JPH0728111A

JPH0728111A - 回折素子および光波長変換素子ならびにレーザ光源

Info

Publication number: JPH0728111A
Application number: JP17406593A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Kiminori Mizuuchi; 公典水内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-31
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3223648B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高効率反射、低放射損失を有するグレーティ
ングを光波長変換素子上に実現する。【構成】 LiTaO₃基板１に形成された光導波路２上の入
射部１４と波長変換部８０の間にグレーティング３を形
成する。これにより、光導波路を伝搬する基本波Ｐ１を
励起光源に帰還し、励起光源の波長を固定することがで
きる。【効果】高調波の放射損失を防止でき、半導体レーザ
の光を光波長変換素子により波長変換する際、半導体レ
ーザの波長変動による高調波の出力変動を抑えることが
でき、安定に高効率動作することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野、光
通信分野に使用する回折素子および光波長変換素子およ
びレーザ光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回折素子は光導波路を用いたデバイスや
光集積回路におけるキーデバイスである。光導波路上に
周期的なグレーティングを形成することにより、光導波
路内を伝搬する光を制御できる。例えば、ＤＢＲ（Dist
ributed bragg refrector）は特定の波長の導波光を光
導波路内で反射して、光導波路を逆方向に伝搬する光に
変換することができる。このような従来の回折素子を図
１２に示す。図１２において、１ａはLiNbO₃基板、５２
はTi拡散光導波路、３はグレーティング、１４は入射部
である。入射部１４より光導波路５２に入射した光はグ
レーティング３によって反射されて、入射部１４より出
射する。

【０００３】従来の回折素子の製造方法には、２重マス
クを用いた方法がある（スコッティ他、エレクトロニク
ス・レターズ："Ti:LiNbO₃ Stripe Waveguide Bragg Re
flector Gratings" Electron. lett., 24, 14, pp.844-
845 (1988)）。この従来の回折素子の作製方法を図１３
を用いて説明する。ａ）Ti拡散により光導波路を形成し
たLiNbO₃基板上にTiを堆積し、Ti上にレジストを塗布す
る。ｂ）レジストに干渉露光により周期３６０ｎｍの周
期的パターンを転写する。ｃ）CCl₂F₂ガスを用いた反応
性イオンエッチングによりTiの周期的パターンを形成す
る。ｄ）TiをマスクとしてCF₄,Ar,N₂雰囲気中で反応性
イオンエッチングによりLiNbO₃をエッチングしグレーテ
ィングを形成する。光導波路の両端面を研磨し、光導波
路に波長１．５μｍ帯のＬＥＤの光を結合させた。結果
を図１４に示す。ブラッグ条件を満たす波長で反射が起
こり、光が反射されているのが分かる。

【０００４】一方、光導波路を用いた光波長変換素子が
検討されている。光波長変換素子として分極反転層と光
導波路を基本としたものである。強誘電体の分極を強制
的に反転させる分極反転は、強誘電体に周期的な分極反
転層を形成することにより、表面弾性波を利用した光周
波数変調器や、非線形分極の分極反転を利用した光波長
変換素子などに利用される。特に非線形光学物質の非線
形分極を周期的に反転することが可能になれば、非常に
変換効率の高い第二高調波発生素子（以下光波長変換素
子とする）を作製することができる。これによって半導
体レーザなどの光を変換すると、小型の短波長レーザ光
源が実現でき、印刷、光情報処理、光応用計測制御分野
などに応用できるため盛んに研究が行われている。分極
反転型の光波長変換素子は高効率の波長変換が可能であ
り、かつ周期構造を変えることにより、任意の波長変換
が行える。しかしながら、周期構造を基本としているた
め、波長依存性が高く基本波の波長変動に対する出力変
動が非常に大きかった。

