JPH07152055A - 短波長光源および波長可変レーザ光源 - Google Patents
短波長光源および波長可変レーザ光源Info
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- JPH07152055A JPH07152055A JP10657394A JP10657394A JPH07152055A JP H07152055 A JPH07152055 A JP H07152055A JP 10657394 A JP10657394 A JP 10657394A JP 10657394 A JP10657394 A JP 10657394A JP H07152055 A JPH07152055 A JP H07152055A
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- light
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザの波長ロックにより光波長変換
素子の安定な励起を行い、光ディスクの高密度記録や画
像処理等で要求されている小型且つ安定で高効率な短波
長光源を提供する。 【構成】 半導体レーザ１０１と分極反転導波路１０６
の間に反射型薄膜光学素子１０４を構成している。これ
により、半導体レーザ１０１からの出射された光の一部
分が反射型薄膜光学素子１０４により波長選択されある
所定の波長帯域だけの光が半導体レーザ１０１に帰還す
る。そして、発振波長が分極反転の位相整合波長にロッ
クされ安定な励起が行われる。
素子の安定な励起を行い、光ディスクの高密度記録や画
像処理等で要求されている小型且つ安定で高効率な短波
長光源を提供する。 【構成】 半導体レーザ１０１と分極反転導波路１０６
の間に反射型薄膜光学素子１０４を構成している。これ
により、半導体レーザ１０１からの出射された光の一部
分が反射型薄膜光学素子１０４により波長選択されある
所定の波長帯域だけの光が半導体レーザ１０１に帰還す
る。そして、発振波長が分極反転の位相整合波長にロッ
クされ安定な励起が行われる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度光ディスクシス
テム等に使用される光源に関しており、特に、半導体レ
ーザを励起光源とする短波長光源に関するものである。
テム等に使用される光源に関しており、特に、半導体レ
ーザを励起光源とする短波長光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクの高密度記録や画像処理等の
分野では、半導体レーザを励起光源として使用し、半導
体レーザからの光を高効率で波長変換することによりグ
リーンまたはブルー光を得る光源が要求されている。
分野では、半導体レーザを励起光源として使用し、半導
体レーザからの光を高効率で波長変換することによりグ
リーンまたはブルー光を得る光源が要求されている。
【０００３】このような光源には、つぎのようなことが
要求される。 （１）出力光の横方向の光強度分布がガウシアンとな
り、回折限界で集光できる。
要求される。 （１）出力光の横方向の光強度分布がガウシアンとな
り、回折限界で集光できる。
【０００４】（２）出力光の光出力が数mW程度で、周波
数的にも時間的にも安定である。 半導体レーザを励起光源として数mW以上の出力を有する
短波長光源を得るには、光波長変換素子として、LiTa
O3、LiNbO3やKTiOPO4などを基板とした擬位相整合（以
下、「ＱＰＭ」と称する）方式の分極反転型導波路素子
（山本他、オプティクス・レターズ Optics Letters V
ol.16, No.15, 1156 (1991)）や分極反転型バルク素子
やKNbO3(KN)等の非線形光学定数の大きな位相整合型非
線形光学結晶を用いて半導体レーザ光を直接波長変換す
る方式が有望である。
数的にも時間的にも安定である。 半導体レーザを励起光源として数mW以上の出力を有する
短波長光源を得るには、光波長変換素子として、LiTa
O3、LiNbO3やKTiOPO4などを基板とした擬位相整合（以
下、「ＱＰＭ」と称する）方式の分極反転型導波路素子
（山本他、オプティクス・レターズ Optics Letters V
ol.16, No.15, 1156 (1991)）や分極反転型バルク素子
やKNbO3(KN)等の非線形光学定数の大きな位相整合型非
線形光学結晶を用いて半導体レーザ光を直接波長変換す
る方式が有望である。
【０００５】また、レーザ発振媒体を共振器内部に含む
内部共振器型短波長光源も有望である。この光源におい
て、レーザ発振媒体は、半導体レーザ（励起光源）から
放射されたレーザ光を受けてレーザ発振し、半導体レー
ザのレーザ光の波長よりも長い波長のレーザ光を発生す
る。このレーザ光は、共振器内部に挿入された光波長変
換素子により、短波長光（高調波）に変換される。
内部共振器型短波長光源も有望である。この光源におい
て、レーザ発振媒体は、半導体レーザ（励起光源）から
放射されたレーザ光を受けてレーザ発振し、半導体レー
ザのレーザ光の波長よりも長い波長のレーザ光を発生す
る。このレーザ光は、共振器内部に挿入された光波長変
換素子により、短波長光（高調波）に変換される。
【０００６】はじめに、分極反転型導波路素子を直接波
長変換方式について説明する。現在、LiTaO3基板上に形
成したＱＰＭ方式の分極反転型導波路を用いる装置に於
いて、半導体レーザから分布反転型導波路内へ入射する
光の強度が35mWのとき、1.1mWの光出力を有するブルー
光が得られている。しかし、ＱＰＭ分極反転導波路素子
の波長許容度は0.2nmしかないのに対して、半導体レー
ザの温度変化に対する発振波長の揺らぎは0.2nm/℃もあ
る。また、半導体レーザへの戻り光によるモードホップ
が1nm程度あるため、ＱＰＭ分極反転導波路素子から得
られる出力は、数秒しか安定しない。位相整合型の非線
形光学結晶やＱＰＭ方式の分極反転型バルク素子も、同
様に、位相整合に対する波長許容度が狭い。このため、
励起光源である半導体レーザの発振波長の安定化が重要
な課題となっている。
長変換方式について説明する。現在、LiTaO3基板上に形
成したＱＰＭ方式の分極反転型導波路を用いる装置に於
いて、半導体レーザから分布反転型導波路内へ入射する
光の強度が35mWのとき、1.1mWの光出力を有するブルー
光が得られている。しかし、ＱＰＭ分極反転導波路素子
の波長許容度は0.2nmしかないのに対して、半導体レー
ザの温度変化に対する発振波長の揺らぎは0.2nm/℃もあ
る。また、半導体レーザへの戻り光によるモードホップ
が1nm程度あるため、ＱＰＭ分極反転導波路素子から得
られる出力は、数秒しか安定しない。位相整合型の非線
形光学結晶やＱＰＭ方式の分極反転型バルク素子も、同
様に、位相整合に対する波長許容度が狭い。このため、
励起光源である半導体レーザの発振波長の安定化が重要
な課題となっている。
【０００７】半導体レーザを励起光源とする光発生装置
において、半導体レーザの波長安定化のために、グレー
ティングを半導体レーザの出射側に設けた短波長光源が
提案された。
において、半導体レーザの波長安定化のために、グレー
ティングを半導体レーザの出射側に設けた短波長光源が
提案された。
【０００８】図１３を参照しながら、この従来の短波長
光源の概略構成を説明する。図１３において、Ｄ０１は
0.83μm帯の50mW級AlGaAs半導体レーザ、Ｄ０２はコリ
メートレンズ、Ｄ０３はλ／２板、Ｄ０４はN.A.=0.6の
フォーカシングレンズ、Ｄ０５は半導体レーザの光軸に
対してθだけ傾斜して設置されたグレーティングであ
る。グレーティングＤ０５の形状は直線形状である。半
導体レーザＤ０１の端面Ｄ０６には高反射率コートが施
してある。グレーティングＤ０５は波長分散効果をもっ
ていて、ある特定の波長を１次回折光として半導体レー
ザＤ０１に帰還することで、半導体レーザＤ０１の発振
波長をロックすることができる。グレーティングＤ０５
で反射した波長830nmのレーザ光は、λ／２板Ｄ０３で
偏向方向を回転させフォーカシングレンズＤ０４で分極
反転型導波路素子Ｄ０８の端面Ｄ０７に集光され、周期
3.7μmの分極反転層をもつ分極反転型導波路素子Ｄ０８
を伝ぱんした光は波長415nmに波長変換され、端面Ｄ０
９より出射される。端面Ｄ０７及びＤ０８には、基本波
に対する無反射コーティングが施されている。ここで用
いられた分極反転型導波路素子Ｄ０８はLiTaO3基板上に
形成されたものである。
光源の概略構成を説明する。図１３において、Ｄ０１は
0.83μm帯の50mW級AlGaAs半導体レーザ、Ｄ０２はコリ
メートレンズ、Ｄ０３はλ／２板、Ｄ０４はN.A.=0.6の
フォーカシングレンズ、Ｄ０５は半導体レーザの光軸に
対してθだけ傾斜して設置されたグレーティングであ
る。グレーティングＤ０５の形状は直線形状である。半
導体レーザＤ０１の端面Ｄ０６には高反射率コートが施
してある。グレーティングＤ０５は波長分散効果をもっ
ていて、ある特定の波長を１次回折光として半導体レー
ザＤ０１に帰還することで、半導体レーザＤ０１の発振
波長をロックすることができる。グレーティングＤ０５
で反射した波長830nmのレーザ光は、λ／２板Ｄ０３で
偏向方向を回転させフォーカシングレンズＤ０４で分極
反転型導波路素子Ｄ０８の端面Ｄ０７に集光され、周期
3.7μmの分極反転層をもつ分極反転型導波路素子Ｄ０８
を伝ぱんした光は波長415nmに波長変換され、端面Ｄ０
９より出射される。端面Ｄ０７及びＤ０８には、基本波
に対する無反射コーティングが施されている。ここで用
いられた分極反転型導波路素子Ｄ０８はLiTaO3基板上に
形成されたものである。
【０００９】次に、半導体レーザを励起光源とする固体
レーザについて説明する。内部共振器型固体レーザを用
いて、半導体レーザのNd:YVO4への励起強度が50mWに対
しＫＴＰ(KTiOPO4)の波長変換により3mW程度のグリーン
光を得ている。しかし、レーザ材料の吸収スペクトルの
半値幅はNd:YVO4の場合数nmであり、モードホップや縦
モードのマルチ化は出力ノイズの原因となる。そのた
め、半導体レーザの波長安定化が不可欠となる。
レーザについて説明する。内部共振器型固体レーザを用
いて、半導体レーザのNd:YVO4への励起強度が50mWに対
しＫＴＰ(KTiOPO4)の波長変換により3mW程度のグリーン
光を得ている。しかし、レーザ材料の吸収スペクトルの
半値幅はNd:YVO4の場合数nmであり、モードホップや縦
モードのマルチ化は出力ノイズの原因となる。そのた
め、半導体レーザの波長安定化が不可欠となる。
【００１０】このように単一縦モードで発振する半導体
レーザを励起光源とする光発生装置においては、半導体
レーザの出射側にグレーティングを設置した短波長光源
が提案された。この短波長光源の概略構成を図２５に示
す。
レーザを励起光源とする光発生装置においては、半導体
レーザの出射側にグレーティングを設置した短波長光源
が提案された。この短波長光源の概略構成を図２５に示
す。
【００１１】図２５において、Ｑ０１は809nm帯の60mW
級AlGaAs半導体レーザ、Ｑ０２はコリメートレンズ、Ｑ
０３はf=14.5mmのフォーカシングレンズ、Ｑ０４は半導
体レーザの光軸に対してθだけ傾斜して設置されたグレ
ーティングである。グレーティングＱ０４の形状は直線
形状である。入射角30゜に対し深さ0.29μm、ピッチ0.8
3μmの時、回折効率は10％程度が得られた。グレーティ
ングＱ０４は波長分散効果をもっていて、ある特定の波
長を１次回折光として半導体レーザＱ０１に帰還するこ
とで、半導体レーザＱ０１の発振波長をロックすること
ができる。グレーティングＱ０４からの反射光（０次回
折光）は、f=14.5mmのフォーカシングレンズＱ０３によ
りレーザ発振媒体Nd:YVO4Ｑ０７の端面Ｑ０８に集光さ
れる。出力ミラーＱ０９とNd:YVO4Ｑ０７の端面Ｑ０８
で共振した基本波は非線形光学結晶ＫＴＰ(KTiOPO4)Ｑ
１０により波長変換され出力ミラーＱ０９より出射され
る。
級AlGaAs半導体レーザ、Ｑ０２はコリメートレンズ、Ｑ
０３はf=14.5mmのフォーカシングレンズ、Ｑ０４は半導
体レーザの光軸に対してθだけ傾斜して設置されたグレ
ーティングである。グレーティングＱ０４の形状は直線
形状である。入射角30゜に対し深さ0.29μm、ピッチ0.8
3μmの時、回折効率は10％程度が得られた。グレーティ
ングＱ０４は波長分散効果をもっていて、ある特定の波
長を１次回折光として半導体レーザＱ０１に帰還するこ
とで、半導体レーザＱ０１の発振波長をロックすること
ができる。グレーティングＱ０４からの反射光（０次回
折光）は、f=14.5mmのフォーカシングレンズＱ０３によ
りレーザ発振媒体Nd:YVO4Ｑ０７の端面Ｑ０８に集光さ
れる。出力ミラーＱ０９とNd:YVO4Ｑ０７の端面Ｑ０８
で共振した基本波は非線形光学結晶ＫＴＰ(KTiOPO4)Ｑ
１０により波長変換され出力ミラーＱ０９より出射され
る。
【００１２】また、光通信等の情報処理分野では、波長
多重光伝送用光源として波長可変できる半導体レーザー
が必要とされている。従来より光通信分野では周辺温度
が変化しても安定に単一波長で単一縦モード発振する半
導体レーザーが提案されている。半導体レーザーを安定
に発振させる方法として外部共振器型半導体レーザーが
有力視されている。（朝倉他、昭和６２年度電子情報通
信学会全国大会）この方法では、上記ブルー及びグリー
ン光源と同様、グレーティングを外部共振器鏡として用
い、グレーティングの波長分散効果により、半導体レー
ザーの発振波長を選択している。
多重光伝送用光源として波長可変できる半導体レーザー
が必要とされている。従来より光通信分野では周辺温度
が変化しても安定に単一波長で単一縦モード発振する半
導体レーザーが提案されている。半導体レーザーを安定
に発振させる方法として外部共振器型半導体レーザーが
有力視されている。（朝倉他、昭和６２年度電子情報通
信学会全国大会）この方法では、上記ブルー及びグリー
ン光源と同様、グレーティングを外部共振器鏡として用
い、グレーティングの波長分散効果により、半導体レー
ザーの発振波長を選択している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】図１３及び図２５に示
されるように、グレーティングにより半導体レーザの縦
モード発振を安定化しようとする場合、その安定性は、
グレーティング及びその保持角度の経時変化並びに環境
温度変化によって、大きく損なわれ得る。波長安定性の
グレーティング角度依存性は、28nm／degである。
されるように、グレーティングにより半導体レーザの縦
モード発振を安定化しようとする場合、その安定性は、
グレーティング及びその保持角度の経時変化並びに環境
温度変化によって、大きく損なわれ得る。波長安定性の
グレーティング角度依存性は、28nm／degである。
【００１４】また、グレーティングを設けたことによ
り、半導体レーザの光軸が放射光の光軸に対して折り曲
げられる結果、モジュールが全体として直線形状になら
ない。このため、短波長光源をコンパクト化する事が困
難である。
り、半導体レーザの光軸が放射光の光軸に対して折り曲
げられる結果、モジュールが全体として直線形状になら
ない。このため、短波長光源をコンパクト化する事が困
難である。
【００１５】また、光波長変換素子の温度変化や、光損
傷による屈折率変化すなわち位相整合波長の変化に対し
ても、グレーティングで制御するには、調整機構が複雑
で精密になる。
傷による屈折率変化すなわち位相整合波長の変化に対し
ても、グレーティングで制御するには、調整機構が複雑
で精密になる。
【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、半導体レーザから放
射された光を高効率で変換した短波長光を安定に放射す
ることのできる短波長光源を提供することにある。
であり、その目的とするところは、半導体レーザから放
射された光を高効率で変換した短波長光を安定に放射す
ることのできる短波長光源を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の短波長光源は、
レーザ光を放射するための活性層を含む半導体レーザ
と、該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なく
とも一部を受け取り、該レーザ光の波長よりも短い波長
の短波長光を生成する光波長変換素子と、を備えた短波
長光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に反射し、該反射光を該半導体レー
ザの該活性層に帰還する光学素子であって、該半導体レ
ーザと該光波長変換素子との間に設けられた光学素子を
備え、それによって上記目的を達成する。
レーザ光を放射するための活性層を含む半導体レーザ
と、該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なく
とも一部を受け取り、該レーザ光の波長よりも短い波長
の短波長光を生成する光波長変換素子と、を備えた短波
長光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に反射し、該反射光を該半導体レー
ザの該活性層に帰還する光学素子であって、該半導体レ
ーザと該光波長変換素子との間に設けられた光学素子を
備え、それによって上記目的を達成する。
【００１８】本発明の他の短波長光源は、レーザ光を放
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短波長光を生
成する光波長変換素子と、を備えた短波長光源であっ
て、該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一
部を受け取る入射端面と、該短波長光を出射する出射端
面とを有しており、更に、該レーザ光のうち所定波長帯
域に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該
半導体レーザと該光波長変換素子との間に設けられた光
学素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該光
波長変換素子の該入射端面により反射され、それによっ
て、再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活性
層に帰還されるように、該半導体レーザと該光波長変換
素子とが配置されており、それによって上記目的を達成
する。
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短波長光を生
成する光波長変換素子と、を備えた短波長光源であっ
て、該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一
部を受け取る入射端面と、該短波長光を出射する出射端
面とを有しており、更に、該レーザ光のうち所定波長帯
域に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該
半導体レーザと該光波長変換素子との間に設けられた光
学素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該光
波長変換素子の該入射端面により反射され、それによっ
て、再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活性
層に帰還されるように、該半導体レーザと該光波長変換
素子とが配置されており、それによって上記目的を達成
する。
【００１９】本発明の他の短波長光源は、レーザ光を放
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短波長光を生
成する光波長変換素子と、を備えた短波長光源であっ
て、該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一
部を受け取る入射端面と、該短波長光を出射する出射端
面とを有しており、更に、該レーザ光のうち所定波長帯
域に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該
半導体レーザと該光波長変換素子との間に設けられた光
学素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該光
波長変換素子の該入射端面から該光波長変換素子の内部
に入った後、該出射端面により反射され、それによっ
て、再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活性
層に帰還されるように、該半導体レーザと該光波長変換
素子とが配置されており、そのことにより上記目的を達
成する。
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短波長光を生
成する光波長変換素子と、を備えた短波長光源であっ
て、該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一
部を受け取る入射端面と、該短波長光を出射する出射端
面とを有しており、更に、該レーザ光のうち所定波長帯
域に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該
半導体レーザと該光波長変換素子との間に設けられた光
学素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該光
波長変換素子の該入射端面から該光波長変換素子の内部
に入った後、該出射端面により反射され、それによっ
て、再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活性
層に帰還されるように、該半導体レーザと該光波長変換
素子とが配置されており、そのことにより上記目的を達
成する。
【００２０】本発明の他の短波長光源は、レーザ光を放
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短波長光を生
成する光波長変換素子と、を備えた短波長光源であっ
て、該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一
部を受け取る入射端面と他の端面とを有しており、更
に、該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的
に透過する光学素子であって、該半導体レーザと該光波
長変換素子との間に設けられた光学素子と、該レーザ光
のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透過し、か
つ、該短波長光を反射する波長選択ミラーであって、該
半導体レーザと該光波長変換素子との間に設けられた波
長選択ミラーと、を備えており、該半導体レーザから放
射された光のうち該所定波長帯域の光の一部は、該光学
素子及び該ミラーを透過した後、該波長変換素子の該入
射端面により反射され、その後、再び該光学素子及び該
ミラーを通過し、該半導体レーザの該活性層に帰還さ
れ、かつ、該光波長変換素子により生成された該短波長
光は、該光波長変換素子の該他の端面により反射され、
該導波路を逆に伝播し、その後、該波長選択ミラーによ
り所定方向に反射され、そのことにより上記目的が達成
される。
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短波長光を生
成する光波長変換素子と、を備えた短波長光源であっ
て、該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一
部を受け取る入射端面と他の端面とを有しており、更
に、該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的
に透過する光学素子であって、該半導体レーザと該光波
長変換素子との間に設けられた光学素子と、該レーザ光
のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透過し、か
つ、該短波長光を反射する波長選択ミラーであって、該
半導体レーザと該光波長変換素子との間に設けられた波
長選択ミラーと、を備えており、該半導体レーザから放
射された光のうち該所定波長帯域の光の一部は、該光学
素子及び該ミラーを透過した後、該波長変換素子の該入
射端面により反射され、その後、再び該光学素子及び該
ミラーを通過し、該半導体レーザの該活性層に帰還さ
れ、かつ、該光波長変換素子により生成された該短波長
光は、該光波長変換素子の該他の端面により反射され、
該導波路を逆に伝播し、その後、該波長選択ミラーによ
り所定方向に反射され、そのことにより上記目的が達成
される。
【００２１】本発明の他の短波長光源は、レーザ光を放
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の少なくとも一部により励起され、そ
れによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体と、を備え
た光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に反射し、該反射光を該半導体レー
ザの該活性層に帰還する光学素子であって、該半導体レ
ーザと該光波長変換素子との間に設けられた光学素子を
備え、そのことにより上記目的が達成される。
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の少なくとも一部により励起され、そ
れによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体と、を備え
た光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に反射し、該反射光を該半導体レー
ザの該活性層に帰還する光学素子であって、該半導体レ
ーザと該光波長変換素子との間に設けられた光学素子を
備え、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】本発明の他の短波長光源は、レーザ光を放
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の少なくとも一部により励起され、そ
れによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体と、を備え
た光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該半
導体レーザと該レーザ発振媒体との間に設けられた光学
素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該レー
ザ発振媒体の入射端面により反射され、それによって、
再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活性層に
帰還されるように、該半導体レーザと該レーザ発振媒体
とが配置され、そのことにより上記目的が竜製される。
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の少なくとも一部により励起され、そ
れによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体と、を備え
た光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該半
導体レーザと該レーザ発振媒体との間に設けられた光学
素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該レー
ザ発振媒体の入射端面により反射され、それによって、
再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活性層に
帰還されるように、該半導体レーザと該レーザ発振媒体
とが配置され、そのことにより上記目的が竜製される。
【００２３】本発明の他の短波長光源は、レーザ光を放
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の少なくとも一部により励起され、そ
れによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体と、を備え
た光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該半
導体レーザと該レーザ発振媒体との間に設けられた光学
素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該レー
ザ発振媒体の入射端面から該レーザ発振媒体に入射し、
該レーザ発振媒体の出射端面により反射され、それによ
って、再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活
性層に帰還されるように、該半導体レーザと該レーザ発
振媒体とが配置され、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
射するための活性層を含む半導体レーザと、該半導体レ
ーザから放射された該レーザ光の少なくとも一部を受け
取り、該レーザ光の少なくとも一部により励起され、そ
れによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体と、を備え
た光源であって、更に、該レーザ光のうち所定波長帯域
に属する光を選択的に透過する光学素子であって、該半
導体レーザと該レーザ発振媒体との間に設けられた光学
素子を備えており、該光学素子を透過した該光が該レー
ザ発振媒体の入射端面から該レーザ発振媒体に入射し、
該レーザ発振媒体の出射端面により反射され、それによ
って、再び該光学素子を透過し、該半導体レーザの該活
性層に帰還されるように、該半導体レーザと該レーザ発
