JPH02179626A - 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） 本発明は、半導体レーザから発せられるレーザ光を使用
する光デイスク装置、レーザビームプリンタ等の情報処
理装置や光応用計測器において。

レーザ光の波長を短く変換する際に使用される光波長変
換装置に関する。

（従来の技術） 光デイスク装置、レーザビームプリンタ等の情報処理装
置や光応用計測器では、集光性および指向性に優れた半
導体のレーザ光が使用されている。

通常、半導体レーザの発振波長は０．７８μｍ、　０．
８３μ個等となっており、レーザ光は近赤外となってい
るが、最近では、情報処理装置における情報処理を増大
させるために、あるいは光応用計測器の計測精度を向上
させるために、レーザ光の短波長化が進められている０
例えば、光デイスク装置やレーザビームプリンタ等の情
報処理装置では、半導体レーザにて発振されたレーザ光
を所定位置に集光させて、情報や画像の書き込みが行わ
れている。レーザ光の波長と、集光スポットの径は１通
常、比例関係にあり、レーザ光の波長が短（なれば、集
光スポットの径を小さくできる。集光スポットの径が小
さくなれば、光デイスク装置では。

ディスクに書き込む情報量（記録密度）を増大させるこ
とができる。また、レーザビームプリンタでは、微小画
像を形成し得ることから、記録密度を増大させることが
できるとともに、解像度を向上させることができる。さ
らに、光応用計測器では、レーザ光の波長を短くするこ
とにより、計測精度の向上が図れる。さらにまた、波長
の短い緑色や青色のレーザ光が容易に得られれば、現在
使用されている赤色レーザと組合わせることにより。

高速で動作し、しかも高解像度のカラープリンタを実現
し得る。

最近では、　ＩｎＧａＡＩＰ系の半導体材料を使用して
。

０．６μＩ台の発振波長を有する半導体レーザが開発さ
れている。しかし、さらに発振波長が短い緑色、青色の
レーザ光を発振し得る半導体レーザは。

適当な材料が見当たらないこともあって実現されていな
い、このため、緑色や青色の短波長レーザ光は、アルゴ
ンイオンレーザ等の大型なガスレーザによって発振させ
なければならない。

このような大型なガスレーザを用いることなく。

緑色や青色の短波長レーザ光を得るために固体レーザや
半導体レーザから発振されたレーザ光の波長を短く変換
する光波長変換装置が２例えば昭和５９年春の応用物理
学会で、太田等により提案されている。この光波長変換
装置は、非線形光学効果を有する結晶によるＳＨＧ　（
第２高調波発生）現像を利用しており、入力されるレー
ザ光の波長の％の波長のレーザ光が出力される。該光波
長変換装置は、第５図に示すように、　Ｚ　Ｆ５．Ｌｉ
Ｎｂ０ｚ基板７１上に、Ｔｉ拡散にて平板状の光導波路
７２が形成されており、該光導波路７２上に、Ａｓ、Ｓ
、を真空蒸着して形成されたルネプルクレンズ７３．お
よびカップラプリズム７４が設けられている。８亥カッ
プラプリズム７４には１例えばＹＡＧレーザから発振さ
れる一対のレーザ光７５（光周波数をＷとする）が、カ
ップラプリズム７４にて光導波路内７２に導入され、該
光導波路７２内を伝播される。そして、該光導波路７２
内を伝播する各導波光が７５°が、ルネプルクレンズ７
３により、相互に交差するように屈折される。このとき
、各導波光７５°の位置整合条件が満足されると、各導
波光７５”は、交差点にて１周波数が２倍（２ｗ　）　
、すなわち波長が２になった第２高調波光７６に変換さ
れる。このときの位相整合条件は。

次のとおりである。

２β’ｃｏｓθ−βま ただし、　　βｗ：基本波（光導波路内に導入される光
）の伝播定数。

β２′：第２高調波光の伝播定数 ２０：交差角 該光波長変換装置では、ルネブルクレンズ７３による各
導波光７５′　の交差角の変更は、光導波路７２内に入
射される一対のレーザ光７５の間隔を機械的に変更させ
ることにより行われており、上述の位相整合条件が満足
されるように１両レーザ光７５の間隔が調整される。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の光波長変換装置では、入射される一
対のレーザ光の間隔が調整されて９位相整合条件が満足
されることにより、第２高調波光が発振される。しかし
、基本波の伝播定数β”および第２高調波光の伝播定数
βｈは１周囲温度の微小変化によって敏感に反応して変
化するため。

