGで厚さがλ/4nGの高屈折率層32と
を交互に積層し、最後に屈折率がnGで厚さがλ/4nGの高
屈折率層32を積層している。
The semiconductor multilayer reflective mirror 30 on the substrate 10 side is
Above, the refractive index at a wavelength λ in vacuum is n A and the thickness is λ
/ 4n laminating low refractive index layer 31 of the A, the wavelength of the vacuum thereon λ
The high refractive index layer 32 having a refractive index of n G (n G > n A ) and a thickness of λ / 4n G is laminated, and a low refractive index layer having a refractive index of n A and a thickness of λ / 4n A below 31 the refractive index of a thickness in n G alternately laminated lambda / 4n high refractive index layer 32 of G, a high refractive index layer 32 of the last refractive index thickness at n G λ / 4n G Laminated.

2次高調波発生物質層40としては、II−VI族系化合物
半導体またはその他の化合物半導体のなかで、光学的に
非線形な特性を有するもの、例えばKTiOPO3等が用いら
れる。この2次高調波発生物質層40の波長λにおける屈
折率はnSで、厚さはコヒーレント長2nλ/4nS[nは整
数]である。なお、その上に積層される誘電体多層積層
反射鏡50の屈折率によっては、厚さが(2n+1)λ/4nS
とする場合がある。
As the second harmonic generation material layer 40, among the II-VI group compound semiconductors or other compound semiconductors, those having optically nonlinear characteristics, for example, KTiOPO 3 or the like are used. The refractive index at the wavelength λ of the second harmonic generation material layer 40 is n S , and the thickness is a coherent length 2nλ / 4n S [n is an integer]. Note that the thickness is (2n + 1) λ / 4n S depending on the refractive index of the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50 laminated thereon.
And sometimes.

基板10と反対側の誘電体多層積層反射鏡50は、波長λ
における屈折率がnHで厚さがλ/4nHの高屈折率層51と、
波長λにおける屈折率がnLで厚さがλ/4nLの低屈折率層
52とが交互に積層された構造であり、2次高調波発生物
質層40の直上層は、nH>nSのときは屈折率がnHで厚さが
λ/4nHの高屈折率層51となり、nH<nSのときは屈折率が
nLで厚さがλ/4nLの低屈折率唇52となる。
The dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50 on the opposite side of the substrate 10 has a wavelength λ.
Thickness using a refractive index n H is the high-refractive index layer 51 of lambda / 4n H in,
Low refractive index layer having a refractive index of thickness at n L is lambda / 4n L at wavelength lambda
52 are alternately laminated, and the layer immediately above the second harmonic generation material layer 40 has a high refractive index of n H and a thickness of λ / 4n H when n H > n S. Becomes layer 51, and when n H <n S , the refractive index is
thickness using a n L is the low refractive index lip 52 of lambda / 4n L.

上記の2次高調波発生デバイスにおける結晶の層構造
の具体例を説明する。この発明は、この例だけに限定さ
れるものではないが、現在の結晶成長技術で実現できる
一つの応用例として示している。基板10としては、例え
ばGaAsを用いているが、これはこの基板10上のIII−V
族結晶のエピタキシー技術がよく確立されているからで
ある。バッファ層20としては、基板10と同じGaAsを積層
している。また、半導体多層積層反射鏡30では、低屈折
率層31としては例えばAlAs層を用い、高屈折率層32とし
ては例えばAlxGa1-xAs層(具体例としては、Al0.3Ga0.7
As層)を用いている。この層は、目的によって、ZnS,Zn
Se,またはその混晶であるZnSSe,あるいは、ZnS/ZnSe超
格子などで構成される場合もある。
A specific example of the crystal layer structure in the above second harmonic generation device will be described. The present invention is not limited to this example, but is shown as one application example that can be realized by the current crystal growth technology. As the substrate 10, for example, GaAs is used.
This is because the technique of epitaxy of group crystals is well established. As the buffer layer 20, the same GaAs as the substrate 10 is laminated. Further, in the semiconductor multilayer laminated reflecting mirror 30, for example, an AlAs layer is used as the low refractive index layer 31, and an Al x Ga 1-x As layer (for example, Al 0.3 Ga 0.7
As layer). This layer can be made of ZnS, Zn
It may be composed of Se, ZnSSe which is a mixed crystal thereof, or ZnS / ZnSe superlattice.

誘電体多層積層反射鏡50では、2次高調波光に対して
透明であるという条件で、数多くの誘電体が適用可能で
ある。例えば、SiO2層とZrO2層との組み合せは一例であ
る。
Numerous dielectrics can be applied to the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50, provided that it is transparent to the second harmonic light. For example, a combination of a SiO 2 layer and a ZrO 2 layer is one example.

