JPH0414024A - Secondary higher harmonic generation device - Google Patents

Secondary higher harmonic generation device

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JPH0414024A
JPH0414024A JP11825190A JP11825190A JPH0414024A JP H0414024 A JPH0414024 A JP H0414024A JP 11825190 A JP11825190 A JP 11825190A JP 11825190 A JP11825190 A JP 11825190A JP H0414024 A JPH0414024 A JP H0414024A
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harmonic
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エドモンド・ワラック
Toshiya Yokogawa
俊哉 横川
Tadashi Narisawa
成沢 忠
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Abstract

PURPOSE:To provide one component with plural functions and to obtain the small-sized, highly reliable device by providing multi-layered laminate reflecting mirrors which constitute Fabri-P'erot resonator across a secondary higher harmonic generating material layer. CONSTITUTION:The semiconductor multi-layered laminate reflecting mirror 30 and dielectric multi-layered laminate reflecting layer 50 whcih constitute the Fabri-P'erot resonator to primary light are provided across the secondary higher harmonic generating material layer 40. The primary light is made incident on the secondary higher harmonic generating material layer 40 to generate a secondary higher harmonic. At this time, the primary light in to increase the light intensity, and the generation efficiency of the secondary higher harmonic in the secondary higher harmonic generating material layer 40 is increased to increase the light intensity. Therefore, one component has a resonating function to the primary light and a secondary higher harmonic generating function and the need for assembly adjusting operation is eliminated to obtain the small- sized, inexpensive device.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 光ディスク・メモリは、現在、データ配憶の方法に革命
を起こしつつある。それは、罪常に多くの情報を4zイ
ンチの光ディスクに保管し、読み出すことができるから
である。現在の光ディスクの応用は、コンパクト・ディ
スク・プレイヤやコンピュータに使用するディジタル情
報の保管にまで及んでいる。この発明は、上記した光デ
ィスク・メモリや、さらにレーザー・プリンタ、ホログ
ラフィ、レーザー・メス、光計測などに光源として用い
ることができる2次高調波発生デバイスに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) Optical disk memory is currently revolutionizing the way data is stored. Current applications of optical discs extend to the storage of digital information used in compact disc players and computers. This invention relates to a second harmonic generation device that can be used as a light source for holography, laser scalpel, optical measurement, etc.

〔従 来 の 技 術〕[Traditional techniques]

現在使用できる最も安価なレーザー素子はGaAsレー
ザー・ダイオードである。このような半導体レーザー素
子は、材料系A lz G a l−X A Sのエビ
タキンヤル層の組み合せを適当に選んだり、素子の動作
温度を適当に選ぶことにより、レーザの発振波長を調節
することができる。これまでに得られている波長領域は
780〜840nmである。
The cheapest laser element currently available is the GaAs laser diode. In such a semiconductor laser device, the oscillation wavelength of the laser can be adjusted by appropriately selecting the combination of the Evita core layer of the material system AlzGal-XAS and by appropriately selecting the operating temperature of the device. can. The wavelength range obtained so far is 780 to 840 nm.

レーザー出力は、日々高まっており、今現在で100m
Wのオーダーである。
Laser output is increasing day by day, and currently 100m
This is W's order.

レーザー・ダイオードの出力光の周波数てい倍を利用し
て半分の波長を持つ光を得ることができる。これを使え
ば、最小スポット径をさらに小さくでき、光ディスク・
メモリの容量を大きくできると考えられる。
By multiplying the frequency of the output light from a laser diode, it is possible to obtain light with half the wavelength. By using this, you can further reduce the minimum spot diameter and
It is thought that the memory capacity can be increased.

現在の周波数てい倍の方法では、光学的に非線形な結晶
を用いる。そのような非線形結晶は、適当な条件の下で
、また適当な方向から光を入射させたときに、入射光の
強度に応した2次高調波光やさらに3次以上の高次の高
調波光を発生する。
Current frequency multiplication methods use optically nonlinear crystals. Such a nonlinear crystal emits second-order harmonic light and third-order or higher harmonic light according to the intensity of the incident light under appropriate conditions and when light is incident from an appropriate direction. Occur.

ここで、2次高調波の強度はRXLに比例する。ただし
、■は入射1次光の強度であり、Lは1次光の位相と2
次高調波光の位相がπ/2ラジアンの範囲内で整合して
いる結晶の長さである。
Here, the intensity of the second harmonic is proportional to RXL. However, ■ is the intensity of the incident primary light, and L is the phase of the primary light and the
This is the length of the crystal in which the phase of harmonic light is matched within the range of π/2 radians.

したがって、2次高調波光の強度を高めるためには、1
次光の強度か位相整合長のどちらかを増加させなければ
ならない。
Therefore, in order to increase the intensity of the second harmonic light, 1
Either the intensity of the secondary light or the phase matching length must be increased.

最近、種々の方法で位相整合長を長くする試みがなされ
ている。ひとつは非線形基板に作りつけた光導波路を用
いる方法である。この方法では、導波モードと非線形基
板中で発生した2次高調波の放射モードとの間で位相整
合が図られる9この、いわゆるチェレンコフ法では、1
次光源にレーザー・ダイオードを用いて、最高1mWま
での連続光(CW)出力が得られている。
Recently, attempts have been made to increase the phase matching length using various methods. One method is to use an optical waveguide built into a nonlinear substrate. In this method, phase matching is achieved between the waveguide mode and the radiation mode of the second harmonic generated in the nonlinear substrate.9 In this so-called Cerenkov method, 1
Using a laser diode as the secondary light source, continuous light (CW) output up to 1 mW has been obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

光ディスクの記憶容量は、現在のところ、レーザー・ビ
ームの分解能で制限されている。そして、この分解能を
制限しているのはレーザー光線の波長である。現在市販
されている最も安いレーザー素子はG a A s /
 A I G a A sレーザー・ダイオードである
が、これらのレーザー素子の波長領域は780〜860
nmであるから、得られるビームの最小スポット径はこ
の波長の係数倍にしかならない。
The storage capacity of optical disks is currently limited by the resolution of the laser beam. What limits this resolution is the wavelength of the laser beam. The cheapest laser element currently on the market is GaAs/
AIGaAs laser diodes, the wavelength range of these laser elements is from 780 to 860
nm, the minimum spot diameter of the beam obtained is only a factor times this wavelength.

これに対し、400nm領域の波長すなわち青色領域で
発振する安価なレーザー素子を作ることができれば、記
憶容量を4倍に高めることができる。
On the other hand, if an inexpensive laser element that oscillates at a wavelength in the 400 nm region, that is, in the blue region, could be made, the storage capacity could be increased four times.

しかしながら、レーザー素子そのものを青色領域で発振
させることは困難であり、非線形結晶からなる2次高調
波発生物質を利用して、400 n m iJ域の波長
すなわち青色領域の光を2次高調波光として得るように
している。
However, it is difficult to make the laser element itself oscillate in the blue region, and by using a second harmonic generating material made of a nonlinear crystal, it is possible to generate a wavelength of 400 nm iJ, that is, light in the blue region, as second harmonic light. I'm trying to get it.

現在開発されている2次高調波発生デバイスでは、前記
したようにチェレンコフ法を用い、長い位相整合長で大
きな出力を得ようとしている。
Currently developed second-order harmonic generation devices use the Cerenkov method as described above and are attempting to obtain a large output with a long phase matching length.

しかし、この方法では、1次レーザー光を微細な光導波
路に集光しなければならないので、いくつもの部品を正
確に調整して組み立てる必要があり、また、この2次高
調波発生デバイスからなる光源からの出力は発散性であ
るので、出力を収束させるレンズも必要である。これら
の結果、このタイプは、大型化するとともに信転性が低
く、さらにかなり高価となる。
However, with this method, the primary laser beam must be focused onto a fine optical waveguide, so it is necessary to accurately adjust and assemble a number of parts, and the light source is made up of this second harmonic generation device. Since the output from the sensor is diverging, a lens is also required to converge the output. As a result, this type is large, has low reliability, and is considerably expensive.

他の方法では、KTPと呼ばれる結晶(KTiOPO4
)のように、非線形で複屈折性を持つ結晶を用いる。し
かし、このような結晶はきわめて高価であり、しかも、
位相を整合させるためには厳密に結晶方位を選ばなけれ
ばならない。また、この方法で2次高調波を得るために
は強い1次光が必要である。その結果、この方法もかな
り高価となるのは避けられない。
Another method uses crystals called KTP (KTiOPO4
), a nonlinear and birefringent crystal is used. However, such crystals are extremely expensive;
In order to match the phase, the crystal orientation must be precisely selected. Furthermore, in order to obtain second harmonics with this method, strong first order light is required. As a result, this method is also inevitably quite expensive.