周囲温度の変化に応じて光導波路内に入射されるレーザ
光の間隔を、応答よく調整することは困難であり１位相
整合条件を応答よく満足することができない、その結果
、第２高調波光の光強度が低下するという問題が生じる
。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり。

その目的は、入射される一対のレーザ光の位相整合調整
がきわめて容易であるため２周囲温度が変化しても安定
的に第２高調波光を発生することができる光波長変換装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の光波長変換装置は、非線形光学効果を有する材
料にて構成された基板に、光導波路が形成されており、
該光導波路内を伝播する一対の導波光を交差させること
により第２高調波光を発生させる光波長変換装置であっ
て、交差される各導波光の方向を電気信号に基づいて変
化させる光偏向手段を有してなり、そのことにより上記
目的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の光波長変換装置は、第１図に示すように、非線
形光学効果を有するＺ板ＬｉＮｂＯ５等の基板１１上に
、プロトン交換法により平板状の光導波路１２が形成さ
れている。該光導波路１２の一側部上にはＥＣＲプラズ
マエツチングにて、一対の回折格子結合器１３および１
３が形成されている。そして９再回折格子１３が形成さ
れた側の側端部を除いて、光導波路１２上にはＳｉＯ□
膜１４が積層されている。該ＳｉＯ：膜１４は光導波路
１２上に形成された各回折格子結合器１３をそれぞれ覆
っており、各回折格子結合器１３を覆うＳｔａｇ膜１４
上にはＩＴＯ膜でなる透明電極が１６および１６がそれ
ぞれ積層されている。Ｓｔｏｗ膜１４膜種４されていな
い光導波路１２上には、　Ａｔ蒸着膜でなる電極１５が
積層されている。そして、該電極１５、各回折格子結合
器１３上に積層されたＩＴＯ膜でなる各電極１６および
１６にはそれぞれ接続端子１７ａ。

１７ｂ、　１７Ｃが接続されている。

このような構成の光波長変換装置は１次のように製造さ
れる。例えばＺ板ＬｉＮｂＯ５基板１１上にプロトン交
換法で平板状の光導波路１２を形成し、該先導波路１２
の所定位置にＥＣＲプラズマエツチングにて一対の回折
格子結合器１３および１３を形成した後に、該光導波路
１２上にＳｉ０ｇ膜を全面にスパッタ法により積層する
。その後、　ＡＩ電極１５を形成すべき部分のＳｉ０ｇ
膜をエツチングにより取り除き、その部分にＡＩを蒸着
して電極１５を形成する。そして。

回折格子結合器１３および１３上のＳｉｎｇ膜１４上に
、　ＩＴＯ膜を積層して透明電極１６および１６を積層
し、各電極１５．１６および１６に接続端子１７ａ、　
１７ｂ、　１７ｃをそれぞれ接続することにより１本実
施例の光波長変換装置が製造される。

該光波長変換装置では２例えばＹＡＧレーザから出射さ
れて二分割された各レーザ光２１および２１が。

各回折格子結合器１３に投射される。各回折格子結合器
１３に投射された各レーザ光２１は、それぞれの回折格
子結合器１３にて光導波路１２内へ、所定の屈折角とな
るように屈折されて導入される。そして。

該先導波路１２内を伝播する導波光２１′は、第１図に
一点鎖線で示すように、該光導波路１２内にて交差され
る。

このとき、電極１５と、電極１６および１６との間に。

各接続端子１７ａと、１７ｂおよび１７ｃとを介して電
圧を印加すると、電気光学効果によりＬｉＮｂＯ５基板
１１に屈折率変化が生じ、各導波光２１”の交差角が変
化する。そして、電極１５と電極１６および１６との間
に印加する電圧を変化させて、各導波光２１°同士の位
相整合条件を満足させることにより９両導波光２１°の
交差部から第２高調波光２２が出射される。

