JPH0553163A - 光波長変換素子およびそれを用いた短波長レーザ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非線形光学効果を用いた光波長変換素子に関
するもので光波長変換素子より出射される高調波を安定
にする。 【構成】 LiNbO₃基板１に分極反転層３と光導波路２を
形成した光波長変換素子の光導波路２上にNi-Crを蒸着
し薄膜ヒーター１５を形成する。上述の光波長変換素子
を薄膜ヒーター１５に電流を流し加熱することで温度制
御する。 【効果】 環境温度が変化し半導体レーザの波長が変わ
っても、光波長変換素子の温度を変えることで安定な動
作が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野等に
使用する光波長変換素子およびそれを用いた短波長レー
ザ光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２に従来の光波長変換素子の構成図
を示す。以下1.06μｍの波長の基本波に対する高調波発
生（波長0.53μｍ）について図を用いて詳しく述べる。
（E.J.Lim, M.M.Fejer, R.L.Byer and W.J.Kozlovsky,
"Blue light generation by frequency doubling in
periodically-poled lithium niobate channel wavegui
de", Electronics Letters, Vol.27, P731-732，1989
年、参照）．図１２に示されるようにLiNbO₃基板１に光
導波路２が形成され、さらに光導波路２には周期的に分
極の反転した層３（分極反転層）が形成されている。こ
れは基本波Ｐ１と発生する高調波Ｐ２の伝搬定数の不整
合を分極反転層３と非分極反転層５の周期構造で補償す
ることにより高効率に高調波を出すことができるのであ
る。

【０００３】まず、図１３を用いて高調波増幅の原理を
説明する。分極反転していない非分極反転素子３１では
分極反転層は形成されておらず、分極反転方向は一方向
となっている。この非分極反転素子の高調波出力３１ａ
は増減を繰り返しているだけである。これに対して周期
的に分極が反転している分極反転波長変換素子（１次周
期）３２の出力３２ａは図に示されるように素子に形成
された光導波路の長さｌの２乗に比例して高調波出力は
増大する。

【０００４】ただし分極反転において、基本波Ｐ１に対
して高調波Ｐ２の出力が得られるのは、擬似位相整合が
成立するときである。この擬似位相整合が成立するの
は、分極反転層の周期Λ１（図１３に示す）がλ／（２
（Ｎ2ω−Ｎω））に一致するときに限られる。ここで
Ｎωは基本波（波長λ）の実効屈折率、Ｎ2ωは高調波
（波長λ／２）の実効屈折率である。このような従来の
光波長変換素子は分極反転構造を基本構成要素とするも
のである。

【０００５】この素子の製造方法について図１４を用い
て説明する。同図（ａ）で非線形光学結晶であるＬｉＮ
ｂＯ₃基板１にＴｉ３１のパターンをリフトオフと蒸着
により幅数μｍの周期で形成していた。次に同図（ｂ）
で１１００℃程度の温度で熱処理を行いLiNbO₃基板１と
分極が反対向きに反転した分極反転層３を形成した。次
に同図（ｃ）で安息香酸（２００℃）中で２０分熱処理
を行った後３５０℃で３時間アニールを行い光導波路２
を形成する。上記安息香酸処理により作製される光波長
変換素子は波長820nmの基本波Ｐ１に対して、光導波路
の長さを１ｍｍ、基本波Ｐ１のパワーを14.7ｍＷにした
とき高調波Ｐ２のパワー９４０ｎＷが得られていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような分極反転
層を基本とした光波長変換素子では素子長５ｍｍのとき
基本波のレーザの波長変動に対する許容度が狭く半値幅
で０．１ｎｍしかない。すなわち、レーザの波長が０．
１ｎｍ変動すると出力が半分になってしまう。そのため
光波長変換素子と半導体レーザと組み合わせた場合、半
導体レーザが温度変化のため波長変動を生じ高調波がで
なくなるか、または大きく高調波の出力が変動するとい
った問題があった。これについて詳しく説明する。

