JPH05323405A - 波長変換素子およびレーザ光源 - Google Patents
波長変換素子およびレーザ光源Info
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- JPH05323405A JPH05323405A JP13272492A JP13272492A JPH05323405A JP H05323405 A JPH05323405 A JP H05323405A JP 13272492 A JP13272492 A JP 13272492A JP 13272492 A JP13272492 A JP 13272492A JP H05323405 A JPH05323405 A JP H05323405A
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- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長選択機能を有する波長変換素子を実現
し、構成で簡単で波長を安定化したレーザ光源を実現す
る。 【構成】 LiNbO3からなる基板１上にプロトン交換光導
波路２を形成する。このプロトン交換光導波路２は非線
形光学効果をもつ。プロトン交換光導波路２の幅と厚さ
は、基本波Ｐ１と第２次高調波Ｐ２の実効屈折率が等し
くなるように選んであり、例えば幅が３μｍ，厚さが1.
３μｍである。プロトン交換光導波路２上には、ルビジ
ウムがドープされたTa2O5 膜からなる波長選択吸収膜３
を形成する。この波長選択吸収膜２は、基本波波長域
（1.５〜1.6 μｍ）では透明であり、波長0.78μｍで吸
収線が存在する。
し、構成で簡単で波長を安定化したレーザ光源を実現す
る。 【構成】 LiNbO3からなる基板１上にプロトン交換光導
波路２を形成する。このプロトン交換光導波路２は非線
形光学効果をもつ。プロトン交換光導波路２の幅と厚さ
は、基本波Ｐ１と第２次高調波Ｐ２の実効屈折率が等し
くなるように選んであり、例えば幅が３μｍ，厚さが1.
３μｍである。プロトン交換光導波路２上には、ルビジ
ウムがドープされたTa2O5 膜からなる波長選択吸収膜３
を形成する。この波長選択吸収膜２は、基本波波長域
（1.５〜1.6 μｍ）では透明であり、波長0.78μｍで吸
収線が存在する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、コヒーレント光を利
用する光情報処理分野、光応用計測分野、光通信分野等
に使用する波長変換素子および波長変換素子を用いて構
成したレーザ光源に関するものである。
用する光情報処理分野、光応用計測分野、光通信分野等
に使用する波長変換素子および波長変換素子を用いて構
成したレーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光情報処理分野、光応用計測分野、光通
信分野等では、ファイバロスの少ない波長1.５μｍ帯で
高精度に波長が安定した標準レーザ光源が必要とされて
いる。この標準レーザ光源を実現するために波長変換を
用いたシステムが用いられている。以下、このシステム
について図８を用いて説明する。
信分野等では、ファイバロスの少ない波長1.５μｍ帯で
高精度に波長が安定した標準レーザ光源が必要とされて
いる。この標準レーザ光源を実現するために波長変換を
用いたシステムが用いられている。以下、このシステム
について図８を用いて説明する。
【０００３】図８において、２１は温度調整用クーラー
内蔵の半導体レーザ（ＬＤ）、２２，２３および２４は
それぞれレンズ（光学系）である。２５は波長変換素子
（ＳＨＧ素子）で、基本波が入射されたときに第２次高
調波を出力するものである。２６はルビジウム原子もし
くはセシウム原子の蒸気を封入したセルで、基本波に対
し透明でかつ第２次高調波の特定の波長を吸収する吸収
線をもつものである。２７はＳｉからなる光検出器で、
第２次高調波を検出する。３０は半導体レーザ２１に流
れる電流を変調するための例えば正弦波形の参照信号を
発生する参照信号発振器である。
内蔵の半導体レーザ（ＬＤ）、２２，２３および２４は
それぞれレンズ（光学系）である。２５は波長変換素子
（ＳＨＧ素子）で、基本波が入射されたときに第２次高
調波を出力するものである。２６はルビジウム原子もし
くはセシウム原子の蒸気を封入したセルで、基本波に対