この発明の目的は、小型化できるとともに信転性を高め
ることができ、しかも1次光の共鳴条件に藺草に同期さ
せることができ、さらに安価な2次高調波発生デバイス
を提供することである。
An object of the present invention is to provide a secondary harmonic generation device that can be miniaturized, has high reliability, can be synchronized to the resonance conditions of primary light, and is inexpensive. .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

請求項(1)記載の2次高調波発生デバイスは、2次高
調波発生物質層と、前記2次高調波発生物質層を挟んだ
状態に積層されて1次光に対してファブリ ペロー共振
器を構成する複数の多層積層反射鏡とを備えている。
The second harmonic generation device according to claim (1) includes a second harmonic generation material layer and a Fabry-Perot resonator for primary light, which is stacked with the second harmonic generation material layer sandwiched therebetween. and a plurality of multilayer laminated reflecting mirrors.

請求項(2)記載の2次高調波発生デバイスは、1次光
を発生する半導体レーザを構成する化合物半導体多層積
層構造と、前記化合物半導体多層積層構造に積層されて
前記半導体レーザからの1次光が入射する2次高調波発
生物質層と、少なくとも前記2次高調波発生物質層を挟
んだ状態に積層されて1次光に対してファブリ・ベロー
共振器を構成する複数の多層積層反射鏡とを備えている
The second harmonic generation device according to claim (2) includes a compound semiconductor multilayer stacked structure constituting a semiconductor laser that generates the first order light, and a compound semiconductor multilayer stacked structure that is stacked on the compound semiconductor multilayer stack structure to generate the first order light from the semiconductor laser. a second harmonic generation material layer into which light is incident; and a plurality of multilayer laminated reflectors that are laminated with at least the second harmonic generation material layer sandwiched therebetween to form a Fabry-Bello resonator for the first order light. It is equipped with

請求項(3)記載の2次高調波発生デバイスは、2次高
調波発生物質からなる凸条の一面に形成した条溝に前記
2次高調波発生IjfyJ質よりも屈折率が同波長の光
波に対し高い高屈折率物質を埋め込んだ構造を有する光
導波路と、前記光導波路の両端面に積層されて前記1次
光に対してファブリ・ベロー共振器を構成する複数の多
層積層反射鏡とを備えている。
The second harmonic generation device according to claim (3) is characterized in that a groove formed on one surface of the convex strip made of a second harmonic generation material contains a light wave having a refractive index of the same wavelength as that of the second harmonic generation IjfyJ material. an optical waveguide having a structure in which a material with a high refractive index is embedded, and a plurality of multilayer laminated reflecting mirrors laminated on both end surfaces of the optical waveguide to constitute a Fabry-Bello resonator for the primary light. We are prepared.

〔作   用〕[For production]

請求項(11記載の構成によれば、1次光が2次高調波
発生物質層中に入射すると、2次高調波発生物質層が2
次高調波光を発生する。この際、2次高調波発生物質層
中の1次光は、ファブリ・ペロー共振器内で共振して光
強度が高められることになり、2次高調波発生物質層中
での2次高調波発生効率が高められ、発生ずる2次高調
波光の光強度が増大する。
According to the structure described in claim 11, when the first-order light enters the second-order harmonic generation material layer, the second-order harmonic generation material layer
Generates harmonic light. At this time, the first-order light in the second-order harmonic generation material layer resonates within the Fabry-Perot resonator and the light intensity is increased, and the second-order light in the second-order harmonic generation material layer The generation efficiency is increased, and the light intensity of the generated second harmonic light is increased.

請求項(2)記載の構成によれば、化合物半導体多層積
層構造で構成された半導体レーザから1次光が発生し、
1次光が化合物半導体多層積層構造に積層された2次高
調波発生物質層中に1次光が入射すると、2次高調波発
生物質層が2次高調波光を発生する。この際、2次高調
波発住物質層中の1次光は、ファブリ・ペロー共振器内
で共振して光強度が高められることになり、2次高調波
発生物質層中での2次高調波発生効率が高められ、発生
する2次高調波光の光強度が増大する。
According to the configuration described in claim (2), primary light is generated from a semiconductor laser configured with a compound semiconductor multilayer stacked structure,
When the first-order light enters a second-order harmonic generation material layer laminated in a compound semiconductor multilayer structure, the second-order harmonic generation material layer generates second-order harmonic light. At this time, the first-order light in the second-order harmonic generation material layer resonates within the Fabry-Perot resonator and the light intensity is increased, and the second-order light in the second-order harmonic generation material layer resonates within the Fabry-Perot resonator. The wave generation efficiency is increased, and the light intensity of the generated second harmonic light is increased.

請求項(3)記載の構成によれば、2次高調波発生物質
からなる凸条の一面に形成した条溝に前記2次高調波発
生物質よりも屈折率が同波長の光波に対し高い高屈折率
物質を埋め込んだ構造を有する光導波路において、高屈
折率物質の部分に1次光が入射すると、1次光が高屈折
率物質中を通り、この1次光に基づいて2次高調波発生
物質から2次高調波光が発生する。この際、高い屈折率
物質中の1次光は、ファブリ・ペロー共振器内で共振し
て光強度が高められることになり、2次高調波発生物質
中での2次高調波発生効率が高められ、発生する2次高
調波光の光強度が増大する。
According to the configuration described in claim (3), the groove formed on one surface of the convex strip made of the second harmonic generating material has a refractive index higher than that of the second harmonic generating material for light waves of the same wavelength. In an optical waveguide that has a structure in which a refractive index material is embedded, when first-order light enters a portion of the high-refractive-index material, the first-order light passes through the high-refractive-index material and generates second harmonics based on this first-order light. Second harmonic light is generated from the generating substance. At this time, the first-order light in the high refractive index material resonates within the Fabry-Perot resonator, increasing the light intensity, and increasing the second-order harmonic generation efficiency in the second-order harmonic generation material. The light intensity of the generated second harmonic light increases.

上記各請求項(1)記載の構成によって、下記のような
2種の大きな利点が得られる。
The configurations described in each of the above claims (1) provide the following two major advantages.

■a 1次光に対してファブリ・ベロー共振器を構成す
る複数の反射鏡と2次高調波発生物質(非線形物質)と
を個別に作成してそれらを一体的に組み合わせる代わり
に、少なくとも2次高調波発生@IJ質層を挟んだ状態
にファブリ・ベロー共振器を構成する複数の多層積層反
射鏡を積層したので、一つの部品で1次光に対するファ
ブリ・ベロー共振器の機能と2次高調波発生の機能を持
たせることができ、組立作業や調整作業が不要であり、
小形で信頼性の高い2次高調波発生デバイスを実現でき
る。
■a Instead of separately creating a plurality of reflecting mirrors and a second-order harmonic generating material (nonlinear material) that constitute a Fabry-Bello resonator for the first-order light and combining them integrally, at least the second-order Harmonic generation @IJ Since multiple multilayer laminated reflectors that make up the Fabry-Bello resonator are stacked with the IJ quality layer sandwiched between them, one component can function as a Fabry-Bello resonator for first-order light and for second-order harmonics. It can be equipped with a wave generation function, and requires no assembly or adjustment work.
A small and highly reliable second harmonic generation device can be realized.

■b ファブリ・ベロー共振器の共振器長を小さくとれ
るため、ファブリ・ベロー共振器の共鳴ピークのモード
間隔(自由スペクトル領域)を太きくとることかできる
。また、分解能(共鳴輻)を十分大きくとれるので、1
次入射のレーザー光(1次光)の波長は、動作温度を調
節することによって、薄情に共鳴条件に同期させること
ができる。
(b) Since the resonator length of the Fabry-Bello resonator can be made small, the mode spacing (free spectral region) of the resonance peak of the Fabry-Bello resonator can be made wide. In addition, since the resolution (resonant radiation) can be sufficiently large, 1
The wavelength of the next incident laser light (primary light) can be conveniently synchronized to the resonance conditions by adjusting the operating temperature.

また、上記各請求項で2)記載の構成によって、下記の
ような2種の大きな利点が得ら相る。
Further, the configuration described in 2) in each of the above claims provides the following two major advantages.

