JPH06338650A - 短波長レーザ光源 - Google Patents
短波長レーザ光源Info
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- JPH06338650A JPH06338650A JP12692593A JP12692593A JPH06338650A JP H06338650 A JPH06338650 A JP H06338650A JP 12692593 A JP12692593 A JP 12692593A JP 12692593 A JP12692593 A JP 12692593A JP H06338650 A JPH06338650 A JP H06338650A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンパクトで高出力かつ安定な短波長レーザ
光源を提供する。 【構成】 Siサブマウント２０上に半導体レーザ２１と
光導波路２および分極反転層３が形成されたLiTaO3基板
による光波長変換素子２２が設置されている。光導波路
２に半導体レーザ２１からの光が入射し、光導波路２中
の波長変換部２６で高調波Ｐ２へと変換が生じる。この
際、波長変換部２６はサブマウントとは熱的に遮断され
ている。 【効果】 半導体レーザの発熱は遮断されており光波長
変換素子に伝わることがないため、短波長光源の出力は
変わることなく安定な高出力動作が行える。
光源を提供する。 【構成】 Siサブマウント２０上に半導体レーザ２１と
光導波路２および分極反転層３が形成されたLiTaO3基板
による光波長変換素子２２が設置されている。光導波路
２に半導体レーザ２１からの光が入射し、光導波路２中
の波長変換部２６で高調波Ｐ２へと変換が生じる。この
際、波長変換部２６はサブマウントとは熱的に遮断され
ている。 【効果】 半導体レーザの発熱は遮断されており光波長
変換素子に伝わることがないため、短波長光源の出力は
変わることなく安定な高出力動作が行える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光を利用
する光情報処理分野または光計測分野に使用する短波長
レーザ光源に関するものである。
する光情報処理分野または光計測分野に使用する短波長
レーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１１に従来の短波長レーザの構成図を
示す。ここに示される短波長レーザ光源は半導体レーザ
２１、光波長変換素子２２、コリメータレンズ３７ａ、
フォーカスレンズ３７ｂおよび半波長板３３を基本構成
要素としていた（T. Taniuchiand K. Yamamoto, "Minia
turized light source of coherent blue radiation",C
LEO'87, WP6, 1987年、参照）。
示す。ここに示される短波長レーザ光源は半導体レーザ
２１、光波長変換素子２２、コリメータレンズ３７ａ、
フォーカスレンズ３７ｂおよび半波長板３３を基本構成
要素としていた（T. Taniuchiand K. Yamamoto, "Minia
turized light source of coherent blue radiation",C
LEO'87, WP6, 1987年、参照）。
【０００３】光波長変換素子２２上に形成された光導波
路２の入射面１０に半導体レーザ２１からの基本波Ｐ１
をレンズ３７ａ、３７ｂを介して入射させる。この際、
レンズ３７ａ、３７ｂの間に挟まれている半波長板３３
は偏光方向を９０度回転させる働きがあり、これにより
光導波路２を基本波Ｐ１が導波するように偏光方向を一
致させることができる。光波長変換素子２２は素子マウ
ント３８に固定されている。基板中に放射された高調波
Ｐ２は整形レンズ３６により平行光にされビームスプリ
ッタ３９で分岐され一部をディテクター２７で受光され
る。ここで用いられている光波長変換素子２２はチェレ
ンコフ放射型と呼ばれておりこの動作について詳しく述
べる。以下0.84μｍの波長の基本波に対する高調波発生
（波長0.42μｍ）について詳しく述べる（T. Taniuchi
and K. Yamamoto, "Second harmonic generation by Ch
erenkov radiation in proton-exchanged LiNbO3 optic
alwaveguide", CLEO'86, WR3, 1986年、参照）。
路２の入射面１０に半導体レーザ２１からの基本波Ｐ１
をレンズ３７ａ、３７ｂを介して入射させる。この際、
レンズ３７ａ、３７ｂの間に挟まれている半波長板３３
は偏光方向を９０度回転させる働きがあり、これにより
光導波路２を基本波Ｐ１が導波するように偏光方向を一
致させることができる。光波長変換素子２２は素子マウ
ント３８に固定されている。基板中に放射された高調波
Ｐ２は整形レンズ３６により平行光にされビームスプリ
ッタ３９で分岐され一部をディテクター２７で受光され
る。ここで用いられている光波長変換素子２２はチェレ
ンコフ放射型と呼ばれておりこの動作について詳しく述
べる。以下0.84μｍの波長の基本波に対する高調波発生
（波長0.42μｍ）について詳しく述べる（T. Taniuchi
and K. Yamamoto, "Second harmonic generation by Ch
erenkov radiation in proton-exchanged LiNbO3 optic
alwaveguide", CLEO'86, WR3, 1986年、参照）。
【０００４】光波長変換素子となるＬｉＮｂＯ3基板２
２に形成された埋め込み型の光導波路２の入射面１０に
半導体レーザ２１からの基本波Ｐ１の光を入射すると、
基本波の導波モードの実効屈折率Ｎ１と高調波の実効屈
折率Ｎ２が等しくなるような条件が満足されるとき、光
導波路２からLiNbO3基板２２内に高調波Ｐ２の光が効率
良く放射され、光波長変換素子として動作する。このチ
ェレンコフ放射型の光波長変換素子は温度特性に優れて
いるが（半値幅２５℃）、反面変換効率はあまり高くな
い。
２に形成された埋め込み型の光導波路２の入射面１０に
半導体レーザ２１からの基本波Ｐ１の光を入射すると、
基本波の導波モードの実効屈折率Ｎ１と高調波の実効屈
折率Ｎ２が等しくなるような条件が満足されるとき、光
導波路２からLiNbO3基板２２内に高調波Ｐ２の光が効率
良く放射され、光波長変換素子として動作する。このチ
ェレンコフ放射型の光波長変換素子は温度特性に優れて
いるが（半値幅２５℃）、反面変換効率はあまり高くな
い。
【０００５】次にさらに小型化された他の従来例である
短波長レーザ光源について図１２を用いて説明する（山
本、谷内、特開昭６３−１２８９１４、青色レーザ光源
および光情報記録装置、参照）。短波長レーザ光源は波
長0.84μｍの半導体レーザ２１と光波長変換素子２２を
Ｓｉサブマウントに固定し直接結合を行っていた。半導
体レーザ２１の出力Ｐ１を１００ｍＷにしたとき、２ｍ
Ｗの高調波Ｐ２（青色レーザ光）が得られていた。この
場合の光波長変換素子３での変換効率Ｐ１／Ｐ２は２％
である。しかしながら実用的な５ｍＷを得るにはチェレ
ンコフ放射型では困難であった。又、高調波が基板中に
放射されるため集光も困難であった。
短波長レーザ光源について図１２を用いて説明する（山
本、谷内、特開昭６３−１２８９１４、青色レーザ光源
および光情報記録装置、参照）。短波長レーザ光源は波
長0.84μｍの半導体レーザ２１と光波長変換素子２２を
Ｓｉサブマウントに固定し直接結合を行っていた。半導
体レーザ２１の出力Ｐ１を１００ｍＷにしたとき、２ｍ
Ｗの高調波Ｐ２（青色レーザ光）が得られていた。この
場合の光波長変換素子３での変換効率Ｐ１／Ｐ２は２％
である。しかしながら実用的な５ｍＷを得るにはチェレ
ンコフ放射型では困難であった。又、高調波が基板中に
放射されるため集光も困難であった。
【０００６】また最近分極反転構造を基本とする高効率
光波長変換素子がLiTaO3のＺ板を用いて試作されている
が、これによれば10ｍＷの青色光が発生できる。そのた
め分極反転構造を用いた光波長変換素子を半導体レーザ