振媒体とが配置され、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【００２４】前記光波長変換素子は分極反転型であって
もよい。前記光波長変換素子はバルク型であってもよ
い。
もよい。前記光波長変換素子はバルク型であってもよ
い。
【００２５】前記光波長変換素子は、ＫＮｂＯ3結晶か
らなるリング共振器型波長変換素子であってもよい。
らなるリング共振器型波長変換素子であってもよい。
【００２６】前記光波長変換素子は導波路型であっても
よい。前記光波長変換素子は、ＬｉＮｂxＴａ1ーxO3（０
≦ｘ≦１）基板及びＫ1-xＲｂxＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦
１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）基板の何れかに形成された分極
反転型素子であってもよい。
よい。前記光波長変換素子は、ＬｉＮｂxＴａ1ーxO3（０
≦ｘ≦１）基板及びＫ1-xＲｂxＴｉＯＭＯ4（０≦ｘ≦
１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）基板の何れかに形成された分極
反転型素子であってもよい。
【００２７】ある実施例では、前記光波長変換素子は導
波路を有する導波路型波長変換素子であり、前記入射端
面から該光波長変換素子に入射した光は、該導波路を伝
播し、該出射端面により反射された後、該導波路を逆に
伝播し、その後、再び前記光学素子を通過し、前記半導
体レーザの前記活性層に帰還される。
波路を有する導波路型波長変換素子であり、前記入射端
面から該光波長変換素子に入射した光は、該導波路を伝
播し、該出射端面により反射された後、該導波路を逆に
伝播し、その後、再び前記光学素子を通過し、前記半導
体レーザの前記活性層に帰還される。
【００２８】前記波長変換素子が分極反転型波長変換素
子である場合において、該素子は、分極反転周期の異な
る複数の領域に分割されていてもよい。
子である場合において、該素子は、分極反転周期の異な
る複数の領域に分割されていてもよい。
【００２９】前記波長変換素子が分極反転型波長変換素
子である場合において、該素子は、分極反転周期の変化
するチャープ構造を有していてもよい。
子である場合において、該素子は、分極反転周期の変化
するチャープ構造を有していてもよい。
【００３０】ある実施例では、前記光学素子は、屈折率
の異なる誘電体層が所定の周期で積層されたブラッグ反
射型薄膜光学素子である。
の異なる誘電体層が所定の周期で積層されたブラッグ反
射型薄膜光学素子である。
【００３１】前記光学素子は、基板と、該基板上に形成
された誘電体多層膜とを有する薄膜光学素子であっても
よい。
された誘電体多層膜とを有する薄膜光学素子であっても
よい。
【００３２】前記光学素子に替えて、前記光学素子の機
能を有する誘電体多層膜が、前記半導体レーザ及び前記
光波長変換素子の少なくとも何れか一方の入射端面また
は出射端面上に形成されていてもよい。
能を有する誘電体多層膜が、前記半導体レーザ及び前記
光波長変換素子の少なくとも何れか一方の入射端面また
は出射端面上に形成されていてもよい。
【００３３】前記光学素子に替えて、前記光学素子の機
能を有する誘電体多層膜が、前記半導体レーザ及び前記
レーザ発振媒体の少なくとも何れか一方の入射端面また
は出射端面上に形成されていてもよい。
能を有する誘電体多層膜が、前記半導体レーザ及び前記
レーザ発振媒体の少なくとも何れか一方の入射端面また
は出射端面上に形成されていてもよい。
【００３４】ある実施例では、前記光学素子は、前記半
導体レーザの光軸に対して傾いている。
導体レーザの光軸に対して傾いている。
【００３５】ある実施例では、前記光学素子を回転させ
る機構を備えている。ある実施例では、前記光波長変換
素子の位相整合波長を変化させる手段を更に備えてお
り、前記光学素子の角度を変化させることにより、該光
波長変換素子に入射する光の波長を該位相整合波長に調
整し、それによって、前記短波長光の波長を変化させ
る。
る機構を備えている。ある実施例では、前記光波長変換
素子の位相整合波長を変化させる手段を更に備えてお
り、前記光学素子の角度を変化させることにより、該光
波長変換素子に入射する光の波長を該位相整合波長に調
整し、それによって、前記短波長光の波長を変化させ
る。
【００３６】前記光学素子を回転させる機構を備えてい
てもよい。ある実施例では、前記光学素子の角度を変化
させることにより、該光波長変換素子に入射する光の波
長を該位相整合波長に調整し、それによって、前記短波
長光の波長を変化させる。
てもよい。ある実施例では、前記光学素子の角度を変化
させることにより、該光波長変換素子に入射する光の波
長を該位相整合波長に調整し、それによって、前記短波
長光の波長を変化させる。
【００３７】ある実施例では、前記回転機構は、前記短
波長光の出力を一定に制御するためのフィードバック回
路を含んでいる。
波長光の出力を一定に制御するためのフィードバック回
路を含んでいる。
【００３８】前記回転機構は、ピエゾ素子を有していて
もよい。前記回転機構は、アクチュエーターを有してい
てもよい。
もよい。前記回転機構は、アクチュエーターを有してい
てもよい。
【００３９】前記光学素子以外に１以上の光学素子を備
えていてもよい。前記光学素子は、前記レーザ光の波長
に対してλ／２板として機能する薄膜を有していてもよ
い。
えていてもよい。前記光学素子は、前記レーザ光の波長
に対してλ／２板として機能する薄膜を有していてもよ
い。
【００４０】ある実施例では、前記光学素子は、波長選
択ミラーを有しており、該波長選択ミラーは、前記レー
ザ光に対して透過膜として機能し、前記短波長光に対し
て反射膜として機能する。
択ミラーを有しており、該波長選択ミラーは、前記レー
ザ光に対して透過膜として機能し、前記短波長光に対し
て反射膜として機能する。
【００４１】ある実施例では、前記共振器構造内部に光
波長変換素子を有する。
波長変換素子を有する。
【００４２】
【作用】本発明は、半導体レーザと所定の帯域の光を透
過または反射する光学素子を組み合わせ、所定の波長帯
域の光だけを半導体レーザの活性層に帰還させ、半導体
レーザの縦モードをある特定の波長帯域に固定すること
で、光波長変換素子及びレーザ発振媒体の安定な励起を
行い、安定でかつ高効率なグリーンやブルーの高調波光
が実現するものである。
過または反射する光学素子を組み合わせ、所定の波長帯
域の光だけを半導体レーザの活性層に帰還させ、半導体
レーザの縦モードをある特定の波長帯域に固定すること
で、光波長変換素子及びレーザ発振媒体の安定な励起を
行い、安定でかつ高効率なグリーンやブルーの高調波光
が実現するものである。
【００４３】
（実施例１）図面を参照しながら、以下に、本発明によ
る短波長光源を説明する。
る短波長光源を説明する。
【００４４】図１は、本実施例の短波長光源の概略構成
を示している。この短波長光源は、レーザ光を放射する
ための活性層（不図示）を含む半導体レーザ１０１と、
レーザ光の少なくとも一部を受け取り、レーザ光の波長
よりも短い波長の短波長光（高調波）を生成する光波長
変換素子１０６とを備えている。半導体レーザ１０１
は、150mW級のシングル縦モードレーザであり、その発
振波長は870nm帯である。光波長変換素子１０６は、分
極反転型導波路素子である。
を示している。この短波長光源は、レーザ光を放射する
ための活性層（不図示）を含む半導体レーザ１０１と、
レーザ光の少なくとも一部を受け取り、レーザ光の波長
よりも短い波長の短波長光（高調波）を生成する光波長
変換素子１０６とを備えている。半導体レーザ１０１
は、150mW級のシングル縦モードレーザであり、その発
振波長は870nm帯である。光波長変換素子１０６は、分
極反転型導波路素子である。
【００４５】この短波長光源は、レンズ等の通常の光学
システムに加えて、薄膜光学素子１０３を備えている。
薄膜光学素子１０３は、半導体レーザ１０１から出射さ
れたレーザ光のうち、所定波長帯域に属する光を選択的
に反射し、反射光を半導体レーザ１０１の活性層に帰還
するものである。薄膜光学素子１０３は、例えば、誘電
体多層膜から形成されたバンドストップ型（反射型）フ
ィルタであり、0.5ｍｍ厚のガラス基板上にSiO2やTiO2
等の誘電体を層状に形成することにより得られる。図２
は、薄膜光学素子１０３の反射特性を示す。反射率はピ
ークで10%程度である。薄膜光学素子１０３により870nm
近傍の光は再び半導体レーザの活性層に光帰還される。
薄膜光学素子１０３により半導体レーザの活性層に帰還
される反射光のスペクトル幅は、5nm程度と広い。
システムに加えて、薄膜光学素子１０３を備えている。
薄膜光学素子１０３は、半導体レーザ１０１から出射さ
れたレーザ光のうち、所定波長帯域に属する光を選択的
に反射し、反射光を半導体レーザ１０１の活性層に帰還
するものである。薄膜光学素子１０３は、例えば、誘電
体多層膜から形成されたバンドストップ型（反射型）フ
ィルタであり、0.5ｍｍ厚のガラス基板上にSiO2やTiO2
等の誘電体を層状に形成することにより得られる。図２
は、薄膜光学素子１０３の反射特性を示す。反射率はピ
ークで10%程度である。薄膜光学素子１０３により870nm
近傍の光は再び半導体レーザの活性層に光帰還される。
薄膜光学素子１０３により半導体レーザの活性層に帰還
される反射光のスペクトル幅は、5nm程度と広い。
【００４６】本短波長光源においては、図１に示される
ように、半導体レーザ１０１から出射した光が、まず、
レンズ（開口数N.A.=0.55）１０２によりコリメートさ
れた後、薄膜光学素子１０３に導かれる。薄膜光学素子
１０３は、半導体レーザ１０１の光軸に対して垂直に設
置されている。薄膜光学素子１０３に入射したレーザ光
のうち、波長が870nm近傍の光の一部（約１０％以下）
は、半導体レーザの活性層に帰還される。薄膜光学素子
１０３により反射されるレーザ光以外のレーザ光は、薄
膜光学素子１０３を透過する。
ように、半導体レーザ１０１から出射した光が、まず、
レンズ（開口数N.A.=0.55）１０２によりコリメートさ
れた後、薄膜光学素子１０３に導かれる。薄膜光学素子
１０３は、半導体レーザ１０１の光軸に対して垂直に設
置されている。薄膜光学素子１０３に入射したレーザ光
のうち、波長が870nm近傍の光の一部（約１０％以下）
は、半導体レーザの活性層に帰還される。薄膜光学素子
１０３により反射されるレーザ光以外のレーザ光は、薄
膜光学素子１０３を透過する。
【００４７】図２に示されるように、薄膜光学素子１０
３からの反射光のスペクトル幅は、5nm程度と広い。し
かし、半導体レーザにおけるゲインは、波長に強く依存
するため、上記スペクトルを有する反射光を半導体レー
ザの活性層に帰還すれば、半導体レーザは単一の縦モー
ドで安定に発振し、その波長は870nmに固定された。
３からの反射光のスペクトル幅は、5nm程度と広い。し
かし、半導体レーザにおけるゲインは、波長に強く依存
するため、上記スペクトルを有する反射光を半導体レー
ザの活性層に帰還すれば、半導体レーザは単一の縦モー
ドで安定に発振し、その波長は870nmに固定された。
【００４８】本実施例において、薄膜光学素子１０３を
透過したレーザ光の偏向方向は、λ／２板１０４により
光軸の回りに90度回転する。レーザ光は、λ／２板１０
４を透過した後、フォーカシングレンズ１０５により分
極反転型導波路素子１０６の入射端面に集光される。そ
の後、波長870nmのレーザ光は、導波路１０８を伝播す
るうちに、波長435nmのブルー光に変換される。その結
果、分極反転型導波路素子１０６の出射端面からは、ブ
ルー光が安定に放射される。
透過したレーザ光の偏向方向は、λ／２板１０４により
光軸の回りに90度回転する。レーザ光は、λ／２板１０
４を透過した後、フォーカシングレンズ１０５により分
極反転型導波路素子１０６の入射端面に集光される。そ
の後、波長870nmのレーザ光は、導波路１０８を伝播す
るうちに、波長435nmのブルー光に変換される。その結
果、分極反転型導波路素子１０６の出射端面からは、ブ
ルー光が安定に放射される。
【００４９】以下に、分極反転導波路素子１０６を説明
する。本実施例の分極反転導波路素子１０６は、LiTaO3
基板１０９と、LiTaO3基板１０９に形成された4μm幅の
光導波路１０８と、周期4μmの分極反転層１０７とを有
している。この導波路素子１０６の形成方法は、次の通
りである。
する。本実施例の分極反転導波路素子１０６は、LiTaO3
基板１０９と、LiTaO3基板１０９に形成された4μm幅の
光導波路１０８と、周期4μmの分極反転層１０７とを有
している。この導波路素子１０６の形成方法は、次の通
りである。
【００５０】まず、LiTaO3基板１０９上にＴａ膜を堆積
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膜を周期状にパターニングすることにより、
Ｔａ膜に複数のスリットを形成する。次に、LiTaO3基板
１０９に対して、２６０℃、３０分間プロトン交換を行
い、Ｔａ膜のスリットの直下に、厚み０．８μｍのプロ
トン交換層を形成する。この後、LiTaO3基板１０９を５
９０℃の温度で１０分間熱処理する。熱処理の上昇レー
トは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分である。LiTa
O3基板１０９のプロトン交換層の直下領域では、Ｌｉ濃
度が減少し、その領域のキュリー温度は低下する。この
ため、プロトン交換層の領域は、部分的に分極反転を行
うことができるるようになり、LiTaO3基板１０９中に分
極反転層１０７が形成される。
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膜を周期状にパターニングすることにより、
Ｔａ膜に複数のスリットを形成する。次に、LiTaO3基板
１０９に対して、２６０℃、３０分間プロトン交換を行
い、Ｔａ膜のスリットの直下に、厚み０．８μｍのプロ
トン交換層を形成する。この後、LiTaO3基板１０９を５
９０℃の温度で１０分間熱処理する。熱処理の上昇レー
トは１０℃／分、冷却レートは５０℃／分である。LiTa
O3基板１０９のプロトン交換層の直下領域では、Ｌｉ濃
度が減少し、その領域のキュリー温度は低下する。この
ため、プロトン交換層の領域は、部分的に分極反転を行
うことができるるようになり、LiTaO3基板１０９中に分
極反転層１０７が形成される。
【００５１】次に、Ｔａ膜を除去するために、ＨＦ：Ｈ
ＮＦ3の１：１混合液にて２分間エッチングする。さら
に、分極反転層１０７中にプロトン交換を用いて光導波
路１０８を形成する。光導波路用マスクとしてＴａをス
トライプ状にパターニングを行うことでＴａマスクに幅
４μｍ、長さ１２ｍｍのスリットを形成する。このＴａ
マスクで覆われた基板に２６０℃、１６分間プロトン交
換を行い０．５μｍの高屈折率層を形成する。Ｔａマス
クを除去した後３８０℃で１０分間熱処理を行う。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程度上昇した光導波路１０８となる。
ＮＦ3の１：１混合液にて２分間エッチングする。さら
に、分極反転層１０７中にプロトン交換を用いて光導波
路１０８を形成する。光導波路用マスクとしてＴａをス
トライプ状にパターニングを行うことでＴａマスクに幅
４μｍ、長さ１２ｍｍのスリットを形成する。このＴａ
マスクで覆われた基板に２６０℃、１６分間プロトン交
換を行い０．５μｍの高屈折率層を形成する。Ｔａマス
クを除去した後３８０℃で１０分間熱処理を行う。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程度上昇した光導波路１０８となる。
【００５２】LiTaO3基板１０９の屈折率は2.2程度であ
るため、その端面にコーティングを施さないと、フレネ
ル反射が１４％程度発生する。フレネル反射は、半導体
レーザ１０１への戻り光を発生させるため、薄膜光学素
子１０３による安定な波長安定を阻害する。これを防止
するために、分極反転型導波路素子１０６の入射端面及
び出射端面に、波長870nmに対する無反射コーティング
（ＡＲコート）を施すことが好ましい。
るため、その端面にコーティングを施さないと、フレネ
ル反射が１４％程度発生する。フレネル反射は、半導体
レーザ１０１への戻り光を発生させるため、薄膜光学素
子１０３による安定な波長安定を阻害する。これを防止
するために、分極反転型導波路素子１０６の入射端面及
び出射端面に、波長870nmに対する無反射コーティング
（ＡＲコート）を施すことが好ましい。
【００５３】なお、結合光学系（コリメートレンズ１０
２及びフォーカシングレンズ１０５）の間に挿入してい
るλ／２板１０４は、薄膜光学素子１０３上に形成され
てもよい。こうすることにより、部品点数を減らすこと
ができ、さらに一層の小型化を図れるようになる。
２及びフォーカシングレンズ１０５）の間に挿入してい
るλ／２板１０４は、薄膜光学素子１０３上に形成され
てもよい。こうすることにより、部品点数を減らすこと
ができ、さらに一層の小型化を図れるようになる。
【００５４】（実施例２）図１の短波長光源では、光波
長変換素子として、LiTaO3(LT)を基板とした分極反転型
導波路素子１０６を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KT
P)を基板とした分極反転型導波路素子や、KNbO3(KN)等
の非線形光学定数の大きな非線形光学結晶や、LT,LN,KT
Pを基板とした分極反転型バルク素子を用いても同様に
安定な短波長光を得られる。
長変換素子として、LiTaO3(LT)を基板とした分極反転型
導波路素子１０６を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KT
P)を基板とした分極反転型導波路素子や、KNbO3(KN)等
の非線形光学定数の大きな非線形光学結晶や、LT,LN,KT
Pを基板とした分極反転型バルク素子を用いても同様に
安定な短波長光を得られる。
【００５５】本実施例の光波長変換素子の入射及び出射
端面にも、波長870nmの光に対する無反射コーティング
が施されている。
端面にも、波長870nmの光に対する無反射コーティング
が施されている。
【００５６】ここで深い分極反転層をもつ分極反転型バ
ルク素子の作製方法について説明する。深い分極反転層
は、エレクトロンビーム（ＥＢ）やフォーカシングイオ
ンビーム（ＦＩＢ）などを用いた描画法や、プロトン交
換法によって作製される。以下の４つの方法により分極
反転型バルク素子を作製した。 （１）ＥＢ照射による方法(1) 単分極化された強誘電体であるLiNbO3、LiTaO3基板に１
０Ｖ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの電界を印可しながら、
加速電圧１０〜１００ｋｅＶで加速した荷電粒子（電
子）を基板表面での電流密度が１μＡ／ｍｍ2〜１００
０μＡ／ｍｍ2になるよう照射することにより深い分極
反転層を形成できた。 （２）ＥＢ照射による方法(2) 強誘電体材料であるLiNbO3、LiTaO3基板の＋Ｃ面（Ｃ
板）に金属膜を蒸着し、これを接地する。−Ｃ面側か
ら、加速電圧２５ｋｅＶで加速した電子ビームを収束し
て照射すると、照射された部分の分極が反転する。その
反転層は基板（0.5ｍｍ厚）の底面まで達し、深い分極
反転層が形成された。 （３）ＦＩＢ照射による方法 イオン源にはＡｕＳｉの液体金属源を用い、Ｓｉ2+イオ
ンを電磁界フィルターで分離、選択した後、集束して基
板に照射した集束面積は約１μｍφであった。基板に
は、Ｃ板のLiTaO3を用いて、サンプルホルダーに金属ペ
ーストで接地し、＋Ｃ面にＳｉ2+イオンを集束し、コン
ピュータで制御しながら集束イオンを周期状に走査し
た。
ルク素子の作製方法について説明する。深い分極反転層
は、エレクトロンビーム（ＥＢ）やフォーカシングイオ
ンビーム（ＦＩＢ）などを用いた描画法や、プロトン交
換法によって作製される。以下の４つの方法により分極
反転型バルク素子を作製した。 （１）ＥＢ照射による方法(1) 単分極化された強誘電体であるLiNbO3、LiTaO3基板に１
０Ｖ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの電界を印可しながら、
加速電圧１０〜１００ｋｅＶで加速した荷電粒子（電
子）を基板表面での電流密度が１μＡ／ｍｍ2〜１００
０μＡ／ｍｍ2になるよう照射することにより深い分極
反転層を形成できた。 （２）ＥＢ照射による方法(2) 強誘電体材料であるLiNbO3、LiTaO3基板の＋Ｃ面（Ｃ
板）に金属膜を蒸着し、これを接地する。−Ｃ面側か
ら、加速電圧２５ｋｅＶで加速した電子ビームを収束し
て照射すると、照射された部分の分極が反転する。その
反転層は基板（0.5ｍｍ厚）の底面まで達し、深い分極
反転層が形成された。 （３）ＦＩＢ照射による方法 イオン源にはＡｕＳｉの液体金属源を用い、Ｓｉ2+イオ
ンを電磁界フィルターで分離、選択した後、集束して基
板に照射した集束面積は約１μｍφであった。基板に
は、Ｃ板のLiTaO3を用いて、サンプルホルダーに金属ペ
ーストで接地し、＋Ｃ面にＳｉ2+イオンを集束し、コン
ピュータで制御しながら集束イオンを周期状に走査し
た。
【００５７】このときの加速エネルギーは２００ｋｅ
Ｖ、電流量を１２０ｐＡ、集束イオンの走査速度を８４
μｍ/secにした。このとき形成される分極反転層の反転
層幅は１．８μｍ、反転層深さはほぼ基板の底面まで達
した。反転層幅は分極反転層の深さ方向に均一であっ
た。またこの条件で周期４μｍの周期的分極反転層を形
成したところ、周期４μm、反転層幅１．８μm、反転層
深さ０．５ｍｍの均一な周期構造が形成できた。 （４）プロトン交換による方法 LiTaO3基板の−Ｃ面にＴａを蒸着しフォト・ドライエッ
チングにより４μｍ周期のストライプを形成する。その
上にピロリン酸を数滴置いて、２３０℃のホットプレー
ト上で３０分熱処理する。これにより深い分極反転層を
形成することが出来た。
Ｖ、電流量を１２０ｐＡ、集束イオンの走査速度を８４
μｍ/secにした。このとき形成される分極反転層の反転
層幅は１．８μｍ、反転層深さはほぼ基板の底面まで達
した。反転層幅は分極反転層の深さ方向に均一であっ
た。またこの条件で周期４μｍの周期的分極反転層を形
成したところ、周期４μm、反転層幅１．８μm、反転層
深さ０．５ｍｍの均一な周期構造が形成できた。 （４）プロトン交換による方法 LiTaO3基板の−Ｃ面にＴａを蒸着しフォト・ドライエッ
チングにより４μｍ周期のストライプを形成する。その
上にピロリン酸を数滴置いて、２３０℃のホットプレー
ト上で３０分熱処理する。これにより深い分極反転層を
形成することが出来た。
【００５８】（１）から（４）の方法によって深い分極
反転層をLiTaO3基板に形成し、入射面及び出射面を光学
研磨し、波長870nmに対して無反射コートすることで分
極反転型バルク素子を作製し、図１の分極反転型導波路
素子１０６の位置に代替した構成で短波長光源を実現し
た。
反転層をLiTaO3基板に形成し、入射面及び出射面を光学
研磨し、波長870nmに対して無反射コートすることで分
極反転型バルク素子を作製し、図１の分極反転型導波路
素子１０６の位置に代替した構成で短波長光源を実現し
た。
【００５９】（実施例３）図３を参照しながら、本発明
による更に他の短波長光源を説明する。
による更に他の短波長光源を説明する。
【００６０】図３に示される短波長光源は、レーザ光を
放射するための活性層（不図示）を含む半導体レーザ３
０１と、レーザ光の少なくとも一部を受け取り、レーザ
光の波長よりも短い波長の短波長光（高調波）を生成す
る光波長変換素子３０６とを備えている。半導体レーザ
３０１は、150mW級のシングル縦モードレーザであり、
その発振波長は870nm帯である。光波長変換素子３０６
は、分極反転型導波路素子である。
放射するための活性層（不図示）を含む半導体レーザ３
０１と、レーザ光の少なくとも一部を受け取り、レーザ
光の波長よりも短い波長の短波長光（高調波）を生成す
る光波長変換素子３０６とを備えている。半導体レーザ
３０１は、150mW級のシングル縦モードレーザであり、
その発振波長は870nm帯である。光波長変換素子３０６
は、分極反転型導波路素子である。
【００６１】この短波長光源は、レンズ等の通常の光学
システムに加えて、薄膜光学素子３０３を備えている。
本実施例の薄膜光学素子３０３は、半導体レーザ３０１
から出射されたレーザ光のうち、所定波長帯域に属する
光を選択的に透過する。透過光の一部は、後述するよう
に、レーザ３０１の活性層に帰還される。薄膜光学素子
３０３は、例えば、誘電体多層膜から形成されたバンド
パス型（透過型）フィルタであり、0.5mm厚のガラス基
板上に誘電体（TiO2等）等を数十層積層形成することに
より得られる。
システムに加えて、薄膜光学素子３０３を備えている。
本実施例の薄膜光学素子３０３は、半導体レーザ３０１
から出射されたレーザ光のうち、所定波長帯域に属する
光を選択的に透過する。透過光の一部は、後述するよう
に、レーザ３０１の活性層に帰還される。薄膜光学素子
３０３は、例えば、誘電体多層膜から形成されたバンド
パス型（透過型）フィルタであり、0.5mm厚のガラス基
板上に誘電体（TiO2等）等を数十層積層形成することに
より得られる。
【００６２】図４は、この薄膜光学素子３０３の透過特
性を示す。この薄膜光学素子３０３は、波長870nmにお
いて80%程度の最大透過率をもち、透過スペクトルの半
値幅は1nmである。薄膜光学素子３０３の透過率は角度
依存性を持っている。図４に示す透過スペクトルは、薄
膜光学素子３０３の主面が光軸に対して２０度の角度
（入射角度）を持つ場合のスペクトルである。入射角度
が２０度のとき、薄膜光学素子３０３の透過中心波長の
シフト量は1.5nm/degの角度依存性を示す。入射角度が
１０度近傍の時のシフト量は0.9nm/degの角度依存性を
示し、０度の時のシフト量は、ほとんど角度依存性を示
さない。
性を示す。この薄膜光学素子３０３は、波長870nmにお
いて80%程度の最大透過率をもち、透過スペクトルの半
値幅は1nmである。薄膜光学素子３０３の透過率は角度
依存性を持っている。図４に示す透過スペクトルは、薄
膜光学素子３０３の主面が光軸に対して２０度の角度
（入射角度）を持つ場合のスペクトルである。入射角度
が２０度のとき、薄膜光学素子３０３の透過中心波長の
シフト量は1.5nm/degの角度依存性を示す。入射角度が
１０度近傍の時のシフト量は0.9nm/degの角度依存性を
示し、０度の時のシフト量は、ほとんど角度依存性を示
さない。
【００６３】この短波長光源においては、図３に示され
るように、半導体レーザ３０１から出射した光が、ま
ず、レンズ３０２によりコリメートされた後、薄膜光学
素子３０３に導かれる。薄膜光学素子３０３は、半導体
レーザ３０１の光軸に対して傾斜して設置されている。
本実施例の場合、薄膜光学素子３０３と半導体レーザ３
０１の光軸とがなす角度が20度のとき、波長870nm近傍
の光だけが選択的に薄膜光学素子３０３を透過する。そ
れ以外のレーザ光は、薄膜光学素子３０３により反射さ
れる。反射光は、薄膜光学素子３０３が傾斜しているの
で、半導体レーザの活性層には戻らない。
るように、半導体レーザ３０１から出射した光が、ま
ず、レンズ３０２によりコリメートされた後、薄膜光学
素子３０３に導かれる。薄膜光学素子３０３は、半導体
レーザ３０１の光軸に対して傾斜して設置されている。
本実施例の場合、薄膜光学素子３０３と半導体レーザ３
０１の光軸とがなす角度が20度のとき、波長870nm近傍
の光だけが選択的に薄膜光学素子３０３を透過する。そ
れ以外のレーザ光は、薄膜光学素子３０３により反射さ
れる。反射光は、薄膜光学素子３０３が傾斜しているの
で、半導体レーザの活性層には戻らない。
【００６４】本実施例において、薄膜光学素子３０３を
透過したレーザ光の偏向方向は、λ／２板３０４により
光軸の回りに90度回転する。レーザ光は、λ／２板３０
４を透過した後、フォーカシングレンズ３０５により分
極反転型導波路素子３０６の入射端面３０７に集光され
る。本実施例では、分極反転型導波路素子３０６の入射
端面３０７には、無反射コーティングが施されていない
ので、１４％程度のフネレル反射が生じる。
透過したレーザ光の偏向方向は、λ／２板３０４により
光軸の回りに90度回転する。レーザ光は、λ／２板３０
４を透過した後、フォーカシングレンズ３０５により分
極反転型導波路素子３０６の入射端面３０７に集光され
る。本実施例では、分極反転型導波路素子３０６の入射
端面３０７には、無反射コーティングが施されていない
ので、１４％程度のフネレル反射が生じる。
【００６５】半導体レーザ３０１からの光はフォーカシ
ングレンズ３０５により分極反転型導波路素子３０６の
入射端面３０７に集光されているため、半導体レーザ３
０１の出射端面と入射端面３０７とは共焦点の位置にあ
る。そのため、半導体レーザ３０１の活性層から放射さ
れた光の一部は、分極反転型導波路素子３０６の入射端
面３０７により反射され、半導体レーザ３０１の活性層
に帰還される。
ングレンズ３０５により分極反転型導波路素子３０６の
入射端面３０７に集光されているため、半導体レーザ３
０１の出射端面と入射端面３０７とは共焦点の位置にあ
る。そのため、半導体レーザ３０１の活性層から放射さ
れた光の一部は、分極反転型導波路素子３０６の入射端
面３０７により反射され、半導体レーザ３０１の活性層
に帰還される。
【００６６】本実施例のように、半導体レーザ３０１と
分極反転型導波路素子３０６との間において、光軸に対
して２０度の角度で薄膜光学素子３０３を挿入すること
により、870nm近傍の波長の光だけが入射端面３０７に
導かれ反射し、870nm近傍の波長の光だけが半導体レー
ザ３０１に光帰還する。このため、半導体レーザ３０１
は単一の縦モードで安定に発振し、その波長は870nmに
固定された。