し透明でかつ第２次高調波の特定の波長を吸収する吸収
線をもつものである。２７はＳｉからなる光検出器で、
第２次高調波を検出する。３０は半導体レーザ２１に流
れる電流を変調するための例えば正弦波形の参照信号を
発生する参照信号発振器である。
【０００４】２９は同期検波器で、参照信号発振器３０
と光検出器２７からの検出信号とを同期検波する。２８
は半導体レーザ制御回路（ＬＤ制御回路）で、半導体レ
ーザ２１に流れる電流を参照信号発振器３０の出力信号
に基づいて変化させるとともに、同期検波器２９の出力
信号の微分が零になるように半導体レーザ２１の温度を
制御する。
と光検出器２７からの検出信号とを同期検波する。２８
は半導体レーザ制御回路（ＬＤ制御回路）で、半導体レ
ーザ２１に流れる電流を参照信号発振器３０の出力信号
に基づいて変化させるとともに、同期検波器２９の出力
信号の微分が零になるように半導体レーザ２１の温度を
制御する。
【０００５】半導体レーザ２１の発振波長は、摂氏２５
度において1.５６μｍである。半導体レーザ２１への注
入電流は、参照信号発振器３０の参照信号に基づき半導
体レーザ制御回路２８によって微小変調がかけられるの
で、半導体レーザ２１の発振波長が参照信号に応じて僅
かに変化する。その際、半導体レーザ制御回路２８が温
度調整用クーラーを制御することで、半導体レーザ２１
の温度を0.１度の温度精度で制御している。
度において1.５６μｍである。半導体レーザ２１への注
入電流は、参照信号発振器３０の参照信号に基づき半導
体レーザ制御回路２８によって微小変調がかけられるの
で、半導体レーザ２１の発振波長が参照信号に応じて僅
かに変化する。その際、半導体レーザ制御回路２８が温
度調整用クーラーを制御することで、半導体レーザ２１
の温度を0.１度の温度精度で制御している。
【０００６】この半導体レーザ２１からの基本波Ｐ１を
レンズ２２，２３により波長変換素子２５に入射させ
る。このとき、基本波Ｐ１は波長変換素子２５により波
長変換され波長７８０ｎｍの第２次高調波Ｐ２へと変換
される。この変換された第２次高調波Ｐ２は、レンズ２
４により平行光線に変換され、セル２６を透過し光検出
器２７により検出される。このとき、セル２６で特定の
周波数成分が吸収される。
レンズ２２，２３により波長変換素子２５に入射させ
る。このとき、基本波Ｐ１は波長変換素子２５により波
長変換され波長７８０ｎｍの第２次高調波Ｐ２へと変換
される。この変換された第２次高調波Ｐ２は、レンズ２
４により平行光線に変換され、セル２６を透過し光検出
器２７により検出される。このとき、セル２６で特定の
周波数成分が吸収される。
【０００７】セル２６を透過し光検出器２７で受光され
た信号を同期検波器２９で検出し微分処理する。その微
分成分がゼロとなるときが透過光強度が最小となる。そ
の前後で符号が変わるので、これを制御信号として、吸
収線の中心に第２次高調波Ｐ２の波長を安定化させるこ
とが可能となる。第２次高調波Ｐ２の波長は、波長変換
素子２５により基本波Ｐ１の波長を半分の波長に変換し
たものであるため、第２次高調波Ｐ２が安定化されるこ
とは基本波Ｐ１が安定化されることと等価である。
た信号を同期検波器２９で検出し微分処理する。その微
分成分がゼロとなるときが透過光強度が最小となる。そ
の前後で符号が変わるので、これを制御信号として、吸
収線の中心に第２次高調波Ｐ２の波長を安定化させるこ
とが可能となる。第２次高調波Ｐ２の波長は、波長変換
素子２５により基本波Ｐ１の波長を半分の波長に変換し
たものであるため、第２次高調波Ｐ２が安定化されるこ
とは基本波Ｐ１が安定化されることと等価である。
【０００８】以上により波長1.５６μｍの安定化したレ
ーザ光源が実現できる。図７は従来の波長変換素子の具
体構造を示す斜視図である。図７において、１は非線形
光学効果を有するＬｉＮｂＯ3 結晶からなる基板であ
る。２Ａは基板１に形成した光導波路で、非線形光学効
果をもつ。光導波路２Ａの幅と厚さは、基本波Ｐ１と第
２次高調波Ｐ２の実効屈折率が等しくなるように選んで
いる。
ーザ光源が実現できる。図７は従来の波長変換素子の具
体構造を示す斜視図である。図７において、１は非線形
光学効果を有するＬｉＮｂＯ3 結晶からなる基板であ
る。２Ａは基板１に形成した光導波路で、非線形光学効
果をもつ。光導波路２Ａの幅と厚さは、基本波Ｐ１と第
２次高調波Ｐ２の実効屈折率が等しくなるように選んで
