JP3362477B2 - 光導波路端面結合装置 - Google Patents
光導波路端面結合装置Info
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Description
高調波発生装置(SHG)のような光導波路を有する光
導波路デバイスに対し、この光導波路デバイスの基本波
のレーザ光を入射する光導波路端面結合装置に関する。
ド型SHGやチェレンコフ型SHG等の光導波路型SH
G等の光導波路を有する光導波路デバイスにおいて、そ
の光導波路に対する入射光、例えばその基本波光の入射
は、大きな問題となる。
ーPwは、入射波のパワーPwの2乗に比例することか
ら、その入射光を効率よく入射させることは重要な問題
となる。
ち光導波路に入射させる光量の変化は、出力光量に大き
く影響する。
に対する光源部、特に、集光レンズ系(対物レンズ系)
は、光導波路デバイスの端面に対する位置関係を決定し
た状態で、接着剤によって固定されている。従って、外
震、温度変化等の原因で、上述のように接着固定された
集光レンズ系に位置ずれが生じたときには、この光導波
路端面結合装置は使用不能になる。
より、既に、光導波路端面結合装置に関する出願がなさ
れている。この光導波路端面結合装置は、光導波路デバ
イスの光導波路に対し、その入射端からレーザ光を集光
入射させる集光レンズ系を有する光源部が設けられ、少
なくとも上記集光レンズ系は、その光学軸のz軸と、こ
のz軸に直交し、且つ、互いに直交するx軸及びy軸の
3方向に関して微調整するアクチュエータを具備し、上
記光源部から出射されるレーザ光が、導波路の光入射端
が臨む上記光導波路デバイスの端面から戻るときの戻り
光の光量又は光量分布を検出し、これにより上記アクチ
ュエータを制御して、上記集光レンズ系のx,y及びz
軸の位置制御を行うようにしたものである。
では、上記光導波路デバイスの入射側の端面における光
導波路が存在する部分と光導波路が存在しない部分との
反射率の違いにより、その戻り光量及び戻り光の光量分
布を検出して、信号を得ていることから、光導波路部分
の屈折率と光導波路ではない部分の屈折率との差が小さ
い光導波路デバイスにおいては、反射率の差異が明確に
なりにくいという欠点がある。
はない部分の屈折率との差が小さい光導波路デバイスに
おいては、反射率の差異を明確にするために、光導波路
デバイスの入射側の端面に無反射膜であるARコート膜
の成膜を行うが、この成膜の際には、光導波路部分の屈
折率と光導波路ではない部分の屈折率との差が小さいた
めに、上記ARコート膜の成膜制御が厳しいという欠点
がある。
波路部分の屈折率と光導波路ではない部分の屈折率との
差が小さい光導波路デバイスにおいても、光導波路デバ
イスの光導波路に対する光源部からの光、特にレーザ光
を、安定した、最良状態で、高効率に入射することがで
きるようにした光導波路端面結合装置を提供するもので
ある。
ARコート膜の成膜を行う場合においても、このARコ
ート膜の成膜制御を簡易にする光導波路端面結合装置を
提供する。
ではない部分の屈折率との差が小さい光導波路デバイス
においても、集光レンズ系の位置の微調整を確実に行う
ことができる光導波路端面結合装置を提供する。
端面結合装置は、入射端面から光が光導波路に入射さ
れ、光導波路により導波された光を出射端面から出射す
る光導波路デバイスと、光源から出射されたレーザ光を
上記光導波路デバイスの入射端面に集光する集光レンズ
系と、上記集光レンズ系を駆動して、当該集光レンズ系
の光学軸のz軸と、このz軸に直交し、且つ、互いに直
交するx軸及びy軸の3方向に、上記レーザ光の集光位
置を制御するアクチュエータと、上記集光レンズ系によ
り集光したレーザ光の光導波路デバイスからの戻り光を
検出する戻り光検出手段とを備え、上記戻り光検出手段
は、上記光導波路内に導波された光の上記出射端面から
の反射光と、上記入射端面からの反射光と和を、上記光
導波路デバイスからの戻り光として検出し、当該戻り光
の光量又は光量分布の変化に基づき上記アクチュエータ
を制御する。
置は、上記光導波路には、入射端面から出射端面までの