分極反転型導波路素子３０６との間において、光軸に対
して２０度の角度で薄膜光学素子３０３を挿入すること
により、870nm近傍の波長の光だけが入射端面３０７に
導かれ反射し、870nm近傍の波長の光だけが半導体レー
ザ３０１に光帰還する。このため、半導体レーザ３０１
は単一の縦モードで安定に発振し、その波長は870nmに
固定された。
【００６７】分極反転型導波路素子３０６の入射端面３
０７から導波路に結合した光（波長870nm）は、導波路
を伝播するうちに、波長435nmのブルー光に変換され
る。その結果、分極反転型導波路素子３０６の出射端面
３０８からは、ブルー光が安定に放射される。
０７から導波路に結合した光（波長870nm）は、導波路
を伝播するうちに、波長435nmのブルー光に変換され
る。その結果、分極反転型導波路素子３０６の出射端面
３０８からは、ブルー光が安定に放射される。
【００６８】なお、導波路に結合した光の一部は、出射
端面３０８でフネレル反射を起こす。半導体レーザ３０
１の波長を安定に固定するためには、波長870nmの光が
出射端面３０８で反射されることを抑制することが望ま
しい。このため、本実施例では、出射端面３０８に、基
本波870nmに対する無反射コーティングを施してある。
端面３０８でフネレル反射を起こす。半導体レーザ３０
１の波長を安定に固定するためには、波長870nmの光が
出射端面３０８で反射されることを抑制することが望ま
しい。このため、本実施例では、出射端面３０８に、基
本波870nmに対する無反射コーティングを施してある。
【００６９】分極反転型導波路素子３０６は、実施例１
と同様、周期4μmの分極反転層と4μm幅の光導波路がLi
TaO3基板上に形成されている。分極反転型導波路素子３
０６の温度を位相整合波長が870nmになるようにチュー
ニングすることで、分極反転型導波路素子３０６内に結
合した基本波870nmは、435nmに波長変換され、導波路３
０６の出射端面３０８よりブルー光が得らる。
と同様、周期4μmの分極反転層と4μm幅の光導波路がLi
TaO3基板上に形成されている。分極反転型導波路素子３
０６の温度を位相整合波長が870nmになるようにチュー
ニングすることで、分極反転型導波路素子３０６内に結
合した基本波870nmは、435nmに波長変換され、導波路３
０６の出射端面３０８よりブルー光が得らる。
【００７０】分極反転型導波路素子３０６は、長さ10m
m、変換効率200%/Wであり、約70mWの基本波パワーが導
波路に結合して約10mWの高調波が得られた。出射端面３
０８には430nmの高調波に対する無反射コーティングが
施してある方が望ましく、より高効率に高調波光を得る
ことができる。
m、変換効率200%/Wであり、約70mWの基本波パワーが導
波路に結合して約10mWの高調波が得られた。出射端面３
０８には430nmの高調波に対する無反射コーティングが
施してある方が望ましく、より高効率に高調波光を得る
ことができる。
【００７１】図１４に出力の時間的変化をグレーティン
グを用いた場合と比較して示す。角度に対する波長の変
化量がフィルタを用いた方が小さいので、時間的にも安
定であることが分かる。このような薄膜光学素子３０３
による波長ロッキングはグレーティングのように28nm/d
egといった角度に対してシビアに波長が変化しないので
調整も容易で、モジュール化したときも計時変化に対し
ても安定である。また、温度変化に対しても0.005nm/℃
を安定で、湿度に対しても安定であるという特徴を持
つ。
グを用いた場合と比較して示す。角度に対する波長の変
化量がフィルタを用いた方が小さいので、時間的にも安
定であることが分かる。このような薄膜光学素子３０３
による波長ロッキングはグレーティングのように28nm/d
egといった角度に対してシビアに波長が変化しないので
調整も容易で、モジュール化したときも計時変化に対し
ても安定である。また、温度変化に対しても0.005nm/℃
を安定で、湿度に対しても安定であるという特徴を持
つ。
【００７２】通常、分極反転型導波路素子の端面には半
導体レーザから放射されるレーザ光に対する無反射コー
ティングが施されている。しかしながら、端面の反射率
を0.1%程度に抑えることは難しい。また、仮に端面の反
射率が0.1%程度に抑えられたとしても、端面で反射した
わずかの光が半導体レーザに帰還すると、半導体レーザ
の縦モードは不安定となる。本実施例は、この反射によ
る戻り光を有効に利用し、半導体レーザの発振状態を安
定化するものであり、その実用的効果は大きい。
導体レーザから放射されるレーザ光に対する無反射コー
ティングが施されている。しかしながら、端面の反射率
を0.1%程度に抑えることは難しい。また、仮に端面の反
射率が0.1%程度に抑えられたとしても、端面で反射した
わずかの光が半導体レーザに帰還すると、半導体レーザ
の縦モードは不安定となる。本実施例は、この反射によ
る戻り光を有効に利用し、半導体レーザの発振状態を安
定化するものであり、その実用的効果は大きい。
【００７３】また、本実施例では分極反転型導波路素子
の入射端面でのフレネル反射を利用したが、入射端面に
適当な反射コートを施して、反射量を調整し最適化を図
ることもできる。反射率を高くすると半導体レーザの発
振波長はさらに安定するが、一方で導波路内に結合する
光の量が減少するため、得られる高調波光の出力が低下
する。反対に、5%程度の反射コートを施すと、導波路内
への結合が増加するため、得られる高調波光の出力も増
加する。
の入射端面でのフレネル反射を利用したが、入射端面に
適当な反射コートを施して、反射量を調整し最適化を図
ることもできる。反射率を高くすると半導体レーザの発
振波長はさらに安定するが、一方で導波路内に結合する
光の量が減少するため、得られる高調波光の出力が低下
する。反対に、5%程度の反射コートを施すと、導波路内
への結合が増加するため、得られる高調波光の出力も増
加する。
【００７４】結合光学系（コリメート及びフォーカシン
グレンズ）の間に位置するλ／２板３０４を薄膜光学素
子３０３上に形成してもよい。部品点数を減らすことが
でき、小型化を図れる。
グレンズ）の間に位置するλ／２板３０４を薄膜光学素
子３０３上に形成してもよい。部品点数を減らすことが
でき、小型化を図れる。
【００７５】さらに、薄膜光学素子３０３の透過スペク
トルのピーク波長は角度依存性をもっているため、薄膜
光学素子３０３に回転機構を取り付け、回転機構により
薄膜光学素子３０３のレーザ光に対する傾斜角度を調整
すれば、透過スペクトルのピーク波長を高い精度で制御
することができる。このような回転機構を採用すれば、
分極反転型導波路素子３０６の出射端面３０８から得ら
れる高調波の出力をモニターし、モニターされる出力が
最大になるように、薄膜光学素子３０３のレーザ光に対
する傾斜角度を調整することができる。このように調整
することにより、半導体レーザ３０１の発振波長を分極
反転型導波路素子３０６の位相整合波長に一致させるこ
とができる。高調波の出力をモニターする機構の他に、
フィードバック回路を設けて回転機構を制御すれば、安
定な高調波出力が得られた。薄膜光学素子３０３に回転
機構を設けることで、素子の温度変化や光損傷（フォト
リフラクティブ効果）に伴う分極反転素子３０６の基板
の屈折率変化に対しても安定に半導体レーザ３０１の発
振波長を制御でき、安定に高調波出力をえることができ
た。回転機構として、回転モーター用いたり、アクチュ
エーターやピエゾ素子を’てこ’の原理で利用し回転運
動させ利用した。
トルのピーク波長は角度依存性をもっているため、薄膜
光学素子３０３に回転機構を取り付け、回転機構により
薄膜光学素子３０３のレーザ光に対する傾斜角度を調整
すれば、透過スペクトルのピーク波長を高い精度で制御
することができる。このような回転機構を採用すれば、
分極反転型導波路素子３０６の出射端面３０８から得ら
れる高調波の出力をモニターし、モニターされる出力が
最大になるように、薄膜光学素子３０３のレーザ光に対
する傾斜角度を調整することができる。このように調整
することにより、半導体レーザ３０１の発振波長を分極
反転型導波路素子３０６の位相整合波長に一致させるこ
とができる。高調波の出力をモニターする機構の他に、
フィードバック回路を設けて回転機構を制御すれば、安
定な高調波出力が得られた。薄膜光学素子３０３に回転
機構を設けることで、素子の温度変化や光損傷（フォト
リフラクティブ効果）に伴う分極反転素子３０６の基板
の屈折率変化に対しても安定に半導体レーザ３０１の発
振波長を制御でき、安定に高調波出力をえることができ
た。回転機構として、回転モーター用いたり、アクチュ
エーターやピエゾ素子を’てこ’の原理で利用し回転運
動させ利用した。
【００７６】さらに、本実施例では薄膜光学素子３０３
を１つだけ半導体レーザ３０１と分極反転型導波路素子
３０６の間に設置したが、複数枚の薄膜光学素子３０３
を挿入することで、図４に示される透過スペクトルの半
値幅が実行的に狭くなり、波長選択性が向上される。
を１つだけ半導体レーザ３０１と分極反転型導波路素子
３０６の間に設置したが、複数枚の薄膜光学素子３０３
を挿入することで、図４に示される透過スペクトルの半
値幅が実行的に狭くなり、波長選択性が向上される。
【００７７】（実施例４）図３の例では、光波長変換素
子としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型導波路素子
３０６を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板と
した分極反転型導波路素子や、KNbO3(KN)等の非線形光
学定数の大きな有機及び無機非線形光学結晶（リング共
振器構造や位相整合型導波路デバイス等）や、実施例２
で説明したLT,LN,KTPを基板としたバルク型分極反転素
子を用いても同様に安定な短波長光を得られる。この場
合も、光波長変換素子の出射端面には波長870nm及び435
nmの光に対する無反射コーティングが施してあるほうが
望ましい。
子としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型導波路素子
３０６を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板と
した分極反転型導波路素子や、KNbO3(KN)等の非線形光
学定数の大きな有機及び無機非線形光学結晶（リング共
振器構造や位相整合型導波路デバイス等）や、実施例２
で説明したLT,LN,KTPを基板としたバルク型分極反転素
子を用いても同様に安定な短波長光を得られる。この場
合も、光波長変換素子の出射端面には波長870nm及び435
nmの光に対する無反射コーティングが施してあるほうが
望ましい。
【００７８】（実施例５）図５を参照しながら、本発明
による更に他の短波長光源を説明する。
による更に他の短波長光源を説明する。
【００７９】図５に示される短波長光源は、レーザ光を
放射するための活性層（不図示）を含む半導体レーザ５
０１と、レーザ光の少なくとも一部を受け取り、レーザ
光の波長よりも短い波長の短波長光（高調波）を生成す
る光波長変換素子５０６とを備えている。半導体レーザ
５０１は、150mW級のシングル縦モードレーザであり、
その発振波長は870nm帯である。光波長変換素子５０６
は、分極反転型導波路素子である。
放射するための活性層（不図示）を含む半導体レーザ５
０１と、レーザ光の少なくとも一部を受け取り、レーザ
光の波長よりも短い波長の短波長光（高調波）を生成す
る光波長変換素子５０６とを備えている。半導体レーザ
５０１は、150mW級のシングル縦モードレーザであり、
その発振波長は870nm帯である。光波長変換素子５０６
は、分極反転型導波路素子である。
【００８０】本短波長光源は、図３の薄膜光学素子３０
３と同じ構造を有する薄膜光学素子５０３を備えてい
る。従って、薄膜光学素子５０３の透過特性は、図４に
示されるものと同じである。本実施例では、分極反転型
導波路素子５０６の出射端面５０８でのフネレル反射を
半導体レーザへの戻り光として利用する点に特徴を有し
ている。入射端面５０７での反射率は低い。入射端面５
０７には、無反射コートを施すことが好ましい。
３と同じ構造を有する薄膜光学素子５０３を備えてい
る。従って、薄膜光学素子５０３の透過特性は、図４に
示されるものと同じである。本実施例では、分極反転型
導波路素子５０６の出射端面５０８でのフネレル反射を
半導体レーザへの戻り光として利用する点に特徴を有し
ている。入射端面５０７での反射率は低い。入射端面５
０７には、無反射コートを施すことが好ましい。
【００８１】半導体レーザ５０１からの光は、フォーカ
シングレンズ５０５により分極反転型導波路素子５０６
の入射端面５０７に集光され、光導波路に結合される。
半導体レーザ５０１の出射端面と分極反転型導波路素子
５０６の入射端面５０７は共焦点位置にあり、出射端面
５０８とも共焦点系をなす。そのため、出射端面５０８
で起こる反射による光がすべて半導体レーザ５０１の活
性層に光帰還する。
シングレンズ５０５により分極反転型導波路素子５０６
の入射端面５０７に集光され、光導波路に結合される。
半導体レーザ５０１の出射端面と分極反転型導波路素子
５０６の入射端面５０７は共焦点位置にあり、出射端面
５０８とも共焦点系をなす。そのため、出射端面５０８
で起こる反射による光がすべて半導体レーザ５０１の活
性層に光帰還する。
【００８２】薄膜光学素子５０３が存在しないと、この
戻り光により半導体レーザ５０１はモードホップしたり
マルチモード化したりする。本発明のように、半導体レ
ーザ５０１と分極反転型導波路素子５０６の間に薄膜光
学素子５０３を光軸に対して２０度の角度で挿入する
と、870nm近傍の波長の光だけが半導体レーザから分極
反転型導波路素子５０６の入射端面５０７に導かれ光導
波路内に結合し、出射端面５０８で反射した870nm近傍
の波長の光だけが半導体レーザ５０１に光帰還するた
め、半導体レーザ５０１の縦モードは870nm近傍にシン
グルモードで固定された。
戻り光により半導体レーザ５０１はモードホップしたり
マルチモード化したりする。本発明のように、半導体レ
ーザ５０１と分極反転型導波路素子５０６の間に薄膜光
学素子５０３を光軸に対して２０度の角度で挿入する
と、870nm近傍の波長の光だけが半導体レーザから分極
反転型導波路素子５０６の入射端面５０７に導かれ光導
波路内に結合し、出射端面５０８で反射した870nm近傍
の波長の光だけが半導体レーザ５０１に光帰還するた
め、半導体レーザ５０１の縦モードは870nm近傍にシン
グルモードで固定された。
【００８３】また、出射端面５０８に870nmに対して高
反射率（ＨＲ）のコーティング（望ましくは反射率１０
０％）を施すと、半導体レーザ５０１に戻る光の光量が
多くなるので、より安定化を図れる。
反射率（ＨＲ）のコーティング（望ましくは反射率１０
０％）を施すと、半導体レーザ５０１に戻る光の光量が
多くなるので、より安定化を図れる。
【００８４】図５に示すように、薄膜光学素子５０３は
半導体レーザ５０１の光軸に対してある傾きを持ってい
る。薄膜光学素子５０３は870nm近傍以外の波長を反射
し、870nm以外の波長の光は半導体レーザ５０１の活性
層に光帰還しない。分極反転型導波路素子５０６の温度
を位相整合波長が870nmになるようにチューニングする
ことで、分極反転型導波路素子５０６内に結合した基本
波870nmは、435nmに波長変換され、導波路５０６の出射
端面５０８よりブルー光が得られた。温度チューニング
の手段は図示されていないが分極反転型導波路素子５０
６をペルチエ素子上に固定し、もしくはヒーターを光導
波路上に設けて実現した。分極反転型導波路素子５０６
は長さ10mm、変換効率200%/Wであり、導波路への結合パ
ワーが70mWに対し約10mWの高調波が得られた。分極反転
型導波路素子５０６の出射端面５０８には高調波435nm
に対して無反射コーティングが施されているほうが、高
効率に高調波光を取り出せるので望ましい。
半導体レーザ５０１の光軸に対してある傾きを持ってい
る。薄膜光学素子５０３は870nm近傍以外の波長を反射
し、870nm以外の波長の光は半導体レーザ５０１の活性
層に光帰還しない。分極反転型導波路素子５０６の温度
を位相整合波長が870nmになるようにチューニングする
ことで、分極反転型導波路素子５０６内に結合した基本
波870nmは、435nmに波長変換され、導波路５０６の出射
端面５０８よりブルー光が得られた。温度チューニング
の手段は図示されていないが分極反転型導波路素子５０
６をペルチエ素子上に固定し、もしくはヒーターを光導
波路上に設けて実現した。分極反転型導波路素子５０６
は長さ10mm、変換効率200%/Wであり、導波路への結合パ
ワーが70mWに対し約10mWの高調波が得られた。分極反転
型導波路素子５０６の出射端面５０８には高調波435nm
に対して無反射コーティングが施されているほうが、高
効率に高調波光を取り出せるので望ましい。
【００８５】なお、分極反転型導波路素子５０６の入射
端面５０７に高調波光に対する高反射率コーティングを
施すと、出射端面５０８から半導体レーザ５０１に帰還
する光で波長変換された高調波光も入射端面５０７で反
射し出射端面５０８より得られるので高効率化を図れ
る。
端面５０７に高調波光に対する高反射率コーティングを
施すと、出射端面５０８から半導体レーザ５０１に帰還
する光で波長変換された高調波光も入射端面５０７で反
射し出射端面５０８より得られるので高効率化を図れ
る。
【００８６】さらに、基本波870nmに対し、入射端面５
０７に反射率97%、出射端面５０８に反射率99.9%のコー
ティングを施すと、導波路型外部共振器を構成すること
ができ、変換効率において２０倍程度の向上を図ること
ができる。
０７に反射率97%、出射端面５０８に反射率99.9%のコー
ティングを施すと、導波路型外部共振器を構成すること
ができ、変換効率において２０倍程度の向上を図ること
ができる。
【００８７】通常、分極反転型導波路素子の端面には半
導体レーザの波長に対して無反射コーティングが施して
ある。しかしながら、反射を0.1%程度に抑えることは難
しく、また0.1%程度の反射ですら、半導体レーザに帰還
すると、半導体レーザの縦モードは不安定となる。本実
施例は、この反射戻り光を有効に利用し、半導体レーザ
の縦モードを安定化するもので、その実用的効果は大き
い。
導体レーザの波長に対して無反射コーティングが施して
ある。しかしながら、反射を0.1%程度に抑えることは難
しく、また0.1%程度の反射ですら、半導体レーザに帰還
すると、半導体レーザの縦モードは不安定となる。本実
施例は、この反射戻り光を有効に利用し、半導体レーザ
の縦モードを安定化するもので、その実用的効果は大き
い。
【００８８】また、結合光学系（コリメートレンズ及び
フォーカシングレンズ）の間に位置するλ／２板５０４
を薄膜光学素子５０３上に形成することで、部品点数を
減らすことができ、小型化を図れる。さらに、実施例３
と同様、薄膜光学素子５０３に回転機構とフィードバッ
ク回路を設けることで、高調波出力の安定化を図ること
ができた。
フォーカシングレンズ）の間に位置するλ／２板５０４
を薄膜光学素子５０３上に形成することで、部品点数を
減らすことができ、小型化を図れる。さらに、実施例３
と同様、薄膜光学素子５０３に回転機構とフィードバッ
ク回路を設けることで、高調波出力の安定化を図ること
ができた。
【００８９】（実施例６）図５の実施例では、光波長変
換素子としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型導波路
素子を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板とし
た分極反転型導波路素子やKN等の位相整合型導波路デバ
イスなどを用いても同様に安定な短波長光を得られる。
この場合も、光波長変換素子の入射端面には870nmに対
する無反射コーティングが、また出射端面には870nmに
対して高反射率コーティングが施してあるほうが望まし
い。
換素子としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型導波路
素子を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板とし
た分極反転型導波路素子やKN等の位相整合型導波路デバ
イスなどを用いても同様に安定な短波長光を得られる。
この場合も、光波長変換素子の入射端面には870nmに対
する無反射コーティングが、また出射端面には870nmに
対して高反射率コーティングが施してあるほうが望まし
い。
【００９０】（実施例７）図６を参照しながら、本発明
による更に他の短波長光源を説明する。本実施例の光学
素子は、図４に示す透過スペクトルをもつ薄膜光学素子
（バンドパス型フィルタ）が使用されている。光波長変
換素子としては分極反転型導波路素子が使用されてい
る。
による更に他の短波長光源を説明する。本実施例の光学
素子は、図４に示す透過スペクトルをもつ薄膜光学素子
（バンドパス型フィルタ）が使用されている。光波長変
換素子としては分極反転型導波路素子が使用されてい
る。
【００９１】半導体レーザ６０１は150mW級のシングル
縦モードレーザであり、発振波長は870nm帯である。６
０２はN.A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、６０
４はλ／２板、６０５は導波路内に光を結合するための
フォーカシングレンズである。６０３は図４に示す透過
スペクトル特性をもつ薄膜光学素子である。また波長選
択ミラー６０７は波長変換された高調波光と基本波光を
分離するための光学素子である。
縦モードレーザであり、発振波長は870nm帯である。６
０２はN.A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、６０
４はλ／２板、６０５は導波路内に光を結合するための
フォーカシングレンズである。６０３は図４に示す透過
スペクトル特性をもつ薄膜光学素子である。また波長選
択ミラー６０７は波長変換された高調波光と基本波光を
分離するための光学素子である。
【００９２】分極反転型導波路素子６０６は、実施例１
と同様、LiTaO3基板上に形成された周期4μmの分極反転
層と4μm幅の光導波路とを有している。本実施例では、
分極反転型導波路６０６の出射端面６０９に波長870nm
の基本波及び波長435nmの高調波に対する高反射率（Ｈ
Ｒ）コーティングが施されている。また、入射端面６０
８での反射率を抑制するため、波長870nm及び435nmの光
に対する無反射（ＡＲ）コーティングが施されている。
と同様、LiTaO3基板上に形成された周期4μmの分極反転
層と4μm幅の光導波路とを有している。本実施例では、
分極反転型導波路６０６の出射端面６０９に波長870nm
の基本波及び波長435nmの高調波に対する高反射率（Ｈ
Ｒ）コーティングが施されている。また、入射端面６０
８での反射率を抑制するため、波長870nm及び435nmの光
に対する無反射（ＡＲ）コーティングが施されている。
【００９３】半導体レーザ６０１から出射されたレーザ
光は、薄膜光学素子６０３を透過した後、フォーカシン
グレンズ６０５により分極反転型導波路素子６０６の入
射端面６０８に集光され、導波路内部に結合される。半
導体レーザ６０１の出射端面と分極反転型導波路素子６
０６の入射端面６０８とは共焦点に位置し、出射端面６
０９とも共焦点系をなす。そのため、出射端面６０９で
起こる反射による光がすべて半導体レーザ６０１の活性
層に光帰還する。薄膜光学素子６０３が存在しないと、
この戻り光により半導体レーザ６０１の発振はモードホ
ップしたりマルチモード化したりする。
光は、薄膜光学素子６０３を透過した後、フォーカシン
グレンズ６０５により分極反転型導波路素子６０６の入
射端面６０８に集光され、導波路内部に結合される。半
導体レーザ６０１の出射端面と分極反転型導波路素子６
０６の入射端面６０８とは共焦点に位置し、出射端面６
０９とも共焦点系をなす。そのため、出射端面６０９で
起こる反射による光がすべて半導体レーザ６０１の活性
層に光帰還する。薄膜光学素子６０３が存在しないと、
この戻り光により半導体レーザ６０１の発振はモードホ
ップしたりマルチモード化したりする。
【００９４】本実施例のように、半導体レーザ６０１と
分極反転型導波路素子６０６の間に薄膜光学素子６０３
を光軸に対して２０度の角度で挿入すると、870nm近傍
の波長の光だけが半導体レーザから分極反転型導波路素
子６０６の入射端面６０８に導かれ導波路内に結合し、
出射端面６０９で反射した870nm近傍の波長の光だけ
が、薄膜光学素子６０３を再び通過し半導体レーザ６０
１に光帰還するため、半導体レーザ６０１の縦モードは
870nm近傍にシングルモードで固定される。
分極反転型導波路素子６０６の間に薄膜光学素子６０３
を光軸に対して２０度の角度で挿入すると、870nm近傍
の波長の光だけが半導体レーザから分極反転型導波路素
子６０６の入射端面６０８に導かれ導波路内に結合し、
出射端面６０９で反射した870nm近傍の波長の光だけ
が、薄膜光学素子６０３を再び通過し半導体レーザ６０
１に光帰還するため、半導体レーザ６０１の縦モードは
870nm近傍にシングルモードで固定される。
【００９５】また、本実施例では、出射端面６０９に波
長870nm及び435nmの光に対する高反射率のコーティング
（望ましくは反射率100%）が施さているため、基本波と
高調波は出射端面６０９から半導体レーザ６０１方向へ
逆向きに伝ぱんする際も相互作用する。このため、分極
反転型導波路素子素子６０６により得られる相互作用長
は２倍になり、結果として高調波への変換効率は４倍と
なる。
長870nm及び435nmの光に対する高反射率のコーティング
（望ましくは反射率100%）が施さているため、基本波と
高調波は出射端面６０９から半導体レーザ６０１方向へ
逆向きに伝ぱんする際も相互作用する。このため、分極
反転型導波路素子素子６０６により得られる相互作用長
は２倍になり、結果として高調波への変換効率は４倍と
なる。
【００９６】分極反転型導波路素子６０６の温度を位相
整合波長が870nmになるように実施例５と同様にしてチ
ューニングすることで、分極反転型導波路素子６０６内
に結合した波長870nmの基本波は、波長435nmの高調波に
変換される。この結果、導波路６０６の入射端面６０８
よりブルー光が出射し、このブルー光は、波長選択ミラ
ー６０７により基本波と分離され取り出される。分極反
転型導波路素子６０６は長さ10mm、変換効率800%/Wであ
り、導波路への結合が70mWに対し約30mWの高調波が得ら
れた。
整合波長が870nmになるように実施例５と同様にしてチ
ューニングすることで、分極反転型導波路素子６０６内
に結合した波長870nmの基本波は、波長435nmの高調波に
変換される。この結果、導波路６０６の入射端面６０８
よりブルー光が出射し、このブルー光は、波長選択ミラ
ー６０７により基本波と分離され取り出される。分極反
転型導波路素子６０６は長さ10mm、変換効率800%/Wであ
り、導波路への結合が70mWに対し約30mWの高調波が得ら
れた。
【００９７】本実施例は、出射端面での反射率を高くし
ているため、より安定に高調波光を取り出せるだけでな
く波長変換素子の相互作用長を長く利用出来る構成であ
るため、実用的効果は大きい。
ているため、より安定に高調波光を取り出せるだけでな
く波長変換素子の相互作用長を長く利用出来る構成であ
るため、実用的効果は大きい。
【００９８】また、結合光学系（コリメートレンズ及び
フォーカシングレンズ）の間に位置するλ／２板６０４
を薄膜光学素子６０３上に形成することで、部品点数を
減らすことができ、小型化を図れる。さらに、結合光学
系（コリメートレンズ及びフォーカシングレンズ）の間
に位置する波長選択ミラー６０７を薄膜光学素子６０３
上に形成することで、部品点数を減らすことができ、小
型化を図れる。
フォーカシングレンズ）の間に位置するλ／２板６０４
を薄膜光学素子６０３上に形成することで、部品点数を
減らすことができ、小型化を図れる。さらに、結合光学
系（コリメートレンズ及びフォーカシングレンズ）の間
に位置する波長選択ミラー６０７を薄膜光学素子６０３
上に形成することで、部品点数を減らすことができ、小
型化を図れる。
【００９９】さらに、実施例３と同様、薄膜光学素子６
０３に回転機構とフィードバック回路を設けることで、
高調波出力の安定化を図ることができた。
０３に回転機構とフィードバック回路を設けることで、
高調波出力の安定化を図ることができた。
【０１００】（実施例８）図６では、光波長変換素子と
してLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型導波路素子を用
いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板とした分極反
転型導波路素子やKN等の位相整合型導波路デバイスを用
いても同様に安定な短波長光を得られる。この場合も、
光波長変換素子の入射端面には870nm及び435nmに対する
無反射コーティングが、また出射端面には870nm及び435
nmに対して高反射率コーティングが施してある。
してLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型導波路素子を用
いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板とした分極反
転型導波路素子やKN等の位相整合型導波路デバイスを用
いても同様に安定な短波長光を得られる。この場合も、
光波長変換素子の入射端面には870nm及び435nmに対する
無反射コーティングが、また出射端面には870nm及び435
nmに対して高反射率コーティングが施してある。
【０１０１】（実施例９）図７を参照しながら、本発明
による更に他の短波長光源を説明する。
による更に他の短波長光源を説明する。
【０１０２】本実施例では、光学素子として、図３に示