と直接結合すればコンパクトで量産性に富む短波長光源
が製造できる。
光波長変換素子がLiTaO3のＺ板を用いて試作されている
が、これによれば10ｍＷの青色光が発生できる。そのた
め分極反転構造を用いた光波長変換素子を半導体レーザ
と直接結合すればコンパクトで量産性に富む短波長光源
が製造できる。
【０００７】以下この光波長変換素子について説明す
る。図１３にこの光波長変換素子の構成を示す。図１３
に示されるように光波長変換素子２２となるLiTaO3基板
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。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極
反転層３と非分極反転層４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。まず、図１４
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
らずに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３１では光導波路の進行方向に対して高調波出
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では出力３２ａは図１４に示されるよ
うに光導波路の長さＬの２乗に比例して高調波出力は増
大する。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するときだ
けである。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。このように高出力化が可能な光波長変換素子は分極
反転構造を基本構成要素としていた。また、この光波長
変換素子は高調波が光導波路から出射されるため集光が
容易という特徴もある。
る。図１３にこの光波長変換素子の構成を示す。図１３
に示されるように光波長変換素子２２となるLiTaO3基板
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。基本波と発生する高調波の伝搬定数の不整合を分極
反転層３と非分極反転層４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。まず、図１４
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
らずに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３１では光導波路の進行方向に対して高調波出
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では出力３２ａは図１４に示されるよ
うに光導波路の長さＬの２乗に比例して高調波出力は増
大する。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するときだ
けである。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。このように高出力化が可能な光波長変換素子は分極
反転構造を基本構成要素としていた。また、この光波長
変換素子は高調波が光導波路から出射されるため集光が
容易という特徴もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のような直接結合
して小型、軽量化した短波長レーザ光源に分極反転構造
を有する高効率光波長変換素子を使用して光情報処理等
で必要な５ｍＷ以上の出力を得ようとすると光波長変換
素子の温度許容幅の狭さのために高調波を最大に、また
は安定に取り出すことは困難である。この理由を以下に
詳しく説明する。図１５に短波長レーザ光源モジュール
各点（図１２に示される）における温度分布を示す。半
導体レーザ２１は電力の７０％程度を光ではなく熱に変
えている。そのため半導体レーザ２１自体発熱源となり
図１５に示すような温度分布が光波長変換素子の長さ方
向に対して生じる。光波長変換素子の温度許容幅が３℃
しかないために一部分でしか位相整合せず高調波パワー
が大幅に低くなる。また半導体レーザ２１を点灯してか
ら温度が一定の安定状態になるまで３０分という長い時
間がかかっていた。そのため短波長レーザ光源の実用レ
ベルである５ｍＷ以上の高調波を再現性良くしかも安定
に得ることが困難であるという問題点があった。
して小型、軽量化した短波長レーザ光源に分極反転構造
を有する高効率光波長変換素子を使用して光情報処理等
で必要な５ｍＷ以上の出力を得ようとすると光波長変換
素子の温度許容幅の狭さのために高調波を最大に、また
は安定に取り出すことは困難である。この理由を以下に
詳しく説明する。図１５に短波長レーザ光源モジュール
各点（図１２に示される）における温度分布を示す。半
導体レーザ２１は電力の７０％程度を光ではなく熱に変
えている。そのため半導体レーザ２１自体発熱源となり
図１５に示すような温度分布が光波長変換素子の長さ方
向に対して生じる。光波長変換素子の温度許容幅が３℃
しかないために一部分でしか位相整合せず高調波パワー
が大幅に低くなる。また半導体レーザ２１を点灯してか
ら温度が一定の安定状態になるまで３０分という長い時
間がかかっていた。そのため短波長レーザ光源の実用レ
ベルである５ｍＷ以上の高調波を再現性良くしかも安定
に得ることが困難であるという問題点があった。
【０００９】本発明は、半導体レーザと光波長変換素子
を基本とした短波長レーザ光源の構造に新たな工夫を加
えることにより高調波出射パワーの高出力化および安定
化を可能とするものである。つまり、本発明は半導体レ
ーザと光波長変換素子を直接結合し高出力でなおかつ安
定に動作する短波長レーザ光源を得ることを目的とす
る。
を基本とした短波長レーザ光源の構造に新たな工夫を加
えることにより高調波出射パワーの高出力化および安定
化を可能とするものである。つまり、本発明は半導体レ
ーザと光波長変換素子を直接結合し高出力でなおかつ安
定に動作する短波長レーザ光源を得ることを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そのため本発明の短波長
レーザ光源はサブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合い、なおかつ光
波長変換素子の波長変換部が熱的に半導体レーザの発熱
から遮断されるという手段となる。
レーザ光源はサブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合い、なおかつ光
波長変換素子の波長変換部が熱的に半導体レーザの発熱
から遮断されるという手段となる。
【００１１】また本発明の短波長レーザ光源は、サブマ
ウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備え、
前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結合す
る短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの活性
層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面がサ
ブマウントに向き合いなおかつ前記光波長変換素子の波
長変換部直下のサブマウントには溝またはテーパ部が形
成されておりサブマウントと波長変換部が非接触となる
手段を有する。
ウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備え、
前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結合す
る短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの活性
層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面がサ
ブマウントに向き合いなおかつ前記光波長変換素子の波
長変換部直下のサブマウントには溝またはテーパ部が形
成されておりサブマウントと波長変換部が非接触となる
