JPH06177477A

JPH06177477A - 共振装置および波長変換装置

Info

Publication number: JPH06177477A
Application number: JP35086892A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miyagaki; 一也宮垣
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】装置の大型化，複雑化を回避して、簡便に基
本波を外部共振器にロックさせることが可能である。【構成】光源１からの出射光が、コリメートレンズ２
を介しファブリペロー共振器３に入射すると、ファブリ
ペロー共振器３内には、自由スペクトル間隔ごとにスペ
クトルが立ち、これら各モードの光がフォーカスレンズ
４を介し外部共振器５に基本波として入射する。この
際、外部共振器５から僅かに透過する基本波を受光素子
６で受光して基本波の強度を検知し、基本波の強度に応
じて圧電素子制御部７では圧電素子３ｃに印加する電圧
を制御する。すなわち、外部共振器５内での基本波の光
強度が最大となるように、ファブリペロー共振器３のミ
ラー３ｂの位置を矢印Ａの方向にフィードバック制御す
る。これにより、光源１からの出射光のパワーのほぼ全
てのパワーをロックし、有効に利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スキャナ，レーザプリ
ンタ，光情報記録再生装置（コンパクトディスク装置，
レーザディスク装置，光磁気ディスク装置など）等に利
用される共振装置および波長変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光情報記録再生装置等の光源とし
て、所定波長の基本波を１／２の波長の第２高調波に変
換して出射するＳＨＧ素子（第２高調波発生素子）が知
られている。図５は、文献「IEEE J.of Quantum Electr
onics QE-24（1988）p.913-p.919（W.J.Kozlovsky
ら）」に記載されている外部共振器型ＳＨＧ素子の構成
図である。図５を参照すると、この外部共振器型ＳＨＧ
素子は、単一縦モードＮｄ：ＹＡＧリングレーザ（波長
１０６４ｎｍ）４１と、外部共振器として機能し、レー
ザ４１からのビームが基本波として入射することにより
波長変換を行なうＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃の非線形光学結
晶４２と、非線形光学結晶４２から反射された基本波の
パワーを検出する基本波検出器４３と、検出された基本
波のパワーに基づき、非線形光学結晶４２の電気光学効
果を利用して非線形光学結晶４２の実効光路長を制御す
るフィードバック制御部４４とを有している。

【０００３】また、非線形光学結晶４２は、波長１０６
４ｎｍの基本波を効率良く波長変換するため、１０７℃
の温度で加熱されている。

【０００４】このような構成の外部共振器型のＳＨＧ素
子では、発振スペクトルの線幅の狭い光源，すなわちＮ
ｄ：ＹＡＧリングレーザ４１からのレーザビームを基本
波とし、外部共振器を構成する非線形光学結晶４２の電
気光学効果を利用して、実効的に外部共振器の光路長を
フィードバック制御部４４により制御して、基本波を外
部共振器にロックさせ、第２高調波を効率良く出射させ
ることを意図している。

【０００５】また、図６は文献「Applied physics Lett
er 56（23)(1990）p.2291-p.2292（W.J.Kozlovsky
ら）」に記載されている外部共振器型ＳＨＧ素子の構成
図である。このＳＨＧ素子は、半導体レーザ，すなわち
レーザダイオード５３からのレーザ光（波長８５６ｎ
ｍ）を基本波とし、この基本波を外部共振器として機能
するＫＮｂＯ₃結晶５２に入射させ、第２高調波に波長
変換するようになっており、このＳＨＧ素子では、サー
ボ回路５４において、外部共振器５２から僅かに透過す
る基本波をモニタして、半導体レーザ５３の注入電流を
変調することにより、すなわち、電気的なフィードバッ
クにより、外部共振器５２へ基本波をロックさせ、第２
高調波を効率良く出射させることを意図している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の外部共振器型ＳＨＧ素子では、基本波を
外部共振器にロックさせるのに、外部共振器を構成する
非線形光学結晶の電気光学効果を利用して外部共振器の
光路長を実効的に制御したり、あるいは、外部共振器か
ら僅かに透過する基本波をモニタして電気的なフィード
バックで半導体レーザの注入電流を変調するので、装置
全体が大型化し、また複雑になるなどの欠点があった。