【０００５】これを示す例として例えば、光波長変換素
子として擬位相整合（Quasi-phasematching:以下、ＱＰ
Ｍと記す）方式の分極反転光導波路を用いた半導体レー
ザの波長変換の報告がある（山本他、オプティクス・レ
ターズ Optics Letters Vol.16, No.15, ｐ．1156 (1
991)）。図１５に、半導体レーザとＱＰＭ光波長変換素
子を用いたレーザ光源の概略構成図を示す。半導体レー
ザ２１から放射された光は、コリメートレンズ１０２に
より平行ビームに変換され、λ／２板１０３で偏向方向
を回転させ、開口数N.A.=0.6のフォーカシングレンズ１
０４により光導波路の入射部１４に集光される。そして
光導波路の出射部１５から、波長変換されたブルー光が
得られる。半導体レーザ２１への戻り光を避けるため入
射端面１０５には無反射コートを施してあるが、端面１
０５から約1%の戻り光が生じる。この結果、半導体レー
ザの光導波路内への入射光強度35mWに対し1.1mWのブル
ー光を得た。しかし、ＱＰＭ光波長変換素子は基本波に
対する波長許容度が0.2nmしかなく、また半導体レーザ
の温度の変化に対する発振波長の揺らぎが0.2nm/℃あ
り、戻り光によるモードホップが1nm程度あるため、出
力は数秒しか安定しない。そのため、半導体レーザの波
長安定化が不可欠となる。

【０００６】ＱＰＭ光波長変換素子により半導体レーザ
の安定した波長変換を行うための回折素子を用いた光波
長変換素子に関する報告がある（K. Shinozaki他、アプ
ライドフィジックス・レターズ Applied Physics Lett
ers. Vol. 59, No. 29, 510-512 (1991)）。図１６に従
来の光波長変換素子の構成図を示す。以下波長１．３μ
ｍ帯の基本波に対する高調波発生（波長０．６５μｍ）
について図を用いて詳しく説明する。図１６に示すよう
にLiNbO₃基板１ａに光導波路５２が形成され、さらに光
導波路５２には周期的に分極の反転した層４（分極反転
層）が形成されている。基本波と発生する高調波の伝搬
定数の不整合を分極反転層４の周期構造で補償すること
により高効率に高調波を出すことができる。光導波路５
２の入射面に基本波Ｐ１を入射すると、光導波路５２か
ら高調波Ｐ２が効率良く発生され、光波長変換素子とし
て動作する。さらに、分極反転層は基板に対してわずか
に屈折率が高いため、屈折率変化によるグレーティング
を構成している。このグレーティングをDistributed Br
agg Reflector（以下ＤＢＲグレーティングとする）と
して利用していた。ＤＢＲは波長選択性を有する反射器
で特定波長のみ反射する。ＤＢＲグレーティングにより
半導体レーザに特定の波長を帰還すると、半導体レーザ
の波長がＤＢＲの反射波長に固定される。ＱＰＭによる
位相整合波長とＤＢＲの反射波長を一致させれば、半導
体レーザを用いて、安定な波長変換が行える。従来の実
施例では、光導波路内に分極反転層を形成し、これをＤ
ＢＲグレーティングとしても用いていた。そのため半導
体レーザから出射された光はファイバーを通って光導波
路に結合するが、ＤＢＲグレーティングによって一部反
射され半導体レーザの発振波長を固定することができ
る。ＤＢＲの反射波長とＱＰＭの位相整合波長を一致さ
せるため、周期６．５μｍの分極反転グレーティングを
構成し、基本波の波長１．３２７μｍにおいてＱＰＭで
は１次、ＤＢＲでは４３次のグレーティング次数で初め
て整合が取れる。