手段を有する。
【００１２】また本発明の短波長レーザ光源は、サブマ
ウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備え、
前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結合す
る短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの活性
層が形成されている面および光波長変換素子の光導波路
形成面が第１のサブマウントに向き合う構成となり、な
おかつ前記半導体レーザの活性層が形成されている面と
反対面に前記半導体レーザからの熱の放射を行うための
第２のサブマウントを有している。
ウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備え、
前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結合す
る短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの活性
層が形成されている面および光波長変換素子の光導波路
形成面が第１のサブマウントに向き合う構成となり、な
おかつ前記半導体レーザの活性層が形成されている面と
反対面に前記半導体レーザからの熱の放射を行うための
第２のサブマウントを有している。
【００１３】また、本発明の短波長レーザ光源は、サブ
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面
がサブマウントに向き合いなおかつ前記光波長変換素子
の波長変換部が長さ方向にわたって前記半導体レーザか
ら等距離となる手段を有する。
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面
がサブマウントに向き合いなおかつ前記光波長変換素子
の波長変換部が長さ方向にわたって前記半導体レーザか
ら等距離となる手段を有する。
【００１４】また、本発明の短波長レーザ光源は、サブ
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザに
対して光波長変換素子が直角に配置されており、なおか
つ前記半導体レーザの活性層の形成面がサブマウントに
向き合う構成となる。
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザに
対して光波長変換素子が直角に配置されており、なおか
つ前記半導体レーザの活性層の形成面がサブマウントに
向き合う構成となる。
【００１５】また、本発明の短波長レーザ光源は、サブ
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面
がサブマウントに向き合い、なおかつサブマウントが窒
素でパージされたパッケージ内に固定されており、前記
光波長変換素子で発生する高調波は前記パッケージに形
成された窓を通して外部に放射されるという手段を有す
るものである。
マウント上に半導体レーザおよび光波長変換素子を備
え、前記半導体レーザの基本波が前記光導波路に直接結
合する短波長レーザ光源において、前記半導体レーザの
活性層の形成面および光波長変換素子の光導波路形成面
がサブマウントに向き合い、なおかつサブマウントが窒
素でパージされたパッケージ内に固定されており、前記
光波長変換素子で発生する高調波は前記パッケージに形
成された窓を通して外部に放射されるという手段を有す
るものである。
【００１６】
【作用】本発明は上記手段により半導体レーザ駆動によ
り発生する熱を光波長変換素子に伝えることなく、光波
長変換素子から出射される高調波パワーを安定かつ高効
率にできる。以下これを詳しく説明する。半導体レーザ
は電流を流すと、発振と同時に発熱を始める。この熱は
サブマウントに伝わるが光波長変換素子の波長変換部は
サブマウントから遮断されているため熱は伝わらず、ほ
ぼ一定温度で動作する。これにより３℃以下の温度許容
幅を持つ分極反転構造を持つ光波長変換素子であっても
高調波パワーの劣化はない。また、半導体レーザ点灯に
よるサブマウントの温度上昇の影響を受けず高調波の立
ち上がりも速い。
り発生する熱を光波長変換素子に伝えることなく、光波
長変換素子から出射される高調波パワーを安定かつ高効
率にできる。以下これを詳しく説明する。半導体レーザ
は電流を流すと、発振と同時に発熱を始める。この熱は
サブマウントに伝わるが光波長変換素子の波長変換部は
サブマウントから遮断されているため熱は伝わらず、ほ
ぼ一定温度で動作する。これにより３℃以下の温度許容
幅を持つ分極反転構造を持つ光波長変換素子であっても
高調波パワーの劣化はない。また、半導体レーザ点灯に
よるサブマウントの温度上昇の影響を受けず高調波の立
ち上がりも速い。
【００１７】
【実施例】本発明の短波長レーザ光源の第１の実施例の
構造図を図１に示す。この実施例では短波長レーザ光源
として０．８μｍ帯の半導体レーザ、光波長変換素子と
してLiTaO3基板を用いたもので、図１は短波長レーザ光
源の断面図である。図１で２０はＳｉのサブマウント、
２１は半導体レーザ、２２は光波長変換素子である。こ
こで用いた半導体レーザ２１は波長０．８６μｍ、出力
１００ｍＷのものである。また、光波長変換素子２２は
ＬｉＴａＯ3基板に燐酸中でのプロトン交換により周期
状分極反転層３および光導波路２を形成したものであ
る。ここで用いたプロトン交換光導波路２は屈折率変化
が大きく光の閉じ込めが良く高調波への変換効率が高い
という特徴がある。
構造図を図１に示す。この実施例では短波長レーザ光源
として０．８μｍ帯の半導体レーザ、光波長変換素子と
してLiTaO3基板を用いたもので、図１は短波長レーザ光
源の断面図である。図１で２０はＳｉのサブマウント、
２１は半導体レーザ、２２は光波長変換素子である。こ
こで用いた半導体レーザ２１は波長０．８６μｍ、出力
１００ｍＷのものである。また、光波長変換素子２２は
ＬｉＴａＯ3基板に燐酸中でのプロトン交換により周期
状分極反転層３および光導波路２を形成したものであ
る。ここで用いたプロトン交換光導波路２は屈折率変化
が大きく光の閉じ込めが良く高調波への変換効率が高い
という特徴がある。
【００１８】本実施例の構成では、半導体レーザ２１の
活性層２３の形成面２４および光波長変換素子２２の光
導波路２の形成面２５はサブマウント２０に向き合って
いる。活性層２３の形成面２４とは活性層２３が半導体
レーザ２１の基板にエピ成長された面であり、また光導
波路２の形成面２５とは光波長変換素子２２にプロトン
交換により光導波路２が形成された面のことである。
又、半導体レーザ２１の活性層２３と光導波路２は同軸
上にあり半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が光導波路２へ
直接結合する構成となっている。
活性層２３の形成面２４および光波長変換素子２２の光
導波路２の形成面２５はサブマウント２０に向き合って
いる。活性層２３の形成面２４とは活性層２３が半導体
レーザ２１の基板にエピ成長された面であり、また光導
波路２の形成面２５とは光波長変換素子２２にプロトン
交換により光導波路２が形成された面のことである。
又、半導体レーザ２１の活性層２３と光導波路２は同軸
上にあり半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が光導波路２へ
直接結合する構成となっている。
【００１９】また基本波を高調波へ変換する波長変換部
２６はサブマウント２１には接触していないため熱的に
遮断されている。そのため半導体レーザ２１からの熱の
影響はない。図１で半導体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ
１として活性層２３から出射された半導体レーザ光（波
長０．８６μｍ）を光波長変換素子２２の入射面１０よ
り光導波路２に直接結合させると基本波Ｐ１はシングル
モード伝搬し、光導波路２内の波長変換部２６で波長
０．４３μｍの高調波Ｐ２に変換され青色レーザ光が出
射面１２より基板外部に取り出される。
２６はサブマウント２１には接触していないため熱的に