【０００７】本発明は、装置の大型化，複雑化を回避し
て、簡便に基本波を外部共振器にロックさせることの可
能な共振装置および波長変換装置を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明は、光源と、光源からの出射光が
入射することにより特定の波長の光を透過し出力する第
１の共振器と、第１の共振器から出力された特定波長の
光が基本波として入射する第２の共振器と、第２の共振
器から透過する基本波の強度を検出する基本波強度検出
手段と、基本波強度検出手段で検出された基本波の強度
に応じて第１の共振器の実効光路長を制御する制御手段
とを有していることを特徴としている。これにより、第
２の共振器に基本波のパワーをほぼ完全にロックさせる
ことができる。

【０００９】また、上記共振装置において、光源が半導
体レーザである場合に、該半導体レーザと前記第１の共
振器との間には、半導体レーザからの出射光をほぼ完全
な平行光に補正して前記第１の共振器に入射させる補正
手段が設けられていることを特徴としている。これによ
り、第１の共振器から特定の波長の光（基本波）をより
効率良く出射させることができる。

【００１０】また、第２の共振器が、非線形光学媒質か
らなる外部共振器であって、該第２の共振器内の基本波
を波長変換して変換波として出射するようになっている
ことを特徴としている。これにより、第２の共振器にお
いて高パワーの基本波を波長変換し、変換波を高効率に
発生させることができる。また、この場合でも、光源や
第２の共振器自体の制御を行なう必要がないので、装置
全体の小型化，簡素化を図ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る共振装置の第１の実施例の構
成図である。図１を参照すると、この共振装置は、光を
出射する光源１と、光源１からの出射光を平行光にする
コリメートレンズ２と、コリメートレンズ２からの平行
光が入射するファブリペロー共振器３と、ファブリペロ
ー共振器３からの透過光を収束させるフォーカスレンズ
４と、フォーカスレンズ４からの光が基本波として入射
する外部共振器５とを有している。

【００１２】また、ファブリペロー共振器３は、光源１
からの出射光に基づき、特定の波長の光を透過させる機
能を有しており、互いに対向する両端のミラー（反射
鏡）３ａ，３ｂにより構成されている。また、この実施
例では、ファブリペロー共振器３の一方のミラー，例え
ば３ｂが、圧電素子３ｃの付勢により、矢印Ａの方向に
移動（掃引）可能となっている。

【００１３】ここで、図１の共振装置には、さらに、外
部共振器５から僅かに透過する基本波の強度を検知する
受光素子６と、受光素子６により検知された基本波の強
度に応じて圧電素子３ｃへの印加電圧を制御する圧電素
子制御部７とが設けられている。

【００１４】また、ファブリペロー共振器３，外部共振
器５のような共振器は、その共振条件が一般に２ｎｌ＝
ｑｃ／ν_q（ｎは共振器内の屈折率，ｌは共振器長，ｃ
は真空中の光速，ｑは整数でありモードの次数，ν_qは
ｑ番目の共振周波数）で表わされる。また、共振周波数
の相互間隔Δνは、自由スペクトル間隔と呼ばれ、次式
により表わされる。

【００１５】

【数１】Δν＝ν_q+1−ν_q＝ｃ／２ｎｌ

【００１６】上記光源１に、例えば単一縦モード動作す
る半導体レーザが用いられる場合には、半導体レーザの
発振スペクトル線幅としては、外部共振器５の自由スペ
クトル間隔Δνと同じか、あるいはその２倍程度のもの
を使用するのが良い。また、ファブリペロー共振器３
は、その自由スペクトル間隔Δνが外部共振器５の自由
スペクトル間隔Δνにほぼ等しいように設計がなされて
いる。