以上のような構造の2次高調波発生デバイスでは、半
導体多層積層反射鏡30および誘電体多層積層反射鏡50が
1次入射光に対するファブリ・ペロー共振器を構成す
る。2次高調波発生デバイスに1次光を入射させるレー
ザーの出力波長をファブリ・ペロー共振条件に同期させ
ると、1次入射光の強度は非線形物質である2次高調波
発生物質層40が存在する場所で強まり、その結果とし
て、2次高調波発生効率が高まる。つまり、2次高調波
発生物質層40から高い強度の2次高調波光が発生し、例
えば誘電体多層積層反射鏡50を通して外部へ放射され
る。
In the second harmonic generation device having the above-described structure, the semiconductor multilayer reflecting mirror 30 and the dielectric multilayer reflecting mirror 50 constitute a Fabry-Perot resonator for primary incident light. When the output wavelength of the laser that causes the primary light to be incident on the secondary harmonic generation device is synchronized with the Fabry-Perot resonance condition, the intensity of the primary incident light has a secondary harmonic generation material layer 40 that is a nonlinear material. Intensity in place, resulting in higher second harmonic generation efficiency. That is, the second harmonic light having a high intensity is generated from the second harmonic generation material layer 40 and emitted to the outside through, for example, the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50.

第1図(b)は第1図(a)の2次高調波発生デバイ
スにおける1次光の強度分布を示しており、2次高調波
発生物質層40内で1次光の強度が高く、半導体多層積層
反射鏡30および誘電体多層積層反射鏡50内では1次光の
強度が低くなっていることが判る。
FIG. 1 (b) shows the intensity distribution of the primary light in the secondary harmonic generation device of FIG. 1 (a), where the intensity of the primary light is high in the secondary harmonic generation material layer 40, It can be seen that the intensity of the primary light is low in the semiconductor multilayer reflective mirror 30 and the dielectric multilayer reflective mirror 50.

この基礎となる2次高調波発生デバイスは、1次光源
であるレーザとの関係において、ある望みの波長での光
の基板に対する透過率によって、反射型および透過型の
いずれの2次高調波発生デバイスとしても実現可能であ
る。
The underlying second-harmonic generation device is either a reflection-type or a transmission-type second-harmonic generation device depending on the transmittance of light at a desired wavelength to the substrate in relation to the laser as the primary light source. It can also be realized as a device.

第2図は反射型の2次高調波発生デバイスの例を示
す。第2図において、61はレーザー・ダイオードからな
り1次光を発生するレーザー光源、62はレンズ、63はレ
ンズ、64は第1図に示した2次高調波発生デバイス、65
は1次光を反射するとともに2次高調波光を透過させる
ダイクロイックミラー(誘電体コートした鏡)、66はレ
ンズである。
FIG. 2 shows an example of a reflection type second harmonic generation device. 2, reference numeral 61 denotes a laser light source which comprises a laser diode and generates primary light, 62 denotes a lens, 63 denotes a lens, 64 denotes the second harmonic generation device shown in FIG.
Is a dichroic mirror (mirror coated with a dielectric material) that reflects primary light and transmits second harmonic light, and 66 is a lens.

以上のような構成において、レーザー光源61から出た
1次光は、レンズ62で平行光にされてダイクロイックミ
ラー65に照射され、ダイクロイックミラー65で反射され
レンズ63で絞られて2次高調波発生デバイス64に入射す
る。この結果、2次高調波発生デバイス64内では、1次
光の定在波が立ち、これによって発生した2次高調波光
の一部は基板側へ進行するが、他は反射されて外部へ放
射される。2次高調波発生デバイス64から外部へ放射さ
れた2次高調波光は、レンズ63で平行光にされてダイク
ロイックミラー65に照射され、ダイクロイック6ミラー
65を透過してレンズ66で絞られることになる。一方、2
次高調波発生デバイス64から漏れ出た1次光はダイクロ
イックミラー65で反射されて2次高調波光とは異なる方
向に放射され、1次光と2次高調波光の分離が図られ
る。
In the above configuration, the primary light emitted from the laser light source 61 is converted into parallel light by a lens 62 and radiated to a dichroic mirror 65, reflected by the dichroic mirror 65 and narrowed by a lens 63 to generate a second harmonic. Light is incident on the device 64. As a result, a standing wave of the primary light rises in the second harmonic generation device 64, and a part of the second harmonic light generated by the standing wave travels to the substrate side, but the others are reflected and radiated to the outside. Is done. The second harmonic light radiated from the second harmonic generation device 64 to the outside is converted into parallel light by a lens 63 and radiated to a dichroic mirror 65, and a dichroic 6 mirror
The light passes through 65 and is stopped down by the lens 66. Meanwhile, 2
The primary light leaked from the second harmonic generation device 64 is reflected by the dichroic mirror 65 and emitted in a direction different from the second harmonic light, so that the primary light and the second harmonic light are separated.