遮断されている。そのため半導体レーザ２１からの熱の
影響はない。図１で半導体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ
１として活性層２３から出射された半導体レーザ光（波
長０．８６μｍ）を光波長変換素子２２の入射面１０よ
り光導波路２に直接結合させると基本波Ｐ１はシングル
モード伝搬し、光導波路２内の波長変換部２６で波長
０．４３μｍの高調波Ｐ２に変換され青色レーザ光が出
射面１２より基板外部に取り出される。
【００２０】次にこの短波長レーザ光源の製造方法につ
いて説明する。半導体レーザ２１を活性層２３の形成面
２４をサブマウント２０側に向けてボンディングを行っ
た。半導体レーザ２１に電流を流し基本波Ｐ１を出射さ
せた後、光導波路２の形成面２５をサブマウント２０側
に向けて光波長変換素子２２を半導体レーザ２１に押し
当て固定を行った。この際、光波長変換素子２２の入射
面１０は光導波路２の形成面２５に対して９０度以下の
角度となっており、半導体レーザ２１の出射面と接触し
て半導体レーザを破壊することはない。また、入射面１
０での反射による活性層２３への戻り光も少なくでき
る。
いて説明する。半導体レーザ２１を活性層２３の形成面
２４をサブマウント２０側に向けてボンディングを行っ
た。半導体レーザ２１に電流を流し基本波Ｐ１を出射さ
せた後、光導波路２の形成面２５をサブマウント２０側
に向けて光波長変換素子２２を半導体レーザ２１に押し
当て固定を行った。この際、光波長変換素子２２の入射
面１０は光導波路２の形成面２５に対して９０度以下の
角度となっており、半導体レーザ２１の出射面と接触し
て半導体レーザを破壊することはない。また、入射面１
０での反射による活性層２３への戻り光も少なくでき
る。
【００２１】固定の時には、高調波出力Ｐ２が最大にな
るように光波長変換素子２２を動かしてＸ方向のアライ
メントを行った。従来のレンズ系を用いる短波長レーザ
光源ではＸ，Ｙ，Ｚの３軸のアライメントが必要である
が、この構成によればＸ方向のみのアライメントで良
い。これは、Ｚ方向は半導体レーザにおしあてられてお
り、またＹ方向は半導体レーザ２１の活性層２３と光波
長変換素子２２の光導波路２の高さが一致しているため
アライメントが必要ないことによる。Ｙ方向に対しては
光導波路２にＳｉＯ2保護膜１７を付加しこれにより高
さを活性層２３と合わせた。サブマウント２０の表面か
らの光導波路２の高さは４μｍとなっている。
るように光波長変換素子２２を動かしてＸ方向のアライ
メントを行った。従来のレンズ系を用いる短波長レーザ
光源ではＸ，Ｙ，Ｚの３軸のアライメントが必要である
が、この構成によればＸ方向のみのアライメントで良
い。これは、Ｚ方向は半導体レーザにおしあてられてお
り、またＹ方向は半導体レーザ２１の活性層２３と光波
長変換素子２２の光導波路２の高さが一致しているため
アライメントが必要ないことによる。Ｙ方向に対しては
光導波路２にＳｉＯ2保護膜１７を付加しこれにより高
さを活性層２３と合わせた。サブマウント２０の表面か
らの光導波路２の高さは４μｍとなっている。
【００２２】以上のように作製した短波長レーザ光源に
おいて半導体レーザ２１を１００ｍＷで駆動し７ｍＷの
高調波Ｐ２（波長０．４３μｍ）を得た。この場合の変
換効率は７％である。図２に温度分布を示す。光波長変
換素子２２の波長変換部２６の長さ方向に対する温度差
は１℃以内であり効率を劣化させることはない。また立
ち上がりも１分以内であり装置として使用する際問題は
ない。ここで結合効率は７６％で基本波が光波長変換素
子２２に入射した。図１において１０は光波長変換素子
２２の入射面でありＳｉＯ2が反射防止膜として入射面
１０上に形成されている。これにより基本波Ｐ１の光導
波路２への結合効率は１５％上昇する。また、この反射
防止膜により半導体レーザへの戻り光による半導体レー
ザの不安定動作が防止できる。
おいて半導体レーザ２１を１００ｍＷで駆動し７ｍＷの
高調波Ｐ２（波長０．４３μｍ）を得た。この場合の変
換効率は７％である。図２に温度分布を示す。光波長変
換素子２２の波長変換部２６の長さ方向に対する温度差
は１℃以内であり効率を劣化させることはない。また立
ち上がりも１分以内であり装置として使用する際問題は
ない。ここで結合効率は７６％で基本波が光波長変換素
子２２に入射した。図１において１０は光波長変換素子
２２の入射面でありＳｉＯ2が反射防止膜として入射面
１０上に形成されている。これにより基本波Ｐ１の光導
波路２への結合効率は１５％上昇する。また、この反射
防止膜により半導体レーザへの戻り光による半導体レー
ザの不安定動作が防止できる。
【００２３】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは４
×４×１０ｍｍと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。
×４×１０ｍｍと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。
【００２４】次に本発明の第２の実施例の短波長レーザ
光源について説明する。図３に実施例２の短波長レーザ
光源の構成を示す。この実施例では実施例１の短波長レ
ーザ光源をパッケージ５０に封入した。パッケージ５０
には窒素ガスを入れ外気と遮断した。また高調波Ｐ２は
コーティングされたガラスによる窓５１より外部に取り
出される。５１は赤外光カットでかつ青色光透過のフィ
ルターの役目も兼ねている。５２は石英による光波長変
換素子２２のささえであり、これにより振動ぶれを防止
している。この短波長レーザ光源全体をペルチエによる
±１℃の温度制御を行い安定化を図った。これにより周
囲の温度変化に対して高調波Ｐ２の出力変化はほとんど
生じなかった。図４に環境温度に対する高調波出力の関
係を示す。また窒素ガスにて封入することで空気中での
酸化による反射防止膜等の劣化が防止できる。
光源について説明する。図３に実施例２の短波長レーザ
光源の構成を示す。この実施例では実施例１の短波長レ
ーザ光源をパッケージ５０に封入した。パッケージ５０
には窒素ガスを入れ外気と遮断した。また高調波Ｐ２は
コーティングされたガラスによる窓５１より外部に取り
出される。５１は赤外光カットでかつ青色光透過のフィ
ルターの役目も兼ねている。５２は石英による光波長変
換素子２２のささえであり、これにより振動ぶれを防止
している。この短波長レーザ光源全体をペルチエによる
±１℃の温度制御を行い安定化を図った。これにより周
囲の温度変化に対して高調波Ｐ２の出力変化はほとんど
生じなかった。図４に環境温度に対する高調波出力の関
係を示す。また窒素ガスにて封入することで空気中での
酸化による反射防止膜等の劣化が防止できる。
【００２５】本発明の短波長レーザ光源の第３の実施例
の構造図を図５に示す。この実施例では短波長レーザ光
源として０．８μｍ帯の半導体レーザ、光波長変換素子
としてLiTaO3基板を用いたもので、図５は短波長レーザ
光源の断面図である。図５で２０はＳｉのサブマウン
ト、２１は半導体レーザ、２２は光波長変換素子であ
る。ここで用いた半導体レーザ２１は波長０．８４μ
ｍ、出力１５０ｍＷのものである。また、光波長変換素
子２２はＬｉＴａＯ3基板に燐酸中でのプロトン交換に
より周期状分極反転層３および光導波路２を形成したも
のである。本実施例の構成では、半導体レーザ２１の活
性層２３の形成面２４および光波長変換素子２２の光導
波路２の形成面２５はサブマウント２０に向き合ってい
る。又、半導体レーザ２１の活性層２３と光導波路２は
同軸上にあり半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が直接結合
する構成となっている。またサブマウントにはエッチン
グにより溝が形成されている。基本波を高調波へ変換す
る波長変換部２６は溝８によりサブマウント２１には接
触していないため熱的に遮断されている。図５で半導体
レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１として活性層２３から出
射された半導体レーザ光（波長０．８４μｍ）を光波長
変換素子２２の入射面１０より光導波路２に直接結合さ