該第２高調波光２２は、各回折格子結合器１３にそれぞ
れ入射される各レーザ光２１のＡの波長となっており２
例えば入射レーザ光が２１が、波長１．０６４μ−のＹ
ＡＧレーザ光の場合には、第２高調波光２２は。

波長０．５３２μ硼の緑色レーザ光となる。

このようにして、第２高調波光２２が出射されている場
合において１周囲温度の変化等により第２高調波光２２
の光強度が低下しても、電極１５と、電極１６および１
６との間に印加される電圧を変化させることにより、光
導波路１２内を伝播する各導波光２１°の交差角を９例
えば破線で示すように、変更して１位相整合条件を満足
させることにより、第２高調波光２２は所定の光強度と
することができる。

この場合、第２高調波光２２の光量を検知して、電極１
５と電極１６および１６との間の電圧をフィードバック
制御することにより１周囲温度の変化等による第２高調
波光２２の光量変化に速やかに対応でき、安定的に第２
高調波光を出射し得る。

第２図は本発明の他の実施例の光波長変換装置の概略図
である０本実施例の光変換装置は、前記実施例と同様に
２例えばＬｉＮｂ０＋等の非線型光学効果を有する基板
３１上に光導波路３２が形成されている。そして、該光
導波路３２の一側°部上に、一つの回折格子結合器３３
が設けられている。該回折格子結合器３３には、適当な
間隔をあけて一対のレーザ光２１および２１が照射され
、各レーザ光２１は、光導波路３２内に導かれて、該光
導波路３２内を伝播する。

該先導波路３２上には、該光導波路３２内を伝播するレ
ーザ光の光路に対応させて、電気光学効果を有する例え
ばＡｓｚＳ３等で構成された一対のプリズム３４および
３４が設けられている。各プリズム３４は。

電界を印加した際に、その印加電界に比例して屈折率変
化が生じる。各プリズム３４には、各ブリズム３４に電
圧を印加するための接続端子３５および３５がそれぞれ
設けられている。

本実施例では１回折格子３３に投射される一対のレーザ
光２１は、それぞれ光導波路３２内に導入されて、該光
導波路３２内を伝播する。このとき８各プリズム３４に
は、各接続端子３５を介して所定電圧が印加されており
、光導波路３２内の各導波光２１°は。

各プリズム３４にてそれぞれ屈折される。これにより各
導波光２１・　は、光導波路３２内にて交差する。

そして、各導波光２１゛　の位相整合条件が満足される
ことにより、各導波光２１゛　の半波長の第２高調波光
２２が、各導波光２１°の交差部から出射される。

本実施例においても、各プリズム３４に印加される電圧
を変化させることにより、各プリズム３４は電気光学効
果によりその屈折率が変化し、光導波路３２内の各導波
光２１゛　の交差角が変化する。従って１各プリズム３
４の印加電圧を変化させることにより、各導波光２１゛
　の位相整合条件を容易に満足させることができ、また
１周囲温度変化による第２高調波光２２の光強度変化に
対しても速やかに対応できる。

第３図は本発明のさらに他の実施例の光波長変換装置の
概略図である。

本実施例の光波長変換装置でも、前記各実施例と同様に
、　ＬｉＮｂ０１等の非線型光学効果を有する基板４１
上に光導波路４２が形成されている。該先導波路４２の
一側部には、一対の導波路レンズ４３および４３が並設
されている。各導波路レンズ４３は、光導波路４２の端
面から該光導波路４２内に入射される一対のレーザ光２
１および２１を、平行な導波光２１゛　として、該光導
波路４２内を伝播させる。

先導波路４２には、該光導波路４２内を伝播する平行な
一対の導波光２１°の光路の各外側方に対応させて、一
対の櫛形電極４４および４４が設けられている。各櫛形
電極４４は、音響光学効果により、導波光２１”を屈折
させるものであり、高周波の交番電圧が印加されること
により表面弾性波を発生する。