第3図は透過型の2次高調波発生デバイスの例を示
す。第3図において、71はレーザー・ダイオードからな
り1次光を発生するレーザー光源、72はレンズである。
73は第1図に示したのと同様の2次高調波発生デバイス
であり、基板74aとその上に積層したエピタキシャル層7
4bとからなり、エピタキシャル層74bが半導体多層積層
反射鏡,2次高調波発生物資層および誘電体多層積層反射
鏡を構成している。この例では、基板74aの1次光の透
過部分をエッチングにより後ろ側から取り除き、基板74
aによる1次光の吸収を減らすようにしているが、1次
光の吸収が無視できる場合にはこの必要はない。
FIG. 3 shows an example of a transmission type second harmonic generation device. In FIG. 3, reference numeral 71 denotes a laser light source which comprises a laser diode and generates primary light, and 72 denotes a lens.
Reference numeral 73 denotes a second harmonic generation device similar to that shown in FIG. 1, and includes a substrate 74a and an epitaxial layer 7 stacked on the substrate 74a.
4b, the epitaxial layer 74b constitutes a semiconductor multilayer laminated mirror, a second harmonic generation material layer, and a dielectric multilayer laminated mirror. In this example, the primary light transmitting portion of the substrate 74a is removed from the rear side by etching, and the substrate 74a is removed.
The primary light absorption by a is reduced, but this is not necessary if the primary light absorption is negligible.

75,76は1次光を反射するとともに2次高調波光を透
過させるダイクロイックミラー、77はレンズである。
Reference numerals 75 and 76 denote dichroic mirrors that reflect primary light and transmit second harmonic light, and reference numeral 77 denotes a lens.

以上のような構成において、レーザー光源71から出た
1次光は、レンズ72で絞られて2次高調波発生デバイス
73に入射する。この結果、2次高調波発生デバイス73内
では、第2図の場合と同様に1次光の定在波が立ち、こ
の1次光によって2次高調波光が前方および後方に進攻
してそれぞれ外部へ放射される。この例の場合は、前方
に進行して外部へ放射される2次高調波光を利用してい
る。2次高調波発生デバイス73から放射された2次高調
波光は、ダイクロイックミラー75を適り、レンズ77で平
行光にされてダイクロイックミラー76を通して放射され
ることになる。
In the above configuration, the primary light emitted from the laser light source 71 is stopped down by the lens 72 and
It is incident on 73. As a result, in the second harmonic generation device 73, a standing wave of the primary light rises as in the case of FIG. Radiated to In the case of this example, the second harmonic light that travels forward and is radiated to the outside is used. The second harmonic light emitted from the second harmonic generation device 73 is suitable for the dichroic mirror 75, is converted into parallel light by the lens 77, and is emitted through the dichroic mirror 76.

一方、2次高調波発生デバイス73から漏れ出た1次光
はダイクロイックミラー75で反射されて2次高調波発生
デバイス73に戻り、またダイクロイックミラー75を漏れ
出た1次光はダイクロイックミラー76で反射されて2次
高調波光とは異なる方向に放射されることになり、1次
光と2次高調波光の分離の完全化が図られる。
On the other hand, the primary light leaked from the second harmonic generation device 73 is reflected by the dichroic mirror 75 and returns to the second harmonic generation device 73. The primary light leaked from the dichroic mirror 75 is reflected by the dichroic mirror 76. The reflected light is emitted in a direction different from that of the second harmonic light, so that the separation of the primary light and the second harmonic light is completed.

なお、上記では、2枚のダイクロイックミラー75,76
を用いているが、これは、1次光と2次高調波光との分
離を良くするためであり、ダイクロイックミラー75,76
のいずれか一方を設けるのみでもよい。
In the above description, two dichroic mirrors 75, 76
Is used to improve the separation between the first-order light and the second-order harmonic light, and the dichroic mirrors 75 and 76 are used.
Only one of them may be provided.

以上に述べたような反射型および透過型の2次高調波
発生デバイスは、通常の導波路型の2次高調波発生デバ
イスに比べて、つぎのような利点を持っている。
The reflection-type and transmission-type second harmonic generation devices as described above have the following advantages as compared with ordinary waveguide-type second harmonic generation devices.

微細な寸法をもつ光導波路に1次光をアラインする
必要がない。
There is no need to align the primary light with the optical waveguide having fine dimensions.

2次高調波発生物質層40は微小空間に存在するだけ
でよいので、コストが安い。
Since the second harmonic generation material layer 40 only needs to exist in a minute space, the cost is low.

縦型レーザーとの長期間安定な集積化が可能となる
ので、コストが安上がりとなり、部品の数およびサイズ
を削減できる。
Since long-term stable integration with a vertical laser is possible, the cost is reduced and the number and size of components can be reduced.

特に、第2図に示した反射型のモードでは、適切な層
構造を持った物質層ならば、それ以上のプロセスなし
で、2次高調波発生デバイスとして使える。
In particular, in the reflection mode shown in FIG. 2, a material layer having an appropriate layer structure can be used as a second harmonic generation device without further processing.