■a 1次光を発生する半導体レーザと1次光に対して
ファブリ・ベロー共振器を構成する複数の反射鏡と2次
高調波発生物質(非線形物質)とを個別に作成してそれ
らを一体的に組み合わせる代わりに、半導体レーザを構
成する化合物半導体多層積層構造と2次高調波発it#
yJ質層とを積層するとともに、少なくとも2次高調波
発生物質層を挟んだ状態にファブリ・ベロー共振器を構
成する複数の多層積層反射鏡を積層したので、一つの部
品で1次光を発生する機能と1次光に対するファブリ・
ベロー共振器の機能と2次高調波発生の機能を持たせる
ことができ、組立作業や調整作業が不要であり、小形で
信頼性の高い2次高調波発往デバイスを実現できる。
■a A semiconductor laser that generates the first-order light, multiple reflecting mirrors that constitute a Fabry-Bello resonator for the first-order light, and a second-order harmonic generating material (nonlinear material) are created individually and then integrated. Instead of combining the compound semiconductor multilayer structure that constitutes the semiconductor laser and the second harmonic emission it#
In addition to laminating the yJ material layer, multiple multilayer laminated reflectors constituting the Fabry-Bello resonator are laminated with at least a second harmonic generation material layer sandwiched between them, so a single component generates primary light. Fabry function and primary light
It is possible to provide a bellows resonator function and a second harmonic generation function, and there is no need for assembly or adjustment work, making it possible to realize a small and highly reliable second harmonic generation device.

■b ファブリ・ペロー共振器の共振器長を小さくとれ
るため、ファブリ・ペロー共振器の共鳴ピークのモード
間晒(自由スペクトル領域)を大きくとることができる
。また、分解能(共鳴幅)を十分大きくとれるので、1
次入射のレーザー光(1次光)の波長は、動作温度を調
節することによって、藺草に共鳴条件に同期させること
ができる。
(b) Since the resonator length of the Fabry-Perot resonator can be made small, the inter-mode exposure (free spectral range) of the resonance peak of the Fabry-Perot resonator can be made large. In addition, since the resolution (resonance width) can be sufficiently large, 1
The wavelength of the next incident laser light (primary light) can be synchronized to the resonant conditions of the rush by adjusting the operating temperature.

また、上記各請求項(3)記載の構成による利点は請求
項(11の同様である。
Further, the advantages of the configurations described in each of the above claims (3) are the same as those of claim (11).

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、図面を参照しながら、上記のファブリ・ペロー共
振器を備えたモノリシックタイプの2次高調波発生デバ
イスについて、3種の実施例を説明する。
Hereinafter, three types of embodiments of the monolithic type second harmonic generation device including the above-mentioned Fabry-Perot resonator will be described with reference to the drawings.

実施例1は、2次高調波発生物質層を1次光に対してフ
ァブリ・ペロー共振器を構成する2枚の誘電体多層積層
反射鏡(波長選択反射鏡)で挾んだ構造を示すものであ
る。この実施例Iでは、外部のレーザー・ダイオードを
励起a(1次光源)として用いており、透過モードおよ
び反射モートのいずれでも、2次高調波光を発生するこ
とができる。
Example 1 shows a structure in which a second-order harmonic generating material layer is sandwiched between two dielectric multilayer laminated reflectors (wavelength selective reflectors) that constitute a Fabry-Perot resonator for first-order light. It is. In this embodiment I, an external laser diode is used as the excitation a (primary light source) and can generate second harmonic light in both transmission mode and reflection mode.

この実施例1は、他の実施例にも用いる一般的な構成を
示すものである。
This first embodiment shows a general configuration that is also used in other embodiments.

実施例2は、上記実施例1の構成と表面放射型レーザー
とをモノリシ、りに組み合わせた構成を示し、半導体青
色レーザー光源を提供するものである。
Example 2 shows a configuration in which the configuration of Example 1 and a surface-emitting laser are monolithically combined to provide a semiconductor blue laser light source.

実施例3は、ファブリ・ペロー共振器の構造を光導波路
に適用して1次入射光の強度を強める構成を示すもので
ある。
Example 3 shows a configuration in which the Fabry-Perot resonator structure is applied to an optical waveguide to increase the intensity of primary incident light.

大範側」一 実施例1を第1図ないし第3図に基づいて説明する。Big side” 1 Embodiment 1 will be explained based on FIGS. 1 to 3.

この実施例は、請求項(11に対応し、第1図ta+に
示すように、適当な基板10上にバッファ層20を積層
した後、半導体多層積層反射鏡(λ/4波長選択反射鏡
)30と、光学的な非線形物質からなる2次高調波発生
物質層40と、誘電体多層積層反射鏡(λ/4波長選択
反射鏡)50とを順次成長させることで、2次高調波発
生物質層40を挟んだ状態に半導体多層積層反射鏡30
および誘電体多層積層反射鏡50を積層し、外部から1
次光を2次高調波発生物質層40に入射さセる構成で、
半導体多層積層反射鏡30および誘電体多層積層反射鏡
50は外部から2次高調波発生物質層40に入射する1
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成し2ている
This embodiment corresponds to claim 11, and as shown in FIG. 30, a second harmonic generation material layer 40 made of an optical nonlinear material, and a dielectric multilayer laminated reflector (λ/4 wavelength selective reflector) 50 are sequentially grown. Semiconductor multilayer laminated reflector 30 with layer 40 sandwiched therebetween.
and a dielectric multilayer laminated reflector 50, and one
A configuration in which the second-order light is incident on the second-order harmonic generating material layer 40,
The semiconductor multi-layer laminated reflector 30 and the dielectric multi-layer laminated reflector 50 are exposed to 1 which is incident on the second harmonic generation material layer 40 from the outside.
A Fabry-Perot resonator is constructed for the following light.

基板10例の半導体多層積層反射鏡30は、バッファ層
20の上に、真空中の波長λにおける屈折率がnAで厚
さがλ/4n、の低屈折率層31を積層し、その上に真
空中の波長λにおける屈折率がnG (nG>nA)で
厚さがλ/4n6の高屈折率層32を積層し、以下屈折
率がnAで厚さがλ/4nAの低屈折率層31と屈折率
が06で厚さがλ/4n、の高屈折率層32とを交互に
積層し、最後に屈折率がn、で厚さがλ/4n6の高屈
折率層32を積層している。
The semiconductor multilayer laminated reflector 30 of the ten substrates has a low refractive index layer 31 having a refractive index of nA at a wavelength λ in vacuum and a thickness of λ/4n laminated on the buffer layer 20, A high refractive index layer 32 with a refractive index of nG (nG>nA) at a wavelength λ in vacuum and a thickness of λ/4n6 is laminated, and a low refractive index layer 31 with a refractive index of nA and a thickness of λ/4nA is laminated. and high refractive index layers 32 with a refractive index of 06 and a thickness of λ/4n are laminated alternately, and finally a high refractive index layer 32 with a refractive index of n and a thickness of λ/4n6 is laminated. There is.

2次高調波発生物質層40としては、ロー■族系化合物
半導体またはその他の化合物半導体のなかで、光学的に
非線形な特性を有するもの、例えばK T i OP 
03等が用いられる。この2次高調波発生物質層40の
波長λにおける屈折率はnsで、厚さはコヒーレント長
2nλ/ 4 n s  (n ハ整数〕である。なお
、その上に積層される誘電体多層積層反射鏡50の屈折
率によっては、厚さが(2n+1)  λ/4n、とす
る場合がある。
The second harmonic generation material layer 40 is made of a material having optically non-linear characteristics among the Rho group compound semiconductors or other compound semiconductors, such as K Ti OP.
03 etc. are used. The refractive index at the wavelength λ of this second harmonic generation material layer 40 is ns, and the thickness is the coherent length 2nλ/4ns (n is an integer). Depending on the refractive index of the mirror 50, the thickness may be (2n+1) λ/4n.

