JPH0227326A - 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ー光を用いて光メモリ装置やレー
ザープリンタ等に利用される光波長変換装置に関するも
のである。

従来の技術 従来より、非線形光学効果を応用した第二高調波発生（
以下ＳＨＧと略す）により、レーザー光の波長を％に変
換することは（例えば特開昭６１７２２２２号公報等）
知られている。

第４図、第６図、第６図は従来の光波長変換装置を示す
もので、１は非線形光学結晶基板、２は非線形光学結晶
基板１に設けられた光導波路、３は光入射部である。４
ばＳＨＧ素子で非線形光学結晶基板１および光導波路２
よシ構成される。また６は半導体レーザー、６はコリメ
ートレンズ、７はフォーカスレンズであり、半導体レー
ザー６の光ヲコリメートレンズ６、フォーカスレンズ７
により集光した光８をＳＨＧ素子４の光入射部３に導入
すると、光導波路２における非線形光学効果により波長
変換された第二高調波（以下ＳＨ光と略す）９が得られ
る。なお１８は光導波路２を通過した一次光である。

ここでＳＨＨＯ２、いわゆるチェレンコフ放射光と呼ば
れ、第６図に示すような三日月形状の拡散光１ｏとなる
。このＳＨＨＯ２、第６図に示すように導波路２とｙ方
向に角Ａをなして出射し、また！方向に角Ｂの拡がりを
有している。なお三日月光の厚さ方向には、はぼ平行光
となっている。

このような拡散光１ｏのままのＳＨＨＯ２は便いにくい
ため、従来は第７図に示す光束整形手段を付加すること
により、平行光を得ていた。

第７図で１２．１４はシリンドリカル凸レンズ、１３は
シリンドリカル凹レンズである。

以下、その動作について説明する。まず図示しない５）
（Ｇ素子から出たＳＨＨＯ２、シリンドリカル凸レンズ
１２で第７図Ｘ方向の拡がりをコリメートし、光束１６
となる。次にシリンドリカル凹レンズ１３により、三日
月光の厚さ方向を拡大してＹ方向の拡散光束１６を得る
。次にシリンドリカル凸レンズ１４により、Ｙ方向の拡
がりをコリメートして、平行光１７を得る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、シリンドリカル
レンズを３枚必要とすることやシリンドリカル凸レンズ
１２．１４で平行光を得ようとすると、それぞれの焦点
距離を調節する必要がある。

さらに１記構成は、本来、点光源の場合に有効で、チェ
レンコフ放射光のような導波路の長さが光源となってい
るような線状光源に対しては、近似的にしか有効でない
という課題を有していた。

本発明は上記課題に鑑み、導波路型ＳＨＧ素子により得
られるチェレンコフ放射光を、より平行性の優れた平行
光にし、かつ従来よシもコンパクトで低価格な光束整形
手段を備えた光波長変換装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 ト記目的を達成するため、本発明の光波長変換装置は、
半導体レーザーチップと、光導波路型ＳＨＧ素子と、中
心軸に平行な平面で切断された円錐状レンズとを上記順
序で同一基板上に直線的に配列し、半導体レーザーチッ
プと光導波路の入射端を近接して配置したという構成を
備えたものである。

作　　用 本発明は上記した構成によって、まず、半導体レーザー
チップと光導波路の入射端とを近接して設けることによ
シ、レンズ等の集光手段が不要となるとともに、円錐状
のレンズを用いることによって三日月状のチェレンコフ
放射光をリング状の平行光として取り出すことができる
。

実施例 本発明の一実施について説明する前にまず本発明の動作
原理について図面を参照しながら説明する。第２図、第
３図に於いて、９は三日月形のＳＨ光、２１は円錐状レ
ンズであって、ＳＨＨＯ２円錐状レンズ２１の回転対称
軸は一致させである。以上のように構成された光束整形
手段について、その動作を説明する。

まず第２図は第３図のＹＺ断面を示すものであって、三
日月形のＳＨＨＯ２円錐状レンズ２１中を屈折し乍ら通
過する様子を示している。第２図に於いて、角度αはチ
ェレンコフ放射角であシ、チェレンコフ放射のメカニズ
ムにより決まる定数である。角度βは円錐状レンズ２１
の底面に入射するチェレンコフ放射光９の入射角、角度
γはこれに対応する出射角、角度δは円錐状レンズ２１
の側面への入射角、角度εはこれに対応する出射角、角
度ζは円錐状レンズ２１の側面で屈折したチェレンコフ
放射光と側面とのなす角、そして角度ηは円錐状レンズ
２１の頂角の半角である。

チェレンコフ放射光の伝わる媒質を空気中でその屈折率
を１、円錐状レンズ２１の屈折率をｎとすると、第２図
と簡単な幾何の定理と、屈折の法則とから、 α＝β Ｓｔ口β”ｎ５ｌｎγ ｎ　Ｓｌｎδ　＝　Ｓｌｎ　ｔ ε　＋ζ＝爛 これらの式を円錐状レンズ２１から出たＳＨ光１１が、
円錐状レンズ２１の回転対称軸に平行になるという条件
、即ち γ＋δ＝　ε ζ＝ｌ という条件式の下で、αとηについて解くと、となる。