実施例 実施例を第4図ないし第7図に基づいて説明する。Embodiment An embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7. FIG.

この実施例は、請求項(1),(2)に対応し、第4
図に示すように、1次光を発生する表面反射型の半導体
レーザを構成する化合物半導体多層積層構造88と、化合
物半導体多層積層構造88に積層されて半導体レーザから
の1次光が入射する2次高調波発生物質層83と、少なく
とも2次高調波発生物質層83を挟んだ状態に積層され1
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成する誘電体
多層積層反射鏡82および半導体多層積層反射鏡85とを備
えており、以上の構成を例えばGaAsからなる基板81上に
形成している。
This embodiment corresponds to claims (1) and (2).
As shown in the figure, a compound semiconductor multilayer laminated structure 88 constituting a surface reflection type semiconductor laser that generates primary light, and primary light from the semiconductor laser that is laminated on the compound semiconductor multilayer laminated structure 88 and enters The first harmonic generation material layer 83 and at least the second harmonic generation material layer 83
It has a dielectric multilayer reflective mirror 82 and a semiconductor multilayer reflective mirror 85 that constitute a Fabry-Perot resonator for the next light, and the above configuration is formed on a substrate 81 made of, for example, GaAs.

誘電体多層積層反射鏡82は、SiO2層とZrO2層とを交互
に積層した構造で、2次高調波光に対して透明であり、
その厚さ等は第1図に示した誘電体多層積層反射鏡50と
同様である。
The dielectric multilayer laminated reflecting mirror 82 has a structure in which SiO 2 layers and ZrO 2 layers are alternately laminated, and is transparent to the second harmonic light,
Its thickness and the like are the same as those of the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50 shown in FIG.

2次高調波発生物質層83は、第1図に示したものと同
様のII−VI族化合物半導体からなり、その厚さは例えば
0.5〜1.0μm程度である。
The second harmonic generation material layer 83 is made of the same II-VI compound semiconductor as that shown in FIG.
It is about 0.5 to 1.0 μm.

半導体多層積層反射鏡85は、p−Al0.10Ga0.90As層と
p−Al0.70Ga0.30As層とを交互に積層した半導体積層構
造で、その厚さ等は第1図に示した半導体多層積層反射
鏡30と同様である。
The semiconductor multilayer reflecting mirror 85 has a semiconductor multilayer structure in which p-Al 0.10 Ga 0.90 As layers and p-Al 0.70 Ga 0.30 As layers are alternately stacked, and the thickness and the like are as shown in FIG. It is the same as the reflecting mirror 30.

化合物半導体多層積層構造88は、AlGaAsの多層積層構
造もしくはGaAsとAlGaAsとの多層積層構造からなり、一
例として、第4図は、n−Al0.30Ga0.70Asエッチストッ
プ層88aと、n−Al0.56Ga0.44Asクラッド層88bと、n−
GaAs活性層88cと、p−Al0.33Ga0.67Asクラッド層88dと
で構成されていて、表面放射型レーザー(SEL)を構成
する。
The compound semiconductor multilayer laminated structure 88 is composed of a multilayer laminated structure of AlGaAs or a multilayer laminated structure of GaAs and AlGaAs. As an example, FIG. 4 shows an n-Al 0.30 Ga 0.70 As etch stop layer 88a and an n-Al 0.56 Ga 0.44 As cladding layer 88b and n-
The GaAs active layer 88c and the p-Al 0.33 Ga 0.67 As clad layer 88d constitute a surface emitting laser (SEL).

84は半導体多層積層反射鏡85の表面に設けたキャップ
層で、例えばp+−GaAsからなる。87は埋め込み層で、例
えばn−GaAsからなる。89はn−GaAsからなるバッファ
層である。86aおよび86bはそれぞれ金属電極である。
84 is a cap layer provided on the surface of the semiconductor multilayer laminated reflecting mirror 85 and is made of, for example, p + -GaAs. A buried layer 87 is made of, for example, n-GaAs. Reference numeral 89 denotes a buffer layer made of n-GaAs. 86a and 86b are metal electrodes, respectively.

この実施例では、2次高調波発生物質層83と表面放射
型レーザー(SEL)を構成する化合物半導体多層積層構
造88とを集積化しているので、部品数を減らし、もって
小型で信頼性の高い2次高調波光源を提供することがで
きる。また、この実施例では、フィルタと反射鏡を構成
する誘電体多層積層反射鏡82および半導体多層積層反射
鏡85を集積化しているので、2次高調波発生効率の倍増
を図ることができ、誘電体多層積層反射鏡82を通して反
射される2次高調波光の強度を高めることができる。
In this embodiment, since the second harmonic generation material layer 83 and the compound semiconductor multilayer structure 88 constituting the surface emitting laser (SEL) are integrated, the number of parts is reduced, and the device is small and highly reliable. A second harmonic light source can be provided. Further, in this embodiment, since the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 82 and the semiconductor multilayer laminated reflecting mirror 85 constituting the filter and the reflecting mirror are integrated, the efficiency of the second harmonic generation can be doubled, The intensity of the second harmonic light reflected through the body multilayer reflecting mirror 82 can be increased.