【０００７】図１５に環境温度が変化した場合の半導体
レーザの波長変化に対する、高調波出力の関係を示す。
図１５に示すように半導体レーザは波長820nmで出力が
いちばん大きいが、レーザの波長が0.05nmずれただけで
高調波出力は半分になってしまい、半導体レーザの波長
変化に対する許容度は非常に小さいのである。具体的に
環境温度が２０℃から２１℃に１度変化すると、半導体
レーザの発振波長は８２０ｎｍから８２０．２ｎｍに
０．２ｎｍも変化するため、高調波の出力はゼロにな
る。このように環境温度の変化に高調波の出力は大きく
左右されるという欠点があった。

【０００８】そこで本発明は、環境温度に左右されな
い、すなわち環境温度が変わっても安定した高調波の出
力が得られる光波長変換素子、およびそれを用いた短波
長レーザ光源を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため分極反転構造を基本とした光波長変換素子
に新たな工夫を加えることにより半導体レーザの温度変
化に対して高調波を安定に出力する光波長変換素子を提
供するものである。

【００１０】つまり本発明は、非線形光学結晶中に分極
反転層および光導波路を有した光波長変換素子におい
て、光導波路状に薄膜ヒーターが形成するという手段を
有するものである。

【００１１】また、本発明の短波長レーザ光源は安定な
出力を得るために非線形光学結晶中に分極反転層および
光導波路を有する光波長変換素子と半導体レーザを有
し、なおかつ前記光波長変換素子がヒーターにより温度
制御されているという手段を有するものである。

【００１２】

【作用】本発明の光波長変換素子を薄膜ヒーターを用い
て温度制御することにより、半導体レーザの波長が変化
しても光波長変換素子の温度を変化させることで常に最
高の高調波出力が得られる。これを詳しく説明する。

【００１３】環境温度が変化すると半導体レーザの波長
が変化してしまい、光波長変換素子の擬似位相整合条件
が合わなくなり高調波の出力が得られなくなる。前述し
たように基本波と高調波とが位相整合する条件はΛ1＝
λ／（２（Ｎ2ω−Ｎω））である。ここで光波長変換
素子の周期Λ1は光波長変換素子を作製した段階で規定
されてしまうから、環境温度が変化しても変わらない。
ところが、環境温度が変化すると半導体レーザの波長λ
が変化する。すると図１５で示したように半導体レーザ
の波長変化に対する許容度が小さいため高調波の出力が
変動することになる。ここで位相整合条件をあわすため
に、半導体レーザの波長λが変化しても、それに応じて
（Ｎ2ω−Ｎω）の値を変化させ、結果的にΛ1＝λ／
（２（Ｎ2ω−Ｎω））の条件式をみたすようにする。

【００１４】（Ｎ2ω−Ｎω）の値は図１６に示すよう
に温度に対して正の傾きをもつものであり、（Ｎ2ω−
Ｎω）の値を大きくするには、光波長変換素子の温度を
あげてやればよい。そのために、光波長変換素子の表面
に薄膜ヒーターを形成して強制的に温度制御を行い、環
境温度が変化して、半導体レーザの波長λが変化して
も、光波長変換素子の温度を制御して、常にΛ1＝λ／
（２（Ｎ2ω−Ｎω））の式を満たすようにするのであ
る。

【００１５】また、半導体レーザの波長λが、最初から
位相整合する波長からずれていたとしても、薄膜ヒータ
ーの温度を変化させ、屈折率差（Ｎ2ω−Ｎω）を変化
させることで擬似位相整合条件Λ1＝λ／（２（Ｎ2ω−
Ｎω））を満たすことができるため高調波を高効率に取
り出すことができる。

【００１６】また、本発明の短波長レーザ光源によれ
ば、同様な作用により高調波の出力安定度を大幅に向上
できる。

【００１７】

【実施例】実施例の一つとして本発明の光波長変換素子
の構成を図を用いて説明する。 光波長変換素子の構成 まず、本発明による光波長変換素子の第１の実施例の構
造図を図１に示す。従来の光波長変換素子と異なるの
は、分極反転層か形成された光導波路上に薄膜ヒーター
が形成されているところである。この実施例では分極反
転型の光波長変換素子としてLiNbO₃基板１中にプロトン
交換を用いて作製した光導波路２を用いたものである。
図１で１は＋Ｚ板（Ｚ軸と垂直に切り出された基板の＋
側）のLiNbO₃基板、２は形成された光導波路、３は分極
反転層、１０は基本波Ｐ１の入射部、１２は高調波Ｐ２
の出射部、１５は光導波路上に形成されたNi-Crの薄膜
ヒーターである。

