JPH02254427A - 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、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、光応用計測器等に使用されるレーザ光を
短波長化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） 光デイスク装置やレーザビームプリンタ等の情報処理装
置、あるいは光応用計測器等では、半導体レーザ素子か
ら発せられる集光性および指向性に優れたレーザ光が使
用されている。通常、半導体レーザ素子からの発振され
るレーザー光の波長は、７８０ｎｍｓ　８３０ｎｍ等の
長波長の近赤外光であるが、最近では、情報処理装置に
おける処理情報量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。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装置では、半導体レーザ素子
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、通常、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
、光ディスクに書き込む情報ｊｌ（記録密度）を増大さ
せることができる。レーザビームプリンタでは、レーザ
光の波長が短くなれば、微小画像を形成し得るために記
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。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
光と組み合わせることにより、高速動作可能な、高解像
度のカラープリンタも実現し得る。光応用計測器では、
レーザ光の波長を短（することすることにより、計測精
度の向上が図れる。

近時、ｍ−ｖ族の半導体材料を使用した半導体レーザ素
子では、発振波長が６００ｎｍ台（６８０ｎＩＩ＋）の
レーザ光が得られているが、■−■族の半導体材料では
、それ以上の短波長化は困難である。Ｚｎ５ｅｓＺｎＳ
等のＩＩ−ＶＩ族の半導体材料を用いた半導体レーザ素
子の研究も行われているが、現在では、ｐ−ｎ接合も実
現されていない。このため、緑色、青色等の短波長のレ
ーザ光を発振し得る半導体レーザ素子は、適当な材料が
見あたらないこともあって、実現されていない。このた
め、緑色や青色等の短波長のレーザ光は、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れている
のが現状である。

このような大型のガスレーザを用いることなく、緑色、
青色等の短波長のレーザ光を得るために、固体レーザや
半導体レーザ素子から発振されたし一ザ光の半波長のレ
ーザ光が得られる光波長変換装置が提案されている。該
光波長変換装置は、非線形光学効果を有する結晶による
第２高調波発生（ＳＨＧ）に代表される非線形光学現象
を利用するものであり、入力される基本波の波長のｌ／
２の波長のレーザ光が出力される。

従来の光波長変換装置は、第３図に示すように、ＬｉＮ
ｂＯ３結晶基板３１上にプロトン交換法により平板状の
光導波路３２が形成されている。ＬｉＮｂＯ３結晶基板
３１は、非線形光学定数が大きいために、光導波路３２
内に入射した基本波３３に対してＳＨＧ現象により基本
波の波長の半波長の第２高調波３４を発生する。この第
２高調波３４は基本波３３に対して位相整合する角度θ
で、光導波路３２からＬｉＮｂＯ３結晶基板３１内に放
射され、該基板３１の端面から出射される。

この装置により、発振波長が１．０６μｍのＹＡＧレー
ザを用いて、０．５３μ重の緑色レーザ光の発生が観測
されている。さらに、半導体レーザ素子から発振される
波長０．８４μｍ、光出力８０Ｉ！ｌＷのレーザ光を、
レンズおよびプリズムを含む光学系を用いて、光導波路
の一端面に、４０冒Ｗで結合させることにより、０．４
２μｖｒ　、Ｑ、４ｔｓ’ｌの青色レーザ光がｉｔ！　
１１されている。

また、基本波が複数の発振波長（発振軸モード）を有す
るレーザ光の場合は、和周波（二つの基本波の光周波数
の和）も発生するが、以下、和周波も含めて第２高調波
と表現する。

（発明が解決しようとする課題） このようにして発振される箪２高調波の出力は、入力さ
れる基本波の出力の２乗に比例することが知られている
。従って、前述した光波長変換装置により実用的なＳｍ
Ｗの出力の青色レーザ光を得るには、約１４０ｍＷ出力
の基本波を光導波路３２内に入射させて該光導波路内を
伝播させる必要がある。このためには、光導波路との光
結合効率を考慮すると、約２８０ｍＷの出力の半導体レ
ーザ素子が必要になる。

しかし、現在では高出力半導体レーザ素子の出力は、５
０〜１００ｍＷ程度であり、しかも、光導波路との光結
合効率も低いことから、実用的な５ＩＩｌｖ出力の青色
レーザ光を得ることは容易ではない。