【０００７】波長１．３２７μｍの基本波Ｐ１に対し
て、光導波路の長さを２ｍｍ、基本波Ｐ１のパワーを６
０μＷにしたとき高調波Ｐ２のパワー０．６５２ｐＷが
得られていた。このときの変換効率は４．１％／Ｗ・ｃ
ｍ²であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光波長変換素子
においては分極反転層がＤＢＲグレーティングの役割を
兼ねていた。ところが分極反転層の周期による位相整合
波長とＤＢＲグレーティングの反射波長を一致させるた
めに、光導波路内の基本波、高調波光の伝搬速度を高い
精度で制御する必要があり、そのような精度での作製が
難しい。また光波長変換素子の変換可能な波長が制限さ
れるという問題があった。つまり、従来の光波長変換素
子においては、波長１．３μｍの基本波に対してのみ安
定な光波長変換素子を構成することはできるが、光波長
変換素子の広い応用が可能な短波長（波長４００〜５０
０ｎｍ）の高調波光を実現するのが困難であるという問
題があった。

【０００９】さらに、分極反転層をＤＢＲグレーティン
グとして用いるため、グレーティングとしての次数が大
きく（分極反転層の１次は、ＤＢＲグレーティングとし
て１０次以上に相当）、基本波が放射モードと結合し
て、放射され進行方向に対して減衰し、光波長変換素子
の効率を低下させるという問題があった。これについて
図１７を用いて説明する。図１７はグレーティング次数
（長さ２ｍｍ）に対する基本波の反射効率と放射損失の
関係を示す。例えば次数１０次では反射効率は１０％に
対して、放射損失は７５％と非常に多い。そのため放射
損失の多くなる３次周期以上は光波長変換素子として使
用上問題となる。

【００１０】さらに、ＤＢＲグレーティングの周期構造
は基本波のみならず、発生した高調波光にも影響を与
え、ＤＢＲグレーティングによる高調波光の散乱、放
射、反射などにより、光波長変換素子の変換効率をさら
に低下させるという問題があった。そのため低次数のグ
レーティングは必要不可欠となる。

【００１１】そこで本発明は上記の点に鑑み、放射損失
が少なく、かつ効率の高い回折格子を提供することを目
的とする。また、この高反射効率を持つグレーティング
による、半導体レーザ光の安定化、ならびに高効率で波
長変換できる光波長変換素子、それを用いたレーザ光
源、および回折素子を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の光波長変換素子では、光導波路と周期状分極反
転層と入射部と出射部を有する非線形物質からなる基板
と、前記基板上に形成したグレーティングからなり、か
つ前記グレーティングは前記分極反転層と前記入射部の
間に位置する構成である。

【００１３】また、本発明のレーザ光源は、半導体レー
ザと、光導波路と周期状分極反転層と基本波の入射部と
高調波の出射部とを有する非線形物質からなる基板と、
前記基板上に形成したグレーティングからなり、かつ前
記グレーティングは前記分極反転層と前記基本波の入射
部の間に位置し、かつ前記半導体レーザからの基本波は
入射部より入射後、一部は半導体レーザに帰還し波長を
ロックし、一部は前記周期状分極反転層で高調波へと波
長変換される構成となる。

【００１４】また、本発明の回折素子は、上記問題点を
解決するため光導波路と入射部と出射部を有する基板
と、前記基板上に形成した基本波に対する２次周期のグ
レーティングからなり、かつ前記グレーティングの周期
に対する山の幅に比が０．０５〜０．２４または０．７
６〜０．９５である構成となる。

【００１５】また、本発明の光波長変換素子は光導波路
と周期状分極反転層と入射部と出射部を有する非線形物
質からなる基板と、前記基板上に形成した基本波に対す
る２次周期のグレーティングからなり、かつ前記グレー
ティングの周期に対する山の幅に比が０．０５〜０．２
４または０．７６〜０．９５である構成となる。

【００１６】また、本発明のレーザ光源は、半導体レー
ザと、光導波路と周期状分極反転層と基本波の入射部と
高調波の出射部を有する非線形物質からなる基板と、前
記基板上に形成した基本波に対する２次周期のグレーテ
ィングからなり、かつ前記グレーティングの周期に対す
る山の幅に比が０．０５〜０．２４または０．７６〜
０．９５であり、かつ前記半導体レーザからの基本波は
前記入射部より入射後、一部は半導体レーザに帰還し波
長をロックし、一部は前記周期状分極反転層で高調波へ
と波長変換される構成を用いるものである。