【００１８】光導波路２に入った基本波Ｐ１（波長840
ｎｍ）は位相整合長Ｌの長さを持った分極反転層で高調
波Ｐ２（波長420ｎｍ）に変換され、次の同じくＬの長
さを持った非分極反転層で高調波パワーは増す事にな
る。このようにして光導波路２内でパワーを増した高調
波Ｐ２は出射部１２より放射される。

【００１９】図２にヒーター温度に対する高調波（Seco
nd Harmonic Generation）出力を示す。いま、半導体
レーザの発振波長は８４０ｎｍであるから、光波長変換
素子の温度が５０℃のときに高調波の出力が最大であ
る。したがって、光波長変換素子の温度を５０℃になる
ように保っておけばよい。

【００２０】ヒーター温度に対する許容度は半値幅Ｔで
０．５℃と小さい。つまり、ヒータ温度が最適値の５０
℃から０．２５度ずれると出力はゼロになる。しかし、
薄膜ヒーター１５により光波長変換素子は５０℃の一定
に温度コントロールされているので、環境温度が変化し
ても一定した高調波出力が得られるのである。 光波長変換素子の製造方法 次にこの光波長変換素子の製造方法について図を使って
説明する。図３（ａ）でまずLiNbO₃基板１に通常のフォ
トプロセスとドライエッチングを用いてSiO₂６をパター
ニングする。次に同図（ｂ）でSiO₂が形成されたLiNbO₃
基板１に１０８０℃、９０分間熱処理を行いＳｉＯ₂６
直下に厚み１．４μｍの分極反転層３を形成する。熱処
理の上昇レートは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分
である。冷却レートが遅いと不均一反転が生じるので３
０℃／分以上が望ましい。

【００２１】SiO₂６直下は基板１中のＬｉが減少してお
り、その部分のキュリー温度だけが基板に比べて低下す
る。そこで基板のキュリー温度以下で、かつSiO₂６直下
のキュリー温度以上の温度で熱処理をすると、SiO₂６直
下だけ基板に対して分極の反転した分極反転層ができ
る。ここで分極反転層３の長さＬは１．５μｍである。

【００２２】次に同図（c）でＨＦ：ＨＮＦ₃の１：１混
合液にて２０分間エッチングしＳｉＯ₂６を除去する。
次に上記分極反転層３中にプロトン交換を用いて光導波
路２を形成する方法について図４を用いて説明する。

【００２３】図４（ａ）で光導波路２用マスクとしてＴ
ａ１３をスパッタ蒸着する。次に図４（ｂ）でストライ
プ状にパターニングを行った後、Ｔａマスク１３に幅６
μｍ、長さ２５ｍｍのスリットが形成されたものに図４
（ｃ）でピロ燐酸中で２３０℃、２分間プロトン交換を
行った。次に図４（ｄ）でＴａマスク１３を除去した後
３５０℃で１時間アニールを行った。アニール処理によ
りプロトン交換層は均一化されロスが減少する。プロト
ン交換された保護マスクのスリット直下の領域は屈折率
が０．０３程度上昇した高屈折率層２となる。光はこの
高屈折率層を伝搬するので、これが光導波路２となる。

【００２４】最後に図３（ｄ）で蒸着によりSiO₂１４を
３００nm付加した後、Ni-Cr層を厚み２００nm形成し
た。このNi-Cr層が薄膜ヒーター１５となる。SiO₂14は
なくても温度制御は可能であるが、SiO₂１４を形成した
ほうが金属である薄膜ヒーター１５と光導波路２が直接
接触しないから光導波路を導波する光の伝搬損失を抑え
るという効果がある。

【００２５】上記のような工程により薄膜ヒーター１５
付き光導波路が製造された。この光導波路２の厚みｄは
１．２μｍであり、分極反転層３の厚み１．４μｍに比
べ小さく、光導波路を導波する光はすべて分極反転層を
導波するから有効に波長変換される。分極反転層３の周
期は３μｍであり波長840nmに対しては温度５０℃で動
作する。光導波路２に垂直な面を光学研磨し入射部１０
および出射部１２を形成した。このようにして図１に示
される光波長変換素子が製造できる。