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、比較的低出力の基本波を高効率で第２高調波に変
換することができ、高出力の第２高調波を発生し得る光
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、環状の光導波路が形成されて
おり、該光導波路内の所定領域を伝播する基本波から第
２高調波または和周波が放射されるべく構成されてなり
、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図および第２図に示す
ように、非線形光学効果を有する結晶基板１１上に、環
状の光導波路１２が形成されている。

該結晶基板１１としては、例えば、ＹカットされたＭｇ
ＯドープのＬｉＮｂ０．が使用される。

該光導波路１２は、基板１１の一側部上にその長辺に沿
って直線状に配設された高調波発生部１２ａを有し、該
高調波発生部１２ａの一端面が基板１１の一方の端面１
１ａに連なって、両者が面一になっている。そして、該
端面１１ａから光導波路ｌｚ内に基本波が導入される。

該高調波発生部１２ａの他方の端部は、基板１１の他方
の端面近傍に達しており、該端面近傍部にて半円状の第
１湾曲部１２ｂの一端に連なっている。

該第１湾曲部１２ｂは１８０度よりも若干小さく湾曲し
ており、その他端は前述した高調波発生部１２ａに対し
て小角度で傾斜した状態の直線状の傾斜部１２ｃの一端
に連なっている。基板１１には、該傾斜部１２ｃを挟む
一対の屈折率制御電極１３および１３が配設されている
。そして該傾斜部１２ｃの他端は、前記高調波発生部１
２ａとは平行になった直線状のモニター波発生部１２ｄ
の一端に連なっている。該モニター波発生部１２ｄは高
調波発生部１２ａの略中央部に対向しており、その他端
は第２湾曲部１２ｅの一端に連なっている。該第２湾曲
部１２ｅは、高調波発生部１２ａの端面が位置する基板
１１端面１１ａ側になるに連れて、該高調波発生部１２
ａ側に緩やかに湾曲し、該第２湾曲部１２ｅの他端が高
調波発生部１２ａの基板１１端面１１ａに連なる端部に
連なっており、光導波路１２は高調波発生部１２ａの端
部を除いて環状になっている。

このような光導波路１２は、次のように形成される。ま
ず、Ｙ板ＬｉＮｂＯ３製の結晶基板１１に、モリブデン
またはタンタルを電子ビーム蒸着した後に、レジストを
塗布して、レーザビーム描画法により、前述した光導波
路１２形状にパターニングし、幅２μｍの所定形状の環
状スリットを有する金属マスクを形成する。そして、２
３０°Ｃのリン酸中でプロ！・ン交換処理を行った後に
金属マスクを除去することにより、所定の環状をした光
導波路１２が形成される。

光導波路１２の端面が位置する基板１１の端面１１ａの
側方には、光学系１５が対向して配設されており、レー
ザ光源１４から発振されるレーザ光が、該光学系１５を
介して基板１１における光導波路１２の端面に照射され
る。また、該光学系１５が対向する基板１１の端面１１
ａには、受光器１６が対向して配設されている。該受光
器１６は、光導波路１２におけるモニター波発生部１２
ｄの延長線に対して若干下方に位置している。基板１１
における光学系１５等が対向する端面１１ａとは反対側
の端面１１ｂは、下側になるに連れて順次他方の端面１
１ａ側に接近した傾斜面になっている。

このような構成の光波長変換装置では、レーザ光源１４
から発振されたレーザ光が光学系ＩＳを介して基板１１
の光導波路１２内に基本波として入射される。光導波路
１２内に入射した基本波は、基板■１がＹカットされた
ＬｉＮｂｏ３製であるため、該光導波路１２における高
調波発生部１２ａ内をＴＥモードで伝播する。このとき
、ＬｉＮｂＯ３基板１１の非線形光学定数が最大となる
ｄ３３を利用して高調波発生部１２ａが形成されている
ため、基本波は第２高調波に変換されて基板１１内に放
出される。基板ｌｌ内に放出された第２高調波は、光導
波路１２の高調波発生部１２ａの延設方向に沿って基板
１１内を下方に傾斜して伝播し、第１図および第２図に
矢印Ａで示すように、傾斜した端面１１ｂから出射され
る。このとき、第２高調波が出射される端面１１ｂが、
下方になるに連れてレーザ光が入射される他方の端面１
１ａに接近するように傾斜しているために、基板１１内
を傾斜して伝播する第２高調波は、該端面１１ｂから基
板１１上面と平行に出射される。