間に、入射端面から入射された光を反射する上記出射端
面とは異なる反射源が形成されており、上記光導波路デ
バイスからの戻り光には、上記光導波路内に導波された
光の上記反射源からの反射光が含まれていることを特徴
とする。
ータによって位置制御するようにし、このアクチュエー
タの制御は、レーザ光を光導波路デバイスの光導波路に
入射したときの、この光導波路の光出射端面又は光導波
路内の反射源からの戻り光の光量又は光量分布を検出す
ることによって行うようにしたことから、光導波路部分
の屈折率と光導波路ではない部分の屈折率との差が小さ
い光導波路デバイスにおいても、光導波路デバイスの光
導波路に対するレーザ光の入射位置とフォーカシング
(光軸方向に沿う位置)とを確実に決定することができ
る。
るレーザ光の入射効率を高めることができることから、
光導波路デバイスが、例えばSHGである場合には、そ
の出力である2次高調波パワーの増大化と安定化を図る
ことができる。
て、光導波路デバイスに高精度に接着固定する手法を回
避したことによって、外震等により、上記集光レンズ系
に位置ずれが生じた場合においても、光導波路デバイス
に対するレーザ光の入射の位置調整を、即応的に、確実
に行うことができる。これにより、光導波路デバイス
は、常時又は長期に渡って安定した入射光量を得ること
ができ、安定した動作を行うことができる。
光導波路デバイスに対する位置合わせにおいては、アク
チュエータによって微調整が行われることから、最初の
位置決め、即ち粗調整の精度は、目的の精度の1桁以上
緩和させることができる。
面を参照しながら説明する。図1には、本発明に係る光
導波路端面結合装置の概略的な構成を示す。
は、光導波路デバイス1の端面1aに対向して光源部4
を配置する。
視図に示すように、導波モード型あるいはチェレンコフ
放射型の光導波路型SHGであって、例えば非線形光学
結晶より成る基体1sに、チャンネル型の線形もしくは
非線形の光導波路2が設けられて成る。
バイスの端面1aに臨んで設けられ、また、光導波路2
の光出射端2bは、光導波路デバイスの端面1bに臨ん
で設けられる。
ーザ6からのレーザ光Lを、コリメートレンズ7及びハ
ーフミラー8を介して、集光レンズ系3によって光導波
路デバイス1の端面1aに臨む光導波路2の光入射端2
aにフォーカシングして入射させるように設けられてい
る。
によって、光軸、即ちz軸、及びこのz軸に対して直交
し、且つ、互いに直交するx軸及びy軸に関して微小に
移動し得るように設けられている。
射されたレーザ光Lは、光導波路デバイス1の端面1a
に照射され、さらに光導波路2内を導波し、光導波路デ
バイス1の端面1bに臨んで設けられる光導波路2の光
出射端2bにおいて一部反射される。光導波路2の光出
射端2bにおいて反射された光(戻り光)は、再び、光
導波路2内を導波し、光導波路デバイス1の端面1aに
到達する。さらに、この光は、光導波路デバイス1の端
面1aを通過し、集光レンズ系3を通じて、例えば平行
光とされ、ハーフミラー8によって反射されて、他の集
光レンズ系9によって光検出部10に入射される。
すように、互いに直交する軸x1 及び軸y1 に対して、
それぞれ対称的に配置された4つのフォトダイオード素
子10A〜10Dが配置されて成る。
光の光軸が、上記軸x1 及び軸y1の交点(原点)から
ずれた場合に、光検出部10上における光スポットが歪
みを発生するような図1の非点収差発生手段11を配置
する。
視図を図4に示し、分解斜視図を図5に示す。この図4
及び図5に示すように、アクチュエータ5は、レーザ光
Lを通過させる中心孔12hを有する固定台12が設け
られ、この固定台12上にマグネット群13が取着され
る。そして、このマグネット群13を包み込むように、
集光レンズ系3、即ち対物レンズ系が取着され、z軸方
向のサーボ用コイル、即ちフォーカスサーボ用コイルC
zと、さらにx軸及びy軸方向のサーボ用コイルCx及
びCyが配置されたコイルブロック14が被冠される。
が、適当なばね機構によって固定台12上に互いに直交
する集光レンズ系3のz方向(光軸方向)と、このz方