せると基本波Ｐ１はシングルモード伝搬し、光導波路２
内の波長変換部２６で波長０．４２μｍの高調波Ｐ２に
変換され青色レーザ光が出射面１２より基板外部に取り
出される。
の構造図を図５に示す。この実施例では短波長レーザ光
源として０．８μｍ帯の半導体レーザ、光波長変換素子
としてLiTaO3基板を用いたもので、図５は短波長レーザ
光源の断面図である。図５で２０はＳｉのサブマウン
ト、２１は半導体レーザ、２２は光波長変換素子であ
る。ここで用いた半導体レーザ２１は波長０．８４μ
ｍ、出力１５０ｍＷのものである。また、光波長変換素
子２２はＬｉＴａＯ3基板に燐酸中でのプロトン交換に
より周期状分極反転層３および光導波路２を形成したも
のである。本実施例の構成では、半導体レーザ２１の活
性層２３の形成面２４および光波長変換素子２２の光導
波路２の形成面２５はサブマウント２０に向き合ってい
る。又、半導体レーザ２１の活性層２３と光導波路２は
同軸上にあり半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が直接結合
する構成となっている。またサブマウントにはエッチン
グにより溝が形成されている。基本波を高調波へ変換す
る波長変換部２６は溝８によりサブマウント２１には接
触していないため熱的に遮断されている。図５で半導体
レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１として活性層２３から出
射された半導体レーザ光（波長０．８４μｍ）を光波長
変換素子２２の入射面１０より光導波路２に直接結合さ
せると基本波Ｐ１はシングルモード伝搬し、光導波路２
内の波長変換部２６で波長０．４２μｍの高調波Ｐ２に
変換され青色レーザ光が出射面１２より基板外部に取り
出される。
【００２６】次にこの短波長レーザ光源の製造方法につ
いて説明する。まず、Ｓｉのサブマウント２０を通常の
フォトプロセスおよびドライエッチングプロセスにより
幅６ｍｍ，深さ１００μｍの溝８を形成した。次に、半
導体レーザ２１を活性層２３の形成面２４をサブマウン
ト２０側に向けてボンディングを行った。半導体レーザ
２１に電流を流し基本波Ｐ１を出射させた後、光導波路
２の形成面２５をサブマウント２０側に向けて光波長変
換素子２２を半導体レーザ２１に押し当て固定を行っ
た。この際、光波長変換素子２２の入射面１０は光導波
路２の形成面２５に対して９０度以下の角度となってお
り、半導体レーザ２１の出射面と接触して半導体レーザ
を破壊することはない。また、入射面１０での反射によ
る活性層２３への戻り光も少なくできる。また光導波路
２上には厚み３００ｎｍのＴｉ膜蒸着による薄膜ヒータ
ー１５ａが形成されており電流を流すことで波長変換部
２６の温度を一定にしている。この温度が一定になるの
は溝によりＳｉサブマウント２０から熱的に遮断されて
いるからである。なお固定の時には、高調波出力Ｐ２が
最大になるようにＸ方向のアライメントを行った。Ｙ方
向に対しては光導波路２にＳｉＯ2保護膜１７を付加し
これにより高さを活性層２３と合わせた。
いて説明する。まず、Ｓｉのサブマウント２０を通常の
フォトプロセスおよびドライエッチングプロセスにより
幅６ｍｍ，深さ１００μｍの溝８を形成した。次に、半
導体レーザ２１を活性層２３の形成面２４をサブマウン
ト２０側に向けてボンディングを行った。半導体レーザ
２１に電流を流し基本波Ｐ１を出射させた後、光導波路
２の形成面２５をサブマウント２０側に向けて光波長変
換素子２２を半導体レーザ２１に押し当て固定を行っ
た。この際、光波長変換素子２２の入射面１０は光導波
路２の形成面２５に対して９０度以下の角度となってお
り、半導体レーザ２１の出射面と接触して半導体レーザ
を破壊することはない。また、入射面１０での反射によ
る活性層２３への戻り光も少なくできる。また光導波路
２上には厚み３００ｎｍのＴｉ膜蒸着による薄膜ヒータ
ー１５ａが形成されており電流を流すことで波長変換部
２６の温度を一定にしている。この温度が一定になるの
は溝によりＳｉサブマウント２０から熱的に遮断されて
いるからである。なお固定の時には、高調波出力Ｐ２が
最大になるようにＸ方向のアライメントを行った。Ｙ方
向に対しては光導波路２にＳｉＯ2保護膜１７を付加し
これにより高さを活性層２３と合わせた。
【００２７】以上のように作製した短波長レーザ光源に
おいて半導体レーザ２１を１５０ｍＷで駆動し１０ｍＷ
の高調波Ｐ２（波長０．４２μｍ）を得た。この場合の
変換効率は７％である。立ち上がりも１０秒以内であり
高調波出力も安定していた。薄膜ヒーターが付加されて
いるので立ち上がりがこのように早くなったと考えられ
る。
おいて半導体レーザ２１を１５０ｍＷで駆動し１０ｍＷ
の高調波Ｐ２（波長０．４２μｍ）を得た。この場合の
変換効率は７％である。立ち上がりも１０秒以内であり
高調波出力も安定していた。薄膜ヒーターが付加されて
いるので立ち上がりがこのように早くなったと考えられ
る。
【００２８】本実施例の短波長レーザ光源の大きさは３
×３×１２ｍｍと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。これにより周囲の温度変化に対して高調
波Ｐ２の出力変化が最小に抑えられる。
×３×１２ｍｍと小型になっている。また、光軸ずれを
起こす部分がなく極めて温度変化および振動に強い構造
となっている。これにより周囲の温度変化に対して高調
波Ｐ２の出力変化が最小に抑えられる。
【００２９】なおサブマウントとして加工性が良く、熱
伝導に優れたＳｉを用いたがこれに限ることはない。
伝導に優れたＳｉを用いたがこれに限ることはない。
【００３０】第４の実施例として本発明の短波長レーザ
光源について図６を用いて説明する。本発明の第４の実
施例の短波長レーザ光源の構造図を図６に示す。この実
施例では短波長レーザ光源として０．８μｍ帯の半導体
レーザ、光波長変換素子としてLiNbO3基板を用いたもの
で、図６は短波長レーザ光源の断面図である。図６で２
０は石英ガラスによるサブマウント、２１は半導体レー
ザ、２２は光波長変換素子である。ここで用いた半導体
レーザ２１は波長０．８４μｍ，のものである。また、
光波長変換素子２２はＬｉＮｂＯ3基板に燐酸中でのプ
ロトン交換を行い分極反転層３および光導波路２を形成
したものである。本実施例の構成では、半導体レーザ２
の活性層２３の形成面２４および光波長変換素子２２の
光導波路２の形成面２５はサブマウント２０に向き合っ
ている。又、半導体レーザ２１の活性層２３と光導波路
２は同軸上にあり半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が直接
結合する構成となっている。この実施例では半導体レー
ザ２１の放熱用に第２のサブマウント２８として銅ブロ
ックが用いられている。このため半導体レーザ２１の熱
は第２のサブマウント２８に逃げ、放熱の悪い石英のサ
ブマウント２０側には伝わらない。組立は先に半導体レ
ーザ２１の裏面２９ａ（活性層２３が形成されている面
２４の反対面）を第２のサブマウント２８にボンディン
グを行った。次にサブマウント２０に固定し、光波長変
換素子２２を押しあてた。作製されたこの素子の長さは
８ｍｍである。基本波Ｐ１として半導体レーザ光（波長
０．８４μｍ）を入射面１０より導波させたところシン
グルモード伝搬し、波長０．４２μｍの高調波Ｐ２が出
射面１２より基板外部に取り出された。出射面が基本波
および高調波に対してＡＲコートされていることにより
高調波の出力が有効に取り出せ１５％のアップが図れ
た。基本波７０ｍＷで５ｍＷの高調波（波長０．４２μ
ｍ）を得た。また反射光を大幅に減らすことができたた
め半導体レーザは安定に動作し高調波出力の変動は±３
％以下であった。
光源について図６を用いて説明する。本発明の第４の実
施例の短波長レーザ光源の構造図を図６に示す。この実
施例では短波長レーザ光源として０．８μｍ帯の半導体
レーザ、光波長変換素子としてLiNbO3基板を用いたもの
で、図６は短波長レーザ光源の断面図である。図６で２
０は石英ガラスによるサブマウント、２１は半導体レー
ザ、２２は光波長変換素子である。ここで用いた半導体
レーザ２１は波長０．８４μｍ，のものである。また、