【００１７】

【作用】本発明は前述した構成により、光導波路上に周
期状のグレーティング層を形成し、高効率で均一性が高
く、放射損失が少ない回折素子を構成することができ
る。以下にその理由を述べる。

【００１８】光導波路上のグレーティングは周期が短く
なるほど効率が高くなるため、効率の高いグレーティン
グを構成するにはサブμｍの周期構造が必要となる。基
本波の波長λ、屈折率Ｎ、グレーティングの次数ｍとす
ると周期Λ＝ｍλ／２Ｎで表される。具体的には波長８
００ｎｍ、屈折率２では１次周期は０．２μｍと極めて
小さい。

【００１９】グレーティングを入射部と波長変換部の間
におくことで、波長変換された高調波の損失を防止でき
る。基本波に対して１次周期のグレーティングは高調波
に対して２次に相当し、そのため高調波に対する１次の
放射モード（基板内部または表面に放射して漏れていく
光）への結合が起こり、損失が生じるからである。波長
変換部８０より前に形成することによりこのような損失
が防げる。また、レジストをグレーティングとして用い
た場合、高調波に対して吸収が存在するが前に形成する
ことでこの吸収も防ぐことができる。

【００２０】さらに、光導波路型の光波長変換素子上に
グレーティングを形成すると、光波長変換素子を励起す
る半導体レーザの波長をグレーティングの回折波長に固
定できる。このため、半導体レーザの光を光波長変換素
子により波長変換する際、半導体レーザの波長変動によ
る光波長変換素子の出力変動を抑えることができ、安定
動作の光波長変換素子を構成することができる。

【００２１】また、本発明の回折素子では２次周期のグ
レーティングを用い、かつ周期に対する山の幅の比を、
放射損失を少なくすることができる範囲に設定すること
で基本波を有効に波長変換部で利用することができる。

【００２２】また、本発明のレーザ光源では、光導波路
上に形成されたグレーティングからの帰還により、半導
体レーザの波長は温度および電流が変化しても常に一定
の発振波長が得られる。また、発振波長の個体差もな
く、すべてのレーザ光源で同一の波長が得られる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）この実施例では光波長変換素子について述
べる。

【００２４】線形物質からなる基板に光導波路と、光導
波路の長さ方向に形成した周期状分極反転層によって光
波長変換素子が形成できる。この光波長変換素子の光導
波路の入射部に基本波を入射すると出射部より基本波の
半分の波長の光（高調波）が出射する。半導体レーザの
波長を安定化させる方法として、波長依存性を有するグ
レーティングにより特定波長の光を半導体レーザに帰還
してやり、半導体レーザの波長をグレーティングの回折
波長に固定する。図１はグレーティングを光波長変換素
子上に形成した構成である。図１において１は非線形物
質からなる−Ｚ板のLiTaO₃基板、１４は入射部、１５は
出射部、２は深さ２μｍのプロトン交換光導波路、Ｐ１
は波長８６０ｎｍの基本波、３はレジストで構成した１
次周期のグレーティング、８はTa₂O₅で形成したカバー
層、４は分極反転層である。グレーティング３は光波長
変換素子の基本波の入射部１４近傍に形成され、かつ分
極反転構造が形成されている波長変換部８０より前であ
る。グレーティング全体の長さは１ｍｍである。この位
置にグレーティング３を配置することにより、変換され
て発生する高調波Ｐ２の放射損失を防止している。以下
これを説明する。基本波に対して１次周期（ピッチ０．
２μｍ）のグレーティングは高調波に対して２次に相当
し、そのため高調波に対する１次の放射モード（基板内
部または表面に放射して漏れていく光）への結合が起こ
り、損失が生じるからである。波長変換部８０より前に
グレーティング３を形成することによりこのような損失
が防げる。また、レジストは高調波に対して吸収が存在
するが前に形成することでこの吸収も防ぐことができ
る。図２に、グレーティングが、分極反転層の形成され
ている波長変換部８０より前（入射部１４側）にある場
合と後ろに置いた場合の比較を示す。後ろに置いた場合
は高調波が５０％程度損失を受け高調波出力は３ｍＷと
なっていたが、前に置いた場合は高調波の損失はなく５
ｍＷの高調波出力が得られた。図３に用いた評価系を示
す。半導体レーザ２１から出射された光は集光光学系１
２で集光され、光波長変換素子２５のプロトン交換光導
波路２に入射する。半導体レーザからの出力２１は６０
ｍＷで光導波路に結合したのは４０ｍＷ、結合効率は６
６％であった。グレーティングでの反射効率は１５％で
あり、半導体レーザは完全にロックされていた。このと
きの高調波出力は前述したように５ｍＷで、効率は１２
％であった。