向と直交するx軸及びy軸とに関して、それぞれ移動可
能であるように支持構成される。z軸方向のフォーカス
サーボ用コイルCzは、集光レンズ系3の光軸の回りに
巻回するようになされ、またx軸方向サーボ用コイルC
x及びy軸方向のサーボ用コイルCyは、それぞれ互い
に直交し、且つz軸方向と直交するx軸及びy軸方向を
中心として巻回するコイルより成る。
イルCx、Cy及びCzへのサーボ電流通電によって、
各サーボ用コイルをx、y及びz軸方向に移行し得るよ
うに着磁された、z軸サーボ用であるフォーカスサーボ
用マグネット13zと、x方向サーボ用マグネット13
x及びy方向サーボ用マグネット13yとが配置されて
成る。
及びCzへの通電によって発生する磁界と、マグネット
群13の各サーボ用マグネット13x、13y及び13
zとの共働によって、コイルブロック14は移動され
る。これにより、集光レンズ系3は、x軸、y軸及び2
軸上で移動することができる。
周知の手段であるシリンドリカルレンズを用いて、所定
の光軸からの位置ずれが生じたときに非点収差を発生す
るように成され、いわゆる非点収差法を適用する。
ード素子10A〜10Dより得られる出力A〜Dは、図
1の演算回路15に入力され、それぞれA+C−(B+
D)、A+B−(C+D)及びA+D−(B+C)の出
力を得る。
装置において、上記光導波路デバイス1に対して上記光
源部4を結合させるには、先ず、レーザ光Lの光軸(z
軸)がほぼ光導波路2の端面1aの中心に一致するよう
に設定する。この状態で、半導体レーザ6から出力され
るレーザ光Lを、集光レンズ系3を通じて光導波路デバ
イス1の端面1aに照射する。この後、端面1bからの
反射光による戻り光が上記端面1aから出射され、集光
レンズ系3、ハーフミラー8、集光レンズ系9、非点収
差発生手段11を通じて光検出部10に導入される。
光が、集光レンズ系3、ハーフミラー8、集光レンズ系
9、非点収差発生手段11を通じて光検出部10に導入
される理由について説明を行う。
実際上、無反射コート膜ARが施されてあり、レーザ光
Lが、端面1aの光導波路2のない部分に集光されてい
る場合と、光導波路2に集光されている場合のどちらで
あっても、反射率は低く、戻り光の光量は少ない。しか
し、レーザ光Lが、端面1aの光導波路2のない部分に
集光されている場合は、上記レーザ光Lは光導波路2を
導波することなく、光導波路デバイス1内に放射される
こととなる。この光導波路デバイス1内に放射されたレ
ーザ光Lは、光導波路デバイス1の界面において反射な
どを生じるが、端面1aのレーザ光Lが照射された部分
に戻り光として戻り、再び集光レンズ系3に結合する光
量は極めて少ない。
光導波路2のある部分に集光されている場合は、上記レ
ーザ光Lは光導波路2を導波することができる。この場
合において、レーザ光Lの光量に対する光導波路2を導
波する光量の割合(光導波路との結合効率)は、光導波
路2を導波することのできる導波モードの端面1aにお
ける電界強度分布と、レーザ光Lが集光レンズ系3によ
り集光された端面1aにおけるスポットの電界強度分布
との重畳積分によって現わすことができることから、集
光レンズ系3の光学定数、および光導波路2の形状を工
夫することにより、光導波路の結合効率を50%以上に
することは容易である。
れ、光導波路2を導波したレーザ光Lは、光導波路2の
光出射端2bにおいて、光出射端2bを透過するレーザ
光と、光出射端2bによって反射されるレーザ光とに分
配される。そこで、この光出射端2bによって反射され
たレーザ光は、光導波路2内を逆方向に導波し、光導波
路2の端面1aに到達する。ここで、集光レンズ系3
は、この集光レンズ系3により集光されたレーザ光Lが
光導波路2を導波される位置に設定されているので、端
面1b側より導波してきたレーザ光は、端面1aを透過
した後、集光レンズ系3と再び結合する。端面1bによ
り反射され、集光レンズ系3と再結合したレーザ光は、
実際上、端面1aからの戻り光であるかのごとく、ハー
フミラー8、集光レンズ系9、非点収差発生手段11を
通じて光検出部10に導入されることになる。
aに無反射コート膜ARが被着されている場合、例えば