光波長変換素子２２はＬｉＮｂＯ3基板に燐酸中でのプ
ロトン交換を行い分極反転層３および光導波路２を形成
したものである。本実施例の構成では、半導体レーザ２
の活性層２３の形成面２４および光波長変換素子２２の
光導波路２の形成面２５はサブマウント２０に向き合っ
ている。又、半導体レーザ２１の活性層２３と光導波路
２は同軸上にあり半導体レーザ２１の基本波Ｐ１が直接
結合する構成となっている。この実施例では半導体レー
ザ２１の放熱用に第２のサブマウント２８として銅ブロ
ックが用いられている。このため半導体レーザ２１の熱
は第２のサブマウント２８に逃げ、放熱の悪い石英のサ
ブマウント２０側には伝わらない。組立は先に半導体レ
ーザ２１の裏面２９ａ（活性層２３が形成されている面
２４の反対面）を第２のサブマウント２８にボンディン
グを行った。次にサブマウント２０に固定し、光波長変
換素子２２を押しあてた。作製されたこの素子の長さは
８ｍｍである。基本波Ｐ１として半導体レーザ光（波長
０．８４μｍ）を入射面１０より導波させたところシン
グルモード伝搬し、波長０．４２μｍの高調波Ｐ２が出
射面１２より基板外部に取り出された。出射面が基本波
および高調波に対してＡＲコートされていることにより
高調波の出力が有効に取り出せ１５％のアップが図れ
た。基本波７０ｍＷで５ｍＷの高調波（波長０．４２μ
ｍ）を得た。また反射光を大幅に減らすことができたた
め半導体レーザは安定に動作し高調波出力の変動は±３
％以下であった。
【００３１】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い。又、半導体レ
ーザと光波長変換素子の距離が３０μｍ以上となると結
合効率が小さくなり実用的ではない。
高調波の出力が不安定で実用的ではない。又、半導体レ
ーザと光波長変換素子の距離が３０μｍ以上となると結
合効率が小さくなり実用的ではない。
【００３２】第５の実施例として本発明の短波長レーザ
光源について図を用いて説明する。本発明の第５の実施
例の短波長レーザ光源の構造図を図７に示す。この実施
例では短波長レーザ光源として波長０．７９μｍの半導
体レーザ、光波長変換素子としてＫＴＰ（KTiOPO4）基
板を用いたもので、図７は短波長レーザ光源の断面図で
ある。ＫＴＰは光損傷に強いという特徴がある。図７で
２０はＳｉのサブマウント、２１は半導体レーザ、２２
は光波長変換素子である。光波長変換素子２２の入射面
１０は研磨により４５度の角度が付けられている。また
光波長変換素子２２は半導体レーザ２１に対し垂直に配
置されている。また、光波長変換素子２２はＫＴＰ基板
にイオン交換を行い分極反転層３および光導波路２を形
成したものである。半導体レーザ２１から出射された基
本波Ｐ１は入射面１０で全反射されて光導波路２に入射
する。基本波を高調波へ変換する波長変換部２６はサブ
マウント２１には接触していないため熱的に遮断されて
いる。半導体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１として活性
層２３から出射された半導体レーザ光（波長０．７９μ
ｍ）を光波長変換素子２２の入射面１０より光導波路２
に直接結合させると基本波Ｐ１はシングルモード伝搬
し、光導波路２内の波長変換部２６で波長０．３９５μ
ｍの紫外の高調波Ｐ２に変換され出射面１２より基板外
部に取り出される。
光源について図を用いて説明する。本発明の第５の実施
例の短波長レーザ光源の構造図を図７に示す。この実施
例では短波長レーザ光源として波長０．７９μｍの半導
体レーザ、光波長変換素子としてＫＴＰ（KTiOPO4）基
板を用いたもので、図７は短波長レーザ光源の断面図で
ある。ＫＴＰは光損傷に強いという特徴がある。図７で
２０はＳｉのサブマウント、２１は半導体レーザ、２２
は光波長変換素子である。光波長変換素子２２の入射面
１０は研磨により４５度の角度が付けられている。また
光波長変換素子２２は半導体レーザ２１に対し垂直に配
置されている。また、光波長変換素子２２はＫＴＰ基板
にイオン交換を行い分極反転層３および光導波路２を形
成したものである。半導体レーザ２１から出射された基
本波Ｐ１は入射面１０で全反射されて光導波路２に入射
する。基本波を高調波へ変換する波長変換部２６はサブ
マウント２１には接触していないため熱的に遮断されて
いる。半導体レーザ２１を駆動し基本波Ｐ１として活性
層２３から出射された半導体レーザ光（波長０．７９μ
ｍ）を光波長変換素子２２の入射面１０より光導波路２
に直接結合させると基本波Ｐ１はシングルモード伝搬
し、光導波路２内の波長変換部２６で波長０．３９５μ
ｍの紫外の高調波Ｐ２に変換され出射面１２より基板外
部に取り出される。
【００３３】次に第６の実施例である本発明のレーザ光
源の構成を図８を用いて説明する。図８に本発明の短波
長レーザ光源の構成図を示す。レーザ光源は基本的には
Ｓｉサブマウント２０と半導体レーザ２１と光導波路が
形成された光波長変換素子２２により構成される。ま
た、光波長変換素子２２の光導波路２上にはTa2O5によ
るグレーティング７が形成されている。サブマウント２
０に固定された半導体レーザ２１から出射された光Ｐ１
は直接光導波路２に導入される。入力部にはテーパ光導
波路９が形成されておりアライメントの尤度を向上させ
ている。放熱対策としてＳｉサブマウントは斜めに削ら
れている。これにより波長変換部２６に熱が伝わること
はない。
源の構成を図８を用いて説明する。図８に本発明の短波
長レーザ光源の構成図を示す。レーザ光源は基本的には
Ｓｉサブマウント２０と半導体レーザ２１と光導波路が
形成された光波長変換素子２２により構成される。ま
た、光波長変換素子２２の光導波路２上にはTa2O5によ
るグレーティング７が形成されている。サブマウント２
０に固定された半導体レーザ２１から出射された光Ｐ１
は直接光導波路２に導入される。入力部にはテーパ光導
波路９が形成されておりアライメントの尤度を向上させ
ている。放熱対策としてＳｉサブマウントは斜めに削ら
れている。これにより波長変換部２６に熱が伝わること
はない。
【００３４】光導波路２に入った基本波Ｐ１はグレーテ
ィング７により一部が反射され半導体レーザに帰還され
る。そのため半導体レーザはグレーティング７の周期と
基板の屈折率で決まる波長に固定され発振する。
ィング７により一部が反射され半導体レーザに帰還され
る。そのため半導体レーザはグレーティング７の周期と
基板の屈折率で決まる波長に固定され発振する。
【００３５】光導波路２はピロ燐酸中でのプロトン交換
により作製した。以下基板への分極反転層、光導波路お
よびグレーティング作製方法について説明する。最初に
分極反転層３を形成する。LiTaO3基板にTaを厚み20nm、
スパッタ蒸着した後、通常のフォトプロセスとドライエ
ッチングを用いてTaを周期状にパターニングする。Taに
よるパターンが形成されたLiTaO3基板をピロ燐酸中で26
0℃、20分間浸し、プロトン交換を行いプロトン交換層
を形成する。その後、540℃の温度で20秒間熱処理す
る。これにより厚み2μｍの周期状の分極反転層が形成
される。次にテーパ光導波路９を形成する。LiTaO3基板
にTaを厚み20nm、スパッタ蒸着した後、通常のフォトプ
ロセスとドライエッチングを用いてTaをパターニングす
る。テーパ光導波路を形成するため、Taによるパターン
が形成されたLiTaO3基板の一部をピロ燐酸中で260℃、5
0分間浸し、プロトン交換を行い、スリット直下に厚み
1.2μｍのテーパ光導波路となるプロトン交換層を形成
する。その後、420℃の温度で20分間熱処理する。これ
により厚み5μｍのテーパ光導波路が形成される。さら
に光導波路２を形成するために、ピロ燐酸中で260℃、1
2分間プロトン交換を行い、スリット直下に厚み0.5μｍ
のプロトン交換層を形成した後、420℃の温度で1分間熱
処理する。次にTa2O5を膜として30nmの厚みで形成す
る。次にフォトリソとドライエッチングを用いてTa2O5
の周期的パターンを形成する。これがグレーティング７
となる。グレーティングの周期は0.8μｍであり、１次
周期0.2μｍの４倍を用いている。このように周期は１
次周期の整数倍であれば用いることができる。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1.9