【００１７】次にこのような構成の共振装置の動作につ
いて説明する。いま、外部共振器５の自由スペクトル間
隔Δνと同じか、あるいはその２倍程度の発振スペクト
ル線幅をもつ単一縦モード動作の半導体レーザを光源１
に用い、また、外部共振器５の自由スペクトル間隔Δν
にほぼ等しい自由スペクトル間隔Δνとなるようにファ
ブリペロー共振器３が設計されているとする。この場
合、光源（すなわち半導体レーザ）１からの出射光は、
コリメートレンズ２により平行光となり、ファブリペロ
ー共振器３に入射する。ファブリペロー共振器３に上記
平行光，すなわち単一縦モードレーザ光が入射すること
により、ファブリペロー共振器３内には、この自由スペ
クトル間隔Δν（ｑ＝１，２，３，…）ごとにスペクト
ルが立ち、これら各モードの光がファブリペロー共振器
３から透過光として出射する。すなわち、ファブリペロ
ー共振器３からは特定の波長（１／ν_q）の光だけが透
過光として出射する。この特定の波長の透過光は、フォ
ーカスレンズ４により収束されて、外部共振器５に基本
波として入射する。ここで、ファブリペロー共振器３の
自由スペクトル間隔Δνが外部共振器５の自由スペクト
ル間隔Δνにほぼ等しいように設計されているという条
件だけでは、ファブリペロー共振器３からの透過光のう
ちの１つのモードが外部共振器５内での基本波のモード
に一致するとは限らない。透過光のうちの１つのモード
を外部共振器５内での基本波のモードに一致させるため
には、例えば圧電素子３ｃに図２に示すような鋸歯状の
繰り返し電圧を印加して、ファブリペロー共振器３の一
方のミラー３ｂを圧電素子３ｃにより一定周期で掃引
し、この際、掃引幅を外部共振器５の自由スペクトル間
隔Δν程度に対応したものにすることが考えられる。こ
の場合には、ファブリペロー共振器３からの透過光のう
ちの１つのモードが外部共振器５内でのモードに必ず合
致する瞬間があり、この瞬間において、透過光のうちの
１つのモードを外部共振器５にロックさせることができ
る。しかしながら、このようにして一方のミラー３ｂを
一定の周期で掃引しながら、そのうちのある一瞬におい
てだけ透過光のうちの１つのモードをロックさせるとき
には、光源（半導体レーザ）１からの出射光のパワーの
うち、極く一部だけがロックされ、残りの大部分のパワ
ーは、ほとんどロックされず有効に利用することができ
ない。

【００１８】これに対し、この実施例では、外部共振器
５から僅かに透過する基本波を受光素子６で受光して基
本波の強度を検知し、圧電素子３ｃに印加する電圧を受
光素子６で検知された基本波の強度に応じて圧電素子制
御部７により制御する。すなわち、外部共振器５内での
基本波の光強度が最大となるように、ミラー３ｂをフィ
ードバック制御し、ミラー３ｂの掃引中心位置および掃
引量を決定する。

【００１９】図３には、このフィードバック制御の様子
が周波数軸上で示されている。なお、図３において、ｑ
_i-1，ｑ_i，ｑ_i+1は、外部共振器５の縦モードを表わし
ている。半導体レーザ１の発振スペクトルが、図３にお
いてｑ_iの付近である場合には、掃引の中心位置と掃引
幅とを微調整することにより、モニタしている基本波の
パワーが最大になるところがある。図３の例では、
ｆ₂，ｆ₁，ｆ₃の順に基本波のパワーが高くなる。最終
的には、掃引の中心位置をモードｑ_iのスペクトルの周
波数に設定し、掃引幅を“０”にすれば、基本波を外部
共振器５に完全にロックさせることができ、光源（半導
体レーザ）１からの出射光のパワーのほぼ全てのパワー
をロックし、有効に利用することができる。

【００２０】このようにして、この第１の実施例の共振
装置では、外部共振器５内に蓄積され、高パワーのもの
となった基本波を高パワー光としてそのまま出射させる
こともできるし、以下のように外部共振器５が特定の媒
質により形成されているときには、外部共振器５におい
て高パワーのものとなった基本波を外部共振器５を形成
する媒質の特性に応じて変換し、外部共振器５から変換
波として効率良く出射させることもできる。

【００２１】すなわち、外部共振器５がＬｉＮｂＯ₃な
どの非線形光学媒質（非線形光学結晶）で構成されてい
る場合には、この共振装置を波長変換装置として機能さ
せることができる。このとき、外部共振器５に基本波が
入射すると、非線形光学媒質（非線形光学結晶）で形成
された外部共振器５内ではこの基本波を波長変換し、例
えば、この基本波の波長の１／２の波長の第２高調波が
発生する。ところで、この変換波，すなわち第２高調波
の発生効率は、外部共振器（すなわち、非線形光学媒
質）５内での基本波のパワーに依存するが、この実施例
では、上述のようにして基本波を外部共振器５にほぼ完
全にロックすることができ、外部共振器５内での基本波
のパワーを非常に高めることができるので、外部共振器
５内で変換波（第２高調波）を高効率に発生させ、この
変換波を外部共振器５から高効率に出射させることがで
きる。