いる。
【０００９】基本波Ｐ１（波長1.５６μｍ）は、光導波
路２Ａを伝搬し、波長が半分の第２次高調波Ｐ２（波長
0.７８μｍ）に変換される。基本波Ｐ１に対する０次モ
ードの実効屈折率ｎ1 と第２次高調波Ｐ２の２次モード
の実効屈折率ｎ2 とが等しくなるように、光導波路２Ａ
の幅と厚さを選んでいるために、第２次高調波Ｐ２は光
導波路２Ａ内を伝搬し効率の良い波長変換が行われる。
路２Ａを伝搬し、波長が半分の第２次高調波Ｐ２（波長
0.７８μｍ）に変換される。基本波Ｐ１に対する０次モ
ードの実効屈折率ｎ1 と第２次高調波Ｐ２の２次モード
の実効屈折率ｎ2 とが等しくなるように、光導波路２Ａ
の幅と厚さを選んでいるために、第２次高調波Ｐ２は光
導波路２Ａ内を伝搬し効率の良い波長変換が行われる。
【００１０】１０は基本波Ｐ１の入射部であり、１１は
第２次高調波Ｐ２の出射部である。
第２次高調波Ｐ２の出射部である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
標準的なレーザ光源では、第２次高調波Ｐ２をコリメー
トするレンズ２４やルビジウム原子もしくはセシウム原
子の蒸気を封入したセル２６を用いるため、構造が複雑
であるという問題があった。この発明の目的は、波長選
択吸収機能を有しレーザ光源を構成する場合に第２次高
調波をコリメートするレンズおよび特定の波長の光を吸
収させるセルを省略することができる波長変換素子を提
供することである。
標準的なレーザ光源では、第２次高調波Ｐ２をコリメー
トするレンズ２４やルビジウム原子もしくはセシウム原
子の蒸気を封入したセル２６を用いるため、構造が複雑
であるという問題があった。この発明の目的は、波長選
択吸収機能を有しレーザ光源を構成する場合に第２次高
調波をコリメートするレンズおよび特定の波長の光を吸
収させるセルを省略することができる波長変換素子を提
供することである。
【００１２】この発明の他の目的は、第２次高調波をコ
リメートするレンズおよび特定の波長の光を吸収させる
セルを省略することができて構造を簡素化することがで
きるレーザ光源を提供することである。
リメートするレンズおよび特定の波長の光を吸収させる
セルを省略することができて構造を簡素化することがで
きるレーザ光源を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明の波長変換素子
は、波長1.５μｍ以上1.６μｍ以下の基本波を第２次高
調波に変換するものであり、Ｚ軸に垂直な面をもち非線
形光学効果を有する非線形光学結晶と、この非線形光学
結晶のＺ軸に垂直な面に形成されて非線形光学効果を有
するプロトン交換光導波路と、このプロトン交換光導波
路の表面に形成されて基本波に対し透明でかつ第２次高
調波の特定の波長を吸収する吸収線をもつ波長選択吸収
膜とを有している。この場合、プロトン交換光導波路の
厚さおよび幅を基本波の伝搬定数と第２次高調波の伝搬
定数が等しくなるように選択している。
は、波長1.５μｍ以上1.６μｍ以下の基本波を第２次高
調波に変換するものであり、Ｚ軸に垂直な面をもち非線
形光学効果を有する非線形光学結晶と、この非線形光学
結晶のＺ軸に垂直な面に形成されて非線形光学効果を有
するプロトン交換光導波路と、このプロトン交換光導波
路の表面に形成されて基本波に対し透明でかつ第２次高
調波の特定の波長を吸収する吸収線をもつ波長選択吸収
膜とを有している。この場合、プロトン交換光導波路の
厚さおよび幅を基本波の伝搬定数と第２次高調波の伝搬
定数が等しくなるように選択している。
【００１４】また、この発明のレーザ光源は、波長1.５
μｍ以上1.６μｍ以下で発光する半導体レーザと波長1.
５μｍ以上1.６μｍ以下の基本波を第２次高調波に変換
する波長変換素子とを設けている。また、半導体レーザ
からのレーザ光を基本波として波長変換素子へ入射させ
る光学系を設け、波長変換素子から放射される第２次高
調波を検出する光検出器を設けている。さらに、半導体
レーザに流れる電流を変調するための参照信号を発振す
る参照信号発振器を設け、参照信号発振器と光検出器か
らの検出信号とを同期検波する同期検波器を設け、参照
信号に従って半導体レーザの電流を変調制御するととも
に、同期検波器の出力の微分値が零になるように半導体
レーザの温度を制御する半導体レーザ制御回路を設けて
いる。
μｍ以上1.６μｍ以下で発光する半導体レーザと波長1.