2次高調波発生効率を高めるために、ファブリ・ペロ
ー共振器と表面放射型レーザーを隻積化するための最も
直接的な方法は、第4図に示したように、半導体レーザ
ーを構成する化合物半導体多層積層構造88中にII−VI化
合物半導体からなる2次高調波発生物質層83を直接埋め
込むことである。このアプローチは、横川他の特許です
でに提案されている。同一の共振器キャビティを用いる
ことによって、1次光の強度は2次高調波発生物質層83
のところで最大になることが確かめられる。このアプロ
ーチは、普通のレーザーに使われる反射鏡よりも高い反
射率を持つ誘電体多層積層反射鏡82および半導体多層積
層反射鏡85を用いることによって、さらに有効となる。
その理由は、今の場合重要なことは1次光のキャビテイ
内の強度を強めることであって、1次光の出力パワーを
高めることではないからである。誘電体多層積層反射鏡
82は2次高調波光を透過し、1次光を反射するから、こ
の方法で2次高調波発生効率を高めることには、あらか
じめ2次高調波光と1次光が振り分けられるというメリ
ットがある。
The most direct method for integrating the Fabry-Perot cavity and the surface emitting laser in order to increase the second harmonic generation efficiency is as shown in FIG. The second harmonic generation material layer 83 made of II-VI compound semiconductor is directly embedded in the semiconductor multilayer structure 88. This approach has already been proposed in Yokokawa et al. By using the same resonator cavity, the intensity of the primary light is reduced to the second harmonic generation material layer 83.
It is confirmed that the maximum is obtained at. This approach is made even more effective by using a dielectric multilayer reflector 82 and a semiconductor multilayer reflector 85 that have higher reflectivity than those used in ordinary lasers.
The reason is that in this case, what is important is to increase the intensity of the primary light in the cavity, not to increase the output power of the primary light. Dielectric multilayer laminated mirror
Since 82 transmits the second harmonic light and reflects the first light, increasing the second harmonic generation efficiency by this method has an advantage that the second harmonic light and the first light can be sorted in advance.

上記のアプローチは、レーザー・キャビティ中の1次
光の強度によって制限される。したがって、レーザー・
キャビティにとって望ましい強度を超えて1次光の強度
を高めることが有効である。
The above approach is limited by the intensity of the primary light in the laser cavity. Therefore, the laser
It is useful to increase the intensity of the primary light beyond the desired intensity for the cavity.

第5図および第6図には、第1の変形例として、ファ
ブリ・ペロー共振器と表面放射型レーザーとを縦型に集
積化することによって、上記の目的を達成できる構造を
示している。
FIGS. 5 and 6 show, as a first modification, a structure in which the above object can be achieved by vertically integrating a Fabry-Perot resonator and a surface emitting laser.

第5図は概略図であり、第6図は詳細図である。これ
らの図において、91はGaAsからなる基板、92はSiO2層と
ZrO2層とを交互に積層した構造からなる誘電体多層積層
反射鏡(ダイクロイックミラー)、93はII−VI族系化合
物半導体からなる2次高調波発生物質層(高光強度2次
高調波発生領域)、94はn−Al0.10Ga0.90As層とn−Al
0.70Ga0.30As層とを交互に積層した構造からなる半導体
多層積層反射鏡(ダイクロイックミラー)である。95は
表面放射型レーザーを構成する化合物半導体多層積層構
造(レーザー活性領域)で、例えばn−Al0.30Ga0.70As
エッチストップ層95aと、n−Al0.56Ga0.44Asクラッド
層95bと、n−GaAs活性層95cと、p−Al0.33Ga0.67Asク
ラッド層95dとからなる。96はp−Al0.10Ga0.90As層と
p−Al0.70Ga0.30As層とを交互に積層した構造からなる
半導体多層積層反射鏡(ダイクロイックミラー)であ
る。97はn−GaAsからなる埋め込み層、99はp+−GaAsか
らなるキャップ層、100はn−GaAsからなるバッファ層
である。
FIG. 5 is a schematic diagram, and FIG. 6 is a detailed diagram. In these figures, 91 is a substrate made of GaAs, and 92 is a SiO 2 layer.
A dielectric multilayer laminated reflecting mirror (dichroic mirror) having a structure in which two layers of ZrO are alternately laminated. Reference numeral 93 denotes a second harmonic generation material layer (high light intensity second harmonic generation region) made of II-VI group compound semiconductor. ), 94 are n-Al 0.10 Ga 0.90 As layer and n-Al
This is a semiconductor multilayer laminated reflecting mirror (dichroic mirror) having a structure in which 0.70 Ga 0.30 As layers are alternately laminated. Reference numeral 95 denotes a compound semiconductor multilayer laminated structure (laser active region) constituting a surface emitting laser, for example, n-Al 0.30 Ga 0.70 As
It comprises an etch stop layer 95a, an n-Al 0.56 Ga 0.44 As clad layer 95b, an n-GaAs active layer 95c, and a p-Al 0.33 Ga 0.67 As clad layer 95d. Reference numeral 96 denotes a semiconductor multilayer laminated reflecting mirror (dichroic mirror) having a structure in which p-Al 0.10 Ga 0.90 As layers and p-Al 0.70 Ga 0.30 As layers are alternately laminated. 97 is a buried layer made of n-GaAs, 99 is a cap layer made of p + -GaAs, and 100 is a buffer layer made of n-GaAs.