【００２５】次に、グレーティングのある部分の光導波
路の深さを１．８μmに浅くして、回折効率２５％とを
高くした。その結果、１０〜５０℃の温度範囲で高調波
の変動は極めて小さく±３％の安定性を示した。以上の
ように、本実施例の光波長変換素子により、安定な出力
の得られる光波長変換素子が実現した。

【００２６】なお、本実施例では基板にLiTaO₃基板を用
いたが他にMgO、Nb、NdなどをドープしたLiTaO₃基板、
またはLiNbO₃でも同様な分極反転層が作製でき、光波長
変換素子として利用できる。またKTP（KTiOPO₄）は高非
線形の材料であり、高効率の光波長変換素子が作製でき
る、KTPは基板の屈折率が1.7程度と低いため、グレーテ
ィングとカバー層により形成したグレーティングはより
高効率になり有用である。

【００２７】（実施例２）この実施例では光波長変換素
子について述べる。

【００２８】成は図１に示されるものと基本的には同じ
であるが、周期は基本波に対して２次のグレーティング
（ピッチ０．４μｍ）を用いている。２次周期のグレー
ティングの周期Λに対する山の幅Ｗ１の比を０．２３に
した。図４に２次周期のグレーティングの基本波に対す
る反射効率と放射損失の関係を示す。周期Λに対する山
の幅Ｗ１の比は０．２５が最大であるが、それをこえる
と反射効率が減少するが逆に放射損失が増加し変換に寄
与する基本波は減り高調波は大幅に減少するからであ
る。

【００２９】グレーティングは光波長変換素子の基本波
の入射部近傍に形成され、かつ波長変換部より前であ
る。半導体レーザから出射された光は集光光学系で集光
され、光波長変換素子のプロトン交換光導波路に入射す
る。半導体レーザからの出力Ｐ１は７０ｍＷで光導波路
に結合したのは４２ｍＷ、結合効率は６０％であった。
グレーティングの反射効率は２０％、放射損失は５％で
あった。このときの高調波出力は３ｍＷであった。以上
のように、本実施例の光波長変換素子により、安定な出
力の得られる光波長変換素子が実現した。本実施例では
作製が１次周期に比べて遥かに容易な２次周期のグレー
ティング構造を用いたが、周期に対する山の幅の比を
０．０５〜０．２４、または０．７６〜０．９５に選ぶ
ことで、２次周期であっても放射損失が小さなグレーテ
ィング構造を実現できる。また、上記比が０．２０〜
０．２４または０．７６〜０．８０において特に安定な
高調波を得た。

【００３０】本実施例の光波長変換素子により半導体レ
ーザ光を安定に波長変換できるため、小型で高出力のレ
ーザ光源が構成できる。その結果、光ディスク、レーザ
プリンタなどの光源に応用できる。この短波長光発生装
置により、光ディスクの記憶容量を大幅に増大でき、か
つ非常に小型の機器が製造できた。