５μｍ以上1.６μｍ以下の基本波を第２次高調波に変換
する波長変換素子とを設けている。また、半導体レーザ
からのレーザ光を基本波として波長変換素子へ入射させ
る光学系を設け、波長変換素子から放射される第２次高
調波を検出する光検出器を設けている。さらに、半導体
レーザに流れる電流を変調するための参照信号を発振す
る参照信号発振器を設け、参照信号発振器と光検出器か
らの検出信号とを同期検波する同期検波器を設け、参照
信号に従って半導体レーザの電流を変調制御するととも
に、同期検波器の出力の微分値が零になるように半導体
レーザの温度を制御する半導体レーザ制御回路を設けて
いる。
【００１５】この場合、波長変換素子は、Ｚ軸に垂直な
面をもち非線形光学効果を有する非線形光学結晶と、こ
の非線形光学結晶のＺ軸に垂直な面に形成されて非線形
光学効果を有するプロトン交換光導波路と、このプロト
ン交換光導波路の表面に形成されて基本波に対し透明で
かつ第２次高調波の特定の波長を吸収する吸収線をもつ
波長選択吸収膜とを有し、プロトン交換光導波路の厚さ
および幅が基本波の伝搬定数と第２次高調波の伝搬定数
が等しくなるように選択している。
面をもち非線形光学効果を有する非線形光学結晶と、こ
の非線形光学結晶のＺ軸に垂直な面に形成されて非線形
光学効果を有するプロトン交換光導波路と、このプロト
ン交換光導波路の表面に形成されて基本波に対し透明で
かつ第２次高調波の特定の波長を吸収する吸収線をもつ
波長選択吸収膜とを有し、プロトン交換光導波路の厚さ
および幅が基本波の伝搬定数と第２次高調波の伝搬定数
が等しくなるように選択している。
【００１６】上記の波長選択吸収膜は、例えばセシウム
もしくはルビジウムをドープしたＴａ2 Ｏ5 膜で構成さ
れる。
もしくはルビジウムをドープしたＴａ2 Ｏ5 膜で構成さ
れる。
【００１７】
【作用】この発明の構成によれば、第２次高調波が伝搬
するプロトン交換光導波路上に特定の波長の第２次高調
波を吸収する波長選択吸収膜を設けたことにより、波長
変換素子に波長選択吸収機能をもたせることができ、第
２次高調波をコリメートするレンズおよび特定の波長の
光を吸収させるセルを省略することができる。
するプロトン交換光導波路上に特定の波長の第２次高調
波を吸収する波長選択吸収膜を設けたことにより、波長
変換素子に波長選択吸収機能をもたせることができ、第
２次高調波をコリメートするレンズおよび特定の波長の
光を吸収させるセルを省略することができる。
【００１８】また、この波長変換素子を用いて波長安定
化動作を行うレーザ光源を構成する場合、波長安定化の
ために必要な第２次高調波コリメート用のレンズおよび
波長選択吸収用のセルを省略することができ、構成が簡
単となる。
化動作を行うレーザ光源を構成する場合、波長安定化の
ために必要な第２次高調波コリメート用のレンズおよび
波長選択吸収用のセルを省略することができ、構成が簡
単となる。
【００１９】
【実施例】以下、この発明の波長変換素子およびレーザ
光源の各実施例を図面を参照しながら説明する。図１は
請求項１記載の波長変換素子の実施例の斜視図であり、
この図面をもとに波長変換素子について説明する。
光源の各実施例を図面を参照しながら説明する。図１は
請求項１記載の波長変換素子の実施例の斜視図であり、
この図面をもとに波長変換素子について説明する。
【００２０】図１において、１は非線形光学効果を有す
る非線形光学結晶、例えばＬｉＮｂＯ3 結晶からなる基
板で、Ｚ軸（Ｃ軸と同じ意味）に垂直な平面（Ｚ面）を
表面としてもつものである。なお、基板１としては、Ｌ
