JPH01108533A - 光波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、レーザ光を使用する情報処理や光応用計測の
分野に用いられる光波長変換装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、光デイスク装置やレーザビームプリンタなどの半
導体レーザを使用した情報処理装置が実用化されている
。これらの装置の光源として使用される半導体レーザは
、発振波長が、たとえば０゜７８μｍや０．８３μｍな
どであるが、システムの性能向上のため、さらに波長の
短い半導体レーザが要望されている。

通常、レーザ光の波長と集光スポット径は比例関係にあ
り、レーザ光の波長が短くなれば集光スポット径を小さ
くてきる。そして、集光スポット径を小さくできれば、
光デイスク装置では記録密度が増大し、レーザビームプ
リンタでは高解像度が得られる。また、干渉計測などの
光応用計測分野においても、レーザ光の波長が短くなる
ことによって計測精度が向上する。

このため、半導体レーザの短波長化の研究が進められ、
ＩｎＧａＡＱＰ系の材料を使用して、波長０．６μｍ台
の発振波長を持つ赤色の半導体レーザが開発された。し
かし、さらに短波長の緑色、青色の発振波長を得るため
には良好な旧材が見当らない。そのために、固体や半導
体レーザから発射されたレーザ光の波長を半分の波長に
変換する光波長変換装置が提案された。この装置は、非
線形光学結晶による５ＨＧ（第２高調波発生）現象を利
用しており、発振波長１．０６μｍのＹＡＧレーザを用
いて波長０．５３μｍの緑色レーザ光が、また発振波長
０．８４μｍの半導体レーザを用いて波長０．４２μｍ
の青色レーザ光の発振が観測された。

ここで、上述の半導体レーザを用いた光波長変換装置に
ついて説明する。第５図は、従来のＬｉＮｂ０ａ　　に
オブ酸リチウム）光導波路を用いて半導体レーザのレー
ザ光を半分の波長に変換する光波長変換装置を示してい
る。半導体レーザ１から出射されたレーザ光の基本波２
は、レンズ３により集光され、ＬｉＮｂ０．基板４中に
形成された光導波路５に入る。Ｌ　１Ｎｂ０３結晶は非
線形光学定数が大きいため、光導波路５に入射した基本
波２に対してＳＨＧ　（第２高調波発生）現象により、
有効に第２高調波６を発生する。そして、この第２高調
波６は光導波路５の出射端面から出射される。

このようにして、たとえば発振波長０．８２μｍの半導
体レーザを使用して発振波長０，４１μｍの青色の第２
高調波レーザが得られる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、従来の光波長変換装置の光導波路５は単
一モード導波路である必要があり、そのために光導波路
５の幅および深さが小さく形成されている。したがって
、半導体レーザ１から出射されたレーザ光２を光導波路
５に導入する場合、レーザ光２と光導波路５との位置調
整を行なうには高度な技術が必要であり、また長期的に
調整位置を安定に保持するのは困難であった。

また、第２高調波の出力は、光導波路の幅、深さによっ
て効率が異なるが、従来の装置の光導波路は幅、深さと
も小さい３次元導波路であったため深さや幅が均一とな
らず効率の良い第２高調波の発生が行なわれない欠点を
有していた。

したがって、本発明においてはレーザ光源から出射した
レーザ光を正確に光導波路に導入するための位置調整が
容品で、効率良く第２高調波を発生させる光波長変換装
置を提供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段］ 本発明の光波長変換装置は、レーザ光源からの出射光を
基本波として非線形光学結晶中に形成された光導波路よ
り第２高調波を発生する光波長変換装置であって、前記
レーザ光源は、広い発光領域を有し、この発光領域の全
域で位相同期したレーザ光を発振する半導体レーザであ
り、前記光導波路は、前記非線形光学結晶中に形成され
た平板光導波路である特徴を有している。

本発明のある実施例では、レーザ光源として、複数個の
発光領域を光学的に結合して位相同期したレーザ光を発
振する半導体レーザアレイを使用している。

Ｃ作用］ 本発明によれば、非線形光学結晶中に形成された光導波
路が平板光導波路であるため、光導波路の入射側端面は
幅の広い長方形断面となり、レーザ光の基本波の入射面
の面積が広くなる。また、平板光導波路は導波路の深さ
を均一に形成することができる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示す。２０個の発光領
域を位相同期させて発振する半導体レーザアレイ７から
出射されたレーザ光の基本波８は、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
ａ基板９中に形成された光導波路１０に導入される。光
導波路１０は、ＬｉＮｂ０ａ基板９の表面をＬｉ＋とＨ
＋のイオン交換して平板上に形成した平板光導波路であ
る。光導波路１０を進行する基本波８は、非線形光学結
晶体９でのＳＨＧ現象により第２高調波１］に変換され
、光導波路１０の出射側端面から出射される。

半導体レーザアレイ７は複数個、たとえば本実施例では
２０個のレーザ光の発光領域を並列に設置し、各々を光
学的に結合して各発光領域で発光するレーザ光を位相同
期させて出射する。このような出射レーザ光は、光の回
折現象により発散しにくい。