【００２６】高調波の出力結果 図１で基本波Ｐ１として半導体レーザ光（波長840nm）
を入射部１０より導波させたところシングルモード伝搬
し、波長420nmの高調波Ｐ２が出射部１２より基板外部
に取り出された。光導波路２の伝搬損失は1dB/cmと小さ
く高調波Ｐ２が有効に取り出された。高出力化の原因の
１つとしてピロ燐酸により均一な光導波路が形成された
ことがある。

【００２７】薄膜ヒーター１５に１０Ｖの電圧を加える
ことにより電流を流し加熱を行い光波長変換素子の温度
５０℃に制御した。すると基本波４０ｍＷの入力で１ｍ
Ｗの高調波（波長０．４２μｍ）を得た。 本発明の特徴 光波長変換素子の波長に対する許容度小さいが、この半
導体レーザの波長変動を光波長変換素子の温度を変化さ
せて補正し、高調波が安定に出力されるようにしたのが
本発明の大きな特徴である。

【００２８】そこで次に、半導体レーザの波長変化に対
する本発明の光波長変換素子の最適温度との関係を図５
に示す。この図から、半導体レーザの波長が840nmであ
るとき、光波長変換素子の温度が５０℃が最適温度とな
るよう設定してある。またこの図から、半導体レーザの
波長が１nmずれても、ヒータで温度を５℃変化させる
と、最適温度となるので高調波出力は最大になる。以上
のように高調波出力の安定度は従来の光波長変換素子に
比べ大幅に改善され実用性が増した。

【００２９】いま環境温度が２０℃、ヒーターが５０℃
で位相整合して効率よく高調波が出力しているとする。
この状態から、環境温度が２０℃から４０℃へ２０度程
度変化して、半導体レーザの発振波長が840nmから844nm
になったとする。しかし、薄膜ヒーターにより光導波路
の温度を50℃より最適温度の70℃に変え、位相整合条件
を満たすことで高調波出力は安定に得られる。さらに薄
膜ヒーターは消費電力が少なく、しかもμｓ程度の速さ
で応答が可能なので波長変動に対して追随させるには効
果的である。

【００３０】なお基本波に対してマルチモード伝搬では
高調波の出力が不安定で実用的ではなくシングルモード
が有効である。

【００３１】この実施例で半導体レーザの波長に対する
光波長変換素子の最適温度（図５）は、本発明の光波長
変換素子の使用条件を考慮して設定してある。すなわ
ち、通常、光波長変換素子を使用する環境条件の一つと
して、使用温度は室温近辺であり、５０℃を越えること
はない。よって、ここでは最適温度を使用温度より高い
５０℃に設定しているのである。もし、環境温度が１０
０℃となるような場所で使用するなら、最適温度が１０
０℃以上となるように設定するのが望ましい。環境温度
が最適温度を越えてしまうと光波長変換素子はヒータで
はなく、環境温度に左右されてしまう可能性があるから
である。

【００３２】次に本発明の短波長レーザ光源の第２の実
施例を説明する。図６の短波長レーザ光源の構成図を示
す。短波長レーザ光源は基本的には半導体レーザ２１と
光波長変換素子２２により構成される。Ａｌ枠２０に固
定された半導体レーザ２１から出射された基本波Ｐ１は
コリメータレンズ２４で平行光にされた後、フォーカス
レンズ２５で光波長変換素子２２の光導波路２に導入さ
れ高調波Ｐ２へと変換される。また、２３は石英板であ
り断熱のためのものである。ここで光波長変換素子の構
成は実施例１と同様である。本実施例ではLiNbO₃基板に
比べて光損傷に強いＭｇＯドープのLiNbO₃を用い１１０
０℃で熱処理し分極反転層を形成した。LiNbO₃に比べて
処理温度が高いのはキュリー温度がＭｇＯドープするこ
とにより８０℃程度高いためである。又、光導波路には
分極反転層の形成時の熱処理温度に比べて低温処理が可
能であるプロトン交換光導波路を用いた。