μｍ、長さは5mmである。また、グレーティングの反射
率は10％である。この程度の反射量で充分波長安定化が
図れる。
により作製した。以下基板への分極反転層、光導波路お
よびグレーティング作製方法について説明する。最初に
分極反転層３を形成する。LiTaO3基板にTaを厚み20nm、
スパッタ蒸着した後、通常のフォトプロセスとドライエ
ッチングを用いてTaを周期状にパターニングする。Taに
よるパターンが形成されたLiTaO3基板をピロ燐酸中で26
0℃、20分間浸し、プロトン交換を行いプロトン交換層
を形成する。その後、540℃の温度で20秒間熱処理す
る。これにより厚み2μｍの周期状の分極反転層が形成
される。次にテーパ光導波路９を形成する。LiTaO3基板
にTaを厚み20nm、スパッタ蒸着した後、通常のフォトプ
ロセスとドライエッチングを用いてTaをパターニングす
る。テーパ光導波路を形成するため、Taによるパターン
が形成されたLiTaO3基板の一部をピロ燐酸中で260℃、5
0分間浸し、プロトン交換を行い、スリット直下に厚み
1.2μｍのテーパ光導波路となるプロトン交換層を形成
する。その後、420℃の温度で20分間熱処理する。これ
により厚み5μｍのテーパ光導波路が形成される。さら
に光導波路２を形成するために、ピロ燐酸中で260℃、1
2分間プロトン交換を行い、スリット直下に厚み0.5μｍ
のプロトン交換層を形成した後、420℃の温度で1分間熱
処理する。次にTa2O5を膜として30nmの厚みで形成す
る。次にフォトリソとドライエッチングを用いてTa2O5
の周期的パターンを形成する。これがグレーティング７
となる。グレーティングの周期は0.8μｍであり、１次
周期0.2μｍの４倍を用いている。このように周期は１
次周期の整数倍であれば用いることができる。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1.9
μｍ、長さは5mmである。また、グレーティングの反射
率は10％である。この程度の反射量で充分波長安定化が
図れる。
【００３６】次に長さ１０ｍｍのＳｉによるサブマウン
ト２０上に半導体レーザ２１の活性層２３側を下にして
ボンディングする。サブマウント２０は研磨により一部
テーパ状に加工されている。リード線を付けて半導体レ
ーザを光らせながら、光導波路が形成された光波長変換
素子２２を光導波路から出射する基本波Ｐ１が最大にな
るところで接着する。以上の工程により、コンパクトな
短波長レーザ光源が作製できた。基本波５０ｍＷで５ｍ
Ｗの高調波（波長０．４２μｍ）を得た。またグレーテ
ィングで半導体レーザの波長はロックされているので安
定に動作し高調波出力の変動は±１％以下であった。
ト２０上に半導体レーザ２１の活性層２３側を下にして
ボンディングする。サブマウント２０は研磨により一部
テーパ状に加工されている。リード線を付けて半導体レ
ーザを光らせながら、光導波路が形成された光波長変換
素子２２を光導波路から出射する基本波Ｐ１が最大にな
るところで接着する。以上の工程により、コンパクトな
短波長レーザ光源が作製できた。基本波５０ｍＷで５ｍ
Ｗの高調波（波長０．４２μｍ）を得た。またグレーテ
ィングで半導体レーザの波長はロックされているので安
定に動作し高調波出力の変動は±１％以下であった。
【００３７】なお、光入射方法としては直接結合以外に
もレンズを介した構成でも良い。また、Ｓｉをサブマウ
ントとして用いたがＣｕやＣ等他の熱電導の良い材料で
あれば良い。また、実施例では結晶としてLiNbO3および
LiTaO3を用いたがKNbO3等の強誘電体、ＭＮＡ等の有機
非線形材料にも適用可能である。
もレンズを介した構成でも良い。また、Ｓｉをサブマウ
ントとして用いたがＣｕやＣ等他の熱電導の良い材料で
あれば良い。また、実施例では結晶としてLiNbO3および
LiTaO3を用いたがKNbO3等の強誘電体、ＭＮＡ等の有機
非線形材料にも適用可能である。
【００３８】次に第７の実施例として本発明の短波長レ
ーザ光源を光情報記録装置に組み込み光ディスクの読み
取りに応用した例について説明する。図９にその構成を
示す。本実施例では光情報記録装置は短波長レーザ光
源、レンズ、偏光ビームスプリッタおよび受光器により
構成されている。短波長レーザ光源６０内で半導体レー
ザ２１から出た基本波Ｐ１は光波長変換素子２２で高調
波Ｐ２に変換され高調波Ｐ２である青色レーザ光として
外部に放射される。この青色レーザ光Ｐ２をレンズ４０
により平行光とする。この平行光にされた高調波Ｐ２は
偏光ビームスプリッタ４１を通過後、フォーカシングレ
ンズ４２で集光され光ディスク４３上に０．６μｍのス
ポットを結ぶ。この反射信号は再び偏光ビームスプリッ
タ４１を通過後、受光器４５に入射する。短波長レーザ
光源６０にて２ｍＷの青色レーザ光Ｐ２が放射され、こ
れが光ディスクの読み取りに使用された。また駆動電流
を増加し１０ｍＷの青色レーザ光で書き込みが行われ
た。ここで短波長レーザ光源は振動、温度変化に強く安
定に動作した。
ーザ光源を光情報記録装置に組み込み光ディスクの読み
取りに応用した例について説明する。図９にその構成を
示す。本実施例では光情報記録装置は短波長レーザ光
源、レンズ、偏光ビームスプリッタおよび受光器により
構成されている。短波長レーザ光源６０内で半導体レー
ザ２１から出た基本波Ｐ１は光波長変換素子２２で高調
波Ｐ２に変換され高調波Ｐ２である青色レーザ光として
外部に放射される。この青色レーザ光Ｐ２をレンズ４０
により平行光とする。この平行光にされた高調波Ｐ２は
偏光ビームスプリッタ４１を通過後、フォーカシングレ
ンズ４２で集光され光ディスク４３上に０．６μｍのス
ポットを結ぶ。この反射信号は再び偏光ビームスプリッ
タ４１を通過後、受光器４５に入射する。短波長レーザ
光源６０にて２ｍＷの青色レーザ光Ｐ２が放射され、こ
れが光ディスクの読み取りに使用された。また駆動電流
を増加し１０ｍＷの青色レーザ光で書き込みが行われ
た。ここで短波長レーザ光源は振動、温度変化に強く安
定に動作した。
【００３９】第８の実施例として本発明の短波長レーザ
光源について図１０を用いて説明する。本発明の第８の
実施例の短波長レーザ光源の構造図を図１０に示す。こ
の実施例では短波長レーザ光源として０．８μｍ帯の半
導体レーザ、光波長変換素子としてLiTaO3基板を用いた
もので、図１０は短波長レーザ光源の光導波路の中心で
光導波路形成面に平行に切った断面図である。２１は半
導体レーザ、２２は光波長変換素子、２は光導波路、２
６は波長変換部である。波長変換部２６は曲がり光導波
路で構成されており、発熱源である半導体レーザ２１か
ら同心円上にあり温度は一定となっている。そのため高
調波への変換は安定に行うことができる。
光源について図１０を用いて説明する。本発明の第８の
実施例の短波長レーザ光源の構造図を図１０に示す。こ
の実施例では短波長レーザ光源として０．８μｍ帯の半
導体レーザ、光波長変換素子としてLiTaO3基板を用いた
もので、図１０は短波長レーザ光源の光導波路の中心で
光導波路形成面に平行に切った断面図である。２１は半
導体レーザ、２２は光波長変換素子、２は光導波路、２
６は波長変換部である。波長変換部２６は曲がり光導波
路で構成されており、発熱源である半導体レーザ２１か
ら同心円上にあり温度は一定となっている。そのため高
調波への変換は安定に行うことができる。
【００４０】なお分極反転構造を用いると実施例で示し
たような高効率、高出力の短波長光が発生できる。欠点
である温度許容幅の狭さに対しては本発明のように半導
体レーザと熱的に遮断することで解決できる。
たような高効率、高出力の短波長光が発生できる。欠点
である温度許容幅の狭さに対しては本発明のように半導
体レーザと熱的に遮断することで解決できる。
【００４１】このように本発明の短波長レーザ光源を用
いることで従来使用していた０．８μｍ帯の半導体レー
ザを用いた光情報記録装置の読み取り系に比べて半分の
スポットに絞ることができ光情報記録装置の記録密度を
従来の４倍に向上することができる。
いることで従来使用していた０．８μｍ帯の半導体レー
ザを用いた光情報記録装置の読み取り系に比べて半分の
スポットに絞ることができ光情報記録装置の記録密度を
