JPH0653482A - 光集積回路および光ピックアップ - Google Patents

光集積回路および光ピックアップ

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JPH0653482A
JPH0653482A JP4204821A JP20482192A JPH0653482A JP H0653482 A JPH0653482 A JP H0653482A JP 4204821 A JP4204821 A JP 4204821A JP 20482192 A JP20482192 A JP 20482192A JP H0653482 A JPH0653482 A JP H0653482A
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JP
Japan
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grating
semiconductor laser
optical
optical waveguide
light
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JP4204821A
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English (en)
Inventor
Kazuhisa Yamamoto
和久 山本
Kiminori Mizuuchi
公典 水内
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE69325210T priority patent/DE69325210T2/de
Priority to DE69329912T priority patent/DE69329912T2/de
Priority to EP96113153A priority patent/EP0753767B1/en
Priority to EP96113155A priority patent/EP0753768B1/en
Priority to DE69327738T priority patent/DE69327738T2/de
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザを用いた光集積回路に関するも
ので動作の安定化を実現するものである。 【構成】 半導体レーザ21と光導波路2およびグレー
ティング3が形成されたLiTaO3基板22が結合されてい
る。光導波路2に半導体レーザ21からの光が入射し、
グレーティング3により一部帰還され、安定した波長で
発振が生じる。この光はグレーティングレンズ41で平
行化され、グレーティングカップラ42により集光され
る。 【効果】 駆動電流または環境温度が変化しても、半導
体レーザの波長は変わることなく安定であり、光集積回
路の動作も安定化される。

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、光
通信分野に使用する光集積回路および光ピックアップに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5に、半導体レーザを用いて構成した
従来の光集積回路の構成図を示す。(栖原他、レーザー
研究、第19巻、第4号、p344参照)この光集積回路は
光ディスクの情報を再生するものである。以下830nmの
波長の光に対する信号の再生について図を用いて詳しく
述べる。半導体レーザ21より出射され、スラブ光導波
路25を伝搬した光P1はグレーティングビームスプリ
ッター26を通過した後、グレーティングカップラ42
により媒体である光ディスク43に照射される。反射光
は逆にグレーティングカップラ42によりスラブ光導波
路25に戻され、グレーティングビームスプリッター2
6で分岐されSiによるディテクタ44で信号が読み取
られる。集光スポットサイズは1.1μmであった。
【0003】次に従来の波長安定化レーザ光源について
説明する。半導体レーザは発振波長の変動が大きいため
グレーティングにより帰還し、安定化していた。図6に
従来のレーザ光源の構成を示す。半導体レーザ21の後
方50から光P2を取り出し、レンズ46にて平行化し
た後、グレーティング47にて再び半導体レーザ21に
光を帰還し、波長を安定化していた。これにより半導体
レーザ21の前方51から出射された光P1は安定なシ
ングルモード発振を実現していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体レ
ーザを用いた光集積回路の構成では、半導体レーザが駆
動する電流および環境温度の変化による波長変動を生じ
ていた。また、半導体レーザの個体差が大きく±10nm程