基板10と反対側の誘電体多層積層反射鏡50は、波長
λにおける屈折率がn、で厚さが2/4nHの高屈折率
層51と、波長λにおける屈折率がnLで厚さがλ/4
n、の低屈折率層52とが交互に交互に積層された構造
であり、2次高調波発生物質層40の直上層は、n、>
nsのときは屈折率がn、で厚さがλ/4n、の高屈折
率層5】となり、nH<n、のときは屈折率がnl−で
厚さがλ/ 4 n tの低屈折率層52となる。
The dielectric multilayer laminated reflector 50 on the opposite side of the substrate 10 includes a high refractive index layer 51 with a refractive index of n at wavelength λ and a thickness of 2/4 nH, and a high refractive index layer 51 with a refractive index of nL at wavelength λ and a thickness of λ. /4
It has a structure in which low refractive index layers 52 of n, are alternately stacked, and the layer immediately above the second harmonic generating material layer 40 is of
When ns, it becomes a high refractive index layer with a refractive index of n and a thickness of λ/4n, and when nH<n, it becomes a low refractive index layer with a refractive index of nl- and a thickness of λ/4nt. This becomes the index layer 52.

上記の2次高調波発生デバイスにおける結晶の層構造の
具体例を説明する。この発明は、この例だけに限定され
るものではないが、現在の結晶成長技術で実現できる一
つの応用例として示している。基板10としては、例え
ばGaAsを用いているが、これはこの基板]0上の■
−v族結高結晶ピクキンー技術がよく確立されているか
らである。バッファ層20としては、基板10と同しG
aAsを積層している。また、半導体多層積層反射鏡3
0では、低屈折率層31としては例えばAlAs層を用
い、高屈折率層32としては例えばA AXG a I
−X A s層(具体例としては、Al1o、:+G 
a O’、7 A 5層)を用いている。この層は、目
的によって、ZnS、Zn5e、またはその混晶である
ZnSSe、あるいは、Z n S / Z n S 
e超格子などで構成される場合もある。
A specific example of the crystal layer structure in the above second harmonic generation device will be explained. Although the invention is not limited to this example, it is presented as an example of an application that can be realized with current crystal growth techniques. For example, GaAs is used as the substrate 10;
This is because the V group high crystalline pickling technology is well established. The buffer layer 20 has the same G as the substrate 10.
AAs is laminated. In addition, the semiconductor multilayer laminated reflective mirror 3
0, an AlAs layer is used as the low refractive index layer 31, and an AlAs layer is used as the high refractive index layer 32, for example.
-X As layer (specific examples include Al1o, :+G
a O', 7 A 5 layers) is used. Depending on the purpose, this layer may be ZnS, Zn5e, ZnSSe which is a mixed crystal thereof, or ZnS/ZnS
It may also be composed of an e superlattice or the like.

誘電体多層積層反射鏡50では、2次高調波光に対して
透明であるという条件で、数多くの誘電体が適用可能で
ある。例えば、SiO□層とZrO2層との組み合せは
一例である。
Many dielectric materials can be used in the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50, provided that they are transparent to second harmonic light. For example, a combination of a SiO□ layer and a ZrO2 layer is one example.

以上のような構造の2次高調波発生デバイスでは、半導
体多層積層反射鏡30および誘電体多層積層反射鏡50
が1次入射光に対するファブリペロ−共振器を構成する
。2次高調波発生デノ\イスに1次光を入射させるレー
ザーの出力波長をファブリ・ベロー共振条件に同期させ
ると、1次入射光の強度は非線形物質である2次高調波
発生物質層40が存在する場所で強まり、その結果とし
て、2次高調波発生効率が高まる。つまり、2次高調波
発生物質層40から高い強度の2次高調波光が発生し、
例えば誘電体多層積層反射鏡50を通して外部へ放射さ
れる。
In the second harmonic generation device having the above structure, the semiconductor multilayer laminated reflector 30 and the dielectric multilayer laminated reflector 50
constitutes a Fabry-Perot resonator for the primary incident light. When the output wavelength of the laser that makes the first-order light incident on the second-order harmonic generation device is synchronized with the Fabry-Bérot resonance condition, the intensity of the first-order incident light will change to the second-order harmonic generation material layer 40, which is a nonlinear material. is strengthened where it exists, and as a result, the second harmonic generation efficiency increases. In other words, high intensity second harmonic light is generated from the second harmonic generation material layer 40,
For example, the light is radiated to the outside through the dielectric multilayer laminated reflector 50.

第1図(b)は第1図(alの2次高調波発生デバイス
における1次光の強度分布を示しており、2次高調波発
生物質層40内で1次光の強度が高く、半導体多層積層
反射鏡30および誘電体多層積層反射鏡50内では1次
光の強度が低くなっていることが判る。
FIG. 1(b) shows the intensity distribution of the first-order light in the second-order harmonic generation device of FIG. It can be seen that the intensity of the primary light is low in the multilayer laminated reflecting mirror 30 and the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 50.

この実施例の2次高調波発生デバイスは、1次光源であ
るレーザとの関係において、ある望みの波長での光の基
板に対する透過率によって、反射型および透過型のいず
れの2次高調波発生デバイスとしても実現可能である。
The second harmonic generation device of this embodiment can be either a reflection type or a transmission type second harmonic generation device depending on the transmittance of light at a certain desired wavelength to the substrate in relation to the laser which is the primary light source. It is also possible to implement it as a device.

第2図は反射型の2次高調波発生デバイスの実施例を示
す。第2図において、61はレーザー・ダイオードから
なり1次光を発生するレーザー光源、62はレンズ、6
3はレンズ、64は第11に示した2次高調波発生デバ
イス、65は1次光を反射するとともに2次高調波光を
透過させるダイ・クロイックミラー(誘電体コートした
鏡)、66はレンズである。
FIG. 2 shows an embodiment of a reflective second harmonic generation device. In FIG. 2, 61 is a laser light source that is composed of a laser diode and generates primary light, 62 is a lens, and 6
3 is a lens, 64 is the second harmonic generation device shown in No. 11, 65 is a dichroic mirror (dielectric coated mirror) that reflects the first order light and transmits the second harmonic light, and 66 is a lens. It is.

以上のような構成において、レーザー光源61から出た
1次光は、レンズ62で平行光にされてダイクロインク
ミラー65に照射され、ダイクロイックミラー65で反
射されレンズ63で絞られて2次高調波発生デバイス6
4に入射する。この結果、2次高調波発生デバイス64
内では、1次光の定在波が立ち、これによって発生した
2次高調波光の一部は基板側へ進行するが、他は反射さ
れて外部へ放射される。2次高調波発生デバイス64か
ら外部へ放射された2次高調波光は、レンズ63で平行
光にされてダイクロイックミラー65に!!q射され、
ダイクロイックミラー65を透過してレンズ66で絞ら
れることになる。一方、2次高調波発生デバイス64か
ら漏れ出た1次光はダイクロイックミラー65で反射さ
れて2次高調波光とは異なる方向に放射され、1次光と
2次高調波光の分離が図られる。
In the above configuration, the primary light emitted from the laser light source 61 is made into parallel light by the lens 62, irradiated onto the dichroic ink mirror 65, reflected by the dichroic mirror 65, and focused by the lens 63 to produce a second harmonic. Generation device 6
4. As a result, the second harmonic generation device 64
Inside, a standing wave of primary light is generated, and part of the secondary harmonic light generated by this propagates toward the substrate, while the rest is reflected and radiated to the outside. The second harmonic light emitted to the outside from the second harmonic generation device 64 is made into parallel light by the lens 63 and then transmitted to the dichroic mirror 65! ! q shot,
The light passes through the dichroic mirror 65 and is focused by the lens 66. On the other hand, the first-order light leaking from the second-order harmonic generation device 64 is reflected by the dichroic mirror 65 and radiated in a direction different from that of the second-order harmonic light, so that the first-order light and the second-order harmonic light are separated.

第3図は透過型の2次高調波発生デバイスの実施例を示
す。第3図において、71はレーザー・ダイオードから
なり1次光を発生するレーザー光源、72はレンズであ
る。73は第1図に示したのと同様の2次高調波発生デ
バイスであり、基板74aとその上に積層したエピタキ
シャル層74bとからなり、エピタキシャル層74bが
半導体多層積層反射鏡、2次高調波発生物質層および誘
電体多層積層反射鏡を構成している。この例では、基板
74aの1次光の透過部分をエツチングにより後ろ側か
ら取り除き、基板74aによる1次光の吸収を減らすよ
うにしているが、1次光の吸収が無視できる場合にはこ
の必要はない。
FIG. 3 shows an embodiment of a transmission type second harmonic generation device. In FIG. 3, 71 is a laser light source that is composed of a laser diode and generates primary light, and 72 is a lens. 73 is a second harmonic generation device similar to that shown in FIG. 1, and is composed of a substrate 74a and an epitaxial layer 74b laminated thereon. It constitutes a generating material layer and a dielectric multilayer laminated reflecting mirror. In this example, the portion of the substrate 74a that transmits the primary light is removed from the rear side by etching to reduce the absorption of the primary light by the substrate 74a, but this is not necessary if the absorption of the primary light can be ignored. There isn't.