ｉＴａＯ3 結晶や、ＬｉＴａＯ3 およびＬｉＮｂＯ3 の
混晶であるＬｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）を用
いることも可能である。
る非線形光学結晶、例えばＬｉＮｂＯ3 結晶からなる基
板で、Ｚ軸（Ｃ軸と同じ意味）に垂直な平面（Ｚ面）を
表面としてもつものである。なお、基板１としては、Ｌ
ｉＴａＯ3 結晶や、ＬｉＴａＯ3 およびＬｉＮｂＯ3 の
混晶であるＬｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）を用
いることも可能である。
【００２１】２は基板１にピロリン酸によるプロトン交
換層からなり、非線形光学効果を有する光導波路であ
る。プロトン交換層からなる光導波路２の非線形光学効
果は、基板１に比べて小さいが、内部を伝搬する光は同
時に基板１にも存在するため、結果として光導波路２は
非線形光学効果をもつこととなる。３は例えばルビジウ
ムがドープされたＴａ2 Ｏ5 膜からなる波長選択吸収膜
であり、基本波波長域（1.５〜1.６μｍ）では透明であ
り、波長0.７８μｍで吸収線が存在する。
換層からなり、非線形光学効果を有する光導波路であ
る。プロトン交換層からなる光導波路２の非線形光学効
果は、基板１に比べて小さいが、内部を伝搬する光は同
時に基板１にも存在するため、結果として光導波路２は
非線形光学効果をもつこととなる。３は例えばルビジウ
ムがドープされたＴａ2 Ｏ5 膜からなる波長選択吸収膜
であり、基本波波長域（1.５〜1.６μｍ）では透明であ
り、波長0.７８μｍで吸収線が存在する。
【００２２】基本波Ｐ１（波長1.５〜1.６μｍ）は入射
部１０から入射し、光導波路２を伝搬する。このとき、
波長選択吸収膜３は基本波Ｐ１の波長に対して透明であ
り、基本波Ｐ１の吸収は生じない。光導波路２を伝搬す
る基本波Ｐ１は、光導波路２の非線形光学効果により波
長が半分の第２次高調波Ｐ２（波長0.７５〜0.８μｍ）
に変換され、光導波路２を伝搬する。基本波Ｐ１を第２
次高調波Ｐ２に変換するためには、基本波Ｐ１と第２次
高調波Ｐ２の実効屈折率を等しくする必要があるが、こ
れは光導波路２の幅および厚さを以下のように決定し実
現している。
部１０から入射し、光導波路２を伝搬する。このとき、
波長選択吸収膜３は基本波Ｐ１の波長に対して透明であ
り、基本波Ｐ１の吸収は生じない。光導波路２を伝搬す
る基本波Ｐ１は、光導波路２の非線形光学効果により波
長が半分の第２次高調波Ｐ２（波長0.７５〜0.８μｍ）
に変換され、光導波路２を伝搬する。基本波Ｐ１を第２
次高調波Ｐ２に変換するためには、基本波Ｐ１と第２次
高調波Ｐ２の実効屈折率を等しくする必要があるが、こ
れは光導波路２の幅および厚さを以下のように決定し実
現している。
【００２３】ここで、上記の実効屈折率と特許請求の範
囲における伝搬定数の関係について説明する。伝搬定数
ｋは、実効屈折率をｎeff とし、真空中での伝搬定数を
ｋ0とすると、
囲における伝搬定数の関係について説明する。伝搬定数
ｋは、実効屈折率をｎeff とし、真空中での伝搬定数を
ｋ0とすると、
【００２４】
【数１】ｋ＝ｎeff ・ｋ0 で表され、真空中の伝搬定数ｋ0 は、光の波長をλとす
ると、
ると、
【００２５】
【数２】ｋ0 ＝２π／λ で表され、一定値である。したがって、基本波Ｐ１と第
２次高調波Ｐ２とで実効屈折率ｎeff が等しいというこ
とは、基本波Ｐ１と第２次高調波Ｐ２とで伝搬定数ｋが
等しいということと等価である。
２次高調波Ｐ２とで実効屈折率ｎeff が等しいというこ