度の波長ばらつきが生じていた。そのため、グレーティ
ングレンズの一種であるグレーティングカップラの焦点
位置の変化、収差を生じるという問題を有していた。例
えば半導体レーザ(波長830nm)に対して、レーザの波
長が5nmずれただけで焦点位置は2μm変化してい
た。
【0005】そこで本発明は、半導体レーザの電流変
化、個体差に左右されないだけでなく、環境温度が変わ
っても安定した動作が得られる光集積回路を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため光集積回路の構成に新たな工夫を加えるこ
とにより、半導体レーザの電流および温度変化に対して
動作の安定化を図るものである。つまり、本発明は半導
体レーザと、光導波路およびグレーティングが形成され
た基板を有し、前記光導波路中に前記半導体レーザから
の光が入射し、光の一部が前記グレーティングにより半
導体レーザに帰還され、なおかつ前記基板上には少なく
とも2つ以上、機能を有する素子が形成される構成を用
いるものである。
【0007】また、本発明の光集積回路は半導体レーザ
と、光導波路およびグレーティングが形成された基板を
有し、前記光導波路中に前記半導体レーザからの光が入
射し、光の一部が前記グレーティングにより半導体レー
ザに帰還され、なおかつ前記基板上には光偏向器および
グレーティングレンズが形成されるという手段を有する
ものである。
【0008】さらに、本発明の光ピックアップは半導体
レーザと、光導波路およびグレーティングおよびグレー
ティングカップラおよびグレーティイングビームスプリ
ッターが形成された基板と、を有し、前記光導波路中に
前記半導体レーザからの光が入射し、光の一部が前記グ
レーティングにより半導体レーザに帰還され、なおかつ
光導波路から出射された光が前記グレーティングレンズ
およびグレーティングビームスプリッターを通過した
後、媒体に照射される構成となるという手段を有するも
のである。
【0009】
【作用】本発明の光集積回路では、光導波路上に形成さ
れたグレーティングからの帰還により、半導体レーザの
波長は温度および電流が変化しても常に一定の発振波長
が得られる。また、発振波長の個体差もなく、すべての
レーザ光源で同一の波長が得られる。これを詳しく説明
する。半導体レーザの駆動電流が変化すると半導体レー
ザの材料の屈折率が変化し、これに伴って発振波長が変
化しようとするが、グレーティングからの帰還波長が一
定のためその波長で発振を行う。つまり発振波長λは、
グレーティングの周期Λ、光導波路の屈折率Nとする
と、λ=2NΛとなる。ここで周期Λおよび屈折率Nは
一定であるため発振波長λも一定となる。そのため、半
導体レーザの電流が変化しても焦点位置に変化はない。
これにより光集積回路の基本構成要素である、波長分散
の大きなグレーティングレンズにも使用できる。また、
同様のことは環境温度が変化した場合においても成立す
る。
【0010】また、発振波長のばらついている半導体レ
ーザについてもすべてグレーティングの周期で決まる一
定波長で発振させることができる。そのため、決められ
た波長に対してグレーティングレンズの設計が可能であ
る。
【0011】
【実施例】実施例の一つとして本発明の光集積回路の構
成を図を用いて説明する。図1に本発明の光集積回路の
構成図を示す。光集積回路は基本的には半導体レーザ2
1と横方向にも閉じ込めのある三次元光導波路2が形成
された基板22により構成される。また、基板22の光
導波路2上にはTa2O5によるグレーティング3が形成さ
れている。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。光導波路2に入った光P1
はグレーティング3により一部が反射され半導体レーザ
21に帰還される。そのため半導体レーザ21はグレー
ティング3の周期と光導波路2の屈折率で決まる波長に
固定され発振する。光導波路2として三次元光導波路を
用いるとグレーティング3での反射をスムーズに半導体
レーザ21に帰還させることができる。光導波路2から
スラブ光導波路25へと放射された光はグレーティング
レンズ41にて平行化された後、グレーティングカップ
ラ42により集光されつつ外部へ放射される。途中、光
偏向器である櫛形電極28から発生する表面弾性波29
により回折され角度が変化し焦点位置55を変えること
ができる。このように本実施例では光偏向器とグレーテ
ィングレンズとグレーティングカップラの3つの機能を
有する素子より構成されている。
【0012】次にこの光集積回路の作製方法について述
べる。光導波路2はピロ燐酸中でのプロトン交換により
作製した。また、グレーティング3およびグレーティン
グレンズ41、グレーティングカップラ42はTa2O5
膜として電子ビーム露光とドライエッチングを用いて周
期的パターンを形成した。グレーティング3の周期は1.