【００３３】この実施例ではこの光波長変換素子２２と
半導体レーザ２１を組み合わせて短波長レーザ光源を作
製した。出力される高調波Ｐ２の出力はビームスプリッ
タ２６により分岐され、Ｓｉディテクター２７により検
出され電気処理によりフィードバックがかかり高調波出
力の最大点で光波長変換素子２２に形成されている薄膜
ヒーターの温度が一定に保たれる。８３０ｎｍの波長で
５５℃が動作点である。ヒーターを使用するため室温に
対して高温側に動作点をとる必要があり、室温が４０℃
まで上昇する場合を考えると特に動作点は５０℃以上が
望ましい。この点については第１の実施例中で述べた。
この動作点は分極反転層の周期を変えるだけで自由に設
定が可能である。半導体レーザ２１の波長変動に追随し
て光波長変換素子２２に形成された薄膜ヒーターにより
光波長変換素子２２の光導波路２の温度が変化し高調波
出力は安定化される。図７に作製された短波長レーザ光
源の環境温度依存性を示す。

【００３４】従来の短波長レーザ光源は環境温度が変化
すると、高調波出力がゼロになっていたが、本発明のレ
ーザ光源は、環境温度が変化しても高調波出力が得られ
る。実際、３０℃程度の範囲にわたって出力も非常に安
定していた。

【００３５】図８に示すように、従来の短波長レーザ光
源と本発明の短波長レーザ光源の環境温度２５℃と３５
℃での高調波出力の比較を示す。２５℃の環境温度では
従来の短波長レーザ光源の光波長変換素子も擬似位相整
合条件を満たしているため高調波は最高出力の３ｍＷと
なっているが、３５℃では光波長変換素子の温度は環境
温度の影響を受け擬似位相整合条件からずれるため高調
波出力は０である。これに対して本発明の光波長変換素
子では環境温度が変わっても、光波長変換素子の光導波
路の温度がヒーターにより制御されており常に最大の高
調波出力（３ｍＷ）が保たれることとなる。

【００３６】なお、本実施例では、薄膜ヒーターを用い
たが通常のヒーターで制御することも可能である。

【００３７】次に本発明の光波長変換素子の第３の実施
例を説明する。光波長変換素子の構成は実施例１と同様
である。本実施例ではLiNbO₃基板の代わりにLiTaO₃を基
板として用いた。LiTaO₃はキュリー温度が６２０℃と低
く低温で分極反転処理が可能である。光導波路２はピロ
燐酸中でのプロトン交換により作製しその厚みは２μ
ｍ、幅４μｍ、長さは２ｃｍである。また、光導波路の
上に薄膜ヒーターとしてＴｉを２００nm蒸着により形成
している。分極反転の周期は４μｍ、分極反転層の厚み
は１．５μｍである。図９に半導体レーザの波長に対す
る光波長変換素子の最適温度との関係を示す。波長862n
mに対しての動作点は５５℃である。この実施例での変
換効率は４０ｍＷ入力で２％である。光損傷はなく高調
波出力は非常に安定していた。

【００３８】次に本発明の光波長変換素子の第４の実施
例を説明する。光波長変換素子の構成を図１０に示す。
本実施例ではLiTaO₃を基板として用いた。LiTaO₃基板１
ａの−Ｚ面上に分極反転層３および光導波路２が形成さ
れその上に薄膜ヒーター１５が光導波路２の進行方向に
対して３段階で厚みを変えて作製されている。ここで薄
膜ヒータの厚みを変えているのは基本波Ｐ1（半導体レ
ーザの波長）に対する高調波の出力の許容度を大きくす
るためである。その理由について詳しく説明する。

【００３９】解決すべき課題でも述べ、図１５にも示し
たように、基本波Ｐ1の波長に対する高調波の許容度は
小さい。そこで実施例１から３では、光波長変換素子の
上に薄膜ヒータを形成して温度制御し、安定した高調波
を出力するものであった。本実施例では光波長変換素子
の上に、薄膜ヒータの厚みを変えることで光波長変換素
子に温度勾配をつけ、許容度を大きくする。すなわち基
本波の波長λに対して高調波を出力する位相整合条件
は、Λ1＝λ／（２（Ｎ2ω−Ｎω））であった。この式
から光波長変換素子の温度を変えることによって、図１
６に示したように（Ｎ2ω−Ｎω）の値は変わるから、
位相整合する波長λは変化することがわかる。この現象
を基本波の波長許容度を大きくするのに利用すればよ
い。これを図１７を用いて説明する。