各櫛形電極４４から発せられる表面弾性波は９回折格子
と同様に光導波路４２内の導波光２１゛　を屈折させる
。各櫛形電極４４は、印加される交番電圧の周波数を変
化させることにより、各櫛形電極４４から発せられる表
面弾性波の周波数が変化される。

光導波路４２には、各櫛形電極４４とは導波光２１′を
挟んで各櫛形電極４４から発せられる表面弾性波を吸収
する表面弾性波吸収体４５および４５がそれぞれ配設さ
れている。

このような光波長変換装置には２例えば、半導体レーザ
アレイ５１から発振される一対のレーザ光２１および２
１が、各光学系５２を介して投射される。

半導体レーザアレイ５１には、該半導体レーザアレイ５
１から出射される各レーザ光２１の発振波長を同一にす
るために、該半導体レーザアレイ５１における光波長変
換装置へ投射すべきレーザ光の発振面とは反対側面に対
向させて一対の反射鏡５３がそれぞれレンズ５４を介し
て設けられており、各レンズ５４および各反射鏡５３に
より、該半導体レーザアレイ５１から発振される一対の
レーザ光が光学的に結合されている。

半導体レーザアレイ５１から出射される一対のレーザ光
２１は、光導波路４２の端面がら該光導波路４２内に入
射され、各導波路レンズ４３により、光導波路４２内を
平行に伝播する。そして、先導波路４２内を伝播する導
波光２１°は各櫛形電極４４から発せられる表面弾性波
により屈折されて、該先導波路４２内にて交差される。

このとき、各櫛形電極４４に印加される交番電圧の周波
数を変化させることにより、各櫛形電極４４から発せら
れる表面弾性波の周波数を変更し、各導波光２１゛　の
屈折角を変更して。

各導波光２１’　の位相整合条件を満足させる。これに
より９両導波光２１゛　の交差点から、各導波光２１゛
の半波長の第２高調波光２２が発せられる。

周囲温度の変化等により、第２高調波光２２の光強度が
変化した場合にも、各櫛形電極４４に印加される交番電
圧の周波数を変更することにより、第２高調波光２２の
光強度を所定強度とすることができる。

本実施例では、半導体レーザアレイ５１から発せられる
レーザ光の発振波長が８４０　ｎｏ＋の場合には。

波長が４２０　ｎｍの青色の第２高調波光２２が発せら
れた。

なお９本実施例では、半導体レーザアレイ５１から発振
される各レーザ光を光学的に結合させるために２反射鏡
５３を用いる構成としたが、凹面鏡により光学的に結合
させる構成であってもよい。また、光波長変換装置に入
射されるレーザ光は、半導体レーザアレイから発振され
るものに限らず。

例えば単一スドライブ型の半導体レーザの各端面から発
振されるレーザ光であってもよい。

第４図は２本発明のさらに他の実施例の光波長変換装置
を示す。本実施例では、第３図に示す実施例と同様に、
先導波路４２内に入射した一対のレーザ光を、各導波路
レンズ４３にて平行にして該先導波路４２内を伝播させ
、その各導波光２１°を各櫛形電極４４から発せられる
表面弾性波にて屈折させて交差させることにより、第２
高調波光２２を発振させる構成となっている。そして１
本実施例では、交差部にて第２高調波光２２に変換され
ずに該交差部を通過する各導波光２１’　の光路の外側
に対応させて、それぞれ櫛形電極４７および４７が配設
されている。各櫛形電極４７とは導波光２１゛　を挟ん
で表面弾性波吸収体４８がそれぞれ設けられている。

各櫛形電極４７は前記各櫛形電極４４と同様に、高周波
の交番電圧が印加されると表面弾性波を発し。

各表面弾性波にて、各導波光２１が、光導波路４２のレ
ーザ光入射側端面４２ａとは反対側の出射側端面４２ｂ
に向けて、該出射側端面４２ｂとは直交するように屈折
される。該先導波路４２の出射側端面４２ｂは、第２高
調波光に対しては低反射、光導波路４２内の導波光２１
゛　に対して高反射となる反射膜４９ｂにて被覆されて
いる。その結果、各櫛形電極４７にて屈折された導波光
２１″は該出射側端面４２ｂにて反射され、光導波路４
２内を帰還される。該先導波路４２の反対側のレーザ光
２１入射側端面４２ａは、レーザ光２１に対して低反射
、第２高調波に対しては高反射となる反射膜４９ａにて
被覆されている。