第２図は半導体レーザから出射されたレーザ光の発散の
状態を示している。従来の単一発光領域を持つ半導体レ
ーザから出射されたレーザ光は、第２図の曲線Ａに示す
ように出射直進方向からの放射角度の半値幅が８〜１４
°と広い。これに比べて本実施例による半導体レーザア
レイ７は、第２図の曲線Ｂに示すように２０個の発光領
域の並び方向の放射角度の半値幅が１°以下と非常に小
さい。このため、第３図に示すようにレーザ光はＬｉＮ
ｂＯ３基板９の光導波路１０を進行する場合にもほとん
ど発散することなく直進する。なお、第３図は第１図の
平面図を示している。したがって、このようなレーザ光
を導入する光導波路は３次元導波路とする必要がなく、
平板光導波路１０がＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏａ基板９上に形
成できる。この平板光導波路１０は、従来の光導波路に
比べて幅が非常に広い。したがって光導波路１０の入射
端面の断面形状は幅広の長方形断面となる。このため、
半導体レーザアレイ７からのレーザ光を光導波路１０に
導入する場合、その導波路の幅方向の調整は従来の導波
路に比べて格段に容易となる。

第４図は、本発明による第２の実施例を示している。本
実施例では、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　０３基板１２上に形成す
る光導波路１３の深さを、入射端面側で深く形成してい
る。このため、光導波路１３の入射端面の断面形状は第
１の実施例に比べて深さ方向の広い長方形断面となり、
レーザ光８を導入する場合の導波路の深さ方向の位置調
整についても容易になる。

これらの実施例に示した光波長変換装置では、レーザ光
源として使用する半導体レーザアレイ７は発光領域が広
いため、光出力を大きくできる。

また、平板光導波路は入射端面の断面積が大きいので確
実にレーザ光の基本波を光導波路に導入することができ
る。さらに、平板光導波路は深さが均一に形成されるの
で効率良＜ＳＨＧ現象を発生する。したがって、高出力
の第２高調波光を得ることができる。たとえば、従来の
半導体レーザで発振波長０．８２μｍ１光出力６０ｍＷ
のとき、ＳＨＧ出力は０．２ｍＷであったが、半導体レ
ーザアレイで光出力４００ｍＷのとき、ＳＨＧ出力出力
１０炉Ｗられた。

なお、上記実施例では、光導波路をＬｉ＋とＨ＋のイオ
ン交換によって形成したが、Ｔｉ拡散法などを用いて形
成してもよい。また、非線形光学結晶体としては、Ｌｉ
ＮｂＯ３に限らず、ＬｉＴａＯ３やＬｉＩＯ３などの非
線形光学結晶を用いてもよい。

また、上記実施例では光導波路の出射側端面より第２高
調波が出射されているが、チャレンコフ放射の位相整合
法により非線型光学結晶中に第２高調波が放射される場
合もある。

さらに、上記実施例ではレーザ光源として複数個の発光
領域を有する半導体レーザアレイを用いていた。しかし
レーザ光源としては半導体レーザアレイ以外の形態の発
光領域を有するものであってもよい。たとえば、レーザ
光の発光領域の８射端面が、レーザ光の出射面に直交す
る一方向に延びた断面形状を有し、かっこの発光領域で
発生するレーザ光を位相同期させて出射する半導体レー
ザであってもよい。要するにレーザ光源としては広い発
光領域でレーザ光を発生し、かつそのレーザ光を位相同
期して出射するものであればよい。

なお、「広い」とは発光領域の断面がレーザ光の出射軸
に直交する一方向に延びた形態を有していることを意図
している。そして、このようなレーザ光源と非線形光学
結晶体とは、各々の光導波路のレーザ光軸に直交する断
面の長手方向が互いに一致するように設置される。

さらに、上記実施例においては、レーザ光源として用い
る半導体レーザの出射側端面と、非線形光学結晶体中に
形成された光導波路の入射側端面は至近距離に配置され
ることが好ましい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によればレーザ光出力の大きい半
導体レーザアレイから出射されるレーザ光の基本波が、
簡単な位置調整で確実に非線形光学結晶体中に形成され
た光導波路に導入されるので、レーザ光の基本波に対し
て高効率・高出力で、しかも長期的に安定して第２高調
波を発生する光波長変換装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光波長変換装置の第１の実施例
を示す概略斜視図である。第２図は、半導体レーザから
出射されたレーザ光の放射角と光強度の関係を示す放射
角−光強度分布線図である。 第３図は、第１図の光波長変換装置の平面図である。ま
た、第４図は、本発明の第２の実施例を示す光波長変換
装置の側面図である。 そして、第５図は、従来の光波長変換装置の概略斜視図
である。 図において、７は半導体レーザアレイ、９は非線形光学
結晶体、１０は非線形光学結晶体中に形成された平板光
導波路を示している。 なお、各図中、同一符号は同一または相当する部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ光源からの出射光を基本波として、非線形光学結
   晶中に形成された光導波路より第２高調波を発生する光
   波長変換装置において、 前記レーザ光源は、広い発光領域を有し、この発光領域
   の全域で位相同期したレーザ光を発振する半導体レーザ
   であり、 前記光導波路は、前記非線形光学結晶中に平板状に形成
   された平板光導波路であることを特徴とする、光波長変
   換装置。