【００２２】図４は本発明に係る共振装置の第２の実施
例の構成図である。この第２の実施例の共振装置は、図
１に示した第１の実施例の共振装置において、コリメー
トレンズ２とファブリペロー共振器３との間に、さら
に、非点隔差補正手段８が設けられた構成となってい
る。すなわち、光源１が半導体レーザである場合に、半
導体レーザには非点隔差があり、半導体レーザ１からの
出射光をコリメートレンズ２により平行光にする際、半
導体レーザ１の活性層に平行な部分，もしくは垂直な成
分のみがコリメートレンズ２により平行となる。このよ
うな光は、ファブリペロー共振器３に入射すると、回折
損失のためにファブリペロー共振器３のミラー３ａ，３
ｂで反射されるうちに、ビームのパワーが拡散してしま
う。ビームのパワーの拡散がない場合には、ファブリペ
ロー共振器３からは特定の波長の光が透過により出射
し、外部共振器５に与えられるが、ファブリペロー共振
器３内でビームのパワーが拡散すると、ファブリペロー
共振器３は、特定の波長の光を効率良く透過させるとい
う機能を失ない、この場合には、外部共振器５には特定
の波長の光，すなわち基本波が効率良く入射しない。

【００２３】この第２の実施例において、非点隔差補正
手段８は、光源１に半導体レーザが用いられる場合に生
ずる上記問題点を改善するために設けられたものであっ
て、コリメートレンズ２とファブリペロー共振器３の間
に非点隔差補正手段８を設けることによって、コリメー
トレンズ２からの光に対し非点隔差を補正し、半導体レ
ーザ１の活性層に平行な成分，垂直な成分のいずれに平
行光にした上でファブリペロー共振器３に入射させるよ
うになっている。

【００２４】この非点隔差補正手段８としては、例え
ば、シリンドリカルレンズなどを用いることができ、コ
リメートレンズ２の後方に所定の配置でシリンドリカル
レンズを設定することにより、コリメートレンズ２で平
行光にならなかった成分をも平行光にすることができ
る。

【００２５】このような構成の第２の実施例の共振装置
では、光源１に半導体レーザが用いられる場合にも、半
導体レーザからの出射光は、コリメートレンズ２，非点
隔差補正手段８によってほぼ完全に平行光となり、ファ
ブリペロー共振器３に入射する。これにより、ファブリ
ペロー共振器３からは、特定の波長の光が効率良く透過
して外部共振器５に基本波として入射し、この基本波の
パワーを第１の実施例と同様に外部共振器５にほぼ完全
にロックすることができ、外部共振器５の特性に応じ
て、この基本波を高パワー光としてそのまま出射させた
り、変換波（第２高調波）として出射させたりすること
ができる。

【００２６】特に、上述した各実施例において、フィー
ドバック制御により基本波のパワーをほぼ完全に外部共
振器５にロックさせ、さらには、ファブリペロー共振器
３にほぼ完全な平行光を入射させることは、外部共振器
５にＬｉＮｂＯ₃などの非線形光学媒質が用いられ、非
線形光学媒質の非線形光学特性を利用して変換波（例え
ば第２高調波）を高効率に発生させ出射させるのに極め
て有用なものとなる。例えば、外部共振器５内に蓄積さ
れる基本波，もしくは変換波の媒質（結晶）内部での吸
収などにより、媒質（結晶）が部分的に温度上昇して、
実効的に光路長が変化する場合がある。この変化は急峻
でないので、各実施例のフィードバック制御によって共
振器のスペクトルの変化に基本波のスペクトルを追従さ
せることが可能となる。

【００２７】なお、このような場合にも、ファブリペロ
ー共振器３の一方のミラー３ｂを、モニタされた基本波
強度によりフィードバック制御するだけで基本波を外部
共振器５にほぼ完全にロックすることができ、外部共振
器（非線形光学媒質）５自体の実効光路長をフィードバ
ック制御したり、あるいは光源１自体の注入電流をフィ
ードバック制御したりする必要がないので、装置全体の
小型化，簡素化を図ることができる。