【００４０】図１７(a)に薄膜ヒータの厚みを３段階に
変えた光波長変換素子の断面図を示す。領域Ａ、領域
Ｂ、領域Ｃによって、薄膜ヒータの厚みは変化してお
り、ヒータの厚みが大きいほど、電流の抵抗は小さいか
ら温度は低くなる。同図(b)に示すとおりヒータによる
温度勾配は領域ＡはＴ_A、領域ＢはＴ_B、領域ＣはＴ_Cと
なる（Ｔ_A＜Ｔ_B＜Ｔ_C）。

【００４１】同図(c)に基本波の波長に対する高調波
（ＳＨＧ）出力を示す。この図よりヒータの温度によ
り、基本波が高調波に変換される最適波長が変化してい
ることがわかる。それは位相整合条件、Λ1＝λ／（２
（Ｎ2ω−Ｎω））式の（Ｎ2ω−Ｎω）の値が温度によ
り変わるため、この位相整合条件式を満たすためには、
λが変化するのである。領域Ａでの最適波長はλ_A、領
域Ｂでの最適波長はλ_B、領域Ｃでの最適波長はλ_Cとな
っている。

【００４２】ここで波長変換素子に波長λ_Bの基本光が
入射した場合、領域Ａは領域Ａの波長変換可能な波長域
からずれているため波長変換が行われず基本波は通過す
る。この通過した基本波は領域Ｂでは波長変換可能な波
長域を満足するため波長変換される。また領域Ｂ、Ｃで
は領域Ａと同様の理由で波長変換なしで高調波およびＢ
で変換されなかった基本波はそのまま通過し素子外へ取
り出される。

【００４３】波長λ_A、λ_Cの基本波についても同様に対
応する領域（領域Ａ、Ｃ）のみで波長変換され他の領域
はそのまま通過する。

【００４４】以上が本実施例の光波長変換素子の動作で
あり波長λ_A、λ_B、λ_Cのすべての基本波が変換可能で
あり、波長λ_Aからλ_Cの範囲の基本波λを入力すれば、
高調波Ｐ2に変換が可能であり、波長許容度が従来の３
倍になるというものである。

【００４５】このように本実施例では光波長変換素子の
上に薄膜ヒータを用いて温度勾配をつけ基本波に対する
高調波の出力の許容度を大きくする。

【００４６】以下、この光波長変換素子の製造方法につ
いて図１１を用いて説明する。図１１（ａ）でLiTaO₃基
板１ａに通常のフォトプロセスとドライエッチングを用
いてＴａ６ａを周期状にパターニングする。次に同図
（ｂ）でＴａ６ａによるパターンが形成されたLiTaO₃基
板１ａにピロ燐酸中で260℃、30分間プロトン交換を行
いスリット直下に厚み0.8μｍのプロトン交換層を形成
した後、550℃の温度で１分間熱処理する。これにより
分極反転層３が周期的に形成される。次に同図（ｃ）で
プロトン交換用保護マスクとしてＴａを30nmストライプ
状にパターニングした後、260℃、16分間プロトン交換
を行った。その後380℃、１０分間アニールを行い光導
波路２が形成される。さらに同図（ｄ）でSiO₂１４を保
護膜として形成した後、薄膜ヒーター１５となるTi膜を
形成する。次に同図（ｅ）でＴｉパターンをマスクプロ
セスを用いてさらに２段階厚みを変えて蒸着した。Ｔｉ
の厚みは100nm、200nm、300nmである。最後に研磨によ
り入出射面を形成する。光導波路２は厚みは1.9μｍ、
幅4μｍ、長さは1ｃｍである。分極反転の周期Λ1は
３．８μｍ、分極反転層の厚みは１．８μｍである。薄
膜ヒーター１５となるＴｉの厚みを段階的に変化させる
ことで光導波路の進行方向に対し光導波路の温度が変化
することとなる。これにより温度制御の精度を緩和する
ことができる。波長に対する許容度0.1nmに対して段階
的な変化がない場合は２℃の精度の温度コントロールが
必要であるが、この実施例のように３段階にすることで
１８℃まで緩和できた。波長８４０ｎｍに対しての動作
点は５５℃である。