光導波路デバイス1がSHGであり、ニオブ酸リチウム
等の非線形光学結晶から成る基体1sの屈折率が2.1
〜2.2程度であるときに、上記基体1sには屈折率上
昇量が3〜4%程度の光導波路2が形成され、上記基体
1sの端面にはSiO2 のスパッタ膜、例えば屈折率n
=1.45の単層膜により無反射コート膜ARが被着さ
れている場合を考える。
記端面1aの光導波路2のない部分に集光された場合に
は、その戻り光の戻り光量は100μW程度となる。
Lが集光された場合には、上記端面1aにおける反射光
量は20μW以下であるが、集光レンズ系3と光導波路
2を導波する導波モードとの結合効率が50%であると
すると、50mWのレーザ光が光導波路2を導波する。
そして、上記端面1bでの反射率は、無反射コート膜が
ない場合では、約14%の反射率を有しているため、約
7mWが上記端面1aに戻ってくることとなる。
た場合の戻り光量は、100μW程度であるのに対し、
光導波路2のある部分に集光された場合の戻り光量は、
7mW程度となり、70倍程度変化する。
率が1%程度である無反射コート膜ARが存在する場合
においても、その戻り光量は500μW程度であるの
で、5倍程度の変化量が得られる。
ーザ光Lが集光された場合に得られる戻り光は、光導波
路デバイス1の端面1aのみからの反射による光である
のに対して、光導波路2のある部分にレーザ光Lが集光
された場合に得られる戻り光は、光導波路2の入射側の
端面1aにおける反射による戻り光と、光導波路2を導
波した後の、出射側の端面1bからの反射による戻り光
との和となるために、変化量を大きくすることができ
る。従って、この光量の変化量の検出によって、少なく
とも、レーザ光Lが光導波路デバイス1の端面1aにお
いて光導波路2上にあるか否かを検出することが容易と
なる。
系3のフォーカスより近すぎる場合、即ちオーバーフォ
ーカスの場合、及び、逆にレーザ光Lの照射位置が集光
レンズ系3のフォーカスより遠い場合、即ちアンダーフ
ォーカスの場合において、その戻り光が非点収差発生手
段11を通過して、4分割フォトダイオード素子10A
〜10Dにより光検出部10上に集光されたときの、上
記4分割フォトダイオード素子10A〜10D上の光ス
ポット像を、図3の斜線で示すAのスポットS 1 及び図
3の斜線で示すCのスポットS3 に例示する。ここで、
図3の斜線で示すBのスポットS2 は、ジャストフォー
カスの状態を示す。
るA+C−(B+D)とフォーカス状態との関係を示し
たものである。ここで、フォーカス状態が近すぎる場合
には、図3のAに示すように、x1 軸方向に長軸を有
し、他方向に短軸を有する楕円状のスポットS1 が、フ
ォーカス状態が遠すぎる場合には、図3のCに示すよう
に、y1 軸方向に長軸を有し、他方向に短軸を有する楕
円状のスポットS3 が得られる。また、ジャストフォー
カスの場合には、図3のBに示すように、x1 軸及びy
1 軸に対して同一径、即ち中心軸に対して円対称のスポ
ットS2 が得られる。これにより、上記A+C−(B+
D)の出力は、図6に示すように、ジャストフォーカス
時においては0となり、フォーカスが近すぎる場合ある
いは遠すぎる場合には、正方向あるいは負方向に生じて
くる。従って、上記A+C−(B+D)の出力を、フォ
ーカス用のサーボ信号として、アクチュエータ5のz軸
方向のサーボ用コイルCzに通電することによって、z
方向の調整を行う。
に対して、レーザ光Lのスポットが位置ずれした場合の
集光レンズ系3のフォーカス時には、図7に示すよう
に、スポットLsがx軸方向に位置ずれを生じる。よっ
て、上記光検出部10の4分割フォトダイオード素子1
0A〜10D上のスポット像は、図8に示すように、明
るさが一様でないスポットS4 となる。
子10A〜10Dからの電気信号より、A+B−(C+
D)の強度と光導波路2の位置のx方向のずれとの関係
は、図9に示すようになる。この場合においても、A+
B−(C+D)の出力は、中心においては0となるが、
x軸方向にずれることによって出力が生じ、図9に示す
関係が得られる。従って、このA+B−(C+D)の信