75.76は1次光を反射するとともに2次高調波光を
透過させるダイクロイックミラー、77はレンズである
75 and 76 are dichroic mirrors that reflect primary light and transmit secondary harmonic light, and 77 is a lens.

以上のような構成において、レーザー光#71から出た
1次光は、レンズ72で絞られて2次高調波発生デバイ
ス73に入射する。この結果、2次高調波発生デバイス
73内では、第2図の場合と同様に1次光の定在波が立
ち、この1次光によって2次高調波光が前方および後方
に進行してそれぞれ外部へ放射される。この例の場合は
、前方に進行して外部へ放射される2次高調波光を利用
している。2次高調波発生デバイス73から放射された
2次高調波光は、ダイクロイックミラー75を通り、レ
ンズ77で平行光にされてダイクロイックミラー76を
通して放射されることになる。
In the above configuration, the first-order light emitted from the laser light #71 is focused by the lens 72 and enters the second-order harmonic generation device 73. As a result, within the second harmonic generation device 73, a standing wave of the first order light is generated as in the case of FIG. radiated to. In this example, second harmonic light that travels forward and is radiated to the outside is used. The second harmonic light emitted from the second harmonic generation device 73 passes through the dichroic mirror 75, is made into parallel light by the lens 77, and is emitted through the dichroic mirror 76.

一方、2次高調波発生デバイス73から漏れ出た1次光
はダイクロイックミラー75で反射されて2次高調波発
生デバイス73に戻り、またダイクロイックミラー75
を漏れ出た1次光はダイクロイックミラー76で反射さ
れて2次高調波光とは異なる方向に放射されることにな
り、1次光と2次高調波光の分離の完全化が図られる。
On the other hand, the primary light leaking from the second harmonic generation device 73 is reflected by the dichroic mirror 75 and returns to the second harmonic generation device 73.
The leaked primary light is reflected by the dichroic mirror 76 and radiated in a direction different from that of the secondary harmonic light, thereby achieving complete separation of the primary light and the secondary harmonic light.

なお、上記では、2枚のダイクロイックミラー75.7
6を用いているが、これは、1次光と2次高調波光との
分離を良くするためであり、ダイクロイックミラー75
.76のいずれか一方を設けるのみでもよい。
In addition, in the above, two dichroic mirrors 75.7
6 is used, but this is to improve the separation between the first order light and the second harmonic light, and the dichroic mirror 75 is used.
.. Only one of 76 may be provided.

以上に述べたような反射型および透過型の2次高調波発
生デバイスは、通常の導波路型の2次高調波発生デバイ
スに比べて、つぎのような利点を持っている。
The reflection-type and transmission-type second-order harmonic generation devices described above have the following advantages over normal waveguide-type second-order harmonic generation devices.

■ 微細な寸法をもつ光導波路に1次光をアラインする
必要がない。
■ There is no need to align the primary light to an optical waveguide with minute dimensions.

■ 2次高調波発生物質N40は微小空間に存在するだ
けでよいので、コストが安い。
(2) The second harmonic generating substance N40 only needs to exist in a minute space, so the cost is low.

■ 縦型レーザーとの長期間安定な集積化が可能となる
ので、コストは安上がりとなり、部品の数およびサイズ
を削減できる。
■ Since long-term stable integration with vertical lasers is possible, costs are lower and the number and size of parts can be reduced.

特に、第2図に示した反射型のモードでは、適切な層構
造を持った物質層ならば、それ以上のプロセスなしで、
2次高調波発生デバイスとして使える。
In particular, in the reflective mode shown in Figure 2, if the material layer has an appropriate layer structure, it can be used without any further processing.
It can be used as a second harmonic generation device.

友見炎I 実施例2を第4図ないし第7図に基づいて説明する。Tominen I Embodiment 2 will be explained based on FIGS. 4 to 7.

この実施例は、請求項(2)に対応し、第4図に示すよ
うに、1次光を発生する表面放射型の半導体レーザを構
成する化合物半導体多層積層構造88と、化合物半導体
多層積層構造88に積層されて半導体レーザからの1次
光が入射する2次高調波発生物質層83と、少なくとも
2次高調波発生物質1i83を挟んだ状態に積層され1
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成する誘電体
多層積層反射鏡82および半導体多層積層反射鏡85と
を備えており、以上の構成を例えばGaAsからなる基
板81上に形成している。
This embodiment corresponds to claim (2), and as shown in FIG. A second harmonic generation material layer 83 is laminated on the substrate 88 and the first order light from the semiconductor laser is incident thereon;
It is provided with a dielectric multilayer laminated reflecting mirror 82 and a semiconductor multilayer laminated reflecting mirror 85 that constitute a Fabry-Perot resonator for secondary light, and the above structure is formed on a substrate 81 made of, for example, GaAs.

誘電体多層積層反射鏡82は、5ift層とZrQ2層
とを交互に積層した構造で、2次高調波光に対して透明
であり、その厚さ等は第1図に示した誘電体多層積層反
射鏡50と同様である。
The dielectric multilayer laminated reflection mirror 82 has a structure in which 5ift layers and 2 ZrQ layers are alternately laminated, and is transparent to second harmonic light, and its thickness etc. are the dielectric multilayer lamination reflection mirror shown in FIG. It is similar to the mirror 50.

2次高調波発生物質層83は、第1図に示したものと同
様のIt−Vl族化合物半導体からなり、その厚さは例
えば0.5〜1.0 μm程度である。
The second harmonic generating material layer 83 is made of an It-Vl group compound semiconductor similar to that shown in FIG. 1, and has a thickness of, for example, about 0.5 to 1.0 μm.

半導体多層積層反射鏡85は、p−Aeo、IoGao
、qoAS層とp  Aj!o、7oGao、3oAs
層とを交互に積層した半導体積層構造で、その厚さ等は
第1図に示した半導体多層積層反射鏡30と同様である
The semiconductor multilayer laminated reflecting mirror 85 includes p-Aeo, IoGao
, qoAS layer and p Aj! o, 7oGao, 3oAs
It has a semiconductor laminated structure in which layers are alternately laminated, and its thickness etc. are the same as the semiconductor multilayer laminated reflector 30 shown in FIG.

化合物半導体多層積層構造88は、AIC,aASの多
層積層構造もしくはGaAsとAIGaASとの多層積
層構造からなり、−例として、第4図では、n  A 
j! o、 ioG a O,?OA Sエッチスト7
1層88aと、n  ARo、5bGao、aaASク
ラッドN88bと、n−GaAs活性層88cと、pA
 1− o、 33 C+ a o、 6? A 3ク
ラッド層88dとで構成されていて、表面放射型レーザ
ー(、S E L )を構成する。
The compound semiconductor multilayer structure 88 is composed of a multilayer structure of AIC and aAS or a multilayer structure of GaAs and AIGaAS.
j! o, ioG a O,? OA S Etchist 7
1 layer 88a, n ARo, 5b Gao, aaAS cladding N88b, n-GaAs active layer 88c, pA
1- o, 33 C+ ao, 6? A3 cladding layer 88d constitutes a surface emitting laser (SEL).

84は半導体多層積層反射@85の表面に設けたキャッ
プ層で、例えばp” −GaAsからなる。
84 is a cap layer provided on the surface of the semiconductor multilayer reflective layer 85, and is made of, for example, p''-GaAs.

87は埋め込み層で、例えばn−GaAsからなる。8
9はn−GaAsからなるバッファ層である。86aお
よび86bはそれぞれ金属電極である。
87 is a buried layer made of, for example, n-GaAs. 8
9 is a buffer layer made of n-GaAs. 86a and 86b are metal electrodes, respectively.