9μmであり、1次周期0.19μmの10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。また、研磨により入出射面が形成されて
いる。光導波路2の厚みは1.9μm、長さは3mm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。
【0013】図2に作製されたレーザ光源の波長の電流
依存性を示す。従来では、電流の40mAの変化に対して、
波長は5nmも変化しているが、本発明の光集積回路では
波長変化は見られず非常に安定していた。
【0014】本発明の光集積回路の第2の実施例を説明
する。まず、本発明による光集積回路の第2の実施例の
構造図を図3に示す。この実施例では、三次元光導波路
2としてLiNbO3基板1中にプロトン交換を用いて作製し
たプロトン交換光導波路2を用いたものである。図3で
22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Ta2O5
よるグレーティング、10は光P1の入射部、12は光
P2の出射部、15は光導波路上に形成されたAlの電
極である。LiNbO3は電気光学効果が大きく、電界により
屈折率を変えることができる。光導波路を2本近接して
平行に作製しておくことで、光を反対の光導波路に移行
させることができる。このことは、電界を印加し屈折率
を変え、スイッチングつまり変調が可能であることを意
味している。つまり光導波路2に印加する電圧を変化さ
せることで屈折率が低下し、光導波路2の実効屈折率が
変化しパワーが他方に移行しなくなる。光導波路2上に
+電圧を印加し光導波路の横をグランドに落としておく
と電気力線が走り電界がかかる。これにより、光導波路
2の屈折率が変化し、出力がSHG部である光導波路4
に移行しなくなり、これによりスイッチングができる。
図3で電極幅は4μm、電極間隔は5μm、厚みは200nm
である。図3で光P1として半導体レーザ光(波長840n
m)をレンズ6を介して、入射部10より導波させたと
ころシングルモード伝搬し、グレーティング3により帰
還され半導体レーザは波長安定化された。電極15に1
0Vの電圧を加えることにより屈折率を10-4低下さ
せ、ビームをスイッチできた。このとき電界は2×10
6V/mである。次に、この電極にピーク電圧10Vの
パルス状変調電圧(繰り返し200ps)を印加した。
500MHzの周波数の変調電圧に対して出力光P2も追随し
て応答していた。このように電極に変調電圧を印加する
ことで変調出力も得ることができる。出力は光導波路4
に移り、ここで波長変換され高調波である光P2が出射
部12より取り出される。SHG部の波長許容幅0.3nm
に半導体レーザの発振波長は入っており、電流、温度が
変わっても波長変動はなく、安定な動作であった。この
実施例では光変調部とSHG部の2つの機能を有してい
る。このようにグレーティング部を形成する際、他に2
つ以上、機能を有する素子を基板上に形成すると、複合
化が図れ効果的である。
【0015】なお、本実施例では基板として電気光学効
果の大きなLiNbO3を用いたが他のLiTaO3等の強誘電体材
料も有効である。また、光に対してマルチモード伝搬で
は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。
【0016】次に本発明の光ピックアップの実施例につ
いて説明する。光ピックアップの構成を図4に示す。本
実施例ではLiTaO3を基板22として用いた。半導体レー
ザ21より出射された光P1は基板22に形成されてい
る三次元光導波路2に入射する。入射した光P1は光導
波路2中を最低次モードであるTM00モードで伝搬し、
グレーティング3により半導体レーザ21に一部帰還さ
れる。これにより、波長安定化されたレーザ光P1は光
導波路2よりスラブ光導波路25中に放射され、レーザ
ビームとして使用される。このビームはグレーティング
レンズ40により平行化された後、グレーティングビー
ムスプリッター26を通過し、グレーティングカップラ
42により記録のための媒体である光ディスク43に照
射される。反射光は逆にグレーティングカップラ42に
よりコリメートされグレーティングビームスプリッター
26で分岐され、グレーティングレンズ40で集光後、
Siによるディテクタ44で信号が読み取られる。ま
た、集光スポットサイズは1.1μmであった。ビーム
は安定であり、これにより高密度読み取り装置が実現で
きた。また、光ピックアップのサイズは10mm角内のコン
パクトなものとなっている。さらに、光ディスク面上か
らの戻り光に対しても、波長の変動はなく相対雑音強度
(RIN)も-140dB/Hzと良好であった。また、温度0
〜50℃の範囲で動作は安定であった。このように、本
発明は温度変化に対しても非常に安定である。
【0017】なお、光ピックアップの構成は他にもグレ
ーティングレンズを1つで構成するもの等各種構成への
適用が可能である。また、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、実施例で
は結晶としてLiNbO3およびLiTaO3を用いたがKNbO3、K
TP等の強誘電体、MNA等の有機材料にも適用可能で
ある。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光集積回路
によれば、光導波路上に形成されたグレーティングによ
る帰還を行うことで半導体レーザの発振波長の安定化が
図れ、これにより焦点位置の変動、収差のない安定した
特性を得ることができる。また、本発明の光集積回路は
温度に対しても非常に安定である。