された薄膜光学素子（バンドパス型フィルタ）を用い
る。光波長変換素子としては、実施例２の分極反転型バ
ルク素子を用いる。
された薄膜光学素子（バンドパス型フィルタ）を用い
る。光波長変換素子としては、実施例２の分極反転型バ
ルク素子を用いる。
【０１０３】半導体レーザ７０１は150mW級のシングル
縦モードレーザであり、発振波長は870nm帯である。７
０２はN.A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、７０
４は分極反転型バルク素子７０５に光を集光するための
長焦点（N.A.=0.2）のフォーカシングレンズである。７
０３は図４に示す透過スペクトル特性をもつ薄膜光学素
子である。
縦モードレーザであり、発振波長は870nm帯である。７
０２はN.A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、７０
４は分極反転型バルク素子７０５に光を集光するための
長焦点（N.A.=0.2）のフォーカシングレンズである。７
０３は図４に示す透過スペクトル特性をもつ薄膜光学素
子である。
【０１０４】分極反転型バルク素子７０５には、実施例
２で示される方法により周期4μmの深い分極反転層がLi
TaO3基板内に形成されている。本発明では分極反転型バ
ルク素子７０５の出射端面７０７での反射を半導体レー
ザへの戻り光として利用するため、入射端面７０６での
反射率は抑制してある。望ましくは無反射コートを施
す。半導体レーザ７０１からの光はフォーカシングレン
ズ７０５により分極反転型バルク素子７０５の出射端面
７０７が集点となるように集光される。半導体レーザ７
０１の出射端面と分極反転型バルク素子７０５の出射端
面７０７とは共焦点系をなす。そのため、分極反転型バ
ルク素子７０５の出射端面７０７で起こる反射による光
がすべて半導体レーザ７０１の活性層に光帰還する。薄
膜光学素子７０３が存在しないと、この戻り光により半
導体レーザ７０１はモードホップしたりマルチモード化
したりする。本発明のように、半導体レーザ７０１と分
極反転型バルク素子７０５の間に薄膜光学素子７０３を
光軸に対して２０度の角度で挿入すると、870nm近傍の
波長の光だけが半導体レーザ７０１から分極反転型バル
ク素子７０５に導かれ、出射端面７０７で反射した870n
m近傍の波長の光だけが再び薄膜光学素子７０３を通過
して半導体レーザ７０１に光帰還するため、半導体レー
ザ７０１の縦モードは870nm近傍にシングルモードで固
定された。
２で示される方法により周期4μmの深い分極反転層がLi
TaO3基板内に形成されている。本発明では分極反転型バ
ルク素子７０５の出射端面７０７での反射を半導体レー
ザへの戻り光として利用するため、入射端面７０６での
反射率は抑制してある。望ましくは無反射コートを施
す。半導体レーザ７０１からの光はフォーカシングレン
ズ７０５により分極反転型バルク素子７０５の出射端面
７０７が集点となるように集光される。半導体レーザ７
０１の出射端面と分極反転型バルク素子７０５の出射端
面７０７とは共焦点系をなす。そのため、分極反転型バ
ルク素子７０５の出射端面７０７で起こる反射による光
がすべて半導体レーザ７０１の活性層に光帰還する。薄
膜光学素子７０３が存在しないと、この戻り光により半
導体レーザ７０１はモードホップしたりマルチモード化
したりする。本発明のように、半導体レーザ７０１と分
極反転型バルク素子７０５の間に薄膜光学素子７０３を
光軸に対して２０度の角度で挿入すると、870nm近傍の
波長の光だけが半導体レーザ７０１から分極反転型バル
ク素子７０５に導かれ、出射端面７０７で反射した870n
m近傍の波長の光だけが再び薄膜光学素子７０３を通過
して半導体レーザ７０１に光帰還するため、半導体レー
ザ７０１の縦モードは870nm近傍にシングルモードで固
定された。
【０１０５】図７に示されるように、出射端面７０７に
波長870nmの光に対する100％近い高反射率のコーティン
グが施されると、半導体レーザ７０１に戻る光の光量が
多くなるので、より安定化を図れる。
波長870nmの光に対する100％近い高反射率のコーティン
グが施されると、半導体レーザ７０１に戻る光の光量が
多くなるので、より安定化を図れる。
【０１０６】薄膜光学素子７０３は、半導体レーザ７０
１の光軸に対してある傾きを持っている。薄膜光学素子
７０３は870nm近傍以外の波長を持つ光を反射し、870nm
以外の波長を持つ光は、半導体レーザ７０１の活性層に
光帰還しない。実施例５と同様にして、位相整合波長が
870nmになるように分極反転型バルク素子７０５の温度
をチューニングすることにより、分極反転型バルク素子
７０５に導かれた基本波870nmは、435nmに波長変換さ
れ、分極反転型バルク素子７０５の出射端面７０７より
ブルー光が得られた。分極反転型バルク素子７０５は長
さ2mm、変換効率8%/Wであり、入射出力70mWに対して約
0.4mWの高調波が得られた。分極反転型バルク素子７０
５の出射端面７０７には高調波435nmに対して無反射コ
ーティングが施されているほうが、高効率に高調波光を
取り出せるので望ましい。
１の光軸に対してある傾きを持っている。薄膜光学素子
７０３は870nm近傍以外の波長を持つ光を反射し、870nm
以外の波長を持つ光は、半導体レーザ７０１の活性層に
光帰還しない。実施例５と同様にして、位相整合波長が
870nmになるように分極反転型バルク素子７０５の温度
をチューニングすることにより、分極反転型バルク素子
７０５に導かれた基本波870nmは、435nmに波長変換さ
れ、分極反転型バルク素子７０５の出射端面７０７より
ブルー光が得られた。分極反転型バルク素子７０５は長
さ2mm、変換効率8%/Wであり、入射出力70mWに対して約
0.4mWの高調波が得られた。分極反転型バルク素子７０
５の出射端面７０７には高調波435nmに対して無反射コ
ーティングが施されているほうが、高効率に高調波光を
取り出せるので望ましい。
【０１０７】通常、分極反転型バルク素子の端面には半
導体レーザの波長に対して無反射コーティングが施して
ある。しかしながら、反射を0.1%程度に抑えることは難
しく、また0.1%程度の反射ですら、半導体レーザに帰還
すると、半導体レーザの縦モードは不安定となる。本実
施例は、この反射戻り光を有効に利用し、半導体レーザ
の縦モードを安定化するもので、その実用的効果は大き
い。
導体レーザの波長に対して無反射コーティングが施して
ある。しかしながら、反射を0.1%程度に抑えることは難
しく、また0.1%程度の反射ですら、半導体レーザに帰還
すると、半導体レーザの縦モードは不安定となる。本実
施例は、この反射戻り光を有効に利用し、半導体レーザ
の縦モードを安定化するもので、その実用的効果は大き
い。
【０１０８】また、励起用半導体レーザとして、光増幅
部をもつ１Ｗ級のシングル縦モード半導体レーザを用い
ることで、さらに高出力の高調波出力を得ることができ
る。
部をもつ１Ｗ級のシングル縦モード半導体レーザを用い
ることで、さらに高出力の高調波出力を得ることができ
る。
【０１０９】さらに、実施例３と同様、薄膜光学素子７
０３に回転機構とフィードバック回路を設けることで、
高調波出力の安定化を図ることができた。
０３に回転機構とフィードバック回路を設けることで、
高調波出力の安定化を図ることができた。
【０１１０】（実施例１０）図７の実施例では、光波長
変換素子としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型バル
ク素子を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板と
した分極反転型バルク素子や、KNbO3(KN)等の非線形光
学定数の大きな有機無機非線形光学結晶（単なる位相整
合方式やリング共振器構造など）を用いても同様に安定
な短波長光を得られる。
変換素子としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型バル
ク素子を用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板と
した分極反転型バルク素子や、KNbO3(KN)等の非線形光
学定数の大きな有機無機非線形光学結晶（単なる位相整
合方式やリング共振器構造など）を用いても同様に安定
な短波長光を得られる。
【０１１１】この場合も、光波長変換素子の入射端面に
は、波長870nmの光に対する無反射コーティングが施さ
れることが好ましい。一方、出射端面には、波長870nm
の光に対する高反射率コートと、波長435nmの光に対す
る無反射コートが施されていることが好ましい。
は、波長870nmの光に対する無反射コーティングが施さ
れることが好ましい。一方、出射端面には、波長870nm
の光に対する高反射率コートと、波長435nmの光に対す
る無反射コートが施されていることが好ましい。
【０１１２】（実施例１１）図８を参照しながら、本発
明による更に他の短波長光源を説明する。本実施例で
は、光学素子は、図３で用いられた薄膜光学素子（バン
ドパス型フィルタ）を用いる。光波長変換素子として
は、分極反転型バルク素子を用いる。
明による更に他の短波長光源を説明する。本実施例で
は、光学素子は、図３で用いられた薄膜光学素子（バン
ドパス型フィルタ）を用いる。光波長変換素子として
は、分極反転型バルク素子を用いる。
【０１１３】半導体レーザ８０１は150mW級のシングル
縦モードレーザであり、発振波長は870nm帯である。８
０２はN.A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、８０
４は分極反転型バルク素子８０５に光を集光するための
長焦点（N.A.=0.2）のフォーカシングレンズである。８
０３は図４に示すスペクトル特性をもつ薄膜光学素子で
ある。また波長選択ミラー８０６は波長変換された高調
波光と基本波光を分離するための光学素子である。
縦モードレーザであり、発振波長は870nm帯である。８
０２はN.A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、８０
４は分極反転型バルク素子８０５に光を集光するための
長焦点（N.A.=0.2）のフォーカシングレンズである。８
０３は図４に示すスペクトル特性をもつ薄膜光学素子で
ある。また波長選択ミラー８０６は波長変換された高調
波光と基本波光を分離するための光学素子である。
【０１１４】分極反転型バルク素子８０５には、実施例
２で説明した周期4μmの深い分極反転層がLiTaO3基板上
に形成されている。本発明では分極反転型バルク素子８
０５の出射端面８０８に基本波870nm及び高調波435nmに
対して高反射率（ＨＲ）コーティングが施してあり、ま
た入射端面８０７での反射率は抑制してあり、870nm及
び435nmに対して無反射（ＡＲ）コートを施してある。
半導体レーザ８０１からの光は薄膜光学素子８０３を通
してフォーカシングレンズ８０４により分極反転型バル
ク素子８０５の出射端面８０８が焦点となるように集光
される。半導体レーザ８０１の出射端面と分極反転型バ
ルク素子８０５の出射端面８０８とは共焦点系をなす。
そのため、分極反転型バルク素子８０５の出射端面８０
８で起こる反射による光が半導体レーザ８０１の活性層
に光帰還する。薄膜光学素子８０３が存在しないと、こ
の戻り光により半導体レーザ８０１はモードホップした
りマルチモード化したりする。本発明のように、半導体
レーザ８０１と分極反転型バルク素子８０５の間に薄膜
光学素子８０３を光軸に対して２０度の角度で挿入する
と、870nm近傍の波長の光だけが半導体レーザ８０１か
ら分極反転型バルク素子８０５に導かれ、出射端面８０
８で反射した870nm近傍の波長の光だけが、薄膜光学素
子８０３を再び通過し半導体レーザ８０１に光帰還する
ため、半導体レーザ８０１の縦モードは870nm近傍にシ
ングルモードで固定される。
２で説明した周期4μmの深い分極反転層がLiTaO3基板上
に形成されている。本発明では分極反転型バルク素子８
０５の出射端面８０８に基本波870nm及び高調波435nmに
対して高反射率（ＨＲ）コーティングが施してあり、ま
た入射端面８０７での反射率は抑制してあり、870nm及
び435nmに対して無反射（ＡＲ）コートを施してある。
半導体レーザ８０１からの光は薄膜光学素子８０３を通
してフォーカシングレンズ８０４により分極反転型バル
ク素子８０５の出射端面８０８が焦点となるように集光
される。半導体レーザ８０１の出射端面と分極反転型バ
ルク素子８０５の出射端面８０８とは共焦点系をなす。
そのため、分極反転型バルク素子８０５の出射端面８０
８で起こる反射による光が半導体レーザ８０１の活性層
に光帰還する。薄膜光学素子８０３が存在しないと、こ
の戻り光により半導体レーザ８０１はモードホップした
りマルチモード化したりする。本発明のように、半導体
レーザ８０１と分極反転型バルク素子８０５の間に薄膜
光学素子８０３を光軸に対して２０度の角度で挿入する
と、870nm近傍の波長の光だけが半導体レーザ８０１か
ら分極反転型バルク素子８０５に導かれ、出射端面８０
８で反射した870nm近傍の波長の光だけが、薄膜光学素
子８０３を再び通過し半導体レーザ８０１に光帰還する
ため、半導体レーザ８０１の縦モードは870nm近傍にシ
ングルモードで固定される。
【０１１５】また、本発明では出射端面８０８に870nm
及び435nmに対して100％近い高反射率のコーティングを
施してあるため、基本波と高調波は出射端面８０８から
半導体レーザ８０１方向へ逆向きに伝ぱんする際も相互
作用するため、分極反転型バルク素子８０５としての相
互作用長も２倍になり、結果として高調波への変換効率
は４倍となる。
及び435nmに対して100％近い高反射率のコーティングを
施してあるため、基本波と高調波は出射端面８０８から
半導体レーザ８０１方向へ逆向きに伝ぱんする際も相互
作用するため、分極反転型バルク素子８０５としての相
互作用長も２倍になり、結果として高調波への変換効率
は４倍となる。
【０１１６】分極反転型バルク素子８０５の温度を位相
整合波長が870nmになるように実施例５と同様にしてチ
ューニングすることで、分極反転型バルク素子８０５内
に結合した基本波870nmは、435nmに波長変換され、分極
反転型バルク素子８０５の入射端面８０７よりブルー光
が出射し、波長選択ミラー８０６により基本波と分離さ
れ取り出される。分極反転型バルク素子８０５は長さ2m
m、変換効率は32%/Wであり、約1.6mWの高調波が得られ
た。
整合波長が870nmになるように実施例５と同様にしてチ
ューニングすることで、分極反転型バルク素子８０５内
に結合した基本波870nmは、435nmに波長変換され、分極
反転型バルク素子８０５の入射端面８０７よりブルー光
が出射し、波長選択ミラー８０６により基本波と分離さ
れ取り出される。分極反転型バルク素子８０５は長さ2m
m、変換効率は32%/Wであり、約1.6mWの高調波が得られ
た。
【０１１７】本実施例は、出射端面８０８での反射率を
高くしているため、より安定に高調波光を取り出せるだ
けでなく波長変換素子の相互作用長を長く利用出来る構
成であるため、実用的効果は大きい。
高くしているため、より安定に高調波光を取り出せるだ
けでなく波長変換素子の相互作用長を長く利用出来る構
成であるため、実用的効果は大きい。
【０１１８】また、結合光学系（コリメートレンズ及び
フォーカシングレンズ）の間に位置する波長選択ミラー
８０６を薄膜光学素子８０３上に形成することで、部品
点数を減らすことができ、小型化を図れる。
フォーカシングレンズ）の間に位置する波長選択ミラー
８０６を薄膜光学素子８０３上に形成することで、部品
点数を減らすことができ、小型化を図れる。
【０１１９】また、励起用半導体レーザとして、光増幅
部をもつ１Ｗ級のシングル縦モード半導体レーザを用い
ることで、さらに高出力の高調波出力を得ることができ
る。
部をもつ１Ｗ級のシングル縦モード半導体レーザを用い
ることで、さらに高出力の高調波出力を得ることができ
る。
【０１２０】さらに、実施例３と同様、薄膜光学素子６
０３に回転機構とフィードバック回路を設けることで、
高調波出力の安定化を図ることができた。
０３に回転機構とフィードバック回路を設けることで、
高調波出力の安定化を図ることができた。
【０１２１】（実施例１２）図８では、光波長変換素子
としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型バルク素子を
用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板とした分極
反転型バルク素子や、KNbO3(KN)等の非線形光学定数の
大きな非線形光学結晶（単なる位相整合方式やリング共
振器構造など）を用いても同様に安定な短波長光を得ら
れる。
としてLiTaO3(LT)を基板とした分極反転型バルク素子を
用いたが、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板とした分極
反転型バルク素子や、KNbO3(KN)等の非線形光学定数の
大きな非線形光学結晶（単なる位相整合方式やリング共
振器構造など）を用いても同様に安定な短波長光を得ら
れる。
【０１２２】この場合も、光波長変換素子の入射端面に
は870nm及び435nmに対する無反射コーティングが、また
出射端面には870nm及び435mnに対して高反射率コーティ
ングを施してあるほうが望ましい。
は870nm及び435nmに対する無反射コーティングが、また
出射端面には870nm及び435mnに対して高反射率コーティ
ングを施してあるほうが望ましい。
【０１２３】（実施例１３）図９(a)に示されるよう
に、半導体レーザ９０１の出射端面に誘電体多層膜９０
３による透過型フィルタを形成したり、図９(b)に示さ
れるように、分極反転型導波路素子９０２の入射端面に
誘電体多層膜９０４による透過型フィルタや反射型フィ
ルタを形成したりしてもよい。そのようにした場合で
も、半導体レーザ９０１の発振波長のロッキングを行え
るので、安定な波長変換を達成し、高調波光を得ること
ができる。
に、半導体レーザ９０１の出射端面に誘電体多層膜９０
３による透過型フィルタを形成したり、図９(b)に示さ
れるように、分極反転型導波路素子９０２の入射端面に
誘電体多層膜９０４による透過型フィルタや反射型フィ
ルタを形成したりしてもよい。そのようにした場合で
も、半導体レーザ９０１の発振波長のロッキングを行え
るので、安定な波長変換を達成し、高調波光を得ること
ができる。
【０１２４】図１０(a)を参照して、図９(b)の分極反転
型導波路素子９０２の入射端面に透過型フィルタが形成
されている構成について詳しく説明する。
型導波路素子９０２の入射端面に透過型フィルタが形成
されている構成について詳しく説明する。
【０１２５】半導体レーザＡ０１から出射された光は、
出射端面から約２度の放射角をもって出射される。半導
体レーザＡ０１の出射端面と分極反転型導波路素子Ａ０
２の入射端面は約10μm離れていて、分極反転型導波路
素子Ａ０２の端面の垂線と半導体レーザＡ０１の光軸は
８度の角度を持って固定されている。透過型フィルタＡ
０３は、入射角８度で入射する870nmの波長に対して80%
の透過率を持ち、そのスペクトル幅は1nmである。870nm
近傍以外の光はフィルタＡ０３で反射されるが、上記半
導体レーザの光軸に対して透過型フィルタ面垂線は８度
傾いているので、この反射光は半導体レーザＡ０１の活
性層に帰還しない。一方、分極反転型導波路素子Ａ０３
上の導波路Ａ０４は入射端面の垂直方向から3.6度の角
度を形成されている。これは、屈折率（ｎ）2.2の物質
中に光が入射するとき入射角θに対して物質中ではθ1
になり、その関係は次式になりこの時結合が最大となる
からである。
出射端面から約２度の放射角をもって出射される。半導
体レーザＡ０１の出射端面と分極反転型導波路素子Ａ０
２の入射端面は約10μm離れていて、分極反転型導波路
素子Ａ０２の端面の垂線と半導体レーザＡ０１の光軸は
８度の角度を持って固定されている。透過型フィルタＡ
０３は、入射角８度で入射する870nmの波長に対して80%
の透過率を持ち、そのスペクトル幅は1nmである。870nm
近傍以外の光はフィルタＡ０３で反射されるが、上記半
導体レーザの光軸に対して透過型フィルタ面垂線は８度
傾いているので、この反射光は半導体レーザＡ０１の活
性層に帰還しない。一方、分極反転型導波路素子Ａ０３
上の導波路Ａ０４は入射端面の垂直方向から3.6度の角
度を形成されている。これは、屈折率（ｎ）2.2の物質
中に光が入射するとき入射角θに対して物質中ではθ1
になり、その関係は次式になりこの時結合が最大となる
からである。
【０１２６】θ1=Sin-1（sinθ／ｎ） (1) このようにして、導波路に結合した光は分極反転型導波
路素子Ａ０２の出射端面で反射し、透過型フィルタを再
び通って、半導体レーザＡ０１の活性層に帰還し、半導
体レーザＡ０１の発振波長は870nmに固定される。分極
反転型導波路素子の出射端面には870nmに対して高反射
率コーティング、435nmに対して無反射コーティングが
施してある。導波路Ａ０４に結合した光は高調波光435n
mに波長変換され出射端面より得られる。
路素子Ａ０２の出射端面で反射し、透過型フィルタを再
び通って、半導体レーザＡ０１の活性層に帰還し、半導
体レーザＡ０１の発振波長は870nmに固定される。分極
反転型導波路素子の出射端面には870nmに対して高反射
率コーティング、435nmに対して無反射コーティングが
施してある。導波路Ａ０４に結合した光は高調波光435n
mに波長変換され出射端面より得られる。
【０１２７】図１０(a)では、半導体レーザと分極反転
型導波路素子の間の結合光学系を取り除いたが、結合光
学系があってもよい。
型導波路素子の間の結合光学系を取り除いたが、結合光
学系があってもよい。
【０１２８】また、反射型フィルタが形成されていると
きは半導体レーザの光軸と分極反転型導波路素子の入射
端面とは垂直である方が、導波路内への光の結合効率が
上がるので望ましい。
きは半導体レーザの光軸と分極反転型導波路素子の入射
端面とは垂直である方が、導波路内への光の結合効率が
上がるので望ましい。
【０１２９】なお、通常ｚ板LiTaO3に分極反転層と導波
路は作製されるが、ここで用いられる分極反転導波路素
子Ａ０２はＸ板上に形成された素子の方が、半導体レー
ザとの結合係数が大きいので好まれ、図１０(a)ではｘ
板LiTaO3に作製された分極反転型導波路素子を用いた。
路は作製されるが、ここで用いられる分極反転導波路素
子Ａ０２はＸ板上に形成された素子の方が、半導体レー
ザとの結合係数が大きいので好まれ、図１０(a)ではｘ
板LiTaO3に作製された分極反転型導波路素子を用いた。
【０１３０】ｚ板LiTaO3に作製された分極反転型導波路
素子と半導体レーザとの結合効率を向上するために用い
られるλ／２板もLiTaO3基板端面に同時に付加すること
で結合効率の向上を図れる。
素子と半導体レーザとの結合効率を向上するために用い
られるλ／２板もLiTaO3基板端面に同時に付加すること
で結合効率の向上を図れる。
【０１３１】このように光源の小型化を図ることで、装
置全体の小型化が図れ、温度コントロールも容易になる
ので、より実用的なものとなる。
置全体の小型化が図れ、温度コントロールも容易になる
ので、より実用的なものとなる。
【０１３２】なお、反射型フィルタを分極反転型導波路
素子の出射端面に付加しても同様の効果が得られる。
素子の出射端面に付加しても同様の効果が得られる。
【０１３３】（実施例１４）実施例１３では、光波長変
換素子として分極反転型導波路素子を用いたが、光波長
変換素子としてLiTaO3(LT)、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)
を基板とした分極反転型バルク素子や、KNbO3(KN)等の
非線形光学定数の大きな非線形光学結晶（単なる位相整
合方式やリング共振器構造など）を用い、入射または出
射端面に薄膜光学素子を付加した光波長変換素子を図１
０(a)の分極反転型導波路素子Ａ０２に代替しても同様
に安定な短波長光を得られる。分極反転型バルク素子を
用いた構成について図１０(b)を用いて説明する。
換素子として分極反転型導波路素子を用いたが、光波長
変換素子としてLiTaO3(LT)、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)
を基板とした分極反転型バルク素子や、KNbO3(KN)等の
非線形光学定数の大きな非線形光学結晶（単なる位相整
合方式やリング共振器構造など）を用い、入射または出
射端面に薄膜光学素子を付加した光波長変換素子を図１
０(a)の分極反転型導波路素子Ａ０２に代替しても同様
に安定な短波長光を得られる。分極反転型バルク素子を
用いた構成について図１０(b)を用いて説明する。
【０１３４】図１０(b)において半導体レーザＡ０５か
ら出射された光はLiTaO3基板上に形成された分極反転型
バルク素子Ａ０６の入射端面に導かれる。入射端面上に
形成された透過型フィルタＡ０７は870nm近傍の光だけ
を透過し、分極反転型バルク素子の出射端面に導かれ
る。出射端面は球面加工されていてその極率は１０ｍｍ
であり、870nmに対する高反射率コーティングと435nmに
対する無反射コーティングが施されている。出射端面で
反射した光は再び透過型フィルタＡ０７を通過し半導体
レーザＡ０５の端面に集光され、活性層に光帰還し、発
振波長が870nm近傍に固定される。分極反転型バルク素
子Ａ０６により波長変換された435nmの光が安定に出射
端面より得られる。素子の入射端面は８度程度の角度を
なすようにカットされていて、透過型フィルタＡ０７で
の反射光が半導体レーザＡ０５に帰還しないように設計
されている。
ら出射された光はLiTaO3基板上に形成された分極反転型
バルク素子Ａ０６の入射端面に導かれる。入射端面上に
形成された透過型フィルタＡ０７は870nm近傍の光だけ
を透過し、分極反転型バルク素子の出射端面に導かれ
る。出射端面は球面加工されていてその極率は１０ｍｍ
であり、870nmに対する高反射率コーティングと435nmに
対する無反射コーティングが施されている。出射端面で
反射した光は再び透過型フィルタＡ０７を通過し半導体
レーザＡ０５の端面に集光され、活性層に光帰還し、発
振波長が870nm近傍に固定される。分極反転型バルク素
子Ａ０６により波長変換された435nmの光が安定に出射
端面より得られる。素子の入射端面は８度程度の角度を
なすようにカットされていて、透過型フィルタＡ０７で
の反射光が半導体レーザＡ０５に帰還しないように設計
されている。
【０１３５】なお、反射型フィルタを分極反転型導波路
素子の出射端面に付加しても同様の効果が得られる。
素子の出射端面に付加しても同様の効果が得られる。
【０１３６】（実施例１５）薄膜光学素子の角度θを変
化させることにより、半導体レーザの発振波長を変化さ
せることができる。分極反転型バルク素子や導波路素子
の分極反転周期をチャープ構造または分割構造にすれ
ば、半導体レーザの変化する発振波長に対応した波長を
有する短波長光が得られる。すなわち、薄膜光学素子へ
のレーザ光の入射角度を変化させることにより、短波長
光の波長をチューニングすることができる。
化させることにより、半導体レーザの発振波長を変化さ
せることができる。分極反転型バルク素子や導波路素子
の分極反転周期をチャープ構造または分割構造にすれ
ば、半導体レーザの変化する発振波長に対応した波長を
有する短波長光が得られる。すなわち、薄膜光学素子へ
のレーザ光の入射角度を変化させることにより、短波長
光の波長をチューニングすることができる。
【０１３７】図１１(a)は、図１の分極反転型導波路素
子１０６を示す。分極反転型導波路素子１０６では、波
長870nmに対して擬似位相整合が成り立つように、LiTaO
3基板１０９上に周期4.0μmで均一に１次の分極反転層
１０７が形成されている。これに対して、図１１(b)
は、分割構造を有する分極反転型導波路素子を示してい
る。 図１１(b)に示される分極反転型導波路素子の素
子長は15mmであり、分極反転層は３つ領域に分割されて
いる。各分割領域の長さは5mmである。分割領域Ｉの分
極反転層の周期は3.6μmであり、分割領域ＩＩ及びＩＩ
Ｉの分極反転層の周期は、それぞれ3.8μm及び4.0μmで
ある。これらの分割領域Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩに対して、
擬似位相整合が成り立つ波長は、それぞれ、850nm、860
nm及び870nmであり、出力される高調波の波長は、それ
ぞれ、425nm、430nm及び435nmである。
子１０６を示す。分極反転型導波路素子１０６では、波
長870nmに対して擬似位相整合が成り立つように、LiTaO
3基板１０９上に周期4.0μmで均一に１次の分極反転層
１０７が形成されている。これに対して、図１１(b)
は、分割構造を有する分極反転型導波路素子を示してい
る。 図１１(b)に示される分極反転型導波路素子の素
子長は15mmであり、分極反転層は３つ領域に分割されて
いる。各分割領域の長さは5mmである。分割領域Ｉの分
極反転層の周期は3.6μmであり、分割領域ＩＩ及びＩＩ
Ｉの分極反転層の周期は、それぞれ3.8μm及び4.0μmで
ある。これらの分割領域Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩに対して、
擬似位相整合が成り立つ波長は、それぞれ、850nm、860
nm及び870nmであり、出力される高調波の波長は、それ
ぞれ、425nm、430nm及び435nmである。
【０１３８】図１２は、図１１(b)に示される分極反転
型導波路素子を含む短波長光源を示している。図１２の
薄膜光学素子Ｃ０４の角度θを調整することにより、高
調波の波長を変化させることができる。図１２におい
て、半導体レーザＣ０１は150mW級のシングル縦モード
レーザであり、発振波長は860nm帯である。Ｃ０２はN.