この実施例では、2次高調波発生物質層83と表面放射
型レーザー(SEL)を構成する化合物半導体多層積層
構造88とを集積化しているので、部品数を減らし、も
って小型で信頬性の高い2次高調波光源を提供すること
ができる。また、この実施例では、フィルタと反射鏡を
構成する誘電体多層積層反射鏡82および半導体多層積
層反射鏡85を集積化しているので、2次高調波発生効
率の倍増を図ることができ、誘電体多層積層反射鏡82
を通して放射される2次高調波光の強度を高めることが
できる。
In this embodiment, the second harmonic generation material layer 83 and the compound semiconductor multilayer stacked structure 88 constituting the surface emitting laser (SEL) are integrated, so the number of parts is reduced and the structure is small and reliable. A high second harmonic light source can be provided. Furthermore, in this embodiment, since the dielectric multilayer laminated reflector 82 and the semiconductor multilayer laminated reflector 85 that constitute the filter and the reflector are integrated, the second harmonic generation efficiency can be doubled, and the dielectric Body multilayer laminated reflector 82
The intensity of the second harmonic light emitted through can be increased.

2次高調波発生効率を高めるために、ファブリ・ベロー
共振器と表面放射型レーザーを集積化するための最も直
接的な方法は、第4図に示したように、半導体レーザー
を構成する化合物半導体多層積層構造88中に■−■化
合物半導体からなる2次高調波発生物質層83を直接埋
め込むことである。このアプローチは、横用他の特許で
すでに提案されている。同一の共振器キャビティを用い
ることによって、1次光の強度は2次高調波発生物質層
83のところで最大になることが確かめられる。このア
プローチは、普通のレーザーに使われる反射鏡よりも高
い反射率を持つ誘電体多層積層反射鏡82および半導体
多層積層反射鏡85を用いることによって、さらに有効
となる。その理由は、今の場合重要なことは1次光のキ
ャビティ内の強度を強めることであって、1次光の出力
パワーを高めることではないからである。誘電体多層積
層反射鏡82は2次高調波光を透過し、1次光を反射す
るから、この方法で2次高調波発生効率を高めることに
は、あらかしめ2次高調波光と1次光が振り分けられる
というメリットがある。
The most direct way to integrate a Fabry-Bello resonator and a surface-emitting laser in order to increase the efficiency of second-order harmonic generation is to integrate the compound semiconductor that makes up the semiconductor laser, as shown in Figure 4. The second harmonic generating material layer 83 made of a compound semiconductor is directly embedded in the multilayer laminated structure 88. This approach has already been proposed in other patents. By using the same resonator cavity, it is confirmed that the intensity of the first order light is maximum at the second harmonic generating material layer 83. This approach becomes even more effective by using the dielectric multilayer laminated reflector 82 and the semiconductor multilayer laminated reflector 85, which have a higher reflectance than reflectors used in ordinary lasers. The reason for this is that what is important in this case is to increase the intensity of the primary light within the cavity, not to increase the output power of the primary light. Since the dielectric multilayer laminated reflector 82 transmits the second harmonic light and reflects the first order light, in order to increase the second harmonic generation efficiency with this method, it is necessary to make sure that the second harmonic light and the first order light are It has the advantage of being distributed.

上記のアプローチは、レーザー・キャビティ中の1次光
の強度によって制限される。したがって、レーザー・キ
ャビティにとって望ましい強度を超えて1次光の強度を
高めることが有効である。
The above approach is limited by the intensity of the primary light in the laser cavity. It is therefore advantageous to increase the intensity of the primary light beyond that desired for the laser cavity.

第5図および第6図には、第1の変形例として、ファプ
リ・ベロー共振器と表面放射型レーザーとを縦型に集積
化することによって、上記の目的を達成できる構造を示
している。
FIGS. 5 and 6 show, as a first modification, a structure in which the above object can be achieved by vertically integrating a Fabry-Bello resonator and a surface-emitting laser.

第5図は概略lであり、第6図は詳細図である。FIG. 5 is a schematic diagram, and FIG. 6 is a detailed diagram.

これらの図において、91はGaAsからなる基板、9
2は5+02層とZrO,層とを交互に積層した構造か
らなる誘電体多層積層反射鏡(ダイク亡イックミラー)
、93は■−■族系化合物半導体からなる2次高調波発
生物質層(高光強度2次高調波発生領域)、94はn 
 A 12 。
In these figures, 91 is a substrate made of GaAs;
2 is a dielectric multilayer laminated reflector (dyke mirror) consisting of a structure in which 5+02 layers and ZrO layers are alternately laminated.
, 93 is a second harmonic generation material layer (high light intensity second harmonic generation region) made of a ■-■ group compound semiconductor, and 94 is n
A12.

Ga6.q6As層とnA !l 。、 t。G a 
o、 36A 5層とを交互に積層した構造からなる半
導体多層積層反射鏡(ダイクロイックミラー)である。
Ga6. q6As layer and nA! l. , t. Ga
o, 36A This is a semiconductor multilayer laminated reflective mirror (dichroic mirror) consisting of a structure in which five layers are alternately laminated.

95は表面放射型レーザーを構成する化合物半導体多層
積層構造(レーザー活性領域)で、例えばnAj!o、
3oGao、taAsエッチストップ層95aと、n 
 A 7+6.sbG a o、44ASクラフト層9
5bと、n−GaAs活性層95Cと、p  Alo、
xsGaa、67ASクラッド層95dとからなる。9
6はpA 1 o、 +oG a e、 qoA 3層
とp  AN−o、qoGao、3oAs層とを交互に
積層した構造からなる半導体多層積層反射鏡(ダイクロ
イックミラー)である。97はn−GaAsからなる埋
め込み層、99はp’−GaAsからなるキャップ層、
100はn−GaAsからなるバッファ層である。
95 is a compound semiconductor multilayer structure (laser active region) constituting a surface emitting laser, for example nAj! o,
3oGao, taAs etch stop layer 95a, and n
A 7+6. sbG ao, 44AS craft layer 9
5b, n-GaAs active layer 95C, p Alo,
xsGaa, and a 67AS cladding layer 95d. 9
6 is a semiconductor multilayer laminated reflecting mirror (dichroic mirror) having a structure in which three layers of pA 1 o, +oGa e, qoA and layers of p AN-o, qoGao, 3oAs are alternately laminated. 97 is a buried layer made of n-GaAs, 99 is a cap layer made of p'-GaAs,
100 is a buffer layer made of n-GaAs.

98aおよび98bはそれぞれ金属電極である。98a and 98b are metal electrodes, respectively.

第4図の構造との相違点は、2次高調波発生物質層93
と化合物半導体多層積層構造95の間に半導体多層積層
反射鏡94が設けられたことて、その他の構造について
は第4図と同様である。
The difference from the structure in FIG. 4 is that the second harmonic generation material layer 93
The other structure is the same as that shown in FIG. 4 except that a semiconductor multilayer laminated reflector 94 is provided between the compound semiconductor multilayer laminated structure 95 and the compound semiconductor multilayer laminated structure 95.

以上のような構造の2次高調波発生デバイスにおいては
、n型の半導体多層積層反射鏡94およびp型の半導体
多層積層反射鏡96がGaAs系レーザー・ダイオード
を構成する化合物半導体多層積層構造95に対するレー
ザー・キャビティとして働き、1次光が第5図において
矢印Aのように半導体多層積層反射鏡94.96間で共
振し、このレーザー構造から1次光となるレーザー光が
得られる。この1次光がII−Vl族化合物半導体から
なる2次高調波発生物質層93に入射するが、ここでn
型の半導体多層積層反射鏡94と誘電体多層積層反射鏡
92とによるキャビティにより1次光が矢印Bのように
再び共振し、2次高調波発生物質層93中で1次光の強
度が強められ、2次高調波発生物質層93で発生した2
次高調波光が誘電体多層積層反射鏡92を通して矢印C
のように外部へ放射されることになる。
In the second harmonic generation device having the above structure, the n-type semiconductor multilayer laminated reflector 94 and the p-type semiconductor multilayer laminated reflector 96 are connected to the compound semiconductor multilayer laminated structure 95 that constitutes the GaAs-based laser diode. Working as a laser cavity, the primary light resonates between the semiconductor multilayer laminated reflecting mirrors 94 and 96 as shown by arrow A in FIG. 5, and a laser beam serving as the primary light is obtained from this laser structure. This first-order light enters a second-order harmonic generation material layer 93 made of a II-Vl group compound semiconductor, where n
The primary light resonates again as shown by arrow B due to the cavity formed by the semiconductor multilayer laminated reflecting mirror 94 and the dielectric multilayer laminated reflecting mirror 92, and the intensity of the primary light increases in the second harmonic generation material layer 93. 2 generated in the second harmonic generation material layer 93
The third harmonic light passes through the dielectric multilayer laminated reflector 92 as indicated by the arrow C.
It will be radiated to the outside like this.