従って、頂角２αのチェレンコフコーンが与えられた時
、（１）式の関係を満たすｎとηが存在すれば、第２図
に於いて、チェレンコフ放射光９はすべて、円錐状レン
ズ２１の回転対称軸に平行となシ、結果、第２図中の図
形を回転対称軸の周りに回転させて得られる第３図の立
体構造に於いても、すべてのチェレンコフ放射光は回転
対称軸に平行、即ち平行光となる。ｎとηの例としては
、我々の実験の場合、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３
）基板表面に形成した導波路に波長８６０　ｎｍのレー
ザー光を入射させた場合、αとして、６３°の放射角と
なる。この時、例えば硝材ＬａＫ　１４（ｎ＝１．７１
６ａｔ波長＝４３０ｎｍ）を用いるとη＝３３°が得ら
れる。さて、ここで得られた平行光はリング状の平行光
であるので、従来例のように、光束径を拡大・縮小する
には、球面凹凸レンズの対を共焦点位置にセットして、
その光軸を第３図の円錐状レンズ２１の回転対称軸に一
致させれば良い。

以上のように本発明によれば、チェレンコフコーンの頂
角と硝材の屈折率より決まる頂角をもつ円錐状レンズの
回転対称軸をチェレンコフコーンの回転対称軸に一致さ
せて設けることにより、チェレンコフ放射光を平行光化
することができる。

以下本発明の一実施例について具体的に光波長変換装置
について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の光波長変換装置の構成
図を示したものである。

第１図において、２２は半導体レーザーチノフで、２３
はその中に形成された活性層、２４は非線形光学結晶基
板で、２５はその中に形成された光導波路、２６は中心
軸に平行な平面２７で切断された円錐状レンズ、２８は
これらを一体的に構成、固着するだめの表面が平滑な基
板で、実施例ではセラミックを使用した。２９ばＳＨＧ
素子で、非線形光学結晶基板２４と光導波路２５とから
なる。３ｏはＳＨＧ素子２９から出射するＳＨ光、３１
は円錐状レンズ２６を通過して平行光となったＳＨ光で
ある。３２はＰｉＮフォトダイオ〜ド、３３はパッケー
ジで、内部空間に窒素ガスを封入しである。なお３４は
ＳＨ光３１のみを通過させる色フィルターである。

以下、その動作について説明する。

半導体レーザーチップ２２は活性層２３からレーザー光
を発する。基板２８からの高さが活性層２３と同じ高さ
に形成されたＳＨＧ素子２９の光導波路２６の入射端を
数μｍの間隔でアライメントする。ＳＨＧ素子２９から
出たＳＨ光３Ｑは、円錐状レンズ２６でＳＨＧ素子に平
行な平行光３１となって色フイルタ−３４からパッケー
ジ３３の外部に取り出される。またＰｉＮフォトダイオ
ード３２は、半導体レーザーチップ２２の出射面と反対
側からのレーザー光を受光して、半導体レーザー光を制
御するためのモニターである。

なお、ＰｉＮフォトダイオードは半導体レーザーを定電
流駆動する場合には不要であり必らずしも必要というわ
けではない。又１色フィルターについても１次光も利用
する場合には必らずしも必要というわけではない。又、
以上の説明では平行光を得ることを目的として説明した
が、チェレンコフ放射光が通過する回転対称面とチェレ
ンコフ放射光のなす角を変化させることによって、チェ
レンコフ放射光を収束又は拡散させることも可能である
。また本実施例では、導波路２５は光学結晶基板２４の
表面に形成されるとしたが、内部にあっても構わない。

その場合、光束整形部２６は半円錐状ではなく、円錐状
になる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、半導体レーザチ、ブと導
波路型ＳＨＧ素子とを近接して設けることにより、従来
は集光レンズ等によって、レザー光を絞って光導波路に
導入していたものを、レンズを用いることなく、直接光
導波路に導入することができ、著るしい小型化、低価格
化が実現できる。

また円錐状レンズを用いることによって、従来は、３個
のシリンドリカルレンズを必要としていたものが、１個
で光束を平行化もしくは収束、拡散できるようになシこ
の面からも小型化（従来の几）、低価格化が実現できる
。

さらに半導体レーザーチップ、ＳＨＧ素子９円錐状レン
ズを一枚の基板上に固着した方式であるため、温度変化
や、振動に対しても、光軸のズレ等が生じに＜＜、耐環
境信頼性が向上する。

さらに光軸調整についても、同一基板上にすべての部品
を配列するために、従来のような３次元の調整でなく、
２次元の調整で済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光波長変換装置の実施例を示す構成図
、第２図、第３図は円錐状レンズの作用を説明する説明
図、第４図は従来例の光波長変換装置の構成図、第６図
は導波路型ＳＨＧ素子の断面図、第６図は導波路型ＳＨ
Ｇ素子からのＳＨ光の形状の説明図、第７図は従来の平
行光を得るための構成図である。 ２２・・・・・・半導体レーザーチップ、２４・・・・
・・非線形光学結晶基板、２６・・・・・・光導波路、
２６・・・・・・円錐状レンズ、２８・・・・・・基板
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光波長変換素子に設けられた光導波路の入射端に近接し
   て配置された半導体レーザーチップと、前記光導波路の
   出射端に光導波路と同軸に配置された、中心軸と平行な
   平面で切断された円錐状レンズとを有するとともにこれ
   らを同一基板上に設けてなる光波長変換装置。