A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、Ｃ０４はλ／
２板、Ｃ０５は導波路内に光を結合するためのフォーカ
シングレンズである。薄膜光学素子Ｃ０３は、入射角度
１度のとき中心波長が870nm、１５度のとき860nm、２０
度のとき850nmで、透過率が85%程度ある誘電体多層膜か
ら形成されるバンドパス型フィルタである。分極反転型
導波路Ｃ０６は、図１１(b)に示される分極反転層と4μ
m幅の光導波路がLiTaO3基板上に形成されたものであ
る。
型導波路素子を含む短波長光源を示している。図１２の
薄膜光学素子Ｃ０４の角度θを調整することにより、高
調波の波長を変化させることができる。図１２におい
て、半導体レーザＣ０１は150mW級のシングル縦モード
レーザであり、発振波長は860nm帯である。Ｃ０２はN.
A.（開口数）=0.55のコリメートレンズ、Ｃ０４はλ／
２板、Ｃ０５は導波路内に光を結合するためのフォーカ
シングレンズである。薄膜光学素子Ｃ０３は、入射角度
１度のとき中心波長が870nm、１５度のとき860nm、２０
度のとき850nmで、透過率が85%程度ある誘電体多層膜か
ら形成されるバンドパス型フィルタである。分極反転型
導波路Ｃ０６は、図１１(b)に示される分極反転層と4μ
m幅の光導波路がLiTaO3基板上に形成されたものであ
る。
【０１３９】分極反転型導波路素子Ｃ０６の出射端面Ｃ
０８には、波長850nmから870nmの光に対する高反射コー
トが施されており、入射端面Ｃ０７には、波長850nmか
ら870nmの光をに対する無反射コートが施されている。
０８には、波長850nmから870nmの光に対する高反射コー
トが施されており、入射端面Ｃ０７には、波長850nmか
ら870nmの光をに対する無反射コートが施されている。
【０１４０】半導体レーザＣ０１からの放射されたレー
ザ光は、フォーカシングレンズＣ０５により分極反転型
導波路素子Ｃ０６の入射端面Ｃ０７に集光され、導波路
内部に結合される。半導体レーザＣ０１の出射端面と分
極反転型導波路素子Ｃ０６の入射端面Ｃ０７は共焦点に
位置し、出射端面Ｃ０８とも共焦点系をなす。そのた
め、出射端面Ｃ０８で反射された光がすべて半導体レー
ザＣ０１の活性層に光帰還する。薄膜光学素子Ｃ０３が
存在しないと、この戻り光により半導体レーザＣ０１
は、モードホップしたりマルチモード化したりする。本
構成図のように、半導体レーザＣ０１と分極反転型導波
路素子Ｃ０６の間に薄膜光学素子Ｃ０３をある角度をも
って挿入すると、それぞれの角度に対して850nmから870
nmの中で、ある狭い帯域の波長の光だけが半導体レーザ
Ｃ０１から分極反転型導波路素子Ｃ０６の端面Ｃ０７に
導かれ光導波路内に結合し、出射端面Ｃ０８で反射した
狭帯域の波長の光だけが半導体レーザＣ０１に光帰還す
る。このため、半導体レーザＣ０１は、単一の縦モード
で安定に発振し、その発振波長は固定される。
ザ光は、フォーカシングレンズＣ０５により分極反転型
導波路素子Ｃ０６の入射端面Ｃ０７に集光され、導波路
内部に結合される。半導体レーザＣ０１の出射端面と分
極反転型導波路素子Ｃ０６の入射端面Ｃ０７は共焦点に
位置し、出射端面Ｃ０８とも共焦点系をなす。そのた
め、出射端面Ｃ０８で反射された光がすべて半導体レー
ザＣ０１の活性層に光帰還する。薄膜光学素子Ｃ０３が
存在しないと、この戻り光により半導体レーザＣ０１
は、モードホップしたりマルチモード化したりする。本
構成図のように、半導体レーザＣ０１と分極反転型導波
路素子Ｃ０６の間に薄膜光学素子Ｃ０３をある角度をも
って挿入すると、それぞれの角度に対して850nmから870
nmの中で、ある狭い帯域の波長の光だけが半導体レーザ
Ｃ０１から分極反転型導波路素子Ｃ０６の端面Ｃ０７に
導かれ光導波路内に結合し、出射端面Ｃ０８で反射した
狭帯域の波長の光だけが半導体レーザＣ０１に光帰還す
る。このため、半導体レーザＣ０１は、単一の縦モード
で安定に発振し、その発振波長は固定される。
【０１４１】半導体レーザＣ０１の発振波長が分極反転
型導波路素子Ｃ０６の各分割領域の位相整合波長に合う
ように、薄膜光学素子Ｃ０３を回転することで、半導体
レーザＣ０１の波長を分極反転型導波路素子Ｃ０６の位
相整合波長850nm、860nm、または870nmの何れか変化さ
せることができる。その結果、レーザ光は、425nm、430
nmまたは435nmに波長変換され、分極反転型導波路素子
Ｃ０６の出射端面Ｃ０８から得られる。各波長おいて、
分極反転型導波路素子に入射するレーザ光が70mWのと
き、約2.5mWの高調波が得られた。分極反転型導波路素
子Ｃ０６の出射端面Ｃ０８には、高調波に対する無反射
コーティングが施されている。
型導波路素子Ｃ０６の各分割領域の位相整合波長に合う
ように、薄膜光学素子Ｃ０３を回転することで、半導体
レーザＣ０１の波長を分極反転型導波路素子Ｃ０６の位
相整合波長850nm、860nm、または870nmの何れか変化さ
せることができる。その結果、レーザ光は、425nm、430
nmまたは435nmに波長変換され、分極反転型導波路素子
Ｃ０６の出射端面Ｃ０８から得られる。各波長おいて、
分極反転型導波路素子に入射するレーザ光が70mWのと
き、約2.5mWの高調波が得られた。分極反転型導波路素
子Ｃ０６の出射端面Ｃ０８には、高調波に対する無反射
コーティングが施されている。
【０１４２】薄膜光学素子Ｃ０３を回転する手段（回転
機構）として、実施例３と同様、回転モーターやピエゾ
素子などが用いられた。実施例３と同様、高調波出力を
モニターし、回転機構にフィードバックすることで出力
の安定化も図られた。
機構）として、実施例３と同様、回転モーターやピエゾ
素子などが用いられた。実施例３と同様、高調波出力を
モニターし、回転機構にフィードバックすることで出力
の安定化も図られた。
【０１４３】図１１(c)は、チャープ構造を有する分極
反転型導波路素子を示している。素子の長さは15mmであ
る。分極反転層の周期は、端面Ｂ０１側で3.6μm、端面
Ｂ０２側で4.0μmで、リニアなチャープ構造を提供す
る。図１２の短波長光源において、この分極反転型導波
路素子を分極反転型導波路素子Ｃ０６の代わりに用いる
ことができる。その場合、薄膜光学素子Ｃ０３の角度θ
を０から２０度まで変化させることにより、高調波出力
の波長を425nmから435nmまで連続的に変化させることが
できた。
反転型導波路素子を示している。素子の長さは15mmであ
る。分極反転層の周期は、端面Ｂ０１側で3.6μm、端面
Ｂ０２側で4.0μmで、リニアなチャープ構造を提供す
る。図１２の短波長光源において、この分極反転型導波
路素子を分極反転型導波路素子Ｃ０６の代わりに用いる
ことができる。その場合、薄膜光学素子Ｃ０３の角度θ
を０から２０度まで変化させることにより、高調波出力
の波長を425nmから435nmまで連続的に変化させることが
できた。
【０１４４】図１２の短波長光源では、分極反型導波路
素子Ｃ０６の出射端面Ｃ０８からの反射光を半導体レー
ザＣ０１に光帰還させたが、図３のように入射端面Ｃ０
７での反射光を光帰還させても、同様に波長可変の短波
長光源が得られる。
素子Ｃ０６の出射端面Ｃ０８からの反射光を半導体レー
ザＣ０１に光帰還させたが、図３のように入射端面Ｃ０
７での反射光を光帰還させても、同様に波長可変の短波
長光源が得られる。
【０１４５】また、図６のように光導波路の出射端面に
基本波及び高調波に対して高反射率コーティングを施
し、波長選択ミラーで高調波光を取り出す構成にする
と、図１２で得られる高調波光の約４倍の出力が得ら
れ、高効率な波長可変短波長光源が実現できる。
基本波及び高調波に対して高反射率コーティングを施
し、波長選択ミラーで高調波光を取り出す構成にする
と、図１２で得られる高調波光の約４倍の出力が得ら
れ、高効率な波長可変短波長光源が実現できる。
【０１４６】得られた青色領域での波長可変光源は、計
測分野や通信分野等での用途が大きく、その応用範囲も
広い。
測分野や通信分野等での用途が大きく、その応用範囲も
広い。
【０１４７】（実施例１６）図１２の短波長光源では、
光波長変換素子として分極反転型導波路素子を用いた。
分極反転型導波路素子の代わりに、分割構造やチャープ
構造をもつ分極反転型バルク素子を用いても、同様に波
長可変短波長光源が得られる。LiTaO3基板以外にLiNbO3
やKTPを基板として用いても同様に波長可変短波長光源
が得られる。
光波長変換素子として分極反転型導波路素子を用いた。
分極反転型導波路素子の代わりに、分割構造やチャープ
構造をもつ分極反転型バルク素子を用いても、同様に波
長可変短波長光源が得られる。LiTaO3基板以外にLiNbO3
やKTPを基板として用いても同様に波長可変短波長光源
が得られる。
【０１４８】（実施例１７）図１２の短波長光源では、
薄膜光学素子として透過型フィルタを用いたが、反射型
フィルタを用いても同様に波長可変短波長光源を実現で
きる。
薄膜光学素子として透過型フィルタを用いたが、反射型
フィルタを用いても同様に波長可変短波長光源を実現で
きる。
【０１４９】（実施例１８）分極反転素子の位相整合波
長は、温度制御または印加電界による屈折率変化により
調整され得る。分極反転素子の位相整合波長を調整する
ことによっても、高調波光の波長を変化させることがで
きる。
長は、温度制御または印加電界による屈折率変化により
調整され得る。分極反転素子の位相整合波長を調整する
ことによっても、高調波光の波長を変化させることがで
きる。
【０１５０】本実施例の概略構成は、図１２の短波長光
源の構成と同じであり、両者の相違点は、光波長変換素
子の構成の違いにある。本実施例の光波長変換素子は、
LiTaO3基板上に形成された周期3.8μm分極反転層と4μm
幅の光導波路とを備えた分極反転型導波路素子である。
光導波路上には、温度制御のため薄膜抵抗が形成されて
いる。この分極反転型導波路素子によれば、薄膜抵抗に
より素子の温度を変化させることにより、位相整合波長
を850nmから870nmの任意の波長に調整できる。なお、分
極反転型導波路素子の出射端面には、波長850nmから870
nmの光に対する高反射コートが施されており、入射端面
には波長850nmから870nmの光に対する無反射コートが施
されている。
源の構成と同じであり、両者の相違点は、光波長変換素
子の構成の違いにある。本実施例の光波長変換素子は、
LiTaO3基板上に形成された周期3.8μm分極反転層と4μm
幅の光導波路とを備えた分極反転型導波路素子である。
光導波路上には、温度制御のため薄膜抵抗が形成されて
いる。この分極反転型導波路素子によれば、薄膜抵抗に
より素子の温度を変化させることにより、位相整合波長
を850nmから870nmの任意の波長に調整できる。なお、分
極反転型導波路素子の出射端面には、波長850nmから870
nmの光に対する高反射コートが施されており、入射端面
には波長850nmから870nmの光に対する無反射コートが施
されている。
【０１５１】位相整合波長を850nmから870nmまでの所望
の値に調整し、かつ、半導体レーザの発振波長をその位
相整合波長にチューニングすることにより、光導波路の
出射端面より425nmから435nmまでの任意の波長の高調波
を得ることができた。レーザ光の光導波路への結合が70
mWのき、約10mWの高調波が得られた。なお、分極反転型
導波路素子の出射端面には高調波に対して無反射コーテ
ィングが施されている。
の値に調整し、かつ、半導体レーザの発振波長をその位
相整合波長にチューニングすることにより、光導波路の
出射端面より425nmから435nmまでの任意の波長の高調波
を得ることができた。レーザ光の光導波路への結合が70
mWのき、約10mWの高調波が得られた。なお、分極反転型
導波路素子の出射端面には高調波に対して無反射コーテ
ィングが施されている。
【０１５２】薄膜抵抗の代わりに薄膜電極を光導波路上
に形成した場合、印可電圧の変化により分極反転型導波
路素子の位相整合波長を変化させることができる。
に形成した場合、印可電圧の変化により分極反転型導波
路素子の位相整合波長を変化させることができる。
【０１５３】このように得られた青色領域での波長可変
光源は、計測分野や通信分野等での用途が大きく、その
応用範囲も広い。
光源は、計測分野や通信分野等での用途が大きく、その
応用範囲も広い。
【０１５４】（実施例１９）反射型の薄膜光学素子とし
て、周期的に多層膜を形成したブラッグ反射型の薄膜光
学素子を用いても半導体レーザの波長を分極反転型導波
路の位相整合波長に固定することができる。
て、周期的に多層膜を形成したブラッグ反射型の薄膜光
学素子を用いても半導体レーザの波長を分極反転型導波
路の位相整合波長に固定することができる。
【０１５５】ブラッグ反射型薄膜光学素子の形成方法に
ついて説明する。ＥＢ（エレクトロン・ビーム）蒸着装
置で石英基板上にSiO2（屈折率1.46）と組成比の異なる
SiO2（屈折率1.48）を0.27μm周期で積層した。約１０
０層の膜を積層し、ブラッグ反射型薄膜光学素子を作製
した。ブラッグ反射型の素子は積層数を変えることで容
易にスペクトル幅を調整できるので、より実用的な素子
である。この素子を概略構成図１のバンドストップフィ
ルタの代わりに用いて構成した短波長光源においても、
半導体レーザの発振波長は位相整合波長に固定され、モ
ードホップもなく安定な高調波出力が得られた。
ついて説明する。ＥＢ（エレクトロン・ビーム）蒸着装
置で石英基板上にSiO2（屈折率1.46）と組成比の異なる
SiO2（屈折率1.48）を0.27μm周期で積層した。約１０
０層の膜を積層し、ブラッグ反射型薄膜光学素子を作製
した。ブラッグ反射型の素子は積層数を変えることで容
易にスペクトル幅を調整できるので、より実用的な素子
である。この素子を概略構成図１のバンドストップフィ
ルタの代わりに用いて構成した短波長光源においても、
半導体レーザの発振波長は位相整合波長に固定され、モ
ードホップもなく安定な高調波出力が得られた。
【０１５６】ブラッグ反射型薄膜素子を石英基板上に作
製し光学素子化する代わりに、構成図１０のように分極
反転型導波路素子の入射端面または出射端面上や、半導
体レーザの端面に直接形成しても、その効果は得られ、
安定なブルー、グリーン光源が得られた。
製し光学素子化する代わりに、構成図１０のように分極
反転型導波路素子の入射端面または出射端面上や、半導
体レーザの端面に直接形成しても、その効果は得られ、
安定なブルー、グリーン光源が得られた。
【０１５７】また、ブラッグ反射型フィルタはFeドープ
LNやLT等のフォトリフラクティブ材料に所定の波長のレ
ーザを２方向から入射して干渉させるホログラフィック
な方法でも可能である。
LNやLT等のフォトリフラクティブ材料に所定の波長のレ
ーザを２方向から入射して干渉させるホログラフィック
な方法でも可能である。
【０１５８】（実施例２０）図１、３、５、６、７、
８、１２及び１３に示されている透過型及び反射型フィ
ルタは、何れも、0.5mm厚のガラス基板上に誘電体多層
膜を形成し得られた薄膜光学素子である。ガラス基板の
厚みを変化されたところ、ガラス基板の厚さが0.2〜2.0
mmの範囲内にある場合、特に良好な波長ロッキングが行
えた。基板厚さが0.2mm以下の場合は、研磨後の基板の
そりのために波長メッキングは不安定となり、また、基
板厚さが2.0mm以上の場合は、傾斜時に基板の厚みによ
る収差が生じた。
８、１２及び１３に示されている透過型及び反射型フィ
ルタは、何れも、0.5mm厚のガラス基板上に誘電体多層
膜を形成し得られた薄膜光学素子である。ガラス基板の
厚みを変化されたところ、ガラス基板の厚さが0.2〜2.0
mmの範囲内にある場合、特に良好な波長ロッキングが行
えた。基板厚さが0.2mm以下の場合は、研磨後の基板の
そりのために波長メッキングは不安定となり、また、基
板厚さが2.0mm以上の場合は、傾斜時に基板の厚みによ
る収差が生じた。
【０１５９】（実施例２１）図１、３、５、６、７、
８、１２及び１３の実施例では、所定の波長帯域の光を
透過または反射する光学素子として、誘電体多層膜がガ
ラス基板上に形成された薄膜光学素子を用いた。なお、
光学素子として、高い平面度及び平行度で研磨された高
平面度素子の両面に反射膜を成膜したエタロン素子や、
複屈折結晶板での常光線と異常光線の間の干渉を利用し
た複屈折フィルタを代わりに利用しても半導体レーザの
縦モードのロッキング及び安定化を同様にして図ること
ができる。
８、１２及び１３の実施例では、所定の波長帯域の光を
透過または反射する光学素子として、誘電体多層膜がガ
ラス基板上に形成された薄膜光学素子を用いた。なお、
光学素子として、高い平面度及び平行度で研磨された高
平面度素子の両面に反射膜を成膜したエタロン素子や、
複屈折結晶板での常光線と異常光線の間の干渉を利用し
た複屈折フィルタを代わりに利用しても半導体レーザの
縦モードのロッキング及び安定化を同様にして図ること
ができる。
【０１６０】エタロン素子について説明する。厚み50μ
m、反射率85%、平面度λ/10の合成石英からなるエタロ
ンを実験に用いた。エタロンは入射光の波長を関数とし
て透過率を考えたとき、ある周期ごとに透過率のピーク
を持っている。そのモードの間隔Δυは次式で与えられ
る。
m、反射率85%、平面度λ/10の合成石英からなるエタロ
ンを実験に用いた。エタロンは入射光の波長を関数とし
て透過率を考えたとき、ある周期ごとに透過率のピーク
を持っている。そのモードの間隔Δυは次式で与えられ
る。
【０１６１】 Δυ＝λ2／（２ｎＬ） (1) ここでｎは材料の屈折率で、Ｌは厚みを示している。本
実施例で用いられたエタロンではΔυは5nmとなる。次
にエタロンのフィネスを求める。フィネスとは、Δυと
一つのモードの半値幅の比Δυ1/2で表される。フィネ
スＦは反射率（反射フィネス）、平面度及び平行度（平
面度フィネス）、面粗さ等で決まり、次式で表される。
実施例で用いられたエタロンではΔυは5nmとなる。次
にエタロンのフィネスを求める。フィネスとは、Δυと
一つのモードの半値幅の比Δυ1/2で表される。フィネ
スＦは反射率（反射フィネス）、平面度及び平行度（平
面度フィネス）、面粗さ等で決まり、次式で表される。
【０１６２】 １／Ｆ2＝（１／Ｆr 2）＋（１／Ｆd 2） (2) ここでＦr 2は反射フィネス、Ｆd 2は平面度フィネスを表
していて、それぞれ Ｆr 2＝π2Ｒ／（１ーＲ）2 (3) Ｆd＝Ｓ／２ (4) となり、反射率Ｒ、λ／Ｓの平行度である。本実施例で
用いたエタロンではＦは５となる。エタロンの透過スペ
クトルの半値幅は Δυ1/2＝Δυ／Ｆ (5) であり、1nmであることがわかる。この値は透過型フィ
ルタ（薄膜光学素子）とほぼ同程度の値を示している。
このエタロンを半導体レーザと光波長変換素子の間に挿
入することで、半導体レーザの縦モードシングル化が図
れた。エタロンの反射率及び平面度を高くすることで、
Δυ1/2をさらに小さくできるので、さらに安定な波長
ロッキングが図れた。
していて、それぞれ Ｆr 2＝π2Ｒ／（１ーＲ）2 (3) Ｆd＝Ｓ／２ (4) となり、反射率Ｒ、λ／Ｓの平行度である。本実施例で
用いたエタロンではＦは５となる。エタロンの透過スペ
クトルの半値幅は Δυ1/2＝Δυ／Ｆ (5) であり、1nmであることがわかる。この値は透過型フィ
ルタ（薄膜光学素子）とほぼ同程度の値を示している。
このエタロンを半導体レーザと光波長変換素子の間に挿
入することで、半導体レーザの縦モードシングル化が図
れた。エタロンの反射率及び平面度を高くすることで、
Δυ1/2をさらに小さくできるので、さらに安定な波長
ロッキングが図れた。
【０１６３】複屈折フィルタについて説明する。２枚の
偏光板の間に水晶板を設置し、光を通すと波長の変化に
対応して干渉縞が現れる。厚さｄ、２ｄ，４ｄと水晶板
をそれぞれ偏光板の間に挟み込んだものを何層か積み重
ねていくと、干渉縞も重ね合わされて鋭いピークが残
り、0.1nm程度のバンドパスをもったフィルタが得られ
る。このような複屈折フィルタを薄膜光学素子の代わり
に用いても、半導体レーザの波長ロッキングが行えた。
偏光板の間に水晶板を設置し、光を通すと波長の変化に
対応して干渉縞が現れる。厚さｄ、２ｄ，４ｄと水晶板
をそれぞれ偏光板の間に挟み込んだものを何層か積み重
ねていくと、干渉縞も重ね合わされて鋭いピークが残
り、0.1nm程度のバンドパスをもったフィルタが得られ
る。このような複屈折フィルタを薄膜光学素子の代わり
に用いても、半導体レーザの波長ロッキングが行えた。
【０１６４】（実施例２２）本発明による他の光源を図
１５を参照して以下に説明する。
１５を参照して以下に説明する。
【０１６５】本実施例では、薄膜光学素子Ｆ０３とし
て、誘電体多層膜を含むバンドストップ型（反射型）フ
ィルタが使用されている。この薄膜光学素子Ｆ０３は、
0.5ｍｍ厚のガラス基板上にSiO2やTiO2等の誘電体が層
状に形成された素子である。薄膜光学素子Ｆ０３は、図
１６に示される反射スペクトル特性をもつ。垂直入射の
とき、波長809nmの光に対する反射率は１０％程度であ
る。薄膜光学素子Ｆ０３にとして、このようなバンドス
トップ型フィルタを用いることにより、半導体レーザＦ
０１の後端面と薄膜光学素子Ｆ０３の距離が近くなるの
で、波長のロックがかかり易く、光学系の調整も容易に
なる。
て、誘電体多層膜を含むバンドストップ型（反射型）フ
ィルタが使用されている。この薄膜光学素子Ｆ０３は、
0.5ｍｍ厚のガラス基板上にSiO2やTiO2等の誘電体が層
状に形成された素子である。薄膜光学素子Ｆ０３は、図
１６に示される反射スペクトル特性をもつ。垂直入射の
とき、波長809nmの光に対する反射率は１０％程度であ
る。薄膜光学素子Ｆ０３にとして、このようなバンドス
トップ型フィルタを用いることにより、半導体レーザＦ
０１の後端面と薄膜光学素子Ｆ０３の距離が近くなるの
で、波長のロックがかかり易く、光学系の調整も容易に
なる。
【０１６６】半導体レーザＦ０１は、100mW級の単一縦
モードレーザであり、発振波長は810nm帯である。Ｆ０
２はN.A.（開口数）=0.5のコリメートレンズ、Ｆ０４は
レーザ発振媒体Nd:YVO4Ｆ０５に光を導くためのフォー
カシングレンズ（N.A.=0.5）である。半導体レーザＦ０
１から出射しコリメートされた光は、薄膜光学素子Ｆ０
３に導かれる。薄膜光学素子Ｆ０３は半導体レーザＦ０
１の光軸に対して垂直に設置されている。薄膜光学素子
Ｆ０３により809nmnm近傍の波長帯域の光の一部は、半
導体レーザＦ０１の活性層に帰還される。薄膜光学素子
Ｆ０３の反射スペクトル幅は5nm程度と広いが、半導体
レーザは少しのゲインの差により発振波長が決まるの
で、このとき得られた半導体レーザの縦モードスペクト
ルはシングルでロックされた。
モードレーザであり、発振波長は810nm帯である。Ｆ０
２はN.A.（開口数）=0.5のコリメートレンズ、Ｆ０４は
レーザ発振媒体Nd:YVO4Ｆ０５に光を導くためのフォー
カシングレンズ（N.A.=0.5）である。半導体レーザＦ０
１から出射しコリメートされた光は、薄膜光学素子Ｆ０
３に導かれる。薄膜光学素子Ｆ０３は半導体レーザＦ０
１の光軸に対して垂直に設置されている。薄膜光学素子
Ｆ０３により809nmnm近傍の波長帯域の光の一部は、半
導体レーザＦ０１の活性層に帰還される。薄膜光学素子
Ｆ０３の反射スペクトル幅は5nm程度と広いが、半導体
レーザは少しのゲインの差により発振波長が決まるの
で、このとき得られた半導体レーザの縦モードスペクト
ルはシングルでロックされた。
【０１６７】半導体レーザから放射されたレーザのう
ち、薄膜光学素子Ｆ０３を透過してきた９０％近くのレ
ーザ光は、Nd:YVO4Ｆ０５を励起した。その結果、Nd:YV
O4Ｆ０５と出力ミラーＦ０６との間で基本波1064nmのレ
ーザ光が発振を起こし、出力ミラーＦ０６から1064nmの
レーザ光が得られた。
ち、薄膜光学素子Ｆ０３を透過してきた９０％近くのレ
ーザ光は、Nd:YVO4Ｆ０５を励起した。その結果、Nd:YV
O4Ｆ０５と出力ミラーＦ０６との間で基本波1064nmのレ
ーザ光が発振を起こし、出力ミラーＦ０６から1064nmの
レーザ光が得られた。
【０１６８】本実施例の共振器について、より詳細を以
下に説明する。レーザ発振媒体てあるNd:YVO4Ｆ０５の
入射端面Ｆ０７には、半導体レーザＦ０１から出射され
る励起光（波長809nm)に対する無反射コーティング（反