【００３１】（実施例３）以下、本発明の実施例につい
て説明する。図５は、本発明の回折素子の構成斜視図で
ある。１は−Ｚ板のLiTaO₃基板、１４は入射部、１５は
出射部、２はプロトン交換光導波路、Ｐ１は波長８８０
ｎｍの基本波、３はレジストで構成したグレーティン
グ、８はTa₂O₅で形成したカバー層である。回折素子の
光導波路２に光を入射すると特定の波長光（ＤＢＲ条件
を満足する波長）の光を反射することができる。ここで
カバー層８であるTa₂O₅の屈折率Ｎ２は２、グレーティ
ング３であるレジストの屈折率Ｎ１は１．５であり、そ
の差は大きく、反射効率は大きくなり、この組み合わせ
で有効に回折素子として作用する。周期は０．４２μ
ｍ、周期に対する山の幅の比は０．２３である。

【００３２】この回折素子の製造方法を図６を用いて説
明する。−Ｚ板のLiTaO₃基板１上にTa膜をスパッタリン
グ法で蒸着しフォトリソグラフィ法により幅４μｍのス
トライプを形成した。これを２６０度のピロ燐酸中で１
４分間熱処理し、プロトン交換光導波路２を形成する。
４２０度で６０秒間アニールすると低ロスの光導波路２
が作製できた。光導波路の形状は幅４μｍ、深さ２μｍ
導波ロスは０．５dB/cmであった。光導波路２の両端面
を光学研磨して入射部および出射部を形成した。

【００３３】次に光導波路の伝搬方向にグレーティング
を形成する。図６ａ）光導波路２上に希釈したフォトレ
ジスト（シプレイ社製：ＡＺ１４００−１７）を塗布す
る。レジスト厚みは０．２μｍとした。図２ｂ）これを
Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長0.4416nm）により構成した干渉
露光装置で露光した後、現像しレジストによるグレーテ
ィング３（屈折率１．５）を形成する。作製したグレー
ティング層は周期０．４２μｍ、高さ０．２μｍ、周期
に対する山の幅の比０．２３、グレーティング３全体の
長さ５ｍｍであった。図６ｃ）作製したグレーティング
３にスパッタリング法でTa₂O₅（屈折率２）を０．３μ
ｍカバー層８を堆積した。２次の周期は１次に比べて倍
の周期であり、このように簡単に、かつ均一に作製する
ことができる。

【００３４】作製した回折素子の特性を評価した。評価
光学系を図７に示す。出力波長可変なTi:Al₂O₃レーザ２
１ａから出射された光はハーフミラー１１を通って、集
光光学系１２で集光され回折素子５７の光導波路２に入
射する。光導波路２から出射した光はレンズ４２でコリ
メートされ検出器６１で検出される。また回折素子５７
で反射された光は光導波路２の入射部を通って、集光光
学系１２でコリメートされハーフミラー１１により分岐
され検出器６０で検出される。Ti:Al₂O₃レーザ２１ａの
波長を変えると、グレーティングのＤＢＲ波長に一致し
た波長で、反射光が増大する。このときの、波長と回折
素子の透過光（検出器６１で測定）と反射光（検出器６
０で測定）の関係を図８に示す。波長８８０ｎｍで反射
が起こり、このときの回折効率（反射光強度／入射光強
度）は５０％であった。理論値６０％に対し、ほぼ同程
度の値がえらた。また反射光の波長依存性を示す半値全
幅（ＦＷＨＭ）は０．０３ｎｍであった。このＦＷＨＭ
はグレーティング形状の均一性を表しＦＷＨＭが小さい
ほど均一なグレーティングが形成されている。