光導波路１２における高調波発生部１２ａから第２高調
波に変換されない基本波は、光導波路１２の該高調波発
生部１２ａから第１湾曲部１．２ｂ内に導入され、該第
１湾曲部１２ｂから傾斜部１２ｃ、モニター波発生部１
２ｄ、および第２湾曲部１２ｅを通って、高調波発生部
１２ａ内へ還流される。そして、該高調波発生部１２ａ
内にて、新たに該高調波発生部１２ａ内に入射される基
本波とともに、該高調波発生部１２ａ内を伝播される間
に、一部が第２高調波に変換されて基板１１内に放射さ
れる。このように、光導波路１２の高調波発生部１２ａ
内を伝播される基本波は、新たに入射される基本波と還
流される基本波の両者であるため、その光密度は増大し
、該光導波路１２内に入射される基本波に対しては高効
率で第２高調波に変換されることになる。

光導波路１２の高調波発生部１２ａにて第２高調彼に変
換されない基本波を、該高調波発生部１２ａに還流させ
る光導波路の第１湾曲部１２ｂ１傾斜部１２ｃ、モニタ
ー波発生部１２ｄ１および第２湾曲部１２ｅは、傾斜部
１２ｃを挟んで配設された一対の屈折率制御電極１３か
ら印加される電圧により屈折率が変更され、共振条件が
満足されるように位相調整される。

光導波路１２の高調波発生部１２ａにて第２高調波に変
換されず、再度、高調波発生部１２ａに還流される基本
波は、モニター波発生部１２ｄを伝播する間に、該モニ
ター波発生部１２ｄにおいて第２高調波を、基板１１内
に放出する。該モニター波発生部１２ｄから放射された
第２高調波は、基板１１の端面から受光器１６に向けて
出射される。該受光器１６は、モニター波発生部１２ｄ
から放射される第２高調波の情報を捉えており、該情報
に基づいて、光導波路１２の高調波発生部１２ａから放
射される第２高調波の情報がモニターされる。該モニタ
ー波発生部１２ｄの長さは、該モニター波発生部１２ｄ
から放射される第２高調波により、高調波発生部１２ａ
から放射される第２高調波の変換効率を低下させないよ
うに、できるだけ短くすることが好ましい。

本発明の光波長変換装置では、レーザー光源１４として
、出力４０１ｍＷの半導体レーザ素子を用い、光導波路
１２における高調波発生部１２ａの長さを５閣としたと
ころ、５ＩＩＩＷの出力の第２高調波が得られた。

なお、上記実施例では、ＹカットされたＭｇＯドープの
ＬｉＮｂＯ３結晶基板１１上にプロトン交換法により形
成された光導波路１２を用いたが、これに限るものでは
なく、例えば、ＹカットのＬｉＮｂ０．基板に、安息香
酸リチウムを含有する安息香酸によるプロトン交換法に
より形成された光導波路を用いてもよく、また、Ｚカッ
トのＬ　ｉ　ＮｂＯ３基板に形成された光導波路を用い
て、ＴＭモードで基本波を伝播させてもよい。また、環
状導波路は導波路損失が小さ（、高調波発生部に基本波
が還流される構成であれば任意の形状とされる。さらに
、基板としては、ＫＴＰ　（チタノリン酸カリウム）　
、ＬｔＴａ０３、有機非線形光学材料等も使用し得る。

基本波も半導体レーザ素子から発振される半導体レーザ
光に限らず、ＹＡＧレーザ等の固体レーザから発振され
るレーザ光であってもよい。半導体レーザ素子から発振
されるレーザ光の波長も何ら限定されるものではない。

基本波は、導波路の端面から入射させる構成に限らず、
グレーティング光結合器等を用いて光導波路内に入射さ
せてもよい。

（発明の効果） 本発明の光波長変換装置は、このように、環状の光導波
路を有しているために、該光導波路内を伝播する間に第
２高調波に変換されない基本波は、第２高調波に変換さ
れるべく還流されるため、光導波路内に入射される基本
波に対して高効率で基本波を第２高調波に変換し得て、
高出力の第２高調波を発生させることができる。

４、　　　　の　　　な！　日 第１図は本発明の光波長変換装置の平面図、第２図はそ
の側面図、第３図は従来の光波長変換装置の斜視図であ
る。

１１・・・基板、１２・・・光導波路、１３・・・屈折
率制御電極、１４・・・レーザ光源、１５・・・光学系
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、非線形光学効果を有する材料にて構成された基板に
   、環状の光導波路が形成されており、該光導波路内の所
   定領域を伝播する基本波から第２高調波または和周波光
   が放射されるべく構成された光波長変換装置。