98aおよび98bはそれぞれ金属電極である。 98a and 98b are metal electrodes, respectively.

第4図の構造との相違点は、2次高調波発生物質層93
と化合物半導体多層積層構造95の間に半導体多層積層反
射鏡94が設けられたことで、その他の構造については第
4図と同様である。
4 is different from the structure of FIG.
Since the semiconductor multi-layer stacked reflecting mirror 94 is provided between the semiconductor multi-layer stacked structure 95 and the compound semiconductor multi-layer stacked structure 95, other structures are the same as those in FIG.

以上のような構造の2次高調波発生デバイスにおいて
は、n型の半導体多層積層反射鏡94およびp型の半導体
多層積層反射鏡96がGaAs系レーザー・ダイオードを構成
する化合物半導体多層積層構造95に対するレーザー・キ
ャビティとして働き、1次光が第5図において矢印Aの
ように半導体多層積層反射鏡94,96間で共振し、このレ
ーザー構造から1次光となるレーザー光が得られる。こ
の1次光がII−VI族化合物半導体からなる2次高調波発
生物質層93に入射するが、ここでn型の半導体多層積層
反射鏡94と誘電体多層積層反射鏡92とによるキャビティ
により1次光が矢印Bのように再び共振し、2次高調波
発生物質層93中で1次光の強度が強められ、2次高調波
発生物質層93で発生した2次高調波光が誘電体多層積層
反射鏡92を適して矢印Cのように外部へ放射されること
になる。
In the second harmonic generation device having the above-described structure, the n-type semiconductor multilayer reflective mirror 94 and the p-type semiconductor multilayer reflective mirror 96 correspond to the compound semiconductor multilayer laminated structure 95 constituting the GaAs laser diode. The primary light acts as a laser cavity and resonates between the semiconductor multilayer reflecting mirrors 94 and 96 as shown by an arrow A in FIG. 5, and a laser light that becomes primary light is obtained from this laser structure. The primary light is incident on the second harmonic generation material layer 93 made of a II-VI compound semiconductor. Here, the primary light is formed by a cavity formed by an n-type semiconductor multilayer reflecting mirror 94 and a dielectric multilayer reflecting mirror 92. The secondary light resonates again as indicated by the arrow B, the intensity of the primary light is increased in the secondary harmonic generation material layer 93, and the secondary harmonic light generated in the secondary harmonic generation material layer 93 is converted into a dielectric multilayer. The laminated reflecting mirror 92 is suitably emitted to the outside as shown by the arrow C.

さらに、本来ならば表面放射型レーザーの活性領域
(化合物半導体多層積層構造)で消費されてしまうはず
の2次高調波光を反射して戻す誘電体多層積層反射鏡を
用いることによって、2次高調波光の出力パワーを倍増
することが可能となる。このような2次高調波光のレー
ザー活性領域の入射を防止して戻す誘電体多層積層反射
鏡は、1次光には透明で2次高調波光に対しては反射す
る構成で、かつ反射されて戻った2次高調波光が、もと
もとの出力光と位相が合うような位置に置かれなければ
ならない。このような誘電体多層積層反射鏡を追加した
2次高調波発生デバイスの第2の変形例を第7図に示
す。第7図において、101は1次光を反射し2次高調波
光に対して透明な誘電体多層積層反射鏡、102は2次高
調波発生物質層、103は1次光を反射する誘電体多層積
層反射鏡、104は2次高調波光を反射し1次光に対して
は透明な誘電体多層積層反射鏡、105はレーザー・ダイ
オード活性領域、106は電極,絶縁体,誘電体等の積層
構造、107は基板である。
Furthermore, by using a dielectric multilayer laminated mirror that reflects and returns the second harmonic light that would otherwise be consumed in the active region of the surface emitting laser (compound semiconductor multilayer laminated structure), Can be doubled. Such a dielectric multilayer laminated reflecting mirror that prevents and returns the incidence of the second harmonic light into the laser active region is configured to be transparent to the primary light and to reflect the second harmonic light and to be reflected. The returned second harmonic light must be placed in a position such that it is in phase with the original output light. FIG. 7 shows a second modification of the second harmonic generation device to which such a dielectric multilayer laminated reflecting mirror is added. In FIG. 7, reference numeral 101 denotes a dielectric multilayer laminated reflecting mirror that reflects primary light and is transparent to secondary harmonic light, 102 denotes a secondary harmonic generation material layer, and 103 denotes a dielectric multilayer that reflects primary light. A multilayer reflector, 104 is a dielectric multilayer reflector reflecting second harmonic light and transparent to primary light, 105 is a laser diode active region, 106 is a laminated structure of electrodes, insulators, dielectrics, etc. , 107 are substrates.