射率R=7%）が施され、かつ、発振波長(1064nm)の光に対
する高反射率コーティング（R>99.9%）が施されてい
る。このため、Nd:YVO4Ｆ０５の入射端面Ｆ０７は、発
振波長(1064nm)の光に対するミラーとして機能する。一
方、Nd:YVO4Ｆ０５の反対側の端面（出力ミラー側）Ｆ
０８には、発振波長（1064nm）の光に対する無反射コー
ティングが施してある。出力ミラーＦ０６には、発振波
長（1064nm）の光に対する高反射率コーティング（R>95
%）が施されている。こうして、出力ミラーＦ０６とNd:
YVO4Ｆ０５の入射端面Ｆ０７とにより、発振波長（1064
nm）の基本波のための共振器が形成される。
下に説明する。レーザ発振媒体てあるNd:YVO4Ｆ０５の
入射端面Ｆ０７には、半導体レーザＦ０１から出射され
る励起光（波長809nm)に対する無反射コーティング（反
射率R=7%）が施され、かつ、発振波長(1064nm)の光に対
する高反射率コーティング（R>99.9%）が施されてい
る。このため、Nd:YVO4Ｆ０５の入射端面Ｆ０７は、発
振波長(1064nm)の光に対するミラーとして機能する。一
方、Nd:YVO4Ｆ０５の反対側の端面（出力ミラー側）Ｆ
０８には、発振波長（1064nm）の光に対する無反射コー
ティングが施してある。出力ミラーＦ０６には、発振波
長（1064nm）の光に対する高反射率コーティング（R>95
%）が施されている。こうして、出力ミラーＦ０６とNd:
YVO4Ｆ０５の入射端面Ｆ０７とにより、発振波長（1064
nm）の基本波のための共振器が形成される。
【０１６９】このように本実施例では、Nd:YVO4Ｆ０５
の出力ミラー側端面Ｆ０８に発振波長（1064nm）の光に
対する無反射コーティングを施し、かつ、出力ミラーＦ
０６を使用したが、図１７に示すように、出力ミラーＦ
０６を使用せずに、Nd:YVO4Ｆ０５の端面Ｆ０８に発振
波長（1064nm）の光に対する高反射率コーティング（R>
95%）を施してもよい。こうすることにより、「出力ミ
ラー」がNd:YVO4Ｆ０５の端面Ｆ０８に形成されたこと
になり、共振器長が短縮される。このように共振器長の
短いマイクロチップレーザによれば、発振波長1064nmの
縦モードもシングル化されるので、発振波長のさらに安
定した光源が得られる。
の出力ミラー側端面Ｆ０８に発振波長（1064nm）の光に
対する無反射コーティングを施し、かつ、出力ミラーＦ
０６を使用したが、図１７に示すように、出力ミラーＦ
０６を使用せずに、Nd:YVO4Ｆ０５の端面Ｆ０８に発振
波長（1064nm）の光に対する高反射率コーティング（R>
95%）を施してもよい。こうすることにより、「出力ミ
ラー」がNd:YVO4Ｆ０５の端面Ｆ０８に形成されたこと
になり、共振器長が短縮される。このように共振器長の
短いマイクロチップレーザによれば、発振波長1064nmの
縦モードもシングル化されるので、発振波長のさらに安
定した光源が得られる。
【０１７０】なお、本実施例では、入射ミラーとして機
能するのは、をNd:YVO4Ｆ０５の入射側端面Ｆ０７であ
るが、入射ミラーを別途設けてもよい。
能するのは、をNd:YVO4Ｆ０５の入射側端面Ｆ０７であ
るが、入射ミラーを別途設けてもよい。
【０１７１】また、図１５の実施例において、薄膜光学
素子Ｆ０３をNd:YVO4Ｆ０５の入射側端面Ｆ０７または
出射側端面Ｆ０８上に、一体化してもよい。そうするこ
とにより、部品点数が減るので、さらに小型化が図れ
る。また、この場合、Nd:YVO4Ｆ０５の端面が半導体レ
ーザの出射端面と共焦点位置にあるので、薄膜光学素子
と光軸とが垂直から多少シフトしても、薄膜光学素子に
よる反射光は半導体レーザＦ０１に帰還する。
素子Ｆ０３をNd:YVO4Ｆ０５の入射側端面Ｆ０７または
出射側端面Ｆ０８上に、一体化してもよい。そうするこ
とにより、部品点数が減るので、さらに小型化が図れ
る。また、この場合、Nd:YVO4Ｆ０５の端面が半導体レ
ーザの出射端面と共焦点位置にあるので、薄膜光学素子
と光軸とが垂直から多少シフトしても、薄膜光学素子に
よる反射光は半導体レーザＦ０１に帰還する。
【０１７２】（実施例２３）図１８を参照しながら、本
発明による他の短波長光源を説明する。
発明による他の短波長光源を説明する。
【０１７３】この短波長光源は、図１５に示される光源
の共振器内部に光波長変換素子を挿入したものである。
の共振器内部に光波長変換素子を挿入したものである。
【０１７４】薄膜光学素子Ｉ０３により半導体レーザＩ
０１の発振波長は809nmに安定に固定され、薄膜光学素
子Ｉ０３の透過光がNd:YVO4Ｉ０５の励起光として利用
される。Nd:YVO4Ｉ０５と出力ミラーＩ０６との間に
は、光波長変換素子として5mm長のＫＴＰ(KTiOPO4)Ｉ０
９が挿入されており、Nd:YVO4Ｉ０５の端面Ｉ０７と出
力ミラーＩ０６の間で発振した1064nmの光は、ＫＴＰＩ
０９により波長変換され、532nmのグリーン光が形成さ
れる。
０１の発振波長は809nmに安定に固定され、薄膜光学素
子Ｉ０３の透過光がNd:YVO4Ｉ０５の励起光として利用
される。Nd:YVO4Ｉ０５と出力ミラーＩ０６との間に
は、光波長変換素子として5mm長のＫＴＰ(KTiOPO4)Ｉ０
９が挿入されており、Nd:YVO4Ｉ０５の端面Ｉ０７と出
力ミラーＩ０６の間で発振した1064nmの光は、ＫＴＰＩ
０９により波長変換され、532nmのグリーン光が形成さ
れる。
【０１７５】本実施例では、Nd:YVO4Ｉ０５の端面Ｉ０
７には半導体レーザＩ０１の波長(809nm)の光に対する
無反射コーティング（反射率R=7%）と、発振波長(1064n
m)の光に対する高反射率コーティング（R>99.9%）が施
されている。一方、Nd:YVO4の反対側の端面Ｉ０８に
は、波長1064nm及び532nmの光に対する無反射コーティ
ングが施されている。出力ミラー１０６には、波長1064
nmの光に対する高反射率コーティングが施されている。
こうして、出力ミラーＩ０６とNd:YVO4Ｉ０５の端面Ｉ
０７とにより、波長1064nmの基本波のための共振器が形
成されている。本実施例のように、光波長変換素子によ
る波長変換を行う場合、共振器を構成するミラーの基本
波に対する反射率が高ければ高いほど、高調波光への変
換効率は高くなる。本実施例によれば、Nd:YVO4Ｉ０５
への励起パワーが70mWのとき、15mWのグリーン光が得ら
れた。
７には半導体レーザＩ０１の波長(809nm)の光に対する
無反射コーティング（反射率R=7%）と、発振波長(1064n
m)の光に対する高反射率コーティング（R>99.9%）が施
されている。一方、Nd:YVO4の反対側の端面Ｉ０８に
は、波長1064nm及び532nmの光に対する無反射コーティ
ングが施されている。出力ミラー１０６には、波長1064
nmの光に対する高反射率コーティングが施されている。
こうして、出力ミラーＩ０６とNd:YVO4Ｉ０５の端面Ｉ
０７とにより、波長1064nmの基本波のための共振器が形
成されている。本実施例のように、光波長変換素子によ
る波長変換を行う場合、共振器を構成するミラーの基本
波に対する反射率が高ければ高いほど、高調波光への変
換効率は高くなる。本実施例によれば、Nd:YVO4Ｉ０５
への励起パワーが70mWのとき、15mWのグリーン光が得ら
れた。
【０１７６】（実施例２４）実施例２２及び２３では、
レーザ発振媒体としてNd:YVO4を用いたが、この法に、N
d:YAG、Nd:GGG、Nd:LN、NYAB、及びNd:YLFなどのＮｄを
ドーピングしたレーザ材料や、ＣｒやＴｉなどをドーピ
ングしたチューナブルのレーザ材料を用いても同様の効
果が得られる。
レーザ発振媒体としてNd:YVO4を用いたが、この法に、N
d:YAG、Nd:GGG、Nd:LN、NYAB、及びNd:YLFなどのＮｄを
ドーピングしたレーザ材料や、ＣｒやＴｉなどをドーピ
ングしたチューナブルのレーザ材料を用いても同様の効
果が得られる。
【０１７７】また、実施例２３では、光波長変換素子と
してＫＴＰ結晶を用いたが、他の無機有機の非線形光学
結晶や、LiTaO3(LT)、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板
とした分極反転型バルク素子を用いても同様に波長変換
ができ、高調波光を得ることが出来る。
してＫＴＰ結晶を用いたが、他の無機有機の非線形光学
結晶や、LiTaO3(LT)、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板
とした分極反転型バルク素子を用いても同様に波長変換
ができ、高調波光を得ることが出来る。
【０１７８】（実施例２５）図１９を参照しながら、本
発明による他の短波長光源を説明する。
発明による他の短波長光源を説明する。
【０１７９】本実施例では、半導体レーザＪ０１は100m
W級のシングル縦モードレーザであり、発振波長は810nm
帯である。Ｊ０２はN.A.（開口数）=0.5のコリメートレ
ンズ、Ｊ０４はレーザ発振媒体Nd:YVO4Ｊ０５に光を導
くためのフォーカシングレンズ（N.A.=0.5）である。Ｊ
０３は図２０に示す透過スペクトル特性をもつ薄膜光学
素子である。この様な透過スペクトル特性を持つ薄膜光
学素子をバンドパス型フィルタと称し、本実施例では0.
5mm厚のガラス基板上に誘電体（TiO2等）等を数十層積
層し、形成している。図２０に示す薄膜光学素子は、波
長809nmにおいて80%程度の透過率をもち、半値幅で1nm
の透過スペクトル幅をもつ。バンドパス型フィルタは透
過スペクトルのピーク波長が角度依存性を持っていて、
図２０の透過スペクトルは光軸に対して２０度の角度を
持つ場合である。このときの角度に対するピーク波長の
シフト量は1.5nm/degである。入射角度が１０度近傍の
時には、シフト量は0.9nm/degであり、０度の時には、
ほとんど角度に対して波長シフトは起こらない。グレー
ティングのように28nm/degといった角度変化に対する大
きな波長変化が生じないので調整も容易で、モジュール
化したときも経時変化に対しても安定である。また、温
度変化に対しても0.005nm/℃と安定で、湿度に対しても
安定であるという特徴を持つ。
W級のシングル縦モードレーザであり、発振波長は810nm
帯である。Ｊ０２はN.A.（開口数）=0.5のコリメートレ
ンズ、Ｊ０４はレーザ発振媒体Nd:YVO4Ｊ０５に光を導
くためのフォーカシングレンズ（N.A.=0.5）である。Ｊ
０３は図２０に示す透過スペクトル特性をもつ薄膜光学
素子である。この様な透過スペクトル特性を持つ薄膜光
学素子をバンドパス型フィルタと称し、本実施例では0.
5mm厚のガラス基板上に誘電体（TiO2等）等を数十層積
層し、形成している。図２０に示す薄膜光学素子は、波
長809nmにおいて80%程度の透過率をもち、半値幅で1nm
の透過スペクトル幅をもつ。バンドパス型フィルタは透
過スペクトルのピーク波長が角度依存性を持っていて、
図２０の透過スペクトルは光軸に対して２０度の角度を
持つ場合である。このときの角度に対するピーク波長の
シフト量は1.5nm/degである。入射角度が１０度近傍の
時には、シフト量は0.9nm/degであり、０度の時には、
ほとんど角度に対して波長シフトは起こらない。グレー
ティングのように28nm/degといった角度変化に対する大
きな波長変化が生じないので調整も容易で、モジュール
化したときも経時変化に対しても安定である。また、温
度変化に対しても0.005nm/℃と安定で、湿度に対しても
安定であるという特徴を持つ。
【０１８０】次に共振器の構成について、詳細を説明す
る。レーザ発振媒体としてNd:YVO4Ｊ０５を用い、その
入射端面Ｊ０７には、波長(809nm)の光に対する無反射
コーティング（反射率R=7%）と、発振波長(1064nm)の光
に対する高反射率コーティング（R>99.9%）とが施され
ている。一方、Nd:YVO4Ｊ０５の反対側の端面Ｊ０８に
は、波長1064nmの光に対する無反射コーティングが施さ
れている。出力ミラーＪ０６には波長1064nmの光に対す
る高反射率コーティングが施されている。こうして、出
力ミラーＪ０６とNd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ０７とによ
り、波長1064nmの基本波のための共振器が形成されてい
る。
る。レーザ発振媒体としてNd:YVO4Ｊ０５を用い、その
入射端面Ｊ０７には、波長(809nm)の光に対する無反射
コーティング（反射率R=7%）と、発振波長(1064nm)の光
に対する高反射率コーティング（R>99.9%）とが施され
ている。一方、Nd:YVO4Ｊ０５の反対側の端面Ｊ０８に
は、波長1064nmの光に対する無反射コーティングが施さ
れている。出力ミラーＪ０６には波長1064nmの光に対す
る高反射率コーティングが施されている。こうして、出
力ミラーＪ０６とNd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ０７とによ
り、波長1064nmの基本波のための共振器が形成されてい
る。
【０１８１】半導体レーザＪ０１から出射されたレーザ
光は、コリメートレンズＪ０２により平行光にされ、薄
膜光学素子Ｊ０を透過した後、フォーカシングレンズＪ
０２によりNd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ０７に集光される。
半導体レーザＪ０１の出射端面とNd:YVO4Ｊ０５の端面
Ｊ０７とは共焦点の位置にある。そのため、Nd:YVO4Ｊ
０５の端面Ｊ０７で起こる反射による光が半導体レーザ
Ｊ０１の活性層に光帰還する。半導体レーザＪ０１とN
d:YVO4Ｊ０５との間に、薄膜光学素子Ｊ０３を光軸に対
して２０度の角度で挿入すると、809nm近傍の波長の光
だけが半導体レーザＪ０１からNd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ
０７に導かれ反射し、809nm近傍の波長の光だけが半導
体レーザＪ０１に光帰還する。このため、半導体レーザ
Ｊ０１は単一の縦モードで安定に発振し、その波長は80
9nm近傍に固定された。
光は、コリメートレンズＪ０２により平行光にされ、薄
膜光学素子Ｊ０を透過した後、フォーカシングレンズＪ
０２によりNd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ０７に集光される。
半導体レーザＪ０１の出射端面とNd:YVO4Ｊ０５の端面
Ｊ０７とは共焦点の位置にある。そのため、Nd:YVO4Ｊ
０５の端面Ｊ０７で起こる反射による光が半導体レーザ
Ｊ０１の活性層に光帰還する。半導体レーザＪ０１とN
d:YVO4Ｊ０５との間に、薄膜光学素子Ｊ０３を光軸に対
して２０度の角度で挿入すると、809nm近傍の波長の光
だけが半導体レーザＪ０１からNd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ
０７に導かれ反射し、809nm近傍の波長の光だけが半導
体レーザＪ０１に光帰還する。このため、半導体レーザ
Ｊ０１は単一の縦モードで安定に発振し、その波長は80
9nm近傍に固定された。
【０１８２】前述のように、Nd:YVO4Ｊ０５の端面Ｊ０
７には波長809nmの光に対する無反射コーティングが施
されている。しかし、コーティングは、波長1064nmの基
本波に対する反射率が最も高くなるように設計されてい
るので、波長809nm付近の光に対する数％の反射率が存
在する。そのため、どうしても反射戻り光が生じるが、
本実施例では、この反射戻り光を有効に利用し、それに
よって、半導体レーザの発振を安定化するものである。
７には波長809nmの光に対する無反射コーティングが施
されている。しかし、コーティングは、波長1064nmの基
本波に対する反射率が最も高くなるように設計されてい
るので、波長809nm付近の光に対する数％の反射率が存
在する。そのため、どうしても反射戻り光が生じるが、
本実施例では、この反射戻り光を有効に利用し、それに
よって、半導体レーザの発振を安定化するものである。
【０１８３】本実施例では、図１９に示されるように、
薄膜光学素子Ｊ０３が半導体レーザＪ０１の光軸に対し
てある傾きを持っている。この結果、薄膜光学素子Ｊ０
３は、809nm近傍以外の波長をもつ光を反射し、809nm以
外の波長をもつ光を半導体レーザＪ０１の活性層に光帰
還しない。この様に、発振波長が809nm近傍に固定され
た半導体レーザＪ０１によりNd:YVO4Ｊ０５は励起さ
れ、基本波1064nmが出力ミラーＪ０６の間で発振し、出
力ミラーＪ０６より1064nmのレーザ光が得られる。
薄膜光学素子Ｊ０３が半導体レーザＪ０１の光軸に対し
てある傾きを持っている。この結果、薄膜光学素子Ｊ０
３は、809nm近傍以外の波長をもつ光を反射し、809nm以
外の波長をもつ光を半導体レーザＪ０１の活性層に光帰
還しない。この様に、発振波長が809nm近傍に固定され
た半導体レーザＪ０１によりNd:YVO4Ｊ０５は励起さ
れ、基本波1064nmが出力ミラーＪ０６の間で発振し、出
力ミラーＪ０６より1064nmのレーザ光が得られる。
【０１８４】なお、本実施例では、Nd:YVO4Ｊ０５の出
力ミラー側端面Ｊ０８に1064nmに対する無反射コーティ
ングを施したが、図２１の例のように、出力ミラーをN
d:YVO 4Ｌ０５の端面Ｌ０８に付加することで、つまりN
d:YVO4Ｌ０５の出力ミラー側端面Ｌ０８にも発振波長(1
064nm)に対する高反射率コーティング（R>95%）を施す
ことで、短共振器長のマイクロチップレーザとなり、基
本波1064nmの縦モードもシングル化できるのでさらに安
定なレーザ光源が実現できる。
力ミラー側端面Ｊ０８に1064nmに対する無反射コーティ
ングを施したが、図２１の例のように、出力ミラーをN
d:YVO 4Ｌ０５の端面Ｌ０８に付加することで、つまりN
d:YVO4Ｌ０５の出力ミラー側端面Ｌ０８にも発振波長(1
064nm)に対する高反射率コーティング（R>95%）を施す
ことで、短共振器長のマイクロチップレーザとなり、基
本波1064nmの縦モードもシングル化できるのでさらに安
定なレーザ光源が実現できる。
【０１８５】なお、本実施例では入射ミラーをNd:YVO4
Ｊ０５の入射側端面Ｊ０７に付加したが、入射ミラーを
別途設けてもよく、同様にレーザ光源の安定化を図れ
る。
Ｊ０５の入射側端面Ｊ０７に付加したが、入射ミラーを
別途設けてもよく、同様にレーザ光源の安定化を図れ
る。
【０１８６】（実施例２６）図１９の共振器内部に光波
長変換素子を挿入して短波長光源を実現することもでき
る。その図を図２２に示す。
長変換素子を挿入して短波長光源を実現することもでき
る。その図を図２２に示す。
【０１８７】薄膜光学素子Ｍ０３により半導体レーザＭ
０１の発振波長は809nmに安定に固定され、薄膜光学素
子Ｍ０３の透過光がNd:YVO4Ｍ０５の励起光として利用
される。Nd:YVO4Ｍ０５と出力ミラーＭ０６の間に光波
長変換素子として５ｍｍ長のＫＴＰ（KTiOPO4）Ｍ０９
を挿入し、Nd:YVO4Ｍ０５の端面Ｍ０７と出力ミラーＭ
０６の間で発振した1064nmの光は、ＫＴＰＭ０９により
波長変換され、532nmのグリーン光が得られる。
０１の発振波長は809nmに安定に固定され、薄膜光学素
子Ｍ０３の透過光がNd:YVO4Ｍ０５の励起光として利用
される。Nd:YVO4Ｍ０５と出力ミラーＭ０６の間に光波
長変換素子として５ｍｍ長のＫＴＰ（KTiOPO4）Ｍ０９
を挿入し、Nd:YVO4Ｍ０５の端面Ｍ０７と出力ミラーＭ
０６の間で発振した1064nmの光は、ＫＴＰＭ０９により
波長変換され、532nmのグリーン光が得られる。
【０１８８】図２２では、Nd:YVO4Ｍ０５の端面（入力
ミラー側）Ｍ０７には半導体レーザＭ０１の波長(809n
m)に対し無反射コーティング（反射率R=7%）、発振波長
(1064nm)及び高調波の波長(532nm)に対し高反射率コー
ティング（R>99%）が施してあり、入射ミラーをNd:YVO4
Ｍ０５の端面Ｍ０７に付加してある。反対側の端面（出
力ミラー側）Ｍ０８には1064nm及び532nmに対し無反射
コーティングが施してある。出力ミラーＭ０６には波長
1064nmに対し高反射率コーティングが施してあり、出力
ミラーＭ０６とNd:YVO4Ｍ０５の入射端面Ｍ０７で基本
波1064nmの共振器を構成している。光波長変換素子によ
る波長変換を行う場合、基本波に対する反射率は可能な
限り高い方が高調波光への変換効率が高くなる。本構成
では70mWのNd:YVO4１０５への励起パワーに対して15mW
のグリーン光を得た。
ミラー側）Ｍ０７には半導体レーザＭ０１の波長(809n
m)に対し無反射コーティング（反射率R=7%）、発振波長
(1064nm)及び高調波の波長(532nm)に対し高反射率コー
ティング（R>99%）が施してあり、入射ミラーをNd:YVO4
Ｍ０５の端面Ｍ０７に付加してある。反対側の端面（出
力ミラー側）Ｍ０８には1064nm及び532nmに対し無反射
コーティングが施してある。出力ミラーＭ０６には波長
1064nmに対し高反射率コーティングが施してあり、出力
ミラーＭ０６とNd:YVO4Ｍ０５の入射端面Ｍ０７で基本
波1064nmの共振器を構成している。光波長変換素子によ
る波長変換を行う場合、基本波に対する反射率は可能な
限り高い方が高調波光への変換効率が高くなる。本構成
では70mWのNd:YVO4１０５への励起パワーに対して15mW
のグリーン光を得た。
【０１８９】（実施例２７）実施例２５及び２６では、
レーザ発振媒体としてNd:YVO4を用いたが、Nd:YAG、Nd:
GGG、Nd:LN、NYAB及びNd:YLFなどのＮｄをドーピングし
たレーザ材料や、ＣｒやＴｉなどをドーピングしたチュ
ーナブルのレーザ材料を用いても同様の効果が得られ
る。
レーザ発振媒体としてNd:YVO4を用いたが、Nd:YAG、Nd:
GGG、Nd:LN、NYAB及びNd:YLFなどのＮｄをドーピングし
たレーザ材料や、ＣｒやＴｉなどをドーピングしたチュ
ーナブルのレーザ材料を用いても同様の効果が得られ
る。
【０１９０】また、実施例２６では光波長変換素子とし
てＫＴＰ結晶を用いたが、他の無機有機のひ線形光学結
晶や、LiTaO3(LT)、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板と
した分極反転型バルク素子を用いても同様に波長変換が
でき、高調波光を得ることが出来る。
てＫＴＰ結晶を用いたが、他の無機有機のひ線形光学結
晶や、LiTaO3(LT)、LiNbO3(LN)やKTiOPO4(KTP)を基板と
した分極反転型バルク素子を用いても同様に波長変換が
でき、高調波光を得ることが出来る。
【０１９１】（実施例２８）図１９、２１および２２で
は、レーザ発振媒体Nd:YVO4の入射側端面での反射戻り
光を半導体レーザに光帰還して、発振波長の固定を行っ
た。しかしながら、出射側端面に809nmに対する高反射
率コーティング（望ましくはＲ＞９５％）を施し、レー
ザ発振媒体で吸収されなかった光を半導体レーザに帰還
しても同様にして発振波長を固定することが出来る。図
２３を用いて説明する。
は、レーザ発振媒体Nd:YVO4の入射側端面での反射戻り
光を半導体レーザに光帰還して、発振波長の固定を行っ
た。しかしながら、出射側端面に809nmに対する高反射
率コーティング（望ましくはＲ＞９５％）を施し、レー
ザ発振媒体で吸収されなかった光を半導体レーザに帰還
しても同様にして発振波長を固定することが出来る。図
２３を用いて説明する。
【０１９２】通常YVO4へのＮｄドープ量が１％の材料で
は厚み１ｍｍ、２％ドープの材料では０．５ｍｍ、３％
ドープの材料では０．３ｍｍ程度の厚みが選ばれる。し
かし、Nd:YVO4Ｎ０５の出射側端面Ｎ０８による反射光
を利用する場合、Nd:YVO4Ｎ０５は通常よりも薄い材料
を選ぶ。例えば、YVO4に１％Ｎｄドープした０．５ｍｍ
厚の材料では８０％程度が吸収されるので、結果として
数％の光を半導体レーザＮ０１に帰還することが出来
る。
は厚み１ｍｍ、２％ドープの材料では０．５ｍｍ、３％
ドープの材料では０．３ｍｍ程度の厚みが選ばれる。し
かし、Nd:YVO4Ｎ０５の出射側端面Ｎ０８による反射光
を利用する場合、Nd:YVO4Ｎ０５は通常よりも薄い材料
を選ぶ。例えば、YVO4に１％Ｎｄドープした０．５ｍｍ
厚の材料では８０％程度が吸収されるので、結果として