従来の４倍に向上することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の短波長レー
ザ光源によれば半導体レーザと高効率光波長変換素子を
レンズを介さず直接結合させることで大幅な結合効率の
向上が図れ、その際半導体レーザからの発熱が光波長変
換素子の波長変換部に伝わるのを防ぎ、短波長レーザ光
源の出力および安定度が大幅に向上する。さらに、立ち
上がり特性も優れたものとなりその工業的価値は極めて
大きい。
ザ光源によれば半導体レーザと高効率光波長変換素子を
レンズを介さず直接結合させることで大幅な結合効率の
向上が図れ、その際半導体レーザからの発熱が光波長変
換素子の波長変換部に伝わるのを防ぎ、短波長レーザ光
源の出力および安定度が大幅に向上する。さらに、立ち
上がり特性も優れたものとなりその工業的価値は極めて
大きい。
【図１】本発明の短波長レーザ光源の第１の実施例の構
造図である。
造図である。
【図２】本発明の短波長レーザ光源の温度分布図であ
る。
る。
【図３】本発明の短波長レーザ光源の第２の実施例の構
造図である。
造図である。
【図４】本発明の短波長レーザ光源の環境温度と高調波
出力の特性図である。
出力の特性図である。
【図５】本発明の短波長レーザ光源の第３の実施例の構
造図である。
造図である。
【図６】本発明の短波長レーザ光源の第４の実施例の構
造図である。
造図である。
【図７】本発明の短波長レーザ光源の第５の実施例の構
造図である。
造図である。
【図８】本発明の短波長レーザ光源の第６の実施例の構
造図である。
造図である。
【図９】本発明の第７の実施例の光情報処理装置の構成
図である。
図である。
【図１０】本発明の短波長レーザ光源の第８の実施例の
構造図である。
構造図である。
【図１１】従来の短波長レーザ光源の構成図である。
【図１２】従来の短波長レーザ光源の構成図である。
【図１３】従来の光波長変換素子の構成図である。
【図１４】高調波増幅の原理を説明する図である。
【図１５】従来の短波長レーザ光源の温度分布図であ
る。
る。
２ 光導波路 ３ 分極反転層 ４ 非分極反転層 ７ グレーティング ８ 溝 ９ テーパ光導波路 １０ 入射面 １２ 出射面 １５ 電極 １５ａ 薄膜ヒーター １７ 保護膜 ２０ サブマウント ２１ 半導体レーザ ２２ 光波長変換素子 ２３ 活性層 ２６ 波長変換部 ４０、４２、４４ レンズ ４１ ビームスプリッター ４５ Ｓｉディテクター ５０ パッケージ ５１ 窓 ６０ 短波長レーザ光源
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/133
Claims (12)
- 【請求項１】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合い、なおかつ光
波長変換素子の波長変換部が熱的に半導体レーザの発熱
から遮断された構成となることを特徴とする短波長レー
ザ光源。 - 【請求項２】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合いなおかつ前記
光波長変換素子の波長変換部直下のサブマウントには溝
またはテーパ部が形成されておりサブマウントと波長変
換部が非接触となることを特徴とする短波長レーザ光
源。 - 【請求項３】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層が形成されている面および光波長
変換素子の光導波路形成面が第１のサブマウントに向き
合う構成となり、なおかつ前記半導体レーザの活性層が
形成されている面と反対面に前記半導体レーザからの熱
の放射を行うための第２のサブマウントを有しているこ
とを特徴とする短波長レーザ光源。 - 【請求項４】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合いなおかつ前記
光波長変換素子の波長変換部が長さ方向にわたって前記
半導体レーザから等距離となることを特徴とする短波長
レーザ光源。 - 【請求項５】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザに対して光波長変換素子が直角に配置され
ており、なおかつ前記半導体レーザの活性層の形成面が
サブマウントに向き合う構成となることを特徴とする短
波長レーザ光源。 - 【請求項６】サブマウント上に半導体レーザおよび光波
長変換素子を備え、前記半導体レーザの基本波が前記光
導波路に直接結合する短波長レーザ光源において、前記
半導体レーザの活性層の形成面および光波長変換素子の
光導波路形成面がサブマウントに向き合い、なおかつサ
ブマウントが窒素でパージされたパッケージ内に固定さ
れており、前記光波長変換素子で発生する高調波は前記
パッケージに形成された窓を通して外部に放射されるこ
とを特徴とする短波長レーザ光源。 - 【請求項７】光波長変換素子として分極反転構造を有す
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
の短波長レーザ光源。 - 【請求項８】サブマウントがＳｉであることを特徴とす
る請求項１〜６のいずれか１項に記載の短波長レーザ光
源。 - 【請求項９】非線形光学効果を有する基板としてＬｉＮ
ｂxＴａ1-xＯ3（０≦Ｘ≦１）基板を使用したことを特
徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の短波長レ
ーザ光源。 - 【請求項１０】光波長変換素子の光導波路上に電極また
は薄膜ヒーターが形成されていることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか１項に記載の短波長レーザ光源。 - 【請求項１１】光波長変換素子の入射部にテーパ光導波
路が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれか１項に記載の短波長レーザ光源。 - 【請求項１２】光波長変換素子の基本波の入射面に基本
波に対する反射防止膜が、出射面には基本波および高調
波に対する反射防止膜が形成されていることを特徴とす
る請求項１〜６のいずれか１項に記載の短波長レーザ光
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12692593A JP3129028B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 短波長レーザ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12692593A JP3129028B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 短波長レーザ光源 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338650A true JPH06338650A (ja) | 1994-12-06 |
| JP3129028B2 JP3129028B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=14947300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12692593A Expired - Fee Related JP3129028B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 短波長レーザ光源 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3129028B2 (ja) |
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-
1993
- 1993-05-28 JP JP12692593A patent/JP3129028B2/ja not_active Expired - Fee Related
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