以上のように、誘電体多層積層反射鏡104を設けた構
造にすると、2次高調波発生物質層102から矢印Dのよ
うに誘電体多層積層反射鏡101の方向へ放射された2次
高調波光は、誘電体多層積層反射鏡101を通して外部へ
放射される。また、2次高調波発生物質層102から矢印
Eのように誘電体多層積層反射鏡103の方向へ放射され
た2次高調波光は、誘電体多層積層反射鏡104で反射さ
れて、矢印Fのように方向が反転して誘電体多層積層反
射鏡101を通して外部へ放射されることになり、矢印D,F
の2次高調波光は位相が合致している。
As described above, when the structure in which the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 104 is provided is used, the second harmonic light emitted from the second harmonic generating substance layer 102 in the direction of the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 101 as shown by the arrow D Is radiated to the outside through the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 101. The second harmonic light emitted from the second harmonic generation material layer 102 in the direction of the dielectric multilayer reflective mirror 103 as shown by the arrow E is reflected by the dielectric multilayer reflective mirror 104, and As a result, the direction is reversed and the light is radiated to the outside through the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 101, and arrows D and F
Are in phase with each other.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明の2次高調波発生デバイスによれば、つぎの
ような効果が得られる。
According to the second harmonic generation device of the present invention, the following effects can be obtained.

(1) 一つの部品で複数の機能を持たせることがで
き、小型化できるとともに信頼性を高めることができ、
さらに安価に製造できる。
(1) A single component can have multiple functions, and can be miniaturized and improved in reliability.
It can be manufactured at lower cost.

(2) 成長基板としてマクロスコピックなサイズを持
つ基板を用いることによって、比較的薄い2次高調波発
生物質層をよくコントロールされた状態で堆積させるこ
とができ、その結果コヒーレント長の層厚が再現性よく
得られる。
(2) By using a substrate having a macroscopic size as a growth substrate, a relatively thin second harmonic generating material layer can be deposited in a well-controlled state, and as a result, the layer thickness of the coherent length can be reproduced. It can be obtained well.

(3) ファブリ・ペロー共振器の共鳴間の間隔、すな
わちある共鳴と次の共鳴間の波長スペクトル領域と、共
鳴幅が十分大きくとれるので、1次入射のレーザー光の
波長は、動作温度を調節することによって、簡単に共鳴
条件に同期させることができる。
(3) The spacing between the resonances of the Fabry-Perot resonator, that is, the wavelength spectrum region between one resonance and the next resonance, and the resonance width can be made sufficiently large, so that the wavelength of the primary incident laser light controls the operating temperature. By doing so, it is possible to easily synchronize with the resonance conditions.

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

第1図(a)はこの発明の基礎となる2次高調波発生デ
バイスの構造を示す断面図、第1図(b)は第1図
(a)の2次高調波発生デバイス内の光強度分布を示す
特性図、第2図は第1図のデバイスを利用した反射型の
2次高調波発生デバイスの構造を示す概略図、第3図は
同じく透過型の2次高調波発生デバイスの構造を示す概
略図、第4図はこの発明の2次高調波発生デバイスの実
施例の構造を示す断面図、第5図は実施例の第1の変形
例を示す概略図、第6図は同じく断面図、第7図は実施
例の第2の変形例を示す断面図である。 30……半導体多層積層反射鏡、40……2次高調波発生物
質層、50……誘電体多層積層反射鏡、82……誘電体多層
積層反射鏡、83……2次高調波発生物質層、85……半導
体多層積層反射鏡、88……化合物半導体多層積層構造、
92……誘電体多層積層反射鏡、93……2次高調波発生物
質層、94……半導体多層積層反射鏡、95……化合物半導
体多層積層構造、96……半導体多層積層反射鏡、101…
…誘電体多層積層反射鏡、102……2次高調波発生物質
層、103……誘電体多層積層反射鏡、104……誘電体多層
積層反射鏡、105……化合物半導体多層積層構造
FIG. 1 (a) is a cross-sectional view showing the structure of a second harmonic generation device on which the present invention is based, and FIG. 1 (b) is the light intensity in the second harmonic generation device of FIG. 1 (a). FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of a reflection type second harmonic generation device using the device of FIG. 1, and FIG. 3 is a structure of a transmission type second harmonic generation device similarly. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of an embodiment of the second harmonic generation device of the present invention, FIG. 5 is a schematic view showing a first modification of the embodiment, and FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a second modification of the embodiment. 30 ... multilayer semiconductor multilayer reflector, 40 ... second harmonic generation material layer, 50: multilayer dielectric multilayer reflector, 82 ... multilayer dielectric mirror, 83 ... second harmonic generation material layer , 85 …… Semiconductor multilayer laminated reflector, 88 …… Compound semiconductor multilayer laminated structure,
92: dielectric multilayer laminated reflector, 93: second harmonic generation material layer, 94: semiconductor multilayer laminated mirror, 95: compound semiconductor multilayer laminated structure, 96: semiconductor multilayer laminated reflector, 101 ...
... Dielectric multilayer laminated reflector, 102 ... Second harmonic generation material layer, 103 ... Dielectric multilayer laminated reflector, 104 ... Dielectric multilayer laminated reflector, 105 ... Compound semiconductor multilayer laminated structure