数％の光を半導体レーザＮ０１に帰還することが出来
る。
【０１９３】本実施例の構成では、半導体レーザＮ０１
から出射された光は、フォーカシングレンズＮ０４によ
りNd:YVO4Ｎ０５の端面Ｎ０８に集光される。半導体レ
ーザＮ０１の出射端面とNd:YVO4Ｎ０５の端面Ｎ０８が
共焦点の位置にあり、反射光を半導体レーザＮ０１の活
性層に光帰還させることができ、発振波長を809nmに固
定することが出来る。図２３で用いられた薄膜光学素子
Ｎ０９は図１９で利用した図２０の透過スペクトルをも
つバンドパス型フィルタである。
から出射された光は、フォーカシングレンズＮ０４によ
りNd:YVO4Ｎ０５の端面Ｎ０８に集光される。半導体レ
ーザＮ０１の出射端面とNd:YVO4Ｎ０５の端面Ｎ０８が
共焦点の位置にあり、反射光を半導体レーザＮ０１の活
性層に光帰還させることができ、発振波長を809nmに固
定することが出来る。図２３で用いられた薄膜光学素子
Ｎ０９は図１９で利用した図２０の透過スペクトルをも
つバンドパス型フィルタである。
【０１９４】なお、図２３において、薄膜光学素子Ｎ０
３をNd:YVO4Ｎ０５の端面Ｎ０７に付加しても、Nd:YVO4
Ｎ０５の端面Ｎ０８で反射した809nm近傍の光だけが半
導体レーザＮ０１の活性層に帰還するので、半導体レー
ザＮ０１の発振波長を809nmに固定することができ、安
定なレーザ発振媒体の励起が行える。この場合、Nd:YVO
4Ｎ０５は半導体レーザＮ０１の光軸に対して傾いてい
る方が望ましく、本実施例では５度傾けている。
３をNd:YVO4Ｎ０５の端面Ｎ０７に付加しても、Nd:YVO4
Ｎ０５の端面Ｎ０８で反射した809nm近傍の光だけが半
導体レーザＮ０１の活性層に帰還するので、半導体レー
ザＮ０１の発振波長を809nmに固定することができ、安
定なレーザ発振媒体の励起が行える。この場合、Nd:YVO
4Ｎ０５は半導体レーザＮ０１の光軸に対して傾いてい
る方が望ましく、本実施例では５度傾けている。
【０１９５】（実施例２９）図２４(a)に示すように、
半導体レーザＰ０１の端面に誘電体多層膜Ｐ０２による
透過型フィルタを形成したり、図２４(b)および(c)のよ
うにNd:YVO4Ｐ０３の入射側端面(b)または出射側端面
(c)に誘電体多層膜による透過型（バンドパス）フィル
タや反射型（バンドストップ）フィルタを形成したりす
ることでも、半導体レーザＰ０１の発振波長のロッキン
グを行え、安定に波長変換し、高調波光を得ることがで
きる。
半導体レーザＰ０１の端面に誘電体多層膜Ｐ０２による
透過型フィルタを形成したり、図２４(b)および(c)のよ
うにNd:YVO4Ｐ０３の入射側端面(b)または出射側端面
(c)に誘電体多層膜による透過型（バンドパス）フィル
タや反射型（バンドストップ）フィルタを形成したりす
ることでも、半導体レーザＰ０１の発振波長のロッキン
グを行え、安定に波長変換し、高調波光を得ることがで
きる。
【０１９６】図２４(b)では、図１５の反射型フィルタ
（薄膜光学素子）がNd:YVO4Ｐ０３の入射側端面に形成
されていて、さらに結合光学系を省略した構成になって
いる。半導体レーザＰ０１とNd:YVO4Ｐ０３は10μm離れ
ていて、半導体レーザＰ０１の光軸に対して垂直にNd:Y
VO4Ｐ０３は置かれている。
（薄膜光学素子）がNd:YVO4Ｐ０３の入射側端面に形成
されていて、さらに結合光学系を省略した構成になって
いる。半導体レーザＰ０１とNd:YVO4Ｐ０３は10μm離れ
ていて、半導体レーザＰ０１の光軸に対して垂直にNd:Y
VO4Ｐ０３は置かれている。
【０１９７】また、反射型フィルタの代わりに透過型フ
ィルタがNd:YVO4Ｐ０３の入射側端面に形成されていて
もよく、その構成の場合、Nd:YVO4Ｐ０３の出射側端面
の反射光が半導体レーザへの帰還光として利用される。
ィルタがNd:YVO4Ｐ０３の入射側端面に形成されていて
もよく、その構成の場合、Nd:YVO4Ｐ０３の出射側端面
の反射光が半導体レーザへの帰還光として利用される。
【０１９８】図２４(C)では、図１の反射型フィルタ
（薄膜光学素子）がNd:YVO4Ｐ０３の出射側端面に形成
されていて、さらに結合光学系を省略した構成になって
いる。半導体レーザＰ０１とNd:YVO4Ｐ０３は10μm離れ
ていて、半導体レーザＰ０１の光軸に対して垂直にNd:Y
VO4Ｐ０３は置かれている。
（薄膜光学素子）がNd:YVO4Ｐ０３の出射側端面に形成
されていて、さらに結合光学系を省略した構成になって
いる。半導体レーザＰ０１とNd:YVO4Ｐ０３は10μm離れ
ていて、半導体レーザＰ０１の光軸に対して垂直にNd:Y
VO4Ｐ０３は置かれている。
【０１９９】（実施例３０）反射型フィルタとして、周
期的に多層膜を形成したブラッグ反射型の薄膜光学素子
を用いても半導体レーザの発振波長を固定することが出
来る。
期的に多層膜を形成したブラッグ反射型の薄膜光学素子
を用いても半導体レーザの発振波長を固定することが出
来る。
【０２００】ブラッグ反射型薄膜光学素子の形成方法に
ついて説明する。ＥＢ（エレクトロン・ビーム）蒸着装
置で石英基板上にSiO2（屈折率1.46）と組成比の異なる
SiO2（屈折率1.48）を0.27μm周期で積層した。約１０
０層の膜を積層し、ブラッグ反射型薄膜光学素子を作製
した。ブラッグ反射型の素子は積層数を変えることで容
易にスペクトル幅を調整できるので、より実用的な素子
である。この素子を図５、６のバンドストップ型干渉フ
ィルタの代わりに用いて構成した光発生装置において
も、半導体レーザの発振波長は位相整合波長や吸収波長
に固定され、モードホップもなく安定なグリーン、ブル
ー出力が得られた。
ついて説明する。ＥＢ（エレクトロン・ビーム）蒸着装
置で石英基板上にSiO2（屈折率1.46）と組成比の異なる
SiO2（屈折率1.48）を0.27μm周期で積層した。約１０
０層の膜を積層し、ブラッグ反射型薄膜光学素子を作製
した。ブラッグ反射型の素子は積層数を変えることで容
易にスペクトル幅を調整できるので、より実用的な素子
である。この素子を図５、６のバンドストップ型干渉フ
ィルタの代わりに用いて構成した光発生装置において
も、半導体レーザの発振波長は位相整合波長や吸収波長
に固定され、モードホップもなく安定なグリーン、ブル
ー出力が得られた。
【０２０１】また、ブラッグ反射型フィルタはFeドープ
LNやLT等のフォトリフラクティブ材料に所定の波長のレ
ーザを２方向から入射して干渉させるホログラフィック
な方法でも可能である。
LNやLT等のフォトリフラクティブ材料に所定の波長のレ
ーザを２方向から入射して干渉させるホログラフィック
な方法でも可能である。
【０２０２】（実施例３１）バンドパス型の干渉フィル
タは、スペクトル幅が数nm程度であれば１００％程度の
透過率を得ることも可能である。スペクトル幅の広いフ
ィルタを波長ロックのために用いると、半導体レーザの
スペクトル幅は広がってしまうが（マルチ化）、レーザ
発振媒体の吸収スペクトルの幅が数nm程度あるため、高
効率な励起が行え、有効に半導体レーザの出力を取り出
せるので高効率励起には適している。
タは、スペクトル幅が数nm程度であれば１００％程度の
透過率を得ることも可能である。スペクトル幅の広いフ
ィルタを波長ロックのために用いると、半導体レーザの
スペクトル幅は広がってしまうが（マルチ化）、レーザ
発振媒体の吸収スペクトルの幅が数nm程度あるため、高
効率な励起が行え、有効に半導体レーザの出力を取り出
せるので高効率励起には適している。
【０２０３】（実施例３２）図１５、１７、１８、１
９、２１、２２及び２３で用いられた透過型及び反射型
フィルタは0.5mm厚のガラス基板上に誘電体多層膜を形
成し得られた薄膜光学素子である。ガラス基板の厚みを
変化されたところ、0.2〜2.0mmの基板厚において良好な
波長ロッキングが行えた。0.2mm以下では研磨後の基板
のそりにより不安定で、また2.0mm以上では傾けたとき
に基板の厚みによる収差が生じた。
９、２１、２２及び２３で用いられた透過型及び反射型
フィルタは0.5mm厚のガラス基板上に誘電体多層膜を形
成し得られた薄膜光学素子である。ガラス基板の厚みを
変化されたところ、0.2〜2.0mmの基板厚において良好な
波長ロッキングが行えた。0.2mm以下では研磨後の基板
のそりにより不安定で、また2.0mm以上では傾けたとき
に基板の厚みによる収差が生じた。
【０２０４】（実施例３３）図１５、１７、１８、１
９、２１、２２及び２３では、所定の波長帯域の光を透
過または反射する薄膜光学素子として、誘電体多層膜が
ガラス基板上に形成された薄膜光学素子を用いた。な
お、光学素子として、高い平面度及び平行度で研磨され
た高平面度素子の両面に反射膜を成膜したエタロン素子
や、複屈折結晶板での常光線と異常光線の間の干渉を利
用した複屈折フィルタを代わりに利用しても半導体レー
ザの縦モードのロッキング及び安定化を同様にして図る
ことができる。
９、２１、２２及び２３では、所定の波長帯域の光を透
過または反射する薄膜光学素子として、誘電体多層膜が
ガラス基板上に形成された薄膜光学素子を用いた。な
お、光学素子として、高い平面度及び平行度で研磨され
た高平面度素子の両面に反射膜を成膜したエタロン素子
や、複屈折結晶板での常光線と異常光線の間の干渉を利
用した複屈折フィルタを代わりに利用しても半導体レー
ザの縦モードのロッキング及び安定化を同様にして図る
ことができる。
【０２０５】エタロン素子について説明する。厚み50μ
m、反射率85%、平面度λ/10の合成石英からなるエタロ
ンを実験に用いた。エタロンは入射光の波長を関数とし
て透過率を考えたとき、ある周期ごとに透過率のピーク
を持っている。そのモードの間隔Δυは次式で与えられ
る。
m、反射率85%、平面度λ/10の合成石英からなるエタロ
ンを実験に用いた。エタロンは入射光の波長を関数とし
て透過率を考えたとき、ある周期ごとに透過率のピーク
を持っている。そのモードの間隔Δυは次式で与えられ
る。
【０２０６】 Δυ＝λ2／（２ｎＬ） (1) ここでｎは材料の屈折率で、Ｌは厚みを示している。本
実施例で用いられたエタロンではΔυは5nmとなる。次
にエタロンのフィネスを求める。フィネスとは、Δυと
一つのモードの半値幅の比Δυ1/2で表される。フィネ
スＦは反射率（反射フィネス）、平面度及び平行度（平
面度フィネス）、面粗さ等で決まり、次式で表される。
実施例で用いられたエタロンではΔυは5nmとなる。次
にエタロンのフィネスを求める。フィネスとは、Δυと
一つのモードの半値幅の比Δυ1/2で表される。フィネ
スＦは反射率（反射フィネス）、平面度及び平行度（平
面度フィネス）、面粗さ等で決まり、次式で表される。
【０２０７】 １／Ｆ2＝（１／Ｆr 2）＋（１／Ｆd 2） (2) ここでＦr 2は反射フィネス、Ｆd 2は平面度フィネスを表
していて、それぞれ Ｆr 2＝π2Ｒ／（１ーＲ）2 (3) Ｆd＝Ｓ／２ (4) となり、反射率Ｒ、λ／Ｓの平行度である。本実施例で
用いたエタロンではＦは５となる。エタロンの透過スペ
クトルの半値幅は Δυ1/2＝Δυ／Ｆ (5) であり、1nmであることがわかる。この値は透過型フィ
ルタ（薄膜光学素子）とほぼ同程度の値を示している。
このエタロンを半導体レーザと光波長変換素子の間に挿
入することで、半導体レーザの縦モードシングル化が図
れた。エタロンの反射率及び平面度を高くすることで、
Δυ1/2をさらに小さくできるので、さらに安定な波長
ロッキングが図れた。
していて、それぞれ Ｆr 2＝π2Ｒ／（１ーＲ）2 (3) Ｆd＝Ｓ／２ (4) となり、反射率Ｒ、λ／Ｓの平行度である。本実施例で
用いたエタロンではＦは５となる。エタロンの透過スペ
クトルの半値幅は Δυ1/2＝Δυ／Ｆ (5) であり、1nmであることがわかる。この値は透過型フィ
ルタ（薄膜光学素子）とほぼ同程度の値を示している。
このエタロンを半導体レーザと光波長変換素子の間に挿
入することで、半導体レーザの縦モードシングル化が図
れた。エタロンの反射率及び平面度を高くすることで、
Δυ1/2をさらに小さくできるので、さらに安定な波長
ロッキングが図れた。
【０２０８】複屈折フィルタについて説明する。２枚の
偏光板の間に水晶板を設置し、光を通すと波長の変化に
対応して干渉縞が現れる。厚さｄ、２ｄ，４ｄと水晶板
をそれぞれ偏光板の間に挟み込んだものを何層か積み重
ねていくと、干渉縞も重ね合わされて鋭いピークが残
り、0.1nm程度のバンドパスをもったフィルタが得られ
る。このような複屈折フィルタを薄膜光学素子の代わり
に用いても、半導体レーザの波長ロッキングが行えた。
偏光板の間に水晶板を設置し、光を通すと波長の変化に
対応して干渉縞が現れる。厚さｄ、２ｄ，４ｄと水晶板
をそれぞれ偏光板の間に挟み込んだものを何層か積み重
ねていくと、干渉縞も重ね合わされて鋭いピークが残
り、0.1nm程度のバンドパスをもったフィルタが得られ
る。このような複屈折フィルタを薄膜光学素子の代わり
に用いても、半導体レーザの波長ロッキングが行えた。
【０２０９】（実施例３３）図２７、２８、２９を用い
て、本発明の波長可変レーザ光源について説明する。
て、本発明の波長可変レーザ光源について説明する。
【０２１０】半導体レーザーと反射体である外部共振器
鏡が共焦点位置にある光学系において、所定の波長帯域
の光を透過する薄膜光学素子がその光学系の間に設置さ
れている、薄膜光学素子として誘電体多層膜から形成さ
れたバンドパス型（透過型）干渉フィルタを用いる。
鏡が共焦点位置にある光学系において、所定の波長帯域
の光を透過する薄膜光学素子がその光学系の間に設置さ
れている、薄膜光学素子として誘電体多層膜から形成さ
れたバンドパス型（透過型）干渉フィルタを用いる。
【０２１１】Ｒ０１は0.86μm帯のファブリペロー型半
導体レーザ、Ｒ０２はコリメートレンズレンズ、Ｒ０３
は半導体レーザの光軸に対して傾斜して配置された薄膜
光学素子、Ｒ０４はフォーカシングレンズ、Ｒ０５は反
射率10%をもつ外部ミラーである。
導体レーザ、Ｒ０２はコリメートレンズレンズ、Ｒ０３
は半導体レーザの光軸に対して傾斜して配置された薄膜
光学素子、Ｒ０４はフォーカシングレンズ、Ｒ０５は反
射率10%をもつ外部ミラーである。
【０２１２】半導体レーザＲ０１の端面から放射された
光はＲ０２によりコリメートされ、薄膜光学素子Ｒ０３
を通過し、フォーカシングレンズＲ０４により外部ミラ
ーＲ０５に集光される。外部ミラーＲ０５はフォーカシ
ングレンズＲ０４の集光の焦点深度内に置かれている。
外部ミラーＲ０５での反射光はフォーカシングレンズＲ
０４によりコリメートされ、同じ光路を通過し、半導体
レーザＲ０１に集光され、活性層に光帰還する。半導体
レーザＲ０１と外部ミラーＲ０５の間に狭帯域の透過型
フィルタが挿入されているので、半導体レーザーＲ０１
の活性層に帰還する光は所定の波長帯域の光に限定され
るため、半導体レーザＲ０１の発振波長は所定の波長に
ロックされ、所定の波長にロックされたレーザー光が反
射ミラーＲ０５の端面より得られる。
光はＲ０２によりコリメートされ、薄膜光学素子Ｒ０３
を通過し、フォーカシングレンズＲ０４により外部ミラ
ーＲ０５に集光される。外部ミラーＲ０５はフォーカシ
ングレンズＲ０４の集光の焦点深度内に置かれている。
外部ミラーＲ０５での反射光はフォーカシングレンズＲ
０４によりコリメートされ、同じ光路を通過し、半導体
レーザＲ０１に集光され、活性層に光帰還する。半導体
レーザＲ０１と外部ミラーＲ０５の間に狭帯域の透過型
フィルタが挿入されているので、半導体レーザーＲ０１
の活性層に帰還する光は所定の波長帯域の光に限定され
るため、半導体レーザＲ０１の発振波長は所定の波長に
ロックされ、所定の波長にロックされたレーザー光が反
射ミラーＲ０５の端面より得られる。
【０２１３】薄膜光学素子Ｒ０３は図４に示す透過スペ
クトル特性をもち、0.5mm厚のガラス基板上に誘電体（T
iO2等）等を数十層積層し、形成された干渉フィルタで
ある。本実施例の透過型フィルタはピーク透過率85%を
もち、そのスペクトルの半値全幅は0.6nmである。透過
型フィルタは角度依存性を持っている。角度に対する中
心波長のシフト量は0.9nm/degである。グレーティング
のように28nm/degといった角度変化に対する大きな波長
変化が生じないので振動や経時変化にも発振波長のシフ
トは起こらず安定にロックが行える。また、温度変化に
対しても0.005nm/℃と安定で、湿度に対しても安定であ
るという特徴を持つ。
クトル特性をもち、0.5mm厚のガラス基板上に誘電体（T
iO2等）等を数十層積層し、形成された干渉フィルタで
ある。本実施例の透過型フィルタはピーク透過率85%を
もち、そのスペクトルの半値全幅は0.6nmである。透過
型フィルタは角度依存性を持っている。角度に対する中
心波長のシフト量は0.9nm/degである。グレーティング
のように28nm/degといった角度変化に対する大きな波長
変化が生じないので振動や経時変化にも発振波長のシフ
トは起こらず安定にロックが行える。また、温度変化に
対しても0.005nm/℃と安定で、湿度に対しても安定であ
るという特徴を持つ。
【０２１４】さらに本実施例では、半導体レーザＲ０１
と外部ミラーＲ０５が、２つのレンズを介して共焦点位
置にある。本実施例のように同一光軸上に２つの焦点が
ある場合、焦点位置にある焦点面が光軸に対して傾いて
も、共焦点関係は保持される。すなわち本実施例におい
て、外部ミラーＲ０５からの反射光がフォーカシングレ
ンズＲ０４の開口内に維持される程度に外部ミラーが傾
いても、反射光は半導体レーザＲ０１に焦点を結び、安
定に活性層に光帰還する。このため、外部ミラーＲ０６
の調整が容易になり、振動や経時変化に対しても安定な
波長安定化半導体レーザが実現できる。
と外部ミラーＲ０５が、２つのレンズを介して共焦点位
置にある。本実施例のように同一光軸上に２つの焦点が
ある場合、焦点位置にある焦点面が光軸に対して傾いて
も、共焦点関係は保持される。すなわち本実施例におい
て、外部ミラーＲ０５からの反射光がフォーカシングレ
ンズＲ０４の開口内に維持される程度に外部ミラーが傾
いても、反射光は半導体レーザＲ０１に焦点を結び、安
定に活性層に光帰還する。このため、外部ミラーＲ０６
の調整が容易になり、振動や経時変化に対しても安定な
波長安定化半導体レーザが実現できる。
【０２１５】また、本実施例において、薄膜光学素子Ｒ
０３を回転させることで、波長可変レーザ光源としても
作用する。この場合、薄膜光学素子Ｒ０３が平行光学系
に挿入されているので、安定な波長可変が行える。
０３を回転させることで、波長可変レーザ光源としても
作用する。この場合、薄膜光学素子Ｒ０３が平行光学系
に挿入されているので、安定な波長可変が行える。
【０２１６】また、本実施例では、薄膜光学素子Ｒ０３
すなわちバンドパスフィルタが、半導体レーザの出射方
向に設置されているので、バンドパスフィルタが、発振
波長のサイドの光（スポンテイネアスな光、蛍光）を10
ｄＢ以上にカットする効果があり、ラマン分光等に使用
する光源として、十分満足いくものである。
すなわちバンドパスフィルタが、半導体レーザの出射方
向に設置されているので、バンドパスフィルタが、発振
波長のサイドの光（スポンテイネアスな光、蛍光）を10
ｄＢ以上にカットする効果があり、ラマン分光等に使用
する光源として、十分満足いくものである。
【０２１７】図２８や２９のように、反射体としてファ
イバＳ０５や導波路Ｔ０６の端面での反射を利用しても
同様である。
イバＳ０５や導波路Ｔ０６の端面での反射を利用しても
同様である。
【０２１８】図２７、２８、２９では、800nm帯のAlGaA
s系の半導体レーザを用いたが、長波のInP系半導体レー
ザや赤色GaAs系半導体レーザや２−６族の青緑半導体レ
ーザ等においても同様の効果が得られた。
s系の半導体レーザを用いたが、長波のInP系半導体レー
ザや赤色GaAs系半導体レーザや２−６族の青緑半導体レ
ーザ等においても同様の効果が得られた。
【０２１９】
【発明の効果】本発明は、半導体レーザと所定の波長帯
域の光を反射または透過する光学素子を備えた光発生装
置を励起光源として、分極反転型導波路素子や分極反転
型バルク素子や非線形光学結晶により波長変換し、安定
でコンパクトな高出力のグリーンやブルーの短波長光源
を実現できる。また、レーザ発振媒体により近赤外光
を、内部共振器型により安定な短波長光を得たりするこ
とも可能である。そのため出力が低ノイズで安定である
ことが必要とされる光ディスクや計測用の光源を実現で
き、その実用的効果は大きい。
域の光を反射または透過する光学素子を備えた光発生装
置を励起光源として、分極反転型導波路素子や分極反転
型バルク素子や非線形光学結晶により波長変換し、安定
でコンパクトな高出力のグリーンやブルーの短波長光源
を実現できる。また、レーザ発振媒体により近赤外光
を、内部共振器型により安定な短波長光を得たりするこ
とも可能である。そのため出力が低ノイズで安定である
ことが必要とされる光ディスクや計測用の光源を実現で
き、その実用的効果は大きい。
【０２２０】半導体レーザを用いた短波長光源では、光
波長変換素子端面やレーザ発振媒体端面からの戻り光が
半導体レーザの発振の不安定性をもたらすが、このよう
な光学素子を用いると、端面からの反射戻り光を半導体
レーザの発振波長の安定化に利用できるため実用的で、
光学部品も直線的に配置できるので、コンパクトにする
ことが可能である。
波長変換素子端面やレーザ発振媒体端面からの戻り光が
半導体レーザの発振の不安定性をもたらすが、このよう
な光学素子を用いると、端面からの反射戻り光を半導体
レーザの発振波長の安定化に利用できるため実用的で、
光学部品も直線的に配置できるので、コンパクトにする
ことが可能である。
【０２２１】透過型フィルタ（薄膜光学素子）は角度依
存性を持っていて、入射角度が２０度の時、中心波長の
シフト量は1.5nm/degである。入射角度が１０度近傍の
時には、シフト量は0.9nm/degであり、０度の時には、
ほとんど角度に対して波長シフトは起こらない。フィル
タが角度依存性を持っているため、光波長変換素子の位
相整合波長にチューニングすることができる。一方で、
グレーティングのように28nm/degといった角度に対して
シビアに波長が変化しないので、透過型薄膜光学素子を
用いて半導体レーザの発振波長をロックする場合、グレ
ーティングフィードバックよりも光学調整も簡単であ
り、薄膜光学素子による半導体レーザの波長安定化は、
実用性を考えてもその効果は大きい。
存性を持っていて、入射角度が２０度の時、中心波長の
シフト量は1.5nm/degである。入射角度が１０度近傍の
時には、シフト量は0.9nm/degであり、０度の時には、
ほとんど角度に対して波長シフトは起こらない。フィル
タが角度依存性を持っているため、光波長変換素子の位
相整合波長にチューニングすることができる。一方で、
グレーティングのように28nm/degといった角度に対して
シビアに波長が変化しないので、透過型薄膜光学素子を
用いて半導体レーザの発振波長をロックする場合、グレ
ーティングフィードバックよりも光学調整も簡単であ
り、薄膜光学素子による半導体レーザの波長安定化は、
実用性を考えてもその効果は大きい。
【０２２２】また、温度変化に対しても0.005nm/℃を安
定で、湿度に対しても安定であるという特徴を持ち、グ
レーティングのように樹脂でできていないので、光源全
体としての信頼性も高くなる。
定で、湿度に対しても安定であるという特徴を持ち、グ
レーティングのように樹脂でできていないので、光源全
体としての信頼性も高くなる。
【０２２３】また、薄膜光学素子は蒸着により製造する
ため、量産効果もあり、実用的効果は非常に大きい。
ため、量産効果もあり、実用的効果は非常に大きい。
【０２２４】また、エタロンや複屈折フィルタでは、透
過スペクトルの半値幅を0.1nm程度まで小さくできるの
でさらに安定な波長ロッキングが可能となる。
過スペクトルの半値幅を0.1nm程度まで小さくできるの
でさらに安定な波長ロッキングが可能となる。
【０２２５】さらに、ピエゾ素子やモーター（アクチュ
エーター）などの回転機構をフィルタに取り付け、短波
長光の出力が常に一定になるように回転機構にフィード
バックすることで、光波長変換素子の温度変化や光損傷
などによる屈折率変化すなわち位相整合波長の変化に対
しても安定な出力を得ることが可能となり、実用的なデ
バイスが得られる。
エーター）などの回転機構をフィルタに取り付け、短波
長光の出力が常に一定になるように回転機構にフィード