【００４７】なお、実施例では薄膜ヒーターの厚みを段
階的に変化させたが幅、組成等を光導波路の進行方向に
変化させることでも実現できる。また、段階的に変化さ
せる代わりになめらかに変化させることでも同様の効果
は得られる。

【００４８】また、実施例では非線形光学結晶としてLi
NbO₃およびLiTaO₃を用いたがKNbO₃、ＫＴＰ等の強誘電
体、ＭＮＡ等の有機材料にも適用可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光波長変換
素子によれば、分極反転層を持つ光波長変換素子上に薄
膜ヒーターを形成し光波長変換素子を温度コントロール
することにより擬似位相整合波長に合わせることで簡単
になおかつ安定に高調波発生を行うことができる。ま
た、本発明の短波長レーザ光源によれば半導体レーザの
波長変動をヒーターによる温度制御により補正すること
で、高調波出射の安定な動作を実現できる。

【００５０】また、本発明の光波長変換素子により高調
波を光導波路から取り出すことができ簡単に非点収差の
ないスポットを安定に得ることができ、その実用的効果
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光波長変換素子の第１の実施例の構造
図である。

【図２】本発明の光波長変換素子の温度に対する高調波
出力の関係を示す図である。

【図３】本発明の光波長変換素子の製造工程断面図であ
る。

【図４】本発明の光波長変換素子の光導波路の製造工程
断面図である。

【図５】半導体レーザの波長変化に対する光波長変換素
子の最適温度を示す図である。

【図６】本発明の短波長レーザ光源の構成断面図であ
る。

【図７】環境温度に対する高調波出力の依存性の従来例
と本発明の短波長レーザ光源の比較図である。

【図８】環境温度に対する従来例と本発明の短波長レー
ザ光源の高調波出力の比較図である。

【図９】半導体レーザの波長変化に対する光波長変換素
子の温度最適値を示す図である。

【図１０】本発明の第４の実施例の光波長変換素子の構
成図である。

【図１１】本発明の第４の実施例の光波長変換素子の製
造工程図である。

【図１２】従来の光波長変換素子の構成図である。

【図１３】光波長変換素子による波長変換の原理を示す
図である。

【図１４】従来の光波長変換素子の製造工程断面図であ
る。

【図１５】温度を変化させた場合の波長に対する光波長
変換素子の高調波出力を示す図である。

【図１６】温度と屈折率差（Ｎ2ω−Ｎω）の関係を示
す図である。

【図１７】（a）本発明の光波長変換素子の断面図であ
る。 （b）各領域の温度分布を示す図である。 （c）最適波長に対する高調波の出力を示す図である。

【符号の説明】

１ LiNbO₃基板 ２ 光導波路 ３ 分極反転層 １５ 薄膜ヒーター ２１ 半導体レーザ ２２ 光波長変換素子 Ｐ１ 基本波 Ｐ２ 高調波

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非線形光学結晶中に分極反転層および光導
   波路を有した光波長変換素子において、前記光導波路上
   に薄膜ヒーターが形成されていることを特徴とする光波
   長変換素子。
2. 【請求項２】非線形光学結晶中に分極反転層および光導
   波路を有する光波長変換素子と半導体レーザよりなり、
   前記光波長変換素子がヒーターにより温度制御されてい
   ることを特徴とする短波長レーザ光源。
3. 【請求項３】非線形光学結晶がＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ
   ₃（０≦Ｘ≦１）基板である請求項１記載の光波長変換
   素子または同２記載の短波長レーザ光源。
4. 【請求項４】光導波路がプロトン交換光導波路である請
   求項１記載の光波長変換素子または同２記載の短波長レ
   ーザ光源。
5. 【請求項５】薄膜ヒーターがNi-Crである請求項１記載
   の光波長変換素子。
6. 【請求項６】光導波路が半導体レーザ光に対してシング
   ルモード伝搬である請求項１記載の光波長変換素子。
7. 【請求項７】光波長変換素子の動作温度が５０℃以上で
   ある請求項１記載の光波長変換素子または同２記載の短
   波長レーザ光源。
8. 【請求項８】ディテクターおよびビームスプリッタを有
   する請求項２記載の短波長レーザ光源。
9. 【請求項９】薄膜ヒーターにより加熱される光導波路の
   温度が光導波路の進行方向に対してなめらかにまたは段
   階的に変化している請求項１記載の光波長変換素子。