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成沢 忠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−280484(JP,A) 特開 昭61−18933(JP,A) 特開 昭64−35423(JP,A) 1990年春季 第37回応用物理学会関係 連合講演会 講演予稿集 28p−F−13 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tadashi Narusawa 1006 Kazuma Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-63-280484 (JP, A) JP-A-61- 18933 (JP, a) JP Akira 64-35423 (JP, a) spring 1990 37th Japan Society of applied physics relationship Union Lecture Preprint 28p-F-13 (58) investigated the field (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/37

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の多層積層反射鏡に積層され1次光を
発生する半導体レーザを構成する化合物半導体多層積層
構造と、前記化合物半導体多層積層構造に積層され前記
第1の多層積層反射鏡とともに前記化合物半導体多層構
造を挟んで前記1次光に対してファブリ・ペロー共振器
を構成する第2の多層積層反射鏡と、前記第2の多層積
層反射鏡に積層され前記半導体レーザからの1次光が入
射する2次高調波発生物質層と、前記2次高調波発生物
質層に積層され前記第2の多層積層反射鏡とともに前記
2次高調波発生物質層を挟んで前記2次高調波発生物質
層内の1次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成す
る第3の多層積層反射鏡とを備えた2次高調波発生デバ
イス。
1. A compound semiconductor multilayer laminated structure which is laminated on a first multilayer laminated reflecting mirror and constitutes a semiconductor laser for generating primary light; and said first multilayer laminated reflecting mirror laminated on said compound semiconductor multilayer laminated structure. A second multi-layer laminated mirror that constitutes a Fabry-Perot resonator with respect to the primary light with the compound semiconductor multi-layer structure interposed therebetween; and a first laser from the semiconductor laser laminated on the second multi-layer laminated mirror. A second harmonic generation material layer on which secondary light is incident, and the second harmonic with the second multi-layer laminated reflecting mirror interposed between the second harmonic generation material layer and the second harmonic generation material layer. A second harmonic generation device comprising: a third multilayer laminated reflecting mirror that constitutes a Fabry-Perot resonator for primary light in a generation material layer.
【請求項2】1次光を発生する半導体レーザを構成する
化合物半導体多層積層構造と、前記化合物半導体多層積
層構造に順次積層された第1および第2の多層積層反射
鏡と、前記第2の多層積層反射鏡に積層され前記半導体
レーザからの1次光が入射する2次高調波発生物質層
と、前記2次高調波発生物質層に積層された第3の多層
積層反射鏡とを備え、前記第1の多層積層反射鏡は2次
高調波発生物質層で発生した2次高調波光を反射すると
ともに前記1次光を透過し、前記第2の多層積層反射鏡
は前記1次光を反射し、前記第3の多層積層反射鏡は前
記1次光を反射するとともに前記2次高調波を透過する
ことを特徴とする2次高調波発生デバイス。
2. A compound semiconductor multilayer laminated structure constituting a semiconductor laser for generating primary light, first and second multilayer laminated reflecting mirrors sequentially laminated on said compound semiconductor multilayer laminated structure, and said second laminated semiconductor mirror. A second harmonic generating material layer laminated on the multilayer laminated reflecting mirror and receiving primary light from the semiconductor laser, and a third multilayer laminated reflecting mirror laminated on the second harmonic generating material layer; The first multilayer laminated reflecting mirror reflects the second harmonic light generated in the second harmonic generating material layer and transmits the primary light, and the second multilayer laminated reflecting mirror reflects the primary light. A second harmonic generation device, wherein the third multilayer laminated reflecting mirror reflects the primary light and transmits the secondary harmonic.
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