【0019】また、本発明の光集積化光ピックアップに
よれば、波長安定なレーザ光源を用いることにより、簡
単に収差のないスポットを安定に得ることができる上
に、媒体からの戻り光にも強く、その実用的効果は極め
て大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光集積回路の第1の実施例の構造図
【図2】半導体レーザの駆動電流と発振波長の関係を示
す特性図
【図3】本発明の光集積回路の第2の実施例の構造図
【図4】本発明の実施例の光ピックアップの構成図
【図5】従来の光集積回路の構成図
【図6】従来のレーザ光源の構成図
【符号の説明】
2 光導波路 3 グレーティング 4 SHG部 15 電極 20 Siサブマウント 21 半導体レーザ 22 光導波路が形成された基板 26 グレーティングビームスプリッター P1 光 40、41 グレーティングレンズ 42 グレーティングカップラ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザと、光導波路およびグレーテ
    ィングが形成された基板を有し、前記光導波路中に前記
    半導体レーザからの光が入射し、光の一部が前記グレー
    ティングにより半導体レーザに帰還され、なおかつ前記
    基板上には少なくとも2つ以上、機能を有する素子が形
    成されていることを特徴とする光集積回路。
  2. 【請求項2】半導体レーザと、光導波路およびグレーテ
    ィングが形成された基板を有し、前記光導波路中に前記
    半導体レーザからの光が入射し、光の一部が前記グレー
    ティングにより半導体レーザに帰還され、なおかつ前記
    基板上には光偏向器およびグレーティングレンズが形成
    されていることを特徴とする光集積回路。
  3. 【請求項3】半導体レーザと、光導波路およびグレーテ
    ィングおよびグレーティングレンズおよびグレーティイ
    ングビームスプリッターが形成された基板とを有し、前
    記光導波路中に前記半導体レーザからの光が入射し、光
    の一部が前記グレーティングにより半導体レーザに帰還
    され、なおかつ光導波路から出射された光が前記グレー
    ティングカップラおよびグレーティングビームスプリッ
    ターを通過した後、媒体に照射される構成となることを
    特徴とする光ピックアップ
  4. 【請求項4】基板がLiNbO3またはLiTaO3である請求項1
    または2記載の光集積回路。
  5. 【請求項5】基板がLiNbO3またはLiTaO3である請求項3
    記載の光ピックアップ。
  6. 【請求項6】光導波路として三次元光導波路を用いる請
    求項1、2記載の光集積回路。
  7. 【請求項7】光導波路として三次元光導波路を用いる請
    求項3記載の光ピックアップ。
  8. 【請求項8】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または2記載の光集積回
    路。
JP4204821A 1992-07-16 1992-07-31 光集積回路および光ピックアップ Pending JPH0653482A (ja)

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US08/091,955 US5619369A (en) 1992-07-16 1993-07-15 Diffracting device having distributed bragg reflector and wavelength changing device having optical waveguide with periodically inverted-polarization layers
DE69325210T DE69325210T2 (de) 1992-07-16 1993-07-16 Optisches Gittergerät
DE69329912T DE69329912T2 (de) 1992-07-16 1993-07-16 Diffraktive optische Vorrichtung
EP96113153A EP0753767B1 (en) 1992-07-16 1993-07-16 Diffracting optical apparatus
EP96113155A EP0753768B1 (en) 1992-07-16 1993-07-16 Wavelength changing device and laser beam generating apparatus
DE69327738T DE69327738T2 (de) 1992-07-16 1993-07-16 Vorrichtung zur Wellenlängenänderung und Laserstrahlerzeugungsgerät
EP93305618A EP0579511B1 (en) 1992-07-16 1993-07-16 Diffracting optical apparatus

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003289153A (ja) * 2002-03-28 2003-10-10 Fujitsu Ltd 波長安定化機構を備えた光伝送装置
US7368766B2 (en) * 1995-01-19 2008-05-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same

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