該光波長変換装置では、半導体レーザアレイ５５から発
せられる一対のレーザ光が、先導波路４２内に入射され
る。該半導体レーザアレイ５５は、光波長変換装置にお
ける光導波路４２のレーザ光入射側端面４２ａと対向す
るレーザ光発振端面５５ａが１発振されるレーザ光に対
して低反射となる反射膜５６にて被覆されており１反射
側端面５５ｂは１発振されるレーザ光に対して高反射と
なる反射膜５７にて被覆されている。

本実施例の光波長変換装置では、半導体レーザアレイ５
５の端面５５ａから出射される一対のレーザ光２１が、
光導波路４２の端面４２ａから該先導波路４２内に入射
される。このとき、半導体レーザアレイ５５の他方の端
面５５ｂは２反射膜５７にて覆われているため、該端面
５５ｂからはレーザ光は出射されない。先導波路４２内
を伝播される各導波光２１°は。

第３図に示す実施例と同様にして８交差され、その一部
が第２高調波光２２として出射される。このとき、交差
部にて第２高調波光２２に変換されない導波光２１″は
、該交差部を通過した後に、各櫛形電極４７にてそれぞ
れ屈折され、先導波路４２の出射側端面４２ｂにて反射
される。そして、その反射光は、該入射側端面４２ａか
ら光導波路４２内に入射されて該先導波路４２内を伝播
する導波光の光路内を反対方向に進行して半導体レーザ
アレイ５５に帰還される。

この場合、半導体レーザアレイ５５から出射される一対
のレーザ光２１は、光学的には結合されていない。しか
し２光導波路４２内を伝播する各導波光２１°は、前段
の各櫛形電極４４にて発振される表面弾性波により相互
に交差するように屈折されるが。

各導波光２１′　の一部は、該導波光２１・　とは対を
なす他方の導波光２１″の各表面弾性波により屈折され
ることなく直進し、後段の各櫛形電極４７にて発振され
る表面弾性波により屈折された部分とそれぞれ光学的に
結合される。

なお、上記各実施例では、非線形光学効果を有する基板
を、　ＬｉＮｂ０．にて構成したが１例えば、ＺｎＳ＋
Ｚｎ５ｅ等の非線形光学効果を有する半導体材料、　Ｋ
ＴＰ。

ＫＤＰ、　ＺｎＯ，ＢＮＮ、　ＢＯＯ等の非線形光学効
果を有する無機材料、　阿ＮＡ、　ＰＯＭ等の非線形光
学効果を有する有機材料にて構成してもよい。

（発明の効果） 本発明の光波長変換装置は、このように光導波路内にて
交差する導波光の方向を電気信号に基づいて変化させる
光偏向手段を有しているため、各導波光の位相整合条件
を電気信号に基づいてきわめて容易に満足させることが
でき、第２高調波光を容易に発振し得る。また２周囲部
度変化等による第２高調波光の光強度の変化も電気信号
にて容易にかつ迅速に修正できる。

土−皿皿生皿垂笠区皿 第１図〜第４図はそれぞれ本発明の光波長変換装置の一
例を示す概略図、第５図は従来の光波長変換装置の概略
図である。

１１．３１．４１・・・基板、　　１２，３２．４２・
・・光導波路、１３・・・回折格子結合器　１５．１６
・・・電極、２１・・・レーザ光、２１′・・・導波光
、２２・・・第２高調波光、３３・・・回折格子、３４
・・・プリズム、４３・・・導波路レンズ、　　４４．
４７・・・櫛形電極。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非線形光学効果を有する材料にて構成された基板に
   、光導波路が形成されており、該光導波路内を伝播する
   一対の導波光を交差させることにより第２高調波光を発
   生させる光波長変換装置であって。 交差される各導波光の方向を電気信号に基づいて変化さ
   せる光偏向手段を有してなる光波長変換装置。