【００３５】なお、実施例ではグレーティングとしてレ
ジストを用いたがSiO₂等の誘電体等でもかまわない。

【００３６】（実施例４）本発明の短波長レーザ光源に
ついて説明する。

【００３７】波長０．８μｍ帯の半導体レーザと実施例
１で作製した光波長変換素子を組み合わせた短波長レー
ザ光源を図９に示す。半導体レーザ２１の光を集光光学
系３４，３５により集光し、光波長変換素子の入射部１
４から入射した。光導波路２中で変換された高調波Ｐ２
は出射されビームスプリッタ３６で分岐され一部はディ
テクター２７に入る。一方はそのまま透過し出力され
る。各部品はＡｌ枠３０に固定され、またLiTaO₃基板１
は石英板３３を介して固定されている。これを一体化し
てモジュールを作製すると、非常に小型のレーザ光源が
形成できた。光波長変換素子からの基本波の帰還により
半導体レーザの発振波長が固定されているため、外部の
温度変化、半導体レーザ駆動電流変化などによる発振波
長の変動が押さえられ、非常に安定な高調波出力が得ら
れた。この光源は出力２ｍＷと非常に高出力で、かつ小
型、低ノイズの為、光ディスクなどの光源に応用でき
る。このレーザ光源により、光ディスクの記憶容量を大
幅に増大でき、かつ非常に小型の機器が製造できた。

【００３８】（実施例５）実施例の一つとして本発明の
レーザ光源の構成を図を用いて説明する。図１０に本発
明のレーザ光源の構成図を示す。レーザ光源は基本的に
はＳｉサブマウント２０と半導体レーザ２１と光導波路
が形成された基板２２により構成される。また、基板２
２の光導波路２上にはTa₂O₅による２次周期のグレーテ
ィング３が形成されている。周期に対する山の幅の比は
０．８０である。Ｓｉサブマウント２０に固定された半
導体レーザ２１から出射された光Ｐ１は直接光導波路２
に導入される。これは、半導体レーザ２１の活性層２３
と光導波路２の位置が、Ｓｉサブマウントに対し、同じ
高さに調整されているためである。

【００３９】光導波路２に入った光Ｐ１はグレーティン
グ３により一部が反射され半導体レーザに帰還される。
そのため半導体レーザはグレーティング３の周期と基板
の屈折率で決まる波長に固定され発振する。

【００４０】図１１に作製されたレーザ光源の波長の電
流依存性を示す。従来では、電流の50mAの変化に対し
て、波長は5nmも変化しているが、本発明のレーザ光源
では電流変化に対する波長変化は見られず非常に安定し
ていた。

【００４１】また、光入射方法としては直接結合以外に
もレンズを介した構成でも良い。また、実施例では結晶
としてLiNbO₃およびLiTaO₃を用いたがKNbO₃、ＫＴＰ等
の強誘電体、ＭＮＡ等の有機材料にも適用可能である。

【００４２】なおグレーティングとして実施例３の構成
を用いるとさらに安定したレーザ光源が得られる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光波長変
換素子によれば、光導波路入射部と波長変換部の間にグ
レーティングを配置することでグレーティングによる高
調波の損失を防止し、高出力高調波を基板外部に取り出
すことができる。さらに、作製が簡単である２次周期の
グレーティングを用い、かつ周期に対する山の比率を最
適化することで反射効率は高く、かつ損失は少ない回折
素子を実現することができる。

【００４４】また光波長変換素子上に形成されたグレー
ティングにより、光波長変換素子を励起する半導体レー
ザの発振波長を特定波長に固定できる。この結果、半導
体レーザの温度、電流注入等による半導体レーザの波長
変動が防止でき、半導体レーザの安定な波長変換が可能
となり、その実用効果は大きい。

【００４５】また、本発明のレーザ光源によれば、光導
波路上に形成されたグレーティングによる帰還を行うこ
とで波長の安定したレーザ光源を得ることができる。ま
た、本発明のレーザ光源によれば光導波路に印加される
電圧の制御によりレーザ出力の変調を行うことができ
る。また、本発明のレーザ光源は温度に対しても非常に
安定である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光波長変換素子の第１の実施例の構造
図