バックすることで、光波長変換素子の温度変化や光損傷
などによる屈折率変化すなわち位相整合波長の変化に対
しても安定な出力を得ることが可能となり、実用的なデ
バイスが得られる。
【図１】本発明の薄膜光学素子（反射型フィルタ）で発
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
【図２】本発明の薄膜光学素子（反射型フィルタ）の反
射スペクトル図
射スペクトル図
【図３】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で発
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
【図４】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）の透
過スペクトル図
過スペクトル図
【図５】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で発
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
【図６】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で発
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型導波路素子を用いた短波長光源の図
【図７】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で発
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型バルク素子を用いた短波長光源の図
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型バルク素子を用いた短波長光源の図
【図８】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で発
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型バルク素子を用いた短波長光源の図
振波長を安定化された半導体レーザ励起による分極反転
型バルク素子を用いた短波長光源の図
【図９】(a)は本発明の誘電体多層膜が半導体レーザ上
に付加された短波長光源の図 (b)は本発明の誘電体多層膜が分極反転導波路の端面に
付加された短波長光源の図
に付加された短波長光源の図 (b)は本発明の誘電体多層膜が分極反転導波路の端面に
付加された短波長光源の図
【図１０】(a)は本発明の誘電体多層膜が分極反転導波
路の端面に付加された短波長光源の図 (b)は本発明の誘電体多層膜が分極反転導波路の端面に
付加された短波長光源の図
路の端面に付加された短波長光源の図 (b)は本発明の誘電体多層膜が分極反転導波路の端面に
付加された短波長光源の図
【図１１】(a)は本発明の分極反転層周期が一定である
分極反転型導波路素子の概略図 (b)は本発明の分極反転層周期が分割構造である分極反
転型導波路素子の概略図 (c)は本発明の分極反転層周期がチャープ構造である分
極反転型波路素子の概略図
分極反転型導波路素子の概略図 (b)は本発明の分極反転層周期が分割構造である分極反
転型導波路素子の概略図 (c)は本発明の分極反転層周期がチャープ構造である分
極反転型波路素子の概略図
【図１２】本発明の薄膜光学素子で発振波長を安定化さ
れた半導体レーザにより、分極反転周期が分割構造の分
極反転型導波路素子を励起した波長可変短波長光源の図
れた半導体レーザにより、分極反転周期が分割構造の分
極反転型導波路素子を励起した波長可変短波長光源の図
【図１３】従来のグレーティングフィードバックを用い
た半導体レーザと分極反転型導波路素子の組み合わせに
よる短波長光源の図
た半導体レーザと分極反転型導波路素子の組み合わせに
よる短波長光源の図
【図１４】本発明の透過型フィルタを用いた短波長光源
と従来のグレーティングを用いた短波長光源の出力安定
性を示す図
と従来のグレーティングを用いた短波長光源の出力安定
性を示す図
【図１５】本発明の薄膜光学素子（反射型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
【図１６】本発明の薄膜光学素子（反射型フィルタ）の
反射スペクトル図
反射スペクトル図
【図１７】本発明の薄膜光学素子（反射型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
【図１８】本発明の薄膜光学素子（反射型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起による内部共
振器型短波長光源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起による内部共
振器型短波長光源の図
【図１９】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
【図２０】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）の
透過スペクトル図
透過スペクトル図
【図２１】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起固体レーザ光
源の図
【図２２】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起による内部共
振器型短波長光源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起による内部共
振器型短波長光源の図
【図２３】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を安定化された半導体レーザ励起による内部共
振器型短波長光源の図
発振波長を安定化された半導体レーザ励起による内部共
振器型短波長光源の図
【図２４】(a)は本発明の誘電体多層膜が半導体レーザ
の端面上に付加された短波長光源の図 (b)は本発明の誘電体多層膜がレーザ発振媒体の入射端
面に付加された短波長光源の図 (c)は本発明の誘電体多層膜がレーザ発振媒体の出射端
面に付加された短波長光源の図
の端面上に付加された短波長光源の図 (b)は本発明の誘電体多層膜がレーザ発振媒体の入射端
面に付加された短波長光源の図 (c)は本発明の誘電体多層膜がレーザ発振媒体の出射端
面に付加された短波長光源の図
【図２５】従来のグレーティングフィードバックを用い
た半導体レーザと内部共振器型固体レーザの組み合わせ
による短波長光源の図
た半導体レーザと内部共振器型固体レーザの組み合わせ
による短波長光源の図
【図２６】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を任意に可変できる波長可変レーザ光源の図
発振波長を任意に可変できる波長可変レーザ光源の図
【図２７】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を任意に可変できる波長可変レーザ光源の図
発振波長を任意に可変できる波長可変レーザ光源の図
【図２８】本発明の薄膜光学素子（透過型フィルタ）で
発振波長を任意に可変できる波長可変レーザ光源の図
発振波長を任意に可変できる波長可変レーザ光源の図
１０１ 半導体レーザ １０２ コリメートレンズ １０３ 薄膜光学素子 １０４ λ／２板 １０５ フォーカシングレンズ １０６ 分極反転型導波路素子 １０７ 分極反転層 １０８ 光導波路 １０９ LiTaO3基板 ３０１ 半導体レーザ ３０２ コリメートレンズ ３０３ 薄膜光学素子 ３０４ λ／２板 ３０５ フォーカシングレンズ ３０６ 分極反転型導波路素子 ３０７ 入射端面 ３０８ 出射端面 ５０１ 半導体レーザ ５０２ コリメートレンズ ５０３ 薄膜光学素子 ５０４ λ／２板 ５０５ フォーカシングレンズ ５０６ 分極反転型導波路素子 ５０７ 入射端面 ５０８ 出射端面 ６０１ 半導体レーザ ６０２ コリメートレンズ ６０３ 薄膜光学素子 ６０４ λ／２板 ６０５ フォーカシングレンズ ６０６ 分極反転型導波路素子 ６０７ 波長選択ミラー ６０８ 入射端面 ６０９ 出射端面 ７０１ 半導体レーザ ７０２ コリメートレンズ ７０３ 薄膜光学素子 ７０４ フォーカシングレンズ ７０５ 分極反転型バルク素子 ７０６ 入射端面 ７０７ 出射端面 ８０１ 半導体レーザ ８０２ コリメートレンズ ８０３ 薄膜光学素子 ８０４ フォーカシングレンズ ８０５ 分極反転型バルク素子 ８０６ 波長選択ミラー ８０７ 入射端面 ８０８ 出射端面 ９０１ 半導体レーザ ９０２ 分極反転型導波路素子 ９０３ 誘電体多層膜 ９０４ 誘電体多層膜 Ａ０１ 半導体レーザ Ａ０２ 分極反転型導波路素子 Ａ０３ 透過型フィルタ Ａ０４ 導波路 Ａ０５ 半導体レーザ Ａ０６ 分極反転型バルク素子 Ａ０７ 透過型フィルタ Ｂ０１ 端面 Ｂ０２ 端面 Ｃ０１ 半導体レーザ Ｃ０２ コリメートレンズ Ｃ０３ 薄膜光学素子 Ｃ０４ λ／２板 Ｃ０５ フォーカシングレンズ Ｃ０６ 分極反転型導波路素子 Ｃ０７ 入射端面 Ｃ０８ 出射端面 Ｄ０１ 半導体レーザ Ｄ０２ コリメートレンズ Ｄ０３ λ／２板 Ｄ０４ フォーカシングレンズ Ｄ０５ グレーティング Ｄ０６ 端面 Ｄ０７ 端面 Ｄ０８ 分極反転型導波路 Ｄ０９ 端面 Ｆ０１ 半導体レーザ Ｆ０２ コリメートレンズ Ｆ０３ 薄膜光学素子 Ｆ０４ フォーカシングレンズ Ｆ０５ Nd:YVO4 Ｆ０６ 出力ミラー Ｆ０７ 端面 Ｆ０８ 端面 Ｈ０１ 半導体レーザ Ｈ０２ コリメートレンズ Ｈ０３ 薄膜光学素子 Ｈ０４ フォーカシングレンズ Ｈ０５ Nd:YVO4 Ｈ０６ 出力ミラー Ｈ０７ 端面 Ｈ０８ 端面 Ｉ０１ 半導体レーザ Ｉ０２ コリメートレンズ Ｉ０３ 薄膜光学素子 Ｉ０４ フォーカシングレンズ Ｉ０５ Nd:YVO4 Ｉ０６ 出力ミラー Ｉ０７ 端面 Ｉ０８ 端面 Ｉ０９ ＫＴＰ Ｊ０１ 半導体レーザ Ｊ０２ コリメートレンズ Ｊ０３ 薄膜光学素子 Ｊ０４ フォーカシングレンズ Ｊ０５ Nd:YVO4 Ｊ０６ 出力ミラー Ｊ０７ 端面 Ｊ０８ 端面 Ｌ０１ 半導体レーザ Ｌ０２ コリメートレンズ Ｌ０３ 薄膜光学素子 Ｌ０４ フォーカシングレンズ Ｌ０５ Nd:YVO4 Ｌ０６ 端面 Ｌ０７ 端面 Ｍ０１ 半導体レーザ Ｍ０２ コリメートレンズ Ｍ０３ 薄膜光学素子 Ｍ０４ フォーカシングレンズ Ｍ０５ Nd:YVO4 Ｍ０６ 出力ミラー Ｍ０７ 端面 Ｍ０８ 端面 Ｍ０９ ＫＴＰ Ｎ０１ 半導体レーザ Ｎ０２ コリメートレンズ Ｎ０３ 薄膜光学素子 Ｎ０４ フォーカシングレンズ Ｎ０５ Nd:YVO4 Ｎ０６ 出力ミラー Ｎ０７ 端面 Ｎ０８ 端面 Ｎ０９ ＫＴＰ Ｐ０１ 半導体レーザ Ｐ０２ 誘電体多層膜 Ｐ０３ Nd:YVO4 Ｐ０４ ＫＴＰ Ｐ０５ 出力ミラー Ｐ０６ 誘電体多層膜 Ｐ０７ 誘電体多層膜 Ｑ０１ 半導体レーザ Ｑ０２ コリメートレンズ Ｑ０３ フォーカシングレンズ Ｑ０４ グレーティング Ｑ０５ 端面 Ｑ０６ 活性層 Ｑ０７ Nd:YVO4 Ｑ０８ 端面 Ｑ０９ 出力ミラー Ｑ１０ ＫＴＰ Ｒ０１ 半導体レーザ Ｒ０２ コリメートレンズ Ｒ０３ 薄膜光学素子 Ｒ０４ フォーカシングレンズ Ｒ０５ 外部ミラー Ｓ０１ 半導体レーザ Ｓ０２ コリメートレンズ Ｓ０３ 薄膜光学素子 Ｓ０４ フォーカシングレンズ Ｓ０５ ファイバ Ｓ０６ コア Ｔ０１ 半導体レーザ Ｔ０２ コリメートレンズ Ｔ０３ 薄膜光学素子 Ｔ０４ フォーカシングレンズ Ｔ０５ 導波路 Ｔ０６ 基板
Claims (36)
- 【請求項１】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短
波長光を生成する光波長変換素子と、を備えた短波長光
源であって、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に反
射し、該反射光を該半導体レーザの該活性層に帰還する
光学素子であって、該半導体レーザと該光波長変換素子
との間に設けられた光学素子を備えている、短波長光
源。 - 【請求項２】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短
波長光を生成する光波長変換素子と、を備えた短波長光
源であって、 該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一部を
受け取る入射端面と、該短波長光を出射する出射端面と
を有しており、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透
過する光学素子であって、該半導体レーザと該光波長変
換素子との間に設けられた光学素子を備えており、 該光学素子を透過した該光が該光波長変換素子の該入射
端面により反射され、それによって、再び該光学素子を
透過し、該半導体レーザの該活性層に帰還されるよう
に、該半導体レーザと該光波長変換素子とが配置されて
いる、短波長光源。 - 【請求項３】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短
波長光を生成する光波長変換素子と、を備えた短波長光
源であって、 該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一部を
受け取る入射端面と、該短波長光を出射する出射端面と
を有しており、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透
過する光学素子であって、該半導体レーザと該光波長変
換素子との間に設けられた光学素子を備えており、 該光学素子を透過した該光が該光波長変換素子の該入射
端面から該光波長変換素子の内部に入った後、該出射端
面により反射され、それによって、再び該光学素子を透
過し、該半導体レーザの該活性層に帰還されるように、
該半導体レーザと該光波長変換素子とが配置されてい
る、短波長光源。 - 【請求項４】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の波長よりも短い波長の短
波長光を生成する光波長変換素子と、を備えた短波長光
源であって、 該光波長変換素子は、該レーザ光の該少なくとも一部を
受け取る入射端面と他の端面とを有しており、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透
過する光学素子であって、該半導体レーザと該光波長変
換素子との間に設けられた光学素子と、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透
過し、かつ、該短波長光を反射する波長選択ミラーであ
って、該半導体レーザと該光波長変換素子との間に設け
られた波長選択ミラーと、を備えており、 該半導体レーザから放射された光のうち該所定波長帯域
の光の一部は、該光学素子及び該波長選択ミラーを透過
した後、該波長変換素子の該入射端面により反射され、
その後、再び該光学素子及び該波長選択ミラーを通過
し、該半導体レーザの該活性層に帰還され、かつ、 該光波長変換素子により生成された該短波長光は、該光
波長変換素子の該他の端面により反射され、該導波路を
逆に伝播し、その後、該波長選択ミラーにより所定方向
に反射される、短波長光源。 - 【請求項５】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の少なくとも一部により励
起され、それによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体
と、を備えた光源であって、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に反
射し、該反射光を該半導体レーザの該活性層に帰還する
光学素子であって、該半導体レーザと該光波長変換素子
との間に設けられた光学素子を備えている、短波長光
源。 - 【請求項６】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の少なくとも一部により励
起され、それによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体
と、を備えた光源であって、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透
過する光学素子であって、該半導体レーザと該レーザ発
振媒体との間に設けられた光学素子を備えており、 該光学素子を透過した該光が該レーザ発振媒体の入射端
面により反射され、それによって、再び該光学素子を透
過し、該半導体レーザの該活性層に帰還されるように、
該半導体レーザと該レーザ発振媒体とが配置されてい
る、短波長光源。 - 【請求項７】レーザ光を放射するための活性層を含む半
導体レーザと、 該半導体レーザから放射された該レーザ光の少なくとも
一部を受け取り、該レーザ光の少なくとも一部により励
起され、それによってレーザ発振を行うレーザ発振媒体
と、を備えた光源であって、 更に、 該レーザ光のうち所定波長帯域に属する光を選択的に透
過する光学素子であって、該半導体レーザと該レーザ発
振媒体との間に設けられた光学素子を備えており、 該光学素子を透過した該光が該レーザ発振媒体の入射端
面から該レーザ発振媒体に入射し、該レーザ発振媒体の
出射端面により反射され、それによって、再び該光学素
子を透過し、該半導体レーザの該活性層に帰還されるよ
うに、該半導体レーザと該レーザ発振媒体とが配置され
ている、短波長光源。 - 【請求項８】前記光波長変換素子は分極反転型である、
請求項１から４に記載の短波長光源。 - 【請求項９】前記光波長変換素子はバルク型である、請
求項１から４に記載の短波長光源。 - 【請求項１０】前記光波長変換素子は、ＫＮｂＯ3結晶
からなるリング共振器型波長変換素子である請求項１か
ら４に記載の短波長光源。 - 【請求項１１】前記光波長変換素子は導波路型である、
請求項１から４に記載の短波長光源。 - 【請求項１２】前記光波長変換素子は、ＬｉＮｂxＴａ
1ーxO3（０≦ｘ≦１）基板及びＫ1-xＲｂxＴｉＯＭＯ
4（０≦ｘ≦１、Ｍ＝ＰまたはＡｓ）基板の何れかに形
成された分極反転型素子である請求項８に記載の短波長
光源。 - 【請求項１３】前記光波長変換素子は導波路を有する導
波路型波長変換素子であり、前記入射端面から該光波長
変換素子に入射した光は、該導波路を伝播し、該出射端
面により反射された後、該導波路を逆に伝播し、その
後、再び前記光学素子を通過し、前記半導体レーザの前
記活性層に帰還される、請求項３または４に記載の光
源。 - 【請求項１４】前記光波長変換素子が分極反転型波長変
換素子である場合において、 該素子は、分極反転周期の異なる複数の領域に分割され
ている、請求項８に記載の短波長光源。 - 【請求項１５】前記光波長変換素子が分極反転型波長変
換素子である場合において、 該素子は、分極反転周期の変化するチャープ構造を有す
る、請求項８に記載の短波長光源。 - 【請求項１６】前記光学素子は、屈折率の異なる誘電体
層が所定の周期で積層されたブラッグ反射型薄膜光学素
子である、請求項１または５に記載の光発生装置。 - 【請求項１７】前記光学素子は基板と、、該基板上に形
成された誘電体多層膜とを有する薄膜光学素子である、
請求項１から７に記載の短波長光源。 - 【請求項１８】前記光学素子に替えて、前記光学素子の
機能を有する誘電体多層膜が、前記半導体レーザ及び前
記光波長変換素子の少なくとも何れか一方の入射端面ま
たは出射端面上に形成されている、請求項１から４記載
の短波長光源。 - 【請求項１９】前記光学素子に替えて、前記光学素子の
機能を有する誘電体多層膜が、前記半導体レーザ及び前
記レーザ発振媒体の少なくとも何れか一方の入射端面ま
たは出射端面上に形成されている、請求項５から７記載
の短波長光源。 - 【請求項２０】前記光学素子は、前記半導体レーザの光
軸に対して傾いている請求項２、３、４、６または７に
記載の短波長光源。 - 【請求項２１】前記光学素子を回転させる機構を備えて
いる、請求項２、３、４、６または７に記載の短波長光
源。 - 【請求項２２】前記光波長変換素子の位相整合波長を変
化させる手段を更に備えており、 前記光学素子の角度を変化させることにより、該光波長
変換素子に入射する光の波長を該位相整合波長に調整
し、それによって、前記短波長光の波長を変化させる、
請求項２１に記載の短波長光源。 - 【請求項２３】前記光学素子を回転させる機構を備えて
いる、請求項１４または１５に記載の短波長光源。 - 【請求項２４】前記光学素子の角度を変化させることに
より、該光波長変換素子に入射する光の波長を該位相整
合波長に調整し、それによって、前記短波長光の波長を
変化させる、請求項２３に記載の短波長光源。 - 【請求項２５】前記回転機構は、前記短波長光の出力を
一定に制御するためのフィードバック回路を含んでい
る、請求項２１または２３記載の短波長光源。 - 【請求項２６】前記回転機構は、ピエゾ素子を有する、
請求項２１または２３記載の短波長光源。 - 【請求項２７】前記回転機構は、アクチュエーターを有
する、請求項２１または２３記載の短波長光源。 - 【請求項２８】前記光学素子以外に１以上の光学素子を
備えている、請求項１から７記載の短波長光源。 - 【請求項２９】前記光学素子は、前記レーザ光の波長に
対してλ／２板として機能する薄膜を有している請求項
１から４に記載の短波長光源。 - 【請求項３０】前記光学素子は、波長選択ミラーを有し
ており、該波長選択ミラーは、前記レーザ光に対して透
過膜として機能し、前記短波長光に対して反射膜として
機能する、請求項４に記載の短波長光源。 - 【請求項３１】前記共振器構造内部に光波長変換素子を
有する、請求項５から７に記載の短波長光源。 - 【請求項３２】半導体レーザと、 前記半導体レーザの前方に設置された反射体の間に所定
の波長帯域の光を透過する光学素子が設置され、前記半
導体レーザの出射端面から出射した光が前記光学素子を
通過し前記反射体で反射した光が、再び前記光学素子を
通過し前記半導体レーザの活性層に帰還することで、前
記半導体レーザの発振波長を所定の波長帯域に固定する
光学系において、前記半導体レーザの出射端面と前記反
射体が共焦点面に位置していることを特徴とする波長可
変レーザー光源。 - 【請求項３３】前記光学素子を回転機構を備えている、
請求項３２に記載の波長可変レーザー光源。 - 【請求項３４】前記回転機構は、ピエゾ素子を有する、
請求項３２に記載の波長可変レーザー光源。 - 【請求項３５】前記回転機構は、アクチュエーターを有
する、請求項３２記載の波長可変レーザー光源。 - 【請求項３６】前記反射体が光ファイバーの端面または
光導波路の端面であることを特徴とする請求項３２記載
の波長可変レーザー光源。
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|---|---|---|---|
| JP10657394A JPH07152055A (ja) | 1993-05-21 | 1994-05-20 | 短波長光源および波長可変レーザ光源 |
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| JP10657394A JPH07152055A (ja) | 1993-05-21 | 1994-05-20 | 短波長光源および波長可変レーザ光源 |
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| JP2002008405A Division JP3786878B2 (ja) | 1993-05-21 | 2002-01-17 | レーザ光源 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JPH07152055A (ja) |
Cited By (12)
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1994
- 1994-05-20 JP JP10657394A patent/JPH07152055A/ja active Pending
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