とは、基本波Ｐ１と第２次高調波Ｐ２とで伝搬定数ｋが
等しいということと等価である。
【００２６】図２はＬｉＮｂＯ3 結晶およびプロトン交
換層の波長分散を表している。図２において、ｎs w は
基板１の基本波Ｐ１の屈折率を、ｎf w は光導波路２
（プロトン交換層）の基本波Ｐ１の屈折率をそれぞれ表
している。ｎs 2wは基板１の第２次高調波Ｐ２の屈折率
を、ｎf 2wは光導波路２（プロトン交換層）の第２次高
調波Ｐ２の屈折率を表している。
換層の波長分散を表している。図２において、ｎs w は
基板１の基本波Ｐ１の屈折率を、ｎf w は光導波路２
（プロトン交換層）の基本波Ｐ１の屈折率をそれぞれ表
している。ｎs 2wは基板１の第２次高調波Ｐ２の屈折率
を、ｎf 2wは光導波路２（プロトン交換層）の第２次高
調波Ｐ２の屈折率を表している。
【００２７】一般に、光導波路２を伝搬する光の実効屈
折率は、光導波路２の厚さに対応して基板１の屈折率と
光導波路２の屈折率の間で変化する。したがって、図２
より目的とする波長1.５μｍから1.６μｍの範囲では基
本波Ｐ１と第２次高調波Ｐ２の屈折率が等しくなりうる
ことがわかる。このため、光導波路２の厚さを最適化す
ることにより、これを実現する。
折率は、光導波路２の厚さに対応して基板１の屈折率と
光導波路２の屈折率の間で変化する。したがって、図２
より目的とする波長1.５μｍから1.６μｍの範囲では基
本波Ｐ１と第２次高調波Ｐ２の屈折率が等しくなりうる
ことがわかる。このため、光導波路２の厚さを最適化す
ることにより、これを実現する。
【００２８】図３は基本波Ｐ１の波長が1.５６μｍの光
における光導波路２の厚さと実効屈折率との関係を表す
図である。ｎ1 が基本波Ｐ１に対する０次モードの実効
屈折率を、ｎ2 が第２次高調波Ｐ２の２次モードの実効
屈折率である。図３より、厚さ1.３μｍで基本波Ｐ１と
第２次高調波Ｐ２の実効屈折率が等しくなる。なお、光
導波路２の幅は、基本波に対してシングルモードである
ことが理想であり、その値は１μｍ程度である。ただ、
作製プロセスの都合上、３μｍ幅程度しか現状では作製
できない。厚さ1.３μｍは、幅が３μｍのときの値であ
る。
における光導波路２の厚さと実効屈折率との関係を表す
図である。ｎ1 が基本波Ｐ１に対する０次モードの実効
屈折率を、ｎ2 が第２次高調波Ｐ２の２次モードの実効
屈折率である。図３より、厚さ1.３μｍで基本波Ｐ１と
第２次高調波Ｐ２の実効屈折率が等しくなる。なお、光
導波路２の幅は、基本波に対してシングルモードである
ことが理想であり、その値は１μｍ程度である。ただ、
作製プロセスの都合上、３μｍ幅程度しか現状では作製
できない。厚さ1.３μｍは、幅が３μｍのときの値であ
る。
【００２９】以上のように発生した第２次高調波Ｐ２は
光導波路２を伝搬する。このとき、第２次高調波Ｐ２
は、図４に示すような電界分布を保ちながら伝搬する。
波長選択吸収膜３の領域に第２次高調波Ｐ２が存在する
ため、その影響を受けることになる。第２次高調波Ｐ２
の波長が0.７８μｍの場合つまり基本波Ｐ１の波長が1.
５６μｍの場合、波長選択吸収膜３は不透明となり、第
２次高調波Ｐ２は光導波路２を伝搬する過程において波
長選択吸収膜３に吸収され、出射部１１から出力される
第２次高調波Ｐ２は低下する。
光導波路２を伝搬する。このとき、第２次高調波Ｐ２
は、図４に示すような電界分布を保ちながら伝搬する。
波長選択吸収膜３の領域に第２次高調波Ｐ２が存在する
ため、その影響を受けることになる。第２次高調波Ｐ２
の波長が0.７８μｍの場合つまり基本波Ｐ１の波長が1.