【図２】本発明の第１の実施例の光波長変換素子におい
てグレーティングを前に置いた場合と後に置いたものと
の特性比較図

【図３】本発明の第１の実施例の光波長変換素子の評価
系を示す図

【図４】周期に対する山の幅の比率と、基本波反射効率
および損失の関係を示す特性図

【図５】本発明の回折素子の第３の実施例の構造図

【図６】本発明の回折素子の第３の実施例の製造工程図

【図７】本発明の第３の実施例の回折素子の評価系を示
す図

【図８】本発明の第３の実施例の回折素子の評価結果を
示す図

【図９】本発明のレーザ光源の構成図

【図１０】本発明のレーザ光源の構成図

【図１１】従来のレーザ光源の温度動作特性図

【図１２】従来の回折素子の構成図

【図１３】従来の回折素子の製造工程図

【図１４】従来の回折素子の特性を示す特性図

【図１５】従来のレーザ光源の構成図

【図１６】従来の光波長変換素子の構成図

【図１７】グレーティング次数と反射効率および放射損
失の関係を示す特性図

【符号の説明】

１基板２光導波路３グレーティング４分極反転層８カバー層１４入射部１５出射部２１半導体レーザ８０波長変換部Ｐ１基本波Ｐ２高調波

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路と周期状分極反転層と入射部と出
射部を有する非線形物質からなる基板と、前記基板上に
形成したグレーティングからなり、前記グレーティング
は前記分極反転層と前記入射部の間に位置することを特
徴とする光波長変換素子。
【請求項２】半導体レーザと、光導波路と周期状分極反
転層と基本波の入射部と高調波の出射部とを有する非線
形物質からなる基板と、前記基板上に形成したグレーテ
ィングからなり、かつ前記グレーティングは前記分極反
転層と前記基本波の入射部の間に位置し、かつ前記半導
体レーザからの基本波は入射部より入射後、一部は半導
体レーザに帰還し波長をロックし、一部は前記周期状分
極反転層で高調波へと波長変換されることを特徴とする
レーザ光源。
【請求項３】光導波路と入射部と出射部を有する基板
と、前記基板上に形成した基本波に対する２次周期のグ
レーティングからなり、かつ前記グレーティングの周期
に対する山の幅に比が０．０５〜０．２４または０．７
６〜０．９５であることを特徴とする回折素子。
【請求項４】光導波路と周期状分極反転層と入射部と出
射部を有する非線形物質からなる基板と、前記基板上に
形成した基本波に対する２次周期のグレーティングから
なり、かつ前記グレーティングの周期に対する山の幅に
比が０．０５〜０．２４または０．７６〜０．９５であ
ることを特徴とする光波長変換素子。
【請求項５】半導体レーザと、光導波路と周期状分極反
転層と基本波の入射部と高調波の出射部を有する非線形
物質からなる基板と、前記基板上に形成した基本波に対
する２次周期のグレーティングからなり、かつ前記グレ
ーティングの周期に対する山の幅に比が０．０５〜０．
２４または０．７６〜０．９５であり、かつ前記半導体
レーザからの基本波は前記入射部より入射後、一部は半
導体レーザに帰還し波長をロックし、一部は前記周期状
分極反転層で高調波へと波長変換されることを特徴とす
るレーザ光源。
【請求項６】基板がLiTa_(1-x)Nb_xO₃（０≦x≦１）であ
る請求項３項記載の回折素子。
【請求項７】基板がLiTa_(1-x)Nb_xO₃（０≦x≦１）であ
る請求項１または４に記載の光波長変換素子。
【請求項８】基板がLiTa_(1-x)Nb_xO₃（０≦x≦１）であ
る請求項２または５に記載のレーザ光源。
【請求項９】光導波路がプロトン交換光導波路である請
求項３に記載の回折素子。
【請求項１０】光導波路がプロトン交換光導波路である
請求項１または４に記載の光波長変換素子。
【請求項１１】光導波路がプロトン交換光導波路である
請求項２または５に記載のレーザ光源。
【請求項１２】光導波路の半導体レーザと対抗した側に
入射テーパ部が形成されている請求項２または５に記載
のレーザ光源。
【請求項１３】光導波路が半導体レーザ光に対してシン
グルモード伝搬である請求項２または５に記載のレーザ
光源。