号を、光導波路2からのx軸方向の位置ずれのエラー信
号として取り出し、これをサーボ用コイルCxに供給す
ることによって、x軸方向の位置のサーボを行うことが
できる。また、y軸方向のサーボについては、A+D−
(B+C)の信号をy方向の位置ずれのエラー信号とし
て取り出し、x軸方向の位置のサーボと同様の方法によ
って適用する。
路デバイス1の光入射端2aから全くずれた場合と、光
導波路2の光入射端2a内に集光している場合とでは、
上述した各エラー信号に差異は生じないが、上記4分割
フォトダイオード素子10A〜10Dに入力される光量
の和A+B+C+Dは変化する。よって、この場合に
は、上記4分割フォトダイオード素子10A〜10Dに
入力される戻り光の和であるA+B+C+Dの出力をモ
ニタしながら、上記アクチュエータ5を移動させ、A+
B+C+Dの出力の極大値となる位置を探すことによっ
て、レーザ光Lの位置ずれを調整することができる。
の第2の実施例の構成を図10に示す。この第2の実施
例においては、光導波路デバイス1の端面1aに対向し
て光源部4を配置する。
示すように、導波モード型あるいはチェレンコフ放射型
の光導波路型SHGであって、例えば非線形光学結晶よ
り成る基体1sに、テーパ部2cを有するチャンネル型
の線形もしくは非線形の光導波路2が設けられて成る。
バイス1の端面1aに臨んで設けられ、また、光導波路
2の光出射端2bは、光導波路デバイス1の端面1bに
臨んで設けられる。また、光導波路2のテーパ部2c
は、光入射端2aと光出射端2bとの間に存在する。こ
こで、光導波路2をテーパ部2cを有するチャンネル型
の線形もしくは非線形の光導波路としたが、光導波路2
は、光導波路2の内部に、テーパ部、分岐部分、あるい
は合流部分などの反射源が存在するものであればよい。
斜視図に示すように、分岐部分2cを有するチャンネル
型の線形もしくは非線形の光導波路2が設けられて成る
のもでもよい。
レーザ光Lを、コリメートレンズ7及びハーフミラー8
を介して、集光レンズ系3によって光導波路デバイス1
の端面1aに臨む光導波路2の光入射端2aにフォーカ
シングして入射させるように設けられている。
って、光軸、即ちz軸、及びこのz軸に対して直交し、
且つ、互いに直交するx軸及びy軸に関して微小に移動
し得るように成される。
射されたレーザ光Lは、光導波路デバイス1の端面1a
に照射され、さらに光導波路2内を導波し、光導波路2
内のテーパ部2cにおいて一部反射される。この光導波
路2内のテーパ部2cにおいて反射された光(戻り光)
は、再び、光導波路2内を導波し、上記端面1aに到達
する。さらに、この光は、上記端面1aを通過し、集光
レンズ系3を通じて、例えば平行光とされ、これがハー
フミラー8によって反射されて、他の集光レンズ系9を
介して光検出部10に入射される。
を導波し、光導波路2内のテーパ部2cにおいて一部反
射され、さらに、光導波路デバイス1の端面1aに到達
した光が、光検出部10に入射する場合の説明は、上述
した第1の実施例における説明とほとんど同様であるの
で、ここでは省略する。
の構成、反射源2cからの戻り光の光検出部10への導
入方法、戻り光量の光検出部10上の分布の変化を用い
るフォーカスサーボ方法及び位置ずれのサーボの方法に
関しても、上記第1の実施例における説明とほとんど同
様であるので、ここでは省略する。
て、レーザ光Lが、集光レンズ系3により、光導波路デ
バイス1の端面1a上の光導波路2のない部分に集光さ
れた場合の戻り光量と、光導波路2のある部分に集光さ
れた場合の戻り光量との変化量について説明する。
光導波路2のない部分に集光された場合に得られる戻り
光は、光導波路デバイス1の端面1aのみからの反射に
よる光であるのに対して、光導波路2のある部分に集光
された場合に得られる戻り光は、光導波路2の端面1a
における反射による戻り光と、光導波路2を導波した
後、光導波路2の端面1bからの反射による戻り光と、
さらに、光導波路2内の反射源2cによる戻り光との和
となるために、変化量を大きくすることができる。従っ
て、この光量の変化の検出によって、レーザ光Lが、少