５６μｍの場合、波長選択吸収膜３は不透明となり、第
２次高調波Ｐ２は光導波路２を伝搬する過程において波
長選択吸収膜３に吸収され、出射部１１から出力される
第２次高調波Ｐ２は低下する。
【００３０】図５に基本波Ｐ１の波長と出射部１１から
出力される第２次高調波Ｐ２との関係を示す。以上のよ
うに構成することで、波長変換素子に波長選択機能を付
加することができる。ここでは、ルビジウムがドープさ
れたＴａ2 Ｏ5 膜からなる波長選択吸収膜３について説
明したが、基本波を透過し特定の波長を吸収する材質か
らなる波長選択吸収膜であればこの限りではなく、例え
ばセシウムがドープされたＴａ 2 Ｏ5 膜でも実現可能で
ある。
出力される第２次高調波Ｐ２との関係を示す。以上のよ
うに構成することで、波長変換素子に波長選択機能を付
加することができる。ここでは、ルビジウムがドープさ
れたＴａ2 Ｏ5 膜からなる波長選択吸収膜３について説
明したが、基本波を透過し特定の波長を吸収する材質か
らなる波長選択吸収膜であればこの限りではなく、例え
ばセシウムがドープされたＴａ 2 Ｏ5 膜でも実現可能で
ある。
【００３１】つぎに、この波長変換素子を用いて構成し
たレーザ光源の実施例について図６を用いて説明する。
図６において、２１は温度調整用クーラー内蔵の半導体
レーザ、２２および２３はレンズ（光学系）、２５は先
の実施例で構造および動作を説明した波長変換素子、２
７はＳｉからなる光検出器、２８は半導体レーザ制御回
路、２９は同期検波器、３０は参照信号発振器である。
たレーザ光源の実施例について図６を用いて説明する。
図６において、２１は温度調整用クーラー内蔵の半導体
レーザ、２２および２３はレンズ（光学系）、２５は先
の実施例で構造および動作を説明した波長変換素子、２
７はＳｉからなる光検出器、２８は半導体レーザ制御回
路、２９は同期検波器、３０は参照信号発振器である。
【００３２】半導体レーザ２１の発振波長は摂氏２５度
において1.５６μｍである。半導体レーザ２１の注入電
流は微小変調を半導体レーザ制御回路１３によって印加
され、半導体レーザ２１の発振波長を僅かに変化させ
る。その際、半導体レーザ２１は0.１度の温度精度で制
御されている。この半導体レーザ１からの基本波Ｐ１を
レンズ２２，２３により波長変換素子２５に入射させ
る。このとき、基本波Ｐ１は波長変換素子２５により波
長変換され、波長７８０ｎｍの第２次高調波Ｐ２へと変
換される。この変換された第２次高調波Ｐ２は光検出器
２７により検出される。
において1.５６μｍである。半導体レーザ２１の注入電
流は微小変調を半導体レーザ制御回路１３によって印加
され、半導体レーザ２１の発振波長を僅かに変化させ
る。その際、半導体レーザ２１は0.１度の温度精度で制
御されている。この半導体レーザ１からの基本波Ｐ１を
レンズ２２，２３により波長変換素子２５に入射させ
る。このとき、基本波Ｐ１は波長変換素子２５により波
長変換され、波長７８０ｎｍの第２次高調波Ｐ２へと変
換される。この変換された第２次高調波Ｐ２は光検出器
２７により検出される。
【００３３】光検出器２７で受光された信号を同期検波
器２９で検出し微分処理する。その微分成分がゼロとな
るときが第２次高調波Ｐ２の強度が最小となる。その前
後で符号が変わるので、これを制御信号として、吸収線
の中心に第２次高調波Ｐ２の波長を安定化させることが
可能となる。第２次高調波Ｐ２の波長は波長変換素子２
５により基本波Ｐ１の波長を半分の波長に変換したもの
であるため、第２次高調波Ｐ２が安定化されることは基
本波Ｐ１が安定化されることと等価である。レーザ光源
の波長安定化の動作については、従来例と同様である。
器２９で検出し微分処理する。その微分成分がゼロとな
るときが第２次高調波Ｐ２の強度が最小となる。その前
後で符号が変わるので、これを制御信号として、吸収線
の中心に第２次高調波Ｐ２の波長を安定化させることが
可能となる。第２次高調波Ｐ２の波長は波長変換素子２
５により基本波Ｐ１の波長を半分の波長に変換したもの
であるため、第２次高調波Ｐ２が安定化されることは基
本波Ｐ１が安定化されることと等価である。レーザ光源
の波長安定化の動作については、従来例と同様である。
【００３４】以上により、この発明を用いることによ
り、光学系を簡略化した波長1.５６μｍの安定化光源が
実現できる。
り、光学系を簡略化した波長1.５６μｍの安定化光源が
実現できる。
【００３５】
【発明の効果】この発明の構成によれば、第２次高調波
が伝搬するプロトン交換光導波路上に特定の波長の第２
次高調波を吸収する波長選択吸収膜を設けたことによ
り、波長変換素子に波長選択吸収機能をもたせることが
でき、第２次高調波をコリメートするレンズおよび特定
の波長の光を吸収させるセルを省略することができる。
が伝搬するプロトン交換光導波路上に特定の波長の第２
次高調波を吸収する波長選択吸収膜を設けたことによ
り、波長変換素子に波長選択吸収機能をもたせることが
でき、第２次高調波をコリメートするレンズおよび特定
の波長の光を吸収させるセルを省略することができる。
【００３６】また、この波長変換素子を用いて波長安定
化動作を行うレーザ光源を構成する場合、波長安定化の
ために必要な高調波コリメート用のレンズおよび波長選
択吸収用のセルを省略することができ、構成が簡単とな
る。
化動作を行うレーザ光源を構成する場合、波長安定化の
ために必要な高調波コリメート用のレンズおよび波長選
択吸収用のセルを省略することができ、構成が簡単とな
る。
【図１】この発明の波長変換素子の実施例の構成を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】ＬｉＮｂＯ3 結晶およびプロトン交換層の波長
分散を表す図である。
分散を表す図である。
【図３】光導波路の厚さと実効屈折率の関係を表す図で
ある。
ある。
【図４】第２次高調波Ｐ２の電界分布を表す図である。
【図５】基本波の波長と第２次高調波Ｐ２の関係を表す
図である。