【００２８】上述の各実施例では、ファブリペロー共振
器３を掃引するのに、圧電素子３ｃを用いたが、圧電素
子３ｃに限らず任意の掃引手段を用いることもできる。
また、本発明では、ファブリペロー共振器３の実効光路
長ｎｌが可変制御されれば良く、従って、上述の各実施
例のように、ファブリペロー共振器３の一方のミラー３
ｂを掃引制御して光路長ｌを可変制御することの他に、
他方のミラー３ａを掃引制御したり、さらには、ミラー
３ａ，３ｂの両方を掃引制御して、光路長ｌを可変制御
することも可能である。さらには、光路長ｌに対しては
可変制御を行なわず、ミラー３ａ，３ｂ間の媒質（例え
ば気体）の特性等を可変制御して、屈折率ｎを変化させ
ることにより、実効光路長ｎｌを可変制御することも可
能である。

【００２９】また、第２の実施例において、非点隔差補
正手段８とファブリペロー共振器３との間に、例えばビ
ーム整形プリズム対などを設けることもでき、ビーム整
形プリズム対などにより、半導体レーザ１からの出射光
のビーム形状を楕円形から円形のものに変換した上でフ
ァブリペロー共振器３に入射させると、ファブリペロー
共振器３から特定波長の光をより一層効率良く透過させ
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、第２の共振器から透過する基本波の強度を検出し、
検出された基本波の強度に応じて第１の共振器の実効光
路長を制御するようにしているので、第２の共振器に基
本波のパワーをほぼ完全にロックさせることができ、こ
れにより、請求項６記載のように、第２の共振器が非線
形光学媒質である場合には、第２の共振器において高パ
ワーの基本波を波長変換し、変換波を高効率に発生させ
ることができる。また、この場合でも、光源や外部共振
器自体の制御を行なう必要がないので、装置全体の小型
化，簡素化を図ることができる。

【００３１】また、請求項４記載のように、光源が半導
体レーザである場合に、該半導体レーザと第１の共振器
との間に、半導体レーザからの出射光をほぼ完全な平行
光に補正して第１の共振器に入射させる補正手段を設け
ることにより、第１の共振器から特定の波長の光（基本
波）をより効率良く出射させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る共振装置の第１の実施例の構成図
である。

【図２】圧電素子に印加される鋸歯状の繰り返し電圧の
一例を示す図である。

【図３】本発明に係るフィードバック制御の様子を説明
するための図である。

【図４】本発明に係る共振装置の第２の実施例の構成図
である。

【図５】従来の外部共振器型ＳＨＧ素子の構成図であ
る。

【図６】従来の外部共振器型ＳＨＧ素子の構成図であ
る。

【符号の説明】

１光源（半導体レーザ）２コリメートレンズ３ファブリペロー共振器３ａ，３ｂミラー３ｃ圧電素子４フォーカスレンズ５外部共振器６受光素子７圧電素子制御部８非点隔差補正手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの出射光が入射するこ
とにより特定の波長の光を透過し出力する第１の共振器
と、第１の共振器から出力された特定波長の光が基本波
として入射する第２の共振器と、第２の共振器から透過
する基本波の強度を検出する基本波強度検出手段と、基
本波強度検出手段で検出された基本波の強度に応じて前
記第１の共振器の実効光路長を制御する制御手段とを有
していることを特徴とする共振装置。
【請求項２】請求項１記載の共振装置において、前記
制御手段は、基本波強度検出手段で検出された基本波の
強度が最大となるように、前記第１の共振器の実効光路
長を制御するようになっていることを特徴とする共振装
置。
【請求項３】請求項１記載の共振装置において、前記
光源は、単一縦モード動作の半導体レーザであることを
特徴とする共振装置。
【請求項４】請求項１記載の共振装置において、前記
光源が半導体レーザである場合に、該半導体レーザと前
記第１の共振器との間には、半導体レーザからの出射光
をほぼ完全な平行光に補正して前記第１の共振器に入射
させる補正手段がさらに設けられていることを特徴とす
る共振装置。
【請求項５】請求項１または請求項４記載の共振装置
において、前記第１の共振器は、ファブリペロー共振器
であることを特徴とする共振装置。
【請求項６】請求項１または請求項４記載の共振装置
において、前記第２の共振器は、非線形光学媒質からな
る外部共振器であって、該第２の共振器内の基本波を波
長変換して変換波として出射するようになっていること
を特徴とする波長変換装置。