さらに、本来ならば表面放射型レーザーの活性領域(化
合物半導体多層積層構造)で消費されてしまうはずの2
次高調波光を反射して戻す誘電体多層積層反射鏡を用い
ることによって、2次高調波光の出力パワーを倍増する
ことが可能となる。
Furthermore, the
By using a dielectric multilayer laminated reflector that reflects and returns the second harmonic light, it is possible to double the output power of the second harmonic light.

このような2次高調波光のレーザー活性領域の入射を防
止して戻す誘電体多層積層反射鏡は、1次光には透明で
2次高調波光に対しては反射する構成で、かつ反射され
て戻った2次高調波光が、もともとの出力光と位相が合
うような位置に置かれなければならない。このような誘
電体多層積層反射鏡を追加した2次高調波発生デバイス
の第2の変形例を第7図に示す。第7回において、10
1は1次光を反射し2次高調波光に対して透明な誘電体
多層積層反射鏡、102は2次高調波発生物質層、10
3は1次光を反射する誘電体多層積層反射鏡、104は
2次高調波光を反射し1次光に対しては透明な誘電体多
層積層反射鏡、105はレーザー・ダイオード活性領域
、106は電極、絶縁体、誘電体等の積層構造、107
は基板である。
Such a dielectric multilayer laminated reflector that prevents and returns secondary harmonic light from entering the laser active region has a structure that is transparent to the primary light and reflects the second harmonic light, and is transparent to the primary harmonic light and reflects the second harmonic light. The returned second harmonic light must be placed in a position where it is in phase with the original output light. FIG. 7 shows a second modification of the second harmonic generation device in which such a dielectric multilayer laminated reflector is added. In the 7th session, 10
1 is a dielectric multilayer laminated reflector that reflects primary light and is transparent to secondary harmonic light; 102 is a secondary harmonic generating material layer; 10
3 is a dielectric multilayer laminated reflector that reflects primary light; 104 is a dielectric multilayer laminated reflector that reflects secondary harmonic light and is transparent to primary light; 105 is a laser diode active region; 106 is a dielectric multilayer laminated reflector that reflects primary light; Laminated structure of electrodes, insulators, dielectrics, etc., 107
is the substrate.

以上のように、誘電体多層積層反射鏡104を設けた構
造にすると、2次高調波発生物質層102から矢印りの
ように誘電体多層積層反射鏡101の方向へ放射された
2次高調波光は、誘電体多層積層反射鏡101を通して
外部へ放射される。また、2次高調波発生物質層102
から矢印Eのように誘電体多層積層反射鏡103の方向
へ放射された2次高調波光は、誘電体多層積層反射鏡1
04で反射されて、矢印Fのように方向が反転して誘電
体多層積層反射鏡101を通して外部へ放射されること
になり、矢印り、  Fの2次高調波光は位相が合致し
ている。
As described above, when the structure includes the dielectric multilayer laminated reflector 104, the second harmonic light is emitted from the second harmonic generation material layer 102 in the direction of the dielectric multilayer laminated reflector 101 as shown by the arrow. is radiated to the outside through the dielectric multilayer laminated reflector 101. In addition, the second harmonic generation material layer 102
The second harmonic light emitted from the dielectric multilayer laminated reflector 103 in the direction of the dielectric multilayer laminated reflector 103 as shown by the arrow E is emitted from the dielectric multilayer laminated reflector 1.
04, the direction is reversed as shown by arrow F, and the second harmonic light of F is radiated to the outside through the dielectric multilayer laminated reflector 101. As shown by arrow F, the second harmonic light of F is in phase.

犬薯lレ− 実施例3を第8図に基づいて説明する。Inu potato ray Example 3 will be explained based on FIG. 8.

この実施例は、請求項(3)に対応する。実施例1と実
施例2では基板に対してヒーl、が垂直であったが、こ
の実施例3では基板に平行な光導波路での1次光の強度
を強める誘電体コーティングに関わる。
This embodiment corresponds to claim (3). In Examples 1 and 2, the heel was perpendicular to the substrate, but this Example 3 involves a dielectric coating that increases the intensity of primary light in an optical waveguide parallel to the substrate.

第8図ta+はこの実施例3の2次高調波発生デバイス
の側面断面図を示し、第8図(blは同しく平面口、第
8図(C)は同しく正面断面図を示している。
FIG. 8 ta+ shows a side sectional view of the second harmonic generation device of Example 3, FIG. .

第8図において、110はLiNbC)+などの2次高
調波発生物質からなる基板、112bは基板110の一
面をエツチングして設けた凸条、112aは凸条112
bの表面に設けた条溝を埋め込んだ状態に設けた高屈折
率物質である。高屈折率物質112aは、2次高調波発
生物質より屈折率が同波長の光波に対して高い物質から
なる。そして、2次高調波発生物質からなる凸条112
bの一面に形成した条溝に2次高調波発生物質より屈折
率が同波長の光波に対し高い高屈折率物質112aを埋
め込んだ構造で光導波路112を構成している。
In FIG. 8, 110 is a substrate made of a second harmonic generating material such as LiNbC)+, 112b is a protrusion provided by etching one surface of the substrate 110, and 112a is a protrusion 112.
This is a high refractive index material embedded in the grooves provided on the surface of b. The high refractive index material 112a is made of a material that has a higher refractive index for light waves of the same wavelength than the second harmonic generating material. And a convex strip 112 made of a second harmonic generating substance.
The optical waveguide 112 has a structure in which a high refractive index material 112a, which has a higher refractive index for light waves of the same wavelength than a second harmonic generating material, is embedded in a groove formed on one surface of the optical waveguide 112.

さらに、光導波路112の両端面に前記実施例で述べた
のと同様の構造のファブリ・ペロー共振器を構成する誘
電体多層積層反射鏡111 、113を積層形成してい
る。
Further, on both end faces of the optical waveguide 112, dielectric multilayer reflective mirrors 111 and 113 forming a Fabry-Perot resonator having a structure similar to that described in the previous embodiment are laminated.

以上のような構造において、矢印Gに示すように1次光
が誘電体多層積層反射鏡111を通して先導波路112
の高屈折率物質112aに入射すると、1次光はファブ
リ・ペロー共振器を構成する誘電体多層積層反射鏡11
1 、113間で共振し、光導波路112内での1次光
の強度が高められ、光導波路112の凸条部112b内
で発生する2次高調波光の強度が高まり、誘電体多層積
層反射鏡113を通して矢印Hのように高強度の2次高
調波光が放射されることになる。
In the above structure, as shown by the arrow G, the primary light passes through the dielectric multilayer laminated reflector 111 and passes through the leading waveguide 112.
When the first-order light enters the high refractive index material 112a of
1 and 113, the intensity of the primary light within the optical waveguide 112 is increased, and the intensity of the second harmonic light generated within the convex portion 112b of the optical waveguide 112 is increased, and the dielectric multilayer laminated reflector High-intensity second-order harmonic light is emitted as shown by arrow H through 113.

この実施例の目的は、何等かの方法で導波路を用いてい
る2次高調波発生技術の効率を高めることである。特に
、1次光と2次高調波光について異なったモードを用い
て、光導波路中で位相整合をとる方式では、この実施例
を用いることが著しく有用となる。異なる導波モード間
で位相整合をとることは、光導波路の厚さやその他のパ
ラメータにきわめて敏感で、相応の2次高調波出力パワ
ーを得るために光導波路のある長さにわたって位相整合
させるのは非常にむずかしい。したがって、この実施例
のように、5〜10μm程度の短い光導波路112で、
かつ、位相整合にそれほど拘束されずに、相応の2次高
調波光の出力パワーがとれれば、きわめて大きなメリッ
トがある。
The purpose of this embodiment is to increase the efficiency of second harmonic generation techniques using waveguides in some way. In particular, use of this embodiment is extremely useful in a system in which phase matching is achieved in an optical waveguide using different modes for primary light and secondary harmonic light. Phase matching between different waveguide modes is extremely sensitive to the thickness and other parameters of the optical waveguide, and it is difficult to phase match over a certain length of the optical waveguide to obtain a corresponding second harmonic output power. Very difficult. Therefore, as in this embodiment, with a short optical waveguide 112 of about 5 to 10 μm,
Moreover, if a corresponding output power of second-order harmonic light can be obtained without being so restricted by phase matching, there will be an extremely large advantage.