図である。
【図６】この発明のレーザ光源の実施例の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図７】波長変換素子の従来例の構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図８】レーザ光源の従来例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
１ ＬｉＮｂＯ3 基板 ２ 光導波路 ３ 波長選択吸収膜 １０ 入射部 １１ 出射部 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 第２次高調波 ２１ 半導体レーザ ２２ レンズ ２３ レンズ ２５ 波長変換素子 ２７ 光検出器 ２８ 半導体レーザ制御回路 ２９ 同期検波器 ３０ 参照信号発振器
Claims (3)
- 【請求項１】 波長1.５μｍ以上1.６μｍ以下の基本波
を第２次高調波に変換する波長変換素子であって、 Ｚ軸に垂直な面をもち非線形光学効果を有する非線形光
学結晶と、この非線形光学結晶の前記Ｚ軸に垂直な面に
形成されて非線形光学効果を有するプロトン交換光導波
路と、このプロトン交換光導波路の表面に形成されて前
記基本波に対し透明でかつ前記第２次高調波の特定の波
長を吸収する吸収線をもつ波長選択吸収膜とを備え、 前記プロトン交換光導波路の厚さおよび幅を前記基本波
の伝搬定数と前記第２次高調波の伝搬定数が等しくなる
ように選択したことを特徴とする波長変換素子。 - 【請求項２】 波長選択吸収膜がセシウムもしくはルビ
ジウムを含むＴａ2Ｏ5 膜である請求項１の波長変換素
子。 - 【請求項３】 波長1.５μｍ以上1.６μｍ以下で発光す
る半導体レーザと、 波長1.５μｍ以上1.６μｍ以下の基本波を第２次高調波
に変換する波長変換素子と、 前記半導体レーザからのレーザ光を前記基本波として前
記波長変換素子へ入射させる光学系と、 前記波長変換素子から放射される第２次高調波を検出す
る光検出器と、 前記半導体レーザに流れる電流を変調するための参照信
号を発振する参照信号発振器と、 前記参照信号発振器と前記光検出器からの検出信号とを
同期検波する同期検波器と、 前記参照信号に従って前記半導体レーザの電流を変調制
御するとともに、前記同期検波器の出力の微分値が零に
なるように前記半導体レーザの温度を制御する半導体レ
ーザ制御回路とを備え、 前記波長変換素子を、Ｚ軸に垂直な面をもち非線形光学
効果を有する非線形光学結晶と、この非線形光学結晶の
前記Ｚ軸に垂直な面に形成されて非線形光学効果を有す
るプロトン交換光導波路と、このプロトン交換光導波路
の表面に形成されて前記基本波に対し透明でかつ前記第
２次高調波の特定の波長を吸収する吸収線をもつ波長選
択吸収膜とで構成し、前記基本波の伝搬定数と前記第２
次高調波の伝搬定数が等しくなるように前記プロトン交
換光導波路の厚さおよび幅を選択したことを特徴とする
レーザ光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13272492A JPH05323405A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 波長変換素子およびレーザ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13272492A JPH05323405A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 波長変換素子およびレーザ光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05323405A true JPH05323405A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15088104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13272492A Pending JPH05323405A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 波長変換素子およびレーザ光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05323405A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1305185C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-03-14 | 松下电器产业株式会社 | 激光光源 |
| JP2008009457A (ja) * | 2003-08-01 | 2008-01-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | レーザ光源 |
-
1992
- 1992-05-25 JP JP13272492A patent/JPH05323405A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1305185C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-03-14 | 松下电器产业株式会社 | 激光光源 |
| JP2008009457A (ja) * | 2003-08-01 | 2008-01-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | レーザ光源 |
| JP4568313B2 (ja) * | 2003-08-01 | 2010-10-27 | 日本電信電話株式会社 | レーザ光源 |
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