なくとも光導波路デバイス1の端面1aにおいて光導波
路2上にあるか否かを検出することがさらに容易とな
る。
明に係る光導波路端面結合装置においては、集光レンズ
系は、光学軸のz軸と、このz軸に直交し、且つ、互い
に直交するx軸及びy軸の3方向に関して微調整を行う
アクチュエータを具備し、光源から出射されるレーザ光
が入射される光導波路デバイスからの戻り光の光量又は
光量分布を検出し、この検出された光量又は光量分布を
用いて上記アクチュエータを制御して、上記集光レンズ
系のx、y及びz軸の位置制御を行うことにより、上記
集光レンズ系の位置を最適な状態に微調整することがで
き、常時安定して、確実に、最良の条件をもって、光導
波路に対する入射光の選定を行うことができる。
次高調波出力を得る場合に、外震、外周温度等の外乱に
よって、集光レンズ系の位置ずれが生じたときでも、確
実に最適な状態へ自動的に設定することができるので、
常時安定した動作を行わせることができる。
は、上記光導波路デバイスの光導波路の出射端面からの
戻り光、又は、上記光導波路デバイスの光導波路内の反
射源からの戻り光とすることにより、上記光導波路を導
波した光の戻り光を検出して、信号を得ているので、光
導波路部分の屈折率と光導波路ではない部分の屈折率と
の差が小さい光導波路デバイスにおいて、入射側の端面
に無反射コート膜が施されている場合でも、光導波路が
存在する部分の屈折率と光導波路が存在しない部分の屈
折率との差異が明確になる。
ではない部分の屈折率との差が小さい光導波路デバイス
において、この光導波路デバイスの入射側の端面に施さ
れる、無反射膜であるARコート膜の成膜条件により、
反射率の差異を得る必要がないため、上記ARコート膜
の成膜制御を緩和することができる。
構成を示す図である。
り光のスポットの状態を示す図である。
特性曲線を示す図である。
置関係を示す図である。
ットの状態を示す図である。
性曲線を示す図である。
実施例の概略的な構成を示す図である。
である。
素子上の戻り光のスポットの状態を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 入射端面から光が光導波路に入射され、
光導波路により導波された光を出射端面から出射する光
導波路デバイスと、 光源から出射されたレーザ光を上記光導波路デバイスの
入射端面に集光する集光レンズ系と、 上記集光レンズ系を駆動して、当該集光レンズ系の光学
軸のz軸と、このz軸に直交し、且つ、互いに直交する
x軸及びy軸の3方向に、上記レーザ光の集光位置を制
御するアクチュエータと、 上記集光レンズ系により集光したレーザ光の光導波路デ
バイスからの戻り光を検出する戻り光検出手段とを備
え、 上記戻り光検出手段は、上記光導波路内に導波された光
の上記出射端面からの反射光と、上記入射端面からの反
射光と和を、上記光導波路デバイスからの戻り光として
検出し、当該戻り光の光量又は光量分布の変化に基づき
上記アクチュエータを制御することを特徴とする光導波
路端面結合装置。 - 【請求項2】 上記光導波路には、入射端面から出射端
面までの間に、入射端面から入射された光を反射する上
記出射端面とは異なる反射源が形成されており、 上記光導波路デバイスからの戻り光には、上記光導波路
内に導波された光の上記反射源からの反射光が含まれて
いることを特徴とする請求項1記載の光導波路端面結合
装置。
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JP27276693A JP3362477B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 光導波路端面結合装置 |
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JP27276693A JP3362477B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 光導波路端面結合装置 |
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