上記したように、先導波路112の両端を誘電体多層積
層反射鏡111 、113でキャンプして、光導波路1
12中での1次光の強度を強めれば、2次高調波光の出
力パワーも増加する。このような誘電体多層積層反射鏡
1]1 、1.13は、最近のレーザー・グイオートで
はすでに実用されている。導波路112の端面ば、レー
ザーのときと同様に、へき開エツチングあるいは両者の
組み合わせなどの方法によって形成される。
As described above, both ends of the guide waveguide 112 are camped with the dielectric multilayer laminated reflectors 111 and 113, and the optical waveguide 1
If the intensity of the first-order light in 12 is increased, the output power of the second-order harmonic light will also increase. Such dielectric multilayer laminated reflecting mirrors 1]1, 1.13 have already been put into practical use in recent laser guides. The end face of the waveguide 112 is formed by cleavage etching or a combination of the two, as in the case of laser.

〔発 明 の 効 果〕〔Effect of the invention〕

この発明の2次高調波発生デバイスによれば、つぎのよ
うに効果が得られる。
According to the second harmonic generation device of the present invention, the following effects can be obtained.

(1)一つの部品で複数の機能を持たセることかでき、
小型化できるとともに信頼性を高める、二とができ、さ
らに安価に製造できる。
(1) One part can have multiple functions,
It can be made smaller and more reliable, and it can be manufactured at a lower cost.

(2)成長基板としてマクロスコピ・ツクなサイスを持
つ基板を用いることによって、比較的薄い2次高調波発
生物質層をよくコントロールされた状態で堆積させるこ
とができ、その結果コヒーレント長の層厚が再現性よく
得られる。
(2) By using a macroscopically sized substrate as the growth substrate, a relatively thin second harmonic generating material layer can be deposited in a well-controlled manner, resulting in a coherent length layer thickness. Obtained with good reproducibility.

(3)ファブリ・ペロー共振器の共鳴間の間隔、すなわ
ちある共鳴と次の共鳴間の波長スペクトル領域と、共鳴
幅が十分大きくとれるので、1次入射のレーザー光の波
長は、動作温度を調節することによって、簡単に共鳴条
件に同期させることができる。
(3) Since the interval between the resonances of the Fabry-Perot resonator, that is, the wavelength spectral region between one resonance and the next resonance, and the resonance width can be made sufficiently large, the wavelength of the primary incident laser light can be adjusted by adjusting the operating temperature. By doing this, synchronization to resonance conditions can be easily achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第11EI(a)はこの発明の2次高調波発生デバイス
における実施例1の構造を示す断面図、第1図(b)は
第1図(alの2次高調波発生デバイス内の光強度分布
を示す特性図、第2図は実施例]のデバイスを利用した
反射型の2次高調波発生デバイスの構造を示す概略図、
第3図は同しくi3過型の2次高調波発生デバイスの構
造を示す概略図、第4図はこの発明の2次高調波発生デ
バイスの実施例2の構造を示す断面図、第5図は実施例
2の第1の変形例を示す概略図、第6図は同しく断面図
、第7図は実施例2の第2の変形例を示す断面図、第8
図fa1. (bl、 (C1はそれぞれこの発明の2
次高調波発生デバイスの実施例3の構造を示す側面断面
図平面図および正面断面図である。 30・・・半導体多層積層反射鏡、40・・・2次高調
波発生物質層、50・・・誘電体多層積層反射鏡、82
・・・誘電体多層積層反射鏡、83・・・2次高調波発
生物質層、85・・・半導体多層積層反射鏡、88・・
・化合物半導体多層積層構造、92・・・誘電体多層積
層反射鏡、93・・・2次高調波発生物質層、94・・
・半導体多層積層反射鏡、95・・・化合物半導体多層
積層構造、96・・・半導体多層積層反射鏡、101・
・・誘電体多層積層反射鏡、102・・・2次高調波発
生物質層、103・・・誘電体多層積層反射鏡、104
・・・誘電体多層積層反射鏡、105・・・化合物半導
体多層積層構造、l 1. l・・・誘電体多層積層反
射鏡、112・・・光導波路、113・・・誘電体多層
積層反射鏡トPど喪t 第 図 5〇−誘電体多層積層反射鏡 第 図 第 図 第 図 第 図 93・・・2次高調波発生吻頁層 竿 図 ■ ■ ・・誘電体多層噴石反射鏡 ■ ・・化合物半導体多層積層構造
11EI (a) is a cross-sectional view showing the structure of Example 1 of the second harmonic generation device of the present invention, and FIG. 1(b) is the light intensity distribution in the second harmonic generation device of FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a reflection type second harmonic generation device using the device of Example],
FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of a second-order harmonic generation device of the i3 type, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of Example 2 of the second-order harmonic generation device of the present invention, and FIG. is a schematic diagram showing a first modification of the second embodiment, FIG. 6 is a cross-sectional view, FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second modification of the second embodiment, and FIG.
Figure fa1. (bl, (C1 are 2 of this invention, respectively)
FIG. 7 is a side cross-sectional view, a plan view, and a front cross-sectional view showing the structure of Example 3 of the harmonic generation device. 30... Semiconductor multilayer laminated reflecting mirror, 40... Second harmonic generating material layer, 50... Dielectric multilayer laminated reflecting mirror, 82
... Dielectric multilayer laminated reflecting mirror, 83... Second harmonic generating material layer, 85... Semiconductor multilayer laminated reflecting mirror, 88...
- Compound semiconductor multilayer stacked structure, 92... Dielectric multilayer stacked reflector, 93... Second harmonic generation material layer, 94...
・Semiconductor multilayer laminated reflector, 95...Compound semiconductor multilayer laminated structure, 96...Semiconductor multilayer laminated reflector, 101・
... Dielectric multilayer laminated reflecting mirror, 102... Second harmonic generating material layer, 103... Dielectric multilayer laminated reflecting mirror, 104
... Dielectric multilayer laminated reflecting mirror, 105... Compound semiconductor multilayer laminated structure, l 1. l... Dielectric multilayer laminated reflector, 112... Optical waveguide, 113... Dielectric multilayer laminated reflector t. Figure 93...Second harmonic generation snout page layer rod diagram■■...Dielectric multilayer cinder reflector■...Compound semiconductor multilayer stacked structure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)2次高調波発生物質層と、前記2次高調波発生物
質層を挟んだ状態に積層され1次光に対してファブリ・
ペロー共振器を構成する複数の多層積層反射鏡とを備え
た2次高調波発生デバイス。
(1) A second harmonic generation material layer is laminated with the second harmonic generation material layer sandwiched therebetween, and is fabricated for primary light.
A second harmonic generation device comprising a plurality of multilayer laminated reflecting mirrors forming a Perot resonator.
(2)1次光を発生する半導体レーザを構成する化合物
半導体多層積層構造と、前記化合物半導体多層積層構造
に積層されて前記半導体レーザからの1次光が入射する
2次高調波発生物質層と、少なくとも前記2次高調波発
生物質層を挟んだ状態に積層され1次光に対してファブ
リ・ペロー共振器を構成する複数の多層積層反射鏡とを
備えた2次高調波発生デバイス。
(2) a compound semiconductor multilayer stacked structure constituting a semiconductor laser that generates primary light; and a second harmonic generation material layer stacked on the compound semiconductor multilayer stacked structure and into which the primary light from the semiconductor laser is incident. , a plurality of multilayer laminated reflecting mirrors that are laminated with at least the second harmonic generation material layer sandwiched therebetween and constitute a Fabry-Perot resonator for the first order light.
(3)2次高調波発生物質からなる凸条の一面に形成し
た条溝に前記2次高調波発生物質より屈折率が同波長の
光波に対し高い高屈折率物質を埋め込んだ構造を有する
光導波路と、前記光導波路の両端面に積層されて前記1
次光に対してファブリ・ペロー共振器を構成する複数の
多層積層反射鏡とを備えた2次高調波発生デバイス。
(3) A light guide having a structure in which a high refractive index material having a higher refractive index for light waves of the same wavelength than the second harmonic generating material is embedded in a groove formed on one surface of the convex strip made of a second harmonic generating material. a waveguide, and the 1st layer is laminated on both end faces of the optical waveguide.
A second harmonic generation device comprising a plurality of multilayer laminated reflectors forming a Fabry-Perot resonator for secondary light.
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